CN115612242B - 一种玻纤增强聚甲醛复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻纤增强聚甲醛复合材料及其制备方法，其由聚甲醛80‑100份、玻璃纤维5‑40份、偶联剂0.1‑2份、复配热稳定剂1.5‑7份和润滑剂0.5‑2份按照重量份混合制备而成，其中，所述复配热稳定剂为重量比(1‑5)：(0.5‑2)的炭黑和抗氧剂ZKF组成。该玻纤增强聚甲醛复合材料具有优异的强度和刚性，并且具有优异的热稳定性，综合性能优异。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种玻纤增强聚甲醛复合材料及其制备方法。
背景技术
聚甲醛(英文简称POM)是一种没有侧链，高密度、高结晶性的线性聚合物，具有优异的综合性能。聚甲醛表面光滑，有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，可在-40-100℃温度范围内长期使用。它的耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越，又有良好的耐油，耐过氧化物性能，但很不耐酸，不耐强碱和不耐太阳光紫外线的辐射。聚甲醛的拉伸强度达70MPa，吸水性小，尺寸稳定，有光泽，这些性能都比尼龙好，其在热塑性树脂中是最坚韧的，具高抗热强度、弯曲强度和耐疲劳性强度，且耐磨性和电性能优良。
但聚甲醛作为工程材料，其强度和刚性还不能完全满足各行各业的要求，因此为了进一步提高聚甲醛的强度和刚性，一般会在聚甲醛中加入增强材料(如滑石、玻璃纤维、硅灰石等)来提高其强度和刚性。
但聚甲醛由于特殊的分子结构，其热稳定性较差，在加工应用过程易分解，导致其性能降低；尤其在加入大量无机增强材料时，会进一步降低聚甲醛的热稳定性，从而在加工过程更易分解，制备的增强材料性能会更差。因而在提高聚甲醛力学性能的同时，需同时提高其受热稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种玻纤增强聚甲醛复合材料及其制备方法，该玻纤增强聚甲醛复合材料不仅具有优异的强度和刚性，并且具有优异的热稳定性，综合性能优异。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明首先提供了一种玻纤增强聚甲醛复合材料，其由聚甲醛80-100份、玻璃纤维5-40份、偶联剂0.1-2份、复配热稳定剂1.5-7份和润滑剂0.5-2份按照重量份混合制备而成，其中，所述复配热稳定剂为重量比(1-5)：(0.5-2)的炭黑和抗氧剂ZKF组成。
该玻纤增强聚甲醛复合材料在聚甲醛体系中加入玻璃纤维对聚甲醛进行增强，提高其强度和刚性，同时添加由炭黑和抗氧剂ZKF组成的复配热稳定剂，提高了聚甲醛的耐热稳定性，从而使得玻纤增强聚甲醛兼具优异的力学性能和热稳定性。
进一步方案，本发明中的基体材料聚甲醛没有特殊的限制，可以采用本领域中常规采用的聚甲醛，在本发明的一个或多个实施例中，所述聚甲醛为230℃、2.16kg条件下的熔融指数为10-15g/10min的粒料。
进一步方案，所述玻璃纤维选自无碱短切玻纤。
更优选的，所述无碱短切玻纤的直径为7-10μm，长度为15-20mm。
进一步方案，本发明中所述的偶联剂可以是本领域中的常规选择，没有特殊的限制，在本发明的一个或多个实施例中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂。
优选的，本领域任意的硅烷偶联剂均可用于本发明的技术方案中，在本发明的一个或多个实施例中，所述硅烷偶联剂选自KH550。
进一步方案，本发明中的润滑剂可以是本领域中的常规选择，没有特殊的限制，在本发明的一个或多个实施例中，所述润滑剂选自硬脂酸钙。
本发明还提供了一种如前述任一项所述的玻纤增强聚甲醛复合复合材料的制备方法，包括以下步骤：
按照配比称聚甲醛、偶联剂、炭黑、润滑剂、抗氧剂ZKF充分混合，获得均匀的混合料，可以理解的是，获得混合料的混合方式、转速、时间等均没有特殊的限制，只要能够保证原材料混合均匀即可，故这里不再具体限定，在本发明的一个或多个实施例中，将原料加入高速混合机中混合均匀即可；
将所述混合料通过注喂料口加入到双螺杆挤出机中，按照配比将玻璃纤维通过侧喂料口加入，经熔融挤出造粒，制得聚甲醛复合材料。
进一步的，双螺杆挤出机的工作温度没有特殊的限制，可根据原料参数的不同进行调整，在本发明的一个或多个实施例中，所述双螺杆挤出机加工温度为150-220℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在聚甲醛配方体系中添加玻璃纤维，从而对聚甲醛进行增强，使得聚甲醛具有优异的强度和刚性。同时在配方体系中添加炭黑与抗氧剂ZKF组成的复配热稳定剂，克服了玻纤增强聚甲醛复合材料存在的热稳定性差的问题，显著提高了聚甲醛复合材料的热稳定性，长期受热后，仍保持有良好的机械强度，具有应用前景。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以下实施例中采用的原料或助剂具体信息如下：
聚甲醛为美国杜邦100P BK602；
玻璃纤维为巨石集团ER14-1000-988A；
偶联剂采用KH550硅烷偶联剂，生产商为南京轩浩新材料科技有限公司；
炭黑为安阳市旺泰新材料高黑度炭黑111，平均粒径15微米，比表面积360m2/g。
抗氧剂ZKF生产商湖北广澳生物科技。
可以理解的是，以上原料仅仅是为了使得本发明中技术方案更加清楚做出的示例，并不代表本发明仅能采用以上原料，具体范围以权利要求书为准。此外，本文中所述的“份”、“份数”，如无特别的说明，均指的是重量份数。
实施例1
称取80份聚甲醛、0.1份偶联剂KH550、1份炭黑、0.5份润滑剂硬脂酸钙、0.5份抗氧剂ZKF加入高速混合机中，混合均匀，获得混合料；
将所述混合料通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中，5份玻璃纤维通过挤出机侧喂料口加入，经熔融挤出造粒，制得玻纤增强聚甲醛复合材料；
其中，所述双螺杆挤出机的一区温度为150℃，二区温度为180℃，三区温度为190℃，四区温度为200℃，五区温度为200℃，六区温度为210℃。
实施例2
称取90份聚甲醛、0.5份偶联剂KH550、3份炭黑、1份润滑剂硬脂酸钙、1份抗氧剂ZKF加入高速混合机中，混合均匀，获得混合料；
将所述混合料通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中，30份玻璃纤维通过挤出机侧喂料口加入，经熔融挤出造粒，制得玻纤增强聚甲醛复合材料；
其中，所述双螺杆挤出机的一区温度为160℃，二区温度为190℃，三区温度为200℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为220℃。
实施例3
称取100份聚甲醛、2份偶联剂KH550、5份炭黑、2份润滑剂硬脂酸钙、2份抗氧剂ZKF加入高速混合机中，混合均匀，获得混合料；
将所述混合料通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中，40份玻璃纤维通过挤出机侧喂料口加入，经熔融挤出造粒，制得玻纤增强聚甲醛复合材料；
其中，所述双螺杆挤出机的一区温度为180℃，二区温度为200℃，三区温度为200℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为220℃。
实施例4
称取90份聚甲醛、1份偶联剂KH550、4份炭黑、1份润滑剂硬脂酸钙、2份抗氧剂ZKF加入高速混合机中，混合均匀，获得混合料；
将所述混合料通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中，20份玻璃纤维通过挤出机侧喂料口加入，经熔融挤出造粒，制得玻纤增强聚甲醛复合材料；
其中，所述双螺杆挤出机的一区温度为170℃，二区温度为180℃，三区温度为190℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为220℃。
对比例1
采用与实施例4相同的实施方式，不同之处在于：将“4份炭黑，2份抗氧剂ZKF”替替换为“6份炭黑”。
对比例2
采用与实施例4相同的实施方式，不同之处在于：将“4份炭黑，2份抗氧剂ZKF”替替换为“6份抗氧剂ZKF”。
对比例3
采用与实施例4相同的实施方式，不同之处在于：将“4份炭黑，2份抗氧剂ZKF”替替换为“4份炭黑，2份抗氧剂1010”。
对比例4
采用与实施例4相同的实施方式，不同之处在于：将“4份炭黑，2份抗氧剂ZKF”替替换为“4份炭黑，2份抗氧剂300”。
对比例5
采用与实施例4相同的实施方式，不同之处在于：将“4份炭黑，2份抗氧剂ZKF”替替换为“4份炭黑，2份抗氧剂CA”。
对比例6
采用与实施例4相同的实施方式，不同之处在于：将“4份炭黑，2份抗氧剂ZKF”替替换为“3份抗氧剂1010，3份抗氧剂168”。
测试例
将实施例和对比例中制得的玻纤增强聚甲醛复合材料采用ASTM标准注塑，样条尺寸(长度×宽度×厚度)分别为：
拉伸样条(哑铃型)，170mm×13mm×3.2mm,拉伸强度按照ASTM D 638标准测试，拉伸速度5mm/min；
缺口冲击样条，127mm×13mm×3.2mm，V型缺口，缺口深度为1/5，缺口冲击强度按照ASTM D 6110标准测试；
热稳定性试验具体测试参数为：使用鼓风式恒温干燥箱，温度的波动度和均与度为±1℃，设定温度为160℃，处理时间为2000h。
测试结果见表1。
表1玻纤增强聚甲醛复合材料性能测试结果
注：表1中拉伸强度保持率％＝热稳定测试后拉伸强度/热稳定测试前拉伸强度×100％；
缺口冲击强度保持率％＝热稳定测试后缺口冲击强度/热稳定测试前缺口冲击强度×100％。
通过表1中的测试结果可以看出，本发明中通过在玻纤增强聚甲醛复合材料中添加复配热稳定剂，在保证其强度和刚性的同时，显著提高了玻纤增强聚甲醛复合材料的耐热稳定性，在2000h热稳定性测试后，拉伸强度和缺口冲击强度均具有高保持率，长期热稳定性出色。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种玻纤增强聚甲醛复合材料，其特征在于，其由聚甲醛80-100份、玻璃纤维5-40份、偶联剂0.1-2份、复配热稳定剂1.5-7份和润滑剂0.5-2份按照重量份混合制备而成，其中，所述复配热稳定剂为重量比（1-5）：（0.5-2）的炭黑和抗氧剂ZKF组成；所述炭黑为高黑度炭黑111，平均粒径15微米，比表面积360m2/g。
2. 如权利要求1所述的玻纤增强聚甲醛复合材料，其特征在于，所述聚甲醛为230℃、2.16kg条件下的熔融指数为10-15 g/10min的粒料。
3.如权利要求1所述的玻纤增强聚甲醛复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维选自无碱短切玻纤。
4.如权利要求3所述的玻纤增强聚甲醛复合材料，其特征在于，所述无碱短切玻纤的直径为7-10μm，长度为15-20mm。
5.如权利要求1所述的玻纤增强聚甲醛复合材料，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂。
6.如权利要求5所述的玻纤增强聚甲醛复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自KH550。
7.如权利要求1所述的玻纤增强聚甲醛复合材料，其特征在于，所述润滑剂选自硬脂酸钙。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的玻纤增强聚甲醛复合复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照配比称聚甲醛、偶联剂、炭黑、润滑剂、抗氧剂ZKF充分混合，获得均匀的混合料；
将所述混合料通过注喂料口加入到双螺杆挤出机中，按照配比将玻璃纤维通过侧喂料口加入，经熔融挤出造粒，制得聚甲醛复合材料。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机加工温度为150-220℃。
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