[发明专利]高耐磨增强型聚甲醛复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料及其加工技术领域，尤其是一种高耐磨增强型聚甲醛复合材料及其制备方法。 

背景技术

聚甲醛（Polyoxymethylene）是一种碳氧交替排列结构的线型聚合物。由于聚甲醛分子链不含侧基，规则的分子链结构使聚甲醛熔融加工时结晶速度快，结晶度高。聚甲醛以其优越的力学性能、优良的自润滑性以及耐化学药品腐蚀等特点而获得广泛的应用，是综合性能非常优越的一种工程塑料。然而随着聚甲醛在精密仪器及各种零部件等的广泛使用，单一依靠聚甲醛自身性能已无法满足越来越苛刻的应用，因此需要改性聚甲醛，改善其力学性能及摩擦磨损性能，同时还期望降低生产成本，才能扩大聚甲醛的应用范围。 

通过添加碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等无机纤维及玻璃微珠等可以有效地提高聚甲醛的力学性能。中国专利公开说明书CN 101343396A、CN 102329471A、CN 102161812A以短切玻璃纤维、长玻璃纤维、碳纤维与聚甲醛制得聚甲醛增强复合材料，使聚甲醛的拉伸强度和弯曲强度提高了2～3倍。但是纤维增强缺口冲击强度提高不明显，而且使用玻璃纤维增强聚甲醛增加了聚甲醛的磨损量，而大量使用碳纤维增加了复合材料的成本。 

改善聚甲醛摩擦磨损性能的方法主要有添加耐磨聚合物、添加纤维材料、添加无机粉末润滑材料、添加润滑油润滑脂等。改性聚甲醛作为自润滑材料，经常采用的方法是添加聚四氟乙烯、低密度聚乙烯等低摩擦系数的耐磨聚合物，在摩擦时偏析在聚甲醛表面，从而降低了聚甲醛表面的摩擦。中国专利公开说明书CN 102875956A、CN 102585434A、CN 101759957A通过聚四氟乙烯粉末改性聚甲醛，使复合材料摩擦性能得到提高。中国专利公开说明书CN 102898772A将硅系润滑剂添加到聚甲醛中，在保持良好机械性能基础上提高了耐磨性。中国专利公开说明书CN 102888076A在聚甲醛中加入二硫化钼粉末，改进了聚甲醛的摩擦损耗性能。中国专利公开说明书CN 101885896A通过加入聚四氟乙烯纤维和聚氧化乙烯，同时提高了聚甲醛的韧性和润滑性，但由于聚四氟乙烯纤维和聚氧化乙烯用量较大，使得生产成本提高。通过以上方法改性的聚甲醛未能获得优良的力学性能。添加碳纤维改性聚甲醛，不仅提高了摩擦性能，还提高了材料的机械强度。中国专利公开说明书CN 102161812A添加碳纤维提高了聚甲醛的强度和耐磨性能。尽管对于纤维进行了表面处理，然而纤维与聚甲醛相容性有限，使得聚甲醛抗冲击性能下降，并且成本高昂。 

连续玄武岩纤维是玄武岩石料熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，属于硅铝酸盐系纤维。玄武岩纤维是目前唯一的无环境污染的高性能纤维。在增强树脂复合材料的应用上，玄武岩纤维制成的单向增强复合材料在强度方面与无碱玻璃纤维相当，但杨氏模量在各种纤维中具有明显优势，与塑料的相容性也优于玻璃纤维，它可以代替玻璃纤维乃至价格昂贵的碳纤维，并且玄武岩纤维还具有很好的耐磨性能。中国专利公开说明书CN 102615886A用玄武岩纤维增强聚丙烯，制备的玄武岩短纤维增强聚丙烯复合材料具有优良的物理和力学性能。中国专利公开说明书CN 101531806A用玄武岩纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯，制得的复合材料具有良好的加工性能和优异的力学性能。中国专利公开说明书 CN 102816338A将玄武岩纤维与酚醛树脂采用热压的成型方式，制备出各项力学性能优异的新型摩擦材料。作为一种新型的高性能纤维，热塑性塑料/玄武岩纤维复合材料的制备研究才刚刚开始，但是因为玄武岩纤维优异的性能及各方面的优势，在复合材料中必将得到更广泛的应用。 

综上所述，有机纤维、无机纤维能改善聚甲醛的力学性能及摩擦性能，但是均存在与聚甲醛相容性较差的不足之处。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种纤维与聚甲醛相容性好的高耐磨增强型聚甲醛复合材料；本发明还提供了高耐磨增强型聚甲醛复合材料的制备方法。 

为解决上述技术问题，本发明中其组分的质量分数为：聚甲醛树脂68.5～83.5%、偶联剂处理后的无机/有机复合纤维10.0～20.0%、聚氧化乙烯3～5%、线型酚醛树脂3～5%、抗氧剂0.2～0.5%、甲醛吸收剂0.3～1.0%。 

本发明所述无机/有机复合纤维为聚四氟乙烯纤维与玄武岩纤维的复合物。所述聚四氟乙烯纤维在无机/有机复合纤维中的重量含量为15～85%。 

本发明所述处理无机/有机复合纤维的偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和/或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。 

本发明所述的聚氧化乙烯数均分子量为100000～500000。