CN106584298B - 一种高强树脂砂轮的制备方法 - Google Patents

一种高强树脂砂轮的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强树脂砂轮的制备方法，属于砂轮制备技术领域。本发明先以硅灰石、海泡石为原料制备混合填料粉，随后将松香熔融后与桐油、氧化锌等反应制备树脂粘结料，再将乙醇溶液与勃姆石等混合球磨后与硝酸镁混合烘干，将所得干凝胶煅烧粉碎后烧结，最后将所得硬质磨料与树脂粘结料、预热熔融后的备用混合填料粉压制、固化成型，即得高强树脂砂轮，本发明利用硅灰石和海泡石复合煅烧产生的氧化铁作为填料，提高砂轮孔隙率，利用松香、桐油与甘油反应生成粘结性树脂，提高砂轮的热稳定性，再配合勃姆石制得硬质磨料，提高砂轮耐磨性，有效解决了传统树脂砂轮切割时自身消耗大，切削比小的问题，具有广阔的应用前景。

Description

一种高强树脂砂轮的制备方法
技术领域
本发明公开了一种高强树脂砂轮的制备方法，属于砂轮制备技术领域。
背景技术
磨具是用以磨削、研磨和抛光的工具。大部分的磨具是用磨料加上结合剂制成的人造磨具，也有用天然矿岩直接加工成的天然磨具。磨具除在机械制造和其他金属加工工业中被广泛采用外，还用于粮食加工、造纸工业和陶瓷、玻璃、石材、塑料、橡胶、木材等非金属材料的加工。
砂轮是用磨料和结合剂混合经压坯、干燥、焙烧而制成的中央有通孔的圆形固结磨具，同时是磨具中用量最大、使用面最广的一种，使用时高速旋转，可对工件的外圆、内圆、平面和各种型面等进行粗磨、半精磨、精磨、开槽以及切断等方式的机加工的工具。
砂轮按照结合剂的不同种类，可以分为树脂砂轮、橡胶砂轮、金属砂轮、陶瓷砂轮、电着涂层砂轮和单层金属涂层砂轮。其中，树脂砂轮是以树脂为粘合剂，将松散的磨料粘结起来，固结成一定形状的薄片砂轮，它主要应用于圆钢、扁钢、钢管、角钢、槽钢、钢轨等金属型材的切割加工。树脂砂轮具有强度高、弹性大、耐冲击、坚固性等特点。但是现有的树脂砂轮成品硬度和强度不符，使用过程中树脂质量不稳定，过长时间加热能使硬化后的树脂裂解，影响砂轮的强度，同时砂轮耐热性差以及气孔率低，在切割时自身消耗大，切削比小，使用寿命短。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对传统树脂砂轮在使用过程中树脂质量不稳定，影响砂轮强度，同时砂轮耐热性差和孔隙率低，导致在切割时自身消耗大，切削比小的问题，提供了一种以硅灰石等复合制备填料，以松香和桐油反应合成树脂粘结料，再以勃姆石等制备硬质磨料，经固化成型得到高强树脂砂轮，本发明先以硅灰石、海泡石为原料制备混合填料粉，随后将松香熔融后与桐油、氧化锌等反应制备树脂粘结料，再将乙醇溶液与勃姆石等混合球磨后与硝酸镁混合烘干，将所得干凝胶煅烧粉碎后烧结，最后将所得硬质磨料与树脂粘结料、预热熔融后的备用混合填料粉压制、固化成型，即得高强树脂砂轮，本发明利用硅灰石和海泡石复合煅烧产生的氧化铁作为填料，提高砂轮孔隙率，利用松香、桐油与甘油反应生成粘结性树脂，提高砂轮的热稳定性，再配合勃姆石制得硬质磨料，提高砂轮耐磨性，有效解决了传统树脂砂轮切割时自身消耗大，切削比小的问题，具有广阔的应用前景。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）在粉碎机中依次加入260～280g硅灰石，180～200g海泡石，粉碎后过120～180目筛，得混合石粉，再将所得混合石粉倒入盛有600～800mL质量分数为10%氯化铁溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合10～15min，随后在搅拌状态下，滴加质量分数为10～15%氢氧化钠溶液，直至不再产生沉淀为止，继续搅拌反应10～15min，过滤，收集滤饼，用去离子水洗涤滤饼至中性，再将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，于温度为550～600℃条件下煅烧45～60min，待自然冷却至室温，得混合填料粉，备用；
（2）称取200～300g松香，倒入带有搅拌器和回流冷凝管的四口烧瓶中，加热直至松香完全熔融，调节搅拌转速至300～500r/min，再通过滴液漏斗向烧瓶中滴加120～150mL桐油，控制在30～45min内滴完，待滴加完毕，继续搅拌反应3～5h，再依次加入0.6～0.8g氧化锌，30～40mL甘油，于温度为220～250℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌反应2～4h，待反应结束，将四口烧瓶中物料倒入蒸馏装置中，减压蒸馏30～45min，出料，待自然冷却固化，得树脂粘结料，备用；
（3）在球磨机中依次加入100～120mL质量分数为30～40%乙醇溶液，3～5mL质量分数为70%硝酸溶液，30～40g勃姆石，3～5g十二烷基苯磺酸钠，球磨处理18～24h，再将球磨机中物料倒入烧杯中，并加入2～4g硝酸镁，用玻璃棒搅拌混合3～5min，随后将烧杯中物料置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥45～60min，得干凝胶，再将干凝胶转入高温烧结炉，于温度为400～450℃条件下煅烧10～15min后，取出，经粉碎机粉碎后过180～200目筛，再将过筛后的凝胶粉末置于高温烧结炉中，于温度为1300～1400℃条件下保温烧结45～60min，待自然冷却至室温，得硬质磨料；
（4）按重量份数计，依次取80～100份上述所得硬质磨料，25～35份步骤（2）备用树脂粘结料，15～20份预热熔融后的步骤（1）备用混合填料粉，混合均匀后倒入模具中，随后于压力为20～25N/mm2条件下，压制20～30s，随后再转入固化炉中固化成型，出料，即得高强树脂砂轮。
本发明的应用方法是：首先对本发明制得的树脂砂轮进行表面清洁，随后将树脂砂轮端面与内侧带有凹形槽的法兰盘之间垫上一块厚度约为1～2mm的耐油橡胶垫片，再用法兰盘将树脂砂轮夹紧用螺钉固定，再将砂轮套轴装夹，安装完毕后启动机器空转30～60s左右，没有异常后进行打磨、切削使用即可。经检测，本发明制得的高强树脂砂轮孔隙率高，达55～65%，孔径大小为100～200μm，抗折强度为80～100MPa，切割效率为5～9g/s，较传统树脂砂轮提高了20～30%，同时耐用度较传统树脂砂轮提高了50～60%，砂轮工作线速度80～100m/s，回转破裂转数7500～8000rpm，磨削性能优良。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制得的高强树脂砂轮孔隙率高、耐磨性好，适合在高低速下切割，切削比大，同时切割尺寸精度高，切割表面平滑，且树脂砂轮使用过程中自锐性好，不需要修整，有效提高了生产效率；
（2）本发明制得的高强树脂砂轮质量稳定，具有较高的机械强度，具有优良的耐热性，同时砂轮散热快，使用寿命长，大大提高了树脂砂轮的耐用度。
具体实施方式
首先在粉碎机中依次加入260～280g硅灰石，180～200g海泡石，粉碎后过120～180目筛，得混合石粉，再将所得混合石粉倒入盛有600～800mL质量分数为10%氯化铁溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合10～15min，随后在搅拌状态下，滴加质量分数为10～15%氢氧化钠溶液，直至不再产生沉淀为止，继续搅拌反应10～15min，过滤，收集滤饼，用去离子水洗涤滤饼至中性，再将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，于温度为550～600℃条件下煅烧45～60min，待自然冷却至室温，得混合填料粉，备用；随后称取200～300g松香，倒入带有搅拌器和回流冷凝管的四口烧瓶中，加热直至松香完全熔融，调节搅拌转速至300～500r/min，再通过滴液漏斗向烧瓶中滴加120～150mL桐油，控制在30～45min内滴完，待滴加完毕，继续搅拌反应3～5h，再依次加入0.6～0.8g氧化锌，30～40mL甘油，于温度为220～250℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌反应2～4h，待反应结束，将四口烧瓶中物料倒入蒸馏装置中，减压蒸馏30～45min，出料，待自然冷却固化，得树脂粘结料，备用；再在球磨机中依次加入100～120mL质量分数为30～40%乙醇溶液，3～5mL质量分数为70%硝酸溶液，30～40g勃姆石，3～5g十二烷基苯磺酸钠，球磨处理18～24h，再将球磨机中物料倒入烧杯中，并加入2～4g硝酸镁，用玻璃棒搅拌混合3～5min，随后将烧杯中物料置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥45～60min，得干凝胶，再将干凝胶转入高温烧结炉，于温度为400～450℃条件下煅烧10～15min后，取出，经粉碎机粉碎后过180～200目筛，再将过筛后的凝胶粉末置于高温烧结炉中，于温度为1300～1400℃条件下保温烧结45～60min，待自然冷却至室温，得硬质磨料；最后按重量份数计，依次取80～100份上述所得硬质磨料，25～35份备用的树脂粘结料，15～20份预热熔融后的备用混合填料粉，混合均匀后倒入模具中，随后于压力为20～25N/mm2条件下，压制20～30s，随后再转入固化炉中固化成型，出料，即得高强树脂砂轮。
实例1
首先在粉碎机中依次加入260g硅灰石，180g海泡石，粉碎后过120目筛，得混合石粉，再将所得混合石粉倒入盛有600mL质量分数为10%氯化铁溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合10min，随后在搅拌状态下，滴加质量分数为10%氢氧化钠溶液，直至不再产生沉淀为止，继续搅拌反应10min，过滤，收集滤饼，用去离子水洗涤滤饼至中性，再将滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，于温度为550℃条件下煅烧45min，待自然冷却至室温，得混合填料粉，备用；随后称取200g松香，倒入带有搅拌器和回流冷凝管的四口烧瓶中，加热直至松香完全熔融，调节搅拌转速至300r/min，再通过滴液漏斗向烧瓶中滴加120mL桐油，控制在30min内滴完，待滴加完毕，继续搅拌反应3h，再依次加入0.6g氧化锌，30mL甘油，于温度为220℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌反应2h，待反应结束，将四口烧瓶中物料倒入蒸馏装置中，减压蒸馏30min，出料，待自然冷却固化，得树脂粘结料，备用；再在球磨机中依次加入100mL质量分数为30%乙醇溶液，3mL质量分数为70%硝酸溶液，30g勃姆石，3g十二烷基苯磺酸钠，球磨处理18h，再将球磨机中物料倒入烧杯中，并加入2g硝酸镁，用玻璃棒搅拌混合3min，随后将烧杯中物料置于烘箱中，于温度为105℃条件下干燥45min，得干凝胶，再将干凝胶转入高温烧结炉，于温度为400℃条件下煅烧10min后，取出，经粉碎机粉碎后过180目筛，再将过筛后的凝胶粉末置于高温烧结炉中，于温度为1300℃条件下保温烧结45min，待自然冷却至室温，得硬质磨料；最后按重量份数计，依次取80份上述所得硬质磨料，25份备用的树脂粘结料，15份预热熔融后的备用混合填料粉，混合均匀后倒入模具中，随后于压力为20N/mm2条件下，压制20s，随后再转入固化炉中固化成型，出料，即得高强树脂砂轮。
本实例操作简便，使用时，首先对本发明制得的树脂砂轮进行表面清洁，随后将树脂砂轮端面与内侧带有凹形槽的法兰盘之间垫上一块厚度约为1mm的耐油橡胶垫片，再用法兰盘将树脂砂轮夹紧用螺钉固定，再将砂轮套轴装夹，安装完毕后启动机器空转30s左右，没有异常后进行打磨、切削使用即可。经检测，本发明制得的高强树脂砂轮孔隙率高，达55%，孔径大小为100μm，抗折强度为80MPa，切割效率为5g/s，较传统树脂砂轮提高了20%，同时耐用度较传统树脂砂轮提高了50%，砂轮工作线速度80m/s，回转破裂转数7500rpm，磨削性能优良。
实例2
首先在粉碎机中依次加入270g硅灰石，190g海泡石，粉碎后过150目筛，得混合石粉，再将所得混合石粉倒入盛有700mL质量分数为10%氯化铁溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合13min，随后在搅拌状态下，滴加质量分数为13%氢氧化钠溶液，直至不再产生沉淀为止，继续搅拌反应13min，过滤，收集滤饼，用去离子水洗涤滤饼至中性，再将滤饼转入烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，于温度为575℃条件下煅烧53min，待自然冷却至室温，得混合填料粉，备用；随后称取250g松香，倒入带有搅拌器和回流冷凝管的四口烧瓶中，加热直至松香完全熔融，调节搅拌转速至400r/min，再通过滴液漏斗向烧瓶中滴加135mL桐油，控制在37min内滴完，待滴加完毕，继续搅拌反应4h，再依次加入0.7g氧化锌，35mL甘油，于温度为235℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应3h，待反应结束，将四口烧瓶中物料倒入蒸馏装置中，减压蒸馏37min，出料，待自然冷却固化，得树脂粘结料，备用；再在球磨机中依次加入110mL质量分数为35%乙醇溶液，4mL质量分数为70%硝酸溶液，35g勃姆石，4g十二烷基苯磺酸钠，球磨处理21h，再将球磨机中物料倒入烧杯中，并加入3g硝酸镁，用玻璃棒搅拌混合4min，随后将烧杯中物料置于烘箱中，于温度为108℃条件下干燥53min，得干凝胶，再将干凝胶转入高温烧结炉，于温度为425℃条件下煅烧13min后，取出，经粉碎机粉碎后过190目筛，再将过筛后的凝胶粉末置于高温烧结炉中，于温度为1350℃条件下保温烧结53min，待自然冷却至室温，得硬质磨料；最后按重量份数计，依次取90份上述所得硬质磨料，30份备用的树脂粘结料，18份预热熔融后的备用混合填料粉，混合均匀后倒入模具中，随后于压力为23N/mm2条件下，压制25s，随后再转入固化炉中固化成型，出料，即得高强树脂砂轮。
本实例操作简便，使用时，首先对本发明制得的树脂砂轮进行表面清洁，随后将树脂砂轮端面与内侧带有凹形槽的法兰盘之间垫上一块厚度约为2mm的耐油橡胶垫片，再用法兰盘将树脂砂轮夹紧用螺钉固定，再将砂轮套轴装夹，安装完毕后启动机器空转45s左右，没有异常后进行打磨、切削使用即可。经检测，本发明制得的高强树脂砂轮孔隙率高，达60%，孔径大小为150μm，抗折强度为90MPa，切割效率为8g/s，较传统树脂砂轮提高了25%，同时耐用度较传统树脂砂轮提高了55%，砂轮工作线速度90m/s，回转破裂转数7750rpm，磨削性能优良。
实例3
首先在粉碎机中依次加入280g硅灰石，200g海泡石，粉碎后过180目筛，得混合石粉，再将所得混合石粉倒入盛有800mL质量分数为10%氯化铁溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合15min，随后在搅拌状态下，滴加质量分数为15%氢氧化钠溶液，直至不再产生沉淀为止，继续搅拌反应15min，过滤，收集滤饼，用去离子水洗涤滤饼至中性，再将滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，于温度为600℃条件下煅烧60min，待自然冷却至室温，得混合填料粉，备用；随后称取300g松香，倒入带有搅拌器和回流冷凝管的四口烧瓶中，加热直至松香完全熔融，调节搅拌转速至500r/min，再通过滴液漏斗向烧瓶中滴加150mL桐油，控制在45min内滴完，待滴加完毕，继续搅拌反应5h，再依次加入0.8g氧化锌，40mL甘油，于温度为250℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应4h，待反应结束，将四口烧瓶中物料倒入蒸馏装置中，减压蒸馏45min，出料，待自然冷却固化，得树脂粘结料，备用；再在球磨机中依次加入120mL质量分数为40%乙醇溶液，5mL质量分数为70%硝酸溶液，40g勃姆石，5g十二烷基苯磺酸钠，球磨处理24h，再将球磨机中物料倒入烧杯中，并加入4g硝酸镁，用玻璃棒搅拌混合5min，随后将烧杯中物料置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥60min，得干凝胶，再将干凝胶转入高温烧结炉，于温度为450℃条件下煅烧15min后，取出，经粉碎机粉碎后过200目筛，再将过筛后的凝胶粉末置于高温烧结炉中，于温度为1400℃条件下保温烧结60min，待自然冷却至室温，得硬质磨料；最后按重量份数计，依次取100份上述所得硬质磨料，35份备用的树脂粘结料，20份预热熔融后的备用混合填料粉，混合均匀后倒入模具中，随后于压力为25N/mm2条件下，压制30s，随后再转入固化炉中固化成型，出料，即得高强树脂砂轮。
本实例操作简便，使用时，首先对本发明制得的树脂砂轮进行表面清洁，随后将树脂砂轮端面与内侧带有凹形槽的法兰盘之间垫上一块厚度约为2mm的耐油橡胶垫片，再用法兰盘将树脂砂轮夹紧用螺钉固定，再将砂轮套轴装夹，安装完毕后启动机器空转60s左右，没有异常后进行打磨、切削使用即可。经检测，本发明制得的高强树脂砂轮孔隙率高，达65%，孔径大小为200μm，抗折强度为100MPa，切割效率为9g/s，较传统树脂砂轮提高了30%，同时耐用度较传统树脂砂轮提高了60%，砂轮工作线速度100m/s，回转破裂转数8000rpm，磨削性能优良。

Claims (1)

1.一种高强树脂砂轮的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）在粉碎机中依次加入260～280g硅灰石，180～200g海泡石，粉碎后过120～180目筛，得混合石粉，再将所得混合石粉倒入盛有600～800mL质量分数为10%氯化铁溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合10～15min，随后在搅拌状态下，滴加质量分数为10～15%氢氧化钠溶液，直至不再产生沉淀为止，继续搅拌反应10～15min，过滤，收集滤饼，用去离子水洗涤滤饼至中性，再将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，于温度为550～600℃条件下煅烧45～60min，待自然冷却至室温，得混合填料粉，备用；
（2）称取200～300g松香，倒入带有搅拌器和回流冷凝管的四口烧瓶中，加热直至松香完全熔融，调节搅拌转速至300～500r/min，再通过滴液漏斗向烧瓶中滴加120～150mL桐油，控制在30～45min内滴完，待滴加完毕，继续搅拌反应3～5h，再依次加入0.6～0.8g氧化锌，30～40mL甘油，于温度为220～250℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌反应2～4h，待反应结束，将四口烧瓶中物料倒入蒸馏装置中，减压蒸馏30～45min，出料，待自然冷却固化，得树脂粘结料，备用；
（3）在球磨机中依次加入100～120mL质量分数为30～40%乙醇溶液，3～5mL质量分数为70%硝酸溶液，30～40g勃姆石，3～5g十二烷基苯磺酸钠，球磨处理18～24h，再将球磨机中物料倒入烧杯中，并加入2～4g硝酸镁，用玻璃棒搅拌混合3～5min，随后将烧杯中物料置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥45～60min，得干凝胶，再将干凝胶转入高温烧结炉，于温度为400～450℃条件下煅烧10～15min后，取出，经粉碎机粉碎后过180～200目筛，再将过筛后的凝胶粉末置于高温烧结炉中，于温度为1300～1400℃条件下保温烧结45～60min，待自然冷却至室温，得硬质磨料；
（4）按重量份数计，依次取80～100份上述所得硬质磨料，25～35份步骤（2）备用树脂粘结料，15～20份预热熔融后的步骤（1）备用混合填料粉，混合均匀后倒入模具中，随后于压力为20～25N/mm2条件下，压制20～30s，随后再转入固化炉中固化成型，出料，即得高强树脂砂轮。
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