CN108972382B - 一种涂附磨具用多层磨料及其制备方法和涂附磨具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涂附磨具用多层磨料及其制备方法和涂附磨具。该涂附磨具用多层磨料，主要由以下重量份的原料制成：磨料30‑50份，粘土1‑4份，钾长石1‑4份，结合剂3‑7份，麦芽糊精2‑5份。本发明提供的涂附磨具用多层磨料，主要由磨料、粘土、钾长石、结合剂、麦芽糊精制成多层磨料，各组分之间配比适宜，协同作用，所得多层磨料的强度高、自锐性好，在保证磨、抛加工精度的前提下，能够明显提升磨具的使用寿命和加工效率。

Description

一种涂附磨具用多层磨料及其制备方法和涂附磨具

技术领域

本发明属于涂附磨具领域，具体涉及一种涂附磨具用多层磨料及其制备方法和涂附磨具。

背景技术

涂附磨具制品在金属五金制品、木材、石材、陶瓷材料、有色金属表面抛磨加工等领域广泛应用，特别是磨料直径在80μm以下的细粒度涂附磨具，由于其良好的表面处理效果，越来越多的厂家选择涂附磨具进行工件表面抛光。同时，基于人们对环保问题的日益重视，逐步有厂家使用中细粒度涂附磨具抛磨的方式取代酸洗进行金属板材或线材表面氧化皮处理，并取得良好的加工效果。

传统中细粒度涂附磨具是直接采用基本粒径磨料，采用静电植砂技术进行制造，产品具有以下特点：一是植砂密度高，磨料粒径小导致磨具表面孔隙少，磨削屑易粘附在磨具表面形成堵塞，降低磨具的使用寿命和加工效率，同时会形成很高的磨削热，烧伤工件表面；二是基底材料表面磨料层数少，往往只有一两层，细粒度磨料在使用过程中，快速磨损，磨料消耗殆尽导致磨具失效，但此时基底材料，特别是布基材料性能依旧良好，可继续使用。基底材料成本占普通涂附磨具总成本的一半以上，细粒度涂附磨具不能充分利用基底材料，造成大量浪费。

公告号为CN102729158B的中国专利公开了一种有机结合剂堆积磨料的制造方法，其是以基本磨粒、有机高分子结合剂、润湿剂、活性吸热材料、三水合氧化铝等为原料，通过制粒、干燥、固化过程制成一定粒径的堆积磨料，该堆积磨料在磨削面厚度上的磨粒数量比单层颗粒多数倍，因而能够提高涂附磨具的使用寿命。在实际应用过程中，该堆积磨料的结合强度较低，基本磨料的分布均匀性差，导致堆积磨料的成分一致性差，以该堆积磨料制造的涂附磨具的使用寿命和加工效率均有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涂附磨具用多层磨料，从而解决现有堆积磨料存在的结合强度差的问题。

本发明还提供了上述多层磨料的制备方法以及使用该多层磨料的涂附磨具。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种涂附磨具用多层磨料，主要由以下重量份的原料制成：磨料30-50份，粘土1-4份，钾长石1-4份，结合剂3-7份，麦芽糊精2-5份；所述结合剂由以下重量份的原料制成：SiO₂ 20-50份、Na₂B₄O₇ 5-25份、Al₂O₃ 5-20份、Li₂O 8-20份、ZnO 3-10份、MgO 1-8份、Y₂O₃1-4份、La₂O₃ 1-4份、Pr₆O₁₁ 1-4份。

本发明提供的涂附磨具用多层磨料，主要由磨料、粘土、钾长石、结合剂、麦芽糊精制成多层磨料，各组分之间配比适宜，协同作用，所得多层磨料的强度高、自锐性好，在保证磨、抛加工精度的前提下，能够明显提升磨具的使用寿命和加工效率。

所述磨料为棕刚玉、煅烧刚玉、半脆刚玉、锆刚玉、碳化硅、CBN、金刚石中的至少一种。

为进一步方便涂附磨具用多层磨料的制备，上述多层磨料的制备原料还可含有研磨助剂、润滑剂、抗静电剂等辅料。优选的，所述涂附磨具用多层磨料，由主料和辅料制成，主料由以下重量份的组分组成：磨料30-50份，粘土1-4份，钾长石1-4份，结合剂3-7份，麦芽糊精2-5份，辅料含有研磨助剂、润滑剂和抗静电剂。进一步优选的，研磨助剂、润滑剂和抗静电剂的用量均不大于主料质量的10％。

所述研磨助剂为硅酸钠、油酸钠、三聚磷酸钠中至少一种。所述润滑剂为石墨、滑石粉、氟化钙、氟化钡、二硫化钼、二硒化铌、三氧化二铋、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的至少一种。

上述涂附磨具用多层磨料的制备方法，包括以下步骤：

1)将制备结合剂的原料按配比混合均匀，在900-1400℃进行烧结，制得结合剂；

2)将磨料、结合剂、粘土、钾长石和麦芽糊精溶液混合均匀，得到宾汉塑性流体混合物；

3)将宾汉塑性流体混合物进行挤压，得到流体磨料片；

4)将流体磨料片干燥后破碎，再经筛分、固化，即得。

本发明提供的涂附磨具用多层磨料的制备方法，主要是利用麦芽糊精溶液和混合粉料制备磨料分布均匀的流体磨料片，以该流体磨料片制备的多层磨料颗粒中，磨粒的含量及分布基本一致，配合后续筛分过程，可制备形状均匀而且成分一致性好的多层磨料产品，进而在保证多层磨料的结合强度的基础上，明显提升磨具的加工效率。

步骤1)中，所述烧结的时间为3-6h。

该步骤中，为简化混合过程，提高混合效率，可将磨料、结合剂、粘土、钾长石混合均匀，得到混合粉料；将麦芽糊精溶于水中，制备麦芽糊精溶液；然后将麦芽糊精溶液和混合粉料混合均匀，制备宾汉塑性流体混合物。原料的干混过程中，为提高混合效果，优选的，粘土的粒径为13-50μm，钾长石的粒径为13-50μm，结合剂的粒径为2-20μm。为更好的适应工件的高质量加工需求，所述磨料为中细粒度磨料，优选为6-80μm。

为优化混合粉料与麦芽糊精溶液的混合效果，方便制备成分均匀一致的宾汉塑性流体混合物，优选的，步骤2)中，麦芽糊精溶液中，麦芽糊精和水的质量比为1:(0.5-1.5)。

步骤3)中，可根据基本磨粒的粒径和目标产品的需求确定流体磨料片的厚度，流体磨料片越厚，所含有的基本磨粒的层数越多，优选的，所述流体磨料片的厚度为300-1000μm。

步骤4)中，为更好的控制干燥速率，优化多层磨料的结合质量，优选的，所述干燥的温度不大于150℃，进一步优选的，所述干燥采用梯度升温，先在40-60℃保温1-2h，再升温至80-100℃保温2-4h，再升温至120-140℃保温1-2h。

通过筛分过程可获得目标粒径范围的多层磨料颗粒，这些磨料颗粒不仅粒度一致，而且多层磨料颗粒的基本磨粒含量及分布也趋于一致，进而可以提高磨削质量，提升加工效率。

为获得更好的固化效果，保证结合剂性能的充分发挥，优选的，所述固化的温度为100-800℃，固化的时间为8-12h。进一步优选的，固化采用梯度升温，先在100-400℃保温3h-4h，再升温至500-800℃保温5h-7h。

本发明同时提供了使用上述多层磨料的涂附磨具。

可在上述多层磨料的基础上，参考现有涂附磨具的制作方式制备得到相应的涂附磨具。为更好的配合上述多层磨料的特性，优选的，上述涂附磨具的制备方法，包括以下步骤：

1)在基底材料上涂一层底胶，将多层磨料通过静电植砂方式进行植砂；

2)植砂后进行干燥，然后涂一层复胶，再经固化、柔曲，即得。

步骤1)中，可采用疏植砂方式进行植砂，控制磨料覆盖面积占总涂附磨具面积的2/3左右。

所述底胶由以下质量百分比的组分组成：酚醛树脂55-85％，白垩土5-40％，颜料0-2％。所述干燥的温度为20-100℃，时间为30-60min。

所述复胶由以下质量百分比的组分组成：酚醛树脂60-90％、白垩土3-30％、颜料0.5-4％。所述固化是先在20-80℃固化120-240min，然后升温至100-150℃固化36-80h。

可利用上述方式制备成砂带、背绒打磨片等涂附磨具产品，这些涂附磨具产品的制备工艺简单，底胶、复胶与多层磨料的配合性能好，能够满足工件的高质量磨、抛加工需求，可用于五金、不锈钢等金属制品的表面加工，在保证磨、抛加工精度的前提下，明显提升磨具的使用寿命和加工效率。

附图说明

图1为本发明的涂附磨具用多层磨料的工艺流程图；

图2为本发明的涂附磨具的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，麦芽糊精为工业级，购自苏州市俊旺化工有限公司，加工成直径45μm以下的细粉末待用；钾长石，购自厦门市宏盛洋矿业有限公司，加工研磨至粒径为50μm以下；黄粘土，购自广西沃鑫矿业有限公司，加工至粒径为50μm以下；P500黑碳化硅磨料，购自河南省豫新磨料有限公司。固体原料的含水量均不大于0.5％。

实施例1

本实施例的涂附磨具用多层磨料，由水和以下重量份的原料制成：粒径为25μm的碳化硅磨料40份，黄粘土2.5份，钾长石2.5份，结合剂5份，麦芽糊精3.2份，其中结合剂由以下重量份的原料制成：SiO₂ 25份、Na₂B₄O₇ 15份、Al₂O₃ 15份、Li₂O 14份、ZnO 6份、MgO 4份、Y₂O₃ 2份、La₂O₃ 3份、Pr₆O₁₁ 2份。

本实施例的涂附磨具用多层磨料的制备方法，工艺流程图如图1所示，采用以下步骤进行制备：

1)按配比将制备结合剂的原料混合均匀，在1100℃烧结6h，冷却至室温后再经破碎、研磨，得到结合剂；

将40kg碳化硅磨料、2.5kg黄粘土、2.5kg钾长石、5kg结合剂放入JHX100型干粉混料机，充分搅拌30min，得到混合粉体；

将3.2kg麦芽糊精与水按质量比1：1混合均匀，调制成组分均匀的麦芽糊精溶液；

将混合粉体放入JW250强制立式搅拌机，逐步加入麦芽糊精溶液，混合均匀后制成宾汉塑性流体混合物。

2)将DG3530对辊挤压机间隙调整至800μm，将宾汉塑性流体混合物放入料仓，经挤压制成流体磨料片，将流体磨料片按以下工艺进行干燥：40℃保温1h，升温至60℃保温1h，升温至80℃保温1h，升温至100℃保温1h，升温至120℃保温1h，升温至140℃保温1h，干燥后形成固态磨料片。

3)将固态磨料片放入破碎机进行破碎处理，经筛分得到目标粒径范围分别为500-850μm、300-500μm、180-300μm的磨料颗粒，筛分时粒径大于850μm的磨料颗粒返回破碎机重新进行破碎、筛分过程，直至得到目标粒径范围的磨料颗粒，粒径小于180μm的磨料颗粒回收待用。

4)将步骤3)得到的位于目标粒径范围内的磨料颗粒按以下工艺进行固化：100℃保温40min，升温至150℃保温40min，升温至200℃保温40min，升温至250℃保温40min，升温至300℃保温40min，升温至350℃保温40min，升温至400℃保温40min，升温至450℃保温40min，升温至500℃保温60min，升温至600℃保温50min，升温至690℃保温150min，固化后即得涂附磨具用多层磨料。

本实施例的涂附磨具，使用本实施例的目标粒径范围为500-850μm的多层磨料，工艺流程图如图2所示，具体采用以下步骤进行制备：

1)以聚酯布为基底材料，在基底材料上涂一层底胶，底胶的质量百分比组成为：酚醛树脂70％、白垩土28％、颜料2％。

2)通过静电植砂将本实施例的多层磨料以疏植砂的方式均匀植在基底材料表面。

3)植砂后的产品在50℃干燥30min后，再涂一层复胶，复胶的质量百分比组成为：酚醛树脂80％、白垩土18％、颜料2％。

4)复胶后的产品在50℃干燥150min，再升温至100℃固化40h，再经柔曲、检测合格后，即得涂附磨具制品。

实施例2

本实施例的涂附磨具用多层磨料，由水和以下重量份的原料制成：粒径为25μm的碳化硅磨料35份，黄粘土1.5份，钾长石1.5份，结合剂4份，麦芽糊精2.2份，其中结合剂由以下重量份的原料制成：SiO₂ 15份、Na₂B₄O₇ 8份、Al₂O₃10份、Li₂O 10份、ZnO 5份、MgO 2份、Y₂O₃ 1份、La₂O₃ 1份、Pr₆O₁₁ 1份。

本实施例的涂附磨具用多层磨料的制备方法，与实施例1的制备步骤基本相同，区别仅在于，步骤1)中，在1000℃烧结5h制备结合剂。步骤2)中，将流体磨料片在50℃保温2h，升温至90℃保温4h，升温至130℃保温2h。步骤4)中，将磨料颗粒按以下工艺进行固化：在300℃保温130min，升温至500℃保温150min，升温至700℃保温200min。

本实施例的涂附磨具，参考实施例1的方法进行制备。

实施例3

本实施例的涂附磨具用多层磨料，由水和以下重量份的原料制成：粒径为25μm的碳化硅磨料50份，黄粘土3.5份，钾长石3.5份，结合剂7份，麦芽糊精4.2份，其中结合剂由以下重量份的原料制成：SiO₂ 35份、Na₂B₄O₇ 25份、Al₂O₃ 20份、Li₂O 20份、ZnO 10份、MgO 8份、Y₂O₃ 4份、La₂O₃ 3份、Pr₆O₁₁3份。

本实施例的涂附磨具用多层磨料的制备方法，与实施例1的制备步骤基本相同，区别仅在于，步骤1)中，在1400℃烧结3h制备结合剂。步骤2)中，将流体磨料片在50℃保温2h，升温至90℃保温4h，升温至130℃保温2h。步骤4)中，将磨料颗粒按以下工艺进行固化：在300℃保温130min，升温至500℃保温150min，升温至700℃保温200min。

本实施例的涂附磨具，参考实施例1的方法进行制备。

对比例1

对比例的涂附磨具用多层磨料，制备过程与实施例1基本相同，区别仅在于，不使用麦芽糊精。参考实施例1的方式制备涂附磨具。

试验例

本试验例检测各实施例和对比例的涂附磨具的使用性能，限定加工精度为表面粗糙度Ra0.4μm以下，对卫浴水龙头(尺寸为50×65×80mm)外表面进行抛光，具体检测结果如表1所示。

表1各实施例和对比例的涂附磨具的性能检测结果

项目	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1
					使用寿命指标	45个	26个	37个	21个
加工效率指标	250s/个	380s/个	290s/个	240s/个
					表面粗糙度Ra	0.365μm	0.312μm	0.437μm	0.425μm

由表1的检测结果可知，在满足高质量加工要求的前提下，实施例的涂附磨具因所使用的多层磨料的强度高、自锐性好、形状均匀、粒度可控，表现出更长的使用寿命和更高的加工效率，非常适用于要求高质量表面处理的工件的高效磨、抛加工。

在本发明的涂附磨具用多层磨料的其他实施例中，基本磨粒可使用棕刚玉、棕刚玉、煅烧刚玉、半脆刚玉、锆刚玉、碳化硅、CBN、金刚石等进行替换，基本磨粒的粒度可在6-80μm之间，依据目标产品的需求进行替换；流体磨料片的厚度可以在300-1000μm的范围内，在表面加工质量要求优先的情况下，取较低数值，在加工效率优先的情况下，取较高数值；在流体磨料片的干燥(预固化)和固化工序中，可采用其他梯度升温方式在150℃以下进行预固化，在150-800℃固化8-12h，从而达到固化完全的目的，这些实施例所制得的多层磨料具有与实施例1相似的强度高、自锐性好、磨粒组成及结构一致性好的特点，在制作成涂附磨具后，可起到与实施例1相当的效果。

Claims (10)

1.一种涂附磨具用多层磨料，其特征在于，主要由以下重量份的原料制成：磨料30-50份，粘土1-4份，钾长石1-4份，结合剂3-7份，麦芽糊精2-5份；所述结合剂由以下重量份的原料制成：SiO₂ 20-50份、Na₂B₄O₇ 5-25份、Al₂O₃ 5-20份、Li₂O 8-20份、ZnO 3-10份、MgO 1-8份、Y₂O₃ 1-4份、La₂O₃ 1-4份、Pr₆O₁₁1-4份。

2.如权利要求1所述的涂附磨具用多层磨料，其特征在于，由主料和辅料制成，主料由以下重量份的组分组成：磨料30-50份，粘土1-4份，钾长石1-4份，结合剂3-7份，麦芽糊精2-5份，辅料含有研磨助剂、润滑剂和抗静电剂。

3.一种如权利要求1所述的涂附磨具用多层磨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将制备结合剂的原料按配比混合均匀，在900-1400℃进行烧结，制得结合剂；

2)将磨料、结合剂、粘土、钾长石和麦芽糊精溶液混合均匀，得到宾汉塑性流体混合物；

3)将宾汉塑性流体混合物进行挤压，得到流体磨料片；

4)将流体磨料片干燥后破碎，再经筛分、固化，即得。

4.如权利要求3所述的涂附磨具用多层磨料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，烧结的时间为3-6h。

5.如权利要求3所述的涂附磨具用多层磨料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，麦芽糊精溶液中，麦芽糊精和水的质量比为1:(0.5-1.5)。

6.如权利要求3所述的涂附磨具用多层磨料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述流体磨料片的厚度为300-1000μm。

7.如权利要求3所述的涂附磨具用多层磨料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述干燥采用梯度升温，先在40-60℃保温1-2h，再升温至80-100℃保温2-4h，再升温至120-140℃保温1-2h。

8.如权利要求3-7中任一项所述的涂附磨具用多层磨料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述固化的温度为100-800℃，固化的时间为8-12h。

9.如权利要求8所述的涂附磨具用多层磨料的制备方法，其特征在于，固化采用梯度升温，先在100-400℃保温3h-4h，再升温至500-800℃保温5h-7h。

10.一种使用如权利要求1所述的多层磨料的涂附磨具。

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