CN107777921A - 一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件及其制备方法 - Google Patents

一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，包括以重量百分比计的下列组分：环氧树脂15～25%，羧基功能化氧化石墨烯5～10%，流平剂0.01～0.06%，分散防沉剂0.05～0.1%，空心玻璃微珠0.01～0.06%，胺类固化剂0.5～1%，固化促进剂1.5～3%，100～200目的实心玻璃微珠10～15%，800～1500目的硅微粉10～15%，消泡剂0.1～1.2%，粒径20～50mm的人造大理石为余量，其中，胺类固化剂为脂肪胺、芳香胺、聚醚胺的一种或多种，固化促进剂为氨乙基派嗪。本发明引入了羧基功能化氧化石墨烯，作为一种新型纳米材料，其片层结构上含有丰富的含氧活性基团，并与环氧树脂中活泼的环氧基团发生交联反应，从而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物。

Description

一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件及其制备方法
技术领域
本发明涉及矿物铸件技术领域，更具体地，涉及一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件及其制备方法。
背景技术
随着机械制造业的不断发展,制造业对制造产品的要求也越来越高，如机床床身，矿物铸造的产物是矿物铸件，是一种面向未来的环保材料，作为机器的结构件，以其价格和性能的优势在某些应用方面可以替代传统的铸铁，随着制造业的不断发展，新型高科技复合材料矿物铸件在机床设备底座的应用领域不断扩大，以及高精密制造对设备的技术精度及材料的稳定性能的要求越来越高。
矿物铸件的主要原料为环氧树脂和天然矿石，常温固化成型，往往在精度、表面刚性和耐磨度方面达不到高精密制造的要求，并且原料在混合搅拌过程中，有大量的空气进入胶料中,所以浇注出来的产品气孔比较多,也会相对比较大.经过粗、精机磨加工完成产品后,因有气孔,设备的振动会导致气孔周边崩溃,造成对产品的精度影响极大,使设备的本身的精度和使用寿命大大的下。
发明内容
本发明的要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，引入羧基功能化氧化石墨烯，并且对材料配方进行改进，提供一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件。
本发明还提供一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
提供一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，包括以重量百分比计的下列组分：
环氧树脂 15～25%，
羧基功能化氧化石墨烯 5～10%，
流平剂 0.01～0.06%，
分散防沉剂 0.05～0.1%，
空心玻璃微珠 0.01～0.06%，
胺类固化剂 0.5～1%，
固化促进剂 1.5～3%，
实心玻璃微珠 10～15%，
硅微粉 10～15%，
助剂 0.1～1.2%，
人造大理石 余量。
本发明引入了羧基功能化氧化石墨烯，作为一种新型纳米材料，其片层结构上含有丰富的含氧活性基团，并与环氧树脂中活泼的环氧基团发生交联反应，从而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物，该结构能有效提高产品的表面刚性和耐磨度，同时能有效的防止在搅拌过程中空气进入到胶料中，产生大量的气孔。
优选地，所述人造大理石的粒径为20～50mm。
优选地，所述实心玻璃微珠的目数为100～200目。
优选地，所述硅微粉的目数为800～1500目。
优选地，所述胺类固化剂为脂肪胺、芳香胺、聚醚胺的一种或多种。
优选地，所述固化促进剂为氨乙基派嗪。
优选地，所述助剂为消泡剂。
本发明还提供一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备羧基功能化氧化石墨：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，然后将氧化石墨分散于在去离子水中，超声分散成均匀的黄色透明胶体溶液，然后加入NaOH和一氯乙酸超声，使氧化石墨烯上的羟基和环氧基转化为羧基．将溶液热过滤除去杂质离子，蒸发掉多余水分，再进行真空干燥得到羧基化氧化石墨烯；
S2.将权利要求1～7任意一项所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的原料按比例混合搅拌，得到混合料；
S3.将混合料倒入模具中浇注成型，然后通过粗、精机磨加工，最终得到基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件。
优选地，步骤S1中所述氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:1，NaOH的加入量为6wt%，超声时间为3～4h。
优选地，步骤S1中所述真空干燥温度为60～80℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明引入了羧基功能化氧化石墨烯，作为一种新型纳米材料，其片层结构上含有丰富的含氧活性基团，并与环氧树脂中活泼的环氧基团发生交联反应，从而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物，该结构能有效提高产品的表面刚性和耐磨度，同时能有效的防止在搅拌过程中空气进入到胶料中，产生大量的气孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。以下实施例仅为示意性实施例，并不构成对本发明的不当限定，本发明可以由发明内容限定和覆盖的多种不同方式实施。除非特别说明，本发明采用的试剂、化合物和设备为本技术领域常规试剂、化合物和设备。
本发明提供一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，包括以重量百分比计的下列组分：环氧树脂15～25%，羧基功能化氧化石墨烯5～10%，流平剂0.01～0.06%，分散防沉剂0.05～0.1%，空心玻璃微珠0.01～0.06%，胺类固化剂0.5～1%，固化促进剂1.5～3%，100～200目的实心玻璃微珠10～15%，800～1500目的硅微粉10～15%，消泡剂0.1～1.2%，粒径20～50mm的人造大理石为余量，其中，胺类固化剂为脂肪胺、芳香胺、聚醚胺的一种或多种，固化促进剂为氨乙基派嗪。
本发明引入了羧基功能化氧化石墨烯，作为一种新型纳米材料，其片层结构上含有丰富的含氧活性基团，并与环氧树脂中活泼的环氧基团发生交联反应，从而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物，该结构能有效提高产品的表面刚性和耐磨度，同时能有效的防止在搅拌过程中空气进入到胶料中，产生大量的气孔。其中，羧基功能化氧化石墨烯加入量过少起不到效果，加入量过多会引起聚合效果反而下降。
本发明采用硅微粉用于降低树脂固化的放热峰值温度，降低涂料所形成的涂层的线性膨胀系数和收缩率，消除涂层的内应力，增强矿物铸件产品的稳定性能。采用实心玻璃微珠用于降低收缩，增加填料人造大理石的流动性能，从而减少树脂的含量，尽而提高矿物铸件产品的刚性和稳定性。采用环氧树脂主要起到胶结固化成型作用。
本发明采用流平剂用于改善涂层的表面张力，减少缩孔、鱼眼，提高流平分散的效果，采用分散沉淀剂用于防止沉淀和浮色，提高凝胶的稳定性。采用空心玻璃微珠用于增加产品耐磨度，降低表面摩擦系数。
本发明为了提高产品的耐磨度或粗糙度，保证产品的平面精度，采用100～200目的实心玻璃微珠，800～1500目的硅微粉。
实施例1
本实施例提供本发明提供一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，包括以重量百分比计的下列组分：环氧树脂15%，羧基功能化氧化石墨烯5%，流平剂0.01%，分散防沉剂0.05%，空心玻璃微珠0.01%，胺类固化剂0.5%，固化促进剂1.5%，100目的实心玻璃微珠10%，800目的硅微粉10%，消泡剂0.1%，粒径20mm的人造大理石为57.83%，其中，胺类固化剂为脂肪胺，固化促进剂为氨乙基派嗪。
本实施例还提供上述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备羧基功能化氧化石墨：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，然后将氧化石墨分散于在去离子水中，超声分散成均匀的黄色透明胶体溶液，然后加入NaOH和一氯乙酸超声，使氧化石墨烯上的羟基和环氧基转化为羧基．将溶液热过滤除去杂质离子，蒸发掉多余水分，再进行真空干燥得到羧基化氧化石墨烯；
S2.将所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的原料按比例混合搅拌，得到混合料；
S3.将混合料倒入模具中浇注成型，然后通过粗、精机磨加工，最终得到基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件；
其中，氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:1，NaOH的加入量为6wt%，超声时间为3～4h，真空干燥温度为60～80℃。
本实施例制备得到的基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件体积密度为2.1g/cm，弹性模量为28kgf/cm²，抗拉强度15.3N/mm2，抗压强度111Mpa，线性膨胀系数（100/0C）为20.98，气孔率4.2%。
实施例2
本实施例提供本发明提供一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，包括以重量百分比计的下列组分：环氧树脂20%，羧基功能化氧化石墨烯8%，流平剂0.03%，分散防沉剂0.08%，空心玻璃微珠0.04%，胺类固化剂0.8%，固化促进剂2%，150目的实心玻璃微珠12%，1200目的硅微粉12%，消泡剂0.8%，粒径20～50mm的人造大理石44.25%，其中，胺类固化剂为芳香胺，固化促进剂为氨乙基派嗪。
本实施例还提供上述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备羧基功能化氧化石墨：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，然后将氧化石墨分散于在去离子水中，超声分散成均匀的黄色透明胶体溶液，然后加入NaOH和一氯乙酸超声，使氧化石墨烯上的羟基和环氧基转化为羧基．将溶液热过滤除去杂质离子，蒸发掉多余水分，再进行真空干燥得到羧基化氧化石墨烯；
S2.将所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的原料按比例混合搅拌，得到混合料；
S3.将混合料倒入模具中浇注成型，然后通过粗、精机磨加工，最终得到基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件；
其中，氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:1，NaOH的加入量为6wt%，超声时间为3～4h，真空干燥温度为60～80℃。
本实施例制备得到的基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件体积密度为2.2g/cm，弹性模量为35kgf/cm²，抗拉强度16.1N/mm2，抗压强度116Mpa，线性膨胀系数（100/0C）为21.34。
实施例3
本实施例提供本发明提供一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，包括以重量百分比计的下列组分：环氧树脂15%，羧基功能化氧化石墨烯10%，流平剂0.01%，分散防沉剂0.05%，空心玻璃微珠0.01%，胺类固化剂0.5%，固化促进剂1.5%，100目的实心玻璃微珠10%，800目的硅微粉10%，消泡剂0.1%，粒径20mm的人造大理石为52.83%，其中，胺类固化剂为脂肪胺，固化促进剂为氨乙基派嗪。
本实施例还提供上述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备羧基功能化氧化石墨：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，然后将氧化石墨分散于在去离子水中，超声分散成均匀的黄色透明胶体溶液，然后加入NaOH和一氯乙酸超声，使氧化石墨烯上的羟基和环氧基转化为羧基．将溶液热过滤除去杂质离子，蒸发掉多余水分，再进行真空干燥得到羧基化氧化石墨烯；
S2.将所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的原料按比例混合搅拌，得到混合料；
S3.将混合料倒入模具中浇注成型，然后通过粗、精机磨加工，最终得到基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件；
其中，氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:1，NaOH的加入量为6wt%，超声时间为3～4h，真空干燥温度为60～80℃。
本实施例制备得到的基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件体积密度为2.4g/cm，弹性模量为48kgf/cm²，抗拉强度17.2N/mm2，抗压强度123Mpa，线性膨胀系数（100/0C）为21.22，气孔率2.5%。
实施例4
本实施例提供本发明提供一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，包括以重量百分比计的下列组分：环氧树脂25%，羧基功能化氧化石墨烯10%，流平剂0.06%，分散防沉剂0.1%，空心玻璃微珠0.06%，胺类固化剂1%，固化促进剂3%，200目的实心玻璃微珠15%，1500目的硅微粉15%，消泡剂1.2%，粒径50mm的人造大理石为29.58%，其中，胺类固化剂为聚醚胺，固化促进剂为氨乙基派嗪。
本实施例还提供上述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备羧基功能化氧化石墨：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，然后将氧化石墨分散于在去离子水中，超声分散成均匀的黄色透明胶体溶液，然后加入NaOH和一氯乙酸超声，使氧化石墨烯上的羟基和环氧基转化为羧基．将溶液热过滤除去杂质离子，蒸发掉多余水分，再进行真空干燥得到羧基化氧化石墨烯；
S2.将所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的原料按比例混合搅拌，得到混合料；
S3.将混合料倒入模具中浇注成型，然后通过粗、精机磨加工，最终得到基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件；
其中，氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:1，NaOH的加入量为6wt%，超声时间为3～4h，真空干燥温度为60～80℃。
本实施例制备得到的基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件体积密度为2.8g/cm，弹性模量为32kgf/cm²，抗拉强度16.5N/mm2，抗压强度122Mpa，线性膨胀系数（100/0C）为15.57，气孔率6.5%
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，不添加羧基功能化氧化石墨烯。
本对比例制备得到的基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件体积密度为2.2g/cm，弹性模量为26.9kgf/cm²，抗拉强度9.56N/mm2，抗压强度113Mpa，线性膨胀系数（100/0C）为15.57，气孔率8.9%。

Claims (10)

1.一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，其特征在于，包括以重量百分比计的下列组分：
环氧树脂 15～25%，
羧基功能化氧化石墨烯 5～10%，
流平剂 0.01～0.06%，
分散防沉剂 0.05～0.1%，
空心玻璃微珠 0.01～0.06%，
胺类固化剂 0.5～1%，
固化促进剂 1.5～3%，
实心玻璃微珠 10～15%，
硅微粉 10～15%，
助剂 0.1～1.2%，
人造大理石 余量。
2.根据权利要求1所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，其特征在于，所述人造大理石的粒径为20～50mm。
3.根据权利要求1所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，其特征在于，所述实心玻璃微珠的目数为100～200目。
4.根据权利要求1所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，其特征在于，所述硅微粉的目数为800～1500目。
5.根据权利要求1所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，其特征在于，所述胺类固化剂为脂肪胺、芳香胺、聚醚胺的一种或多种。
6.根据权利要求1所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，其特征在于，所述固化促进剂为氨乙基派嗪。
7.根据权利要求1所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件，其特征在于，所述助剂为消泡剂。
8.一种基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备羧基功能化氧化石墨：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，然后将氧化石墨分散于在去离子水中，超声分散成均匀的黄色透明胶体溶液，然后加入NaOH和一氯乙酸超声，使氧化石墨烯上的羟基和环氧基转化为羧基．将溶液热过滤除去杂质离子，蒸发掉多余水分，再进行真空干燥得到羧基化氧化石墨烯；
S2.将权利要求1～7任意一项所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的原料按比例混合搅拌，得到混合料；
S3.将混合料倒入模具中浇注成型，然后通过粗、精机磨加工，最终得到基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件。
9.根据权利要求8所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:1，NaOH的加入量为6wt%，超声时间为3～4h。
10.根据权利要求8所述基于氧化石墨烯的机床床身矿物铸件的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述真空干燥温度为60～80℃。
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