專利名稱:由聚合物混凝土制造機器零件和機器部件方法
本發明是關于用聚合物混凝土制造一些部件，特別是機器部件，例如制造機器底座、機架、測試臺板等的方法。高聚物混凝土系由顆粒狀巖石作混凝土填料與樹脂型粘合劑、固化劑以及添加劑混合，然后澆注，固化成型。采用強度高的巖石，破碎成顆粒狀，經篩選分成一定大小比例的顆粒狀混合物，并用粘合劑粘合。當液態固化時使固體顆粒潤濕，從而起到潤滑作用。
按已知方法，如已發表的達姆施塔特城，累姆有限公司的“普勒克辛里斯MA-混凝土結構件”-“Plexilith MA-Beton Kθnotruktionsteile”der Rǒhm GnbH，Darmstadt)，用粘合劑包住顆粒達到較好的內聚力。此種聚合物混凝土的機械強度和彈性模數主要受粘合劑的影響。要保持長時期的(優良)性能是件困難的事，特別是蠕變穩定性，因為穩定性首先是要經過一段長的時間后，例如100天后，才能判定出來。
關于這方面已發表有報告(見1983年3月18日佛利直·施圖特爾股份公司他尼爾先生Fritz studer AG，H·Tanner發表的“聚合物混凝土在機床中的應用”累根斯坦夫-蘇黎世Regen-sdorf-Zürich)指出，應努力謀求使機床應力盡可能由巖石承受。采用適宜的粘合劑在工藝前期以及固化時對巖石顆粒起著潤滑作用。報告中還進一步指出，各種大小巖石顆粒通過篩選分成一定的混合比例，不應由于產生微裂紋而減弱強度。選擇巖石時應注意采用高強度巖石，它的比重要大些，并且在結構上盡可能沒有方向性，最好選用深成巖，如玄武巖、燧石、輝長巖、輝綠石、閃長巖和火成巖并應指出，所有破碎的巖石表面結構以及巖石的外形具有重要的意義。
本發明的任務是創造一種能生產高強度，保持長期性以及有很好蠕變性的機器部件的方法。
可采用比巖石彈性模數更高的硬質混合細粒狀填料粒子，主要采用粉碎成基本上是立方形的顆粒，將顆粒混合物和粘合劑澆注到模子中，然后固化，過程中應使盡量多的相鄰的顆粒互相接觸，并使粘合劑體系至少是部分地進到混合填料中和巖石顆粒之間的空穴中以及外表面層，以滿足上述任務。
采用這種方法制成的聚合物混凝土的機械部件的性能受粘合劑的影響很小。在硬質材料的填料混合物中加入細顆粒部分可以使機械性能，特別使彈性模數以及強度得到改善，因為由目前知識可知，正是這些細顆粒對上述性能下降具有特別重要的作用。此種聚合物混凝土的性能與天然巖石的性能很近似，并且還有明顯的改進。因為由巖石顆粒和硬質材料組成的顆粒彼此直接接觸，互相支撐，可以直接由顆粒傳遞出現的作用力。近似立方形顆粒的最大優點是有利于互相形成致密體，并且彼此形成平面。其優點是如果顆粒成為齒狀或凹凸狀斷面時，也可互相楔緊，承擔和傳遞作用力，而不必調節各個表面互相垂直。顆粒互相楔緊后彼此不會出現移動。由于巖石顆粒和硬質材料對作用力的直接傳遞進一步排除了粘合劑的作用。在硬化過程中，可使機器部件的外形尺寸幾乎不會收縮，而且長期使用性和蠕變性也很好。
細微顆粒，特別是粉狀顆粒對聚合物混凝土制造的結構件的蠕變穩定性和彈性模數起著消極的影響。因此細微顆粒在混凝土中的含量應盡可能少。本發明進一步提出巖石顆粒的大小的混合比例的篩分線應通過試驗確定，對試驗物體進行蠕變試驗，由結果規定細微顆粒部分的含量。此種規定一方面排除了不允許的蠕變性，而另一方面防止出現由許多孔隙形成的空穴。
本發明進一步指出所用硬質材料的顆粒的粒度不大于1毫米。當細顆粒為約1毫米粒度的硬質材料時，其聚合物混凝土的強度和彈性模數得到明顯的改善。
本發明進一步規定，可用氧化鋁、碳化硅、氮化硅、石英或者這些物質的混合物作為細顆粒是適用的，這些東西一方面具有很高的彈性模數，比鋼的還高些;另一方面它們的價格也較便宜，這樣就使整個造價不致太貴。
按本發明制造的機器部件從總的講其優點還可減小壁厚及減小其他尺寸，因為采用硬質材料的細顆粒后使強度明顯改進。
本發明進一步的擴大規定，采用的粘合劑其液態時的粘度約為100至300毫帕·秒(mpa·Sec)。采用雙酚A-環氧樹脂和脂肪族聚酰胺固化劑粘合劑系統是適宜的。具有上述粘度的此種粘合劑一方面可使顆粒較易進入相應的位置，以形成最大的致密度;而另一方面也容易使顆粒之間互相擠緊。當然不應將粘合劑調節得使膠凝點接近固化終點。實踐證明，當粘合劑調節成經過2至3小時后達到膠凝點為最好。
本發明的另一特征和優點是借助于圖紙所示的全自動裝置實現按發明方法的解釋。當然在各部分沒有用自動化或用不同程度的自動化也可實現本發明方法的規定。
在制備聚合物混凝土的預備工作中，首先要選擇一種適宜的巖石。應根據要制作的聚合混凝土的結構件所希望的性能來決定要求，也就是說特別要注意最大的強度和最大的彈性模數。彈性模數應超過35000牛/毫米2。由于用聚合物混凝土制成的結構件中巖石顆粒彼此承擔著出現的作用力，因此它們應盡可能的沒有微裂紋。應按地質來源的觀點選擇巖石類型，特別是選深成巖如玄武巖、燧石、輝長巖、輝緣石、閃長石或火成巖，在這些巖石的形成歷史中未發生過折疊等現象，因而很少出現微裂紋。在選擇巖石時，也應進行巖石組成的分析，以及測定其物理性能和機械性能，例如比重、導熱性、熱膨脹系數等以及彈性模數和抗張強度。
按先面闡述的參數選擇巖石的種類，然后將巖石粉碎，粉碎后再進行檢驗。此種巖石是否適宜于用來制造聚合物混凝土，同時通過檢驗微裂紋來檢查破碎工序的質量。但破碎后首先應檢驗破碎的巖石顆粒。巖石顆粒應盡可能是立方形顆粒物，允許的邊長比約為1∶1.4。不適宜的形狀和園形顆粒最多應＜30%(顆粒數)。假如不能保持這種給定的立方形的體形，則用來制造聚合物混凝土所選的巖石質量不符合要求。
巖石顆粒的篩分與清洗及干燥過程共同進行，除去粉末狀粒子(約4微米)和粗顆粒(16毫米以上)。篩分過程至少要進行5小時。篩分后將1毫米左右以上的巖石粒子按其大小顆粒分別放于貯槽或容器中。再從這些貯槽或容器中取出按規定比例的大小尺寸巖石顆粒，其篩分等級將在后面再敘述。
細粉部份，也就是說小于1毫米顆粒度的巖石不能用。對這種粒度要采用硬質材料，也就是說采用比巖石彈性模數和抗張強度更高的材料，如氧化鋁，碳化硅、氮化硅或石英或者這些化合物的混合物作為硬質材料。這些硬質材料價格便宜，數量也能滿足要求。也可采用金屬作為硬質材料，如鋼或灰鑄鐵顆粒，加入這些硬質材料后，可以改善聚合物混凝土的性能。只有當聚合物混凝土制造的機器部件不會有強大的熱應力時，才采用此種金屬原料作硬質填加材料;否則將由于聚合物混凝土中不同的熱膨脹會造成損壞。如上所述的材料與金屬比較其優點是，它的彈性模數至少比鋼的彈性模數高一倍以上，這樣就可取得較好的效果。
按裝置附圖中三個容器1、2和3中放置著按顆粒大小篩分的巖石顆粒，4和5二個容器盛放已闡述過的硬質材料顆粒粒子。容器1至5安裝在運輸帶6的上部，按預先確定的相應混合比計量，將顆粒輸送至振動槽7中。振動槽7是輸送帶8的一部份，將所計量的粒子振動到強制混合器9中。在強制混合器9中混合后通過振動使顆粒物進到混合物預處理機10中，在這里加入粘合劑樹脂，固化劑和添加劑，用泵將它們從各個貯罐如11和12送進混合物預處理機10中。最好采用雙酚A-環氧樹脂與脂肪類聚酰胺固化劑，脂肪類聚酰胺粘度最小，為100至300毫帕·秒(mPas)。將粘合劑調節到二小時至三小時后達到膠凝點。在混合物預處理機10中將混合物準備好并加到澆注罐13中，最后制成澆注體14。澆注體14安置在振動臺桌上，此臺桌通過振動使澆注體致密，振動致密的時間長短取決于澆注體尺寸大小和澆注機器部件復雜的形式而定。在致密過程中，粘合劑系統在所調的粘度下起著潤滑劑作用，首先要使顆粒容易進入合適的位置中，以便能夠形成很大的堆積密度。此時顆粒擠入粘合劑系統并被樹脂膜所包圍，這樣就使顆粒之間直接接觸。大部份粘合劑被擠到上部，首先處于澆注體的上方形成一個粘合劑的“湖面”。機器部件成型時，首先澆注成頭部，繼而粘合劑由混合物中流出，再在所制造的結構件下部固化。通過調節振動使之致密化的方法也可在澆注體14中把混合物通過擠壓的辦法來代替，以達到很大的堆積密度，并使粘合劑流出。
所采用的澆注體必須與有關的材料和結構件相適應，必須能傳遞致密化所需的能量到填充物中去。按澆注的數量可采用木材或金屬，或者二者組合的澆注模型。在規定的結構件剛性范圍內一般講壁厚為60至80毫米。在重量相近的情況下大概相當于灰口鐵結構的三倍壁厚。由于堆積的材料不允許損壞，可以在負荷上特別是把臨界范圍任意增大，這對澆注體的重量增加并不多，而使結構件剛性提高很多。空穴可用所謂的喪失型芯來補充，因而有可能在構件內部有一個有利的靜力學構型。對于容許偏差約為十分之幾毫米范圍內若要加入金屬部件，則可預先固定于澆注模中，并且直接澆注在結構部件中。位置容許偏差處于百分之幾毫米范圍內的已加工好的機器部件將一個接一個的排好，然后澆注。將用一般方法對導軌進行直接鑄模或者先加工成導向元件再澆注。
如前所述，對每一種巖石先測出篩分線然后確定粒子顆粒度分配的混合比。對于顆粒大小分布首先按富勒(Fuller)確定分布曲線，然后澆注試樣棒，再進行蠕變試驗。試樣立方形橫切面為80×80毫米，長為一米。將其安置于距離為一米長的支架上，由試樣自身重量造成中部壓變，并藉助于測試表進行測定。由測定出的壓彎值對時間作曲線，此曲線即為蠕變曲線。經過一定時間例如三天后，試樣不再出現移動，也就是說蠕變停止時，即是允許的蠕變穩定性。一般講它與巖石顆粒形狀有關并接近富勒(Fuller)曲線。當試樣棒在蠕變試驗中不能達到蠕變穩定性，則應減少細顆粒的組份。然后重新制作試驗條和進行蠕變試驗。如果蠕變穩定性還達不到時，則應逐漸減少細顆粒，重新澆注試樣條和重復蠕變試驗。假如在減少細顆粒后在構件中會形成空穴，那么這種減少的程度就是極限值。假如減少細微粒子和防止形成空穴后還不能使蠕變性穩定，即所使用的巖石是不適宜的，特別是經粉碎后所形成的巖石粒子的體積形狀不適宜。經驗表明，與理想立方形比較，當邊長比超過1∶1.4時，在大多數情況下會出現這種問題。
權利要求
1.由聚合物混凝土制造機器部件，特別對于機床，它是由巖石粒子和一種或多種比巖石彈性模數更高的硬質材料組成的混合填料，通過篩分線以一定的混合比與粘合劑結合，其特征是巖石或硬質材料組成混合填料的微粒成份。由篩分線調節粒子粒度的混合比例，使微粒成份主要處于粉碎成的立方形的巖石粒子之間的空穴中彼此接近的平面上。
2.根據權利要求
1，制造機器部件的方法，如機床、機架、測試桌板和其他類似的部件，是由巖石粒子和比巖石彈性模數高的一種或多種硬質材料與粘合劑、樹脂和固化劑混合，澆注成型，采用強度高的巖石，將其破碎成顆粒，篩分成一定大小比例的顆粒混合物再與粘合劑結合，當液體固化時可同時使固體顆粒潤濕，從而起到潤滑作用。其特征是由硬質材料作為填料粒子，其數量將由篩分線來決定;而由一種或幾種固化劑混合形成填料的細粒部分，由于加了篩分線來的顆粒，其含量即按規定相對減少。采用破碎成基本上是立方形的巖石顆粒與粘合劑結合再澆注成型，盡可能的使相鄰的巖石粒子互相接觸。此時至少有部分粘合劑和細粒被巖石顆粒擠出而進入巖石顆粒之間的空穴中和外表面層。
3.根據權利要求
2的方法其特征是，通過試驗決定巖石顆粒粒度的混合比例的篩分線，由蠕變試驗結果來確定最細顆粒部分的數量。
4.根據權利要求
2和3的方法其特征是所使用的硬質材料的顆粒粒度在按規定的篩分線范圍內，而不大于1毫米。
5.根據權利要求
2至4的方法其特征是這些細粒是由氧化鋁，碳化硅，氮化硅，石英或由這些物質混合的石英玻璃組成。
6.根據權利要求
2至5的方法其特征是所采用的粘合劑液態時其粘度約為100至300毫帕·秒(mPa·Sec)。
專利摘要
本發明敘述用巖石顆粒在粘合劑中結合形成混合填料，混合物的聚合物混凝土制造機器部件的方法。此種聚合物混凝土具有比巖石更硬和彈性模數更高的特性。將打碎成立方體的顆粒以一定比例與粘合劑共同澆注成型。使盡可能多的相鄰顆粒能互相接觸。
文檔編號C04B26/10GK86100838SQ86100838
公開日1986年8月6日 申請日期1986年2月1日
發明者漢斯治·倫克爾, 馬丁·阿貝根 申請人:弗里茨-斯塔德股份公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan