CN103881379A - 羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法 - Google Patents

羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法，以硅烷偶联剂修饰的羟基硅酸盐为填料，以含磷苯并噁嗪单体和二烯丙基双酚A共同改性的双马来酰亚胺作为基体，采用浇注成型法制备出一种高强度、耐高温的自润滑耐磨材料。本发明所制备的羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料不仅具有优异的耐热性、力学性能，还具有出色的耐磨性能。

Description

羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于先进复合材料科学技术领域，涉及一种羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法。
背景技术
羟基硅酸盐主要存在于蛇纹石矿物中，属1:1型八面体层状硅酸盐，理想分子式为Mg3Si2O5(OH)4，其理想的机构单元层都由“氢氧镁石”片和“硅氧四面体”片组成，为天然纳米结构材料。由于羟基硅酸盐中存在很多活性基团，如O-Si-O，Si-O-Si，含镁键类，羟基和氢键等，易与金属氧化形成共价键，在摩擦副表面形成保护层。同时，羟基硅酸盐主要为片层状结构，层间以范德华力连接，在外力作用下，片层之间易于滑动，可在摩擦表面进行铺展，有效降低了摩擦表面的实际接触面积，进一步提高了材料的耐磨性能。目前羟基硅酸盐主要作为添加剂加入基础润滑油中，研究表明，加入羟基硅酸盐后，体系的摩擦系数不断降低，磨损率显著减小，有时甚至还出现了负磨损的情况。本发明将羟基硅酸盐加入树脂基体中，以提高树脂的力学性能与耐磨性能。然而原始的硅酸盐片由于层间吸附Na+，Mg2+等阳离子，只能在亲水性溶剂中保持较好的分散性，为了增加羟基硅酸盐与聚合物基体之间的界面结合强度，需对羟基硅酸盐表面进行修饰，以提高其与树脂的相容性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法，可以提供一种具有优异耐热性，力学性能和摩擦性能的双马来酰亚胺树脂复合材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料，原料质量份数包括1～10份的硅烷偶联剂修饰的羟基硅酸盐、10～100份含磷苯并噁嗪单体、100份二苯甲烷型双马来酰亚胺和10～100份二烯丙基双酚A。
所述的羟基硅酸盐为蛇纹石超细粉体，其粒径为0.01～10um，使用时在超声分散条件下，经过硅烷偶联剂处理；所述的硅烷偶联剂为γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β（氨乙基）-γ氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或任意几种的混合物。
所述的含磷苯并噁嗪单体的化学结构如下：
Figure BDA0000479415340000021
所述的二苯甲烷型双马来酰亚胺的化学结构为：
Figure BDA0000479415340000022
所述的二烯丙基双酚A的化学结构为：
Figure BDA0000479415340000023
本发明还提供上述羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法，制备步骤如下:
步骤1：将100质量份双马来酰亚胺与10～100质量份二烯丙基双酚A在140℃下预聚10min，然后加入10～100质量份的含磷苯并噁嗪单体，反应10～30min，得到预聚体；
步骤2：向上述预聚体中加入1～10质量份硅烷偶联剂处理过的羟基硅酸盐，在50～70W功率下超声分散20～30min；
步骤3：将步骤2所得预聚体在140℃下加热熔融，预聚10～15min后倒入预热好的模具中，在100～140℃真空干燥箱中抽真空除去气泡后，放入鼓风干燥箱中进行阶段升温固化，固化工艺为180℃/2h，200℃/2h，220℃/2h，自然冷却脱模后，在250℃下处理2h，得到羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料。
本发明的有益效果是：本发明使用含磷苯并噁嗪和二烯丙基双酚A共同改性的双马来酰亚胺作为基体，以硅烷偶联剂处理的羟基硅酸盐作为填料。硅烷偶联剂所处理的羟基硅酸盐不但活性高，耐热性好，而且其与树脂的界面粘结程度也得到很大的提高。同时，含磷苯并噁嗪不仅大大降低了双马来酰亚胺树脂的体积收缩率，增强了其力学性能，且很大程度地提高了其耐热性。
本发明所选用的羟基硅酸盐为蛇纹石，主要含有羟基硅酸镁化学成分，其结构为八面体层与六方网状层按1：1结合构成的单元层状，其中[SiO4]四面体构成了六方网状层，而八面体层结构来自蛇纹石中的氢氧镁石。在外力作用下存在于八面体层氢氧镁石中的O-Si-O、Si-O-Si、镁键、羟基、氢键等不饱和键出现在断裂面上，使得其具有很高的化学活性。机械摩擦副极易吸附这种富含活性的蛇纹石粉体，并在磨损表面上发生相互作用形成保护层。同时，羟基硅酸盐在外力作用下片层之间易于滑动，有效降低摩擦系数，进一步提高材料的耐磨性能。此外，羟基硅酸盐较传统的纳米填料而言价格更低廉，使用更方便，具有更高的经济效益。
本发明所采用的含磷苯并噁嗪单体具有良好的耐热性和低的体积收缩率，且其含有的磷元素可大大提高树脂体系的耐热性。因此，选用含磷苯并噁嗪单体对双马来酰亚胺树脂进行改性，不仅可以降低树脂的体积收缩率，提高树脂的力学性能，而且可降低摩擦过程中产生的大量热量对树脂的损耗，从而进一步提高双马来酰亚胺树脂的耐磨性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
由于羟基硅酸盐片层易在外力下进行剥离，因此本发明在超声剥离条件下，利用偶联剂对其进行处理，以提高其在树脂基体中的分散性。双马来酰亚胺树脂是一类耐热性能优异的热固性树脂，具有良好的耐辐射、耐湿热、耐老化和耐磨性能，已得到广泛应用。本发明采用二烯丙基双酚A对其进行改性，不但可以在一定程度上提高树脂的强度，也使树脂的成型工艺性得到改善。然而由于双马来酰亚胺自身体积收缩率大，固化物韧性差，大大阻碍了其应用。含磷苯并噁嗪不仅具有传统苯并噁嗪的优点，在固化过程中体积收缩接近于零，具有高的玻璃化转变温度，低的介电常数低、良好的机械性能等，而且其含有的磷元素可大大提高自身的耐热性。本发明采用含磷苯并噁嗪单体对双马来酰亚胺进行改性，不仅可以降低树脂的体积收缩率，提高树脂的力学性能，而且进一步增强双马来酰亚胺树脂的耐热性，从而降低摩擦过程中产生的大量热量对树脂的损耗。因此采用羟基硅酸盐和含磷苯并噁嗪单体共同作用对双马来酰亚胺树脂进行改性，可制备出高耐热、超耐磨的双马来酰亚胺树脂自润滑复合材料。
本发明选用硅烷偶联剂对羟基硅酸盐进行处理，提高有机-无机组分的相容性，以获得羟基硅酸盐分散良好的羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料。
实施实例1:
将100份双马来酰亚胺与70份二烯丙基双酚A在140℃下预聚10min，然后加入10份含磷苯并噁嗪单体，反应10～30min；向上述预聚体中加入1份硅烷偶联剂处理过的羟基硅酸盐，在50～70W功率下超声分散20～30min；将所得预聚体在140℃下重新加热熔融，预聚10～15min后倒入预热好的模具中；在100～140℃真空干燥箱中抽真空出去气泡后，放入鼓风干燥箱中进行阶段升温固化。其固化工艺为180℃/2h，200℃/2h，220℃/2h，自然冷却脱模后，在250℃下处理2h，得到羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料。
实施实例2:
将100份双马来酰亚胺与70份二烯丙基双酚A在140℃下预聚10min，然后加入10份含磷苯并噁嗪单体，反应10～30min；向上述预聚体中加入2份硅烷偶联剂处理过的羟基硅酸盐，在50～70W功率下超声分散20～30min；将所得预聚体在140℃下重新加热熔融，预聚10～15min后倒入预热好的模具中；在100～140℃真空干燥箱中抽真空出去气泡后，放入鼓风干燥箱中进行阶段升温固化，其固化工艺如实施实例1。
实施实例3:
将100份双马来酰亚胺树脂与80份二烯丙基双酚A在140℃下预聚10min，然后加入10份含磷苯并噁嗪单体，反应10～30min；向上述预聚体中加入2份硅烷偶联剂处理过的羟基硅酸盐，在50～70W功率下超声分散20～30min；将所得预聚体在140℃下重新加热熔融，预聚10～15min后倒入预热好的模具中；在100～140℃真空干燥箱中抽真空出去气泡后，放入鼓风干燥箱中进行阶段升温固化，其固化工艺如实施实例1。
实施实例4:
将100份双马来酰亚胺树脂与80份二烯丙基双酚A在140℃下预聚10min，然后加入20份含磷苯并噁嗪单体，反应10～30min；向上述预聚体中加入3份硅烷偶联剂处理过的羟基硅酸盐，在50～70W功率下超声分散20～30min；将所得预聚体在140℃下重新加热熔融，预聚10～15min后倒入预热好的模具中；在100～140℃真空干燥箱中抽真空出去气泡后，放入鼓风干燥箱中进行阶段升温固化，其固化工艺如实施实例1。
实施实例5:
将100份双马来酰亚胺树脂与80份二烯丙基双酚A在140℃下预聚10min，然后加入30份含磷苯并噁嗪单体，反应10～30min；向上述预聚体中加入3份硅烷偶联剂处理过的羟基硅酸盐，在50～70W功率下超声分散20～30min；将所得预聚体在140℃下重新加热熔融，预聚10～15min后倒入预热好的模具中；在100～140℃真空干燥箱中抽真空出去气泡后，放入鼓风干燥箱中进行阶段升温固化，其固化工艺如实施实例1。
实施实例6:
将100份双马来酰亚胺树脂与80份二烯丙基双酚A在140℃下预聚10min，然后加入40份含磷苯并噁嗪单体，反应10～30min；向上述预聚体中加入3份硅烷偶联剂处理过的羟基硅酸盐，在50～70W功率下超声分散20～30min；将所得预聚体在140℃下重新加热熔融，预聚10～15min后倒入预热好的模具中；在100～140℃真空干燥箱中抽真空出去气泡后，放入鼓风干燥箱中进行阶段升温固化，其固化工艺如实施实例1。
实施实例7:
将100份双马来酰亚胺树脂与80份二烯丙基双酚A在140℃下预聚10min，然后加入40份含磷苯并噁嗪单体，反应10～30min；向上述预聚体中加入3份硅烷偶联剂处理过的羟基硅酸盐，在50～70W功率下超声分散20～30min；将所得预聚体在140℃下重新加热熔融，预聚10～15min后倒入预热好的模具中；在100～140℃真空干燥箱中抽真空出去气泡后，放入鼓风干燥箱中进行阶段升温固化，其固化工艺如实施实例1。

Claims (6)

1.一种羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法，其特征在于：原料质量份数包括1～10份的硅烷偶联剂修饰的羟基硅酸盐、10～100份含磷苯并噁嗪单体、100份二苯甲烷型双马来酰亚胺和10～100份二烯丙基双酚A。
2.根据权利要求1所述的羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于：所述的羟基硅酸盐为蛇纹石超细粉体，其粒径为0.01～10um，使用时在超声分散条件下，经过硅烷偶联剂处理；所述的硅烷偶联剂为γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β（氨乙基）-γ氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或任意几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于：所述的含磷苯并噁嗪单体的化学结构为
Figure FDA0000479415330000011
4.根据权利要求1所述的羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于：所述的二苯甲烷型双马来酰亚胺的化学结构为
Figure FDA0000479415330000012
5.根据权利要求1所述的羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于：所述的二烯丙基双酚A的化学结构为
Figure FDA0000479415330000013
6.一种羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1：将100质量份双马来酰亚胺与10～100质量份二烯丙基双酚A在140℃下预聚10min，然后加入10～100质量份的含磷苯并噁嗪单体，反应10～30min，得到预聚体；
步骤2：向上述预聚体中加入1～10质量份硅烷偶联剂处理过的羟基硅酸盐，在50～70W功率下超声分散20～30min；
步骤3：将步骤2所得预聚体在140℃下加热熔融，预聚10～15min后倒入预热好的模具中，在100～140℃真空干燥箱中抽真空除去气泡后，放入鼓风干燥箱中进行阶段升温固化，固化工艺为180℃/2h，200℃/2h，220℃/2h，自然冷却脱模后，在250℃下处理2h，得到羟基硅酸盐/含磷苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂复合材料。
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