CN108929517A - 一种耐磨聚甲醛复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨聚甲醛复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐磨聚甲醛复合材料及其制备方法，涉及高分子材料技术领域。本发明耐磨聚甲醛复合材料由以下原料制成：聚甲醛、改性玻璃纤维、气味吸附母粒、二硫化钼、润滑剂、抗氧剂。本发明耐磨聚甲醛复合材料的原料中采用改性玻璃纤维、气味吸附母粒等原料制得，使制得的耐磨聚甲醛复合材料在耐磨性能方面有了显著的提高，并保持了优异的力学性能，而且耐磨聚甲醛复合材料具有低气味特性。

Description

一种耐磨聚甲醛复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种耐磨聚甲醛复合材料及其制备方法。
背景技术
聚甲醛是一种综合性能优良的工程塑料，具有极高的强度和刚度，良好的尺寸稳定性，优良的耐疲劳性、耐蠕变性、自润滑性和耐磨性能，在机械、汽车、电子、家电和建材等方面广泛用于制造各种具有低摩耐磨性能的零件。
但是聚甲醛在高温下热稳定性差、易分解，加工成型的温度窄，耐老化性差，仅能在低速、低负荷的条件下使用。为了使聚甲醛在高速、高负荷登苛刻条件下使用，就必须在原有优异的物理机械性能的基础上，进一步降低摩擦系数和磨损率，因此，研制一种高耐磨聚甲醛材料尤为重要。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种耐磨聚甲醛复合材料及其制备方法，解决了现有技术中聚甲醛材料耐磨性能低、热稳定性差的技术问题。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种耐磨聚甲醛复合材料，所述耐磨聚甲醛复合材料由以下重量份的原料制成：聚甲醛54-90份、改性玻璃纤维5-45份、气味吸附母粒1-5份、二硫化钼0.1-0.5份、润滑剂0.2-1.0份、抗氧剂0.1-1份。
优选的，所述气味吸附母粒由聚甲醛、疏水性硅藻土、疏水性活性炭、针状沸石分子筛、蓖麻油酸锌、纳米二氧化硅、硬脂酸钙、三聚氰胺、苯并呋喃酮类自由基捕捉剂混合均匀，再在双螺杆挤出机中挤出造粒而成。
优选的，所述改性玻璃纤维为玻璃纤维经聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液浸渍处理后得到的改性玻璃纤维。
优选的，所述聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液为平均粒径均为0.2-0.3μm的聚四氟乙烯树脂和聚偏氟乙烯树脂，按照质量比1：1混合悬浮在液态水中形成的胶体溶液，且胶体溶液的粘度为0.03Pa·s、浓度为50wt％、pH值为10。
优选的，所述聚四氟乙烯相对分子量为100万，结晶度为90％。
优选的，所述聚偏氟乙烯相对分子量为80万，含水率≤0.05％。
优选的，所述润滑剂为硅酮粉、白油、硅油、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌中的至少一种。
优选的，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯混合而成，且二者的质量比为2：3-1：1。
一种耐磨聚甲醛复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将玻璃纤维清洗烘干后浸渍在聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液中，取出烘干并在270-290℃烘培、烧结，制得改性玻璃纤维；
S2、称取重量份的各个原料，将聚甲醛、气味吸附母粒、二硫化钼、润滑剂、抗氧剂倒入搅拌机中，搅拌均匀后置于双螺杆挤出机中，将改性玻璃纤维从双螺杆挤出机的玻纤口加入，经熔融挤出后造粒，即可。
优选的，步骤S2所述双螺杆挤出机的一区温度为150-170℃、二区温度为160-170℃、三区温度为160-180℃、四区温度为170-180℃、五区温度为170-185℃、六区温度为170-185℃；双螺杆主机转速为250-500rpm。
本发明提供一种耐磨聚甲醛复合材料及其制备方法，与现有技术相比优点在于：
本发明耐磨聚甲醛复合材料的原料中加入改性玻璃纤维、气味吸附母粒等成分，改性玻璃纤维是利用聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液对玻璃纤维进行浸渍处理得到，极大的改善了玻纤在聚甲醛基体的分散性，并使制得的耐磨聚甲醛复合材料在耐磨性能方面有了显著的提高，并保持了优异的力学性能，气味吸附母粒能够降低耐磨聚甲醛复合材料中的甲醛含量，使总挥发性有机物TVOC显著降低，并且在保证耐磨聚甲醛复合材料低气味特性的同时，其各项物理力学性能、材料的成型加工性能不受影响，热稳定性好；
本发明改性玻璃纤维由聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯的分散液浸渍，采用这两种粉末粒子，玻璃纤维在浸渍过程中纤维浸渍效率高，浸渍完全，纤维不会出现断纤情况，能够获得性能较好的改性玻璃纤维，进而保证了玻纤在聚甲醛基体的分散性，提高了耐磨聚甲醛复合材料的耐磨性；
本发明二硫化钼的用量降至0.1-0.5份，避免了大量使用二硫化钼造成的复合材料性能下降的情况发生，而且保证了二硫化钼对增强耐磨聚甲醛复合材料耐磨性能的协效作用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中改性玻璃纤维和气味吸附母粒均通过下面方法制备而成：
改性玻璃纤维的制备：将玻璃纤维清洗烘干后浸渍在聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液中，然后取出烘干并在280℃烘培、烧结得改性玻璃纤维；聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液是平均粒径为0.2-0.3μm的聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯(质量比1：1)树脂悬浮在液态水中形成的胶体溶液，胶体溶液的粘度为0.03Pa·s、浓度为50wt％、pH值为10。
气味吸附母粒的制备：聚甲醛100份、疏水性硅藻土10份、疏水性活性炭10份、针状沸石分子筛10份、蓖麻油酸锌10份、纳米二氧化硅5份、硬脂酸钙1份、三聚氰胺5份、苯并呋喃酮类自由基捕捉剂0.5份加入高速混合机混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到气味吸附母粒。
聚四氟乙烯相对分子量为100万，结晶度90％。
聚偏氟乙烯相对分子量为80万，含水率低于0.05％。
聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯平均粒径为0.2-0.3μm。
实施例1：
本实施例耐磨聚甲醛复合材料由以下重量份的原料制成：聚甲醛70份、气味吸附母粒3份、二硫化钼0.5份、改性玻璃纤维25份、硅酮粉1份、0.5份抗氧剂1098、0.5份抗氧剂168；
本实施例耐磨聚甲醛复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将玻璃纤维清洗烘干后浸渍在聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液中，取出烘干并在270℃烘培、烧结，制得改性玻璃纤维；
S2、称取重量份的各个原料，将聚甲醛、气味吸附母粒、二硫化钼、硅酮粉、抗氧剂1098、抗氧剂168倒入搅拌机中，搅拌均匀后置于双螺杆挤出机中，将改性玻璃纤维从双螺杆挤出机的玻纤口加入，经熔融挤出后造粒，即可。
其中，其中双螺杆挤出机一区温度为160℃，二区温度为165℃，三区温度为160℃，四区温度为170℃，五区温度为170℃，六区温度为170℃；双螺杆主机转速为250rpm。
实施例2：
本实施例耐磨聚甲醛复合材料由以下重量份的原料制成：聚甲醛54份、气味吸附母粒1份、二硫化钼0.2份、改性玻璃纤维45份、硅酮粉0.2份、0.1份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168；
本实施例耐磨聚甲醛复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将玻璃纤维清洗烘干后浸渍在聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液中，取出烘干并在290℃烘培、烧结，制得改性玻璃纤维；
S2、称取重量份的各个原料，将聚甲醛、气味吸附母粒、二硫化钼、硅酮粉、抗氧剂1098、抗氧剂168倒入搅拌机中，搅拌均匀后置于双螺杆挤出机中，将改性玻璃纤维从双螺杆挤出机的玻纤口加入，经熔融挤出后造粒，即可。
其中，双螺杆挤出机一区温度为170℃，二区温度为170℃，三区温度为180℃，四区温度为180℃，五区温度为185℃，六区温度为185℃；双螺杆主机转速为500rpm。
实施例3：
本实施例耐磨聚甲醛复合材料由以下重量份的原料制成：聚甲醛90份、气味吸附母粒5份、二硫化钼0.1份、改性玻璃纤维5份、硅酮粉0.5份、0.2份抗氧剂1098、0.3份抗氧剂168；
本实施例耐磨聚甲醛复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将玻璃纤维清洗烘干后浸渍在聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液中，取出烘干并在280℃烘培、烧结，制得改性玻璃纤维；
S2、称取重量份的各个原料，将聚甲醛、气味吸附母粒、二硫化钼、硅酮粉、抗氧剂1098、抗氧剂168倒入搅拌机中，搅拌均匀后置于双螺杆挤出机中，将改性玻璃纤维从双螺杆挤出机的玻纤口加入，经熔融挤出后造粒，即可。
其中，双螺杆挤出机一区温度为150℃，二区温度为160℃，三区温度为170℃，四区温度为170℃，五区温度为175℃，六区温度为180℃；双螺杆主机转速为350rpm。
实施例4：
本实施例耐磨聚甲醛复合材料由以下重量份的原料制成：聚甲醛60份、气味吸附母粒3份、二硫化钼0.3份、改性玻璃纤维10份、润滑剂0.8份、抗氧剂0.1份；
本实施例耐磨聚甲醛复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将玻璃纤维清洗烘干后浸渍在聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液中，取出烘干并在280℃烘培、烧结，制得改性玻璃纤维；
S2、称取重量份的各个原料，将聚甲醛、气味吸附母粒、二硫化钼、润滑剂、抗氧剂倒入搅拌机中，搅拌均匀后置于双螺杆挤出机中，将改性玻璃纤维从双螺杆挤出机的玻纤口加入，经熔融挤出后造粒，即可。
其中，双螺杆挤出机一区温度为150℃，二区温度为160℃，三区温度为170℃，四区温度为170℃，五区温度为175℃，六区温度为180℃；双螺杆主机转速为350rpm。
其中，润滑剂为硅酮粉、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌混合而成；抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯混合而成，且二者的质量比为2：3。
实施例5：
本实施例耐磨聚甲醛复合材料由以下重量份的原料制成：聚甲醛90份、气味吸附母粒5份、二硫化钼0.1份、改性玻璃纤维5份、硅酮粉0.5份、0.2份抗氧剂1098、0.3份抗氧剂168；
本实施例耐磨聚甲醛复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将玻璃纤维清洗烘干后浸渍在聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液中，取出烘干并在280℃烘培、烧结，制得改性玻璃纤维；
S2、称取重量份的各个原料，将聚甲醛、气味吸附母粒、二硫化钼、硅酮粉、抗氧剂1098、抗氧剂168倒入搅拌机中，搅拌均匀后置于双螺杆挤出机中，将改性玻璃纤维从双螺杆挤出机的玻纤口加入，经熔融挤出后造粒，即可。
其中，双螺杆挤出机一区温度为150℃，二区温度为160℃，三区温度为170℃，四区温度为170℃，五区温度为175℃，六区温度为180℃；双螺杆主机转速为350rpm。
其中，润滑剂为硅酮粉、白油、硅油、硬脂酸锌混合而成；抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯混合而成，且二者的质量比为1：1。
对比例：
添加普通的吸附剂活性炭，普通的耐磨剂聚二硫化钼
将聚甲醛70份、活性炭3份、5份二硫化钼、1份硅酮粉、0.5份抗氧剂1098、0.5份抗氧剂168倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，将玻璃纤维25份从玻纤口加入、经熔融挤出后造粒。
其中双螺杆挤出机一区温度为160℃，二区温度为165℃，三区温度为160℃，四区温度为170℃，五区温度为170℃，六区温度为170℃；双螺杆主机转速为250rpm。
对上述实施例1-3和对比例制备的聚甲醛增强复合材料，分别检测其力学性能、气味等级、TVOC和耐磨性能。其中力学性能采用ASTM标准进行检测，气味等级、TVOC采用GMW标准进行检测，耐磨性能根据标准GB/T 5478-2008来测定，其物性数据见下表1。
表1不同样品性能测试结果
从表1数据可以看出，添加气味吸附母粒可以明显改善材料的气味和散发特性，使低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料TVOC低于50ugC/g。另外，本发明制备的产品的磨耗指数极低，呈现出了优良的耐磨性能。本发明所浸渍处理的玻璃纤维明显改善了玻纤在聚甲醛基体的分散性，使低气味、低散发、高耐磨聚甲醛增强复合材料具有耐磨剂添加量少，耐磨突出，力学性能显著改善的优点。
综上所述，本发明耐磨聚甲醛复合材料的原料中加入改性玻璃纤维、气味吸附母粒等成分，改性玻璃纤维是利用聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液对玻璃纤维进行浸渍处理得到，极大的改善了玻纤在聚甲醛基体的分散性，并使制得的耐磨聚甲醛复合材料在耐磨性能方面有了显著的提高，并保持了优异的力学性能，气味吸附母粒能够降低耐磨聚甲醛复合材料中的甲醛含量，使总挥发性有机物TVOC显著降低，并且在保证耐磨聚甲醛复合材料低气味特性的同时，其各项物理力学性能、材料的成型加工性能不受影响，热稳定性好；
本发明改性玻璃纤维由聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯的分散液浸渍，采用这两种粉末粒子，玻璃纤维在浸渍过程中纤维浸渍效率高，浸渍完全，纤维不会出现断纤情况，能够获得性能较好的改性玻璃纤维，进而保证了玻纤在聚甲醛基体的分散性，提高了耐磨聚甲醛复合材料的耐磨性；
本发明二硫化钼的用量降至0.1-0.5份，避免了大量使用二硫化钼造成的复合材料性能下降的情况发生，而且保证了二硫化钼对增强耐磨聚甲醛复合材料耐磨性能的协效作用。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种耐磨聚甲醛复合材料，其特征在于，所述耐磨聚甲醛复合材料由以下重量份的原料制成：聚甲醛54-90份、改性玻璃纤维5-45份、气味吸附母粒1-5份、二硫化钼0.1-0.5份、润滑剂0.2-1份、抗氧剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的耐磨聚甲醛复合材料，其特征在于：所述气味吸附母粒由聚甲醛、疏水性硅藻土、疏水性活性炭、针状沸石分子筛、蓖麻油酸锌、纳米二氧化硅、硬脂酸钙、三聚氰胺、苯并呋喃酮类自由基捕捉剂混合均匀，再在双螺杆挤出机中挤出造粒而成。
3.根据权利要求1所述的耐磨聚甲醛复合材料，其特征在于：所述改性玻璃纤维为玻璃纤维经聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液浸渍处理后得到的改性玻璃纤维。
4.根据权利要求3所述的耐磨聚甲醛复合材料，其特征在于：所述聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液为平均粒径均为0.2 -0.3μm的聚四氟乙烯树脂和聚偏氟乙烯树脂，按照质量比1：1混合悬浮在液态水中形成的胶体溶液，且胶体溶液的粘度为0.03Pa·s、浓度为50wt%、pH值为10。
5.根据权利要求3或4所述的耐磨聚甲醛复合材料，其特征在于：所述聚四氟乙烯相对分子量为100万，结晶度为90%。
6.根据权利要求3或4所述的耐磨聚甲醛复合材料，其特征在于：所述聚偏氟乙烯相对分子量为80万，含水率≤0.05%。
7.根据权利要求1所述的耐磨聚甲醛复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硅酮粉、白油、硅油、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的耐磨聚甲醛复合材料，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]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯混合而成，且二者的质量比为2：3-1：1。
9.一种如权利要求1-8中任一所述耐磨聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将玻璃纤维清洗烘干后浸渍在聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯分散液中，取出烘干并在270-290℃烘培、烧结，制得改性玻璃纤维；
S2、称取重量份的各个原料，将聚甲醛、气味吸附母粒、二硫化钼、润滑剂、抗氧剂倒入搅拌机中，搅拌均匀后置于双螺杆挤出机中，将改性玻璃纤维从双螺杆挤出机的玻纤口加入，经熔融挤出后造粒，即可。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤S2所述双螺杆挤出机的一区温度为150-170℃、二区温度为160-170℃、三区温度为160-180℃、四区温度为170-180℃、五区温度为170-185℃、六区温度为170-185℃；双螺杆主机转速为250-500rpm。
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