CN105754335B - 一种高强度焊接机械臂元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度焊接机械臂元件，由以下重量份的原料制成：聚己二酰丁二胺30‑50份、木质素改性碳纤维30‑40份、增塑剂1‑2份、硼改性酚醛树脂5‑8份、合金粉末2‑3份、马来酸酐接枝EPDM 1‑3份、环氧蓖麻油0.5‑1份、抗氧化剂0.5‑2份、固化剂1‑3份、4‑甲基咪唑0.5‑2份、环烷油1‑3份，所述增塑剂与环氧蓖麻油的质量比为2‑3：1，本发明还公开了高强度焊接机械臂元件的制备方法，制得的焊接机械臂元件重量轻、强度高、耐腐蚀，能够有效减轻机械臂的自身重量，节能高效，且抗疲劳性能优良，不易变形，提高了使用的安全性，使用寿命延长2倍以上。

Description

一种高强度焊接机械臂元件及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种高强度焊接机械臂元件及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展和自动化程度的提高，机械臂被广泛应用于机械、医疗、军事、汽车等行业中。目前机械臂的连杆结构都是采用了金属材料，如铸铁或铝合金。采用金属连杆的机械臂，由于其连杆重量很大，造成各个关节处驱动电机的驱动力的很大一部分消耗在驱动连杆上，从而降低了能量的利用效率；且由于金属构件自重大，其强度短时间内可以保证，但长期疲劳作用下易产生局部的永久性累积损伤，直至最后发生断裂而导致设备出现故障，甚至造成意外事故。碳纤维是具有石墨晶体结构的微观纤维状碳材料，具有重量轻、高强度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、热膨胀系数小等优良特性，在日常的生产和生活中得到广泛应用。但在工业应用中，碳纤维很少单独使用，一般都是用作增强材料添加到树脂、金属、陶瓷等材料中构成复合材料，来提高材料的性能。碳纤维复合材料比钢铁轻50％，比铝材轻30％，减重效果明显，因此不少机械臂生产厂家开始尝试开发新的碳纤维复合材料，同时也对碳纤维复合材料的性能提出了更高的要求，而现有的碳纤维复合材料的强度等机械性能已不能满足，迫切需要一种新的碳纤维复合材料来进一步改善整体的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度焊接机械臂元件及其制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高强度焊接机械臂元件，由以下重量份的原料制成：聚己二酰丁二胺30-50份、木质素改性碳纤维30-40份、增塑剂1-2份、硼改性酚醛树脂5-8份、合金粉末2-3份、马来酸酐接枝EPDM 1-3份、环氧蓖麻油0.5-1份、抗氧化剂0.5-2份、固化剂1-3份、4-甲基咪唑0.5-2份、环烷油1-3份，所述增塑剂与环氧蓖麻油的质量比为2-3：1。

优选的，所述的高强度焊接机械臂元件，由以下重量份的原料制成：聚己二酰丁二胺40份、木质素改性碳纤维36份、增塑剂2份、硼改性酚醛树脂7份、合金粉末2份、马来酸酐接枝EPDM 2份、环氧蓖麻油0.8份、抗氧化剂1份、固化剂2份、4-甲基咪唑1.5份、环烷油2份。

优选的，所述固化剂为六亚甲基四胺。

优选的，所述合金粉末由Fe、Si、Mn、Mo、Zr元素组成。

优选的，所述合金粉末由Fe、Si、Mn、Mo、Zr的质量比为3：1：1：2：2。

优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂。

高强度焊接机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚己二酰丁二胺、增塑剂、硼改性酚醛树脂、合金粉末、马来酸酐接枝EPDM、环氧蓖麻油、抗氧化剂、环烷油加入到高速混合机中搅拌分散30-40min，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入固化剂、4-甲基咪唑，控制温度为295-315℃，共混熔融30-40min，挤出，得聚酰胺胶料；

3)将木质素改性碳纤维包覆在步骤2)聚酰胺胶料的表面上形成碳纤维复合材料半成品；

4)将步骤3)碳纤维复合材料半成品放置在机械臂元件模具内，锁紧模具后，将模具放置在成型机内成型，获得碳纤维复合材料机械臂元件。

本发明有益效果：环氧蓖麻油不仅是一种性能优异的环氧增塑剂，且还能提高材料的流动性和稳定性，便于加工成型，合金粉末能很好的增强材料的强度、硬度及焊接性能，木质素改性后的碳纤维表面带有一些活性官能团，将其包覆在聚己二酰丁二胺胶料的表面上有很好的亲和作用，得到的碳纤维复合材料重量轻且强度高，相对于传统的碳纤维材料性能更优异，制得的焊接机械臂元件重量轻、强度高、耐腐蚀，能够有效减轻机械臂的自身重量，节能高效，且抗疲劳性能优良，不易变形，提高了使用的安全性，使用寿命延长2倍以上。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种高强度焊接机械臂元件，由以下重量份的原料制成：聚己二酰丁二胺40份、木质素改性碳纤维36份、邻苯二甲酸二辛酯2份、硼改性酚醛树脂7份、合金粉末2份、马来酸酐接枝EPDM 2份、环氧蓖麻油0.8份、抗氧化剂1份、六亚甲基四胺2份、4-甲基咪唑1.5份、环烷油2份，其中合金粉末由Fe、Si、Mn、Mo、Zr按照3：1：1：2：2的质量比组成。

高强度焊接机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚己二酰丁二胺、邻苯二甲酸二辛酯、硼改性酚醛树脂、合金粉末、马来酸酐接枝EPDM、环氧蓖麻油、抗氧化剂、环烷油加入到高速混合机中搅拌分散35min，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入固化剂、4-甲基咪唑，控制温度为300℃，共混熔融35min，挤出，得聚酰胺胶料；

3)将木质素改性碳纤维包覆在步骤2)聚酰胺胶料的表面上形成碳纤维复合材料半成品；

4)将步骤3)碳纤维复合材料半成品放置在机械臂元件模具内，锁紧模具后，将模具放置在成型机内成型，获得碳纤维复合材料机械臂元件。

实施例2：

一种高强度焊接机械臂元件，由以下重量份的原料制成：聚己二酰丁二胺45份、木质素改性碳纤维35份、邻苯二甲酸二甲酯1.5份、硼改性酚醛树脂6份、合金粉末3份、马来酸酐接枝EPDM 1.5份、环氧蓖麻油0.5份、抗氧化剂1.5份、六亚甲基四胺2.5份、4-甲基咪唑1份、环烷油1.5份，其中合金粉末由Fe、Si、Mn、Mo、Zr按照3：1：1：2：2的质量比组成。

高强度焊接机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚己二酰丁二胺、邻苯二甲酸二甲酯、硼改性酚醛树脂、合金粉末、马来酸酐接枝EPDM、环氧蓖麻油、抗氧化剂、环烷油加入到高速混合机中搅拌分散30min，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入固化剂、4-甲基咪唑，控制温度为305℃，共混熔融35min，挤出，得聚酰胺胶料；

3)将木质素改性碳纤维包覆在步骤2)聚酰胺胶料的表面上形成碳纤维复合材料半成品；

4)将步骤3)碳纤维复合材料半成品放置在机械臂元件模具内，锁紧模具后，将模具放置在成型机内成型，获得碳纤维复合材料机械臂元件。

实施例3：

一种高强度焊接机械臂元件，由以下重量份的原料制成：聚己二酰丁二胺30份、木质素改性碳纤维40份、邻苯二甲酸二辛酯1份、硼改性酚醛树脂8份、合金粉末2份、马来酸酐接枝EPDM 3份、环氧蓖麻油0.5份、抗氧化剂2份、六亚甲基四胺1份、4-甲基咪唑2份、环烷油1份，其中合金粉末由Fe、Si、Mn、Mo、Zr按照3：1：1：2：2的质量比组成。

高强度焊接机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚己二酰丁二胺、邻苯二甲酸二辛酯、硼改性酚醛树脂、合金粉末、马来酸酐接枝EPDM、环氧蓖麻油、抗氧化剂、环烷油加入到高速混合机中搅拌分散30min，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入固化剂、4-甲基咪唑，控制温度为315℃，共混熔融30min，挤出，得聚酰胺胶料；

3)将木质素改性碳纤维包覆在步骤2)聚酰胺胶料的表面上形成碳纤维复合材料半成品；

4)将步骤3)碳纤维复合材料半成品放置在机械臂元件模具内，锁紧模具后，将模具放置在成型机内成型，获得碳纤维复合材料机械臂元件。

实施例4：

一种高强度焊接机械臂元件，由以下重量份的原料制成：聚己二酰丁二胺50份、木质素改性碳纤维30份、邻苯二甲酸二丁酯2份、硼改性酚醛树脂5份、合金粉末3份、马来酸酐接枝EPDM 1份、环氧蓖麻油1份、抗氧化剂0.5份、六亚甲基四胺3份、4-甲基咪唑0.5份、环烷油3份，所述合金粉末由Fe、Si、Mn、Mo、Zr按照3：1：1：2：2的质量比组成。

高强度焊接机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚己二酰丁二胺、邻苯二甲酸二丁酯、硼改性酚醛树脂、合金粉末、马来酸酐接枝EPDM、环氧蓖麻油、抗氧化剂、环烷油加入到高速混合机中搅拌分散30min，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入固化剂、4-甲基咪唑，控制温度为315℃，共混熔融30min，挤出，得聚酰胺胶料；

3)将木质素改性碳纤维包覆在步骤2)聚酰胺胶料的表面上形成碳纤维复合材料半成品；

4)将步骤3)碳纤维复合材料半成品放置在机械臂元件模具内，锁紧模具后，将模具放置在成型机内成型，获得碳纤维复合材料机械臂元件。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种高强度焊接机械臂元件，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚己二酰丁二胺30-50份、木质素改性碳纤维30-40份、增塑剂1-2份、硼改性酚醛树脂5-8份、合金粉末2-3份、马来酸酐接枝EPDM 1-3份、环氧蓖麻油0.5-1份、抗氧化剂0.5-2份、固化剂1-3份、4-甲基咪唑0.5-2份、环烷油1-3份，所述增塑剂与环氧蓖麻油的质量比为2-3：1。

2.如权利要求1所述的高强度焊接机械臂元件，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚己二酰丁二胺40份、木质素改性碳纤维36份、增塑剂2份、硼改性酚醛树脂7份、合金粉末2份、马来酸酐接枝EPDM 2份、环氧蓖麻油0.8份、抗氧化剂1份、固化剂2份、4-甲基咪唑1.5份、环烷油2份。

3.如权利要求2所述的高强度焊接机械臂元件，其特征在于，所述固化剂为六亚甲基四胺。

4.如权利要求2所述的高强度焊接机械臂元件，其特征在于，所述合金粉末由Fe、Si、Mn、Mo、Zr元素组成。

5.如权利要求4所述的高强度焊接机械臂元件，其特征在于，所述合金粉末由Fe、Si、Mn、Mo、Zr的质量比为3：1：1：2：2。

6.如权利要求2所述的高强度焊接机械臂元件，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂。

7.如权利要求1-6任一所述的高强度焊接机械臂元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将聚己二酰丁二胺、增塑剂、硼改性酚醛树脂、合金粉末、马来酸酐接枝EPDM、环氧蓖麻油、抗氧化剂、环烷油加入到高速混合机中搅拌分散30-40min，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入固化剂、4-甲基咪唑，控制温度为295-315℃，共混熔融30-40min，挤出，得聚酰胺胶料；

3)将木质素改性碳纤维包覆在步骤2)聚酰胺胶料的表面上形成碳纤维复合材料半成品；

4)将步骤3)碳纤维复合材料半成品放置在机械臂元件模具内，锁紧模具后，将模具放置在成型机内成型，获得碳纤维复合材料机械臂元件。