CN107378805A - 一种耐热抗冲击砂轮材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐热抗冲击砂轮材料,其原料包括:金刚石、碳化硅晶须、硼酸铝晶须、钛酸钾晶须、氧化铝晶须、氧化钇、氧化铈、长石、萤石、改性酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚乙烯蜡乳液、木质素磺酸钙、矿渣、玻璃纤维、碳纤维、造孔剂、合金粉末。本发明提出的一种耐热抗冲击砂轮材料,其配方合理,得到的砂轮具有优异的抗弯强度、显微硬度、抗冲击韧性、耐磨性、散热性和耐热性,砂轮不易崩裂,安全系数高,同时具有磨削效率高、磨削比大、磨削质量好、使用寿命长等优点,具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及砂轮材料技术领域,尤其涉及一种耐热抗冲击砂轮材料。
背景技术
砂轮是用磨料和结合剂等制成的中央有通孔的圆形固结模具,且作为磨具中用量最大、使用面最广的一种,适于加工各种金属和非金属材料。砂轮按照结合剂的不同,一般可分为陶瓷结合剂型砂轮、橡胶结合剂型砂轮和树脂结合剂型砂轮。其中,树脂结合剂型砂轮是以树脂为结合剂与磨料黏合而成的,随着高分子材料行业的不断发展,树脂结合剂型砂轮的发展迅速,树脂砂轮在磨削加工过程中常用于磨槽、切割、精磨等,使用范围广,在磨削加工中成为不可替代的工具。现有技术中树脂结合剂型砂轮还存在耐热性和抗冲击性差,磨削效率低,侧磨时容易造成崩裂,安全系数低,这些都限制了我国砂轮产业的发展。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种耐热抗冲击砂轮材料,其配方合理,得到的砂轮具有优异的抗弯强度、显微硬度、抗冲击韧性、耐磨性、散热性和耐热性,砂轮不易崩裂,安全系数高,同时具有磨削效率高、磨削比大、磨削质量好、使用寿命长等优点,具有良好的经济效益。
本发明提出的一种耐热抗冲击砂轮材料,其原料按重量份包括:金刚石45-55份、碳化硅晶须2-4份、硼酸铝晶须1-2份、钛酸钾晶须1-2份、氧化铝晶须1.5-2.5份、氧化钇1-2份、氧化铈0.5-1.2份、长石4-8份、萤石3-6份、改性酚醛树脂15-22份、聚氨酯树脂4-8份、聚乙烯蜡乳液2-5份、木质素磺酸钙0.6-1.5份、矿渣2-5份、玻璃纤维1-3份、碳纤维1-2份、造孔剂2-5份、合金粉末2-5份。
具体实施例中,金刚石的重量份还可以为46、48、50、52、54份,碳化硅晶须的重量份还可以为2.2、2.5、2.8、3、3.4、3.8份,硼酸铝晶须的重量份还可以为1.1、1.2、1.4、1.6、1.8份,钛酸钾晶须的重量份还可以为1.1、1.2、1.4、1.6、1.8份,氧化铝晶须的重量份还可以为1.6、1.8、2、2.2、2.4份,氧化钇的重量份还可以为1.1、1.2、1.4、1.6、1.8份,氧化铈的重量份还可以为0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1份,长石的重量份还可以为4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5份,萤石的重量份还可以为3.5、4、4.5、5、5.5份,改性酚醛树脂的重量份还可以为16、17、18、20、21份,聚氨酯树脂的重量份还可以为4.5、5、5.5、6、6.5、7份,聚乙烯蜡乳液的重量份还可以为2.5、3、3.5、4、4.5份,木质素磺酸钙的重量份还可以为0.7、0.8、1、1.1、1.2、1.4份,矿渣的重量份还可以为2.5、3、3.5、4、4.5份,玻璃纤维的重量份还可以为1.4、1.8、2、2.2、2.5、2.8份,碳纤维的重量份还可以为1.1、1.2、1.4、1.6、1.8份,造孔剂的重量份还可以为2.5、3、3.5、4、4.5份,合金粉末的重量份还可以为2.5、3、3.5、4、4.5份。
优选地,造孔剂的原料按重量份包括:膨润土20-25份、粉煤灰5-10份、硫酸铵5-10份、氯化钠5-10份、空心玻璃微珠10-15份。
优选地,合金粉末的原料按重量份包括:硅铁合金粉末20-30份、硅钙合金粉末15-22份、锰铁合金粉末10-20份、硅铝合金粉末10-20份、稀土铁合金粉末10-20份。
优选地,改性酚醛树脂按以下工艺进行制备:将硼酸、桐油酸、硬脂酸与乙醇水溶液混合,加入纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、二苯基二甲氧基硅烷,搅拌反应,得到物料A;将酚醛树脂与十八烷基三甲氧基硅烷、十二烷基磺酸钠、木薯粉、环氧氯丙烷混合反应,得到物料B;将物料A、物料B与硅烷偶联剂KH-570、乙烯基吡啶、钼酸盐、过硫酸铵混合反应,得到物料C,再将物料C干燥至恒重,粉碎过筛,得到改性酚醛树脂。
优选地,改性酚醛树脂按以下工艺进行制备:将硼酸、桐油酸、脂酸与乙醇水溶液混合,加入纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、二苯基二甲氧基硅烷,在50-60℃下搅拌反应1.5-2h,得到物料A;将酚醛树脂与十八烷基三甲氧基硅烷、十二烷基磺酸钠、木薯粉、环氧氯丙烷在60-70℃下混合反应3-4h,得到物料B;将物料A、物料B与硅烷偶联剂KH-570、乙烯基吡啶、钼酸盐、过硫酸铵在55-65℃下混合反应2-3h,得到物料C,再将物料C干燥至恒重,粉碎过40-100目筛,得到改性酚醛树脂。
优选地,改性酚醛树脂按以下工艺进行制备:按重量份将2-4份硼酸、3-5份桐油酸、1-2份硬脂酸与30-40份乙醇水溶液混合,加入4-8份纳米碳酸钙、3-6份纳米二氧化硅、0.06-0.12份二苯基二甲氧基硅烷,在50-60℃下搅拌反应1.5-2h,得到物料A;按重量份将10-15份酚醛树脂与0.5-0.8份十八烷基三甲氧基硅烷、0.4-0.6份十二烷基磺酸钠、0.5-1份木薯粉、0.6-1.2份环氧氯丙烷在60-70℃下混合反应3-4h,得到物料B;按重量份将5-10份物料A、20-30份物料B与0.3-0.5份硅烷偶联剂KH-570、0.5-1份乙烯基吡啶、1-2份钼酸盐、0.08-0.15份过硫酸铵在55-65℃下混合反应2-3h,得到物料C,再将物料C干燥至恒重,粉碎过40-100目筛,得到改性酚醛树脂。
本发明采用常规制备工艺制得。
本发明中添加的改性酚醛树脂在其制备过程中,先以硼酸、桐油酸、硬脂酸、二苯基二甲氧基硅烷配合对纳米碳酸钙和纳米二氧化硅进行改性,有效提高纳米碳酸钙、纳米二氧化硅的分散性及与酚醛树脂的相容性,得到的物料A将作为“性能增强剂”和“功能填料”对酚醛树脂初步改性得到的物料B进一步改性与与优化;再以十八烷基三甲氧基硅烷、十二烷基磺酸钠、木薯粉、环氧氯丙烷为改性剂对酚醛树脂进行初步改性得到物料B,有效改善酚醛树脂的空间结构,提高酚醛树脂的反应活性;最后将物料A、物料B与硅烷偶联剂KH-570、乙烯基吡啶、钼酸盐、过硫酸铵混合反应,进一步改善酚醛树脂的空间结构,得到的改性酚醛树脂具有独特的三维网状结构,有效改善本发明体系中各物料的分散性和性能稳定性,极大提高本发明制品的耐磨、耐热、耐老化、耐腐蚀性能与强度、硬度等力学性能,同时有效提高本发明体系中各物料的相容性,与聚氨酯树脂、聚乙烯蜡乳液配合,具有共混改性效果,在保留各自优异性能的同时具有其他有益效果,有效改善砂轮的粘接性及贮存稳定性,三者相互配合进一步提高了砂轮的耐热性,减少砂轮在磨削时局部温度过高而导致对磨料的把持力下降,砂轮不易崩裂,安全系数高,磨削比大,使用寿命长;造孔剂中,膨润土、粉煤灰、硫酸铵、氯化钠和空心玻璃微珠相互配合,具有协同作用,有效改善砂轮组织结构,提高砂轮孔隙率,在磨削过程中起到良好散热效果,同时具有容屑排屑及砂轮自锐效果,提高磨削质量和磨削效率,有效减少人工劳动强度;木质素磺酸钙、矿渣、玻璃纤维和碳纤维配合,在体系中具有良好的填充效果,进一步改善砂轮结构,增强砂轮抗弯强度和抗折强度等力学性能;碳化硅晶须、硼酸铝晶须、钛酸钾晶须、氧化铝晶须、氧化钇和氧化铈配合,有效改善本发明制品整体的力学性能和物理性能,提高本发明制品的抗弯强度、显微硬度、耐磨性和耐热性,得到的本发明制品安全系数高,有效避免事故的发生。本发明提出了一种耐热抗冲击砂轮材料,其配方合理,得到的砂轮具有优异的抗弯强度、显微硬度、抗冲击韧性、耐磨性、散热性和耐热性,砂轮不易崩裂,安全系数高,同时具有磨削效率高、磨削比大、磨削质量好、使用寿命长等优点,具有良好的经济效益。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种耐热抗冲击砂轮材料,其原料按重量份包括:金刚石45份、碳化硅晶须4份、硼酸铝晶须1份、钛酸钾晶须2份、氧化铝晶须1.5份、氧化钇2份、氧化铈0.5份、长石8份、萤石6份、改性酚醛树脂15份、聚氨酯树脂8份、聚乙烯蜡乳液5份、木质素磺酸钙0.6份、矿渣5份、玻璃纤维1份、碳纤维1份、造孔剂2份、合金粉末5份。
实施例2
本发明提出的一种耐热抗冲击砂轮材料,其原料按重量份包括:金刚石55份、碳化硅晶须2份、硼酸铝晶须2份、钛酸钾晶须1份、氧化铝晶须2.5份、氧化钇1份、氧化铈1.2份、长石4份、萤石3份、改性酚醛树脂22份、聚氨酯树脂4份、聚乙烯蜡乳液2份、木质素磺酸钙1.5份、矿渣2份、玻璃纤维3份、碳纤维2份、造孔剂5份、合金粉末2份。
其中,造孔剂的原料按重量份包括:膨润土20份、粉煤灰5份、硫酸铵5份、氯化钠5份、空心玻璃微珠10份;
合金粉末的原料按重量份包括:硅铁合金粉末30份、硅钙合金粉末22份、锰铁合金粉末10份、硅铝合金粉末20份、稀土铁合金粉末10份;
改性酚醛树脂按以下工艺进行制备:将硼酸、桐油酸、硬脂酸与乙醇水溶液混合,加入纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、二苯基二甲氧基硅烷,搅拌反应,得到物料A;将酚醛树脂与十八烷基三甲氧基硅烷、十二烷基磺酸钠、木薯粉、环氧氯丙烷混合反应,得到物料B;将物料A、物料B与硅烷偶联剂KH-570、乙烯基吡啶、钼酸盐、过硫酸铵混合反应,得到物料C,再将物料C干燥至恒重,粉碎过筛,得到改性酚醛树脂。
实施例3
本发明提出的一种耐热抗冲击砂轮材料,其原料按重量份包括:金刚石50份、碳化硅晶须3份、硼酸铝晶须1.5份、钛酸钾晶须1.6份、氧化铝晶须2.1份、氧化钇1.4份、氧化铈0.95份、长石6份、萤石4.6份、改性酚醛树脂20份、聚氨酯树脂6份、聚乙烯蜡乳液3.5份、木质素磺酸钙1份、矿渣3.5份、玻璃纤维2.1份、碳纤维1.5份、造孔剂3.5份、合金粉末3.5份。
其中,造孔剂的原料按重量份包括:膨润土22.5份、粉煤灰8份、硫酸铵7.5份、氯化钠8份、空心玻璃微珠13份;
合金粉末的原料按重量份包括:硅铁合金粉末25份、硅钙合金粉末18.5份、锰铁合金粉末16.5份、硅铝合金粉末14.5份、稀土铁合金粉末14.5份;
改性酚醛树脂按以下工艺进行制备:按重量份将3份硼酸、4份桐油酸、1.5份硬脂酸与35份乙醇水溶液混合,加入6份纳米碳酸钙、4.5份纳米二氧化硅、0.1份二苯基二甲氧基硅烷,在55℃下搅拌反应1.8h,得到物料A;按重量份将12份酚醛树脂与0.6份十八烷基三甲氧基硅烷、0.5份十二烷基磺酸钠、0.8份木薯粉、0.9份环氧氯丙烷在65℃下混合反应3.5h,得到物料B;按重量份将8份物料A、25份物料B与0.4份硅烷偶联剂KH-570、0.8份乙烯基吡啶、1.6份钼酸盐、0.1份过硫酸铵在60℃下混合反应2.5h,得到物料C,再将物料C干燥至恒重,粉碎过60目筛,得到改性酚醛树脂。
实施例4
本发明提出的一种耐热抗冲击砂轮材料,其原料按重量份包括:金刚石48.5份、碳化硅晶须2.4份、硼酸铝晶须1.4份、钛酸钾晶须1.2份、氧化铝晶须2.2份、氧化钇1.2份、氧化铈1份、长石5.2份、萤石3.6份、改性酚醛树脂16.5份、聚氨酯树脂4.8份、聚乙烯蜡乳液2.5份、木质素磺酸钙0.75份、矿渣2.5份、玻璃纤维1.5份、碳纤维1.2份、造孔剂2.5份、合金粉末2.5份。
其中,造孔剂的原料按重量份包括:膨润土25份、粉煤灰10份、硫酸铵10份、氯化钠10份、空心玻璃微珠15份;
合金粉末的原料按重量份包括:硅铁合金粉末20份、硅钙合金粉末15份、锰铁合金粉末20份、硅铝合金粉末10份、稀土铁合金粉末20份;
改性酚醛树脂按以下工艺进行制备:按重量份将2份硼酸、3份桐油酸、1份硬脂酸与30份乙醇水溶液混合,加入4份纳米碳酸钙、3份纳米二氧化硅、0.06份二苯基二甲氧基硅烷,在50℃下搅拌反应2h,得到物料A;按重量份将10份酚醛树脂与0.5份十八烷基三甲氧基硅烷、0.4份十二烷基磺酸钠、0.5份木薯粉、0.6份环氧氯丙烷在60℃下混合反应4h,得到物料B;按重量份将5份物料A、20份物料B与0.3份硅烷偶联剂KH-570、0.5份乙烯基吡啶、1份钼酸盐、0.08份过硫酸铵在55℃下混合反应3h,得到物料C,再将物料C干燥至恒重,粉碎过40目筛,得到改性酚醛树脂。
实施例5
本发明提出的一种耐热抗冲击砂轮材料,其原料按重量份包括:金刚石52.5份、碳化硅晶须3.5份、硼酸铝晶须1.8份、钛酸钾晶须1.6份、氧化铝晶须2.2份、氧化钇1.8份、氧化铈0.65份、长石6.8份、萤石5.2份、改性酚醛树脂20.8份、聚氨酯树脂6.5份、聚乙烯蜡乳液4.5份、木质素磺酸钙1.2份、矿渣4.2份、玻璃纤维2.3份、碳纤维1.6份、造孔剂4.5份、合金粉末4.5份。
其中,造孔剂的原料按重量份包括:膨润土21.5份、粉煤灰6.5份、硫酸铵8.5份、氯化钠6.5份、空心玻璃微珠14份;
合金粉末的原料按重量份包括:硅铁合金粉末28.5份、硅钙合金粉末16.5份、锰铁合金粉末17份、硅铝合金粉末18份、稀土铁合金粉末18份;
改性酚醛树脂按以下工艺进行制备:按重量份将4份硼酸、5份桐油酸、2份硬脂酸与40份乙醇水溶液混合,加入8份纳米碳酸钙、6份纳米二氧化硅、0.12份二苯基二甲氧基硅烷,在60℃下搅拌反应1.5h,得到物料A;按重量份将15份酚醛树脂与0.8份十八烷基三甲氧基硅烷、0.6份十二烷基磺酸钠、1份木薯粉、1.2份环氧氯丙烷在70℃下混合反应3h,得到物料B;按重量份将10份物料A、30份物料B与0.5份硅烷偶联剂KH-570、1份乙烯基吡啶、2份钼酸盐、0.15份过硫酸铵在65℃下混合反应2h,得到物料C,再将物料C干燥至恒重,粉碎过100目筛,得到改性酚醛树脂。
对本发明实施例3-5中提出的耐热抗冲击砂轮材料进行性能测试,测试结果如下:
实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
抗弯强度/MPa | 87.52 | 86.45 | 86.22 |
显微硬度/MPa | 915.55 | 912.32 | 913.50 |
冲击韧性/KJ/m2 | 5.05 | 4.95 | 4.88 |
磨耗比/(1:x) | 5.45 | 4.95 | 5.22 |
最大热膨胀系数/℃-1 | 9.50×10-5 | 5.85×10-6 | 4.55×10-6 |
由上述表格可知,本发明提出的耐热抗冲击砂轮材料具有良好的抗弯强度、显微硬度、冲击韧性和磨耗比,同时最大热膨胀系数在5.85×10-6℃-1与9.50×10-5℃-1之间,具有良好的热稳定性。本发明提出的耐热抗冲击砂轮材料性能优异,满足工业生产需要,具有良好的经济效益,适宜大规模生产使用。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种耐热抗冲击砂轮材料,其特征在于,其原料按重量份包括:金刚石45-55份、碳化硅晶须2-4份、硼酸铝晶须1-2份、钛酸钾晶须1-2份、氧化铝晶须1.5-2.5份、氧化钇1-2份、氧化铈0.5-1.2份、长石4-8份、萤石3-6份、改性酚醛树脂15-22份、聚氨酯树脂4-8份、聚乙烯蜡乳液2-5份、木质素磺酸钙0.6-1.5份、矿渣2-5份、玻璃纤维1-3份、碳纤维1-2份、造孔剂2-5份、合金粉末2-5份。
2.根据权利要求1所述耐热抗冲击砂轮材料,其特征在于,造孔剂的原料按重量份包括:膨润土20-25份、粉煤灰5-10份、硫酸铵5-10份、氯化钠5-10份、空心玻璃微珠10-15份。
3.根据权利要求1所述耐热抗冲击砂轮材料,其特征在于,合金粉末的原料按重量份包括:硅铁合金粉末20-30份、硅钙合金粉末15-22份、锰铁合金粉末10-20份、硅铝合金粉末10-20份、稀土铁合金粉末10-20份。
4.根据权利要求1所述耐热抗冲击砂轮材料,其特征在于,改性酚醛树脂按以下工艺进行制备:将硼酸、桐油酸、硬脂酸与乙醇水溶液混合,加入纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、二苯基二甲氧基硅烷,搅拌反应,得到物料A;将酚醛树脂与十八烷基三甲氧基硅烷、十二烷基磺酸钠、木薯粉、环氧氯丙烷混合反应,得到物料B;将物料A、物料B与硅烷偶联剂KH-570、乙烯基吡啶、钼酸盐、过硫酸铵混合反应,得到物料C,再将物料C干燥至恒重,粉碎过筛,得到改性酚醛树脂。
5.根据权利要求4所述耐热抗冲击砂轮材料,其特征在于,改性酚醛树脂按以下工艺进行制备:将硼酸、桐油酸、脂酸与乙醇水溶液混合,加入纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、二苯基二甲氧基硅烷,在50-60℃下搅拌反应1.5-2h,得到物料A;将酚醛树脂与十八烷基三甲氧基硅烷、十二烷基磺酸钠、木薯粉、环氧氯丙烷在60-70℃下混合反应3-4h,得到物料B;将物料A、物料B与硅烷偶联剂KH-570、乙烯基吡啶、钼酸盐、过硫酸铵在55-65℃下混合反应2-3h,得到物料C,再将物料C干燥至恒重,粉碎过40-100目筛,得到改性酚醛树脂。
6.根据权利要求5所述耐热抗冲击砂轮材料,其特征在于,改性酚醛树脂按以下工艺进行制备:按重量份将2-4份硼酸、3-5份桐油酸、1-2份硬脂酸与30-40份乙醇水溶液混合,加入4-8份纳米碳酸钙、3-6份纳米二氧化硅、0.06-0.12份二苯基二甲氧基硅烷,在50-60℃下搅拌反应1.5-2h,得到物料A;按重量份将10-15份酚醛树脂与0.5-0.8份十八烷基三甲氧基硅烷、0.4-0.6份十二烷基磺酸钠、0.5-1份木薯粉、0.6-1.2份环氧氯丙烷在60-70℃下混合反应3-4h,得到物料B;按重量份将5-10份物料A、20-30份物料B与0.3-0.5份硅烷偶联剂KH-570、0.5-1份乙烯基吡啶、1-2份钼酸盐、0.08-0.15份过硫酸铵在55-65℃下混合反应2-3h,得到物料C,再将物料C干燥至恒重,粉碎过40-100目筛,得到改性酚醛树脂。
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