機(jī)床用樹(shù)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(duì)零部件的加工精度提出了越來(lái)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(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)，主要通過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)，無(wú)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(kāi)發(fā)阻尼性能優(yōu)良的機(jī)床床身用材料。

2、>　　樹(shù)脂礦物復(fù)合材料（Resin Mineral Composite，下文簡(jiǎn)稱RMC）是一種多相復(fù)合材料，以破碎后的石材為骨料，以樹(shù)脂為基體，并通過(guò)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(shù)脂、固化劑、脫模劑、增強(qiáng)組分等，并對(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性，并對(duì)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(shù)脂固化物熱膨脹特性曲線在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化區(qū)增長(zhǎng)速率突變的現(xiàn)象?；诃h(huán)氧樹(shù)脂的固化特性，通過(guò)后固化工藝改善了RMC的熱膨脹和力學(xué)性能。通過(guò)分析多

4、種兩相復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)預(yù)測(cè)模型對(duì)RMC熱膨脹系數(shù)的預(yù)測(cè)精度，獲得了預(yù)測(cè)RMC熱膨脹系數(shù)上、下限及變化規(guī)律的模型?；诘刃A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(cè)模型，并通過(guò)模型對(duì)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(shù)脂用量的概念。綜合考慮粉煤灰與礦粉填料對(duì)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?jí)配方法，計(jì)算了RMC

5、的連續(xù)級(jí)配方案。基于最大密度曲線理論對(duì)所得連續(xù)級(jí)配方案進(jìn)行評(píng)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(jí)配方案。
　　基于分形理論獲得了某粒級(jí)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(jí)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(jí)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(jí)配、級(jí)配方式、最大骨料粒徑、樹(shù)脂用量、振動(dòng)時(shí)間以及

6、消泡劑用量對(duì)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(zhǎng)度對(duì)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(duì)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(duì)RMC進(jìn)行增強(qiáng)，確定了纖維的最佳用量和長(zhǎng)度。對(duì)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