CN1597771A - 高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金及制造方法 - Google Patents

高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种塑料合金，特别涉及一种高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金。解决单一的聚乙醛无法满足高速、高压、高温等条件下应用的缺陷。技术解决方案是：高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金，其组成成分的重量配比为：聚甲醛70～100份，聚氨酯或聚酯弹性体一种或两种2～30份，马来酸酐接枝体0～5份，增韧母料A或增韧母料B增韧母料A或增韧母料B 0～40份，玻璃微珠5～30份，钛酸钾晶须5～30份，超高分子量聚乙烯5～15份，硅油1～8份，聚四氟乙烯5～20份，石墨/二硫化钼2～5份，偶联剂0.5～1.0份，成核剂0.1～1.0份，抗氧剂0.2～1.0份，潜稳定剂0.1～1.0份。主要可用于高速、高压、高热条件下动力传动传导零部件。

Description

高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金及制造方法
技术领域：本发明涉及一种塑料合金，特别涉及一种高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金及制造方法。
背景技术：聚甲醛(POM)有着与金属极为接近的比强度与比刚度，有“赛钢材料”之称，加之有良好的电性能和耐磨性能，在航空、机械、汽车、精密仪器、电子电器等诸多行业中取代金属材料作为动力传动传导的零部件得到了广泛的应用。
但由于聚甲醛(POM)的高结晶性，使其冲击强度欠佳，缺口敏感性大，耐热性差、成型收缩率高等缺点，极大地限制了聚甲醛(POM)在各个领域中应用，仅能在低速、低负荷条件下作为有自润滑性能的零部件使用。
近年来，随着高科技的应用与发展，在精密仪器、电子电器及各种产业机械不断向小型化、轻型化、高性能、高速度化发展，动力传动传导的条件也变得越来越苛刻，要能满足高速、高压、高温等条件下应用，单一的聚甲醛(POM)已无法满足这种工作条件。纯聚甲醛磨擦系数为：0.39，磨痕宽度5.5mm，测试方法按GB/T3960-89。
发明内容：本发明需要解决的技术问题是：改善其力学性能，提高其磨擦磨损性能，达到高自润滑、高耐磨，同时较好地保持其成型加工性。满足高速、高压、高温等条件下应用。提供一种具有广泛实用价值与良好性能价格比的能满足动力传动传导零部件在高速、高压、高热条件下正常工作的高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金。
本发明的技术思路是：
A、聚甲醛(POM)增韧合金化：
采用既有增韧又有良好耐磨性能的聚合物弹性体聚氨酯(TPU)及聚酯(TPEE)进行增韧、共混改性制得力学性能均衡的POM/TPU、POM/TPEE型工程塑料合金。
B、复合增强抗磨体系：
采用既有增强力学效果又具强力抗磨作用的玻璃微珠与钛酸钾晶须建立的复合抗磨体系，不仅可提高耐热性有力支撑着负载、减少变形，而且更有效地抵制摩擦副表面上尖锐部份的磨损及磨粒对聚甲醛合金表面的犁切深度，从而降低了表面摩擦阻力，提高了聚甲醛合金的耐磨损性。采用既有增强力学效果又具强力抗磨作用的玻璃微珠与钛酸钾晶须建立的复合抗磨体系，不仅可提高耐热性有力支撑着负载、减少变形，而且更有效地抵制摩擦副表面上尖锐部份的磨损及磨粒对聚甲醛合金表面的犁切深度，从而降低了表面摩擦阻力，提高了聚甲醛合金的耐磨损性。
C、复合润滑减磨体系：
复合润滑剂体系由固、液体润滑剂组成，包括：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚四氟乙烯(PTFE)、硅油、石墨/二硫化钼等构筑成完整的表面减摩层。在聚甲醛合金磨损过程中，复合润滑剂会自动连续不断地向聚甲醛合金表面渗出和扩散，生成一层能起润滑作用的油膜，结合均匀分散其中的聚四氟乙烯(PTFE)能在对摩材料表面形成一层转移膜，而超高分子量聚乙烯则在其中对抗粘着性磨损，抑制疲劳裂纹，复合润滑剂的综合作用是把聚甲醛合金表面和摩擦副表面之间的摩擦转移到复合润滑剂体系之间的摩擦，减少了聚甲醛塑料合金和摩擦副之间的摩擦阻力，从而提高了聚甲醛塑料合金的耐磨损性能。
玻璃微珠与钛酸钾晶须组成的复合增强抗磨剂和由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、硅油等组成的复合润滑减摩剂体系组成了完整的抗磨损性的网络效果，这种高自润滑、高耐磨增强聚甲醛塑料合金具有功能性和永久性，使其能在高速、高压、高热和无油润滑条件下长期正常工作。
本发明的技术方案为：高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金，其组成成分的重量配比为：
聚甲醛                           70～100份
聚氨酯或聚酯弹性体一种或两种     2～30份
马来酸酐接枝体                   0～5份
增韧母料A或增韧母料B             0-40
玻璃微珠                         5～30份
钛酸钾晶须                       5～30份
超高分子量聚乙烯                 5～15份
硅油                             1～8份
聚四氟乙烯                       5～20份
石墨/二硫化钼                    2～5份
偶联剂                           0.5～1.0份
成核剂                           0.1～1.0份
抗氧剂                           0.2～1.0份
潜稳定剂                         0.1～1.0份
其中聚甲醛可为共聚级或均聚级，较好的玻璃微珠粒径应小于65um，钛酸钾晶须粒径为0.3um-1.5um，长5um-50um，较好的钛酸钾晶须粒径为0.5um-1um“1.2um”，长10um-40um。聚氨酯较好的配比为：10-30份，聚酯弹性体较好的配比为：2-10份。超高分子量聚乙烯的分子量应大于150万，硅油的运动粘度控制在：0.001-0.06m2/s，偶联剂选用硅烷型偶联剂，成核剂选用氮化硼或滑石粉中的一种，抗氧剂为受阻酚类2246、1010、264中的一种。潜稳定剂即为吸醛剂，选用双氰胺、硬酯酸钙中的一种或两种。以上原料均为常规原料，可从市场采购而得。增韧母料A的制备采用：聚甲醛(POM)/聚氨酯(TPU)2：1+0.5份抗氧剂2246+0.3份双氰胺→高速共混→挤出造粒制成增韧母料A。增韧母料B的制备采用：聚甲醛(POM)/聚酯弹性体(TPEE)2：1+0.5份抗氧剂2246+0.3份双氰胺→高速共混→挤出造粒制成增韧母料B。
本发明可通过一步法或二步法制备，一步法即为一次挤出法，将聚甲醛、聚氨酯或聚酯弹性体的一种或两种、复合抗磨与减磨剂、加工助剂→高速混合→挤出造粒。二步法即为二次挤出法，首先制备聚甲醛、聚氨酯或聚酯弹性体的增韧母料，然后将增韧母料、聚甲醛、复合抗磨与减磨剂、加工助剂→高速混合→挤出造粒。复合抗磨剂由玻璃微珠和钛酸钾晶须组成，复合减磨剂由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、硅油/石墨或二硫化钼组成，加工助剂由马来酸酐接枝体、偶联剂、成核剂、抗氧剂、潜稳定剂组成。
本发明的有益效果为：本发明以合金化改性技术与复合抗磨减磨体系构成的刚柔相济，以整体与局部的抗磨减磨的网络效果，具有永久性和功能性，加之具有良好而均衡的力学性能，冲击强度、耐热性及尺寸稳定性都有较大的提高。发明提供的高自润滑、高耐磨增强聚甲醛工程塑料合金具有卓越的耐磨损性能：磨擦系数：＜0.1，磨损量/mg≤0.2。
具体实施方式：具体实施例1-5的重量配比见下表
材料 1号(份) 2号(份) 3号(份) 4号(份) 5号(份)
聚甲醛 70 70 82 90 85
聚氨酯5180     30     ～     15     20
马来酸酐接枝体     2     3     4     4
聚酯弹性体     30     ～     2     8
增韧母料A     18
增韧母料B     10
玻璃微珠粒径um＜65     5     15     30     20     25
钛酸钾晶须     5     15     20     30     25
超高分子量聚乙烯＞150万     6     8     10     15     12
硅油     1     2     4     8     6
聚四氟乙烯     8     12     15     18     16
石墨/二硫化钼     5     2     4     4     3
偶联剂硅烷型KH550 KH570     0.6     0.7     0.8     0.9     0.8
成核剂氮化硼/滑石粉     0.2     0.4     0.6     0.8     0.6
抗氧剂2246 1010 264     0.4     0.4     0.6     0.8     0.6
潜稳定剂(双氰胺、硬酯酸钙)     0.25     0.55     0.6     0.75     0.65
其中，聚甲醛可为共聚级或均聚级，熔体流动速率为1-26g/10min，钛酸钾晶须粒径为0.5um-1um，长10um-40um。硅油的运动粘度控制在：0.001-0.06m2/s。聚四氟乙烯粒径选用1-100um。1号选用二硫化钼选用5份，2号中选用石墨2份，3号中选用石墨4份，4号中选用二硫化钼4份，5号选二硫化钼3份；1号为0.2份氮化硼，偶联剂为KH550，抗氧剂为2246，潜稳定剂为0.25份双氰胺，2号为0.4份滑石粉，偶联剂为KH550，抗氧剂为1010，潜稳定剂为0.25份双氰胺和0.3份硬酯酸钙，3号为0.6份氮化硼，偶联剂为KH570，抗氧剂为264，潜稳定剂为0.6份硬酯酸钙，4号为0.8份滑石粉，偶联剂为KH550，抗氧剂为2246，潜稳定剂为0.25份双氰胺和0.5份硬酯酸钙，5号为0.6份氮化硼，偶联剂为KH570，抗氧剂为264，潜稳定剂为0.65份硬酯酸钙。
具体制备工艺为：
实施例1：参见表中1号，采用一步法(一次挤出法)：在通用高速混合机内，按上述配比依次加入各组分，升温到80±5℃混合搅拌5～8分钟，挤出造粒，制得高自润滑、高耐磨增强聚甲醛工程塑料合金。
实施例2：参见表中2号，其余与实施例1相同。
实施例3：参见表中3号，采用二步法(二次挤出法)：
先制备聚甲醛(POM)/聚氨酯(TPU)增韧母料A，增韧母料A的制备采用：聚甲醛(POM)/聚氨酯(TPU)2：1+0.5份抗氧剂2246+0.3份双氰胺→高速共混→挤出造粒制成增韧母料A。然后按3号配比将聚甲醛(POM)+增韧母料A+聚氨酯+马来酸酐接枝体+玻璃微珠+钛酸钾晶须+超高分子量聚乙烯+硅油+聚四氟乙烯+石墨+偶联剂+成核剂+抗氧剂，如一步法工艺高速混合挤出造立，制得高自润滑、高耐磨增强聚甲醛工程塑料合金。
实施例4：参见表中4号，采用二步法(二次挤出法)：
先制备聚甲醛(POM)/聚酯弹性体(TPEE)增韧母料B，增韧母料B的制备采用：聚甲醛(POM)/聚酯弹性体(TPEE)2：1+0.5份抗氧剂2246+0.3份双氰胺→高速共混→挤出造粒制成增韧母料B。然后按4号配比将聚甲醛(POM)+增韧母料B+马来酸酐接枝体+聚酯弹性体+玻璃微珠+钛酸钾晶须+超高分子量聚乙烯+硅油+聚四氟乙烯+二硫化钼+偶联剂+成核剂+抗氧剂，如一步法工艺高速混合挤出造立，制得高自润滑、高耐磨增强聚甲醛工程塑料合金。
实施例5：参见表中5号，其余与实施例1相同。

Claims (10)

1、高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金，其组成成分的重量配比为：
聚甲醛                                  70～100份
聚氨酯或聚酯弹性体一种或两种            2～30份
马来酸酐接枝体                          0～5份
增韧母料A或增韧母料B                    0-40
玻璃微珠                                5～30份
钛酸钾晶须                              5～30份
超高分子量聚乙烯                        5～15份
硅油                                    1～8份
聚四氟乙烯                              5～20份
石墨/二硫化钼                           2～5份
偶联剂                                  0.5～1.0份
成核剂                                  0.1～1.0份
抗氧剂                                  0.2～1.0份
潜稳定剂                                0.1～1.0份
2、根据权利要求1所述的高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金，其特征是：偶联剂选用硅烷型偶联剂，选用KH550、KH570中的一种，成核剂选用氮化硼或滑石粉中的一种，抗氧剂为受阻酚类2246、1010、264中的一种，潜稳定剂即为吸醛剂，选用双氰胺、硬酯酸钙中的一种或两种。
3、根据权利要求1所述的高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金，其特征是：选用聚氨酯时，较好配比为：10-30份。
4、根据权利要求1所述的高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金，其特征是：选用聚酯弹性体时，较好配比为：2-10份。
5、根据权利要求1所述的高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金，其特征是：聚甲醛可为共聚级或均聚级，聚甲醛熔体流动速率为1-26g/10min，超高分子量聚乙烯的分子量应大于150万，硅油的运动粘度控制在：0.001-0.06m2/s，玻璃微珠粒径控制在小于65um。
6、根据权利要求1所述的高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金，其特征是：钛酸钾晶须粒径为0.3um-1.5um，长5um-50um。
7、根据权利要求6所述的高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金，其特征是：较好的钛酸钾晶须粒径为0.5um-1um，长10um-40um。
8、权利要求1所述的高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金制造方法，其特征是：采用一步法，即一次挤出法，将聚甲醛、聚氨酯或聚酯弹性体的一种或两种、复合抗磨与减磨剂、加工助剂在高速混合机内升温到80±5℃混合搅拌5～8分钟，挤出造粒。
9、权利要求1所述的高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金制造方法，其特征是：采用二步法，即二次挤出法，首先制备聚甲醛、聚氨酯或聚酯弹性体的增韧母料，然后将增韧母料、聚甲醛、复合抗磨与减磨剂、加工助剂在高速混合机内升温到80±5℃混合搅拌5～8分钟，挤出造粒。
10、根据权利要求9所述的高自润滑、高耐磨、增强聚甲醛工程塑料合金制造方法，其特征是：所述的增韧母料的制造是用聚甲醛/聚氨酯或聚酯弹性体2∶1+0.5份抗氧剂2246+0.3份双氰胺在高速混合机内升温到80±5℃混合搅拌5～8分钟，挤出造粒制成增韧母料。
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