專利名稱：碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及其制備方法，具體為碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料及其制備 方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代科技的發(fā)展對(duì)機(jī)械加工效率、精度和質(zhì)量的要求越來(lái)越高，高速度和高精度成為現(xiàn) 代機(jī)械加工技術(shù)的兩大發(fā)展趨勢(shì)，要求縮短加工時(shí)間和輔助時(shí)間，增加金屬切除率和切削用 量。切削用量的增大易引起加工過(guò)程中的振動(dòng)，因此要求機(jī)床系統(tǒng)具有更好的動(dòng)、靜態(tài)性能 和熱穩(wěn)定性、高阻尼等性能。解決振動(dòng)問(wèn)題的主要途徑是優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)和采用性能優(yōu)良的新 型材料。近年來(lái)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)發(fā)展很快，但大部分機(jī)械基礎(chǔ)件材料仍然是以 鑄鐵和鋼材為主，很難滿足提高機(jī)床動(dòng)、靜態(tài)性能和熱穩(wěn)定性等要求。因此，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良 的新型材料成為提高機(jī)械設(shè)備性能的重要途徑之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料，該種復(fù)合材料具有優(yōu)良的阻尼 性能和物理機(jī)械性能，可作為優(yōu)良的機(jī)械基礎(chǔ)件材料。
本發(fā)明的另一目的是提供一種碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明解決問(wèn)題采取的技術(shù)方案為碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料，其特征是，它包括 膠粘劑基體、骨料和碳纖維；膠粘劑基體為由合成樹(shù)脂、固化劑、稀釋劑和增韌劑混合成的 樹(shù)脂體系，骨料為花崗巖顆?；蛏笆w粒；其中膠粘劑基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%~20%,骨料的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79%~90%,碳纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0, 1%~1%。
所述的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料，其中所述的合成樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂或不飽和聚酯樹(shù) 脂，優(yōu)選環(huán)氧樹(shù)脂；所述的固化劑為乙二胺；所述的稀釋劑為丙酮；所述的增韌劑為鄰苯二 甲酸二丁酯；所述的膠粘劑基體各組分在膠粘劑基體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為合成樹(shù)脂60%~70%， 固化劑20°/。~25%，增韌劑5%~11%，稀釋劑5%~13%。
所述的骨料粒徑為0.1mm 10mm。
所述的碳纖維為短纖維隨機(jī)取向分布在復(fù)合材料中，碳纖維長(zhǎng)度為5 25rran。 .所述的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟 a)將花崗巖顆?；蛏笆w粒篩分，按粒徑范圍分為6個(gè)級(jí)別O.lmm 0.6mm, 0.6mm ~2mm， 2mm 3.5mm， 3..5mm 5mm， 5mm 7mm， 7mm 10mm， 4每不同豐立《5級(jí)另iJ的顆粒骨料清洗干凈并干燥，然后根據(jù)不同粒徑級(jí)別按一定質(zhì)量比稱取后混合均勻；b)稱取碳纖 維，采用復(fù)合處理法處理碳纖維，先將碳纖維在氧化爐中加熱至400'C，并保溫8小時(shí)，然 后再用硅烷偶聯(lián)劑浸泡處理；c)稱取液態(tài)合成樹(shù)脂、稀釋劑、增韌劑和固化劑并混合成均勻 的樹(shù)脂體系，將經(jīng)過(guò)i面處理的碳纖維加入混合均勻的樹(shù)脂體系，并攪拌使其分布均勻；d) 將混合均勻的固體顆粒骨料加入到樹(shù)脂體系和碳纖維的均勻混合物中，繼續(xù)攪拌至骨料、碳 纖維和樹(shù)脂體系各組分分布均勻，再澆鑄到模具中并固定到振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)密實(shí)，至拌合 物中不再明顯有氣泡冒出為止，振動(dòng)頻率為7(M20Hz,振幅范圍為0.2~0.5mm,持續(xù)振動(dòng)的 時(shí)間為10 30分鐘；e)將振實(shí)后的復(fù)合材料在室溫下養(yǎng)護(hù)3天，固化成型后開(kāi)模，開(kāi)模后繼 續(xù)室溫養(yǎng)護(hù)10~15天。
所述的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料的制備方法，步驟a)中，所述的花崗巖顆粒或砂石 顆粒骨料各粒徑級(jí)別所用的質(zhì)量占骨料總量的百分比為 O.lmm 0.6mm: 12%~14%; 0.6mm 2腿16%~20%; 2腿 3.5腿14%~17%; 3.5腿 5mm: 13%~16%; 5腿 7mm: 14%~18%; 7mm 10mm: 21%~25%。
本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料其優(yōu)異性能為通過(guò)在聚酯礦物材料中加入 高強(qiáng)度的碳纖維增強(qiáng)來(lái)提高其力學(xué)性能，同時(shí)對(duì)其阻尼減振性能也有較好的改善效果。采用 碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料的機(jī)械設(shè)備具有優(yōu)良的阻尼減振性能，可以有效地減小其工作 過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)對(duì)加工精度等影響。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，無(wú)纖維增強(qiáng)的聚酯礦物材料抗壓強(qiáng)度為65 75MPa，加入碳纖維增 強(qiáng)后，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到95 125MPa，提高了 22%~37%。阻尼減振性能方面，無(wú)纖維增強(qiáng)的聚 酯礦物材料阻尼比為0.153 0.177，加入碳纖維增強(qiáng)后，其阻尼比達(dá)到0.183—0.218，提高了 4.5%~15%。


圖1為碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料的組分構(gòu)成示意圖。 圖2為碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料的制作工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料，它以由合成樹(shù)脂、固化劑、稀釋劑和增韌劑混合成的樹(shù) 脂體系作膠粘劑基體，以花崗巖顆粒或砂石顆粒作骨料，以碳纖維作為增強(qiáng)相，如圖l。 碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟(如圖2): a)將花崗巖顆粒或砂石顆粒篩分，按粒徑范圍分為6個(gè)級(jí)別O.lmm 0.6mm, 0.6 mm ~2mm， 2mm 3.5mm, 3.5 mm~5 mm， 5mm 7mm， 7mm 10mm，將不同粒徑級(jí)另U的顆 粒骨料清洗干凈并干燥，然后根據(jù)不同粒徑級(jí)別按一定質(zhì)量比稱取后混合均勻；b)稱取碳纖 維，采用復(fù)合處理法處理碳纖維，先將碳纖維在氧化爐中加熱至400°C，并保溫8小時(shí)，然 后再用硅烷偶聯(lián)劑浸泡處理；c)稱取液態(tài)合成樹(shù)脂、稀釋劑、增韌劑和固化劑并混合成均勻 的樹(shù)脂體系，將經(jīng)過(guò)表面處理的碳纖維加入混合均勻的樹(shù)脂體系，并攪拌使其分布均勻；d) 將混合均勻的固體顆粒骨料加入到樹(shù)脂體系和碳纖維的均勻混合物中，繼續(xù)攪拌至骨料、碳 纖維和樹(shù)脂體系各組分分布均勻，再澆鑄到模具中并固定到振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)密實(shí)，至拌合 物中不再明顯有氣泡冒出為止，振動(dòng)頻率為7(M20Hz，振幅范圍為0.2~0.5mm，持續(xù)振動(dòng)的 時(shí)間為10~30分鐘；e)將振實(shí)后的復(fù)合材料在室溫下養(yǎng)護(hù)3天，固化成型后開(kāi)模，開(kāi)模后繼 續(xù)室溫養(yǎng)護(hù)10~15天。 實(shí)施例l
骨料天然花崗巖顆粒8000g，其中 O.lmm 0.6rnm: 1040g，占13% 0.6mm 2mm: 1360g，占17°/0 2腿 3.5mm: 1200g，占15% 3.5 mm ~5 mm: U20g，占14% 5mm 7mm: 1360g， 占17% 7匪 10mm: 1920g,占24% 膠粘劑基體975g,其中 環(huán)氧樹(shù)脂660g 固化劑乙二胺200g 稀釋劑丙酮55g 增韌劑鄰苯二甲酸二丁酯60g 碳纖維25g
獲得的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度119.35MPa，阻尼比0.192。 實(shí)施例2骨料天然花崗巖顆粒50kg，其中
O.l腿 0.6rnm: 7kg，占14% 0.6mm 2mm: 8kg，占16% 2mm 3.5mm: 7.5kg，占15% 3.5 mm ~5 mm: 7kg， 占14% 5 mm ~7 mm: 9kg，占18% 7腿 10薩11.5kg，占23%
膠粘劑基體7.8kg，其中
環(huán)氧樹(shù)脂5.5kg 固化劑乙二胺1.6kg 稀釋劑丙酮0.3kg 增韌劑鄰苯二甲酸二丁酯0.4kg 碳纖維0.2讓§
獲得的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度108.51MPa，阻尼比0.189。 實(shí)施例3
骨料天然花崗巖顆粒50kg，其中 O.lmm 0.6mrn: 7kg，占14% 0.6mm 2mm: 8kg，占16% 2mm 3.5mm: 7.5kg，占15% 3.5 mm ~5 mm: 7kg, 占14% 5 mm ~7 mm; 9kg， 占18% 7mm 10讓11.5kg,占23% 膠粘劑基體11.6kg，其中 環(huán)氧樹(shù)脂8kg 固化劑乙二胺2.8kg 稀釋劑丙酮0.4kg 增韌劑鄰苯二甲酸二丁酯0.4kg 碳纖維0.4kg
獲得的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度10U3MPa，阻尼比0.203。
權(quán)利要求
1、碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料，其特征是它包括膠粘劑基體、骨料和碳纖維；膠粘劑基體為由合成樹(shù)脂、固化劑、稀釋劑和增韌劑混合成的樹(shù)脂體系，骨料為花崗巖顆?；蛏笆w粒；其中膠粘劑基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9％～20％，骨料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79％～90％，碳纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～1％。
2、 按照權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料，其特征是，所述的合成樹(shù)脂 為環(huán)氧樹(shù)脂或不飽和聚酯樹(shù)脂；所述的固化劑為乙二胺；所述的稀釋劑為丙酮；所述的增韌 劑為鄰苯二甲酸二丁酯；所述的膠粘劑基體各組分在膠粘劑基體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為合成樹(shù)脂 60%~70%，固化劑20%~25%，增韌劑5%~11%，稀釋劑5%~13%。
3、 按照權(quán)利要求2所述的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料，其特征是，所述的合成樹(shù)脂 優(yōu)選環(huán)氧樹(shù)脂。
4、 按照權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料，其特征是，所述的花崗巖顆 ?；蛏笆w粒骨料粒徑為0.1mm 10mm。
5、 按照權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料，其特征是，所述的碳纖維為 短纖維隨機(jī)取向分布在復(fù)合材料中，碳纖維長(zhǎng)度為5~25mm。
6、 碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料的制備方法，其特征是，包括以下步驟-a)將花崗巖顆粒或砂石顆粒篩分，按粒徑范圍分為6個(gè)級(jí)別O.lmm 0.6mm， 0.6 mm~2mm， 2 mm ~3.5 mm， 3.5mm 5mm， 5mm 7mm， 7mm 10mm,將不同粒徑級(jí)另U的顆 粒骨料清洗干凈并干燥，然后根據(jù)不同粒徑級(jí)別按一定質(zhì)量比稱取后混合均勻；b)稱取碳纖 維，采用復(fù)合處理法處理碳纖維，先將碳纖維在氧化爐中加熱至400'C，并保溫8小時(shí)，然 后再用硅烷偶聯(lián)劑浸泡處理；C)稱取液態(tài)合成樹(shù)脂、稀釋劑、增韌劑和固化劑并混合成均勻 的樹(shù)脂體系，將經(jīng)過(guò)表面處理的碳纖維加入混合均勻的樹(shù)脂體系，并攪拌使其分布均勻；d) 將混合均勻的固體顆粒骨料加入到樹(shù)脂體系和碳纖維的均勻混合物中，繼續(xù)攪拌至骨料、碳 纖維和樹(shù)脂體系各組分分布均勻，再澆鑄到模具中并固定到振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)密實(shí)，至拌合 物中不再明顯有氣泡冒出為止，振動(dòng)頻率為70~120Hz，振幅范圍為0.2~0.5mm，持續(xù)振動(dòng)的 時(shí)間為10 30分鐘；e)將振實(shí)后的復(fù)合材料在室溫下養(yǎng)護(hù)3天，固化成型后開(kāi)模，開(kāi)模后繼 續(xù)室溫養(yǎng)護(hù)10~15天。
7、按照權(quán)利要求6所述的碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟 a)中，所述的花崗巖顆?；蛏笆w粒骨料各粒徑級(jí)別所用的質(zhì)量占骨料總量的百分比為 O.lmm ~0.6腿12%~14%; 0.6腿 2mm: 16%~20%;\2 mm ~3.5 mm.' 14%~17%; 3.5 mm ~5 mm: 13%~16%; 5mm 7mm: 14%~18%; 7mm 10mm: 21%~25%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料及其制備方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。碳纖維增強(qiáng)聚酯礦物復(fù)合材料包括膠粘劑基體、骨料和碳纖維，是將膠粘劑基體、骨料和碳纖維經(jīng)過(guò)均勻混合、澆鑄、固化等步驟制備而成，其中膠粘劑基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9％～20％，骨料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79％～90％，碳纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～1％。該種復(fù)合材料具有優(yōu)良的阻尼性能和物理機(jī)械性能，比無(wú)纖維增強(qiáng)的聚酯礦物材料抗壓強(qiáng)度提高22％～37％，阻尼比提高4.5％～15％，可作為優(yōu)良的機(jī)械基礎(chǔ)件材料。
文檔編號(hào)C08L67/06GK101531803SQ20091002053
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者張建華, 白文峰 申請(qǐng)人:山東大學(xué)