提高彈體聚合物母體耐磨性的纖維添加劑制造技術

一種耐磨彈體聚合物組合物，其特征在于它包括： 彈體聚合物母體； 分散在上述彈體聚合物母體中的許多纖維，上述纖維的長度為０．５－３ｍｍ，直徑為０．０１－０．３ｍｍ，上述纖維占上述彈體聚合物組合物的１％至不大于１０％（重量）； 上述彈體聚合物組合物的耐磨性比上述不含上述纖維的彈體聚合物組合物的耐磨性高２５％－５０％；上述彈體聚合物組合物至少有上述不含上述纖維的彈體聚合物組合物６０％的極限伸長率。（*該技術在2014年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

一般來說，本專利技術涉及在彈體聚合物母體中使用纖維添加劑提高其耐磨性。更具體地說，本專利技術涉及在聚氨酯彈體組合物中使用纖維添加劑，以形成耐磨性極好的可注塑制品。
技術介紹
多年來，一直需要一類材料，它可加入彈體聚合物組合物中提高聚合物的耐磨性，而不損害聚合物的回彈性和柔軟性。例如，結合了較好耐磨性和柔軟性的聚合物組合物適用于制造液壓缸密封墊之類的有極好耐磨性、低的壓縮形變、好的熱穩定性、好的耐油性和拉伸性能的制品。含這種防磨添加劑混合物(wear ad-ditive package)的聚合物組合物可以是熱固性材料或熱塑性材料。現已有一些綜合了如低的壓縮形變、好的耐熱性和耐溶劑性、高的拉伸強度和好的彈性之類性能的高性能聚合物。然而，還沒有發現既有所有上述性能又有極好耐磨性的聚合物組合物。例如，氟彈體的耐熱性和耐溶劑性好，且壓縮形變低。雖然氟彈體常用于高溫密封，但其成本高且沒有極好的耐磨性。氫化腈橡膠(HNBR’s)顯示低的熱滯，具有好的拉伸強度和低的脆點，然而，氫化腈橡膠是價格高昂的聚合物且沒有杰出的耐磨性。一般來說，聚氨酯具有比其它絕大多數聚合物更好的耐磨性。然而，耐磨性較好的聚氨酯通常損害了柔軟性和低的壓縮形變，這樣必須在耐磨性、低的壓縮形變和成本之間進行權衡。因此，在包括摩擦、受壓、受熱、以及與粗溶劑和粗油接觸的動態密封用途中，還沒有耐磨性和低壓縮形變方面性能極好且價格合理的已知聚合物。在這種包括磨料和粘合劑型磨損機理的摩擦應用中，絕大多數已知聚合物必須用某些類型的纖維進行強化，以賦予提高其耐磨性的性能。目前，為提高聚合物復合材料的結構剛度已將纖維材料加入聚合物中。另外，曾按較大重量百分數加入這些纖維，這樣提高了聚合物復合材料的模量和結構剛度，同時損害了它的耐磨性。在1975年8月5日公開的屬于R.Bjerk等的美國專利3,898,361申請的范圍涉及陶瓷纖維在20—50％(重量)氟彈體復合材料母體中的用途。然而，將這些陶瓷顆粒加入聚合物是為了提高復合材料的摩擦系數，而不是用于提高復合材料的耐磨性。美國的特瓦麗(Tewari)等在國際摩擦學(Tribology Interna-tional)，1992，第25卷，53—58頁發表的，題為“對碳纖維(短纖維)增強的聚酰胺復合材料的磨損性研究”的科技論文中斷定在尼龍6，6中加入20—40％(重量)的碳纖維實際上降低了復合材料的耐磨性，而不是提高了它的耐磨性。1981年3月3日公開的屬于S.Mizuno等的美國專利4,254,010記載了玻璃纖維在聚氨酯組合物中的用途。該專利揭示，在熱塑性聚氨酯中加入20—30％(重量)涂有氨基硅烷或環氧硅烷的玻璃纖維可以制成適于形成在成型過程中抗翹曲的剛性制品的樹脂組合物。Mizuno進一步揭示，在聚合物母體中加入較大百分數的玻璃纖維以提高聚合物母體的結構硬度。目前，還沒有發現用耐磨纖維添加劑混合物配制的彈體聚合物復合材料，這種材料既有較好的耐磨性和壓縮形變，又在需要柔軟性、回彈性和耐磨性的用途中有足夠的彈性。本專利技術旨在克服上述一個或多個問題。專利技術的公開在本專利技術的一個方面中，通過將約1％至不大于10％(重量)纖維分散到彈體中制成彈體聚合物組合物，與未加任何纖維的彈體相比，聚合物組合物的耐磨性增加了50％，而聚合物組合物仍保留了至少80％的極限伸長率。在本專利技術的另一方面，纖維為重量比約為50∶50玻璃纖維和陶瓷纖維的混合物。在本專利技術的第三方面中，玻璃纖維的長度和直徑分別為約1.5mm和約0.1mm；陶瓷纖維的長度和直徑分別為約0.14mm和約0.025mm。本專利技術的第四方面包括含聚氨酯彈體和分散在聚氨酯彈體中的重量比為50∶50的玻璃纖維和陶瓷纖維混合物的聚氨酯彈體組合物。上述聚氨酯彈體由羥基為端基的飽和多官能多元醇、多官能鏈增長劑和多官能異氰酸酯制得；上述玻璃纖維和陶瓷纖維的混合物約占上述聚氨酯組合物的1％至不大于10％(重量)。這樣聚氨酯組合物比聚氨酯彈體增加了約50％耐磨性，而仍保留了至少約60％聚氨酯彈體的極限伸長率。附圖簡介附圖說明圖1是一張說明以摻纖維的本專利技術亞甲基二異氰酸酯(MDI)為基料的熱塑聚氨酯(TPU)比不含纖維的本專利技術亞甲基二異氰酸酯(MDI)為基料的熱塑聚氨酯有更好耐磨性的圖；圖2是一張說明以摻纖維的市售亞甲基二異氰酸酯(MDI)為基料的熱塑聚氨酯(TPU)比不含纖維的本專利技術亞甲基二異氰酸酯(MDI)為基料的熱塑聚氨酯有更好耐磨性的圖；圖3是一張說明以摻纖維的本專利技術的萘二異氰酸酯(NDI)為基料的熱塑聚氨酯(TPU)比不含纖維的本專利技術的萘二異氰酸酯(NDI)為基料的熱塑聚氨酯有更好耐磨性的圖。實施本專利技術的最佳方式在本專利技術的優選的的實施方案中，將大量纖維摻入聚氨酯彈體基料中形成聚氨酯復合材料。可選用作摻入大量纖維的彈體的其它例子為氟彈體、飽和和部分飽和的腈橡膠和氫化腈橡膠，上述氟彈體是1，1—二氟乙烯、六氟丙烯和丙烯及其混合物的共聚物或三聚物。在本專利技術優選的的實施方案中，聚氨酯彈體由羥基為端基的飽和多官能多元醇、多官能鏈增長劑和多官能異氰酸酯反應制得。所用的羥基為端基的飽和多官能聚乙二醇是丁二醇聚己二酸乙二醇酯(butanediol polyglycol adipate)(BPA)。在實施優選的實施方案時所用的BPA的商品名為“Rucoflex Saturated Polyester Diol S—102—110″，它由Ruco聚合物公司制造，其分子量為980gms/mole，羥基值為110。所用的多官能鏈增長劑是氫醌二(2—羥乙基)醚(HQEE)。在實施優選的實施方案時所用的HQEE的商品名為“RCCrosslinker 30/10tt″，它由Rhein化學公司制造，其羥基值為約566，分子量為約198gms/mole。所用多官能異氰酸酯是1，5—萘二異氰酸酯(NDI)。在實施優選的實施方案時所用的NDI的商品名為“Desmodur 15″，它由Miles公司制造，其分子量為210gms/mole。在本專利技術的另一實施方案中，聚氨酯彈體由BPA“RucoflexSaturated Polyester Diol S—102—110″和HQEE“RC Crosslinker30/10tt″的混合物與亞甲基二異氰酸酯(MDI)反應制得。在實施本專利技術實施方案時所用的MDI的商品名為“PAPI 9094”，它由Dow化學公司制造，其分子量為250gms/mole。在本專利技術的再一個實施方案中，所用的聚氨酯彈體是稱為Tex-in 345 D(Miles公司的商品名)的市售熱塑聚氨酯。在本專利技術優選的實施方案中，大量分散在聚氨酯彈體中的纖維是玻璃纖維和陶瓷纖維的混合物。這些纖維有利于賦于聚氨酯復合材料極好的耐磨性，且仍基本上保留該復合材料的極限伸長率。另外，這些纖維不損害聚氨酯復合材料的任何加工性能，使它仍適用于注塑。還有，這些纖維不降低聚氨酯的彈性或回彈性，使其仍適用作密封材料。在本專利技術優選的實施方案中，玻璃纖維的長度宜為約0.5mm—3mm，直徑宜為約0.01mm—0.3mm，長度對直徑比(短纖維的L/D比)宜為10—20。玻璃纖維的長度最好為約1mm—2mm，直徑最好為約0.1mm—0.2mm本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·M·辛格，J·R·卡爾貝里，
申請(專利權)人：履帶拖拉機股份有限公司，
類型：發明
國別省市：