CN103131124B - 可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物及其制备方法，该组合物由包括以下重量份含量的组分制成：酚类化合物60-90，矿物粉10-40，助剂0.2-3。按配比将原料放入高速混合机中预混合，然后在开炼机中混炼，得到的样品在中药粉碎机上粉碎至粉状颗粒得到产品。与现有技术相比，本发明在提高玻璃纤维增强聚酯材料的拉伸强度、弯曲强度和模量的同时也提高了材料的冲击强度，并且在很少的添加比例下就可以达到很好的效果。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及一种可提高玻纤增强聚甲醛材料力学性能和热稳定性的组合物及其制备方法。
背景技术
聚甲醛(缩写POM)，是一种高结晶性热塑性工程材料，具有优异的力学性能、突出的自润滑性、耐磨性和耐化学药品性，且耐蠕变性和疲劳性好，并在能较宽的温度保持其所具有的力学性能，故有“赛钢”之称，可替代金属，被广泛应用于汽车、电子电器、精密仪器、机械、航空和建筑等行业；作为五大通用工程塑料之一的聚甲醛，未改性时拉伸强度一般在60-70MPa之间，模量在2500-2800MPa。聚甲醛虽然是综合性能优良的工程塑料，但作为工程材料，其强度和刚性还不能完全满足各行各业的要求，为了进一步提高聚甲醛的强度和刚性，一般通过加入增强材料(如滑石、玻璃纤维、硅灰石等)来提高其强度和刚性。不过聚甲醛由于特殊的分子结构，其热稳定性较差，在加工应用过程易分解，导致其性能降低；尤其在加入大量无机增强材料时，会进一步降低聚甲醛的热稳定性，从而在加工过程更易分解，制备的增强材料性能会更差。因而提高增强聚甲醛的力学性能和其热稳定性一直成为开发这种材料的热点，不少企业和科研单位在这方面做了很多深入研究，如在专利CN101343396A、CN1948390A、CN1798800A和CN1891753A等都报道了这方面的研究。
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制备简单，性能稳定，并可显著改善玻璃纤维增强聚甲醛材料的力学性能和热稳定性的组合物及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物，由包括以下重量份含量的组分制成：
酚类化合物60-90，
矿物粉10-40，
助剂0.2-3。
所述的酚类化合物为固体形式，分子量在300-800之间，含有2个以上的羟基。
所述的酚类化合物为芦丁、槲皮素等。
所述的矿物粉为碳酸钙、氧化锌、硼酸锌、磷酸钙或硫酸钙中的一种或几种，粒径在500-2000目之间。
所述的助剂包括抗氧剂和分散剂。
所述的抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox1010)、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(Irganox1076)、2.6-二叔丁基对甲酚(BHT)、三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(Irgafos168)或硫代二丙酸双十八烷酯(LowinoxDSTDP)中的一种或几种。
所述的分散剂选自N.N’-乙撑双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅酮粉、季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)或褐煤蜡中的一种或几种。
一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照以下组分及重量份含量备料：
酚类化合物60-90，
矿物粉10-40，
助剂0.2-3；
(2)按配比将上述原料放入高速混合机中进行预混合60s，混合再通过开炼机熔融混炼，混炼温度为160-190℃之间，混炼2min-5min后从开炼机上取出冷却后，在中药粉碎机上粉碎得到粒径大小为30-200目的粉状颗粒，即为产品。
与现有技术相比，本发明提供的组合物在提高玻璃纤维增强聚酯材料的拉伸强度、弯曲强度和模量的同时也提高了材料的冲击强度，并且在很少的添加比例下就可以达到很好的效果。
具体实施方式
下面结合实施例来具体说明本发明，但具体实施例并不对本发明做任何限制。
实施例1
实施例以玻璃纤维增强聚甲醛来验证组合物的实施效果。
将各组分在计量称上按以下重量百分比称量，在高速混合机预混合，混合时间60s，混合再通过开炼机熔融混炼，混炼温度为160-190℃之间，混炼2min后从开炼机上取出冷却后，在中药粉碎机上粉碎，然后过100目筛后即得到该组合物。
酚类化合物：90％
磷酸钙：10％(粒径为500目)
抗氧剂1010：0.1％
抗氧剂DSTDP：0.1％
分散剂：0.3％
通过以下实施方式来说明以上所制备的组合物对聚酯材料的力学性能的改善情况，具体方式如下：将以上制备的组合物、玻璃纤维、聚甲醛和助剂分别按以下重量百分比(见表1)在计量称称量后，分别通过双螺杆挤出机(双螺杆直径为35mm，长径比为35)，在160-210℃下挤出，以线料形式排出后通过造粒机造粒。将造好的粒料在100℃烘箱中干燥2小时后，分别通过注塑机制成根据ASTMD638、ASTMD790和ASTMD6110规定的标准样条，
甲醛挥发量：用改性好的玻纤增强POM粒子制作厚度2mm片材，片材的甲醛挥发量在存放24小时后按照VDA275测试。
A：聚甲醛树脂(F20-03，南通宝泰菱)；
B：连续无碱玻璃纤维(ER14-1000-988A，巨石集团)
C：上述自制的组合物
D：助剂(抗氧剂1010、抗氧剂DSTDP和润滑剂)
将以上制备好的组合物同玻璃纤维、聚甲醛和助剂分别按以下重量百分比(见表1)称量后，通过双螺杆挤出机(双螺杆直径为35mm，长径比为35)，在160-210℃下挤出，以线料形式排出后通过造粒机造粒。将造好的粒料在100℃烘箱中干燥2小时后，分别通过注塑机制成根据ASTMD638、ASTMD790和ASTMD6110规定的标准样条。
表1各组分质量百分比
| 原料 | 各组分比例1# | 各组分比例2# | 各组分比例3# |
| A | 79 | 78 | 77 |
| B | 20 | 20 | 20 |
| C | 0 | 1 | 2 |
| D | 1 | 1 | 1 |
其中A为聚甲醛树脂(F20-03，南通宝泰菱)；B为连续无碱玻璃纤维(ER14-1000-988A，巨石集团)；C为实施例1中自制的可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物；D为助剂(抗氧剂1010、抗氧剂DSTDP和润滑剂)。
按照以上三种不同产品比例制备20％玻璃纤维增强POM材料，并对其进行性能测试，测试结果见表2：
表2不同产品比例20％玻璃纤维
从表2可以看出，添加本发明产品后的玻纤增强POM材料在弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、冲击强度、灰分以及甲醛挥发量等指标上均显示出明显提高。其中，数据显示添加2％本发明产品对玻纤增强POM材料性能提高最为明显。
实施例2
一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及含量备料：90kg酚类化合物芦丁、10kg矿物粉磷酸钙(粒径为500目)、0.1kg抗氧剂、0.3kg分散剂，其中，使用的酚类化合物为固体形式，分子量在300，含有2个以上的羟基，抗氧剂选用2.6-二叔丁基对甲酚(BHT)、三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(Irgafos168)的混合物，分散剂选用N.N’-乙撑双硬脂酰胺(EBS)；
(2)按配比将原料放入高速混合机中进行预混合60s，然后在开炼机中混炼2min，温度控制在160℃；
(3)将混合物取出，在中药粉碎机上粉碎至粒径大小为100目的粉状颗粒，即得产品。
实施例3
一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及含量备料：60kg酚类化合物槲皮素、10kg矿物粉氧化锌(粒径为500目)、0.1kg抗氧剂1010、0.1kg分散剂，其中，使用的酚类化合物为固体形式，分子量在600，含有2个以上的羟基，抗氧剂选用四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox1010)，分散剂选用硅酮粉；
(2)按配比将原料放入高速混合机中进行预混合60s，然后在开炼机中混炼2min，温度控制在180℃；
(3)将混合物取出，在中药粉碎机上粉碎至粒径大小为30目的粉状颗粒，即得产品。
实施例4
一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及含量备料：90kg酚类化合物芦丁、40kg矿物粉碳酸钙(粒径为1000目)、1kg抗氧剂1010、1kg硫代二丙酸双十八烷酯(LowinoxDSTDP)、1kg分散剂，其中，使用的酚类化合物为固体形式，分子量在800，含有2个以上的羟基，分散剂选用季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)和褐煤蜡的混合物；
(2)按配比将原料放入高速混合机中进行预混合60s，然后在开炼机中混炼5min，温度控制在190℃；
(3)将混合物取出，在中药粉碎机上粉碎至粒径大小为200目的粉状颗粒，即得产品。
实施例5
一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及含量备料：80kg酚类化合物芦丁、20kg矿物粉硼酸锌(粒径为2000目)、1.5kg的助剂，该助剂由β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(Irganox1076)、2.6-二叔丁基对甲酚(BHT)以及硬脂酸钙混合而成，其中，使用的酚类化合物为固体形式，分子量在500，含有2个以上的羟基；
(2)按配比将原料放入高速混合机中进行预混合60s，然后在开炼机中混炼3min，温度控制在180℃；
(3)将混合物取出，在中药粉碎机上粉碎至粒径大小为50目的粉状颗粒，即得产品。
实施例6
一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及含量备料：70kg酚类化合物槲皮素、30kg矿物粉硼酸锌(粒径为2000目)、2kg的助剂，该助剂由抗氧剂硫代二丙酸双十八烷酯(LowinoxDSTDP)和分散剂硬脂酸锌混合而成，其中，使用的酚类化合物为固体形式，分子量在500，含有2个以上的羟基；
(2)按配比将原料放入高速混合机中进行预混合60s，然后在开炼机中混炼3min，温度控制在180℃；
(3)将混合物取出，在中药粉碎机上粉碎至粒径大小为200目的粉状颗粒，即得产品。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施例进行各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物，其特征在于，该组合物由包含以下重量份含量的组分制成：
酚类化合物60-90，
矿物粉10-40，
助剂0.2-3；
所述的酚类化合物为固体形式，分子量在300-800之间，含有2个以上的羟基，为芦丁或槲皮素。
2.根据权利要求1所述的一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物，其特征在于，所述的矿物粉为碳酸钙、氧化锌、硼酸锌、磷酸钙或硫酸钙中的一种或几种，粒径在500-2000目之间。
3.根据权利要求1所述的一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物，其特征在于，所述的助剂包括抗氧剂和分散剂。
4.根据权利要求3所述的一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物，其特征在于，所述的抗氧剂选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(Irganox1076)、2.6-二叔丁基对甲酚(BHT)、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(Irgafos168)或硫代二丙酸双十八烷酯(LowinoxDSTDP)中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的一种可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物，其特征在于，所述的分散剂选自N.N’-乙撑双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅酮粉、季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)或褐煤蜡中的一种或几种。
6.一种如权利要求1所述的可提高玻纤增强聚甲醛材料性能的组合物的制备方法，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备料：
酚类化合物60-90，
矿物粉10-40，
助剂0.2-3；
(2)按配比将上述原料放入高速混合机中进行预混合60s，混合再通过开炼机熔融混炼，混炼温度为160-190℃之间，混炼2min～5min后从开炼机上取出冷却后，在中药粉碎机上粉碎得到粒径大小为30-200目的粉状颗粒，即为产品。
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