CN105802187A - 一种自重轻节能的打磨用机械臂元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自重轻节能的打磨用机械臂元件，由以下原料制成：聚苯醚、改性碳纤维、环氧树脂、2,5‑二特丁基对苯二酚、光稳定剂、合金粉末、六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、硬脂酸锌、己二酸二异癸烷基酯、2‑乙基‑4‑甲基咪唑、相容剂、三乙二醇甲醚硼酸酯，本发明还公开了自重轻节能的打磨用机械臂元件的制备方法。本发明以质轻、机械强度、耐应力松弛、耐高温性能优异的聚苯醚为基料，并添加其它助料进行性能优化，然后将改性碳纤维包覆在其表面。制得的打磨用机械臂元件重量轻、强度高、耐腐蚀，能够有效减轻机械臂的自身重量，更节能高效，且抗疲劳性能优良，不易变形，使用寿命提高2倍以上。

Description

一种自重轻节能的打磨用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，具体涉及一种自重轻节能的打磨用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自重轻节能的打磨用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：

一种自重轻节能的打磨用机械臂元件，由以下重量份的原料制成：聚苯醚40-50份、改性碳纤维30-40份、环氧树脂5-10份、2,5-二特丁基对苯二酚1-3份、光稳定剂0.5-2份、合金粉末2-4份、六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐2-4份、硬脂酸锌1-3份、己二酸二异癸烷基酯1-3份、2-乙基-4-甲基咪唑1-2份、相容剂2-4份、三乙二醇甲醚硼酸酯1-3份。

优选地，所述自重轻节能的打磨用机械臂元件，由以下重量份的原料制成：聚苯醚45份、改性碳纤维35份、环氧树脂8份、2,5-二特丁基对苯二酚1.5份、光稳定剂1份、合金粉末4份、六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐3份、硬脂酸锌1.5份、己二酸二异癸烷基酯2份、2-乙基-4-甲基咪唑1.5份、相容剂3份、三乙二醇甲醚硼酸酯2份。

优选地，所述改性碳纤维是将碳纤维和98％的浓硫酸按照1:7-10的质量比混合，在50-70℃下超声分散处理1-2h，用去离子水冲洗，真空干燥得到。

优选地，所述碳纤维选自聚丙烯腈基碳纤维或沥青基碳纤维。

优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝丁二烯三元共聚物或马来酸酐接枝PPO。

优选地，所述合金粉末包括Fe、Si、Mn、V、Cu元素。

优选地，所述Fe、Si、Mn、V、Cu的比例为3：1：1：4：2。

自重轻节能的打磨用机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚苯醚、环氧树脂、2,5-二特丁基对苯二酚、光稳定剂、铁基合金粉末、硬脂酸锌、己二酸二异癸烷基酯、相容剂、三乙二醇甲醚硼酸酯加入到高速混合机中搅拌分散0.5-1h，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、2-乙基-4-甲基咪唑，控制温度为280-300℃，共混熔融30-40min，挤出，得聚苯醚胶料；

3)将改性碳纤维包覆在步骤2)聚苯醚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：本发明中的三乙二醇甲醚硼酸酯能够很好的改善混合物料熔融后的流动性和材料的柔韧性，便于加工成型，经浓硫酸改性处理后的碳纤维表面带有-COOH或-OH等官能团，和挤出的聚苯醚胶料有很好的融合作用，合金粉末能很好的增强材料的耐磨及硬度性能，在六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐和2-乙基-4-甲基咪唑的作用下，材料的阻燃性、机械性能更好，本发明以质轻、机械强度、耐应力松弛、耐高温性能优异的的聚苯醚为基料，并添加其它助料进行性能优化，然后将改性碳纤维包覆在其表面。相对于传统的碳纤维材料，其强度高、耐磨性、抗疲劳性能、机械性能更好，制得的打磨用机械臂元件重量轻、强度高、耐腐蚀，能够有效减轻机械臂的自身重量，更节能高效，且抗疲劳性能优良，不易变形，使用寿命提高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：

一种自重轻节能的打磨用机械臂元件，由以下重量份的原料制成：聚苯醚45份、改性碳纤维35份、环氧树脂8份、2,5-二特丁基对苯二酚1.5份、光稳定剂1份、合金粉末4份、六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐3份、硬脂酸锌1.5份、己二酸二异癸烷基酯2份、2-乙基-4-甲基咪唑1.5份、马来酸酐接枝丁二烯三元共聚物3份、三乙二醇甲醚硼酸酯2份。其中合金粉末包括Fe、Si、Mn、V、Cu元素，质量比为3：1：1：4：2；改性碳纤维是将聚丙烯腈基碳纤维和98％的浓硫酸按照1:8的质量比混合，在60℃下超声分散处理1.5h，用去离子水冲洗，真空干燥得到。

自重轻节能的打磨用机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚苯醚、环氧树脂、2,5-二特丁基对苯二酚、光稳定剂、铁基合金粉末、硬脂酸锌、己二酸二异癸烷基酯、马来酸酐接枝丁二烯三元共聚物、三乙二醇甲醚硼酸酯加入到高速混合机中搅拌分散40min，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、2-乙基-4-甲基咪唑，控制温度为290℃，共混熔融30min，挤出，得聚苯醚胶料；

3)将改性碳纤维包覆在步骤2)聚苯醚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：

一种自重轻节能的打磨用机械臂元件，由以下重量份的原料制成：聚苯醚47份、改性碳纤维38份、环氧树脂7份、2,5-二特丁基对苯二酚1份、光稳定剂1份、合金粉末3份、六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐4份、硬脂酸锌1份、己二酸二异癸烷基酯2.5份、2-乙基-4-甲基咪唑1份、马来酸酐接枝PPO 2.5份、三乙二醇甲醚硼酸酯1.5份。其中合金粉末包括Fe、Si、Mn、V、Cu元素，质量比为3：1：1：4：2；改性碳纤维是将沥青基碳纤维和98％的浓硫酸按照1:10的质量比混合，在70℃下超声分散处理1h，用去离子水冲洗，真空干燥得到。

自重轻节能的打磨用机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚苯醚、环氧树脂、2,5-二特丁基对苯二酚、光稳定剂、铁基合金粉末、硬脂酸锌、己二酸二异癸烷基酯、马来酸酐接枝PPO、三乙二醇甲醚硼酸酯加入到高速混合机中搅拌分散40min，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、2-乙基-4-甲基咪唑，控制温度为280℃，共混熔融40min，挤出，得聚苯醚胶料；

3)将改性碳纤维包覆在步骤2)聚苯醚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：

一种自重轻节能的打磨用机械臂元件，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚苯醚40份、改性碳纤维40份、环氧树脂5份、2,5-二特丁基对苯二酚3份、光稳定剂0.5份、合金粉末4份、六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐2份、硬脂酸锌3份、己二酸二异癸烷基酯1份、2-乙基-4-甲基咪唑2份、马来酸酐接枝PPO 2份、三乙二醇甲醚硼酸酯3份。其中合金粉末包括Fe、Si、Mn、V、Cu元素，质量比为3：1：1：4：2；改性碳纤维是将聚丙烯腈基碳纤维和98％的浓硫酸按照1:10的质量比混合，在50℃下超声分散处理1.5h，用去离子水冲洗，真空干燥得到。

自重轻节能的打磨用机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚苯醚、环氧树脂、2,5-二特丁基对苯二酚、光稳定剂、铁基合金粉末、硬脂酸锌、己二酸二异癸烷基酯、马来酸酐接枝PPO、三乙二醇甲醚硼酸酯加入到高速混合机中搅拌分散0.5h，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、2-乙基-4-甲基咪唑，控制温度为280℃，共混熔融35min，挤出，得聚苯醚胶料；

3)将改性碳纤维包覆在步骤2)聚苯醚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：

一种自重轻节能的打磨用机械臂元件，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚苯醚41份、改性碳纤维35份、环氧树脂7份、2,5-二特丁基对苯二酚3份、光稳定剂0.5份、合金粉末4份、六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐3份、硬脂酸锌1份、己二酸二异癸烷基酯3份、2-乙基-4-甲基咪唑1份、马来酸酐接枝丁二烯三元共聚物4份、三乙二醇甲醚硼酸酯1份。其中合金粉末包括Fe、Si、Mn、V、Cu元素，质量比为3：1：1：4：2；改性碳纤维是将沥青基碳纤维和98％的浓硫酸按照1:7的质量比混合，在60℃下超声分散处理2h，用去离子水冲洗，真空干燥得到。

自重轻节能的打磨用机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚苯醚、环氧树脂、2,5-二特丁基对苯二酚、光稳定剂、铁基合金粉末、硬脂酸锌、己二酸二异癸烷基酯、马来酸酐接枝丁二烯三元共聚物、三乙二醇甲醚硼酸酯加入到高速混合机中搅拌分散1h，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、2-乙基-4-甲基咪唑，控制温度为300℃，共混熔融30min，挤出，得聚苯醚胶料；

3)将改性碳纤维包覆在步骤2)聚苯醚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5：

一种自重轻节能的打磨用机械臂元件，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚苯醚50份、改性碳纤维30份、环氧树脂10份、2,5-二特丁基对苯二酚1份、光稳定剂2份、合金粉末2份、六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐4份、硬脂酸锌1份、己二酸二异癸烷基酯3份、2-乙基-4-甲基咪唑1份、马来酸酐接枝丁二烯三元共聚物4份、三乙二醇甲醚硼酸酯1份。其中合金粉末包括Fe、Si、Mn、V、Cu元素，质量比为3：1：1：4：2；改性碳纤维是将聚丙烯腈基碳纤维和98％的浓硫酸按照1:7的质量比混合，在70℃下超声分散处理1h，用去离子水冲洗，真空干燥得到。

自重轻节能的打磨用机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚苯醚、环氧树脂、2,5-二特丁基对苯二酚、光稳定剂、铁基合金粉末、硬脂酸锌、己二酸二异癸烷基酯、相容剂、三乙二醇甲醚硼酸酯加入到高速混合机中搅拌分散0.5h，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、2-乙基-4-甲基咪唑，控制温度为300℃，共混熔融30min，挤出，得聚苯醚胶料；

3)将改性碳纤维包覆在步骤2)聚苯醚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6：

一种自重轻节能的打磨用机械臂元件，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚苯醚48份、改性碳纤维32份、环氧树脂9份、2,5-二特丁基对苯二酚1份、光稳定剂1份、合金粉末3.5份、六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐3.5份、硬脂酸锌1份、己二酸二异癸烷基酯3份、2-乙基-4-甲基咪唑1.5份、马来酸酐接枝PPO 3份、三乙二醇甲醚硼酸酯1份。其中合金粉末包括Fe、Si、Mn、V、Cu元素，质量比为3：1：1：4：2；改性碳纤维是将沥青基碳纤维和98％的浓硫酸按照1:8的质量比混合，在50℃下超声分散处理2h，用去离子水冲洗，真空干燥得到。

自重轻节能的打磨用机械臂元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚苯醚、环氧树脂、2,5-二特丁基对苯二酚、光稳定剂、铁基合金粉末、硬脂酸锌、己二酸二异癸烷基酯、相容剂、三乙二醇甲醚硼酸酯加入到高速混合机中搅拌分散50min，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、2-乙基-4-甲基咪唑，控制温度为290℃，共混熔融35min，挤出，得聚苯醚胶料；

3)将改性碳纤维包覆在步骤2)聚苯醚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 (8)

1.一种自重轻节能的打磨用机械臂元件，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚苯醚40-50份、改性碳纤维30-40份、环氧树脂5-10份、2,5-二特丁基对苯二酚1-3份、光稳定剂0.5-2份、合金粉末2-4份、六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐2-4份、硬脂酸锌1-3份、己二酸二异癸烷基酯1-3份、2-乙基-4-甲基咪唑1-2份、相容剂2-4份、三乙二醇甲醚硼酸酯1-3份。

2.如权利要求1所述的自重轻节能的打磨用机械臂元件，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚苯醚45份、改性碳纤维35份、环氧树脂8份、2,5-二特丁基对苯二酚1.5份、光稳定剂1份、合金粉末4份、六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐3份、硬脂酸锌1.5份、己二酸二异癸烷基酯2份、2-乙基-4-甲基咪唑1.5份、相容剂3份、三乙二醇甲醚硼酸酯2份。

3.如权利要求2所述的自重轻节能的打磨用机械臂元件，其特征在于，所述改性碳纤维是将碳纤维和98％的浓硫酸按照1:7-10的质量比混合，在50-70℃下超声分散处理1-2h，用去离子水冲洗，真空干燥得到。

4.如权利要求3所述的自重轻节能的打磨用机械臂元件，其特征在于，所述碳纤维选自聚丙烯腈基碳纤维或沥青基碳纤维。

5.如权利要求2所述的自重轻节能的打磨用机械臂元件，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝丁二烯三元共聚物或马来酸酐接枝PPO。

6.如权利要求2所述的自重轻节能的打磨用机械臂元件，其特征在于，所述合金粉末包括Fe、Si、Mn、V、Cu元素。

7.如权利要求6所述的自重轻节能的打磨用机械臂元件，其特征在于，所述Fe、Si、Mn、V、Cu的比例为3：1：1：4：2。

8.如权利要求1-7任一所述的自重轻节能的打磨用机械臂元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将聚苯醚、环氧树脂、2,5-二特丁基对苯二酚、光稳定剂、铁基合金粉末、硬脂酸锌、己二酸二异癸烷基酯、相容剂、三乙二醇甲醚硼酸酯加入到高速混合机中搅拌分散0.5-1h，得混合物料，出料；

2)将步骤1)混合物料加入到挤出机中，加入六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、2-乙基-4-甲基咪唑，控制温度为280-300℃，共混熔融30-40min，挤出，得聚苯醚胶料；

3)将改性碳纤维包覆在步骤2)聚苯醚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。