CN106554169A - 一种陶粒填充树脂矿物复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶粒填充树脂矿物复合材料及其制备方法，由以下重量份比的原料混合后固化而成：花岗岩骨料60-85份，合成树脂2-15份，稀释剂0.2-1份，增韧剂0.2-1份，固化剂0.5-5份，陶粒1-20份，石英尾砂1-20份；所述陶粒为体积密度≤1.8g/cm3，粒径在0.5-3mm之间的高强度陶瓷颗粒；所述石英尾砂为体积密度≤1.6g/cm3，粒径在0.05-0.3mm之间的石英尾砂。本发明利用陶粒内部的细密蜂窝状微孔提高复合材料的阻尼和减震性能；采用颗粒细小的石英尾砂作为矿物增稠剂，避免骨料的沉降分离现象；本发明所得的陶粒填充树脂矿物复合材料的密度2.2-2.3g/m3，阻尼比0.75-0.8％，抗压强度达到125-130MPa，抗折强度达到50-55MPa，尺寸稳定性好，更加满足精密机床对床身材料性能的要求。

Description

一种陶粒填充树脂矿物复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种精密机床用树脂矿物复合材料及其制备方法，属于机械工程材料技术领域。
背景技术
开发性能优良的机床床身材料是实现精密机床高速度、高精密以及高效率加工技术的重要途径之一。树脂矿物复合材料是一种以花岗岩等天然矿物颗粒为骨料，以有机树脂作粘合剂，同时掺入适量的固化剂、增塑剂、稀释剂及填料，经过混合、振动、成型后，反应固化而成的一种新型复合材料，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，对推动机床制造业的技术进步具有重要意义。
通过骨料预处理或添加纤维可实现树脂矿物复合材料的增强效果。专利CN201210223239.6(张建华等.树脂矿物复合材料骨料的喷淋振动预处理方法及在复合材料制备中的应用)报道了通过对各级骨料分别振动浸润处理，对骨料表面微裂纹和凹坑等缺陷进行填充、桥接和修补，在骨料表面形成有效的强化层，获得的树脂矿物复合材料比普通复合材料抗压强度提高5％-10％。崔剑等(崔剑.钢纤维聚合物混凝土材料优化及其机床床身的研究[D].辽宁工程技术大学，2003.)选用不同纤维，并进行不同表面处理，通过材料优化，获得适于机床基础件的钢纤维聚合物混凝土材料配比。
目前，通过改变骨料种类和形式来优化树脂矿物复合材料的内部结构，从而实现复合材料综合性能改善的报道尚未出现。高强度陶粒是指圆形或椭圆形强度较高、吸水率较低、密度较小的焙烧或免烧陶粒，其内部呈细密蜂窝状微孔，这些封闭型微孔是由于气体被包裹进壳内而形成的，也是陶粒质轻、抗震的主要原因；将其加入树脂矿物复合材料有望在降低材料密度的同时，有效提高复合材料的综合力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶粒填充树脂矿物复合材料及其制备方法，所得的树脂矿物复合材料密度更小，阻尼系数更大，强度和尺寸稳定性良好，更加满足精密机床对床身材料性能的要求。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种陶粒填充树脂矿物复合材料，由以下重量份比的原料混合后常温固化而成：花岗岩骨料60-85份，环氧树脂2-15份，稀释剂0.2-1份，增韧剂0.2-1份，固化剂0.5-5份，陶粒1-20份，石英尾砂1-20份。
所述稀释剂包括丙酮、乙酸乙酯、磷酸酯等；
所述固化剂包括脂肪族、脂环族、芳香胺以及低分子量聚酰胺等；
所述增韧剂包括邻苯二甲酸二丁脂、邻苯二甲酸二辛脂、磷酸三丁脂等；
所述陶粒主要成分为Al2O3、SiO2，体积密度≤1.8g/cm3，粒径为0.5-3mm的高强度陶瓷颗粒；
所述石英尾砂主要成分为SiO2，体积密度≤1.6g/cm3，粒径为0.05-0.3mm的石英尾砂。
一种陶粒填充树脂矿物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按花岗岩骨料60-85份，环氧树脂2-15份，稀释剂0.2-1份，增韧剂0.2-1份，固化剂0.5-5份，陶粒1-20份，石英尾砂1-20份，选取各项材料以备用；
步骤2、依次添加原料，搅拌、混合至均匀后浇注到模具并固定在振动台上搅拌，振动频率为50-60Hz，振幅为0.5-5mm，振动时间15-60min。
步骤3、将试样置于25-40℃恒温条件下成型固化12-48h，脱模后继续室温固化5-10d，即得到陶粒填充树脂矿物复合材料。
本方法制备的树脂矿物复合材料，与现有树脂矿物复合材料相比，其显著优点为：1)本方法制备的树脂矿物复合材料，采用陶粒取代部分花岗岩骨料，一方面利用陶粒的球体结构带动花岗岩骨料间的滚珠润滑，改善不规则形状骨料的流动，提高混料工序的效率和可操作性；另一方面陶粒内部的细密蜂窝状微孔，既能够有效降低复合材料的密度，同时可显著提高复合材料的阻尼和减震性能；2)本方法制备的树脂矿物复合材料，采用颗粒细小的石英尾砂作为矿物增稠剂，有效解决原有混料过程中骨料易沉降分层的现象；通过石英尾砂在树脂中的细小均匀分布，增加树脂基体的粘性，使复合材料整个体系由牛顿流体转变为宾汉姆流变体，大大提高骨料分离所需的剪切应力，从而制备出结构均匀的树脂矿物复合材料；3)本发明所得的陶粒填充树脂矿物复合材料的密度2.2-2.3g/m3，阻尼比0.75-0.8％，抗压强度达到125-130MPa，抗折强度达到50-55MPa，尺寸稳定性好，更加满足精密机床对床身材料性能的要求。
具体实施方式
本发明陶粒填充树脂矿物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按花岗岩骨料60-85份，环氧树脂2-15份，稀释剂0.2-1份，增韧剂0.2-1份，固化剂0.5-5份，陶粒1-20份，石英尾砂1-20份，选取各项材料以备用；
步骤2、依次添加原料，搅拌、混合至均匀后浇注到模具并固定在振动台上搅拌，振动频率为50-60Hz，振幅为0.5-5mm，振动时间15-60min；
步骤3、将试样置于25-40℃恒温条件下成型固化12-48h，脱模后继续室温固化5-10d，即得到陶粒填充树脂矿物复合材料。
上述陶粒填充树脂矿物复合材料的密度更小，阻尼系数更大，强度和尺寸稳定性良好，更加满足精密机床对床身材料性能的要求。
实施例
按如下步骤进行陶粒填充树脂矿物复合材料的制备，具体配方见表1，实验结果见表2。
步骤1、依次添加原料，搅拌、混合至均匀后浇注到模具并固定在振动台上搅拌，振动频率为55Hz，振幅为1mm，振动时间30min。
步骤2、将试样置于35℃恒温条件下成型固化30h，脱模后继续室温固化7d，即得到陶粒填充树脂矿物复合材料。
表1 陶粒填充树脂矿物复合材料的原料重量比
*陶粒：平均粒径为0.5mm；石英尾砂：平均粒径为0.1mm；
表2 陶粒填充树脂矿物复合材料的各项性能指标
编号 体积密度 阻尼比 轴心抗压强度 抗折强度 弹性模量 泊松比
/g/m3 ％ /MPa /MPa /GPa ％
实施例1 2.25 0.78 129.7 51.6 32.6 0.22
实施例2 2.27 0.75 127.4 50.3 31.2 0.23
对比例1 2.61 0.61 115.3 31.8 35.5 0.20
所得的陶粒填充树脂矿物复合材料密度更小，阻尼比更高，强度和尺寸稳定性更好，更加满足精密机床对床身材料性能的要求。

Claims (7)

1.一种陶粒填充树脂矿物复合材料，其特征在于，由以下重量份比的原料混合后常温固化而成：花岗岩骨料60-85份，环氧树脂2-15份，稀释剂0.2-1份，增韧剂0.2-1份，固化剂0.5-5份，陶粒1-20份，石英尾砂1-20份。
2.如权利要求1所述的陶粒填充树脂矿物复合材料，其特征在于，所述稀释剂包括丙酮、乙酸乙酯、磷酸酯。
3.如权利要求1所述的陶粒填充树脂矿物复合材料，其特征在于，所述固化剂包括脂肪族、脂环族、芳香胺以及低分子量聚酰胺。
4.如权利要求1所述的陶粒填充树脂矿物复合材料，其特征在于，所述增韧剂包括邻苯二甲酸二丁脂、邻苯二甲酸二辛脂、磷酸三丁脂。
5.如权利要求1所述的陶粒填充树脂矿物复合材料，其特征在于，所述陶粒为体积密度≤1.8g/cm3，粒径在0.5-3mm之间的陶瓷颗粒。
6.如权利要求1所述的陶粒填充树脂矿物复合材料，其特征在于，所述石英尾砂为体积密度≤1.6g/cm3，粒径在0.05-0.3mm之间的石英尾砂。
7.一种如权利要求1-6任一所述的陶粒填充树脂矿物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、依次添加花岗岩骨料、环氧树脂、稀释剂、增韧剂、固化剂、陶粒、石英尾砂，搅拌、混合至均匀后浇注到模具并固定在振动台上搅拌，振动频率为50-60Hz，振幅为0.5-5mm，振动时间15-60min；
步骤2、将试样置于25-40℃恒温条件下成型固化12-48h，脱模后继续室温固化5-10d，即得到陶粒填充树脂矿物复合材料。
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