CN105623196B - 一种金属切削机床体复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种金属切削机床体复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种金属切削机床体复合材料及其制备方法。制备方法如下：先将酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、偏苯三酸酐、磷酸酯和丙酮混合搅拌；将玄武岩粉末、花岗岩粉末、纳米二氧化硅、碳纤维、γ‑巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β‑甲氧基乙氧基）硅烷和去离子水混合搅拌，再放入烘箱中烘干；将上述两种混合物与聚二甲基硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚、聚四氟乙稀、去离子水混合，放入水浴锅中搅拌均匀，然后倒入模具中，在室温下固化24小时，脱模，再放入烘箱中固化，最后在室温下继续固化7天即得。本发明材料具有很好的力学性能，热膨胀系数低，热性能稳定，同时具有卓越的减震性能。

Description

一种金属切削机床体复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及机械材料领域，具体涉及一种金属切削机床体复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科技的不断发展，各行业对机械设备的要求也越来越高。机床作为机械加工的基础，其加工精度更是被作出了更高的要求，提高其速度和效率也成为了必经之路，是制造精密机械设备必然的要求。我们上述提到的提高速度和效率实质上就是要求缩短加工时间，与此同时，速度加快必然会引起加工过程中工件等的周期性振动，从而使得其相对位置发生变化而偏离轨道，这样不仅会影响机床的加工精度和工件的质量，而且会产生崩刃打刀等问题，使加工进程无法继续。要解决这个问题主要是通过优化机械系统结构和提高机床基础构件材料性能等方法。而目前所使用的机床基础构件材料具有制备周期较长、阻尼减振性能差、生产会产生污染等缺点，因此，研究开发一种力学性能好和减震性能佳的机床材料对于推动整个机械行业的发展具有重要的意义。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种金属切削机床体复合材料，具有很好的力学性能，热膨胀系数低，热性能稳定，同时具有卓越的减震性能。
技术方案：一种金属切削机床体复合材料，由以下成分制备而成：酚醛树脂15-25份、双酚A型环氧树脂30-50份、玄武岩粉末5-10份、花岗岩粉末10-15份、纳米二氧化硅5-10份、碳纤维2-5份、聚二甲基硅氧烷0.4-0.8份、聚氧丙烯甘油醚0.2-0.4份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷4-8份、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷2-5份、聚四氟乙稀0.2-0.5份、二乙烯三胺6-10份、偏苯三酸酐4-8份、磷酸酯2-5份、丙酮5-10份、去离子水40-70份。
进一步优选的，所述的一种金属切削机床体复合材料，由以下成分制备而成：酚醛树脂18-23份、双酚A型环氧树脂35-45份、玄武岩粉末6-9份、花岗岩粉末11-14份、纳米二氧化硅6-9份、碳纤维3-4份、聚二甲基硅氧烷0.5-0.7份、聚氧丙烯甘油醚0.25-0.35份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷5-7份、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷3-4份、聚四氟乙稀0.3-0.4份、二乙烯三胺7-9份、偏苯三酸酐5-7份、磷酸酯3-4份、丙酮6-9份、去离子水50-60份。
上述金属切削机床体复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、偏苯三酸酐、磷酸酯和丙酮混合搅拌20-40分钟；
步骤2：将玄武岩粉末、花岗岩粉末、纳米二氧化硅、碳纤维、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷和去离子水混合搅拌30-60分钟；
步骤3：放入烘箱中在温度70-90℃下烘干；
步骤4：将所有组分混合，放入水浴锅中在温度70-90℃下搅拌均匀；
步骤5：倒入模具中，在室温下固化24小时；
步骤6：脱模，放入烘箱中，在温度80-90℃下固化24-26小时；
步骤7：在室温下继续固化7天即得。
进一步优选的，步骤1中搅拌时间为25-35分钟。
进一步优选的，步骤2中搅拌时间为40-50分钟。
进一步优选的，步骤3中温度为75-85℃。
进一步优选的，步骤4中温度为75-85℃。
进一步优选的，步骤6中温度为85℃，时间为25小时。
有益效果：本发明的金属切削机床体复合材料具有很好的力学性能，其抗压强度最高可达151.9MPa，热膨胀系数低，当在温度90℃时，其热膨胀系数最低仅为9.47×10-6/℃，热性能稳定，同时其阻尼比达到了0.37，具有卓越的减震性能。
具体实施方式
实施例1
一种金属切削机床体复合材料，由以下成分制备而成：酚醛树脂15份、双酚A型环氧树脂30份、玄武岩粉末5份、花岗岩粉末10份、纳米二氧化硅5份、碳纤维2份、聚二甲基硅氧烷0.4份、聚氧丙烯甘油醚0.2份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷4份、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷2份、聚四氟乙稀0.2份、二乙烯三胺6份、偏苯三酸酐4份、磷酸酯2份、丙酮5份、去离子水40份。
上述金属切削机床体复合材料的制备方法为：先将酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、偏苯三酸酐、磷酸酯和丙酮混合搅拌20分钟；将玄武岩粉末、花岗岩粉末、纳米二氧化硅、碳纤维、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷和去离子水混合搅拌30分钟，再放入烘箱中在温度70℃下烘干；将所有组分混合，放入水浴锅中在温度70℃下搅拌均匀，然后倒入模具中，在室温下固化24小时，脱模，放入烘箱中，在温度80℃下固化24小时，最后在室温下继续固化7天即得。
实施例2
一种金属切削机床体复合材料，由以下成分制备而成：酚醛树脂18份、双酚A型环氧树脂35份、玄武岩粉末6份、花岗岩粉末11份、纳米二氧化硅6份、碳纤维3份、聚二甲基硅氧烷0.5份、聚氧丙烯甘油醚0.25份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷5份、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷3份、聚四氟乙稀0.3份、二乙烯三胺7份、偏苯三酸酐5份、磷酸酯3-4份、丙酮6份、去离子水50份。
上述金属切削机床体复合材料的制备方法为：先将酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、偏苯三酸酐、磷酸酯和丙酮混合搅拌25分钟；将玄武岩粉末、花岗岩粉末、纳米二氧化硅、碳纤维、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷和去离子水混合搅拌40分钟，再放入烘箱中在温度75℃下烘干；将所有组分混合，放入水浴锅中在温度75℃下搅拌均匀，然后倒入模具中，在室温下固化24小时，脱模，放入烘箱中，在温度85℃下固化25小时，最后在室温下继续固化7天即得。
实施例3
一种金属切削机床体复合材料，由以下成分制备而成：酚醛树脂20份、双酚A型环氧树脂40份、玄武岩粉末7.5份、花岗岩粉末12.5份、纳米二氧化硅7.5份、碳纤维3.5份、聚二甲基硅氧烷0.6份、聚氧丙烯甘油醚0.3份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷6份、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷3.5份、聚四氟乙稀0.35份、二乙烯三胺8份、偏苯三酸酐6份、磷酸酯3.5份、丙酮7.5份、去离子水55份。
上述金属切削机床体复合材料的制备方法为：先将酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、偏苯三酸酐、磷酸酯和丙酮混合搅拌30分钟；将玄武岩粉末、花岗岩粉末、纳米二氧化硅、碳纤维、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷和去离子水混合搅拌45分钟，再放入烘箱中在温度80℃下烘干；将所有组分混合，放入水浴锅中在温度80℃下搅拌均匀，然后倒入模具中，在室温下固化24小时，脱模，放入烘箱中，在温度85℃下固化25小时，最后在室温下继续固化7天即得。
实施例4
一种金属切削机床体复合材料，由以下成分制备而成：酚醛树脂25份、双酚A型环氧树脂50份、玄武岩粉末10份、花岗岩粉末15份、纳米二氧化硅10份、碳纤维5份、聚二甲基硅氧烷0.8份、聚氧丙烯甘油醚0.4份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷8份、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷5份、聚四氟乙稀0.5份、二乙烯三胺10份、偏苯三酸酐8份、磷酸酯5份、丙酮10份、去离子水70份。
上述金属切削机床体复合材料的制备方法为：先将酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、偏苯三酸酐、磷酸酯和丙酮混合搅拌40分钟；将玄武岩粉末、花岗岩粉末、纳米二氧化硅、碳纤维、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷和去离子水混合搅拌60分钟，再放入烘箱中在温度90℃下烘干；将所有组分混合，放入水浴锅中在温度90℃下搅拌均匀，然后倒入模具中，在室温下固化24小时，脱模，放入烘箱中，在温度90℃下固化26小时，最后在室温下继续固化7天即得。
实施例5
一种金属切削机床体复合材料，由以下成分制备而成：酚醛树脂23份、双酚A型环氧树脂45份、玄武岩粉末9份、花岗岩粉末14份、纳米二氧化硅9份、碳纤维4份、聚二甲基硅氧烷0.7份、聚氧丙烯甘油醚0.35份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷7份、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷4份、聚四氟乙稀0.4份、二乙烯三胺9份、偏苯三酸酐7份、磷酸酯4份、丙酮9份、去离子水60份。
上述金属切削机床体复合材料的制备方法为：先将酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、偏苯三酸酐、磷酸酯和丙酮混合搅拌35分钟；将玄武岩粉末、花岗岩粉末、纳米二氧化硅、碳纤维、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷和去离子水混合搅拌50分钟，再放入烘箱中在温度85℃下烘干；将所有组分混合，放入水浴锅中在温度85℃下搅拌均匀，然后倒入模具中，在室温下固化24小时，脱模，放入烘箱中，在温度85℃下固化25小时，最后在室温下继续固化7天即得。
对比例1
本实施例与实施例5的区别在于不含有纳米二氧化硅。具体地说是：
一种金属切削机床体复合材料，由以下成分制备而成：酚醛树脂23份、双酚A型环氧树脂45份、玄武岩粉末9份、花岗岩粉末14份、碳纤维4份、聚二甲基硅氧烷0.7份、聚氧丙烯甘油醚0.35份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷7份、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷4份、聚四氟乙稀0.4份、二乙烯三胺9份、偏苯三酸酐7份、磷酸酯4份、丙酮9份、去离子水60份。
上述金属切削机床体复合材料的制备方法为：先将酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、偏苯三酸酐、磷酸酯和丙酮混合搅拌35分钟；将玄武岩粉末、花岗岩粉末、碳纤维、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷和去离子水混合搅拌50分钟，再放入烘箱中在温度85℃下烘干；将所有组分混合，放入水浴锅中在温度85℃下搅拌均匀，然后倒入模具中，在室温下固化24小时，脱模，放入烘箱中，在温度85℃下固化25小时，最后在室温下继续固化7天即得。
对比例2
本实施例与实施例5的区别在于不含有聚二甲基硅氧烷和聚四氟乙稀。具体地说是：
一种金属切削机床体复合材料，由以下成分制备而成：酚醛树脂23份、双酚A型环氧树脂45份、玄武岩粉末9份、花岗岩粉末14份、纳米二氧化硅9份、碳纤维4份、聚氧丙烯甘油醚0.35份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷7份、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷4份、二乙烯三胺9份、偏苯三酸酐7份、磷酸酯4份、丙酮9份、去离子水60份。
上述金属切削机床体复合材料的制备方法为：先将酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、偏苯三酸酐、磷酸酯和丙酮混合搅拌35分钟；将玄武岩粉末、花岗岩粉末、纳米二氧化硅、碳纤维、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷和去离子水混合搅拌50分钟，再放入烘箱中在温度85℃下烘干；将所有组分混合，放入水浴锅中在温度85℃下搅拌均匀，然后倒入模具中，在室温下固化24小时，脱模，放入烘箱中，在温度85℃下固化25小时，最后在室温下继续固化7天即得。
下表为本发明材料的部分性能指标，我们可以看到，本发明材料具有很好的力学性能，其抗压强度最高可达151.9MPa，热膨胀系数低，当在温度90℃时，其热膨胀系数最低仅为9.47×10-6/℃，热性能稳定，同时其阻尼比达到了0.37，具有卓越的减震性能。
表1 金属切削机床体复合材料的部分性能指标
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2
抗压强度（MPa） 151.3 151.5 151.7 151.8 151.9 146.3 150.3
热膨胀系数×10-6（/℃） 9.54 9.52 9.51 9.49 9.47 9.67 9.82
阻尼比 0.32 0.33 0.34 0.36 0.37 0.32 0.31
注：热膨胀系数测定温度为90℃。

Claims (4)

1.一种金属切削机床体复合材料，其特征在于：由以下成分制备而成：酚醛树脂15-25份、双酚A型环氧树脂30-50份、玄武岩粉末5-10份、花岗岩粉末10-15份、纳米二氧化硅5-10份、碳纤维2-5份、聚二甲基硅氧烷0.4-0.8份、聚氧丙烯甘油醚0.2-0.4份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷4-8份、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷2-5份、聚四氟乙稀0.2-0.5份、二乙烯三胺6-10份、偏苯三酸酐4-8份、磷酸酯2-5份、丙酮5-10份、去离子水40-70份，其制备方法如下：
步骤1：将酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、偏苯三酸酐、磷酸酯和丙酮混合搅拌20-40分钟；
步骤2：将玄武岩粉末、花岗岩粉末、纳米二氧化硅、碳纤维、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷和去离子水混合搅拌30-60分钟；
步骤3：放入烘箱中在温度70-90℃下烘干；
步骤4：将所有组分混合，放入水浴锅中在温度70-90℃下搅拌均匀；
步骤5：倒入模具中，在室温下固化24小时；
步骤6：脱模，放入烘箱中，在温度80-90℃下固化24-26小时；
步骤7：在室温下继续固化7天即得。
2.根据权利要求1所述的一种金属切削机床体复合材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：酚醛树脂18-23份、双酚A型环氧树脂35-45份、玄武岩粉末6-9份、花岗岩粉末11-14份、纳米二氧化硅6-9份、碳纤维3-4份、聚二甲基硅氧烷0.5-0.7份、聚氧丙烯甘油醚0.25-0.35份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷5-7份、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷3-4份、聚四氟乙稀0.3-0.4份、二乙烯三胺7-9份、偏苯三酸酐5-7份、磷酸酯3-4份、丙酮6-9份、去离子水50-60份。
3.如权利要求1所述的一种金属切削机床体复合材料，其特征在于：所述玄武岩粉末和花岗岩粉末粒径为0.5-10mm。
4.根据权利要求1所述的一种金属切削机床体复合材料，其特征在于：所述制备方法步骤6中温度为85℃，时间为25小时。
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