改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料及其制备方法.pdf

本发明适用于环保型高分子材料领域，提供了一种改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料及其制备方法，所述复合材料包含的原料及各原料质量份配比如下：聚甲醛树脂85-97份；竹纤维3-15份；相容剂5-10份；抗氧化剂0.1－1份；偶联剂0.5－2份；润滑剂0.1－2份。选料后，在混合器中进行混合，最后投入双螺杆挤出机，经过熔融挤出、造粒。本发明采用竹纤维制备汽车自润滑复合材料，该材料质量轻、硬度高、韧性好，而且光滑耐磨，可用作汽车自润滑材料，极具推广意义。

权利要求书
1.  一种改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料，其特征在于，其包含 的原料及各原料质量份配比如下：


2.  如权利要求1所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料，其特征 在于，所述聚甲醛树脂为共聚POM树脂，其熔融指数为10g/10min、熔点为172 ℃。

3.  如权利要求1所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料，其特征 在于，所述竹纤维为束状，在1000mm长度下，束状竹纤维其纤维强力≥600N/g， 所述束状竹纤维经切割形成一定长度的纤维小段，并经过碱液浸泡处理。

4.  如权利要求3所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料，其特征 在于，所述纤维小段的长度为10mm，所述碱液为质量浓度为10％的NaOH碱 液。

5.  如权利要求1所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料，其特征 在于，所述相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物。

6.  如权利要求1所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料，其特征 在于，所述抗氧剂由三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和亚磷酸三[2，4-二 叔丁基苯基]酯按重量比2：1复配而成。

7.  如权利要求1所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料，其特征 在于，所述偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。

8.  如权利要求1所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料，其特征 在于，所述润滑剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙。

9.  一种改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料的制备方法，其特征在 于，包括下述步骤：
按照如权利要求1-8任一项所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材 料的原料质量份配比称取各原料；
将称取的各原料在混合器中混合3-5分钟，得到混合料；
将所述混合料投置于双螺杆挤出机，经过熔融挤出、造粒。

10.  如权利要求9所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料的制备 方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的工艺条件为：所述双螺杆挤出机的螺 杆分为四个加温区，其中一区温度设置为160－190℃，二区温度设置为150－ 190℃，三区温度设置为150－190℃，四区温度设置为150－160℃，所述混合 料在所述双螺杆挤出机的螺杆中输送时间为1-2分钟。

说明书改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于环保型高分子材料技术领域，尤其涉及一种改性竹纤维增强聚 甲醛汽车自润滑复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着国内汽车产业的发展，其对工程塑料的需求量也逐年增加， 而工程塑料中，聚甲醛(POM)产品又占了很大的比例。因此，随着我国汽车 工业进程的加快，汽车工业将是未来聚甲醛产品增长最快的领域之一和最大的 潜在市场。加快开发高性能汽车专用聚甲醛产品,不仅可以拓展聚甲醛产品的。
汽车中以POM为材料的零件依车型可制成不同尺寸的，所涉及的品种或 品牌繁多，而零件涉及到：雨刮器电动齿轮、减震器盖、安全卡扣、燃油泵以 及各种系统齿轮等。目前聚甲醛自润滑复合材料大多数含有TPU(热塑性聚氨 酯弹性体橡胶)、玻璃纤维、晶须等增强体和PTFE(聚四氟乙烯)、MoS2(二 硫化钼)等润滑剂，既增加了成本，也不利于环保，与汽车材料的发展趋势不 符。
目前一些汽车零部件供应商对聚甲醛特定的提出了较高的要求，例如奇瑞 汽车制定了Q/SQR.04.110-2004《汽车用聚甲醛工程塑料》，明确了汽车用聚甲 醛的质量要求，此外还有北汽的BAS-335《汽车用聚甲醛(POM)材料技术 要求》等。聚甲醛自身具有良好的摩擦性能，但是可承载的强度低，摩擦耗损 大，缺口敏感性强，不利于直接用结构功能制件，需要对其进行改性。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复 合材料及其制备方法，旨在解决现有甲醛工程塑料强度低、摩擦耗损大、缺口 敏感性强、不利于直接用结构功能制件的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一方面，所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料，其包含的原料 及各原料质量份配比如下：

进一步的所述聚甲醛树脂为共聚POM树脂，其熔融指数为10g/10min、熔 点为172℃。
进一步的，所述竹纤维为束状，在1000mm长度下，束状竹纤维其纤维强 力≥600N/g，所述束状竹纤维经切割形成一定长度的纤维小段，并经过碱液浸 泡处理。
进一步的，所述纤维小段的长度为10mm，所述碱液为质量浓度为10％的 NaOH碱液。
进一步的，所述相容剂为EMA，即乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，亦作复合材 料中的增韧弹性体。
进一步的，所述抗氧剂由三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和亚磷酸三[2， 4-二叔丁基苯基]酯按重量比2：1复配而成。
进一步的，所述偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
进一步的，所述润滑剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙。
另一方面，所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料的制备方法， 包括下述步骤：
按照上述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料的原料质量份配比称 取各原料；
将称取的各原料在混合器中混合3-5分钟，得到混合料；
将所述混合料投置于双螺杆挤出机，经过熔融挤出、造粒。
进一步的，所述双螺杆挤出机的工艺条件为：所述双螺杆挤出机的螺杆分 为四个加温区，其中一区温度设置为160－190℃，二区温度设置为150－190 ℃，三区温度设置为150－190℃，四区温度设置为150－160℃，所述混合料在 所述双螺杆挤出机的螺杆中输送时间为1-2分钟。
本发明的有益效果是：本发明采用竹纤维作为原料，并选用合适的相容剂、 润滑剂、偶联剂、抗氧化剂，来制备汽车自润滑用的增强聚甲醛复合材料，竹 纤维作为天然纤维，其密度低、强度高、韧性好、价格低廉、资源丰富，可降 低生产成本；另外，本发明中竹纤维原料优选为长条束状，强度高，韧性好， 填充至POM树脂中有助于增加材料强度。此外，在本发明的优选技术方案中， 采用特制切割机对竹纤维进行二次加工，切割成长10mm的竹纤维小段，可与 树脂更好的预共混，提高实际生产时可操作性；另外，相容剂采用EMA，此共 聚物与POM具有优异的相容性，并可起到增韧的作用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料，其 包含的原料及各原料质量份配比如下：


作为一种实际选料方式，所述聚甲醛树脂为共聚POM树脂，其熔融指数 为10g/10min、熔点为172℃；所述竹纤维为束状，在1000mm长度下，束状竹 纤维其纤维强力≥600N/g，所述束状竹纤维经特制切割机切割成一定长度的纤 维小段，并经过碱液浸泡处理，在复合材料中，竹纤维的填充含量3-15％，作 为优选的，这里纤维小段的长度为10mm，并且所述纤维小段经过浓度为10％ 的NaOH碱液浸泡处理，比如浸泡时间为6小时；所述相容剂为EMA，为乙 烯-丙烯酸甲酯共聚物，可以提高竹纤维与聚甲醛树脂间的相容性；所述抗氧剂 由三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和亚磷酸三[2，4-二叔丁基苯基]酯按 重量比2：1复配而成；所述偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷；所述润滑剂 为硬脂酸锌和硬脂酸钙。
本实施例中，将束状竹纤维切成10mm长的纤维小段，可与树脂更好的预 共混，提高实际生产时可操作性。另外，本发明利用去离子水配置浓度为10％ 的NaOH碱液侵泡竹纤维6小时，对其进行改性是本发明的关键所在，经浓度 为10％碱夜处理可祛除纤维表面的木质素、半纤维素、果胶以及杂质，使得纤 维表面变得洁净，降低纤维表面的极性，且增大纤维表面积，可以提高纤维与 树脂间的润湿性和相容性，从而达到提高材料强度的目的。
另外，本发明实施例还提供了一种改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合 材料的制备方法，包括下述步骤：
S101、按照所述改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料的原料质量份 配比称取各原料；
S102、将称取的各原料在混合器中混合3-5分钟，得到混合料；
S103、将所述混合料投置于双螺杆挤出机，经过熔融挤出、造粒。
这里，称取的竹纤维为10mm长的束状竹纤维小段，并且经过浓度为10％ 的NaOH碱液浸泡6小时。原料称取完毕后，在中速混合器中混合3-5分钟， 最后将混合均匀的原料投置于双螺杆挤出机，通过双螺杆挤出机的主喂料口进 料，然后经过熔融挤出、造粒，得到改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材 料。生产工艺条件为：所述双螺杆挤出机的螺杆分为四个加温区，其中一区温 度设置为160－190℃，二区温度设置为150－190℃，三区温度设置为150－190 ℃，四区温度设置为150－160℃，所述混合料在所述双螺杆挤出机的螺杆中输 送时间为1-2分钟。
下面通过六个具体实施例对本发明作详细的描述：
实施例1
聚甲醛树脂95.6％；竹纤维3％；偶联剂0.5％；相容剂5％；抗氧剂0.4％； 润滑剂0.5％；经过熔融温度为150-190℃双螺杆挤出机挤出、造粒。
其中螺杆挤出机各区段温度为：一区150℃，二区180℃，三区190℃，四 区190℃，五区160℃，输送时间为100秒钟。
实施例2
聚甲醛树脂93.6％；竹纤维6％；偶联剂0.8％；相容剂5％；抗氧剂0.5％； 润滑剂0.6％；经过熔融温度为150-170℃双螺杆挤出机挤出、造粒。
其中螺杆挤出机各区段温度为：一区150℃，二区180℃，三区190℃，四 区180℃，五区160℃，输送时间为100秒钟。
实施例3
聚甲醛树脂79.7％；竹纤维9％；偶联剂1％；相容剂5％；抗氧剂0.7％； 润滑剂0.6％；经过熔融温度为150-190℃双螺杆挤出机挤出、造粒。
其中螺杆挤出机各区段温度为：一区150℃，二区180℃，三区190℃，四 区190℃，五区150℃，输送时间为100秒钟。
实施例4
聚甲醛树脂73.3％；竹纤维12％；偶联剂1％；相容剂10％；抗氧剂0.7％； 润滑剂0.6％；经过熔融温度为150-190℃双螺杆挤出机挤出、造粒。
其中螺杆挤出机各区段温度为：一区150℃，二区180℃，三区190℃，四 区190℃，五区150℃，输送时间为100秒钟。
实施例5
聚甲醛树脂71.8％；竹纤维15％；偶联剂1.5％；相容剂10％；抗氧剂0.7％； 润滑剂1％；经过熔融温度为150-190℃双螺杆挤出机挤出、造粒。
其中螺杆挤出机各区段温度为：一区150℃，二区180℃，三区190℃，四 区190℃，五区150℃，输送时间为100秒钟。
实施例6
聚甲醛树脂81.8％；竹纤维6％；偶联剂1％；相容剂10％；抗氧剂0.5％； 润滑剂0.7％；经过熔融温度为150-190℃双螺杆挤出机挤出、造粒。
其中螺杆挤出机各区段温度为：一区150℃，二区180℃，三区190℃，四 区190℃，五区150℃，输送时间为100秒钟。
下面对上述六个实施例制得的改性竹纤维增强聚甲醛汽车自润滑复合材料 进行性能测试，具体的，将上述实施例1-6完成造粒得到的粒子在80℃烘箱中 烘料4-6小时，再将烘干的粒子在80T注塑机上注塑制样，制样过程中保持模 温在50-60℃之间，待24小时后再测试。
拉伸强度按GB/T 1040标准进行检验，试样类型为I型，试样尺寸(长× 端部宽度×厚度，单位mm)：170×(20±0.2)×(4±0.2)，拉伸速度为50mm/min。
摩擦系数和磨损率按GB 3960-83标准进行检验。试样类型I为型，试样尺 寸(单位mm)：φ100×6，摩擦速度为200转/分，摩擦时间2小时，载荷 20N。
缺口冲击强度按GB/T 1043标准进行检验，试样类型为I型，试样尺寸(长 ×端部宽度×厚度，单位mm)：(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)；缺口类型 为A类，缺口剩余厚度为3.2mm。
试样的硬度依据GB 2411-1989执行,测试前将试样在2000#砂纸上打磨， 粗糙度为Ra＝0.1μm，所用的硬度计类型为邵氏硬度D型，每组试样测量5点， 取平均值。
实施例1～6配比及性能测试结果如下表1：
实施例 1 2 3 4 5 6 POM(份) 95.1 93.6 79.7 73.3 71.8 81.8 竹纤维(份)/长10mm 3 6 9 12 15 6 偶联剂(份) 0.5 0.8 1 1 1.5 1 相容剂(份) 5 5 10 10 10 10 抗氧剂(份) 0.4 0.5 0.6 0.7 0.7 0.5 润滑剂(份) 0.5 0.6 0.7 0.6 1 0.7 密度(g/cm2) 1.38 1.36 1.34 1.32 1.30 1.34 缺口冲击强度(J/m) 115 123 128 127 118 128 拉伸强度(MPa) 50 52 47 45 40 48 摩擦系数 0.20 0.19 0.19 0.18 0.21 0.17 磨损率(10-6mm3/N-1m-1) 4.5 2.9 3.7 4.1 5.1 2.1 邵氏硬度(HD) 82 85 86 89 91 86
表1
从表1中可看出，通过本实施例配方及方法制得的复合材料质量轻、强度 高、韧性好、光滑且耐摩擦，适合用作汽车自润滑材料。
综上，本发明采用竹纤维与聚甲醛经熔融共混制备出新型环保复合材料， 竹纤维作为一种天然的植物纤维，具有亚麻纤维同等的结构，并且还有拉力强、 弹性模量高、耐摩擦等特性，而且我国是世界上最大的竹资源国，竹原材料分 布广，产量大。制备复合材料成本低，而且复合材料具有密度低、韧性好、模 量高等优点，可作为汽车自润滑材料极具推广意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。