聚甲醛摩擦磨损与其热氧降解关系的研究
美国赫斯特 POM Hostaform C13031 XAP POM线型高分子化合物材料的主链上含有氧化亚甲基链节，是无支链的高密度、高结晶性热塑性工程塑料，具有优异的机械性能、突出的自润滑性、耐磨性和耐化学药品性，耐蠕变性和疲劳性好，是工程塑料中*接近金属的品种之一，可用于代替铜、铝、锌等有色金属及合金制品。当现代塑料工业的高速发展的同时，全世界POM 产品的消费和需求量迅速增长，已成为当今世界的一种极为重要的工程塑料。
目前耐磨聚甲醛主要改性方式为填充共混改性，主要分为两类: **类，向聚甲醛基体中掺入二硫化钼、聚四氟乙烯( PTFE) 、硅油等润滑剂、减摩剂，降低制品表面摩擦因数从而达到减摩目的; **类，向聚甲醛基体中掺入玻璃纤维、玻璃微珠、铜粉等刚性粒子，增强制品的力学性能从而减小制品的磨损。
目前聚甲醛耐磨性能的研究手段主要集中于短期实验，并视聚甲醛基体性能为不变。实际上，聚甲醛作为一种耐磨材料，在实际应用中具有较长的使用寿命。同时，大多数对磨条件为空气氛围、干磨自润滑。众所周知，聚甲醛的耐热氧稳定性能并不优良，在长期摩擦热以及空气中氧气的作用下，聚甲醛基体的物理性能会发生一定的改变，从而对基体的摩擦磨损情况产生影响
美国赫斯特 POM Hostaform C13031 XAP POM样条在对磨过程中热氧降解和磨损是同时发生，且相互促进的。对磨开始，产生的摩擦热在空气氛围、干磨条件下不能够快速地逸散出去，导致对磨面温度升高; 加上摩擦环境中氧气的存在，聚甲醛发生热氧降解，分子链断裂，对磨面物理性能下降。下降到一定程度时，对磨面的聚甲醛不能再耐受摩擦的剪切力，从而剥落、撕裂，磨损加剧
在较严苛的对磨条件下，聚甲醛的耐磨损性能与其制品的热氧稳定性能具有一定的关系，在进行相关配方设计时需要考虑在内
弹性体增韧美国赫斯特 POM Hostaform C13031 XAP POM的研究进展
聚甲醛的简称为POM ,是五大工程塑料之一,具有优良的综合性能,应用广泛。由于POM结晶性高,在成型加工过程中易生成尺寸较大的球晶,这些尺寸较大的球晶在材料受到冲击时容易形成应力集中点,造成材料的破坏,所以POM缺口敏感性大,缺口冲击强度低,这极大地限制了POM的使用范围。因此提高POM缺口冲击强度,改善其缺口敏感性成为POM改性的重要领域。
在美国赫斯特 POM Hostaform C13031 XAP POM分子链中没有可以与其它聚合物反应的官能团或侧基,其分子具有弱极性的现象,与大多数改性剂相容性差,因此难以增韧,至今为止POM增韧仍是一大难题。POM增韧的常见方法有弹性体增韧、塑料增韧和无机刚性粒子增韧3类。塑料和无机刚性粒子的增韧效果有限,单独用无机刚性粒子增韧时效果更不理想;另外, 美国赫斯特 POM Hostaform C13031 XAP POM热稳定性差,易分解,这又一定程度上限制了可选塑料的种类。弹性体,特别是热塑性聚氨酯弹性体( TPU) ,能显著改善POM的韧性和对缺口的敏感性 ,而且工艺上简单易行。利用弹性体增韧POM是目前为止*为常用且易行的方法,纵使这种增韧方**在一定程度上降低POM的刚性。
TPU增韧美国赫斯特 POM Hostaform C13031 XAP POM
迄今为止, TPU热性塑胶与POM共混时可以形成氢键,具有一定的相容性,也是目前增韧POM**实现工业化的共混体系。因此其被公认为改善POM性能*有效的抗冲击改性剂。
POM /TPU二元体系
POM /TPU体系的研究开始比较早, 且已经知道TPU 对POM有较好的增韧效果并能改善POM的热稳定性。POM本身改性(如在合成POM时在端基上引入羟基或羧基)是一种比较有效而且彻底的方法. 不同类型的TPU (合成时单体不同)对POM的改性效果也不一样,分别用聚己内酯型TPU、聚己二酸丁二醇酯型TPU和聚四氢呋喃醚型TPU对POM进行增韧,发现聚己内酯共聚酯型TPU 增韧的综合力学性能*好。这种TPU 与POM熔融共混时, 黏度匹配, 分散均匀, 增韧效果优于其他TPU。
NBR增韧POM
当NBR中丙烯腈(AN)的质量分数增大到一定程度(25 %～39 % )时,NBR的溶解度参数与POM的溶解度参数相接近,这时NBR与POM的相容性变好,从而有利于改善NBR在POM基体中的分散性, 增加分散相与基体间的粘结强度, 达到较好的增韧效果
EPDM增韧POM
用TPU材料增韧POM的效果十分明显,但是这种方法的成本较高。为了降低成本,有学者开始尝试用较为低廉的弹性体代替TPU 来增韧POM,如EPDM。Uthaman等分别用EPDM和EVA对POM进行增韧。但由于EPDM或EVA和POM之间的作用力薄弱,增韧效果并不理想。而用EVA 增容POM /EPDM 体系后, 由于EVA 与EPDM的协同增韧作用,体系的韧性有轻微的提高。将弹性体增韧体系进行动态硫化后,可以提高体系刚性和改善组分之间的相容性。这是因为动态硫化可以通过形成一种“互穿聚合物网络”结构来对体系进行“强迫”增容。
POE增韧POM
POE具有优异的弹性、耐老化性和流动性。与EPDM 相比,熔融共混时POE具有更好的加工性和分散性。但POM与POE的相容性差, POM /POE共混物的韧性较差。为了提高共混物力学性能,Uthaman等[ 30 ]把动态硫化引入到POM /POE体系。在未动态硫化的体系中,由于两组分间的相容性差, POM /POE(80 /20)体系的缺口冲击强度仅为60172 J /m,与纯POM相比下降了10 J /m左右;但POM /POE (80 /20)体系经过动态硫化之后缺口冲击强度显著提高,达到127107 J /m,这是因为动态硫化减小了界面张力,提高了两相间的界面粘接作用,使得体系的相畴分散更加均匀。同时POM /POE ( 80 /20)动态硫化体系的拉伸强度从动态硫化前的31136MPa提高到35172MPa 。
展望
如今，弹性体增韧POM的研究随着整个塑胶行业的发展取得了较大的进展,但依然存在许多问题。就增韧效果而言,目前效果*好的仍然是POM /TPU体系,其他弹性体的增韧效果都不太理想。但TPU增韧POM后体系刚性降低,利用TPU难以得到刚韧较为平衡的聚甲醛,同时TPU价格较为昂贵, POM /TPU合金的生产成本较高。
弹性体增韧POM的发展空间依然很大,主要有以下几方面: 1)降低POM /TPU体系成本,提高POM /TPU体系的刚性。如向体系中加入改性无机纳米粒子,一方面能够保持聚甲醛增韧效果、提高体系的刚性,另一方面可以降低昂贵弹性体的用量,进而降低生产成本。
POM本身的改性研究,使弹性体或者弹性体增韧剂可以高效便捷地增韧POM。弹性体增韧剂的研究,通过接枝、共聚等手段把特殊官能团引入到弹性体中,使得其与POM之间可以形成特殊作用。如与POM作用产生静电吸引、形成氢键等。引入互穿网络技术,让POM与不相容的弹性体通过互穿网络强迫增容,如将动态硫化引入到POM /POE体系。