CN111533487A - 一种新型矿物质材料及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：65%‑90%的石料、0‑5%的碳纤维、5‑10%的灰粉和5‑20%的环氧树脂及固化剂。还提供其制备方法和用途。本发明的矿物质材料，吸震性好，尤其比铸铁好10倍，带来最佳的振动阻尼和降噪效果。热稳定性好，用于数控机床时，温度的变化对机床的尺寸精度的影响几乎不存在；精度高，浇铸温度低，无内应力，能确保精度；整合性好，可直接铸入管道、电缆、传感器等。耐腐性好，对油、冷却液和其他的腐蚀性液体有很好的抗腐蚀性；节能环保，耗能少，尤其比铸铁耗能减少80%；可作为再生材料二次利用。

Description

一种新型矿物质材料及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于新型矿物质材料领域，具体地，涉及一种新型矿物质材料及其制备方法和用途。

背景技术

现有的车床床身为铸铁铸造而成，分为床身底座、拖板与主轴箱，其中主轴箱和床身是分体结构。此类车床存在诸多缺点：

1、分体铸铁床身的吸震性能只有整体矿物铸件床身的1/20。

2、床身和主轴箱分体式的结构，吸收主轴震动的能力差，螺栓会因运输、撞刀、震动等原因，产生松动，影响精度。

3、主轴箱装配需要技术工人，而且费时费力，一台床头箱一个熟练的技术工人一天都不一定能装配好。每次装配主轴箱都要反复刮研，反复吊装。

4、主轴箱传统的制造方式需要高精度的镗床加工，孔的尺寸精度和同轴度不好保证，加工成本很高。

5、传统床身底座和主轴箱的结合面、线轨安装面需要上导轨磨床磨削加工，成本高，精度不好控制。

6、铸铁高能耗、重污染。

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。为了解决这些问题，公开号为CN107902957A的中国发明专利申请公开了一种高性能矿物铸造机床机架及其制备方法，属于矿物铸造技术领域。本发明中的机床机架包括以下重量份数的组分：花岗岩砂100份，β-SiC 25-38份，高岭土5-7份，环氧树脂22-27份，SEPS颗粒20-25份，固化剂13-21 份，改性玻璃纤维18-29份。本发明在制得的机床机架具有优异的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度，并且导热性能好，抗震性能优异，具有较高的光泽度，使用寿命长。

但是，以上现有技术中的材料组成存在以下缺陷：该配方中只有花岗岩砂作为主料，其余为辅料，而花岗岩砂因其为细小颗粒，而环氧树脂又无法增加产品强度，无法做到较高的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度。

发明内容

为了克服现有技术中的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度不足问题，本发明提供一种新型矿物质材料，通过大小形状不同的石料配合，既增大强度，又增加产品的致密性，具有很好的抗震性、热稳定性。

为了达到以上目的，本发明提供一种新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：65％-90％的石料、0-5％的碳纤维、5-10％的灰粉和5-20％的环氧树脂及固化剂。

优选的是，所述石料选自卵石、花岗岩、玄武石、细砂中一种或几种。

上述任一方案优选的是，所述石料由不同粒径级配而成。

上述任一方案优选的是，所述石料由粒径为0-2mm、0.5-3mm、2-6mm、 5-10mm、8-15mm、8-20mm级配而成。

上述任一方案优选的是，所述石料的粒径级配如下：

上述任一方案优选的是，所述灰粉为滑石粉、石英粉、煤灰中一种或几种。灰粉的粒径等级越高越好。

上述任一方案优选的是，所述环氧树脂为酚醛类中一种或几种、固化剂为聚醚胺、芳香胺中的一种或几种。

上述任一方案优选的是，新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成： 75％-85％的石料、5-8％的炭纤维、5-8％的灰粉和5-15％的环氧树脂及固化剂。

上述任一方案优选的是，所述新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：80％石料、3％碳纤维、7％灰粉和10％环氧树脂及固化剂。

上述任一方案优选的是，所述新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：80％石料、5％碳纤维、5％灰粉和10％环氧树脂及固化剂。

另一方面，本发明还提供一种上述矿物质材料的制备方法，步骤如下：

将各种组成材料按一定的比例配制，通过搅拌机搅拌均匀后可获得高分子矿物质材料。

同时，本发明还提供一种上述矿物质材料在数控车床、加工中心、桁架横梁上的制备上的用途。

优选的是，所述数控车床为整体式。

上述任一方案优选的是，所述矿物质材料用于数控车床车身。

本发明的矿物质材料，吸震性好，尤其比铸铁好10倍，带来最佳的振动阻尼和降噪效果。热稳定性好，用于数控机床时，温度的变化对机床的尺寸精度的影响几乎不存在；精度高，浇铸温度低，无内应力，能确保精度；整合性好，可直接铸入管道、电缆、传感器等。耐腐性好，对油、冷却液和其他的腐蚀性液体有很好的抗腐蚀性；节能环保，耗能少，尤其比铸铁耗能减少80％；可作为再生材料二次利用。

具体实施方式

为了更加正确、清楚地理解本发明的内容，下面结合具体实施例进行进一步的说明、解释。

实施例1

本实施例提供一种新型矿物质材料，有以下重量百分比的原料制成：80％的石料、5％的碳纤维、5％的灰粉和10％的环氧树脂及固化剂。

其中，石料为卵石，粒径为0-2mm 15％、0.5-3mm 15％、2-6mm 15％、5-10mm 15％、8-15mm 10％、8-20mm 10％级配而成。本实施例中，灰粉为煤灰；环氧树脂为酚醛类8％，固化剂为聚醚胺2％。

其制备方法如下：将各种组成材料按一定的比例配制，通过搅拌机搅拌均匀后可获得高分子矿物质材料。

灰粉的粒径等级为特级。也可以用一级，灰粉粒径等级越高，效果越好。

本实施例提供的矿物质材料可以用于数控车床的制备，尤其是整体式车床，特别是车身。制备方法为：将搅拌均匀的复合高分子材料倒入模具，再通过振床振动将配料中的气孔消除，自然凝固后或得致密的高分子材料，然后加工成车床。

除了应用于数控车床，还可用于加工中心、桁架横梁的制备原材料。

吸震性好，尤其比铸铁好10倍，带来最佳的振动阻尼和降噪效果。热稳定性好，用于数控机床时，温度的变化对机床的尺寸精度的影响几乎不存在；精度高，浇铸温度低，无内应力，能确保精度；整合性好，可直接铸入管道、电缆、传感器等。耐腐性好，对油、冷却液和其他的腐蚀性液体有很好的抗腐蚀性；节能环保，耗能少，尤其比铸铁耗能减少80％；可作为再生材料二次利用

实施例1.1

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，所述新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：80％石料、5％碳纤维、5％灰粉和10％环氧树脂。

实施例1.2

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，所述新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：70％石料、5％碳纤维、5％灰粉和20％环氧树脂。

实施例1.3

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，所述新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：66％石料、6％碳纤维、8％灰粉和20％环氧树脂。

实施例1.4

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，所述新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：71％石料、7％碳纤维、7％灰粉和15％环氧树脂。

实施例2.1

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，石料为玄武石。

实施例2.2

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，石料为细砂。

实施例2.3

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，石料为卵石和玄武石，其两种混合物的粒径级配满足实施例1。

实施例2.4

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，石料为卵石和细砂，其两种混合物的粒径级配满足实施例1。

实施例2.5

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，石料为玄武石和细砂，其两种混合物的粒径级配满足实施例1。

实施例2.6

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，石料为卵石、玄武石和细砂，其两种混合物的粒径级配满足实施例1。

实施例2.7

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，石料为花岗岩。

实施例3.1

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1及实施例2.1-2.6不同的是，本实施例中，石料级配为：0-2mm 10％、0.5-3mm 15％、2-6mm 25％、5-10mm 30％、 8-15mm10％、8-20mm 10％。

实施例3.2

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1及实施例2.1-2.6不同的是，本实施例中，石料级配为：0-2mm 15％、0.5-3mm 20％、2-6mm 25％、5-10mm 25％、 8-15mm10％、8-20mm 5％。

实施例3.3

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1及实施例2.1-2.6不同的是，本实施例中，石料级配为：0-2mm 15％、0.5-3mm 20％、2-6mm 25％、5-10mm 25％、 8-15mm 5％、8-20mm 10％。

实施例3.4

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1及实施例2.1-2.6不同的是，本实施例中，石料级配为：0-2mm 20％、0.5-3mm 20％、2-6mm 30％、5-10mm 15％、 8-15mm 9％、8-20mm 6％。

实施例4.1

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，碳纤维为0。

实施例4.2

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，碳纤维为3％。

实施例4.3

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，碳纤维为5％。

实施例5.1

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，灰粉为3％。

实施例5.2

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，灰粉为6％。

实施例5.3

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，灰粉为10％。

实施例6.1

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，环氧树脂为8％。

实施例6.2

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，环氧树脂为12％。

实施例6.3

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，环氧树脂为15％。

实施例7.1

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，灰粉为石英粉。

实施例7.2

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，灰粉为滑石粉。

实施例7.3

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，灰粉为用量相同的滑石粉和煤灰。

实施例7.4

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，灰粉为用量相同的石英粉和煤灰。

实施例7.5

本实施例提供一种新型矿物质材料，与实施例1不同的是，灰粉为用量相同的石英粉、滑石粉和煤灰。

对比例1

与传统铸铁对比，结果显示，本发明的矿物质材料，吸震性好，比铸铁好10 倍。

对比例2

与公开号为CN107902957A的中国发明专利申请公开的矿物质材料对比，结果显示：抗压强度、抗弯强度、抗拉强度都有不同程度的增加。

测量各实施例和对比例的弹性模量、抗拉强度、抗压强度、导热系数和震动系数，结果如表1所示。

表1各实施例和对比例的弹性模量、抗拉强度、抗压强度、导热系数和震动系数

从表1可知，本发明的矿物质材料的热稳定性(导热系数越小越好、热膨胀系数越小越好)、吸震性(震动系数越小越好)均明显比铸铁好，同时，本发明的矿物质材料的弹性模量、抗拉强度、抗压强度等力学强度明显CN107902957A 的中国发明专利申请公开的矿物质材料要高。

需要说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：65%-90%的石料、0-5%的碳纤维、5-10%的灰粉和5-20%的环氧树脂及固化剂。

2.如权利要求1所述的矿物质材料，其特征在于：所述石料选自卵石、花岗岩、玄武石、细砂中一种或几种。

3.如权利要求2所述的矿物质材料，其特征在于：所述石料由不同粒径级配而成。

4.如权利要求3所述的矿物质材料，其特征在于：所述石料由粒径为0-2mm、0.5-3mm、2-6mm、5-10mm、8-15mm、8-20mm级配而成；优选所述石料的粒径级配如下：

0-2mm 10-15%

0.5-3mm 15-20%

2-6mm 15-25%

5-10mm 15-35%

8-15mm 5-15%

8-20mm 5-15% 。

5.如权利要求1所述的矿物质材料，其特征在于：所述灰粉为滑石粉、石英粉、煤灰中一种或几种。

6.如权利要求1所述的矿物质材料，其特征在于：所述环氧树脂为酚醛类中一种或几种，固化剂为聚醚胺、芳香胺中的一种或几种。

7.如权利要求6所述的矿物质材料，其特征在于：新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：75%-90%的石料、3-5%的碳纤维、5-8%的灰粉和5-15%的环氧树脂及固化剂；优选所述新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：80%石料、3%碳纤维、7%灰粉和10%环氧树脂及固化剂，或所述新型矿物质材料，由以下重量百分比的原料制成：80%石料、5%碳纤维、5%灰粉和10%环氧树脂及固化剂。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的矿物质材料的制备方法，步骤如下：将各种组成材料按一定的比例配制，通过搅拌机搅拌均匀后可获得高分子矿物质材料。

9.一种上述矿物质材料在数控车床、加工中心、桁架横梁上的制备上的用途。

10.如权利要求9所述的用途，其特征在于：所述数控车床为整体式，优选所述矿物质材料用于数控车床车身。