一种塑料弹簧用改性聚酮材料及其制备方法与流程

本发明属于复合材料，具体涉及一种塑料弹簧用改性聚酮材料及其制备方法。

背景技术：

1、在塑料包装瓶中采用塑料弹簧替代金属弹簧，不仅可以降低成本，而且使用更加方便，可以有效避免金属弹簧在使用过程中由于生锈而污染瓶中盛装产品的问题。同时，塑料弹簧的使用也能方便后续塑料包装瓶的回收加工与循环利用。塑料弹簧通常采用高强度塑料制成，包括聚酰胺、聚酮、聚碳酸脂等，具有传统金属弹簧无法比拟的独特优势。例如轻巧、耐腐蚀、绝缘性能好，能在多种环境下保持稳定的弹性和可靠性等。塑料弹簧可大致分为压缩弹簧、拉伸弹簧和扭转弹簧三种类型。压缩弹簧在被力作用下从两端压缩，拉伸弹簧在被力作用下从两端拉伸，扭转弹簧则是通过被转动来产生弹性变形，可以根据不同的使用环境选择适合的弹簧类型。塑料弹簧广泛应用于日化包装、汽车配件、医疗器械、电子产品等领域，其制造工艺多样，包括注塑、挤出和缠绕等，使塑料弹簧在保持良好弹性的同时，还能满足多样化的设计和功能需求。

2、虽然塑料弹簧的耐温性和强度相对金属弹簧有所限制，但随着相关材料技术的进步，其性能也在不断提升，塑料弹簧逐渐成为日常生活和现代工业中不可或缺的弹性元件。例如，中国专利cn111793345a公开了一种塑料弹簧及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：将聚碳酸酯、环氧树脂、改性硅烷偶联剂和abs树脂混合后加入挤出机挤出制得，所述塑料弹簧可以应用于化妆品容器的方枪喷雾器，该专利选用聚碳酸酯、环氧树脂与abs作用，提高了材料的耐高温性能，所用原料无毒环保，既能保证材料在日用用品领域应用的安全性，又能保证材料长久使用的耐用性。中国专利cn114941671a也公开了一种塑料弹簧及其制备方法、应用，所述塑料弹簧的制备原料包括：聚烯烃、晶须硅、马来酸酐接枝聚丙烯、成核剂2-巯基苯并咪唑、抗氧剂和润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺，该专利通过对塑料弹簧材料的选用和弹簧结构的设计，使塑料弹簧具有较好回弹性和耐用性，将其应用于塑料包装瓶时提高了塑料瓶的回收便利性和环保性。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种塑料弹簧用改性聚酮材料及其制备方法。本发明通过加入聚四氟乙烯、适宜的相容剂，并控制聚酮树脂的配比，使得到的改性聚酮材料具有很好的拉伸、弯曲及冲击强度等力学性能，从而提高了塑料弹簧的冲击回弹性和耐用性。

2、本发明采用技术方案是：

3、一种塑料弹簧用改性聚酮材料，包括以下原料：

4、聚酮树脂、聚醚酰亚胺、相容剂、聚四氟乙烯粉末、润滑剂、抗氧剂。

5、优选的，一种塑料弹簧用改性聚酮材料，包括以下重量份原料：

6、75-85重量份聚酮树脂、10-20重量份聚醚酰亚胺、3-4重量份相容剂、0.6-1重量份聚四氟乙烯粉末、1-1.6重量份润滑剂、0.4-0.5重量份抗氧剂。

7、优选的，所述相容剂为sebs-g-mah、poe-g-mah、sma中一种或两种以上的混合物。

8、优选的，所述相容剂为sebs-g-mah。

9、优选的，所述润滑剂为硬脂酸甘油酯、硬脂酸钙、季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酸酰胺、费托蜡、eva蜡、pe蜡中一种或两种以上的混合物。

10、优选的，所述润滑剂为费托蜡与硬脂酸甘油酯的混合物。

11、优选的，所述费托蜡与硬脂酸甘油酯的重量比为1-2:1。

12、优选的，所述费托蜡与硬脂酸甘油酯的重量比为1:1。

13、优选的，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1790、抗氧剂164、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂ca、抗氧剂dnp、抗氧剂tpp、抗氧剂mb中一种或两种以上的混合物。

14、优选的，所述塑料弹簧用改性聚酮材料的原料中还包括：复合改性填料。

15、优选的，所述塑料弹簧用改性聚酮材料的原料中还包括：5-8重量份复合改性填料。

16、优选的，所述复合改性填料的制备方法为：

17、x1 将氧化铝纳米纤维加入到纳米纤维素水分散液中混合均匀，超声，过滤后冷冻干燥，然后煅烧，得到氧化铝复合气凝胶；

18、x2 将n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、脂肪醇聚氧乙烯醚与水混合均匀，然后加入芳纶纳米纤维，搅拌，过滤后冷冻干燥，得到预处理芳纶纳米纤维；

19、x3 将液体聚酯树脂加入到二甲基亚砜中混合均匀，然后加入上述预处理芳纶纳米纤维，搅拌，再加入上述氧化铝复合气凝胶继续搅拌，过滤后真空干燥，得到所述复合改性填料。

20、本发明通过加入复合改性填料进一步提高了改性聚酮材料的抗冲击强度稳定性和耐磨稳定性，使得塑料弹簧的使用寿命大幅提高。在复合改性填料的制备中，利用纳米纤维素在氧化铝气凝胶结构中相互搭接，并经过冷冻干燥过程，先由冷冻时将氧化铝纳米纤维和纳米纤维素聚集在冰晶之间，再由冻干时冰晶直接升华去除，从而在气凝胶内部形成多孔结构，此外纳米纤维素通过氢键作用自组装呈网孔结构搭接在氧化铝纳米纤维上，再经过高温煅烧得到氧化铝复合气凝胶，该复合气凝胶以氧化铝纳米纤维作为支撑结构，由纳米纤维素高温炭化而成的碳纤维形成复合网络结构，这种结构显著提高了气凝胶的稳定性，具有优异的抗弯曲和抗压缩性能，可以有效改善改性聚酮材料的抗冲击强度稳定性。

21、芳纶纳米纤维是一种由芳香族聚酰胺分子组成的合成纤维，具有高强度、高模量、耐高温、尺寸稳定性好等优点，本发明通过湿态下的n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷对芳纶纳米纤维进行处理，优化效果更好，水解生成的硅烷醇与纳米纤维表面结合，使纤维与液体聚酯树脂之间的界面粘接性能得到改善，此外脂肪醇聚氧乙烯醚作为助剂可以使n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷充分分散于溶剂中，确保纤维表面与之充分接触；利用芳纶纳米纤维具有的高模量和高稳定性，以及液体聚酯树脂具有的良好弹性和耐磨性，通过液体聚酯树脂作为粘结剂，将预处理后的芳纶纳米纤维粘结在氧化铝复合气凝胶表面，增强结构稳定性，形成复合改性填料，进一步改善抗冲击强度稳定性和耐磨稳定性。

22、优选的，所述复合改性填料的制备方法为：

23、x1 将10-15重量份氧化铝纳米纤维加入到40-60重量份纳米纤维素水分散液中混合均匀，超声，过滤后冷冻干燥，然后煅烧，得到氧化铝复合气凝胶；

24、x2 将2-4重量份n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、0.1-0.3重量份脂肪醇聚氧乙烯醚与100-150重量份水混合均匀，然后加入15-20重量份芳纶纳米纤维，搅拌，过滤后冷冻干燥，得到预处理芳纶纳米纤维；

25、x3 将1-2重量份液体聚酯树脂加入到50-70重量份二甲基亚砜中混合均匀，然后加入3-5重量份上述预处理芳纶纳米纤维，搅拌，再加入10-15重量份上述氧化铝复合气凝胶继续搅拌，过滤后真空干燥，得到所述复合改性填料。

26、优选的，步骤1中所述纳米纤维素水分散液的浓度为1-3wt%。

27、优选的，步骤1中超声的条件为：在100-300w、30-50khz条件下超声40-60min。

28、优选的，步骤1中煅烧的条件为：在氮气气氛、800-900℃条件下煅烧100-200min。

29、优选的，步骤2中搅拌的条件为：在50-100rpm、30-40℃条件下搅拌30-50min。

30、优选的，步骤2中所述脂肪醇聚氧乙烯醚为脂肪醇聚氧乙烯醚aeo-3。

31、优选的，步骤3中所述液体聚酯树脂为弹性聚酯树脂，固含量为88-92%，分子量为1000-1200。

32、优选的，步骤3中搅拌的条件为：在50-100rpm、30-40℃条件下搅拌20-30min。

33、优选的，步骤3中继续搅拌的时间为30-40min。

34、在具体实施方式中聚酮树脂，采用poketone(韩国晓星)公司的脂肪族聚酮pok，牌号：m630a。

35、在具体实施方式中聚醚酰亚胺，采用sabic(沙伯基础)公司的pei，牌号：ultem1000。

36、在具体实施方式中sebs-g-mah，熔融指数为3g/10min(190℃、2.16kg)，接枝率为1-2%。

37、在具体实施方式中聚四氟乙烯粉末，粒度为200μm，比重2.2g/cm3，表观密度0.52g/cm3。

38、在具体实施方式中硬脂酸甘油酯，cas：11099-07-3。

39、在具体实施方式中氧化铝纳米纤维，直径为4-8nm，长度为200-300nm。

40、在具体实施方式中纳米纤维素，直径为15-25nm，长度为200-300nm。

41、在具体实施方式中芳纶纳米纤维采用山东聚芳新材料股份有限公司的对位芳纶纳米纤维，直径为10-100nm，长径比为3000。

42、在具体实施方式中液体聚酯树脂采用深圳飞扬骏研新材料股份有限公司的f1190弹性树脂，固含量为88-92%，分子量为1000-1200。

43、本发明还提供了一种塑料弹簧用改性聚酮材料的制备方法，包括以下步骤：

44、按照配方将聚酮树脂、聚醚酰亚胺、复合改性填料、相容剂、聚四氟乙烯粉末、润滑剂、抗氧剂混合均匀，通过双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为220-250℃，螺杆转速为100-300rpm，得到所述塑料弹簧用改性聚酮材料。

45、本发明还提供了采用上述塑料弹簧用改性聚酮材料制备的塑料弹簧，依次包括上安装架、弹性件与下安装架，所述弹性件可以为螺旋结构的弹性筋或波纹管。所述塑料弹簧经注塑成型，可以应用于普通包装瓶、塑料真空瓶，使用时将塑料弹簧安装至塑料瓶的按压组件上。

46、本发明的有益效果：本发明制备的塑料弹簧用改性聚酮材料，通过加入聚四氟乙烯、适宜的相容剂，并控制聚酮树脂的配比，使得到的改性聚酮材料具有很好的拉伸、弯曲及冲击强度等力学性能，从而提高了塑料弹簧的冲击回弹性和耐用性，可耐3000次以上回弹。