发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种聚甲醛制品及其制备方法,表面附着力好。
本发明公开了一种聚甲醛制品的制备方法,包括以下步骤:
(A)将58~88wt%的聚甲醛粉料,10~40wt%可溶材料,1~5wt%相容剂,0.1~0.8wt%润滑剂和0.1~0.8wt%抗氧剂混合,熔融混炼,然后经挤出造粒,得到粒料;
(B)将所述粒料注塑成型,得到成型品;
(C)将所述成型品在溶剂中浸泡,得到聚甲醛制品;
所述可溶材料为纳米级ABS树脂或纳米级聚氨酯,所述溶剂为环己烷、苯、丙酮、丁酮、甲苯和四氢呋喃中的一种或多种;或者,
所述可溶材料为二氧化钛,所述溶剂为浓硫酸和氢氟酸中的一种或多种。
优选的,所述可溶材料的粒径为200~1000nm。
优选的,所述相容剂为丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、ABS-g-MAH和丙烯腈-苯乙烯-马来酸酐共聚物中的一种或几种。
优选的,所述润滑剂为季戊四醇三硬脂酸酯、甘油单硬脂酸酯或双硬脂酰胺。
优选的,所述抗氧剂为四[b-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或二[3-(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸三缩乙二醇酯。
优选的,所述步骤(C)中,所述浸泡时间为10~30min。
优选的,所述步骤(A)中,所述熔融混炼时的搅拌速度为60~300r/min。
优选的,所述步骤(A)中,所述混炼温度为150~200℃。
本发明公开了一种由上述技术方案制备的聚甲醛制品,所述聚甲醛制品的表面具有纳米凹孔结构。
优选的,所述聚甲醛制品表面还包括涂层。
与现有技术相比,本发明首先将58~88wt%的聚甲醛粉料,10~40wt%可溶材料,1~5wt%相容剂,0.1~0.8wt%润滑剂和0.1~0.8wt%抗氧剂混合,熔融混炼,然后经挤出造粒,得到粒料;将所述粒料注塑成型,得到成型品;将所述成型品在溶剂中浸泡,得到聚甲醛制品。由于在混炼造粒过程中,聚甲醛与可溶材料均匀混合,因此在成型后,可溶材料均匀分散于成型品的内部及表面,通过溶剂的浸泡,成型品表面的可溶材料被溶解,形成凹凸不平的纳米凹孔结构,该结构对于涂覆或粘附层具有显著的锚固和吸附作用,大大提高了聚甲醛制品表面的粘附力,从根本上改善了聚甲醛制品表面不易喷涂的特性,且喷涂后的涂层不易脱落。另外由于在聚甲醛中加入的溶解材料为纳米级ABS树脂,纳米级聚氨酯或纳米二氧化钛,其在一定程度上增加了聚甲醛制品的韧性。实验结果表明,本发明的聚甲醛制品断裂伸长率47~60%,缺口冲击强度为7~18KJ/m2;喷涂容易,脱漆等级在3以内,均能通过测试。
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种聚甲醛制品的制备方法,包括以下步骤:
(A)将60~88wt%的聚甲醛粉料,10~38wt%可溶材料,1~5wt%相容剂,0.1~0.8wt%润滑剂和0.1~0.8wt%抗氧剂混合,熔融混炼,然后经挤出造粒,得到粒料;
(B)将所述粒料注塑成型,得到成型品;
(C)将所述成型品在溶剂中浸泡,得到聚甲醛制品;
所述可溶材料为纳米级ABS树脂或纳米级聚氨酯,所述溶剂为环己烷、苯、丙酮、丁酮、甲苯和四氢呋喃中的一种或多种;或者,
所述可溶材料为二氧化钛,所述溶剂为浓硫酸和氢氟酸中的一种或多种。
按照本发明,以聚甲醛、可溶材料、相容剂、润滑剂和抗氧剂为原料制备聚甲醛制品。
所述聚甲醛为聚甲醛制品的基体材料,本发明对所述聚甲醛的类型没有特殊限制,可以为均聚型,也可以为共聚型。本发明对所述聚甲醛的来源也没有特殊限制,可以自己制备,也可以选择市售产品。所述聚甲醛的添加量为58~88wt%,优选为66~76wt%。
所述可溶材料为纳米级ABS树脂(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物),纳米级聚氨酯或纳米二氧化钛,优选为纳米级ABS树脂。所述可溶材料可以被特定的有机溶剂溶解,从而在聚甲醛制品表面形成凹孔结构,而且所述可溶材料的加入,有利于增加聚甲醛制品的韧性。所述可溶材料的粒径为200~1000nm,优选为200~600nm。所述可溶材料的添加量为10~40wt%,优选为20~35wt%。
所述相容剂的作用是使聚甲醛与可熔材料结合在一起,进而得到稳定的共混物。所述相容剂优选为丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、ABS-g-MAH和丙烯腈-苯乙烯-马来酸酐共聚物中的一种或几种。所述相容剂的添加量为1~5wt%,优选为2.5~4.5wt%。
所述润滑剂优选为季戊四醇三硬脂酸酯、甘油单硬脂酸酯或双硬脂酰胺。所述润滑剂的添加量为0.1~0.8wt%,优选为0.3~0.6wt%。
所述抗氧剂优选为四[b-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或二[3-(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸三缩乙二醇酯。所述抗氧剂的添加量为0.1~0.8wt%,优选为0.2~0.5wt%。
按照本发明,首先按照比例将聚甲醛、可溶材料、相容剂、润滑剂和抗氧剂混合均匀,熔融混炼,然后经挤出造粒,得到粒料。所述步骤优选在排气式双螺杆挤出机中进行。所述混炼温度优选为150℃~200℃,更优选为160~190℃。所述混炼时的搅拌速度优选为60~300r/min,更优选为100~250r/min。所述造粒的干燥温度优选为80℃~90℃,得到的粒料中均匀分散有可溶材料。
得到粒料后,将所述粒料注塑成型,得到成型品。本发明对于注塑成型的方式没有特殊限制,可以根据具体制作的产品确定最终的模型。所述注塑成型的参数优选为料筒190~200℃,注射压力50MPa~60MPa,注射时间30s~60s,模具温度60℃~90℃。成型品的表面和内部均匀分布有所述可溶材料。
得到成型品后,将所述成型品在有机溶剂中浸泡,得到聚甲醛制品。所述有机溶剂与可溶材料配合使用,所述有机溶剂可以溶解成型品表面的可溶材料,而对于聚甲醛没有腐蚀作用。
当所述可溶材料为纳米级ABS树脂或纳米级聚氨酯时,所述溶剂为环己烷、苯、丙酮、丁酮、甲苯和四氢呋喃中的一种或多种。优选的,当所述可溶材料为纳米级ABS树脂时,所述溶剂优选为环己烷、苯、甲苯和四氢呋喃中的一种或多种,更优选为环己烷;当所述可溶材料为纳米级聚氨酯时,所述溶剂优选为丙酮、丁酮和甲苯中的一种或多种;当所述可溶材料为二氧化碳时,所述溶剂优选为浓硫酸和氢氟酸中的一种或多种。
经过所述有机溶剂的浸泡,成型品表面的可溶材料均可脱除,形成凹凸不平的纳米凹孔结构,该结构对于涂覆或粘附层具有显著的锚固和吸附作用,大大提高了聚甲醛制品表面的粘附力,从根本上改善了聚甲醛制品表面不易喷涂的特性,且喷涂后的涂层不易脱落。所述浸泡时间优选为10~30min,更优选为15~25min。
本发明还公开了一种由上述技术方案所述的聚甲醛制品,其表面具有纳米凹孔结构,优选的,在所述聚甲醛制品表面通过电镀、溅射或喷涂等凡是添加涂层。
对得到的聚甲醛制品的性能进行测试,实验结果表明,所述聚甲醛制品断裂伸长率47~60%,缺口冲击强度为7~18KJ/m2;拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量及热变形温度等性能与不添加可溶材料的聚甲醛制品相当。
对得到的聚甲醛制品进行表明喷涂,对其喷涂难以形容及脱漆情况进行测试,实验结果表明,所述聚甲醛制品喷涂容易,不易脱漆。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明提供的聚甲醛制品及其制备方法进行说明,本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
以下实施例选用的聚甲醛为按照甲醇过剩法或空气过剩法制备的熔融指数为9~27g/10min的产品。
实施例1
将重量比聚甲醛76.7%、纳米级ABS20%和丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物2.6%加入到高速混料机中混合均匀,再加入甘油单硬脂酸酯0.5%和四[b-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2%进行混合,待混合均匀后,将物料加入到排气式双螺杆挤出机的加料斗中,经熔融混炼、挤出造粒。加工工艺为:挤出机料筒温度150℃~200℃,螺杆转速100r/min,并于80℃干燥3h,得到均匀分散有纳米ABS树脂的粒料。然后将以上粒料注塑成型,成型工艺为料筒190℃,注射压力50MPa,注射时间50s,模具温度70℃,得到均匀分散有纳米粒径ABS树脂的成型品最后,将以上成型品浸泡于装有环己烷溶剂的专用处理槽中,并于10min后取出,用清水冲洗干净,在70℃下烘30min,得到这种表面具有特殊表面结构的增韧聚甲醛制品,经测试,其表面粗糙度可达0.37um。
实施例2
将重量比聚甲醛66.8%、纳米级ABS28%和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物4.4%加入到高速混料机中混合均匀,再加入季戊四醇三硬脂酸酯0.2%和二[3-(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸三缩乙二醇酯0.6%进行混合,待混合均匀后,将物料加入到排气式双螺杆挤出机的加料斗中,经熔融混炼、挤出造粒。加工工艺为:挤出机料筒温度160℃,螺杆转速180r/min,并于85℃干燥4h,得到均匀分散有纳米ABS树脂的粒料。然后将以上粒料注塑成型,成型工艺为料筒200℃,注射压力55MPa,注射时间40s,模具温度80℃,得到均匀分散有纳米粒径ABS树脂的成型品。最后,将以上成型品浸泡于装有环己烷溶剂的专用处理槽中,并于15min后取出,用清水冲洗干净,在70℃下烘20min,得到这种表面具有特殊表面结构的增韧聚甲醛制品,经测试,其表面粗糙度可达0.44um。
实施例3
按照重量比将聚甲醛60.3wt%、纳米级ABS34wt%和ABS-g-MAH4.5wt%加入到高速混料机中混合均匀,再加入双硬脂酰胺0.8wt%和四[b-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.4wt%进行混合,待混合均匀后,将物料加入到排气式双螺杆挤出机的加料斗中,经熔融混炼、挤出造粒。加工工艺为:挤出机料筒温度170℃,螺杆转速210r/min,并于90℃干燥4h,得到均匀分散有纳米ABS树脂的粒料。然后将以上粒料注塑成型,成型工艺为料筒190℃,注射压力58MPa,注射时间35s,模具温度65℃,得到均匀分散有纳米粒径ABS树脂的成型品。最后,将以上成型品浸泡于装有环己烷溶剂的专用处理槽中,并于20min后取出,用清水冲洗干净,在70℃下烘15min,得到这种表面具有特殊表面结构的增韧聚甲醛制品,经测试,其表面粗糙度可达0.35um。
实施例4
按照重量比将聚甲醛86.9wt%、纳米级ABS10wt%和丙烯腈-苯乙烯-马来酸酐共聚物2.5wt%加入到高速混料机中混合均匀,再加入甘油单硬脂酸酯0.3wt%和二[3-(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸三缩乙二醇酯0.3wt%进行混合,待混合均匀后,将物料加入到排气式双螺杆挤出机的加料斗中,经熔融混炼、挤出造粒。加工工艺为:挤出机料筒温度190℃,螺杆转速120r/min,并于85℃干燥3h,得到均匀分散有纳米ABS树脂的粒料。然后将以上粒料注塑成型,成型工艺为料筒200℃,注射压力60MPa,注射时间45s,模具温度75℃,得到均匀分散有纳米粒径ABS树脂的成型品。最后,将以上成型浸泡于装有环己烷溶剂的专用处理槽中,并于10min后取出,用清水冲洗干净,在70℃下烘20min,得到这种表面具有特殊表面结构的增韧聚甲醛制品,经测试,其表面粗糙度可达0.30um。
实施例5
按照重量比将聚甲醛54wt%、纳米级ABS40wt%和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物5wt%加入到高速混料机中混合均匀,再加入双硬脂酰胺0.5wt%和四[b-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5wt%进行混合,待混合均匀后,将物料加入到排气式双螺杆挤出机的加料斗中,经熔融混炼、挤出造粒。加工工艺为:挤出机料筒温度、200℃,螺杆转速250r/min,并于80℃干燥4h,得到均匀分散有纳米ABS树脂的粒料。然后将以上粒料注塑成型,成型工艺为料筒200℃,注射压力60MPa,注射时间40s,模具温度75℃,得到均匀分散有纳米粒径ABS树脂的成型品。最后,将以上成型品浸泡于装有环己烷溶剂的专用处理槽中,并于30min后取出,用清水冲洗干净,在70℃下烘15min,得到这种表面具有特殊表面结构的增韧聚甲醛制品,经测试,其表面粗糙度可达0.52um。
实施例6
按照重量比将聚甲醛66.8wt%,纳米聚氨酯28wt%和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物4.5wt%加入到高速混合机中混合均匀,再加入双硬脂酰胺0.2wt%和四[b-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5wt%进行混合,混合均匀后,将物料加入排气式双螺杆挤出机的加料斗中,经熔融混炼,挤出造粒。加工工艺为:挤出机料筒温度200℃;螺杆转速180r/min,并于85℃下干燥4h,得到均匀分散有纳米聚氨酯的聚甲醛材料。然后将以上聚甲醛材料注塑成型,成型工艺为料筒195℃,注射压力60MPa,注射时间40s,模具温度80℃,得到均匀分散有纳米聚氨酯树脂的增韧聚甲醛制品,最后将以上增韧聚甲醛制品浸泡于装有丁酮溶剂专用处理槽中,并于15min后取出,用清水冲洗干净,在70℃下烘20min,得到这种表面具有特殊表面结构的增韧聚甲醛制品,经测试其表面粗糙度可达0.46μm。
实施例7
按照重量比将聚甲醛66.7wt%,纳米二氧化钛28wt%和ABS-g-MAH4.5wt%加入到高速混合机中混合均匀,再加入季戊四醇三硬脂酸酯0.2wt%和二[3-(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸三缩乙二醇酯0.6wt%进行混合,混合均匀后,将物料加入排气式双螺杆挤出机的加料斗中,经熔融混炼,挤出造粒。加工工艺为:挤出机料筒温度150℃-200℃;螺杆转速180r/min,并于85℃下干燥4h,得到均匀分散有纳米二氧化钛的聚甲醛材料。然后将以上聚甲醛材料注塑成型,成型工艺为料筒200℃,注射压力60MPa,注射时间40S,模具温度80℃,得到均匀分散有纳米二氧化钛树脂的增韧聚甲醛制品,最后将以上增韧聚甲醛制品浸泡于装有氢氟酸溶剂专用处理槽中,并于15min后取出,用清水冲洗干净,在70℃下烘20min,得到这种表面具有特殊表面结构的增韧聚甲醛制品,经测试其表面粗糙度可达0.32μm。
比较例1
按照重量比将聚甲醛99.2wt%、丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物0.5wt%和四[b-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.3wt%加入到高速混料机中混合均匀,待混合均匀后,将物料加入到排气式双螺杆挤出机的加料斗中,经熔融混炼、挤出造粒。加工工艺为:挤出机料筒温度150℃,螺杆转速70r/min,并于90℃干燥3h,得到纯聚甲醛材料。然后将以上聚甲醛材料注塑成型,成型工艺为料筒190℃~200℃,注射压力50MPa,注射时间40s,模具温度70℃,得到均匀分散有纳米粒径ABS树脂的增韧聚甲醛制品。最后,将以上增韧聚甲醛制品浸泡于装有环己烷溶剂的专用处理槽中,并于30min后取出,用清水冲洗干净,在70℃下烘30min,得到这种未添加纳米级ABS树脂的聚甲醛制品表面光滑。
对实施例1~5以及比较例1得到的聚甲醛制品进行性能测试:
(1)拉伸强度按ISO527标准进行检验。样条尺寸(mm):(170±2)×(10±0.2)(中部宽度)×(4±0.1)(厚),拉伸速度为50mm/min;
(2)弯曲强度和弯曲模量按ISO178标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm):(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2),弯曲速度为20mm/min;
(3)缺口冲击强度按ISO179标准进行检验。试样尺寸(mm):(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2);缺口剩余厚度为3.2mm。
(4)热变形温度按ISO75标准进行检验。试样尺寸为(mm):(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2);使用1.80MPa弯曲应力。
测试结果参加表1,表1为各实施例及比较例的聚甲醛制品的性能参数。
表1各实施例及比较例的聚甲醛制品的性能参数
对以上得到的具有特殊表面结构的增韧聚甲醛制品进行表面喷涂,喷涂厚度控制在15um~20um,并按照测试标准GB T9286-1998对其脱漆附着力进行考察。所述喷涂工具及喷涂技术,是行业普遍使用的喷涂工具和喷涂技术,为该领域技术人员所公知。
对实施例1~5及与对比例1得到的聚甲醛制品的喷涂难易性及脱漆情况评价如下表2所示:
表2各实施例及比较例的聚甲醛制品的喷涂性能
项目 |
喷涂难易 |
脱漆等级 |
是否通过测试 |
实施例1 |
易 |
2 |
通过 |
实施例2 |
易 |
1 |
通过 |
实施例3 |
易 |
2 |
通过 |
实施例4 |
易 |
3 |
通过 |
实施例5 |
易 |
2 |
通过 |
实施例6 |
易 |
1 |
通过 |
实施例7 |
易 |
1 |
通过 |
对比例1 |
难 |
4 |
未通过 |
从实施例1至5的材料性能、喷涂和脱漆情况可以看出,纳米级ABS粉体树脂的加入,不仅可以使聚甲醛制品表面上形成特殊的纳米微孔结构,微孔结构的存在,可以有效的提高表面不易粘附的聚甲醛制品的表面粗糙度,提高其表面附着力,从根本上解决了聚甲醛制品表面不易电镀/溅射/喷涂及电镀/溅射/喷涂后容易脱漆等问题,而且实现了对聚甲醛的有效增韧。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。