[发明专利]一种高机械强度聚甲醛复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高机械强度聚甲醛复合材料及其制备方法。

背景技术

聚甲醛（POM）是一种高结晶度的热塑性工程塑料，由于其具有优异的机械性能、耐化学试剂和耐摩擦，其抗蠕变性能好、吸水率低、尺寸稳定性好和耐疲劳性优异，被列为三大工程塑料之一。聚甲醛在电子电气、汽车工业、精密仪器、机械、化工等工业领域有着广泛的应用。

聚甲醛分子链结构规整度好，分子链柔顺，结晶度高，在成型加工时收缩率大，内应力大，做大型部件时非常容易发生翘曲变形，难以适应现代工业精密部件成型的要求，只能使用小部件和制品，极大的限制了聚甲醛的用途和应用领域。随着聚甲醛在国民经济中的广泛使用，对聚甲醛的刚性提出了更高的要求。在对聚甲醛进行高刚性化的研究中，往往对聚甲醛进行复合增强，以满足各种特殊用途的使用要求。聚甲醛的增强改性中所使用的材料主要有玻璃纤维、碳纤维和无机粒子。添加玻璃纤维是一种最常见的方法，可以使聚甲醛的拉伸强度、弯曲强度、耐疲劳性、耐蠕变性及热变形温度等得到大幅度的提高。

在制备玻纤增强聚合物复合材料时，为了增大玻璃纤维表面与聚合物之间的粘接能力，往往使用相容剂。通过相容剂的使用可以得到机械强度较高的复合材料产品。硅烷偶联剂是制备玻纤增强聚合物复合材料时的常用相容剂，根据聚合物品种的不同，通常可以采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷(KH570)或γ-（2，3环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷(KH560)等品种。研究发现，目前加入玻璃纤维和相容剂制备的复合材料，对材料的机械性能有一定的提高作用。若能够提供一种机械性能更为优良的聚甲醛复合材料，则更能够拓展聚甲醛的使用范围和应用领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高机械强度聚甲醛复合材料及其制备方法。

本发明提供了一种高机械强度聚甲醛复合材料，它是由如下重量配比的原料制备而成：

进一步地，它是由如下重量配比的原料制备而成：

其中，本发明研究发现，虽然目前已知的反应性相容剂种类较多，然而，本发明发现，只有在使用特定的几类相容剂时，材料的机械性能才能更为显著地提升，为此，本发明中所述的反应性相容剂为过氧化硅烷，优选自乙烯基三叔丁基过氧化硅烷、甲基三叔丁基过氧化硅烷中的一种或二种的组合。

发明人研究发现，在合适的用量下，过氧化硅烷可以成功地用做玻纤增强聚甲醛复合材料的相容剂，它没有对复合材料的物性有负面影响，而是显著提高了玻纤增强聚甲醛复合材料的各项机械性能。扫描电子显微镜的研究发现，过氧化硅烷可以有效增强玻璃纤维表面与聚甲醛之间的粘接。其原因可能是过氧化硅烷过氧基团在高温时放出的自由基打断了聚甲醛的部分分子链，从而提供了促使相容的化学反应点。

其中，所述防起纤剂为硅酮粉或硅酮母粒中的一种或两种以上的组合。

其中，所述无碱玻璃纤维的单丝直径为10～20μm。

其中，所述甲醛吸收剂选自三聚氰胺、密胺树脂、聚酰胺树脂中的一种或两种以上的组合；所述抗氧剂为抗氧剂245、1010、1098、1076、168、626中的一种或两种以上的组合；所述润滑剂选自N，N-乙撑双硬脂酰胺、双硬脂酸甘油酯、季戊四醇四硬脂酸甘油酯中的一种或两种以上的组合。

进一步地，它是由如下重量配比的原料制备而成：

聚甲醛树脂83.2份、三聚氰胺0.3份、乙烯基三叔丁基过氧化硅烷0.3份、抗氧剂2450.3份、季戊四醇四硬脂酸甘油酯0.2份、硅酮母粒0.7份、无碱玻璃纤维15份；或

聚甲醛树脂83.6份、密胺树脂0.3份、甲基三叔丁基过氧化硅烷0.3份、抗氧剂10980.3份、N，N-乙撑双硬脂酰胺0.2份、硅酮粉0.3份、无碱玻璃纤维15份；或

聚甲醛树脂73.2份、三聚氰胺0.3份、乙烯基三叔丁基过氧化硅烷0.3份、抗氧剂2450.3份、季戊四醇四硬脂酸甘油酯0.2份、硅酮母粒0.7份、无碱玻璃纤维25份。

本发明还提供了上述聚甲醛复合材料的制备方法，它包括如下操作步骤：

（1）按配比称取原料；

（2）将聚甲醛树脂、甲醛吸收剂、反应性相容剂、抗氧剂、润滑剂和防起纤剂在高速混料机中混匀，再将共混物和无碱玻璃纤维在双螺杆挤出机中熔融混合、挤出、造粒；其中，双螺杆挤出机中的加工温度在170～230℃。

生产过程中，无碱玻璃纤维可以从挤出机玻纤口或侧喂料口加入。