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

一种耐热抗冲击砂轮材料
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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