一種改性聚甲醛材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種改性聚甲醛材料及其制備方法，該材料包括以下組分和重量百分含量：聚甲醛91-98％，無(wú)機(jī)納米材料1-4％，潤(rùn)滑劑1-5％；將無(wú)機(jī)納米材料與聚甲醛按一定配比制備母粒，再將該母粒與聚甲醛、潤(rùn)滑劑按一定配比，混合后再螺桿擠出機(jī)中擠出造粒即得改性聚甲醛。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的材料具有良好潤(rùn)滑性能和強(qiáng)度與韌性、且不易產(chǎn)生磨粒磨損等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種改性聚甲醛材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，尤其涉及一種用于三層復(fù)合材料行業(yè)的改性聚甲醛耐磨材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚甲醛(POM)其分子式為-[CH20L-，因其分子鏈具有光滑的輪廓，因而有較好的自潤(rùn)滑性，摩擦系數(shù)低。又因其是柔性鏈的線型高結(jié)晶聚合物，結(jié)晶度高、鍵能大，不易向?qū)δッ孓D(zhuǎn)移，固有良好的耐磨性和高強(qiáng)度，是所有塑料中比強(qiáng)度較為接近金屬的樹(shù)脂品種之一，在機(jī)械、汽車、電子電器等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于制造各種零件。
[0003]但是普通聚甲醛在相對(duì)速度高，負(fù)荷較大的情況下，作為摩擦件使用時(shí)，由于得不到充分潤(rùn)滑，摩擦產(chǎn)生的熱不易及時(shí)導(dǎo)出，會(huì)使零件變形，加速磨損，因此，只能用于制造低速、低負(fù)荷條件下工作的摩擦件，使用壽命不能令人滿意。
[0004]在本【技術(shù)領(lǐng)域】，三層復(fù)合自潤(rùn)滑材料可以很好地解決高速重載的耐磨問(wèn)題。它是以低碳鋼為基體，青銅為中間層，改性塑料為表面層(軸襯層)的一種新型滑動(dòng)軸承復(fù)合材料，適宜制造軸承、軸套、襯套、墊片、導(dǎo)軌機(jī)械和滑板等機(jī)械零件。三層復(fù)合自潤(rùn)滑材料按照軸襯層材料可分為改性聚四氟乙烯系列(國(guó)內(nèi)一般稱為SF-1系列)、改性聚甲醛系列(國(guó)內(nèi)一般稱為SF-2系列)。
[0005]軸襯層的塑料關(guān)系三層復(fù)合材料的使用壽命，用于軸襯層的聚甲醛必須通過(guò)改性以降低摩擦系數(shù)，提高耐磨性。傳統(tǒng)的用于三層復(fù)合自潤(rùn)滑材料的改性聚甲醛產(chǎn)品主要由聚甲醛、聚四氟乙烯、鉛粉、顏料等成分組成，鉛是一種軟金屬，它具有與高粘度流體相似的潤(rùn)滑行為，易在對(duì)偶材料表面形成轉(zhuǎn)移膜，是一種良好的固體潤(rùn)滑材料，添加到塑料中，還可以改善塑料熱膨脹系數(shù)，提高材料導(dǎo)熱性能，避免摩擦熱的積累。但是，鉛是一種有毒重金屬，對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生危害，發(fā)展改性聚甲醛耐磨材料，用于三層復(fù)合自潤(rùn)滑材料行業(yè)，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。
[0006]有關(guān)聚甲醛的改性，許多文獻(xiàn)與專利均有報(bào)道，專利(申請(qǐng))號(hào)02128048.7報(bào)道了聚甲醛納米復(fù)合材料及其制備方法，但其主要目的在于增強(qiáng)增韌、降低成本。國(guó)家專利(申請(qǐng))號(hào) 00106171.2,99123812.5,03151026.4,200510126587.1、200610022223.3 等專利公布了一些改進(jìn)聚甲醛摩擦磨損性能的方法，但是其均立足于聚甲醛材料本身的改性，未考慮其在三層復(fù)合自潤(rùn)滑材料的應(yīng)用，其主要改性物油脂、超高分子量聚乙烯等的添加，會(huì)影響改性聚甲醛與鋼板、銅粉層的結(jié)合強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服了上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有良好潤(rùn)滑性能和強(qiáng)度與韌性、且不易產(chǎn)生磨粒磨損的改性聚甲醛材料及其制備方法。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種改性聚甲醛材料，其特征在于，該材料包括以下組分和重量百分含量:聚甲醛91-98%，無(wú)機(jī)納米材料1-4%，潤(rùn)滑劑1-5%。
[0009]所述的聚甲醛包括共聚聚甲醛、均聚聚甲醛。
[0010]所述的無(wú)機(jī)納米材料包括納米氧化招、納米氧化娃,其顆粒尺寸小于lOOnm。
[0011]所述的無(wú)機(jī)納米材料為單一粉體或混合物。
[0012]所述的潤(rùn)滑劑包括聚四氟乙烯、二硫化鑰、石墨，為單一粉體或混合物。
[0013]該方法是將無(wú)機(jī)納米材料與聚甲醛按重量比1: 10-5: 10的配比制備母粒，再將該母粒與聚甲醛、潤(rùn)滑劑混合，使聚甲醛91-98%重量，無(wú)機(jī)納米材料1-4%重量，潤(rùn)滑劑1-5%重量，在螺桿擠出機(jī)中擠出造粒即得改性聚甲醛。
[0014]所述的母粒是將無(wú)機(jī)納米材料用偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，干燥后與聚甲醛混合，并再雙螺桿擠出機(jī)中共混造粒制得。
[0015]所述的無(wú)機(jī)納米材料的表面處理是將0.5% -0.8%的偶聯(lián)劑溶解于30% -39.2%的工業(yè)酒精中，制成偶聯(lián)劑備用，將60-69.5%的無(wú)機(jī)納米材料在100-120°C干燥1-3小時(shí)，冷卻，在高速混料機(jī)中加入偶聯(lián)劑溶液，混合均勻后干燥，并在高速氣流粉碎機(jī)中粉碎過(guò)篩。
[0016]所述的偶聯(lián)劑包括硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸偶聯(lián)劑。
[0017]所述的母?？梢酝ㄟ^(guò)無(wú)機(jī)納米材料和三聚甲醛原位聚合得到。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用無(wú)機(jī)納米材料與固體潤(rùn)滑劑的復(fù)合改性體系，兩者的復(fù)合得到優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng)。具體體現(xiàn)在:潤(rùn)滑劑:所選用的固體潤(rùn)滑劑為聚四氟乙烯、石墨、二硫化鑰。此類潤(rùn)滑劑由于具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，所以具有較低的摩擦系數(shù)，產(chǎn)生良好的潤(rùn)滑特性，固體潤(rùn)滑劑的復(fù)配物，可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，在對(duì)偶表面上共同形成均勻的潤(rùn)滑轉(zhuǎn)移膜，潤(rùn)滑劑的質(zhì)量百分含量為1_5%，過(guò)多的潤(rùn)滑劑，特別是聚四氟乙烯，會(huì)影響改性聚甲醛與鋼板、銅粉層的結(jié)合強(qiáng)度。無(wú)機(jī)納米粒子:因其尺寸小、比表面積巨大而表現(xiàn)出與常規(guī)微米量級(jí)粒子截然不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，特別是與聚合物基體材料復(fù)合，在達(dá)到納米水平分散后，將使材料的綜合性能大為提高。改性聚甲醛系列的三層復(fù)合自潤(rùn)滑材料塑料表面留有貯油孔，實(shí)際使用工況材料處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，無(wú)機(jī)納米材料由于體積微小(專利使用的納米無(wú)機(jī)材料一般平均粒徑小于IOOnm)，由于納米粒子的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)綜合作用的結(jié)果，提高了材料的強(qiáng)度與韌性，不易產(chǎn)生磨粒磨損，納米材料由于比表面積大，少量添加(1-4%)即可改進(jìn)聚甲醛材料的綜合性能，
[0019]而且不會(huì)影響材料對(duì)金屬基體的粘附強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]將三聚甲醛提純、精制，稱量1kg，升溫至70°C，加入0.2kg納米氧化鋁，納米氧化鋁的平均粒徑為40nm，在高速攪拌機(jī)中攪拌，用超聲波振蕩器處理，使納米氧化鋁與三聚甲醛完全浸潤(rùn)，在低速 攪拌下逐滴加入0.5g高氯酸乙酰，2分鐘左右，聚合完畢，得到1，2kg納米氧化鋁改性聚甲醛母料。
[0023]將母料1kg，聚四氟乙烯0.3kg，石墨0.02kg,在高速混料機(jī)中混合30秒，停機(jī)I分鐘，再重復(fù)混2次，出料。將混合物與4.2kg聚甲醛在塑料攪拌機(jī)中攪拌2分鐘，出料。將混好的料在雙螺桿擠出機(jī)中共混造粒，擠出機(jī)溫度設(shè)定在160°C _185°C之間，制得無(wú)鉛改性聚甲醛材料。
[0024]實(shí)施例2
[0025]將IOg硅烷偶聯(lián)劑KH550溶解于500g工業(yè)酒精中，制成偶聯(lián)劑溶液備用。將Ikg平均粒徑為40nm的氧化鋁在110°C干燥2小時(shí)，冷卻，在高速混料機(jī)中加入偶聯(lián)劑溶液，混合均勻后干燥，并在高速氣流粉碎機(jī)中粉碎過(guò)篩。將Ikg處理好的納米氧化鋁的與4kg聚甲醛在雙螺桿擠出機(jī)中共混造粒，得到5kg納米氧化鋁改性聚甲醛母料。
[0026]將母料Ikg,聚四氟乙烯0.1kg, 二硫化鑰0.2kg、石墨0.03kg,在高速混料機(jī)中混合30秒，停機(jī)I分鐘，再重復(fù)混2次，出料。將混合物與4.2kg聚甲醛在塑料攪拌機(jī)中攪拌2分鐘，出料。將混好的料在螺桿擠出機(jī)中共混造粒，擠出機(jī)溫度設(shè)定在160°C _185°C之間，制得無(wú)鉛改性聚甲醛材料，其性能見(jiàn)表1中的無(wú)鉛改性聚甲醛。
[0027]實(shí)施例3 [0028]將10gKH550溶解于500g工業(yè)酒精中，制成偶聯(lián)劑溶液備用。將Ikg平均粒徑為25nm的氧化硅在110°C干燥2小時(shí)，冷卻，在高速混料機(jī)中加入偶聯(lián)劑溶液，混合均勻后干燥，并在高速氣流粉碎機(jī)中粉碎過(guò)篩。將Ikg處理好的納米氧化硅的與4kg聚甲醛在雙螺桿擠出機(jī)中共混造粒，得到5kg納米氧化硅改性聚甲醛母料。
[0029]將母料1kg，二硫化鑰0.3kg，在高速混料機(jī)中混合30秒，停機(jī)I分鐘，再重復(fù)混2次，出料。將混合物與4.2kg聚甲醛在塑料攪拌機(jī)中攪拌2分鐘，出料。將混好的料在螺桿擠出機(jī)中共混造粒，擠出機(jī)溫度設(shè)定在160°C _185°C之間，制得無(wú)鉛改性聚甲醛材料。通過(guò)母粒的制備可以較好解決納米粉體在聚甲醛中的分散問(wèn)題，工藝簡(jiǎn)單易行。
[0030]表1性能對(duì)比
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種改性聚甲醛材料，其特征在于，該材料包括以下組分和重量百分含量:聚甲醛91-98%，無(wú)機(jī)納米材料1-4%，潤(rùn)滑劑1-5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性聚甲醛材料，其特征在于，所述的聚甲醛包括共聚聚甲醛、均聚聚甲醛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性聚甲醛材料，其特征在于，所述的無(wú)機(jī)納米材料包括納米氧化招、納米氧化娃，其顆粒尺寸小于lOOnm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性聚甲醛材料，其特征在于，所述的無(wú)機(jī)納米材料為單一粉體或混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性聚甲醛材料，其特征在于，所述的潤(rùn)滑劑包括聚四氟乙烯、二硫化鑰、石墨，為單一粉體或混合物。
6.一種如權(quán)利要求1所述的改性聚甲醛材料的制備方法，其特征在于，該方法是將無(wú)機(jī)納米材料與聚甲醛按重量比1: 10-5: 10的配比制備母粒，再將該母粒與聚甲醛、潤(rùn)滑劑混合，使聚甲醛91-98%重量，無(wú)機(jī)納米材料1-4%重量，潤(rùn)滑劑1-5%重量，在螺桿擠出機(jī)中擠出造粒即得改性聚甲醛。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種改性聚甲醛材料的制備方法，其特征在于，所述的母粒是將無(wú)機(jī)納米材料用偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，干燥后與聚甲醛混合，并再雙螺桿擠出機(jī)中共混造粒制得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種改性聚甲醛材料的制備方法，其特征在于，所述的無(wú)機(jī)納米材料的表面處理是將0.5% -0.8%的偶聯(lián)劑溶解于30% -39.2%的工業(yè)酒精中，制成偶聯(lián)劑備用，將60-69.5%的無(wú)機(jī)納米材料在100-120°C干燥1_3小時(shí)，冷卻，在高速混料機(jī)中加入偶聯(lián)劑溶液，混合均勻后干燥，并在高速氣流粉碎機(jī)中粉碎過(guò)篩。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種改性聚甲醛材料的制備方法，其特征在于，所述的偶聯(lián)劑包括硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸偶聯(lián)劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種改性聚甲醛材料的制備方法，其特征在于，所述的母?？梢酝ㄟ^(guò)無(wú)機(jī)納米材料和三聚甲醛原位聚合得到。
【文檔編號(hào)】C08K9/04GK103756245SQ201110319993
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月20日
【發(fā)明者】楊曉莉 申請(qǐng)人:楊曉莉