玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料及其製備方法
2023-06-14 20:27:21 2
專利名稱：玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種複合材料及其製備方法，具體為玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物復 合材料及其製備方法，屬於複合材料技術領域。
背景技術：
現代科技的發展對機械加工效率、精度和質量的要求越來越高，高速度和高精度成為現 代機械加工技術的兩大發展趨勢，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，因此要求工具機系統具有更好的動、靜態性能 和熱穩定性、高阻尼等性能。解決振動問題的主要途徑是優化工具機結構和採用性能優良的新 型材料。近年來工具機的結構、設計和控制系統發展很快，但大部分機械基礎件材料仍然是以 鑄鐵和鋼材為主，很難滿足提高工具機動、靜態性能和熱穩定性等要求。因此，開發性能優良 的新型材料成為提高機械設備性能的重要途徑之一。
發明內容
本發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複合材料，該種複合材料 具有優良的阻尼性能和物理機械性能，可作為優良的機械基礎件材料。本發明的另一 目的是提供玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料的製備方法。 本發明解決問題採取的技術方案為玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料，其 特徵是，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 體的質量分數為9%~20%,骨料的質量分數為79%~90%，玻璃纖維和碳纖維兩者的質量分數 和為O. 1%~1%。所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料，其中所述的合成樹脂為環氧樹脂 或不飽和聚酯樹脂，優選環氧樹脂；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量分數為合成 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複合材料中，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量比可以根據具體的需要確定，優選l: 3 5: 3。所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料的製備方法包括以下步驟-a)將花崗巖顆粒或砂石顆粒篩分，按粒徑範圍分為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 粒骨料清洗乾淨並乾燥，然後根據不同粒徑級別按一定質量比稱取後混合均勻；b)稱取玻璃 纖維和碳纖維，採用矽垸偶聯劑浸泡法處理玻璃纖維，採用複合處理法處理碳纖維；c)稱取 液態合成樹脂、稀釋劑、增韌劑和固化劑並混合成均勻的樹脂體系，將經過表面處理的玻璃 纖維和碳纖維加入混合均勻的樹脂體系，並攪拌使其分布均勻；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，再澆鑄到模具中並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,振幅範圍為0.2~0.5mm，持續振動的時間為10-30分 鍾；e)將振實後的複合材料在室溫下養護3天，固化成型後開模，開模後繼續室溫養護10~15 天。所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料的製備方法，步驟a)中，所述的花 崗巖顆粒或砂石顆粒骨料各粒徑級別所用的質量佔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複合材料的製備方法，步驟b)中，所述的復 合處理法處理碳纖維，先將碳纖維在氧化爐中加熱至400'C，並保溫8小時，然後再用矽烷 偶聯劑浸泡處理。本發明所述的玻璃纖維和碳纖維餛合增強聚酯礦物複合材料其優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性能，同時對其阻尼減振性能也有 較好的改善效果。採用玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料的機械設備具有優良的 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。根據實驗測試結果，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 和碳纖維混合增強後，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後，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複合材料的組分構成示意圖。 圖2為玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料的製作工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
和實施例進一步說明本發明。 玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料，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複合材料的製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，按粒徑範圍分為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 洗乾淨並乾燥，然後根據不同粒徑級別按一定質量比稱取後混合均勻；b)稱取玻璃纖維和碳 纖維，採用矽垸偶聯劑浸泡法處理玻璃纖維，採用複合處理法處理碳纖維，先將碳纖維在氧 化爐中加熱至400'C，並保溫8小時，然後再用矽垸偶聯劑浸泡處理；c)稱取液態合成樹脂、 稀釋劑、增韌劑和固化劑並混合成均勻的樹脂體系，將經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，並攪拌使其分布均勻；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， 再澆鑄到模具中並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，振幅範圍為0.2~0.5mm，持續振動的時間為l(K O分鐘；e)將振實後的 複合材料在室溫下養護3天，固化成型後開模，開模後繼續室溫養護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,佔13% 0.6mm 2mm: 1360g,佔17% 2mm 3.5mm: 1200g，佔15% 3.5畫 5腿1120g，佔14% 5mm 7讓1360g，佔17% 7mm 10mm: 1920g，佔24% 膠粘劑基體975g，其中環氧樹脂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複合材料抗壓強度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，佔14% 0.6mm ~2 mm: 8kg，佔16% 2mm 3.5mm: 7.5kg，佔15% 3.5 mm ~5 mm: 7kg， 佔14% 5mm 7mm: 9kg， 佔18% 7mm 10mm: 11.5kg，佔23% 膠粘劑基體7.8kg，其中 環氧樹脂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複合材料抗壓強度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，佔14% 0.6mm 2mm: 8kg，佔16% 2mm 3.5mm: 7.5kg,佔15% 3.5 mm ~5 mm: 7kg， 佔14% 5mm 7腿9kg，佔18%7mm 10mm: 11.5kg，佔23% 膠粘劑基體11.6kg,其中 環氧樹脂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複合材料:抗壓強度97.64MPa，阻尼比0.207。
權利要求
1、玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料，其特徵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量分數為9％～20％，骨料的質量分數為79％～90％，玻璃纖維和碳纖維兩者的質量分數和為0.1％～1％。
2、 按照權利要求1所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料，其特徵是， 所述的合成樹脂為環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量分 數為合成樹脂60%~70%，固化劑20%~25%,增韌劑5%~11%，稀釋劑5%~13%。
3、按照權利要求2所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料，其特徵是，所 述的合成樹脂優選環氧樹脂。
4、 按照權利要求1所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料，其特徵是， 所述的花崗巖顆粒或砂石顆粒骨料粒徑為0.1mm 10mm。
5、 按照權利要求1所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料，其特徵是， 所述的玻璃纖維和碳纖維為短纖維隨機取向分布在複合材料中，玻璃纖維和碳纖維的長度均 為5 25mrn。
6、 按照權利要求1所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料，其特徵是，所述的玻璃纖維與碳纖維的質量比優選l: 3 5: 3。
7、 玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料的製備方法，其特徵是，包括以下步驟a)將花崗巖顆粒或砂石顆粒篩分，按粒徑範圍分為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 粒骨料清洗乾淨並乾燥，然後根據不同粒徑級別按一定質量比稱取後混合均勻；b)稱取玻璃 纖維和碳纖維，採用矽垸偶聯劑浸泡法處理玻璃纖維，採用複合處理法處理碳纖維；c)稱取 液態合成樹脂、稀釋劑、增韌劑和固化劑並混合成均勻的樹脂體系，將經過表面處理的玻璃 纖維和碳纖維加入混合均勻的樹脂體系，並攪拌使其分布均勻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，再澆鑄到模具中並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，振幅範圍為0.2~0.5mm,持續振動的時間為10~30分 鍾；e)將振實後的複合材料在室溫下養護3天，固化成型後開模，開模後繼續室溫養護10-15 天。
8、 按照權利要求7所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料的製備方法， 其特徵是，步驟a)中，所述的花崗巖顆粒或砂石顆粒骨料各粒徑級別所用的質量佔骨料總量 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、 按照權利要求7所述的玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料的製備方法， 其特徵是，步驟b)中，所述的複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， 並保溫8小時，然後再用矽烷偶聯劑浸泡處理。
全文摘要
本發明公開了一種玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複合材料及其製備方法，屬於複合材料技術領域。玻璃纖維和碳纖維混合增強聚酯礦物複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過均勻混合、澆鑄、固化等步驟製備而成，其中膠粘劑基體的質量分數為9％～20％，骨料的質量分數為79％～90％，玻璃纖維和碳纖維兩者的質量分數和為0.1％～1％。該種複合材料具有優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％，可作為優良的機械基礎件材料。
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 優先權日2009年4月17日
發明者張建華, 白文峰 申請人:山東大學