CN102108182A - 一种传动传导零件用聚甲醛材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传动传导零件用聚甲醛材料及其制备方法，该材料包括以下组分及重量份含量：聚甲醛树脂30-70、聚氧化乙烯1-30、无碱玻璃纤维5-40、钛酸钾晶须0.1-20、超高分子量聚乙烯0.1-10、抗氧剂0.1-1、润滑剂0.1-1、甲醛吸收剂0.1-1、偶联剂0.1-1，将干燥的聚甲醛树脂其余按配比一起加入高速混合机中混合，然后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，无碱玻璃纤维从玻纤加料口加入，挤出物急剧冷却到聚氧化乙烯的结晶温度以下，然后切粒即得到产品。与现有技术相比，本发明具有良好的综合效果，提高了耐磨自润滑性及韧性，使用的助剂添加量少，生产成本低，工艺操作简单。

Description

一种传动传导零件用聚甲醛材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚甲醛材料及其制备方法，尤其是涉及一种传动传导零件用聚甲醛材料及其制备方法。

背景技术

聚甲醛材料具有很好的力学性能，有着与金属极为接近的比刚度和比强度，独特的耐磨自润滑性，良好的电性能，很高的疲劳强度，抗蠕变性好，使用温度范围较宽，在航空、机械、汽车、精密仪器、电子电器等诸多行业中取代金属材料作为动力传动传导的零部件得到了广泛的应用。

然而聚甲醛也有明显的缺点，就是其韧性低，缺口敏感性大，所以要对其进行增韧改性。聚甲醛的增韧改性技术主要有共混改性和共聚改性，共混改性的改性剂为弹性体和橡胶，如丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、聚苯乙烯弹性体、聚酯类弹性体、聚酰胺弹性体和聚氨酯弹性体等，然而聚甲醛与绝大多数弹性体相容性差，仅有聚氨酯弹性体改善其冲击韧性较好，目前已实现了商业化。共混改性以聚甲醛作为主链，通过接枝共聚或前段嵌段共聚，引入一些耐冲击良好的直链基团，但工艺复杂，成本较高。

聚甲醛本身具有很好的耐磨性能，但与其它工程塑料一样，在滑动速度或载荷较大的场合，摩擦产生的大量热量造成局部变形，特别是随着精密仪器、电子电器及各种产业机械不断向小型化、高性能化、高速度方向发展，动力传动传导条件变得越来越苛刻，往往要求传动传导部件能承受高速、高温、高压的工作环境。目前提高聚甲醛耐磨性的主要方法有：添加有机高分子与聚甲醛共混制造耐磨型合金，这些聚合物有聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、硅树脂等；添加硅油、矿物油、油脂等润滑油及润滑脂类；添加无机化合物如石墨、滑石、碳纤维和钛酸钾晶须等。然而这几种方法均有各自的优点和缺陷，使用高分子聚合物时有较好的改性效果，但添加量较大，而且与聚甲醛的相容性差，导致力学性能下降明显；添加无机润滑油用量少，但会引起热稳定性降低；使用碳纤维效果较好，既能增加聚甲醛的强度又起到润滑作用，但成本较高。因此，要制得性能优良的高耐磨聚甲醛，应采用复合润滑体系。

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高耐磨、自润滑、高韧性的传动传导零件用聚甲醛材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种传动传导零件用聚甲醛材料，其特征在于，该材料包括以下组分及重量份含量：

聚甲醛树脂            30-70；

聚氧化乙烯             1-30；

无碱玻璃纤维           5-40；

钛酸钾晶须           0.1-20；

超高分子量聚乙烯     0.1-10；

抗氧剂                0.1-1；

润滑剂                0.1-1；

甲醛吸收剂            0.1-1；

偶联剂                0.1-1。

所述的聚甲醛树脂为共聚级或均聚级聚合物，该聚甲醛树脂的熔体流动速率为1-25g/10min。

所述的聚氧化乙烯的分子量为5万-500万。

所述的钛酸钾晶须粒径为0.3-1.5μm，长度为5-50μm。

所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，包括市售抗氧剂2246、抗氧剂1010、抗氧剂1098或抗氧剂245。

所述的润滑剂包括乙撑双硬脂酸酰胺或改性乙撑双硬脂酸酰胺(TAF)。

所述的甲醛吸收剂为双氰胺、三聚氰胺或硬脂酸钙中的一种或几种。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂，包括市售KH550或市售KH570，用来处理无碱玻璃纤维。

一种传动传导零件用聚甲醛材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及重量份含量准备原料：

聚甲醛树脂         30-70，

聚氧化乙烯          1-30，

无碱玻璃纤维        5-40，

钛酸钾晶须        0.1-20，

超高分子量聚乙烯  0.1-10，

抗氧剂             0.1-1，

润滑剂             0.1-1，

甲醛吸收剂         0.1-1，

偶联剂             0.1-1；

(2)将聚甲醛树脂在60-90℃下干燥3-5h，然后与聚氧化乙烯、钛酸钾晶须、超高分子量聚乙烯、抗氧剂、润滑剂、甲醛吸收剂按配比一起加入高速混合机中混合5-8min，然后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，无碱玻璃纤维从玻纤加料口加入，工艺温度为165-200℃，挤出物急剧冷却到聚氧化乙烯的结晶温度以下，然后切粒即可以得到高耐磨、自润滑、高韧性增强聚甲醛材料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明使用了聚氧化乙烯、钛酸钾晶须和超高分子量聚乙烯作为复合的抗磨润滑体系，具有良好的综合效果，不仅提高了聚甲醛材料的耐磨自润滑性，而且使材料的韧性得到了明显的改善；

(2)本发明中使用的助剂添加量少，生产成本低；

(3)本发明的制备方法操作简单。

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

一种传动传导零件用聚甲醛材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

将5000g共聚甲醛在温度60℃下干燥4h，然后与500g聚氧化乙烯、1500g钛酸钾晶须、1000g超高分子量聚乙烯、40g抗氧剂1010、40g润滑剂改性乙撑双硬脂酸酰胺(TAF)、30g甲醛吸收剂双氰胺一起加入高速混合机中混合5～8min，然后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，2000g无碱玻璃纤维经偶联剂KH550处理，然后通过挤出机玻纤加料口加入，工艺温度为165～200℃，挤出物要急剧冷却到聚氧化乙烯的结晶温度以下，然后切粒得到高耐磨、自润滑、高韧性增强聚甲醛材料。其缺口冲击强度为9.2KJ/m²，拉伸强度为95MPa，弯曲模量为5130MPa，摩擦系数为0.19，磨痕宽度为3.2mm。

实施例2

一种传动传导零件用聚甲醛材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

将6000g共聚甲醛在温度70℃下干燥4h，然后与400g聚氧化乙烯、1000g钛酸钾晶须、600g超高分子量聚乙烯、40g抗氧剂2246、40g润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺、30g甲醛吸收剂三聚氰胺一起加入高速混合机中混合5～8min，然后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，2000g无碱玻璃纤维经偶联剂KH550处理，然后通过挤出机玻纤加料口加入，工艺温度为165～200℃，挤出物要急剧冷却到聚氧化乙烯的结晶温度以下，然后切粒得到高耐磨、自润滑、高韧性增强聚甲醛材料。其缺口冲击强度为9.1KJ/m²，拉伸强度为100MPa，弯曲模量为5300MPa，摩擦系数为0.24，磨痕宽度为4.4mm。

实施例3

一种传动传导零件用聚甲醛材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

将5500g共聚甲醛在温度80℃下干燥4h，然后与400g聚氧化乙烯、600g钛酸钾晶须、1000g超高分子量聚乙烯、40g抗氧剂245、40g润滑剂TAF、30g甲醛吸收剂三聚氰胺一起加入高速混合机中混合5～8min，然后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，2000g无碱玻璃纤维经偶联剂KH570处理，然后通过挤出机玻纤加料口加入，工艺温度为165～200℃，挤出物要急剧冷却到聚氧化乙烯的结晶温度以下，然后切粒得到高耐磨、自润滑、高韧性增强聚甲醛材料。其缺口冲击强度为8.6KJ/m²，拉伸强度为110MPa，弯曲模量为6270MPa，摩擦系数为0.22，磨痕宽度为4.1mm。

实施例4

一种传动传导零件用聚甲醛材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)70kg聚甲醛树脂、30kg聚氧化乙烯、5kg无碱玻璃纤维、0.1kg钛酸钾晶须、10kg超高分子量聚乙烯、0.1kg抗氧剂2246、1kg润滑剂、0.1kg甲醛吸收剂、1kg偶联剂，其中聚甲醛树脂为共聚级聚合物，熔体流动速率为1g/10min；聚氧化乙烯的分子量为5万，钛酸钾晶须粒径为0.3μm，长度为5μm；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、甲醛吸收剂为双氰胺、偶联剂为市售KH550，用来处理无碱玻璃纤维。

(2)将聚甲醛树脂在60℃下干燥5h，然后与聚氧化乙烯、钛酸钾晶须、超高分子量聚乙烯、抗氧剂、润滑剂、甲醛吸收剂按配比一起加入高速混合机中混合5min，然后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，无碱玻璃纤维经偶联剂处理后，从玻纤加料口加入，工艺温度为165℃，挤出物要急剧冷却到聚氧化乙烯的结晶温度以下，然后切粒即可以得到高耐磨、自润滑、高韧性增强聚甲醛材料。其缺口冲击强度为10.6KJ/m²，拉伸强度为90MPa，弯曲模量为5820MPa，摩擦系数为0.21，磨痕宽度为3.8mm。

实施例5

一种传动传导零件用聚甲醛材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)70kg聚甲醛树脂、1kg聚氧化乙烯、40kg无碱玻璃纤维、20kg钛酸钾晶须、0.1kg超高分子量聚乙烯、1kg抗氧剂2246、0.1kg润滑剂、1kg甲醛吸收剂、0.1kg偶联剂，其中聚甲醛树脂为均聚级聚合物，熔体流动速率为25g/10min；聚氧化乙烯的分子量为500万，钛酸钾晶须粒径为1.5μm，长度为50μm；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、甲醛吸收剂为双氰胺及三聚氰胺的混合物、偶联剂为市售KH570，用来处理无碱玻璃纤维。

(2)将聚甲醛树脂在90℃下干燥3h，然后与聚氧化乙烯、钛酸钾晶须、超高分子量聚乙烯、抗氧剂、润滑剂、甲醛吸收剂按配比一起加入高速混合机中混合8min，然后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，无碱玻璃纤维从玻纤加料口加入，工艺温度为200℃，挤出物要急剧冷却到聚氧化乙烯的结晶温度以下，然后切粒即可以得到高耐磨、自润滑、高韧性增强聚甲醛材料。其缺口冲击强度为8.5KJ/m²，拉伸强度为110MPa，弯曲模量为6940MPa，摩擦系数为0.25，磨痕宽度为4.1mm。

本发明所得到的高耐磨、自润滑、高韧性增强聚甲醛材料与纯聚甲醛材料相比，各方面性能都有提升，具体见表1。

表1

性能	拉伸强度/MPa	弯曲模量/MPa	缺口冲击强度/KJ/m2	摩擦系数	磨痕宽度/mm
						测试方法	ISO 527	ISO 178	ISO 179	ISO 8295	ISO 8295
纯聚甲醛	45	1740	6.7	0.31	5.4
						本专利改性聚甲醛	90～110	5000～7000	8.5～12	0.15～0.25	3.0～4.5

实施例4

一种传动传导零件用聚甲醛材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)30kg聚甲醛树脂、30kg聚氧化乙烯、5kg无碱玻璃纤维、0.1kg钛酸钾晶须、10kg超高分子量聚乙烯、0.1kg抗氧剂2246、1kg润滑剂、0.1kg甲醛吸收剂、1kg偶联剂，其中聚甲醛树脂为共聚级聚合物，熔体流动速率为1g/10min；聚氧化乙烯的分子量为5万，钛酸钾晶须粒径为0.3μm，长度为5μm；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、甲醛吸收剂为双氰胺、偶联剂为市售KH550，用来处理无碱玻璃纤维。

(2)将聚甲醛树脂在60℃下干燥5h，然后与聚氧化乙烯、钛酸钾晶须、超高分子量聚乙烯、抗氧剂、润滑剂、甲醛吸收剂按配比一起加入高速混合机中混合5min，然后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，无碱玻璃纤维经偶联剂处理后，从玻纤加料口加入，工艺温度为165℃，挤出物要急剧冷却到聚氧化乙烯的结晶温度以下，然后切粒即可以得到高耐磨、自润滑、高韧性增强聚甲醛材料。

实施例5

一种传动传导零件用聚甲醛材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)70kg聚甲醛树脂、1kg聚氧化乙烯、40kg无碱玻璃纤维、20kg钛酸钾晶须、0.1kg超高分子量聚乙烯、1kg抗氧剂2246、0.1kg润滑剂、1kg甲醛吸收剂、0.1kg偶联剂，其中聚甲醛树脂为均聚级聚合物，熔体流动速率为25g/10min；聚氧化乙烯的分子量为500万，钛酸钾晶须粒径为1.5μm，长度为50μm；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、甲醛吸收剂为双氰胺及三聚氰胺的混合物、偶联剂为市售KH570，用来处理无碱玻璃纤维。

(2)将聚甲醛树脂在90℃下干燥3h，然后与聚氧化乙烯、钛酸钾晶须、超高分子量聚乙烯、抗氧剂、润滑剂、甲醛吸收剂按配比一起加入高速混合机中混合8min，然后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，无碱玻璃纤维从玻纤加料口加入，工艺温度为200℃，挤出物要急剧冷却到聚氧化乙烯的结晶温度以下，然后切粒即可以得到高耐磨、自润滑、高韧性增强聚甲醛材料。

Claims (9)

1.一种传动传导零件用聚甲醛材料，其特征在于，该材料包括以下组分及重量份含量：

聚甲醛树脂            30-70；

聚氧化乙烯             1-30；

无碱玻璃纤维           5-40；

钛酸钾晶须           0.1-20；

超高分子量聚乙烯     0.1-10；

抗氧剂                0.1-1；

润滑剂                0.1-1；

甲醛吸收剂            0.1-1；

偶联剂                0.1-1。

2.根据权利要求1所述的一种传动传导零件用聚甲醛材料，其特征在于，所述的聚甲醛树脂为共聚级或均聚级聚合物，该聚甲醛树脂的熔体流动速率为1-25g/10min。

3.根据权利要求1所述的一种传动传导零件用聚甲醛材料，其特征在于，所述的聚氧化乙烯的分子量为5万-500万。

4.根据权利要求1所述的一种传动传导零件用聚甲醛材料，其特征在于，所述的钛酸钾晶须粒径为0.3-1.5μm，长度为5-50μm。

5.根据权利要求1所述的一种传动传导零件用聚甲醛材料，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，包括市售抗氧剂2246、抗氧剂1010、抗氧剂1098或抗氧剂245。

6.根据权利要求1所述的一种传动传导零件用聚甲醛材料，其特征在于，所述的润滑剂包括乙撑双硬脂酸酰胺或改性乙撑双硬脂酸酰胺(TAF)。

7.根据权利要求1所述的一种传动传导零件用聚甲醛材料，其特征在于，所述的甲醛吸收剂为双氰胺、三聚氰胺或硬脂酸钙中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种传动传导零件用聚甲醛材料，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，包括市售KH550或市售KH570，用来处理无碱玻璃纤维。

9.一种传动传导零件用聚甲醛材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及重量份含量准备原料：

聚甲醛树脂            30-70，

聚氧化乙烯             1-30，

无碱玻璃纤维           5-40，

钛酸钾晶须           0.1-20，

超高分子量聚乙烯     0.1-10，

抗氧剂                0.1-1，

润滑剂                0.1-1，

甲醛吸收剂            0.1-1，

偶联剂                0.1-1；

(2)将聚甲醛树脂在60-90℃下干燥3-5h，然后与聚氧化乙烯、钛酸钾晶须、超高分子量聚乙烯、抗氧剂、润滑剂、甲醛吸收剂按配比一起加入高速混合机中混合5-8min，然后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，无碱玻璃纤维从玻纤加料口加入，工艺温度为165-200℃，挤出物急剧冷却到聚氧化乙烯的结晶温度以下，然后切粒即可以得到高耐磨、自润滑、高韧性增强聚甲醛材料。