專利名稱：異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及一種異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著高速度、高精密以及高效率加工技術(shù)的不斷發(fā)展，加工時(shí)間與輔助時(shí)間不斷縮短，金屬切除率與切削用量不斷増加，要求機(jī)床整機(jī)系統(tǒng)具有更好的動(dòng)、靜態(tài)性能與熱穩(wěn)定性、高阻尼等性能。作為精密機(jī)床的核心基礎(chǔ)件，機(jī)床床身、立柱、夾具等在加工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)問題直接影響機(jī)床的整機(jī)性能與加工精度，解決振動(dòng)問題的主要途徑是優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)和采用性能優(yōu)良的新型材料。目前大部分機(jī)械基礎(chǔ)件材料以鑄鐵和鋼材焊接結(jié)構(gòu)為主，很難滿足機(jī)床動(dòng)、靜態(tài)性能和熱穩(wěn)定性等要求，同時(shí)，鑄鐵和鋼鐵材料在冶煉過程要消 耗大量的能源，増加碳排放和環(huán)境污染。因此，開發(fā)性能優(yōu)良的新型材料成為提高機(jī)械設(shè)備性能的重要途徑之一。近年來，瑞士、德國等エ業(yè)發(fā)達(dá)國家正在逐漸采用樹脂礦物復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑄鐵制造高速、精密加工機(jī)床等設(shè)備的床身、立柱、夾具等基礎(chǔ)件，能夠明顯降低設(shè)備的振動(dòng)，提高設(shè)備精度。樹脂礦物復(fù)合材料是ー種以天然花崗石顆粒為骨料，以有機(jī)樹脂作粘合劑的復(fù)合材料，具有優(yōu)良的阻尼減振性能、低熱膨脹系數(shù)、高耐腐蝕性能，以及較好的力學(xué)性能，其生產(chǎn)過程中不需要燒結(jié)，無污染，低能耗，但其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能明顯低于灰鑄鐵材料的缺點(diǎn)限制了其大量推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料及其制備方法，可有效提高樹脂礦物復(fù)合材料的物理機(jī)械性能。本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料，它由下列重量份比的原材料混合后常溫固化而成異形纖維O. I I份、花崗巖骨料77 90份、液態(tài)合成樹脂5 12份、稀釋劑O. 4 I份、增韌劑O. 5 I份和固化劑I 3份；其中所述的異形纖維由快走絲電火花線切割使用的鑰絲或慢走絲電火花線切割使用的銅合金絲經(jīng)機(jī)械加工而成，異形纖維的形狀為C形，L形，M形，N形，O形，S形，U形，V形，W形或Z形狀。所述的異形纖維表面上有電火花脈沖放電產(chǎn)生的隨機(jī)凹痕與凸起。由鑰絲制成的異形纖維直徑為O. 05 O. 2mm,由銅絲制成的異形纖維直徑為O. 07 O. 5mm。所述的花崗巖骨料粒徑為O. Imm 15mm。所述的液態(tài)合成樹脂為環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯樹脂。所述的固化劑為こニ胺；所述的稀釋劑為丙酮；所述的增韌劑為鄰苯ニ甲酸ニ丁酷。上述異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料的制備方法，包括步驟如下a)將花崗巖骨料清洗并干燥，按照不同的級(jí)配方案混合均勻；b)稱取異形纖維；c)稱取液態(tài)合成樹脂、稀釋劑、增韌劑和固化劑并加入攪拌桶混合成均勻的樹脂體系，然后將異形纖維加入混合均勻的樹脂體系，并攪拌使其分布均勻；d)將混合均勻的骨料加入攪拌桶直至各組分分布均勻，澆鑄到模具中并固定到振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)密實(shí)；e)養(yǎng)護(hù)成型。上述步驟中花崗巖骨料按粒徑范圍分為3個(gè)級(jí)別，各級(jí)別的質(zhì)量百分比為O. Imm 2. 5mm : 28 % 40 %，2. 5mm 7. 5mm : 25 % 35 %，7. 5mm 15mm : 25 % 40%。所述的異形纖維可多種形狀混合使用。 所述的養(yǎng)護(hù)為室溫條件下養(yǎng)護(hù)3-15天。異形纖維采用快走絲電火花線切割使用的鑰絲或慢走絲電火花線切割使用的銅合金絲經(jīng)機(jī)械加工而成，所選用的鑰絲或銅絲包括全新的和經(jīng)過電火花線切割加工使用后報(bào)廢的兩種，其中經(jīng)過電火花線切割加工后報(bào)廢的金屬絲表面上隨機(jī)分布著脈沖放電產(chǎn)生的凹痕與凸起，不僅可以減少前期的纖維預(yù)處理工序，還可以提高異形纖維與樹脂之間的結(jié)合強(qiáng)度，提高纖維增強(qiáng)效果。本發(fā)明采用異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料，與常規(guī)使用的普通直纖維相比，不同形狀的異形纖維可有效提高機(jī)械嚙合力和橋接力，減少復(fù)合材料內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，提高纖維增強(qiáng)效果；異形纖維為短纖維，隨機(jī)取向分布在復(fù)合材料中，其隨機(jī)性能夠保證異形纖維提供各個(gè)方向上較為平衡的應(yīng)カ分布。同時(shí)，采用快走絲線電火花線切割報(bào)廢的鑰絲與慢走絲電火花線切割報(bào)廢的銅合金絲制備異形纖維不僅屬于エ業(yè)廢料的二次開發(fā)利用，而且其表面因電火花脈沖放電產(chǎn)生的隨機(jī)分布凹痕可以提高纖維與樹脂之間的結(jié)合強(qiáng)度，在提高材料物理機(jī)械性能的同時(shí)有效降低復(fù)合材料成本。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，無纖維增強(qiáng)的樹脂礦物復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度為110 140MPa，直纖維增強(qiáng)的樹脂礦物復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度為125 155Mpa，加入異形纖維增強(qiáng)后，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到135 170MPa。異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，比無纖維增強(qiáng)的樹脂礦物復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度提高15% 25%，可作為優(yōu)良的機(jī)械基礎(chǔ)件材料。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)ー步說明。實(shí)施例I骨料天然花崗巖顆粒5000g，其中O. Imm 2. 5mm :1800g,占 36wt%2. 5mm 7. 5mm :1600g,占 32wt%7. 5mm 15mm :1600g,占 32wt%,膠粘劑基體500g，包括環(huán)氧樹脂370g，固化劑こニ胺93g，稀釋劑丙酮37g。異形纖維采用快走絲電火花線切割加工報(bào)廢的直徑為O. 15mm的舊鑰絲，經(jīng)過機(jī)械加工成為W形纖維，55g。a)將花崗巖骨料清洗并干燥，按照不同的級(jí)配方案混合均勻；b)稱取異形纖維；c)稱取液態(tài)合成樹脂、稀釋劑、增韌劑和固化劑并加入攪拌桶混合成均勻的樹脂體系，然后將異形纖維加入混合均勻的樹脂體系，并攪拌使其分布均勻；d)將混合均勻的骨料加入攪拌桶直至各組分分布均勻，澆鑄到模具中并固定到振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)密實(shí)；e)養(yǎng)護(hù)成型。通過以上配方獲得的異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料其抗壓強(qiáng)度為16118MPa。實(shí)施例2骨料天然花崗巖顆粒5000g，其中O. Imm 2. 5mm :1800g,占 36wt%2. 5mm 7. 5mm :1600g,占 32wt%7. 5mm 15mm :1600g,占 32wt%, 膠粘劑基體500g，包括環(huán)氧樹脂370g，固化劑こニ胺93g，稀釋劑丙酮37g。異形纖維采用慢走絲電火花線切割加工報(bào)廢的直徑為O. 25mm的銅合金絲，經(jīng)過機(jī)械加工成為N形纖維,55g。a)將花崗巖骨料清洗并干燥，按照不同的級(jí)配方案混合均勻；b)稱取異形纖維；c)稱取液態(tài)合成樹脂、稀釋劑、增韌劑和固化劑并加入攪拌桶混合成均勻的樹脂體系，然后將異形纖維加入混合均勻的樹脂體系，并攪拌使其分布均勻；d)將混合均勻的骨料加入攪拌桶直至各組分分布均勻，澆鑄到模具中并固定到振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)密實(shí)；e)養(yǎng)護(hù)成型。通過以上配方獲得的異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料其抗壓強(qiáng)度為152.93MPa。
權(quán)利要求
1.異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料，其特征是，它由下列重量份比的原材料混合后常溫固化而成異形纖維O. I I份、花崗巖骨料77 90份、液態(tài)合成樹脂5 12份、稀釋劑O. 4 I份、增韌劑O. 5 I份和固化劑I 3份；其中所述的異形纖維由快走絲電火花線切割使用的鑰絲或慢走絲電火花線切割使用的銅合金絲經(jīng)機(jī)械加工而成，異形纖維的形狀為C形，L形，M形，N形，O形，S形，U形，V形，W形或Z形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料，其特征是，所述的異形纖維表面上有電火花脈沖放電產(chǎn)生的隨機(jī)凹痕與凸起。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料，其特征是，由鑰絲制成的異形纖維直徑為O. 05 O. 2mm,由銅絲制成的異形纖維直徑為O. 07 O. 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料，其特征是，所述的液態(tài)合成樹脂為環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯樹脂，所述的固化劑為乙二胺；所述的稀釋劑為丙酮；所述的增韌劑為鄰苯二甲酸二丁酯。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料的制備方法，其特征是，包括步驟如下a)將花崗巖骨料清洗并干燥，按照不同的級(jí)配方案混合均勻；b)稱取異形纖維；c)稱取液態(tài)合成樹脂、稀釋劑、增韌劑和固化劑并加入攪拌桶混合成均勻的樹脂體系，然后將異形纖維加入混合均勻的樹脂體系，并攪拌使其分布均勻；d)將混合均勻的骨料加入攪拌桶直至各組分分布均勻，澆鑄到模具中并固定到振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)密實(shí)；e)養(yǎng)護(hù)成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料的制備方法，其特征是，花崗巖骨料按粒徑范圍分為3個(gè)級(jí)別，各級(jí)別的質(zhì)量百分比為0. Imm 2. 5mm 28% 40%，2. 5mm 7. 5mm : 25% 35%，7. 5mm 15mm : 25% 40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的養(yǎng)護(hù)為室溫下養(yǎng)護(hù)3-15天。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料及其制備方法，它由下列重量份比的原材料混合后常溫固化而成異形纖維0.1～1份、花崗巖骨料77～90份、液態(tài)合成樹脂5～12份、稀釋劑0.4～1份、增韌劑0.5～1份和固化劑1～3份；其中所述的異形纖維由快走絲電火花線切割使用的鉬絲或慢走絲電火花線切割使用的銅合金絲經(jīng)機(jī)械加工而成，異形纖維的形狀為C形，L形，M形，N形，O形，S形，U形，V形，W形或Z形狀。本發(fā)明采用異形纖維增強(qiáng)樹脂礦物復(fù)合材料，可有效提高機(jī)械嚙合力和橋接力，減少復(fù)合材料內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，電火花脈沖放電產(chǎn)生的隨機(jī)分布凹痕可以提高纖維與樹脂之間的結(jié)合強(qiáng)度，提高纖維增強(qiáng)效果。
文檔編號(hào)C04B26/18GK102633463SQ20121012815
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者任秀華, 張建華, 王澤寧, 王濤, 郝世美 申請(qǐng)人:山東大學(xué)