CN116082787A - 一种碳纤维改性聚甲醛复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维改性聚甲醛复合材料及制备方法，按质量份计，其制备原料包括：73‑95份聚甲醛树脂、5‑25份改性材料、0.2‑1份润滑剂、0.1‑1份抗氧剂。本发明通过精确设计复合材料的配方组成，解决耐磨耐刮擦物料、导电材料与基础材料在混合过程中存在的均匀分散性的问题，使复合材料能够具有优异耐磨性、耐刮擦性的同时，提高材料的力学强度、降低摩擦系数，持续提升生产效率，优化产品的性能和品质。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物加工领域，涉及D01F6/94领域，更具体涉及一种碳纤维改性聚甲醛复合材料及制备方法。
背景技术
聚甲醛(POM)具有机械性能优良，耐化学腐蚀性、耐疲劳性、耐蠕变性、自润滑性好等优点，但其阻燃性能差、对缺口敏感等问题，严重限制了它的应用领域。为了克服其性能缺陷，一般对POM进行增强、填充、复合、共混等改性，弥补不足的同时，使其功能化和实用化。目前国内市场缺乏高端改性产品，POM改性专用料主要依赖进口。因此亟需开发出具有自主知识产权的改性POM与加工技术，突破改性POM制品规模化的难题，打破国外产品垄断。
CN115073879A公开了一种导热耐磨聚甲醛复合材料的制备方法，原料包括：聚甲醛树脂、导热填料、改性聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、稳定剂、抗氧剂；将原料混合后转移至双螺杆挤出机，温度150-180℃下挤出造粒，得到的复合材料具有优异的导热性能和耐磨性能。CN101885896A公开了一种高韧性高耐磨聚甲醛组合物及其制备方法，原料包括：聚甲醛、聚氧化乙烯、聚四氟乙烯纤维、抗氧剂、甲醛吸收剂，制备的聚甲醛复合物适用于对耐冲击性和耐磨损性能要求较高的机械零组件的制造。
但是，目前聚甲醛(POM)改性材料配方和生产工艺仍需优化，提高材料的力学强度、降低摩擦系数，持续提升生产效率，优化产品的性能和品质。
发明内容
针对于上述问题，本发明公开了一种碳纤维改性聚甲醛复合材料，按质量份计，其制备原料包括：73-95份聚甲醛树脂、5-25份改性材料、0.2-1份润滑剂、0.1-1份抗氧剂。
优选的，按质量份计，其制备原料包括：79.5份聚甲醛树脂、20份改性材料、0.3份润滑剂、0.2份抗氧剂。
在一种实施方式中，所述聚甲醛树脂熔融指数为7-12g/10min。
优选的，所述聚甲醛树脂熔融指数为7-12g/10min，如购自于韩国工程，型号为F20-03，熔融指数为9g/10min。
所述熔融指数在2.16kg，190℃下测得。
在一种实施方式中，所述改性材料选自碳纤维、不锈钢金属纤维、金属粉末、导电炭黑、碳纳米管材料中的任一种。
优选的，所述改性材料为碳纤维。
进一步优选的，所述碳纤维为硅烷偶联剂改性碳纤维，制备方法参考CN103643503B。
在一种实施方式中，所述润滑剂选自双乙烯双硬脂酸胺、聚四氟乙烯、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、聚酰胺蜡、季戊四醇四硬脂酸酯、硬脂酸甲酯、石墨、纳米三氧化铝、二硫化钼、氮化硼中的一种或多种。
优选的，所述润滑剂为二硫化钼。
进一步优选的，所述二硫化钼的D50粒度为200目-500目，比如购自于中航新材料(山东)有限公司，D50粒度为300目。
本发明采用高流动性POM树脂，具有高机械强度和刚性、高的疲劳强度、环境抵抗性、耐有机溶剂性佳，但是使用高流动性POM树脂制备的POM/CF复合材料，其相关制品存在尺寸稳定性差，翘曲变形严重的问题。基于此，发明人通过两方面入手解决，一是采用中等熔融指数的POM树脂，二是采用接枝、前段等手段在POM分子链上引入具有润滑性的链段材料，添加D50粒度为200目-500目的二硫化钼，以此减弱POM/CF复合材料制品芯部与表层之间的结晶结构的差别，从而改善相关制品尺寸稳定性的问题。
在一种实施方式中，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂616中的一种或多种，加入可以提高其耐候性。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1076。
本发明另一方面公开了所述改性聚甲醛复合材料的制备方法，包括：配料、混合、混炼挤出、冷却、切粒、筛分和包装入库。
在一种实施方式中，所述配料过程为：根据产品配方要求，将制备原料按一定的比例配料，得到物料1。
优选的，称取聚甲醛树脂前，需要进行烘干，烘干温度为80～100℃，烘干3～4小时。
进一步优选的，烘干温度为80℃，烘干3.5小时。
在一种实施方式中，所述混合过程为：将物料1投入到混合机中，经混合均匀后，得到物料2。
在一种实施方式中，所述混炼挤出过程为：通过机械加热、剪切将物料2在双螺杆挤出造粒机组内熔融共混，令各种成分均匀分散在聚合物中，并将聚合物熔体挤出。
优选的，所述混炼挤出过程转速为150-180rpm，温度为180-210℃。
进一步优选的，所述混炼挤出过程转速为150rpm，温度为170～180℃→180～190℃→190～200℃→200～210℃。
在一种实施方式中，所述冷却过程为：通过水冷、风冷、静置等方式，使上一环节挤出的料条充分冷却。
在一种实施方式中，所述切粒过程为：将冷却好的料条切割成大小均匀的塑料颗粒。
在一种实施方式中，所述筛分过程为：清除过长、过短等不符合粒径要求的塑料粒子，得到符合规定尺寸大小的塑料粒子产品。
在一种实施方式中，所述包装入库过程为：将产品按规定包装，在包装袋喷上公司名称、产品规格、重量、生产批号等字符，并办理入库手续。
有益效果
1、本发明采用中等熔融指数的POM树脂，添加二硫化钼，以此减弱POM/CF复合材料制品芯部与表层之间的结晶结构的差别，从而改善相关制品尺寸稳定性的问题。
2、本发明通过精确设计复合材料的配方组成，解决耐磨耐刮擦物料、导电材料与基础材料在混合过程中存在的均匀分散性的问题，使复合材料能够具有优异耐磨性、耐刮擦性的同时，提高材料的力学强度、降低摩擦系数及磨损率，持续提升生产效率，优化产品的性能和品质。
具体实施方式
实施例1
本实施例1公开了一种碳纤维改性聚甲醛复合材料，按质量份计，其制备原料为：94.6份聚甲醛树脂、5份改性材料、0.3份润滑剂、0.1份抗氧剂1076。
所述聚甲醛树脂，购自于韩国工程，型号为F20-03，熔融指数为9g/10min。
所述熔融指数在2.16kg，190℃下测得。
所述改性材料为硅烷偶联剂改性碳纤维，制备方法参考CN 103643503 B中实施例8。
所述润滑剂为二硫化钼，购自于中航新材料(山东)有限公司，D50粒度为300目。
本实施例1另一方面公开了所述改性聚甲醛复合材料的制备方法，步骤为：根据产品配方要求，将制备原料按一定的比例配料，得到物料1。配料前聚甲醛树脂需要进行烘干，烘干温度为80℃，烘干3.5小时。将物料1投入到混合机中，经混合均匀后，得到物料2。通过机械加热、剪切将物料2在双螺杆挤出造粒机组内熔融共混，令各种成分均匀分散在聚合物中，并将聚合物熔体挤出。所述混炼挤出过程转速为150rpm，温度为170～180℃→180～190℃→190～200℃→200～210℃。通过水冷，使上一环节挤出的料条充分冷却。将冷却好的料条切割成大小均匀的塑料颗粒。清除过长、过短等不符合粒径要求的塑料粒子，得到符合规定尺寸大小的塑料粒子产品。将产品按规定包装，在包装袋喷上公司名称、产品规格、重量、生产批号等字符，并办理入库手续。
实施例2
本实施例2公开了一种碳纤维改性聚甲醛复合材料，按质量份计，其制备原料为：88.9份聚甲醛树脂、10份改性材料、0.3份润滑剂、0.8份抗氧剂1076。
所述聚甲醛树脂，购自于韩国工程，型号为F20-03，熔融指数为9g/10min。
所述熔融指数在2.16kg，190℃下测得。
所述改性材料为硅烷偶联剂改性碳纤维，制备方法参考CN 103643503 B中实施例8。
所述润滑剂为二硫化钼，购自于中航新材料(山东)有限公司，D50粒度为300目。
制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例3公开了一种碳纤维改性聚甲醛复合材料，按质量份计，其制备原料为：83.7份聚甲醛树脂、15份改性材料、0.3份润滑剂、0.5份抗氧剂1076。
所述聚甲醛树脂，购自于韩国工程，型号为F20-03，熔融指数为9g/10min。
所述熔融指数在2.16kg，190℃下测得。
所述改性材料为硅烷偶联剂改性碳纤维，制备方法参考CN 103643503 B中实施例8。
所述润滑剂为二硫化钼，购自于中航新材料(山东)有限公司，D50粒度为300目。
制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例4公开了一种碳纤维改性聚甲醛复合材料，按质量份计，其制备原料为：79.5份聚甲醛树脂、20份改性材料、0.3份润滑剂、0.2份抗氧剂1076。
所述聚甲醛树脂，购自于韩国工程，型号为F20-03，熔融指数为9g/10min。
所述熔融指数在2.16kg，190℃下测得。
所述改性材料为硅烷偶联剂改性碳纤维，制备方法参考CN 103643503 B中实施例8。
所述润滑剂为二硫化钼，购自于中航新材料(山东)有限公司，D50粒度为300目。
制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例5与实施例4的区别在于，不进行改性，仅含有聚甲醛树脂。
实施例6
本实施例6与实施例4的区别在于，所述聚甲醛树脂，购自于韩国工程，型号为F30-03，熔融指数为27g/10min。
性能测试：
1、拉伸模量：依据IS0527对实施例1-6进行测试，结果计入下表。
2、拉伸强度：依据IS0527对实施例1-6进行测试，结果计入下表。
3、弯曲强度：依据ISO178对实施例1-6进行测试，结果计入下表。
4、弯曲模量：依据ISO178对实施例1-6进行测试，结果计入下表。
表1
| 实例 | 拉伸强度(MPa) | 拉伸模量(GPa) | 弯曲强度(MPa) | 弯曲模量(GPa) |
| 实施例1 | 65.70 | 2.81 | 60.70 | 4.12 |
| 实施例2 | 68.17 | 4.16 | 95.10 | 5.89 |
| 实施例3 | 78.99 | 5.75 | 125.00 | 8.01 |
| 实施例4 | 93.96 | 7.81 | 146.00 | 12.25 |
| 实施例5 | 65.2 | 2.34 | 89.00 | 2.59 |
| 实施例6 | 76.78 | 7.25 | 140.00 | 12.29 |
Claims (10)
1.一种碳纤维改性聚甲醛复合材料，其特征在于，按质量份计，其制备原料包括：73-95份聚甲醛树脂、5-25份改性材料、0.2-1份润滑剂、0.1-1份抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的改性聚甲醛复合材料，其特征在于，所述聚甲醛树脂熔融指数为7-12g/10min。
3.根据权利要求1所述的改性聚甲醛复合材料，其特征在于，所述改性材料选自碳纤维、不锈钢金属纤维、金属粉末、导电炭黑、碳纳米管材料中的任一种。
4.根据权利要求1所述的改性聚甲醛复合材料，其特征在于，所述润滑剂选自双乙烯双硬脂酸胺、聚四氟乙烯、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、聚酰胺蜡、季戊四醇四硬脂酸酯、硬脂酸甲酯、纳米三氧化铝、二硫化钼、石墨、氮化硼中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的改性聚甲醛复合材料，其特征在于，所述润滑剂为二硫化钼，所述二硫化钼的D50粒度为200目-500目。
6.根据权利要求1所述的改性聚甲醛复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂616中的一种或多种。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的改性聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于，包括：配料、混合、混炼挤出、冷却、切粒、筛分和包装入库。
8.权利要求7所述的改性聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于，所述配料过程为：根据产品配方要求，将制备原料按一定的比例配料，得到物料1。
9.权利要求8所述的改性聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合过程为：将物料1投入到混合机中，经混合均匀后，得到物料2。
10.权利要求9所述的改性聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于，所述混炼挤出过程为：通过机械加热、剪切将物料2在双螺杆挤出造粒机组内熔融共混，令各种成分均匀分散在聚合物中，并将聚合物熔体挤出。
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|---|---|---|---|---|
| CN117359702A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-01-09 | 山西泰宝科技有限公司 | 一种转动式切口机控制方法及控制系统 |
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2022
- 2022-11-30 CN CN202211525291.7A patent/CN116082787A/zh active Pending
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