CN103613902B - 一种导热耐摩擦聚甲醛复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子复合材料领域，涉及一种导热耐摩擦聚甲醛复合材料及其制备方法。复合材料各原料按重量份数计包括：聚甲醛树脂100份，抗氧剂0.1～1份，聚四氟乙烯5～20份，聚氨酯弹性体5～10份，硅灰石5～30份，铜粉5～50份，偶联剂0.1～2份，润滑剂0.5～3份。将处理后的硅灰石、铜粉与聚甲醛、聚四氟乙烯、聚氨酯、抗氧剂、润滑剂混合，经双辊混炼机混合、平板硫化机压片，得到耐摩擦聚甲醛复合材料。本发明制备的复合材料具有摩擦系数低、力学性能好的特点，在制备轴承、齿轮等耐磨零部件等方面得到应用。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种耐摩擦聚甲醛复合材料及其制备方法。
背景技术
聚甲醛(POM)是一种综合性能优良的工程塑料，结晶度较高(一般达70%～85%)，玻璃化转变温度Tg为－30℃，熔点为182℃，密度为1.4～1.6ｇ/cm3，是塑料中比强度和比刚度接近金属的树脂品种之一。POM具有较高的强度和刚度，良好的尺寸稳定性，优良的耐腐蚀、耐磨、自润滑和抗蠕变性能、无噪音、耐疲劳，加工成型方便，原料价廉易得，被广泛应用于机械和电子电气等领域。近年来，随着对高分子材料使用环境、耐磨性要求的提高，人们对聚甲醛的耐磨性提出了更高的要求。同时，导热高分子材料随着应用领域的不断扩大逐渐被人们重视。在导热高分子材料方面，人们常采用的填料时金属粉、石墨、炭黑、碳纤维等。为了进一步提高POM的摩擦性能，国内外很多研究人员，将POM与其他聚合物（如聚四氟乙烯、聚氨酯）共混或采用纤维（如CF、GF、芳纶纤维、晶须）以及无机纳米粒子（石墨、二硫化钼及纳米铜、碳酸钙、氧化铝）等对POM进行复合增强增韧改性，取得了一定的效果，但有一定的局限性，聚甲醛的摩擦学性能和力学性能还有待进一步提高。
硅灰石是一种新兴的无机矿物填料，具有价格低廉、储量丰富、耐摩擦、尺寸稳定性好、制品表面光滑，光泽度好等诸多优点，以硅灰石为填料，可以赋予聚甲醛更好的耐摩擦性能和力学性能。聚四氟乙烯是一种自润滑性非常好的材料，聚氨酯是一种热塑性弹性体，因此，我们以铜粉、硅灰石、聚四氟乙烯、聚氨酯填加到聚甲醛中，设计制备了一系列耐摩擦强韧化导热聚甲醛复合材料，该材料耐摩擦性能良好，综合性能优良，能适用于对摩擦、导热要求比较高的场合。
发明内容
本发明的目的是制备一种导热耐摩擦聚甲醛复合材料，具有自润滑性，即在无外加润滑剂的条件下保持较低的摩擦系数和磨损率，以用于汽车等耐摩擦零部件等制造行业。本发明采用聚甲醛、聚四氟乙烯、硅灰石以及聚氨酯弹性体等，制备了具有优良综合性能的聚甲醛复合材料。
本发明同时要求保护这种导热耐摩擦聚甲醛复合材料制备的方法。
本发明的一种导热耐摩擦聚甲醛复合材料，按质量份数计原料包括：
聚甲醛树脂100份，抗氧剂0.1～1份，聚四氟乙烯5～20份，聚氨酯弹性体5～10份，硅灰石5～30份，铜粉5～50份，偶联剂0.2～4份，润滑剂0.5～3份。
所述抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（1010），2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)（2246），2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（246）中的任一种。
所述聚甲醛的熔融指数为9g/10min，密度为1.41g/cm3，熔点为175℃。
所述聚四氟乙烯是粒径为50～80μm的粉末材料。
所述硅灰石是经偶联剂处理的30μm的粉末材料。
所述铜粉是经偶联剂处理的10～30μm粉末材料。
所述偶联剂为KH550、KH560、KH570、A-171中的任意一种。
所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、甘油单硬脂酸酯中的任意一种。
本发明所述的导热耐摩擦聚甲醛复合材料的制备方法为：
（1）硅灰石的表面处理：
将偶联剂0.1～2份与硅灰石5～30份分散在乙醇溶液中，超声处理1h，然后抽滤、烘干、研磨，得到表面处理的硅灰石。
（2）铜粉的表面处理：
将偶联剂0.1～2份用丙酮稀释，用喷雾瓶将其喷至铜粉表面，同时不断搅拌铜粉。
（3）耐摩擦复合材料的制备：
按重量称取原料：将聚甲醛树脂100份、抗氧剂0.1～1份、聚四氟乙烯5～20份、聚氨酯弹性体5～10份、经表面处理的硅灰石5～30份和铜粉5～50份、润滑剂0.5～3份加入高速混合机中混合均匀，在180～190℃下经双辊混炼机共混10min，在5～15MPa压力下模压5～10min，得到耐摩擦复合材料。
静置冷却24小时后，置于万能制样机制样。
本发明的有益效果是：采用本发明所述方法，获得了具有自润滑性，即在无外加润滑剂的条件下保持较低的摩擦系数和磨损率的复合材料。
具体实施方法
为进一步了解本发明，结合以下实例对本发明实施方案进行描述，但是，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征，而不是对本发明权利要求书的限制。
按照本发明，塑炼可通过材料领域技术人员熟知的方法，如将原料放入密炼机或开炼机中进行塑炼，本发明对此并无特别限制；压塑成型的温度为180～190℃，压力为5～15MPa。
实施例1
称取120g聚甲醛树脂、0.12g抗氧剂2246进行混合，将混合物加入开炼机进行塑炼；塑炼2分钟后，分别将6g聚四氟乙烯、6g聚氨酯弹性体加入开炼机；塑炼2分钟，分别将经表面处理后的24g硅灰石和6g铜粉、0.6g硬脂酸锌加入上步得到的塑炼产物中混合10分钟，然后将共混物在平板硫化机上压塑成型，压塑温度为170～180℃，热压压力为10MPa，得到聚甲醛复合材料。
实施例2
称取120g聚甲醛树脂、0.12g抗氧剂2246进行混合，将混合物加入开炼机进行塑炼；塑炼2分钟后，分别将6g聚四氟乙烯、6g聚氨酯弹性体加入开炼机；塑炼2分钟，分别将经表面处理处理后的18g硅灰石和12g铜粉、0.6g硬脂酸锌加入上步得到的塑炼产物中混合10分钟，然后将共混物在平板硫化机上压塑成型，压塑温度为170～180℃，热压压力为10MPa，得到聚甲醛复合材料。
实施例3
称取120g聚甲醛树脂、0.12g抗氧剂2246进行混合，将混合物加入开炼机进行塑炼；塑炼2分钟后，分别将12g聚四氟乙烯、6g聚氨酯弹性体加入开炼机；塑炼2分钟，分别将处理后的经表面处理的12g硅灰石和18g铜粉、1.2g硬脂酸锌加入上步得到的塑炼产物中混合10分钟，然后将共混物在平板硫化机上压塑成型，压塑温度为170～180℃，热压压力为10MPa，得到聚甲醛复合材料。
实施例4
称取120g聚甲醛树脂、0.12g抗氧剂2246进行混合，将混合物加入开炼机进行塑炼；塑炼2分钟后，分别将12g聚四氟乙烯、12g聚氨酯弹性体加入开炼机；塑炼2分钟，分别将经表面处理的6g硅灰石和24g铜粉、1.2g硬脂酸锌加入上步得到的塑炼产物中混合10分钟，然后将共混物在平板硫化机上压塑成型，压塑温度为170～180℃，热压压力为10MPa，得到聚甲醛复合材料。
实施例5
称取120g聚甲醛树脂、0.6g抗氧剂2246进行混合，将混合物加入开炼机进行塑炼；塑炼2分钟后，分别将12g聚四氟乙烯、12g聚氨酯弹性体加入开炼机；塑炼2分钟，分别将经表面处理的6g硅灰石和36g铜粉、1.2g硬脂酸锌加入上步得到的塑炼产物中混合10分钟，然后将共混物在平板硫化机上压塑成型，压塑温度为170～180℃，热压压力为10MPa，得到聚甲醛复合材料。
实施例6
称取120g聚甲醛树脂、0.6g抗氧剂2246进行混合，将混合物加入开炼机进行塑炼；塑炼2分钟后，分别将经表面处理12g聚四氟乙烯、12g聚氨酯弹性体加入开炼机；塑炼2分钟，分别将经表面处理的6g硅灰石和48g铜粉、3g硬脂酸锌加入上步得到的塑炼产物中混合10分钟，然后将共混物在平板硫化机上压塑成型，压塑温度为170～180℃，热压压力为10MPa，得到聚甲醛复合材料。
性能评价方式：
样品拉伸性能测试按GB/T1040-92标准进行，拉伸速度为50mm/m；导热系数测试按GB/T3399-1982标准进行，测试温度为50℃。
表1为实施例1-6性能测试结果：
表1实施例1-6性能比较
以上所述的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种导热耐摩擦聚甲醛复合材料，其特征在于按质量份数计原料包括：
其制备步骤如下：
(1)硅灰石的表面处理：
将偶联剂0.1～2份与硅灰石5～30份分散在乙醇溶液中，超声处理1h，然后抽滤、烘干、研磨，得到表面处理的硅灰石；
(2)铜粉的表面处理：
将偶联剂0.1～2份用丙酮稀释，用喷雾瓶将其喷至铜粉表面，同时不断搅拌铜粉；
(3)耐摩擦复合材料的制备：
将聚甲醛树脂100份、抗氧剂0.1～1份、聚四氟乙烯5～20份、聚氨酯弹性体5～10份、经表面处理的硅灰石5～30份和铜粉5～50份、润滑剂0.5～3份加入高速混合机中混合均匀，在180℃下经双辊混炼机共混10min，在5-15MPa压力下模压5～10min，得到导热耐摩擦聚甲醛复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种导热耐摩擦聚甲醛复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种导热耐摩擦聚甲醛复合材料，其特征在于：所述用于处理硅灰石的偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570、A-171中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种导热耐摩擦聚甲醛复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、甘油单硬脂酸酯中的任意一种。
5.权利要求1～4任一项所述的一种导热耐摩擦聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于：步骤如下：
(1)硅灰石的表面处理：
将偶联剂0.1～2份与硅灰石5～20份分散在乙醇溶液中，超声处理1h，然后抽滤、烘干、研磨，得到表面处理的硅灰石；
(2)铜粉的表面处理：
将偶联剂0.1～2份用丙酮稀释，用喷雾瓶将其喷至铜粉表面，同时不断搅拌铜粉；
(3)耐摩擦复合材料的制备：
将聚甲醛树脂100份、抗氧剂0.1～1份、聚四氟乙烯5～20份、聚氨酯弹性体5～10份、经表面处理的硅灰石5～30份和铜粉5～50份、润滑剂0.5～3份加入高速混合机中混合均匀，在180℃下经双辊混炼机共混10min，在5-15MPa压力下模压5～10min，得到导热耐摩擦聚甲醛复合材料。
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