[发明专利]一种TPU原位聚合增韧聚甲醛材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种TPU原位聚合增韧聚甲醛材料及其制备方法，该TPU原位聚合增韧聚甲醛材料，由以下重量份的原料制成：多元醇50‑70份、成核剂0.1‑2份、异氰酸酯30‑70份、聚甲醛75‑90份、主抗氧化剂0.15‑0.4份、辅抗氧化剂0.2‑0.5份、甲醛吸收剂0.35‑0.7份、润滑剂0.4‑0.9份与扩链剂0.5‑10份；本发明使TPU以网络化结构穿插在POM晶区及非晶区中，由于TPU的无规穿插，减缓了POM分子链排入晶格的速度，从而更好地实现了成核剂在POM中的均匀分布分散，从而在保证POM刚度和强度的情况下实现POM韧性的大幅度提高。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种TPU原位聚合增韧聚甲醛材料及其制备方法。

背景技术

聚甲醛(POM)，又叫聚氧亚甲基，是一种以-CH₂O-为主链链节的高结晶度线性聚合物，综合性能优异。在五大通用工程塑料中，其年产量仅次于PA和PC，占据第三位。POM因其媲美金属的刚性和强度，良好的耐腐蚀性、耐磨性、自润滑性以及突出的耐蠕变性、耐疲劳性而广泛应用于汽车、航空航天、电子电器、精密仪器等领域，尤其用作精密齿轮、轴承等部件。

然而POM高结晶度(60％-80％)，导致其成型期间容易形成大尺寸球晶，缺口敏感性大，韧性差，缺口冲击强度低，严重限制了POM的应用领域。因此，对POM进行增韧改性一直是该领域内的重要研究课题之一。

目前，POM的增韧改性方法主要可分为四类：弹性体增韧改性、刚性粒子增韧改性、合金化增韧改性以及复合增韧剂增韧改性。其中弹性体增韧改性POM是最为常用的增韧改性方法，通过弹性体在POM基体中提供应力集中点，诱发大量银纹和剪切带出现，促使基体发生脆-韧转变来提高材料的韧性。常用的增韧改性聚甲醛的弹性体包括热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、丙烯酸酯类弹性体等等。美国Du Pont公司采用机械共混和接枝共聚的方法开发出的超韧POM/PUR-T合金，使得POM的缺口冲击强度高达906J/m，比纯POM提高了17倍。刚性粒子增韧POM主要是通过改变POM的结晶行为，完善球晶结构，使球晶尺寸变小，在一定程度上达到增韧POM的目的。常用的无机刚性粒子包括纳米级碳酸钙、二氧化硅、玻璃微珠、二氧化钛、滑石粉、硫酸钡等，操作方便，在提高POM刚性、降低成本方面有无可比拟的优势。合金化改性是实现高分子材料增韧改性的重要手段之一，通过综合性能优良的韧性材料，如PP、LDPE、HDPE、PA等等与POM、添加剂共混，按适当配比进行熔融共混制得POM共混合金，通过合金化使得不同材料间实现优势互补。而复合增韧剂改性增韧POM同样越来越受人关注，通过刚性粒子与弹性体并用，提高POM韧性的同时还可以提高其强度和刚性，现在复合增韧剂主要包括TPU/纳米粒子(碳酸钙、二氧化硅、蒙脱土等)、POE-g-MAH、SEBS-g-MAH、EPDM-g-MAH等等。金璐等采用双螺杆挤出机熔融共混法，以不同加工工艺制备了POM/PUR-T/纳米CaCO₃复合材料，研究发现先将纳米CaCO₃和PUR-T预混合挤出制成复合增韧剂母粒，然后预POM熔融共混制得的复合材料冲击韧性得到大幅度提高。纳米CaCO₃的加入使得POM的球晶尺寸减小，结晶度降低，从而使得复合材料的韧性及刚性均得到一定程度的提高，而且当POM/PUR-T/纳米CaCO₃的质量比为90:10:4时，复合材料的缺口冲击强度达到12500J/m²，比纯POM提高了135％，比同比的POM/PUR-T复合材料提高了1.3倍。

由于POM分子结构的特殊性，其与弹性材料的相容性较差，难以达到理想的共混分散程度，所以POM与弹性体共混只能在一定程度上提高其冲击强度；刚性粒子的加入可以增加POM的异向成核点，降低球晶生长完善程度，提高成核密度，在一定范围内能提高POM的刚性，韧性提高有限，而且刚性粒子在POM中的均匀分散同样是业界难题，对刚性粒子的进一步改性将使得生产成本进一步提高。

发明内容