CN111441177A - 一种石墨涂层纤维布复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料技术领域，公开了一种石墨涂层纤维布复合材料，包括耐火纤维布，以及涂抹在所述耐火纤维布一侧的石墨浆料涂层；其中，按重量份计，所述石墨浆料涂层中的石墨浆料包括去离子水100份、石墨粉5～15份、聚丙烯酸钠混合液10～30份和水分散型聚丙烯酸酯乳液10～20份；本发明还公开了该复合材料的制备方法，是将所述石墨浆料均匀涂抹在所述耐火纤维布的一侧，经干燥处理，即得；本发明基于织物涂层整理技术，使所述石墨浆料涂层与耐火纤维布结合牢靠，可以成卷预制，并且达到了润滑效果佳、能够有效降低模锻件的成型力、制备工艺简单且造价低的效果。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体是一种石墨涂层纤维布复合材料及其制备方法。
背景技术
目前，在金属材料的热模锻工艺中，模具的高温润滑对于锻件的顺利脱模至关重要。基于金属材料热模锻润滑剂多为石墨型润滑剂的背景，国内外相继成功开发出了多种水基石墨型热锻润滑剂，如中国的MD-2，MD-7系列润滑剂和美国的Dug-31，西德的Delta-144等。其中，专利CN1570049A公开的石墨润滑剂主要由石墨微粉、甲基纤维素、亚甲基双钠磺酸钠、硅酸钠及表面活性剂组成，具备良好的高温润滑特性；专利CN101914412A公开的水性石墨润滑剂，它的主要成分为天然或者人造石墨粉、稀土氧化物、二硫化钼、丙酮、乙醇、分散剂、水玻璃等，具备表面自动修复功能，并提高了应用温度范围和润滑效果；专利CN87100337A公开的用于精密模锻件的超细人造石墨润滑剂，采用高纯度超细石墨粉与水或者油混合并搅拌成悬浮液，可以保证精密复杂锻件的尺寸精度。然而，这些水基石墨润滑剂通常被稀释后直接喷洒于模具表面，由于模具温度及润滑剂液体成分含量较高，喷洒于模具表面的润滑剂很容易形成球状不断翻滚，最终大部分落入型腔底部。而这种不均匀的润滑方式往往导致石墨在型腔侧壁难以有效附着，从而减弱了润滑效果，严重时大量石墨堆积型腔深处，导致锻件充填不满形成次品甚至报废。
同时，在合金热模锻生产过程中，为防止合金表面降温过快影响锻件成型质量，常使用耐火保温材料包裹合金热锻件进行模锻。传统的保温措施是单纯使用保温棉，这种方式保温效果较好，但在成型过程中保温棉被压缩燃烧后剩下许多细小硬质颗粒，这种颗粒非但没有润滑作用，反而增大了摩擦使得成型压力急剧上升。例如，专利CN2769660A和专利CN1654876A均是将锻件与陶瓷纤维通过双粘接剂和玻璃粉粘结，后置于炉内加热，然后进行锻造。然而，由于粘结剂和玻璃粉易在高温下放出的二氧化碳、水蒸汽等而形成气泡，使锻件表面无法形成连续、均匀、致密的润滑层，因此也不能发挥出应有的润滑作用，影响锻件的产品表面质量，同时对粘结剂的要求也比较高。
针对上述问题，专利CN108115066A公开了一种由纤维层和石墨层组成的锻造用布，纤维层作为保温材料，消除原保温棉压缩后硬质颗粒的影响；石墨层附着在纤维层上，具体为13％～18％质量浓度的水基石墨润滑剂；使用时通过将有石墨润滑剂的一侧与模具接触以减少摩擦，另一侧与锻件接触防止温度损失。但在实际使用中，由于该发明将清水作为分散介质，致使喷涂的水基石墨润滑剂与耐火纤维布结合欠佳、不均匀，无法实现成卷预制，必须现用现喷，恶化了现场操作环境。
综上所述，我们亟需一种润滑效果佳、能够有效降低模锻件的成型力、制备工艺简单、可成卷预制且造价低的石墨涂层纤维布复合材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石墨涂层纤维布复合材料及其制备方法，达到了润滑效果佳、能够有效降低模锻件的成型力、制备工艺简单、可成卷预制且造价低的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种石墨涂层纤维布复合材料，包括耐火纤维布，以及涂抹在所述耐火纤维布一侧的石墨浆料涂层；
在使用时，将所述石墨浆料涂层的一侧与模具接触以减少摩擦，另一侧与锻件接触以防止温度损失，达到了有效降低摩擦力、减少锻造过程中的温度损失、显著降低锻造成型压力、利于锻造成型和延长模具寿命的效果。
其中，按重量份计，所述石墨浆料涂层中的石墨浆料包括去离子水100份、石墨粉5～15份、聚丙烯酸钠混合液10～30份和水分散型聚丙烯酸酯乳液10～20份。
通过上述技术方案，添加所述聚丙烯酸钠混合液，使之作为分散剂，能够提高所述石墨浆料中石墨粒子的悬浮性，达到了使原材料均匀混合的效果；添加所述水分散型聚丙烯酸酯乳液，使之作为成膜物质，不仅能够增强所述石墨浆料的粘结性，还能够保证所述石墨涂层纤维布复合材料的柔韧性，达到了在模锻时使其与锻模和锻件充分有效贴合的效果，同时还能确保制备的石墨涂层纤维布复合材料能实现成卷预制。
进一步的，按重量份计，所述聚丙烯酸钠混合液包括聚丙烯酸钠8～10份和去离子水100份。
进一步的，所述聚丙烯酸钠混合液的制备方法，是将所述聚丙烯酸钠加入所述去离子水，并混合均匀，即得。
进一步的，所述石墨粉的粒度为200～300目。
进一步的，所述石墨浆料的制备方法，是先按配比称量并混合所述去离子水、石墨粉、聚丙烯酸钠混合液和水分散型聚丙烯酸酯乳液，得到混合物料；再对所述混合物料进行球磨处理，即得。
通过上述技术方案，所述球磨处理有利于石墨粉中较大颗粒的细化以及各组分的均匀混合，从而为后续涂抹操作奠定良好基础。
进一步的，所述球磨处理中的磨球与所述混合物料的质量比为2:1。
进一步的，所述球磨处理的转速为400～800rpm，时间为30～50min。
进一步的，所述耐火纤维布包括玄武岩纤维布和无碱玻璃纤维布中的一种。
进一步的，所述石墨浆料涂层的厚度为10～30μm。
一种石墨涂层纤维布复合材料的制备方法，是将所述石墨浆料均匀涂抹在所述耐火纤维布的一侧，经干燥处理，即得。
进一步的，所述涂抹为喷涂、刷涂或滚涂。
进一步的，所述干燥处理为烘干或自然晾干，所述烘干的温度为100℃～120℃。
本发明的有益效果是：
1.本发明的一种石墨涂层纤维布复合材料，在使用时将所述石墨浆料涂层的一侧与模具接触以减少摩擦，另一侧与锻件接触以防止温度损失，达到了有效降低摩擦力、减少锻造过程中的温度损失、显著降低锻造成型压力、利于锻造成型和延长模具寿命的效果。
2.本发明的一种石墨涂层纤维布复合材料，通过添加所述聚丙烯酸钠混合液，使之作为分散剂，在石墨粒度的范围内，能够提高所述石墨浆料中石墨粒子的悬浮性，达到了使原材料均匀混合的效果。
3.本发明的一种石墨涂层纤维布复合材料，通过添加所述水分散型聚丙烯酸酯乳液，使之作为成膜物质，不仅能够增强所述石墨浆料的粘结性，还能够保证所述石墨涂层纤维布复合材料的柔韧性，达到了在模锻时使其与锻模和锻件充分有效贴合的效果，同时还能确保制备的石墨涂层纤维布复合材料能实现成卷预制。
4.本发明的一种石墨涂层纤维布复合材料，主要原料只有三种且种类较少，达到了成分简单和配置操作简易的效果。
5.本发明的一种石墨涂层纤维布复合材料的制备方法，进行了所述球磨处理，其中采用混合物料的质量比例关系确定球磨的质量，有利于石墨粉中较大颗粒的细化以及各组分的均匀混合，从而为后续涂抹操作奠定良好基础。
具体实施方式
下面进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
1.一种石墨涂层纤维布复合材料，包括耐火纤维布，以及涂抹在耐火纤维布一侧的石墨浆料涂层；
耐火纤维布为玄武岩纤维布；
石墨浆料涂层中的石墨浆料按重量份计，包括去离子水100份、石墨粉5份、聚丙烯酸钠混合液10份和水分散型聚丙烯酸酯乳液10份；
其中，石墨浆料涂层的厚度为10μm，石墨粉的粒度为200目；
聚丙烯酸钠混合液包括聚丙烯酸钠8份和去离子水100份。
2.一种石墨涂层纤维布复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备聚丙烯酸钠混合液：将聚丙烯酸钠加入去离子水，并混合均匀，得到聚丙烯酸钠混合液；
S2.制备石墨浆料：先按配比称量并混合去离子水、石墨粉、聚丙烯酸钠混合液和水分散型聚丙烯酸酯乳液，得到混合物料；再将混合物料和磨球(质量比为1:2)置于球磨罐中，并将其安放于球磨机中，再在400rpm的转速下进行球磨30min，得到石墨浆料；
S3.制备石墨涂层纤维布复合材料：将石墨浆料以喷涂、刷涂或滚涂的方式均匀粘结在耐火纤维布的一侧，经烘干(100℃)或自然晾干，得到该复合材料。
实施例2
1.一种石墨涂层纤维布复合材料，包括耐火纤维布，以及涂抹在耐火纤维布一侧的石墨浆料涂层；
耐火纤维布为玄武岩纤维布；
石墨浆料涂层中的石墨浆料按重量份计，包括去离子水100份、石墨粉8份、聚丙烯酸钠混合液12份和水分散型聚丙烯酸酯乳液15份；
其中，石墨浆料涂层的厚度为20μm，石墨粉的粒度为300目；
聚丙烯酸钠混合液包括聚丙烯酸钠9份和去离子水100份。
2.一种石墨涂层纤维布复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备聚丙烯酸钠混合液：将聚丙烯酸钠加入去离子水，并混合均匀，得到聚丙烯酸钠混合液；
S2.制备石墨浆料：先按配比称量并混合去离子水、石墨粉、聚丙烯酸钠混合液和水分散型聚丙烯酸酯乳液，得到混合物料；再将混合物料和磨球(质量比为1:2)置于球磨罐中，并将其安放于球磨机中，再在600rpm的转速下进行球磨40min，得到石墨浆料；
S3.制备石墨涂层纤维布复合材料：将石墨浆料以喷涂、刷涂或滚涂的方式均匀粘结在耐火纤维布的一侧，经烘干(110℃)或自然晾干，得到该复合材料。
实施例3
1.一种石墨涂层纤维布复合材料，包括耐火纤维布，以及涂抹在耐火纤维布一侧的石墨浆料涂层；
耐火纤维布为无碱玻璃纤维布；
石墨浆料涂层中的石墨浆料按重量份计，包括去离子水100份、石墨粉15份、聚丙烯酸钠混合液30份和水分散型聚丙烯酸酯乳液20份；
其中，石墨浆料涂层的厚度为30μm，石墨粉的粒度为200目；
聚丙烯酸钠混合液包括聚丙烯酸钠10份和去离子水100份。
2.一种石墨涂层纤维布复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备聚丙烯酸钠混合液：将聚丙烯酸钠加入去离子水，并混合均匀，得到聚丙烯酸钠混合液；
S2.制备石墨浆料：先按配比称量并混合去离子水、石墨粉、聚丙烯酸钠混合液和水分散型聚丙烯酸酯乳液，得到混合物料；再将混合物料和磨球(质量比为1:2)置于球磨罐中，并将其安放于球磨机中，再在800rpm的转速下进行球磨50min，得到石墨浆料；
S3.制备石墨涂层纤维布复合材料：将石墨浆料以喷涂、刷涂或滚涂的方式均匀粘结在耐火纤维布的一侧，经烘干(120℃)或自然晾干，得到该复合材料。
实施例4
1.一种石墨涂层纤维布复合材料，包括耐火纤维布，以及涂抹在耐火纤维布一侧的石墨浆料涂层；
耐火纤维布为无碱玻璃纤维布；
石墨浆料涂层中的石墨浆料按重量份计，包括去离子水100份、石墨粉13份、聚丙烯酸钠混合液20份和水分散型聚丙烯酸酯乳液15份；
其中，石墨浆料涂层的厚度为15μm，石墨粉的粒度为300目；
聚丙烯酸钠混合液包括聚丙烯酸钠10份和去离子水100份。
2.一种石墨涂层纤维布复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备聚丙烯酸钠混合液：将聚丙烯酸钠加入去离子水，并混合均匀，得到聚丙烯酸钠混合液；
S2.制备石墨浆料：先按配比称量并混合去离子水、石墨粉、聚丙烯酸钠混合液和水分散型聚丙烯酸酯乳液，得到混合物料；再将混合物料和磨球(质量比为1:2)置于球磨罐中，并将其安放于球磨机中，再在500rpm的转速下进行球磨45min，得到石墨浆料；
S3.制备石墨涂层纤维布复合材料：将石墨浆料以喷涂、刷涂或滚涂的方式均匀粘结在耐火纤维布的一侧，经烘干(110℃)或自然晾干，得到该复合材料。
对照例1
采用本发明实施例1中的石墨涂层纤维布复合材料的各项指标与对照例1进行对比，其中对照例1采用中国专利文献CN108115066A中记载的技术方案(本对照例是与现有技术进行对比，用于证明本发明的复合材料性能更好)，各指标参照对照对象为标准的耐火纤维布(当原料中耐火纤维布为玄武岩纤维布，则采用标准的玄武岩纤维布；当原料中耐火纤维布为无碱玻璃纤维布，则采用标准的无碱玻璃纤维布)。
对照例2
采用本发明实施例1中的石墨涂层纤维布复合材料的各项指标与对照例2进行对比，对照例2中的石墨浆料为：去离子水、石墨粉和聚丙烯酸钠混合液，其他如用量、步骤和条件等与本发明实施例1均相同(本对照例相比于实施例1，石墨浆料中不添加水分散型聚丙烯酸酯乳液，用于证明本发明的复合材料性能更好)，各指标参照对照对象为标准的耐火纤维布(当原料中耐火纤维布为玄武岩纤维布，则采用标准的玄武岩纤维布；当原料中耐火纤维布为无碱玻璃纤维布，则采用标准的无碱玻璃纤维布)。
对照例3
采用本发明实施例1中的石墨涂层纤维布复合材料的各项指标与对照例3进行对比，对照例3中的石墨浆料为：去离子水110份、石墨粉5份和水分散型聚丙烯酸酯乳液10份，其他如步骤和条件等与本发明实施例1均相同(本对照例相比于实施例1，将聚丙烯酸钠混合液替换为去离子水，用于证明本发明的复合材料性能更好)，各指标参照对照对象为标准的耐火纤维布(当原料中耐火纤维布为玄武岩纤维布，则采用标准的玄武岩纤维布；当原料中耐火纤维布为无碱玻璃纤维布，则采用标准的无碱玻璃纤维布)。
结果如下表所示：
由上表可知，相比于实施例1，对照例1的粘结性提升比例降低11％，成型载荷降低比例降低19％和摩擦系数降低比例降低24％；对照例2的粘结性提升比例明显降低39％，成型载荷降低比例较为降低22％和摩擦系数降低比例较为降低37％；对照例3的石墨浆料出现分层，粘结性提升比例降低幅度较大为49％，成型载荷降低比例明显降低24％和摩擦系数降低比例明显降低40％；同时对比例1和对比例3在进行产品成卷预制阶段，明显观察到成卷的纤维布复合材料出现断裂或者布面多粉末脱落的情况。
因此，本发明的一种石墨涂层纤维布复合材料及其制备方法，达到了润滑效果佳、能够有效降低模锻件的成型力、制备工艺简单、可成卷预制且造价低的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种石墨涂层纤维布复合材料，其特征在于，包括耐火纤维布，以及涂抹在所述耐火纤维布一侧的石墨浆料涂层；
其中，按重量份计，所述石墨浆料涂层中的石墨浆料包括去离子水100份、石墨粉5～15份、聚丙烯酸钠混合液10～30份和水分散型聚丙烯酸酯乳液10～20份。
2.根据权利要求1所述的一种石墨涂层纤维布复合材料，其特征在于，按重量份计，所述聚丙烯酸钠混合液包括聚丙烯酸钠8～10份和去离子水100份。
3.根据权利要求2所述的一种石墨涂层纤维布复合材料，其特征在于，所述聚丙烯酸钠混合液的制备方法，是将所述聚丙烯酸钠加入所述去离子水，并混合均匀，即得。
4.根据权利要求1所述的一种石墨涂层纤维布复合材料，其特征在于，所述石墨粉的粒度为200～300目。
5.根据权利要求1所述的一种石墨涂层纤维布复合材料，其特征在于，所述石墨浆料的制备方法，是先按配比称量并混合所述去离子水、石墨粉、聚丙烯酸钠混合液和水分散型聚丙烯酸酯乳液，得到混合物料；再对所述混合物料进行球磨处理，即得。
6.根据权利要求5所述的一种石墨涂层纤维布复合材料，其特征在于，所述球磨处理中的磨球与所述混合物料的质量比为2:1。
7.根据权利要求5所述的一种石墨涂层纤维布复合材料，其特征在于，所述球磨处理的转速为400～800rpm，时间为30～50min。
8.根据权利要求1所述的一种石墨涂层纤维布复合材料，其特征在于，所述耐火纤维布包括玄武岩纤维布和无碱玻璃纤维布中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种石墨涂层纤维布复合材料，其特征在于，所述石墨浆料涂层的厚度为10～30μm。
10.一种制备如权利要求1～7任一项所述的一种石墨涂层纤维布复合材料的方法，其特征在于，是将所述石墨浆料均匀涂抹在所述耐火纤维布的一侧，经干燥处理，即得。
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