CN108972386A - 一种改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮及其制备方法 - Google Patents

一种改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮，它是由下述重量份的原料组成的：碳化硅80‑110份、无机导热填料50‑70份、硼酸5‑7份、聚乙烯醇10‑15份、苯酚15‑20份、35‑40%甲醛溶液10‑20份、酚醛树脂液10‑15份、有机硅胶水5‑10份，生石灰8‑12份、硫化亚铁10‑15份、五水硝酸锆2‑5份。本发明采用改性氧化锆对硅橡胶酚醛树脂砂轮进行改性，提高了氧化锆与树脂的结合强度，砂轮的稳定性，降低了砂轮表面粗糙度，并改善了成品砂轮的磨削性能。

Description

一种改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮及其制备方法
技术领域
本发明属于磨具加工技术领域，具体涉及一种改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮及其制备方法。
背景技术
树脂砂轮是使用苯酸和聚酰胺或其他树脂作为黏合剂，通过将磨料与无机填料胶合而成的一种工具，具有磨削力小、磨削温度低、自锐性好、磨削效率高等优点。因此，树脂胶合砂轮是一种需求量较大的工具，这种工具正被有效地应用于各种磨削作业，如平面磨削、外圆无心磨削、开槽和内圆磨削等。树脂砂轮常用的树脂结合剂为酚醛树脂、环氧树脂、丁苯橡胶和聚四氟乙烯等，而环氧树脂、丁苯橡胶和聚四氟乙烯的耐热性能、力学性能、耐磨性能较弱，限制了它们在摩擦材料方面的应用。酚醛树脂在耐热性能、粘结性能和力学性能等方面就有较大的优势，使其成为了树脂砂轮常用的结合剂。但是纯酚醛树脂存在脆性大、韧性差、硬度高、强度低等缺点，影响了酚醛树脂砂轮的摩擦性能，因此对酚醛树脂进行改性和对树脂砂轮组成进行优化是提高其综合性能的有效办法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮，它是由下述重量份的原料组成的：
碳化硅80-110份、无机导热填料50-70份、硼酸5-7份、聚乙烯醇10-15份、苯酚15-20份、35-40%甲醛溶液10-20份、酚醛树脂液10-15份、有机硅胶水5-10份，生石灰8-12份、硫化亚铁10-15份、五水硝酸锆2-5份。
一种所述的改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述五水硝酸锆和2-3份聚乙烯醇加入到15-25倍水中，搅拌均匀，用氨水调节pH至9-10，转入高压反应釜内升高温度至140-160℃，保温3-5小时，将沉淀物分离、水洗5-6次，真空干燥，得改性氧化锆颗粒；
（2）将上述的苯酚、35-40%甲醛溶液混合后，搅拌均匀，使用氢氧化钠调节混合液的pH至8-9，在65-70℃下保温搅拌1-2小时，然后加入硼酸，升高温度至100-110℃，减压脱水反应80-100分钟，加入剩余的聚乙烯醇和混合体系重量5-7%的无水乙醇，搅拌均匀后，先降温至70-80℃，反应10-12小时，然后再升温到100-110℃反应10-12小时，冷却后得改性酚醛树脂；
（3）将上述改性氧化锆颗粒和改性酚醛树脂粉混合，磨成细粉，过100-150目筛，得到改性氧化锆酚醛树脂粉；
（4）将上述改性氧化锆酚醛树脂粉与剩余各原料在30℃下混合均匀，然后将成型料加入模具中推平，冷压成型，得到砂轮坯；
（5）将砂轮坯用薄铁皮板隔开叠加起来，送入硬化炉中，硬化的温度要求为以2℃/min的速度从室温升高至80℃；然后每升高10℃保温30min，当温度到达110℃，保温2-3小时；120℃以后，每升高10℃保温3小时；当温度到达170-185℃，保温12-15小时；停止加热后自然冷却，即得所述的改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮。
优选地，所述的有机硅胶水的粘度为3000-4500cps。
优选地，所述的有机硅胶水为硫化型有机硅胶水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）经硼酸对酚醛树脂进行改性可以将由C-C键连接的苯环，部分替换为由B-C键来连接的苯环，其中C-C的键能为347KJ/mol，B-C的键能为393KJ/mol，因此可以提高酚醛树脂的耐热性、瞬时耐高温性和耐烧蚀性；
（2）聚乙烯醇具有较长的分子链，通过聚乙烯醇对硼酸改性酚醛树脂继续进行改性，聚乙烯醇可由B-O键连接到改性的酚醛树脂上，形成了三维交联结构，B-O的键能为523KJ/mol，因此聚乙烯醇改性可以提高砂轮的强度和冲击韧性；
（3）在砂轮中加入硫化亚铁作为润滑剂，可增强砂轮的耐磨性，且当硫化亚铁和硅橡胶在砂轮使用的过程中受热分解产生的腐蚀性气体SO2，可被加入的生石灰吸收，并生成CaSO3，具有还原性的CaSO3可防止加工时产品受热氧化；
（4）加入的无机导热填料使得切割过程中产生的热量能够及时传播，不会因局部过热导致砂轮和产品的损伤；
（5）相比于酚醛树脂，硫化硅橡胶具有高温稳定性和弹性好的优点，与酚醛树脂混用制作树脂砂轮，可降低砂轮的脆性和硬度；
（6）以五水硝酸锆为前驱体，采用聚乙烯醇对氧化锆进行改性，可提高氧化锆与改性酚醛树脂的结合强度，由于本发明合成的改性氧化锆颗粒小，且氧化锆本身的硬度高，可以降低砂轮表面粗糙度，并改善成品砂轮的磨削性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮，它是由下述重量份的原料组成的：
碳化硅100份、无机导热填料50份、硼酸7份、聚乙烯醇10份、苯酚15份、35-40%甲醛溶液20份、酚醛树脂液15份、有机硅胶水6份，生石灰10份、硫化亚铁10份、五水硝酸锆5份。
一种所述的改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述五水硝酸锆和3份聚乙烯醇加入到25倍水中，搅拌均匀，用氨水调节pH至10，转入高压反应釜内升高温度至140℃，保温3小时，将沉淀物分离、水洗6次，真空干燥，得改性氧化锆颗粒；
（2）将上述的苯酚、35-40%甲醛溶液混合后，搅拌均匀，使用氢氧化钠调节混合液的pH至9，在70℃下保温搅拌1.5小时，然后加入硼酸，升高温度至100℃，减压脱水反应100分钟，加入剩余的聚乙烯醇和混合体系重量7%的无水乙醇，搅拌均匀后，先降温至70℃，反应12小时，然后再升温到110℃反应12小时，冷却后得改性酚醛树脂；
（3）将上述改性氧化锆颗粒和改性酚醛树脂粉混合，磨成细粉，过150目筛，得到改性氧化锆酚醛树脂粉；
（4）将上述改性氧化锆酚醛树脂粉与剩余各原料在30℃下混合均匀，然后将成型料加入模具中推平，冷压成型，得到砂轮坯；
（5）将砂轮坯用薄铁皮板隔开叠加起来，送入硬化炉中，硬化的温度要求为以2℃/min的速度从室温升高至80℃；然后每升高10℃保温30min，当温度到达110℃，保温2小时；120℃以后，每升高10℃保温3小时；当温度到达185℃，保温12小时；停止加热后自然冷却，即得所述的改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮。
优选地，所述的有机硅胶水的粘度为3500cps。
优选地，所述的有机硅胶水为硫化型有机硅胶水。
经硼酸和聚乙烯醇对酚醛树脂进行改性可以将由C-C键连接的苯环，部分替换为由B-C键来连接，聚乙烯醇可由B-O键连接到改性的酚醛树脂上，而且聚乙烯醇可与改性酚醛树脂形成了三维交联结构，其中C-C的键能为347KJ/mol，B-C的键能为393KJ/mol，B-O的键能为523KJ/mol，因此改性可以提高酚醛树脂的耐热性、瞬时耐高温性、耐烧蚀性、强度和冲击韧性；加入的硫化亚铁作为润滑剂，可增强砂轮的耐磨性，且当硫化亚铁和硅橡胶在砂轮使用的过程中受热分解产生的腐蚀性气体SO2，可被加入的生石灰吸收，并生成CaSO3，具有还原性的CaSO3可防止加工时产品受热氧化；加入的无机导热填料使得切割过程中产生的热量能够及时传播，不会因局部过热导致砂轮和产品的损伤；相比于酚醛树脂，硫化硅橡胶具有高温稳定性和弹性好的优点，与酚醛树脂混用制作树脂砂轮，可降低砂轮的脆性和硬度；以五水硝酸锆为前驱体，采用聚乙烯醇对氧化锆进行改性，可提高氧化锆与改性酚醛树脂的结合强度，由于本发明合成的改性氧化锆颗粒小，且氧化锆本身的硬度高，可以降低砂轮表面粗糙度，并改善成品砂轮的磨削性能。
性能测试：
热分解温度：≥434℃；
回转强度143m/s
磨耗实验：用相同重量、相同规格的市售的酚醛树脂砂轮和本发明的砂轮，重量均为1kg，分别以同样的方式连续切割槽钢，市售的酚醛树脂砂轮切割后的砂轮重量为975g，本发明的砂轮切割后的重量为986g，磨耗小，耐用度高。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮，其特征在于它是由下述重量份的原料组成的：
碳化硅80-110份、无机导热填料50-70份、硼酸5-7份、聚乙烯醇10-15份、苯酚15-20份、35-40%甲醛溶液10-20份、酚醛树脂液10-15份、有机硅胶水5-10份，生石灰8-12份、硫化亚铁10-15份、五水硝酸锆2-5份。
2.一种如权利要求1所述的改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将上述五水硝酸锆和2-3份聚乙烯醇加入到15-25倍水中，搅拌均匀，用氨水调节pH至9-10，转入高压反应釜内升高温度至140-160℃，保温3-5小时，将沉淀物分离、水洗5-6次，真空干燥，得改性氧化锆颗粒；
（2）将上述的苯酚、35-40%甲醛溶液混合后，搅拌均匀，使用氢氧化钠调节混合液的pH至8-9，在65-70℃下保温搅拌1-2小时，然后加入硼酸，升高温度至100-110℃，减压脱水反应80-100分钟，加入剩余的聚乙烯醇和混合体系重量5-7%的无水乙醇，搅拌均匀后，先降温至70-80℃，反应10-12小时，然后再升温到100-110℃反应10-12小时，冷却后得改性酚醛树脂；
（3）将上述改性氧化锆颗粒和改性酚醛树脂粉混合，磨成细粉，过100-150目筛，得到改性氧化锆酚醛树脂粉；
（4）将上述改性氧化锆酚醛树脂粉与剩余各原料在30℃下混合均匀，混合后将成型料加入模具中推平，冷压成型，得到砂轮坯；
（5）将砂轮坯用薄铁皮板隔开叠加起来，送入硬化炉中，硬化的温度要求为以2℃/min的速度从室温升高至80℃；然后每升高10℃保温30min，当温度到达110℃，保温2-3小时；120℃以后，每升高10℃保温3小时；当温度到达170-185℃，保温12-15小时；停止加热后自然冷却，即得所述的改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮。
3.根据权利要求1所述的改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮，其特征在于：所述的有机硅胶水的粘度为3000-4500cps。
4.根据权利要求1所述的改性氧化锆硅橡胶酚醛树脂砂轮，其特征在于：所述的有机硅胶水为硫化型有机硅胶水。
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