CN105328590A - 一种高热还原磨料树脂砂轮及其制备方法 - Google Patents

一种高热还原磨料树脂砂轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高热还原磨料树脂砂轮，它是由下述重量份的原料组成的：CBN磨料430-500、石英砂70-100、硝酸铈10-17、乙二醇40-50、25-28wt%氨水10-14、双氧水2-3、苯酚90-100、35-40%甲醛溶液96-110、硼酸5-7、六次甲基四胺2-6、苯胺13-20、氯化钡10-13、焦炭13-20、氯化钠1-2。本发明的采用焦炭对铈前驱体进行热还原，得到高强度的还原磨料，可以提高砂轮的自锐性。

Description

一种高热还原磨料树脂砂轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及砂轮技术领域，尤其涉及一种高热还原磨料树脂砂轮及其制备方法。
背景技术
随着汽车、飞机等速度的不断提高，对传动、制动等摩擦材料的要求更加严格，而基体作为摩擦材料的重要组成部分一直是开发与研究的重点。酚醛树脂、环氧树脂、丁苯橡胶和聚四氟乙烯均可被用作摩擦材料的基体，但是环氧树脂、丁苯橡胶和聚四氟乙烯由于较差的耐磨性能、耐热性能和黏结性能限制了其在摩擦材料方面的应用。酚醛树脂在耐热性能、黏结性能、力学性能、成型加工性能和成本等方面的优势，使其成为复合摩擦材料最常用黏结剂基体材料。然而，纯酚醛树脂存在脆性大、韧性差、硬度高、耐热性不足、强度低及使用时噪音大等缺陷，极大影响摩擦材料性能，因此，对酚醛树脂进行改性是提高其综合性能的有效方法。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高热还原磨料树脂砂轮及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高热还原磨料树脂砂轮，它是由下述重量份的原料组成的：
CBN磨料430-500、石英砂70-100、硝酸铈10-17、乙二醇40-50、25-28wt%氨水10-14、双氧水2-3、苯酚90-100、35-40%甲醛溶液96-110、硼酸5-7、六次甲基四胺2-6、苯胺13-20、氯化钡10-13、焦炭13-20、氯化钠1-2。
一种所述的高热还原磨料树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述25-28wt%氨水、双氧水混合，搅拌均匀；
（2）将上述乙二醇与其重量40-50%的去离子水混合，搅拌均匀，加入硝酸铈，在70-75℃下保温搅拌20-30分钟，滴加上述25-28wt%氨水、双氧水的混合液，滴加完毕后调节溶液PH为9-10，搅拌反应120-130分钟，抽滤，水洗3-4次，得铈前驱体；
（3）将上述石英砂、铈前驱体混合，在800-900℃下煅烧40-50分钟，加入焦炭、氯化钠，置于电炉中，在1900-2000℃下加热1-2小时，自然冷却至常温，球磨均匀，得还原磨料；
（4）上述苯酚重量的68-75%、35-40%甲醛溶液重量的70-75%混合，搅拌均匀，加入氢氧化钠，调节PH为8-9，升高温度为70-75℃，保温搅拌1.6-2小时，加入硼酸，升高温度为110-120℃，减压脱水50-60分钟，加入混合体系重量2-3%的无水乙醇，搅拌均匀，先在80-90℃下加热8-10小时，然后在110-115℃下加热8-9小时，冷却，得硼酸酚醛树脂；
（5）将上述六次甲基四胺、硼酸酚醛树脂混合，磨成细粉，过160-200目筛，得硼酸酚醛树脂粉；
（6）将剩余的苯酚、35-40%甲醛溶液混合，加入混合液重量1-1.5倍的丁酮，搅拌均匀，加热到80-85℃，滴加苯胺，滴加完毕后在上述温度下保温反应4-6小时，加热减压蒸馏至体系温度为100-105℃，冷却，得苯并恶嗪单体；
（7）将上述硼酸酚醛树脂粉、苯并恶嗪单体混合，加入到混合料重量2-3倍的丁酮中，搅拌溶解，在76-80℃下真空干燥2.6-3小时，浓缩，在下述升温体系下进行固化，所述的升温体系为：80-90℃、50-60分钟；100-110℃、100-120分钟；130-140℃、40-50分钟，为苯并恶嗪改性酚醛树脂；
（8）将上述苯并恶嗪改性酚醛树脂、还原磨料、剩余各原料混合，热压成型，所述的热压温度为160-170℃、压力39O-410T、热压时间为30-32分钟，热压过程中每4-5分钟放汽一次；
（9）将上述热压成型后的树脂砂轮片根据需求的厚度叠装起来，用薄铁皮板隔开，放入预设好的硬化炉中硬化，硬化的升温体系为：100-120℃、4-5小时；125-140℃、7-8小时；150-170℃、1-2小时；180-185℃、8-9小时；停止加热后自然冷却，即得所述树脂砂轮。
本发明的优点是：
本发明的砂轮具有很好的热稳定性，这是由于在酚醛固化结构中引入了苯并恶嗪树脂，它是一种含有苯环和N、O杂原子的双环化合物，所以热稳定性强；
本发明的砂轮硬度高，这是由于加入了苯并恶嗪单体，其在砂轮的热压和硬化过程中，易挥发物质少，降低了砂轮的气孔率，提高了致密性和硬度；
本发明的砂轮回转强度高，这是由于加入了苯并恶嗪单体，砂轮在固化后体积收缩小，减少了内应力和微裂纹；
本发明在砂轮在酚醛树脂中引入硼，提高了成品的综合性能，这是由于酚醛树脂是由C-C键来连接苯环，而硼酚醛树脂是由B-"键来连接苯环的，其中C-C的键能为347KJ/mol，B-O的键能为523KJ/mol，远高于C-C的键能，形成了含硼的三向交联结构，可以明显提高砂轮的耐热性、瞬时耐高温性、耐烧蚀性；
本发明的采用焦炭对铈前驱体进行热还原，得到高强度的还原磨料，可以提高砂轮的自锐性。
具体实施方式
一种高热还原磨料树脂砂轮，它是由下述重量份的原料组成的：
CBN磨料430、石英砂70、硝酸铈10、乙二醇40、25wt%氨水10、双氧水2、苯酚90、35%甲醛溶液96、硼酸5、六次甲基四胺2、苯胺13、氯化钡10、焦炭13、氯化钠1。
一种所述的高热还原磨料树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述25wt%氨水、双氧水混合，搅拌均匀；
（2）将上述乙二醇与其重量40%的去离子水混合，搅拌均匀，加入硝酸铈，在70℃下保温搅拌20分钟，滴加上述25wt%氨水、双氧水的混合液，滴加完毕后调节溶液PH为9，搅拌反应120分钟，抽滤，水洗3次，得铈前驱体；
（3）将上述石英砂、铈前驱体混合，在800℃下煅烧40分钟，加入焦炭、氯化钠，置于电炉中，在1900℃下加热1小时，自然冷却至常温，球磨均匀，得还原磨料；
（4）上述苯酚重量的68%、35%甲醛溶液重量的70%混合，搅拌均匀，加入氢氧化钠，调节PH为8，升高温度为70℃，保温搅拌1.6小时，加入硼酸，升高温度为110℃，减压脱水50分钟，加入混合体系重量2%的无水乙醇，搅拌均匀，先在80℃下加热8小时，然后在110℃下加热8小时，冷却，得硼酸酚醛树脂；
（5）将上述六次甲基四胺、硼酸酚醛树脂混合，磨成细粉，过160目筛，得硼酸酚醛树脂粉；
（6）将剩余的苯酚、35%甲醛溶液混合，加入混合液重量1倍的丁酮，搅拌均匀，加热到80℃，滴加苯胺，滴加完毕后在上述温度下保温反应4小时，加热减压蒸馏至体系温度为100℃，冷却，得苯并恶嗪单体；
（7）将上述硼酸酚醛树脂粉、苯并恶嗪单体混合，加入到混合料重量2倍的丁酮中，搅拌溶解，在76℃下真空干燥2.6小时，浓缩，在下述升温体系下进行固化，所述的升温体系为：80℃、50分钟；100℃、100分钟；130℃、40分钟，为苯并恶嗪改性酚醛树脂；
（8）将上述苯并恶嗪改性酚醛树脂、还原磨料、剩余各原料混合，热压成型，所述的热压温度为160℃、压力39OT、热压时间为30分钟，热压过程中每4分钟放汽一次；
（9）将上述热压成型后的树脂砂轮片根据需求的厚度叠装起来，用薄铁皮板隔开，放入预设好的硬化炉中硬化，硬化的升温体系为：100℃、4小时；125℃、7小时；150℃、1小时；180℃、8小时；停止加热后自然冷却，即得所述树脂砂轮。
性能测试：
热分解温度：≥420℃；
回转强度144m/s；
磨耗实验：用相同重量、相同规格的市售的酚醛树脂砂轮和本发明的砂轮，重量均为1kg，分别以同样的方式连续切割槽钢，市售的酚醛树脂砂轮切割后的砂轮重量为973g，本发明的砂轮切割后的重量为984g，磨耗小，耐用度高。

Claims (2)

1.一种高热还原磨料树脂砂轮，其特征在于它是由下述重量份的原料组成的：
CBN磨料430-500、石英砂70-100、硝酸铈10-17、乙二醇40-50、25-28wt%氨水10-14、双氧水2-3、苯酚90-100、35-40%甲醛溶液96-110、硼酸5-7、六次甲基四胺2-6、苯胺13-20、氯化钡10-13、焦炭13-20、氯化钠1-2。
2.一种如权利要求1所述的高热还原磨料树脂砂轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将上述25-28wt%氨水、双氧水混合，搅拌均匀；
（2）将上述乙二醇与其重量40-50%的去离子水混合，搅拌均匀，加入硝酸铈，在70-75℃下保温搅拌20-30分钟，滴加上述25-28wt%氨水、双氧水的混合液，滴加完毕后调节溶液PH为9-10，搅拌反应120-130分钟，抽滤，水洗3-4次，得铈前驱体；
（3）将上述石英砂、铈前驱体混合，在800-900℃下煅烧40-50分钟，加入焦炭、氯化钠，置于电炉中，在1900-2000℃下加热1-2小时，自然冷却至常温，球磨均匀，得还原磨料；
（4）上述苯酚重量的68-75%、35-40%甲醛溶液重量的70-75%混合，搅拌均匀，加入氢氧化钠，调节PH为8-9，升高温度为70-75℃，保温搅拌1.6-2小时，加入硼酸，升高温度为110-120℃，减压脱水50-60分钟，加入混合体系重量2-3%的无水乙醇，搅拌均匀，先在80-90℃下加热8-10小时，然后在110-115℃下加热8-9小时，冷却，得硼酸酚醛树脂；
（5）将上述六次甲基四胺、硼酸酚醛树脂混合，磨成细粉，过160-200目筛，得硼酸酚醛树脂粉；
（6）将剩余的苯酚、35-40%甲醛溶液混合，加入混合液重量1-1.5倍的丁酮，搅拌均匀，加热到80-85℃，滴加苯胺，滴加完毕后在上述温度下保温反应4-6小时，加热减压蒸馏至体系温度为100-105℃，冷却，得苯并恶嗪单体；
（7）将上述硼酸酚醛树脂粉、苯并恶嗪单体混合，加入到混合料重量2-3倍的丁酮中，搅拌溶解，在76-80℃下真空干燥2.6-3小时，浓缩，在下述升温体系下进行固化，所述的升温体系为：80-90℃、50-60分钟；100-110℃、100-120分钟；130-140℃、40-50分钟，为苯并恶嗪改性酚醛树脂；
（8）将上述苯并恶嗪改性酚醛树脂、还原磨料、剩余各原料混合，热压成型，所述的热压温度为160-170℃、压力39O-410T、热压时间为30-32分钟，热压过程中每4-5分钟放汽一次；
（9）将上述热压成型后的树脂砂轮片根据需求的厚度叠装起来，用薄铁皮板隔开，放入预设好的硬化炉中硬化，硬化的升温体系为：100-120℃、4-5小时；125-140℃、7-8小时；150-170℃、1-2小时；180-185℃、8-9小时；停止加热后自然冷却，即得所述树脂砂轮。
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