CN103586790A - 一种含纤维绳和空心微球的抛光轮的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种含纤维绳和空心微球的抛光轮的制备方法，包括将纤维绳上粘合剂并植入空心微球和将上述的纤维绳按需要缠绕在模具上，然后放入模腔，压制定型等步骤。

Description

一种含纤维绳和空心微球的抛光轮的制备方法

技术领域

本发明涉及一种含纤维绳和空心微球的抛光轮的制备方法，属于磨具领域。

背景技术

当前制作的各种抛光轮存在以下缺陷：①抛光效率低，如麻轮（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。

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并且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

针对上述问题，本发明的目的是提供一种新的抛光轮的制备方法。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：一种含纤维绳和空心微球的抛光轮的制备方法，包括如下步骤：

1）将纤维绳上粘合剂并植入空心微球；

2）将步骤1得到的纤维绳按需要缠绕在模具上，然后放入模腔，压制定型。

本发明中的纤维绳包括常规意义线，即用丝、棉、麻、玻璃纤维、金属等制成的细长可以任意曲折的东西：丝线。棉线。线圈。线材。线绳。也包括常规意义的绳，即一般有塑料绳、麻绳、尼龙绳、棉绳等种类。随着工业的快速发展，绳子由之前的几股扭织变成两股或两股以上扭织在一起，材料可用，麻、棕、丙纶丝、涤纶丝、棉纱、尼龙丝、玻璃丝等纤维。

本发明步骤1所述纤维绳可以是普通市售的纤维绳；所述粘结剂可以是酚醛树脂、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20-50%。

在本发明中，所述空心微球包括但不限于玻璃空心微球、树脂空心微球或高分子空心微球、陶瓷空心微球；直径20um-10000um。空心微球的加入量为纤维体积的1—50%，可以是5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%等。

在一个具体实例中，步骤1采用底胶为〈质量分数〉：改性液态酚醛树脂液65%，填料：34%，空心微球：1%；胶水固含量：75-77%，胶量为：每克剑麻纤维绳上0.7-0.8g。作为优选，在上粘合剂后将纤维绳控制在70±2℃下烘烤30min。

本发明步骤2压制成型的过程控制在120℃下烘烤4-6h后，平面磨轮固化4h，圆周磨轮固化6h。

在本发明中，所述纤维绳的纤维可以是天然纤维，即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、大麻、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，所述纤维绳的纤维还可以是人工纤维，包括但不限于尼龙纤维或玻璃纤维。

在本发明中，纤维绳的质量分数为70-99%，粘结剂的质量分数为1-30%。在此范围内，纤维绳的质量分数可以是75%、80%、85%、90%、95%、99%等，粘结剂的质量分数可以是1%、5%、8%、10%、15%、20%、25%、30%。所有组分之和为100%。

在本发明中，采用纤维绳的好处在于，纤维绳在磨削的过程中不会发软发黑；同时纤维绳又能够作为加强筋增强结构强度。

所述空心微球磨削过程中受压破裂后既可以散热又是自锐裂纹发展的基础同时还是新的刃口；同时在没有破裂时又能够提高结构的冲击和弯曲强度，根据散热要求的高低可以改变空心微球的添加量以及粒径。空心微球可以在抛光轮组织内产生有利于抛光的空隙和自锐的银纹并具有缓冲功能。该结构抛光轮形成多闭孔结构并分散相关应力，在提高结构强度的基础上因为微球破裂会带来大量的微裂纹，这些微裂纹在轮子被抛光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抛光过程中消耗过快以及断裂和掉落。按体积比控制的空心微球带来的效果是微球越多，抛光效率越高，被抛工件和抛光轮表面的温升越少。

本发明有利的之处在于利用纤维绳本身的立体结构形成的表面沟槽更利于磨削、退屑和散热，同时为新的自锐银纹发展提供条件。纤维绳本身的圆形结构又让成型过程中每一根绳子之间一定会形成一定的孔隙从而形成端面的有利于磨削、退屑和散热的结构。本发明中，还可以在纤维绳中加粗纤维，既增加抛磨效果又降低成本。

本发明的抛光轮可以采用两种典型外观结构：平面抛光轮和圆周抛光轮。如图1或2所述。图3示出抛光轮的微观结构。粘结剂将纤维绳和空心微球牢固地结合在一起。图4为抛光轮的另一种形式微观结构示意图。制作平面抛光轮时一面粘有背盖，而制作圆周抛光轮时则无需背盖。在本发明中，背盖可以是玻纤盖、剑麻等。

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为本发明的磨抛一体轮的微观结构示意图。

图4为本发明的另一种磨抛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立体图。

图7为本发明的平面抛磨一体面示意图。

图8为实施例1平面抛光轮试样1-3空心微球与纤维绳体积比变化与磨削效率、磨削比关系。

图9为实施例1平面抛光轮试样1-3空心微球与纤维绳体积比变化与样件表面粗糙度关系。

图10为实施例1圆周抛光轮试样1-3空心微球与纤维绳体积比变化与磨削效率、磨削比关系。

图11为实施例1圆周抛光轮试样1-3空心微球与纤维绳体积比变化与样件表面粗糙度关系。

图12为实施例1圆周抛光轮试样4-6空心微球与纤维绳体积比变化达到或超过临界值与磨削效率、磨削比关系。

图13为实施例1圆周抛光轮试样4-6空心微球与纤维绳体积比变化达到或超过临界值与样件表面粗糙度关系。

图14为实施例1的工艺流程图。

图15为实施例1的另一种工艺流程。

图16为本发明纤维绳缠绕模具制成的抛磨一体轮示意图。

图17为本发明纤维绳缠绕模具制成的抛磨一体轮另一种示意图。

图中，1为背盖、2为抛磨盘、3为空心微球、4为纤维绳、5为粘结剂、6为纤维绳、空心微球、粘结剂混合物、7为金属型腔模具、8为法兰盘（骨架）。

具体实施方式

实施例1（探索空心微球与天然纤维绳混合体积比与抛磨效果的关系）。

配方1：

1、试样制作

1.1工艺路线

1.1.1剑麻纤维绳的处理：本实施的剑麻纤维绳可以是普通市售的剑麻纤维绳。

1.1.2麻绳上胶：在1.1.1的剑麻纤维绳上滚涂一圈底胶（底胶为〈质量分数〉：改性液态酚醛树脂液65%，填料：34%，空心微球：1%,胶水固含量：75-77%，胶量为：每克剑麻纤维绳上0.7-0.8g）；然后在70±2℃下烘烤30min。

1.2将上好的胶的麻绳按制定好的路线缠绕在模具上，然后放入模腔，压制定型，在120℃下烘烤4-6h后（平面磨轮固化4h，圆周磨轮固化6h），缓慢降至室温后出炉，卸模。

1.3本试验制作式样为：平面抛光轮：外直径为4英寸（101.6-103mm），内径为55mm，孔径为16mm，厚度6-8mm）；

圆周抛光轮: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:平面抛磨的平面轮:45#钢板(长200mm*宽100mm*厚*10mm)；圆周抛磨的千页轮: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(平面抛光轮:60m/s,圆周抛光轮: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、工艺路线〈一〉做用于平面抛光的平面抛光轮（试样1，试样2，试样3）与常规4英寸尼龙轮、剑麻轮磨削指标对比。

注：空心微球与纤维绳混合体积比为：试样1：10%试样2：15%试样3：20%。

表1平面抛光

平面抛光轮试样1-3空心微球与纤维绳体积比变化与磨削效率、磨削比关系如图8所示；平面抛光轮试样1-3空心微球与纤维绳体积比变化与样件表面粗糙度关系如图9所示。

3.2用配方1、工艺路线〈一〉做用于圆周抛光轮（试样1，试样2，试样3）与常规10.6英寸尼龙轮、剑麻轮磨削指标对比。

表2圆周抛光

圆周抛光轮试样1-3空心微球与纤维绳体积比变化与磨削效率、磨削比关系如图10所示；圆周抛光轮试样1-3空心微球与纤维绳体积比变化与样件表面粗糙度关系如图11所示。

3.3将空心微球与纤维绳体积比提高为：试样4：30%试样5：40%试样6：50%，探索空心微球与纤维绳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4、5、6做成圆周抛光轮，来测试对比。

表3圆周抛光

圆周抛光轮试样4-6空心微球与纤维绳体积比变化达到或超过临界值与磨削效率、磨削比关系如图12所示；圆周抛光轮试样4-6空心微球与纤维绳体积比变化达到或超过临界值与样件表面粗糙度关系如图13所示。

3.4用配方1,工艺路线〈二〉做用于圆周抛磨的圆周磨轮（试样7）。

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，随着空心微球与纤维绳体积比变大,轮子的抛光性能提高。

2、通过3.3试样测试数据分析得:

在同一轮子中，随着微球与纤维绳体积比变大,轮子的抛光性能,磨削性能均有提高（但注意：当微球与纤维绳体积比达到临界值或超过临界值时，磨削性能将变低；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）。

3、通过工艺路线2及圆周磨轮（试样7）发现:此方法做的圆周磨轮具有涂附模具的弹性磨削的特性）。

4、通过实施方案的试样测试数据与常规尼龙轮、剑麻轮磨测试数据综合分析得:用此方法制作的平面抛光的平面抛光轮，圆周抛光的圆周抛光轮，在抛光性能上提高30%-35%，通过调整纤维绳、空心微球混合体积比（及将轮子组织中结合剂、纤维绳、空心微球调到合适的比例），均可满足不同被抛磨材质对轮子的抛光性能的要求。

Claims (9)

1.一种含纤维绳和空心微球的抛光轮的制备方法，包括如下步骤： 

1）将纤维绳上粘合剂并植入空心微球； 

2）将步骤1得到的纤维绳按需要缠绕在模具上，然后放入模腔，压制定型。 

2.如权利要求1所述的制备方法，所述粘结剂可以是酚醛树脂、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20-50%。 

3.如权利要求1所述的制备方法，空心微球选自玻璃空心微球、树脂空心微球、高分子空心微球、陶瓷空心微球；直径20um-10000um；空心微球的加入量为纤维体积的1—50%。 

4.如权利要求1所述的制备方法，步骤1采用底胶为〈质量分数〉：改性液态酚醛树脂液65%，填料：34%，空心微球：1%；胶水固含量：75-77%，胶量为：每克纤维绳上0.7-0.8g。 

5.如权利要求1 所述的制备方法，步骤1 在上粘合剂后将纤维绳控制在70±2℃下烘烤30min。

6.如权利要求 1 所述的制备方法，步骤2 压制成型的过程控制在120℃下烘烤4-6h。

7.如权利要求1 所述的制备方法，所述纤维绳的纤维为天然纤维或人造纤维。

8.如权利要求7 所述的制备方法，所述天然纤维选自棉、木棉、剑麻、蕉麻、苎麻、亚麻、大麻、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；所述人造纤维为尼龙纤维或玻璃纤维。

9.权利要求1-8 任一项所述的制备方法制得的抛光轮。

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