CN114106508A - 一种玻纤增强聚甲醛组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，公开了一种玻纤增强聚甲醛组合物，包括：第一共聚POM树脂100份，第二共聚POM树脂10份‑30份，玻璃纤维15份‑60份，氟树脂1份‑4份，润滑剂1份‑2份；所述第一共聚POM树脂的熔融指数与所述第二共聚POM树脂的熔融指数的比值为1：(2‑4)。本发明通过采用特定熔融指数的第一POM和第二POM经过特定比例的复配，使共聚POM树脂能够更均匀、更有效地浸润包裹住玻璃纤维和氟树脂，从而降低材料与螺杆之间的摩擦以及在挤出过程中分解发泡，使材料的气味大大地降低，在提升材料的加工特性的同时，进一步提高材料的拉伸强度和冲击强度。本发明还公开一种玻纤增强聚甲醛组合物的制备方法。

Description

一种玻纤增强聚甲醛组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种玻纤增强聚甲醛组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚甲醛(简称POM)为乳白色不透明、没有侧链的高密度、高结晶性的线性热塑性聚合物，其具有良好的耐磨性、抗蠕变特性和优异的机械性能，在工业机械、办公设备、家电、汽车等领域应用广泛。
常见POM材料的改性手段包括增强、增韧、耐磨、抗静电等等。但POM树脂由于其结构中C～O键的键长小于C～C键的键长，导致的热稳定性较差，在生产加工过程中极易发生分解，尤其是玻纤增强的POM材料，由于玻纤的加入，大大地增加了材料在挤出过程中与螺杆之间的摩擦，更易导致其在挤出过程中分解发泡，从而影响制品的性能、气味等。
在传统技术中，为了解决POM热稳定性差的问题，采用了聚四氟乙烯和聚苯硫醚对玻纤进行改性，并在POM基体材料中添加了热稳定剂、抗氧化剂、甲醛吸收剂等添加剂，以降低材料在挤出过程中的分解发泡和气味。上述传统方法虽然解决了玻纤增强的POM材料的热稳定性差的问题，但是导致了其加工性能的下降，目前，在现有技术中，能够同时使玻纤增强的POM材料得到优异的热稳定性和加工特性，是相对较难的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种玻纤增强聚甲醛组合物，具有较好的生产加工特性，在提高材料的强度和冲击性能的同时，其热稳定性好，可降低材料的气味。
本发明的目的之二在于提供一种玻纤增强聚甲醛组合物的制备方法，其制备工艺简单，可大范围推广。
本发明的目的之三在于提供一种上述玻纤增强聚甲醛组合物的应用。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种玻纤增强聚甲醛组合物，包括如下按重量份计算的组分：
第一共聚POM树脂100份，第二共聚POM树脂10份-30份，玻璃纤维15份-60份，氟树脂1份-4份，润滑剂1份-2份；其中，所述第一共聚POM树脂的熔融指数与所述第二共聚POM树脂的熔融指数的比值为1：(2-4)。
相比于只有甲醛基单体构成的均聚POM，共聚POM是含有甲基-甲醛基两种单体并存的共聚物，其密度、结晶度、熔点、强度都较低，但热稳定性好，不易分解，加工温度范围宽。本发明使用共聚POM作为基体材料，使其具有较好的热稳定性和较快的加工温度范围，但若采用熔融指数较低的共聚POM树脂，其流动性差，对玻璃纤维和氟树脂的浸润包裹能力较差，使得它们在体系中的分布不利，从而对体系的强度和冲击性能造成影响；而使用熔融指数较高的共聚POM树脂，其流动性高，虽然对玻璃纤维和氟树脂的浸润包裹能力较强，但是它们在体系中起不到增强的作用，会导致材料的冲击性能的大幅度降低。因此，本发明通过采用特定熔融指数的第一POM和第二POM经过特定比例的复配，使共聚POM树脂能够更均匀、更有效地浸润包裹住玻璃纤维和氟树脂，从而降低材料与螺杆之间的摩擦以及在挤出过程中分解发泡，使材料的气味大大地降低，在提升材料的加工特性的同时，进一步提高材料的拉伸强度和冲击强度。
另外，虽然共聚POM树脂的短期耐热性能比均聚POM树脂的短期耐热性能差，但是共聚POM树脂的长期耐热性能比均聚POM树脂的长期耐热性能更高，本发明通过以共聚POM树脂为基体材料的体系中加入氟树脂，以保证体系的长期耐热性的同时，解决体系的短期耐热性能。
优选地，所述第一共聚POM树脂的熔融指数与所述第二共聚POM树脂的熔融指数的比值为1：3。
进一步地，所述第一共聚POM树脂的熔融指数在190℃/2.16kg条件下为9g8-10g/10min；所述第二共聚POM树脂的熔融指数在190℃/2.16kg条件下为27g24-30g/10min。优选地，所述第一共聚POM树脂的熔融指数为9g/10min，密度为1.38g/cm3-1.42g/cm3，熔点为162℃-178℃；所述第二共聚POM树脂的熔融指数为27g/10min，密度为1.38g/cm3-1.42g/cm3，熔点为162℃-178℃。
进一步地，所述第二共聚POM树脂与所述玻璃纤维、氟树脂的质量比为1：(1.5-2)：(0.1-0.15)。第二共聚POM树脂与玻璃纤维、氟树脂之间比例在适当范围内，能够使第二共聚POM树脂配合第一共聚POM树脂的作用，能够更均匀、更有效地浸润包裹住玻璃纤维和聚四氟乙烯。优选地，所述第二共聚POM树脂与所述玻璃纤维、氟树脂的质量比为1：1.5：0.1。
进一步地，所述玻璃纤维的直径为9μm-12μm，长度为3.0mm-4.5mm。所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维。无碱短切玻璃纤维即为E玻璃纤维，属于圆玻璃纤维类，其能够很好地填充到聚甲醛材料的空隙中，以使体系的性能得到增强。优选地，所述玻璃纤维为玻璃纤维FT785、玻璃纤维ECS10-3.0-T445中的一种。
进一步地，所述氟树脂的D50为12μm-15μm。由于粒径过小，氟树脂的D50小于12μm，其流动性能较好，但会导致材料性能的大幅度降低；粒径过大，氟树脂的D50大于15μm，会导致材料的冲击性能较差，但对体系的性能造成不利的影响。
优选地，所述氟树脂为聚四氟乙烯或聚四氟乙烯的衍生物。聚四氟乙烯具有耐高温、摩擦系数极低等特点，可在-180～260℃长期使用，能够提高体系的短期耐热性能，同时其自润滑性能优异，能够配合润滑剂，进一步地降低材料与螺杆之间的摩擦以及在挤出过程中分解发泡。聚四氟乙烯的衍生物为四氟乙烯与全氟(2,2-二甲基-1,3-间二氧杂环戊烯)的共聚物、四氟乙烯与5-三氟甲氧基-2,2,4-三氟-1,3-间二氧杂环戊烯的共聚物、全氟(丁烯-3-基乙烯基醚)经环化聚合的均聚物中的一种或者两种以上，上述聚合物通过破坏聚四氟乙烯的对称性，使晶区难以形成，所得的聚合物具有较高的光学透明性，以提高材料的透明性。
进一步地，所述润滑剂为聚乙烯类润滑剂。优选地，聚乙烯类润滑剂为聚乙烯-丙烯酸类润滑剂，例如聚乙烯-丙烯酸共聚蜡A-C540、A-C580、A-C5120中的一种或者两种以上。聚乙烯-丙烯酸类润滑剂由于含有羧基的乙烯共聚物合成的乙烯共聚蜡，有较好的附着力，能够改善极性材料和非极性的相容性，同时，由于乙烯共聚物的分子链带有一定量的羰基和羟基，能够与聚甲醛的C-O键形成氢键的相互作用，起到稳定聚甲醛的作用，使得挤出过程顺利，以进一步地降低材料在挤出过程中的剪切以及分解发泡。
进一步地，该玻纤增强聚甲醛组合物还包括如下按重量份计算的组分：助剂0.1份-2份。优选地，所述助剂包括主抗氧剂、辅抗氧剂、尿囊素中的一种或者两种以上。其中，所述主抗氧剂为二[3-(1,1-二甲基乙基)-4-羟基-5-甲基苯丙酸]三聚乙二醇；所述辅抗氧剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。尿囊素为两性化合物，它具有弱的局部麻痹作用，能有效的减轻刺激物的刺激，同时也具有抗氧化的作用。优选地，该玻纤增强聚甲醛组合物还包括如下按重量份计算的组分：助剂1份-2份。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种玻纤增强聚甲醛组合物的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：配置上述玻纤增强聚甲醛组合物的各组分；
S2：将各组分投入混合机中进行混合，直至均匀，得到预混料；
S3：将预混料投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、冷却、造粒，即得玻纤增强聚甲醛组合物。
进一步地，在步骤S1中，混合机的转速为500r/min～1500r/min，混合时间为1min～2min；在步骤S2中，熔融挤出的温度为150℃～210℃。
进一步地，在步骤S2中，双螺杆挤出机的工艺参数是：从加料口到机头之间的各螺筒的温度分别为160℃～180℃、200℃～210℃、200℃～220℃、210℃～220℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃，螺杆转速为300r/min～350r/min，喂料量为50kg/h～200kg/h，相对真空度为0MPa～0.1MPa。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种玻纤增强聚甲醛组合物在齿轮、滚子、轴承、输送带、凸轮、螺栓、泵体、泵壳、叶轮中的应用。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的玻纤增强聚甲醛组合物通过采用特定熔融指数的第一POM和第二POM经过特定比例的复配，使共聚POM树脂能够更均匀、更有效地浸润包裹住玻璃纤维和氟树脂，从而降低材料与螺杆之间的摩擦以及在挤出过程中分解发泡，使材料的气味大大地降低，在提升材料的加工特性的同时，进一步提高材料的拉伸强度和冲击强度。
本发明的玻纤增强聚甲醛组合物的制备方法，具有制备工艺简单，可大范围推广的特点。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
以下实施例中：
第一共聚POM树脂：POM M90-44，熔融指数为9g/10min(190℃/2.16kg)，密度为1.38g/cm3-1.42g/cm3，熔点为162℃-178℃，购买于日本宝理；
第二共聚POM树脂：POM M270-44，熔融指数为27g/10min(190℃/2.16kg)，密度为1.38g/cm3-1.42g/cm3，熔点为162℃-178℃，购买于日本宝理；
其它POM树脂：POM M25-44，熔融指数为2.5g/10min(190℃/2.16kg)，密度为1.38g/cm3-1.42g/cm3，熔点为162℃-178℃，购买于日本宝理；
玻璃纤维：玻璃纤维FT785，无碱短切玻璃纤维，直径10.5um，长度3.0mm，购买于Owens Corning Hong kong；
其它玻璃纤维：玻璃纤维ER13-20，无碱短切玻璃纤维，直径13um，长度3.0mm，购买于芜湖白云玻纤有限公司；
氟树脂：第一聚四氟乙烯粉体，D50为13μm，购于沈阳无量科技有限公司；第二聚四氟乙烯粉体，D50为10μm，购于沈阳无量科技有限公司；间二氧杂环戊烯/四氟乙烯共聚物复合材料，D50为15μm，购于W·L·戈尔及合伙人有限公司；
润滑剂：聚乙烯-丙烯酸共聚蜡A-C540，购于美国霍尼韦尔公司；
聚丙烯酸钠润滑剂，购于北京艾斯尔科技有限公司；
助剂：主抗氧剂IRGANOX 245，二[3-(1,1-二甲基乙基)-4-羟基-5-甲基苯丙酸]三聚乙二醇，购买于广州市奥莹贸易有限公司；
辅抗氧剂SONOX 168，亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯，购买于佛山市沅胜化工有限公司；
市售尿囊素，购买于昆山市双友日用化工有限公司。
实施例1～9
实施例1～6的玻纤增强聚甲醛组合物的各组分含量见下表1：
表1
Figure BDA0003328277470000071
Figure BDA0003328277470000081
实施例7～9的玻纤增强聚甲醛组合物的各组分含量见下表2：
表2
Figure BDA0003328277470000082
对比例1～7
对比例1～7的玻纤增强聚甲醛组合物的各组分含量见下表3：
表3
Figure BDA0003328277470000083
Figure BDA0003328277470000091
以上实施例中，各材料不限于上述所述的组分，各材料还可以为本发明所记载的其它单个组分或者多种组分组成，并且各材料的组分含量不限于上述含量，各材料的组分含量还可以为本发明所记载的其它组分含量的组合，在此不再赘述。
上述组合物除了特别说明外，其采用如下制备方法制备：
一种玻纤增强聚甲醛组合物的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：配置上述玻纤增强聚甲醛组合物的各组分；
S2：将各组分投入混合机中进行混合，转速为1000r/min，混合时间为2min，得到预混料；
S3：将预混料投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、冷却、造粒，即得玻纤增强聚甲醛组合物。其中，熔融挤出的温度为150℃～210℃；双螺杆挤出机的工艺参数是：从加料口到机头之间的各螺筒的温度分别为160℃～180℃、200℃～210℃、200℃～220℃、210℃～220℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃，螺杆转速为300r/min，喂料量为100kg/h，相对真空度为0MPa。
性能测试
对上述实施例及对比例制备的玻纤增强聚甲醛组合物进行性能测试。
1)检测方法具体如下：
拉伸强度：测试标准ISO 527-2-2012，测试速度10mm/min；
缺口冲击强度：测试标准ISO 180-2000，摆锤能量2.75J；
气味等级：采用GMW3205标准进行检测；
可加工性：将待测物在相同的温度下制成薄膜制品，通过目测的方式，观察其表面性能；薄膜制品平整完好：好；薄膜制品出现5个以内小孔：一般；薄膜制品出现5个以上的小孔：差
使用温度试验：将测试物的一端固定，另一端悬空，并置于马弗炉中，逐渐升温，升温至其中一端有材料脱落，即为该材料的使用温度极限。
2)测试结果如下表4。
表4
Figure BDA0003328277470000101
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种玻纤增强聚甲醛组合物，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
第一共聚POM树脂100份，第二共聚POM树脂10份-30份，玻璃纤维15份-60份，氟树脂1份-4份，润滑剂1份-2份；其中，所述第一共聚POM树脂的熔融指数与所述第二共聚POM树脂的熔融指数的比值为1：(2-4)。
2.根据权利要求1所述的玻纤增强聚甲醛组合物，其特征在于，所述第一共聚POM树脂的熔融指数在190℃/2.16kg条件下为8-10g/10min；所述第二共聚POM树脂的熔融指数在190℃/2.16kg条件下为24-30g/10min。
3.根据权利要求1所述的玻纤增强聚甲醛组合物，其特征在于，所述第二共聚POM树脂与所述玻璃纤维、氟树脂的质量比为1：(1.5-2)：(0.1-0.15)。
4.根据权利要求1所述的玻纤增强聚甲醛组合物，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为9μm-12μm，长度为3.0mm-4.5mm。
5.根据权利要求1所述的玻纤增强聚甲醛组合物，其特征在于，所述氟树脂为聚四氟乙烯或聚四氟乙烯的衍生物。
6.根据权利要求5所述的玻纤增强聚甲醛组合物，其特征在于，所述氟树脂的D50为12μm-15μm。
7.根据权利要求1所述的玻纤增强聚甲醛组合物，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯类润滑剂。
8.一种玻纤增强聚甲醛组合物的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1：配置权利要求1-7任一项所述的玻纤增强聚甲醛组合物的各组分；
S2：将各组分投入混合机中进行混合，直至均匀，得到预混料；
S3：将预混料投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、冷却、造粒，即得玻纤增强聚甲醛组合物。
9.根据权利要求8所述的玻纤增强聚甲醛组合物的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，双螺杆挤出机的工艺参数是：从加料口到机头之间的各螺筒的温度分别为160℃～180℃、200℃～210℃、200℃～220℃、210℃～220℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃、180℃～200℃，螺杆转速为300r/min～350r/min，喂料量为50kg/h～200kg/h，相对真空度为0MPa～0.1MPa。
10.一种如权利要求1-7任意一项所述的玻纤增强聚甲醛组合物在制备齿轮、滚子、轴承、输送带、凸轮、螺栓、泵体、泵壳、叶轮中的应用。
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