人造花岗岩复合材料的改进

乔天鸿

随着我国数控机床制造业向精密、高速方向发展，人们对机床的加工精度、動静态稳定性和热稳定性等方面都提出了越来越高的要求，床身等基础件性能的好坏直接影响精密机床的加工精度和零件的表面质量。因此，床身等基础件的选材十分重要。

目前，机床床身等基础件材料主要有铸铁、钢板和型钢焊接结构、普通混凝土、预应力钢筋混凝土、天然花岗岩和人造花岗岩等。多年来，铸铁材料一直作为制造机床的主要材料，经过人们不断的探索研究，其特性几乎发挥到了极致。但铸铁材料不仅需耗费大量的能源熔化成型和消除应力，且因应力无法完全消除、热传导系数大，不能很好地满足机床高精度及其稳定性等方面的要求，加上恶劣的环境现状，迫使我们逐步改变高能耗、高污染的传统材料，采用低耗洁净的高性能新型机床床身材料。

我利用课外时间参加了低耗高性能机床基础件新材料课题小组，第一次接触到人造花岗岩复合材料。

在研究过程中，结合所学理论知识，我认为在现有人造花岗岩复合材料原材料中增加聚丙烯纤维，可改善材料性能。

一、现有人造花岗岩复合材料的基本组成

人造花岗岩是以环氧树脂加上适量固化剂、稀释剂作为黏结剂，将不同粒度的天然花岗岩骨料及填料充分混合、振动成型、固化而成的一种复合材料。

花岗岩为脆性材料，在制作过程中，虽加入了塑性的黏结剂成分，具有良好的减振性能，但韧性不足。

二、人造花岗岩复合材料性能改进

1.原材料

（1）黏结剂

参考已有技术并经过大量对比试验，选用低分子量双酚A型环氧树脂E-44、聚酰胺树脂作为固化剂，为保证固化体系具有合适的性能和操作性能，在实际操作中，添加的固化剂用量可根据计算值作适当调整。

（2）稀释剂

环氧树脂在常温下是一种黏稠状液体，搅拌困难，为降低树脂的黏度，增大树脂的流动性，使其在搅拌过程中有较好的渗透力，固化时不产生气泡，需要在环氧树脂里添加适量稀释剂。

常用的稀释剂有丙酮、甲苯、二甲苯、无水乙醇等。有些稀释剂不参与固化反应，但在固化过程中会产生大量气泡，影响材料的密实度，综合考虑本文选用无水乙醇。

（3）骨料

骨料是环氧树脂混凝土材料的主要组成部分之一，其粒度选择比例将对环氧树脂混凝土性能有直接影响。骨料粒径分为8级，粒径在2.5mm以上的称为粗骨料，粒径在2.5mm以下的称为细骨料。

在细骨料中分为0mm至0.1mm、0.1mm至0.2mm、0.2mm至0.5mm、0.5mm至1.25mm、1.25mm至2.5mm五个等级，其作用是填充粗骨料框架缝隙以保证环氧树脂混凝土的密实度。

粗骨料中分为2.5 mm至5mm、5mm至10mm、10mm至15mm三个等级，其作用为与胶结剂结合形成混凝土框架。经过大量实验，得出粗、细骨料最佳比例。

（4）填料

为改善环氧树脂混凝土工作性能、热膨胀系数及收缩率，增加其机械强度和尺寸稳定性，以消除固化过程中的成型应力、孔穴和裂纹，环氧树脂混凝土材料除上述骨料外，还需加入适量的石英粉、碳酸钙粉、云母粉、滑石粉等填料。

（5）聚丙烯纤维

为提高现有人造花岗岩的抗冲击性、防水隔热性，选用规格为30mm至50mm纤维强度高、耐酸、耐碱的聚丙烯短纤维。

2.试件制备过程

人造花岗岩复合材料具体配方见表1，制作工艺流程如图1所示，制作的试件如图2所示。