國產(chǎn)聚甲醛的增韌改性和耐磨改性研究.pdf

1、聚甲醛(POM)是一種常見的熱塑性工程塑料。由于其綜合性能優(yōu)異,尤其具有良好的力學(xué)性能和理想的自潤滑性,所以被廣泛應(yīng)用于傳動(dòng)部件和機(jī)械制造等領(lǐng)域。但與國外相比,我國POM生產(chǎn)規(guī)模小,工業(yè)化品種單一,且用于汽車、電子電氣、軍工以及尖端科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)品少,因此提高POM的綜合性能也是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要?？紤]到上述所有因素,對(duì)于POM的改性顯得尤為重要。
　　 本文研究內(nèi)容主要包括以下兩大部分:
　　 首先,國產(chǎn)POM的

2、增韌改性研究。
　　 由于:POM具有特殊的分子結(jié)構(gòu),在加工過程中容易結(jié)晶形成較大的球晶,這些球晶在受到外界作用力的時(shí)候很可能成為應(yīng)力集中點(diǎn),引起材料的破壞。這使得聚甲醛的缺口沖擊強(qiáng)度很差,以至于不能夠滿足其再很多領(lǐng)域的應(yīng)用,所以要對(duì)國產(chǎn)POM進(jìn)行增韌改性研究。
　　 本文采用兩大類增韌改性方法對(duì)國產(chǎn)POM進(jìn)行增韌改性。一是彈性體增韌改性、二是纖維彈性體協(xié)同增韌改性。對(duì)于彈性體增韌,本文選用熱塑性彈性體TPU及其增容劑N

3、ovolak、熱塑性彈性體PEO、熱塑性彈性體POE以及其相應(yīng)的增容劑MAH-POE等幾種典型的改性劑對(duì)國產(chǎn)POM進(jìn)行增韌,并建立了POM／TPU／Novolak、POM／PEO、POM／POE／POE-MAH幾種增韌改性體系；對(duì)于纖維彈性體協(xié)同增韌,本文選用PTFE纖維和PEO彈性體作為改性劑,并建立了POM／PEO／PTFE纖維改性體系。
　　 對(duì)上述幾種改性體系分別深入研究了各POM復(fù)合物的沖擊韌性、力學(xué)性能、結(jié)晶情況、熱

4、穩(wěn)定性以及亞微相態(tài)形貌等。發(fā)現(xiàn)以上幾種增韌改性體系使得純POM的沖擊韌性得到了不同程度的提升。對(duì)于POM／TPU／Novolak復(fù)合物,其沖擊韌性可達(dá)到145J／m,相對(duì)于純POM樹脂本身的缺口沖擊強(qiáng)度79J／m而言,其沖擊韌性提升了81.2％。對(duì)于POM／PEO體系,其其沖擊韌性可達(dá)到95.11J／m,相對(duì)于純POM樹脂本身的缺口沖擊強(qiáng)度79J／m而言,其沖擊韌性提升了20％,對(duì)于POM／PEO／PTFE纖維體系,其沖擊韌性可達(dá)到13

5、9.87J／m,相對(duì)于純POM樹脂本身的缺口沖擊強(qiáng)度79J／m而言,其沖擊韌性提升了77％,而對(duì)于POM／POE／POE-MAH體系,由于其增韌效果不及其他幾種體系明顯,本文中未作過多研究。
　　 此外,本文還發(fā)現(xiàn)了增容劑在增韌改性過程中的重要作用,加入Novolak后,POM／TPU復(fù)合物得沖擊性能大約能夠提高25％。事實(shí)上,Novolak很好的起到了增容劑的作用,由于Novolak的加入,提高了POM和TPU的界面粘結(jié)性,減

6、小了表面張力,促進(jìn)了彈性體的分散性。因此促使彈性體增韌劑TPU能夠更均勻的分散在基體樹脂中,充當(dāng)應(yīng)力集中點(diǎn)耗散沖擊能。
　　 本文中,我們消除了由彈性體顆粒的低剛性而引起的復(fù)合材料剛性、模量和屈服強(qiáng)度的損失,獲得了POM復(fù)合材料綜合性能的全面提升。因?yàn)閯傂院蛿嗔秧g性是兩個(gè)相反的行為參數(shù),并且為了開發(fā)出綜合性能優(yōu)異的材料,我們需要在這兩者之間尋找一個(gè)適當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)。為了解決這個(gè)問題,增強(qiáng)相填料如PTFE纖維被引入到了復(fù)合體系中。PT

7、FE纖維能夠同時(shí)改善材料的缺口沖擊強(qiáng)度和機(jī)械力學(xué)性能。因?yàn)镻TFE纖維在受到外力作用的時(shí)候,會(huì)發(fā)生脫粘和抽出作用,這使得它能夠吸收大量的外界沖擊能,并且在短時(shí)間內(nèi)將能量耗散出去,這樣就彌補(bǔ)了力學(xué)性能上的缺失,阻止了材料的嚴(yán)重破壞。
　　 纖維增韌增強(qiáng)的機(jī)理是:在聚四氟乙烯纖維與POM基體之間存在某種機(jī)械嵌合作用,當(dāng)材料受到外界作用力時(shí),纖維產(chǎn)生脫粘和拔出,引起纖維周圍基體產(chǎn)生較大的變形和基體開裂,耗散了大量的沖擊能量,導(dǎo)致POM

8、復(fù)合物斷裂功增加,提高了POM復(fù)合物的韌性。在該復(fù)合物中,聚四氟乙烯纖維增韌不以降低拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能為代價(jià)。在材料斷裂時(shí),由于纖維的拔出和與基體脫粘過程中發(fā)生了延性斷裂,說明聚四氟乙烯纖維對(duì)于POM復(fù)合物的拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能的提高起到了主導(dǎo)作用,從而使得拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能得到相應(yīng)的補(bǔ)償。
　　 其次,國產(chǎn)POM的耐摩擦改性研究。
　　 聚甲醛在許多傳動(dòng)設(shè)備中的應(yīng)用要求其具有良好的耐摩擦性能和自潤滑性

9、能。雖然聚甲醛本身的自潤滑性優(yōu)異,但還不足以滿足其在許多機(jī)械制造領(lǐng)域中的使用要求,因此對(duì)POM進(jìn)行耐摩擦改性顯得十分必要。本文研究了一種新型的包括PTFE纖維和PEO彈性體的POM基復(fù)合材料,此POM復(fù)合材料是通過熔融擠出而制備的,從而提高了POM的摩擦系數(shù)和耐磨性。
　　 由摩擦實(shí)驗(yàn)表明,POM的摩擦系數(shù)和磨損率都隨著PTFE纖維的加入而降低,并且,PTFE纖維的含量越高,摩擦性能越好。摩擦機(jī)理是源于PTFE在滑動(dòng)過程中相對(duì)于

10、對(duì)偶面上的成膜作用。當(dāng)PEO加入到POM／PTFE纖維復(fù)合材料中時(shí),能夠加強(qiáng)對(duì)偶面的轉(zhuǎn)移膜的形成,從而進(jìn)一步改善了材料的摩擦和磨損行為。磨損行為還與載荷和滑動(dòng)時(shí)間相關(guān),在特定的滑動(dòng)時(shí)間和載荷下,能夠形成相應(yīng)的轉(zhuǎn)移膜。尤其應(yīng)該注意的是,作為耐摩擦改性劑的PTFE纖維能夠改善POM的缺口沖擊強(qiáng)度,并且PEO的引入導(dǎo)致了POM增韌效果的更進(jìn)一步提升。亞微相態(tài)形貌學(xué)研究表明增韌效果可歸因于PTFE纖維的抽出作用和POM基體的塑性變形作用帶來的沖