CN104861412A - 一种用于空调曲柄的pom材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于空调曲柄的POM材料及其制备方法，本发明通过合理的成份以及其制备方法实现了获取物的力学性能优越、耐高低温性能好、耐热老化性和耐磨性均能达到空调曲柄的要求的POM复合材料。

Description

一种用于空调曲柄的POM材料及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种POM材料及其制备方法，具体涉及一种用于空调曲柄的POM材料及其制备方法。

【背景技术】

已知的，POM（聚甲醛）分为均聚POM和共聚POM，其中均聚POM分子链的结构对称性高，有序性强，结晶度高；共聚POM分子链对称性较差，结晶度较低，因此，均聚POM相对共聚POM具有较高的熔融温度，较好的力学性能，但均聚POM耐蠕变性和热老化性能差，加工温度范围窄。

经过改性后，改性POM在汽车和家电行业具有最大的潜在市场，POM具有质量轻、加工成型简单，生产成本低廉，材料性能与金属相近等特点，被广泛用于汽车和家电的各类部件，替代黄铜和锌等金属生产的配件。

随着改性POM技术的不断发展，其在汽车和家电领域的应用更加广泛，空调曲柄是空调中对力学性能、耐老化性和耐磨性要求较高的一种配件，因此，急需开发出一种能满足空调曲柄使用的POM材料。

根据对POM材料性能的分析和对空调厂家的技术调研，空调曲柄材料有以下要求：

（1）、长期耐老化性和短期热加工过程中热稳定性，空调要求其塑料配件的长期使用寿命为10年；同时由于POM材料耐热性差，在热成型过程中容易分解，产生脱甲醛反应；

（2）、较好的综合力学性能，拉伸强度≥56Mpa，弯曲强度≥105 Mpa,常温缺口冲击强度≥14KJ/m²,低温（-20℃）缺口冲击强度≥13KJ/m²；

（3）、耐磨性，要求对POM的动摩擦系数≤0.35。

POM是一种易于老化，不耐紫外光，韧性较差的结晶性热塑性材料，近年来，虽然POM生产工艺不断提高、聚合工艺持续改进，但同时能满足以上要求的材料尚没有问世，如果不能达到以上功能，就无法满足空调曲柄生产的要求，就会失去了产品的市场竞争力。

【发明内容】

为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种用于空调曲柄的POM材料及其制备方法，本发明通过合理的成份以及其制备方法实现了获取物的力学性能优越、耐高低温性能好、耐热老化性和耐磨性均能达到空调曲柄的要求的POM复合材料。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种用于空调曲柄的POM材料，所述POM材料按重量比包括如下组分：

共聚POM                       30～60wt%；

均聚POM                       8～35wt%；

增韧剂                         8～16wt%；

玻璃纤维                       5～18wt%；

塑料用相容剂                   1～5wt%；

塑料用热抗氧剂                 0.1～3wt%；

塑料用光稳定剂                 0.1～0.5wt%；

POM用高分子热稳定剂            0.3～2 wt%；

塑料用无机热稳定剂             1～3wt%；

POM用耐磨剂                    1～3wt%。

所述的用于空调曲柄的POM材料，所述共聚POM的熔体流动速率≥8g/10min，共聚POM优选开封龙宇化工公司生产的MC90。

所述的用于空调曲柄的POM材料，所述均聚POM的熔体流动速率≤2g/10min，均聚POM优选杜邦公司生产的牌号为100。

所述的用于空调曲柄的POM材料，所述增韧剂为聚氨酯弹性体，优选德国Bayer公司生产的牌号为85A。

所述的用于空调曲柄的POM材料，所述玻璃纤维为无碱无捻纤维，单丝直径10um，表面经过硅烷类偶联剂处理，为巨石公司生产的11A型无碱玻璃纤维。

所述的用于空调曲柄的POM材料，所述塑料用相容剂为三元乙丙橡胶、POE、PP、PE的马来酸酐接枝物或EVA。

所述的用于空调曲柄的POM材料，所述塑料用热抗氧剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的组合，比例为2：1。

所述的用于空调曲柄的POM材料，所述塑料用光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，为汽巴公司生产的770。

所述的用于空调曲柄的POM材料，所述POM用高分子热稳定剂为含有双键的高分子材料一种或两种的组合，优选奇美公司生产的ABS树脂，优选牌号707K；所述塑料用无机热稳定剂为碱金属或碱土金属的混合物，优选氢氧化镁和硬脂酸锌的混合物，其混合比例为1:1；所述POM用耐磨剂为无机耐磨剂。

一种用于空调曲柄的POM材料的制备方法，包括以下步骤：

一、混料：

首先按配比将共聚POM、均聚POM、增韧剂、塑料用相容剂、塑料用热抗氧剂、塑料用光稳定剂、POM用高分子热稳定剂、塑料用无机热稳定剂和POM用耐磨剂在高速混合机中混合均匀得到混合料；

二、均化塑炼：

接上步，将混合均匀的混合料在挤出机中进行均化塑炼，其中挤出机由加料口至挤出模头各加热区的温度分别为160～163℃、163～165℃、165～170℃、170～172℃、175～178℃、175～178℃、178～180℃，挤出机的主机转速为330～350rpm；

三、添加玻璃纤维：

接上步，将玻璃纤维从挤出机上的玻璃纤维入口加入，玻璃纤维的加入量由挤出机的主机转速控制；

四、成型：

接上步，采用冷拉条切成颗粒，水冷，过振动筛后用热风烘干机在108～112℃烘干3小时，再按每3吨为单位在立式搅拌机进行搅拌均化后包装即可得到用于生产空调曲柄的POM复合材料。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的一种用于空调曲柄的POM材料及其制备方法，本发明选用共聚POM，主要是共聚POM分子链中包含CH2CH2O的结构，可以阻止脱甲醛反应的进行，即共聚POM具有相对较好的耐热性能，确保材料后期加工过程中性能稳定；选用低熔体指数均聚POM，其和共聚POM相比，具有更高的力学性能，添加后可以提高复合材料的力学性能，但均聚POM耐热性和耐紫外线性能较差，需要添加多种成份确保材料性能；其中增韧剂弹性体TPU，和其它弹性体相比，TPU和POM具有很好的相容性，对提高材料的韧性的改善非常明显；其中玻璃纤维是为了提高材料的综合力学性能、耐热性能，降低材料的收缩率，特别是高温工作环境下的收缩率，提高改性材料的抗蠕变性能；其中塑料用相容剂，改善改性材料各组分间的相容性，特别是玻璃纤维和基料POM之间的相容性，从而提高了材料的综合力学性能，改善了材料的表面光泽度，同时由于玻纤表面被相容剂很好的浸润，也就会降低玻纤加入对材料耐磨性能的影响；其中塑料用热抗氧剂，主要是考虑POM耐热性差，添加热抗氧剂是为了提高材料长期的工作寿命；其中光稳定剂的添加，使材料的长期耐紫外线性能得以提高；其中POM用高分子热稳定剂，就是为了改善POM的热稳定性，含有双键的高分子材料可以扑捉POM的大分子自由基，从而起到改善POM热稳定性的作用；其中塑料用无机热稳定剂，也是为了进一步提高POM复合材料的热稳定性，碱金属和碱土金属化合物的作用是来扑捉POM分解所产生的甲酸，其金属离子与甲酸反应起到中和甲酸的作用；其中耐磨剂MoS2,是一种无机材料，在体系中添加量较少，能明显提高体系的耐磨性能。其对材料耐磨性能的改善，主要是其具有层状格子构造结构，在摩擦剪切力的作用下，分散在POM中的耐磨剂在层片之间发生相对滑移，因而减小了POM表面的摩擦力并提高了POM的耐磨性等，本发明通过合理的成份以及其制备方法实现了获取物的力学性能优越、耐高低温性能好、耐热老化性和耐磨性均能达到空调曲柄的要求的POM复合材料。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

本发明所述的一种用于空调曲柄的POM材料，所述POM材料按重量比包括如下组分：

共聚POM                       30～60wt%；

均聚POM                       8～35wt%；

增韧剂                         8～16wt%；

玻璃纤维                       5～18wt%；

塑料用相容剂                   1～5wt%；

塑料用热抗氧剂                 0.1～3wt%；

塑料用光稳定剂                 0.1～0.5wt%；

POM用高分子热稳定剂            0.3～2 wt%；

塑料用无机热稳定剂             1～3wt%；

POM用耐磨剂                    1～3wt%。

其中所述共聚POM的熔体流动速率≥8g/10min，本发明公开的共聚POM树脂优选开封龙宇化工公司生产的MC90，其它生产厂的相同性质的等同材料，如杜邦公司、旭化成公司和巴斯夫公司等；所述均聚POM的熔体流动速率≤2g/10min，本发明公开的低熔体指数高粘度均聚POM树脂为杜邦公司生产，优选牌号为100，其它生产厂的相同性质的等同材料，如日本三菱公司、旭化成公司和巴斯夫公司等；所述增韧剂为聚氨酯弹性体，本发明公开的增韧剂是弹性体TPU，为德国Bayer公司生产，优选牌号85A，本发明或使用其它生产厂的相同性质的等同材料，如烟台美瑞化学材料有限公司等生产的等同材料；所述玻璃纤维为无碱无捻纤维，单丝直径10um，表面经过硅烷类偶联剂处理，本发明公开的玻璃纤维为巨石公司生产的11A型无碱玻璃纤维，本发明或使用其它生产厂的相同性质的等同材料，如山东泰山玻璃纤维公司、洛阳晶莹玻璃纤维公司；所述塑料用相容剂为三元乙丙橡胶、POE、PP、PE的马来酸酐接枝物或EVA，本发明公开的相容剂是POE的马来酸酐接枝物，接枝率≥1.5%，其接枝物为公司自产；所述塑料用热抗氧剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的组合，两种各占比例为2：1，也就是前者为总抗氧剂量的2/3，另一半为1/3；所述塑料用光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，为汽巴公司生产的770；所述POM用高分子热稳定剂为含有双键的高分子材料一种或两种的组合，优选奇美公司生产的ABS树脂，优选牌号707K；所述塑料用无机热稳定剂为碱金属或碱土金属的混合物，优选氢氧化镁和硬脂酸锌的混合物，其混合比例为1:1；所述POM用耐磨剂为无机耐磨剂，本发明公开的耐磨剂是MoS2，2500目，微颗粒硬度1-1.5，摩擦系数0.05-0.09。

一种用于空调曲柄的POM材料的制备方法，包括以下步骤：

一、混料：

首先按配比将共聚POM、均聚POM、增韧剂、塑料用相容剂、塑料用热抗氧剂、塑料用光稳定剂、POM用高分子热稳定剂、塑料用无机热稳定剂和POM用耐磨剂在高速混合机中混合10分钟，混合均匀后得到混合料；

二、均化塑炼：

接上步，将混合均匀的混合料在双螺杆挤出机中进行均化塑炼，需要说明的是通过大量的试验，在双螺杆挤出机中进行均化塑炼效果最好，但是采用其它挤出机也可以实现，其中双螺杆挤出机由加料口至挤出模头各加热区的温度分别为160～163℃、163～165℃、165～170℃、170～172℃、175～178℃、175～178℃、178～180℃，挤出机的主机转速为330～350rpm；

三、添加玻璃纤维：

接上步，将玻璃纤维从挤出机上的玻璃纤维入口加入，加入的玻璃纤维为长纤，从玻纤口加入后，由双螺杆挤出机内旋转的双螺杆带入，并剪切为长度0.2～0.3mm的短纤，玻璃纤维的加入量由挤出机的主机转速控制，因为双螺杆挤出机的主机速度即双螺杆的转速，因为长纤是通过螺杆的旋转牵引进入机筒内部，所以主机转速增加时，玻纤的添加量也随之增加；

四、成型：

接上步，采用冷拉条切成颗粒（塑料材料的切粒方式有两种，一种是水冷拉条，一种是模面热切。冷拉条即塑料在机筒熔融后，通过模头的孔洞流出，工作人员将其在水槽中冷却拉伸成条状，随后进入切粒机切成规则的颗粒），水冷，过振动筛后用热风烘干机在108～112℃烘干3小时，再按每3吨为单位在立式搅拌机进行搅拌均化后包装即可得到用于生产空调曲柄的POM复合材料。

本发明中各组分的性能如下：

选用所述共聚POM，主要是共聚POM分子链中包含CH2CH2O的结构，可以阻止脱甲醛反应的进行，即共聚POM具有相对较好的耐热性能，确保材料后期加工过程中性能稳定。

选用所述低熔体指数均聚POM，其和共聚POM相比，具有更高的力学性能，添加后可以提高复合材料的力学性能，但均聚POM耐热性和耐紫外线性能较差，需要添加多种成份确保材料性能。

其中所述增韧剂弹性体TPU，和其它弹性体相比，TPU和POM具有很好的相容性，对提高材料的韧性的改善非常明显。

其中所述玻璃纤维是为了提高材料的综合力学性能、耐热性能，降低材料的收缩率，特别是高温工作环境下的收缩率，提高改性材料的抗蠕变性能。

其中所述相容剂，改善改性材料各组分间的相容性，特别是玻璃纤维和基料POM之间的相容性，从而提高了材料的综合力学性能，改善了材料的表面光泽度，同时由于玻纤表面被相容剂很好的浸润，也就会降低玻纤加入对材料耐磨性能的影响。

其中所述塑料用热抗氧剂，主要是考虑POM耐热性差，添加热抗氧剂是为了提高材料长期的工作寿命。

其中所述光稳定剂的添加，使材料的长期耐紫外线性能得以提高。

其中所述POM用高分子热稳定剂，就是为了改善POM的热稳定性，含有双键的高分子材料可以扑捉POM的大分子自由基，从而起到改善POM热稳定性的作用。

其中所述塑料用无机热稳定剂，也是为了进一步提高POM复合材料的热稳定性，碱金属和碱土金属化合物的作用是来扑捉POM分解所产生的甲酸，其金属离子与甲酸反应起到中和甲酸的作用。

其中所述耐磨剂MoS2,是一种无机材料，在体系中添加量较少，能明显提高体系的耐磨性能。其对材料耐磨性能的改善，主要是其具有层状格子构造结构，在摩擦剪切力的作用下，分散在POM中的耐磨剂在层片之间发生相对滑移，因而减小了POM表面的摩擦力并提高了POM的耐磨性。

本发明的具体实施例如下：

实施例一、产品编号为FHPOM-1：

本发明的FHPOM-1，是用于空调曲柄的POM材料，按重量百分比由下列组分构成：开封龙宇化工公司生产共聚POM,牌号MC90,添加量60 wt%；杜邦公司生产均聚POM，牌号为100，添加量10wt%；增韧剂，德国Bayer公司生产，优选牌号85A，总体添加量8wt%；无碱玻璃纤维，巨石公司生产，牌号11A，添加量15wt%；塑料用相容剂，自产 POE的马来酸酐接枝物，接枝率≥1.5%，添加量3wt%；塑料用热抗氧剂，添加量 0.2wt%；塑料用光稳定剂，添加量0.2wt%；POM用高分子热稳定剂，奇美公司产ABS，牌号707K，添加量0.8wt%；塑料用无机热稳定剂，即氢氧化镁和硬脂酸锌1:1的混合物，添加量1wt%；POM用耐磨剂，即MoS2,添加量1.8wt%。

以上配方生产的FHPOM-1性能如附表1所示：

附表1

项目	测试方法	标准要求	FHPOM-1
				热稳定性		加工过程无刺激性气味，材料颜色保持不变	加工过程无刺激性气味，材料颜色保持不变
熔融指数，g/10min （200℃,5Kg）	GB3682	≥5	5.8
				拉伸屈服强度，MPa	GB/T1040	≥56	59
断裂伸长率%	GB/T1040	≥30	32
				弯曲强度，MPa	GB9341	≥105	112
常温缺口冲击强度，KJ/m2	GB/T 1843	≥14	15
				低温（-20℃）缺口冲击强度，KJ/m2	GB/T 1843	≥13	13.9
摩擦系数	ASTM  D1894	≤0.35	0.23

以上配方生产的用于空调曲柄POM材料，和厂家提出的标准对比，在热稳定性、综合性能、耐磨性方面都有较大的提高，能够满足用户的要求。

实施例二、产品编号FHPOM-2：

本发明的FHPOM-2，是用于空调曲柄的POM材料，按重量百分比由下列组分构成：开封龙宇化工公司生产共聚POM,牌号MC90,添加量50 wt%；杜邦公司生产均聚POM，牌号为100，添加量20wt%；增韧剂，德国Bayer公司生产，优选牌号85A，总体添加量13wt%；无碱玻璃纤维，巨石公司生产，牌号11A，添加量10wt%；塑料用相容剂，自产 POE的马来酸酐接枝物，接枝率≥1.5%，添加量2wt%；塑料用热抗氧剂，添加量 0.6wt%；塑料用光稳定剂，添加量0.3wt%；POM用高分子热稳定剂，奇美公司产ABS，牌号707K，添加量1wt%；塑料用无机热稳定剂，即氢氧化镁和硬脂酸锌1:1的混合物，添加量2wt%；POM用耐磨剂，即MoS2,添加量1.1wt%。

以上配方生产的FHPOM-2性能如附表2所示：

附表2

项目	测试方法	标准要求	FHPOM-1
				热稳定性		加工过程无刺激性气味，材料颜色保持不变	加工过程无刺激性气味，材料颜色保持不变
熔融指数，g/10min （200℃,5Kg）	GB3682	≥5	6.3
				拉伸屈服强度，MPa	GB/T1040	≥56	58
断裂伸长率%	GB/T1040	≥30	38
				弯曲强度，MPa	GB9341	≥105	109
常温缺口冲击强度，KJ/m2	GB/T 1843	≥14	18
				低温（-20℃）缺口冲击强度，KJ/m2	GB/T 1843	≥13	14.6
摩擦系数	ASTM  D1894	≤0.35	0.28

以上配方生产的用于空调曲柄POM材料，和厂家提出的标准对比，在热稳定性、综合性能、耐磨性方面都有较大的提高，特别是在材料韧性方面有较大提高，能够满足用户的要求。

实施例三、产品编号FHPOM-3：

本发明的FHPOM-3，是用于空调曲柄的POM材料，按重量百分比由下列组分构成：开封龙宇化工公司生产共聚POM,牌号MC90,添加量40 wt%；杜邦公司生产均聚POM，牌号为100，添加量30wt%；增韧剂，德国Bayer公司生产，优选牌号85A，总体添加量16wt%；无碱玻璃纤维，巨石公司生产，牌号11A，添加量5wt%；塑料用相容剂，自产 POE的马来酸酐接枝物，接枝率≥1.5%，添加量1wt%；塑料用热抗氧剂，添加量 1.5wt%；塑料用光稳定剂，添加量0.5wt%；POM用高分子热稳定剂，奇美公司产ABS，牌号707K，添加量1.5wt%；塑料用无机热稳定剂，即氢氧化镁和硬脂酸锌1:1的混合物，添加量3wt%；POM用耐磨剂，即MoS2,添加量1.5wt%。

以上配方生产的FHPOM-3性能如附表3所示：

附表3

项目	测试方法	标准要求	FHPOM-1
				热稳定性		加工过程无刺激性气味，材料颜色保持不变	加工过程无刺激性气味，材料颜色保持不变
熔融指数，g/10min （200℃,5Kg）	GB3682	≥5	7.6
				拉伸屈服强度，MPa	GB/T1040	≥56	57
断裂伸长率%	GB/T1040	≥30	60
				弯曲强度，MPa	GB9341	≥105	106
常温缺口冲击强度，KJ/m2	GB/T 1843	≥14	23
				低温（-20℃）缺口冲击强度，KJ/m2	GB/T 1843	≥13	16
摩擦系数	ASTM  D1894	≤0.35	0.25

以上配方生产的用于空调曲柄POM材料，和厂家提出的标准对比，在热稳定性、综合性能、耐磨性方面都有较大的提高，特别是在材料韧性方面有较大提高，能够满足用户的要求。

本发明通过前述公开证明，本发明应用安全可靠，尤其适用空调、汽车、机械制造等方面。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (10)

1.一种用于空调曲柄的POM材料，其特征是：所述POM材料按重量比包括如下组分：

共聚POM                       30～60wt%；

均聚POM                       8～35wt%；

增韧剂                         8～16wt%；

玻璃纤维                       5～18wt%；

塑料用相容剂                   1～5wt%；

塑料用热抗氧剂                 0.1～3wt%；

塑料用光稳定剂                 0.1～0.5wt%；

POM用高分子热稳定剂            0.3～2 wt%；

塑料用无机热稳定剂             1～3wt%；

POM用耐磨剂                    1～3wt%。

2.根据权利要求1所述的用于空调曲柄的POM材料，其特征是：所述共聚POM的熔体流动速率≥8g/10min，共聚POM优选开封龙宇化工公司生产的MC90。

3.根据权利要求1所述的用于空调曲柄的POM材料，其特征是：所述均聚POM的熔体流动速率≤2g/10min，均聚POM优选杜邦公司生产的牌号为100。

4.根据权利要求1所述的用于空调曲柄的POM材料，其特征是：所述增韧剂为聚氨酯弹性体，优选德国Bayer公司生产的牌号为85A。

5.根据权利要求1所述的用于空调曲柄的POM材料，其特征是：所述玻璃纤维为无碱无捻纤维，单丝直径10um，表面经过硅烷类偶联剂处理，为巨石公司生产的11A型无碱玻璃纤维。

6.根据权利要求1所述的用于空调曲柄的POM材料，其特征是：所述塑料用相容剂为三元乙丙橡胶、POE、PP、PE的马来酸酐接枝物或EVA。

7.根据权利要求1所述的用于空调曲柄的POM材料，其特征是：所述塑料用热抗氧剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的组合，比例为2：1。

8.根据权利要求1所述的用于空调曲柄的POM材料，其特征是：所述塑料用光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，为汽巴公司生产的770。

9.根据权利要求1所述的用于空调曲柄的POM材料，其特征是：所述POM用高分子热稳定剂为含有双键的高分子材料一种或两种的组合，优选奇美公司生产的ABS树脂，优选牌号707K；所述塑料用无机热稳定剂为碱金属或碱土金属的混合物，优选氢氧化镁和硬脂酸锌的混合物，其混合比例为1:1；所述POM用耐磨剂为无机耐磨剂。

10.实施权利要求1～9任一权利要求所述的一种用于空调曲柄的POM材料的一种用于空调曲柄的POM材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

一、混料：

首先按配比将共聚POM、均聚POM、增韧剂、塑料用相容剂、塑料用热抗氧剂、塑料用光稳定剂、POM用高分子热稳定剂、塑料用无机热稳定剂和POM用耐磨剂在高速混合机中混合均匀得到混合料；

二、均化塑炼：

接上步，将混合均匀的混合料在挤出机中进行均化塑炼，其中挤出机由加料口至挤出模头各加热区的温度分别为160～163℃、163～165℃、165～170℃、170～172℃、175～178℃、175～178℃、178～180℃，挤出机的主机转速为330～350rpm；

三、添加玻璃纤维：

接上步，将玻璃纤维从挤出机上的玻璃纤维入口加入，玻璃纤维的加入量由挤出机的主机转速控制；

四、成型：

接上步，采用冷拉条切成颗粒，水冷，过振动筛后用热风烘干机在108～112℃烘干3小时，再按每3吨为单位在立式搅拌机进行搅拌均化后包装即可得到用于生产空调曲柄的POM复合材料。