一种树脂线锯及其制备方法
技术领域
本发明涉及线切割领域,具体而言,涉及一种树脂线锯及其制备方法。
背景技术
线切割技术因具有切割效率高、被加工工件直径不受限制等优点被广泛应用于硬脆材料的切割加工中。目前硬脆材料如陶瓷、硅等的切割主要采用游离磨料的多线切割方式,该方式存在加工晶体表面粗糙、面型难以控制、磨浆消耗大及产生的废砂浆难以回收、锯丝使用寿命短等明显缺陷。针对上述问题,固结磨粒切割技术得到快速的发展,原理是将磨粒固结在锯丝表面,使其具有比原来的游离磨粒更高的耐磨性,且能够承受较大的切削力和较长的切削时间。
目前,固结磨粒线锯的制造技术主要有机械碾压法、电镀法、树脂结合剂法等,其中由树脂结合剂法所制备的树脂线锯因环境友好、成本低廉和生产效率高等优点而备受关注。在树脂线锯的制备过程中,光固化树脂的固化速度快,用其制备的树脂线锯生产效率高,故而得到广泛地应用。
中国专利(申请号200510050241.8,200610052697.2)采用了的光固化树脂生产树脂线锯。虽然因为光固化树脂固化速度快,使得光固化树脂线锯的生产速率相对较快,但是由于生产的过程中存在固化深度受限、涂层中的阴影部分难以得到充分固化等缺陷,从而影响了线锯的综合性能,使采用光固化树脂所生产的树脂线锯的性能得不到保证。
发明内容
本发明旨在提供一种树脂线锯及其制备方法,以提高树脂线锯的切割性能。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种树脂线锯,包括壳层与芯层,壳层由壳层原料经混合、固化而成,其中壳层原料按体积份计包括:30~120份的磨粒,40~160份的光固化树脂,及40~120份的热固化树脂和/或厌氧固化树脂。
进一步地,上述壳层原料按体积份计包括:30~120份的磨粒,40~160份的光固化树脂,20~80份的热固化树脂,及20~40份的厌氧固化树脂。
进一步地,上述磨粒为金刚石、立方氮化硼、碳化硅、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、高岭土、云母、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、氢氧化镁和金属粉中的一种或多种。
进一步地,上述金属粉为铜粉、铁粉、铝粉中的一种或多种。
进一步地,上述壳层原料中,光固化树脂为环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、异氰尿酸丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯和不饱和聚酯中的一种或多种;热固化树脂为酚醛树脂、环氧树脂、醇酸树脂、甲醛树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、聚酯树脂、三聚氰胺甲醛树脂、尿素树脂、、烯丙基树脂、聚酯-亚胺树脂、聚酰胺-亚胺树脂、聚酯-聚氨酯树脂、芳香聚酰胺树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚亚胺树脂、氰酸盐酯树脂、双马来酰亚胺-三嗪树脂中的一种或多种;厌氧固化树脂为多缩乙二醇二甲基丙烯酸酯,甲基丙烯酸乙酯,甲基丙烯酸羟丙酯,甲基丙烯酸酯,多元醇甲基丙烯酸酯等中的一种或多种。
进一步地,上述壳层原料中,光固化树脂和热固化树脂的分子量为100-20000,官能度为3-5,厌氧固化树脂的分子量为100-1000,官能度为3-5。
根据本发明的另一方面,提供了一种树脂线锯的制备方法,包括以下步骤:
1)按体积份计,将30~120份的磨粒,40~160份的光固化树脂,及40~120份的热固化树脂和/或厌氧固化树脂在溶剂中混合均匀得到壳层浆料,壳层浆料中溶剂的体积含量为10vol%~30vol%;
2)将壳层浆料均匀地涂覆于芯线表面,经溶剂挥发后得到预干燥的树脂线锯;
3)将预干燥的树脂线锯经过光强为80-180w/cm的光固化炉进行光固化,得到光固化树脂线锯;
4)对光固化树脂线锯进行热固化和/或厌氧固化,得到树脂线锯。
进一步地,上述方法包括以下步骤:
步骤1)按体积份计,将30~120份的磨粒,40~160份的光固化树脂,20~80份的热固化树脂及20~40份的厌氧固化树脂在溶剂中混合均匀得到壳层浆料,壳层浆料中溶剂的体积含量为10vol%~30vol%;
步骤4)将光固化树脂线锯先在无氧条件下进行厌氧固化,再进行热固化,或先将所述光固化树脂进行所述热固化,再在所述无氧条件下进行所述厌氧固化,得到树脂线锯。
进一步地,上述溶剂挥发是在100~200℃的温度下烘烤2~30s,光固化是指以50~300m/min的线速度经过紫外光固化炉进行固化,厌氧固化是指在20~30℃、真空条件下固化1~20h,热固化是指在100~200℃的条件下固化1~20h。
进一步地,上述溶剂为标准大气压下沸点在50~400℃的有机溶剂。
本发明提供的技术方案,通过将光固化树脂与热固化树脂和/或厌氧固化树脂共同使用,保证了树脂线锯在制备过程中的固化深度,使磨粒固结过程更彻底,有效提高了树脂线锯的切割性能。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合具体实施例来详细说明本发明。
在本发明的一种典型的实施方式中,提供了一种树脂线锯,其包括壳层与芯层,壳层由壳层原料经混合、固化而成,其中壳层原料按体积份计包括:30~120份的磨粒,40~160份的光固化树脂,及40~120份的热固化树脂和/或厌氧固化树脂。
这种树脂线锯中,同时使用了光固化树脂、热固化树脂和/或厌氧固化树脂对磨粒进行固结,避免了单纯采用光固化树脂时,由于磨粒的形状不规则产生的阴影部分无法固化、以及光固化深度有限而造成的固化不完全的缺陷。此外,这种树脂线锯中,不同固化类型的树脂之间相互缠结形成了互穿网络结构,这种特有的缠结作用使不同固化类型的树脂之间形成了稳定的共混物,且各种固化类型的树脂之间具有协同效应,实现了其性能上的互补,进而有效的提高了树脂线锯的切割性能。
本发明提供的树脂线锯中,既可以将光固化树脂与另外两种固化树脂中的一种配合使用,也可以同时使用光固化树脂、热固化树脂和厌氧固化树脂三种固化类型的树脂。优选为同时采用三种不同固化类型的树脂。优选地,上述壳层原料按体积份计包括:30~120份的磨粒,40~160份的光固化树脂,20~80份的热固化树脂,及20~40份的厌氧固化树脂。
热固化树脂是通过控制环境温度以进行固化的一类树脂。只要对温度进行合理控制便能够保证这类树脂的完全固化。通常这类树脂的耐热性好、强度高,添加这类树脂的树脂线锯不但容易固化完全,而且还能够具有较好的耐热性和较高强度。厌氧固化树脂是在无氧气氛下进行固化的一类树脂。只要控制反应气氛为无氧气氛便能够保证这类树脂完全固化。通常这类树脂其固化条件温和,所需温度较低,大大降低了制备过程中的能耗。将热固化树脂、厌氧固化树脂与光固化树脂进行协同使用,不仅能够保证树脂线锯被完全固化,提高树脂线锯的耐热性和强度,降低制作树脂线锯的能耗和成本,还能够利用不同类型的固化树脂形成的互穿网络,有效提高树脂线锯的切割效率,平衡树脂线锯性能、成本及生产效率之间的关系。
本发明树脂线锯所采用的磨粒,包括但不限于金刚石、立方氮化硼、碳化硅、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、高岭土、云母、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、氢氧化镁和金属粉中的一种或多种,其中金属粉可以是铜粉、铁粉、铝粉中的一种或多种。
本发明树脂线锯所采用的光固化树脂为环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、异氰尿酸丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯和不饱和聚酯中的一种或多种,优选采用分子量为100-20000的上述光固化树脂。
本发明树脂线锯所采用的热固化树脂为酚醛树脂、环氧树脂、醇酸树脂、甲醛树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、饱和聚酯树脂、三聚氰胺甲醛树脂、尿素树脂、烯丙基树脂、聚酯-亚胺树脂、聚酰胺-亚胺树脂、聚酯-聚氨酯树脂、芳香聚酰胺树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚亚胺树脂、氰酸盐酯树脂、双马来酰亚胺-三嗪树脂中的一种或多种。优选采用分子量在100-20000之间的上述热固化树脂。
本发明树脂线锯所采用的厌氧固化树脂为多缩乙二醇二甲基丙烯酸酯,甲基丙烯酸乙酯,甲基丙烯酸羟丙酯,甲基丙烯酸酯,多元醇甲基丙烯酸酯等中的一种或多种,优选采用分子量在100-1000之间的厌氧固化树脂。
本发明树脂线锯在选择树脂材料时并没有特殊要求,只要保证原料中同时含量两种或三种不同类型的树脂材料即可形成本发明所要求保护的树脂线锯,这种树脂线锯通过不同类型的树脂混合固化形成一种坚固的结构,具有优良的切割性能。更为优选地,所选择的光固化树脂、热固化树脂的分子量在100-20000之间,官能度为3-5。所选择的厌氧固化树脂的分子量在100-1000之间,官能度为3-5。
在实际操作中,光固化树脂可以采用台湾双键化工集团,牌号DM1636,分子量为900,官能度为3的酚醛环氧丙烯酸树脂,热固化树脂可以采用巴陵石化,牌号CYD-128,分子量为600,官能度为5的环氧树脂,厌氧固化树脂可以采用日本触煤,牌号为B-100,分子量为144官能度为3.的丙烯酸羟丙酯。这些原料的混合使用,更够更好的提高竖直线锯的切割性能。
在本发明的一种典型的实施方式中,还提供了一种树脂线锯的制备方法,其包括以下步骤:1)按体积份计,将30~120份的磨粒,40~160份的光固化树脂,及40~120份的热固化树脂和/或厌氧固化树脂在溶剂中混合均匀得到壳层浆料,壳层浆料中溶剂的体积含量为10vol%~30vol%;2)将壳层浆料均匀地涂覆于芯线表面,经溶剂挥发后得到预干燥的树脂线锯;3)将预干燥的树脂线锯经过光强为80-180w/cm的光固化炉进行光固化,得到光固化树脂线锯;4)对光固化树脂线锯进行热固化和/或厌氧固化,得到树脂线锯。
优选地,本发明树脂线锯的制备方法中:步骤1)按体积份计,将30~120份的磨粒,40~160份的光固化树脂,20~80份的热固化树脂及20~40份的厌氧固化树脂在溶剂中混合均匀得到壳层浆料,壳层浆料中溶剂的体积含量为10vol%~30vol%;步骤4)将光固化树脂线锯先在无氧条件下进行厌氧固化,再进行热固化,或先将光固化树脂进行所述热固化,再在无氧条件下进行厌氧固化,得到树脂线锯。
在本发明树脂线锯的制备方法配置壳层浆料的过程中,可以采用功率为100-2000W的搅拌机将各原料在溶剂中混合均匀,有利于磨粒在树脂线锯壳层中的均匀分布。此外,在高强度的剪切作用下,不同类型的固化树脂能够强迫互溶,形成稳定的互穿网络,有利于提高线锯的切割性能。
在本发明树脂线锯的制备方法涂覆芯线之前,可以对芯线表面进行清洗和干燥,将壳层浆料涂覆于芯线表面后,在100~200℃的热场中烘烤2~30s,以加速溶剂挥发,一方面,可以提高树脂线锯的生产效率,另一方面,能够避免不同的固化树脂因溶剂挥发时间过长而产生相分离。
本发明树脂线锯的制备过程中,光固化的具体过程是将预干燥的树脂线锯以50~300m/min的线速度经过紫外光固化炉进行固化,厌氧固化的具体过程是指在20~30℃、真空条件下固化1~20h,优选在室温,真空条件下固化5~10h;热固化是指在100~200℃的条件下固化1~20h,优选在100~180℃的条件下固化5~20h。
本发明树脂线锯的制备过程中,配置壳层浆料是采用的溶剂为标准大气压下的沸点在50~400℃的有机溶剂,其中包括但不限于烷基苯类,如二甲苯、甲苯、苯、乙基苯、苯乙烯等;醇类,如甲醇、乙醇、丁醇;酮类,如丙酮、丁酮、环己酮等、N-乙烯基吡咯烷酮;醚类,如石油醚;酯类:乙酸乙烯酯、乙酸丁酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸正奎酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸苯氧基乙酯、丙烯酸四氢呋喃酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、己二酸二癸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或其混合物,这些有机溶剂是树脂的良溶剂,有利于不同固化类型的树脂共同溶解。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述,这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1:
(1)按体积分计,将60份酚醛环氧丙烯酸树脂(台湾双键化工集团,牌号DM1636分子量为900,官能度为3)、30份的环氧树脂(巴陵石化,牌号CYD-128,分子量为600,官能度为5)、30份甲基丙烯酸羟丙酯(日本触煤,牌号B-100,分子量为144,官能度为3)以及30份粒径为10μm的人造金刚石磨粒与50份的无水乙醇在20度温度下,20000转/分钟的高速搅拌下搅拌5小时混合均匀,形成壳层浆料;
(2)将作为芯线的琴钢丝依次经过3%的烧碱水溶液和5%的盐酸水溶液进行除油2除锈处理,其中芯线直径为120微米,然后将壳层浆料均匀涂覆在芯线上,涂覆后的芯线经过145微米限径模具进行限径,并将限径后的芯线在100℃热场中烘烤30s;
(3)将烘烤过的芯线以150m/min的线速度通过强度为150w/cm的紫外光固化炉进行固化,得到光固化树脂线锯;
(4)将上述光固化树脂线锯放入室温的真空干燥箱中固化5h,得到厌氧固化树脂线锯;
(5)将上述厌氧固化树脂线锯放入180℃的烘箱中固化5h,得到树脂线锯。
实施例2-实施例4:
原料与制备方法与实施例1相同,所不同的是壳层所使用的原料中各原料配比关系,具体内容如表1所示。
实施例5:
(1)按体积分计,将60份的酚醛环氧丙烯酸树脂(台湾双键化工集团,牌号DM1636分子量为900,官能度为3)、60份的环氧树脂(巴陵石化,牌号CYD-128,分子量为600,官能度为5)以及30份粒径为10μm的人造金刚石磨粒与65份的无水乙醇混合均匀,形成壳层浆料;
(2)将将作为芯线的琴钢丝依次经过3%的烧碱水溶液和5%的盐酸水溶液进行除油2除锈处理,其中芯线直径为120微米,然后将壳层浆料均匀涂覆在芯线上,涂覆后的芯线经过145微米限径模具进行限径,并将限径后的芯线在150℃热场中烘烤10s;
(3)将烘烤过的芯线以300m/min的线速度通过强度为180w/cm的紫外光固化炉进行固化,得到光固化树脂线锯;
(4)将上述光固化树脂线锯放入100℃的烘箱中固化20h,得到树脂线锯。
实施例6:
制备方法与实施例5相同,所不同的是壳层原料的组成(见表1)。
实施例7:
(1)按体积分计,将45份的酚醛环氧丙烯酸树脂(台湾双键化工集团,牌号DM1636分子量为900,官能度为3)、75份的甲基丙烯酸羟丙酯(日本触煤,牌号B-100,分子量为144,官能度为3)以及30份粒径为10μm的人造金刚石磨粒与70份的无水乙醇混合均匀,形成壳层浆料;
(2)将将作为芯线的琴钢丝依次经过3%的烧碱水溶液和5%的盐酸水溶液进行除油2除锈处理,其中芯线直径为120微米,然后将壳层浆料均匀涂覆在芯线上,涂覆后的芯线经过145微米限径模具进行限径,并将限径后的芯线在200℃热场中烘烤2s;
(3)将烘烤过的芯线以50m/min的线速度通过强度为80w/cm的紫外光固化炉进行固化,得到光固化树脂线锯;
(4)将上述光固化树脂线锯放入室温的真空干燥箱中固化10h,,得到树脂线锯。
对比例1:
(1)按体积分计,将120份的环氧丙烯酸树脂和30份粒径为10μm的人造金刚石磨粒与70份的无水乙醇混合均匀,形成壳层浆料;
(2)将作为芯线的琴钢丝依次经过3%的烧碱水溶液和5%的盐酸水溶液进行除油2除锈处理,其中芯线直径为120微米,然后将壳层浆料均匀涂覆在芯线上,涂覆后的芯线经过145微米限径模具进行限径,并将限径后的芯线在150℃热场中烘烤10s;
(3)将烘烤过的芯线以30m/min的线速度通过强度为150w/cm的紫外光固化炉进行固化,得到树脂线锯;
对比例2:
(1)按体积分计,将180份的环氧丙烯酸树脂、10份的环氧树脂、10份的甲基丙烯酸羟丙酯以及50份粒径为10μm的人造金刚石磨粒与100份的无水乙醇混合均匀,形成壳层浆料;
(2)将作为芯线的琴钢丝依次经过3%的烧碱水溶液和5%的盐酸水溶液进行除油2除锈处理,其中芯线直径为120微米,然后将壳层浆料均匀涂覆在芯线上,涂覆后的芯线经过145微米限径模具进行限径,并将限径后的芯线在150℃热场中烘烤10s;
(3)将烘烤过的芯线以30m/min的线速度通过强度为150w/cm的紫外光固化炉进行固化,得到光固化树脂线锯;
(4)将上述光固化树脂线锯放入室温的真空干燥箱中固化2h,得到厌氧固化树脂线锯;
(5)将上述厌氧固化树脂线锯放入180℃的烘箱中固化2h,得到树脂线锯。
对比例3:
(1)按体积分计,将20份的环氧丙烯酸树脂、30份的环氧树脂、130份的甲基丙烯酸羟丙酯以及40份粒径为10μm的人造金刚石磨粒与80份的无水乙醇混合均匀,形成壳层浆料;
(2)将作为芯线的琴钢丝依次经过3%的烧碱水溶液和5%的盐酸水溶液进行除油2除锈处理,其中芯线直径为120微米,然后将壳层浆料均匀涂覆在芯线上,涂覆后的芯线经过145微米限径模具进行限径,并将限径后的芯线在150℃热场中烘烤10s;
(3)将烘烤过的芯线以30m/min的线速度通过强度为150w/cm的紫外光固化炉进行固化,得到光固化树脂线锯;
(4)将上述光固化树脂线锯放入室温的真空干燥箱中固化5h,得到厌氧固化树脂线锯;
(5)将上述厌氧固化树脂线锯放入180℃的烘箱中固化11h,得到树脂线锯。
切割效率的检测方法:将所制备的树脂线锯以线速度为2.5m/s,给进速度为0.5mm/min,以水为冷却介质,对直径为100mm的硅棒进行250min的切割,考察固化线锯察对硅棒的切割效率。
表1
表1中溶剂后(含量%)是指溶剂在壳层浆料中的含量。
从表一中可以看出,相比于对比例中只采用光固化树脂所形成的树脂线锯,本发明所提供的这种同时使用光固化树脂、热固化树脂和/或厌氧固化树脂所形成的树脂线锯,其切割效率更高。
特别地,将树脂线锯壳层的原料按体积比控制在磨粒:光固化树脂:热固化树脂和/或厌氧固化树脂=30~120:40~160:40~120的比例范围内,所制备的树脂线锯具有更高的切割效率。
更为特别地,采用光固化树脂、热固化树脂和厌氧固化树脂三种固化类型的树脂所形成的树脂线锯,比采用两种固化类型的树脂所形成的树脂线锯具有更高的切割效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。