CN108621038A - 一种碳纤维增强的树脂砂轮及其制备方法 - Google Patents

一种碳纤维增强的树脂砂轮及其制备方法 Download PDF

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CN108621038A CN201810416047.4A CN201810416047A CN108621038A CN 108621038 A CN108621038 A CN 108621038A CN 201810416047 A CN201810416047 A CN 201810416047A CN 108621038 A CN108621038 A CN 108621038A
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Abstract

本发明涉及一种碳纤维增强的树脂砂轮及其制备方法，解决了现有技术的树脂砂轮抗老化性差，耐用度差使用时易开裂的技术问题。本发明提供一种碳纤维增强的树脂砂轮，按重量份数计，由下列原料组成：金刚石磨料80～140份、碳化硅7～13份、氢氧化锂0.8～2.0份、氧化石墨烯6～30份、硅藻土17～30份、酚醛树脂粉6～25份、酚醛树脂液5～13份、碳纤维网格布；同时还提供其制备方法。本发明广泛应用于磨料磨具技术领域。

Description

一种碳纤维增强的树脂砂轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及磨料磨具技术领域，具体涉及一种碳纤维增强的树脂砂轮及其制备方法。
背景技术
砂轮又称固结磨具，是由结合剂将普通磨料固结成一定形状，并具有一定强度的固结磨具。由于现在切割工具功率不断提高，砂轮工作时处于高速旋转状态，需要承受较大的冲击力，因此对砂轮的耐磨性、强度、抗冲击性、耐热性以等均有了更高的要求。
树脂砂轮的强度以及散热效果交好，但是质量不稳定，存在最大缺点就是不耐老化，长时间树脂变性，造成树脂砂轮的强度和散热效显著下降，同时耐用度低使用过程中存在开裂等情况。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种原料组成简单合理、配比恰当、抗老化性能好，耐用度显著提高使用时不开裂的碳纤维增强的树脂砂轮及其制备方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种碳纤维增强的树脂砂轮，按重量份数计，由下列原料组成：金刚石磨料80～140份、碳化硅7～13份、氢氧化锂0.8～2.0份、氧化石墨烯6～30份、硅藻土17～30份、酚醛树脂粉6～25份、酚醛树脂液5～13份、碳纤维网格布。
优选的，按重量份数计，原料组成为：金刚石磨料100～125份、碳化硅8～12份、氢氧化锂1～1.8份、氧化石墨烯10～25份、硅藻土20～26份、酚醛树脂粉8～20份、酚醛树脂液8～11份、碳纤维网格布。
优选的，按重量份数计，原料组成为：金刚石磨料110份、碳化硅10份、氢氧化锂1.4份、氧化石墨烯18份、硅藻土23份、酚醛树脂粉14份、酚醛树脂液10份、碳纤维网格布。
优选的，金刚石磨料的粒度为80目；碳化硅的粒度为100～120目；酚醛树脂粉的粒度为345～400目；硅藻土粒度为150～200目的煅烧硅藻土；碳纤维网格布的网眼尺寸为8mm×8mm，厚度为2mm。
上述任何一项的一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：1)按所需重量份数称取原料：金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂、氧化石墨烯、硅藻土、酚醛树脂粉、酚醛树脂液、碳纤维网格布；
2)混料过程：将步骤1)称取氧化石墨烯、金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂放入搅拌罐中进行第一次回转搅拌混合均匀后，加入步骤1)称取的酚醛树脂液进行第二次回转搅拌均匀，再加入步骤1)称取的酚醛树脂粉混合进行第三次回转搅拌均匀，最后加入步骤1)称取的硅藻土继续进行第四次回转搅拌，得混合料；
3)成型、硬化过程：将步骤2)制得的混合料填充到模具中：将第一层碳纤维网格布放入模具最底层，把步骤2)制得的混合料铺在所述第一层碳纤维网格布上形成混合料层，再铺设第二层碳纤维网格布后；再放入压制机中热压制成型后；再放入鼓风干燥箱中进行固化，养护48h～72h，得碳纤维增强的树脂砂轮。
优选的，步骤1)中第一次回转搅拌条件：回转搅拌速度为100～150r/min，时间为15min～25min；第二次回转搅拌条件：回转搅拌速度为450～550r/min，时间为10min～20min；第三次回转搅拌条件：回转搅拌速度为250～350r/min，时间为10min～30min；第四次回转搅拌条件：回转搅拌速度为250～350r/min，时间为5min～10min。
优选的，步骤3)中热压制成型条件为：压制压力为10～20MPa，压制温度为160℃～180℃，压制时间为30min～45min。
优选的，步骤4)中固化曲线为：经4h从室温升到80℃，2h升到120℃，3h升到140℃，保温2h，2h升到160℃后自然冷却至室温。
优选的，步骤3)中混合料层的厚度为8mm。
优选的，步骤3)中填充到模具过程还包括重复铺设混合料层和碳纤维网格布。
本发明的有益效果：树脂砂轮制造是工艺性很强的工业产品，本发明的一种碳纤维增强的树脂砂轮，配方科学合理，与本发明的制备方法步骤相结合，各原料之间协同增效，显著提高本发明的耐久性和耐用性能。
(1)本发明的制备方法中，混料过程，原料配比合理，金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂、氧化石墨烯、煅烧硅藻土、酚醛树脂粉、酚醛树脂液选择特殊不同粒度梯度相结合。成型、硬化过程的各工艺参数与分四步进行回转搅拌相结合，既保证各原料成分分布均匀，四步回转搅拌均保持原料松散性，保证最终制得的树脂砂轮不出现漏粉现象，第一次回转搅拌混合：氧化石墨烯、金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂，此过程中金刚石磨料和氧化石墨烯特殊性能，单独的金刚石磨料不能很好的附着在氧化石墨烯上，通过氢氧化锂的加入起到润滑作用，使金刚石磨料可以均匀的附着在氧化石墨烯上，同时碳化硅的加入，进一步填补金刚石磨料的缝隙，增加本发明碳纤维增强的树脂砂的致密度。第二次回转搅拌：加入酚醛树脂液，将整体原材料润湿，其加入量严格控制，既能与所有原料接触，又不能将其完全浸没，才能保证本发明碳纤维增强的树脂砂的强度、散热性能以及抗老化能力。第三次回转搅拌：在前期稳固的框架之处之上加入酚醛树脂粉，可以均匀有效混入前期混合料的框架中，起到粘合剂和填充剂的作用。第四次回转搅拌：以相对较短的时间混入煅烧硅藻土，由于硅藻土主成分为二氧化硅占90％以上，还含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5，有优良的延伸性，有较高的冲击强度、拉伸强度、撕裂强度、质轻软内磨性好，在第三次回转搅拌的基础上，进一步混进混合料的各种缝隙中，其与氧化石墨烯和金刚石磨料协同增效，石墨烯的大网状结构将金刚金结合其中增强硬度和强度，硅藻土填补其中的孔隙，将大网状结构进一步编织加固，显著提高本发明碳纤维增强的树脂砂的耐磨、抗老化能力以及防止开裂的性能。
(3)碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点。步骤3)成型、硬化过程，碳纤维网格布的加入进一步与混料过程中的大网状结构协同增效，进一步从物理方面显著本发明碳纤维增强的树脂砂的耐磨、抗老化能力以及防止开裂的性能。并且现有的砂轮增强材料大多以玻璃纤维为主，碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多，重量更轻，强度更高，韧性更强。本发明提供的一种碳纤维增强的树脂砂轮，显著提高了树脂砂轮的耐磨性、强度和抗冲击性以及提高了树脂砂轮的耐久性。
(4)本发明提供的一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法中，成型、硬化过程中，先采用热压成型，再进行程序固化，各工艺参数使最终制得的碳纤维增强的树脂砂轮质量均匀有保证，同时促进各个原料之间的协同增效，保证摊料均匀，具有良好的成型性能，使树脂砂轮的固化质量得到保证。提高成型料的强度，在使用树脂砂轮高速运转的时候可以有效防止片状料的飞散，从而降低树脂砂轮飞砂的风险，并且提高了砂轮的抗腐蚀能力。
(5)本发明采用的制作工艺简单，操作方便，便于树脂砂轮的大批量生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的生产方法；所使用的原料，如无特殊规定，均为常规的市售产品。
实施例1
制备一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取原料：粒度为80目的金刚石磨料80份，粒度为100目的碳化硅7份，氢氧化锂0.8份，氧化石墨烯6份，粒度为150目的煅烧硅藻土17份，粒度为345目的酚醛树脂粉6份，酚醛树脂液5份，网眼尺寸为8mm×8mm且厚度为2mm碳纤维网格布。
2)混料过程：将步骤1)称取氧化石墨烯、金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂放入回转摊料机中以回转搅拌速度为100r/min，时间为15min进行第一次回转搅拌混合均匀后，加入步骤1)称取的酚醛树脂液以回转搅拌速度为450r/min，时间为10min进行第二次回转搅拌均匀，再加入步骤1)称取的酚醛树脂粉混合以回转搅拌速度为250r/min，时间为10min进行第三次回转搅拌均匀，最后加入步骤1)称取的煅烧硅藻土继续以回转搅拌速度为250r/min，时间为5min进行第四次回转搅拌，得混合料。
3)成型、硬化过程：将步骤2)制得的混合料填充到模具中：将第一层碳纤维网格布放入模具最底层，把步骤2)制得的混合料摊铺在第一层碳纤维网格布上形成厚度为8mm的混合料层，再铺设第二层碳纤维网格布后；再放入热压机中，热压制成型条件为：压制压力为10MPa，压制温度为160℃，压制时间为30min，进行热压制成型后。再放入鼓风干燥箱中进行固化，固化曲线为：经4h从室温升到80℃，2h升到120℃，3h升到140℃，保温2h，2h升到160℃后自然冷却至室温。最后养护48h，得碳纤维增强的树脂砂轮。
以上仅是本发明的实施例而已，不能以此来限定本发明的保护范围，例如步骤3)中填充到模具过程还可以根据实际尺寸和硬度需求重复铺设混合料层和碳纤维网格布；步骤3)中还包括对养护后的碳纤维增强的树脂砂轮进行加工处理。
实施例2
制备一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取原料：粒度为80目的金刚石磨料140份，粒度为120目的碳化硅13份，氢氧化锂2.0份，氧化石墨烯30份，粒度为200目的煅烧硅藻土30份，粒度为400目的酚醛树脂粉25份，酚醛树脂液13份，网眼尺寸为8mm×8mm且厚度为2mm碳纤维网格布。
2)混料过程：将步骤1)称取氧化石墨烯、金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂放入回转摊料机中以回转搅拌速度为150r/min，时间为25min进行第一次回转搅拌混合均匀后，加入步骤1)称取的酚醛树脂液以回转搅拌速度为550r/min，时间为20min进行第二次回转搅拌均匀，再加入步骤1)称取的酚醛树脂粉混合以回转搅拌速度为350r/min，时间为30min进行第三次回转搅拌均匀，最后加入步骤1)称取的煅烧硅藻土继续以回转搅拌速度为350r/min，时间为10min进行第四次回转搅拌，得混合料。
3)成型、硬化过程：将步骤2)制得的混合料填充到模具中：将第一层碳纤维网格布放入模具最底层，把步骤2)制得的混合料摊铺在第一层碳纤维网格布上形成厚度为8mm的混合料层，再铺设第二层碳纤维网格布后；再放入热压机中，热压制成型条件为：压制压力为20MPa，压制温度为180℃，压制时间为45min，进行热压制成型后。再放入鼓风干燥箱中进行固化，固化曲线为：经4h从室温升到80℃，2h升到120℃，3h升到140℃，保温2h，2h升到160℃后自然冷却至室温。最后养护72h，得碳纤维增强的树脂砂轮。
以上仅是本发明的实施例而已，不能以此来限定本发明的保护范围，例如步骤3)中填充到模具过程还可以根据实际尺寸和硬度需求重复铺设混合料层和碳纤维网格布；步骤3)中还包括对养护后的碳纤维增强的树脂砂轮进行加工处理。
实施例3
制备一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取原料：粒度为80目的金刚石磨料100份，粒度为110目的碳化硅8份，氢氧化锂1份，氧化石墨烯10份，粒度为160目的煅烧硅藻土20份，粒度为360目的酚醛树脂粉8份，酚醛树脂液8份，网眼尺寸为8mm×8mm且厚度为2mm碳纤维网格布。
2)混料过程：将步骤1)称取氧化石墨烯、金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂放入回转摊料机中以回转搅拌速度为110r/min，时间为20min进行第一次回转搅拌混合均匀后，加入步骤1)称取的酚醛树脂液以回转搅拌速度为500r/min，时间为15min进行第二次回转搅拌均匀，再加入步骤1)称取的酚醛树脂粉混合以回转搅拌速度为300r/min，时间为20min进行第三次回转搅拌均匀，最后加入步骤1)称取的煅烧硅藻土继续以回转搅拌速度为280r/min，时间为7min进行第四次回转搅拌，得混合料。
3)成型、硬化过程：将步骤2)制得的混合料填充到模具中：将第一层碳纤维网格布放入模具最底层，把步骤2)制得的混合料摊铺在第一层碳纤维网格布上形成厚度为8mm的混合料层，再铺设第二层碳纤维网格布后；再放入热压机中，热压制成型条件为：压制压力为13MPa，压制温度为165℃，压制时间为35min，进行热压制成型后。再放入鼓风干燥箱中进行固化，固化曲线为：经4h从室温升到80℃，2h升到120℃，3h升到140℃，保温2h，2h升到160℃后自然冷却至室温。最后养护60h，得碳纤维增强的树脂砂轮。
以上仅是本发明的实施例而已，不能以此来限定本发明的保护范围，例如步骤3)中填充到模具过程还可以根据实际尺寸和硬度需求重复铺设混合料层和碳纤维网格布；步骤3)中还包括对养护后的碳纤维增强的树脂砂轮进行加工处理。
实施例4
制备一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取原料：粒度为80目的金刚石磨料125份，粒度为110目的碳化硅12份，氢氧化锂1.8份，氧化石墨烯25份，粒度为180目的煅烧硅藻土26份，粒度为380目的酚醛树脂粉20份，酚醛树脂液11份，网眼尺寸为8mm×8mm且厚度为2mm碳纤维网格布。
2)混料过程：将步骤1)称取氧化石墨烯、金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂放入回转摊料机中以回转搅拌速度为140r/min，时间为22min进行第一次回转搅拌混合均匀后，加入步骤1)称取的酚醛树脂液以回转搅拌速度为500r/min，时间为16min进行第二次回转搅拌均匀，再加入步骤1)称取的酚醛树脂粉混合以回转搅拌速度为320r/min，时间为22min进行第三次回转搅拌均匀，最后加入步骤1)称取的煅烧硅藻土继续以回转搅拌速度为320r/min，时间为8min进行第四次回转搅拌，得混合料。
3)成型、硬化过程：将步骤2)制得的混合料填充到模具中：将第一层碳纤维网格布放入模具最底层，把步骤2)制得的混合料摊铺在第一层碳纤维网格布上形成厚度为8mm的混合料层，再铺设第二层碳纤维网格布后；再放入热压机中，热压制成型条件为：压制压力为16MPa，压制温度为175℃，压制时间为40min，进行热压制成型后。再放入鼓风干燥箱中进行固化，固化曲线为：经4h从室温升到80℃，2h升到120℃，3h升到140℃，保温2h，2h升到160℃后自然冷却至室温。最后养护70h，得碳纤维增强的树脂砂轮。
以上仅是本发明的实施例而已，不能以此来限定本发明的保护范围，例如步骤3)中填充到模具过程还可以根据实际尺寸和硬度需求重复铺设混合料层和碳纤维网格布；步骤3)中还包括对养护后的碳纤维增强的树脂砂轮进行加工处理。
实施例5
制备一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取原料：粒度为80目的金刚石磨料110份，粒度为110目的碳化硅10份，氢氧化锂1.4份，氧化石墨烯18份，粒度为180目的煅烧硅藻土23份，粒度为380目的酚醛树脂粉14份，酚醛树脂液10份，网眼尺寸为8mm×8mm且厚度为2mm碳纤维网格布。
2)混料过程：将步骤1)称取氧化石墨烯、金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂放入回转摊料机中以回转搅拌速度为120r/min，时间为20min进行第一次回转搅拌混合均匀后，加入步骤1)称取的酚醛树脂液以回转搅拌速度为500r/min，时间为15min进行第二次回转搅拌均匀，再加入步骤1)称取的酚醛树脂粉混合以回转搅拌速度为300r/min，时间为20min进行第三次回转搅拌均匀，最后加入步骤1)称取的煅烧硅藻土继续以回转搅拌速度为300r/min，时间为6min进行第四次回转搅拌，得混合料。
3)成型、硬化过程：将步骤2)制得的混合料填充到模具中：将第一层碳纤维网格布放入模具最底层，把步骤2)制得的混合料摊铺在第一层碳纤维网格布上形成厚度为8mm的混合料层，再铺设第二层碳纤维网格布后；再放入热压机中，热压制成型条件为：压制压力为15MPa，压制温度为170℃，压制时间为42min，进行热压制成型后。再放入鼓风干燥箱中进行固化，固化曲线为：经4h从室温升到80℃，2h升到120℃，3h升到140℃，保温2h，2h升到160℃后自然冷却至室温。最后养护60h，得碳纤维增强的树脂砂轮。
以上仅是本发明的实施例而已，不能以此来限定本发明的保护范围，例如步骤3)中填充到模具过程还可以根据实际尺寸和硬度需求重复铺设混合料层和碳纤维网格布；步骤3)中还包括对养护后的碳纤维增强的树脂砂轮进行加工处理。
对照组1
制备一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取原料：粒度为80目的金刚石磨料110份，粒度为110目的碳化硅10份，氢氧化锂1.4份，粒度为180目的煅烧硅藻土23份，粒度为380目的酚醛树脂粉14份，酚醛树脂液10份，网眼尺寸为8mm×8mm且厚度为2mm碳纤维网格布。
2)混料过程：将步骤1)称取金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂放入回转摊料机中以回转搅拌速度为120r/min，时间为20min进行第一次回转搅拌混合均匀后，加入步骤1)称取的酚醛树脂液以回转搅拌速度为500r/min，时间为15min进行第二次回转搅拌均匀，再加入步骤1)称取的酚醛树脂粉混合以回转搅拌速度为300r/min，时间为20min进行第三次回转搅拌均匀，最后加入步骤1)称取的煅烧硅藻土继续以回转搅拌速度为300r/min，时间为6min进行第四次回转搅拌，得混合料。
3)成型、硬化过程：将步骤2)制得的混合料填充到模具中：将第一层碳纤维网格布放入模具最底层，把步骤2)制得的混合料摊铺在第一层碳纤维网格布上形成厚度为8mm的混合料层，再铺设第二层碳纤维网格布后；再放入热压机中，热压制成型条件为：压制压力为15MPa，压制温度为170℃，压制时间为42min，进行热压制成型后。再放入鼓风干燥箱中进行固化，固化曲线为：经4h从室温升到80℃，2h升到120℃，3h升到140℃，保温2h，2h升到160℃后自然冷却至室温。最后养护60h，得碳纤维增强的树脂砂轮。
对照组2
制备一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取原料：粒度为80目的金刚石磨料110份，粒度为110目的碳化硅10份，氢氧化锂1.4份，氧化石墨烯18份，粒度为380目的酚醛树脂粉14份，酚醛树脂液10份，网眼尺寸为8mm×8mm且厚度为2mm碳纤维网格布。
2)混料过程：将步骤1)称取氧化石墨烯、金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂放入回转摊料机中以回转搅拌速度为120r/min，时间为20min进行第一次回转搅拌混合均匀后，加入步骤1)称取的酚醛树脂液以回转搅拌速度为500r/min，时间为15min进行第二次回转搅拌均匀，再加入步骤1)称取的酚醛树脂粉混合以回转搅拌速度为300r/min，时间为20min进行第三次回转搅拌均匀，最后继续以回转搅拌速度为300r/min，时间为6min进行第四次回转搅拌，得混合料。
3)成型、硬化过程：将步骤2)制得的混合料填充到模具中：将第一层碳纤维网格布放入模具最底层，把步骤2)制得的混合料摊铺在第一层碳纤维网格布上形成厚度为8mm的混合料层，再铺设第二层碳纤维网格布后；再放入热压机中，热压制成型条件为：压制压力为15MPa，压制温度为170℃，压制时间为42min，进行热压制成型后。再放入鼓风干燥箱中进行固化，固化曲线为：经4h从室温升到80℃，2h升到120℃，3h升到140℃，保温2h，2h升到160℃后自然冷却至室温。最后养护60h，得碳纤维增强的树脂砂轮。
对照组3
制备一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取原料：粒度为80目的金刚石磨料110份，粒度为110目的碳化硅10份，氢氧化锂1.4份，氧化石墨烯18份，粒度为180目的煅烧硅藻土23份，粒度为380目的酚醛树脂粉14份，酚醛树脂液10份。
2)混料过程：将步骤1)称取氧化石墨烯、金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂放入回转摊料机中以回转搅拌速度为120r/min，时间为20min进行第一次回转搅拌混合均匀后，加入步骤1)称取的酚醛树脂液以回转搅拌速度为500r/min，时间为15min进行第二次回转搅拌均匀，再加入步骤1)称取的酚醛树脂粉混合以回转搅拌速度为300r/min，时间为20min进行第三次回转搅拌均匀，最后加入步骤1)称取的煅烧硅藻土继续以回转搅拌速度为300r/min，时间为6min进行第四次回转搅拌，得混合料。
3)成型、硬化过程：将步骤2)制得的混合料填充到模具中：把步骤2)制得的混合料摊铺在模具中；再放入热压机中，热压制成型条件为：压制压力为15MPa，压制温度为170℃，压制时间为42min，进行热压制成型后。再放入鼓风干燥箱中进行固化，固化曲线为：经4h从室温升到80℃，2h升到120℃，3h升到140℃，保温2h，2h升到160℃后自然冷却至室温。最后养护60h，得的树脂砂轮。
下面通过实验报告来进一步说明本发明的一种碳纤维增强的树脂砂轮的性能。
1.对象和方法
(1)受试物：按本发明实施例1～实施例5所给制备方法生产出的碳纤维增强的树脂砂轮为实验样品；对照组1与实施例5工艺相同，原料中不加氧化石墨烯制备的碳纤维增强的树脂砂轮；对照组2与实施例5工艺相同，原料中不加硅藻土制备的碳纤维增强的树脂砂轮；对照组3与实施例5工艺相同，原料中不加碳纤维网格布制备的树脂砂轮。
(2)实验方法
分别采用相同的模具，制备出相同尺寸的树脂砂轮(φ400mm)，进行以下切割性能：磨削性能测试，切割φ32mm的六棱钢(普通钢)；耐老化性能测试，将树脂砂轮放置室外2年后，再进行磨削性能测试。
2.实验项目结果
树脂砂轮切割性能检测结果见表1。
表1树脂砂轮切割性能检测结果
3.小结
由表1结果可知，实施例1～实施例5样品按本发明实施例1～实施例5所给制备方法生产出的碳纤维增强的树脂砂轮的实验样品，整体切割性能检测结果均符合目前标准，且切割性能显著强于对照组1～3，其中回转强度(破裂线速度)达到79.23m/s～80.21m/s，树脂砂轮(φ400mm)切割后砂轮剩余直径为391mm～396mm，切割效率(平均切断φ32mm的六棱钢生物时间)为5.2s～6.0s；将树脂砂轮放置室外2年后，再进行磨削性能测试结果可知，实施例1～实施例5的树脂砂轮样品的切割性能几乎没有显著降低的现象；且整个检测过程中树脂砂轮均无开裂情况发生。
对照组1与实施例5工艺相同，原料中不加氧化石墨烯制备的碳纤维增强的树脂砂轮；对照组2与实施例5工艺相同，原料中不加硅藻土制备的碳纤维增强的树脂砂轮；对照组3与实施例5工艺相同，原料中不加碳纤维网格布制备的树脂砂轮，虽然对照组1～照组3与实施例5的制备工艺参数均相同，但是切割性能与实施例5相比显著降低。将树脂砂轮放置室外2年后，再进行磨削性能测试结果可知，实施例1～实施例5的树脂砂轮样品的切割性能几乎没有显著降低的现象，而对照组1～照组3的切割性能显著降低，且照组1和对照组2均出现开裂现象，充分证明本发明的树脂砂轮配方与工艺相结合后，其原料之间发生显著的协同效应，显著增强本发明提供的树脂砂轮的切割性能和耐老化性能。尤其是其中的氧化石墨烯与金刚石磨料以及硅藻土之间，协同增效，金刚石磨料先有效的附着在氧化石墨烯的大网状结构上，硅藻土填充与结合，使大网状结构更加稳固且耐磨和抗老化性能显著提高。对照组3与实施例5工艺相同，原料中不加碳纤维网格布制备的树脂砂轮，其切割性能与对照组1和照组2相比也显著增强，更进一步充分本发明的树脂砂轮配方合理科学，但是碳纤维网格布特殊的碳纤维与氧化石墨烯和金刚石磨料的相互配合，对本发明的树脂砂轮的耐磨性能和耐老化性能具有协同增效的作用。
树脂砂轮制造是工艺性很强的工业产品，本发明的一种碳纤维增强的树脂砂轮，配方科学合理，与本发明的制备方法步骤相结合，各原料之间协同增效，显著提高本发明的抗老化性能，耐久性和的性能。
本发明的制备方法中，混料过程，原料配比合理，金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂、氧化石墨烯、煅烧硅藻土、酚醛树脂粉、酚醛树脂液选择特殊不同粒度梯度相结合，成型、硬化过程的各工艺参数与分四步进行回转搅拌相结合，既保证各原料成分分布均匀，四步回转搅拌均保持原料松散性，保证最终制得的树脂砂轮不出现漏粉现象，第一次回转搅拌混合：氧化石墨烯、金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂，此过程中金刚石磨料和氧化石墨烯特殊性能，单独的金刚石磨料不能很好的附着在氧化石墨烯上，通过氢氧化锂的加入起到润滑作用，使金刚石磨料可以均匀的附着在氧化石墨烯上，同时碳化硅的加入，进一步填补金刚石磨料的缝隙，增加本发明碳纤维增强的树脂砂的致密度。第二次回转搅拌：加入酚醛树脂液，将整体原材料润湿，其加入量严格控制，既能与所有原料接触，又不能将其完全浸没，才能保证本发明碳纤维增强的树脂砂的强度、散热性能以及抗老化能力。第三次回转搅拌：在前期稳固的框架之处之上加入酚醛树脂粉，可以均匀有效混入前期混合料的框架中，起到粘合剂和填充剂的作用。第四次回转搅拌：以相对较短的时间混入煅烧硅藻土，由于硅藻土主成分为二氧化硅占90％以上，还含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5，有优良的延伸性，有较高的冲击强度、拉伸强度、撕裂强度、质轻软内磨性好，在第三次回转搅拌的基础上，进一步混进混合料的各种缝隙中，其与氧化石墨烯和金刚石磨料协同增效，石墨烯的大网状结构将金刚金结合其中增强硬度和强度，硅藻土填补其中的孔隙，将大网状结构进一步编织加固，显著提高本发明碳纤维增强的树脂砂的耐磨、抗老化能力以及防止开裂的性能。
碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点。成型、硬化过程，碳纤维网格布的加入进一步与混料过程中的大网状结构协同增效，进一步从物理方面显著本发明碳纤维增强的树脂砂的耐磨、抗老化能力以及防止开裂的性能。并且现有的砂轮增强材料大多以玻璃纤维为主，碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多，重量更轻，强度更高，韧性更强。本发明提供的一种碳纤维增强的树脂砂轮，显著提高了树脂砂轮的耐磨性、强度和抗冲击性以及提高了树脂砂轮的耐久性。
本发明提供的一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法中，成型、硬化过程中，先采用热压成型，再进行程序固化，各工艺参数使最终制得的碳纤维增强的树脂砂轮质量均匀有保证，同时促进各个原料之间的协同增效，保证摊料均匀，具有良好的成型性能，使树脂砂轮的固化质量得到保证。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种碳纤维增强的树脂砂轮，其特征在于，按重量份数计，由下列原料组成：金刚石磨料80～140份、碳化硅7～13份、氢氧化锂0.8～2.0份、氧化石墨烯6～30份、硅藻土17～30份、酚醛树脂粉6～25份、酚醛树脂液5～13份、碳纤维网格布。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的树脂砂轮，其特征在于，按重量份数计，所述原料组成为：金刚石磨料100～125份、碳化硅8～12份、氢氧化锂1～1.8份、氧化石墨烯10～25份、硅藻土20～26份、酚醛树脂粉8～20份、酚醛树脂液8～11份、碳纤维网格布。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维增强的树脂砂轮，其特征在于，按重量份数计，所述原料组成为：金刚石磨料110份、碳化硅10份、氢氧化锂1.4份、氧化石墨烯18份、硅藻土23份、酚醛树脂粉14份、酚醛树脂液10份、碳纤维网格布。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的树脂砂轮，其特征在于，所述金刚石磨料的粒度为80目；所述碳化硅的粒度为100～120目；所述酚醛树脂粉的粒度为345～400目；所述硅藻土粒度为150～200目的煅烧硅藻土；所述碳纤维网格布的网眼尺寸为8mm×8mm，厚度为2mm。
5.根据权利要求1～4任何一项所述的一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按所需重量份数称取原料：金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂、氧化石墨烯、硅藻土、酚醛树脂粉、酚醛树脂液、碳纤维网格布；
2)混料过程：将步骤1)称取氧化石墨烯、金刚石磨料、碳化硅、氢氧化锂放入搅拌罐中进行第一次回转搅拌混合均匀后，加入步骤1)称取的酚醛树脂液进行第二次回转搅拌均匀，再加入步骤1)称取的酚醛树脂粉混合进行第三次回转搅拌均匀，最后加入步骤1)称取的硅藻土继续进行第四次回转搅拌，得混合料；
3)成型、硬化过程：将步骤2)制得的混合料填充到模具中：将第一层碳纤维网格布放入模具最底层，把步骤2)制得的混合料铺在所述第一层碳纤维网格布上形成混合料层，再铺设第二层碳纤维网格布后；再放入压制机中热压制成型后；再放入鼓风干燥箱中进行固化，养护48h～72h，得碳纤维增强的树脂砂轮。
6.根据权利要求5所述的一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述第一次回转搅拌条件：回转搅拌速度为100～150r/min，时间为15min～25min；所述第二次回转搅拌条件：回转搅拌速度为450～550r/min，时间为10min～20min；所述第三次回转搅拌条件：回转搅拌速度为250～350r/min，时间为10min～30min；所述第四次回转搅拌条件：回转搅拌速度为250～350r/min，时间为5min～10min。
7.根据权利要求5所述的一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述热压制成型条件为：压制压力为10～20MPa，压制温度为160℃～180℃，压制时间为30min～45min。
8.根据权利要求5所述的一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述固化曲线为：经4h从室温升到80℃，2h升到120℃，3h升到140℃，保温2h，2h升到160℃后自然冷却至室温。
9.根据权利要求5所述的一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述混合料层的厚度为8mm。
10.根据权利要求5所述的一种碳纤维增强的树脂砂轮的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述填充到模具过程还包括重复铺设混合料层和碳纤维网格布。
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