CN107571165B - 一种陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具及其制造方法。该涂附磨具以钢纸为基材，所述钢纸的植砂面涂覆有底胶层，所述底胶层中植有磨料，该磨料上依次涂覆有复胶层和超涂层，钢纸由纤维长度为33～45mm的长绒棉制得，超涂层包括脲醛树脂、Al₂O₃粉末、硅微粉、碳纳米管、玻璃纤维、乙烯基硅烷，磨料为共混的陶瓷微晶刚玉和锆刚玉，磨料表面镀有铱层。该磨具产品的剥离强度、耐热性和磨削效率均得到明显提升，产品在高压和振动情况下，不起层、不破裂，可进行持续磨削加工。

Description

一种陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具及其制造方法

技术领域

本发明涉及涂附磨具产品领域，特别涉及一种陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具及其制造方法。

背景技术

涂附磨具产品作为工业的牙齿，在产品的磨削、成型加工、抛光方面有着不可替代的作用。涂附磨具产品磨削对象可分为很多种，比如木材、金属、合金、皮革、玻璃、陶瓷等等所有需要磨削加工以及抛光的领域。

随着高强力磨削加工行业的发展，特别是为了满足不锈钢、钛合金及热敏感金属加工方面以及磨削精度较高的焊缝和罐体抛磨方面的需要，对作为涂附磨具基材的钢纸产品提出了新的更高要求。常规的钢纸砂盘在高强力变向磨削过程中容易出现磨削温度高、磨削时磨料容易脱落、磨削打滑、工件烧伤、钢纸砂盘寿命低等问题，这些都会导致生产成本大幅上升，并严重影响了生产加工效率和产品质量。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具及其制造方法。本发明的创新点如下：(1)采用长绒棉的纤维制造钢纸，提高了钢纸抗张强度；(2)将陶瓷微晶刚玉和锆刚玉混配处理形成复合磨料，提升了磨具的磨削特性；(3)底胶层、复胶层和超涂层中按照特定用量和比例添加碳纳米管和玻璃纤维，以形成磨具磨削时的内部散热通道，同时有效增强了磨具的结合强度和抗张强度，同时根据各个胶层的作用情况改变导热填料，使磨具的磨削性能有显著提高。产品的剥离强度、耐热性和磨削效率均得到明显提升，产品在高压和振动情况下，不起层，不破裂，可进行持续磨削加工。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具，以钢纸为基材，钢纸的植砂面涂覆有底胶层，底胶层中植有磨料，该磨料上依次涂覆有复胶层和超涂层；

优选的是，所述钢纸由纤维长度为33～45mm的长绒棉制得；

优选的是，所述超涂层包括以下材料：

优选的是，所述磨料包括有共混的陶瓷微晶刚玉和锆刚玉，陶瓷微晶刚玉和锆刚玉的质量比为1∶1～3∶1，磨料表面镀有铱层。

优选的是，所述底胶层包括以下材料：

其中所述底胶层中酚醛树脂的固含量为60～65％。

优选的是，所述复胶层包括以下材料：

其中所述复胶层中酚醛树脂的固含量为60～65％。

优选的是，所述超涂层中的玻璃纤维和碳纳米管的质量比为1∶1～1.5∶1；所述底胶层中的玻璃纤维和碳纳米管的质量比为1∶1～1.5∶1；所述复胶层中的玻璃纤维和碳纳米管的质量比为1∶1～1.5∶1。

一种如上所述的陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具的制造方法，包括以下步骤：

1)对钢纸的植砂面进行电晕处理；

2)在钢纸的植砂面涂覆底胶层；

3)在底胶层上分别采用重力植砂和静电植砂工艺进行植砂，其中，重力植砂占总植砂量的1/3，静电植砂占总植砂量的2/3；

4)对植砂后的底胶层进行预干燥，随后涂覆复胶层；

5)对复胶层进行主干燥，并在主干燥后的复胶层上涂覆超涂层；

6)对超涂层进行干燥，从而制得陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具。

优选的是，电晕处理时的表面放电强度为6000～18000V/m²。

优选的是，所述步骤4)中预干燥最后1/3时间的温度为110～115℃，预干燥的时间为1～2小时。

优选的是，所述步骤5)中主干燥最后1/3时间的温度为115～120℃，干燥时间为2～3小时。

优选的是，所述步骤6)中干燥最后1/3时间的温度为110～115℃，干燥时间为2～3小时。

本发明的有益效果是：通过本发明的处理工艺制造的涂附磨具钢纸砂盘产品，产品的磨削效率和使用寿命明显提高。本发明产品适用于磨削精度较高的焊缝和罐体抛磨方面，以及不锈钢、钛合金及热敏感金属加工。本产品在可在转速为80M/S-100M/S设备上，磨削压力在100-300mpa，条件下使用。

附图说明

图1为本发明所述的陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具的结构示意图。

具体实施方式

现参见图1，陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具结构示意图中钢纸6上依次是底胶层5、复胶层4、超涂层3，磨料1植砂于底胶层5上，磨料1经镀铱处理形成镀铱涂层2。

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1：

本实施例提供一种陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具及其制造方法，包括如下内容：

钢纸设计：采用纤维长度为33～45mm的长绒棉制得，氯化锌含量为小于0.2％，纵向断裂强度大于1200N/1.5cm，横向断裂强度大于550N/1.5cm，断裂强度横纵比大于0.5。长绒棉的纤维长度整齐度高、短绒越少，纤维均匀，生产的钢纸产品抗张强度高，适合钢纸砂盘变向高强力高速磨削。

磨料设计：采用微晶结构磨料，硬度高、韧性好、导热系数大、耐用度高、抗静电性能好。磨料的晶粒尺寸：11～12μm、磨料真密度：4.60～5g/cm³、熔点：1890～2000℃、显微维氏硬度：19～20GPa、堆积密度：1.90～2.30g/cm³、导热系数：18～25W/m·K。

对磨料进行镀铱处理，工艺流程包括：磨料水洗→烘干→主体材料计量配制→喷涂主体材料→烘干→喷涂高分子结合剂→加热固化→高温烧成。即先将磨料水洗烘干，然后将镀铱主体材料用40℃温水按比例溶解，然后用高压喷涂装置均匀的喷涂在磨料表面，边搅拌边烘干。烘干好的磨料再用高压喷涂装置喷涂高分子结合剂，将高分子结合剂均匀地涂在磨料表面并在喷涂过程中通过加热使之快速固化，喷涂后要对涂层厚度和均匀性进行检验，涂层要薄而均匀。

将磨料陶瓷微晶刚玉和锆刚玉按照质量比3∶1混配，混合后采用磨料混料机混合30分钟。

底胶层和复胶层设计：采用流平性好、固化温度低、固化速度快、固化后强度高、耐温性能好的酚醛树脂。该酚醛树脂的理化参数如下：固含量60～65％、聚合速度为80S～150S(0.5g/135℃)、水溶性1～5倍、粘度为200～1000cps/25℃、pH值为7～9。

底胶层包括以下材料：

复胶层包括以下材料：

所述超涂层包括以下材料：

其中，上述底胶层、复胶层及超涂层中乙烯基硅烷的加入增强了碳纳米管和玻璃纤维相互之间以及与树脂之间的粘结强度，同时提高了碳纳米管和玻璃纤维的抗老化性能和机械性能；碳纳米管和玻璃纤维相互作用形成了磨具磨削时的内部散热通道，同时有效增强了磨具的结合强度和抗张强度。

涂附磨具的制造方法中各个工序依次为：基材活性处理、涂底胶、植砂、预干燥、复胶、主干燥、超涂层、超涂层干燥。

具体的产品制造过程如下：

1)对钢纸的植砂面进行电晕处理，使用高频高压电对钢纸植砂面进行表面放电6000～18000V/m²处理，产生低温等离子体，离子电击侵蚀钢纸表面，使钢纸表面分子极化，以提高钢纸表面附着能力；

2)在钢纸的植砂面涂覆底胶层；

3)在底胶层上分别采用重力植砂和静电植砂工艺进行植砂，其中，重力植砂占总植砂量的1/3，静电植砂占总植砂量的2/3，植砂密度控制在中密度植砂范围。这样保证了磨料的磨削有效性，同时形成磨削散热的外部通道；

4)对植砂后的底胶层进行预干燥，在80℃下干燥0.5小时，接着在90℃下干燥0.5小时，最后在115℃下干燥0.5小时。使树脂初步固化，增加对磨料的把持力，避免复胶时磨料松动；

5)涂覆复胶层，对复胶层进行主干燥，首先在95℃下干燥0.8小时，接着在115℃下干燥0.8小时，最后在120℃下干燥0.8小时；

6)在主干燥后的复胶层上涂覆超涂层，对超涂层进行干燥，首先在95℃下干燥0.8小时，接着在105℃下干燥0.8小时，最后在110℃下干燥0.8小时，使产品固化，让磨具达到达到预期强度，从而制得陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具。

实施例2：

超涂层中碳纳米管为8重量份，玻璃纤维为8重量份，其余与实施例1完全相同。

实施例3：

超涂层中玻璃纤维为8重量份，其余与实施例1相同。

对比例1：

超涂层中不添加碳纳米管，其余与实施例1完全一样。

对比例2：

超涂层中不添加玻璃纤维，其余与实施例1完全一样。

对比例3：

超涂层中碳纳米管为4重量份，玻璃纤维为6重量份，其余与实施例1相同。

对比例4：

超涂层中玻璃纤维为20重量份，其余与实施例1相同。

对比例5：

超涂层中玻璃纤维为5重量份，其余与实施例1相同。

对比例6：

超涂层中不添加微硅粉，其余与实施例1完全一样。

对比例7：

底胶层中不添加硅脂，其余与实施例1完全一样。

对比例8：

以短绒棉的纤维制作的钢纸为基材，其余与实施例1相同。

为了进一步阐明本发明的创新点，改变超涂层所包含材料的组分，制造了上述实施例以及对比例产品。在相同的测试条件下将本实施例1～3和对比例1～8所得的磨具产品进行90度剥离粘接强度测试和研磨测试，以考察涂附磨具的剥离强度和磨削效率。

90度剥离粘接强度测试：

将要测试的磨具制品转化成2.54cm×12cm的待测样品条，用层合粘合剂涂覆样品条带有磨料的侧面，涂附整个宽度和前6cm长度，用层合粘合剂涂附不锈钢测试板(5cm×10cm×0.16cm)一半的长度。将待测样品条带有磨料的侧面附接到不锈钢测试板的涂有层合粘合剂的侧面上，使待测样品条不含层合粘合剂的6cm悬垂于不锈钢测试板，施加压力，使待测样品条和不锈钢测试板紧密粘合，将制备好的待测样品条和不锈钢测试板在室温下冷却1～2小时待用。把待测样品条/不锈钢测试板固定在90度测试平台上(INSTRON5569),调整好夹具的初始位置，调零，机器以0.05cm/s的速率分开夹具，待测样品条成90度被从不锈钢测试板上拉开。待测样品条的层之间发生分离，对通过机器将待测样品条与不锈钢测试板分离所需的力制图，并以kg/cm表示。所需的力越大，磨料、粘胶剂与钢纸的粘合性越好。

回转强度检测：

参照机械行业标准JB/T 4165-1996中的回转强度检测方法，将通过实施例1～3以及对比例1～8制备得到的磨具制品分别制成外径为125mm，内径为22mm，并且内孔周边无槽缝钢纸砂盘，采用高速回转试验机进行回转强度检测，在钢纸砂盘最高工作速度2倍即160m/s的回转速度下，同时向砂盘施加2.2kg法向力，记录钢纸砂盘所能够持续回转工作而不出现破裂的时间；持续回转不出现破裂的时间越长，说明钢纸砂盘所能承受的回转强度越大，钢纸砂盘的机械强度越好，同时磨料、粘结剂与钢纸基材之间粘结力越强。

研磨测试：

将通过实施例1～3以及对比例1～8制备得到的磨具制品分别制成外径为125mm，内径为22mm，并且内孔周边无槽缝钢纸砂盘。制得的钢纸砂盘分别在13000r/min的转速下打磨304不锈钢板。测量工件在磨削15s后的重量损失，当磨削率(g/15s)为初始磨削率的50％时结束测试，然后记录总磨削克数。

表一为通过上述90度剥离粘接强度测试、回转强度检测以及研磨测试得到的实验数据。分析测试数据，对比实施例1与对比例1和2，可以发现玻璃纤维与碳纳米管的同时加入使磨具的剥离强度、回转强度以及磨削效率有显著提高，玻璃纤维与碳纳米管在超涂层中相互作用不仅能够有效形成散热通道，而且两者都为纤维结构能够增加磨具粘结层之间的结合力，强化了超涂层的机械强度，使保护磨料不易损伤，通过碳纳米管与玻璃纤维添加量的优化，发现当两者比例在1～1.5∶1之间时，能够实现产品效果与经济成本两者的最佳，当对比玻璃纤维与碳纳米管在底胶层、复胶层中的添加情况时，出现相同的测试结果。

通过实施例1与对比例6，超涂层中的硅微粉能够提高磨具的磨削效率，减少磨料的损耗；通过实施例1与对比例7，底胶层中的硅脂能够增加底胶层的粘结力，提高磨具的削磨性能；通过实施例1与对比例8，选用长绒棉纤维制备的钢纸作为基材时磨具的粘结强度与削磨效率有明显提升。

表1.

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具，其特征在于，以钢纸为基材，所述钢纸的植砂面涂覆有底胶层，所述底胶层中植有磨料，该磨料上依次涂覆有复胶层和超涂层；

其中，所述钢纸由纤维长度为33～45mm的长绒棉制得；

所述超涂层包括以下材料：

所述磨料包括有共混的陶瓷微晶刚玉和锆刚玉，磨料表面镀有铱层。

2.根据权利要求1所述的陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具，其特征在于,所述陶瓷微晶刚玉和锆刚玉的质量比为1∶1～3∶1。

3.根据权利要求1所述的陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具，其特征在于，所述底胶层包括以下材料：

其中，所述底胶层中酚醛树脂的固含量为60～65％。

4.根据权利要求1所述的陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具，其特征在于，所述复胶层包括以下材料：

其中，所述复胶层中酚醛树脂的固含量为60～65％。

5.根据权利要求1、3或4中任一项所述的陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具，其特征在于，所述超涂层中的玻璃纤维和碳纳米管的质量比为1∶1～1.5∶1；所述底胶层中的玻璃纤维和碳纳米管的质量比为1∶1～1.5∶1；所述复胶层中的玻璃纤维和碳纳米管的质量比为1∶1～1.5∶1。

6.一种如权利要求1～4中任意一项陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对钢纸的植砂面进行电晕处理；

2)在钢纸的植砂面涂覆底胶层；

3)在底胶层上分别采用重力植砂和静电植砂工艺进行植砂，其中，重力植砂占总植砂量的1/3，静电植砂占总植砂量的2/3；

4)对植砂后的底胶层进行预干燥，随后涂覆复胶层；

5)对复胶层进行主干燥，并在主干燥后的复胶层上涂覆超涂层；

6)对超涂层进行干燥，从而制得陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具。

7.如权利要求6所述的陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具的制造方法，其特征在于，电晕处理时的表面放电强度为6000～18000V/m²。

8.如权利要求6所述的陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具的制造方法，其特征在于，步骤4)中预干燥最后1/3时间的温度为110～115℃，预干燥的时间为1～2小时。

9.如权利要求6所述的陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具的制造方法，其特征在于，步骤5)中主干燥最后1/3时间的温度为115～120℃，干燥时间为2～3小时。

10.如权利要求6所述的陶瓷微晶刚玉钢纸涂附磨具的制造方法，其特征在于，步骤6)中干燥最后1/3时间的温度为110～115℃，干燥时间为2～3小时。