CN102481682A - 用于切轮的组合物和通过使用该组合物的切轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了切轮组合物以及使用所述切轮组合物的切轮。所公开的组合物包含50重量％至85重量％的磨粒、10重量％至25重量％的粘结剂树脂和余量的填料，其中所述粘结剂树脂包含酚醛树脂作为第一粘结剂树脂；以及(双)马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的至少一者作为第二粘结剂树脂。所述组合物包含所述(双)马来酰亚胺树脂和所述氰酸酯树脂中的至少一者以及所述酚醛树脂作为所述粘结剂树脂，从而使得可以通过改善耐热性和耐刮擦性来制造具有改善的寿命特性的切轮。

Description

用于切轮的组合物和通过使用该组合物的切轮
背景技术
本发明涉及切轮组合物以及包括该组合物的切轮。
切轮可用于切削各类由金属、塑料等制成的基材。通常，通过以下方法来制造切轮：将包括磨粒、粘结剂树脂和填料的组合物倾注到盘形模具中，并在预定的压力下压缩组合物，然后固化。本文中，主要使用玻璃化转变温度(Tg)为约200℃且热分解温度为约300℃的称为耐热树脂的酚醛树脂作为粘结剂树脂。
当使用这样的切轮切削基材时，切轮和基材之间的摩擦会产生热，从而增加切削区域处的温度。这会对切轮造成热损坏。
对切轮的这种热损坏是限制切削作业的主要原因之一。因此，近来已积极开展关于使用切轮形成的摩擦热的研究。在2004年，S.Malkin研究了在切削作业期间切轮和基材之间的摩擦形成的热。根据该研究的结果，当切轮用于切削基材时，切轮和基材之间的摩擦产生摩擦热，从而高度增加了切削区域的温度，即切轮和基材之间的界面温度高达约600℃。
因此，即使耐热树脂(例如酚醛树脂)用作粘结剂树脂，切削区域处产生的高摩擦热仍会热分解(热变形)存在于与切削区域对应的切轮部分上的酚醛树脂，从而将酚醛树脂粘结的磨粒与切轮分离。每当使用切轮时这种磨粒分离都重复发生，因而降低了切轮的寿命。
因此，需要开发具有高耐热性的新型切轮组合物以防止在切轮用于切削基材时热损坏的发生。
发明内容
本发明的发明人已发现，当(双)马来酰亚胺树脂和/或氰酸酯树脂以及酚醛树脂用作切轮组合物的粘结剂树脂时，可能通过改善耐热性和耐刮擦性来制造具有改善的寿命特性的切轮。
因此，在本发明中，使用了(双)马来酰亚胺树脂和/或氰酸酯树脂以及酚醛树脂作为粘结剂树脂。这种粘结剂树脂将磨粒更加牢固地粘结在切轮内，从而改善切轮的耐热性和耐刮擦性以及寿命特性。
根据本发明的一个方面，提供了切轮组合物和使用该切轮组合物的切轮，所述组合物包含50至85重量％的磨粒，10至25重量％的粘结剂树脂，以及余量的填料，其中粘结剂树脂包括酚醛树脂作为第一粘结剂树脂；以及(双)马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的至少一者作为第二粘结剂树脂。
本发明的切轮组合物包括(双)马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的至少一者以及酚醛树脂，从而使得可能通过改善耐热性和耐刮擦性来制造具有改善的寿命特性的切轮。
具体实施方式
在下文中将详细描述本发明。
在本发明中，切削的意义包含模压、切断和切削。
本发明涉及包括磨粒、粘结剂树脂和填料的切轮组合物，且特征在于在使用切轮中，为了防止磨粒通过由于切削区域处产生的高摩擦热导致的粘结剂树脂的热变形与切轮分离，使用了(双)马来酰亚胺树脂和/或氰酸酯树脂以及酚醛树脂作为粘结剂树脂，且调节了它们的含量以更牢固地粘结磨粒。
具体地讲，当酚醛树脂和(双)马来酰亚胺树脂(和/或氰酸酯树脂)用作本发明的粘结剂树脂时，酚醛树脂的-OH位和(双)马来酰亚胺树脂的C-C双键位点(和/或氰酸酯树脂的-CN位)在热固化期间彼此反应，从而形成致密的网络结构。相比于仅使用酚醛树脂的常规粘结剂树脂，经受热固化的所述粘结剂树脂具有高强度和高耐热性。因此，虽然在切削区域处产生高摩擦热，但是可以牢固粘结磨粒。这可改善使用本发明的切轮组合物的切轮的耐热性和耐刮擦性。
在本发明中，用作第一粘结剂树脂的酚醛树脂是通过苯酚和甲醛的缩聚制备的树脂，且具有通过热固化的交联网络结构。用于本发明的酚醛树脂可具有多种形式，例如液体和/或粉末，不受特别的限制。这种酚醛树脂的例子包括热固性酚醛树脂、酚醛型酚醛树脂等。
在本发明中，为了改善切轮的耐热性和耐刮擦性，将(双)马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的至少一者与上述酚醛树脂混合以用作粘结剂树脂。
用于本发明的(双)马来酰亚胺树脂可通过热固化形成交联结构。具体地讲，所述(双)马来酰亚胺树脂由于通过热固化使双马来酰亚胺基团的C-C双键与另一个双马来酰亚胺基团的C-C双键反应而具有交联网络结构，并且因而具有高耐热性和高强度。当这种(双)马来酰亚胺树脂用作第二粘结剂树脂时，可以通过热固化与作为第一粘结剂树脂的酚醛树脂反应来获得更致密的网络结构。由于这种网络交联结构，本发明的粘结剂树脂可为更加热稳定，足以抵抗切削产生的摩擦热。因此，由于相比于仅使用酚醛树脂的常规粘结剂树脂，本发明的粘结剂树脂被切削产生的摩擦热较少地热分解，所以可以更加牢固地粘结磨粒和/或填料。
(双)马来酰亚胺树脂的非限制性例子包括双(3-乙基-5-甲基-4-马来酰亚胺-苯基)甲烷树脂、N-苯基马来酰亚胺、双(马来酰亚胺-三嗪)加成共聚物、N，N’-亚苯基双马来酰亚胺、N，N’-六亚甲基双马来酰亚胺、N，N’-二苯甲酮双马来酰亚胺、N，N’-二苯基甲烷双马来酰亚胺、N，N’-氧-二-对亚苯基双马来酰亚胺、N，N’-4，4’-二苯甲酮双马来酰亚胺、N，N’-对二苯砜双马来酰亚胺、N，N’-(3，3’-二甲基)亚甲基-二-对亚苯基双马来酰亚胺、聚(苯基亚甲基)聚马来酰亚胺、2，2’-双(4-苯氧基苯基)丙烷-N，N’-双马来酰亚胺、双(4-苯氧基苯基)砜-N，N’-双马来酰亚胺、1，4-双(4-苯氧基)苯-N，N’-双马来酰亚胺、1，3-双(4-苯氧基苯基)砜-N，N’-双马来酰亚胺、1，3-双-(3-苯氧基)苯-N，N’-双马来酰亚胺等，并且(双)马来酰亚胺树脂可单独使用或组合使用。
另外，(双)马来酰亚胺树脂交联之后的分解温度(TGA)在300℃至380℃范围内，且玻璃化转变温度在约305℃至325℃范围内。因此，(双)马来酰亚胺树脂可抵抗由切轮的切削产生的摩擦热，从而阻止磨粒与切轮分离。
同时，在本发明中，除了上述(双)马来酰亚胺树脂以外，氰酸酯树脂也可用作第二粘结剂树脂。另外，(双)马来酰亚胺树脂与氰酸酯树脂的混合物也可用作第二粘结剂树脂。
具有包含至少一个氰酸盐酯官能团(-O-C＝N)的单体的氰酸酯树脂，由于热引发环三聚反应而具有三嗪基团交联的网络结构，从而具有高耐热性和高强度。当这种氰酸酯树脂用作第二粘结剂树脂时，可以通过热固化与作为第一粘结剂树脂的酚醛树脂反应来获得更致密的网络结构。由于这种网络交联结构，本发明的粘结剂树脂可抵抗切削产生的摩擦热，且因此可以牢固地粘结磨粒和/或填料。
氰酸酯树脂的非限制性例子包括低聚(3-亚甲基-1，5-亚苯基氰酸酯)(或甲醛，与苯酚、氰酸酯的聚合物)、预聚物双酚A二氰酸酯低聚物、2，2-双(4-氰氧苯基)丙烷均聚物、2，2-双(4-氰氧苯基)丙烷、聚甲酚氰酸酯，多酚氰酸酯、4，4’-亚乙基二苯基二氰酸酯、4，4’-亚甲基双(2，6-二甲基苯基氰酸酯)等，并且氰酸酯树脂可单独使用或组合使用。
另外，氰酸酯树脂在交联期间的分解温度(TGA)在约400℃至420℃范围内，且玻璃化转变温度在约390℃至410℃范围内。因此，氰酸酯树脂可抵抗由切轮的切削产生的摩擦热，从而阻止磨粒与切轮分离。
本发明的切轮组合物可包含不同比率的酚醛树脂作为第一粘结剂树脂以及(双)马来酰亚胺树脂和/或氰酸酯树脂作为第二粘结剂树脂。然而，本发明的切轮组合物优选包含重量比为60～80∶40～20的第一粘结剂树脂(a)和第二粘结剂树脂(b)，使得切轮的耐热性或耐刮擦性不会被降低。根据本发明的实施例，酚醛树脂和(双)马来酰亚胺树脂以70∶30的重量比混合，且酚醛树脂和氰酸酯树脂以70∶30的重量比混合。
本发明的粘结剂树脂，即包含上述比率的第一和第二粘结剂树脂，其含量相对于切轮组合物的总重量优选为10至25重量％，以防止在使用切轮时磨粒与切轮分离。这防止了切轮寿命的降低，从而允许切轮有效地切削基材。
本发明的切轮组合物，除了上述粘结剂树脂之外，还包含为切轮提供切削功能的磨粒。磨粒的种类不受特别的限定，只要它们是本领域已知的。
此类磨粒的例子包括金属磨粒、金属涂覆的磨粒、无机磨粒、矿物磨粒、陶瓷磨粒等，并且适当的磨粒可由本领域的技术人员根据待模压的对象的特性进行选择。磨粒的非限制性例子包括氧化铝、陶瓷氧化铝、热处理过的氧化铝、二氧化硅、碳化硅、熔融氧化铝(如熔融氧化铝-氧化锆)、溶胶-凝胶-诱导的陶瓷氧化铝、二硼化钛、碳化硼、立方晶氮化硼等，并且磨粒可单独使用或组合使用。溶胶-凝胶-诱导的陶瓷氧化铝可用晶种层处理或不处理。
磨粒的平均粒径不受特别的限制，但优选在约0.1至1500μm、约10至1000μm、或约180至800μm的范围内。根据本发明的实施例，磨粒的平均粒径可在约500至700μm的范围内，与ANSI 36级和24级一致。
另外，磨粒的硬度也不受特别的限制，只要所述硬度比待切削、切断或模压的基材的硬度高。优选地，磨粒的Knoop硬度大于约15kN/mm2。
另外，虽然对磨粒的形状没有特别的限制，但磨粒可具有不规则的形状或可成型为预定形状。例如，在最终磨粒通过烧结初始粒子而成形之前，可将初始粒子研磨或成形为柱状、棱锥形或多边形。
此类磨粒可包括一种磨粒或通过粘附两种或更多种磨粒而形成的磨粒聚集体。
在本发明的切轮组合物中，磨粒的含量相对于总重量优选为约50至85重量％，使得切轮可有效地切削基材。
本发明的切轮组合物，除了上述粘结剂树脂和磨粒之外，还包括可占据预定空间和/或提供孔隙度的填料。因此，在使用最终切轮切削基材中，当切轮磨损时，换句话讲，磨粒磨损时，新的磨粒会被暴露出来。另外，填料可充当能够通过降低待被切轮切削的界面的温度来改善切轮的切削性能的磨粒辅助物。
填料的例子包括方解石、泥灰岩、大理石、石灰岩、金属碳酸盐(例如碳酸钙、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、二氧化硅(例如无定形二氧化硅、石英、玻璃珠、玻璃泡)、硅酸盐(例如滑石、粘土、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、硅铝酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐(例如硫酸钙、硫酸钠、硫酸铝、硫酸铝钠)、石膏、蛭石、三水合铝、金属氧化物(例如氧化钙、氧化铝、二氧化钛)、金属亚硫酸盐(例如亚硫酸钙)等。填料可单独使用或组合使用，使得切轮的孔隙度可在约1至50体积％，或约1至40体积％的范围内。除此之外，氯化钠、氯化镁、冰晶石、FeS2等可单独使用或组合使用以便降低切削界面的温度。
填料的粒径可根据填料的种类而不同。然而，当粒径太小时，填料的表面积在混合后非常大，从而使得粘结剂树脂不能充分地固定填料；而在另一方面，当粒径太大时，填料不能适当地发挥其自身作用。因此，优选的是填料的粒径在约30至100μm的范围内。
所述填料优选构成切轮组合物的总重量的剩余部分，使得切轮可以有效地切削基材而不引起其弯曲。
同时，本发明的切轮组合物，除了粘结剂树脂、磨粒和填料之外，还可进一步包含偶联剂和/或金属短纤维。
用于本发明的偶联剂在其分子中同时具有能够结合粘结剂树脂的疏水性官能团和能够结合磨粒的亲水性官能团，并且因而可通过更加牢固地保持粘结剂树脂和磨粒和/或填料之间的粘结来改善切轮的寿命特性以及强度。
这种偶联剂的例子包括但不限于硅烷基偶联剂、钛酸酯基偶联剂、锆酸酯基偶联剂、铝锆基偶联剂等。
更具体地讲，所述偶联剂的例子包括但不限于：硅烷偶联剂，例如单烷氧基硅烷、二烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷、双足烷氧基硅烷(dipodalalkoxysilane)；钛酸酯偶联剂，例如单烷氧基型、螯合型、配位型；锆酸酯偶联剂，例如单烷氧基锆、三烷氧基锆；铝锆偶联剂，例如单烷氧基铝锆、三烷氧基铝锆。根据本发明的一个实施例，γ-氨丙基三乙氧基硅烷即硅烷偶联剂用作偶联剂。
此类型的偶联剂的含量相对于组合物的总重量优选为约0.1至0.3重量％，使得粘结剂树脂和磨粒和/或填料可更加牢固地粘结。
另外，可用于本发明中的金属短纤维具有高导热率，且在切轮切削时发挥防止基材变色的作用。具体地讲，在切轮切削基材中，切轮旋转产生的小于约600℃的摩擦热灼烧基材，而切轮的金属短纤维通过研磨和清除基材的烧黑部分来防止基材变色。
这种金属短纤维的非限制性例子包括铝短纤维、镍短纤维、锌短纤维、不锈钢短纤维、钛短纤维、铜短纤维、及其合金，并且金属短纤维可单独使用或组合使用。
对金属短纤维的直径和长度没有特别限制。然而，优选地，金属短纤维的直径为约10至20μm，且长度小于约1mm，以便防止基材在被切轮切削时变色。
优选地，这种金属短纤维的含量相对于组合物的总重量为约3至6重量％，以便防止基材在被切轮切削时变色。
另外，本发明的切轮组合物，除了上述组分之外，还可进一步包含其他添加剂，例如润滑剂。所述润滑剂为摩擦-磨损调节剂，其发挥调节切轮中摩擦系数的作用，并且对润滑剂没有特别的限制，只要其为本领域中常用的润滑剂。优选地，所述润滑剂为固体润滑剂、例如石墨、二硫化钼、三硫化锑。这种润滑剂的含量相对于组合物的总重量优选为约0.05至0.2重量％。
本发明的切轮组合物可通过本领域已知的常规方法来制备。
例如，本发明的切轮组合物可通过以下步骤来制备，但不限于此：将磨粒添加到呈液态的粘结剂树脂中以形成粘结剂树脂和磨粒的润湿混合物；将填料和其他添加剂与呈固态的粘结剂树脂混合以形成粘结剂树脂和填料的粉末混合物；将润湿混合物与粉末混合物混合。
同时，本发明提供通过使用上述切轮组合物制造的切轮。通过本领域已知的常规方法，例如压缩模制工艺、注模工艺、传递模塑工艺等)来制造切轮。此方法可包括热压或冷压，但不限于此。
在下文中将结合实例和实验例详细描述本发明。但是，下列实例仅仅是示例性的，本发明的范围不限于此。
实例1
1-1.切轮组合物的制备
将36重量％的陶瓷涂覆的吹塑氧化铝(BZESCC F30，TribacherSchleifmittel)和36重量％的无晶种α氧化铝(321 CubitronTM磨粒WG 30，3MUSA)作为磨粒与作为粘结剂树脂的3.7重量％的热固性酚醛树脂(液态)(Phenolite TD-2207，Kangnam Chemical Co.)混合5分钟，从而得到粘结剂树脂和磨粒的润湿混合物。
同时，将5.2重量％的酚醛型酚醛树脂(固态)(Phenolite TD-739，Kangnam Chemical Co.)和3.8重量％的双(3-乙基-5-甲基-4-马来酰亚胺-苯基)甲烷(固态)(BMI-70，KI Chemical Industry Co.)作为粘结剂树脂与作为添加剂的10重量％的六氟铝酸钠(合成冰晶石，MetaChem Co.)、5重量％的铝短纤维(铝纤维，Future Metal Co.)、0.2重量％的硅烷偶联剂(Z-6011，Dow Corning)和0.1重量％的石墨(HC-598，Hyundai Coma Co.)混合5分钟，从而得到粘结剂树脂和添加剂的粉末混合物。
然后，将润湿混合物和粉末混合物在混凝土混合机中混合约10分钟，从而得到切轮组合物。
1-2.切轮的制造
将如上述获得的切轮组合物放在盘形模具中，在100kg/cm2的压力下压缩，然后在约250℃下于热空气烘箱中固化24小时，从而得到切轮(外径：405mm，内径：25.4mm，厚度：4mm)。
实例2
按照与实例1中所述相同的方式获得切轮组合物和切轮，不同的是使用3.8重量％的低聚(3-亚甲基-1，5-亚苯基氰酸酯)(Primaset PT-60，Lonza Inc.)代替3.8重量％的双(3-乙基-5-甲基-4-马来酰亚胺-苯基)甲烷(固态)(BMI-70，KI Chemical Industry Co.)。
比较例1
将72重量％的棕刚玉P 30(FEPA P 30级，中国郑州磨具磨料厂)与作为粘结剂树脂的3.9重量％的热固性酚醛树脂(液态)(Phenolite TD-2207，Kangnam Chemical Co.)混合5分钟，从而得到粘结剂树脂和磨粒的润湿混合物。
同时，将8重量％的酚醛型酚醛树脂(固态)(Phenolite TD-739，Kangnam Chemical Co.)作为粘结剂树脂与作为添加剂的16重量％的六氟铝酸钠(合成冰晶石，MetaChem Co.)和0.1重量％的石墨(HC-598，HyundaiComa Co.)混合5分钟，从而得到粘结剂树脂和添加剂的粉末混合物。
然后，将润湿混合物和粉末混合物在混凝土混合机中混合约10分钟，从而得到切轮组合物。
将如上述获得的切轮组合物放在盘形模具中，在100kg/cm2的压力下压缩，然后在约250℃下于热空气烘箱中固化24小时，从而得到切轮(外径：405mm，内径：25.4mm，厚度：4mm)。
比较例2
按照与实例1中所述相同的方式获得切轮组合物和切轮，不同的是使用9重量％的酚醛型酚醛树脂(固态)(Phenolite TD-739，Kangnam ChemicalCo.)代替5.2重量％的酚醛型酚醛树脂(固态)(Phenolite TD-739，KangnamChemical Co.)和3.8重量％的双(3-乙基-5-甲基-4-马来酰亚胺-苯基)甲烷(固态)(BMI-70，KI Chemical Industry Co.)。
实验例1-切削测试
为了测试根据本发明的切轮的切削性能，进行了以下切削测试。
将由实例1和2获得的每个切轮固定在切削锯装置上，将由比较例1和2获得的每个切轮作为对照组，且固定在切削锯装置上。同时，将三个基材(其中的每一个均为L-型45C角钢(碳素钢)(50mm×50mm×4mm))堆积在一起。使用固定在切削锯装置上的切轮切削所述三个基材，然后测量切削的次数直到切轮的外径达到230mm。在本文中，切削锯的马力为3HP或5HP(最大转速：3850rpm)。表1示出测试结果。
表1
Figure BDA0000138135630000091
测试结果为：就由实例1获得的切轮而言，切削次数为3HP下125次，5HP下140次，其分别为由比较例1获得的切轮的约3.79倍和约4倍。另外，就由实例2获得的切轮而言，切削次数分别为由比较例1获得的切轮在3HP下的约4.18倍和在5HP下的约4.43倍。另外，由实例1和2获得的切轮与由比较例2获得的切轮相比可以切削三堆基材并且可切削更长时间。
因此，可以看出，通过使用根据本发明的切轮组合物制造的切轮比通过常规切轮组合物制造的常规切轮具有显著高的切削性能。
尽管为说明之目的描述了本发明的示例性实施例，但本领域技术人员将会知道在不脱离所附权利要求书中公开的本发明范围和精神的情况下，各种各样的修改、添加和取代都是可能的。

Claims (8)

1.一种切轮组合物，其包含50重量％至85重量％的磨粒、10重量％至25重量％的粘结剂树脂和余量的填料，
其中所述粘结剂树脂包含酚醛树脂作为第一粘结剂树脂；以及(双)马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的至少一者作为第二粘结剂树脂。
2.根据权利要求1所述的切轮组合物，其中所述第一粘结剂树脂(a)和所述第二粘结剂树脂(b)以(a)∶(b)＝60～80∶40～20的范围内的重量比混合。
3.根据权利要求1所述的切轮组合物，其中所述(双)马来酰亚胺树脂选自：聚(N-苯基马来酰亚胺)、双(马来酰亚胺-三嗪)加成共聚物、双(3-乙基-5-甲基-4-马来酰亚胺-苯基)甲烷树脂、N，N’-亚苯基双马来酰亚胺、N，N’-六亚甲基双马来酰亚胺、N，N’-二苯甲酮双马来酰亚胺、N，N’-二苯基甲烷双马来酰亚胺、N，N’-氧-二-对亚苯基双马来酰亚胺、N，N’-4，4’-二苯甲酮双马来酰亚胺、N，N’-对二苯砜双马来酰亚胺、N，N’-(3，3’-二甲基)亚甲基-二-对亚苯基双马来酰亚胺、聚(苯基亚甲基)聚马来酰亚胺、2，2’-双(4-苯氧基苯基)丙烷-N，N’-双马来酰亚胺、双(4-苯氧基苯基)砜-N，N’-双马来酰亚胺、1，4-双(4-苯氧基)苯-N，N’-双马来酰亚胺、1，3-双(4-苯氧基苯基)砜-N，N’-双马来酰亚胺、和1，3-双-(3-苯氧基)苯-N，N’-双马来酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的切轮组合物，其中所述氰酸酯树脂选自：低聚(3-亚甲基-1，5-亚苯基氰酸酯)、预聚物双酚A二氰酸酯低聚物、2，2-双(4-氰氧苯基)丙烷均聚物、2，2-双(4-氰氧苯基)丙烷、聚甲酚氰酸酯、多酚氰酸酯、4，4’-亚乙基二苯基二氰酸酯、和4，4’-亚甲基双(2，6-二甲基苯基氰酸酯)。
5.根据权利要求1所述的切轮组合物，所述切轮组合物进一步包含金属短纤维和偶联剂中的两者或一者。
6.根据权利要求5所述的切轮组合物，其中所述金属短纤维选自铝短纤维、镍短纤维、锌短纤维、不锈钢短纤维、钛短纤维、铜短纤维、它们的合金短纤维、以及它们的混合物。
7.根据权利要求5所述的切轮组合物，其中所述偶联剂选自硅烷基偶联剂、钛酸酯基偶联剂、锆酸酯基偶联剂、和铝锆基偶联剂。
8.一种通过使用根据权利要求1至7中任一项所述的切轮组合物制造的切轮。
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