專利名稱：高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金及制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種塑料合金，特別涉及一種高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金及制造方法。
背景技術(shù)：
聚甲醛(POM)有著與金屬極為接近的比強度與比剛度，有“賽鋼材料”之稱，加之有良好的電性能和耐磨性能，在航空、機械、汽車、精密儀器、電子電器等諸多行業(yè)中取代金屬材料作為動力傳動傳導的零部件得到了廣泛的應用。
但由于聚甲醛(POM)的高結(jié)晶性，使其沖擊強度欠佳，缺口敏感性大，耐熱性差、成型收縮率高等缺點，極大地限制了聚甲醛(POM)在各個領域中應用，僅能在低速、低負荷條件下作為有自潤滑性能的零部件使用。
近年來，隨著高科技的應用與發(fā)展，在精密儀器、電子電器及各種產(chǎn)業(yè)機械不斷向小型化、輕型化、高性能、高速度化發(fā)展，動力傳動傳導的條件也變得越來越苛刻，要能滿足高速、高壓、高溫等條件下應用，單一的聚甲醛(POM)已無法滿足這種工作條件。純聚甲醛磨擦系數(shù)為0.39，磨痕寬度5.5mm，測試方法按GB/T3960-89。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是改善其力學性能，提高其磨擦磨損性能，達到高自潤滑、高耐磨，同時較好地保持其成型加工性。滿足高速、高壓、高溫等條件下應用。提供一種具有廣泛實用價值與良好性能價格比的能滿足動力傳動傳導零部件在高速、高壓、高熱條件下正常工作的高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金。
本發(fā)明的技術(shù)思路是A、聚甲醛(POM)增韌合金化采用既有增韌又有良好耐磨性能的聚合物彈性體聚氨酯(TPU)及聚酯(TPEE)進行增韌、共混改性制得力學性能均衡的POM/TPU、POM/TPEE型工程塑料合金。
B、復合增強抗磨體系采用既有增強力學效果又具強力抗磨作用的玻璃微珠與鈦酸鉀晶須建立的復合抗磨體系，不僅可提高耐熱性有力支撐著負載、減少變形，而且更有效地抵制摩擦副表面上尖銳部份的磨損及磨粒對聚甲醛合金表面的犁切深度，從而降低了表面摩擦阻力，提高了聚甲醛合金的耐磨損性。采用既有增強力學效果又具強力抗磨作用的玻璃微珠與鈦酸鉀晶須建立的復合抗磨體系，不僅可提高耐熱性有力支撐著負載、減少變形，而且更有效地抵制摩擦副表面上尖銳部份的磨損及磨粒對聚甲醛合金表面的犁切深度，從而降低了表面摩擦阻力，提高了聚甲醛合金的耐磨損性。
C、復合潤滑減磨體系復合潤滑劑體系由固、液體潤滑劑組成，包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚四氟乙烯(PTFE)、硅油、石墨/二硫化鉬等構(gòu)筑成完整的表面減摩層。在聚甲醛合金磨損過程中，復合潤滑劑會自動連續(xù)不斷地向聚甲醛合金表面滲出和擴散，生成一層能起潤滑作用的油膜，結(jié)合均勻分散其中的聚四氟乙烯(PTFE)能在對摩材料表面形成一層轉(zhuǎn)移膜，而超高分子量聚乙烯則在其中對抗粘著性磨損，抑制疲勞裂紋，復合潤滑劑的綜合作用是把聚甲醛合金表面和摩擦副表面之間的摩擦轉(zhuǎn)移到復合潤滑劑體系之間的摩擦，減少了聚甲醛塑料合金和摩擦副之間的摩擦阻力，從而提高了聚甲醛塑料合金的耐磨損性能。
玻璃微珠與鈦酸鉀晶須組成的復合增強抗磨劑和由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、硅油等組成的復合潤滑減摩劑體系組成了完整的抗磨損性的網(wǎng)絡效果，這種高自潤滑、高耐磨增強聚甲醛塑料合金具有功能性和永久性，使其能在高速、高壓、高熱和無油潤滑條件下長期正常工作。
本發(fā)明的技術(shù)方案為高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金，其組成成分的重量配比為聚甲醛 70～100份聚氨酯或聚酯彈性體一種或兩種 2～30份馬來酸酐接枝體 0～5份增韌母料A或增韌母料B 0-40玻璃微珠 5～30份鈦酸鉀晶須 5～30份超高分子量聚乙烯 5～15份硅油 1～8份聚四氟乙烯 5～20份石墨/二硫化鉬2～5份偶聯(lián)劑 0.5～1.0份成核劑 0.1～1.0份抗氧劑 0.2～1.0份潛穩(wěn)定劑 0.1～1.0份其中聚甲醛可為共聚級或均聚級，較好的玻璃微珠粒徑應小于65um，鈦酸鉀晶須粒徑為0.3um-1.5um，長5um-50um，較好的鈦酸鉀晶須粒徑為0.5um-1um“1.2um”，長10um-40um。聚氨酯較好的配比為10-30份，聚酯彈性體較好的配比為2-10份。超高分子量聚乙烯的分子量應大于150萬，硅油的運動粘度控制在0.001-0.06m2/s，偶聯(lián)劑選用硅烷型偶聯(lián)劑，成核劑選用氮化硼或滑石粉中的一種，抗氧劑為受阻酚類2246、1010、264中的一種。潛穩(wěn)定劑即為吸醛劑，選用雙氰胺、硬酯酸鈣中的一種或兩種。以上原料均為常規(guī)原料，可從市場采購而得。增韌母料A的制備采用聚甲醛(POM)/聚氨酯(TPU)21+0.5份抗氧劑2246+0.3份雙氰胺→高速共混→擠出造粒制成增韌母料A。增韌母料B的制備采用聚甲醛(POM)/聚酯彈性體(TPEE)21+0.5份抗氧劑2246+0.3份雙氰胺→高速共混→擠出造粒制成增韌母料B。
本發(fā)明可通過一步法或二步法制備，一步法即為一次擠出法，將聚甲醛、聚氨酯或聚酯彈性體的一種或兩種、復合抗磨與減磨劑、加工助劑→高速混合→擠出造粒。二步法即為二次擠出法，首先制備聚甲醛、聚氨酯或聚酯彈性體的增韌母料，然后將增韌母料、聚甲醛、復合抗磨與減磨劑、加工助劑→高速混合→擠出造粒。復合抗磨劑由玻璃微珠和鈦酸鉀晶須組成，復合減磨劑由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、硅油/石墨或二硫化鉬組成，加工助劑由馬來酸酐接枝體、偶聯(lián)劑、成核劑、抗氧劑、潛穩(wěn)定劑組成。
本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明以合金化改性技術(shù)與復合抗磨減磨體系構(gòu)成的剛?cè)嵯酀?，以整體與局部的抗磨減磨的網(wǎng)絡效果，具有永久性和功能性，加之具有良好而均衡的力學性能，沖擊強度、耐熱性及尺寸穩(wěn)定性都有較大的提高。發(fā)明提供的高自潤滑、高耐磨增強聚甲醛工程塑料合金具有卓越的耐磨損性能磨擦系數(shù)＜0.1，磨損量/mg≤0.2。
具體實施例方式具體實施例1-5的重量配比見下表


其中，聚甲醛可為共聚級或均聚級，熔體流動速率為1-26g/10min，鈦酸鉀晶須粒徑為0.5um-1um，長10um-40um。硅油的運動粘度控制在0.001-0.06m2/s。聚四氟乙烯粒徑選用1-100um。1號選用二硫化鉬選用5份，2號中選用石墨2份，3號中選用石墨4份，4號中選用二硫化鉬4份，5號選二硫化鉬3份；1號為0.2份氮化硼，偶聯(lián)劑為KH550，抗氧劑為2246，潛穩(wěn)定劑為0.25份雙氰胺，2號為0.4份滑石粉，偶聯(lián)劑為KH550，抗氧劑為1010，潛穩(wěn)定劑為0.25份雙氰胺和0.3份硬酯酸鈣，3號為0.6份氮化硼，偶聯(lián)劑為KH570，抗氧劑為264，潛穩(wěn)定劑為0.6份硬酯酸鈣，4號為0.8份滑石粉，偶聯(lián)劑為KH550，抗氧劑為2246，潛穩(wěn)定劑為0.25份雙氰胺和0.5份硬酯酸鈣，5號為0.6份氮化硼，偶聯(lián)劑為KH570，抗氧劑為264，潛穩(wěn)定劑為0.65份硬酯酸鈣。
具體制備工藝為實施例1參見表中1號，采用一步法(一次擠出法)在通用高速混合機內(nèi)，按上述配比依次加入各組分，升溫到80±5℃混合攪拌5～8分鐘，擠出造粒，制得高自潤滑、高耐磨增強聚甲醛工程塑料合金。
實施例2參見表中2號，其余與實施例1相同。
實施例3參見表中3號，采用二步法(二次擠出法)先制備聚甲醛(POM)/聚氨酯(TPU)增韌母料A，增韌母料A的制備采用聚甲醛(POM)/聚氨酯(TPU)21+0.5份抗氧劑2246+0.3份雙氰胺→高速共混→擠出造粒制成增韌母料A。然后按3號配比將聚甲醛(POM)+增韌母料A+聚氨酯+馬來酸酐接枝體+玻璃微珠+鈦酸鉀晶須+超高分子量聚乙烯+硅油+聚四氟乙烯+石墨+偶聯(lián)劑+成核劑+抗氧劑，如一步法工藝高速混合擠出造立，制得高自潤滑、高耐磨增強聚甲醛工程塑料合金。
實施例4參見表中4號，采用二步法(二次擠出法)先制備聚甲醛(POM)/聚酯彈性體(TPEE)增韌母料B，增韌母料B的制備采用聚甲醛(POM)/聚酯彈性體(TPEE)21+0.5份抗氧劑2246+0.3份雙氰胺→高速共混→擠出造粒制成增韌母料B。然后按4號配比將聚甲醛(POM)+增韌母料B+馬來酸酐接枝體+聚酯彈性體+玻璃微珠+鈦酸鉀晶須+超高分子量聚乙烯+硅油+聚四氟乙烯+二硫化鉬+偶聯(lián)劑+成核劑+抗氧劑，如一步法工藝高速混合擠出造立，制得高自潤滑、高耐磨增強聚甲醛工程塑料合金。
實施例5參見表中5號，其余與實施例1相同。
權(quán)利要求
1.高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金，其組成成分的重量配比為聚甲醛 70～100份聚氨酯或聚酯彈性體一種或兩種2～30份馬來酸酐接枝體 0～5份增韌母料A或增韌母料B0-40玻璃微珠5～30份鈦酸鉀晶須 5～30份超高分子量聚乙烯5～15份硅油1～8份聚四氟乙烯 5～20份石墨/二硫化鉬 2～5份偶聯(lián)劑 0.5～1.0份成核劑 0.1～1.0份抗氧劑 0.2～1.0份潛穩(wěn)定劑0.1～1.0份
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金，其特征是偶聯(lián)劑選用硅烷型偶聯(lián)劑，選用KH550、KH570中的一種，成核劑選用氮化硼或滑石粉中的一種，抗氧劑為受阻酚類2246、1010、264中的一種，潛穩(wěn)定劑即為吸醛劑，選用雙氰胺、硬酯酸鈣中的一種或兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金，其特征是選用聚氨酯時，較好配比為10-30份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金，其特征是選用聚酯彈性體時，較好配比為2-10份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金，其特征是聚甲醛可為共聚級或均聚級，聚甲醛熔體流動速率為1-26g/10min，超高分子量聚乙烯的分子量應大于150萬，硅油的運動粘度控制在0.001-0.06m2/s，玻璃微珠粒徑控制在小于65um。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金，其特征是鈦酸鉀晶須粒徑為0.3um-1.5um，長5um-50um。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金，其特征是較好的鈦酸鉀晶須粒徑為0.5um-1um，長10um-40um。
8.權(quán)利要求1所述的高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金制造方法，其特征是采用一步法，即一次擠出法，將聚甲醛、聚氨酯或聚酯彈性體的一種或兩種、復合抗磨與減磨劑、加工助劑在高速混合機內(nèi)升溫到80±5℃混合攪拌5～8分鐘，擠出造粒。
9.權(quán)利要求1所述的高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金制造方法，其特征是采用二步法，即二次擠出法，首先制備聚甲醛、聚氨酯或聚酯彈性體的增韌母料，然后將增韌母料、聚甲醛、復合抗磨與減磨劑、加工助劑在高速混合機內(nèi)升溫到80±5℃混合攪拌5～8分鐘，擠出造粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金制造方法，其特征是所述的增韌母料的制造是用聚甲醛/聚氨酯或聚酯彈性體2∶1+0.5份抗氧劑2246+0.3份雙氰胺在高速混合機內(nèi)升溫到80±5℃混合攪拌5～8分鐘，擠出造粒制成增韌母料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種塑料合金，特別涉及一種高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金。解決單一的聚乙醛無法滿足高速、高壓、高溫等條件下應用的缺陷。技術(shù)解決方案是高自潤滑、高耐磨、增強聚甲醛工程塑料合金，其組成成分的重量配比為聚甲醛70～100份，聚氨酯或聚酯彈性體一種或兩種2～30份，馬來酸酐接枝體0～5份，增韌母料A或增韌母料B增韌母料A或增韌母料B 0～40份，玻璃微珠5～30份，鈦酸鉀晶須5～30份，超高分子量聚乙烯5～15份，硅油1～8份，聚四氟乙烯5～20份，石墨/二硫化鉬2～5份，偶聯(lián)劑0.5～1.0份，成核劑0.1～1.0份，抗氧劑0.2～1.0份，潛穩(wěn)定劑0.1～1.0份。主要可用于高速、高壓、高熱條件下動力傳動傳導零部件。
文檔編號C08K5/00GK1597771SQ0315102
公開日2005年3月23日 申請日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
發(fā)明者林安良 申請人:林安良