CN108997726A - 一种无氟耐磨高分子复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种无氟耐磨高分子复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高分子材料制造技术领域，公开了一种无氟耐磨高分子复合材料及其制备方法包括如下质量份的原料：热塑性工程塑料、耐磨无氟接枝共聚物＝(30‑95)：(5‑70)；还包括：增强纤维，所述热塑性工程塑料：耐磨无氟接枝共聚物：增强纤维＝(30‑90)：(5‑30)：(5‑60)；还包括：润滑剂、稳定剂和抗氧剂，所述热塑性工程塑料：耐磨无氟接枝共聚物：增强纤维：(润滑剂+稳定剂+抗氧剂)＝(30‑89.9)：(5‑30)：(5‑60)：(0.1‑2)。本发明以PC、POM、PA、SAN接枝高分子量高密度聚乙烯作为材料，不加入聚四氟乙烯，故不含氟；由于耐磨助剂与基体树脂的相容性好，在同等比例添加量下，其自润滑、耐磨损更优，质量更轻，外观更均一，且基体树脂的机械性能有所提高。

Description

一种无氟耐磨高分子复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料制造技术领域，特别是涉及一种无氟耐磨高分子复合材料及其制备方法。
背景技术
现有的耐磨改性高分子材料中，常用聚四氟乙烯PTFE微粉作为耐磨改性剂，但会导致材料含氟、比重偏高、机械性能偏低，且在加工过程中产生与PTFE有关的结垢问题。此外，2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，聚四氟乙烯被列在3类致癌物清单中。这些都使得该类耐磨改性高分子材料的使用受到一定的限制。
目前，越来越多的耐磨改性高分子材料被用来制造滑动部件，如齿轮、涡轮、凸轮、轴承、导轨、衬套等，其发展速度非常快，应用范围广泛，但随着国家进一步推动节能减排和循环经济的发展政策，以及技术创新，对耐磨改性高分子材料的使用提出了新的要求。因此开发相关无氟、轻量化、性能更加优异的耐磨改性高分子材料，这将会推动各个行业向环保、节能、轻量化的方向发展，具有良好的社会效益。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是耐磨改性高分子材料中含有氟，不环保、机械性能差、结垢、比重高的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种无氟耐磨高分子复合材料，包括：如下质量份的原料：热塑性工程塑料：耐磨无氟接枝共聚物＝(30-95)：(5-70)。
优选的，在上述的一种无氟耐磨高分子复合材料中，还包括：增强纤维，所述热塑性工程塑料：耐磨无氟接枝共聚物：增强纤维＝(30-90)：(5-30)：(5-60)。
优选的，在上述的一种无氟耐磨高分子复合材料中，还包括：润滑剂、稳定剂和抗氧剂，所述热塑性工程塑料：耐磨无氟接枝共聚物：增强纤维：(润滑剂+稳定剂+抗氧剂)＝(30-89.9)：(5-30)：(5-60)：(0.1-2)。
优选的，在上述的一种无氟耐磨高分子复合材料中，所述热塑性工程塑料为聚碳酸酯PC、聚甲醛POM、聚酰胺PA中的一种或者两种或者两种以上的聚合物。
优选的，在上述的一种无氟耐磨高分子复合材料中，所述增强纤维为碳纤维或者玻璃纤维。
优选的，在上述的一种无氟耐磨高分子复合材料中，所述耐磨无氟接枝共聚物为SAN接枝高分子量高密度聚乙烯。
优选的，在上述的一种无氟耐磨高分子复合材料中，所述高分子量高密度聚乙烯的分子量介于50万-100万之间。
优选的，在上述的一种无氟耐磨高分子复合材料中，所述润滑剂为硬脂酸钙，稳定剂为季戊四醇四硬脂酸酯，抗氧剂为1010、168、PEPQ中的一种、两种或三种混合物。
一种无氟耐磨高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将热塑性工程塑料、耐磨无氟接枝共聚物、润滑剂和稳定剂从进料口倒入高速混合机中；
步骤二，通过高速混合机搅拌、混合均匀；
步骤三，将所述步骤二得到的混合料通过主喂料口投入双螺杆挤出机内，通过双螺杆挤出机的侧喂料口加入增强纤维，喂料完成后挤出机开始挤出造粒，再通过拉条过水切粒得到无氟耐磨高分子复合材料。
优选的，在上述的一种无氟耐磨高分子复合材料的制备方法中，具体步骤为：
将90重量％的热塑性工程塑料、6重量％的耐磨无氟接枝聚合物、1重量％的润滑剂、1重量％的稳定剂在高速混合机中1000转搅拌3～5分钟，混合均匀后，投入双螺杆挤出机挤出造粒，再将4重量％的碳纤维由侧喂料口加入，双螺杆挤出机的长径比为40:1，螺杆转速为300rpm/min，螺杆各分区温度为第一区235℃、第二区235℃、第三区230℃、第四区230℃、第五区220℃、第六区210℃、第七区220℃、第八区220℃、第九区220℃、机头温度控制在240℃，拉条过水切粒，得到无氟耐磨高分子复合材料。
本发明的有益效果是：
本发明选择以PC、POM、PA材料基础上进行改性开发,以满足不同的应用场合；耐磨助剂选择了为SAN接枝高分子量高密度聚乙烯(APWA)，其中作为主链的高分子量高密度聚乙烯分子量介于50万-100万之间；将实施例1-6于对比例1-6进行比较，实施例中不加入聚四氟乙烯，而是加入SAN接枝高分子量高密度聚乙烯APWA，故不含氟；同时，由于耐磨助剂与基体树脂的相容性好，在同等比例添加量下，其自润滑、耐磨损更优，质量更轻，外观更均一，且基体树脂的机械性能有所提高，加工过程不易产生模具积垢；同时亦可予以一定比例的碳纤维、玻纤维作为增强剂复配，耐磨性能优异，根据ASTM 3702测试该材料的耐磨因子，在PV值达2000(0.07Mpa*m/s))时，小于100(mm3/N·m)10E-8；此外，以PC基材为例，改性后，机械强度优良，冲击强度大于500J/M；质轻，根据ASTM D792测试该材料的密度仅为1.18g/cm3。
附图说明
图1是本发明的无氟耐磨高分子复合材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明技术实现的措施、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的一种无氟耐磨高分子复合材料，包括：如下质量份的原料：热塑性工程塑料：耐磨无氟接枝共聚物＝(30-95)：(5-70)。
进一步地，还包括：增强纤维，所述热塑性工程塑料：耐磨无氟接枝共聚物：增强纤维＝(30-90)：(5-30)：(5-60)。
进一步地，还包括：润滑剂、稳定剂和抗氧剂，所述热塑性工程塑料：耐磨无氟接枝共聚物：增强纤维：(润滑剂+稳定剂+抗氧剂)＝(30-89.9)：(5-30)：(5-60)：(0.1-2)。
进一步地，所述热塑性工程塑料为聚碳酸酯PC、聚甲醛POM、聚酰胺PA中的一种或者两种或者两种以上的聚合物。
进一步地，所述增强纤维为碳纤维或者玻璃纤维。
进一步地，所述耐磨无氟接枝共聚物为SAN接枝高分子量高密度聚乙烯。
优选的，在上述的一种无氟耐磨高分子复合材料中，所述高分子量高密度聚乙烯的分子量介于50万-100万之间。
进一步地，所述润滑剂为硬脂酸钙，稳定剂为季戊四醇四硬脂酸酯，抗氧剂为1010、168、PEPQ中的一种、两种或三种混合物。
图1是本发明的无氟耐磨高分子复合材料的制备方法的流程图，如图1所示，一种无氟耐磨高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将热塑性工程塑料、耐磨无氟接枝共聚物、润滑剂和稳定剂从进料口倒入高速混合机中；
步骤二，通过高速混合机搅拌、混合均匀；
步骤三，将所述步骤二得到的混合料通过主喂料口投入双螺杆挤出机内，通过双螺杆挤出机的侧喂料口加入增强纤维，喂料完成后挤出机开始挤出造粒，再通过拉条过水切粒得到无氟耐磨高分子复合材料。
进一步地，具体步骤为：
将90重量％的热塑性工程塑料、6重量％的耐磨无氟接枝聚合物、1重量％的润滑剂、1重量％的稳定剂在高速混合机中1000转搅拌3～5分钟，混合均匀后，投入双螺杆挤出机挤出造粒，再将4重量％的碳纤维由侧喂料口加入，双螺杆挤出机的长径比为40:1，螺杆转速为300rpm/min，螺杆各分区温度为第一区235℃、第二区235℃、第三区230℃、第四区230℃、第五区220℃、第六区210℃、第七区220℃、第八区220℃、第九区220℃、机头温度控制在240℃，拉条过水切粒，得到无氟耐磨高分子复合材料。
下面结合具体实施例和对比例对本发明进行具体说明：
实施例1：聚碳酸酯PC：SAN接枝高分子量高密度聚乙烯APWA＝(30-95)：(5-70)；
实施例2：聚碳酸酯PC：SAN接枝高分子量高密度聚乙烯APWA：增强纤维：(润滑剂+稳定剂+抗氧剂)＝(30-88)：(5-30)：(5-60)：2；
实施例3：聚甲醛POM：SAN接枝高分子量高密度聚乙烯APWA＝(30-95)：(5-70)；
实施例4：聚甲醛POM：SAN接枝高分子量高密度聚乙烯APWA：增强纤维：(润滑剂+稳定剂+抗氧剂)＝(30-88)：(5-30)：(5-60)：2；
实施例5：尼龙PA66：SAN接枝高分子量高密度聚乙烯APWA＝(30-95)：(5-70)；
实施例6：尼龙PA66：SAN接枝高分子量高密度聚乙烯APWA：增强纤维：(润滑剂+稳定剂+抗氧剂)＝(30-88)：(5-30)：(5-60)：2；
对比例1：聚碳酸酯PC：聚四氟乙烯PTEE＝(30-95)：(5-70)；
对比例2：聚碳酸酯PC：聚四氟乙烯PTEE：增强纤维：(润滑剂+稳定剂+抗氧剂)＝(30-88)：(5-30)：(5-60)：2；
对比例3：聚甲醛POM：聚四氟乙烯PTEE＝(30-95)：(5-70)；
对比例4：聚甲醛POM：聚四氟乙烯PTEE：增强纤维：(润滑剂+稳定剂+抗氧剂)＝(30-88)：(5-30)：(5-60)：2；
对比例5：尼龙PA66：聚四氟乙烯PTEE＝(30-95)：(5-70)；
对比例6：尼龙PA66：聚四氟乙烯PTEE：增强纤维：(润滑剂+稳定剂+抗氧剂)＝(30-88)：(5-30)：(5-60)：2；
对上述实施例1-7进行力学测试，测试数据如表一：
表一 实施例1-7力学测试数据
对上述对比例1-3进行力学测试，测试数据如表二：
表二 对比例1-3力学测试数据
结论：本发明选择以PC、POM、PA材料基础上进行改性开发,以满足不同的应用场合；耐磨助剂选择了为SAN接枝高分子量高密度聚乙烯(APWA)，其中作为主链的高分子量高密度聚乙烯分子量介于50万-100万之间；将实施例1-6于对比例1-6进行比较，实施例中不加入聚四氟乙烯，而是加入SAN接枝高分子量高密度聚乙烯APWA，故不含氟；同时，由于耐磨助剂与基体树脂的相容性好，在同等比例添加量下，其自润滑、耐磨损更优，质量更轻，外观更均一，且基体树脂的机械性能有所提高，加工过程不易产生模具积垢；此外，亦可予以一定比例的碳纤维、玻纤维作为增强剂复配，耐磨性能优异。如实施例1所示，根据ASTM 3702测试该材料的耐磨因子，在PV值达2000(0.07Mpa*m/s))时，小于100(mm3/N·m)10E-8；如示例1中，机械强度优良，冲击强度大于500J/M；质轻，根据ASTM D792测试该材料的密度为1.18g/cm3。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无氟耐磨高分子复合材料，其特征在于，包括如下质量份的原料：热塑性工程塑料：耐磨无氟接枝共聚物＝(30-95)：(5-70)。
2.根据权利要求1所述的一种无氟耐磨高分子复合材料，其特征在于，还包括：增强纤维，所述热塑性工程塑料：耐磨无氟接枝共聚物：增强纤维＝(30-90)：(5-30)：(5-60)。
3.根据权利要求1所述的一种无氟耐磨高分子复合材料，其特征在于，还包括：润滑剂、稳定剂和抗氧剂，所述热塑性工程塑料：耐磨无氟接枝共聚物：增强纤维：(润滑剂+稳定剂+抗氧剂)＝(30-89.9)：(5-30)：(5-60)：(0.1-2)。
4.根据权利要求1所述的一种无氟耐磨高分子复合材料，其特征在于，所述热塑性工程塑料为聚碳酸酯PC、聚甲醛POM、聚酰胺PA中的一种或者两种或者两种以上的聚合物。
5.根据权利要求2所述的一种无氟耐磨高分子复合材料，其特征在于，所述增强纤维为碳纤维或者玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述的一种无氟耐磨高分子复合材料，其特征在于，所述耐磨无氟接枝共聚物为SAN接枝高分子量高密度聚乙烯。
7.根据权利要求6所述的一种无氟耐磨高分子复合材料，其特征在于，所述高分子量高密度聚乙烯的分子量介于50万-100万之间。
8.根据权利要求3所述的一种无氟耐磨高分子复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙，稳定剂为季戊四醇四硬脂酸酯，抗氧剂为1010、168、PEPQ中的一种、两种或三种混合物。
9.一种如权利要求1-8所述的无氟耐磨高分子复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将热塑性工程塑料、耐磨无氟接枝共聚物、润滑剂和稳定剂从进料口倒入高速混合机中；
步骤二，通过高速混合机搅拌、混合均匀；
步骤三，将所述步骤二得到的混合料通过主喂料口投入双螺杆挤出机内，通过双螺杆挤出机的侧喂料口加入增强纤维，喂料完成后挤出机开始挤出造粒，再通过拉条过水切粒得到无氟耐磨高分子复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种无氟耐磨高分子复合材料的制备方法，具体步骤为：
将35-95重量％的PC、POM、PA66等基础树脂，与5-30重量％的耐磨无氟接枝聚合物、0-1重量％的润滑剂、0-1重量％的稳定剂在高速混合机中1000转搅拌3～5分钟，混合均匀后，投入双螺杆挤出机挤出造粒，再将5-60重量％的碳纤维由侧喂料口加入，双螺杆挤出机的长径比为40:1，螺杆转速为150-600rpm/min，螺杆各分区温度为第一区190-330℃、第二区190-330℃、第三区190-330℃、第四区190-330℃、第五区170-330℃、第六区170-330℃、第七区170-330℃、第八区170-330℃、第九区170-330℃、机头温度控制在200℃-330℃，拉条过水切粒，得到无氟耐磨高分子复合材料。
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