CN102307705A - 粘结磨具制品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粘结磨具制品，基于总重量其包括：30至37％的陶瓷包覆的蓝色熔融氧化铝粒子；30至37％的无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒，其中所述无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六方铝酸盐的晶粒构成；酚醛树脂粘结剂，其包含8至12重量％的固化性线性酚醛树脂和2.1至5.1重量％的固化性甲阶酚醛树脂的反应产物；3至6重量％的长度为5毫米或更短的金属纤维；8至11重量％的冰晶石；以及0.1至0.3重量％的导电粒子。本发明还公开了制备和使用所述粘结磨具制品的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种粘结磨具制品、其用途和制造方法。
背景技术
粘结磨具制品包括(例如)砂轮、磨石、油石和切割轮。用于将磨粒保持或粘结在轮中的粘结介质通常为有机树脂，但是也可为诸如陶瓷或玻璃之类的无机材料(即，玻璃粘结剂)。
切割轮通常为用于普通切割操作的薄轮。所述轮通常直径为约5至约40厘米，并且厚度为几厘米。它们可以约1000至50,000转/分钟的速度操作，并用于诸如将金属或玻璃切割成标称长度的操作。切割轮也被称为“工业切割锯片”，并且在一些环境中(例如铸造车间中)，被称为“斩锯”。正如它们的名称所暗示的，切割轮用于通过磨断原材料以切割诸如金属棒之类的原材料。连续困扰粘结磨具(例如，切割轮、砂轮)的一个问题为在研磨过程中发生的过热，并且可导致对工件的美观和/或结构的损坏。过热还可缩短切割轮自身的寿命和/或劣化性能。
磨具行业不断寻找提高切割轮的性能(例如，切割速率)同时避免在研磨过程中产生过热的方法。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种粘结磨具制品，基于总重量其包括：30至37重量％的陶瓷包覆的蓝色熔融氧化铝粒子；30至37重量％的无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒，其中无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六方铝酸盐的晶粒构成；酚醛树脂粘结剂，其包含8至12重量％的固化性线性酚醛树脂和2.1至5.1重量％的固化性甲阶酚醛树脂的反应产物；3至6重量％的长度为5毫米或更短的金属纤维；8至11重量％的冰晶石；以及0.1至0.3重量％的导电粒子。
在另一方面，本发明提供了一种制造粘结磨具制品的方法，所述方法包括：
将以下物质合并，30至37重量％的陶瓷包覆的蓝色熔融氧化铝粒子；30至37重量％的无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒，其中无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六方铝酸盐的晶粒构成；8至12重量％的固化性线性酚醛树脂；2.1至5.1重量％的固化性甲阶酚醛树脂；3至6重量％的长度为5毫米或更短的金属纤维；8至11重量％的冰晶石；0.1至0.3％的硅烷偶联剂；和0.1至0.3重量％的导电粒子；以及
使所述固化性线性酚醛树脂和所述固化性甲阶酚醛树脂固化。
在某些实施例中，所述冰晶石包括冰晶石。在某些实施例中，所述金属纤维包括铝纤维。在某些实施例中，所述金属纤维包括短的铝纤维。在某些实施例中，所述硅烷偶联剂包括γ-氨基丙基三烷氧基硅烷。
在某些实施例中，所述粘结磨具制品还包括聚四氟乙烯粒子。
例如，根据本发明的粘结磨具制品可用作切割轮。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的示例性切割轮的透视图；
图2是沿线条2-2截取的图1中所示的示例性切割轮的横截面侧视图。
具体实施方式
图1是以根据本发明的一个实施例制造的切割轮10来显示的示例性粘结磨具的立体图。中心孔12用于将切割轮10附接到(例如)动力驱动工具。切割轮10具有通过酚醛粘结剂25保持在一起的陶瓷包覆的蓝色熔融氧化铝粒子20和无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒21。
图2是沿线条2-2截取的图1的切割轮的横截面。示出了陶瓷包覆的蓝色熔融氧化铝粒子20和无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒21以及粘结剂25。切割轮10具有设置在切割轮10的相对主表面上的第一稀松布15和第二稀松布16。
磨粒包括30至37重量％的陶瓷包覆的蓝色熔融氧化铝粒子。这种磨粒是市售的，例如，以商品名ALODUR BZESCC(陶瓷包覆的高温处理过的蓝色熔融氧化铝、块状颗粒形)得自Treibacher Schleifmittel(Vilach，Austria)。
所述磨粒还包括30-37重量％的无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒，其由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六方铝酸盐的晶粒构成。例如在美国专利No.5,312,789、No.5,431,705、No.5,551,964和No.5,660,604(均授予Wood)中描述了这种磨粒和它们的制造方法。这种磨粒也是市售的；例如以3MCUBITRON GRAIN 300系列(例如，3M CUBITRON GRAIN 311或3MCUBITRON GRAIN 324)磨粒得自3M Company(Saint Paul，Minnesota)。
通常，陶瓷包覆的蓝色熔融氧化铝粒子和无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒的大小根据磨具行业公认的定制标称等级独立地确定。示例性的磨具行业认可的分级标准包括ANSI(美国国家标准学会)、FEPA(欧洲磨具制造者联盟)和JIS(日本工业标准)颁布的标准。这种行业认可的分级标准包括(例如)：ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI 24、ANSI30、ANSI 36、ANSI 40、ANSI 50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI 100、ANSI120、ANSI 150、ANSI 180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI320、ANSI 360、ANSI 400和ANSI 600；FEPA P8、FEPA P12、FEPAP16、FEPA P24、FEPA P30、FEPA P36、FEPA P40、FEPA P50、FEPAP60、FEPA P80、FEPA P100、FEPA P120、FEPA P150、FEPA P180、FEPA P220、FEPA P320、FEPA P400、FEPA P500、FEPA P600、FEPAP800、FEPA P1000和FEPA P1200；以及JIS 8、JIS 12、JIS 16、JIS 24、JIS 36、JIS 46、JIS 54、JIS 60、JIS 80、JIS 100、JIS 150、JIS 180、JIS220、JIS 240、JIS 280、JIS 320、JIS 360、JIS 400、JIS 400、JIS 600、JIS800、JIS 1000、JIS 1500、JIS 2500、JIS 4000、JIS 6000、JIS 8000和JIS10,000。更通常的是，将陶瓷包覆的蓝色熔融氧化铝粒子和无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒的大小独立地确定为ANSI 30或FEPA P30分级标准。
例如，在整个粘结磨具制品中磨粒可为均匀的或不均匀的。例如，如果粘结磨具制品是砂轮或切割轮，则所述磨粒可朝中间区域(例如，位于远离砂轮或切割轮的外表面)集中，或仅在外边缘，即砂轮或切割轮的周边集中。在另一变型中，第一磨粒可在所述轮的一侧，不同的磨粒可在另一侧。然而，通常来说所有的磨粒彼此均质地分布，这是因为该轮的制造更容易，并且当两类颗粒彼此紧密地布置时切割效果优化。
根据本发明的粘结磨具制品可包括上述之外的额外磨粒，但要受其它组分所要满足的重量范围要求的限制。例子包括熔融氧化铝(包括熔融氧化铝-氧化锆)、棕色氧化铝、蓝色氧化铝、碳化硅(包括绿色碳化硅)、石榴石、金刚石、立方晶氮化硼、碳化硼、氧化铬、二氧化铈和它们的组合。
根据本发明的粘结磨具制品包括作为粘结介质的固化线性酚醛树脂和甲阶酚醛树脂。线性酚醛树脂的特征在于其被酸性催化，并且甲醛与酚的比率小于一，通常在0.5∶1至0.8∶1之间。甲阶酚醛树脂的特征在于其被碱性催化，并且甲醛与酚的比率大于或等于一，通常从1∶1至3∶1。可对线性和甲阶酚醛树脂化学改性(例如，通过与环氧化合物反应)，或者可不对它们进行改性。适于固化酚醛树脂的示例性酸性催化剂包括硫酸、盐酸、磷酸、草酸和对-甲苯璜酸。适于固化酚醛树脂的碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钾、氢氧化钙、有机胺或碳酸钠。
固化性线性树脂以使得在固化之后，基于粘结磨具制品的总重量，所得线性酚醛树脂以6至12重量％、通常8至10重量％的量存在的量使用。线性酚醛树脂是公知的，并且可容易从商业途径获得。市售的线性树脂的例子包括以商品名“DURITE”由Borden Chemical Co.(Columbus，Ohio)出售的那些(例如，DURITE SD-1708、SL-1710、SD-1502、SD-1702、SD-1731、SD-1734、SD-241A、SD-423A、RD-2414、SD-5132、SD-7280、SD-1502或SD-500C)；由Georgia Pacific(Atlanta，Georgia)出售的那些，即HRJ-11040、HRJ-1166、HRJ-1583、HRJ-2210、HRJ-2355或HRJ-2901；由Schenectady International(Schenectady，New York)出售的那些，即CRJ-406和FRJ-425/200；以及以商品名“PHENOLITE”由KangnamChemical Company Ltd.(Seoul，South Korea)出售的那些(例如PHENOLITETD-739)。
固化性甲阶酚醛树脂以使得在固化之后，基于粘结磨具制品的总重量，所得线性酚醛树脂以2.1至5.1重量％、通常为4至6重量％的量存在的量使用。甲阶酚醛树脂是公知的，并且可容易地从商业途径获得。可用于实施本发明的市售甲阶酚醛树脂的例子包括以商标名VARCUM(例如，29217、29306、29318、29338、8121或7716)由Durez Corporation(Addison，Texas)出售的那些；以商标名AEROFENE(例如，AEROFENE295)由Ashland Chemical Co.(Bartow，Florida)出售的那些；以及商标名“PHENOLITE”(例如，PHENOLITE TD-2207)由Kangnam ChemicalCompany Ltd.(Seoul，South Korea)出售的那些。
根据本发明的粘结磨具制品包括3至6重量％的金属纤维。所述金属纤维可具有低于约5mm的任何长度。通常，所述金属纤维的长度在2mm或更短的范围内，更通常地，在1.5mm或更短的范围内。金属纤维的例子包括铝纤维、镍纤维、锌纤维、不锈钢纤维、钛纤维、铜纤维、它们的合金以及它们的组合。
根据本发明的粘结磨具制品包括8至11重量％的冰晶石。
在一些实施例中，根据本发明的粘结磨具制品含有另外的助磨剂，例如，8至11重量％的量的聚四氟乙烯粒子，但受其他组分所要符合的重量范围要求的限制。
根据本发明的粘结磨具制品包括0.1至0.3重量％的导电粒子。例子包括石墨、炭黑和五氧化钒。
根据本发明的粘结磨具制品可含有诸如填料粒子之类的附加组分，但要受其它组分所要满足的重量范围要求的限制。可添加填料粒子来占据空间和/或提供多孔性。多孔性使得粘结磨具制品能脱去使用过的或者磨损的磨粒而暴露出新的或新鲜的磨粒。
根据本发明的粘结磨具制品具有任何范围的孔隙度；例如，约1体积％至50体积％，通常为1体积％至40体积％。填料的例子包括气泡和珠子(例如，玻璃、陶瓷(氧化铝)、粘土、聚合物、金属)、软木、石膏、大理石、石灰岩、燧石、硅石、硅酸铝以及它们的组合。
根据本发明的粘结磨具制品包括0.1至0.3重量％的导电粒子。
根据本发明的粘结磨具制品可根据任何合适的方法制备。在一个合适的方法中，通过混合合并偶联剂和固化性甲阶酚醛树脂。伴随搅拌向该混合物添加磨粒陶瓷包覆的蓝色熔融氧化铝粒子和无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒。通常选择偶联剂的量以使得其以0.1至0.3份/50至84份磨粒的量存在，但也可使用在该范围之外的量。向所得混合物添加固化性线性酚醛树脂和导电粒子。将所述混合物老化24小时，并过滤以去除过量的液体。将所述混合物压入模具中(例如，在70-110千克/平方厘米的施加压力和30-40℃的温度下)。随后，通过在最高约220℃的温度下加热足以使固化性酚醛树脂固化的时间来固化模制的制品。
偶联剂对于研磨行业的技术人员来说是众所周知的。偶联剂的例子包括三烷氧基硅烷(例如，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷)、钛酸盐和锆酸盐。
例如，根据本发明的粘结磨具制品可用作切割轮。切割轮通常为1毫米(mm)至16mm，更通常为1mm至8mm，并且通常具有2.5cm至100cm(40英寸)之间，更通常约7cm至13cm之间的直径，但是也可使用其它尺寸(例如，直径大至100cm的轮是已知的)。可将可任选的中心孔用于将切割轮附接至动力驱动的工具。如果存在的话，中心孔通常直径为0.5cm至2.5cm，但也可使用其它尺寸。可强化可任选的中心孔；例如，通过金属箍来强化。作为另外一种选择，可将机械紧固件沿轴向固定至切割轮的一个表面。例子包括螺杆、螺母、Tinnerman螺母和卡口固定杆。可任选地，根据本发明的粘结磨具还可包括稀松布，这增强了粘结磨具制品；例如，稀松布设置在粘结磨具制品的一个或两个主表面上，或设置在粘结磨具制品中。稀松布的例子包括织造布或针织布。稀松布中的纤维可由玻璃纤维(例如，玻璃纤维)、有机纤维(例如，聚酰胺、聚酯或聚酰亚胺)制成。在某些情况下，期望在粘结介质中包括加固短纤维，从而纤维均匀地分散在整个切割轮上。
根据本发明的粘结磨具制品可用于(例如)研磨工件。例如，可将它们成形为切割轮，该切割轮表现具有良好的磨削特性，同时保持可避免对工件造成热损坏的相对低的工作温度。
通过以下非限制性实例进一步说明了本发明的目的和优点，但这些实例中所述的具体材料及其用量、以及其他条件和细节不应视为对本发明进行不当限定。
实例
除非另外指明，否则在实例和说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比率等都是以重量计。
实例中使用的材料
实例1和比较例A-K
对于每个实例，两种磨粒各36份的混合物(或72份的单种颗粒)、0.2份的CA与3.7份的PR2在桨式搅拌器中混合。同时，将9份PR1、10份CRY和5份AF混合在一起。将树脂和磨粒的湿混合物缓慢添加至干粉末混合物中，并翻动混合。将混合的组合物老化24小时，然后过滤以分离任何游离液体，从而去除任何大尺寸的树脂包覆的团聚物。
将一半混合物加载至液压机的磨具中。将玻璃纤维稀松布(以“385”，8支纱/英寸的经纱和纬纱，平纹织造，216g/m2，得自HankukFiber Glass Company Ltd.(Seoul，Korea))加载至所述模具的该混合物上，然后将残余的混合物加载到所述模具中。然后以约70-110kg/cm2压制所述组合，以得到16-英寸的切割轮。将所得的切割轮置于钢板之间。将该压缩的层叠件置于在200℃下加热的烘箱中，然后保持在一定温度下持续24小时，然后冷却。最终切割轮的尺寸为405mm×2.5-4.0mm×25.4mm。
将16英寸的切割轮安装在斩锯上。斩锯的马力为5HP(最大速度：3850转/分钟)。工件为50mm×50mm×4mm‘L’型45C角钢的三层层叠件。将该砂轮用于重复切割该工件，直至砂轮不再一直切割过所述角钢工件，剩余的轮尺寸为230mm。钢工件的原始颜色为银色。每个实例轮的最大切割循环数以及可任选的切割率和切割部位的工件颜色在表1(以下)中给出。
表1
重复实例1的工序，不同的是CRY和AF的量如表2(下面)所示变化。
表2
藉此将本专利所提及的所有专利和出版物全文以引用的方式并入本文。除非另外指明，否则说明书和权利要求书中的数值范围包括它们的端值(例如，30至37％包括30％和37％)。
在不脱离本发明的范围和精神实质的条件下，本领域技术人员可对本发明进行各种修改和变更，并且应当理解，本发明不应当不当地受限于本文中所述的示例性实施例。
Claims (9)
1.一种粘结磨具制品，基于总重量其包括：30至37重量％的陶瓷包覆的蓝色熔融氧化铝粒子；30至37重量％的无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒，其中所述无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六方铝酸盐的晶粒构成；酚醛树脂粘结剂，其包含8至12重量％的固化性线性酚醛树脂和2.1至5.1重量％的固化性甲阶酚醛树脂的反应产物；3至6重量％的长度为5毫米或更短的金属纤维；8至11重量％的冰晶石；以及0.1至0.3重量％的导电粒子。
2.根据权利要求1所述的粘结磨具制品，其中所述金属纤维包括铝纤维。
3.根据权利要求1所述的粘结磨具制品，还包括8至11重量％的聚四氟乙烯粒子。
4.根据权利要求1所述的粘结磨具制品，其中所述粘结磨具制品包括切割轮。
5.一种制备粘结磨具制品的方法，所述方法包括：
将以下物质合并，基于总重量：30至37重量％的陶瓷包覆的蓝色熔融氧化铝粒子；30至37重量％的无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒，其中所述无晶种溶胶-凝胶氧化铝基磨粒由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六方铝酸盐的晶粒构成；8至12重量％的固化性线性酚醛树脂；2.1至5.1重量％的固化性甲阶酚醛树脂；3至6重量％的长度为5毫米或更短的金属纤维；8至11重量％的冰晶石；0.1至0.3重量％的硅烷偶联剂；和0.1至0.3重量％的导电粒子；以及
使所述固化性线性酚醛树脂和所述固化性甲阶酚醛树脂固化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述金属纤维包括短的铝纤维。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述硅烷偶联剂包括γ-氨基丙基三烷氧基硅烷。
8.根据权利要求5所述的方法，还包括8至11重量％的聚四氟乙烯粒子。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述粘结磨具制品包括切割轮。
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