CN103551984B

CN103551984B - 含天然纤维、磨料、热膨胀树脂空心微球抛磨一体轮的制备方法

Info

Publication number: CN103551984B
Application number: CN201310553418.0A
Authority: CN
Inventors: 谢泽
Original assignee: Individual
Current assignee: SICHUAN SANTAI GURUI INDUSTRIAL CO LTD
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: CN103551984A

Abstract

本发明公开了一种含天然纤维、磨料、热膨胀树脂空心微球抛磨一体轮的制备方法，包括将天然纤维、磨料、热膨胀树脂空心微球与粘结剂混合并搅拌均匀；将物料均匀铺在模腔内；油压机两次加压压制成型的步骤。

Description

含天然纤维、磨料、热膨胀树脂空心微球抛磨一体轮的制备方法

技术领域

本发明涉及一种含天然纤维、磨料、热膨胀树脂空心微球抛磨一体轮的制备方法，属于磨具领域。

背景技术

当前制作的各种抛磨磨具主要有三个大类并存在以下缺陷：①树脂砂轮——结构紧密、散热差、油压成型、组织致密所致。一般的树脂结合剂砂轮（固结磨具）主要是由磨料、树脂粘接剂经混合、模压成型、加热硬化而成，这类砂轮的使用存在着诸如需要大的切削力、工件发热严重等缺陷。大气孔砂轮（固结磨具）中的气孔一般是在硬化处理中将填充的能够在高于130度以上的温度下烧除（即碳化）的填充剂（如核桃壳、精萘等）烧掉而成。但天然纤维在这种工况下也会碳化从而失效。

②麻轮——抛光效率低，如（几层剑麻缝制在一起，只有端面参与磨削）。中国专利CN1238254A公开了一种剑麻纤维抛光轮，揭示其制备方法是：采用针刺机将剑麻短纤维制成毡状胚料，然后将2-4层剑麻毡状胚料经叠合、缝合成一种剑麻纤维抛光轮。用此种方法制备的剑麻纤维抛光轮存在以下的缺点：一、由于所使用的剑麻纤维长度只有4-12cm，因而抛光轮在使用过程中剑麻纤维容易脱落，使抛光轮的使用寿命缩短；二、因为针刺密度的限制，不能保证抛光轮的任何部位都能紧密结合，因而也会影响抛光轮的使用效果。

③尼龙轮——磨料利用率不高，由于尼龙的TG低发热会造成软化从而造成对磨料把持力下降，以致于磨料未充分参与磨削就脱落造成浪费；同时还有可能因发热发软而污染被磨工件表面。

中国专利CN200410029879.9揭示了一种剑麻纤维抛光轮的制造方法，它是将切短的剑麻纤维、合成树脂和任选的其它植物和无机化合物均匀混合、干燥后，热压成型。这种方法生产的抛光轮由于是模压但没有带孔材料以致整个结构非常致密没有空隙，从而容易导致整个磨削过程中磨轮表面温度升高粘接剂失效表面发黑，原材料断裂脱落浪费；同时被磨工件也会表面温升大从而造成应力集中并有可能污染被磨工件表面。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种含天然纤维和磨料以及热膨胀树脂空心微球的抛磨一体轮的制备方法。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：一种含天然纤维和磨料以及热膨胀树脂空心微球的抛磨一体轮的制备方法，包括如下步骤：

1）将天然纤维、磨料、热膨胀树脂空心微球与粘结剂混合并搅拌均匀；

2）将步骤1得到的物料均匀铺在模腔内；

3）油压机进行第一次加压压制成型；

4）卸压，并烘烤，然后进行第二次加压压制，然后烘烤固化，缓慢降至室温后出炉，卸模。

在本发明中，所述天然纤维是指自然界原有的或经人工培植的植物上、人工饲养的动物上直接取得的纤维，包括但不限于植物纤维、动物纤维、矿物纤维。在本发明一个具体的实例中，所述的天然纤维选自种子纤维，如棉、木棉等；或者是叶纤维，如剑麻、蕉麻等；亦或是茎纤维，如苎麻、亚麻、***、黄麻等。在本发明另一个实例中，所述天然纤维选自毛和丝，例如绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、兔毛、牦牛毛或桑蚕丝、柞蚕丝等。本发明中所述的天然纤维还可以是那些棉﹑麻﹑毛﹑丝的回收纤维。

在本发明中，所述磨料是指锐利、坚硬的，用以磨削较软的材料表面的材料。所述磨料可以是天然磨料，包括但不限于天然刚砂、天然刚玉、石榴石和天然金刚石等；也可以是人工磨料，包括但不限于棕刚玉磨料、白刚玉磨料、单晶刚玉磨料、黑碳化硅磨料、绿碳化硅磨料、立方碳化硅磨料、铈碳化硅磨料、碳化硼、人造金刚石和立方氮化硼等，以及陶瓷砂轮、树脂砂轮等的回收砂等。

在本发明中，所述热膨胀树脂空心微球典型品种包括：日本松本油脂制药株式会社生产的松本可膨胀微球以及阿克苏诺贝尔Expancel事业部生产的微球发泡剂发泡粉和物理膨胀剂。微球发泡剂是一种核壳结构，外壳为热塑性丙烯酸树脂类聚合物，内核为烷烃类气体组成的球状塑料颗粒。直径一般10-200微米，加热后体积可迅速膨胀增大到自身的几十倍，从而达到发泡的效果。微球发泡温度范围从75℃-260℃，可根据各种不同加工温度和工艺要求，选择最合适的微球型号。

热膨胀树脂空心微球既可以散热又是自锐银纹发展的基础同时还能够提高结构强度，根据散热要求的高低可以改变热膨胀树脂空心微球的含量。可以在砂轮组织内产生有利于磨削的空隙和自锐的微裂纹并具有缓冲功能。该磨具结合了刚性填充和发泡两者的优点并形成多闭孔结构并分散相关应力，在不大幅降低结构强度的基础上因为微球膨胀对微球周围的粘接层会带来大量的微裂纹，这些微裂纹和气泡在轮子被磨削冲击力作用时就是很好的能量吸收池，从而避免了轮子本体在磨削中消耗过快以及断裂和掉落。在磨削中让微球破裂后形成大小不同并在不同位置分布的磨削韧口，同时也是散热通道有利于降低轮子本身和被磨工件表面温度，从而提高轮子的使用寿命，提高材料的利用率以及减少被磨工件表面被渗碳而造成应力集中的可能。按体积比添加热膨胀空心微球带来的效果是添加的体积比越大，磨抛效率越高，被磨工件和磨轮表面的温升越少。热膨胀树脂空心微球的加入量为磨料体积的1-6%，可以是1.12%、2%、3%、4%、5%。

在本发明中，所述粘接剂可以是脲醛、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂或者无机粘结剂等，也可以是酚醛树脂改性，包括脲醛、三聚氰胺甲醛树脂、环氧、丙烯酸等改性的酚醛。

粘结剂用量为原料总质量比20～50%。

本发明所述的抛磨一体轮是通过如下方法制备得到的：将天然纤维、热膨胀树脂空心微球与磨料、粘结剂进行混合，注入模具型腔，经过压制与固化后得到产品。

本发明天然纤维和磨料之间混合比例可以根据实际需要调节，改变天然纤维（体积比1%—99%）和磨料（体积比99%—1%）的混合比例，可获得不同的抛磨效果：在同一个轮子天然纤维含量多而磨料含量就一定会减少，这时抛光效果好；天然纤维含量少而磨料含量就一定会增加，这时磨削效率高。采用天然纤维的好处在于，天然纤维在磨削的过程中不会发软发黑；同时天然纤维又能够作为加强筋增强结构强度。

在本发明的一个具体实例中，天然纤维的体积比为80-99%，磨料的体积比为1-20%，此时抛磨一体轮着重于抛光效果。在此范围内，天然纤维的体积比可以是80%、85%、90%、95%、99%等，磨料的体积比可以是1%、5%、8%、10%、15%、20%。

在本发明的另一个具体实例中，天然纤维的体积比为50-80%，磨料的体积比为20-50%，此时抛磨一体轮兼顾抛光和磨削效果，在此范围内，天然纤维的体积比可以是50%、55%、60%、65%、70%、75%或80%；磨料的体积比可以是20%、25%、30%、35%、40%、45%或50%。

在本发明的另一个具体实例中，天然纤维的体积比为20-50%，磨料的体积比为50-80%，此时抛磨一体轮兼顾抛光和磨削效果。在此范围内，磨料的体积比可以是50%、55%、60%、65%、70%、75%或80%；天然纤维的体积比可以是20%、25%、30%、35%、40%、45%或50%。

在本发明的一个具体实例中，天然纤维的体积比为1-20%，磨料的体积比为80-99%，此时抛磨一体轮着重于磨削效果。在此范围内，磨料的体积比可以是80%、85%、90%、95%、99%等，天然纤维的体积比可以是1%、5%、8%、10%、15%、20%。

在本发明中，第一次加压压制后80℃下烘烤2h，第二次加压压制后120℃下烘烤4-6h。

本发明的抛磨一体轮可以采用两种典型外观结构：平面抛磨一体轮和圆周磨抛一体轮。如图1或2所述。图3示出抛磨一体轮的微观结构，从中可以看出粘结剂将天然纤维、磨料和热膨胀树脂空心微球牢固地结合在一起。图4为抛磨一体轮的另一种形式微观结构示意图。不同之处在于中间增加了一层网格剑麻布作为加强筋。制作平面抛磨一体轮时一面粘有背盖，而制作圆周抛磨一体轮时则无需背盖。在本发明中，背盖可以是玻纤盖、剑麻等。

进一步的，如图1和2所示，本发明的抛磨一体轮的抛磨盘工作面上还设置沟槽，对于平面抛磨一体轮而言，所述沟槽由抛磨盘中心向四周放射状延伸；对于圆周抛磨一体轮而言，所述沟槽沿抛磨盘工作面竖直排列。所述沟槽更利于磨削、退屑和散热，降低工件表面残余应力，同时为新的自锐裂纹发展提供条件。

附图说明

图1为本发明的平面抛磨一体轮示意图。

图2为本发明的圆周抛磨一体轮示意图。

图3为本发明的抛磨一体轮的微观结构示意图。

图4为本发明的另一种抛磨一体轮的微观结构示意图。

图5为本发明的加热固化成形模具。

图6为本发明的平面抛磨一体轮立体图。

图7为本发明的平面抛磨一体轮断面示意图。

图8为实施例1平面抛磨一体轮试样1-3中天然纤维与磨料体积比变化与磨削比、磨削效率的关系。

图9为实施例1平面抛磨一体轮试样1-3中天然纤维与磨料体积比变化与样件表面粗糙度的关系。

图10为实施例1圆周抛磨一体轮试样1-3天然纤维与磨料体积比变化与磨削比、磨削效率的关系。

图11为实施例1圆周抛磨一体轮试样1-3天然纤维与磨料体积比变化与样件表面粗糙度的关系。

图12为实施例2平面抛磨一体轮试样4-6热膨胀树脂空心微球与磨料体积比变化与磨削比、磨削效率的关系。

图13为实施例2平面抛磨一体轮试样4-6热膨胀树脂空心微球与磨料体积比变化与样件表面粗糙度的关系。

图14为实施例2圆周抛磨一体轮试样4-6热膨胀树脂空心微球与磨料体积比变化与磨削比、磨削效率的关系。

图15为实施例2圆周抛磨一体轮试样4-6热膨胀树脂空心微球与磨料体积比变化与样件表面粗糙度的关系。

图16为实施例2圆周抛磨一体轮试样7-9热膨胀树脂空心微球与磨料体积比达到或超过临界值与磨削比、磨削效率的关系。

图17为实施例2圆周抛磨一体轮试样7-9热膨胀树脂空心微球与磨料体积比达到或超过临界值样件表面粗糙度的关系。

图18为制备抛磨一体轮的工艺流程图。

图19为制备抛磨一体轮的另一种工艺流程图。

图中，1为背盖、2为抛磨盘、3为热膨胀树脂空心微球、4为天然纤维、5为粘结剂、6为磨料、7为网格剑麻布、8为磨料、树脂胶液和热膨胀树脂空心微球混合物、9为金属型腔模具。

具体实施方式

实施例1（探索天然纤维与磨料混合体积比与抛磨效果的关系）

配方：

试样制作方法说明：

1、试样制作

1.1混料：按配方1中各式样配方中比例，依次称取磨料，然后加入重钙（可以是煅烧高岭土等），搅拌均匀；在搅拌状态下加入处理好的剑麻纤维(如制作平面抛磨的平面抛磨一体轮则用细号，制作圆周抛磨的圆周抛磨一体轮则用粗号)，确保搅拌均匀；在搅拌状态下加入热膨胀树脂空心微球，确保搅拌均匀；最后在搅拌状态下加入改性液态酚醛树脂，搅拌均匀。整过混料过程，定要确保混料均匀（不能出现结块、结团现象）。

1.2压制与固化：按成形密度2.3-2.5g/cm³，根据所做抛磨轮体积大小，来计算称料。将称量好的料均匀的平摊在模腔内（如制作平面抛磨的平面磨轮，则先将托盖装入模腔，然后将料均匀的摊在托盖上；如制作圆周抛磨的圆周抛磨一体轮，则先将料的一半均匀的摊在模腔内，再加入剑麻或玻纤网格布，然后将剩余的另一半料均匀的摊在剑麻或玻纤网格布上）。装模完成后，用油压机进行第一次加压压制成型。然后卸压，在80℃下烘烤2h后，进行第二次加压压制后，在120℃下烘烤4-6h后（平面抛磨一体轮固化4h，圆周抛磨一体轮固化6h），缓慢降至室温后出炉，卸模。

1.3本试验制作式样为：平面抛磨的平面抛磨一体轮：外直径为4英寸（101.6-103mm），内径为55mm，孔径为16mm，厚度6-8mm）；

圆周抛磨的圆周抛磨一体轮：外直径为10.6英寸（270mm）孔径为32mm，厚度30mm）。

检测与测试数据对比：

1、测试方法说明：本磨削检测材质为:平面抛磨的平面抛磨一体轮：45#钢板(长200mm*宽100mm*厚*10mm)；圆周抛磨的圆周抛磨一体轮：45#钢棒(长200mm*直径*50mm),分别在相同的磨削条件下(磨削材质、抛磨轮承受压力,及转动线速度(平面抛磨一体轮：60m/s,圆周抛磨一体轮：40m/s)均相同。

2、各指标计算方法说明：

2.1磨削效率：指材料磨除量除以磨削加工时间，单位g/min。

2.2磨削比：样件的材料磨除量与抛磨轮磨损量之比。

2.3表面粗糙度：是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度，单位um。表面粗糙度越小，则表面越光滑。用双管光切显微镜测定。

总磨削测试时间为30min，每10min为一段，分三段收集数据，求算术平均值。

3、数据收集

3.1用配方1做用于平面抛磨的平面抛磨一体轮（试样1，试样2，试样3）与常规同粒号60#（普通刚玉）4英寸平面轮对比：

注：天然纤维与磨料体积比为：试样1：10%试样2：20%试样3：30%。

表1

天然纤维与磨料体积比变化与磨削比、磨削效率的关系如图8所示；天然纤维与磨料体积比变化与样件表面粗糙度的关系如图9所示。

3.2用配方1做用于圆周抛磨的圆周抛磨一体轮（试样1，试样2，试样3）与常规同粒号60#（普通刚玉）10.6英寸千页轮对比：

表2

天然纤维与磨料体积比变化与磨削比、磨削效率的关系如图10所示；天然纤维与磨料体积比变化与样件表面粗糙度的关系如图11所示。

实施例2（探索热膨胀树脂空心微球与磨料混合体积比与抛磨效果的关系）

配方：

式样制作工艺流程、方法与样品检测方法参见实施例1

3.3用配方2做用于平面抛磨的平面抛磨一体轮（试样4，试样5，试样6）与常规同粒号60#（普通刚玉）4英寸平面轮对比：

注：热膨胀树脂空心微球与磨料体积比为：试样4：1.12%；试样5：2%；试样6：3%。

表3

热膨胀树脂空心微球与磨料体积比变化与磨削比、磨削效率的关系如图12所示；热膨胀树脂空心微球与磨料体积比变化与样件表面粗糙度的关系如图13所示。

3.4用配方2做用于圆周抛磨的圆周抛磨一体轮（试样4，试样5，试样6）与常规同粒号60#（普通刚玉）10.6英寸千页轮对比：

表4

热膨胀树脂空心微球与磨料体积比变化与磨削比、磨削效率的关系如图14所示；热膨胀树脂空心微球与磨料体积比变化与样件表面粗糙度的关系如图15所示。

3.5将热膨胀树脂空心微球与磨料体积比提高为：试样7：4%试样8：5%试样9：6%，探索热膨胀树脂空心微球与磨料体积比达到或超过临界值时，轮子的抛磨效果，本试验将试样7、8、9做成圆周抛磨一体轮，来测试对比。

表5

热膨胀树脂空心微球与磨料体积比达到或超过临界值与磨削比、磨削效率的关系如图16所示；热膨胀树脂空心微球与磨料体积比达到或超过临界值样件表面粗糙度的关系如图17所示。

3.6平面抛磨一体轮样6，圆周抛磨一体轮试样6与同规格尼龙轮、剑麻轮磨削指标对比：

表6平面抛光/抛磨

表7圆周抛光/抛磨

试验小结：

1、通过实施方案1(配方1)试样测试数据分析得:

在同一轮子中,随着天然纤维与磨料体积比变大,轮子的抛光性能提高,反之则磨削性能提高；

同时可以调节用磨料种类与粒号来满足不同被磨削材质对轮子的抛光性能、磨削性能的要求。

2、通过实施方案2(配方2)试样测试数据分析得:

在同一轮子中,磨料量一定的情况下，随着热膨胀树脂微球与磨料体积比变大,轮子的抛光性能,磨削性能均有提高（但注意：根据3.5试验数据发现,当热膨胀树脂微球与磨料体积比达到临界值或超过临界值时，磨削性能将变低；热膨胀树脂微球空心微球的用量要根据所选微球的种类、规格（直径）大小、以及被磨削材质对轮子的抛光性能、磨削性能的要求来综合考虑）；同时可以调节用磨料种类与粒号来满足不同被磨削材质对轮子的抛光性能、磨削性能的要求。

3、通过实施方案1、2的试样测试数据与常规同粒号（普通刚玉）轮子测试数据和3.6测试数据综合分析得:用此方法制作的平面抛磨的平面抛磨一体轮，圆周抛磨的圆周抛磨一体轮（千页轮），在抛光性能、磨削性能上均提高20%-30%，通过调整天然纤维、热膨胀树脂空心微球、与磨料混合体积比及用磨料种类与粒号（及将轮子组织中的磨粒、结合剂、纤维、热膨胀树脂空心微球调到合适的比例），均可满足不同被磨削材质对轮子的抛光性能、磨削性能的要求。

Claims

1.一种含天然纤维、磨料、热膨胀树脂空心微球抛磨一体轮的制备方法，包括如下步骤：

2）将步骤1得到的物料均匀铺在模腔内；

3）油压机进行第一次加压压制成型；

2.如权利要求1所述的制备方法，其中所述天然纤维选自棉、木棉、剑麻、蕉麻、苎麻、亚麻、***、黄麻、绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、兔毛、牦牛毛、桑蚕丝、柞蚕丝或棉﹑麻﹑毛﹑丝的回收纤维。

3.如权利要求1所述的制备方法，其中所述磨料选自天然刚砂、天然刚玉、石榴石、天然金刚石、棕刚玉磨料、白刚玉磨料、单晶刚玉磨料、黑碳化硅磨料、绿碳化硅磨料、立方碳化硅磨料、铈碳化硅磨料、碳化硼、人造金刚石、立方氮化硼或陶瓷砂轮、树脂砂轮的回收砂。

4.如权利要求1所述的制备方法，其中所述天然纤维与磨料的体积比例为天然纤维1-99%，磨料1-99%。

5.如权利要求4所述的制备方法，其中所述天然纤维与磨料的体积比为天然纤维80-99%，磨料1-20%；或天然纤维50-80%，磨料20-50%；或天然纤维20-50%，磨料50-80%；或天然纤维1-20%，磨料80-99%。

6.如权利要求1所述的制备方法，其中所述热膨胀树脂空心微球选自微球发泡剂、物理膨胀剂；直径10-200微米。

7.如权利要求1或6所述的制备方法，其中所述热膨胀树脂空心微球选自松本可膨胀微球。

8.如权利要求6所述的制备方法，其中所述热膨胀树脂空心微球的用量为磨料体积的1-6%。

9.如权利要求1所述的制备方法，其中在第一次加压压制后80℃下烘烤2h，第二次加压压制后120℃下烘烤4-6h。

10.如权利要求1-9任一项所述方法制备得到的抛磨一体轮。