CN110328768B - 一种梯度功能研抛加工方法的橡胶基复合材料制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种梯度功能研抛加工方法的橡胶基复合材料制作方法，具体包括如下步骤：取不同比例SiC磨粒添加到等质量的氯丁橡胶中，将这26份混合材料充分混合；取26混合材料放入48‑53℃左右的双辊开炼机中；打开双辊开炼机进行混炼，按照顺序依次加入氧化镁、十八烷酸、环烷油和氧化锌，在双辊开炼机的双辊转动挤压，获得26份橡胶基复合材料材料；将26份橡胶基复合材料材料取出的材料放入哑铃状的模具和圆形模具中，再用两块平板夹住，放在温度为153℃±2℃的全自动平板硫化机中加工，把成型复合材料从模具上取出降至室温。本发明的橡胶基复合材料通过对不同比例的SiC磨粒添加进氯丁橡胶来达到增强弹性模量的目的。

Description

一种梯度功能研抛加工方法的橡胶基复合材料制作方法
技术领域
本发明涉及领域超精密加工技术领域，更具体的说，尤其涉及一种梯度功能研抛加工方法的橡胶基复合材料制作方法。
背景技术
近年来，复合材料广泛应用于硬脆性材料的超精密加工领域。罗巍等人以SnCl2.2H2O和Ce2(CO3)3.8H2O为原料，氨水为沉淀剂，采用湿固相机械化学法制备了不同比例的锡铈复合氧化物，对K9玻璃的材料去除率达到81.09nm/min。Armin等人利用PM-MA/SiO2复合磨粒的特殊非刚性力学性能，调控磨粒粒子与加工表面之间的接触摩擦，凭借有机内核和无机表层的协同作用可获得平坦的加工表面。陈杨等人以无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯内核，通过溶胶-凝胶法合成具有不同尺寸的PS/SiO2复合磨粒，这种表面布满无机纳米颗粒的微型“研抛盘”在材料高效去除方面具有重要应用价值。McAllister等人研究表面纹理多样性的多孔聚氨酯研抛盘在不同压力下的材料去除量，有助于认识磨纹的产生机理，减少硬脆性材料加工后表面划痕的产生。
随着芯片制程即将达到物理极限，人们对硅片这一类硬脆性材料的超光滑表面需求也越来越迫切。化学机械抛光是目前已知可提供全局和局部平坦化的重要加工技术。该技术在取得相关突破的同时，也存在一些不可忽视的问题，其中工件材料表面的均匀去除仍有待完善。专利公告号为CN107053026A的中国发明专利提出了一种梯度功能研抛的加工方法，该加工方法利用制备各个分区内沿径向方向弹性模量梯度变化的梯度功能研抛盘来进行工件加工，由于该技术属于新兴技术，在已经取得相关技术突破的同时，也存在一些不容忽视的问题，其中弹性模量梯度变化的材料选择、制作工艺还未确定，梯度盘与工件的动静态接触应力不一致的问题还未解决。
发明内容
本发明的目的在于解决上述一种梯度功能研抛的加工方法中弹性模量梯度变化的材料选择、制作工艺还未确定，梯度盘与工件的动静态接触应力不一致的问题，提出了一种梯度功能研抛加工方法的橡胶基复合材料制作方法，通过对不同比例的SiC磨粒添加进氯丁橡胶来达到增强弹性模量的目的，其适用于梯度功能研抛加工的需求。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种梯度功能研抛加工方法的橡胶基复合材料制作方法，具体包括如下步骤：
步骤1：取不同比例的SiC磨粒添加到等质量的氯丁橡胶中，SiC磨粒与氯丁橡胶的质量比为0:100、10：100、15：100、17.5：100、20：100、22.5：100、25：100、27.5:100、30:100、32.5:100、35:100、37.5:100、40:100、42.5:100、45:100、47.5:100、50：100、55：100、56：100、57：100、58：100、59：100、60：100、70：100、80：100、100：100，将这26份混合材料充分混合；
步骤2：取步骤1中的一份混合材料放入48-53℃的双辊开炼机中；打开双辊开炼机进行混炼，按照顺序依次加入氧化镁、十八烷酸、环烷油和氧化锌，氧化镁、十八烷酸、环烷油和氧化锌与混合材料的质量比分别为：5：100、4：100、0.4：100和1.6：100，在双辊开炼机的双辊转动挤压的过程中，不断将材料从双辊上铲下重新放入双辊开炼机中，如此循环10次，在双辊开炼机加工10分钟后关闭双辊开炼机，取下第一份橡胶基复合材料材料；
步骤3：依次取步骤1中的剩下25分混合材料进行步骤2的操作，直至获得全部25份橡胶基复合材料材料；
步骤4：依次取步骤2中获得的橡胶基复合材料中，将取出的材料放入哑铃状的模具和圆形模具中，上下分别用特氟龙高温布垫平，再用两块平板夹住，放在温度为153℃±2℃的全自动平板硫化机中，压力为10MPa，全压10min，中间放气3次，冷却2min后取出，把成型复合材料从模具上取出降至室温；
步骤5：依次取步骤3中获得的剩余25份橡胶基复合材料中的一份，依次进行步骤4的操作，直至获得全部25份的成型复合材料。
进一步的，双辊开炼机的混炼温度最佳为50℃。
进一步的，所述双辊开炼机加工时其中一个辊的线速度为8.95m/min，另一个辊的线速度为12.06m/min。
本发明的有益效果在于：本发明的橡胶基复合材料通过对不同比例的SiC磨粒添加进氯丁橡胶来达到增强弹性模量的目的，达到单一橡胶基体所达不到的弹性模量，该复合材料能够做到加工时动静态保持基本一致，使其适用于梯度功能研抛加工的需求。
附图说明
图1是本发明制得的橡胶基复合材料不同质量比弹性模量测试效果示意图。
其中，横坐标为SiC磨粒与氯丁橡胶的质量比，单位为phr，纵坐标为杨氏模量。
图2是本发明中SiC磨粒与氯丁橡胶的质量比为0:100时的扫描电镜微观图。
图3是本发明中SiC磨粒与氯丁橡胶的质量比为50:100时的扫描电镜微观图。
图4为本发明采用的应力测试平台装置的结构示意图。
图5是本发明采用应力测试平台装置的测试结果示意图。
其中，A为橡胶基复合材料，B为对照组，横坐标为时间，单位为秒，纵坐标为接触应力，单位为MPa。
图中，1-具有梯度功能的研抛机、2-橡胶基复合材料制成的研抛盘、3-配模夹具与测试工件、4-S型力传感器、5-负载固定夹具、6-Y轴丝杠传动模块、7-Y轴伺服电机、8-X轴丝杠传动模块、9-X轴伺服电机、10-整体机架。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
如图1~5所示，本发明公开了：一种梯度功能研抛加工方法的橡胶基复合材料制作方法，具体包括如下步骤：
步骤1：取不同比例的SiC磨粒添加到等质量的氯丁橡胶中，SiC磨粒与氯丁橡胶的质量比为0:100、10：100、15：100、17.5：100、20：100、22.5：100、25：100、27.5:100、30:100、32.5:100、35:100、37.5:100、40:100、42.5:100、45:100、47.5:100、50：100、55：100、56：100、57：100、58：100、59：100、60：100、70：100、80：100、100：100，将这26份混合材料充分混合；
步骤2：取步骤1中的一份混合材料放入48-53℃的双辊开炼机中；打开双辊开炼机进行混炼，按照顺序依次加入氧化镁、十八烷酸、环烷油和氧化锌，氧化镁、十八烷酸、环烷油和氧化锌与混合材料的质量比分别为：5：100、4：100、0.4：100和1.6：100，在双辊开炼机的双辊转动挤压的过程中，不断将材料从双辊上铲下重新放入双辊开炼机中，如此循环10次，在双辊开炼机加工10分钟后关闭双辊开炼机，取下第一份橡胶基复合材料材料；
步骤3：依次取步骤1中的剩下25分混合材料进行步骤2的操作，直至获得全部25份橡胶基复合材料材料；
步骤4：依次取步骤2中获得的橡胶基复合材料中，将取出的材料放入哑铃状的模具和圆形模具中，上下分别用特氟龙高温布垫平，再用两块平板夹住，放在温度为153℃±2℃的全自动平板硫化机中，压力为10MPa，全压10min，中间放气3次，冷却2min后取出，把成型复合材料从模具上取出降至室温；
步骤5：依次取步骤3中获得的剩余25份橡胶基复合材料中的一份，依次进行步骤4的操作，直至获得全部25份的成型复合材料。
双辊开炼机的混炼温度最佳为50℃。
所述双辊开炼机加工时其中一个辊的线速度为8.95m/min，另一个辊的线速度为12.06m/min。
本发明将获得的全部26份成型复合材料放在Instron 拉力试验机上进行的弹性模量测试，弹性模量测试的结果如图1所示；其中SiC与氯丁橡胶质量比0：100的扫描电镜微观图如图2所示，SiC与氯丁橡胶质量比50：100的扫描电镜微观图如图3所示，这种软固结的磨粒颗粒增强型橡胶基复合材料适合梯度功能研抛加工。
为了验证橡胶基复合材料动静态性能是否一致，采用了应力测试平台装置，应力测试平台装置的结构包括具有梯度功能的研抛机1、橡胶基复合材料制成的研抛盘2、配模夹具3、S型力传感器4、负载固定夹具5、Y轴丝杠传动模块6、Y轴伺服电机7、X轴丝杠传动模块8、X轴伺服电机9和整体机架10；X轴丝杠传动模块8水平固定在整体机架10上，X轴伺服电机9固定在X轴丝杠传动模块8一端的整体机架10上，X轴伺服电机9连接X轴丝杠传动模块8并驱动X轴丝杠传动模块8的滑块水平直线运动；Y轴丝杠传动模块竖直固定在X轴丝杠传动模块8的滑块上，Y轴伺服电机7固定在Y轴丝杠传动模块的上端且Y轴伺服电机7的输出端连接Y轴丝杠传动模块并驱动Y轴丝杠传动模块的滑块上下运动；负载固定夹具5固定在Y轴丝杠传动模块的滑块上，负载固定夹具的下端连接S型力传感器，配模夹具3固定在S型力传感器的下端，测试工件安装在配模夹具3上；所述具有梯度功能的研抛机1设置在配模夹具的正下方，橡胶基复合材料制成的研抛盘2安装在具有梯度功能的研抛机1上。
具体工作时，先通过X轴伺服电机9运动调整配模夹具3上测试工件的水平位置，再利用Y轴伺服电机7驱动Y轴丝杠传动模块6带动配模夹具3相对加工工件下压，下压量为0.4mm，并保持50s静止，再启动具有梯度功能的研抛机1，将橡胶基复合材料制成的研抛盘2的转速从0r/min变化至400r/min，测量稳定态150s内的动态应力值变化。图5中对本申请中的SiC混氯丁橡胶基的复合材料与常见的SiC混丙烯酸酯的复合材料，对照组SiC混丙烯酸酯的复合材料应力动静态相差16%，而本例中SiC混氯丁橡胶基的复合材料动静态相差2.5%，下降幅度明显，本文中这种动静态保持良好的复合材料适用于梯度功能研抛加工要求。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (3)

1.一种梯度功能研抛加工方法的橡胶基复合材料制作方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1：取不同比例的SiC磨粒添加到等质量的氯丁橡胶中，SiC磨粒与氯丁橡胶的质量比为0:100、10：100、15：100、17.5：100、20：100、22.5：100、25：100、27.5:100、30:100、32.5:100、35:100、37.5:100、40:100、42.5:100、45:100、47.5:100、50：100、55：100、56：100、57：100、58：100、59：100、60：100、70：100、80：100、100：100，将这26份混合材料充分混合；
步骤2：取步骤1中的一份混合材料放入48-53℃的双辊开炼机中；打开双辊开炼机进行混炼，按照顺序依次加入氧化镁 、十八烷酸、环烷油和氧化锌，氧化镁 、十八烷酸、环烷油和氧化锌与混合材料的质量比分别为：5：100、4：100、0.4：100和1.6：100，在双辊开炼机的双辊转动挤压的过程中，不断将材料从双辊上铲下重新放入双辊开炼机中，如此循环10次，在双辊开炼机加工10分钟后关闭双辊开炼机，取下第一份橡胶基复合材料材料；
步骤3：依次取步骤1中的剩下25分混合材料进行步骤2的操作，直至获得全部25份橡胶基复合材料材料；
步骤4：依次取步骤2中获得的橡胶基复合材料中，将取出的材料放入哑铃状的模具和圆形模具中，上下分别用特氟龙高温布垫平，再用两块平板夹住，放在温度为153℃±2℃的全自动平板硫化机中，压力为10MPa，全压10min，中间放气3次，冷却2min后取出，把成型复合材料从模具上取出降至室温；
步骤5：依次取步骤3中获得的剩余25份橡胶基复合材料中的一份，依次进行步骤4的操作，直至获得全部25份的成型复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种梯度功能研抛加工方法的橡胶基复合材料制作方法，其特征在于：双辊开炼机的混炼温度最佳为50℃。
3.根据权利要求1所述的一种梯度功能研抛加工方法的橡胶基复合材料制作方法，其特征在于：所述双辊开炼机加工时其中一个辊的线速度为8.95m/min，另一个辊的线速度为12.06m/min。
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