機(jī)床用樹脂礦物復(fù)合材料熱膨脹及力學(xué)性能研究.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展對零部件的加工精度提出了越來越高的要求，精密與超精密加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。超精密加工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)影響工件的加工質(zhì)量。為使機(jī)床有效吸收加工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)，主要通過優(yōu)化床身結(jié)構(gòu)和選擇阻尼性能優(yōu)良的床身材料兩種途徑。目前機(jī)床床身及其它基礎(chǔ)構(gòu)件主要使用鑄鐵和焊接鋼材制造，其阻尼性能較差，不能有效吸收加工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)，無法滿足精密與超精密加工的需求。為推動(dòng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，有必要研究開發(fā)阻尼性能優(yōu)良的機(jī)床床身用材料。

2、>　　樹脂礦物復(fù)合材料（Resin Mineral Composite，下文簡稱RMC）是一種多相復(fù)合材料，以破碎后的石材為骨料，以樹脂為基體，并通過添加一系列輔助組分進(jìn)行增韌增強(qiáng)，具有高阻尼、耐腐蝕、成型能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。然而RMC較低的力學(xué)強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，限制了其在超精密加工機(jī)床床身中的廣泛使用。
　　基于RMC的構(gòu)成及各組分特性，優(yōu)選骨料、樹脂、固化劑、脫模劑、增強(qiáng)組分等，并對固化劑用量進(jìn)行計(jì)算。基于Eshelby等效夾雜理論，

3、建立了RMC的混合夾雜模型，利用Mori-Tanaka法分別計(jì)算了等效基體模型與混合夾雜模型的有效模量，獲得了RMC有效彈性模量的近似解析解。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性，并對RMC彈性模量的影響因素進(jìn)行了理論分析。
　　以平均線膨脹系數(shù)作為RMC熱膨脹性能的表征參量。基于自由體積理論，合理解釋了樹脂固化物熱膨脹特性曲線在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化區(qū)增長速率突變的現(xiàn)象?；诃h(huán)氧樹脂的固化特性，通過后固化工藝改善了RMC的熱膨脹和力學(xué)性能。通過分析多

4、種兩相復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)預(yù)測模型對RMC熱膨脹系數(shù)的預(yù)測精度，獲得了預(yù)測RMC熱膨脹系數(shù)上、下限及變化規(guī)律的模型。基于等效夾雜理論，結(jié)合RMC有效模量的混合夾雜模型，建立了考慮氣孔的三相復(fù)合材料有效熱膨脹系數(shù)預(yù)測模型，并通過模型對熱膨脹系數(shù)的影響因素進(jìn)行了理論分析。
　　引入了RMC中凈樹脂用量的概念。綜合考慮粉煤灰與礦粉填料對RMC性能及其預(yù)拌混合物工作性的影響，確定了兩種粉料的基準(zhǔn)添加量范圍?；诜中喂橇霞壟浞椒ǎ?jì)算了RMC

5、的連續(xù)級配方案?；谧畲竺芏惹€理論對所得連續(xù)級配方案進(jìn)行評價(jià)，并將分形維數(shù)在F=2.3～2.6之間細(xì)分。綜合考慮RMC的組分構(gòu)成與各組分特性，設(shè)計(jì)了RMC的粗骨料斷級配方案。
　　基于分形理論獲得了某粒級單顆骨料平均體積和平均表面積的篩孔尺寸統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，獲得了某粒級單位質(zhì)量骨料總表面積的篩孔尺寸統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，計(jì)算了不同級配方案間骨料總表面積的定量關(guān)系。系統(tǒng)研究了骨料粒徑、骨料級配、級配方式、最大骨料粒徑、樹脂用量、振動(dòng)時(shí)間以及

6、消泡劑用量對RMC熱膨脹和力學(xué)性能的影響規(guī)律。
　　基于剪滯理論建立了纖維-基體的應(yīng)力傳遞模型，利用模型分析了纖維軸向拉應(yīng)力和纖維-基體界面剪應(yīng)力的分布規(guī)律，分析了纖維長度對纖維軸向拉應(yīng)力和纖維-基體界面剪應(yīng)力的影響規(guī)律，分析了纖維用量對纖維軸向最大拉應(yīng)力和纖維-基體界面最大剪應(yīng)力的影響規(guī)律。添加芳綸纖維對RMC進(jìn)行增強(qiáng)，確定了纖維的最佳用量和長度。對芳綸纖維表面進(jìn)行超聲波處理和氧化-偶聯(lián)處理，系統(tǒng)研究了芳綸纖維的表面處理機(jī)理，以