本发明属于改性高分子材料领域，具体涉及一种改性聚酮材料及其制备方法和应用。
背景技术：
长期以来，如何延长长期磨损件的使用寿命并减少由于磨损产生的噪音是新材料开发领域一个重要的研究内容。“以塑带钢”是一种降低材料摩擦噪音的重要方式，其中聚甲醛(pom，赛钢)是目前应用最为广泛的耐磨塑料。然而，在实际应用过程中聚甲醛(pom)材料存在：材料比重高、材料韧性较低、生产过程有有毒气体排放、材料的可回收再利用效率较低等缺陷。
聚酮(pok)是以一氧化碳、乙烯、丙烯为共聚单体，通过配位聚合制成的环保型高分子材料。聚酮(pok)材料具有耐磨、耐油、自润滑、耐冲击等诸多优良性能，与聚甲醛(pom)材料相比该材料具有比重低、耐冲击韧性更高、绿色环保等特点。然而，与聚甲醛材料相比，聚酮(pok)材料在作为耐磨损件应用时存在材料模量较低的缺陷，需要通过物理或者化学改性的方式提升材料这方面性能。
技术实现要素：
为了克服聚酮材料(pok)现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种增强耐磨改性的聚酮材料，该材料具有高强度、高耐热温度、高流动性、低密度等特点。本发明一方面通过采用高径厚比无机填料的加入提高材料的抗弯曲强度和弯曲模量；另外一方面通过加入具有低摩擦系数的耐磨剂降 低材料在高频摩擦过程中的磨损量，该复合材料适用于通过注塑成型制备轻量化要求较高的耐磨制品。与现有的聚甲醛材料相比，该复合材料具有密度更低、耐磨性更好、加工性能更好的优势。
本发明另一目的在于提供一种上述改性聚酮材料的制备方法。
本发明再一目的在于提供上述改性聚酮材料在电子电气、交通运输、电动工具等领域中的应用，特别适用于制备一些环保化、轻量化、对材料耐摩擦性能要求较高的领域，如果汁机、耐磨齿轮等。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种改性聚酮材料，包含以下质量百分数的组分：
所述聚酮为乙烯、丙烯与一氧化碳为共聚单体共聚得到的高分子量聚合物材料。
所述增强填料为具有较大径厚比或者长径比的无机矿物填料，可以是薄片状填料也可以是增强纤维。本发明所选用的增强填料包括：滑石粉、云母粉、硅灰石、玄武岩纤维、埃洛石、凹凸棒等中的至少一种，其中优选为滑石粉、硅灰石中的至少一种。
本发明所述的增强填料的添加量为1～10wt％，其中最优选择为5～10wt％。
所述二甲基硅氧烷为具有较高分子量的有机硅类化合物，其中优先为黏度大于200mm2/s的硅油，如tsf433(美国迈图)。
所述相容剂优选为马来酸酐类接枝物，包括聚丙烯接枝马来酸酐(pp-g-mah)、聚乙烯接枝马来酸酐(pe-g-mah)、乙烯/马来酸酐共聚物、以及苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物(sam)等中的至少一种，其中更优选为聚丙 烯接枝马来酸酐(pp-g-mah)和聚乙烯接枝马来酸酐(pe-g-mah)。
所述其他助剂指本领域中任意适合于聚烯烃体系的加工稳定剂和抗氧剂等助剂，可为亚膦酸酯类化合物，如：3,9-二(2,4-二枯基苯氧基)-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂螺[5.5]十一烷(s9228)，三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)等中的至少一种，其中优选为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)。
本发明还提供了一种上述改性聚酮材料的制备方法，具体包括以下步骤：
把聚酮、增强填料、二甲基硅氧烷、相容剂、加工助剂等在高速搅拌机中充分混合后，从双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融共混、冷却造粒，得到高性能的改性聚酮材料。
所述混合优选在高速搅拌机中进行混合，混合温度不高于80℃，搅拌速度为300r/min，混合时间为10～30min。
所述熔融共混的条件优选为各加热段的温度在200～250℃之间，主机的螺杆转速为350～430r/min，料斗进料螺杆的转速为24～35r/min。
本发明的改性聚酮材料具有高强度、低比重、高耐磨、高韧性的特点，可应用于电子电气(例如家用电器)、交通运输、电动工具等领域，特别适用于制备一些对耐磨损性能要求较高的传动齿轮、滑轮、电动工具等。与通常用的耐磨聚甲醛材料相比，该材料具有韧性更高、比重更低、环境友好性能更加优异的特点。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明以高分子量的聚酮(pok)材料作为基体，通过特殊形貌的无机矿物对材料进行增强，利用高分子量有机硅化合物的低摩擦系数制作耐磨材料，该材料具有比重低、耐磨性能优异、环境优化的特点。
(2)本发明通过无机矿物填充的方式克服聚酮(pok)材料强度低的缺陷，通过加入马来酸酐衍生物提高材料的界面结合力，从而获得力学性能均衡的聚酮(pok)复合材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：改性聚酮材料制备
将聚酮(m330a，韩国晓星)91.9wt％，滑石粉5wt％(htp03，意大利衣米发比)，二甲基硅氧烷2wt％(美国迈图，tsf433)，相容剂1wt％(佳易容，9801)，抗氧剂0.1wt％(亚膦酸酯类抗氧剂168)加入到高速搅拌机中搅拌混合，混合温度不高于80℃，混合时间15min；将搅拌均匀的物料加入到长径比l/d为40:1，螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共九区)：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主机的螺杆转速为350r/min，料斗进料螺杆的转速为28r/min，材料经过熔融共混挤出、经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成测试样条后按照gb或者iso标准测试性能。
实施例2：改性聚酮材料制备
将聚酮(m330a，韩国晓星)86.9wt％，滑石粉10wt％(htp03，意大利衣米发比)，二甲基硅氧烷2wt％(美国迈图，tsf433)，相容剂1wt％(佳易容，9801)，抗氧剂0.1wt％(亚膦酸酯类抗氧剂168)加入到高速搅拌机中搅拌混合，混合温度不高于80℃，混合时间15min；将搅拌均匀的物料加入到长径比l/d为40:1，螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共九区)：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主机的螺杆转速为350r/min，料斗进料螺杆的转速为28r/min，材料经过熔融共混挤出、经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成测试样条后按照gb或者iso标准测试性能。
实施例3：改性聚酮材料制备
将聚酮(m330a，韩国晓星)88.9wt％，硅灰石5wt％(sw-18，南方硅灰石)，二甲基硅氧烷5wt％(美国迈图，tsf433)，相容剂1wt％(佳易容，9801)，抗氧剂0.1wt％(亚膦酸酯类抗氧剂168)加入到高速搅拌机中搅拌混合，混合温度不高于80℃，混合时间15min；将搅拌均匀的物料加入到长径比l/d为40:1，螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共九区)：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主机的螺杆转速为350r/min，料斗进料螺杆的转速为28r/min，材料经过熔融共混挤出、经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成测试样条后按照gb或者iso标准测试性能。
实施例4：改性聚酮材料制备
将聚酮(m330a，韩国晓星)88.9wt％，滑石粉5wt％(htp03，意大利衣米发比)，二甲基硅氧烷5wt％(美国迈图，tsf433)，相容剂1wt％(佳易容，9801)，抗氧剂0.1wt％(亚膦酸酯类抗氧剂168)加入到高速搅拌机中搅拌混合，混合温度不高于80℃，混合时间15min；将搅拌均匀的物料加入到长径比l/d为40:1，螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共九区)：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主机的螺杆转速为350r/min，料斗进料螺杆的转速为28r/min，材料经过熔融共混挤出、经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成测试样条后按照gb或者iso标准测试性能。
实施例5：改性聚酮材料制备
将聚酮(m330a，韩国晓星)89.9wt％，滑石粉5wt％(htp03，意大利衣米发比)，二甲基硅氧烷2wt％(美国迈图，tsf433)，相容剂3wt％(佳易容，9801)，抗氧剂0.1wt％(亚膦酸酯类抗氧剂168)加入到高速搅拌机中搅拌混合，混合温度不高于80℃，混合时间15min；将搅拌均匀的物料加入到长径比l/d为40:1，螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗 到模头的各段温度分别为(共九区)：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主机的螺杆转速为350r/min，料斗进料螺杆的转速为28r/min，材料经过熔融共混挤出、经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成测试样条后按照gb或者iso标准测试性能。
实施例6：改性聚酮材料制备
将聚酮(m330a，韩国晓星)91.7wt％，滑石粉5wt％(htp03，意大利衣米发比)，二甲基硅氧烷2wt％(美国迈图，tsf433)，相容剂1wt％(佳易容，9801)，抗氧剂0.3wt％(亚膦酸酯类抗氧剂168)加入到高速搅拌机中搅拌混合，混合温度不高于80℃，混合时间15min；将搅拌均匀的物料加入到长径比l/d为40:1，螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共九区)：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主机的螺杆转速为350r/min，料斗进料螺杆的转速为28r/min，材料经过熔融共混挤出、经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成测试样条后按照gb或者iso标准测试性能。
实施例7：改性聚酮材料制备
将聚酮(m330a，韩国晓星)81.7wt％，滑石粉10wt％(htp03，意大利衣米发比)，二甲基硅氧烷5wt％(美国迈图，tsf433)，相容剂3wt％(佳易容，9801)，抗氧剂0.3wt％(亚膦酸酯类抗氧剂168)加入到高速搅拌机中搅拌混合，混合温度不高于80℃，混合时间15min；将搅拌均匀的物料加入到长径比l/d为40:1，螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共九区)：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主机的螺杆转速为350r/min，料斗进料螺杆的转速为28r/min，材料经过熔融共混挤出、经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，得到改性聚酮材料，注塑成测试样条后按照gb或者iso标准测试性 能。
实施例8：改性聚酮材料制备
将聚酮(m330a，韩国晓星)85.8wt％，滑石粉8wt％(htp03，意大利衣米发比)，二甲基硅氧烷4wt％(美国迈图，tsf433)，相容剂2wt％(佳易容，9801)，抗氧剂0.2wt％(亚膦酸酯类抗氧剂168)加入到高速搅拌机中搅拌混合，混合温度不高于80℃，混合时间15min；将搅拌均匀的物料加入到长径比l/d为40:1，螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共九区)：150℃，190℃，200℃，210℃，215℃，210℃，200℃，200℃，215℃，主机的螺杆转速为350r/min，料斗进料螺杆的转速为28r/min，材料经过熔融共混挤出、经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，改性聚酮材料，注塑成测试样条后按照gb或者iso标准测试性能。
材料密度按照iso1183-1测试，熔体质量流动指数按照iso1133(300℃，1.2kg)测试，拉伸性能测试按照iso527测试，弯曲性能测试按照iso178，缺口冲击性能测试按照iso180(23℃，kj/m2)测试，材料的体积磨损量按照gb3960-1983测试，具体的测试结果如下表所示。
由表中数据集可见，本发明采用高分子量有机硅氧烷作为耐磨剂提高聚酮 (pok)材料的耐磨性能；用具有特殊微观形貌的无机填料提高材料的弯曲强度和弯曲模量，通过以上针对现有的材料改性制得的聚酮(pok)材料具有更加均衡的物理力学性能和应用性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。