CN109693192B - 空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒、其制备方法及应用 - Google Patents
空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒、其制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种空心玻璃微珠/蜡粉‑弹性树脂复粒、其制备方法及应用，所述复粒包括弹性树脂以及均匀分布在所述弹性树脂中的空心玻璃微珠和蜡粉，所述空心玻璃微珠和蜡粉的体积占所述复粒总体积的30‑70％，所述空心玻璃微珠与所述蜡粉的体积比为3‑7:7‑3。本发明所述的空心玻璃微珠/蜡粉‑弹性树脂复粒，用于树脂结合剂抛光磨具，能够起到对树脂结合剂抛光磨具造孔以及对所抛光表面上光的双重作用。作为造孔剂，本发明所述的空心玻璃微珠/蜡粉‑弹性树脂复粒大幅提高了树脂结合剂抛光磨具的组织均质性，且避免了现有技术采用水溶性盐作为造孔剂带来的应力腐蚀性。
Description
技术领域
本发明属于磨具技术领域，具体涉及一种空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒、其制备方法及应用。
背景技术
当前对金属、石材、玻璃、陶瓷等材料进行抛光的磨具，广泛采用树脂结合剂抛光磨具，包括抛光轮、抛光块、抛光片等。树脂结合剂抛光磨具的原料主要包括结合剂树脂、磨料(例如金刚石、碳化硅、氧化铝等)以及造孔剂等填料。其中，结合剂树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂和不饱和聚酯树脂，呈树脂粉末和液体树脂形式。磨料包括超硬磨料，例如金刚石、CBN和类金刚石硬度的磨料，以及普通磨料，例如碳化硅、碳化硼、氮化硼、氧化铝、刚玉、石榴石、玻璃粉、胡桃壳等，所使用的磨料粒度按抛光所要求的材料切除率、表面粗糙度和亮度，在1-40μm范围内选择。造孔剂主要是发泡剂和水溶性盐。
树脂结合剂抛光磨具中添加发泡剂对树脂材料有严格的要求，例如要求未固化树脂呈一定粘度的液态，例如结合剂是液体聚氨酯树脂等，另一方面要求严格的发泡条件，例如温度、压强等条件，同时也很难设计或控制孔穴的体积、尺寸和均匀性。在诸多因素的制约下，缩小了树脂结合剂材质的选择范围，因此，发泡型树脂结合剂抛光磨具仅在有限的范围下使用。
树脂结合剂抛光磨具中添加的水溶性盐类，例如氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾等，在抛光的水冷却期间，通过盐急速溶化，在磨削面上产生大量孔穴，通过控制盐粒的尺寸和形状可以控制所述孔穴的尺寸，且造孔的体积可以提前确定。但是，水溶性盐自身存在高吸湿性的缺陷，当磨具处于高湿度的条件下，盐将吸收环境中的水分而溶化，使得在磨具表面上产生盐水滴；而在低湿度下，水分挥发，盐将再结晶，析出盐粒。这种现象的反复循环将造成树脂的应力腐蚀性，由于磨具表面所包含的这类水，由表及里呈渗透状态，渗透到一定深度，将使磨具出现内裂纹层并扩散，在高速下运行，存在磨具炸裂的严重安全隐患。同时，另一缺陷在于抛光设备长期处于含盐的水冷却下，铁类零件将受到严重腐蚀，大大缩短了设备的使用寿命。
空心玻璃微珠是一种良好的树脂抛光磨具的造孔剂，但是，由于树脂密度一般在1.15g/cm3左右，而空心玻璃微珠的密度仅约0.1-0.7g/cm3，且呈表面光滑、流动性良好的球形，在磨具制造工艺期间，无法避免的将出现树脂液态的阶段，在该阶段空心玻璃微珠将呈强烈漂浮趋势，严重影响了磨具的组织均质性。因此，必须要提高磨料或填料数量，降低空心玻璃微珠的迁移性。但这样的措施却严重压缩了磨具的设计空间，进而限制了空心玻璃微珠在该领域上的应用。
另一方面，对于材料抛光表面而言，在抛光面上涂覆一层蜡质材料是符合要求的。蜡质材料因质地软而容易附着、渗入材料的孔隙或凹陷，起到隔离空气、水、粉尘对表面的附着和损伤，对表面起到保护性作用，同时表面上存在蜡质材料，提高了材料的表面光泽度，且触感良好，对于装饰性材料的重要性尤为突出。抛光轮中加入蜡质材料，可以实现“抛光-上蜡”两个步骤的合并，即在抛光的同时，对工件实施打蜡。但是，在常规树脂抛光磨具的制作期间，都要经历高温的固化阶段，例如酚醛树脂的固化温度为180-220℃；室温固化型不饱和聚酯树脂的固化温度峰值达到120-150℃。在固化期间，磨具的混合料体系呈液-固相共存，在固化的高温阶段蜡质材料将熔化，由于蜡质材料(密度一般为0.95±0.05g/cm3)轻于树脂(密度一般为1.15g/cm3)，因此在该阶段，细小的蜡粉熔化并相互结合，汇合成粗大液滴，蜡质材料与树脂呈不溶性和不反应性，进而使轻质、粗大的蜡滴形成流束，漂浮于磨具表层。因此，在抛光磨具的组分中不能加入高体积分数的蜡质材料，使得按此方式在抛光期间起到提高光泽度的效果极其有限。
发明内容
为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供一种空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒、其制备方法及应用，所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒用于树脂结合剂抛光磨具，能够起到对树脂结合剂抛光磨具造孔以及对所抛光表面上光的双重作用，且所述造孔作用明显，具有较高的组织均质性，避免了现有技术采用水溶性盐作为造孔剂带来的应力腐蚀性。
且本发明的技术方案为：
一种空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒，所述复粒由弹性树脂、空心玻璃微珠和蜡粉组成，所述空心玻璃微珠和蜡粉的体积占所述复粒总体积的30-70％，所述空心玻璃微珠与所述蜡粉的体积比为3-7:7-3。如果空心玻璃微珠和蜡粉的体积占所述复粒总体积低于30％，则将在树脂结合剂抛光磨具组分中所占比例偏低，造孔和上光的作用不明显，而超过70％则会使复粒制作难度加大。
进一步地，所述空心玻璃微珠的粒径为10-300μm，壁厚为1-2μm，密度为0.1-0.7g/cm3。优选使用多种粒径的混合粒度空心玻璃微珠，通过不同粒径间的间隙补偿，实现体积填充率。由于空心玻璃微珠呈现出高体积的气体分数，使得造孔作用明显。
进一步地，所述蜡粉的粒径为1-20μm，密度为0.85±0.1g/cm3，熔点为55-120℃。本发明所述蜡粉是指在常温下呈粉末状的蜡质材料，具有可塑性、易熔化、不溶于水、与抛光磨具的结合剂树脂不混溶性的任意蜡或类蜡材料；是对材料装饰表面起到保护作用的、提高表面光泽度来提高材料装饰性效果的任意蜡或蜡的衍生物，或具有同等性质的类蜡质材料，包括植物蜡、动物蜡、矿物蜡、石油蜡和合成蜡，以及脂肪酸和脂肪酸盐，例如硬脂酸、软脂酸、硬脂酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸钙、硬脂酸铝等。本发明使用的蜡粉粒度为1-20μm，密度0.85±0.1g/cm3，熔点范围为55-120℃，质地软而容易附着，能够渗入材料的孔隙或凹陷，从而可以显著提高抛光面的光泽度。
进一步地，所述弹性树脂为液态热固性树脂，所述液态热固性树脂固化后的邵氏硬度为40-80HD。所述热固型树脂是指在常温下为液态，并可在常温下固化，例如弹性聚氨酯、弹性环氧树脂等，固化后的邵氏硬度为40-80HD，处于中等至硬度塑胶至软质塑胶的聚合物硬度范围。
进一步地，所述复粒为规则或不规则的颗粒，所述颗粒的粒径为200-1500μm，是指复粒颗粒截面的最大尺寸为200-1500μm，颗粒可以呈柱状、条状、三棱锥、六面体和不规则的各种形状，可以是单一形状或混合形状。当复粒的颗粒尺寸处于该范围时，有助于磨具制作期间的树脂呈液态阶段，降低复粒的迁移性，进而提高树脂抛光磨具组织的均匀性。当粒径小于200μm，将增大复粒的制作难度，当粒径大于1500μm，则会造成成分的偏析，降低磨具抛光性能和品质，因此优选复粒的颗粒尺寸为400-800μm，进一步优选为600μm。
所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将空心玻璃微珠、蜡粉和液态弹性树脂充分混合后，搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)所述混合料浇铸入模具中使常温下固化，之后进行粉碎，得到初始复粒；
(3)对步骤(2)所述初始复粒进行热处理，即得到所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒。
进一步地，步骤(1)中，所述空心玻璃微珠、蜡粉以及液态弹性树脂三者之间的重量比为11-20:36-50:95-105。
进一步地，步骤(2)中，进行所述固化至成为凝胶状。
进一步地，步骤(3)中，所述热处理的温度为60-100℃，所述热处理的时间为3-12h。
所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒在制备树脂抛光磨具中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒，包括弹性树脂以及均匀分布在所述弹性树脂中的空心玻璃微珠和蜡粉，所述空心玻璃微珠具有造孔剂的作用，所述蜡粉具有上光的作用，将所述复粒作为填料添加于树脂结合剂抛光磨具中，能够起到对树脂结合剂抛光磨具造孔以及对所抛光表面上光的双重作用。
(2)本发明所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒，通过将所述空心玻璃微珠制备成空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒，之后再添加于树脂结合剂抛光磨具中，相比向树脂结合剂抛光磨具中直接添加空心玻璃微珠进行造孔时，由于空心玻璃微珠与树脂结合剂抛光磨具中结合剂树脂之间的密度差大，空心玻璃微珠的流动性大，迁移性大，组织均质性差；本发明所述复粒与树脂结合剂抛光磨具中结合剂树脂之间的密度差减小，提高了表面粗糙度，减少了流动性，降低了迁移性，进而大幅提高了树脂结合剂抛光磨具的组织均质性，且避免了现有技术采用水溶性盐作为造孔剂带来的应力腐蚀性。
(3)本发明所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒以弹性树脂为基质，所述弹性树脂为热固性树脂，具有三方面优点：其一，能够实现常温固化，工艺条件要求低，成本低廉；其二，由于热固性特性，不会出现热塑性树脂那样的塑性变形和再熔化，避免了在树脂结合剂抛光磨具制作期间的高温段，复粒发生自身熔化而塑性变形；其三，与树脂结合剂抛光磨具中的脆性树脂(邵氏硬度为95HD或以上，例如常规使用的酚醛树脂、环氧树脂和不饱和聚酯树脂)进行复合，使得树脂结合剂抛光磨具工作面上呈现出硬度差异双相树脂，该硬度差异可以通过弹性树脂来予以调节，进而调整树脂结合剂抛光磨具整体表面的弹性模量，换言之，可通过改变弹性树脂的含量和硬度，来调节和改变树脂结合剂抛光磨具在受力下的抗变形能力，从而提高树脂结合剂抛光磨具的技术性能。
(4)本发明所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒，应用于树脂结合剂抛光磨具，其内部含有的空心玻璃微珠能够起到吸振降噪的作用，从而大幅降低了树脂结合剂抛光磨具抛光期间的噪音污染。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)向100g液态弹性聚氨酯(固化后的邵氏硬度为50HD)中依次加入20g空心玻璃微珠(粒径为250μm，壁厚1.5μm，密度为0.23g/cm3)和39g低密度聚乙烯蜡粉(粒径为5μm，密度为0.91g/cm3，熔点为105℃)，使用离心式脱泡搅拌机搅拌使混合均匀，得到混合料；
(2)将所述的混合料浇铸到矩形盘的模具中，刮平摊匀，构成1000×725×0.3mm厚度的浇铸层，然后常温固化，从矩形盘中，获得片状0.3mm厚度的弹性树脂薄板，固化至弹性树脂成为凝胶状，将薄片机械加工成宽度约0.4±0.1mm的线材料，随后再将线材料加工成0.4±0.1mm的颗粒，得到整体呈六面体的初始复粒；
(3)对所述的初始复粒进行热处理，热处理的温度为60℃，时间为12h，即得到所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒。
经检测，本实施例所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒中空心玻璃微珠和蜡粉的体积占所述复粒总体积的60％，空心玻璃微珠与蜡粉的体积比为2:1，所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的粒径为900μm，密度为0.73g/cm3。
实施例2
本实施例提供一种空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)向95g液态弹性聚氨酯(固化后的邵氏硬度为40HD)中依次加入11g空心玻璃微珠(粒径为10μm，壁厚1μm，密度为0.1g/cm3)和36g低密度聚乙烯蜡粉(粒径为1μm，密度为0.75g/cm3，熔点为55℃)，使用离心式脱泡搅拌机搅拌使混合均匀，得到混合料；
(2)将所述的混合料浇铸到矩形盘的模具中，刮平摊匀，构成1000×725×0.3mm厚度的浇铸层，然后常温固化，从矩形盘中，获得片状0.3mm厚度的弹性树脂薄板，固化至弹性树脂成为凝胶状，将薄片机械加工成宽度约0.4±0.1mm的线材料，随后再将线材料加工成0.4±0.1mm的颗粒，得到整体呈六面体的初始复粒；
(3)对所述的初始复粒进行热处理，热处理的温度为100℃，时间为3h，即得到所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒。
经检测，本实施例所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒中空心玻璃微珠和蜡粉的体积占所述复粒总体积的30％，空心玻璃微珠与蜡粉的体积比为7:3，所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的粒径为200μm。
实施例3
本实施例提供一种空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)向105g液态弹性聚氨酯(固化后的邵氏硬度为80HD)中依次加入16g空心玻璃微珠(粒径为300μm，壁厚2μm，密度为0.7g/cm3)和50g低密度聚乙烯蜡粉(粒径为20μm，密度为0.95g/cm3，熔点为120℃)，使用离心式脱泡搅拌机搅拌使混合均匀，得到混合料；
(2)将所述的混合料浇铸到矩形盘的模具中，刮平摊匀，构成1000×725×0.3mm厚度的浇铸层，然后常温固化，从矩形盘中，获得片状0.3mm厚度的弹性树脂薄板，固化至弹性树脂成为凝胶状，将薄片机械加工成宽度约0.4±0.1mm的线材料，随后再将线材料加工成0.4±0.1mm的颗粒，得到整体呈六面体的初始复粒；
(3)对所述的初始复粒进行热处理，热处理的温度为100℃，时间为3h，即得到所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒。
经检测，本实施例所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒中空心玻璃微珠和蜡粉的体积占所述复粒总体积的70％，空心玻璃微珠与蜡粉的体积比为3:7，所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的粒径为1500μm。
实验例
将本发明所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒添加于抛光轮浇铸混合料中制备抛光轮，进而研究其对抛光轮技术性能的影响。
一、制备抛光轮
1、抛光轮浇铸混合料组分，见表1。
表1抛光轮浇铸混合料组分
2、制备方法
将碳化硅(粒径7μm)、轻质碳酸钙(粒径20μm)、空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒加入到不饱和聚酯树脂191中，用桨叶式混合机搅拌10min使混合均匀，然后加入环烷酸钴，搅拌1min，再加入过氧化甲乙酮，搅拌30s，得到混合料；将混合料浇铸入抛光轮成型模具中，固化后脱模，自然冷却，得到Φ165(外径)×Φ25(中心孔径)×10mm(厚度)的抛光轮A。
将碳化硅(粒径7μm)、轻质碳酸钙(粒径20μm)、NaCl加入到不饱和聚酯树脂191中，用桨叶式混合机搅拌10min使混合均匀，然后加入环烷酸钴，搅拌1min，再加入过氧化甲乙酮，搅拌30s，得到混合料；将混合料浇铸入抛光轮成型模具中，固化后脱模，自然冷却，得到Φ165(外径)×Φ25(中心孔径)×10mm(厚度)的抛光轮B。
二、性能测试
将抛光轮A和B共轴安装在石材磨机上，以常规石材磨削/抛光的加工参数，对白色大理石进行抛光，使抛光轮A和B处于相同加工状况。对石材磨削的长度共计20m，考虑到前5m处于磨合期，轮与石材表面未能完全接触，因此，对后15m进行石材表面进行感官亮度检查、浇水检查、触感检查以及耐磨性检测。
1、感官亮度检查
将所抛光的石材表面先用气枪吹干，然后对抛光轮A和B的抛光15m后段进行外观视觉检查，结果表明，添加本发明空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的抛光轮A的感官亮度明显高于抛光轮B，且抛光轮B的抛光表面存在呈哑光的条痕。
2、浇水检查
在干燥的表面上浇水，垂直竖立，抛光轮A抛光过的表面急速凝固水珠下滑；而抛光轮B有水渍存在，表明添加本发明空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的抛光轮A上蜡效果明显。
3、触感检查
用手触摸抛光表面，抛光轮A抛光过的表面触感更为柔和。
4、耐磨性检测
抛光轮A与抛光轮B磨损量基本相同，说明本发明复粒的添加并不影响抛光轮的使用寿命。
三、结论
含本发明复粒的抛光轮在实际使用中取得了良好的综合性效果。含本发明复粒的抛光轮在实际使用中体现出的附加优势，还在于抛光轮内部包含的空心玻璃微珠具有吸振降噪的效用，从而大幅降低了抛光期间出现的高噪音，对于工作环境是极为有利的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒，其特征在于，所述复粒由弹性树脂、空心玻璃微珠和蜡粉组成，所述空心玻璃微珠和蜡粉的体积占所述复粒总体积的30-70％，所述空心玻璃微珠与所述蜡粉的体积比为3-7:7-3；
所述复粒为规则或不规则的颗粒，所述颗粒的粒径为200-1500μm；
所述蜡粉的粒径为1-20μm，密度为0.85±0.1g/cm3，熔点为55-120℃；
所述空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将空心玻璃微珠、蜡粉和液态弹性树脂充分混合后，搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)所述混合料浇铸入模具中使常温下固化，之后进行粉碎，得到初始复粒；
(3)对步骤(2)所述初始复粒进行热处理，即得到所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒。
2.根据权利要求1所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒，其特征在于，所述空心玻璃微珠的粒径为10-300μm，壁厚为1-2μm，密度为0.1-0.7g/cm3。
3.根据权利要求1所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒，其特征在于，所述弹性树脂为液态热固性树脂，所述液态热固性树脂固化后的邵氏硬度为40-80HD。
4.一种权利要求1-3任一项所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将空心玻璃微珠、蜡粉和液态弹性树脂充分混合后，搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)所述混合料浇铸入模具中使常温下固化，之后进行粉碎，得到初始复粒；
(3)对步骤(2)所述初始复粒进行热处理，即得到所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒。
5.根据权利要求4所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述空心玻璃微珠、蜡粉以及液态弹性树脂三者之间的重量比为11-20:36-50:95-105。
6.根据权利要求4所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，进行所述固化至成为凝胶状。
7.根据权利要求4所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述热处理的温度为60-100℃，所述热处理的时间为3-12h。
8.权利要求1-3任一项所述的空心玻璃微珠/蜡粉-弹性树脂复粒在制备树脂抛光磨具中的应用。
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