一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備方法
【專利說明】 一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備
方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備方法，屬于塑料生產技術領域。
【背景技術】
[0002]聚甲醛作為工程塑料之一，是一種高密度、高結晶的線性聚合物，具有較高的強度和模量，良好的耐磨損、耐化學侵蝕、耐蠕變、耐疲勞性能，以及制品尺寸穩定性好等特點，是代替銅、鋅、鋁及合金制品的較理想材料，被廣泛應用于汽車制造、電子電氣、機械、化工等領域。我國現有的聚甲醛產品大多為通用型，為了提高產品在航空航天領域的使用，必須要向高端改性聚甲醛轉移，一般采用復合材料的形式進行改性，這種改性材料必須具有突出的綜合性能，才能用于制備要求具有高強、高模、熱穩定性能好、尺寸穩定、精度高等性能的機械零件及結構部件。
[0003]現有許多研究多采用玻璃纖維增強聚甲醛制備聚甲醛復合材料，而以碳纖維作為增強體，制備高強度、高模量、高耐熱等聚甲醛復合材料的研究少有報道。碳纖維作為一種新型碳材料，具有拉伸強度大、模量高、抗疲勞、耐磨損、耐腐蝕、自潤滑性、密度低、耐高溫、耐低溫、線膨脹系數小、導電、導熱等優良的性能。碳纖維作為增強體，可以大大提高材料的力學性能，改善熱穩定性、摩擦性能、提高剛性、有助于減少成型收縮率、保證尺寸精度。作為軸承減磨零件，當工作溫度長期超過160° C或有很大的徑向負荷、止推負荷時，或是需要連續高速運轉，以及長期時間內要求軸的偏斜極小或要求軸的磨損先于軸承的磨損時，一般的塑料無法滿足其要求。并且聚甲醛在后期加工過程中易發生開裂、變形等問題，大大影響制品合格率，浪費資源，增加成本。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備方法。
[0005]為了實現本發明的目的，本發明通過以下方案實施:
一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備方法，由下列重量份的原料制成:聚甲醛90-100、碳纖維10-30、聚四氟乙烯微粉3-5、聚乙烯微粉2-5、三聚氰胺2-4、環烷酸鎂0.5-1、抗氧劑ΜΒ0.3-0.5、硅烷偶聯劑KH-5500.3-0.6、氧化石墨烯2_4、納米二氧化娃2~3 ；
本發明所述一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將聚甲醛、環烷酸鎂和抗氧化劑MB混合加到高速攪拌機中攪拌均勻，并在真空干燥箱中于70-80° C下干燥2-3h備用；
(2)將納米二氧化硅在400-450°C下真空燒結2-3小時后備用，將氧化石墨烯加到含有1%偏苯三酸三辛酯的乙醇溶液中，于90W下超聲5-10分鐘，再加入聚四氟乙烯微粉和聚乙烯微粉繼續分散20-30分鐘，過濾，沉淀用蒸餾水沖洗后烘干，并和硅烷偶聯劑KH-550、備用的納米二氧化硅混合研磨均勻，再將碳纖維進行短切、預熱處理后和上述的混合物混合攪拌均勻備用；
(3)將步驟(I)的聚甲醛混料和其余剩余物質加到雙螺桿擠出機的主喂料槽，再將步驟
(2)的混合物在自然排氣口加入，設定工藝參數進行擠出、拉條、冷卻、造粒，然后于真空干燥箱內70-80° C干燥2-3小時；
(4)將步驟(3)得到的碳纖維增強聚甲醛復合材料加熱到150-180°C，迅速冷卻后再加到注塑機中，注塑溫度為180-190° C，注塑壓力為50-60MPa，注射速度為55-60mm/s，保溫時間為15-20S，模具溫度為70-80° C，即可得到各種形狀的部件。
[0006]本發明所述擠出的工藝參數是:擠出機機筒溫度為170-190° C，螺桿轉速為50_120r/mino
[0007]本發明的優點是:本發明添加的碳纖維預熱處理后在聚甲醛中分散均勻，提高了材料的綜合性能，添加的聚四氟乙烯和聚乙烯改善了聚甲醛本身的摩擦系數，降低摩擦阻力，使的聚甲醛復合塑料在軸承減磨零件中有廣泛的應用。
[0008]具體實施方案
下面通過具體實例對本發明進行詳細說明。
[0009]一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:聚甲醛96、碳纖維23、聚四氟乙烯微粉5、聚乙烯微粉4、三聚氰胺3、環烷酸鎂0.7、抗氧劑ΜΒ0.5、硅烷偶聯劑KH-5500.5、氧化石墨烯4、納米二氧化硅3 ；
本發明所述一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將聚甲醛、環烷酸鎂和抗氧化劑MB混合加到高速攪拌機中攪拌均勻，并在真空干燥箱中于80° C下干燥3h備用；
(2)將納米二氧化硅在430°C下真空燒結3小時后備用，將氧化石墨烯加到含有1%偏苯三酸三辛酯的乙醇溶液中，于90W下超聲8分鐘，再加入聚四氟乙烯微粉和聚乙烯微粉繼續分散30分鐘，過濾，沉淀用蒸餾水沖洗后烘干，并和硅烷偶聯劑KH-550、備用的納米二氧化硅混合研磨均勻，再將碳纖維進行短切、預熱處理后和上述的混合物混合攪拌均勻備用；
(3)將步驟(I)的聚甲醛混料和其余剩余物質加到雙螺桿擠出機的主喂料槽，再將步驟
(2)的混合物在自然排氣口加入，設定工藝參數進行擠出、拉條、冷卻、造粒，然后于真空干燥箱內80° C干燥3小時；
(4)將步驟(3)得到的碳纖維增強聚甲醛復合材料加熱到170°C，迅速冷卻后再加到注塑機中，注塑溫度為190° C，注塑壓力為60MPa，注射速度為60mm/s，保溫時間為20s，模具溫度為80° C，即可得到各種形狀的部件。
[0010]本發明所述擠出的工藝參數是:擠出機機筒溫度為180° C，螺桿轉速為90r/min。
[0011]實施例中炭纖維增強聚甲醛塑料的性能參數如下:
彈性模量(GPa):18.3 ；
拉伸強度(MPa):153 ;彎曲強度(MPa):175 ；
斷裂伸長率(％):0.76 ；
缺口沖擊強度(kJ/m-2):16.1 ；靜摩擦系數:0.173。
【主權項】
1.一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:聚甲醛90-100、碳纖維10-30、聚四氟乙烯微粉3-5、聚乙烯微粉2-5、三聚氰胺2-4、環烷酸鎂0.5-1、抗氧劑ΜΒ0.3-0.5、硅烷偶聯劑KH-5500.3-0.6、氧化石墨烯2-4、納米二氧化硅2-3。
2.根據權利要求1所述一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備方法，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將聚甲醛、環烷酸鎂和抗氧化劑MB混合加到高速攪拌機中攪拌均勻，并在真空干燥箱中于70-80° C下干燥2-3h備用； (2)將納米二氧化硅在400-450°C下真空燒結2-3小時后備用，將氧化石墨烯加到含有1%偏苯三酸三辛酯的乙醇溶液中，于90W下超聲5-10分鐘，再加入聚四氟乙烯微粉和聚乙烯微粉繼續分散20-30分鐘，過濾，沉淀用蒸餾水沖洗后烘干，并和硅烷偶聯劑KH-550、備用的納米二氧化硅混合研磨均勻，再將碳纖維進行短切、預熱處理后和上述的混合物混合攪拌均勻備用； (3)將步驟(I)的聚甲醛混料和其余剩余物質加到雙螺桿擠出機的主喂料槽，再將步驟(2)的混合物在自然排氣口加入，設定工藝參數進行擠出、拉條、冷卻、造粒，然后于真空干燥箱內70-80° C干燥2-3小時； (4)將步驟(3)得到的碳纖維增強聚甲醛復合材料加熱到150-180°C，迅速冷卻后再加到注塑機中，注塑溫度為180-190° C，注塑壓力為50-60MPa，注射速度為55-60mm/s，保溫時間為15-20S，模具溫度為70-80° C，即可得到各種形狀的部件。
3.根據權利要求2所述的一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備方法，其特征在于，擠出的工藝參數是:擠出機機筒溫度為170-190° C，螺桿轉速為50_120r/mino
【專利摘要】本發明公開了一種降低摩擦系數的碳纖維增強聚甲醛復合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：聚甲醛90-100、碳纖維10-30、聚四氟乙烯微粉3-5、聚乙烯微粉2-5、三聚氰胺2-4、環烷酸鎂0.5-1、抗氧劑MB0.3-0.5、硅烷偶聯劑KH-5500.3-0.6、氧化石墨烯2-4、納米二氧化硅2-3；本發明添加的碳纖維預熱處理后在聚甲醛中分散均勻，提高了材料的綜合性能，添加的聚四氟乙烯和聚乙烯改善了聚甲醛本身的摩擦系數，降低摩擦阻力，使的聚甲醛復合塑料在軸承減磨零件中有廣泛的應用。
【IPC分類】C08K7-06, C08K5-098, C08L27-18, C08K3-36, B29B9-06, C08K9-06, B29C45-76, C08L59-00, C08K3-04, C08K9-04, C08L23-06, C08K9-00, C08K13-06, B29C47-92, C08K5-3492
【公開號】CN104672771
【申請號】CN201510062938
【發明人】朱正娟
【申請人】合肥康齡養生科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月6日