一種耐磨性好的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐磨性好的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，屬于塑料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]聚甲醛作為工程塑料之一，是一種高密度、高結(jié)晶的線性聚合物，具有較高的強(qiáng)度和模量，良好的耐磨損、耐化學(xué)侵蝕、耐蠕變、耐疲勞性能，以及制品尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，是代替銅、鋅、鋁及合金制品的較理想材料，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、電子電氣、機(jī)械、化工等領(lǐng)域。我國(guó)現(xiàn)有的聚甲醛產(chǎn)品大多為通用型，為了提高產(chǎn)品在航空航天領(lǐng)域的使用，必須要向高端改性聚甲醛轉(zhuǎn)移，一般采用復(fù)合材料的形式進(jìn)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(qiáng)、高模、熱穩(wěn)定性能好、尺寸穩(wěn)定、精度高等性能的機(jī)械零件及結(jié)構(gòu)部件。
[0003]現(xiàn)有許多研究多采用玻璃纖維增強(qiáng)聚甲醛制備聚甲醛復(fù)合材料，而以碳纖維作為增強(qiáng)體，制備高強(qiáng)度、高模量、高耐熱等聚甲醛復(fù)合材料的研究少有報(bào)道。碳纖維作為一種新型碳材料，具有拉伸強(qiáng)度大、模量高、抗疲勞、耐磨損、耐腐蝕、自潤(rùn)滑性、密度低、耐高溫、耐低溫、線膨脹系數(shù)小、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等優(yōu)良的性能。碳纖維作為增強(qiáng)體，可以大大提高材料的力學(xué)性能，改善熱穩(wěn)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。本發(fā)明還添加納米白炭黑進(jìn)一步增強(qiáng)了聚甲醛復(fù)合塑料的耐磨性，提高在工程中的使用壽命，一般聚甲醛在加工后期制品易發(fā)生開裂、變形等問題，大大影響制品合格率，浪費(fèi)資源，增加成本，本發(fā)明使用的工藝能有效解決這一難題，降低了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種耐磨性好的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，解決了塑料易開裂、變形的難題，并大大提高了聚甲醛塑料的耐磨性和其他性能，提高了使用范圍。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下方案實(shí)施:
一種耐磨性好的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)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、二硫化鑰2-3、硬脂酰胺0.4-0.7、硅油0.5_1、抗氧化劑2450.2-0.4、納米白炭黑6-8、共聚酰胺2_4、硅烷偶聯(lián)劑KH-5700.3-0.6、氧化石墨烯2_4、納米二氧化硅2-3 ；
本發(fā)明所述一種耐磨性好的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將聚甲醛、硬脂酰胺和抗氧化劑245混合加到高速攪拌機(jī)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(jié)2-3小時(shí)后備用，將氧化石墨烯加到含有1%聚硅氧烷的乙醇溶液中，于90W下超聲5-10分鐘，再加入納米白炭黑、二硫化鑰繼續(xù)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(lián)劑KH-570、備用的納米二氧化硅混合研磨均勻，再將碳纖維進(jìn)行短切、預(yù)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(zhì)加到雙螺桿擠出機(jī)的主喂料槽，再將步驟(2)的混合物在自然排氣口加入，設(shè)定工藝參數(shù)進(jìn)行擠出、拉條、冷卻、造粒，然后于真空干燥箱內(nèi)70-80° C干燥2-3小時(shí)；
(4)將步驟(3)得到的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料加熱到150-180°C，迅速冷卻后再加到注塑機(jī)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(shí)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(fā)明所述擠出的工藝參數(shù)是:擠出機(jī)機(jī)筒溫度為170-190° C，螺桿轉(zhuǎn)速為50_120r/mino
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明添加的碳纖維預(yù)熱處理后在聚甲醛中分散均勻，提高了材料的綜合性能，采取的制備工藝解決了塑料易開裂、變形的難題，添加的納米白炭黑和二硫化鑰提高了聚甲醛塑料的耐磨性，增大了使用范圍。
[0008]具體實(shí)施方案
下面通過具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0009]一種耐磨性好的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)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100、碳纖維25、二硫化鑰3、硬脂酰胺0.6、硅油0.6、抗氧化劑2450.4、納米白炭黑7、共聚酰胺3、硅烷偶聯(lián)劑KH-5700.4、氧化石墨烯4、納米二氧化硅3 ；
本發(fā)明所述一種耐磨性好的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將聚甲醛、硬脂酰胺和抗氧化劑245混合加到高速攪拌機(jī)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420°C下真空燒結(jié)3小時(shí)后備用，將氧化石墨烯加到含有1%聚硅氧烷的乙醇溶液中，于90W下超聲7分鐘，再加入納米白炭黑、二硫化鑰繼續(xù)分散30分鐘，過濾，沉淀用蒸餾水沖洗后烘干，并和硅烷偶聯(lián)劑KH-570、備用的納米二氧化硅混合研磨均勻，再將碳纖維進(jìn)行短切、預(yù)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(zhì)加到雙螺桿擠出機(jī)的主喂料槽，再將步驟
(2)的混合物在自然排氣口加入，設(shè)定工藝參數(shù)進(jìn)行擠出、拉條、冷卻、造粒，然后于真空干燥箱內(nèi)80° C干燥2小時(shí)；
(4)將步驟(3)得到的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料加熱到170°C，迅速冷卻后再加到注塑機(jī)中，注塑溫度為180° C，注塑壓力為60MPa，注射速度為60mm/s，保溫時(shí)間為20s，模具溫度為80° C，即可得到各種形狀的部件。
[0010]本發(fā)明所述擠出的工藝參數(shù)是:擠出機(jī)機(jī)筒溫度為190° C，螺桿轉(zhuǎn)速為70r/min。
[0011]實(shí)施例中炭纖維增強(qiáng)聚甲醛塑料的性能參數(shù)如下:
彈性模量(GPa):19.2 ；
拉伸強(qiáng)度(MPa):161 ；
彎曲強(qiáng)度(MPa):181 ；
斷裂伸長(zhǎng)率(％):0.63 ；缺口沖擊強(qiáng)度(kJ/m-2):14.4 ；磨損量(mg):8.06。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種耐磨性好的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)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、二硫化鑰2-3、硬脂酰胺0.4-0.7、硅油0.5-1、抗氧化劑2450.2-0.4、納米白炭黑6_8、共聚酰胺2_4、硅烷偶聯(lián)劑KH-5700.3-0.6、氧化石墨烯2-4、納米二氧化硅2-3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐磨性好的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)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、硬脂酰胺和抗氧化劑245混合加到高速攪拌機(jī)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(jié)2-3小時(shí)后備用，將氧化石墨烯加到含有1%聚硅氧烷的乙醇溶液中，于90W下超聲5-10分鐘，再加入納米白炭黑、二硫化鑰繼續(xù)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(lián)劑KH-570、備用的納米二氧化硅混合研磨均勻，再將碳纖維進(jìn)行短切、預(yù)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(zhì)加到雙螺桿擠出機(jī)的主喂料槽，再將步驟(2)的混合物在自然排氣口加入，設(shè)定工藝參數(shù)進(jìn)行擠出、拉條、冷卻、造粒，然后于真空干燥箱內(nèi)70-80° C干燥2-3小時(shí)； (4)將步驟(3)得到的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料加熱到150-180°C，迅速冷卻后再加到注塑機(jī)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(shí)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(jù)權(quán)利要求2所述的一種耐磨性好的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，擠出的工藝參數(shù)是:擠出機(jī)機(jī)筒溫度為170-190° C，螺桿轉(zhuǎn)速為50-120r/min0
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐磨性好的碳纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)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、二硫化鉬2-3、硬脂酰胺0.4-0.7、硅油0.5-1、抗氧化劑2450.2-0.4、納米白炭黑6-8、共聚酰胺2-4、硅烷偶聯(lián)劑KH-5700.3-0.6、氧化石墨烯2-4、納米二氧化硅2-3；本發(fā)明添加的碳纖維預(yù)熱處理后在聚甲醛中分散均勻，提高了材料的綜合性能，采取的制備工藝解決了塑料易開裂、變形的難題，添加的納米白炭黑和二硫化鉬提高了聚甲醛塑料的耐磨性，增大了使用范圍。
【IPC分類】C08K3-04, B29C45-76, B29C47-92, B29B9-06, C08L59-00, C08K3-36, C08K7-06, C08K3-30, C08K13-06, C08K9-00, C08L77-00
【公開號(hào)】CN104672768
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510062887
【發(fā)明人】朱正娟
【申請(qǐng)人】合肥康齡養(yǎng)生科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月6日