CN101531808B - 玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料包括胶粘剂基体、骨料、玻璃纤维和碳纤维，是将胶粘剂基体、骨料、玻璃纤维和碳纤维经过均匀混合、浇铸、固化等步骤制备而成，其中胶粘剂基体的质量分数为9％～20％，骨料的质量分数为79％～90％，玻璃纤维和碳纤维两者的质量分数和为0.1％～1％。该种复合材料具有优良的阻尼性能和物理机械性能，比无纤维增强的聚酯矿物材料抗压强度提高25％～35％，阻尼比提高8.5％～21％，可作为优良的机械基础件材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法，具体为玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
现代科技的发展对机械加工效率、精度和质量的要求越来越高，高速度和高精度成为现代机械加工技术的两大发展趋势，要求缩短加工时间和辅助时间，增加金属切除率和切削用量。切削用量的增大易引起加工过程中的振动，因此要求机床系统具有更好的动、静态性能和热稳定性、高阻尼等性能。解决振动问题的主要途径是优化机床结构和采用性能优良的新型材料。近年来机床的结构、设计和控制系统发展很快，但大部分机械基础件材料仍然是以铸铁和钢材为主，很难满足提高机床动、静态性能和热稳定性等要求。因此，开发性能优良的新型材料成为提高机械设备性能的重要途径之一。
发明内容：
本发明的目的是提供一种玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料，该种复合材料具有优良的阻尼性能和物理机械性能，可作为优良的机械基础件材料。
本发明的另一目的是提供玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料的制备方法。
本发明解决问题采取的技术方案为：玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料，其特征是，它包括胶粘剂基体、骨料、玻璃纤维和碳纤维，是以由合成树脂、固化剂、稀释剂和增韧剂混合成的树脂体系作胶粘剂基体，以花岗岩颗粒或砂石颗粒作骨料；其中胶粘剂基体的质量分数为9％～20％，骨料的质量分数为79％～90％，玻璃纤维和碳纤维两者的质量分数和为0.1％～1％。
所述的玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料，其中所述的合成树脂为环氧树脂或不饱和聚酯树脂，优选环氧树脂；所述的固化剂为乙二胺；所述的稀释剂为丙酮；所述的增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述的胶粘剂基体各组分在胶粘剂基体中的质量分数为：合成树脂60％～70％，固化剂20％～25％，增韧剂5％～11％，稀释剂5％～13％。
所述的花岗岩颗粒或砂石颗粒骨料粒径为0.1mm～10mm。
所述的玻璃纤维和碳纤维为短纤维随机取向分布在复合材料中，玻璃纤维和碳纤维的长度均为5～25mm。
所述的玻璃纤维与碳纤维的质量比可以根据具体的需要确定，优选1∶3～5∶3。
所述的玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料的制备方法包括以下步骤：
a)将花岗岩颗粒或砂石颗粒筛分，按粒径范围分为6个级别：0.1mm～0.6mm，0.6mm～2mm，2mm～3.5mm，3.5mm～5mm，5mm～7mm，7mm～10mm，将不同粒径级别的颗粒骨料清洗干净并干燥，然后根据不同粒径级别按一定质量比称取后混合均匀；b)称取玻璃纤维和碳纤维，采用硅烷偶联剂浸泡法处理玻璃纤维，采用复合处理法处理碳纤维；c)称取液态合成树脂、稀释剂、增韧剂和固化剂并混合成均匀的树脂体系，将经过表面处理的玻璃纤维和碳纤维加入混合均匀的树脂体系，并搅拌使其分布均匀；d)将混合均匀的固体颗粒骨料加入到树脂体系与玻璃纤维和碳纤维的均匀混合物中，继续搅拌至骨料、纤维和树脂体系各组分分布均匀，再浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实，至拌合物中不再明显有气泡冒出为止，振动频率为70～120Hz，振幅范围为0.2～0.5mm，持续振动的时间为10～30分钟；e)将振实后的复合材料在室温下养护3天，固化成型后开模，开模后继续室温养护10～15天。
所述的玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料的制备方法，步骤a)中，所述的花岗岩颗粒或砂石颗粒骨料各粒径级别所用的质量占骨料总量的百分比为：
0.1mm～0.6mm：12％～14％；
0.6mm～2mm：16％～20％；
2mm～3.5mm：14％～17％；
3.5mm～5mm：13％～16％；
5mm～7mm：14％～18％；
7mm～10mm：21％～25％。
所述的玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料的制备方法，步骤b)中，所述的复合处理法处理碳纤维，先将碳纤维在氧化炉中加热至400℃，并保温8小时，然后再用硅烷偶联剂浸泡处理。
本发明所述的玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料其优异性能为：通过在聚酯矿物材料中加入高强度的玻璃纤维和碳纤维来提高其力学性能，同时对其阻尼减振性能也有较好的改善效果。采用玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料的机械设备具有优良的阻尼减振性能，可以有效地减小其工作过程中的机械振动对加工精度等影响。
根据实验测试结果，无纤维增强的聚酯矿物材料抗压强度为65～75MPa，加入玻璃纤维和碳纤维混合增强后，其抗压强度达到90～120MPa，提高了25％～35％。阻尼减振性能方面，无纤维增强聚酯矿物材料的阻尼比为0.153～0.177，加入玻璃纤维和碳纤维混合增强后，其阻尼比可达0.192～0.236，提高了8.5％～21％。
附图说明
图1为玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料的组分构成示意图。
图2为玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料的制作工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和实施例进一步说明本发明。
玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料，以由合成树脂、固化剂、稀释剂和增韧剂混合成的树脂体系作胶粘剂基体，以花岗岩颗粒或砂石颗粒作骨料，以玻璃纤维和碳纤维作为增强相，如图1。
玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料的制备方法包括以下步骤(如图2)：a)将花岗岩颗粒或砂石颗粒筛分，按粒径范围分为6个级别：0.1mm～0.6mm，0.6mm～2mm，2mm～3.5mm，3.5mm～5mm，5mm～7mm，7mm～10mm，将不同粒径级别的颗粒骨料清洗干净并干燥，然后根据不同粒径级别按一定质量比称取后混合均匀；b)称取玻璃纤维和碳纤维，采用硅烷偶联剂浸泡法处理玻璃纤维，采用复合处理法处理碳纤维，先将碳纤维在氧化炉中加热至400℃，并保温8小时，然后再用硅烷偶联剂浸泡处理；c)称取液态合成树脂、稀释剂、增韧剂和固化剂并混合成均匀的树脂体系，将经过表面处理的玻璃纤维和碳纤维加入混合均匀的树脂体系，并搅拌使其分布均匀；d)将混合均匀的固体颗粒骨料加入到树脂体系与玻璃纤维和碳纤维的均匀混合物中，继续搅拌至骨料、纤维和树脂体系各组分分布均匀，再浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实，至拌合物中不再明显有气泡冒出为止，振动频率为70～120Hz，振幅范围为0.2～0.5mm，持续振动的时间为10～30分钟；e)将振实后的复合材料在室温下养护3天，固化成型后开模，开模后继续室温养护10～15天。
实施例1
骨料：天然花岗岩颗粒8000g，其中：
0.1mm～0.6mm：1040g，占13％
0.6mm～2mm：1360g，占17％
2mm～3.5mm：1200g，占15％
3.5mm～5mm：1120g，占14％
5mm～7mm：1360g，占17％
7mm～10mm：1920g，占24％
胶粘剂基体975g，其中：
环氧树脂660g
固化剂乙二胺200g
稀释剂丙酮55g
增韧剂邻苯二甲酸二丁酯60g
增强纤维25g，其中玻璃纤维15g，碳纤维10g。
获得的玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料：抗压强度102.47MPa，阻尼比0.228。
实施例2
骨料：天然花岗岩颗粒50kg，其中：
0.1mm～0.6mm：7kg，占14％
0.6mm～2mm：8kg，占16％
2mm～3.5mm：7.5kg，占15％
3.5mm～5mm：7kg，占14％
5mm～7mm：9kg，占18％
7mm～10mm：11.5kg，占23％
胶粘剂基体7.8kg，其中：
环氧树脂5.5kg
固化剂乙二胺1.6kg
稀释剂丙酮0.3kg
增韧剂邻苯二甲酸二丁酯0.4kg
增强纤维0.2kg，其中玻璃纤维0.05kg，碳纤维0.15kg。
获得的玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料：抗压强度117.35MPa，阻尼比0.197。
实施例3
骨料：天然花岗岩颗粒50kg，其中：
0.1mm～0.6mm：7kg，占14％
0.6mm～2mm：8kg，占16％
2mm～3.5mm：7.5kg，占15％
3.5mm～5mm：7kg，占14％
5mm～7mm：9kg，占18％
7mm～10mm：11.5kg，占23％
胶粘剂基体11.6kg，其中：
环氧树脂8kg
固化剂乙二胺2.8kg
稀释剂丙酮0.4kg
增韧剂邻苯二甲酸二丁酯0.4kg
增强纤维0.4kg，其中玻璃纤维0.25kg，碳纤维0.15kg。
获得的玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料：抗压强度97.64MPa，阻尼比0.207。
Claims (1)
1.玻璃纤维和碳纤维混合增强聚酯矿物复合材料的制备方法，其特征是，它包括胶粘剂基体、骨料、玻璃纤维和碳纤维，是以由合成树脂、固化剂、稀释剂和增韧剂混合成的树脂体系作胶粘剂基体，以花岗岩颗粒或砂石颗粒作骨料；其中胶粘剂基体的质量分数为9％～20％，骨料的质量分数为79％～90％，玻璃纤维和碳纤维两者的质量分数和为0.1％～1％；所述的合成树脂为环氧树脂或不饱和聚酯树脂，所述的固化剂为乙二胺，所述的稀释剂为丙酮，所述的增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯，所述的胶粘剂基体各组分在胶粘剂基体中的质量分数为：合成树脂60％～70％，固化剂20％～25％，增韧剂5％～11％，稀释剂5％～13％；所述的玻璃纤维和碳纤维为短纤维随机取向分布在复合材料中，玻璃纤维和碳纤维的长度均为5～25mm，玻璃纤维与碳纤维的质量比1∶3～5∶3；
制备包括以下步骤：
a)将花岗岩颗粒或砂石颗粒筛分，按粒径范围分为6个级别：0.1mm～0.6mm，0.6mm～2mm，2mm～3.5mm，3.5mm～5mm，5mm～7mm，7mm～10mm，将不同粒径级别的颗粒骨料清洗干净并干燥，然后根据不同粒径级别按下列质量百分比称取后混合均匀：
0.1mm～0.6mm：12％～14％，
0.6mm～2mm：16％～20％，
2mm～3.5mm：14％～17％，
3.5mm～5mm：13％～16％，
5mm～7mm：14％～18％，
7mm～10mm：21％～25％；
b)称取玻璃纤维和碳纤维，采用硅烷偶联剂浸泡法处理玻璃纤维，采用复合处理法处理碳纤维，先将碳纤维在氧化炉中加热至400℃，并保温8小时，然后再用硅烷偶联剂浸泡处理；
c)称取合成树脂、稀释剂、增韧剂和固化剂并混合成均匀的树脂体系，将经过表面处理的玻璃纤维和碳纤维加入混合均匀的树脂体系，并搅拌使其分布均匀；
d)将混合均匀的固体颗粒骨料加入到树脂体系与玻璃纤维和碳纤维的均匀混合物中，继续搅拌至骨料、纤维和树脂体系各组分分布均匀，再浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实，至拌合物中不再明显有气泡冒出为止，振动频率为70～120Hz，振幅范围为0.2～0.5mm，持续振动的时间为10～30分钟；
e)将振实后的复合材料在室温下养护3天，固化成型后开模，开模后继续室温养护10～15天。
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