CN101942175B - 一种用于三层复合材料的改性聚甲醛材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于三层复合材料的改性聚甲醛材料，该材料包括以下组分和重量百分含量：聚甲醛64～93％，金属粉5～30％，润滑剂2～6％；金属粉为片状的铜粉、铜合金粉或锌粉单一粉体或混合物，润滑剂包括聚四氟乙烯、二硫化钼或石墨单一粉体或混合物，该复合材料可以用塑料加工常规的双螺杆挤出机中挤出造粒制得。与现有技术相比，本发明制成的三层复合材料轴承具有良好的导热性、承载能力与耐磨性等优点。

Description

一种用于三层复合材料的改性聚甲醛材料
技术领域
本发明属于新材料领域，尤其是涉及一种用于三层复合材料的改性聚甲醛材料。
背景技术
聚甲醛(POM)其分子式为-[CH2O]n-，因其分子链具有光滑的轮廓，因而有较好的自润滑性，摩擦系数低。又因其是柔性链的线型高结晶聚合物，结晶度高、键能大，不易向对磨面转移，固有良好的耐磨性和高强度，是所有塑料中比强度较为接近金属的树脂品种之一，在机械、汽车、电子电器等领域广泛应用于制造各种零件。
但是普通聚甲醛在相对速度高，负荷较大的情况下，作为摩擦件使用时，由于得不到充分润滑，摩擦产生的热不易及时导出，会使零件变形，加速磨损，因此，只能用于制造低速、低负荷条件下工作的摩擦件，使用寿命不能令人满意。
在本技术领域，三层复合自润滑材料可以很好地解决高速重载的耐磨问题。它是以低碳钢为基体，青铜为中间层，改性塑料为表面层(轴衬层)的一种新型滑动轴承复合材料，适宜制造轴承、轴套、衬套、垫片、导轨机械和滑板等机械零件。三层复合自润滑材料按照轴衬层材料可分为改性聚四氟乙烯系列(国内一般称为SF-1系列)、改性聚甲醛系列(国内一般称为SF-2系列)。轴衬层的塑料关系三层复合材料的使用寿命，用于轴衬层的聚甲醛必须通过改性以降低摩擦系数，提高耐磨性。传统的用于三层复合自润滑材料的改性聚甲醛产品主要由聚甲醛、聚四氟乙烯、铅粉、颜料等成分组成，铅是一种软金属，它具有与高粘度流体相似的润滑行为，易在对偶材料表面形成转移膜，是一种良好的固体润滑材料，添加到塑料中，还可以改善塑料热膨胀系数，提高材料导热性能，避免摩擦热的积累。但是，铅是一种有毒重金属，对人体会产生危害，发展不含铅的改性聚甲醛耐磨材料，用于三层复合自润滑材料行业，是产业发展的趋势。
有关聚甲醛的改性，许多文献与专利均有报道，专利(申请)号02128048.7报道了聚甲醛纳米复合材料及其制备方法，但其主要目的在于增强增韧、降低成本。国家专利(申请)号00106171.2、99123812.5、03151026.4、200510126587.1、200610022223.3等专利公布了一些改进聚甲醛摩擦磨损性能的方法，但是其均立足于聚甲醛材料本身的改性，未考虑其在三层复合自润滑材料的应用，其主要改性物油脂、超高分子量聚乙烯等的添加，会影响改性聚甲醛与钢板、铜粉层的结合强度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有良好润滑性能和强度与韧性、且不易产生磨粒磨损的不含铅的用于三层复合材料的改性聚甲醛材料。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于三层复合材料的改性聚甲醛材料，其特征在于，该材料的原料包括以下组分及含量(wt％)：
聚甲醛    64～93；
金属粉    5～30；
润滑剂    2～6。
所述的聚甲醛包括共聚聚甲醛或均聚聚甲醛。
所述的金属粉为片状的铜粉、铜合金粉或锌粉中的一种或几种。
所述的金属粉可以由球状或不规则形状的金属粉在球磨机中加工而成。
所述的润滑剂包括聚四氟乙烯、二硫化钼或石墨中的一种或几种。
一种用于三层复合材料的改性聚甲醛材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及含量(wt％)备料：
聚甲醛    64～93、
金属粉    5～30、
润滑剂    2～6；
(2)将上述原料置于塑料混料机中混合1～2min后得到预混物，再将预混物置于双螺杆挤出机中进行共混造粒，即得到用于三层复合材料的改性聚甲醛材料。
所述的双螺杆挤出机温度设定在160℃～185℃之间。
与现有技术相比，本发明采用片状金属粉与固体润滑剂的复合改性体系，两者的复合得到优异的协同效应。具体体现在：润滑剂：所选用的固体润滑剂为聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼。此类润滑剂由于具有独特的分子结构，所以具有较低的摩擦系数，产生良好的润滑特性。片状金属粉为铜粉、铜合金粉或锌粉单一粉体或混合物，所述金属粉均为硬度较低的金属，但是硬度和刚度远高于聚甲醛，在轴承工作时，工作面的金属颗粒能够支撑负载、减少变形、有效地抵制摩擦副表面上尖锐部份对聚甲醛表面的犁切，从而降低了表面摩擦阻力，提高了改性聚甲醛材料的耐磨损性。普通球状金属粉改性的聚甲醛在工作过程中容易脱落并滞留在摩擦面，不断对聚甲醛的工作面进行犁切，形成磨粒磨损，而片状金属粉的结构，具有更大的比表面积，它均匀地分散在聚甲醛基体中，在摩擦过程中不易脱落。因此，片状金属粉对材料耐磨性的改善效果好于球状金属粉。金属粉的另外一个重要作用就是提高材料导热性能，避免摩擦热的积累。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
将预先烘干的聚甲醛9.3公斤，片状锌粉0.5公斤，二硫化钼0.2公斤，在塑料混料机中混合1分钟，出料。将混好的料在双螺杆挤出机中共混造粒，挤出机温度设定在160℃，制得用于三层复合材料的改性聚甲醛材料。
实施例2
将预先烘干的聚甲醛6.4公斤，片状铜粉3.0公斤，聚四氟乙烯0.6公斤，在塑料混料机中混合1分钟，出料。将混好的料在双螺杆挤出机中共混造粒，挤出机温度设定在170℃，制得用于三层复合材料的改性聚甲醛材料，其性能测试如表1所示。
表1
  项目   性能
  拉伸强度MPa   62.5
  拉伸断裂伸长率％   22
  摩擦系数(滴油)   0.035
  磨痕宽度(滴油)mm   1.52
  摩擦系数(干)   0.24
  磨痕宽度(干)mm   2.72
实施例3
将预先烘干的聚甲醛8.5公斤，片状铜粉0.5公斤，片状锌粉0.5公斤，二硫化钼0.2公斤，石墨0.3公斤，在塑料混料机中混合2分钟，出料。将混好的料在双螺杆挤出机中共混造粒，挤出机温度设定在185℃，制得用于三层复合材料的改性聚甲醛材料。

Claims (3)

1.一种用于三层复合材料的改性聚甲醛材料，其特征在于，该材料的原料包括以下组分及含量(wt％)：
聚甲醛      64～93；
金属粉      5～30；
润滑剂      2～6；
所述的金属粉为片状的铜粉、铜合金粉或锌粉中的一种或几种；所述的润滑剂包括聚四氟乙烯、二硫化钼或石墨中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种用于三层复合材料的改性聚甲醛材料，其特征在于，所述的聚甲醛包括共聚聚甲醛或均聚聚甲醛。
3.根据权利要求1所述的一种用于三层复合材料的改性聚甲醛材料，其特征在于，所述的金属粉可以由球状或不规则形状的金属粉在球磨机中加工而成。
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