本發(fā)明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種混雜纖維人造花崗巖復合材料及其制備方法。

背景技術：

隨著我國航空航天、天文觀測、激光核聚變、軍工業(yè)、現(xiàn)代醫(yī)療、汽車制造等國家高新技術領域的發(fā)展與需求，迫使對機床設備提出越來越高的要求。床身作為機床核心基礎件之一，除了承擔其他單元部件的重量以外，其主要作用就是減振功能。傳統(tǒng)床身的制造多采用鑄鐵材料，之所以較多采用鑄鐵材料，主要是因為鑄鐵材料剛度高、易加工、尺寸穩(wěn)定，加工工藝成熟，但是無法有效減低在機械加工過程產(chǎn)生的振動，影響加工精度和表面粗糙度，而且鑄鐵材料也存在其他缺點：如制造工藝復雜、制造成本高、耐腐蝕性差、能耗消耗大，污染嚴重，加工周期長、殘余熱應力無法完全消除，這些缺點嚴重背離了綠色發(fā)展趨勢。添加纖維的人造花崗巖復合材料相比未添加纖維的人造花崗巖復合材料，材料的機械性能可以大幅提高，如添加鋼纖維可以提高材料的抗壓強度、抗彎強度、彈性模量，添加碳纖維可以提高材料的阻尼特性，添加玻璃纖維可以提高材料的抗壓強度、耐熱性、耐腐蝕性，添加碳纖維可以提高材料的抗拉強度、阻尼特性、耐熱性。但是添加單一纖維，材料的性能力學性能和阻尼特性并不是同時提高，為此結(jié)合每種纖維的特點，提出混雜纖維人造花崗巖復合材料的制備方法。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種混雜纖維人造花崗巖復合材料及其制備方法，通過添加混雜纖維（鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維）可以提高材料的力學性能和阻尼特性，能夠滿足超精密床身的性能要求。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種混雜纖維人造花崗巖復合材料，其特征在于它是由以下原料制成：骨料、填料、碳纖維、鋼纖維、玻璃纖維，粘接劑，其中，以骨料的質(zhì)量為基準，填料占骨料的質(zhì)量分數(shù)為5%，碳纖維、鋼纖維、玻璃纖維分別占骨料的質(zhì)量分數(shù)為1%～1.5%；粘結(jié)劑占骨料的質(zhì)量分數(shù)為11.2%，所述粘結(jié)劑由樹脂、固化劑、稀釋劑按照質(zhì)量比3:2:0.6制得。

所述骨料為濟南青花崗巖骨料，按照尺寸大小分為5個等級，5個等級的重量配比如下：粒徑<0.18mm：10%~15%，粒徑0.18mm~2.36mm：10%~15%，粒徑2.36mm~5mm：35%~40%，粒徑5mm~10mm：20%~25%，粒徑10mm~15mm：15%。

所述填料為粉煤灰，所述樹脂為雙酚a型環(huán)氧樹脂e44，固化劑為650型聚酰胺樹脂，稀釋劑為丙酮。

碳纖維直徑為7μm，長度為1~5mm；鋼纖維的直徑0.5mm，長徑比為50~70，表面鍍銅，兩頭有折彎；玻璃纖維的直徑5~13μm，長度為12mm或19mm。

所述的混雜纖維人造花崗巖復合材料的制備方法，步驟如下：

（1）將骨料清洗、破碎、篩分、烘干，按照骨料級配要求稱取骨料，并混合攪勻；

（2）按照配比要求稱取碳纖維、鋼纖維、玻璃纖維，并進行預處理后與骨料混合均勻得到骨料和纖維混合物；

（3）按照配比要求，稱取填料；

（4）按照配比要求稱取樹脂、固化劑、稀釋劑，混合攪拌均勻得到粘結(jié)劑；

（5）將填料加入粘結(jié)劑中，混合攪勻，再加入骨料和纖維混合物，并用強制攪拌機攪拌均勻，注入到涂有脫模劑的模具中，將模具固定在振動臺上振動成型；

（6）室溫固化、養(yǎng)護，成品。

所述步驟（2）中的預處理方法為：將碳纖維、鋼纖維，玻璃纖維分別用偶聯(lián)劑kh-550在常溫下浸泡4小時，并在40℃恒溫下烘干20小時。

所述步驟（5）中強制攪拌機的轉(zhuǎn)速為45r/min，攪拌時間為5min，振動臺的振動頻率為100~125hz，振幅0.14~0.25mm，振動時間30min。

所述步驟（6）中室溫固化24h，室溫養(yǎng)護10天。

本發(fā)明的有益效果：未添加纖維的人造花崗巖復合材料力學性能較低，添加纖維可以改善人造花崗巖復合材料的力學性能和阻尼特性，如添加鋼纖維可以提高材料的抗壓強度、抗彎強度、彈性模量，但是材料的阻尼特性低；添加碳纖維可以提高材料的抗拉強度、阻尼特性、耐熱性，但是材料抗壓強度相比鋼纖維低，且原料價格較高；添加玻璃纖維可以提高材料的抗壓強度、耐熱性、耐腐蝕性，但是材料的阻尼特性低，且原料價格較高；添加單一纖維，材料的性能力學性能和阻尼特性并不是同時提高，為此結(jié)合每種纖維的優(yōu)點，提出混雜纖維人造花崗巖復合材料的制備方法。

本發(fā)明采用混雜纖維人造花崗巖復合材料的制備方法，與未添加纖維的人造花崗巖復合材料和添加單一纖維的人造花崗巖復合材料相比，添加混雜纖維的人造花崗巖材料綜合力學性能和阻尼特性均有所提高，可以在不降低阻尼特性的同時，提高材料的抗壓強度、抗彎強度、抗拉強度，彈性模量。經(jīng)過實驗得知，此方法制備的混雜纖維人造花崗巖復合材料與不添加纖維人造花崗巖復合材料相比，材料的抗壓強度提高25%~30%，與單一纖維人造花崗巖復合材料相比，抗壓強度提高16%~21%。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明做進一步說明。應理解，以下實施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限制本發(fā)明的范圍，該領域的技術熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。

使用該方法制備的混雜纖維人造花崗巖復合材料與不添加纖維人造花崗巖復合材料相比，材料的抗壓強度提高25%~30%，與單一纖維人造花崗巖復合材料相比，抗壓強度提高10%~15%。

實施例1

本實施例的混雜纖維人造花崗巖復合材料的制備方法如下：

（1）將骨料清洗、破碎、篩分、烘干，按照骨料級配稱取骨料，攪拌均勻；骨料為“濟南青”天然花崗巖5000g，其中：

粒徑<0.18mm，500g，占骨料總量的10%；

粒徑0.18mm~2.36mm，750g，占骨料總量的15%；

粒徑2.36mm~5mm，1750g，占骨料總量的35%；

粒徑5mm~10mm，1250g，占骨料總量的25%；

粒徑10mm~15mm，750g，占骨料總量的15%；

（2）按照配比要求，稱取鋼纖維50g、碳纖維50g、玻璃纖維50g，并用偶聯(lián)劑kh-550在常溫下浸泡4小時，并在40℃恒溫下烘干20小時；將預處理后的纖維與骨料混合物，混合均勻；

（3）按照配比要求，稱取填料粉煤灰250g；

（4）稱取雙酚a型環(huán)氧樹脂300g、650型聚酰胺樹脂200g、丙酮60g，混合攪勻制成粘結(jié)劑；

（5）將填料與粘結(jié)劑混合攪勻，再加入骨料和纖維混合物，注入強制攪拌機，攪拌均勻，攪拌速度為45r/min，攪拌時間5min；將攪勻后的混合物注入已涂有脫模劑的模具中，模具固定在振動臺上，振動密實，振動頻率為100~125hz，振幅0.14~0.25mm，振動時間30min；

（6）室溫固化24h，室溫養(yǎng)護10天，成品。

通過上述制備方法和骨料配比獲得人造花崗巖復合材料，其抗壓強度為148.5mpa。

實施例2

本實施例的混雜纖維人造花崗巖復合材料的制備方法如下：

（1）將骨料清洗、破碎、篩分、烘干，按照骨料級配稱取骨料，攪拌均勻；骨料為“濟南青”天然花崗巖5000g，其中：

粒徑<0.18mm，500g，占骨料總量的10%；

粒徑0.18mm~2.36mm，750g，占骨料總量的15%；

粒徑2.36mm~5mm，1750g，占骨料總量的35%；

粒徑5mm~10mm，1250g，占骨料總量的25%；

粒徑10mm~15mm，750g，占骨料總量的15%；

（2）按照配比要求，稱取鋼纖維75g、碳纖維75g、玻璃纖維75g，并用偶聯(lián)劑kh-550在常溫下浸泡4小時，并在40℃恒溫下烘干20小時，將預處理后的纖維與骨料混合物，混合均勻；

（3）按照配比要求，稱取填料粉煤灰250g；

（4）稱取雙酚a型環(huán)氧樹脂300g、650型聚酰胺樹脂200g、丙酮60g，混合攪勻制成粘結(jié)劑；

（5）將填料與粘結(jié)劑混合攪勻，再加入骨料和纖維混合物，注入強制攪拌機，攪拌均勻，攪拌速度為45r/min，攪拌時間5min；將攪勻后的混合物注入已涂有脫模劑的模具中，模具固定在振動臺上，振動密實，振動頻率為100~125hz，振幅0.14~0.25mm，振動時間30min；

（6）室溫固化24h，室溫養(yǎng)護10天，成品。

通過上述制備方法和骨料配比獲得人造花崗巖復合材料，其抗壓強度為151.8mpa。

實施例3

本實施例的混雜纖維人造花崗巖復合材料的制備方法如下：

（1）將骨料清洗、破碎、篩分、烘干，按照骨料級配稱取骨料，攪拌均勻；骨料為“濟南青”天然花崗巖5000g，其中：

粒徑<0.18mm，750g，占骨料總量的15%；

粒徑0.18mm~2.36mm，500g，占骨料總量的10%；

粒徑2.36mm~5mm，2000g，占骨料總量的40%；

粒徑5mm~10mm，1000g，占骨料總量的20%；

粒徑10mm~15mm，750g，占骨料總量的15%；

（2）按照配比要求，稱取鋼纖維60g、碳纖維60g、玻璃纖維60g，并用偶聯(lián)劑kh-550在常溫下浸泡4小時，并在40℃恒溫下烘干20小時，將預處理后的纖維與骨料混合物，混合均勻；

（3）按照配比要求，稱取填料粉煤灰250g；

（4）稱取雙酚a型環(huán)氧樹脂300g、650型聚酰胺樹脂200g、丙酮60g，混合攪勻制成粘結(jié)劑；

（5）將填料與粘結(jié)劑混合攪勻，再加入骨料和纖維混合物，注入強制攪拌機，攪拌均勻，攪拌速度為45r/min，攪拌時間5min；將攪勻后的混合物注入已涂有脫模劑的模具中，模具固定在振動臺上，振動密實，振動頻率為100~125hz，振幅0.14~0.25mm，振動時間30min；

（6）室溫固化24h，室溫養(yǎng)護10天，成品。

通過上述制備方法和骨料配比獲得人造花崗巖復合材料，其抗壓強度為150.9mpa。

對比例1

骨料：“濟南青”天然花崗巖5000g，其中：

粒徑<0.18mm，500g，占骨料總量的10%；

粒徑0.18mm~2.36mm，750g，占骨料總量的15%；

粒徑2.36mm~5mm，1750g，占骨料總量的35%；

粒徑5mm~10mm，1250g，占骨料總量的25%；

粒徑10mm~15mm，750g，占骨料總量的15%；

將骨料清洗、破碎、篩分、烘干，按照骨料級配稱取骨料，攪拌均勻。

按照配比要求，稱取填料粉煤灰250g。

稱取雙酚a型環(huán)氧樹脂300g、650型聚酰胺樹脂200g、丙酮60g，混合攪勻制成粘結(jié)劑，將填料與粘結(jié)劑混合攪勻，再加入骨料混合物，注入強制攪拌機，攪拌均勻，攪拌速度為45r/min，攪拌時間5min；將攪勻后的混合物注入已涂有脫模劑的模具中，模具固定在振動臺上，振動密實，振動頻率為100~125hz，振幅0.14~0.25mm，振動時間30min；室溫固化24h，室溫養(yǎng)護10天，成品。

通過上述制備方法和骨料配比獲得人造花崗巖復合材料，其抗壓強度為121.7mpa。

對比例2

骨料：“濟南青”天然花崗巖5000g，其中：

粒徑<0.18mm，500g，占骨料總量的10%；

粒徑0.18mm~2.5mm，750g，占骨料總量的15%；

粒徑2.5mm~3.6mm，1750g，占骨料總量的35%；

粒徑3.6mm~5mm，1250g，占骨料總量的25%；

粒徑5mm~10mm，750g，占骨料總量的15%；

將骨料清洗、破碎、篩分、烘干，按照骨料級配稱取骨料，攪拌均勻。

按照配比要求，稱取鋼纖維50g，并用偶聯(lián)劑kh-550，常溫下浸泡4小時，并在40℃恒溫下烘干20小時。

將骨料與鋼纖維混合攪勻。

按照配比要求，稱取填料粉煤灰250g。

稱取雙酚a型環(huán)氧樹脂300g、650型聚酰胺樹脂200g、丙酮60g，混合攪勻制成粘結(jié)劑，將填料與粘結(jié)劑混合攪勻，再加入骨料和鋼纖維混合物，注入強制攪拌機，攪拌均勻，攪拌速度為45r/min，攪拌時間5min；將攪勻后的混合物注入已涂有脫模劑的模具中，模具固定在振動臺上，振動密實，振動頻率為100~125hz，振幅0.14~0.25mm，振動時間30min；室溫固化24h，室溫養(yǎng)護10天，成品。

通過上述制備方法和骨料配比獲得人造花崗巖復合材料，其抗壓強度為129.6mpa。

對比例3

骨料：“濟南青”天然花崗巖5000g，其中：

粒徑<0.18mm，500g，占骨料總量的10%；

粒徑0.18mm~2.36mm，750g，占骨料總量的15%；

粒徑2.36mm~5mm，1750g，占骨料總量的35%；

粒徑5mm~10mm，1250g，占骨料總量的25%；

粒徑10mm~15mm，750g，占骨料總量的15%；

將骨料清洗、破碎、篩分、烘干，按照骨料級配稱取骨料，攪拌均勻。

按照配比要求，稱取碳纖維50g，并用偶聯(lián)劑kh-550，常溫下浸泡4小時，并在40℃恒溫下烘干20小時。

將骨料與碳纖維混合攪勻。

按照配比要求，稱取填料粉煤灰250g。

稱取雙酚a型環(huán)氧樹脂300g、650型聚酰胺樹脂200g、丙酮60g，混合攪勻制成粘結(jié)劑，將填料與粘結(jié)劑混合攪勻，再加入骨料和碳纖維混合物，注入強制攪拌機，攪拌均勻，攪拌速度為45r/min，攪拌時間5min；將攪勻后的混合物注入已涂有脫模劑的模具中，模具固定在振動臺上，振動密實，振動頻率為100~125hz，振幅0.14~0.25mm，振動時間30min；室溫固化24h，室溫養(yǎng)護10天，成品。

通過上述制備方法和骨料配比獲得人造花崗巖復合材料，其抗壓強度為134.6mpa。

對比例4

骨料：“濟南青”天然花崗巖5000g，其中：

粒徑<0.18mm，500g，占骨料總量的10%；

粒徑0.18mm~2.36mm，750g，占骨料總量的15%；

粒徑2.36mm~5mm，1750g，占骨料總量的35%；

粒徑5mm~10mm，1250g，占骨料總量的25%；

粒徑10mm~15mm，750g，占骨料總量的15%；

將骨料清洗、破碎、篩分、烘干，按照骨料級配稱取骨料，攪拌均勻。

按照配比要求，稱取玻璃纖維50g，并用偶聯(lián)劑kh-550，常溫下浸泡4小時，并在40℃恒溫下烘干20小時。

將骨料與玻璃纖維混合攪勻。

按照配比要求，稱取填料粉煤灰250g。

稱取雙酚a型環(huán)氧樹脂300g、650型聚酰胺樹脂200g、丙酮60g，混合攪勻制成粘結(jié)劑，將填料與粘結(jié)劑混合攪勻，再加入骨料和玻璃纖維混合物，注入強制攪拌機，攪拌均勻，攪拌速度為45r/min，攪拌時間5min；將攪勻后的混合物注入已涂有脫模劑的模具中，模具固定在振動臺上，振動密實，振動頻率為100~125hz，振幅0.14~0.25mm，振動時間30min；室溫固化24h，室溫養(yǎng)護10天，成品。

通過上述制備方法和骨料配比獲得人造花崗巖復合材料，其抗壓強度為124.4mpa。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。