[发明专利]一种超硬模具用高强度耐热树脂结合剂组合物及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种超硬模具用高强度耐热树脂结合剂组合物及其制备方法和应用，属于热固性树脂技术领域。本发明提供了一种新型二元胺改性双马树脂的方法，并应用该方法制备得到了一种超硬磨具用高强度耐热树脂结合剂组合物。本发明先将二元胺部分烯丙基化，然后采用分步/梯度温度熔融聚合的方法，同时向体系中加入一定量的功能性硅烷偶联剂和无机填料,得到树脂结合剂组合物,该组合物与现有的超硬模具用树脂结合剂产品相比，粒径减小2‑3倍，抗拉强度提高36%以上，抗折强度提高56%以上，洛氏硬度略高，且其它各项技术指标均达到超硬磨具树脂结合剂使用要求。

技术领域

本发明涉及一种超硬磨具用高强度耐热树脂结合剂组合物及其制备方法和应用，属于热固性树脂技术领域。

背景技术

超硬磨具主要指以金刚石或立方氮化硼（CBN）为磨料，以树脂粉为粘结剂，加入适当的填充材料经过配方设计、混料、热压成型、固化及机械加工等工艺过程所制成的磨具。其中所用的树脂结合剂主要分为酚醛树脂和聚酰亚胺两大类。

酚醛树脂作为超硬磨具结合剂之一，因其综合性能稳定，货源充足，价格便宜而得到广泛应用，但其结构中存在的酚羟基和亚甲基易氧化，高温环境下的热稳定性较差，且固化后的酚醛树脂芳核间仅有亚甲基相连而显脆性，导致其应用范围在一定程度上受到限制，一般用作普通磨料树脂结合剂。

聚酰亚胺树脂具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损性，同时绝缘性能好，力学性能优异，但是其成型压力大，固化温度高，且价格昂贵，大约是酚醛树脂的20倍，因此其在超硬磨具中的实际应用率较低。

双马来酰亚胺树脂（简称BMI或双马）是由聚酰亚胺树脂体系派生的另一类树脂体系，是以马来酰亚胺为活性端基的双官能团化合物。双马树脂具有耐高温、耐辐射、耐湿热、耐腐蚀性等优点，但也存在单体溶解性差、固化物脆性大、韧性差等缺点，从而限制了其在航空、航天、机械、电子、耐磨材料等方面的应用。近年来双马改性方面的研究发展较快，主要是降低双马单体的熔点，提高其在普通有机溶剂中的溶解能力和固化物的韧性等方面的改性。

双马树脂的改性方法中用的最多的是烯丙基化合物改性，通过这种改性方法所得的树脂，能够在几乎不降低耐热性的同时大幅度提高树脂的韧性，且其它性能和生产工艺也不受影响。此改性方法已广泛应用于航空、航天，机械、电子等复合材料领域，但用该方法制备的树脂软化点较低，热压成型时易流淌，不适用于树脂结合剂。双马树脂另外一种改性方法是热塑性树脂共混改性，即向双马树脂体系中加入热塑性树脂如聚醚砜（PES）、聚醚酮（PEK-C）等，可以在不降低基体树脂力学性能的前提下实现增韧，但缺点是容易导致玻璃化温度降低、体系粘度增大，共混工艺变得困难。除此之外，也有用氰酸酯树脂对其改性，改性后的树脂具有较高的韧性、耐热性、耐潮湿、耐磨损、良好的尺寸稳定性和综合力学性能等，但是合成氰酸酯单体时往往需要用过量的卤化氰，使形成的有毒废液难以处理，阻碍了氰酸酯树脂在双马树脂改性中的应用。

二元胺改性BMI是较早使用的一种增韧改性方法，也是解决BMI脆性问题的一条较为简便的途径。它是利用BMI的高反应活性，通过与胺基发生共聚反应而获得的。二元胺改性BMI主要分为溶液预聚和熔融预聚，溶液预聚可以使反应平稳进行，但工艺复杂且产生大量废液，造成环境污染，同时大大提高了成本；由于二元胺反应活性高，熔融预聚时预聚条件和工艺较难控制，因此预聚物反应程度可重复性差。此外，单一的二元胺改性双马树脂，虽然改性后的树脂具有良好的耐热性、力学性能和韧性，但工艺性较差，树脂粘性低，通常是引入环氧树脂或酚醛树脂形成三元体系来改善树脂的工艺性，此种改性方法已广泛应用于航空、航天和电子器件等领域，但环氧基团或酚醛树脂的引入使树脂的耐热性明显降低，在磨具使用中致使磨粒与树脂结合剂的脱离，减少使用寿命，从而限制了其在超硬磨具中的应用。综上可知，二元胺改性双马来酰亚胺存在的问题有如下几点：①溶液预聚产生大量废液，造成环境污染；②熔融预聚反应活性高，工艺较难控制；③单一的二元胺改性树脂工艺性差，粘性低。因此，亟需开发一种新型二元胺改性双马树脂体系，使其能够应用于超硬磨具，并能够解决现有技术中存在的问题。

发明内容