本發(fā)明屬于改性高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種改性聚酮材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
長期以來，如何延長長期磨損件的使用壽命并減少由于磨損產(chǎn)生的噪音是新材料開發(fā)領(lǐng)域一個重要的研究內(nèi)容?！耙运軒т摗笔且环N降低材料摩擦噪音的重要方式，其中聚甲醛(pom，賽鋼)是目前應(yīng)用最為廣泛的耐磨塑料。然而，在實際應(yīng)用過程中聚甲醛(pom)材料存在：材料比重高、材料韌性較低、生產(chǎn)過程有有毒氣體排放、材料的可回收再利用效率較低等缺陷。
聚酮(pok)是以一氧化碳、乙烯、丙烯為共聚單體，通過配位聚合制成的環(huán)保型高分子材料。聚酮(pok)材料具有耐磨、耐油、自潤滑、耐沖擊等諸多優(yōu)良性能，與聚甲醛(pom)材料相比該材料具有比重低、耐沖擊韌性更高、綠色環(huán)保等特點。然而，與聚甲醛材料相比，聚酮(pok)材料在作為耐磨損件應(yīng)用時存在材料模量較低的缺陷，需要通過物理或者化學改性的方式提升材料這方面性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服聚酮材料(pok)現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種增強耐磨改性的聚酮材料，該材料具有高強度、高耐熱溫度、高流動性、低密度等特點。本發(fā)明一方面通過采用高徑厚比無機填料的加入提高材料的抗彎曲強度和彎曲模量；另外一方面通過加入具有低摩擦系數(shù)的耐磨劑降 低材料在高頻摩擦過程中的磨損量，該復合材料適用于通過注塑成型制備輕量化要求較高的耐磨制品。與現(xiàn)有的聚甲醛材料相比，該復合材料具有密度更低、耐磨性更好、加工性能更好的優(yōu)勢。
本發(fā)明另一目的在于提供一種上述改性聚酮材料的制備方法。
本發(fā)明再一目的在于提供上述改性聚酮材料在電子電氣、交通運輸、電動工具等領(lǐng)域中的應(yīng)用，特別適用于制備一些環(huán)?；?、輕量化、對材料耐摩擦性能要求較高的領(lǐng)域，如果汁機、耐磨齒輪等。
本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種改性聚酮材料，包含以下質(zhì)量百分數(shù)的組分：
所述聚酮為乙烯、丙烯與一氧化碳為共聚單體共聚得到的高分子量聚合物材料。
所述增強填料為具有較大徑厚比或者長徑比的無機礦物填料，可以是薄片狀填料也可以是增強纖維。本發(fā)明所選用的增強填料包括：滑石粉、云母粉、硅灰石、玄武巖纖維、埃洛石、凹凸棒等中的至少一種，其中優(yōu)選為滑石粉、硅灰石中的至少一種。
本發(fā)明所述的增強填料的添加量為1～10wt％，其中最優(yōu)選擇為5～10wt％。
所述二甲基硅氧烷為具有較高分子量的有機硅類化合物，其中優(yōu)先為黏度大于200mm2/s的硅油，如tsf433(美國邁圖)。
所述相容劑優(yōu)選為馬來酸酐類接枝物，包括聚丙烯接枝馬來酸酐(pp-g-mah)、聚乙烯接枝馬來酸酐(pe-g-mah)、乙烯/馬來酸酐共聚物、以及苯乙烯-丙烯腈-馬來酸酐共聚物(sam)等中的至少一種，其中更優(yōu)選為聚丙 烯接枝馬來酸酐(pp-g-mah)和聚乙烯接枝馬來酸酐(pe-g-mah)。
所述其他助劑指本領(lǐng)域中任意適合于聚烯烴體系的加工穩(wěn)定劑和抗氧劑等助劑，可為亞膦酸酯類化合物，如：3,9-二(2,4-二枯基苯氧基)-2,4,8,10-四氧雜-3,9-二磷雜螺[5.5]十一烷(s9228)，三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯(168)等中的至少一種，其中優(yōu)選為三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯(168)。
本發(fā)明還提供了一種上述改性聚酮材料的制備方法，具體包括以下步驟：
把聚酮、增強填料、二甲基硅氧烷、相容劑、加工助劑等在高速攪拌機中充分混合后，從雙螺桿擠出機的主喂料口加入，經(jīng)過熔融共混、冷卻造粒，得到高性能的改性聚酮材料。
所述混合優(yōu)選在高速攪拌機中進行混合，混合溫度不高于80℃，攪拌速度為300r/min，混合時間為10～30min。
所述熔融共混的條件優(yōu)選為各加熱段的溫度在200～250℃之間，主機的螺桿轉(zhuǎn)速為350～430r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為24～35r/min。
本發(fā)明的改性聚酮材料具有高強度、低比重、高耐磨、高韌性的特點，可應(yīng)用于電子電氣(例如家用電器)、交通運輸、電動工具等領(lǐng)域，特別適用于制備一些對耐磨損性能要求較高的傳動齒輪、滑輪、電動工具等。與通常用的耐磨聚甲醛材料相比，該材料具有韌性更高、比重更低、環(huán)境友好性能更加優(yōu)異的特點。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：
(1)本發(fā)明以高分子量的聚酮(pok)材料作為基體，通過特殊形貌的無機礦物對材料進行增強，利用高分子量有機硅化合物的低摩擦系數(shù)制作耐磨材料，該材料具有比重低、耐磨性能優(yōu)異、環(huán)境優(yōu)化的特點。
(2)本發(fā)明通過無機礦物填充的方式克服聚酮(pok)材料強度低的缺陷，通過加入馬來酸酐衍生物提高材料的界面結(jié)合力，從而獲得力學性能均衡的聚酮(pok)復合材料。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1：改性聚酮材料制備
將聚酮(m330a，韓國曉星)91.9wt％，滑石粉5wt％(htp03，意大利衣米發(fā)比)，二甲基硅氧烷2wt％(美國邁圖，tsf433)，相容劑1wt％(佳易容，9801)，抗氧劑0.1wt％(亞膦酸酯類抗氧劑168)加入到高速攪拌機中攪拌混合，混合溫度不高于80℃，混合時間15min；將攪拌均勻的物料加入到長徑比l/d為40:1，螺桿直徑為30mm的平行雙螺桿擠出機的料斗中，設(shè)定擠出機從料斗到模頭的各段溫度分別為(共九區(qū))：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主機的螺桿轉(zhuǎn)速為350r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為28r/min，材料經(jīng)過熔融共混擠出、經(jīng)過水槽冷卻，風干后進入切粒機進行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成測試樣條后按照gb或者iso標準測試性能。
實施例2：改性聚酮材料制備
將聚酮(m330a，韓國曉星)86.9wt％，滑石粉10wt％(htp03，意大利衣米發(fā)比)，二甲基硅氧烷2wt％(美國邁圖，tsf433)，相容劑1wt％(佳易容，9801)，抗氧劑0.1wt％(亞膦酸酯類抗氧劑168)加入到高速攪拌機中攪拌混合，混合溫度不高于80℃，混合時間15min；將攪拌均勻的物料加入到長徑比l/d為40:1，螺桿直徑為30mm的平行雙螺桿擠出機的料斗中，設(shè)定擠出機從料斗到模頭的各段溫度分別為(共九區(qū))：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主機的螺桿轉(zhuǎn)速為350r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為28r/min，材料經(jīng)過熔融共混擠出、經(jīng)過水槽冷卻，風干后進入切粒機進行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成測試樣條后按照gb或者iso標準測試性能。
實施例3：改性聚酮材料制備
將聚酮(m330a，韓國曉星)88.9wt％，硅灰石5wt％(sw-18，南方硅灰石)，二甲基硅氧烷5wt％(美國邁圖，tsf433)，相容劑1wt％(佳易容，9801)，抗氧劑0.1wt％(亞膦酸酯類抗氧劑168)加入到高速攪拌機中攪拌混合，混合溫度不高于80℃，混合時間15min；將攪拌均勻的物料加入到長徑比l/d為40:1，螺桿直徑為30mm的平行雙螺桿擠出機的料斗中，設(shè)定擠出機從料斗到模頭的各段溫度分別為(共九區(qū))：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主機的螺桿轉(zhuǎn)速為350r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為28r/min，材料經(jīng)過熔融共混擠出、經(jīng)過水槽冷卻，風干后進入切粒機進行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成測試樣條后按照gb或者iso標準測試性能。
實施例4：改性聚酮材料制備
將聚酮(m330a，韓國曉星)88.9wt％，滑石粉5wt％(htp03，意大利衣米發(fā)比)，二甲基硅氧烷5wt％(美國邁圖，tsf433)，相容劑1wt％(佳易容，9801)，抗氧劑0.1wt％(亞膦酸酯類抗氧劑168)加入到高速攪拌機中攪拌混合，混合溫度不高于80℃，混合時間15min；將攪拌均勻的物料加入到長徑比l/d為40:1，螺桿直徑為30mm的平行雙螺桿擠出機的料斗中，設(shè)定擠出機從料斗到模頭的各段溫度分別為(共九區(qū))：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主機的螺桿轉(zhuǎn)速為350r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為28r/min，材料經(jīng)過熔融共混擠出、經(jīng)過水槽冷卻，風干后進入切粒機進行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成測試樣條后按照gb或者iso標準測試性能。
實施例5：改性聚酮材料制備
將聚酮(m330a，韓國曉星)89.9wt％，滑石粉5wt％(htp03，意大利衣米發(fā)比)，二甲基硅氧烷2wt％(美國邁圖，tsf433)，相容劑3wt％(佳易容，9801)，抗氧劑0.1wt％(亞膦酸酯類抗氧劑168)加入到高速攪拌機中攪拌混合，混合溫度不高于80℃，混合時間15min；將攪拌均勻的物料加入到長徑比l/d為40:1，螺桿直徑為30mm的平行雙螺桿擠出機的料斗中，設(shè)定擠出機從料斗 到模頭的各段溫度分別為(共九區(qū))：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主機的螺桿轉(zhuǎn)速為350r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為28r/min，材料經(jīng)過熔融共混擠出、經(jīng)過水槽冷卻，風干后進入切粒機進行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成測試樣條后按照gb或者iso標準測試性能。
實施例6：改性聚酮材料制備
將聚酮(m330a，韓國曉星)91.7wt％，滑石粉5wt％(htp03，意大利衣米發(fā)比)，二甲基硅氧烷2wt％(美國邁圖，tsf433)，相容劑1wt％(佳易容，9801)，抗氧劑0.3wt％(亞膦酸酯類抗氧劑168)加入到高速攪拌機中攪拌混合，混合溫度不高于80℃，混合時間15min；將攪拌均勻的物料加入到長徑比l/d為40:1，螺桿直徑為30mm的平行雙螺桿擠出機的料斗中，設(shè)定擠出機從料斗到模頭的各段溫度分別為(共九區(qū))：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主機的螺桿轉(zhuǎn)速為350r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為28r/min，材料經(jīng)過熔融共混擠出、經(jīng)過水槽冷卻，風干后進入切粒機進行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成測試樣條后按照gb或者iso標準測試性能。
實施例7：改性聚酮材料制備
將聚酮(m330a，韓國曉星)81.7wt％，滑石粉10wt％(htp03，意大利衣米發(fā)比)，二甲基硅氧烷5wt％(美國邁圖，tsf433)，相容劑3wt％(佳易容，9801)，抗氧劑0.3wt％(亞膦酸酯類抗氧劑168)加入到高速攪拌機中攪拌混合，混合溫度不高于80℃，混合時間15min；將攪拌均勻的物料加入到長徑比l/d為40:1，螺桿直徑為30mm的平行雙螺桿擠出機的料斗中，設(shè)定擠出機從料斗到模頭的各段溫度分別為(共九區(qū))：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主機的螺桿轉(zhuǎn)速為350r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為28r/min，材料經(jīng)過熔融共混擠出、經(jīng)過水槽冷卻，風干后進入切粒機進行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成測試樣條后按照gb或者iso標準測試性 能。
實施例8：改性聚酮材料制備
將聚酮(m330a，韓國曉星)85.8wt％，滑石粉8wt％(htp03，意大利衣米發(fā)比)，二甲基硅氧烷4wt％(美國邁圖，tsf433)，相容劑2wt％(佳易容，9801)，抗氧劑0.2wt％(亞膦酸酯類抗氧劑168)加入到高速攪拌機中攪拌混合，混合溫度不高于80℃，混合時間15min；將攪拌均勻的物料加入到長徑比l/d為40:1，螺桿直徑為30mm的平行雙螺桿擠出機的料斗中，設(shè)定擠出機從料斗到模頭的各段溫度分別為(共九區(qū))：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主機的螺桿轉(zhuǎn)速為350r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為28r/min，材料經(jīng)過熔融共混擠出、經(jīng)過水槽冷卻，風干后進入切粒機進行切粒，改性聚酮材料，注塑成測試樣條后按照gb或者iso標準測試性能。
材料密度按照iso1183-1測試，熔體質(zhì)量流動指數(shù)按照iso1133(300℃，1.2kg)測試，拉伸性能測試按照iso527測試，彎曲性能測試按照iso178，缺口沖擊性能測試按照iso180(23℃，kj/m2)測試，材料的體積磨損量按照gb3960-1983測試，具體的測試結(jié)果如下表所示。
由表中數(shù)據(jù)集可見，本發(fā)明采用高分子量有機硅氧烷作為耐磨劑提高聚酮 (pok)材料的耐磨性能；用具有特殊微觀形貌的無機填料提高材料的彎曲強度和彎曲模量，通過以上針對現(xiàn)有的材料改性制得的聚酮(pok)材料具有更加均衡的物理力學性能和應(yīng)用性能。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。