專利名稱：：一種自潤滑復(fù)合材料及自潤滑復(fù)合材料模具的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備及模具制造領(lǐng)域，具體涉及一種自潤滑樹脂基復(fù)合材料制備方法及采用該材料制造模具的方法。
背景技術(shù)：
：目前，模具的制造方法主要分為兩類傳統(tǒng)模具制造方法和快速模具制造方法。傳統(tǒng)模具制造方法包括數(shù)控銑床銑削加工、電火花加工、線切割加工、電解加工、電鑄建工等。這些制造方法普便存在著工藝復(fù)雜、加工周期長、成本高等不足，不適合于小批量和個(gè)性化產(chǎn)品的制造。申請?zhí)枮?3134500.X的專利申請"電弧噴涂汽車覆蓋件沖壓模具快速制造方法"，以金屬電弧噴涂技術(shù)為主，結(jié)合玻璃鋼成型，環(huán)氧樹脂成型、電刷鍍等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了汽車覆蓋件模具的快速制造。該方法包括噴涂母模準(zhǔn)備，基體處理，金屬電弧噴涂，背襯材料填充、電刷鍍等工藝步驟。申請?zhí)枮?00410155567.2的專利申請"復(fù)合樹脂模具"，公開一種復(fù)合樹脂模，包括由模具骨架，填充物和包固層組成。該樹脂模具還包括由結(jié)晶石膏注成的模體，模體型面上包覆的由玻璃纖維布和E446101環(huán)氧樹脂積層所形成的FRP背層和刷涂由尤洛樹脂、愛牢達(dá)樹,脂或由含確定比例金剛砂的E446101環(huán)氧樹脂所形成的耐磨表層。US528005的美國專利Machinable,HighStrengthEpoxyToolingCompostions,公開了一種可加工高強(qiáng)度復(fù)合材料的制備方法。它是由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~12%的雙酚A型環(huán)氧樹脂，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%8%的polyoxypropyleneaminecatalyst,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6085%的主要成分為鐵粉的三種不同粒徑的填料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%15%的粒徑小于250pm的玻璃纖維和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.011%的表面活性劑組成。但是該發(fā)明制造的材料沒有自潤滑性能。Appl.No.08/840,003的專利Toolingdieinsertandrapidmethodforfabricatingsame公開了一種壓模嵌入件的快速制造方法。首先用光固化或者其它快速成型方法制造和嵌入件形狀一樣的母模，然后裝配母模后向其中灌注軟模材料制成軟模，再向軟模中填充金屬粉，將金屬粉通過冷壓凝固后形成"綠件"，將"綠件"熱壓后就可形成固實(shí)的模具?？焖倌＞咧圃旆椒ㄖ饕轻槍π萝囆烷_發(fā)和樣車試制。目前使用較多的有如下幾種中低熔點(diǎn)澆注技術(shù)、金屬噴涂技術(shù)、鑄鐵澆注/數(shù)控加工技術(shù)、樹脂澆注技術(shù)。中低熔點(diǎn)合金存在模具材料凝固收縮變形問題，并且模具型面受母模表面質(zhì)量限制，模具精度，表面粗糙度難以保證。金屬噴涂制造模具的周期和質(zhì)量存在相當(dāng)大的不確定性，并且噴涂表面的精度也不高。樹脂基復(fù)合材料澆注在模具制造過程中存在材料收縮，澆注過程中產(chǎn)生氣泡等問題?？偟膩碚f，快速模具制造方法普遍存在模具精度不高的問題。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有的模具制造技術(shù)中存在的精度不高和使用材料中不具有自潤滑功能的問題，本發(fā)明提供一種自潤滑樹脂基復(fù)合材料及制備方法。同時(shí)提供一種采用自潤滑樹脂基復(fù)合材料制造模具的方法。本發(fā)明的自潤滑樹脂基復(fù)合材料的制備方法為按質(zhì)量百分比將25.235.5%的環(huán)氧樹脂、22.331.6%的固化劑、28.341.9%的鐵粉或27.443.2%的鋁粉、1.53.9%的納米三氧化二鋁粉或1.83.9°/。的納米二氧化硅粉、1.43.9%的二硫化鎢或二硫化鉬，1.84.4%的碳纖維，12%的偶聯(lián)劑混合，然后將混合物在球磨機(jī)上球磨56小時(shí)，球磨完畢后在真空注型機(jī)中真空脫氣510分鐘，用于制造自潤滑模塊。按照上述方法得到的自潤滑樹脂基復(fù)合材料含質(zhì)量百分比25.235.5%的環(huán)氧樹脂、22.331.6%的固化齊1」、28.341.9%的鐵粉或27.443.2%的鋁粉、1.53.9%的納米三氧化二鋁粉或1.83.9%納米二氧化硅粉、1.43.9%的二硫化鉤或二硫化鉬，1.84.4%的碳纖維，12%的偶聯(lián)劑。本發(fā)明的環(huán)氧樹脂為E型環(huán)氧樹脂E-51、E-44或E-42;固化劑為脂環(huán)族多胺中溫固化劑；自潤滑粒子為粒徑為0.12.0pm的二硫化鉬'粉、二硫化鎢粉或碳纖維；偶聯(lián)劑采用通式為Y(CH2)nSiX3的硅烷偶聯(lián)劑，其中，n=03;X為氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等，Y其團(tuán)為氨基或者環(huán)氧基。自潤滑樹脂基復(fù)合材料制造模具的方法包括發(fā)下步驟1)自潤滑復(fù)合材料模塊制備根據(jù)所需制作的模具的大小，制備長為100200mm，寬為3060mm，高度為1530mm的復(fù)合材料模塊，根據(jù)模塊的尺寸制備相應(yīng)模塊的模具，澆注前在模塊模具表面涂脫模劑并預(yù)熱到8(TC85r，將自潤滑樹脂基復(fù)合材料澆注到預(yù)熱完畢的模具中，并將模具置于80'C85"的恒溫箱中預(yù)固化67小時(shí)，脫模后，在135'C145"C下后固化1617小時(shí)得到自潤滑樹脂基復(fù)合材料的模塊2)支撐模板和模具圍框的制備依據(jù)模具的CAD數(shù)據(jù)，對需要加工的模具的表面數(shù)據(jù)向內(nèi)或向外偏移，得到支撐模板型面數(shù)據(jù)，偏移量為制備的模塊高度的1/3-1/2，得到支撐模板的相關(guān)數(shù)據(jù)，以支撐模板的相關(guān)數(shù)據(jù)加工制造支撐模板，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)制造模具圍框，將支撐模板和圍框連接并固定。'3)模塊堆積以支撐模板為基準(zhǔn)，采用強(qiáng)力粘接劑粘接，堆積復(fù)合材料模塊，得到大致的模具型面輪廓，經(jīng)24小時(shí)待強(qiáng)力粘接劑粘接完全固化后得到需要的模具毛坯。4)灌注支撐模塊堆積完畢后翻轉(zhuǎn)圍框，取出支撐模板，向圍框中灌注高強(qiáng)度水泥直至水泥凝固；5)數(shù)控加工模具按照需要加工的模具表面的數(shù)據(jù)，使用數(shù)控機(jī)床對模具毛坯進(jìn)行數(shù)控加工，加工完畢后即得到模塊化自潤滑樹脂基復(fù)合材料模具。本發(fā)明的母模采用石膏，木材、泡沫塑料或者鋼板制成。'本發(fā)明制備自潤滑復(fù)合材料能提高模具的耐磨性能，向環(huán)氧樹脂中加入鐵粉，鋁粉，納米Si02粉，納米Al203粉等粉末通過彌散增強(qiáng)提高材料機(jī)械性能，向材料中加入MoS2，WS2，碳纖維等自潤滑粒子以提高材料表面的耐磨性能。采用本發(fā)明制備的高性能自潤滑樹脂基復(fù)合材料模塊堆積制造模具型面毛坯。采用高強(qiáng)度水泥作為支撐材料以降低模具成本，使用數(shù)控機(jī)床加工模具表面以保證模具精度。該模具制造方法結(jié)合傳統(tǒng)模具制造方法和快速模具制造方法，取長補(bǔ)短。制造周期介于兩種制造方法之間，但是具有成本低，精度高等特占。圖1是本發(fā)明模具模塊的示意圖。圖2是本發(fā)明模具水泥補(bǔ)強(qiáng)的示意圖。圖3是本發(fā)明模具數(shù)控加工的示意圖。其中1是復(fù)合材料模塊，2是模具圍框，3是支撐模板，4是高強(qiáng)度水泥，5是加工機(jī)床主軸及加工刀具具體實(shí)施方式'下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。一種自潤滑樹脂基復(fù)合材料含質(zhì)量百分比25.235.5%的環(huán)氧樹7脂、22.331.6%的固化劑、28.341.9%的鐵粉或27.443.2°/。的鋁粉、1.53.9%的納米三氧化二鋁粉或1.83.9%納米二氧化硅粉、1:43.9%的二硫化鎢或二硫化鉬，1.84.4%的碳纖維，12%的偶聯(lián)劑。本發(fā)明的環(huán)氧樹脂為E型環(huán)氧樹脂E-51、E-44或E-42;固化劑為脂環(huán)族多胺中溫固化劑；自潤滑粒子為粒徑為0.12.0pm的二硫化鉬粉、二硫化鎢粉或碳纖維；偶聯(lián)劑采用通式為Y(CH2)。SiX3的硅垸偶聯(lián)劑，其中，n=03;X為氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等，Y其團(tuán)為氨基或者環(huán)氧基。一種自潤滑樹脂基復(fù)合材料的制備方法為按質(zhì)量百分比將25.235.5%的環(huán)氧樹脂、22.331.6°/。的固化劑、28.341.9%的鐵粉或27，443.2%的鋁粉、1.53.9%的納米三氧化二鋁粉或1.83.9%的納米二氧化硅粉、1.43.9%的二硫化鎢或二硫化鉬，1.84.4%的碳纖維，12°/。的偶聯(lián)劑混合，然后將混合物在球磨機(jī)上球磨56小時(shí)，球磨完畢后在真空注型機(jī)中真空脫氣510分鐘，以8085'C加熱固化。采用自潤滑樹脂基復(fù)合材料制造模具的方法，包括下述步驟，參見圖1—圖3:1)復(fù)合材料模塊的制備'將復(fù)合材料采用澆注的方法制成長方體，根據(jù)所需制作的模具的大小，模塊尺寸為100200mm，寬為3060mm，高度為1530mm，根據(jù)模塊的尺寸制備相應(yīng)模塊的模具，澆注前在模塊模具表面涂脫模劑并預(yù)熱到80°C85°C，將自潤滑樹脂基復(fù)合材料澆注到預(yù)熱完畢的模具中，并將模具置于8(TC85X:的恒溫箱中預(yù)固化67小時(shí)，脫模后，在135。C145"C下后固化1617小時(shí)得到自潤滑樹脂基復(fù)合材料的模塊l，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)請見下表2)支撐模板3和模具圍框2的制備，'依據(jù)模具的CAD數(shù)據(jù)，對需要加工的模具的表面數(shù)據(jù)向內(nèi)或向外偏移，得到支撐模板型面數(shù)據(jù)，偏移量為制備的模塊高度的1/31/2，得到支撐模板3的相關(guān)數(shù)據(jù)，以支撐模板3的相關(guān)數(shù)據(jù)加工制造支撐模板3，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)制造模具圍框2，將支撐模板3和圍框2連接并固定。3)模具毛坯制造以支撐模板3為基準(zhǔn)，采用強(qiáng)力粘接劑粘接，堆積復(fù)合材料模塊1，將空間填滿，經(jīng)24小時(shí)待強(qiáng)力粘接劑粘接完全固化后得到需要的模具毛坯。見圖r4)灌注支撐將復(fù)合材料模塊堆積完畢固化后的模具，翻轉(zhuǎn)圍框，取出支撐模板，'向圍框中灌注高強(qiáng)度水泥4，直至水泥凝固，見圖2;:5)數(shù)控加工模具按照需要加工的模具表面的數(shù)據(jù)，使用數(shù)控機(jī)床5對由模塊堆積并經(jīng)固化后的模具毛坯進(jìn)行數(shù)控加工，加工完畢后即得到模塊化自潤滑樹脂基復(fù)合材料模具，見圖3。下表是本發(fā)明自潤滑樹脂基復(fù)合材料的制備方法中的實(shí)施例的具體數(shù)據(jù)；實(shí)環(huán)氧固化鐵粉鋁粉納納_碳偶球加真'施樹脂劑米米硫硫纖聯(lián)磨熱空例化化維劑時(shí)固脫氧氧鉬鎢間化氣化化小溫時(shí)硅時(shí)度間鋁粉分粉鐘135.531.528.41.81.81580622623.341.83.9326838335.531.628.31.81.815,58510426.123.340.83.93.925.3825535.531.628.31.81.815.8847626.122.341.83.93.925.1819735.431.628.41.81.815.6826,825.223.341.83.93.91.95,98559<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1、一種自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于首先按質(zhì)量百分比將25.2～35.5％的環(huán)氧樹脂、22.3～31.6％的固化劑、28.3～41.9％的鐵粉或27.4～43.2％的鋁粉、1.5～3.9％的納米三氧化二鋁粉或1.8～3.9％的納米二氧化硅粉、1.4～3.9％的二硫化鎢或二硫化鉬，1.8～4.4％的碳纖維和1～2％的偶聯(lián)劑混合，然后將混合物在球磨機(jī)上球磨5～6小時(shí)，球磨完畢后在真空注型機(jī)中真空脫氣5～10分鐘，用于制造自潤滑模塊。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所說的環(huán)氧樹脂為E型環(huán)氧樹脂E-51、E-44或E-42。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所說的固化劑為脂環(huán)族多胺中溫固化劑。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所說的自潤滑粒子為粒徑為0.12.0拜的二硫化鉬、二硫化鎢和碳纖維。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所說的偶聯(lián)劑采用通式為Y(CH2)nSiX3的硅烷偶聯(lián)劑，其中，ii=03;X為可氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等，Y其團(tuán)為氨基或者環(huán)氧基。6、一種按照權(quán)利要求1所述的制備方法得到的自潤滑復(fù)合材料，其特征在于含質(zhì)量百分比25.235.5%的環(huán)氧樹脂、22.331.6%的固化劑、28.341.9%的鐵粉或27.443.2%的鋁粉、1.53.9%的納米三氧化二鋁粉或1.83.9%納米二氧化硅粉、1.43.9%的二硫化鉬粉或二硫化鎢，1.84.4%的碳纖維，12%的偶聯(lián)劑。7、一種采用權(quán)利要求1所述的自潤滑復(fù)合材料模具的制造方法，其特征在于-1)自潤滑復(fù)合材料模塊制備根據(jù)所需制作的模具的大小，制備長為100200mm，寬為3060mm，高度為1530mm的復(fù)合材料模塊，根據(jù)模塊的尺寸制備相應(yīng)模塊的模具，澆注前在模塊模具表面涂脫模劑并預(yù)熱到8(TC85T:，將自潤滑樹脂基復(fù)合材料澆注到預(yù)熱完畢的模具中，并將模具置于80°C85t:的恒溫箱中預(yù)固化67小時(shí)，脫模后，在135"C145t:下后固化1617小時(shí)得到自潤滑樹脂基復(fù)合材料的模塊；2)支撐模板和模具圍框的制備依據(jù)模具的CAD數(shù)據(jù)，對需要加工的模具的表面數(shù)據(jù)向內(nèi)或向外偏移，得到支撐模板型面數(shù)據(jù)，偏移量為制備的模塊高度的1/31/2，得到支撐模板的相關(guān)數(shù)據(jù)，以支撐模板的相關(guān)數(shù)據(jù)加工制造支撐模板，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)制造模具圍框，將支撐模板和圍框連接并固定。3)模具毛坯制造以支撐模板為基準(zhǔn)，采用強(qiáng)力粘接劑粘接，堆積復(fù)合材料模塊，將空間填滿，經(jīng)24小時(shí)待強(qiáng)力粘接劑粘接完全固化后得到需要的模具毛坯。4)灌注支撐將復(fù)合材料模塊堆積完畢固化后的模具，翻轉(zhuǎn)圍框，取出支撐模板，.向圍框中灌注高強(qiáng)度水泥，直至水泥凝固；5)數(shù)控加工模具按照需要加工的模具表面的數(shù)據(jù)，使用數(shù)控機(jī)床對模具毛坯進(jìn)行數(shù)控加工，加工完畢后即得到模塊化自潤滑樹脂基復(fù)合材料模具。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的自潤滑樹脂基復(fù)合材料制造模具的方法，其特征在于所說的靠模板采用石膏，木材、泡沫塑料或鋼板材料制成。全文摘要自潤滑樹脂基復(fù)合材料制備方法及采用該材料制造模具的方法，首先將環(huán)氧樹脂、固化劑、鐵粉或鋁粉、納米三氧化二鋁粉或二氧化硅粉、二硫化鎢或二硫化鉬，碳纖維及偶聯(lián)劑混合，經(jīng)過球磨、真空除氣過程制成自潤滑樹脂基復(fù)合材料，將自潤滑樹脂基復(fù)合材料澆注到模具中，加熱固化得到自潤滑樹脂基復(fù)合材料模塊；以模具的型面數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，通過型面CAD數(shù)據(jù)的偏移，偏移量為模塊尺寸的1/3～1/2，生成靠模CAD數(shù)據(jù)，制造靠模板，以靠模板為基準(zhǔn)，粘結(jié)、堆積樹脂模塊，制造出模具毛坯，然后在樹脂模塊背部澆注高強(qiáng)度水泥混凝土，用于補(bǔ)強(qiáng)。將得到的模具毛坯數(shù)控銑削加工，得到模具型面。文檔編號C08L63/00GK101463181SQ20091002083公開日2009年6月24日申請日期2009年1月8日優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日發(fā)明者何仲云,盧秉恒,吳華英,平朱,軍洪,王伊卿申請人:西安交通大學(xué);快速制造國家工程研究中心