CN102441947B - 一种耐磨导轮及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐磨导轮，由PES、MDI和BPO反应制得具有嵌段结构的聚氨酯弹性体(TPUE)，然后注塑成为圆盘形状，其中心为一个贯穿上下表面的圆形扩孔，周边设有环绕导轮的沟槽。由于本发明导轮采用TPUE制成，具有良好的耐磨性和高强度的同时，还具有线性高分子的热塑性，各项性能检测符合ISO2768和GB/T1804-2000标准，并可以代替传统导轮应用于切割设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种导轮及其生产方法，尤其涉及一种线切割设备收放线的耐磨线导轮的生产方法。
背景技术
太阳能行业广泛使用的切割设备中，导轮是运丝系统中非常重要的组件，也是控制切割厚度的关键部件。其不仅对切割厚度有着直接的影响，而且也影响硅片出片率，其品质的好坏将直接决定线切割加工产品质量的优劣。
而同时线导轮也是线切割机床上重要的易损零件，一旦磨损，既影响产品质量，由于需要频繁的更换，也影响生产进度。
传统的导轮一般采用钢等金属材料制成，但是金属导轮与切割载体钢线之间磨损较大，从而使钢线变细，而钢线变细势必导致切割厚度增加；同时还导致导轮的使用寿命过短。
为了克服金属材料的缺陷，人们选择了工程塑料作为制作导轮的材料，但是由于导轮高速旋转和导轮与钢线之间的摩擦，会产生大量的热量导致导轮温度过高，从而使得塑料导轮很容易发生变形。
陶瓷材料耐磨性和稳定性优异，但是脆性大，而且无法回收利用，也限制了它的使用。
因此寻找新的导轮的制造方法和制作材料是具有十分重要的现实意义的。
发明内容
本发明提供了一种聚氨酯导轮，采用聚氨酯弹性体材料制作而成，既具有工程塑料的高强度的特点，又有着高耐磨等橡胶特性；同时还具备线性高分子材料的热塑性，因此能够替代传统导轮应用于晶片切割设备等，而且易于加工，可以回收再利用。
本发明所述耐磨导轮为由聚氨酯弹性体注塑而成的圆盘形；其中心为贯穿导轮上下表面的圆形扩孔，用来将导轮安装在轴上；并且所述扩孔与导轮外边缘之间设有标记孔用来与定位销进行定位；所述导轮周边带有环绕导轮的沟槽。
其中，所述聚氨酯弹性体是由MDI、丁二醇以及具有二官能度的聚醚砜树脂混合反应得到的嵌段聚合物。
其中，所述导轮聚氨酯弹性体的异氰酸酯指数R(R＝NCO/OH)为0.97～1.03，密度为1.0～1.5g/cm3。
所述耐磨导轮的生产方法如下：
将具有二官能度的聚醚砜树脂(PES)、MDI和丁二醇(BDO)配成原液并混合均匀，输送到挤出机，由挤出机挤出注入到模具中，保温保压一段时间后成型。
其中，MDI为二苯基甲烷二异氰酸酯或其同系物，MDI和BDO在导轮的生产和成型过程中混合反应生成具有嵌段结构的聚氨酯弹性体大分子。
所述PES、MDI和BDO的摩尔配比优选为1∶3∶2。
所述PES相对分子量优选为2000～3000。
所述挤出机内的温度的分布一般是从料斗(后端)至喷嘴(前端)逐渐升高，以使滑轮模塑温度平稳地上升达到均匀塑化的目的。其中，温度范围优选为177逐渐升高至232℃。
所述模具内温度一般在90～120℃。
其中，注塑过程中，挤出机螺杆后退时顶部熔料所受压力即塑化压力(又称背压)通常在0.3～1.4MPa，注射压力可选择20～110MPa，保压压力可以选择为注射压力的一半。
所述挤出机可以选择双螺杆挤出机，并且螺杆转速在20～80r/min为宜。
聚氨酯弹性体的综合物理性能卓越，拥有杰出的抗撕裂和耐磨耐切割性能，同时热塑性高分子材料PES具有出色的耐热性和高强度，二者的结合使得本发明导轮既具有了交联聚氨酯高耐磨和高强度的特性，同时又具备线性高分子材料的热塑性，所生产的导轮性能测试结果符合ISO2768和GB/T1804-2000标准。
因此，本发明耐磨导轮耐磨性能好，使用寿命长，在切割设备上运用，降低了能耗，并降低了机械产品的资金费用，可以在多方面取代金属、橡胶和塑料导轮。
而且本发明耐磨导轮为热塑性材料制成，可以回收再利用，减少了资源的浪费，也符合节约社会的发展趋势。
附图说明
图1为本发明耐磨导轮的平面结构示意图；
图2为本发明耐磨导轮的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明耐磨导轮及其生产方法进行具体的描述，但下面的叙述只是本发明的一种举例，并不限制本发明的内容。
如图1和图2所示，本发明耐磨导轮形状为圆盘形，周边为一条环绕导轮的沟槽3，所示导轮中心有一个圆形扩孔1贯穿上下表面，扩孔1与周边之间还设有一个标记孔2。
使用时，扩孔1用来将导轮安装在轴上，标记孔2用来和轴后面平面上的定位销进行定位。
本发明导轮采用聚氨酯弹性体(TPUE)注塑生产得到，其中，聚氨酯弹性体选择由具有二官能度的聚醚砜树脂、丁二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯或其同系物反应得到的嵌段聚合物。
按照图1和图2所示的导轮形状进行模具的设计。
以1，4丁二醇(BPO)与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为例，并采用双螺杆挤出机进行注塑，由于TPUE制品加工时需要较低的剪切速率，因此选择较低的螺杆转速为宜，一般可以选择在20～80r/min。
PES、MDI和BPO摩尔配比选择1∶3∶2。根据不同嵌段长度的需要，可以选择不同分子链长度(或相对分子了量)的PES，如相对分子量为2000、2500和3000的PES树脂。
将BPO、MDI以及PES配成原液，按照配方要求通过计量泵精确计量输送到浇注头，在高速搅拌下进行初混合，混合均匀后输送至双螺杆挤出机使其进一步混合均匀，并且MDI和BPO以及PES在挤出机内开始进行化学反应生产聚氨酯弹性体；通过双螺杆挤出机将物料注射到所设计的模具，保压保温一段时间后成型。
选择小分子的BPO和MDI和较高分子量的PES作为配方反应制备聚氨酯弹性体，能够保留PES的耐高温和高强度等性能，同时将PES嵌入到聚氨酯大分子中，实现了分子级化学共混，从而性能也更加稳定、均一。
其中，为了使物料达到均匀塑化的目的，挤出机料筒内温度分布为从料斗一侧(后端)177℃至喷嘴(前端)232℃逐渐升高，以使滑轮模塑温度平稳地上升。
同时注射压力选择在20～110MPa；塑化压力(即螺杆后退时，其顶部熔料所受的压力，又称背压)的增加可以提高熔体温度，降低塑化速度，使熔体温度更加均匀，同时各组分混合均匀，并能够排出熔体内的气体，但是延长了制品成型周期，我们可以通过溢流阀进行调节，选择在0.3～1.4MPa。而注塑保压压力选择注射压力的1/2。
同时模具温度对热塑性聚氨酯弹性体(TPUE)制品内在性能和表观质量影响很大，如果温度过低，熔料过早冻结而产生流线，且不利于球晶增长，制品结晶度低，导致出现后期结晶而引起制品的后收缩和性能的变化，因此我们将模具内温度选择在90～120℃范围内。
经检测，通过上述方法制得的导轮：
异氰酸酯指数R(R＝NCO/OH)为0.97～1.03；
密度为1.2g/cm3；
硬度(邵A)为70～95HSD；
拉伸强度(300％拉伸)为35～40MPa；
模量为3～18MPa；
伸长率为450～700％；
撕裂强度4～12MPa；
磨耗(克损失)为0.0025～0.15g；
脆化温度为-17～-30℃。
从上述检测结果可以看出，本发明导轮符合ISO2768和GB/T1804-2000标准。
本发明导轮有着很好的耐磨性能和高强度，使用寿命也比金属导轮更长。
而且本发明导轮所用材质TPUE是一种热塑性材料，可以回收利用。同时又具有很好的耐热性能和高强度，因此也避免了普通热塑弹性体摩擦升温导致变形等问题。
综上所述，本发明导轮耐磨性能好，使用寿命长，可以取代金属、橡胶木料和塑料导轮在切割设备上进行应用。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (8)
1.一种耐磨导轮，其特征在于，所述导轮为由聚氨酯弹性体注塑而成的圆盘形；其中心为贯穿导轮上下表面的圆形扩孔，用来将导轮安装在轴上；并且所述扩孔与导轮外边缘之间设有标记孔用来与定位销进行定位；所述导轮周边带有环绕导轮的沟槽；其中，所述聚氨酯弹性体是由MDI、丁二醇和具有二官能度的聚醚砜树脂混合反应得到的嵌段聚合物；
所述聚醚砜树脂、MDI和丁二醇的摩尔配比为1:3:2；
所述聚醚砜树脂重均分子量为2000～3000。
2.根据权利要求1所述的导轮，其特征在于，所述导轮聚氨酯弹性体的异氰酸酯指数为0.97～1.03，密度为1.2g/cm3。
3.一种生产如权利要求1所述耐磨导轮的方法，其特征在于，方法如下：
将具有二官能度的聚醚砜树脂、MDI和丁二醇配成原液并混合均匀，输送到挤出机，由挤出机挤出注入到模具中，保压一段时间后成型；其中，所述聚醚砜树脂、MDI和丁二醇在导轮的生产和成型过程中混合反应生成具有嵌段结构的聚氨酯弹性体。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，挤出机内温度由料斗至喷嘴逐渐升高。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述温度由177℃逐渐升高至232℃。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，挤出机注塑时的注射压力为20～110MPa，背压为0.3～1.4MPa，保压压力为注射压力的1/2。
7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，所述挤出机为双螺杆挤出机。
8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，螺杆转速为20～80r/min。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200428 Address after: No. 135, Xinhua Road, Xinwu District, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee after: Wuxi Qifa Electronic Technology Co.,Ltd. Address before: 200000, room second, building 1006, 610 Jinsha River Road, Shanghai, Putuo District Patentee before: SHANGHAI QIFA ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 2900 Jiaoyang Road, anzhen street, Xishan District, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee after: Wuxi Qifa Electronic Technology Co.,Ltd. Address before: No.135 Xinhua Road, Xinwu District, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee before: Wuxi Qifa Electronic Technology Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150805 |