CN104003650A - 树脂矿物复合材料的递变分层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及树脂矿物复合材料的递变分层制备方法，将树脂与不同粒径的骨料按比例分别混合备用，按照混合料中最大骨料粒径自下而上逐渐增加、树脂用量自下而上逐渐减少的顺序将混合料分层浇注入模具，固化。通过树脂矿物复合材料的递变分层制备方法所制备的树脂矿物复合材料具有更好的物理机械性能，比普通树脂矿物复合材料的抗弯强度提高了30％～50％，可作为优良的机械基础件材料。

Description

树脂矿物复合材料的递变分层制备方法
技术领域：
本发明涉及一种树脂矿物复合材料的递变分层制备方法，属于复合材料制造领域。
背景技术：
作为精密机床的核心基础件，机床床身、立柱、夹具等在加工过程中产生的振动等问题会直接影响机床的整机性能和加工精度。目前，大部分机械基础件材料以铸铁或焊接钢结构为主，其冶炼过程消耗大量的能源，增加碳排放和环境污染。近年来，德国、瑞士等工业发达国家正在逐渐采用树脂矿物复合材料代替传统的铸铁制造高速、精密加工机床等设备的床身、立柱、夹具等基础件。树脂矿物复合材料是一种以天然石材颗粒为骨料，以有机树脂作粘结剂的复合材料，具有优良的阻尼减振性能、低热膨胀系数、高耐腐蚀性能，以及较好的力学性能，其生产过程中不需要烧结，无污染，低能耗。现有的树脂矿物复合材料骨料多为一定粒径级别的石材均匀混在树脂中，虽制备较容易但易发生离析现象，树脂矿物复合材料在承受弯曲应力时，上层材料主要承受压应力而底层材料主要承受拉应力，大颗粒骨料嵌挤形成的骨架结构能够承受较大的压应力，由于骨料表面积较小，整体复合材料的内部接触界面较少，无法承受较大的拉应力，严重影响到树脂矿物复合材料的整体力学性能。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种树脂矿物复合材料的递变分层制备方法，即可应对应力的不同满足整体力学性能的要求还不易发生离析现象。
本发明是通过以下技术方案实现的:
树脂矿物复合材料的递变分层制备方法，将树脂与不同粒径的骨料按比例分别混合备用，按照混合料中最大骨料粒径自下而上逐渐增加、树脂用量自下而上逐渐减少的顺序将混合料分层浇注入模具，固化。
所述的矿物骨料粒径组成优选分为三级，分别为小颗粒级配骨料、中颗粒级配骨料、大颗粒级配骨料；小颗粒级配骨料的最大骨料粒径为2.5mm，大颗粒级配骨料的最大骨料粒径为15mm，中颗粒级配骨料的最大骨料粒径为5mm、8mm、10mm中的一种。小颗粒级配骨料可在一层混合料里浇注，中颗粒级配骨料可分多层混合料浇注，大颗粒级配骨料可在一层混合料里浇注。
所述的小颗粒级配骨料的最大骨料粒径为2.5mm，优选按尺寸大小分为3级级配，各级别骨料按照下列质量份比混合：0.1mm～0.5mm骨料占25～40份，0.6mm～1.3mm骨料占25～35份，1.4mm～2.5mm骨料占35～45份。
大颗粒级配骨料的最大骨料粒径为15mm，优选按尺寸大小分为3级级配，各级别骨料按照下列质量份比混合：0.1mm～3.0mm骨料占25～40份，3.1mm～8.0mm骨料占25～35份，8.1mm～15mm骨料占35～45份。
所述的树脂优选环氧树脂，总共占整体树脂矿物复合材料的质量比例范围为5％～10％。
树脂矿物复合材料在承受弯曲应力时，上层材料主要承受压应力，而底层材料主要承受拉应力。当采用大颗粒骨料制备树脂矿物复合材料时，由于大颗粒骨料自身较好的力学性能，在压应力作用下的骨料间切向剪应力较小，发生界面滑移的概率降低，所形成的骨架结构强度较高。但是，骨料粒径越大，级配后的骨料混合料的总表面积越小，骨料与树脂间接触界面数量减少，在承受拉应力时无法提供较好的抗拉强度，导致大颗粒骨料混合料抗压强度较高而抗弯强度较低。本发明通过调整各层树脂矿物复合材料中骨料的最大粒径，使上层大颗粒骨料承受主要的压应力，而底层小颗粒骨料能够提供更好的抗拉强度，保证整体树脂矿物复合材料的力学性能，同时，由于中间各层混合料中的骨料粒径逐层递变，复合材料不易发生离析现象。
本发明采用树脂矿物复合材料的递变分层制备方法，与单一级配骨料相比，递变分层制备的树脂矿物复合材料能够保证各层骨料分别起到相应的增强作用，上层骨料嵌挤结构承受外部主要的压应力，而底层小颗粒骨料保证了材料的基本抗弯强度。同时，由于各层骨料之间按照一定的顺序递变，与树脂的粘结力共同发挥作用，保证了树脂矿物复合材料整体和易性要求，有效降低了离析现象。根据实验测试结果，通过树脂矿物复合材料的递变分层制备方法所制备的树脂矿物复合材料具有更好的物理机械性能，比普通树脂矿物复合材料的抗弯强度提高了30％～50％，可作为优良的机械基础件材料。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明。
实施例1
骨料：天然花岗岩颗粒5000g，其中：
底层骨料级配为：0.1mm～0.5mm：533.3g，占32wt％
                0.6mm～1.3mm：533.3g，占32wt％
                1.4mm～2.5mm：600g，占36wt％
中间层骨料级配为：0.1mm～1.5mm：533.3g，占32wt％
                1.6mm～4.0mm：533.3g，占32wt％
                4.1mm～8mm：600g，占36wt％
上层骨料级配为：0.1mm～3.0mm：533.3g，占32wt％
                3.1mm～8.0mm：533.3g，占32wt％
                8.1mm～15mm：600g，占36wt％
a)将骨料清洗、烘干并筛分；b)称取液态合成树脂与固化剂加入搅拌桶搅拌均匀成树脂系统；c)按底层级配要求称取骨料，混合均匀后加入搅拌桶的树脂系统，树脂系统组成液态合成树脂140g与固化剂38g；d)待骨料与树脂系统搅拌混合均匀后浇注到模具中；e)按中间层级配要求重复上述步骤，树脂系统组成液态合成树脂134g与固化剂34g；并浇注到模具中；按上层骨料级配要求混合均匀后加入搅拌桶的树脂系统，树脂系统组成液态合成树脂130g与固化剂30g；并浇注到模具中；f)将模具固定到振动台上进行振动密实；g)养护成型。
通过以上配方获得的树脂矿物复合材料：其抗弯强度为31.68MPa。
实施例2
骨料：天然花岗岩颗粒5000g，其中：
底层骨料级配为：0.1mm～0.5mm：533.3g，占32wt％
                0.6mm～1.3mm：533.3g，占32wt％
                1.4mm～2.5mm：600g，占36wt％
第二层骨料级配为：0.1mm～1.0mm：320g，占32wt％
                1.1mm～2.5mm：320g，占32wt％
                2.6mm～5mm：360g，占36wt％
中间层骨料级配为：0.1mm～1.5mm：533.3g，占32wt％
                1.6mm～4.0mm：533.3g，占32wt％
                4.1mm～8mm：600g，占36wt％
第四层骨料级配为：0.1mm～2.0mm：320g，占32wt％
                2.1mm～5.0mm：320g，占32wt％
                5.1mm～10mm：360g，占36wt％
上层骨料级配为：0.1mm～3.0mm：533.3g，占32wt％
                3.1mm～8.0mm：533.3g，占32wt％
                8.1mm～15mm：600g，占36wt％
a)将骨料清洗、烘干并筛分；b)称取液态合成树脂与固化剂，底层液态合成树脂110g与固化剂10g；第二层液态合成树脂103g与固化剂7g；中间层液态合成树脂95g与固化剂5g；第四层液态合成树脂85g与固化剂5g；上层液态合成树脂75g与固化剂5g；按各级要求分别加入搅拌桶搅拌均匀成树脂系统；c)按底层级配要求称取骨料，混合均匀后加入搅拌桶；d)待骨料与树脂系统搅拌混合均匀后浇注到模具中；e)按中间各层级配要求重复上述步骤，并逐层浇注到模具中；按上层骨料级配要求重复上述步骤，并浇注到模具中；f)将模具固定到振动台上进行振动密实；g)养护成型。
通过以上配方获得的树脂矿物复合材料：其抗弯强度为34.33MPa。
对比例1
骨料：天然花岗岩颗粒5000g，其中：
0.1mm～3.0mm：1600g，占32wt％
3.1mm～8.0mm：1600g，占32wt％
8.1mm～15mm：1800g，占36wt％
粘结剂基体500g，包括：环氧树脂400g，固化剂脂肪胺100g。
a)将骨料清洗、烘干并筛分；b)称取液态合成树脂与固化剂加入搅拌桶搅拌均匀成树脂系统；c)按级配要求称取骨料，一次性混合均匀后加入搅拌桶；d)待骨料与树脂系统搅拌混合均匀后浇注到模具中并固定到振动台上进行振动密实；f)养护成型。
通过以上配方获得的树脂矿物复合材料：其抗弯强度为23.46MPa。
对比例2
骨料：天然花岗岩颗粒5000g，其中：
0.1mm～3.0mm：1600g，占32wt％
3.1mm～8.0mm：1600g，占32wt％
8.1mm～15mm：1800g，占36wt％
粘结剂基体700g，包括：环氧树脂560g，固化剂脂肪胺140g。
a)将骨料清洗、烘干并筛分；b)称取液态合成树脂与固化剂加入搅拌桶搅拌均匀成树脂系统；c)按各级配要求称取骨料，一次性混合均匀后加入搅拌桶；d)待骨料与树脂系统搅拌混合均匀后，浇注到模具中；e)将模具固定到振动台上进行振动密实；f)养护成型。
出现明显的离析现象，大颗粒骨料在振动过程中从整体混合料中分离。

Claims (6)

1.树脂矿物复合材料的递变分层制备方法，其特征是，将树脂与不同粒径的骨料按比例分别混合备用，按照混合料中最大骨料粒径自下而上逐渐增加、树脂用量自下而上逐渐减少的顺序将混合料分层浇注入模具，固化。
2.根据权利要求1所述的树脂矿物复合材料的递变分层制备方法，其特征是，所述的矿物骨料粒径组成分为三级，分别为小颗粒级配骨料、中颗粒级配骨料、大颗粒级配骨料；小颗粒级配骨料的最大骨料粒径为2.5mm，大颗粒级配骨料的最大骨料粒径为15mm，中颗粒级配骨料的最大骨料粒径为5mm、8mm、10mm中的一种。
3.根据权利要求2所述的树脂矿物复合材料的递变分层制备方法，其特征是，小颗粒级配骨料在一层混合料里浇注，中颗粒级配骨料分一层或多层混合料浇注，大颗粒级配骨料在一层混合料里浇注。
4.根据权利要求2所述的树脂矿物复合材料的递变分层制备方法，其特征是，所述的小颗粒级配骨料按尺寸大小分为3级级配，各级别骨料按照下列质量份比混合：0.1mm～0.5mm骨料占25～40份，0.6mm～1.3mm骨料占25～35份，1.4mm～2.5mm骨料占35～45份。
5.根据权利要求2所述的树脂矿物复合材料的递变分层制备方法，其特征是，大颗粒级配骨料按尺寸大小分为3级级配，各级别骨料按照下列质量份比混合：0.1mm～3.0mm骨料占25～40份，3.1mm～8.0mm骨料占25～35份，8.1mm～15mm骨料占35～45份。
6.根据权利要求1所述的树脂矿物复合材料的递变分层制备方法，其特征是，所述的树脂所占质量比例范围为5％～10％。
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