CN101531803A - 碳纤维增强聚酯矿物复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维增强聚酯矿物复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。碳纤维增强聚酯矿物复合材料包括胶粘剂基体、骨料和碳纤维，是将胶粘剂基体、骨料和碳纤维经过均匀混合、浇铸、固化等步骤制备而成，其中胶粘剂基体的质量分数为9％～20％，骨料的质量分数为79％～90％，碳纤维的质量分数为0.1％～1％。该种复合材料具有优良的阻尼性能和物理机械性能，比无纤维增强的聚酯矿物材料抗压强度提高22％～37％，阻尼比提高4.5％～15％，可作为优良的机械基础件材料。
Description
技术领域：
本发明涉及一种复合材料及其制备方法，具体为碳纤维增强聚酯矿物复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术：
现代科技的发展对机械加工效率、精度和质量的要求越来越高，高速度和高精度成为现代机械加工技术的两大发展趋势，要求缩短加工时间和辅助时间，增加金属切除率和切削用量。切削用量的增大易引起加工过程中的振动，因此要求机床系统具有更好的动、静态性能和热稳定性、高阻尼等性能。解决振动问题的主要途径是优化机床结构和采用性能优良的新型材料。近年来机床的结构、设计和控制系统发展很快，但大部分机械基础件材料仍然是以铸铁和钢材为主，很难满足提高机床动、静态性能和热稳定性等要求。因此，开发性能优良的新型材料成为提高机械设备性能的重要途径之一。
发明内容：
本发明的目的是提供一种碳纤维增强聚酯矿物复合材料，该种复合材料具有优良的阻尼性能和物理机械性能，可作为优良的机械基础件材料。
本发明的另一目的是提供一种碳纤维增强聚酯矿物复合材料的制备方法。
本发明解决问题采取的技术方案为：碳纤维增强聚酯矿物复合材料，其特征是，它包括胶粘剂基体、骨料和碳纤维；胶粘剂基体为由合成树脂、固化剂、稀释剂和增韧剂混合成的树脂体系，骨料为花岗岩颗粒或砂石颗粒；其中胶粘剂基体的质量分数为9％～20％，骨料的质量分数为79％～90％，碳纤维的质量分数为0.1％～1％。
所述的碳纤维增强聚酯矿物复合材料，其中所述的合成树脂为环氧树脂或不饱和聚酯树脂，优选环氧树脂；所述的固化剂为乙二胺；所述的稀释剂为丙酮；所述的增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述的胶粘剂基体各组分在胶粘剂基体中的质量分数为：合成树脂60％～70％，固化剂20％～25％，增韧剂5％～11％，稀释剂5％～13％。
所述的骨料粒径为0.1mm～10mm。
所述的碳纤维为短纤维随机取向分布在复合材料中，碳纤维长度为5～25mm。
所述的碳纤维增强聚酯矿物复合材料的制备方法包括以下步骤：
a)将花岗岩颗粒或砂石颗粒筛分，按粒径范围分为6个级别：0.1mm～0.6mm，0.6mm～2mm，2mm～3.5mm，3.5mm～5mm，5mm～7mm，7mm～10mm，将不同粒径级别的颗粒骨料清洗干净并干燥，然后根据不同粒径级别按一定质量比称取后混合均匀；b)称取碳纤维，采用复合处理法处理碳纤维，先将碳纤维在氧化炉中加热至400℃，并保温8小时，然后再用硅烷偶联剂浸泡处理；c)称取液态合成树脂、稀释剂、增韧剂和固化剂并混合成均匀的树脂体系，将经过表面处理的碳纤维加入混合均匀的树脂体系，并搅拌使其分布均匀；d)将混合均匀的固体颗粒骨料加入到树脂体系和碳纤维的均匀混合物中，继续搅拌至骨料、碳纤维和树脂体系各组分分布均匀，再浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实，至拌合物中不再明显有气泡冒出为止，振动频率为70～120Hz，振幅范围为0.2～0.5mm，持续振动的时间为10～30分钟；e)将振实后的复合材料在室温下养护3天，固化成型后开模，开模后继续室温养护10～15天。
所述的碳纤维增强聚酯矿物复合材料的制备方法，步骤a)中，所述的花岗岩颗粒或砂石颗粒骨料各粒径级别所用的质量占骨料总量的百分比为：
0.1mm～0.6mm：12％～14％；
0.6mm～2mm：16％～20％；
2mm～3.5mm：14％～17％；
3.5mm～5mm：13％～16％；
5mm～7mm：14％～18％；
7mm～10mm：21％～25％。
本发明所述的碳纤维增强聚酯矿物复合材料其优异性能为：通过在聚酯矿物材料中加入高强度的碳纤维增强来提高其力学性能，同时对其阻尼减振性能也有较好的改善效果。采用碳纤维增强聚酯矿物复合材料的机械设备具有优良的阻尼减振性能，可以有效地减小其工作过程中的机械振动对加工精度等影响。
根据实验测试结果，无纤维增强的聚酯矿物材料抗压强度为65～75MPa，加入碳纤维增强后，其抗压强度达到95～125MPa，提高了22％～37％。阻尼减振性能方面，无纤维增强的聚酯矿物材料阻尼比为0.153～0.177，加入碳纤维增强后，其阻尼比达到0.183～～0.218，提高了4.5％～15％。
附图说明
图1为碳纤维增强聚酯矿物复合材料的组分构成示意图。
图2为碳纤维增强聚酯矿物复合材料的制作工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和实施例进一步说明本发明。
碳纤维增强聚酯矿物复合材料，它以由合成树脂、固化剂、稀释剂和增韧剂混合成的树脂体系作胶粘剂基体，以花岗岩颗粒或砂石颗粒作骨料，以碳纤维作为增强相，如图1。
碳纤维增强聚酯矿物复合材料的制备方法包括以下步骤(如图2)：
a)将花岗岩颗粒或砂石颗粒筛分，按粒径范围分为6个级别：0.1mm～0.6mm，0.6mm～2mm，2mm～3.5mm，3.5mm～5mm，5mm～7mm，7mm～10mm，将不同粒径级别的颗粒骨料清洗干净并干燥，然后根据不同粒径级别按一定质量比称取后混合均匀；b)称取碳纤维，采用复合处理法处理碳纤维，先将碳纤维在氧化炉中加热至400℃，并保温8小时，然后再用硅烷偶联剂浸泡处理；c)称取液态合成树脂、稀释剂、增韧剂和固化剂并混合成均匀的树脂体系，将经过表面处理的碳纤维加入混合均匀的树脂体系，并搅拌使其分布均匀；d)将混合均匀的固体颗粒骨料加入到树脂体系和碳纤维的均匀混合物中，继续搅拌至骨料、碳纤维和树脂体系各组分分布均匀，再浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实，至拌合物中不再明显有气泡冒出为止，振动频率为70～120Hz，振幅范围为0.2～0.5mm，持续振动的时间为10～30分钟；e)将振实后的复合材料在室温下养护3天，固化成型后开模，开模后继续室温养护10～15天。
实施例1
骨料：天然花岗岩颗粒8000g，其中：
0.1mm～0.6mm：1040g，占13％
0.6mm～2mm：1360g，占17％
2mm～3.5mm：1200g，占15％
3.5mm～5mm：1120g，占14％
5mm～7mm：1360g，占17％
7mm～10mm：1920g，占24％
胶粘剂基体975g，其中：
环氧树脂660g
固化剂乙二胺200g
稀释剂丙酮55g
增韧剂邻苯二甲酸二丁酯60g
碳纤维25g
获得的碳纤维增强聚酯矿物复合材料：抗压强度119.35MPa，阻尼比0.192。
实施例2
骨料：天然花岗岩颗粒50kg，其中：
0.1mm～0.6mm：7kg，占14％
0.6mm～2mm：8kg，占16％
2mm～3.5mm：7.5kg，占15％
3.5mm～5mm：7kg，占14％
5mm～7mm：9kg，占18％
7mm～10mm：11.5kg，占23％
胶粘剂基体7.8kg，其中：
环氧树脂5.5kg
固化剂乙二胺1.6kg
稀释剂丙酮0.3kg
增韧剂邻苯二甲酸二丁酯0.4kg
碳纤维0.2kg
获得的碳纤维增强聚酯矿物复合材料：抗压强度108.51MPa，阻尼比0.189。
实施例3
骨料：天然花岗岩颗粒50kg，其中：
0.1mm～0.6mm：7kg，占14％
0.6mm～2mm：8kg，占16％
2mm～3.5mm：7.5kg，占15％
3.5mm～5mm：7kg，占14％
5mm～7mm；9kg，占18％
7mm～10mm：11.5kg，占23％
胶粘剂基体11.6kg，其中：
环氧树脂8kg
固化剂乙二胺2.8kg
稀释剂丙酮0.4kg
增韧剂邻苯二甲酸二丁酯0.4kg
碳纤维0.4kg
获得的碳纤维增强聚酯矿物复合材料：抗压强度101.13MPa，阻尼比0.203。
Claims (7)
1、碳纤维增强聚酯矿物复合材料，其特征是：它包括胶粘剂基体、骨料和碳纤维；胶粘剂基体为由合成树脂、固化剂、稀释剂和增韧剂混合成的树脂体系，骨料为花岗岩颗粒或砂石颗粒；其中胶粘剂基体的质量分数为9％～20％，骨料的质量分数为79％～90％，碳纤维的质量分数为0.1％～1％。
2、按照权利要求1所述的碳纤维增强聚酯矿物复合材料，其特征是，所述的合成树脂为环氧树脂或不饱和聚酯树脂；所述的固化剂为乙二胺；所述的稀释剂为丙酮；所述的增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述的胶粘剂基体各组分在胶粘剂基体中的质量分数为：合成树脂60％～70％，固化剂20％～25％，增韧剂5％～11％，稀释剂5％～13％。
3、按照权利要求2所述的碳纤维增强聚酯矿物复合材料，其特征是，所述的合成树脂优选环氧树脂。
4、按照权利要求1所述的碳纤维增强聚酯矿物复合材料，其特征是，所述的花岗岩颗粒或砂石颗粒骨料粒径为0.1mm～10mm。
5、按照权利要求1所述的碳纤维增强聚酯矿物复合材料，其特征是，所述的碳纤维为短纤维随机取向分布在复合材料中，碳纤维长度为5～25mm。
6、碳纤维增强聚酯矿物复合材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
a)将花岗岩颗粒或砂石颗粒筛分，按粒径范围分为6个级别：0.1mm～0.6mm，0.6mm～2mm，2mm～3.5mm，3.5mm～5mm，5mm～7mm，7mm～10mm，将不同粒径级别的颗粒骨料清洗干净并干燥，然后根据不同粒径级别按一定质量比称取后混合均匀；b)称取碳纤维，采用复合处理法处理碳纤维，先将碳纤维在氧化炉中加热至400℃，并保温8小时，然后再用硅烷偶联剂浸泡处理；c)称取液态合成树脂、稀释剂、增韧剂和固化剂并混合成均匀的树脂体系，将经过表面处理的碳纤维加入混合均匀的树脂体系，并搅拌使其分布均匀；d)将混合均匀的固体颗粒骨料加入到树脂体系和碳纤维的均匀混合物中，继续搅拌至骨料、碳纤维和树脂体系各组分分布均匀，再浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实，至拌合物中不再明显有气泡冒出为止，振动频率为70～120Hz，振幅范围为0.2～0.5mm，持续振动的时间为10～30分钟；e)将振实后的复合材料在室温下养护3天，固化成型后开模，开模后继续室温养护10～15天。
7、按照权利要求6所述的碳纤维增强聚酯矿物复合材料的制备方法，其特征是，步骤a)中，所述的花岗岩颗粒或砂石颗粒骨料各粒径级别所用的质量占骨料总量的百分比为：
0.1mm～0.6mm；12％～14％；
0.6mm～2mm：16％～20％；
2mm～3.5mm：14％～17％；
3.5mm～5mm：13％～16％；
5mm～7mm：14％～18％；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090916 |