CN107935455A - 一种矿物铸造机床机架及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矿物铸造机床机架及其制备方法，属于矿物铸造技术领域。本发明中的矿物铸造机床机架包括以下重量份数的组分：花岗岩砂100份，硅灰石8‑13份，重晶石粉7‑10份，改性环氧树脂18‑25份，热可塑性聚氨酯10‑22份，固化剂13‑21份，增强纤维7‑12份。本发明在制得的矿物铸造机床机架具有优异的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度，并且在高温时导热性能好，具有较高的光泽度，使用寿命长。

Description

一种矿物铸造机床机架及其制备方法
技术领域
本发明属于矿物铸造技术领域，涉及一种矿物铸造机床机架及其制备方法。
背景技术
矿物铸件是以天然石料为骨料、热固性树脂为胶黏剂，经过混合搅拌、振动密实、聚合反应固化而制成的一种高充填的新型复合材料。矿物铸件材料的振动阻尼能力是铸铁的6-8倍，比钢铁的振动阻尼高大约9-10倍，因为材料的阻尼性能越高，其加工精度越高，所以采用矿物铸件床身的机床具有良好的加工性能。由于矿物铸件材料的比热较高，但热传导系数很低，因此材料具有良好的热稳定性。矿物铸件还有密度小、耐腐蚀、尺寸稳定性好，生产周期短、成本低(低于铸铁)、材料来源广泛等优势，因此在实际制造工业中，可以替代铸铁等传统金属材料，能够减少大气污染、降低材料成本。
但是现有技术中的矿物铸件的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度较低，在使用过程中容易造成开裂、断裂等问题。如中国专利申请(CN201610069783.8)公开了一种基于鹅卵石的复材机床床身矿物铸件及其制备方法，以鹅卵石和石英砂为主料，以耐高温环氧树脂为粘结剂，以碳纤维和稀有金属为填料，然而其强度仍有待提高，并且传统的热固性环氧树脂本身交联密度很高，主链段在加热时运动困难，在固化成型后脆性大、韧性小，抗剥离强度极差，因此导致制得的矿物铸件易开裂，强度提高有限。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种强度高、抗震性能优异、外观好的矿物铸造机床机架。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种矿物铸造机床机架，所述矿物铸造机床机架包括以下重量份数的组分：
花岗岩砂100份，
硅灰石8-13份，
重晶石粉7-10份，
改性环氧树脂18-25份，
热可塑性聚氨酯10-22份，
固化剂13-21份，
增强纤维7-12份。
本发明的矿物铸造机床机架以花岗岩砂为主料，添加了8-13份的硅灰石，硅灰石呈纤维状、针状，能够与增强纤维协同作用提高矿物铸件的强度和韧性，并能提高矿物铸件的耐热、耐腐蚀和耐候性，降低其热膨胀系数，而且硅灰石在室温下传热较慢、高温时传热系数较高，能够改善矿物铸件的热特性，而常规的矿物铸件导热性能差，用于制作外壳使用时，内部产生的热量难以通过传导释放，不利于机械设备的长期使用。但硅灰石不能添加过多，否则会导致矿物铸件的脆性。添加的重晶石粉一方面可以作为填料增加矿物铸件的密度和强度，另一方面能够赋予矿物铸件良好的光学稳定性和光泽度，提高矿物铸件的外观性能；并且能够提高本发明主料与热可塑性聚氨酯的结合性能，从而提高矿物铸件的整体性能。本发明以改性环氧树脂为主要粘结剂，并辅以热可塑性聚氨酯，提高了矿物铸件的韧性和抗冲击性能，其防震性能进一步提高，避免了矿物铸件容易开裂的问题。
作为优选，所述花岗岩砂包括第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂，第一级花岗岩砂的粒径为500-800μm，第二级花岗岩砂的粒径为80-150μm。
常规矿物铸件主料粒径一般为数十毫米，本发明改变传统，将主料制成微米级别粒径的颗粒，显著提高了矿物铸件的强度和韧性；同时本发明将主料花岗岩砂制成两种粒径的颗粒，较小粒径的第二级花岗岩砂能够作为填料，本发明以自体为填料，避免了传统使用其他填料时两者与粘结剂的连接力不同而内部颗粒受力不均产生开裂倾向的问题。
作为优选，所述第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂的重量比例为(50-75):(25-50)。
作为优选，所述硅灰石的粒径为10-30μm。
本发明中硅灰石作为填料的一部分存在，其粒径保持在10-30μm内，有利于与花岗岩砂形成级配关系，进一步提高矿物铸件的密度和力学性能，并且有助于在矿物铸件中形成有效的导热网络，提高矿物铸件在高温时的导热散热功能，而粒径过大，容易在矿物铸件中形成“孤岛”，难以发挥导热性能。
作为优选，所述改性环氧树脂为添加有改性纳米SiO2的环氧树脂。
纳米SiO2活性很强，加入到环氧树脂中能够有效改善其柔韧性、抗冲击性能和耐湿热性，避免固化成型后脆性大、韧性小，抗剥离强度差的问题，从而提高矿物铸件的力学性能，延长其使用寿命。
作为优选，所述改性纳米SiO2为接枝有丙烯酸丁酯的纳米SiO2。
接枝在纳米SiO2的丙烯酸丁酯与低分子量的环氧树脂发生化学键接，引入柔性的硅氧键链段，从而提高改性环氧树脂的韧性，并降低了改性环氧树脂的粘度，增加了改性环氧树脂的流动性，使得改性改性环氧树脂在浇铸时更好地渗透到骨料和填料的内部，延长固化时间，达到更好的胶结效果。同时丙烯酸丁酯在纳米SiO2表面建立了空间位阻稳定层，提高了纳米SiO2在环氧树脂中的分散稳定性。
作为优选，所述固化剂为聚醚胺和芳香胺中的至少一种。
本发明的不同另一目的在于提供一种矿物铸造机床机架的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
S1、对花岗岩砂和硅灰石进行清洗和干燥，然后与其他原料在真空环境下混合搅拌制得混合料；
S2、将混合料加入到模具中，在150-180℃处理10-20min，然后在50-60℃的真空环境下机械加压固化10-18h，制得铸件，所述加压固化时的压力为15-50MPa；
S3、将制得的铸件进行热处理，制得机床机架成品。
本发明对主料进行清洗和干燥，能够去除在破碎制备过程中掺杂的大量尘土和其他杂质，避免对材料本身强度和粘结剂粘结能力的负面影响。常规矿物铸造的浇注过程中常需要在浇注时采用震动的方式以去除气泡，不易操作且无法将气泡完全去除。本发明在搅拌过程中采用真空环境，能够去除原料中的水分和产生的气泡，增加铸件的密实度。混合料在150-180℃下处理10-20min的目的在于使热可塑性聚氨酯颗粒熔化，在真空环境下加压固化能够提高铸件的生产效率，并进一步提高铸件的密实度，减少其内部缩孔的可能性，减少铸件形变，提高铸件的精密度。
作为优选，所述步骤S1中混合搅拌时间为20-50min，搅拌速度为50-90rmp。
搅拌时间太短，混合物就不能充分混合均匀，导致不能成型浇铸；如果转动搅拌时间太长，超过了环氧树脂的凝胶时间，混合物在还没有浇铸就已经固化成型，导致固化物流动性大大降低，无法成型。
作为优选，所述步骤S3中热处理为将铸件在30-40℃保温3-5h，然后降至室温静置15-24h。
本发明在铸件制成后在30-40℃保温3-5h能够释放铸件应力，在室温静置15-24h，能够使铸件性能达到最佳。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过合理配伍矿物铸造机床机架的原料组分，并通过特定的制备方法制成，使得矿物铸造机床机架具有优异的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度，并且在高温时导热性能好，具有较高的光泽度，使用寿命长。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
下面通过具体实施例对本发明中的作进一步解释。
实施例1
本实施例中的矿物铸造机床机架包括以下重量份数的组分：
花岗岩砂100份，
硅灰石8份，
重晶石粉7份，
改性环氧树脂18份，
热可塑性聚氨酯10份，
固化剂聚醚胺13份，
增强纤维钢纤维7份。
其中，花岗岩砂包括第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂，第一级花岗岩砂的粒径为500-600μm，第二级花岗岩砂的粒径为80-100μm，第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂的重量比例为50:50，硅灰石的粒径为10-20μm。
改性环氧树脂为添加有改性纳米SiO2的环氧树脂，改性纳米SiO2为接枝有丙烯酸丁酯的纳米SiO2。
实施例2
本实施例中的矿物铸造机床机架包括以下重量份数的组分：
花岗岩砂100份，
硅灰石10份，
重晶石粉8份，
改性环氧树脂20份，
热可塑性聚氨酯13份，
固化剂芳香胺15份，
增强纤维碳纤维9份。
其中，花岗岩砂包括第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂，第一级花岗岩砂的粒径为550-650μm，第二级花岗岩砂的粒径为100-120μm，第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂的重量比例为60:40，硅灰石的粒径为15-25μm。
改性环氧树脂为添加有改性纳米SiO2的环氧树脂，改性纳米SiO2为接枝有丙烯酸丁酯的纳米SiO2。
实施例3
本实施例中的矿物铸造机床机架包括以下重量份数的组分：
花岗岩砂100份，
硅灰石11份，
重晶石粉9份，
改性环氧树脂22份，
热可塑性聚氨酯18份，
固化剂聚醚胺10份，
固化剂芳香胺9份，
增强纤维碳纤维10份。
其中，花岗岩砂包括第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂，第一级花岗岩砂的粒径为600-700μm，第二级花岗岩砂的粒径为120-140μm，第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂的重量比例为70:30，硅灰石的粒径为20-30μm。
改性环氧树脂为添加有改性纳米SiO2的环氧树脂，改性纳米SiO2为接枝有丙烯酸丁酯的纳米SiO2。
实施例4
本实施例中的矿物铸造机床机架包括以下重量份数的组分：
花岗岩砂100份，
硅灰石13份，
重晶石粉10份，
改性环氧树脂25份，
热可塑性聚氨酯22份，
固化剂聚醚胺9份，
固化剂芳香胺11份，
增强纤维玻璃纤维12份。
其中，花岗岩砂包括第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂，第一级花岗岩砂的粒径为700-800μm，第二级花岗岩砂的粒径为130-150μm，第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂的重量比例为75:25，硅灰石的粒径为10-30μm。
改性环氧树脂为添加有改性纳米SiO2的环氧树脂，改性纳米SiO2为接枝有丙烯酸丁酯的纳米SiO2。
实施例5
本实施例中矿物铸造机床机架的制备方法包括以下步骤：
(1)、采用实施例3中的原料，将花岗岩砂和硅灰石用清水清洗2-5遍至没有灰尘和杂物为止进行，清洗后进行干燥，然后与其他原料在真空环境下混合搅拌20min制得混合料，混合搅搅拌速度为90rmp；
(2)、将混合料加入到模具中，在150℃处理20min，然后在50℃的真空环境下加压固化18h，制得铸件，加压固化时的压力为15MPa；
(3)、将制得的铸件在30℃保温5h，然后降至室温静置15h，制得机床机架成品。
实施例6
本实施例中矿物铸造机床机架的制备方法包括以下步骤：
(1)、采用实施例3中的原料，将花岗岩砂和硅灰石用清水清洗2-5遍至没有灰尘和杂物为止进行，清洗后进行干燥，然后与其他原料在真空环境下混合搅拌30min制得混合料，混合搅搅拌速度为80rmp；
(2)、将混合料加入到模具中，在160℃处理18min，然后在53℃的真空环境下加压固化16h，制得铸件，加压固化时的压力为26MPa；
(3)、将制得的铸件在34℃保温4h，然后降至室温静置18h，制得机床机架成品。
实施例7
本实施例中矿物铸造机床机架的制备方法包括以下步骤：
(1)、采用实施例3中的原料，将花岗岩砂和硅灰石用清水清洗2-5遍至没有灰尘和杂物为止进行，清洗后进行干燥，然后与其他原料在真空环境下混合搅拌40min制得混合料，混合搅搅拌速度为60rmp；
(2)、将混合料加入到模具中，在170℃处理15min，然后在58℃的真空环境下加压固化13h，制得铸件，加压固化时的压力为39MPa；
(3)、将制得的铸件在37℃保温4.5h，然后降至室温静置21h，制得机床机架成品。
实施例8
本实施例中矿物铸造机床机架的制备方法包括以下步骤：
(1)、采用实施例3中的原料，将花岗岩砂和硅灰石用清水清洗2-5遍至没有灰尘和杂物为止进行，清洗后进行干燥，然后与其他原料在真空环境下混合搅拌50min制得混合料，混合搅搅拌速度为50rmp；
(2)、将混合料加入到模具中，在180℃处理10min，然后在60℃的真空环境下加压固化10h，制得铸件，加压固化时的压力为50MPa；
(3)、将制得的铸件在40℃保温3h，然后降至室温静置24h，制得机床机架成品。
实施例9-11
分别采用实施例1、2、4中的原料，按照实施例7的制备方法进行机床机架的制备。
对比例1
采用常规环氧树脂为粘结剂，其他与实施例7相同。
对比例2
原料中未添加硅灰石，其他与实施例7相同。
对比例3
原料中未添加重晶石粉，其他与实施例7相同。
对比例4
原料中未添加热可塑性聚氨酯，其他与实施例7相同。
对比例5
花岗岩砂和硅灰石采用常规尺寸即第一级花岗岩砂的粒径为10-30mm，第二级花岗岩砂和硅灰石的粒径为1-3mm，其他与实施例7相同。
对比例6
市售常规矿物铸件。
将本发明实施例5-11、对比例1-6中制得的机床机架的性能进行比较，比较结果如表1所示。
表1：实施例5-11、对比例1-6中制得的机床机架的性能
注：表1中热传导率为在150℃温度下测得
综上所述，本发明通过合理配伍机床机架的原料组分，在原料中添加了硅灰石、重晶石粉和热可塑性聚氨酯，使用经过改性的环氧树脂，并通过特定的制备方法，在制备过程中采用在真空环境下混料的方法，以及加压固化、浇注后进行热处理，使制得的矿物铸造机床机架具有优异的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度，并且在高温时导热性能好，具有较高的光泽度，使用寿命长。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种矿物铸造机床机架，其特征在于，所述矿物铸造机床机架包括以下重量份数的组分：
花岗岩砂100份，
硅灰石8-13份，
重晶石粉7-10份，
改性环氧树脂18-25份，
热可塑性聚氨酯10-22份，
固化剂13-21份，
增强纤维7-12份。
2.根据权利要求1所述的矿物铸造机床机架，其特征在于，所述花岗岩砂包括第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂，第一级花岗岩砂的粒径为500-800μm，第二级花岗岩砂的粒径为80-150μm。
3.根据权利要求2所述的矿物铸造机床机架，其特征在于，所述第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂的重量比例为(50-75):(25-50)。
4.根据权利要求1所述的矿物铸造机床机架，其特征在于，所述硅灰石的粒径为10-30μm。
5.根据权利要求1所述的矿物铸造机床机架，其特征在于，所述改性环氧树脂为添加有改性纳米SiO2的环氧树脂。
6.根据权利要求5所述的矿物铸造机床机架，其特征在于，所述改性纳米SiO2为接枝有丙烯酸丁酯的纳米SiO2。
7.根据权利要求1所述的矿物铸造机床机架，其特征在于，所述固化剂为聚醚胺和芳香胺中的至少一种。
8.一种如权利要求1-7任一权利要求所述矿物铸造机床机架的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
S1、对花岗岩砂和硅灰石进行清洗和干燥，然后与其他原料在真空环境下混合搅拌制得混合料；
S2、将混合料加入到模具中，在150-180℃处理10-20min，然后在50-60℃的真空环境下加压固化10-18h，制得铸件，所述加压固化时的压力为15-50MPa；
S3、将制得的铸件进行热处理，制得机床机架成品。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中混合搅拌时间为20-50min，搅拌速度为50-90rmp。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中热处理为将铸件在30-40℃保温3-5h，然后降至室温放置15-24h。
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