一种高强度矿物复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高强度矿物复合材料及其制备方法 (High-strength mineral composite material and preparation method thereof ) 是由 赵明威 王建军 罗振华 苟鸿敏 刘辉 于 2021-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明属于矿物复合材料技术领域,公开了一种高强度矿物复合材料及其制备方法,该高强度矿物复合材料包括以下原料：胶剂、骨料和填料；其中,所述胶剂包含改性环氧树脂和固化剂；所述骨料包含纤维、粒径0.2-2mm的砂料和粒径3-15mm的石料；所述填料包含水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰。制备的高强度矿物复合材料能够满足机床床身及底座类零件对材料的各项物理性能要求,且综合成本低、强度高、吸震性好、制作过程清洁环保,是机械制造行业铸铁材料的完美替代产品。(The invention belongs to the technical field of mineral composite materials, and discloses a high-strength mineral composite material and a preparation method thereof, wherein the high-strength mineral composite material comprises the following raw materials: glue, aggregate and filler; wherein the glue comprises a modified epoxy resin and a curing agent; the aggregate comprises fibers, sand materials with the grain diameter of 0.2-2mm and stone materials with the grain diameter of 3-15 mm; the filler comprises cement, mineral powder, fly ash and silica fume. The prepared high-strength mineral composite material can meet various physical property requirements of machine tool beds and base parts on the material, is low in comprehensive cost, high in strength, good in shock absorption, clean and environment-friendly in manufacturing process, and is a perfect substitute product for cast iron materials in the mechanical manufacturing industry.)
技术领域
本发明涉及矿物复合材料技术领域，具体涉及一种高强度矿物复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科技水平不断提高，消费者对机械产品有了更高的需求，对制造业提出了更高的要求。机床作为制造业的基础核心，其床身、底座等基础部件的振动、蠕变和热变形等问题会对机床的整机性能和加工精度产生较大的影响。
目前，机床的床身、底座等基础部件主要以铸铁件或钢材焊接结构为主，能源消耗大，碳排放和环境污染严重，且现有的铸铁机床床身抗压强度100MPa，其抗压强度较低，无法满足市场需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高强度矿物复合材料及其制备方法，制备的高强度矿物复合材料能够满足机床床身及底座类零件对材料的各项物理性能要求，且综合成本低、强度高、吸震性好、制作过程清洁环保，是机械制造行业铸铁材料的完美替代产品。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
(一)一种高强度矿物复合材料，包括以下原料：胶剂、骨料和填料；其中，所述胶剂包含改性环氧树脂和固化剂；所述骨料包含纤维、粒径0.2-2mm的砂料和粒径3-15mm的石料；所述填料包含水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰。
优选的，所述改性环氧树脂包含双酚环氧树脂E51、双酚环氧树脂NTEF170、超支化芳香族液体环氧树脂HTME2、消泡剂DU607、偶联剂KH650。
进一步优选的，所述改性环氧树脂包含40-45％双酚环氧树脂E51、40-45％双酚环氧树脂NTEF170、8-15％超支化芳香族液体环氧树脂HTME2、0.1-0.3％消泡剂DU607、1-2％偶联剂KH650。
优选的，所述固化剂包含主固化剂、促进剂、活性稀释剂，其占比分别为85-90％、1.5-3％、5-15％。
进一步优选的，所述主固化剂为复合固化剂改性脂环胺固化剂LT8045和/或改性芳香胺固化剂JK215；所述促进剂为DMP30；所述活性稀释剂为XY746辛基缩水甘油醚。
优选的，所述骨料包含3-5％纤维、30-45％粒径0.2-2mm的砂料和55-65％粒径3-15mm的石料。
优选的，所述填料包含20-30％水泥、20-30％矿粉、20-35％粉煤灰和8-20％硅灰。
优选的，所述胶剂、所述骨料和所述填料分别占所述高强度矿物复合材料总质量的9-15％、70-84％和7-15％。
(二)一种高强度矿物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将双酚环氧树脂E51、双酚环氧树脂NTEF170、超支化芳香族液体环氧树脂HTME2、消泡剂DU607、偶联剂KH650混合，搅拌均匀，得改性环氧树脂；
步骤2，将主固化剂、促进剂、活性稀释剂混合，搅拌均匀，得固化剂；
步骤3，将纤维、粒径0.2-2mm的砂料和粒径3-15mm石料混合，搅拌均匀，得骨料；将水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰混合，搅拌均匀，得填料；将所述骨料与所述填料混合后，搅拌均匀，得混合物；
步骤4，将所述改性环氧树脂、固化剂和混合物混合均匀并加入真空挤出机中挤出，得到挤出物；
步骤5，将所述挤出物加入模具中震动填实后，静置并脱模，得高强度矿物复合材料。
优选的，步骤5中，所述震动的时间为30-40min，所述静置的时间为8-12h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明把超支化技术应用到本发明中来改性环氧树脂体系，应用复合固化剂在常温条件下固化，最终结果矿物复合材料在抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弹性模量、热变形温度超过国家标准。且制备得到高强度矿物复合材料，其强度高、气孔小、易成形、精度好，抗压强度能达到100-190MPa，抗拉强度为40-50，弹性模量为45-50(在没有添加钢，碳纤维条件下)，应用此工艺技术生产机床运动部件提供良好技术支持。
(2)本发明制备得到的高强度矿物复合材料能够满足机床床身及底座类零件对材料的各项物理性能要求，且综合成本低、强度高、吸震性好、制作过程清洁环保，所得的矿物复合材料是机械制造行业铸铁件或钢材制作机床的床身、底座等基础部件的完美替代产品。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1
一种高强度矿物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将双酚环氧树脂E51A、双酚环氧树脂NTEF170B、超支化芳香族液体环氧树脂HTME2C、国中研所消泡剂DU607、偶联剂KH650在反应釜中支化改性，得改性环氧树脂；其中，E51A、NTEF170B、HTME2C、DU607和KH650在改性环氧树脂中的占比分别为44％、43.8％、10％、0.2％、2％。
步骤2，将主固化剂、促进剂DMP30、活性稀释剂XY746辛基缩水甘油醚混合，搅拌均匀，得固化剂；其中，主固化剂为质量比为1:1复合固化剂改性脂环胺固化剂LT8045和改性芳香胺固化剂JK215；主固化剂、促进剂、活性稀释剂在固化剂中的占比分别为90％、2％、8％。
步骤3，将纤维、粒径0.2-2mm的砂料和粒径3-15mm石料混合，搅拌均匀，得骨料；其中，纤维、粒径0.2-2mm的砂料和粒径3-15mm石料在骨料中的占比分别为3％、40％、57％。将水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰混合，搅拌均匀，得填料；其中，水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰在填料中的占比分别为30％、30％、30％、10％。将骨料与填料混合后，搅拌均匀，得混合物。
步骤4，将改性环氧树脂、固化剂和混合物混合均匀并加入真空挤出机中挤出，得到挤出物；其中，胶剂(包含质量比为1:1.5的改性环氧树脂和固化剂)、骨料和填料在高强度矿物复合材料中的占比分别为10％、80％、10％。
步骤5，将挤出物加入模具中高频震动35min填实后，静置12h并脱模，得高强度矿物复合材料，抗压强度为186MPa，抗拉强度为40MPa，弹性模量为48。
实施例2
一种高强度矿物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将双酚环氧树脂E51A、双酚环氧树脂NTEF170B、超支化芳香族液体环氧树脂HTME2C、国中研所消泡剂DU607、偶联剂KH650在反应釜中支化改性，得改性环氧树脂；其中，E51A、NTEF170B、HTME2C、DU607和KH650在改性环氧树脂中的占比分别为40％、44％、13.7％、0.3％、2％。
步骤2，将主固化剂、促进剂DMP30、活性稀释剂XY746辛基缩水甘油醚混合，搅拌均匀，得固化剂；其中，主固化剂为复合固化剂改性脂环胺固化剂LT8045和改性芳香胺固化剂JK215；主固化剂、促进剂、活性稀释剂在固化剂中的占比分别为85％、2％、13％。
步骤3，将纤维、粒径0.2-2mm的砂料和粒径3-15mm石料混合，搅拌均匀，得骨料；其中，纤维、粒径0.2-2mm的砂料和粒径3-15mm石料在骨料中的占比分别为4％、42％、54％。将水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰混合，搅拌均匀，得填料；其中，水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰在填料中的占比分别为20％、25％、35％、20％。将骨料与填料混合后，搅拌均匀，得混合物。
步骤4，将改性环氧树脂、固化剂和混合物混合均匀并加入真空挤出机中挤出，得到挤出物；其中，胶剂(包含质量比为1:2的改性环氧树脂和固化剂)、骨料和填料在高强度矿物复合材料中的占比分别为9％、78％、13％。
步骤5，将挤出物加入模具中高频震动30min填实后，静置10h并脱模，得高强度矿物复合材料，抗压强度为150Pa，抗拉强度为42Pa，弹性模量为50
实施例3
一种高强度矿物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将双酚环氧树脂E51A、双酚环氧树脂NTEF170B、超支化芳香族液体环氧树脂HTME2C、国中研所消泡剂DU607、偶联剂KH650在反应釜中支化改性，得改性环氧树脂；其中，E51A、NTEF170B、HTME2C、DU607和KH650在改性环氧树脂中的占比分别为45％、42.4％、11.5％、0.1％、1％。
步骤2，将主固化剂、促进剂DMP30、活性稀释剂XY746辛基缩水甘油醚混合，搅拌均匀，得固化剂；其中，主固化剂为复合固化剂改性脂环胺固化剂LT8045和改性芳香胺固化剂JK215；主固化剂、促进剂、活性稀释剂在固化剂中的占比分别为87％、3％、10％。
步骤3，将纤维、粒径0.2-2mm的砂料和粒径3-15mm石料混合，搅拌均匀，得骨料；其中，纤维、粒径0.2-2mm的砂料和粒径3-15mm石料在骨料中的占比分别为5％、30％、65％。将水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰混合，搅拌均匀，得填料；其中，水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰在填料中的占比分别为25％、25％、35％、15％。将骨料与填料混合后，搅拌均匀，得混合物。
步骤4，将改性环氧树脂、固化剂和混合物混合均匀并加入真空挤出机中挤出，得到挤出物；其中，胶剂(包含质量比为2:1的改性环氧树脂和固化剂)、骨料和填料在高强度矿物复合材料中的占比分别为11％、75％、14％。
步骤5，将挤出物加入模具中高频震动40min填实后，静置8h并脱模，得高强度矿物复合材料，抗压强度为138Pa，抗拉强度为45MPa，弹性模量为50
实施例4
一种高强度矿物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将双酚环氧树脂E51A、双酚环氧树脂NTEF170B、超支化芳香族液体环氧树脂HTME2C、国中研所消泡剂DU607、偶联剂KH650在反应釜中支化改性，得改性环氧树脂；其中，E51A、NTEF170B、HTME2C、DU607和KH650在改性环氧树脂中的占比分别为45％、44.8％、8％、0.2％、2％。
步骤2，将主固化剂、促进剂DMP30、活性稀释剂XY746辛基缩水甘油醚混合，搅拌均匀，得固化剂；其中，主固化剂为改性脂环胺固化剂LT8045；主固化剂、促进剂、活性稀释剂在固化剂中的占比分别为86.5％、1.5％、12％。
步骤3，将纤维、粒径0.2-2mm的砂料和粒径3-15mm石料混合，搅拌均匀，得骨料；其中，纤维、粒径0.2-2mm的砂料和粒径3-15mm石料在骨料中的占比分别为4％、40％、56％。将水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰混合，搅拌均匀，得填料；其中，水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰在填料中的占比分别为30％、27％、35％、8％。将骨料与填料混合后，搅拌均匀，得混合物。
步骤4，将改性环氧树脂、固化剂和混合物混合均匀并加入真空挤出机中挤出，得到挤出物；其中，胶剂(包含质量比为1:1的改性环氧树脂和固化剂)、骨料和填料在高强度矿物复合材料中的占比分别为15％、70％、15％。
步骤5，将挤出物加入模具中高频震动35min填实后，静置10h并脱模，得高强度矿物复合材料，抗压强度为155Pa，抗拉强度为40MPa，弹性模量为45
以上实施例中，应用新型超支化芳香族液体环氧树脂HTME2改性双酚环氧树脂E51、双酚环氧树脂NTEF170体系，得到的新型改性环氧树脂体系黏度很低，且是化学改性，彻底改变分子结构，加上用黏度低的复合固化剂进行固化，填料添加达到15％，凝胶时间达到4-5小时，石头和沙子、填料有充分浸润时间，所得矿物复合材料强度高、气孔小、易成形、精度好，各种指标超国家标准。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
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