本发明涉及功能性塑料技术领域，具体涉及一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料及制备方法。
背景技术
聚甲醛是高结晶性聚合物，因此结晶速度快、结晶度高，有很高的弹性模量、硬度与刚性，抗多次重复冲击性好，耐有机溶剂、耐油、耐润滑剂等优点。如前所述，聚甲醛有很好的力学性能、独特的耐磨自润滑性，但是其缺点也十分突出，因此，在汽车、家电、电子、办公用品、机械行业，聚甲醛作为其结构材料，其性能还不能完全满足要求。采用共混改性是提高聚甲醛性能的有效途径料。
聚甲醛是一种没有侧链，高密度，高结晶性的线性聚合物，具有优异的综合性能。聚甲醛是一种表面光滑，有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，可在-40-100°c温度范围内长期使用。它的耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越，又有良好的耐油，耐过氧化物性能。很不耐酸，不耐强碱和不耐太阳光紫外线的辐射。聚甲醛的拉伸强度达70mpa，吸水性小，尺寸稳定，有光泽，这些性能都比尼龙好，聚甲醛为高度结晶的树脂，在热塑性树脂中是最坚韧的。具抗热强度，弯曲强度，耐疲劳性强度均高，耐磨性和电性能优良。提高聚甲醛耐磨性的方法主要有四种：①添加有机高分子与聚甲醛共混制造耐磨型合金；②添加有机润滑油、润滑脂类化合物改善聚甲醛的摩擦磨损性能；③添加无机化合物改善聚甲醛的摩擦磨损性能。
近年来，由于汽车、电子电器、办公用设备等制造业向节能、小型化方向发展，对聚甲醛性能的要求也越来越高。虽然，聚甲醛具有优异的耐磨、自润性，但仍不能满足相关行业日益发展的需要，其强度限制了一些应用领域。因此，近年来，聚甲醛的增强改性技术发展很快，改性增强聚甲醛有玻璃纤维增强和碳纤维增强，碳纤维增强聚甲醛效果很明显，且性能优异，但是碳纤维由于昂贵的价格，在改性聚甲醛生产过程中不能满足大量的需求。玻璃纤维增强聚甲醛能显著提高其拉伸强度、弯曲强度和热变形温度，因此在生产过程中应用广泛。
目前玻璃纤维增强聚甲醛最大缺点是各向异性引起制品的翘曲与变形，以及因结晶而造成的不均匀收缩，由于玻璃纤维增强聚甲醛材料在注塑过程中存在成型收缩率较大，成型收缩率各向异性，使得成型品易变形而降低了其使用范围。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料及制备方法，通过此方法有效避免了聚甲醛在成型过程中由于自身产生的较大内应力而导致的制件翘曲变形、尺寸精度不高、制品表面不平整、光洁度不高、使用温度要求高的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
s1制备水玻璃水溶液：将2-5重量份的水玻璃和20-25重量份的水在50-60℃下搅拌30-45min，得到水玻璃水溶液，待用；
s2玻璃纤维浸渍：将20-30重量份的无碱短玻璃纤维、10-15重量份的空心玻璃微珠浸渍在s1步骤中制备得到的水玻璃水溶液中，采用超高速鼓风机进行强力鼓风干燥，通过水玻璃的粘合组装，得到无碱玻璃纤维与空心玻璃微珠的组装微球，待用；
s3混合：将s2步骤中60-70%的组装微球与60-70重量份的聚甲醛树脂、1.0-1.5重量份的加工助剂、1.8-2.2重量份的抗氧化剂、1.5-1.8重量份的润滑剂加入至高速混合机中均匀混合，得到混合料待用；
s4挤出造粒：将s3步骤中的混合料加入双螺杆挤出机的料斗中，将剩余组装微球通过侧喂料口加入挤出机中，挤出造粒得到低翘曲增强型聚甲醛塑料。
聚甲醛是一种坚韧有弹性的材料，即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特性。聚甲醛既有均聚物材料也有共聚物材料。均聚物材料具有很好的延展强度、抗疲劳强度，但不易于加工。共聚物材料有很好的热稳定性、化学稳定性并且易于加工。无论均聚物材料还是共聚物材料，都是结晶性材料并且不易吸收水分。聚甲醛的高结晶程度导致它有相当高的收缩率，可高达到2-3.5%。
常规的玻纤直接用于聚甲醛，由于目前玻璃纤维增强聚甲醛存在各向异性，从而容易引起制品的翘曲与变形，以及因结晶而造成的不均匀收缩。本发明通过将玻璃纤维在水玻璃粘合下与空心玻璃微球组装，形成类似于球形的玻璃纤维自组装微球，显著降低各向异性，从而解决了成型品变形翘曲的问题。特别是使得聚甲醛具有优异的拉伸强度、弯曲强度和热变形温度，聚甲醛的拉伸强度达124-147mpa，热变形温度从136℃提高到170℃。
进一步地，无碱短玻璃纤维的长度3.0-4.5mm。
进一步地，所述空心玻璃微珠的粒度为50-150μm，壁厚为1-2μm。
进一步地，所述加工助剂为脂肪酸二乙醇胺；所述抗氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚中的至少一种；所述润滑剂为硅油润滑剂。
采用水玻璃水溶液浸渍玻璃纤维，与普通混合相比，使得玻璃纤维表面有更好耦合粘结作用，与孔性玻璃微球组装，用高速鼓风机在超强风速下充分干燥，使得浸渍处理后的玻璃纤维组合脏为球形。
空心玻璃微珠作为无机填充剂，具有良好的流动性和自润滑作用，能消除玻璃纤维和聚甲醛改性材料间内应力，确保尺寸稳定性。加工助剂脂肪酸二乙醇酰胺的添加，对玻璃纤维有一定的分散作用，减少玻璃纤维的外露，提高制品表面光洁度，提高聚甲醛的流动性，减少物料与螺杆的摩擦，同时对聚甲醛分解产生的少量酸有一定的吸收作用，可在一定程度上减少聚甲醛分解程度。
通过此方法有效避免了聚甲醛在成型过程中由于自身产生的较大内应力而导致的制件翘曲变形、尺寸精度不高、制品表面不平整、光洁度不高、使用温度要求高的问题。
进一步地，所述s2步骤中浸渍温度为50-60℃，浸渍时间为1.0-1.2h；所述s2步骤中超高速鼓风机的风压为200mbar，转速为18000r/min。
进一步地，所述s3步骤中高速混合机的转速为800-1000r/min，混合时间为25-30min。
进一步地，所述s4步骤中挤出温度为160-180℃，螺杆转速为50-100r/min。
本发明的有益效果是：采用水玻璃水溶液浸渍玻璃纤维，与普通混合相比，使得玻璃纤维表面有更好耦合粘结性与空心玻璃微球组装为球形状的组装微球，具有与较好的各项同性，在热加工时具有良好的热稳定性，克服可翘曲变形。空心玻璃微珠作为无机填充剂，具有良好的流动性和自润滑作用，能消除玻璃纤维和聚甲醛改性材料间内应力，确保尺寸稳定性。加工助剂脂肪酸二乙醇酰胺的添加，对玻璃纤维有一定的分散作用，减少玻璃纤维的外露，提高制品表面光洁度，提高聚甲醛的流动性，减少物料与螺杆的摩擦，同时对聚甲醛分解产生的少量酸有一定的吸收作用，可在一定程度上减少聚甲醛分解程度；通过此方法有效避免了聚甲醛在成型过程中由于自身产生的较大内应力而导致的制件翘曲变形、尺寸精度不高、制品表面不平整、光洁度不高、使用温度要求高的问题；制备得到的材料具有优异的性能，聚甲醛的拉伸强度、弯曲强度和热变形温度得到了显著提高。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料，由如下重量份原料制成：无碱短玻璃纤维25份，水玻璃2份，空心玻璃微珠12份，聚甲醛树脂65份，脂肪酸二乙醇胺1.3份，抗氧化剂2.0份，硅油润滑剂1.6份。
具体地，无碱短玻璃纤维的长度3.0-4.5mm。
具体地，所述空心玻璃微珠的粒度为50-150μm，壁厚为1-2μm。
具体地，所述抗氧化剂为丁基羟基茴香醚。
上述一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料的制备方法，包括如下步骤：
s1制备水玻璃水溶液：将2重量份的水玻璃和22重量份的水在55℃下搅拌45min，得到水玻璃水溶液，待用；
s2玻璃纤维浸渍：将无碱短玻璃纤维、空心玻璃微珠在60℃下浸渍在s1步骤中制备得到的水玻璃水溶液中1.2h，采用超高速鼓风机进行强力鼓风在风压为200mbar、转速为18000r/min的条件下干燥，得到组装微球，待用；
s3混合：将s2步骤中70%的组装微球与、聚甲醛树脂、脂肪酸二乙醇胺、抗氧化剂、硅油润滑剂加入至转速为1000r/min的高速混合机中均匀混合30min，得到混合料待用；
s4挤出造粒：将s3步骤中的混合料加入双螺杆挤出机的料斗中，将剩余组装微球通过侧喂料口加入挤出机中，挤出造粒得到低翘曲增强型聚甲醛塑料。
具体地，所述s4步骤中挤出温度为180℃，螺杆转速为100r/min。
实施例1中制备得到的聚甲醛塑料的拉伸强度为145mpa，弯曲强度80mpa，热变形温度从136℃提升至170℃。
实施例2
一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料，由如下重量份原料制成：无碱短玻璃纤维20份，水玻璃2份，空心玻璃微珠10份，聚甲醛树脂60份，脂肪酸二乙醇胺1.0份，抗氧化剂1.8份，硅油润滑剂1.5份。
具体地，无碱短玻璃纤维的长度3.0-4.5mm。
具体地，所述空心玻璃微珠的粒度为50-150μm，壁厚为1-2μm。
具体地，所述抗氧化剂为二丁基羟基甲苯和叔丁基对苯二酚。
上述一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料的制备方法，包括如下步骤：
s1制备水玻璃水溶液：将2重量份的水玻璃和20重量份的水在50℃下搅拌45min，得到水玻璃水溶液，待用；
s2玻璃纤维浸渍：将无碱短玻璃纤维、空心玻璃微珠在60℃下浸渍在s1步骤中制备得到的水玻璃水溶液中1.0h，采用超高速鼓风机进行强力鼓风在风压为200mbar、转速为18000r/min的条件下干燥，得到组装微球，待用；
s3混合：将s2步骤中60%的组装微球与、聚甲醛树脂、脂肪酸二乙醇胺、抗氧化剂、硅油润滑剂加入至转速为800r/min的高速混合机中均匀混合30min，得到混合料待用；
s4挤出造粒：将s3步骤中的混合料加入双螺杆挤出机的料斗中，将剩余组装微球通过侧喂料口加入挤出机中，挤出造粒得到低翘曲增强型聚甲醛塑料。
具体地，所述s4步骤中挤出温度为160℃，螺杆转速为50r/min。
实施例2中制备得到的聚甲醛塑料的拉伸强度为124mpa，弯曲强度78mpa，热变形温度从136℃提升至170℃。
实施例3
一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料，由如下重量份原料制成：无碱短玻璃纤维30份，水玻璃2.5份，空心玻璃微珠15份，聚甲醛树脂70份，脂肪酸二乙醇胺1.5份，抗氧化剂2.2份，硅油润滑剂1.8份。
具体地，无碱短玻璃纤维的长度3.0-4.5mm。
具体地，所述空心玻璃微珠的粒度为50-150μm，壁厚为1-2μm。
具体地，所述抗氧化剂为二丁基羟基甲苯。
上述一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料的制备方法，包括如下步骤：
s1制备水玻璃水溶液：将2.5重量份的水玻璃和25重量份的水在60℃下搅拌30min，得到水玻璃水溶液，待用；
s2玻璃纤维浸渍：将无碱短玻璃纤维、空心玻璃微珠在60℃下浸渍在s1步骤中制备得到的水玻璃水溶液中1.0h，采用超高速鼓风机进行强力鼓风在风压为200mbar、转速为18000r/min的条件下干燥，得到组装微球，待用；
s3混合：将s2步骤中65%的组装微球与聚甲醛树脂、脂肪酸二乙醇胺、抗氧化剂硅油润滑剂加入至转速为900r/min的高速混合机中均匀混合28min，得到混合料待用；
s4挤出造粒：将s3步骤中的混合料加入双螺杆挤出机的料斗中，将剩余组装微球通过侧喂料口加入挤出机中，挤出造粒得到低翘曲增强型聚甲醛塑料。
具体地，所述s4步骤中挤出温度为170℃，螺杆转速为80r/min。
实施例3中制备得到的聚甲醛塑料的拉伸强度为134mpa，弯曲强度70mpa，热变形温度从136℃提升至170℃。
实施例4
一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料，由如下重量份原料制成：无碱短玻璃纤维25份，水玻璃2份，空心玻璃微珠12份，聚甲醛树脂65份，脂肪酸二乙醇胺1.3份，抗氧化剂2.0份，着色剂0.8份，紫外光吸收剂0.4份，玻纤相容剂5.2份，硅油润滑剂1.6份。
具体地，无碱短玻璃纤维的长度3.0-4.5mm。
具体地，所述空心玻璃微珠的粒度为50-150μm，壁厚为1-2μm。
具体地，所述抗氧化剂为二丁基羟基甲苯。
上述一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料的制备方法，包括如下步骤：
s1制备水玻璃水溶液：将2重量份的水玻璃和20重量份的水在60℃下搅拌30min，得到水玻璃水溶液，待用；
s2玻璃纤维浸渍：将无碱短玻璃纤维、空心玻璃微珠在60℃下浸渍在s1步骤中制备得到的水玻璃水溶液中1.0h，采用超高速鼓风机进行强力鼓风在风压为200mbar、转速为18000r/min的条件下干燥，得到组装微球，待用；
s3混合：将s2步骤中65%的组装微球与聚甲醛树脂、脂肪酸二乙醇胺、抗氧化剂硅油润滑剂加入至转速为900r/min的高速混合机中均匀混合28min，得到混合料待用；
s4挤出造粒：将s3步骤中的混合料加入双螺杆挤出机的料斗中，将剩余组装微球通过侧喂料口加入挤出机中，挤出造粒得到低翘曲增强型聚甲醛塑料。
具体地，所述s4步骤中挤出温度为170℃，螺杆转速为80r/min。
实施例4中制备得到的聚甲醛塑料的拉伸强度为140mpa，弯曲强度81mpa，热变形温度从136℃提升至170℃。
对比例1
一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料，由如下重量份原料制成：无碱短玻璃纤维30份，空心玻璃微珠15份，聚甲醛树脂70份，脂肪酸二乙醇胺1.5份，抗氧化剂2.2份，硅油润滑剂1.8份。
具体地，无碱短玻璃纤维的长度3.0-4.5mm。
具体地，所述空心玻璃微珠的粒度为50-150μm，壁厚为1-2μm。
具体地，所述抗氧化剂为二丁基羟基甲苯和叔丁基对苯二酚。
上述一种用于汽车零部件的低翘曲聚甲醛塑料的制备方法，包括如下步骤：
s1制备水玻璃水溶液：将无碱短玻璃纤维、空心玻璃微球在60℃下浸渍在水中分散，采用超高速鼓风机进行强力鼓风在风压为200mbar、转速为18000r/min的条件下干燥，得到无碱短玻璃纤维空心玻璃微珠组装物，待用；
s3混合：将s2步骤中60%的组装物、聚甲醛树脂、脂肪酸二乙醇胺、抗氧化剂、硅油润滑剂加入至转速为800r/min的高速混合机中均匀混合30min，得到混合料待用；
s4挤出造粒：将s3步骤中的混合料加入双螺杆挤出机的料斗中，将剩余组装物通过侧喂料口加入挤出机中，挤出造粒得到低翘曲增强型聚甲醛塑料。
具体地，所述s4步骤中挤出温度为160℃，螺杆转速为50r/min。
对比例1未采用水玻璃粘合，难以将玻璃纤维与空心玻璃微珠组装。因此玻璃纤维的各向异性表现明显，热稳定性较差，制品翘曲严重。对比例1中制备得到的聚甲醛塑料的拉伸强度为120mpa，弯曲强度70mpa，热变形温度从136℃提升至142℃。