一种高性能聚合物纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能聚合物纳米复合材料，按重量百分比计，所述复合材料包括聚甲醛70‑95％、纳米填料0.8‑15％、硅烷偶联剂2‑5％和助剂2‑20％，以及该纳米复合材料的制备方法将纳米填料分散在硅烷偶联剂的乙醇溶液中，搅拌一段时间后，对纳米填料进行真空干燥处理；将表面涂有硅烷偶联剂的纳米填料、二异氰酸酯、润滑剂和稀土稳定剂加入到转矩流变仪中与聚甲醛混炼，得到纳米复合材料前驱体；对纳米复合材料前驱体进行干燥处理，然后转移至双螺杆挤出机中熔融后挤出，将熔融的挤出料经注射机注塑成型，得到具有优异耐磨损性能的高性能聚合物纳米复合材料。

A High Performance Polymer Nanocomposites and Its Preparation Method

The invention discloses a high-performance polymer nanocomposite material, which comprises polyformaldehyde 70 95%, nano-filler 0.8 15%, silane coupling agent 2 5% and additive 2 20% by weight percentage. The preparation method of the nanocomposite material disperses the nano-filler in the ethanol solution of the silane coupling agent, and after stirring for a period of time, enters the nano-filler. Vacuum drying treatment was carried out; nano-fillers coated with silane coupling agent, diisocyanate, lubricant and rare earth stabilizer were added to the torque rheometer and blended with polyformaldehyde to obtain nano-composite precursor; nano-composite precursor was dried and then transferred to twin-screw extruder for melting and extrusion, and the melted extrudate was injected into the injection machine to form nano-composite precursor. High performance polymer nanocomposites with excellent wear resistance were obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能聚合物纳米复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子复合材料
，更具体的说是涉及一种高性能聚合物纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚合物基耐磨复合材料是以热塑性或热固性树脂为基体，通过添加有机或无机的减磨组分以及抗磨增强组分而呈现良好的耐磨性能，世界上最早的聚合物基耐磨复合材料是填充石墨的酚醛树脂和可浸渍含油的多孔酚醛树脂，其后，随着高分子化工技术的不断进步，新型合成树脂尼龙、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚酰亚胺以及含氧树脂基的减摩复合材料也相继被开发，采用聚合物为基体的耐磨复合材料具有减摩自润滑、耐磨、耐腐蚀、减震吸振、减低噪音、相对密度小、比强度和加工简便等系列优良特性，因此作为其他材料的替代产品获得了越来越多的应用。目前，通常的高性能耐热性聚合物主要有聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰亚胺和耐高温环氧树脂等，并且用于耐摩擦磨损聚合物基复合材料的填料主要有橡胶弹性体和无机耐磨填料，然而橡胶填料具有成本高，制备工艺复杂等缺点，而无机耐磨填料普遍存在密度大、与树脂相容性差、易离析、分散性差等缺点。近年来，纳米材料以其轻质、比表面积大、与树脂相容性好、综合力强、物理性能优异等显著特点越来越引起人们的广泛关注，以纳米材料作为填料来提高聚合物耐磨损性能是研究的热点。因此，如何提供一种耐摩擦性能优异的高性能聚合物纳米复合材料及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种能够充分改善耐磨损性能的聚合物纳米复合材料及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高性能聚合物纳米复合材料，按重量百分比计，所述复合材料包括聚甲醛70-95％、纳米填料0.8-15％、硅烷偶联剂2-5％和助剂2-20％。优选的，在上述一种高性能聚合物纳米复合材料中，所述纳米填料为含有石墨的多晶硅和纳米氧化铝，并且纳米填料的粒径≤35μm，使其与聚甲醛能够很好的结合。优选的，在上述一种高性能聚合物纳米复合材料中，所述助剂为润滑剂、稀土稳定剂和二异氰酸酯，并且润滑剂、稀土稳定剂和二异氰酸酯的质量百分比为1∶1.2-1.8∶0.8-1.1。其中二异氰酸酯的存在有助于物质混炼过程中增强纳米填料与聚甲醛大分子的粘结作用，提高结合强度，润滑剂与稀土稳定剂结合使用，能够使复合材料表现出较低的摩擦力和摩擦系数，提高复合材料的耐摩擦性能，并且提高了复合材料整体的稳定性。优选的，在上述一种高性能聚合物纳米复合材料中，润滑剂为聚硅氧烷、氟代低聚物、含氟聚合物或者脂肪酸酰胺中的一种或者几种。本专利技术还公开了一种高性能聚合物纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将纳米填料分散在硅烷偶联剂的乙醇溶液中，搅拌一段时间后，对纳米填料进行真空干燥处理；(2)将表面涂有硅烷偶联剂的纳米填料、二异氰酸酯、润滑剂和稀土稳定剂加入到转矩流变仪中与聚甲醛混炼，得到纳米复合材料前驱体；(3)对纳米复合材料前驱体进行干燥处理，然后转移至双螺杆挤出机中熔融后挤出，将熔融的挤出料经注射机注塑成型。优选的，在上述一种高性能聚合物纳米复合材料的制备方法中，步骤(1)中，在转速为3000-5000rpm的混合机中搅拌5-10min，反应更加充分。优选的，在上述一种高性能聚合物纳米复合材料的制备方法中，步骤(1)中，在100-135℃下对纳米填料干燥处理30-80min，使得纳米填料的孔径充分打开，比表面积增大，提高复合材料整体的耐摩擦性能。优选的，在上述一种高性能聚合物纳米复合材料的制备方法中，步骤(2)中，混炼条件为在100-150℃、转速80-120rpm条件下混炼12-15分钟。优选的，在上述一种高性能聚合物纳米复合材料的制备方法中，步骤(3)中，对纳米复合材料前驱体进行干燥处理至水分含量小于0.1％，有助于改善产品的耐摩擦性能。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种高性能聚合物纳米复合材料，纳米填料在聚甲醛基质中占据主导地位，利用纳米填料对聚甲醛进行结构改性，有助于大分子结晶的成核过程，进而改善摩擦学特性；另外，本专利技术采用转矩流变仪对复合材料进行混炼，使得材料复合材料具有极高的比表面积和高度的柔软性，可确保聚甲醛基体与其它物质之间构成更多的界面结合，使复合材料在破坏过程中消耗更多的能量，从而提高复合材料的韧性及抗裂纹扩展能力，且在干摩擦滑动与刚性摩擦副啮合的过程中发生塑性变形，提高复合材料的耐摩擦能力。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例公开了一种能够充分改善聚合物复合材料耐磨损性能的聚合物纳米复合材料及其制备方法。本专利技术提供了一种高性能聚合物纳米复合材料，按重量百分比计，所述复合材料包括聚甲醛70-95％、纳米填料0.8-15％、硅烷偶联剂2-5％和助剂2-20％。为了进一步优化上述技术方案，所述纳米填料为含有石墨的多晶硅和纳米氧化铝，并且纳米填料的粒径≤35μm。为了进一步优化上述技术方案，所述助剂为润滑剂、稀土稳定剂和二异氰酸酯，并且润滑剂、稀土稳定剂和二异氰酸酯的质量百分比为1∶1.2-1.8∶0.8-1.1。为了进一步优化上述技术方案，润滑剂为聚硅氧烷、氟代低聚物、含氟聚合物或者脂肪酸酰胺中的一种或者几种。本专利技术还公开了一种高性能聚合物纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将纳米填料分散在硅烷偶联剂的乙醇溶液中，搅拌一段时间后，对纳米填料进行真空干燥处理；(2)将表面涂有硅烷偶联剂的纳米填料、润滑剂和稀土稳定剂加入到转矩流变仪中与聚甲醛混炼，得到纳米复合材料前驱体；(3)对纳米复合材料前驱体进行干燥处理，然后转移至双螺杆挤出机中熔融后挤出，将熔融的挤出料经注射机注塑成型。为了进一步优化上述技术方案，步骤(1)中，在转速为3000-5000rpm的混合机中搅拌5-10min。为了进一步优化上述技术方案，步骤(1)中，在100-135℃下对纳米填料干燥处理30-80min。为了进一步优化上述技术方案，步骤(2)中，混炼条件为在100-150℃、转速80-120rpm条件下混炼12-15分钟。为了进一步优化上述技术方案，步骤(3)中，对纳米复合材料前驱体进行干燥处理至水分含量小于0.1％。下面，将通过具体实施例对本专利技术所能达到的效果进行说明。实施例1称取95g聚甲醛、1g纳米填料、2g硅烷偶联剂和2g助剂，其中助剂包括1g聚硅氧烷、1.2g稀土稳定性和0.8g二异氰酸酯；将将纳米填料分散在硅烷偶联剂的乙醇溶液中，其中乙醇为含量95％的工业乙醇，在转速为3000-5000rpm的混合机中搅拌5-10min后，在100℃的烘干箱中对纳米填料进行真空干燥处理30-80min；将表面涂有硅烷偶联剂的纳米填料、润滑剂和稀土稳定剂加入到转矩流变仪中与聚甲醛混炼，得到纳米复合材料前驱体，其中混炼条件为在100-150℃、转速80-120rpm条件下混炼12-15分钟；对纳米复合材料前驱体进行干燥处理至水分含量小于0.1％，然后转移至双螺杆挤出机中熔融后挤出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能聚合物纳米复合材料，其特征在于，按重量百分比计，所述复合材料包括聚甲醛70‑95％、纳米填料0.8‑15％、硅烷偶联剂2‑5％和助剂2‑20％。

【技术特征摘要】
1.一种高性能聚合物纳米复合材料，其特征在于，按重量百分比计，所述复合材料包括聚甲醛70-95％、纳米填料0.8-15％、硅烷偶联剂2-5％和助剂2-20％。2.根据权利要求1所述的一种高性能聚合物纳米复合材料，其特征在于，所述纳米填料为含有石墨的多晶硅和纳米氧化铝，并且纳米填料的粒径≤35μm。3.根据权利要求1所述的一种高性能聚合物纳米复合材料，其特征在于，所述助剂为润滑剂、稀土稳定剂和二异氰酸酯，并且润滑剂、稀土稳定剂和二异氰酸酯的质量百分比为1∶1.2-1.8∶0.8-1.1。4.根据权利要求3所述的一种高性能聚合物纳米复合材料，其特征在于，润滑剂为聚硅氧烷、氟代低聚物、含氟聚合物或者脂肪酸酰胺中的一种或者几种。5.一种权利要求1-4任一项所述的高性能聚合物纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纳米填料分散在硅烷偶联剂的乙醇溶液中，搅拌一段时间后，对纳米填料进行真空干燥处理；(2)将表面涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奎，郑小平，张天云，董丽梅，刘广桥，
申请(专利权)人：兰州城市学院，
类型：发明
国别省市：甘肃,62