本發(fā)明屬于復(fù)合鍍層制備技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于多尺度SiC顆?;祀s增強聚氨酯復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù):
模具作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的工裝,在生產(chǎn)中起著決定性的作用。目前的模具大多采用金屬材質(zhì),金屬模具的質(zhì)量和壽命都很高,但其制作成本昂貴,尤其有一些外形復(fù)雜,存在機械加工困難、制造周期長,成本高和效率低的問題。
樹脂基復(fù)合材料具備許多優(yōu)異的性能,如優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性,優(yōu)良的耐腐蝕、耐疲勞性能,良好的粘接性能和較高的機械強度等?;谶@些優(yōu)點,樹脂基復(fù)合材料在化工、機械、電子和宇航等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。隨著化工工業(yè)的飛速發(fā)展,樹脂基復(fù)合材料強度和精度等方面不斷提高,使其制品的應(yīng)用范圍也在不斷擴大,樹脂基復(fù)合材料制品所占比例不斷增加。相對于金屬材料而言,樹脂基復(fù)合材料制作成本低廉,易成型,加工周期短,修復(fù)時間短,這些優(yōu)點使得它在模具領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
而現(xiàn)有技術(shù)中通常使用的單一或兩種SiC顆粒增強樹脂基復(fù)合材料存在硬度低,而且分布不均勻、摩擦系數(shù)高易磨損,使具有高硬度、耐腐蝕的SiC顆粒的性能得不到充分發(fā)揮,降低了復(fù)合材料的使用壽命。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種多尺度SiC顆粒混雜增強聚氨酯復(fù)合材料及其制備方法,在聚氨酯基體中,添加不同尺寸、不同含量的SiC顆粒,制備出硬度高、摩擦系數(shù)低的樹脂基復(fù)合材料。
為了解決上述問題,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種多尺度SiC顆?;祀s增強聚氨酯復(fù)合材料,其組分及配比如下:
樹脂:100份;
SiC顆粒:20~40份;
所述的樹脂為聚氨酯和固化劑,且兩者的質(zhì)量比為5:1。
所述SiC顆粒的粒徑分布為32~6000目,具體配比為:
粒徑32目 5~10wt%;
粒徑280目 10~15wt%;
粒徑500目 30~35wt%;
粒徑800目 30~35wt%;
粒徑6000目 5~10 wt%。
所述固化劑優(yōu)選為多異氰酸酯,更優(yōu)選為HDI三聚體。
本發(fā)明還公開了上述復(fù)合材料的制備方法,具體步驟如下:
A)粉末混合:采用水浴鍋,將稱量好的聚氨酯加熱到45℃,以降低聚氨酯的粘度;根據(jù)SiC顆粒的尺寸,從小到大依次加入到聚氨酯中;首先加入小尺寸顆粒,攪拌至小顆粒充分均勻分散后,按照顆粒尺寸從小到大,依次加入SiC顆粒,進行充分攪拌,使其均勻分散;按照聚氨酯:固化劑=5:1的要求添加固化劑,攪拌5min后,調(diào)制完成,整個過程溫度都維持在45℃;
B)涂覆:把調(diào)制好的復(fù)合材料,使用刷子,手工涂覆在事先準備的模樣表面,直至要求的厚度;采用刷子涂覆復(fù)合材料,可破壞在攪拌時卷入的空氣泡,減少復(fù)合材料內(nèi)部的氣孔;
C)室溫固化:將涂覆好的模樣在室溫下固化24h,或在60℃下加熱固化。
本發(fā)明采用多尺度SiC顆?;祀s增強聚氨酯復(fù)合材料,的SiC顆粒尺寸級配組成上和現(xiàn)有的SiC顆粒增強聚氨酯基復(fù)合材料有很大的差異,在復(fù)合材料制備過程中,SiC顆粒尺寸從毫米級到微米級的不同含量的添加,大尺寸毫米級顆粒起整體強化作用,微米顆粒強化微米尺寸顆粒作用的基體,其局部強化作用,毫米、微米SiC顆粒對聚氨酯樹脂的整體、局部強化的協(xié)同作用,提高了復(fù)合材料整體的硬度和降低了摩擦系數(shù),致密性好。而且所述聚氨酯、固化劑都采用已有的市售商品,無需改性處理。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例1與單一級配SiC復(fù)合材料的摩擦系數(shù)對比圖。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1
首先,采用水浴鍋,取75g市售聚氨酯加熱到45℃,等到聚氨酯的粘度降低后。分別稱量SiC顆粒:32目1.25g、280目2.5g、500目7.5g、800目7.5g、6000目1.25g;從6000目到32目,依次將上述SiC顆粒加入的聚氨酯基體中,攪拌均勻,使其充分分散。然后,添加15g HDI三聚體,攪拌5min 后,調(diào)制完成,整個過程溫度都維持在45℃。把調(diào)制好的復(fù)合材料,使用刷子,手工涂覆在事先準備的模樣表面,直至要求的厚度;最后,將涂覆好的模樣在室溫下固化24h。
實施例2
首先,采用水浴鍋,取75g聚氨酯加熱到45℃,等到聚氨酯的粘度降低后。分別稱量SiC顆粒:32目3.8g、280目5.6g、500目13.4g、800目13.4g、6000目3.8g;從6000目到32目,依次將上述SiC顆粒加入的聚氨酯基體中,攪拌均勻,使其充分分散。然后,添加15g市售固化劑,攪拌5min 后,調(diào)制完成,整個過程溫度都維持在45℃。把調(diào)制好的復(fù)合材料,使用刷子,手工涂覆在事先準備的模樣表面,直至要求的厚度;最后,將涂覆好的模樣在60℃下加熱固化6h。
對比例1
分別稱量SiC顆粒:32目8.0g、280目5.6g、500目12.4g、800目12.4g、6000目1.25g;從6000目到32目,依次將上述SiC顆粒加入的聚氨酯基體中,攪拌均勻,使其充分分散。按實施例1的固化工藝進行固化,制備復(fù)合材料。通過對復(fù)合材料截面觀察發(fā)現(xiàn),不同尺度的SiC顆粒在復(fù)合材料內(nèi)部分布不均勻,32目SiC顆粒主要分布在復(fù)合材料的底部,顆粒之間幾乎沒有其他尺度的SiC顆粒,這是由于32目SiC顆粒尺寸大,在樹脂固化前沉降快。
對比例2
分別稱量SiC顆粒:32目1.25g、280目2.5g、500目7.5g、800目7.5g、6000目6.5g;從6000目到32目,依次將上述SiC顆粒加入的聚氨酯基體中,攪拌均勻,使其充分分散。按實施例1的固化工藝進行固化,制備復(fù)合材料。通過對復(fù)合材料截面觀察發(fā)現(xiàn),6000目SiC顆粒在復(fù)合材料的內(nèi)部局部呈團聚態(tài)分布,這是由于6000目SiC顆粒尺寸過小,在攪拌過程中,不能完全破碎小尺寸的SiC顆粒團,在樹脂固化過程中就留在復(fù)合材料內(nèi)部。
下表1為本發(fā)明多尺度SiC顆?;祀s增強的聚氨酯復(fù)合材料,與單一SiC顆粒增強聚氨酯復(fù)合材料的邵氏硬度和摩擦系數(shù)對比。本發(fā)明實施例1制備得到的復(fù)合材料進行摩擦力測試,與單一級配SiC增強復(fù)合材料對比,在100N載荷下,干摩擦,滑動時間20min。
如圖1所示,本發(fā)明多尺度SiC顆?;祀s增強的聚氨酯復(fù)合材料,與單一SiC顆粒增強聚氨酯復(fù)合材料相比較,摩擦系數(shù)最高降低約50%。