[發(fā)明專(zhuān)利]樹(shù)脂礦物復(fù)合材料的遞變分層制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410252176.6
• 申請(qǐng)日: 2014-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104003650A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建華;王濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B26/10
• 分類(lèi)號(hào): C04B26/10
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 崔苗苗

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種樹(shù)脂礦物復(fù)合材料的遞變分層制備方法，屬于復(fù)合材料制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

作為精密機(jī)床的核心基礎(chǔ)件，機(jī)床床身、立柱、夾具等在加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)等問(wèn)題會(huì)直接影響機(jī)床的整機(jī)性能和加工精度。目前，大部分機(jī)械基礎(chǔ)件材料以鑄鐵或焊接鋼結(jié)構(gòu)為主，其冶煉過(guò)程消耗大量的能源，增加碳排放和環(huán)境污染。近年來(lái)，德國(guó)、瑞士等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在逐漸采用樹(shù)脂礦物復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑄鐵制造高速、精密加工機(jī)床等設(shè)備的床身、立柱、夾具等基礎(chǔ)件。樹(shù)脂礦物復(fù)合材料是一種以天然石材顆粒為骨料，以有機(jī)樹(shù)脂作粘結(jié)劑的復(fù)合材料，具有優(yōu)良的阻尼減振性能、低熱膨脹系數(shù)、高耐腐蝕性能，以及較好的力學(xué)性能，其生產(chǎn)過(guò)程中不需要燒結(jié)，無(wú)污染，低能耗。現(xiàn)有的樹(shù)脂礦物復(fù)合材料骨料多為一定粒徑級(jí)別的石材均勻混在樹(shù)脂中，雖制備較容易但易發(fā)生離析現(xiàn)象，樹(shù)脂礦物復(fù)合材料在承受彎曲應(yīng)力時(shí)，上層材料主要承受壓應(yīng)力而底層材料主要承受拉應(yīng)力，大顆粒骨料嵌擠形成的骨架結(jié)構(gòu)能夠承受較大的壓應(yīng)力，由于骨料表面積較小，整體復(fù)合材料的內(nèi)部接觸界面較少，無(wú)法承受較大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重影響到樹(shù)脂礦物復(fù)合材料的整體力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種樹(shù)脂礦物復(fù)合材料的遞變分層制備方法，即可應(yīng)對(duì)應(yīng)力的不同滿足整體力學(xué)性能的要求還不易發(fā)生離析現(xiàn)象。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:

樹(shù)脂礦物復(fù)合材料的遞變分層制備方法，將樹(shù)脂與不同粒徑的骨料按比例分別混合備用，按照混合料中最大骨料粒徑自下而上逐漸增加、樹(shù)脂用量自下而上逐漸減少的順序?qū)⒒旌狭戏謱訚沧⑷肽＞撸袒?/p>

所述的礦物骨料粒徑組成優(yōu)選分為三級(jí)，分別為小顆粒級(jí)配骨料、中顆粒級(jí)配骨料、大顆粒級(jí)配骨料；小顆粒級(jí)配骨料的最大骨料粒徑為2.5mm，大顆粒級(jí)配骨料的最大骨料粒徑為15mm，中顆粒級(jí)配骨料的最大骨料粒徑為5mm、8mm、10mm中的一種。小顆粒級(jí)配骨料可在一層混合料里澆注，中顆粒級(jí)配骨料可分多層混合料澆注，大顆粒級(jí)配骨料可在一層混合料里澆注。

所述的小顆粒級(jí)配骨料的最大骨料粒徑為2.5mm，優(yōu)選按尺寸大小分為3級(jí)級(jí)配，各級(jí)別骨料按照下列質(zhì)量份比混合：0.1mm～0.5mm骨料占25～40份，0.6mm～1.3mm骨料占25～35份，1.4mm～2.5mm骨料占35～45份。

大顆粒級(jí)配骨料的最大骨料粒徑為15mm，優(yōu)選按尺寸大小分為3級(jí)級(jí)配，各級(jí)別骨料按照下列質(zhì)量份比混合：0.1mm～3.0mm骨料占25～40份，3.1mm～8.0mm骨料占25～35份，8.1mm～15mm骨料占35～45份。

所述的樹(shù)脂優(yōu)選環(huán)氧樹(shù)脂，總共占整體樹(shù)脂礦物復(fù)合材料的質(zhì)量比例范圍為5％～10％。

樹(shù)脂礦物復(fù)合材料在承受彎曲應(yīng)力時(shí)，上層材料主要承受壓應(yīng)力，而底層材料主要承受拉應(yīng)力。當(dāng)采用大顆粒骨料制備樹(shù)脂礦物復(fù)合材料時(shí)，由于大顆粒骨料自身較好的力學(xué)性能，在壓應(yīng)力作用下的骨料間切向剪應(yīng)力較小，發(fā)生界面滑移的概率降低，所形成的骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高。但是，骨料粒徑越大，級(jí)配后的骨料混合料的總表面積越小，骨料與樹(shù)脂間接觸界面數(shù)量減少，在承受拉應(yīng)力時(shí)無(wú)法提供較好的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致大顆粒骨料混合料抗壓強(qiáng)度較高而抗彎強(qiáng)度較低。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整各層樹(shù)脂礦物復(fù)合材料中骨料的最大粒徑，使上層大顆粒骨料承受主要的壓應(yīng)力，而底層小顆粒骨料能夠提供更好的抗拉強(qiáng)度，保證整體樹(shù)脂礦物復(fù)合材料的力學(xué)性能，同時(shí)，由于中間各層混合料中的骨料粒徑逐層遞變，復(fù)合材料不易發(fā)生離析現(xiàn)象。

本發(fā)明采用樹(shù)脂礦物復(fù)合材料的遞變分層制備方法，與單一級(jí)配骨料相比，遞變分層制備的樹(shù)脂礦物復(fù)合材料能夠保證各層骨料分別起到相應(yīng)的增強(qiáng)作用，上層骨料嵌擠結(jié)構(gòu)承受外部主要的壓應(yīng)力，而底層小顆粒骨料保證了材料的基本抗彎強(qiáng)度。同時(shí)，由于各層骨料之間按照一定的順序遞變，與樹(shù)脂的粘結(jié)力共同發(fā)揮作用，保證了樹(shù)脂礦物復(fù)合材料整體和易性要求，有效降低了離析現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，通過(guò)樹(shù)脂礦物復(fù)合材料的遞變分層制備方法所制備的樹(shù)脂礦物復(fù)合材料具有更好的物理機(jī)械性能，比普通樹(shù)脂礦物復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度提高了30％～50％，可作為優(yōu)良的機(jī)械基礎(chǔ)件材料。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

骨料：天然花崗巖顆粒5000g，其中：

底層骨料級(jí)配為：0.1mm～0.5mm：533.3g，占32wt％

????????????????0.6mm～1.3mm：533.3g，占32wt％