[发明专利]一种自润滑复合材料及自润滑复合材料模具的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备及模具制造领域，具体涉及一种自润滑树脂基复合材料制备方法及采用该材料制造模具的方法。

背景技术

目前，模具的制造方法主要分为两类：传统模具制造方法和快速模具制造方法。传统模具制造方法包括数控铣床铣削加工、电火花加工、线切割加工、电解加工、电铸建工等。这些制造方法普便存在着工艺复杂、加工周期长、成本高等不足，不适合于小批量和个性化产品的制造。

申请号为03134500.X的专利申请“电弧喷涂汽车覆盖件冲压模具快速制造方法”，以金属电弧喷涂技术为主，结合玻璃钢成型，环氧树脂成型、电刷镀等技术实现了汽车覆盖件模具的快速制造。该方法包括喷涂母模准备，基体处理，金属电弧喷涂，背衬材料填充、电刷镀等工艺步骤。

申请号为200410155567.2的专利申请“复合树脂模具”，公开一种复合树脂模，包括由模具骨架，填充物和包固层组成。该树脂模具还包括由结晶石膏注成的模体，模体型面上包覆的由玻璃纤维布和E446101环氧树脂积层所形成的FRP背层和刷涂由尤洛树脂、爱牢达树脂或由含确定比例金刚砂的E446101环氧树脂所形成的耐磨表层。

US528005的美国专利：Machinable，High Strength Epoxy ToolingCompostions，公开了一种可加工高强度复合材料的制备方法。它是由质量分数为5％～12％的双酚A型环氧树脂，质量分数为3％～8％的polyoxypropylene amine catalyst，质量分数为60～85％的主要成分为铁粉的三种不同粒径的填料，质量分数5％～15％的粒径小于250μm的玻璃纤维和质量分数为0.01～1％的表面活性剂组成。但是该发明制造的材料没有自润滑性能。

Appl.No.08/840,003的专利：Tooling die insert and rapid method forfabricating same公开了一种压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状一样的母模，然后装配母模后向其中灌注软模材料制成软模，再向软模中填充金属粉，将金属粉通过冷压凝固后形成“绿件”，将“绿件”热压后就可形成固实的模具。

快速模具制造方法主要是针对新车型开发和样车试制。目前使用较多的有如下几种：中低熔点浇注技术、金属喷涂技术、铸铁浇注/数控加工技术、树脂浇注技术。中低熔点合金存在模具材料凝固收缩变形问题，并且模具型面受母模表面质量限制，模具精度，表面粗糙度难以保证。金属喷涂制造模具的周期和质量存在相当大的不确定性，并且喷涂表面的精度也不高。树脂基复合材料浇注在模具制造过程中存在材料收缩，浇注过程中产生气泡等问题。总的来说，快速模具制造方法普遍存在模具精度不高的问题。

发明内容

针对现有的模具制造技术中存在的精度不高和使用材料中不具有自润滑功能的问题，本发明提供一种自润滑树脂基复合材料及制备方法。同时提供一种采用自润滑树脂基复合材料制造模具的方法。

本发明的自润滑树脂基复合材料的制备方法为：按质量百分比将25.2～35.5％的环氧树脂、22.3～31.6％的固化剂、28.3～41.9％的铁粉或27.4～43.2％的铝粉、1.5～3.9％的纳米三氧化二铝粉或1.8～3.9％的纳米二氧化硅粉、1.4～3.9％的二硫化钨或二硫化钼，1.8～4.4％的碳纤维，1～2％的偶联剂混合，然后将混合物在球磨机上球磨5～6小时，球磨完毕后在真空注型机中真空脱气5～10分钟，用于制造自润滑模块。

按照上述方法得到的自润滑树脂基复合材料：含质量百分比25.2～35.5％的环氧树脂、22.3～31.6％的固化剂、28.3～41.9％的铁粉或27.4～43.2％的铝粉、1.5～3.9％的纳米三氧化二铝粉或1.8～3.9％纳米二氧化硅粉、1.4～3.9％的二硫化钨或二硫化钼，1.8～4.4％的碳纤维，1～2％的偶联剂。

本发明的环氧树脂为E型环氧树脂E-51、E-44或E-42；固化剂为脂环族多胺中温固化剂；自润滑粒子为粒径为0.1～2.0μm的二硫化钼粉、二硫化钨粉或碳纤维；偶联剂采用通式为Y(CH₂)_nSiX₃的硅烷偶联剂，其中，n＝0～3；X为氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等，Y其团为氨基或者环氧基。

自润滑树脂基复合材料制造模具的方法包括发下步骤：

1)自润滑复合材料模块制备