一种球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料，由以下重量份数的原料组分制成：球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子1～10份、双马来酰亚胺100份、烯丙基醚75～100份。本发明专利技术还公开了上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先制备出球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子；然后以球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子为填料对烯丙基醚改性的双马来酰亚胺树脂进行改性；最后采用浇注成型法制备出球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料。本发明专利技术提供的复合材料具有优异的力学性能和耐磨润滑性能，而且制备方法操作简便，成本较低。

A spherical nano-MoS2/hydroxy silicate/bismaleimide resin composite and its preparation method

The invention discloses a spherical nano-MoS2/hydroxy silicate/bismaleimide resin composite material, which is made of the following raw material components: spherical nano-MoS2/hydroxy silicate composite particles 1-10 phr, bismaleimide 100 phr, allyl ether 75-100 phr. The invention also discloses the preparation method of the composite material, including the following steps: firstly, the spherical nano-MoS2/hydroxyalkyl silicate composite particles are prepared; secondly, the spherical nano-MoS2/hydroxyalkyl silicate composite particles are used as fillers to modify the allyl ether modified bismaleimide resin; finally, the spherical nano-MoS2/hydroxyalkyl silicate/bismaleimide is prepared by casting method. Amine resin composites. The composite material provided by the invention has excellent mechanical properties and wear resistance and lubrication performance, and the preparation method is simple to operate and low in cost.

【技术实现步骤摘要】
一种球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法。
技术介绍
双马来酰亚胺树脂是以马来酰亚胺为活性端基的双官能团化合物。双马来酰亚胺树脂比环氧树脂具有更好的热稳定性、尺寸稳定性和高湿热环境下的抗疲劳性能，具有良好的分子结构设计，同时耐辐射、耐低温且成型工艺性能、阻燃性电绝缘性也比较好，因此双马来酰亚胺树脂基复合材料在航空领域有着广泛的用途，如用于飞机的机身、管道、骨架、机翼和尾翼等部分。但是双马来酰亚胺树脂也存在着一些缺陷，如固化物脆性较大，体积收缩率高，阻燃性能较差等，难以满足苛刻条件下摩擦领域中的应用，因此，在实际应用中需要对其进行改性。近年来，研究人员对双马来酰亚胺树脂改性的重点主要体现在改善加工工艺和提高双马来酰亚胺树脂韧性上，主要包括烯丙基化合物改性、芳香二元胺改性、环氧树脂改性、氰酸酯树脂改性、热塑性树脂改性、热固性树脂改性及添加无机填料改性。而上述改性方法在固化阶段由于有机溶剂的蒸发，使改性的双马来酰亚胺树脂的致密性不好且耐磨润滑性能也不是很好。为了提高双马来酰亚胺树脂的耐磨性能，研究者开始尝试使用纳米粒子改性双马来酰亚胺树脂。MoS2纳米粒子具有类似于三明治的特殊的层状结构，层内S-Mo-S原子间以较强的共价键连接，各层之间以范德华力进行结合，因此在摩擦过程中受到外加载荷时，层间较易发生滑动，在较大程度上增大其承载外力的能力，且极大减少实际的相对摩擦面积，从而表现出了良好的润滑性能。然而，层状结构的MoS2，由于片层边缘电子具有悬空键，所以具有较高的化学活性，因而在高温多氧环境下极易被氧化，而且其在双马来酰亚胺树脂中分散不均匀，从而在对双马来酰亚胺树脂改性时并不能够发挥MoS2的耐磨润滑性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法，使得MoS2在提高其稳定性的同时，能够在树脂基体中很好的分散，使MoS2能够在摩擦过程中发生滚动、弹性形变以及球壳剥落，从而不仅实现复合材料力学性能增强，还能够提高摩擦过程中承受外加载荷的能力。本专利技术的第一个目的是提供一种球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料，由以下重量份数的原料组分制成：球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子1～10份、双马来酰亚胺100份、烯丙基醚75～100份。优选的，双马来酰亚胺为二苯甲烷型双马来酰亚胺。本专利技术的第二个目的是提供一种上述球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将钼酸钠、铵基硫脲、羟基硅酸盐、硅烷偶联剂和水合肼加入反应容器中，接着加入去离子水和无水乙醇，然后于190℃下反应24h，反应结束后，冷却、洗涤并干燥，得到反应产物，将反应产物在氮气氛围下，于500～800℃煅烧1～2h，得到球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子；其中，钼酸钠、铵基硫脲的摩尔比为1:2，且钼酸钠、羟基硅酸盐、硅烷偶联剂的质量比为3:1:1；S2、按照重量份数分别称取球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子1～10份、双马来酰亚胺100份、烯丙基醚75～100份，备用；S3、将S2中称取的双马来酰亚胺和烯丙基醚混合，在120～140℃下预聚10～15min，接着加入S2中称取的球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子，并在50～70W功率下超声分散20～30min，得到预聚体；S4、将S3得到的预聚体在120～140℃下加热熔融，预聚10～15min后倒入预热好的模具中，接着将模具在100～140℃下真空干燥，然后进行阶段升温固化，固化结束后，自然冷却脱模，然后在220～250℃下处理1～2h，即得到球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料。优选的，步骤S1中，所述羟基硅酸盐为层状结构的蛇纹石。优选的，步骤S1中，所述硅烷偶联剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-792)。优选的，步骤S1中，所述去离子水、无水乙醇和水合肼的体积比为6:6:1。优选的，步骤S1中，所述羟基硅酸盐与水合肼的用量比例为1g:5mL。优选的，步骤S4中，所述阶段升温固化具体分为三个阶段，每个阶段固化时间均为2h，第一阶段升温固化的温度为160～180℃，第二阶段升温固化的温度为180～200℃，第三阶段升温固化的温度为200～220℃。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术所制备的球状纳米MoS2不但具有传统的一系列优点，而且特殊的球状结构赋予其较高的化学稳定性，当在摩擦过程中受到较大的外加载荷时，能够发生滚动、弹性形变以及球壳剥落，实现纳米MoS2润滑性能的极大优化，降低双马来酰亚胺树脂的摩擦系数，进一步提高复合材料的耐磨性能；(2)本专利技术采用的羟基硅酸盐具有特殊的层状结构，一方面能够在较大程度上增大其承载外力的能力，另一方面可极大减少实际的相对摩擦面积，从而达到减小材料的耐磨减损，延长零件使用寿命的目的。此外，羟基硅酸盐的加入能够为球状MoS2的制备提供成核位置，使所制备出MoS2的尺寸更小且更为松散，并利于MoS2形成闭合的球状结构。(3)本专利技术采用的硅烷偶联剂KH-792，在反应过程中作为促助剂能够在一定程度上对球状MoS2的大小进行调控，且少量的KH-792能够与球状MoS2表面的羟基发生反应，更加有利于球状纳米MoS2/羟基硅酸盐在树脂基体中的分散性。因此，本专利技术以KH-792作为促助剂制备球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子，并以其对双马来酰亚胺树脂进行改性，能够使二者发挥良好的协同效应，从而极大提高树脂材料的力学性能和摩擦性能。(4)本专利技术选用烯丙基醚对双马来酰亚胺进行改性，得到粘度较低的预聚体，能够在不用添加其他溶剂的条件下使球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子在树脂中进行均匀良好分散，避免了因溶剂蒸发而造成的多孔缺陷，使形成的球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料致密均匀。(5)本专利技术制备的球状纳米MoS2由一步水合热法直接合成，操作过程简单方便，所用原料为钼酸钠和铵基硫脲，来源广泛，成本低廉。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例1制备的球状MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料断裂面的SEM图；图3为本专利技术实施例1中羟基硅酸盐的扫描电镜图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。下面各实施例中未注明具体条件的试验方法，均按照本领域的常规方法和条件进行，所用原料均为市售。以下实施例中的双马来酰亚胺为二苯甲烷型双马来酰亚胺，羟基硅酸盐为层状结构的蛇纹石，硅烷偶联剂为KH-792。实施例1一种球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料，具体由以下重量份数的原料组分制成：球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子1份、双马来酰亚胺100份、烯丙基醚75份。上述球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法，具体包括如下步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组分制成：球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子1～10份、双马来酰亚胺100份、烯丙基醚75～100份。

【技术特征摘要】
1.一种球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组分制成：球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子1～10份、双马来酰亚胺100份、烯丙基醚75～100份。2.根据权利要求1所述的球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于，所述双马来酰亚胺为二苯甲烷型双马来酰亚胺。3.根据权利要求1所述的球状纳米MoS2/羟基硅酸盐/双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将钼酸钠、铵基硫脲、羟基硅酸盐、硅烷偶联剂和水合肼加入反应容器中，接着加入去离子水和无水乙醇，然后于190℃下反应24h，反应结束后，冷却、洗涤并干燥，得到反应产物，将反应产物在氮气氛围下，于500～800℃下煅烧1～2h，得到球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子；其中，所述钼酸钠、铵基硫脲的摩尔比为1:2，且钼酸钠、羟基硅酸盐、硅烷偶联剂的质量比为3:1:1；S2、按照重量份数分别称取球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子1～10份、双马来酰亚胺100份、烯丙基醚75～100份，备用；S3、将S2中称取的双马来酰亚胺和烯丙基醚混合，在120～140℃下预聚10～15min，接着加入S2中称取的球状纳米MoS2/羟基硅酸盐复合粒子，并在50～70W功率下超声分散20～30min，得到预聚体；S4、将S3得到的预聚体在120～140...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾园，刘振，娄珀瑜，杨菊香，杜威，
申请(专利权)人：西安文理学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61