CN102585433A - 一种耐磨、增强聚甲醛合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐磨、增强聚甲醛合金材料及其制备方法。该材料既提高了聚甲醛的耐磨性，也提高了聚甲醛的抗拉强度、弯曲强度等刚性指标，同时也大幅提高了聚甲醛的热变形温度。其配方构成如下：聚甲醛100份、短切玻璃纤维5～35份、表面处理剂0～5份、聚四氟乙烯3～20份、抗氧剂0～1份、甲醛吸收剂0～1份、润滑剂0～1份。制备方法包括高速混合机混合和双螺杆挤出造粒步骤，该合金材料具有优异的力学性能和磨擦性能，同时具有较高的热变形温度，可以满足高温环境下使用。可制作高耐磨、高强度和高耐热性要求的棒材、板材、齿轮、轴承等。

Description

一种耐磨、增强聚甲醛合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能塑料合金材料，具体地说，是涉及一种耐磨、增强聚甲醛合金材料及其制备工艺。
背景技术
聚甲醛具有较好的综合性能，素有“赛刚”之称，与其它高分子材料相比具有力学强度高、耐疲劳性、耐化学药品性及耐磨自润滑性好等优点，因此在工程塑料中具有不可替代的地位。随着聚甲醛在航天、航空、汽车、电子、机械、建筑等行业的广泛应用，对其耐磨性、刚性、耐热性、尺寸稳定性等性能提出了更高的要求。近来，国内外各种聚甲醛合金材料遍地开花，扩大了聚甲醛的应用范围。
对于聚甲醛的研究，大多集中在研究改善聚甲醛的单一性能，如增强、耐磨、增韧中的一种。而专利CN101759957A公开了一种既可以提高耐磨性，又可以提高强度，同时还可以提高冲击强度的方法。从这个专利中我们可以看到：一、所用聚甲醛为均聚聚甲醛，热稳定性较差，加工范围窄，容易产生甲醛气味；二、所用玻璃纤维为长玻璃纤维，容易产生浮纤，且分散效果不佳；三、聚甲醛中既添加弹性体聚氨酯，又添加玻璃纤维，在混合体系中三种物质很难均匀分散，影响整体性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚甲醛合金材料，具有更高的耐磨性、抗拉强度和弯曲强度，并提供该聚甲醛合金材料的制备方法。
具体技术方案为：
一种耐磨、增强聚甲醛合金材料及其制备工艺，其配方构成如下：聚甲醛100份、短切玻璃纤维5～35份、表面处理剂0～5份、聚四氟乙烯3～20份、抗氧剂0～1份、甲醛吸收剂0～1份、润滑剂0～1份。
其中所述的聚甲醛合金材料，由如下重量份数的原料组成：聚甲醛100份，短切玻璃纤维10～20份，表面改性剂2～5份，聚四氟乙烯3～10份，抗氧剂0.2～0.8份，甲醛吸收剂0.2～1份，润滑剂0.1～0.5份。
所述聚甲醛为共聚聚甲醛。
所述短切玻璃纤维为单丝直径8～15μm，长度为3～6mm的玻璃纤维。
所述表面处理剂是有机硅氧烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂中的一种。
所述聚四氟乙烯的平均粒径8～30μm，熔点在325±5℃。
所述抗氧剂是受阻酚类抗氧剂。
所述甲醛吸收剂为三聚氰胺。
所述润滑剂是聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硅油中的一种。
一种聚甲醛合金材料的制备方法，其步骤如下：
(1)混合：将不同比例的原料加入高速混合机中混合，聚甲醛100份、短切玻璃纤维5～35份、表面处理剂0～5份、聚四氟乙烯3～20份、抗氧剂0～1份、甲醛吸收剂0～1份、润滑剂0～1份。
高速混合机转速300～1000转/分钟，混合时间3～20分钟。
(2)双螺杆挤出造粒：将上述混合的物料加入双螺杆挤出机的料斗中，玻璃纤维通过侧喂料加入挤出机中。双螺杆挤出机的温度为160～235℃，螺杆转速为30～160转/分钟。
本发明的有益效果：
本发明制备的耐磨、增强聚甲醛合金材料克服了现有改性聚甲醛中的缺点，所得材料高耐磨、高强度、高耐热性(热变形温度接近熔点)，而且热稳定性好，加工中无甲醛气味。该合金材料可以用来加工对耐磨性、耐热性和强度有较高要求的制品上，如棒材、板材、齿轮、轴承等。力学性能和耐热性能的测试结果表明所得产品中各种原材料分散均匀，性能稳定。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
(1)混合：将不同比例(重量份)的原料加入高速混合机中混合：共聚聚甲醛100份、表面改性剂γ-氯丙基三甲氧基硅烷2份、平均粒径14μm的聚四氟乙烯3份、抗氧剂0.2份、甲醛吸收剂0.2份、润滑剂聚乙烯蜡0.5份。所用抗氧剂是三甘醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯](抗氧剂245)。
高速混合机转速300转/分钟，混合时间3分钟。
(2)双螺杆挤出造粒：将上述混合的物料加入双螺杆挤出机的料斗中，单丝直径8～15μm、长度为3～6mm的玻璃纤维通过侧喂料加入挤出机中，与聚甲醛相比为10份。双螺杆挤出机的温度为170℃，螺杆转速为50转/分钟，挤出造粒。
实施例2：
(1)混合：将不同比例(重量份)的原料加入高速混合机中混合，共聚聚甲醛100份、表面改性剂单烷氧基钛酸酯3份、平均粒径20μm的聚四氟乙烯5份、抗氧剂0.3份、甲醛吸收剂0.2份、润滑剂硬脂酸钙0.1份。所用抗氧剂是四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯(抗氧剂1010)。
高速混合机转速500转/分钟，混合时间8分钟。
(2)双螺杆挤出造粒：将上述混合的物料加入双螺杆挤出机的料斗中，把单丝直径8～15μm、长度为3～6mm的玻璃纤维通过侧喂料加入挤出机中，与聚甲醛相比为20份。双螺杆挤出机的温度为180℃，螺杆转速为100转/分钟，挤出造粒。
实施例3：
(1)混合：将不同比例(重量份)的原料加入高速混合机中混合，共聚聚甲醛100份、表面改性剂单烷氧基钛酸酯5份、平均粒径30μm的聚四氟乙烯10份、抗氧剂0.8份、甲醛吸收剂0.2份、润滑剂硅油0.1份。所用抗氧剂是Chinox30N。
高速混合机转速800转/分钟，混合时间5分钟。
(2)双螺杆挤出造粒：将上述混合的物料加入双螺杆挤出机的料斗中，单丝直径8～15μm、长度为3～6mm的玻璃纤维通过侧喂料加入挤出机中，与聚甲醛相比为20份。双螺杆挤出机的温度为190℃，螺杆转速为150转/分钟，挤出造粒。
实施例4：
(1)混合：将不同比例(重量份)的原料加入高速混合机中混合：共聚聚甲醛100份、平均粒径14μm的聚四氟乙烯3份。高速混合机转速300转/分钟，混合时间3分钟。
(2)双螺杆挤出造粒：将上述混合的物料加入双螺杆挤出机的料斗中，单丝直径8～15μm、长度为3～6mm的玻璃纤维通过侧喂料加入挤出机中，与聚甲醛相比为10份。双螺杆挤出机的温度为170℃，螺杆转速为50转/分钟，挤出造粒。
试验例：
对上述试验例制备的耐磨、增强聚甲醛合金材料进行如下性能测试：
(1)通过测量力学性能，如拉伸强度、弯曲强度、冲击强度获得不同配方及工艺条件下的材料的性能变化。
(2)测量热变形温度，研究聚甲醛的耐热性能，从而考察聚甲醛长期使用温度。
(3)通过测量磨损量，研究聚甲醛合金材料的耐磨性能。
表1：实施例所得产品的性能
  项目   标准   单位  实施例1   实施例2  实施例3  实施例4
  拉伸强度   ISO527   MPa   85   110   105   84
  弯曲强度   ISO178   MPa   120   145   140   118
  缺口冲击强度   ISO 179   KJ/m2   5   6.5   7   5
  热变形温度   ISO75   ℃   150   162   161   147
  磨损量   GB/T3960   mg   12   10   8   13
通过力学性能测试结果判断，材料的分散均匀，所以强度较高，性能稳定；如果各种原材料分散不均，则强度低，且稳定性较差。肉眼观察材料表面没有浮纤。

Claims (10)

1.一种聚甲醛合金材料，由如下重量份数的原料组成：聚甲醛100份，短切玻璃纤维5～35份，表面改性剂0～5份，聚四氟乙烯3～20份，抗氧剂0～1份，甲醛吸收剂0～1份，润滑剂0～1份。
2.根据权利要求1所述的聚甲醛合金材料，其特征在于，由如下重量份数的原料组成：聚甲醛100份，短切玻璃纤维10～20份，表面改性剂2～5份，聚四氟乙烯3～10份，抗氧剂0.2～0.8份，甲醛吸收剂0.2～1份，润滑剂0.1～0.5份。
3.根据权利要求1或2所述的聚甲醛合金材料，其特征在于，所述聚甲醛为共聚聚甲醛。
4.根据权利要求1或2所述的聚甲醛合金材料，其特征在于，所述短切玻璃纤维是单丝直径8～15μm，长度为3～6mm的玻璃纤维。
5.根据权利要求1或2所述的聚甲醛合金材料，其特征在于，所述表面改性剂为有机硅氧烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的聚甲醛合金材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯平均粒径8～30μm，熔点为325℃±5℃。
7.根据权利要求1或2所述的聚甲醛合金材料，其特征在于，所述抗氧剂是受阻酚类抗氧剂。
8.根据权利要求1或2所述的聚甲醛合金材料，其特征在于，所述甲醛吸收剂为三聚氰胺。
9.根据权利要求1或2所述的聚甲醛合金材料，其特征在于，所述润滑剂是聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硅油中的一种。
10.一种制备权利要求1或2所述的聚甲醛合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)混合：按比例将原料聚甲醛、短切玻璃纤维、表面处理剂、聚四氟乙烯、抗氧剂、甲醛吸收剂和润滑剂加入高速混合机中混合，高速混合机转速300～1000转/分钟，混合时间3～20分钟；
(2)双螺杆挤出造粒：将上述混合的物料加入双螺杆挤出机的料斗中，玻璃纤维通过侧喂料加入挤出机中，双螺杆挤出机的温度为160℃～235℃，螺杆转速为30～160转/分钟，挤出造粒。
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