本发明属于矿物铸造技术领域，涉及一种高强度矿物铸造机床机架及其制备方法。
背景技术：
矿物铸件是以天然石料为骨料、热固性树脂为胶黏剂，经过混合搅拌、振动密实、聚合反应固化而制成的一种高充填的新型复合材料。矿物铸件材料的振动阻尼能力是铸铁的6-8倍，比钢铁的振动阻尼高大约9-10倍，因为材料的阻尼性能越高，其加工精度越高，所以采用矿物铸件床身的机床具有良好的加工性能。由于矿物铸件材料的比热较高，但热传导系数很低，因此材料具有良好的热稳定性。矿物铸件还有密度小、耐腐蚀、尺寸稳定性好，生产周期短、成本低(低于铸铁)、材料来源广泛等优势，因此在实际制造工业中，可以替代铸铁等传统金属材料，能够减少大气污染、降低材料成本。
但是现有技术中的矿物铸件的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度较低，在使用过程中容易造成开裂、断裂等问题。如中国专利申请(cn201610069783.8)公开了一种基于鹅卵石的复材机床床身矿物铸件及其制备方法，以鹅卵石和石英砂为主料，以耐高温环氧树脂为粘结剂，以碳纤维和稀有金属为填料，然而其强度仍有待提高，并且传统的热固性环氧树脂本身交联密度很高，主链段在加热时运动困难，在固化成型后脆性大、韧性小，抗剥离强度极差，因此导致制得的矿物铸件易开裂，强度提高有限。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种强度高、抗震性能优异、外观好的矿物铸造机床机架。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种高强度矿物铸造机床机架，所述机床机架包括以下重量份数的组分：
花岗岩砂100份，
高岭土15-33份，
重晶石粉6-8份，
sebs颗粒16-23份，
改性环氧树脂20-25份，
固化剂13-21份，
玻璃纤维15-23份。
本发明的机床机架以花岗岩砂为主料，添加了15-33份的高岭土，高岭土能够提高矿物铸件的强度和韧性，并能提高矿物铸件的耐热、耐腐蚀和耐候性；并且高岭土与sebs、环氧树脂具有较好的相容性，产生较强的连接力，从而增强矿物铸件的力学性能。但高岭土不能添加过多，否则会导致矿物铸件的脆性。添加的重晶石粉一方面可以作为填料增加矿物铸件的密度和强度，另一方面能够与高岭土协同作用，赋予矿物铸件良好的光学稳定性和光泽度，提高矿物铸件的外观性能；并且能够提高本发明主料与sebs的结合性能，从而提高矿物铸件的整体性能。本发明中添加的sebs能够提高矿物铸件的韧性和抗冲击性能，进一步提高其防震性能，避免了矿物铸件容易开裂的问题。
作为优选，所述花岗岩砂包括第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂，第一级花岗岩砂的粒径为500-800μm，第二级花岗岩砂的粒径为30-100μm，所述高岭土的粒径为5-10μm。
常规矿物铸件主料粒径一般为数十毫米，本发明改变传统，将主料制成微米级别粒径的颗粒，显著提高了矿物铸件的强度和韧性；同时本发明将主料花岗岩砂制成两种粒径的颗粒，较大粒径的第一级花岗岩砂作为骨料，较小粒径的第二级花岗岩砂和高岭土作为填料，第二级花岗岩砂和高岭土搭配使用，形成级配关系，进一步提高矿物铸件的密度和力学性能，能够有效保证矿物铸件的强度，而单独使用高岭土作为填料使用时，难以保证矿物铸件的强度。
作为优选，所述第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂的重量比例为(70-85):(15-30)。
作为优选，所述改性环氧树脂为添加有改性纳米sic的环氧树脂。
纳米sic活性很强，加入到环氧树脂中能够有效改善其柔韧性、抗冲击性能和耐湿热性，避免固化成型后脆性大、韧性小，抗剥离强度差的问题，从而提高矿物铸件的力学性能，延长其使用寿命。
作为优选，所述改性纳米sic为接枝有聚乙二醇的纳米sic。
接枝在纳米sic的聚乙二醇在催化剂存在下能够与环氧树脂发生化学键接，改善改性环氧树脂的柔韧性，并降低了改性环氧树脂的粘度，增加了改性环氧树脂的流动性，使得改性改性环氧树脂在浇铸时更好地渗透到骨料和填料的内部，延长固化时间，达到更好的胶结效果。同时聚乙二醇在纳米sic表面建立了空间位阻稳定层，提高了纳米sic在环氧树脂中的分散稳定性。
作为优选，所述改性纳米sic的添加量为环氧树脂重量的1.8-2.5％。
作为优选，所述固化剂为聚醚胺和芳香胺中的至少一种。
8、本发明的另一目的在于提供一种高强度矿物铸造机床机架的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
s1、对花岗岩砂进行清洗和干燥，然后与其他原料在真空环境下混合搅拌制得混合料；
s2、将混合料加入到模具中，在110-150℃温度下处理10-20min，然后在50-60℃的真空环境下加压固化10-18h，制得铸件，所述加压固化的压力为15-50mpa；
s3、将制得的铸件进行热处理，制得机床机架成品。
本发明对花岗岩砂进行清洗和干燥，能够去除在破碎制备过程中掺杂的大量尘土和其他杂质，避免对材料本身强度和粘结剂粘结能力的负面影响。在搅拌过程中采用真空环境，能够去除原料中的水分和产生的气泡，增加铸件的密实度。混合料在110-150℃下处理10-20min的目的在于使sebs颗粒颗粒熔化，在真空环境下加压固化能够提高铸件的生产效率，并进一步提高铸件的密实度，减少其内部缩孔的可能性，减少铸件形变，提高铸件的精密度。
作为优选，所述步骤s1中混合搅拌时间为20-50min，搅拌速度为50-90rmp。
搅拌时间太短，混合物就不能充分混合均匀，导致不能成型浇铸；如果转动搅拌时间太长，超过了环氧树脂的凝胶时间，混合物在还没有浇铸就已经固化成型，导致固化物流动性大大降低，无法成型。
作为优选，所述步骤s3中热处理为将铸件在23-30℃保温2-3h，然后降至室温静置13-20h。
本发明在铸件制成后在23-30℃保温2-3h能够释放铸件应力，在室温静置13-20h，能够使铸件性能达到最佳。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过合理配伍机床机架的原料组分，并通过特定的制备方法制成，使制得的机床机架具有优异的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度，具有较高的光泽度，使用寿命长。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
下面通过具体实施例对本发明中的作进一步解释。
实施例1
本实施例中的高强度矿物铸造机床机架包括以下重量份数的组分：
花岗岩砂100份，
高岭土15份，
重晶石粉6份，
sebs颗粒16份，
改性环氧树脂20份，
固化剂聚醚胺13份，
玻璃纤维15份。
其中，花岗岩砂包括第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂，第一级花岗岩砂的粒径为700-800μm，第二级花岗岩砂的粒径为80-100μm，高岭土的粒径为5-10μm，第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂的重量比例为70:30。
改性环氧树脂为添加有1.8wt％的改性纳米sic的环氧树脂，改性纳米sic为接枝有聚乙二醇的纳米sic。
实施例2
本实施例中的高强度矿物铸造机床机架包括以下重量份数的组分：
花岗岩砂100份，
高岭土20份，
重晶石粉7份，
sebs颗粒19份，
改性环氧树脂22份，
固化剂芳香胺15份，
玻璃纤维18份。
其中，花岗岩砂包括第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂，第一级花岗岩砂的粒径为500-600μm，第二级花岗岩砂的粒径为30-50μm，高岭土的粒径为5-10μm，第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂的重量比例为75:25。
改性环氧树脂为添加有2.0wt％的改性纳米sic的环氧树脂，改性纳米sic为接枝有聚乙二醇的纳米sic。
实施例3
本实施例中的高强度矿物铸造机床机架包括以下重量份数的组分：
花岗岩砂100份，
高岭土26份，
重晶石粉7份，
sebs颗粒21份，
改性环氧树脂23份，
固化剂芳香胺18份，
玻璃纤维21份。
其中，花岗岩砂包括第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂，第一级花岗岩砂的粒径为550-650μm，第二级花岗岩砂的粒径为50-70μm，高岭土的粒径为5-10μm，第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂的重量比例为80:20。
改性环氧树脂为添加有2.2wt％的改性纳米sic的环氧树脂，改性纳米sic为接枝有聚乙二醇的纳米sic。
实施例4
本实施例中的高强度矿物铸造机床机架包括以下重量份数的组分：
花岗岩砂100份，
高岭土33份，
重晶石粉8份，
sebs颗粒23份，
改性环氧树脂25份，
固化剂聚醚胺21份，
玻璃纤维23份。
其中，花岗岩砂包括第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂，第一级花岗岩砂的粒径为600-700μm，第二级花岗岩砂的粒径为70-90μm，高岭土的粒径为5-10μm，第一级花岗岩砂和第二级花岗岩砂的重量比例为85:15。
改性环氧树脂为添加有2.5wt％的改性纳米sic的环氧树脂，改性纳米sic为接枝有聚乙二醇的纳米sic。
实施例5
本实施例中高强度矿物铸造机床机架的制备方法包括以下步骤：
(1)、采用实施例3中的原料，将花岗岩砂和硅灰石用清水清洗2-5遍至没有灰尘和杂物为止进行，清洗后进行干燥，然后与其他原料在真空环境下混合搅拌20min制得混合料，混合搅搅拌速度为90rmp；
(2)、将混合料加入到模具中，在110℃温度下处理20min，然后在50℃的真空环境下加压固化18h，制得铸件，所述加压固化的压力为15mpa；
(3)、将制得的铸件在23℃保温3h，然后降至室温静置13h，制得机床机架成品。
实施例6
本实施例中高强度矿物铸造机床机架的制备方法包括以下步骤：
(1)、采用实施例3中的原料，将花岗岩砂和硅灰石用清水清洗2-5遍至没有灰尘和杂物为止进行，清洗后进行干燥，然后与其他原料在真空环境下混合搅拌30min制得混合料，混合搅搅拌速度为80rmp；
(2)、将混合料加入到模具中，在123℃温度下处理17min，然后在53℃的真空环境下加压固化16h，制得铸件，所述加压固化的压力为26mpa；
(3)、将制得的铸件在25℃保温2.5h，然后降至室温静置15h，制得机床机架成品。
实施例7
本实施例中高强度矿物铸造机床机架的制备方法包括以下步骤：
(1)、采用实施例3中的原料，将花岗岩砂和硅灰石用清水清洗2-5遍至没有灰尘和杂物为止进行，清洗后进行干燥，然后与其他原料在真空环境下混合搅拌40min制得混合料，混合搅搅拌速度为60rmp；
(2)、将混合料加入到模具中，在137℃温度下处理13min，然后在58℃的真空环境下加压固化13h，制得铸件，所述加压固化的压力为38mpa；
(3)、将制得的铸件在27℃保温2.5h，然后降至室温静置18h，制得机床机架成品。
实施例8
本实施例中高强度矿物铸造机床机架的制备方法包括以下步骤：
(1)、采用实施例3中的原料，将花岗岩砂和硅灰石用清水清洗2-5遍至没有灰尘和杂物为止进行，清洗后进行干燥，然后与其他原料在真空环境下混合搅拌50min制得混合料，混合搅搅拌速度为50rmp；
(2)、将混合料加入到模具中，在150℃温度下处理10min，然后在60℃的真空环境下加压固化10h，制得铸件，所述加压固化的压力为50mpa；
(3)、将制得的铸件在30℃保温2h，然后降至室温静置20h，制得机床机架成品。
实施例9-11
分别采用实施例1、2、4中的原料，按照实施例7的制备方法进行机床机架的制备。
对比例1
采用常规环氧树脂为粘结剂，其他与实施例7相同。
对比例2
原料中未添加高岭土，其他与实施例7相同。
对比例3
原料中未添加重晶石粉，其他与实施例7相同。
对比例4
原料中未添加sebs颗粒，其他与实施例7相同。
对比例5
花岗岩砂和高岭土采用常规尺寸即第一级花岗岩砂的粒径为10-30mm，第二级花岗岩砂和高岭土的粒径为1-3mm，其他与实施例7相同。
对比例6
市售常规矿物铸件。
将本发明实施例5-11、对比例1-6中制得的机床机架的性能进行比较，比较结果如表1所示。
表1：实施例5-11、对比例1-6中制得的机床机架的性能
综上所述，本发明通过合理配伍机床机架的原料组分，在原料中添加了高岭土、重晶石粉和sebs颗粒，并使用经过改性的环氧树脂，并通过特定的制备方法，同时在制备过程中采用在真空环境下混料的方法，以及加压固化、浇注后进行热处理，使制得的机床机架具有优异的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度，具有较高的光泽度，使用寿命长。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。