CN106891274A - 一种湿式精抛轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种湿式精抛轮，其由按重量份数计的以下组分制备而成：聚乙烯醇：90～110份；聚氨酯预聚体：100～120份；催化剂：10～15份；气孔生成剂：10～20份；环氧改性有机硅树脂：10～20份；纳米磨料：55～65份；蒸馏水：450～550份；所述催化剂为辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡；所述气孔生成剂包括发泡剂、稳泡剂、匀泡剂和填孔剂中的一种或多种；所述环氧改性有机硅树脂的环氧值为0.03～0.08。该精抛轮富有弹性和柔韧性，同时具备超强的锋利度和耐磨度，可有效修复划痕，特别对曲弧、凹凸不平的表面研磨、抛光具有突出的效果。本发明还公开了一种上述湿式精抛轮的制备方法。

Description

一种湿式精抛轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及抛光研磨领域，具体涉及一种湿式精抛轮及其制备方法。
背景技术
抛光技术，是一门新兴的技术以及复杂的边沿学科，属于磨削抛光技术领域。抛光轮集磨削、抛光于一体，具有优良的磨削、抛光性能，广泛应用在航空、机械、汽车、造船、冶金、化工、建筑、家具、装潢以及日常用品等各个领域。
目前，公知的用于有色金属、硬质合金和各种非金属材料的研磨抛光的抛光轮以布轮，麻轮，尼龙轮，布线轮，风轮，羊毛轮、海绵轮等种类较多，在精密抛光中，抛光轮主要由弹性较好好的各种棉布、细毛毡、丝绸、鹿皮、剑麻或马毛等材料制成的，其原理是利用硬度比加工材料的高抛光轮和磨料在高速旋转下产生切削和滚动，去除表面微量毛糙材料，致使工件表面粗糙度迅速降低，从而实现抛光的功能。
传统抛光砂轮的制备方法，通常为干法制备工艺，即将磨料、结合剂、湿润剂、粘结剂进行混合，过筛，成型，烧结，加工制得。传统的方法由于需要通过高温烧结，容易产生黑心，废品率较高。同时，在抛光轮的应用中，传统抛光轮一般存在耐水性差、弹性低、硬度高、自锐性薄弱，需要在干燥环境下进行抛光作业。而且在作业过程中，会产生的大量的粉尘微粒，产生的粉尘微粒会对操作人员的身体产生伤害，粉尘积累到一定程度的时候，存在粉尘***的危险，有着较大的安全隐患。从加工精度方面来说，传统抛光过程中容易产生高温高热，不易排除磨屑，容易出现填塞现象，导致工件烧伤损毁，大大降低产品加工良率，难以使用高精密抛光的要求。
为了解决传统抛光技术的弊端，出现了磁力研磨抛光、超声波抛光、离子束研磨抛光等新技术，他们虽然可以达到较高的研磨精度，但是由于成本较高，目前仅应用于航空、国防已经一些高端技术领域，在批量生产中仍无法大面积应用。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种抛光效果良好，且散热效果好、能在机器设备上使用的湿式精抛轮。
一种湿式精抛轮，其由按重量份数计的以下组分制备而成：
所述催化剂为辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡；
所述气孔生成剂包括发泡剂、稳泡剂、匀泡剂和填孔剂中的一种或多种；
所述环氧改性有机硅树脂的环氧值为0.03～0.08。
相对于现有技术，本发明提供的一种湿式精抛轮，采用聚乙烯醇与聚氨酯预聚体交联固化形成高交联度的具有三维网络结构的新型功能高分子材料，并通过气孔生成剂辅助形成带有均匀微米级气孔的海绵结构，同时采用纳米级的磨料，使得精抛轮富有弹性和柔韧性，同时具备超强的锋利度和耐磨度，可有效修复划痕，特别对曲弧、凹凸不平的表面研磨、抛光具有突出的效果。
进一步，所述纳米磨料为纳米金刚石，其颗粒尺寸为0.5～10nm。选用纳米金刚石作为磨料，可提高抛光精度；同时，纳米金刚石能很好地附着于聚乙烯醇和环氧改性有机硅树脂中，有效提高精抛轮的锋利度和耐磨度。
进一步，所述的聚氨酯预聚体为TDI或者MDI的聚氨酯预聚体。具体地，所述的聚氨酯预聚体可选用Bayhydur305、Bayhydur2655、Bayhydur401-7、BayhydurT0607、BayhydurN3390、Bayhydur2547、Bayhydur3100、BayerBayhydrol BL5140、BayhydurXP2487/1、BayerDesmodur N3600、BayerBayhydrolD356、BayerDesmodur N3300、BayerDesmodur L75C、BayerDesmodur BL3175SN、BayerDesmodur N75BA、BayerDesmodurZ4470MPA/XIPDI和Acure8110中的一种或多种。聚乙烯醇与聚氨酯交联能形成高交联度的具有三维网络结构的新型功能高分子材料，二者的优良性能得到有机结合，使制得的结合剂具有更好的弹性效果，从而使精抛轮易与加工件表面形状相配合，抛光效果更佳，同时不会对工件产生划痕，能获得均匀美观的研磨表面；而且结合剂粘性增加，强度增大，能减少研磨过程中磨料的大量脱落，可提升研磨速度和研磨效果。
进一步，所述发泡剂为正戊烷、正己烷、正庚烷、异丁烷、异戊烷、四氢呋喃、石油醚、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷和二氯四氟乙烷中的一种或多种；所述稳泡剂为聚丙烯酰胺、蛋白、多肽、淀粉、纤维素、十二烷基二甲基氧化胺、聚乙二醇、单乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种；所述匀泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硅油、硬脂酸、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、硫酸化蓖麻油、二辛基琥珀酸磺酸钠和苯扎氯铵中的一种或多种；所述填孔剂为淀粉、碳酸钙、硅酸镁、重晶石粉、石英粉、石膏粉、硅藻土、高岭土、松香和玻璃粉中的一种或多种。采用物理发泡剂辅助发泡，能形成泡孔孔径和分布均匀的结构，能减少对孔壁的破坏，减少形成大泡孔或中空坍塌的机率。
本发明还公开了一种上述湿式精抛轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚乙烯醇与蒸馏水按1:5的质量比混合，水浴溶解20～30min，得到聚乙烯醇水溶液；
S2：在聚乙烯醇水溶液中加入磨料，并搅拌均匀；
S3：在S2得到的混合液中加入聚氨酯预聚体、环氧改性有机硅树脂、催化剂和气孔生成剂，搅拌反应10～15min；
S4：在50～90℃条件下固化2～4h；
S5：取出固化得到的海绵状固体，根据需要对其进行钻孔、切割、打磨、精磨获得湿式精抛轮成品。
相比于现有技术，本发明提供的一种湿式精抛轮的制备方法，在低温下进行，无需高温烧结，制备工艺简单；其采用聚乙烯醇与聚氨酯预聚体交联固化形成高交联度的具有三维网络结构的新型功能高分子材料，并通过气孔生成剂辅助形成带有均匀微米级气孔的海绵结构，同时采用纳米级的磨料，使得精抛轮富有弹性和柔韧性，同时具备超强的锋利度和耐磨度，可有效修复划痕，特别对曲弧、凹凸不平的表面研磨、抛光具有突出的效果。
进一步，所述磨料为纳米金刚石，其颗粒尺寸为0.5～10nm。选用纳米金刚石作为磨料，可提高抛光精度；同时，纳米金刚石能很好地附着于聚乙烯醇和环氧改性有机硅树脂中，有效提高精抛轮的锋利度和耐磨度。
进一步，步骤S1中水浴温度为50～90℃，溶解在转速400～600r/min的条件下进行。
进一步，步骤S2中在转速400～600r/min、水浴30～90℃的条件下将磨料与聚乙烯醇水溶液搅拌均匀。
进一步，步骤S2中在转速400～600r/min、水浴30～90℃的条件下搅拌。
为了更好地理解和实施，下面详细说明本发明。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明以达成预定发明目的所采取的技术手段及其技术效果，以下结合实施例，对本发明提出的一种湿式精抛轮及其制备方法具体实施方式进行详细说明，具体如下。
本发明的一种湿式精抛轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚乙烯醇与蒸馏水按1:5的质量比混合，水浴溶解20～30min，得到聚乙烯醇水溶液；
S2：在聚乙烯醇水溶液中加入磨料，并搅拌均匀；
S3：在S2得到的混合液中加入聚氨酯预聚体、环氧改性有机硅树脂、催化剂和气孔生成剂，搅拌均匀后在模具中静置反应10～15min；
S4：在50～90℃条件下固化2～4h；
S5：取出固化得到的海绵状固体，根据需要对其进行钻孔、切割、打磨、精磨获得湿式精抛轮成品。
具体的，所述磨料为纳米金刚石，其颗粒尺寸为0.5～10nm。所述的聚氨酯预聚体为TDI或者MDI的聚氨酯预聚体，可选用Bayhydur305、Bayhydur2655、Bayhydur401-7、BayhydurT0607、BayhydurN3390、Bayhydur2547、Bayhydur3100、BayerBayhydrol BL5140、Bayhydur XP2487/1、BayerDesmodur N3600、BayerBayhydrolD356、BayerDesmodur N3300、BayerDesmodur L75C、BayerDesmodur BL3175SN、BayerDesmodur N75BA、BayerDesmodurZ4470MPA/XIPDI和Acure8110中的一种或多种。所述发泡剂为正戊烷、正己烷、正庚烷、异丁烷、异戊烷、四氢呋喃、石油醚、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷和二氯四氟乙烷中的一种或多种；所述稳泡剂为聚丙烯酰胺、蛋白、多肽、淀粉、纤维素、十二烷基二甲基氧化胺、聚乙二醇、单乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种；所述匀泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硅油、硬脂酸、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、硫酸化蓖麻油、二辛基琥珀酸磺酸钠和苯扎氯铵中的一种或多种；所述填孔剂为淀粉、碳酸钙、硅酸镁、重晶石粉、石英粉、石膏粉、硅藻土、高岭土、松香和玻璃粉中的一种或多种。
具体的，步骤S1中水浴温度为50～90℃，溶解在转速400～600r/min的条件下进行。
具体的，步骤S2中在转速400～600r/min、水浴30～90℃的条件下将磨料与聚乙烯醇水溶液搅拌均匀。
具体的，步骤S3中在转速400～600r/min条件下搅拌。
相比于现有技术，本发明提供的一种湿式精抛轮的制备方法，在低温下进行，无需高温烧结，制备工艺简单；其采用聚乙烯醇与聚氨酯预聚体交联固化形成高交联度的具有三维网络结构的新型功能高分子材料，并通过气孔生成剂辅助形成带有均匀微米级气孔的海绵结构，同时采用纳米级的磨料，使得精抛轮富有良好的弹性和柔韧性，同时具备超强的锋利度和耐磨度，可有效修复划痕，特别对曲弧、凹凸不平的表面研磨、抛光具有突出的效果。
实施例1
本实施例的一种湿式精抛轮的制备方法，包括如下步骤：
S1：将90g聚乙烯醇与450g蒸馏水混合，70℃下水浴溶解20min，利用搅拌机，在转速400r/min的条件下得到聚乙烯醇水溶液；
S2：在聚乙烯醇水溶液中加入纳米金刚石55g，利用分散机，在30℃水浴中、转速400r/min的条件下搅拌均匀；
S3：在S2得到的混合液中加入100g聚氨酯预聚体(Bayhydur305)、10g环氧改性有机硅树脂、8g辛酸亚锡、2g二月桂酸二丁基锡、5g正戊烷和5g硅油，在30℃水浴中混合均匀，在搅拌机以转速400r/min搅拌下反应10min；
S4：将S3得到的胶状液在70℃条件下固化2h；
S5：取出固化得到的海绵状固体，根据需要对其进行钻孔、切割、打磨、精磨获得湿式精抛轮成品。
对制得的湿式精抛轮成品进行性能测试，制得的精抛轮具有大量类似海绵结构的微米级气孔，具有良好的弹性、吸水性和柔韧性。与现有的抛光轮相比，其强度高，发热少，散热快，能避免研磨产生的高温，不易烧伤工件，能防止出现螺旋形烧伤、花斑和振纹；耐磨性强，锋利度好，具有磨削刃前角变动的能力，自锐性优异，磨削阻力均匀，磨削过程中不需要修整磨具，不会产生粉尘污染。该精抛轮特别适宜于不锈钢、有色金属和硬质合金等热敏材料的的精磨、超精磨和镜面磨削。
实施例2
本实施例的一种湿式精抛轮的制备方法，包括如下步骤：
S1：将110g聚乙烯醇与550g蒸馏水混合，90℃下水浴溶解30min，利用搅拌机，在转速600r/min的条件下得到聚乙烯醇水溶液；
S2：在聚乙烯醇水溶液中加入纳米金刚石65g，利用分散机，在60℃水浴中、在转速600r/min的条件下搅拌均匀；
S3：在S2得到的混合液中加入120g聚氨酯预聚体(Bayhydur401-7)、15g环氧改性有机硅树脂、12g辛酸亚锡、3g二月桂酸二丁基锡、6g正戊烷、4g硅油和5g淀粉，在60℃水浴中混合均匀，在搅拌机以转速500r/min搅拌下反应15min；
S4：将S3得到的胶状液在50℃条件下固化4h；
S5：取出固化得到的海绵状固体，根据需要对其进行钻孔、切割、打磨、精磨获得湿式精抛轮成品。
对制得的湿式精抛轮成品进行性能测试，制得的精抛轮具有大量类似海绵结构的微米级气孔，具有良好的弹性、吸水性和柔韧性。与现有的抛光轮相比，其强度高，发热少，散热快，能避免研磨产生的高温，不易烧伤工件，能防止出现螺旋形烧伤、花斑和振纹；耐磨性强，锋利度好，具有磨削刃前角变动的能力，自锐性优异，磨削阻力均匀，磨削过程中不需要修整磨具，不会产生粉尘污染。该精抛轮特别适宜于不锈钢、有色金属和硬质合金等热敏材料的的精磨、超精磨和镜面磨削。
实施例3
本实施例的一种湿式精抛轮的制备方法，包括如下步骤：
S1：将100g聚乙烯醇与500g蒸馏水混合，50℃下水浴溶解25min，利用搅拌机，在转速500r/min的条件下得到聚乙烯醇水溶液；
S2：在聚乙烯醇水溶液中加入纳米金刚石60g，利用分散机，在90℃水浴中、在转速500r/min的条件下搅拌均匀；
S3：在S2得到的混合液中加入110g聚氨酯预聚体(BayerDesmodur N3300)、20g环氧改性有机硅树脂、9g辛酸亚锡、2g二月桂酸二丁基锡、8g正戊烷和4g硅油和8g淀粉，在90℃水浴中混合均匀，在搅拌机以转速600r/min搅拌下反应12min；
S4：将S3得到的胶状液在90℃条件下固化3h；
S5：取出固化得到的海绵状固体，根据需要对其进行钻孔、切割、打磨、精磨获得湿式精抛轮成品。
对制得的湿式精抛轮成品进行性能测试，制得的精抛轮具有大量类似海绵结构的微米级气孔，具有良好的弹性、吸水性和柔韧性。与现有的抛光轮相比，其强度高，发热少，散热快，能避免研磨产生的高温，不易烧伤工件，能防止出现螺旋形烧伤、花斑和振纹；耐磨性强，锋利度好，具有磨削刃前角变动的能力，自锐性优异，磨削阻力均匀，磨削过程中不需要修整磨具，不会产生粉尘污染。该精抛轮特别适宜于不锈钢、有色金属和硬质合金等热敏材料的的精磨、超精磨和镜面磨削。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种湿式精抛轮，其特征在于：其由按重量份数计的以下组分制备而成：
所述催化剂为辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡；
所述气孔生成剂包括发泡剂、稳泡剂、匀泡剂和填孔剂中的一种或多种；
所述环氧改性有机硅树脂的环氧值为0.03～0.08。
2.根据权利要求1所述的一种湿式精抛轮，其特征在于：所述纳米磨料为纳米金刚石，其颗粒尺寸为0.5～10nm。
3.根据权利要求1所述的一种湿式精抛轮，其特征在于：所述的聚氨酯预聚体为TDI或者MDI的聚氨酯预聚体。
4.根据权利要求1所述的一种湿式精抛轮，其特征在于：所述发泡剂为正戊烷、正己烷、正庚烷、异丁烷、异戊烷、四氢呋喃、石油醚、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷和二氯四氟乙烷中的一种或多种；所述稳泡剂为聚丙烯酰胺、蛋白、多肽、淀粉、纤维素、十二烷基二甲基氧化胺、聚乙二醇、单乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种；所述匀泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硅油、硬脂酸、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、硫酸化蓖麻油、二辛基琥珀酸磺酸钠和苯扎氯铵中的一种或多种；所述填孔剂为淀粉、碳酸钙、硅酸镁、重晶石粉、石英粉、石膏粉、硅藻土、高岭土、松香和玻璃粉中的一种或多种。
5.一种如权利要求1所述的湿式精抛轮的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将聚乙烯醇与蒸馏水按1:5的质量比混合，水浴溶解20～30min，得到聚乙烯醇水溶液；
S2：在聚乙烯醇水溶液中加入磨料，并搅拌均匀；
S3：在S2得到的混合液中加入聚氨酯预聚体、环氧改性有机硅树脂、催化剂和气孔生成剂，搅拌反应10～15min；
S4：在50～90℃条件下固化2～4h；
S5：取出固化得到的海绵状固体，根据需要对其进行钻孔、切割、打磨、精磨获得湿式精抛轮成品。
6.根据权利要求5所述的一种湿式精抛轮的制备方法，其特征在于：所述磨料为纳米金刚石，其颗粒尺寸为0.5～10nm。
7.根据权利要求5所述的一种湿式精抛轮的制备方法，其特征在于：步骤S1中水浴温度为50～90℃，溶解在转速400～600r/min的条件下进行。
8.根据权利要求5所述的一种湿式精抛轮的制备方法，其特征在于：步骤S2中在转速400～600r/min、水浴30～90℃的条件下将磨料与聚乙烯醇水溶液搅拌均匀。
9.根据权利要求5所述的一种湿式精抛轮的制备方法，其特征在于：步骤S3中在转速400～600r/min、水浴30～90℃的条件下搅拌。
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