一種pom復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種POM復(fù)合材料及其制備方法。POM復(fù)合材料按重量百分比由以下組分組成：POM樹脂76.0-91.6%；石墨烯微片5.0-15.0%；抗氧劑0.5-1.0%；潤滑劑0.5-3.0%；分散劑1.0-3.0%；甲醛吸收劑0.2-2.0%；成核劑0.2-1.0%。本發(fā)明的POM復(fù)合材料具有摩擦系數(shù)低、磨損量小、機械性能好等特點，能夠應(yīng)用在負荷大、工作時間長的傳動產(chǎn)品上，在高端傳動軸套領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景；同時，本發(fā)明所用的制備方法對生產(chǎn)設(shè)備要求低，效率高，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】一種POM復(fù)合材料及其制備方法
[【技術(shù)領(lǐng)域】]
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種POM復(fù)合材料及其制備方法。
[【背景技術(shù)】]
[0002]聚甲醛(POM)是一種沒有側(cè)鏈的高熔點、高密度、結(jié)晶性線形聚合物，外觀一般呈乳白色。聚甲醛具有很高的剛性和硬度，優(yōu)良的耐疲勞性和耐磨耗性，較小的蠕變性和吸水性，較好的化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能，因此廣泛應(yīng)用于汽車零部件、工業(yè)消費品、電子電器以及農(nóng)業(yè)灌溉等行業(yè)。由于聚甲醛天生具有自潤滑性，因此也是一些耐磨產(chǎn)品如齒輪、滑軌、軸承、襯套等應(yīng)用的最佳選擇。
[0003]但是一些對耐磨要求極高的領(lǐng)域，例如航空、航天、軍工等工業(yè)領(lǐng)域?qū)Σ牧系哪湍バ阅芎蜋C械性能要求幾近苛刻，純的POM樹脂是無法滿足使用要求，需要對POM樹脂進行耐磨改性，降低POM材料的摩擦系數(shù)與磨損量。傳統(tǒng)的POM耐磨改性主要是添加一些耐磨助劑例如二硫化鑰、PTFE、聚硅氧烷等，但是添加了這些耐磨助劑后，材料本身的機械性能將下降，限制了 POM材料的廣泛應(yīng)用。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
]
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種摩擦系數(shù)低、耐磨性能好的POM復(fù)合材料。
[0005]本發(fā)明另一個要解決的技術(shù)問題是提供一種上述POM復(fù)合材料的制備方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種POM復(fù)合材料，按重量百分比由以下組分組成:`
[0007]
POM 樹廳76.0-91,6?
石墨婦微片5,0-15.0X;
抗氧劑0.5-
潤滑劑0.5-3.0%;
分散劑1.0-3.0?;
甲醛吸收劑0.2-2.0%;
成核劑0.2-1.0%。
[0008]以上所述的POM復(fù)合材料，所述POM的密度為1.40-1.42g/cm3,熔融指數(shù)為5-30g/10min(190°C /2.16kg)。
[0009]以上所述的POM復(fù)合材料，所述的石墨烯微片是厚度為5_15nm的石墨烯微片粉體。[0010]以上所述的POM復(fù)合材料，所述抗氧劑為受阻酚型抗氧劑四[甲基- (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯和受阻酚類型抗氧劑亞磷酸三(2，4- 二叔丁基苯基)酯的混合物。
[0011]以上所述的POM復(fù)合材料，所述潤滑劑為N，N'-雙乙撐硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、石蠟、聚乙烯蠟或聚丙烯蠟、硅氧烷中的一種或多種。
[0012]以上所述的POM復(fù)合材料，所述分散劑為硅酮化合物或脂肪酸衍生物或兩者的混合物。
[0013]以上所述的POM復(fù)合材料，所述甲醛吸收劑為三聚氰胺、雙氰胺、尿素、酰肼中的任一種或多種。
[0014]以上所述的POM復(fù)合材料，所述成核劑為氮化硼、納米碳酸鈣、碳酸鈣、長鏈羧酸鈉鹽中的一種或幾種。
[0015]以上所述的POM復(fù)合材料，按重量百分比由以下組分組成:
[0016]
POM 樹脂76-80%;
石墨烯微片13-15, 0%;
抗氧剞0.5-1.0%;
潤滑劑0.5-3.0%;
分散劑1.0-3.0%;
甲醛吸收劑0.2-2.0%;
成核劑0.2-1.01
[0017]一種上述POM復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0018]a:按重量配比稱取POM樹脂、石墨烯微片、抗氧劑、潤滑劑、分散劑、甲醛吸收劑和成核劑；
[0019]b:將稱取好的POM樹脂、石墨烯微片、抗氧劑、潤滑劑、分散劑、甲醛吸收劑、成核劑在混合器中混合3-10分鐘；
[0020]c:將b中混合好的原料加入雙螺桿擠出機中熔融擠出，擠出機的溫度設(shè)定如下:
[0021]一區(qū)溫度:150-180°C，二區(qū)溫度:150-180°C，三區(qū)溫度:160-200°C，四區(qū)溫度:160-200°C，五區(qū)溫度:150-180°C，六區(qū)溫度:140_170°C，七區(qū)溫度:140_170°C，八區(qū)溫度:140-170°C，機頭溫度:120-1600C ;真空度0.02—0.10Pa，擠出時的主機轉(zhuǎn)速:300-500r/min ;喂料速度:20-50r/min。擠出物料經(jīng)冷卻、風(fēng)干、切粒、干燥后，即得到上述的POM材料。
[0022]本發(fā)明的POM復(fù)合材料與傳統(tǒng)的POM材料相比，具有摩擦系數(shù)低、磨損量小、耐疲勞性強、比重低等特點，因此能夠應(yīng)用在一些負荷大、工作時間長的傳動產(chǎn)品上。
[0023]本發(fā)明制備的產(chǎn)品具有良好的綜合性能，在高端傳動軸套領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景；同時，本發(fā)明所用的制備方法對生產(chǎn)設(shè)備要求低，效率高，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
[【具體實施方式】]
[0024]在以下實施例中，POM樹脂的密度為1.40-1.42g/cm3，熔融指數(shù)為8_12g/10min(190°C /2.16kg),如 Ticona 的 DuraconM90_44。
[0025]石墨烯微片是由石墨烯堆積而成的厚度為5_15nm的石墨烯微片粉體。如凱納石墨烯技術(shù)有限公司的KNG-150石墨烯微片。這種石墨烯微片具有超大的形狀比(直徑/厚度比)和優(yōu)異的潤滑性能、高強度和優(yōu)良的力學(xué)性能。
[0026]抗氧劑為受阻酚型抗氧劑四[甲基-(6- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯和受阻酚類型抗氧劑亞磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯的混合物，重量配比為1-3:1。
[0027]潤滑劑為N，N'-雙乙撐硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、石蠟、聚乙烯蠟或聚丙烯蠟、硅氧烷中的一種或多種。
[0028]分散劑選自硅酮化合物或脂肪酸衍生物以及他們的混合物，自硅酮化合物如美國道康寧公司的MB50-007、MB50-017、MB50-315等，脂肪酸衍生物選自N，N-亞甲基雙硬脂酰胺、N，N'-亞已基雙硬脂酰胺、油酰胺、芥酰胺等。通過加入分散劑，能夠有效防止上述石墨烯微片團聚，提高石墨烯微片在體系中的分散，從而提高石墨烯的潤滑效率，實現(xiàn)材料潤滑性能的提升。
[0029]甲醛吸收劑為三聚氰胺、雙氰胺、尿素、酰肼中的任一種或多種。
[0030]成核劑為氮化硼、納米碳酸鈣、碳酸鈣、長鏈羧酸鈉鹽中的一種或幾種。
[0031]實施例1
[0032]本實施例中的高強度耐磨材料POM材料按重量百分比，由以下組分組成:P0M樹脂90.4%，石墨烯微片5%，抗氧劑0.6%，潤滑劑1.5%，分散劑1.5%，甲醛吸收劑0.5%，成核劑0.5。
[0033]其制備方法如下:
[0034]步驟一、按上述所述的重量百分比稱取各個組分；
[0035]步驟二、將稱取好的POM樹脂、石墨烯微片、抗氧劑、潤滑劑、分散劑，甲醛吸收劑，成核劑在中速混合器中混合6.0min ；
[0036]步驟三、將步驟二中混合好的物料加入雙螺桿擠出機的料斗中，經(jīng)熔融擠出造粒；得到用于注塑成型的POM耐磨材料。其中雙螺桿擠出機的溫度設(shè)定如下:
[0037]一區(qū)溫度:150-180°C，二區(qū)溫度:150-180°C，三區(qū)溫度:160-200°C，四區(qū)溫度:160-200°C，五區(qū)溫度:150-180°C，六區(qū)溫度:140_170°C，七區(qū)溫度:140_170°C，八區(qū)溫度:140-170°C，機頭溫度:120-1600C ;真空度0.02—0.10Pa，擠出時的主機轉(zhuǎn)速:300-500r/min ;喂料速度:20_50r/min。
[0038]步驟四、將步驟三中造粒好的POM材料在100°C干燥4h。將烘好的POM材料在注塑機上注塑成型，成型溫度分別是:螺筒后部溫度160-180°C，螺筒中部溫180-200°C，螺筒前部溫度190-205°C，射嘴溫度200-215°C。
[0039]實施例2
[0040]本實施例中的高強度耐磨材料POM材料按重量百分比，由以下組分組成:P0M樹脂79.4%，石墨烯微片15.0%，抗氧劑0.8%，潤滑劑0.8%，分散劑1.5%，甲醛吸收劑2.0%，成核劑0.5%。
[0041]其制備方法如下:
[0042]步驟一、按上述所述的重量百分比稱取各個組分；
[0043]步驟二、將稱取好的POM樹脂、石墨烯微片、抗氧劑、潤滑劑、分散劑，甲醛吸收劑，成核劑在中速混合器中混合10.0min ；
[0044]步驟三、將步驟二中混合好的物料加入雙螺桿擠出機的料斗中，經(jīng)熔融擠出造粒，擠出工藝條件同實施例1 ;得到用于注塑成型的POM耐磨材料。
[0045]步驟四、將步驟三中造粒好的POM材料在100°C干燥4h。將烘好的POM材料在注塑機上注塑成型，成型溫度分別是:螺筒后部溫度165-185°C，螺筒中部溫185-205°C，螺筒前部溫度195-210°C，射嘴溫度205-220°C。
[0046]實施例3
[0047]本實施例中的高強度耐磨材料POM材料按重量百分比，由以下組分組成:P0M樹脂86.9%，石墨烯微片10%,抗氧劑0.6%，潤滑劑0.5%，分散劑1.0%甲醛吸收劑0.5%，成核劑0.5%。
[0048]其制備方法如下:
[0049]步驟一、按上述所述的重量百分比稱取各個組分；
[0050]步驟二、將稱取 好的POM樹脂、石墨烯微片、抗氧劑、潤滑劑、分散劑，甲醛吸收劑，成核劑在中速混合器中混合6.0min ；
[0051 ] 步驟三、將步驟二中混合好的物料加入雙螺桿擠出機的料斗中，經(jīng)熔融擠出造粒，擠出工藝條件同實施例1 ;得到用于注塑成型的POM耐磨材料。
[0052]步驟四、將步驟三中造粒好的POM材料在100°C干燥4h。將烘好的POM材料在注塑機上注塑成型，成型溫度分別是:螺筒后部溫度160-180°C，螺筒中部溫180-200°C，螺筒前部溫度190-205°C，射嘴溫度200-215°C。
[0053]實施例4
[0054]本實施例中的高強度耐磨材料POM材料按重量百分比，由以下組分組成:P0M樹脂83.9%，石墨烯微片10%,抗氧劑0.6%，潤滑劑3.0%，分散劑1.5%，甲醛吸收劑0.5%，成核劑0.5%。
[0055]其制備方法如下:
[0056]步驟一、按上述所述的重量百分比稱取各個組分；
[0057]步驟二、將稱取好的POM樹脂、石墨烯微片、抗氧劑、潤滑劑、分散劑，甲醛吸收劑，成核劑在中速混合器中混合6.0min ；
[0058]步驟三、將步驟二中混合好的物料加入雙螺桿擠出機的料斗中，經(jīng)熔融擠出造粒，擠出工藝條件同實施例1 ;得到用于注塑成型的POM耐磨材料。
[0059]步驟四、將步驟三中造粒好的POM材料在100°C干燥4h。將烘好的POM材料在注塑機上注塑成型，成型溫度分別是:螺筒后部溫度160-180°C，螺筒中部溫180-200°C，螺筒前部溫度190-205°C，射嘴溫度200-215°C。
[0060]實施例5
[0061]本實施例中的高強度耐磨材料POM材料按重量百分比，由以下組分組成:P0M樹脂80.5%，石墨烯微片15%，抗氧劑1.0%，潤滑劑1.5%，分散劑1.0%，甲醛吸收劑0.5，成核劑0.5%。
[0062]其制備方法如下:
[0063]步驟一、按上述所述的重量百分比稱取各個組分；
[0064]步驟二、將稱取好的POM樹脂、石墨烯微片、抗氧劑、潤滑劑、分散劑，甲醛吸收劑，成核劑在中速混合器中混合12min ；
[0065]步驟三、將步驟二中混合好的物料加入雙螺桿擠出機的料斗中，經(jīng)熔融擠出造粒，擠出工藝條件同實施例1 ;得到用于注塑成型的POM耐磨材料。
[0066]步驟四、將步驟三中造粒好的POM材料在100°C干燥4h。將烘好的POM材料在注塑機上注塑成型，成型溫度分別是:螺筒后部溫度165-185°C，螺筒中部溫185-205°C，螺筒前部溫度195-210°C，射嘴溫度205-220°C。
[0067]實施例6
[0068]本實施例中的高強度耐磨材料POM材料按重量百分比，由以下組分組成:P0M樹脂78.5%，石墨烯微片15%，抗氧劑1.0%，潤滑劑1.5%，分散劑3.0%，甲醛吸收劑0.5%，成核劑
0.5%。
[0069]其制備方法如下:
[0070]步驟一、按上述所述的重量百分比稱取各個組分；
[0071]步驟二、將稱取好的POM樹脂、石墨烯微片、抗氧劑、潤滑劑、分散劑，甲醛吸收劑，成核劑在中速混合器中混合12min ；
[0072]步驟三、將步驟二中混合好的物料加入雙螺桿擠出機的料斗中，經(jīng)熔融擠出造粒，擠出工藝條件同實施例1 ;得到用于注塑成型的POM耐磨材料。
[0073]步驟四、將步驟三中造粒好的POM材料在100°C干燥4h。將烘好的POM材料在注塑機上注塑成型，成型溫度分別是:螺筒后部溫度165-185°C，螺筒中部溫185-205°C，螺筒前部溫度195-210°C，射嘴溫度205-220°C。
[0074]對比例
[0075]對比例中的POM材料按重量百分比，由以下組分組成:P0M樹脂79.2%，普通石墨15%(天然鱗片石墨，粒度0.5mm-1 μm,含碳量80-99.99%)，抗氧劑0.8%，潤滑劑1.5%，分散劑2.5%，甲醛吸收劑0.5%，成核劑0.5%。
[0076]其制備方法如下:
[0077]步驟一、按上述所述的重量百分比稱取各個組分；
[0078]步驟二、將稱取好的POM樹脂、普通石墨、抗氧劑、潤滑劑、分散劑，甲醛吸收劑，成核劑在中速混合器中混合12min ；
[0079]步驟三、將步驟二中混合好的物料加入雙螺桿擠出機的料斗中，經(jīng)熔融擠出造粒；得到用于注塑成型的POM耐磨材料。
[0080]步驟四、將步驟三中造粒好的POM材料在100°C干燥4h。將烘好的POM材料在注塑機上注塑成型，成型溫度分別是:螺筒后部溫度165-185°C，螺筒中部溫185-205°C，螺筒前部溫度195-210°C，射嘴溫度205-220°C。
[0081]性能評價方式及實行標(biāo)準
[0082]將上述實施例1-6中完成造粒的粒子在100-110°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥4-6小時，再將干燥后的粒子在80T注塑機上注塑制樣，制樣過程中保持模溫在60-80°C之間。
[0083]拉伸強度按GB/T1040標(biāo)準進行檢驗。試樣類型為I型，樣條尺寸(mm): 170(長)X(20±0.2)(端部寬度)X (4±0.2)(厚度)，拉伸速度為50mm/min ;彎曲強度和彎曲模量按GB9341/T標(biāo)準進行檢驗。試樣尺寸(mm):(80±2) X (10±0.2) X (4±0.2)，彎曲速度為20mm/min ;缺口沖擊強度按GB/T1043標(biāo)準進行檢驗，試樣類型為I型，試樣尺寸(mm):(80±2) X (10±0.2) X (4±0.2);缺口類型為A類，缺口剩余厚度為3.2mm ;摩擦系數(shù)及磨損寬度是在MM-200型摩擦磨損試驗機上進行的，試驗條件:負荷200N，速度為0.419m/s,干摩擦，大氣環(huán)境)。
[0084]實施例1-6各原料重量份數(shù)組成見表-1。
[0085]表-1實施例1-6原料及配比
[0086]
【權(quán)利要求】
1.一種POM復(fù)合材料，其特征在于，按重量百分比由以下組分組成:POM 樹脂76.0-91.6%;石墨烯微片5.0-15.0%;抗氧劑0.5-1.0'?;潤滑劑0.5-3.0%;分散弈J1.0~3, 0?;甲醛吸收劑0.2m成核劑0.2-1.0t
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的POM復(fù)合材料，其特征在于，所述POM的密度為1.40-1.42g/cm3，熔融指數(shù)為 5-30g/10min(190°C /2.16kg)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的POM復(fù)合材料，其特征在于，所述的石墨烯微片是厚度為.5-15nm的石墨烯微片粉體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的POM復(fù)合材料，其特征在于，所述抗氧劑為受阻酚型抗氧劑四[甲基- (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯和受阻酚類型抗氧劑亞磷酸三(2，4- 二叔丁基苯基)酯的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的POM復(fù)合材料，其特征在于，所述潤滑劑為為N，N'-雙乙撐硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、石蠟、聚乙烯蠟或聚丙烯蠟、硅氧烷中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的POM復(fù)合材料，其特征在于，所述分散劑為硅酮化合物或脂肪酸衍生物或兩者的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的POM復(fù)合材料，其特征在于，所述甲醛吸收劑為三聚氰胺、雙氰胺、尿素、酰肼中的任一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的POM復(fù)合材料，其特征在于，所述成核劑為氮化硼、納米碳酸鈣、碳酸鈣、長鏈羧酸鈉鹽中的一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的POM復(fù)合材料，其特征在于，按重量百分比由以下組分組成:POM #||76-80%;石墨烯微片13-15.0%;抗氧劑0.5-1,0%;潤滑劑0.5-3.W;分散劑1.0-3.0'?;甲醛吸收劑0.2 - 2.0?;成核 0.2-1.0%.
10.一種如權(quán)利要求1所述的POM復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: a:按重量配比稱取POM樹脂、石墨烯微片、抗氧劑、潤滑劑、分散劑、甲醛吸收劑和成核劑； b:將稱取好的POM樹脂、石墨烯微片、抗氧劑、潤滑劑、分散劑、甲醛吸收劑、成核劑在混合器中混合3-10分鐘； c Jfb中混合好的原料加入雙螺桿擠出機中熔融擠出，擠出機的溫度設(shè)定如下: 一區(qū)溫度:150-180°C，二區(qū)溫度:150-180°C，三區(qū)溫度:160-200°C，四區(qū)溫度:.160-200°C，五區(qū)溫度:150-180°C，六區(qū)溫度:140-170°C，七區(qū)溫度:140_170°C，八區(qū)溫度:.140-170°C，機頭溫度:120-1600C ;真空度0.02—0.10Pa，擠出時的主機轉(zhuǎn)速:300-500r/min ;喂料速度:20-50r/min ;擠出物料經(jīng)冷卻、風(fēng)干、切粒、干燥后，即得到權(quán)利要求1的POM材料。，
【文檔編號】C08K5/134GK103483763SQ201310398558
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】徐東, 楊光耀, 徐永 申請人:安徽科聚新材料有限公司