人造花崗巖復(fù)合材料的改進

喬天鴻

隨著我國數(shù)控機床制造業(yè)向精密、高速方向發(fā)展，人們對機床的加工精度、動靜態(tài)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等方面都提出了越來越高的要求，床身等基礎(chǔ)件性能的好壞直接影響精密機床的加工精度和零件的表面質(zhì)量。因此，床身等基礎(chǔ)件的選材十分重要。

目前，機床床身等基礎(chǔ)件材料主要有鑄鐵、鋼板和型鋼焊接結(jié)構(gòu)、普通混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土、天然花崗巖和人造花崗巖等。多年來，鑄鐵材料一直作為制造機床的主要材料，經(jīng)過人們不斷的探索研究，其特性幾乎發(fā)揮到了極致。但鑄鐵材料不僅需耗費大量的能源熔化成型和消除應(yīng)力，且因應(yīng)力無法完全消除、熱傳導(dǎo)系數(shù)大，不能很好地滿足機床高精度及其穩(wěn)定性等方面的要求，加上惡劣的環(huán)境現(xiàn)狀，迫使我們逐步改變高能耗、高污染的傳統(tǒng)材料，采用低耗潔凈的高性能新型機床床身材料。

我利用課外時間參加了低耗高性能機床基礎(chǔ)件新材料課題小組，第一次接觸到人造花崗巖復(fù)合材料。

在研究過程中，結(jié)合所學(xué)理論知識，我認為在現(xiàn)有人造花崗巖復(fù)合材料原材料中增加聚丙烯纖維，可改善材料性能。

一、現(xiàn)有人造花崗巖復(fù)合材料的基本組成

人造花崗巖是以環(huán)氧樹脂加上適量固化劑、稀釋劑作為黏結(jié)劑，將不同粒度的天然花崗巖骨料及填料充分混合、振動成型、固化而成的一種復(fù)合材料。

花崗巖為脆性材料，在制作過程中，雖加入了塑性的黏結(jié)劑成分，具有良好的減振性能，但韌性不足。

二、人造花崗巖復(fù)合材料性能改進

1.原材料

（1）黏結(jié)劑

參考已有技術(shù)并經(jīng)過大量對比試驗，選用低分子量雙酚A型環(huán)氧樹脂E-44、聚酰胺樹脂作為固化劑，為保證固化體系具有合適的性能和操作性能，在實際操作中，添加的固化劑用量可根據(jù)計算值作適當調(diào)整。

（2）稀釋劑

環(huán)氧樹脂在常溫下是一種黏稠狀液體，攪拌困難，為降低樹脂的黏度，增大樹脂的流動性，使其在攪拌過程中有較好的滲透力，固化時不產(chǎn)生氣泡，需要在環(huán)氧樹脂里添加適量稀釋劑。

常用的稀釋劑有丙酮、甲苯、二甲苯、無水乙醇等。有些稀釋劑不參與固化反應(yīng)，但在固化過程中會產(chǎn)生大量氣泡，影響材料的密實度，綜合考慮本文選用無水乙醇。

（3）骨料

骨料是環(huán)氧樹脂混凝土材料的主要組成部分之一，其粒度選擇比例將對環(huán)氧樹脂混凝土性能有直接影響。骨料粒徑分為8級，粒徑在2.5mm以上的稱為粗骨料，粒徑在2.5mm以下的稱為細骨料。

在細骨料中分為0mm至0.1mm、0.1mm至0.2mm、0.2mm至0.5mm、0.5mm至1.25mm、1.25mm至2.5mm五個等級，其作用是填充粗骨料框架縫隙以保證環(huán)氧樹脂混凝土的密實度。

粗骨料中分為2.5 mm至5mm、5mm至10mm、10mm至15mm三個等級，其作用為與膠結(jié)劑結(jié)合形成混凝土框架。經(jīng)過大量實驗，得出粗、細骨料最佳比例。

（4）填料

為改善環(huán)氧樹脂混凝土工作性能、熱膨脹系數(shù)及收縮率，增加其機械強度和尺寸穩(wěn)定性，以消除固化過程中的成型應(yīng)力、孔穴和裂紋，環(huán)氧樹脂混凝土材料除上述骨料外，還需加入適量的石英粉、碳酸鈣粉、云母粉、滑石粉等填料。

（5）聚丙烯纖維

為提高現(xiàn)有人造花崗巖的抗沖擊性、防水隔熱性，選用規(guī)格為30mm至50mm纖維強度高、耐酸、耐堿的聚丙烯短纖維。

2.試件制備過程

人造花崗巖復(fù)合材料具體配方見表1，制作工藝流程如圖1所示，制作的試件如圖2所示。