專利名稱：玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(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，具體為玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(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)展對機械加工效率、精度和質(zhì)量的要求越來越高，高速度和高精度成為現(xiàn) 代機械加工技術(shù)的兩大發(fā)展趨勢，要求縮短加工時間和輔助時間，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程中的振動，因此要求機床系統(tǒng)具有更好的動、靜態(tài)性能 和熱穩(wěn)定性、高阻尼等性能。解決振動問題的主要途徑是優(yōu)化機床結(jié)構(gòu)和采用性能優(yōu)良的新 型材料。近年來機床的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和控制系統(tǒng)發(fā)展很快，但大部分機械基礎(chǔ)件材料仍然是以 鑄鐵和鋼材為主，很難滿足提高機床動、靜態(tài)性能和熱穩(wěn)定性等要求。因此，開發(fā)性能優(yōu)良 的新型材料成為提高機械設(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玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(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械性能，可作為優(yōu)良的機械基礎(chǔ)件材料。本發(fā)明的另一 目的是提供玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料的制備方法。 本發(fā)明解決問題采取的技術(shù)方案為玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料，其 特征是，它包括膠粘劑基體、骨料、玻璃纖維和碳纖維，是以由合成樹脂、固化劑、稀釋劑 和增韌劑混合成的樹脂體系作膠粘劑基體，以花崗巖顆粒或砂石顆粒作骨料；其中膠粘劑基 體的質(zhì)量分數(shù)為9%~20%,骨料的質(zhì)量分數(shù)為79%~90%，玻璃纖維和碳纖維兩者的質(zhì)量分數(shù) 和為O. 1%~1%。所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料，其中所述的合成樹脂為環(huán)氧樹脂 或不飽和聚酯樹脂，優(yōu)選環(huán)氧樹脂；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)量分數(shù)為合成 樹脂60%~70%,固化劑20%~25%，增韌劑5% 11%，稀釋劑5%~13%。所述 的花崗巖顆粒或砂石顆粒骨料粒徑為0.1mm 10mm。所述的玻璃纖維和碳纖維為短纖維隨機取向分布在復(fù)合材料中，玻璃纖維和碳纖維的長 度均為5 25mm。所述的玻璃纖維與碳纖維的質(zhì)量比可以根據(jù)具體的需要確定，優(yōu)選l: 3 5: 3。所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(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個級別O.lmrn 0.6mm， 0.6 mm ~2mm， 2mm 3.5mm， 3.5 mm~5 mm, 5mm 7mm， 7mm 10mm，將不同粒徑級別的顆 粒骨料清洗干凈并干燥，然后根據(jù)不同粒徑級別按一定質(zhì)量比稱取后混合均勻；b)稱取玻璃 纖維和碳纖維，采用硅垸偶聯(lián)劑浸泡法處理玻璃纖維，采用復(fù)合處理法處理碳纖維；c)稱取 液態(tài)合成樹脂、稀釋劑、增韌劑和固化劑并混合成均勻的樹脂體系，將經(jīng)過表面處理的玻璃 纖維和碳纖維加入混合均勻的樹脂體系，并攪拌使其分布均勻；d)將混合均勻的固體顆粒骨 料加入到樹脂體系與玻璃纖維和碳纖維的均勻混合物中，繼續(xù)攪拌至骨料、纖維和樹脂體系 各組分分布均勻，再澆鑄到模具中并固定到振動臺上進行振動密實，至拌合物中不再明顯有 氣泡冒出為止，振動頻率為70~120Hz,振幅范圍為0.2~0.5mm，持續(xù)振動的時間為10-30分 鐘；e)將振實后的復(fù)合材料在室溫下養(yǎng)護3天，固化成型后開模，開模后繼續(xù)室溫養(yǎng)護10~15 天。所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料的制備方法，步驟a)中，所述的花 崗巖顆?；蛏笆w粒骨料各粒徑級別所用的質(zhì)量占骨料總量的百分比為 O.lmm 0.6證12%~140/0; 0.6mm 2mm: 16%~20%; 2mm 3.5mm: 14%~17%; 3,5 mm ~5 mm: 13%~16%; 5鵬 7mm: 14%~18%; 7mm 10mm: 21%~25%。所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料的制備方法，步驟b)中，所述的復(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，然后再用硅烷 偶聯(lián)劑浸泡處理。本發(fā)明所述的玻璃纖維和碳纖維餛合增強聚酯礦物復(fù)合材料其優(yōu)異性能為通過在聚酯 礦物材料中加入高強度的玻璃纖維和碳纖維來提高其力學(xué)性能，同時對其阻尼減振性能也有 較好的改善效果。采用玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料的機械設(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程中的機械振動對加工精度等影響。根據(jù)實驗測試結(jié)果，無纖維增強的聚酯礦物材料抗壓強度為65 75MPa,加入玻璃纖維 和碳纖維混合增強后，其抗壓強度達到90 120MPa,提高了25%~35%。阻尼減振性能方面， 無纖維增強聚酯礦物材料的阻尼比為0.153 0.177,加入玻璃纖維和碳纖維混合增強后，其阻尼比可達0.192-0.236，提高了 8.5%~21%。


圖1為玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料的組分構(gòu)成示意圖。 圖2為玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料的制作工藝流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
和實施例進一步說明本發(fā)明。 玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料，以由合成樹脂、固化劑、稀釋劑和增韌 劑混合成的樹脂體系作膠粘劑基體，以花崗巖顆粒或砂石顆粒作骨料，以玻璃纖維和碳纖維 作為增強相，如圖1。玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟(如圖2):a)將花崗巖顆?；蛏笆w粒篩分，按粒徑范圍分為6個級別0.1mm 0.6 mm，0.6 mm~2 mm, 2mm 3.5mm， 3.5mm 5mm， 5mm 7mm， 7mm 10mm，將不同粒徑級別的顆粒骨料清 洗干凈并干燥，然后根據(jù)不同粒徑級別按一定質(zhì)量比稱取后混合均勻；b)稱取玻璃纖維和碳 纖維，采用硅垸偶聯(lián)劑浸泡法處理玻璃纖維，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，然后再用硅垸偶聯(lián)劑浸泡處理；c)稱取液態(tài)合成樹脂、 稀釋劑、增韌劑和固化劑并混合成均勻的樹脂體系，將經(jīng)過表面處理的玻璃纖維和碳纖維加 入混合均勻的樹脂體系，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脂體 系與玻璃纖維和碳纖維的均勻混合物中，繼續(xù)攪拌至骨料、纖維和樹脂體系各組分分布均勻， 再澆鑄到模具中并固定到振動臺上進行振動密實，至拌合物中不再明顯有氣泡冒出為止，振 動頻率為7(M20Hz，振幅范圍為0.2~0.5mm，持續(xù)振動的時間為l(K O分鐘；e)將振實后的 復(fù)合材料在室溫下養(yǎng)護3天，固化成型后開模，開模后繼續(xù)室溫養(yǎng)護10 15天。 實施例l骨料天然花崗巖顆粒8000g,其中 O.l腿 0.6mm: 1040g,占13% 0.6mm 2mm: 1360g,占17% 2mm 3.5mm: 1200g，占15% 3.5畫 5腿1120g，占14% 5mm 7讓1360g，占17% 7mm 10mm: 1920g，占24% 膠粘劑基體975g，其中環(huán)氧樹脂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增強纖維25g，其中玻璃纖維15g，碳纖維10g。獲得的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料抗壓強度102.47MPa，阻尼比 0.228。 實施例2骨料天然花崗巖顆粒50kg，其中O.lmm —0.6腿7kg，占14% 0.6mm ~2 mm: 8kg，占16% 2mm 3.5mm: 7.5kg，占15% 3.5 mm ~5 mm: 7kg， 占14% 5mm 7mm: 9kg， 占18% 7mm 10mm: 11.5kg，占23% 膠粘劑基體7.8kg，其中 環(huán)氧樹脂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增強纖維0.2kg,其中玻璃纖維0.05kg,碳纖維0.15kg。獲得的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料抗壓強度117.35MPa，阻尼比 0.197。 實施例3骨料天然花崗巖顆粒50kg,其中 O.l隨 0.6mm: 7kg，占14% 0.6mm 2mm: 8kg，占16% 2mm 3.5mm: 7.5kg,占15% 3.5 mm ~5 mm: 7kg， 占14% 5mm 7腿9kg，占18%7mm 10mm: 11.5kg，占23% 膠粘劑基體11.6kg,其中 環(huán)氧樹脂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增強纖維0.4kg,其中玻璃纖維0.25kg，碳纖維0.15kg。獲得的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料:抗壓強度97.64MPa，阻尼比0.207。
權(quán)利要求
1、玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料，其特征是它包括膠粘劑基體、骨料、玻璃纖維和碳纖維，是以由合成樹脂、固化劑、稀釋劑和增韌劑混合成的樹脂體系作膠粘劑基體，以花崗巖顆?；蛏笆w粒作骨料；其中膠粘劑基體的質(zhì)量分數(shù)為9％～20％，骨料的質(zhì)量分數(shù)為79％～90％，玻璃纖維和碳纖維兩者的質(zhì)量分數(shù)和為0.1％～1％。
2、 按照權(quán)利要求1所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料，其特征是， 所述的合成樹脂為環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯樹脂；所述的固化劑為i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 數(shù)為合成樹脂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所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料，其特征是，所 述的合成樹脂優(yōu)選環(huán)氧樹脂。
4、 按照權(quán)利要求1所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(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所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料，其特征是， 所述的玻璃纖維和碳纖維為短纖維隨機取向分布在復(fù)合材料中，玻璃纖維和碳纖維的長度均 為5 25mrn。
6、 按照權(quán)利要求1所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料，其特征是，所述的玻璃纖維與碳纖維的質(zhì)量比優(yōu)選l: 3 5: 3。
7、 玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(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?；蛏笆w粒篩分，按粒徑范圍分為6個級別O.lmm 0.6mm, 0.6mm 2mrn， 2mm 3.5mm， 3.5mm 5mm， 5mm 7mm， 7mm 10mm，將不同粒徑級另(J的顆 粒骨料清洗干凈并干燥，然后根據(jù)不同粒徑級別按一定質(zhì)量比稱取后混合均勻；b)稱取玻璃 纖維和碳纖維，采用硅垸偶聯(lián)劑浸泡法處理玻璃纖維，采用復(fù)合處理法處理碳纖維；c)稱取 液態(tài)合成樹脂、稀釋劑、增韌劑和固化劑并混合成均勻的樹脂體系，將經(jīng)過表面處理的玻璃 纖維和碳纖維加入混合均勻的樹脂體系，并攪拌使其分布均勻d)將混合均勻的固體顆粒骨 料加入到樹脂體系與玻璃纖維和碳纖維的均勻混合物中，繼續(xù)攪拌至骨料、纖維和樹脂體系 各組分分布均勻，再澆鑄到模具中并固定到振動臺上進行振動密實，至拌合物中不再明顯有 氣泡冒出為止，振動頻率為70~120Hz，振幅范圍為0.2~0.5mm,持續(xù)振動的時間為10~30分 鐘；e)將振實后的復(fù)合材料在室溫下養(yǎng)護3天，固化成型后開模，開模后繼續(xù)室溫養(yǎng)護10-15 天。
8、 按照權(quán)利要求7所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(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粒骨料各粒徑級別所用的質(zhì)量占骨料總量 的百分比為O.lmm 0.6rnrn: 12%~14%; 0.6鵬 2mm: 16%~20%; 2腿 3.5腿14%~17%; 3.5 mm ~5 mm: 13%~16%; 5mm 7mm: 14%~18%; 7mm 10mm: 21%~25%。
9、 按照權(quán)利要求7所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料的制備方法， 其特征是，步驟b)中，所述的復(fù)合處理法處理碳纖維是先將碳纖維在氧化爐中加熱至400'C， 并保溫8小時，然后再用硅烷偶聯(lián)劑浸泡處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料及其制備方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復(fù)合材料包括膠粘劑基體、骨料、玻璃纖維和碳纖維，是將膠粘劑基體、骨料、玻璃纖維和碳纖維經(jīng)過均勻混合、澆鑄、固化等步驟制備而成，其中膠粘劑基體的質(zhì)量分數(shù)為9％～20％，骨料的質(zhì)量分數(shù)為79％～90％，玻璃纖維和碳纖維兩者的質(zhì)量分數(shù)和為0.1％～1％。該種復(fù)合材料具有優(yōu)良的阻尼性能和物理機械性能，比無纖維增強的聚酯礦物材料抗壓強度提高25％～35％，阻尼比提高8.5％～21％，可作為優(yōu)良的機械基礎(chǔ)件材料。
文檔編號C08K13/00GK101531808SQ20091002053
公開日2009年9月16日 申請日期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 申請人:山東大學(xué)