CN105086346A - 复合材料制备的剑杆织机用剑头及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合材料制备的剑杆织机用剑头，其中复合材料由以下物质组成，各物质的含量用质量百分数表示：增韧剂2～5％；抗氧剂0.1～0.4％；甲醛吸收剂0.1～0.5％；阻燃剂0.1～1％；尼龙纤维2～6％；聚四氟乙烯4～7％；纳米铝粉0.5～1.0％；聚甲醛余量。剑头通过以下步骤制备：(1)将上述各组分按一定的比例放入自落式搅拌机搅拌；(2)将步骤(1)得到混合料放入高频振动器振动；(3)使用高速搅拌机搅拌步骤(2)得到的混合料；(4)干燥步骤(3)得到的混合料，干燥后取出冷却至室温；(5)将步骤(4)得到的混合料使用双螺杆挤出机挤出造粒，干燥后得到聚甲醛复合材料母粒；(6)将步骤(5)得到的聚甲醛复合材料母粒使用注塑机注塑成型，得到剑头。
Description
技术领域
本发明涉及一种纺织机械部件，尤其涉及一种复合材料制备的剑杆织机用剑头及其制法。
背景技术
新型无梭机已经成为世界纺机行业发展的方向，织机有梭到无梭，大大提高了制织的效率，且噪音大为减少，剑杆织机是目前应用最为广泛的无梭织机，它除了具有无梭机高速、高效能生产的特点外，其引纬方式具有很强的品种适应性，能适用各纱线的引纬。
剑头的剑杆织机的关键部件之一，用于该部件的材料既要求轻质耐磨，又要求具有很好的强度性能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种耐磨性能好、轻质、且高强度的剑杆织机用剑头，该剑头由聚甲醛复合材料制备，根据本发明的配方聚甲醛复合材料的耐磨性能变好的同时，其强度也得到了很大的提升。
为达到以上目的，本发明提供一种复合材料制备的剑杆织机用剑头，所述复合材料由以下物质组成，各物质的含量用质量百分数表示：
优选地，所述增韧剂为热塑性聚氨酯或丁腈橡胶。所述抗氧剂为抗氧剂1010。所述甲醛吸收剂为三聚氰胺。所述阻燃剂为磷系阻燃剂或无机阻燃剂，如包覆红磷、聚磷酸铵、氢氧化镁。尼龙纤维为尼龙6纤维和/或尼龙66纤维。纳米铝粉的粒径优选1nm～50nm。
本发明还提供一种制备剑杆织机用剑头的方法，包括以下步骤：
(1)将增韧剂、抗氧剂、甲醛吸收剂、阻燃剂、尼龙纤维、聚四氟乙烯、纳米铝粉、聚甲醛按一定的比例放入自落式搅拌机搅拌；
(2)将步骤(1)得到混合料放入高频振动器振动；
(3)使用高速搅拌机搅拌步骤(2)得到的混合料；
(4)干燥步骤(3)得到的混合料，干燥后取出冷却至室温；
(5)将步骤(4)得到的混合料使用双螺杆挤出机挤出造粒，干燥后得到聚甲醛复合材料母粒；
(6)将步骤(5)得到的聚甲醛复合材料母粒使用注塑机注塑成型，得到剑头。
在上述各步骤中，先使用自落式搅拌机搅拌各种粉末，混合成大致均匀的状态，然后使用高频振动器振动，使团聚的粉末分散开，再用高速搅拌机搅拌，可以使粉末混合的更加均匀，有利于提高材料的综合性能。
优选地，步骤(1)中搅拌时间为10～30min。
优选地，步骤(2)中，用高频振动器振动20～30min，振动频率为60～120Hz。
优选地，步骤(3)中，高速搅拌机的搅拌时间为30～50min，搅拌机转速为1000～3000rpm。
优选地，在步骤(4)中，将步骤(3)得到的混合料在真空干燥箱中于120～140℃下干燥1～1.5小时，干燥后取出冷却至室温。
优选地，在步骤(5)中，将步骤(4)得到的混和料加到双螺杆挤出机的主喂料槽，进行挤出、拉条、冷却、造粒，然后在真空干燥箱内于70～80℃干燥2～2.5小时。
优选地，在步骤(6)中，将聚甲醛复合材料母粒使用注塑机成型时，先将所述聚甲醛复合材料母粒加热到180℃，迅速冷却后再加到注塑机中。在步骤(6)中，注塑温度为185～195℃，注塑压力为55～65MPa，注塑速度为55～65mm/s，保温时间为18～22s，模具温度为75～85℃。
优选地，所述方法还包括以下步骤：
(7)将步骤(6)中得到的所述剑头放入稀盐酸中浸泡5～10min，然后用蒸馏水冲洗干净；
(8)将石墨烯加入无水二甲基酰胺中，采用高能超声法将石墨烯粉碎，制备成浓度为5～10mg/ml的石墨烯溶液；
(9)将步骤(7)中的所述剑头预热至115℃～125℃，再将步骤(8)得到的所述石墨烯溶液电喷涂在所述剑头表面。
作为一种二维碳材料，石墨烯具有良好的摩擦力学性能，因此在所述剑头表面喷涂石墨烯，可以进一步提高所述剑头的耐磨性能。
在上述步骤(7)中，使用盐酸浸泡上述剑头，材料表面的纳米铝粉会被腐蚀掉，在所述剑头的表面留下微孔，形成的微孔在后续把石墨烯溶液电喷涂在聚甲醛剑头表面时，可以增加喷涂层与基体之间的结合强度。
优选地，步骤(8)中的石墨烯为单层石墨烯或多层石墨烯或二者的混合物。
优选地，步骤(9)中的喷涂厚度为10～20μm。
本发明的聚甲醛复合材料制备的剑头在改善摩擦性能的同时，提高了剑头的强度。此外，聚甲醛复合材料中的阻燃剂可以提高剑头使用时的安全性能。另外，在剑头的表面喷涂石墨烯也有利于减小摩擦，增加剑头的使用寿命。
现有技术中，为了改善聚甲醛复合材料的摩擦性能，通常是添加如聚四氟乙烯的润滑剂，但是添加润滑剂虽然改善了材料的摩擦性能，却会降低材料的强度。如在申请号为200610022223.3的中国专利文献中，公开了一种高韧性、耐磨自润滑聚甲醛材料，其拉伸强度为35～54MPa，摩擦系数为0.15～0.21，该文献中同时公开了纯聚甲醛的拉伸强度为57MPa，摩擦系数为0.31，可见虽然材料的摩擦性能得到了改善，材料的强度却下降了。本发明提供的聚甲醛复合材料虽然也使用了聚四氟乙烯作为润滑剂，但是通过尼龙纤维和纳米铝粉的增强作用，在一定程度上提高了聚甲醛复合材料的强度，从而在改善材料摩擦性能的同时，提高了材料的强度。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明提供一种复合材料制备的剑杆织机用剑头，所述复合材料由以下物质组成，各物质的含量用质量百分数表示：
纯聚甲醛的拉伸强度高、尺寸稳定性好、表面光滑有光泽，可在-40～100℃的温度范围内长期使用，聚甲醛的耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越。但是，聚甲醛的线性结构致使其缺口敏感性较大、耐热性较差，因此通过增韧剂来降低或消除聚甲醛缺口冲击强度低的缺陷。本发明主要使用弹性体对聚甲醛进行增韧，可用于增韧聚甲醛的弹性体有热塑性聚氨酯、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯等。本发明中选用热塑性聚氨酯或丁腈橡胶来增韧聚甲醛。
抗氧化剂主要用于防止聚合物材料在长期的老化过程中的热氧化降解，同时可改善聚合物材料在高温加工条件下的耐变色性。本发明中，选用抗氧化剂1010添加到聚甲醛复合材料中。抗氧剂1010的化学名为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。抗氧剂1010的含量优选地为0.1～0.4％。
甲醛吸收剂是聚甲醛很重要的辅助热稳定剂，目前工业上普遍采用三聚氰胺、双氰胺等低分子化合物作为甲醛吸收剂。优选地，选用三聚氰胺作为甲醛吸收剂。三聚氰胺的含量优选地为0.1～1％，更优选地为0.1～0.5％。
作为高分子材料，聚甲醛是极易被点燃的，其极限氧指数只有15％左右，因此添加一定量的阻燃剂是十分有必要的。优选地，本发明使用磷系的阻燃剂，如红磷、聚磷酸铵等，由于磷系的阻燃剂与三聚氰胺在阻燃时会有协效作用，因此添加少量的磷系阻燃剂即可使得聚甲醛复合材料具有较好的阻燃性能。阻燃剂的含量优选地为0.1～1％，由于阻燃剂为固体填料，含量越多，会影响聚甲醛复合材料的力学性能，因此在满足使用需求的情况下，应当尽量减少阻燃剂的含量。
为了进一步提高聚甲醛材料的耐摩擦磨损性能，通常在聚甲醛材料中混入一定量的润滑剂来提高聚甲醛材料的耐磨性能。聚四氟乙烯粉末是常用的润滑剂，本发明选用聚四氟乙烯作为润滑剂。聚四氟乙烯的含量优选地为4～7％。
本发明选用尼龙纤维作为增强材料，由于尼龙纤维本身具有很高的强度，而且尼龙纤维与聚甲醛材料具有较好的相容性，加入尼龙纤维有利于提高聚甲醛材料的拉伸强度。尼龙纤维为尼龙6纤维和/或尼龙66纤维。
本发明中加入纳米铝粉，利用弥散均匀的纳米铝粉阻碍位错运动，从而提高聚甲醛的强度和耐磨性。纳米铝粉的含量优选地为0.5～1.0％。纳米铝粉的粒径越小越好，优选1～50nm，更优选1～10nm。
实施例1
按照以下质量百分数称取各组分：
将称取的各种组分放入自落式搅拌机搅拌30min，搅拌后将混合料取出；将搅拌后的混合料放入高频振动器振动30min，振动频率为100Hz，之后再将混合料用高速搅拌机搅拌50min；之后再将混合料置于真空干燥箱中，于120℃下干燥1.5小时，然后取出冷却至室温；然后将混合料加到双螺杆挤出机的主喂料槽，进行挤出、拉条、冷却、造粒；然后将得到的聚甲醛复合材料母粒置于真空干燥箱中，于70℃干燥2.5小时，接着将聚甲醛复合材料母粒加热到180℃，迅速冷却后再加到注塑机中，使用剑杆织机用剑头模具进行成型，注塑温度为190℃，注塑压力为60MPa，注塑速度为60mm/s，保温时间20s，模具温度为80℃；最后得到剑头。
对上述聚甲醛复合材料进行性能测试时，使用GB/T1040.2-2006《塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件》对聚甲醛复合材料母粒制备的试样进行抗拉强度测试；使用GB3960-1983《塑料滑动摩擦磨损试验方法》对聚甲醛复合材料母粒制备的试样进行摩擦性能测试。试验结果如表1所示。
实施例2
对实施例1中得到的剑头进行进一步的加工，以获得更好的效果：先将所述剑头放入稀盐酸中浸泡5min，然后用蒸馏水冲洗干净；将石墨烯加入无水二甲基酰胺中，采用高能超声法将石墨烯粉碎，制备成5mg/ml的石墨烯溶液，其中石墨烯为单层石墨烯；将用稀盐酸处理过的剑头预热至120℃，然后将石墨烯溶液电喷涂在聚甲醛剑头表面，喷涂厚度为10μm。
在测量喷涂了石墨烯的样品的摩擦磨损时，先使用聚甲醛复合材料母粒制备成规定尺寸的试样，然后按照石墨烯喷涂在剑头上的方法喷涂在试样上，然后进行测试。
对比例3
按照以下质量百分数称取各组分：
按照实施例1的加工方法制备聚甲醛复合材料母粒，然后用聚甲醛复合材料母粒制备试样进行测试，测试结果如表1所示。
对比例4
按照以下质量百分数称取各组分：
按照实施例1的加工方法制备聚甲醛复合材料母粒，然后用聚甲醛复合材料母粒制备试样进行测试，测试结果如表1所示。
对比例5
按照以下质量百分数称取各组分：
按照实施例1的加工方法制备聚甲醛复合材料母粒，然后用聚甲醛复合材料母粒制备试样进行测试，测试结果如表1所示。
实施例6
在实施例1中，将丁腈橡胶替换为热塑性聚氨酯，热塑性聚氨酯含量为5％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
实施例7
在实施例1中，将丁腈橡胶替换为热塑性聚氨酯，热塑性聚氨酯含量为2％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
实施例8
在实施例1中，将包覆红磷替换为聚磷酸铵，聚磷酸铵的含量为0.4％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
实施例9
在实施例1中，将尼龙66纤维变为尼龙6纤维，其含量仍为5％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
实施例10
在实施例1中，将包覆红磷的含量变为1％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
实施例11
在实施例1中，将纳米铝粉的含量变为0.5％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
实施例12
在实施例1中，将纳米铝粉的含量变为1.0％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
实施例13
在实施例1中，将丁腈橡胶的含量变为5％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
实施例14
在实施例1中，将丁腈橡胶的含量变为2％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
实施例15
在实施例1中，将尼龙66纤维的含量变为2％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
实施例16
在实施例1中，将尼龙66纤维的含量变为6％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
实施例17
在实施例1中，将聚四氟乙烯的含量变为4％，其他组分与实施例1中的相同，按照实施例1的方法制备试样。
表1
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种复合材料制备的剑杆织机用剑头，其特征在于，所述复合材料由以下物质组成，各物质的含量用质量百分数表示：
。
2.根据权利要求1所述的剑头，其特征在于，其中所述增韧剂为热塑性聚氨酯或丁腈橡胶。
3.根据权利要求1所述的剑头，其特征在于，其中所述甲醛吸收剂为三聚氰胺。
4.根据权利要求3所述的剑头，其特征在于，其中所述阻燃剂为包覆红磷或聚磷酸钠。
5.一种利用权利要求1-4任一所述复合材料制备剑杆织机用剑头的方法，包括以下步骤：
(1)将增韧剂、抗氧剂、甲醛吸收剂、阻燃剂、尼龙纤维、聚四氟乙烯、纳米铝粉、聚甲醛按一定的比例放入自落式搅拌机搅拌；
(2)将步骤(1)得到混合料放入高频振动器振动；
(3)使用高速搅拌机搅拌步骤(2)得到的混合料；
(4)干燥步骤(3)得到的混合料，干燥后取出冷却至室温；
(5)将步骤(4)得到的混合料使用双螺杆挤出机挤出造粒，干燥后得到聚甲醛复合材料母粒；
(6)将步骤(5)得到的聚甲醛复合材料母粒使用注塑机注塑成型，得到剑头。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(7)将步骤(6)中得到的所述剑头放入稀盐酸中浸泡5～10min，然后用蒸馏水冲洗干净；
(8)将石墨烯加入无水二甲基酰胺中，采用高能超声法将石墨烯粉碎，制备成浓度为5～10mg/ml的石墨烯溶液；
(9)将步骤(7)中的所述剑头预热至115℃～125℃，再将步骤(8)得到的所述石墨烯溶液电喷涂在所述剑头表面。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(8)中的石墨烯为单层石墨烯或多层石墨烯或二者的混合物，步骤(9)中的喷涂厚度为10～20μm。
8.根据权利要求5-7任一所述的方法，其特征在于，步骤(1)中搅拌时间为10～30min，步骤(2)中，用高频振动器振动20～30min，振动频率为60～120Hz，步骤(3)中，高速搅拌机的搅拌时间为30～50min，搅拌机转速为1000～3000rpm，在步骤(4)中，将步骤(3)得到的混合料在真空干燥箱中于120～140℃下干燥1～1.5小时，干燥后取出冷却至室温。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，将步骤(4)得到的混和料加到双螺杆挤出机的主喂料槽，进行挤出、拉条、冷却、造粒，然后在真空干燥箱内于70～80℃干燥2～2.5小时。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，将聚甲醛复合材料母粒使用注塑机成型时，先将所述聚甲醛复合材料母粒加热到180℃，迅速冷却后再加到注塑机中，注塑温度为185～195℃，注塑压力为55～65MPa，注塑速度为55～65mm/s，保温时间为18～22s，模具温度为75～85℃。
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