CN103496887B - 一种环氧树脂钨酸锆混凝土及其制备方法 - Google Patents
一种环氧树脂钨酸锆混凝土及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种环氧树脂钨酸锆混凝土的制备方法，包括A组分、B组分和C组分，A组分由下列重量百分比的组分组成：环氧树脂70%～80%、固化剂10%～15%和稀释剂10%～20%；B组分为钨酸锆，其质量纯度不小于97%；C组分为石料。A组分与B组分的之间的重量百分比为：1:2.2～1:3.5；A、B混合后的重量与石料的重量的百分比为1:1.17～1:1.61。本发明通过将钨酸锆这种负热膨胀系数材料引入到环氧树脂混凝土材料中，与现有混凝土技术相比，热膨胀系数显著减小，同时提高了材料强度，从而进一步改善了树脂混凝土产品在高温高湿环境中容易变形的不足。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土制造技术领域，特别适用于超高精密机械加工中心底座的环氧树脂钨酸锆混凝土材料及制备方法。
背景技术
随着现代制造业的迅速发展，精密及超精密加工越来越广泛的应用,精密机械的质量和水平代表已经越来越成为衡量当今世界各国进行科技乃至军备竞争中孰强孰弱的一个重要标准。这就特别要求超精密加工机床具有极高的精度、动静态稳定性和热稳定性。据统计，机床在加工中产生的变形80%都来自于热变形，而且加工精度要求越高，热变形带来的负面影响就越大。利用哪种方法可以降低热变形对机械精度的影响，已经成为超精密加工领域的热点和难点。
目前，传统的树脂混凝土相对于铸铁机床床身已经有了长足的进步，其在力学性能，热稳定性以及抗腐蚀性方面都具有优势。但在一些超高精密的加工中心上面，传统的树脂混凝土仍然无法达到要求，需要进一步降低其热膨胀系数。目前，可以通过在材料基体中添加地热膨胀系数的材料进行复合来降低材料的热膨胀系数。相较于传统地热膨胀系数的材料，钨酸锆因其热膨胀系数为负，可以在添加量不大的条件下有效降低材料的热膨胀系数，不仅对材料基体影响小，同时也能够使基体材料的性能得到充分发挥。
发明内容
为了现有技术中的问题，本发明提供了一种环氧树脂钨酸锆混凝土及其制备方法，解决目前传统的树脂混凝土热膨胀系数高、不能应用于超高精密的加工中心上的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种环氧树脂钨酸锆混凝土，由A、B、C三组成分组成，各组分包含以下成分及重量配比：
A组分：环氧树脂70%-80%，稀释剂10%-15%，固化剂10%-20%；
B组分：钨酸锆；
C组分：石料；
A组分与B组分之间的重量百分配比为：1:2.2-1:3.5；
A、B组分混合后与C组分的重量百分配比为：1:1.17-1:1.61。
所示环氧树脂为双酚A或双酚F液态环氧树脂。所述稀释剂为单环氧基或双环氧基活性稀释剂。所述固化剂为聚酰胺、聚醚胺、脂环胺或脂肪胺透明液态环氧树脂固化剂中的一种。所述石料为玄武岩碎石料、花岗岩碎石料和石英砂中的一种或多种。所述钨酸锆质量纯度不小于97%。
所述石料按颗粒尺寸大小进行级配的重量份配比是：
石料粒度在2.5-4.0mm之间的为20.1-21.9份；
石料粒度在1.6-2.5mm之间的为16.6-16.9份；
石料粒度在0.9-1.6mm之间的为17.6-19.5份；
石料粒度在0.5-0.9mm之间的为5.9-14.7份；
石料粒度在0.22-0.5mm之间的为15.6-16.1份；
石料粒度在0.15-0.22mm之间的为5.9-9.1份；
石料粒度在0.076-0.15mm之间的为8.6-10.6份。
本发明环氧树脂钨酸锆混凝土，各组分及重量配比优选为：
A组分：
双酚A型环氧树脂E51 15.2份
乙二醇二缩水甘油醚 1.9份
酚醛胺T31环氧树脂固化剂 1.9份
B组分：
钨酸锆 66.5份
C组分：石英砂
石料粒度在2.5-4.0mm之间的为21.9份；
石料粒度在1.6-2.5mm之间的为16.9份；
石料粒度在0.9-1.6mm之间的为19.5份；
石料粒度在0.5-0.9mm之间的为5.9份；
石料粒度在0.22-0.5mm之间的为16.1份；
石料粒度在0.15-0.22mm之间的为9.1份；
石料粒度在0.076-0.15mm之间的为10.6份。
一种环氧树脂钨酸锆混凝土的制备方法，包含以下步骤：
1)按重量份称取环氧树脂、稀释剂、固化剂、钨酸锆及石料按所述重量配比称量备用；
2)将石料放入搅拌机中搅拌均匀备用；
3)将环氧树脂、稀释剂与固化剂常温下搅拌混合均匀，制成A组分；
4)将A组分与B组分按重量比混合均匀；
5)将A、B与石料按重量百分配比置入搅拌机中搅拌10min-30min，混合均匀，得到具有流动性的树脂混合物；
6)将具有流动性的数值混合物倒入模具压实，室温下放置24h固化成型，脱模可得所述环氧树脂钨酸锆混凝土样品。
本发明的有益效果为：本发明的最大的一个创新就是在传统树脂混凝土中加入了负热膨胀系数材料钨酸锆，并且在石料选配上面采用多级级配的构成方法，具有以下优点：
1)负热膨胀系数材料钨酸锆的加入极大的改善了环氧树脂本身塑性较差以及线膨胀系数较大的弊端，使得本发明中的树脂混凝土材料具有优异的热稳定性；
2)多级级配石料能够使得树脂混凝土在制备的过程中最大程度地减小气泡的产生，石料相对整个材料具有较大的密度，使得整个树脂混凝土材料具有良好的力学性能。
本发明的环氧树脂钨酸锆混凝土可以明显降低树脂混凝土的热膨胀系数，可达到10-6数量级，具有优异的热稳定性能及力学性能，可以作为超高精密加工中心的底座材料，具有广阔的开发前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明所述的环氧树脂钨酸锆混凝土可以有多种实施方案，下面以实施例进行更为详细的说明，本发明以实施例为例但不被下列实施例所限定。
实施例1最佳实施例
A组分：
双酚A型环氧树脂E51 15.2份
乙二醇二缩水甘油醚 1.9份
酚醛胺T31环氧树脂固化剂 1.9份
B组分：
钨酸锆 66.5份
C组分：石英砂
石料粒度在2.5-4.0mm之间的为21.9份；
石料粒度在1.6-2.5mm之间的为16.9份；
石料粒度在0.9-1.6mm之间的为19.5份；
石料粒度在0.5-0.9mm之间的为5.9份；
石料粒度在0.22-0.5mm之间的为16.1份；
石料粒度在0.15-0.22mm之间的为9.1份；
石料粒度在0.076-0.15mm之间的为10.6份。
实施例2
A组分：
双酚A型环氧树脂E51 13.9份
乙二醇二缩水甘油醚 2.9份
酚醛胺T31环氧树脂固化剂 2.3份
B组分：
钨酸锆 66.5份
C组分：石英砂
石料粒度在2.5-4.0mm之间的为20.8份；
石料粒度在1.6-2.5mm之间的为16.6份；
石料粒度在0.9-1.6mm之间的为17.7份；
石料粒度在0.5-0.9mm之间的为14.6份；
石料粒度在0.22-0.5mm之间的为15.8份；
石料粒度在0.15-0.22mm之间的为5.9份；
石料粒度在0.076-0.15mm之间的为8.6份。
实施例3
A组分：
双酚A型环氧树脂E51 15.1份
乙二醇二缩水甘油醚 2.1份
酚醛胺T31环氧树脂固化剂 4.3份
B组分：
钨酸锆 42.6份
C组分：石英砂
石料粒度在2.5-4.0mm之间的为20.1份；
石料粒度在1.6-2.5mm之间的为16.9份；
石料粒度在0.9-1.6mm之间的为17.6份；
石料粒度在0.5-0.9mm之间的为14.7份；
石料粒度在0.22-0.5mm之间的为15.6份；
石料粒度在0.15-0.22mm之间的为6.4份；
石料粒度在0.076-0.15mm之间的为8.7份。
实施例4
A组分：
双酚A型环氧树脂E51 14.8份
乙二醇二缩水甘油醚 2.3份
酚醛胺T31环氧树脂固化剂 1.9份
B组分：
钨酸锆 66.5份
C组分：（石英砂50份花岗岩碎石料50份）
石料粒度在2.5-4.0mm之间的为21.3份；
石料粒度在1.6-2.5mm之间的为16.8份；
石料粒度在0.9-1.6mm之间的为18.3份；
石料粒度在0.5-0.9mm之间的为10.4份；
石料粒度在0.22-0.5mm之间的为15.8份；
石料粒度在0.15-0.22mm之间的为8.3份；
石料粒度在0.076-0.15mm之间的为9.1份。
实施例5
A组分：
双酚F型环氧树脂NPEF-170 15.3份
丙烯基缩水甘油醚 2.4份
聚醚胺D400 3.8份
B组分：
钨酸锆 42.6份
C组分：石英砂
石料粒度在2.5-4.0mm之间的为21.5份；
石料粒度在1.6-2.5mm之间的为16.6份；
石料粒度在0.9-1.6mm之间的为19.1份；
石料粒度在0.5-0.9mm之间的为7.5份；
石料粒度在0.22-0.5mm之间的为16.0份；
石料粒度在0.15-0.22mm之间的为8.9份；
石料粒度在0.076-0.15mm之间的为10.4份。
实施例6
A组分：石英砂
双酚F型环氧树脂NPEF-170 13.7份
丙烯基缩水甘油醚 2.5份
聚醚胺D400 2.8份
B组分：
钨酸锆 66.5份
C组分：石英砂
石料粒度在2.5-4.0mm之间的为21.1份；
石料粒度在1.6-2.5mm之间的为16.8份；
石料粒度在0.9-1.6mm之间的为18.5份；
石料粒度在0.5-0.9mm之间的为10.3份；
石料粒度在0.22-0.5mm之间的为15.9份；
石料粒度在0.15-0.22mm之间的为7.8份；
石料粒度在0.076-0.15mm之间的为9.6份。
实施例7
A组分：
双酚F型环氧树脂NPEF-170 14.6份
丙烯基缩水甘油醚 1.9份
聚醚胺D400 2.5份
B组分：
钨酸锆 66.5份
C组分：石英砂
石料粒度在2.5-4.0mm之间的为20.5份；
石料粒度在1.6-2.5mm之间的为16.7份；
石料粒度在0.9-1.6mm之间的为18.1份；
石料粒度在0.5-0.9mm之间的为12.0份；
石料粒度在0.22-0.5mm之间的为15.7份；
石料粒度在0.15-0.22mm之间的为6.9份；
石料粒度在0.076-0.15mm之间的为10.1份。
实施例8
A组分：
双酚F型环氧树脂NPEF-170 16.3份
丙烯基缩水甘油醚 3.0份
聚醚胺D400 2.2份
B组分：
钨酸锆 42.6份
C组分：（石英砂50份玄武岩碎料石料50份）
石料粒度在2.5-4.0mm之间的为20.3份；
石料粒度在1.6-2.5mm之间的为16.6份；
石料粒度在0.9-1.6mm之间的为18.8份；
石料粒度在0.5-0.9mm之间的为11.8份；
石料粒度在0.22-0.5mm之间的为15.8份；
石料粒度在0.15-0.22mm之间的为7.4份；
石料粒度在0.076-0.15mm之间的为9.3份。
上述各实施例均可采用如下方法制作：
1)按重量份称取环氧树脂、稀释剂、固化剂、钨酸锆及石料按所述重量配比进称量备用；
2)将石料放入搅拌机中搅拌均匀备用；
3)将环氧树脂、稀释剂与固化剂常温下搅拌混合均匀，制成A组分；
4)将A组分与B组分按重量比混合均匀；
5)将A、B与石料按重量百分配比置入搅拌机中搅拌10min～30min，混合均匀，得到具有流动性的树脂混合物；
6)将具有流动性的数值混合物倒入模具压实，室温下放置24h固化成型，脱模可得所述环氧树脂钨酸锆混凝土样品。
将第6)工序得到的样品根据所需要求进行相应的机加工，最终形成可以供加工中心使用的机床底座。
经实验测定，本发明所给实施例具有较好的热稳定性，其中实施例为最佳实施例，参考给内外相关文献，相对于传统铸铁及混凝土，本发明所述环氧树脂钨酸锆混凝土的热膨胀系数可降至4.59×10-6，对制造对温度变化极为敏感的超高精密加工中心基础结构件具有较大的指导意义，具体参数见表1。
表1不同方案材料的热膨胀系数
| 方案 | 热膨胀系数 |
| 实施例1 | 4.59×10-6 |
| 实施例2 | 5.89×10-6 |
| 实施例3 | 6.74×10-6 |
| 实施例4 | 6.93×10-6 |
| 实施例5 | 7.41×10-6 |
| 实施例6 | 6.14×10-6 |
| 实施例7 | 6.49×10-6 |
| 实施例8 | 7.87×10-6 |
| 普通树脂混凝土 | 12.0×10-6 |
| 传统建筑混凝土 | 10×10-6 |
| 传统灰口铸铁 | 11.46×10-6 |
Claims (2)
1.一种环氧树脂钨酸锆混凝土，由A、B、C三组成分组成，其特征在于：各组分及重量配比为：
A组分：
双酚A型环氧树脂E51 15.2份
乙二醇二缩水甘油醚 1.9份
酚醛胺T31环氧树脂固化剂 1.9份
B组分：
钨酸锆 66.5份
C组分：石料
所述石料为石英砂；
石料粒度在2.5-4.0mm之间的为21.9份；
石料粒度在1.6-2.5mm之间的为16.9份；
石料粒度在0.9-1.6mm之间的为19.5份；
石料粒度在0.5-0.9mm之间的为5.9份；
石料粒度在0.22-0.5mm之间的为16.1份；
石料粒度在0.15-0.22mm之间的为9.1份；
石料粒度在0.076-0.15mm之间的为10.6份。
2.根据权利要求1所述一种环氧树脂钨酸锆混凝土的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
1)按重量份称取环氧树脂、稀释剂、固化剂、钨酸锆及石料按所述重量配比称量备用；
2)将石料放入搅拌机中搅拌均匀备用；
3)将环氧树脂、稀释剂与固化剂常温下搅拌混合均匀，制成A组分；
4)将A组分与B组分按重量比混合均匀；
5)将A、B与石料按重量百分配比置入搅拌机中搅拌10min-30min，混合均匀，得到具有流动性的树脂混合物；
6)将具有流动性的数值混合物倒入模具压实，室温下放置固化成型，脱模可得所述环氧树脂钨酸锆混凝土样品。
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