一種採用橡膠結合劑的多孔海綿複合金剛石研磨丸片及其製備方法與流程
2023-04-27 22:30:56 2
本發明涉及屬於精密研磨拋光領域。具體涉及一種採用橡膠結合劑的多孔海綿複合金剛石研磨丸片及其製備方法。
背景技術：
橡膠結合劑磨具的製備方法很多且各有不同，有的將磨粒用樹脂結合劑組成塊狀集合體的，混入橡膠彈性配合料中而成型的丸片；有的採用樹脂結合劑使磨粒固結在磨粒粒度粗的橡膠彈性顆粒上而成型的彈性複合磨粒塊，再把這種塊使之具有一定氣孔率的相互結合成型而成的磨具。無論哪一種製法都是使用通過介質有機結合劑和樹脂粘結劑使磨粒成塊集合體的有機複合磨粒，磨具本身的橡膠彈性填充劑中所出現的氣孔量少，而且這些氣孔多是獨立的。因此，上述磨具產生如下的缺點：
(1)使用中，磨粒不僅易從丸片上脫落和飛濺，產生危險，而且飛濺的磨粒進入設備裡面導致設備產生故障。
(2)磨削效率低，對於曲面較多的工件不能均勻地進行磨削。
查閱大多數專利可得，普通磨具製備方法採用混料方法有一定的局限性，都未解決上述缺點。專利201310635637.3公布了一種新配方橡膠砂輪，此專利採用新型的原料配比，外觀大為提升且減輕了對環境的汙染，有效的降低了磨粒的使用量，節約了生產成本，經濟效益明顯，這種方法已經很優越，但由於機器工作過程中離心力發生變化，也會導致磨粒脫落和飛濺現象。飛濺問題可能會直接導致安全的問題。專利201310453677.6公布了一種軸承專用橡膠砂輪，此專利優化了保溫技術，採用了保溫延時技術，而使終溫事件縮短，增加了硬度，具有經久耐用，成本低廉的優點，但也沒有解決上述問題。
技術實現要素：
本發明的目的是解決在磨具使用過程中出現的磨粒容易脫落飛濺的現象。提供一種實用性強、加工效率高的避免磨粒容易飛濺的磨具製備方法。
為達到目的，本發明採用以下技術方案：
一種採用橡膠結合劑的多孔海綿複合金剛石磨料研磨丸片製備方法。多孔海綿複合金剛石研磨丸片是含有連續氣孔的橡膠彈性複合配合物中與複合顆粒結合為一體具有海綿狀細小連續氣孔組織的丸片，配方包括：金剛石磨料，添加劑，氣孔生成劑，樹脂粘結劑，橡膠，硫化劑，硫化助劑。
一種採用橡膠結合劑的多孔海綿複合金剛石磨料研磨丸片製備方法，包括以下步驟：
第一步，將適量的金剛石磨料，添加劑，氣孔生成劑，樹脂粘結劑混合，金剛石磨料等其他添加劑被樹脂粘結劑浸潤後，製成0.01～150微米的混合顆粒；
第二步，將第一步的製備的混合顆粒在熔融溫度下進行爐內熔燒製成複合混料，燒制完成後需將複合混料打碎粉化，然後過篩，得到複合磨料；
第三步，將第二步得到的複合磨粒和橡膠混合，在煉膠機中製成混合物1；
第四步，將第三步得到的橡膠混合物1中加入硫化劑，硫化助劑得到混合料2；
第五步，將第四步得到的混合料2首先壓製成研磨丸片，然後硫化成型，其硫化過程由常溫升溫到90～180℃，累計時間為10～20小時，其中保溫為2～5小時；
第六步，將得到的金剛石磨料橡膠結合劑研磨丸片隨室溫冷卻，得到的丸片是一種海綿形狀的細小氣孔組織丸片。
所述的金剛石磨料平均粒徑為0.01～100微米，按重量計50～300份；橡膠為天然橡膠，丁苯橡膠，丁腈橡膠，順丁橡膠，氯丁橡膠，矽橡膠，三元乙丙橡膠，橡塑共混材料中的一種或者多種，按重量計110份；添加劑為：炭黑1～20份，氧化鋅5～8份；氧化鎂8～10份，碳酸鈣3～5份，滑石粉3～5份，二硫化鉬5～8份，偶聯劑0.5～2份。偶聯劑為矽烷，鈦酸酯、鋁酸酯、高分子偶聯劑中的任意一種，加入偶聯劑是因為填料表面一般為親水性的，而聚合物是憎水的，兩者相容性較差，必須進行表面處理。
所述的氣孔生成劑為發泡劑、精萘、焦炭、木粉、核桃殼、尿素、小蘇打中的一種或者多種，其中發泡劑可以是碳酸氫鈉，碳酸氫氨，發泡劑ac(偶氮二甲酞胺)，發泡劑h(n,n-二亞硝基五亞甲基四胺)，發泡劑obsh(二苯磺醯肼醚)，發泡劑dab(二偶氮氨基苯)，發泡劑tsh(對甲苯磺醯肼)，發泡劑abin(偶氮二異丁睛)中的任意一種，氣孔生成劑按重量計6～10份。
所述的樹脂粘結劑可以是丙烯酸樹脂，聚氨酯樹脂，環氧樹脂，有機矽樹脂，酚醛樹脂，環氧樹脂，新酚樹脂，聚氨酯樹脂，聚醯亞胺樹脂，以及膠木粉中的任意一種，按重量計5～20份。
所述的硫化劑可以是硫黃、碲、硒、含硫化合物、過氧化物、醌類化合物、胺類化合物、樹脂和金屬化合物中的任意一種，按重量計1～20份；所述的硫化助劑包括防老劑，促進劑，硫化活性劑，防焦劑，按重量計1～10份。
所述的防老劑包括：酚類，硫化二丙酸酯，亞磷酸酯，防老劑nbc(n-二丁基二硫代氨基甲酸鎳)，防老劑dnp(n-二對苯二胺)，防老劑mb(二巰基苯並咪唑)，防老劑rd(2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體)，防老劑a(n-苯基-α-苯胺)，防老劑d(n-苯基-β-萘胺)，防老劑cppd(n-苯基-n-環己基對苯二胺)，防老劑ippd(n-苯基-n-異丙基-對苯二胺)，防老劑h(n-n-二苯基-對苯二胺)，防老劑264(4.4-雙(2.2-二甲基苄基)二苯胺)中的一種或者多種，按重量計1～2份。
所述的促進劑可以是無機促進劑或者有機促進劑中的一種或者多種，無機促進劑包括氧化鎂、氧化鉛，有機包括噻唑類、秋蘭姆類、次磺醯胺類、胍類、二硫代氨基甲酸鹽類、醛胺類、黃原酸鹽類和硫脲類，促進劑m(硫醇基苯並噻唑)，促進劑dm(二硫化二苯並噻唑)，促進劑tmtd(二硫化四甲基秋蘭姆)，促進劑tbbs(n-叔丁基-2-苯並噻唑次黃醯胺)，促進劑cz(n-環已基-2-苯並噻唑次磺醯胺)，按重量計1～3份。
所述的硫化活性劑是氧化鋅和硬脂酸，按重量計按重量計1～4份；所述的防焦劑是鄰羥基苯甲酸、鄰苯二甲酸酐、防焦劑nppa(亞硝基二苯胺)，防焦劑ctp(n-環己基硫代鄰苯二甲酞亞胺)中的一種或者多種，按重量計0.1～1份。
所述製備方法在於，第一步混合方法可以是v型桶混料機混合，球磨機混合，逆流混料機混合中的任意一種；第二步熔融溫度為70～200℃；第五步採用的壓製成型壓力為20～60mpa，壓制後的研磨丸片可以是圓柱形，星狀，四邊形，五邊形，六邊形或者其他多邊形。
本專利優點在於製備過程中在原料中加入了氣孔生成劑和海綿化用發泡劑，從而使丸片被海綿化後形成細小的連續氣孔組織丸片，依靠海綿化特有緩衝吸震的效果，解決了在使用過程中磨粒脫落和飛濺的現象。
附圖說明
圖1是粒徑2.5微米金剛石研磨丸片表面sem圖；
圖2是不同金剛石磨料含量條件下研磨丸片的磨損率和材料去除率關係圖；
圖3是不同金剛石磨料含量條件下研磨丸片對石英玻璃加工後的表面粗糙度和材料去除率；
圖4是碳酸氫鈉氣孔生成劑研磨丸片表面sem圖；
圖5是粒徑20微米金剛石研磨丸片表面sem圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步的說明：
實施例1
第一步，將適量的粒徑2.5微米的金剛石磨料和添加劑，氣孔生成劑，樹脂粘結劑在v型桶混料機中混合，金剛石磨料等其他添加劑被樹脂粘結劑浸潤後，製成2～5微米的混合顆粒。其中加入的樹脂粘結劑為環氧樹脂；氣孔生成劑為發泡劑obsh(二苯磺醯肼醚)，發泡劑obsh熱分解溫度較低，在130℃就可以緩慢分解，150℃時能快速分解，通常能在硫化溫度140℃左右下發泡，發氣量約為125ml/g，熱分解反應生成氮氣，熱分解產物殘渣是一種不揮發性聚合物，製得的微孔橡膠氣孔細緻均勻，在混料中滲透性小，形成閉孔或聯孔的氣孔結構，收縮率，孔眼不塌陷小，可以保證較小的變形量；
第二步，將第一步的製備的混合顆粒在熔融溫度100℃下進行燒結爐內熔燒製成複合混料，燒制完成後需將複合混料用打碎機打碎粉化，然後過篩，篩網孔徑2000目，得到複合磨料，其中混合顆粒各組分重量比例如表1所示；
表1混合顆粒各組分重量比例
第三步，將第二步得到的複合磨粒和丁苯橡膠混合，在煉膠機中製成混合物1；
第四步，將第三步得到的橡膠混合物1中加入硫化劑，硫化助劑得到混合料2，混合料2各組分重量比例如表2所示；
表2混合料2各組分重量比例
第五步，將第四步得到的混合料2首先壓製成研磨丸片，然後硫化成型，其硫化過程按一定升溫曲線由常溫升溫到145℃，累計時間為15小時，其中保溫為3小時。
第六步，將得到的金剛石磨料橡膠結合劑研磨丸片隨電熱乾燥箱緩慢冷卻冷卻，得到的丸片是一種海綿形狀的細小氣孔組織丸片，如圖1所示。
獲得的研磨丸片拉伸強度達到了20mpa以上，硬度達到了50(邵爾硬度)，斷裂伸長率為200％。
實施例2
本實施目的是試驗出不同金剛石磨料含量對研磨拋光的效率影響，挑選出最佳性能丸片的金剛石磨料含量。
操作與實施例1基本相同，不同之處在於，金剛石磨料的重量分別為20,50,100,150,200,250,300,350,400g，分別製備研磨丸片，標號a20,a50,a100,a150,a200,a250,a300,a350,a400在nanopoli100研磨拋光機上對石英玻璃進行研磨，測量不同金剛石磨料含量條件下研磨丸片的磨損率和工件材料去除率，從圖中可以看到磨具磨損率隨著金剛石含量的提高而增大，而材料去除率在金剛石含量為150g是達到最大值，說明金剛石含量過高或者過低都不利於磨具的加工效率。
實施例3
本實施目的是試驗出不同金剛石磨料粒徑對研磨拋光的效率影響。
操作與實施例1基本相同，不同之處在於，金剛石磨料粒徑值為w1,w2.5，w5,w10,w14,w20,w28,w40，分別製備研磨丸片，在nanopoli100研磨拋光機上對石英玻璃進行研磨，測量不同金剛石磨料含量條件下研磨丸片對石英玻璃加工後的表面粗糙度和材料去除率，如圖3所示，從圖中可以看到，隨著金剛石磨粒粒徑的增大，對工件加工後的表面粗糙度和材料去除率都有所提高，選擇不同金剛石粒徑可以獲得不同的表面粗糙度。
實施例4
操作與實施例1基本相同，不同之處在於，氣孔生成劑為碳酸氫鈉，重量仍為6g，觀測研磨丸片中氣孔的大小，與實施例1得到的研磨丸片進行對比，從圖4中可以看出。碳酸氫鈉作為氣孔生成劑，生成的氣孔較大。
實施例5
第一步，將適量的粒徑20微米的金剛石磨料和添加劑，氣孔生成劑，樹脂粘結劑在v型桶混料機中混合，金剛石磨料等其他添加劑被樹脂粘結劑浸潤後，製成20～30微米的混合顆粒。其中加入的樹脂粘結劑為環氧樹脂；氣孔生成劑為發泡劑obsh(二苯磺醯肼醚)，發泡劑obsh熱分解溫度較低，在130℃就可以緩慢分解，150℃時能快速分解，通常能在硫化溫度140℃左右下發泡，發氣量約為125ml/g，熱分解反應生成氮氣，熱分解產物殘渣是一種不揮發性聚合物，製得的微孔橡膠氣孔細緻均勻，在混料中滲透性小，形成閉孔或聯孔的氣孔結構，收縮率，孔眼不塌陷小，可以保證較小的變形量；
第二步，將第一步的製備的混合顆粒在熔融溫度100℃下進行燒結爐內熔燒製成複合混料，燒制完成後需將複合混料用打碎機打碎粉化，然後過篩，篩網孔徑2000目，得到複合磨料，其中混合顆粒各組分重量比例如表3所示；
表3混合顆粒各組分重量比例
第三步，將第二步得到的複合磨粒和丁苯橡膠混合，在煉膠機中製成混合物1；
第四步，將第三步得到的橡膠混合物1中加入硫化劑，硫化助劑得到混合料2，混合料2各組分重量比例如表4所示；
表4混合料2各組分重量比例
第五步，將第四步得到的混合料2首先壓製成研磨丸片，然後硫化成型，其硫化過程按一定升溫曲線由常溫升溫到145℃，累計時間為15小時，其中保溫為2.5小時。
第六步，將得到的金剛石磨料橡膠結合劑研磨丸片隨電熱乾燥箱緩慢冷卻冷卻，同樣可以得到一種海綿形狀的細小氣孔組織研磨丸片，如圖5所示。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何屬於本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。