本發明屬于復合鍍層制備技術領域，具體涉及一種基于多尺度SiC顆粒混雜增強聚氨酯復合材料及其制備方法。
背景技術：
模具作為現代工業生產不可缺少的工裝，在生產中起著決定性的作用。目前的模具大多采用金屬材質，金屬模具的質量和壽命都很高，但其制作成本昂貴，尤其有一些外形復雜，存在機械加工困難、制造周期長，成本高和效率低的問題。
樹脂基復合材料具備許多優異的性能，如優良的化學穩定性，優良的耐腐蝕、耐疲勞性能，良好的粘接性能和較高的機械強度等。基于這些優點，樹脂基復合材料在化工、機械、電子和宇航等領域被廣泛應用。隨著化工工業的飛速發展，樹脂基復合材料強度和精度等方面不斷提高，使其制品的應用范圍也在不斷擴大，樹脂基復合材料制品所占比例不斷增加。相對于金屬材料而言，樹脂基復合材料制作成本低廉，易成型，加工周期短，修復時間短，這些優點使得它在模具領域具有巨大的應用潛力。
而現有技術中通常使用的單一或兩種SiC顆粒增強樹脂基復合材料存在硬度低，而且分布不均勻、摩擦系數高易磨損，使具有高硬度、耐腐蝕的SiC顆粒的性能得不到充分發揮，降低了復合材料的使用壽命。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種多尺度SiC顆粒混雜增強聚氨酯復合材料及其制備方法，在聚氨酯基體中，添加不同尺寸、不同含量的SiC顆粒，制備出硬度高、摩擦系數低的樹脂基復合材料。
為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：
一種多尺度SiC顆粒混雜增強聚氨酯復合材料，其組分及配比如下：
樹脂：100份；
SiC顆粒：20~40份；
所述的樹脂為聚氨酯和固化劑，且兩者的質量比為5:1。
所述SiC顆粒的粒徑分布為32~6000目，具體配比為：
粒徑32目 5~10wt%；
粒徑280目 10~15wt%；
粒徑500目 30~35wt%；
粒徑800目 30~35wt%；
粒徑6000目 5~10 wt%。
所述固化劑優選為多異氰酸酯，更優選為HDI三聚體。
本發明還公開了上述復合材料的制備方法，具體步驟如下：
A）粉末混合：采用水浴鍋，將稱量好的聚氨酯加熱到45℃，以降低聚氨酯的粘度；根據SiC顆粒的尺寸，從小到大依次加入到聚氨酯中；首先加入小尺寸顆粒，攪拌至小顆粒充分均勻分散后，按照顆粒尺寸從小到大，依次加入SiC顆粒，進行充分攪拌，使其均勻分散；按照聚氨酯：固化劑=5:1的要求添加固化劑，攪拌5min后，調制完成，整個過程溫度都維持在45℃；
B）涂覆：把調制好的復合材料，使用刷子，手工涂覆在事先準備的模樣表面，直至要求的厚度；采用刷子涂覆復合材料，可破壞在攪拌時卷入的空氣泡，減少復合材料內部的氣孔；
C）室溫固化：將涂覆好的模樣在室溫下固化24h，或在60℃下加熱固化。
本發明采用多尺度SiC顆粒混雜增強聚氨酯復合材料，的SiC顆粒尺寸級配組成上和現有的SiC顆粒增強聚氨酯基復合材料有很大的差異，在復合材料制備過程中，SiC顆粒尺寸從毫米級到微米級的不同含量的添加，大尺寸毫米級顆粒起整體強化作用，微米顆粒強化微米尺寸顆粒作用的基體，其局部強化作用，毫米、微米SiC顆粒對聚氨酯樹脂的整體、局部強化的協同作用，提高了復合材料整體的硬度和降低了摩擦系數，致密性好。而且所述聚氨酯、固化劑都采用已有的市售商品，無需改性處理。
附圖說明
圖1為本發明實施例1與單一級配SiC復合材料的摩擦系數對比圖。
具體實施方式
以下結合具體實施例對本發明作進一步說明。
實施例1
首先，采用水浴鍋，取75g市售聚氨酯加熱到45℃，等到聚氨酯的粘度降低后。分別稱量SiC顆粒：32目1.25g、280目2.5g、500目7.5g、800目7.5g、6000目1.25g；從6000目到32目，依次將上述SiC顆粒加入的聚氨酯基體中，攪拌均勻，使其充分分散。然后，添加15g HDI三聚體，攪拌5min 后，調制完成，整個過程溫度都維持在45℃。把調制好的復合材料，使用刷子，手工涂覆在事先準備的模樣表面，直至要求的厚度；最后，將涂覆好的模樣在室溫下固化24h。
實施例2
首先，采用水浴鍋，取75g聚氨酯加熱到45℃，等到聚氨酯的粘度降低后。分別稱量SiC顆粒：32目3.8g、280目5.6g、500目13.4g、800目13.4g、6000目3.8g；從6000目到32目，依次將上述SiC顆粒加入的聚氨酯基體中，攪拌均勻，使其充分分散。然后，添加15g市售固化劑，攪拌5min 后，調制完成，整個過程溫度都維持在45℃。把調制好的復合材料，使用刷子，手工涂覆在事先準備的模樣表面，直至要求的厚度；最后，將涂覆好的模樣在60℃下加熱固化6h。
對比例1
分別稱量SiC顆粒：32目8.0g、280目5.6g、500目12.4g、800目12.4g、6000目1.25g；從6000目到32目，依次將上述SiC顆粒加入的聚氨酯基體中，攪拌均勻，使其充分分散。按實施例1的固化工藝進行固化，制備復合材料。通過對復合材料截面觀察發現，不同尺度的SiC顆粒在復合材料內部分布不均勻，32目SiC顆粒主要分布在復合材料的底部，顆粒之間幾乎沒有其他尺度的SiC顆粒，這是由于32目SiC顆粒尺寸大，在樹脂固化前沉降快。
對比例2
分別稱量SiC顆粒：32目1.25g、280目2.5g、500目7.5g、800目7.5g、6000目6.5g；從6000目到32目，依次將上述SiC顆粒加入的聚氨酯基體中，攪拌均勻，使其充分分散。按實施例1的固化工藝進行固化，制備復合材料。通過對復合材料截面觀察發現，6000目SiC顆粒在復合材料的內部局部呈團聚態分布，這是由于6000目SiC顆粒尺寸過小，在攪拌過程中，不能完全破碎小尺寸的SiC顆粒團，在樹脂固化過程中就留在復合材料內部。
下表1為本發明多尺度SiC顆粒混雜增強的聚氨酯復合材料，與單一SiC顆粒增強聚氨酯復合材料的邵氏硬度和摩擦系數對比。本發明實施例1制備得到的復合材料進行摩擦力測試，與單一級配SiC增強復合材料對比，在100N載荷下，干摩擦，滑動時間20min。
如圖1所示，本發明多尺度SiC顆粒混雜增強的聚氨酯復合材料，與單一SiC顆粒增強聚氨酯復合材料相比較，摩擦系數最高降低約50%。