CN109320901A - 耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料及其制备方法 - Google Patents

耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料及其制备方法，包含如下重量份计的原料：聚甲醛100份、玻纤5‑30份、PTFE粉末1‑15份、增韧剂1‑5份、吸醛剂0.1‑2份、抗氧剂0.1‑1份、吸酸剂0.1‑2份、紫外线吸收剂0.1‑3份、光屏蔽剂1‑5份、光稳定剂0.1‑5份和润滑剂0.1‑1份。本发明的复合材料，不仅提高了共聚聚甲醛的强度和耐磨性，而且提高了共聚聚甲醛复合材料耐候性，提高了材料的使用寿命，且本发明的复配过程和加工过程简单，易于加工制备，可广泛应用于电子电器，机械，仪表建材等领域零部件等制备。

Description

耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及新型聚甲醛复合材料技术领域，尤其涉及耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料及其制备方法。
背景技术
聚甲醛是一种性能优良的工程塑料，在国外具有“超钢”之称，具有强度高，尺寸稳定耐磨性和电性能优良等许多优点，广泛应用于电子电器，机械，仪表，汽车，建材等领域。随着人们对材料耐磨性和强度要求的提高，对聚甲醛进行玻纤增强和耐磨改性成为必要，如专利CN102585433A对聚甲醛使用玻纤进行了增强改性，使用PTFE粉末进行了耐磨改性。满足高温环境下使用，可制作高耐磨，高强度的棒材，板材，齿轮，轴承等。
然而，聚甲醛还有一个缺点就是耐侯性比较差，在使用的过程中容易在光，特别是紫外线，氧的作用下降解，导致其力学性能下降，尤其是抗冲击韧性和断裂伸长率急剧下降。过早失去使用价值，限制了其在诸多方面的应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料及其制备方法，在玻纤增强聚甲醛，PTFE粉末改性聚甲醛耐磨性的基础上，采用不同的紫外线稳定剂与光稳定剂配合，不仅提高聚甲醛的强度和耐磨性，有效提高了聚甲醛的耐候性。
本发明提出的耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，包含如下重量份计的原料：聚甲醛100份、玻纤5-30份、PTFE粉末1-15份、增韧剂1-5份、吸醛剂0.1-2份、抗氧剂0.1-1份、吸酸剂0.1-2份、紫外线吸收剂0.1-3份、光屏蔽剂1-5份、光稳定剂0.1-5份和润滑剂0.1-1份。
优选地，所述聚甲醛为共聚聚甲醛，所述玻纤为无碱长玻纤，所述无碱长玻纤的直径为10-15μm，此直径范围内的无碱长玻纤具有较高的性价比，更有选地，所述无碱长玻纤的直径为12-14μm，更有选，所述无碱长玻纤的直径为13μm。
优选地，所述增韧剂为聚酯型热塑性聚氨酯弹性体，所述吸醛剂为三聚氰胺，所述吸酸剂为碳酸钙。
优选地，所述抗氧化剂包括主抗氧化剂和辅助抗氧化剂，所述主抗氧化剂与辅助抗氧化剂的重量比为1:1-3。
优选地，所述主抗氧化剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076，所述辅助抗氧化剂为抗氧剂168。
优选地，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、TAF、硅酮粉中的一种或几种。
优选地，所述紫外线吸收剂为UV326、UV327、UV328、UV329、UV234、UV531中的一种或几种。
优选地，所述光稳定剂为受阻胺光稳定剂770、受阻胺光稳定剂944、受阻胺光稳定剂791、受阻胺光稳定剂622中的一种或几种，所述光屏蔽剂为金红石型二氧化钛。
本发明提出的耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料的制备方法，方法步骤如下：
S1：将聚甲醛、PTFE粉末、增韧剂、吸醛剂、抗氧剂、吸酸剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂、光稳定剂和润滑剂加入高速搅拌机中，室温下高速混合3-5min，待用；
S2：将S1中混合好的物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将无碱长玻纤从侧喂料装置计量加入，对物料熔融挤出，挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后即得耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料。
优选地，所述双螺杆挤出机的温度为160-190℃，螺杆转速为300-500rpm，真空度为-0.6-1.0Kgf/cm2；所述双螺杆挤出机的各区温度为：一区160～165℃、二区165～170℃、三区170～175℃、四区175～180℃、五区180～185℃、六区185～190℃、七区190～185℃。
本申请中采用的聚甲醛为共聚聚甲醛，相对于均聚甲醛，热稳定性好，加工温度宽,容易加工，玻纤的加入聚甲醛中，由于其本身具有较高的强度，并具有一定的长径比，因此在树脂中起到了骨架作用，相当于混凝土中钢筋的作用，因此可以使复合材料具有很高的强度，起到了增强的作用；PTFE粉末本身具有很低的摩擦系数，加入后，可以使复合材料的表面摩擦系数大大降低，因此降低了复合材料的磨耗量，赋予复合材料具有较耗的耐磨性；光屏蔽剂等的加入可以将光屏蔽掉，减少材料的光老化，使材料具有较好的耐候性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提出了一种耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，不仅实现了聚甲醛复合材料的高强耐磨，而且还使聚甲醛具有耐候功能，提高了聚甲醛附加值，扩大了聚甲醛复合材料应用范围，尤其是在室外高温的应用场合。
(2)本发明的复合材料是一种新型的环保复合材料，可以广泛应用于室外汽车零部件的制备。其拉伸强度达到90～110MPa，缺口冲击强度可以达到8～12KJ/m2、磨耗量8-10mg，紫外光老化测试后材料的缺口强度保持率达到80％以上；紫外光老化测试后材料的拉伸强度保持率达到90％以上。
(3)本发明还涉及了一种耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料的制备方法，通过双螺杆挤出机，共混制备出耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，复配过程和加工过程简单，易于加工制备。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
本发明实施例中的原料来源如下：
原料 来源 型号
共聚聚甲醛 云南天化股份有限公司 M120
无碱长玻纤 浙江巨石集团 无碱玻纤988a
PTFE粉末 美国杜邦公司 7a
聚酯型TPU 烟台万华聚氨酯有限公司 WHT-1164
三聚氰胺 苏州东阳化工有限公司 ——
UV328、受阻胺光稳定剂770 天津利安隆新材料有限公司 ——
金红石二氧化钛 杜邦公司 R902
抗氧剂1010、168 上海厚诚精细化工有限公司 ——
TAF 苏州泰兴国光化学助剂公司 ——
上述的PTFE粉末的平均粒径为3-20μm，熔点310-320℃，聚酯型TPU的硬度为55-70A，三聚氰胺的纯度为98-99％，碳酸钙的纯度为98-99％，平均粒径为3-20μm，金红石二氧化钛的纯度为98-99％，平均粒径为5-50μm
本发明所使用的双螺杆挤出机的型号为zsk26k10.6，购自科倍隆(上海)有限公司。
实施例1
耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，包含如下重量份计的原料：聚甲醛100份、玻纤5份、PTFE粉末1份、增韧剂1份、吸醛剂0.1份、抗氧剂0.1份、吸酸剂0.1份、紫外线吸收剂0.1份、光屏蔽剂1份、光稳定剂0.1份和润滑剂0.1份。
其中玻纤为无碱长玻纤，其直径为13μm；增韧剂为聚酯型TPU；抗氧剂为主抗氧剂1010与辅助抗氧剂为168，其比例为1:1；吸醛剂为三聚氰胺；吸酸剂为碳酸钙；紫外线吸收剂为UV328；光稳定剂为受阻胺光稳定剂770；光屏蔽剂为金红石二氧化钛；润滑剂为TAF。
上述耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料的制备方法为：
S1：将聚甲醛、PTFE粉末、增韧剂、吸醛剂、抗氧剂、吸酸剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂、光稳定剂和润滑剂加入高速搅拌机中，室温下高速混合5min，待用；
S2：将S1中混合好的物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将无碱长玻纤从侧喂料装置计量加入，对物料熔融挤出，挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后即得耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料。
双螺杆挤出机的温度范围为160-190℃，螺杆转速为300rpm，真空度为-0.8Kgf/cm2；所述双螺杆挤出机的各区温度为：一区160～165℃、二区165～170℃、三区170～175℃、四区175～180℃、五区180～185℃、六区185～190℃、七区190～185℃，温度稳定25min后，开始实验，直到实验结束。
实施例2
耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，包含如下重量份计的原料：聚甲醛100份、玻纤30份、PTFE粉末15份、增韧剂5份、吸醛剂2份、抗氧剂1份、吸酸剂2份、紫外线吸收剂3份、光屏蔽剂5份、光稳定剂5份和润滑剂1份。
其中玻纤为无碱长玻纤，其直径为13μm；增韧剂为聚酯型TPU；抗氧剂为主抗氧剂1076与辅助抗氧剂168，其比例为1:3；吸醛剂为三聚氰胺；吸酸剂为碳酸钙；紫外线吸收剂为UV328、UV234；光稳定剂为受阻胺光稳定剂770、受阻胺光稳定剂944；光屏蔽剂为金红石二氧化钛；润滑剂为TAF。
上述耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料的制备方法为：
S1：将聚甲醛、PTFE粉末、增韧剂、吸醛剂、抗氧剂、吸酸剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂、光稳定剂和润滑剂加入高速搅拌机中，室温下高速混合5min，待用；
S2：将S1中混合好的物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将无碱长玻纤从侧喂料装置计量加入，对物料熔融挤出，挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后即得耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料。
双螺杆挤出机的温度范围为160-190℃，螺杆转速为300rpm，真空度为-0.8Kgf/cm2；所述双螺杆挤出机的各区温度为：一区160～165℃、二区165～170℃、三区170～175℃、四区175～180℃、五区180～185℃、六区185～190℃、七区190～185℃，温度稳定25min后，开始实验，直到实验结束。
实施例3
耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，包含如下重量份计的原料：聚甲醛100份、玻纤15份、PTFE粉末10份、增韧剂3份、吸醛剂1份、抗氧剂0.5份、吸酸剂1份、紫外线吸收剂1.5份、光屏蔽剂3份、光稳定剂3份和润滑剂0.35份。
其中玻纤为无碱长玻纤，其直径为13μm；增韧剂为聚酯型TPU；抗氧剂为主抗氧剂1010与辅助抗氧剂168，其比例为1:2；吸醛剂为三聚氰胺；吸酸剂为碳酸钙；紫外线吸收剂为UV328；光稳定剂为受阻胺光稳定剂770；光屏蔽剂为金红石二氧化钛；润滑剂为TAF。
上述耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料的制备方法为：
S1：将聚甲醛、PTFE粉末、增韧剂、吸醛剂、抗氧剂、吸酸剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂、光稳定剂和润滑剂加入高速搅拌机中，室温下高速混合5min，待用；
S2：将S1中混合好的物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将无碱长玻纤从侧喂料装置计量加入，对物料熔融挤出，挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后即得耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料。
双螺杆挤出机的温度范围为160-190℃，螺杆转速为300rpm，真空度为-0.8Kgf/cm2；所述双螺杆挤出机的各区温度为：一区160～165℃、二区165～170℃、三区170～175℃、四区175～180℃、五区180～185℃、六区185～190℃、七区190～185℃，温度稳定25min后，开始实验，直到实验结束。
对比实施例1
聚甲醛复合材料包含如下重量份计的原料：聚甲醛100份、玻纤5份、增韧剂1份、吸醛剂0.1份、吸酸剂0.1份和润滑剂0.1份。
制备方法同实施例1。
对比实施例2
聚甲醛复合材料包含如下重量份计的原料：聚甲醛100份、玻纤30份、增韧剂5份、吸醛剂2份、吸酸剂2份和润滑剂1份。
制备方法同实施例2。
对比实施例3
聚甲醛复合材料包含如下重量份计的原料：聚甲醛100份、玻纤15份、增韧剂3份、吸醛剂1份、吸酸剂1份和润滑剂0.35份。
制备方法同实施例3。
对上述实施例和对比实施例所制得的复合材料的性能进行测定，其中力学性能测试按ASTM标准测试；紫外光老化测试标准参考ISO4892-3(340nm紫外灯条件下模拟老化1000h)；耐磨性能按照GB/T3960-1983标准测试。所得结果见表1。
表1聚甲醛复合材料性能测试结果
从表1可以看出，本发明的聚甲醛复合材料不仅具有较好的力学强度，较好的耐磨性，而且还具有很好的耐候性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，其特征在于，包含如下重量份计的原料：聚甲醛100份、玻纤5-30份、PTFE粉末1-15份、增韧剂1-5份、吸醛剂0.1-2份、抗氧剂0.1-1份、吸酸剂0.1-2份、紫外线吸收剂0.1-3份、光屏蔽剂1-5份、光稳定剂0.1-5份和润滑剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，其特征在于，所述聚甲醛为共聚聚甲醛，所述玻纤为无碱长玻纤，所述无碱长玻纤的直径为10-15μm。
3.根据权利要求1所述的耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，其特征在于，所述增韧剂为聚酯型热塑性聚氨酯弹性体，所述吸醛剂为三聚氰胺，所述吸酸剂为碳酸钙。
4.根据权利要求1所述的耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂包括主抗氧化剂和辅助抗氧化剂，所述主抗氧化剂与辅助抗氧化剂的重量比为1:1-3。
5.根据权利要求4所述的耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，其特征在于，所述主抗氧化剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076，所述辅助抗氧化剂为抗氧剂168。
6.根据权利要求1所述的耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、TAF、硅酮粉中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，其特征在于，所述紫外线吸收剂为UV326、UV327、UV328、UV329、UV234、UV531中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺光稳定剂770、受阻胺光稳定剂944、受阻胺光稳定剂791、受阻胺光稳定剂622中的一种或几种，所述光屏蔽剂为金红石型二氧化钛。
9.根据权利要求1-8任一项所述的耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于，方法步骤如下：
S1：将聚甲醛、PTFE粉末、增韧剂、吸醛剂、抗氧剂、吸酸剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂、光稳定剂和润滑剂加入高速搅拌机中，室温下高速混合3-5min，待用；
S2：将S1中混合好的物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将无碱长玻纤从侧喂料装置计量加入，对物料熔融挤出，挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后即得耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料。
10.根据权利要求9所述的耐候耐磨增强型聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的温度为160-190℃，螺杆转速为300-500rpm，真空度为-0.6-1.0Kgf/cm2；所述双螺杆挤出机的各区设定温度为：一区160～165℃、二区165～170℃、三区170～175℃、四区175～180℃、五区180～185℃、六区185～190℃、七区190～185℃，温度稳定20-30min后，开始实验，直到实验结束。
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