[发明专利]聚甲醛树脂组合物及其制备方法

说明书

本发明涉及不仅具有良好的机械强度和硬度，而且具有良好的抗磨损性能的聚甲醛树脂组合物及其制备方法。本发明的聚甲醛树脂组合物主要用作各种机械部件或类似物的材料。

聚甲醛树脂本身具有匀称的机械性能和优良的抗磨损性能，所以已被广泛地单独用作电器或电子设备、汽车部件或其它各种机器的元件材料。在一些情况下，也将它与纤维状加强物如玻璃纤维或碳纤维或填料制成混合物使用，以进一步改善其强度、硬度及抗磨损性能。

然而，当将聚甲醛树脂与碳纤维混合制备复合材料时，较短的碳纤维容易分散，而较长的碳纤维有缠结而形成小珠的倾向。因此，将碳纤维均匀地分散于树脂中是困难的。况且，碳纤维不能给出任何足够高的加强效应，因为它对树脂的附着力很差。

此外，碳纤维的表面有时呈现酸性而造成树脂的与纤维接触的表面降解。尽管对碳纤维用硅烷或环氧化合物、其它表面处理剂或浸润剂进行涂层以解决这些问题，但是还没有建立起一种能够给出具有满意的物理性能的复合材料、并且足以改善碳纤维的可加工性能的处理方法。

在这些情况下，本发明的发明人已研究发现一种处理剂或浸润剂，它能提高碳纤维的加强效应以赋于聚甲醛树脂良好的机械性能，并且能改善碳纤维的可加工性能，从而完成了本发明。

也就是说，本发明涉及聚甲醛树脂组合物及其制备方法，该组合物中包括：

（A）聚甲醛树脂，

（B）基于组合物总重量的1～60%重量的碳纤维

和基于碳纤维的0.1～15%重量的聚氨基甲酸乙酯树脂，及

（C）基于组合物总重量的0～50%重量的非碳纤维无机填料，其中组分（B）和（C）的总重量最多为组合物总重量的70%。

本发明提供了一种聚甲醛组合物，其中包含聚甲醛树脂（A）、1～60%重量的碳纤维（B-1）和基于碳纤维的0.1～15%重量的聚氨基甲酸乙酯树脂（B-2），（B-1）和（B-2）的总量不超过70%重量。

最好，本组合物可以进一步含有最多达50%重量的非碳纤维无机填料（C），（B-1）、（B-2）和（C）的总量不超过70%重量。

本发明还提供了制备聚甲醛树脂组合物的方法，其中包括用聚氨基甲酸乙酯处理碳纤维，使聚氨基甲酸乙酯吸附于碳纤维的表面，将聚氨基甲酸乙酯处理过的碳纤维与聚甲醛树脂混合及熔化捏和混合物等步骤。

本方法可以进一步包含将非碳纤维无机填料与混合物混合的步骤。

本发明的特征在于使用与碳纤维一起的、指定量的聚氨基甲酸乙酯，特别是使用含有指定量的附着于其表面的聚氨基甲酸乙酯树脂的碳纤维。根据本发明，由于这一特性，碳纤维的加工及其在聚甲醛树脂中的均匀分散是容易的。此外，碳纤维对树脂的附着得到改善，所以碳纤维显示出显著的加强效应，得到的材料不仅具有良好的物理性能和机械性能，而且具有良好的抗磨损性能。

在本发明中用作为基质的聚甲醛树脂（A）可以是任何高分子量的化合物，其主链主要包含聚氧化亚甲基单元，同时包括甲醛或其环状低聚物如三噁烷或四噁烷的均聚物以及含有作为主要成分的甲醛和其它共聚用单体的共聚物。共聚物包括三聚物或更高的共聚物以及含分支或交联结构的接枝共聚物。此外，为了使用之目的，除了聚甲醛树脂外，也可以使用少量的其它热塑性树脂。

另外使用的热塑性树脂并没有特别限制，具体例子有聚烯烃类如聚乙烯和聚丙烯;含有芳香二羧酸和二醇类或羟基羧酸的芳香聚酯类如聚对苯二甲酸乙酯和聚对苯二甲酸丁酯;乙烯基聚合物如聚丙烯腈、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯和聚氯乙烯;聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚亚苯基硫醚和氟树脂类。也可以使用这些热塑性树脂中的两种或多种树脂的混合物。

根据本发明，碳纤维（B）与指定量的聚氨基甲酸乙酯树脂一起使用。虽然本发明的组合物可以通过仅将这两种组分与组分（A）混合并熔化、挤压所得混合物来制备，但是它最好通过先将聚氨基甲酸乙酯树脂预先加到碳纤维中以使它附着到纤维的表面，也可接着使其一体化，再将得到的碳纤维与组分（A）混合来制备。所用碳纤维可以通过燃烧丙烯酸纤维、嫘萦纤维或木素纤维或由石油或煤沥青制得的纤维制备，并且可以是选自碳质纤维、石墨纤维及阻燃纤维的任意一种类型。特别地，最好使用由燃烧丙烯酸纤维或由沥青制得的纤维来制备的碳纤维。碳纤维的直径约为4～20μm，最好约为5～15μm。

根据本发明，使用的碳纤维的量为组合物总重量的1～60%，最好为5～50%。如果量太少，加强效应低，而如果量太大，组合物的制备将是困难的，并且它在模具中的流动性太低，给加工带来不便。