界面增容制备芳纶增强聚甲醛复合材料(2)
作为基体相的聚甲醛是由甲醛通过均聚聚合而产生的聚合物，此聚合物的聚合度不高，且很容易受热解聚。是一种具有良好性能的工程塑料，有着“赛钢”的美称。POM是一种表面光滑，有光泽的硬而高密度的线性聚合物材料，相比较于其他大多数工程塑料，它的耐磨擦性及自润滑性也是占优势的，但是聚甲醛不耐酸、不耐强碱、不耐太阳光紫外线的照射。现如今，POM以低于其他工程塑料的成本，逐渐取代了以往被金属占领的市场。因而，它广泛用在电子电器、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业等领域。此外，在很多新的应用领域，比如医疗器械、运动器材等，聚甲醛也表现出比较好的增长趋势。
增强材料通常为纤文，该类材料可提高聚合物基复合材料的力学性能和耐磨性能，其增强效果在很大程度上取决于增强体本身的力学性能和形态等。POM的键能大、分子内聚能高，所以拥有优异的耐摩擦性能和高的强度，在摩擦载荷下不会轻易地失效。因而 ，现在聚甲醛复合材料已经广泛应用在机械、汽车、电子电器等领域中的各种有着自润滑、减磨性能的零件中。然而，纯的聚甲醛的摩擦因数偏大，只能在低速、低载、低负荷条件下有着优良的性能。很难满足精密机械的动力传导零部件高速、高压、高温、轻量化的要求，从而限制了它的应用范围，因此，需要对产品进行改性来提高其相对应的性能。据现有数据可知，改性的主要方法是添加自身摩擦因数比较低的结晶性聚合物如聚四氟乙烯、润滑油脂、金属材料、无机粉体类润滑材料、纤文状材料如芳纶纤文。其中改性POM的摩擦磨损性能最有效地是PTFE。
1.1.1 聚甲醛的改性发展方向
聚甲醛有物理和化学两种改性方式，其中物理改性包含共混、填充、增强及微发泡四种，化学改性有共聚、嵌段、接枝及互穿网路。大量实验研究表明物理共混改性的技术难度比较小，方便且实施难度系数小，因而目前物理共混为主要的改性手段。据统计，现在全球聚甲醛共有四五十个产品类型，其中大约有超过30%的应用量是改性高端聚甲醛产品。因此，国外很多企业都逐步的将市场目标转移到改性高端产品市场，然而，在这样的情况下，国内的市场上只有几十个型号的聚甲醛产品，且90%都是通用型。
（1） 增韧改性
聚甲醛因为规整的分子结构及高达80%的结晶度而导致产品具有低的冲击强度、缺口敏感性大及差的韧性等缺陷。因此为了提高产品的冲击强度及断裂伸长率，需要对聚甲醛实施增韧改性技术。主要的增韧改性手段有弹性体增韧和无机刚性粒子增韧。现如今最为常见的增韧技术是利用弹性体增韧POM尽管这种技术会降低POM的刚性[2]。相关研究显示了增韧聚甲醛抗冲性能的主要影响因素有五种即POM的类型、增韧体的玻璃化转变温度、增韧体的结构、增韧体的含量及共混工艺[3]。聚甲醛与其他聚合物的相容性比较差是因为它的分子式弱极性。目前热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、各种离聚体 、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、聚酰胺、改性聚烯烃、纳米CaCO3等物质被用来增韧改性聚甲醛。其中，效果最为明显且已经在工业中被应用的的是TPU。
（2） 摩擦磨损性能改性
根据聚甲醛现在的应用领域，我们可以明显的看出它很难满足一些机密机械及电子电器的动力传导零件的要求。这是因为POM的摩擦因数偏大，从而限制了其应用领域。为了改变这一窘迫的处境，我们需要通过适当的技术手段针对相应的应用性能要求对聚甲醛产品进行适当的改进。有关报道表明改性聚甲醛材料的摩擦磨损性能的主要方法是加入一些本身摩擦因数就比较低的结晶性聚合物，其中添加聚四氟乙烯的效果最好。此外，也可以添加一些润滑油脂比如硅油或类似于碳纤文等纤文状材料。参考相关研究结果我们可以得知：杨振国[5]等人通过对纳米A12O3改性聚甲醛的摩擦磨损性能的研究得出了在聚甲醛纳米复合材料中当纳米A12O3含量为9%时，材料的油润滑性能最好。王龙[6]等人通过填充Fe粉改性聚甲醛从而改善了它的摩擦磨损性能。陶克[7]梅等人用20%聚四氟乙烯和7.5%超细高岭土复合填充聚甲醛(POM)得到的复合材料摩擦因数最小、耐磨性最好。
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