CN203600436U

CN203600436U - 金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体

Info

Publication number: CN203600436U
Application number: CN201320331193.XU
Authority: CN
Inventors: 缪嘉军
Original assignee: BEIJING JINGZHUN GUOHUI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING JINGZHUN GUOHUI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-06-08
Filing date: 2013-06-08
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2023-06-08

Abstract

一种金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体，该基体包括聚合物填充材料和增强纤维材料，聚合物填充材料填充在增强纤维材料之间，增强纤维材料是由多个纤维层叠置而成，每一纤维层均由轴向纤维束叠置捆扎而成，相邻两个纤维层内纤维束的轴向取向在多层叠置时相互均匀错开。本实用新型利用纤维层叠置无织造屈曲的特点，提高了基体的平整度；多层叠置时各个纤维层内纤维束的轴向取向以相同的角度均匀错开，确保基体在径向上的均匀性；优选通过两部分组合层镜像叠置后结合成基体整体，使基体在任意截面方向上都保持均质对称，对锯片基体起到增强的作用，使锯片的强度和刚度都得到明显提高，切割直线稳定，板材厚薄均匀，大大提高了产品质量。

Description

金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体

技术领域

本实用新型涉及一种金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体，属于金刚石圆锯片制造技术领域。

背景技术

金刚石圆锯片是一种广泛应用在石料加工行业的加工工具，现有的金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体中所使用的纤维增强材料，大部分采用的是普通的玻璃纤维方格布和玻璃纤维网格布。图1、图2分别为现有技术方格布的编织结构示意图。如图1并结合图2所示，现有的材料，包括方格布、斜纹布、平纹布和单向布在内，都是通过经线100和纬线200编织而成的，构成经线100和纬线200的纤维长丝在编织的过程中必须弯曲，这种弯曲编织的复合材料基体整体强度和刚度不够，在锯切硬度偏低的石材，比如：大理石板材时，还比较顺利，而锯切硬度偏高的石材，比如：花岗岩石板时，复合材料基体锯片常常会出现抖动现象，尤其是锯切硬质花岗石的时候，锯切的锯缝不直，很容易造成锯出的石板厚薄不均，进而导致废品率大大增加。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体，利用纤维层叠置无织造屈曲的特点，提高了基体的平整度；多层叠置时各个纤维层内纤维束的轴向取向之间以相同的角度均匀错开，确保基体在径向的均匀性；优选通过两部分组合层镜像叠置后结合成整体增强纤维材料，使基体在任意截面方向上都保持均质对称，对锯片基体起到增强的作用，使锯片的强度和刚度都得到明显提高，切割直线稳定，板材厚薄均匀，大大提高了产品质量。

本实用新型的所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体，该基体包括聚合物填充材料和增强纤维材料，聚合物填充材料填充在增强纤维材料之间，所述的增强纤维材料是由多个纤维层叠置而成，每一纤维层均由轴向纤维束制成，相邻的两个纤维层内纤维束的轴向取向在多层叠置时相互均匀错开。

根据需要，所述的纤维层包括单轴向纤维层、二轴向纤维层、三轴向纤维层或四轴向纤维层；所述二轴向纤维层、三轴向纤维层或四轴向纤维层中的不同轴向纤维束之间相互叠置，并通过涤纶纱线捆扎连接成一体。

为了保证叠置均匀，所述的单轴向纤维层的纤维束取向相邻夹角为180°；二轴向纤维层的纤维束取向相邻夹角为90°，误差±5°；三轴向纤维层的纤维束取向相邻夹角为60°，误差±4°；四轴纤维层的纤维束取向相邻夹角为45°，误差±3°。

根据需要，所述的纤维束包括：玻璃纤维束、芳纶纤维束、碳纤维束、玄武岩纤维束其中之一或其组合。其中，所述的玻璃纤维束包括：无碱玻璃纤维束、高强玻璃纤维束和高模量玻璃纤维束其中之一或其组合。

为了保证了基体在径向的各个方向上的均匀性，所述每一纤维层中的每一组轴向纤维束，都有一束纤维通过基体的圆心，多个纤维层叠置后，每个纤维层的中心保持同心。

所述的增强纤维材料包括：上、下镜像叠置的两个组合层，每一组合层是由多层纤维层叠置而成；上、下两个组合层中叠置的多层纤维层的层数相等。

所述的聚合物填充材料是由热固性树脂或热塑性树脂及固化剂、促进剂共同组成并经加热、加压固定成型的胶层或灌注层。

综上所述，本实用新型采用聚合物作为金刚石圆锯片复合基体的填充材料,以多个纤维层叠置形成增强纤维材料，聚合物填充材料填充在增强纤维材料之间，利用纤维层叠置无织造屈曲的特点，提高了基体的平整度；多层叠置时各个纤维层内纤维束的轴向取向之间以相同的角度均匀错开，确保基体在径向的均匀性；优选通过两部分组合层镜像叠置后结合成整体增强纤维材料，使基体在任意截面方向上都保持均质对称，对锯片基体起到增强的作用，使锯片的强度和刚度都得到明显提高，切割直线稳定，板材厚薄均匀，大大提高了产品质量。

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1、图2分别为现有技术方格布的编织结构示意图；

图3为本实用新型实施例一单层单轴向纤维层的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一单轴向纤维层的第一层和第二层之间的叠置结构示意图；

图5为本实用新型实施例一8层单轴向纤维层叠置后的结构示意图；

图6为本实用新型实施例一16层单轴向纤维层叠置结构剖视图；

图7为本实用新型实施例二4层二轴向纤维层叠置角度示意图；

图8为本实用新型实施例二8层二轴向纤维层叠置结构剖视图；

图9为本实用新型实施例三单层四轴向纤维层结构示意图；

图10为本实用新型图9的D-D向剖视图；

图11为本实用新型实施例三3层四轴向纤维层叠置结构示意图；

图12为本实用新型6层四轴向纤维层叠置结构剖视图。

具体实施方式

本实用新型提供一种金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体，该基体包括聚合物填充材料和增强纤维材料，聚合物填充材料填充在增强纤维材料之间，所述的增强纤维材料是由多个纤维层叠置而成，每一纤维层均由轴向纤维束制成，相邻的两个纤维层内纤维束的轴向取向在多层叠置时相互均匀错开。根据需要，所述的纤维层包括单轴向纤维层、二轴向纤维层、三轴向纤维层或四轴向纤维层；所述二轴向纤维层、三轴向纤维层或四轴向纤维层中的不同轴向纤维束之间相互叠置，并可以通过涤纶纱线捆扎连接成一体。为了保证叠置均匀，所述的单轴向纤维层的纤维束取向相邻夹角为180°；二轴向纤维层的纤维束取向相邻夹角为90°，误差±5°；三轴向纤维层的纤维束取向相邻夹角为60°，误差±4°；四轴纤维层的纤维束取向相邻夹角为45°，误差±3°。为了保证了基体在径向的各个方向上的均匀性，所述每一纤维层中的每一组轴向纤维束，都有一束纤维通过基体的圆心，多个纤维层叠置后，每个纤维层的中心保持同心。所述的增强纤维材料包括：上、下镜像叠置的两个组合层，每一组合层是由多层纤维层叠置而成；上、下两个组合层中叠置的多层纤维层的个数相等。

以下结合具体的实施例，对本实用新型所提供的这种金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体的结构及其具体加工方法举例进行说明。

实施例一

在本实施例中，采用手糊工艺，将0.35毫米厚的无碱玻璃纤维单轴纤维层糊制规格为Φ1200×6的金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体。由于基体的总厚度为6毫米，如果采用0.35毫米厚的单轴纤维层进行制作，16层就能达到5.6毫米，然后在基体两面用胶衣，将剩下的0.4毫米厚度补齐。所述的“胶衣”就是填充在增强纤维材料之间的聚合物填充材料，该聚合物填充材料是由热固性树脂或热塑性树脂及固化剂、促进剂共同组成并经加热、加压固定成型的胶层或灌注层。通常设置在纤维层之间的为胶层，而灌注在多层纤维层整体上则形成灌注层。图3为本实用新型实施例一单层单轴向纤维层的结构示意图。将单轴纤维层按尺寸要求裁剪成如图3所示的基体形状，然后按手糊工艺要求将16层单轴纤维层1a刷一层树脂铺一层纤维层。为了使基体从任意截面上来看都是均质对称的，可以将16层纤维层分为两个部分，每部分采用8个纤维层形成组合层，成为基体的一半m，然后再将两个组合层镜像叠置，成为整个基体2m。在每个组合层中，相邻的两个纤维层中纤维束的轴向取向之间均匀错开角度，当第一层单轴纤维层1a的取向角为180°时，8个纤维层之间相互错开的角度为180/8=22.5°。图4为本实用新型实施例一单轴向纤维层的第一层和第二层之间的叠置结构示意图。如图4所示，第一层纤维层1a和第二层纤维层2a之间的叠置角度正好错开22.5°。图5为本实用新型实施例一8层单轴向纤维层叠置后的结构示意图。如图5所示，按照相邻的两个纤维层之间逐层错开22.5°的方式叠置，将8层单轴纤维层设置在一起，糊制成基体的一半m。图6为本实用新型实施例一16层单轴向纤维层叠置结构剖视图。如图6并结合图5所示，本实施例中的16层纤维层，是由两部分组合层组成的，包括分别以中心线X镜像对称的两个8层纤维层糊制成的基体的一半m，其结构如图5所示，将两个组合层镜像叠置后形成基体2m的整体结构。具体来说，参照图6所示，右边8层纤维层的组合层（9a、10a、11a、12a、13a、14a、15a、16a）中的每一层的纤维束取向角都要与已叠置好的左边8层纤维层的组合层（1a、2a、3a、4a、5a、6a、7a、8a）的错开角度设置顺序镜像对称。即：位于中心线X左侧的第一层纤维层1a取向角为180°，第二层纤维层2a的取向角为157.5°，第三层纤维层3a取向角为135°，相邻两层之间错开22.5°，以此类推；位于中心线X右侧的第十六层纤维层16a取向角为180°，第十五层纤维层15a取向角为157.5°，第十四层纤维层14a取向角为135°，其中，纤维层1a和16a的设置位置和方向相对于中心线X镜像对称，纤维层2a和15a的设置位置和方向相对于中心线X镜像对称，纤维层3a和14a的设置位置和方向相对于中心线X镜像对称，以此类推。

综上，本实用新型上述金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体的加工方法，具体可以包括：步骤1：按照尺寸要求，对单层纤维层进行裁剪；步骤2：将多个单层纤维层中纤维束的轴向取向彼此均匀错开角度叠置在一起，相邻两个纤维层之间涂覆聚合物填充材料，形成组合层；再将层数相等的上、下两个组合层镜像叠置在一起；步骤3：在上、下两个镜像叠置在一起的组合层之间用聚合物填充材料粘结，形成基体的增强纤维材料；将增强纤维材料周围包括与钢基嵌入件连接部分完全涂满或注满聚合物填充材料，经过固化形成胶层或灌注层，制成由轴向纤维层增强的完整的金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体。

所述的步骤1之前还可以包括步骤001：设置每层纤维层的纤维束取向夹角，具体包括：单轴纤维层纤维束的取向夹角为180°；二轴纤维层纤维束的取向相邻夹角为90°，误差±5°；三轴纤维层纤维束的取向相邻夹角为60°，误差±4°；四轴纤维层纤维束的取向相邻夹角为45°，误差±3°。

所述的步骤001之后还包括步骤002：采用涤纶纱线将所述单轴向、二轴向、三轴向或四轴向纤维层按步骤001所述的角度，叠置并捆扎成由多个单层轴向纤维层构成的、层数相等的上、下组合层。

为了保证了基体在径向上的均匀性，所述的步骤2具体包括，将多个单层纤维层彼此错开角度叠置在一起时，使每层纤维层的中心彼此同心。在实际加工过程中，如图3所示，由于单层纤维层1a中的单轴纤维束之间的距离大约在1毫米左右，由于纤维束之间的间距非常小，即使各个纤维层的中心彼此没有做到完全的同心，对基体在径向上的均匀性也不会造成实质性的影响。

实施例二

图7为本实用新型实施例二4层二轴向纤维层叠置角度示意图；图8为本实用新型实施例二8层二轴向纤维层叠置结构剖视图。如图7并结合图8所示，在本实施例中，采用灌注工艺，制造规格为Φ1600×6的基体2m’，使用玻璃无捻粗纱和碳纤维无捻粗纱间隔叠置并捆扎成二轴纤维层，每层厚度为0.7毫米，共8层，相邻两个纤维层内纤维束的轴向取向在叠置时错开的角度为22.5°。具体来说，首先，将每层纤维层裁剪成所需要的形状，其次，按以下的顺序和角度叠置好4层形成组合层，也就是基体2m’的一半，如图7所示，从左到右依次为第一层纤维层1b，二轴向纤维束1b₁、1b₂分别呈0°和90°；第二层纤维层2b，二轴向纤维束2b₁、2b₂分别呈-22.5°，67.5°；第三层纤维层3b，二轴向纤维束3b₁、3b₂分别呈-45°，45°；第四层纤维层4b，二轴向纤维束4b₁、4b₂分别呈-67.5°，22.5°。叠置好的这4层，每相邻两层之间错开22.5°，完成组合层，也就是一半基体的叠置。结合图8所示，叠置另一半组合层时，要与前述已经叠置好的一半相对于中心线Y镜像对称。也就是说，按照第五层纤维层5b，二轴向纤维束分别呈22.5°,-67.5°；第六层纤维层6b，二轴向纤维束分别呈45°，-45°；第七层纤维层7b，二轴向纤维束分别呈67.5°，-22.5°和第八层纤维层8b，二轴向纤维束分别呈90°，0°的顺序叠置4层。最后将两部分组合层合模灌注，形成8层基体2m’。

实施例三

图9为本实用新型实施例三单层四轴向纤维层结构示意图；图10为本实用新型图9的D-D向剖视图。如图9并结合图10所示，四轴单层纤维层包括一轴向纤维束c₁为0°，二轴向纤维束c₂为90°，三轴向纤维束c₃为45°和四轴向纤维束c₄为-45°将四轴向纤维束叠置，并通过涤纶纱线c’将四轴向纤维束捆扎成一体，形成四轴单层纤维层。由于其中的纤维束是通过叠置捆扎成形的，彼此之间无编织，因此纤维束无任何弯曲现象，大大提高基体平整度。结合图11所示，在本实施例中，采用灌注工艺，制造规格Φ2000×7的聚合物基复合材料基体，采用规格为1600克/平方米的四轴高强玻璃纤维层，每层的厚度为1.1毫米，在基体两侧表面分别有0.2毫米厚的胶衣，相邻两个纤维层内纤维束的轴向取向之间错开的角度为15°。

图11为本实用新型实施例三3层四轴向纤维层叠置结构示意图；图12为本实用新型6层四轴向纤维层叠置结构剖视图。如图11和图12所示，按要求将图9和图10所示的四轴单层编织结构剪成所需要的形状，再按下列的顺序和角度将6层四轴高强玻璃纤维层叠置好。本实施例与前述两个实施例的叠置顺序相同，也是先叠置一个组合层，再将另一个组合层与之前叠置好的组合层镜像叠置，最终形成基体整体。具体来说，结合图12所示，左、右两侧的组合层相对于中心线Z镜像对称，在中心线Z的左右两侧分别有叠置3层的组合层，两者再镜像叠置为6层的基体整体结构2m’’。具体来说，左侧的第一纤维层1c，四轴向纤维束1c₁、1c₂、1c₃、1c₄分别呈0°，90°,45°，-45°；第二纤维层2c，四轴向纤维束2c₁、2c₂、2c₃、2c₄分别呈-15°,75°，30°，-60°；第三纤维层3c，四轴向纤维束3c₁、3c₂、3c₃、3c₄分别呈-30°，45°,15°，-75°。然后，对右侧的另一半进行镜像叠置，即：第四纤维层4c中的四轴向纤维束分别呈-75°,15°，45°，-30°；第五纤维层5c中的四轴向纤维束分别呈-60°,30°，75°，-15°；第六纤维层6c中的四轴向纤维束分别呈-45°,45°，90°，0°。由于本实施例中的四轴向纤维层的层数较少，操作方便，很适合灌注工艺制作金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体。

当然，除了上述三个实施例中所列举的纤维束之外，按照对基体强度的不同要求，纤维束可以包括：玻璃纤维束、芳纶纤维束、碳纤维束、玄武岩纤维束其中之一或其组合。其中，所述的玻璃纤维束包括：无碱玻璃纤维束、高强玻璃纤维束和高模量玻璃纤维束其中之一或其组合。

每个纤维层中的纤维束，通过叠置并捆扎的方式连接成一体，其中可以包括纤维束的共混、同一纤维层内纤维束的相间混扎和不同纤维层间不同纤维束的混扎。

本实用新型中的聚合物基复合材料也可以称为高聚物基复合材料，其中的聚合物俗称树脂。而树脂包括了热固性树脂和热塑性树脂，热固性树脂，如：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧改性乙烯基树脂等；热塑性树脂，如：PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PA-聚酰胺、POM-聚甲醛、PC-聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、橡胶等。

综上所述，为了最大限度地提高锯片基体的强度和刚度，本实用新型除了选择高强的聚合物树脂胶外，还筛选了高强度的纤维材料，如：以碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维及高强度玻璃纤维、高模量玻璃纤维、无碱玻璃纤维等为原料的纤维束，通过叠置捆扎制成单层纤维层。确切地说是选择了这些材料制成的长丝纤维的无捻粗纱，用其中一种或多种纤维束混和无捻粗纱叠置并捆扎成轴向纤维层，用于基体的叠置。根据复合材料基体成型工艺不同，选择采用一轴向、两轴向，或者三轴向、四轴向的纤维层进行基体的叠置，通常情况下，如果使用手糊工艺的方法使复合材料基体成型，为了使树脂胶好浸透，则采用一轴向或两轴向的纤维层。如果使用有压力的灌注工艺方法使复合材料基体成型，则采用三轴向或四轴向的纤维层。正是由于选择了这些纤维束的每一轴都是长丝无捻粗纱，避免了现有技术中诸如方格布、斜纹布、平纹布、单向布的纤维长丝必须弯曲的弊病。

金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体要求纤维长丝取向越多越好，可以提高锯片基体均衡受力和迅速分散锯切压力的能力，而轴向纤维层正好适应了这一需要，最适合的有单轴向的取向为180°，两轴向纤维束取向相邻夹角为90°，误差±5°；三轴向纤维束取向相邻夹角为60°，误差±4°；四轴向纤维束取向相邻夹角为45°，误差±3°。通过用2层或更多层轴向的纤维层与第1层错开夹角，则整体轴向取向夹角更小，分布更加均匀，从而使金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体在圆周的各个取向上的强度趋于一致。

进一步地，金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体通过两个镜像叠置的组合层制成，且两个组合层各自由轴向纤维层叠置而成，每一组合层中叠置的纤维层的层数数量相等，相邻两层之间错开角度叠置，以确保基体轴向的均匀性，从而避免了可能出现的某一取向的长丝纤维在树脂固化后收缩所引起的基体变形现象。

换句话说，本实用新型通过叠置的方式，改善了基体平整度；通过相邻纤维层角度错开的叠置方式，使基体各向同性；将基体整体分成镜像叠置的两个组成部分，保证基体在任意截面上都均质对称，进一步增强了基体的刚度和强度。试验证明，同样的长丝无捻编织粗纱织物制成的树脂固化物比方格布制成的树脂固化物在同一个方向强度要增加65%，刚性要增加40%。因此，本实用新型对锯片基体起到增强的作用，使锯片的强度和刚度都得到明显提高，切割直线稳定，板材厚薄均匀，大大提高了产品质量。

Claims

1.一种金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体，该基体包括聚合物填充材料和增强纤维材料，聚合物填充材料填充在增强纤维材料之间，其特征在于，所述的增强纤维材料是由多个纤维层叠置而成，每一纤维层均由轴向纤维束制成，相邻的两个纤维层内纤维束的轴向取向在多层叠置时相互均匀错开。

2.如权利要求1所述的金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体，其特征在于，所述的纤维层包括单轴向纤维层、二轴向纤维层、三轴向纤维层或四轴向纤维层；

所述二轴向纤维层、三轴向纤维层或四轴向纤维层中的不同轴向纤维束之间相互叠置，并通过纱线捆扎连接成一体。

3.如权利要求2所述的金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体，其特征在于，所述的单轴向纤维层的纤维束取向相邻夹角为180°；二轴向纤维层的纤维束取向相邻夹角为90°，误差±5°；三轴向纤维层的纤维束取向相邻夹角为60°，误差±4°；四轴纤维层的纤维束取向相邻夹角为45°，误差±3°。

4.如权利要求1所述的金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体，其特征在于：所述每一纤维层中的每一组轴向纤维束，都有一束纤维通过基体的圆心，多个纤维层叠置后，每个纤维层的中心保持同心。

5.如权利要求1所述的金刚石圆锯片聚合物基复合材料基体，其特征在于：所述的增强纤维材料包括：

上、下镜像叠置的两个组合层，每一组合层由多层纤维层叠置而成，且上、下两个组合层中叠置的多层纤维层的层数相等。