[发明专利]由聚合物混凝土制造的机器部件和该类机器部件的制造方法

说明书

本发明是关于用聚合物混凝土制造物品，特别是机器部件，例如机器床身、机架、测试台台板及类似部件的方法。在这种聚合物混凝土中由颗粒状岩石作混合填料与树脂粘合剂、固化剂以及添加剂混合，然后充入一个铸型并对其进行压缩。采用由强度高的岩石破碎成的、具有经一条筛选线限定的混合比的颗粒，并采用一种粘合剂体系。在液态下的压缩过程中这种粘合剂体系使岩石颗粒得到浸润并具有润滑效应。

按已知方法，（如已发表的达姆施塔特城累姆有限公司的“普勒克辛里斯MA-混凝土结构件”-“Plexilith    MA-Beton    Konstruktionsteile”der    Roehm    GmbH，Darmstadt），用粘合剂包住颗粒可达到较好的内聚力。此种聚合物混凝土的机械强度和弹性模数主要受粘合剂的影响。要保持持久性能是件困难的事，特别是蠕变稳定性，因为稳定性要经过一段长的时间后，例如100天后，才能形成。

1983年3月18日设在苏黎世累根斯多夫的弗利直·施图特尔公司的坦诺尔先生在题为“聚合物混凝土在机床制造中的应用”的报告中曾指出，应努力谋求使机器床身的负荷尽可能通过形状连接全部由岩石传递。应采用适宜的粘合剂体系，它在处理和压缩过程中对岩石颗粒起润滑作用。报告中还进一步指出，经筛分线限定了混合比的、各种大小的岩石颗粒，不应由于微裂纹而减弱其强度。选择岩石时应注意采用高强度岩石，它的密实度要大，并且在结构上尽可能没有方向性。最好选用深成岩，如玄武岩、燧石、辉长岩、辉绿石、闪长岩和火成岩。还应指出，岩石表面的断裂结构以及岩石的外形具有重要的意义。

本发明的任务是创造一种本文开始所述的方法，用以能生产强度更高、持久性能好并且蠕变性能好的物品，特别是机器部件。

为解决这项任务，可采用比岩石弹性模数更高的硬质混合填料颗粒做为细粒成份，采用粉碎成基本上是立方体的颗粒，将颗粒混合物和粘合剂体系浇注到模子中，然后对其进行压缩，使尽量多的相邻的颗粒互相接触。在压缩过程中，粘合剂体系至少是部分地在颗粒之间受到排挤并被挤到岩石颗粒之间的间隙中和岩石颗粒的外侧。

相对而言，采用这种方法制成的聚合物混凝土机械部件的性能受粘合剂的影响很小。通过采用硬质材料做为填料混合物中的细粒成份，可以使机械性能特别是弹性模数以及强度大为改善，因为迄今正是这些细粒成份是导致上述性能下降的主要因素。此种聚合物混凝土的性能与天然岩石的性能很近似，并且还有明显的改进。因为岩石颗粒以及硬质材料颗粒彼此直接接触，并互相支承，所以直接由颗粒传递出现的作用力。近似立方体颗粒的很大优点是有利于互相形成致密排列，并能在彼此间形成面靠面的状态。如果颗粒具有齿状或凹凸状断裂面也是有利的，因为它们可互相楔紧，使其也能传递不垂直于叠加面的作用力。颗粒互相楔紧后彼此不会出现移动。由于岩石颗粒和硬质材料颗粒对作用力的直接传递进一步排除了粘合剂的影响，在固化过程中，机器部件的外形尺寸几乎不会收缩，对持久性能，特别是抗蠕变稳定性也很有好处。

由于最小的颗粒，特别是粉状颗粒对用聚合物混凝土制造的部件的抗蠕变稳定性以及弹性模数起着消极的影响，因此微粒在混凝土中所占比重应尽可能少。因此，在发明的另一结构形式中规定，确定岩石颗粒粒度的混合比的筛分线应通过试验确定，对试验物体进行蠕变试验，由结果规定细微颗粒部分所占比重。此种规定一方面排除了不允许的蠕变，而另一方面防止出现超过各别气孔大小的空腔。

在发明的另一结构形式中应用了硬质材料的颗粒，其粒度不大于1毫米。当细颗粒为约1毫米粒度的硬质材料时，其聚合物混凝土的强度和弹性模数得到明显的改善。

在发明的另一结构形式中规定，可用氧化铝、碳化硅、氮化硅、石英或者这些物质的混合物作为细颗粒成份，这些材料一方面具有很高的弹性模数，其弹性模数甚至比钢的还高;另一方面，它们的货源充足，价格也较便宜，因此，从总体而言，不会提高造价。

按本发明制造的机器部件的总的优点是可减小部件的壁厚及减小其他尺寸，因为采用硬质材料的细颗粒后使强度明显改进。

在发明的另一结构形式中，规定采用液态粘度约为100至300毫帕·秒的粘合剂体系，譬如，采用具有脂肪族聚酰胺固化剂的双酚A-环氧树脂粘合剂体系是适宜的。此种粘合剂一方面具有上述粘度，可使颗粒较易滑入形成最大致密度的相应位置;而另一方面，这种粘合剂也容易在颗粒之间受到排挤。当然应调节粘合剂，使其在压缩结束之前达到胶凝点。实践证明，在粘合剂调节后的约2至3小时后达到胶凝点是有利的。