CN113979670A - 一种高强度耐磨复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐磨复合材料及其制备方法和应用，高强度耐磨复合材料包括胶剂和填料，胶剂包括改性树脂和复合固化剂，改性树脂为采用超支化聚合物共混改性的E51树脂、NPEF170树脂和F51树脂中的至少一种，复合固化剂包括主固化剂和促进剂，主固化剂包括改性脂环胺固化剂和改性芳香胺固化剂中的至少一种，促进剂为DMP‑30，填料包含SiC、Al2O3、PTFE、MoS2、石墨和SiO2。本发明的高强度耐磨复合材料强度高、气孔小、易成形，具有耐油、耐酸碱和热稳定性高的优点，能够满足机床床身导轨及底座类导轨零件对复合材料的各项物理性能要求，且综合成本低、吸震性好。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨材料领域，更具体地，涉及一种高强度耐磨复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
采用矿物铸件制备的机床床身具有吸震性、整合性、热稳定性、耐化学性和生产过程的环保性俱佳的优点。但是机床导轨对强度和耐磨性有较高要求，铸件难以满足机床导轨的特定需求。长时间使用后，铸件类的机床导轨将直接降低机床的精度和使用寿命。
因此，如何提供一种适用于机床导轨，且具有高强度和良好的耐磨性的材料成为本领域亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种适用于机床导轨，且具有高强度和良好的耐磨性的高强度耐磨复合材料的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种高强度耐磨复合材料。
该高强度耐磨复合材料包括胶剂和填料，其中，所述胶剂包括质量比为20:(6-7)的改性树脂和复合固化剂，所述改性树脂为采用超支化聚合物共混改性的E51树脂、NPEF170树脂和F51树脂中的至少一种，所述复合固化剂包括主固化剂和促进剂，所述主固化剂包括改性脂环胺固化剂和改性芳香胺固化剂中的至少一种，所述促进剂为DMP-30，所述填料包含SiC、Al2O3、PTFE、MoS2、石墨和SiO2，且所述改性树脂和所述填料的质量比为100:(200-360)。
可选的，所述改性树脂包含采用超支化聚合物共混改性的E51树脂、NPEF170树脂和F51树脂。
可选的，E51树脂、NPEF170树脂、超支化聚合物和F51树脂的质量比为(30-35):(30-35):(20-30):(8-15)。
可选的，所述复合固化剂包括质量百分含量为97-98％的主固化剂和质量百分含量为2-3％的促进剂。
可选的，所述主固化剂中的改性脂环胺固化剂和改性芳香胺固化剂的质量比为(20-25):(20-24)。
可选的，所述填料中的SiC、Al2O3、PTFE、MoS2、石墨和SiO2的质量比为(35-40):(30-35):(5-10):(3-8):(3-5):(3-5)。
可选的，所述填料中的SiC的粒径为800-1250目，Al2O3的粒径为1000-1500目，PTFE的粒径为3000-4000目，MoS2的粒径为3000-4000目，石墨为纳米石墨，SiO2为纳米SiO2。
根据本发明的第二方面，提供了一种本发明所述的高强度耐磨复合材料的制备方法。
该高强度耐磨复合材料的制备方法包括如下步骤：
步骤(1)：将E51树脂、NPEF170树脂、F51树脂、超支化聚合物、消泡剂和偶联剂混合并搅拌均匀，先升温至70-80℃搅拌3-4h，再降温至20-30℃，得到第一混合物；
步骤(2)：将石墨和SiO2加入第一混合物中，超声波高速分散后得到第二混合物；
步骤(3)：将SiC、Al2O3、PTFE和MoS2加入第二混合物中，在20-30℃下真空搅拌20-30min，得到第三混合物；
步骤(4)：将复合固化剂加入第三混合物中搅拌均匀，即得到高强度耐磨复合材料。
可选的，所述步骤(2)中的超声波高速分散的时间为15-25min，所述步骤(4)中搅拌的时间为15-20min。
根据本发明的第三方面，提供了一种本发明所述的高强度耐磨复合材料的应用，其用于制造机床导轨，且高强度耐磨复合材料先在30℃温度下固化2-3h，再在70℃温度下固化3-4h后降至室温成型。
本发明的高强度耐磨复合材料强度高、气孔小、易成形，具有耐油、耐酸碱和热稳定性高的优点，能够满足机床床身导轨及底座类导轨零件对复合材料的各项物理性能要求，且综合成本低、吸震性好，是机床制造行业铸铁导轨材料的优良替代品。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
本发明提供了一种高强度耐磨复合材料，包括胶剂和填料。
胶剂包括质量比为20:(6-7)的改性树脂和复合固化剂。
改性树脂为采用超支化聚合物共混改性的E51树脂、NPEF170树脂和F51树脂中的至少一种。上述超支化聚合物可例如为超支化CYD-T56。改性树脂可包含采用超支化聚合物共混改性的E51树脂、NPEF170树脂和F51树脂。E51树脂、NPEF170树脂、超支化聚合物和F51树脂的质量比为(30-35):(30-35):(20-30):(8-15)。
复合固化剂包括主固化剂和促进剂，主固化剂包括改性脂环胺固化剂和改性芳香胺固化剂中的至少一种，促进剂为DMP-30。改性脂环胺固化剂可为LT8045，改性芳香胺固化剂可为JK215。复合固化剂可包括质量百分含量为97-98％的主固化剂和质量百分含量为2-3％的促进剂。主固化剂中的改性脂环胺固化剂和改性芳香胺固化剂的质量比可为(20-25):(20-24)。
填料包含SiC、Al2O3、PTFE、MoS2、石墨和SiO2，且改性树脂和填料的质量比为100:(200-360)。填料中的SiC、Al2O3、PTFE、MoS2、石墨和SiO2的质量比可为(35-40):(30-35):(5-10):(3-8):(3-5):(3-5)。
进一步的，为了获得更优良的物化性能，改性树脂和填料的质量比可为100:(200-260)。
填料中的SiC的粒径为800-1250目，Al2O3的粒径为1000-1500目，PTFE的粒径为3000-4000目，MoS2的粒径为3000-4000目，石墨为纳米石墨，SiO2为纳米SiO2。
本发明的高强度耐磨复合材料强度高、气孔小、易成形，具有耐油、耐酸碱和热稳定性高的优点，能够满足机床床身导轨及底座类导轨零件对复合材料的各项物理性能要求，且综合成本低、吸震性好，是机床制造行业铸铁导轨材料的优良替代品。
本发明还提供了一种高强度耐磨复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)：将E51树脂、NPEF170树脂、F51树脂、超支化聚合物、消泡剂和偶联剂混合并搅拌均匀，先升温至70-80℃搅拌3-4h，再降温至20-30℃，得到第一混合物。E51树脂、NPEF170树脂、超支化聚合物、F51树脂、消泡剂和偶联剂的质量比可为(30-35):(30-35):(20-30):(8-15):(0.1-0.3):(1-2)。
消泡剂可为国中研所的DU607。偶联剂可为KH650。
步骤(2)：将石墨和SiO2加入第一混合物中，超声波高速分散后得到第二混合物。超声波高速分散的时间可为15-25min。
步骤(3)：将SiC、Al2O3、PTFE和MoS2加入第二混合物中，在20-30℃下真空搅拌20-30min，得到第三混合物。
步骤(4)：将复合固化剂加入第三混合物中搅拌均匀，即得到高强度耐磨复合材料。搅拌的时间可为15-20min。
本发明的高强度耐磨复合材料可用于制造机床导轨，且高强度耐磨复合材料先在30℃温度下固化2-3h，再在70℃温度下固化3-4h后降至室温成型。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所使用的材料和试剂，如无特殊说明，均可从商业途径得到，实验中使用的设备如无特殊说明，均为本领域技术人员熟知的设备。
取E51 35g，NPEF170 35g和F51 15g，加入30g超支化CYT-56 20g，DU607 0.1g以及KH650 2g混合，升温至70℃搅拌3.5h，降温至室温；再加入纳米石墨15g和纳米SiO2 15g，超声波高速分散20min，接着加入PTFE 30g，Al2O3 105g，MoS2 20g、SiC 120g，真空搅拌20分钟；再加入复合固化剂29g(包含DMP-30 6g)，搅拌15min，放入精浇筑模具中30℃3h，70℃4h，降至室温，得到样品。
经过万能实验压力机测试样品的抗压强度为120MPa，抗弯强度为78.2MPa，弹性模量为32GPa。在摩擦磨损试验机测试样品的磨损率为9×10-7mm3/Nm，摩擦系数为0.096，在油膜条件下45号钢的磨损率为样品的26.8-30倍，铬铸铁的磨损率为样品的2.8-4.2倍。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种高强度耐磨复合材料，其特征在于，包括胶剂和填料，其中，所述胶剂包括质量比为20:(6-7)的改性树脂和复合固化剂，所述改性树脂为采用超支化聚合物共混改性的E51树脂、NPEF170树脂和F51树脂中的至少一种，所述复合固化剂包括主固化剂和促进剂，所述主固化剂包括改性脂环胺固化剂和改性芳香胺固化剂中的至少一种，所述促进剂为DMP-30，所述填料包含SiC、Al2O3、PTFE、MoS2、石墨和SiO2，且所述改性树脂和所述填料的质量比为100:(200-360)。
2.根据权利要求1所述的高强度耐磨复合材料，其特征在于，所述改性树脂包含采用超支化聚合物共混改性的E51树脂、NPEF170树脂和F51树脂。
3.根据权利要求2所述的高强度耐磨复合材料，其特征在于，E51树脂、NPEF170树脂、超支化聚合物和F51树脂的质量比为(30-35):(30-35):(20-30):(8-15)。
4.根据权利要求1所述的高强度耐磨复合材料，其特征在于，所述复合固化剂包括质量百分含量为97-98％的主固化剂和质量百分含量为2-3％的促进剂。
5.根据权利要求1所述的高强度耐磨复合材料，其特征在于，所述主固化剂中的改性脂环胺固化剂和改性芳香胺固化剂的质量比为(20-25):(20-24)。
6.根据权利要求1所述的高强度耐磨复合材料，其特征在于，所述填料中的SiC、Al2O3、PTFE、MoS2、石墨和SiO2的质量比为(35-40):(30-35):(5-10):(3-8):(3-5):(3-5)。
7.根据权利要求6所述的高强度耐磨复合材料，其特征在于，所述填料中的SiC的粒径为800-1250目，Al2O3的粒径为1000-1500目，PTFE的粒径为3000-4000目，MoS2的粒径为3000-4000目，石墨为纳米石墨，SiO2为纳米SiO2。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的高强度耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：将E51树脂、NPEF170树脂、F51树脂、超支化聚合物、消泡剂和偶联剂混合并搅拌均匀，先升温至70-80℃搅拌3-4h，再降温至20-30℃，得到第一混合物；
步骤(2)：将石墨和SiO2加入第一混合物中，超声波高速分散后得到第二混合物；
步骤(3)：将SiC、Al2O3、PTFE和MoS2加入第二混合物中，在20-30℃下真空搅拌20-30min，得到第三混合物；
步骤(4)：将复合固化剂加入第三混合物中搅拌均匀，即得到高强度耐磨复合材料。
9.根据权利要求8所述的高强度耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的超声波高速分散的时间为15-25min，所述步骤(4)中搅拌的时间为15-20min。
10.一种权利要求1至7中任一项所述的高强度耐磨复合材料的应用，其特征在于，用于制造机床导轨，且高强度耐磨复合材料先在30℃温度下固化2-3h，再在70℃温度下固化3-4h后降至室温成型。
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| Title |
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| 万式青: "无机填料改性环氧耐磨涂层制备及性能"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》, no. 1, 15 January 2018 (2018-01-15), pages 020 - 10 * |
| 于占江等: "《摩擦材料生产工艺》", vol. 1, 31 January 2018, 天津大学出版社, pages: 75 - 76 * |
| 朱万强等: "《涂料基础教程》", vol. 1, 30 June 2012, 西南交通大学出版社, pages: 85 - 86 * |
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