CN100480323C - 双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料及其制备方法，技术特征在于：由二烯丙基双酚A改性的双马来酰亚胺树脂、无机纳米粒子、偶联剂和碳黑组成。制备方法是：将偶联剂加入到丙酮中，用乙酸调PH值，待偶联剂水解后将无机纳米粒子和碳黑溶液中，利用超声波分散，然后将其加入到双马来酰亚胺树脂的预聚体中加热搅拌，蒸馏除去其中的丙酮，待丙酮蒸发完后，浇入到预热好的模具中，抽真空除去气泡后，放入烘箱中进行固化，冷却到室温脱模后。本发明的复合材料可用作自润滑轴承、齿轮、压缩机的滑片等零部件，可在真空、辐射、高温等特殊环境下使用。具有操作工艺简单、无污染等特点，是一种适用性广的制备有机-无机纳米复合材料的方法。
Description
技术领域：
本发明涉及一种双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料及其制备方法，属于聚合物的加工领域。
背景技术：
有机-无机纳米复合材料不仅可具有无机材料的特点和性质，如无机材料的耐热性、高温稳定性、低热膨胀系数，而且可兼具有机聚合物的韧性、延展性和以易加工性，因此，纳米粒子改性聚合物成为材料科学研究的热点。目前，纳米材料的研究正在从材料的制备、表征、基本性能分析等基础性研究工作向材料的实际应用方向上转化。
复合材料的性质不但与每个组分的性质有关，而且与相的形态和界面性质紧密相关。对于有机-无机纳米复合材料来说，由于有机组分和无机组分在热力学上是不相容的以及纳米粒子的易团聚性，不利于无机粒子在有机基体中的分散，对于制备有机-无机纳米复合材料无疑是一个非常不利的因素。因此，要制备具有良好性能的有机-无机纳米复合材料，改善两相间的相容性显得尤为重要。中国专利CN1227234A报道了在聚合物颗粒的悬浮体系中原位生成纳米二氧化锆制备有机-无机纳米复合材料的方法；中国专利CN1414037A在偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的存在下于可熔性聚酰亚胺的预聚体中加入纳米氮化硅、纳米二氧化硅以及碳纳米管的制备方法。我们曾在《摩擦学学报》(2001年第6期“纳米Si3N4填充聚双马来酰亚胺摩擦磨损性能研究”)上报道了利用高速剪切和超声波分散的方法来制备双马来酰亚胺纳米复合材料，但由于体系的原因纳米粒子在其中的分散均匀性不是很好，影响了材料的摩擦学性能。
发明内容：
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料及其制备方法，用氨基硅烷偶联剂处理纳米粒子，并通过复合体系粘度的变化和树脂网络结构的生成来抑制纳米粒子在体系中的沉降，从而改善纳米粒子在双马来酰亚胺树脂中的分散状态，以提高其摩擦学性能。
技术方案：
本发明的技术特征在于：由二烯丙基双酚A改性的双马来酰亚胺树脂100份、无机纳米粒子0.5～15份、偶联剂0.1～2份和碳黑0.5～15份组成；所述的份为质量份数。
所述的纳米粒子是：氮化硅、碳化硅、二氧化硅。
所述的偶联剂下述其中的一种：γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
一种制备上述材料的方法，其特征在于：制备步骤如下：
a：首先将偶联剂加入到丙酮中，用乙酸调PH值，使偶联剂水解；
b：将纳米粒子加入含有偶联剂的丙酮溶液中，利用超声波分散10～30分钟；
c：将其加入双马来酰亚胺的预聚体中，利用高速均质搅拌机分散均匀后，加入到三口烧瓶中，加热搅拌，蒸馏除去其中的丙酮；
d：待丙酮蒸发完后，浇入到预热好的模具中，抽真空除去气泡后，放入烘箱中进行固化；
e：最后在250℃下后处理4～6小时。
所述的双马来酰亚胺的预聚体是3∶4的二烯丙基双酚A与双马来酰亚胺，通过加热熔融法制备而成，通过加热熔融法制备而成。
所述的固化工艺为：150℃固化2小时，180℃固化2小时，220℃固化4小时。
有益效果：
本发明用氨基硅烷偶联剂溶液处理纳米粒子，无需干燥处理，避免了纳米粒子因偶联剂的粘接作用而相互牢固凝结在一起的现象，提高了纳米粒子在有机基体中的分散性。
本发明将经氨基硅烷偶联剂处理的纳米粒子的丙酮悬浮液直接加入到双马来酰亚胺树脂预聚体中，一开始丙酮在其中可降低体系的黏度，有利于纳米粒子的分散；随着丙酮的加热蒸馏，体系的黏度在增大，双马来酰亚胺树脂的网络结构也在生成，防止了纳米粒子的沉降，可得到纳米粒子分散均匀的双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料。另外，丙酮溶剂采用蒸馏进行回收，既提高了丙酮的利用率，又避免了环境的污染。
本发明在双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料系中加入偶联剂不但可以大大减少分散相的尺寸，还可以增加有机-无机两相间的相容性，改善的两相间的界面粘结程度。因此，除了能够提高双马来酰亚胺树脂的耐磨减摩性，还可提高双马来酰亚胺树脂的力学性能，耐热性也得到适当提高。
本发明的双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料可在真空、辐射、高温等特殊环境下使用，适合用作航空航天、化工机械、汽车家电等领域的自润滑轴承、齿轮、压缩机的滑片等零部件。
本发明的制备方法具有操作工艺简单、无污染等特点，是一种适用性广的制备有机-无机纳米复合材料的方法。
附图说明：
图1：为本发明的生产工艺流程图
具体实施方式：
现结合附图对本发明作进一步描述：
实施例1：
将0.5份偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到丙酮中，用乙酸调PH值，待γ-氨丙基三乙氧基硅烷水解后，将2份纳米氮化硅、1份的纳米二氧化硅和1份碳黑加入含有偶联剂的丙酮溶液中，利用超声波分散15分钟。然后将其加入到100份的双马来酰亚胺树脂的预聚体中，利用高速均质搅拌机加热搅拌15分钟，加入到三口烧瓶中，加热搅拌30分钟，蒸馏除去其中的丙酮，待丙酮蒸发完后，浇入到预热好的模具中，抽真空除去气泡后，放入烘箱中进行固化。固化工艺为：在150℃下固化2小时后，升温至180℃固化2小时，再升温至220℃固化4小时后。自然冷却到室温脱模后，最后在250℃下后处理4小时。即得双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料。
实施例2：
将0.3份偶联剂N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷加入到丙酮中，用乙酸调PH值，待偶联剂水解后，将2份纳米氮化硅、2份的纳米二氧化硅加入到含有偶联剂的丙酮溶液中，利用超声波分散20分钟。然后将其加入到100份的双马来酰亚胺树脂的预聚体中，利用高速均质搅拌机加热搅拌20分钟，加入到三口烧瓶中，加热搅拌40分钟，蒸馏除去其中的丙酮，待丙酮蒸发完后，浇入到预热好的模具中，抽真空除去气泡后，放入烘箱中进行固化。固化工艺为：在150℃下固化2小时后，升温至180℃固化2小时，再升温至220℃固化4小时后。自然冷却到室温脱模后，最后在250℃下后处理5小时。即得双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料。
实施例3：
将0.2份偶联剂N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷加入到丙酮中，用乙酸调PH值，待偶联剂水解后，将1份纳米碳化硅、2份的纳米二氧化硅和1份碳黑加入含有偶联剂的丙酮溶液中，利用超声波分散18分钟。然后将其加入到100份的双马来酰亚胺树脂的预聚体中，利用高速均质搅拌机加热搅拌18分钟，加入到三口烧瓶中，加热搅拌40分钟，蒸馏除去其中的丙酮，待丙酮蒸发完后，浇入到预热好的模具中，抽真空除去气泡后，放入烘箱中进行固化。在150℃下固化2小时后，升温至180℃固化2小时，再升温至220℃固化4小时后。自然冷却到室温脱模后，最后在250℃下后处理6小时。即得双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料。
上述实施例的双马来酰亚胺的预聚体是由3：4的二烯丙基双酚A改性的双马来酰亚胺，通过加热熔融法制备而成。
本发明用氨基硅烷偶联剂的丙酮溶液处理纳米粒子，直接加入到双马来酰亚胺树脂预聚体中，无需干燥处理，避免了纳米粒子因偶联剂的粘接作用而相互牢固凝结在一起的现象。利用蒸馏丙酮的方法来改变体系的黏度，将经偶联剂处理的纳米粒子均匀的包封在双马来酰亚胺树脂的网络结构中，防止了纳米粒子的沉降，提高了纳米粒子在有机基体中的分散性和两相间的相容性。同时回收了丙酮，避免了环境污染。此制备方法操作工艺简单、无污染、且纳米粒子分散均匀，这种复合材料可在真空、辐射、高温等特殊环境下使用，适合用作航空航天、化工机械、汽车家电等领域的自润滑轴承、齿轮、压缩机的滑片等零部件。
本发明的双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料的性能指标如下：
1. 外观：无明显缺陷
2. 密度：<2.5g/cm2
3. 弯曲强度：>120Mpa
4. 冲击强度：>12KJ/m2
5. 布绍硬度：>27kg/mm2
6. 摩擦系数：<0.25(GB3960-83)
7. 抗磨性能：<2.0×10-6mm3/(N·m)(GB3960-83)
8. 热变形温度：>270℃
Claims (4)
1、一种双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料，其特征在于：由二烯丙基双酚A改性的双马来酰亚胺树脂100份、无机纳米粒子0.5～15份、偶联剂0.1～2份和碳黑0.5～15份组成；所述的份为质量份数；所述的纳米粒子是：氮化硅、碳化硅或二氧化硅。
2、根据权利要求1所述的双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料，其特征在于：所述的偶联剂是下述其中的一种：γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
3、一种制备双马来酰亚胺自润滑纳米复合材料的方法，其特征在于：制备步骤如下：
a：首先将0.1～2份的偶联剂加入到丙酮中，用乙酸调PH值，使偶联剂水解；
b：将0.5～15份的纳米粒子加入含有偶联剂的丙酮溶液中，利用超声波分散10～30分钟；所述的纳米粒子是：氮化硅、碳化硅或二氧化硅；
c：将其加入到100份的双马来酰亚胺的预聚体中，利用高速均质搅拌机分散均匀后，加入到三口烧瓶中，加热搅拌，蒸馏除去其中的丙酮；所述的双马来酰亚胺的预聚体是由3∶4的二烯丙基双酚A与双马来酰亚胺，通过加热熔融法制备而成；
d：待丙酮蒸发完后，浇入到预热好的模具中，抽真空除去气泡后，放入烘箱中进行固化；
e：最后在250℃下后处理4～6小时；
步骤中所述的份为质量份数。
4、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述的固化工艺为：150℃固化2小时，180℃固化2小时，220℃固化4小时。
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