聚甲醛摩擦磨損與其熱氧降解關(guān)系的研究
美國(guó)赫斯特 POM Hostaform C27021 XAP POM線型高分子化合物材料的主鏈上含有氧化亞甲基鏈節(jié)，是無(wú)支鏈的高密度、高結(jié)晶性熱塑性工程塑料，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、突出的自潤(rùn)滑性、耐磨性和耐化學(xué)藥品性，耐蠕變性和疲勞性好，是工程塑料中*接近金屬的品種之一，可用于代替銅、鋁、鋅等有色金屬及合金制品。當(dāng)現(xiàn)代塑料工業(yè)的高速發(fā)展的同時(shí)，全世界POM 產(chǎn)品的消費(fèi)和需求量迅速增長(zhǎng)，已成為當(dāng)今世界的一種極為重要的工程塑料。
目前耐磨聚甲醛主要改性方式為填充共混改性，主要分為兩類: **類，向聚甲醛基體中摻入二硫化鉬、聚四氟乙烯( PTFE) 、硅油等潤(rùn)滑劑、減摩劑，降低制品表面摩擦因數(shù)從而達(dá)到減摩目的; **類，向聚甲醛基體中摻入玻璃纖維、玻璃微珠、銅粉等剛性粒子，增強(qiáng)制品的力學(xué)性能從而減小制品的磨損。
目前聚甲醛耐磨性能的研究手段主要集中于短期實(shí)驗(yàn)，并視聚甲醛基體性能為不變。實(shí)際上，聚甲醛作為一種耐磨材料，在實(shí)際應(yīng)用中具有較長(zhǎng)的使用壽命。同時(shí)，大多數(shù)對(duì)磨條件為空氣氛圍、干磨自潤(rùn)滑。眾所周知，聚甲醛的耐熱氧穩(wěn)定性能并不優(yōu)良，在長(zhǎng)期摩擦熱以及空氣中氧氣的作用下，聚甲醛基體的物理性能會(huì)發(fā)生一定的改變，從而對(duì)基體的摩擦磨損情況產(chǎn)生影響
美國(guó)赫斯特 POM Hostaform C27021 XAP POM樣條在對(duì)磨過(guò)程中熱氧降解和磨損是同時(shí)發(fā)生，且相互促進(jìn)的。對(duì)磨開(kāi)始，產(chǎn)生的摩擦熱在空氣氛圍、干磨條件下不能夠快速地逸散出去，導(dǎo)致對(duì)磨面溫度升高; 加上摩擦環(huán)境中氧氣的存在，聚甲醛發(fā)生熱氧降解，分子鏈斷裂，對(duì)磨面物理性能下降。下降到一定程度時(shí)，對(duì)磨面的聚甲醛不能再耐受摩擦的剪切力，從而剝落、撕裂，磨損加劇
在較嚴(yán)苛的對(duì)磨條件下，聚甲醛的耐磨損性能與其制品的熱氧穩(wěn)定性能具有一定的關(guān)系，在進(jìn)行相關(guān)配方設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮在內(nèi)
彈性體增韌美國(guó)赫斯特 POM Hostaform C27021 XAP POM的研究進(jìn)展
聚甲醛的簡(jiǎn)稱為POM ,是五大工程塑料之一,具有優(yōu)良的綜合性能,應(yīng)用廣泛。由于POM結(jié)晶性高,在成型加工過(guò)程中易生成尺寸較大的球晶,這些尺寸較大的球晶在材料受到?jīng)_擊時(shí)容易形成應(yīng)力集中點(diǎn),造成材料的破壞,所以POM缺口敏感性大,缺口沖擊強(qiáng)度低,這極大地限制了POM的使用范圍。因此提高POM缺口沖擊強(qiáng)度,改善其缺口敏感性成為POM改性的重要領(lǐng)域。
在美國(guó)赫斯特 POM Hostaform C27021 XAP POM分子鏈中沒(méi)有可以與其它聚合物反應(yīng)的官能團(tuán)或側(cè)基,其分子具有弱極性的現(xiàn)象,與大多數(shù)改性劑相容性差,因此難以增韌,至今為止POM增韌仍是一大難題。POM增韌的常見(jiàn)方法有彈性體增韌、塑料增韌和無(wú)機(jī)剛性粒子增韌3類。塑料和無(wú)機(jī)剛性粒子的增韌效果有限,單獨(dú)用無(wú)機(jī)剛性粒子增韌時(shí)效果更不理想;另外, 美國(guó)赫斯特 POM Hostaform C27021 XAP POM熱穩(wěn)定性差,易分解,這又一定程度上限制了可選塑料的種類。彈性體,特別是熱塑性聚氨酯彈性體( TPU) ,能顯著改善POM的韌性和對(duì)缺口的敏感性 ,而且工藝上簡(jiǎn)單易行。利用彈性體增韌POM是目前為止*為常用且易行的方法,縱使這種增韌方**在一定程度上降低POM的剛性。
TPU增韌美國(guó)赫斯特 POM Hostaform C27021 XAP POM
迄今為止, TPU熱性塑膠與POM共混時(shí)可以形成氫鍵,具有一定的相容性,也是目前增韌POM**實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的共混體系。因此其被公認(rèn)為改善POM性能*有效的抗沖擊改性劑。
POM /TPU二元體系
POM /TPU體系的研究開(kāi)始比較早, 且已經(jīng)知道TPU 對(duì)POM有較好的增韌效果并能改善POM的熱穩(wěn)定性。POM本身改性(如在合成POM時(shí)在端基上引入羥基或羧基)是一種比較有效而且徹底的方法. 不同類型的TPU (合成時(shí)單體不同)對(duì)POM的改性效果也不一樣,分別用聚己內(nèi)酯型TPU、聚己二酸丁二醇酯型TPU和聚四氫呋喃醚型TPU對(duì)POM進(jìn)行增韌,發(fā)現(xiàn)聚己內(nèi)酯共聚酯型TPU 增韌的綜合力學(xué)性能*好。這種TPU 與POM熔融共混時(shí), 黏度匹配, 分散均勻, 增韌效果優(yōu)于其他TPU。
NBR增韌POM
當(dāng)NBR中丙烯腈(AN)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到一定程度(25 %～39 % )時(shí),NBR的溶解度參數(shù)與POM的溶解度參數(shù)相接近,這時(shí)NBR與POM的相容性變好,從而有利于改善NBR在POM基體中的分散性, 增加分散相與基體間的粘結(jié)強(qiáng)度, 達(dá)到較好的增韌效果
EPDM增韌POM
用TPU材料增韌POM的效果十分明顯,但是這種方法的成本較高。為了降低成本,有學(xué)者開(kāi)始嘗試用較為低廉的彈性體代替TPU 來(lái)增韌POM,如EPDM。Uthaman等分別用EPDM和EVA對(duì)POM進(jìn)行增韌。但由于EPDM或EVA和POM之間的作用力薄弱,增韌效果并不理想。而用EVA 增容POM /EPDM 體系后, 由于EVA 與EPDM的協(xié)同增韌作用,體系的韌性有輕微的提高。將彈性體增韌體系進(jìn)行動(dòng)態(tài)硫化后,可以提高體系剛性和改善組分之間的相容性。這是因?yàn)閯?dòng)態(tài)硫化可以通過(guò)形成一種“互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)體系進(jìn)行“強(qiáng)迫”增容。
POE增韌POM
POE具有優(yōu)異的彈性、耐老化性和流動(dòng)性。與EPDM 相比,熔融共混時(shí)POE具有更好的加工性和分散性。但POM與POE的相容性差, POM /POE共混物的韌性較差。為了提高共混物力學(xué)性能,Uthaman等[ 30 ]把動(dòng)態(tài)硫化引入到POM /POE體系。在未動(dòng)態(tài)硫化的體系中,由于兩組分間的相容性差, POM /POE(80 /20)體系的缺口沖擊強(qiáng)度僅為60172 J /m,與純POM相比下降了10 J /m左右;但POM /POE (80 /20)體系經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)硫化之后缺口沖擊強(qiáng)度顯著提高,達(dá)到127107 J /m,這是因?yàn)閯?dòng)態(tài)硫化減小了界面張力,提高了兩相間的界面粘接作用,使得體系的相疇分散更加均勻。同時(shí)POM /POE ( 80 /20)動(dòng)態(tài)硫化體系的拉伸強(qiáng)度從動(dòng)態(tài)硫化前的31136MPa提高到35172MPa 。
展望
如今，彈性體增韌POM的研究隨著整個(gè)塑膠行業(yè)的發(fā)展取得了較大的進(jìn)展,但依然存在許多問(wèn)題。就增韌效果而言,目前效果*好的仍然是POM /TPU體系,其他彈性體的增韌效果都不太理想。但TPU增韌POM后體系剛性降低,利用TPU難以得到剛韌較為平衡的聚甲醛,同時(shí)TPU價(jià)格較為昂貴, POM /TPU合金的生產(chǎn)成本較高。
彈性體增韌POM的發(fā)展空間依然很大,主要有以下幾方面: 1)降低POM /TPU體系成本,提高POM /TPU體系的剛性。如向體系中加入改性無(wú)機(jī)納米粒子,一方面能夠保持聚甲醛增韌效果、提高體系的剛性,另一方面可以降低昂貴彈性體的用量,進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。
POM本身的改性研究,使彈性體或者彈性體增韌劑可以高效便捷地增韌POM。彈性體增韌劑的研究,通過(guò)接枝、共聚等手段把特殊官能團(tuán)引入到彈性體中,使得其與POM之間可以形成特殊作用。如與POM作用產(chǎn)生靜電吸引、形成氫鍵等。引入互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù),讓POM與不相容的彈性體通過(guò)互穿網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)迫增容,如將動(dòng)態(tài)硫化引入到POM /POE體系。