CN102745927B - 树脂矿物复合材料骨料的压力浸渍预处理方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及树脂矿物复合材料骨料的压力浸渍预处理方法及应用，将骨料清洗、烘干并筛分，将各级骨料分级进行压力浸渍预处理，将骨料置于封闭的压力容器内，注入稀释的粘结剂，施加至预设的压力并保压，待粘结剂完全浸渍骨料内部的微裂纹或缺陷后将骨料取出并进行筛分和恒温烘干。将预处理的骨料，混合均匀后加入树脂系统；待骨料与树脂系统搅拌混合均匀后浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实；养护成型。本发明通过冷等静压技术实现稀释粘结对骨料内部裂纹与缺陷的填充、桥接和修补，可以有效减少穿过骨料颗粒的裂纹扩展和断裂现象，提高树脂矿物复合材料的物理机械性能。
Description
技术领域：
本发明涉及一种树脂矿物复合材料骨料的压力浸渍预处理方法及应用，属于复合材料领域。
背景技术：
作为精密机床的核心基础件，机床床身、立柱、夹具等在加工过程中产生的振动等问题会直接影响机床的整机性能和加工精度。目前，大部分机械基础件材料以铸铁或焊接钢结构为主，其冶炼过程消耗大量的能源，增加碳排放和环境污染。近年来，德国、瑞士等工业发达国家正在逐渐采用树脂矿物复合材料代替传统的铸铁制造高速、精密加工机床等设备的床身、立柱、夹具等基础件。树脂矿物复合材料是一种以天然石材颗粒为骨料，以有机树脂作粘结剂的复合材料，具有优良的阻尼减振性能、低热膨胀系数、高耐腐蚀性能，以及较好的力学性能，其生产过程中不需要烧结，无污染，低能耗。由于树脂矿物复合材料所用的骨料为天然石材经过破碎筛分而成，存在着微小裂纹和凹坑等缺陷，在树脂矿物复合材料制备过程中，较为粘稠的树脂粘结剂无法完全浸润并渗透到裂纹等缺陷内部，导致树脂矿物复合材料易产生穿过骨料颗粒断裂的现象，影响树脂矿物复合材料的整体力学性能。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种树脂矿物复合材料骨料的压力浸渍预处理方法及应用，通过施加等静压力实现粘结剂浸渍骨料微裂纹和凹坑等缺陷，起到填充、桥接与修补作用，同时，所施加的静压力将加速内部有严重缺陷骨料的提前断裂，将骨料内部的严重缺陷在骨料预处理阶段消除，提高树脂矿物复合材料的物理机械性能。
本发明是通过以下技术方案实现的:
树脂矿物复合材料骨料的压力浸渍预处理方法：将骨料清洗、烘干并筛分，将各级骨料分级进行压力浸渍预处理，将骨料置于封闭的压力容器内，注入稀释的粘结剂，施加至预设的压力并保压，待粘结剂完全浸渍骨料内部的微裂纹或缺陷后，将骨料取出进行筛分以去除压碎的骨料后恒温烘干。
所述的压力范围为0.1~100Mpa，保压时间为5-30分钟。
所述的稀释的粘结剂的重量份比组成为：液态合成树脂55~65份，固化剂15~20份，稀释剂20~25份。
所述的液态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。
所述的恒温烘干温度为20~40℃，烘干时间为6~24小时。
一种树脂矿物复合材料的制备方法，将骨料按上述方法预处理；称取液态合成树脂、固化剂与稀释剂加入搅拌桶搅拌均匀成树脂系统，按重量比预处理的骨料85~95份，液态合成树脂3~8份，固化剂1~4份，稀释剂1~3份配比；将预处理的骨料，混合均匀后加入树脂系统；待骨料与树脂系统搅拌混合均匀后浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实；养护成型。
所述的骨料优选花岗岩骨料，按尺寸大小分为3级级配，各级别的重量份比为：0.1mm~2.5mm：28~40份，2.5mm~7.5mm：25~35份，7.5mm~15mm：25~40份。
所述的养护为室温下养护4-15天。
树脂矿物复合材料制备所用骨料由天然石材经过挤压破碎与筛分而成，存在微小裂纹、凹坑等缺陷。为了保证树脂粘结剂的粘结性能，材料制备过程中所用稀释剂的用量较少，导致树脂粘结剂粘度较高而无法完全填充骨料的微裂纹、凹坑等缺陷，当复合材料受力后，裂纹可能会向骨料颗粒内部扩展，导致宏观裂纹由沿骨料颗粒扩展转变为穿过骨料颗粒的扩展，降低树脂矿物复合材料的抗压强度、抗弯强度、断裂韧性等性能。
本发明采用树脂矿物复合材料骨料的压力浸渍预处理技术，与普通树脂矿物复合材料相比，压力浸渍预处理技术实现粘结剂浸渍骨料的微裂纹和凹坑等缺陷，起到填充、桥接与修补作用，同时，所施加的静压力将加速内部有严重缺陷骨料的提前断裂，将骨料内部的严重缺陷在骨料预处理阶段消除，提高树脂矿物复合材料的物理机械性能。根据实验测试结果，通过骨料的压力浸渍预处理技术处理的树脂矿物复合材料具有较好的物理机械性能，比普通无预处理树脂矿物复合材料抗压强度提高10%~15%，可作为优良的机械基础件材料。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明。
实施例1
骨料：天然花岗岩颗粒5000g，其中：
0.1mm~2.5mm：1800g，占36wt%
2.5mm~7.5mm：1600g，占32wt%
7.5mm~15mm：1600g，占32wt%
将骨料清洗、烘干并筛分，将各级骨料分级进行压力浸渍预处理，将骨料置于封闭的压力容器内，注入稀释的粘结剂，施加至10Mpa并保压，待粘结剂完全浸渍骨料内部的微裂纹或缺陷后，将骨料取出进行筛分以去除压碎的骨料后恒温烘干。所述的稀释的粘结剂的重量份比组成为：液态合成树脂65份，固化剂15份，稀释剂20份。
称取液态合成树脂、固化剂与稀释剂加入搅拌桶搅拌均匀成树脂系统，按环氧树脂222g，固化剂乙二胺45g，稀释剂丙酮33g配比；将预处理的骨料，混合均匀后加入树脂系统；待骨料与树脂系统搅拌混合均匀后浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实；养护成型。
通过以上配方获得的树脂矿物复合材料：其抗压强度为134.78MPa。
实施例2
骨料：天然花岗岩颗粒5000g，其中：
0.1mm~2.5mm：1800g，占36wt%
2.5mm~7.5mm：1600g，占32wt%
7.5mm~15mm：1600g，占32wt%
将骨料清洗、烘干并筛分，将各级骨料分级进行压力浸渍预处理，将骨料置于封闭的压力容器内，注入稀释的粘结剂，施加至1Mpa并保压，待粘结剂完全浸渍骨料内部的微裂纹或缺陷后，将骨料取出进行筛分以去除压碎的骨料后恒温烘干。所述的稀释的粘结剂的重量份比组成为：液态合成树脂55份，固化剂20份，稀释剂25份。
称取液态合成树脂、固化剂与稀释剂加入搅拌桶搅拌均匀成树脂系统，按环氧树脂222g，固化剂乙二胺45g，稀释剂丙酮33g配比；将预处理的骨料，混合均匀后加入树脂系统；待骨料与树脂系统搅拌混合均匀后浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实；养护成型。
通过以上配方获得的树脂矿物复合材料：其抗压强度为133.54MPa。
对比例
骨料：天然花岗岩颗粒5000g，其中：
0.1mm~2.5mm：1800g，占36wt%
2.5mm~7.5mm：1600g，占32wt%
7.5mm~15mm：1600g，占32wt%
粘结剂基体500g，包括：环氧树脂370g，固化剂乙二胺93g，稀释剂丙酮37g。
a)将骨料清洗、烘干并筛分，未预处理；b)称取液态合成树脂、固化剂与稀释剂加入搅拌桶搅拌均匀成树脂系统；c)按级配要求称取骨料，混合均匀后加入搅拌桶；d)待骨料与树脂系统搅拌混合均匀后浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实；f)养护成型。
通过以上配方获得的树脂矿物复合材料：其抗压强度为119.87MPa。
Claims (4)
1.一种树脂矿物复合材料的制备方法，其特征是，包括步骤如下：将骨料清洗、烘干并筛分，将各级骨料分级进行压力浸渍预处理，将骨料置于封闭的压力容器内，注入稀释的粘结剂，施加至预设的压力并保压，待粘结剂完全浸渍骨料内部的微裂纹或缺陷后，将骨料取出进行筛分以去除压碎的骨料后恒温烘干；所述的稀释的粘结剂的重量份比组成为：液态合成树脂55～65份，固化剂15～20份，稀释剂20～25份；称取液态合成树脂、固化剂与稀释剂加入搅拌桶搅拌均匀成树脂系统，按重量比预处理的骨料85～95份，液态合成树脂3～8份，固化剂1～4份，稀释剂1～3份配比；将预处理的骨料，混合均匀后加入树脂系统；待骨料与树脂系统搅拌混合均匀后浇铸到模具中并固定到振动台上进行振动密实；养护成型。
2.根据权利要求1所述的树脂矿物复合材料的制备方法，其特征是，骨料选花岗岩骨料，按尺寸大小分为3级别配，各级别的预处理的骨料重量份比为大于等于0.1mm小于2.5mm：28～40份；大于等于2.5mm小于7.5mm：25～35份；大于等于7.5mm小于15mm：25～40份。
3.根据权利要求1所述的树脂矿物复合材料的制备方法，其特征是，所述的液态合成树脂也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。
4.根据权利要求1所述的树脂矿物复合材料的制备方法，其特征是，所述的养护为室温下养护4-15天。
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