CN109759961A - 一种空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空心玻璃微珠/氟铝酸钾‑弹性树脂复粒及其制备方法与应用，所述的复粒以弹性树脂为基质，空心玻璃微珠和氟铝酸钾均匀分布在所述的基质内，空心玻璃微珠和氟铝酸钾的体积占所述复粒总体积的30‑70％，空心玻璃微珠与氟铝酸钾的体积比为3‑7:7‑3。由于复粒颗粒粒径相对粗大，表面上带有大面积的亲油性弹性树脂，有助于在液态抛光轮混合料中阻止复粒漂浮，同时起到阻挡重质颗粒的沉降的作用，提高了液态混合料的均质性，替代了现有的水溶性盐，改善了抛光轮的技术性能。
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/氟铝酸钾-弹性树脂复粒及其制备方法与应用。
背景技术
目前对石材、玻璃、陶瓷等材料的磨削/抛光，广泛采用不饱和聚酯树脂结合剂抛光轮，抛光轮中的结合剂为不饱和聚酯树脂，磨料为碳化硅、氧化铝等，填料为惰性填料和活性填料，采用树脂浇铸成型工艺，其中填料多种多样，例如能帮助抛光轮提高加工性能、增强树脂体系的助磨性或功能性的填料；不影响性能前提下降低材料成本的惰性填料。常规抛光轮中的填料不可缺少的使用水溶性盐类，例如氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾等，由于这类抛光轮处在水为冷却液的加工环境下，因为在磨削/抛光期间，水将急速熔化盐，在抛光轮的表面上产生孔穴，孔穴起到收容磨屑和冷却液的作用，降低了抛光轮与工件之间的接触面积，减少了阻抗，进而促进了磨削和抛光。如果抛光轮的表面无孔穴存在，则将在使用期间出现表面高温灼烧、钝化，或者工件抛光表面出现哑光，从而达不到最终的表面抛光加工要求。
水溶性盐自身存在的缺陷是高吸湿性。当抛光轮处于潮湿环境下，盐将吸收环境的水分，使抛光轮表面吸附大量水分，随着存放时间的延长，在温度湿度交替变化下，抛光轮表面上将再结晶出盐粒，该现象影响了抛光轮的外观，且富集的盐对表面树脂具有腐蚀性。进一步讲，抛光轮表面层的吸潮，使得包含的水分由表及里的渗透，如果在冬季使用抛光轮，一旦所处环境温度低于0℃以下，水分冻结成冰，造成的体积增大，将使抛光轮出现内部裂纹，很容易造成抛光轮使用期间炸裂，带来安全隐患。因此，尽管一般性水溶性盐相对低廉，且造孔容易，但是存放不便，发生安全隐患。
另外一种产生孔穴的方式是在树脂结合剂中添加发泡剂，在树脂固化前通过发泡来产生孔穴，但是这类发泡剂对树脂具有苛刻的要求，只适用于聚氨酯树脂结合体系。
虽然空心玻璃微珠已经公开了可以在树脂结合剂磨具中作为造孔剂的应用，但是因为不饱和聚酯树脂的密度约为1.15g/cm3，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，无法避免的出现树脂呈液态的阶段，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。这种现象在高含量树脂磨具或浇铸型树脂磨具中表现的尤为突出，除非磨具组成中降低树脂含量，提高磨料或填料数量，降低磨具组成各成分的迁移性，才能实现磨具呈多组分的均匀组织，但是这样会严重压缩磨具的设计空间，从而限制了空心玻璃微珠的应用。
鉴于以上原因，特提出本发明。
发明内容
为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒及其制备方法与应用，本发明制备的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的颗粒相对增粗，表面上带有大面积的亲油性弹性树脂，有助于在液态抛光轮混合料中阻止复粒漂浮，提高了抛光轮各成分的均质性，由于复粒适应于抛光轮的浇铸工艺，扩大了抛光轮的设计自由度，进而在克服原技术存在的问题基础上，提高了抛光轮的各项性能，包括效率、寿命和抛光效果等。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒，所述的复粒以弹性树脂为基质，空心玻璃微珠和氟铝酸钾均匀分布在所述的基质内，空心玻璃微珠和氟铝酸钾的体积占所述复粒总体积的30-70％，空心玻璃微珠与氟铝酸钾的体积比为3-7:7-3。
进一步的，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。
本发明公开的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒中采用空心玻璃微珠和氟铝酸钾的体积占所述复粒总体积的30-70％，空心玻璃微珠与氟铝酸钾的体积比为3-7:7-3，使得复粒的密度范围在0.9-1.2g/cm3之内，如果玻璃微珠的体积和氟铝酸钾的体积低于30％，则将在抛光轮组分中所占比例偏低，造孔作用不明显，而超过70％，则会使复粒的密度偏低而造成漂浮性提高。
进一步的，氟铝酸钾呈粉末状，粒度小于40μm，密度为2.7g/cm3。
进一步的，所述的复粒为规则或不规则的颗粒，颗粒粒径为200-1500μm。
当玻璃微珠以高体积填充弹性树脂时，即玻璃微珠体积填充时，优选选用多种粒径的混合微珠，通过不同粒径微珠降低微珠之间的间隙，有效实现体积填充率，当微珠以低体积填充弹性树脂时，通过低松装密度来有效确保混合料的均质性。
进一步的，所述的弹性树脂为热固性树脂。
优选的，固化后，所述的热固性树脂的邵氏硬度为40-80HD。
更优选的，所述的弹性树脂为聚氨酯或环氧树脂。
本发明的弹性树脂的常温固化降低工艺条件要求，且成本低廉，不过度提高材料和工艺成本，树脂的来源广泛，可以在市售的双组分聚氨酯和双组分环氧树脂中按最终邵氏硬度的技术要求，选择合理的树脂类型。
复粒的颗粒呈柱状、条状、三棱锥、六面体和不规则各种形状，可以是单一形状也可以是混合几种形状。
本发明中所述的颗粒粒径为200-1500μm是指复粒颗粒截面的最大尺寸为200-1500μm，在使用过程中，如果颗粒尺寸低于200μm，则将可能提高复粒的漂浮，并削弱阻挡重质颗粒的沉降作用，而颗粒尺寸大于1500μm，则将可能使抛光轮表面上出现偏大的孔穴，影响磨削/抛光的品质。
进一步的，所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的密度为0.9-1.2g/cm3。
一种所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将空心玻璃微珠和氟铝酸钾加入到所述的弹性树脂中，进行搅拌，混合均匀，得到混合料；
(2)将所述的混合料浇铸到模具中，然后常温固化，使弹性树脂处于凝胶状，进行粉碎粒径至200-1500μm，得到初始复粒；
(3)对所述的初始复粒进行热处理，得到所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒。
进一步的，，步骤(1)中按照重量份，空心玻璃微珠为18-22重量份、氟铝酸钾为115-120重量份、弹性树脂95-105重量份。
进一步的，，步骤(3)中热处理的温度为60-100℃，时间为3-12h。
进一步的，，步骤(3)中热处理的温度为80-90℃，时间为7-8h。
一种所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒在抛光轮中的应用。
所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒在制备抛光轮中作为造孔剂。
进一步的，抛光轮的制备方法如下：
(a)将所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒、磨料、填料加入到不饱和聚酯树脂中，搅拌均匀，然后加入固化剂和促进剂，混合均匀；
(b)然后放入到备用的抛光轮成型模具中，常温固化，取出型件，得到所述的抛光轮。
进一步的，按照重量份，不饱和聚酯树脂900-1100重量份、磨料为250-350重量份、填料为250-350重量份、空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒50-100重量份、促进剂10-20重量份、固化剂10-20重量份。
进一步的，步骤(a)中所述的磨料为熔融氧化铝、碳化硅、金刚石、刚玉、石榴石或玻璃粉，所述的填料为云母、石英、二氧化钛、冰晶石、长石白铅矿、橄榄石、石膏、粘土、碳酸钙、白云石、氢氧化铝或二氧化硅，所述的固化剂为过氧化甲乙酮，所述的促进剂为环烷酸钴。
本发明中磨削和抛光具有共同作用都是对工件表面进行材料切除，只是磨削的切除量较大，而抛光的切除量较小，或者磨削的含义是使用磨料粒度相对粗，抛光的含义是使用的磨料粒度相对细，本发明中的抛光轮同时具有磨削和抛光的含义。
本发明中所述的不饱和聚酯树脂可以是常规使用的任意类型，由于不饱和聚酯树脂是一种粘滞状的液体混合物，通过对聚酯交联的不饱和单体溶化不饱和聚酯获得，如苯乙烯，通过在不饱和聚酯树脂中呈现已知的过氧化物引发剂或过氧化物引发剂和固化促进剂的固化，可制备出固化不饱和聚酯树脂。不饱和聚酯树脂一般通过α,β-不饱和二元酸例如马来酸酐、富马酸、衣康酸等，与二醇例如乙二醇、二甘醇、丙二醇、新戊二醇等的缩合反应制备而成，冷凝物的分子量优选为1000-3000。当使用不饱和单体对不饱和聚酯交联时，合用的一般是乙烯型单体，例如苯乙烯、乙烯基甲苯、二乙烯基苯、乙酸乙烯酯、丙烯酸酯等，尤其优选的是苯乙烯。对于交联的不饱和聚酯和不饱和单体的混合物，是一种水不溶性树脂质油状混合物，一般的混合比例为80:20～30:70，这称之为未固化不饱和聚酯树脂。常规的标准牌号有191不饱和聚酯树脂、196不饱和聚酯树脂等。
对于抛光轮使用的磨料，可以是合理的任意天然和人造磨料，优选的，本发明的氧化铝、碳化硅、金刚石、刚玉、石榴石、玻璃粉。此外，磨料粒度可以根据磨削/抛光具体要求而定，例如材料切除量、表面粗糙度和亮度，呈广范围的400-5μm之间变化。
填料是抛光轮除了树脂结合剂和磨料之外的所有各种填充材料统称，填料包括提高抛光性能、增强树脂体系的助磨性或功能性填料，以及不影响性能前提下降低材料成本的惰性填料。
进一步的，不饱和聚酯树脂占混合料总体积的50-70％，混合料总体积是指空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒、磨料、填料和不饱和聚酯树脂的总体积。
本发明采用上述的比例范围的不饱和聚酯树脂是根据抛光轮的抛光效率、品质、寿命及浇铸性(混合料的流动性)进行选择的，由于液体树脂占用体积偏高，磨料和固体颗粒填料的颗粒间隙较大，因此，简单的混入现有的空心玻璃微珠，由于不饱和聚酯树脂的密度为1.15g/cm3，空心玻璃微珠的密度仅约0.23g/cm3，且玻璃材料属于表面光滑的疏油性材料，使球形的空心玻璃微珠在液体中具有极好的流动性，在浇铸后的未凝固期间，磨料和填料的颗粒间间隔不足以阻挡空心玻璃微珠的向上位移，将会出现空心玻璃微珠的漂浮现象，进而造成抛光轮组成成分空心玻璃微珠分散的严重偏析。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明公开了一种空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的颗粒，由于复粒颗粒粒径相对粗大，表面上带有大面积的亲油性弹性树脂，有助于在液态抛光轮混合料中阻止复粒漂浮，同时起到阻挡重质颗粒的沉降的作用，提高了液态混合料的均质性，替代了现有的水溶性盐，由于不使用盐，抛光期间排放的水不夹杂盐，对于环境保护是极其有益的；；
(2)本发明制备的抛光轮由于内部含有空心玻璃微珠，起到了吸振降噪的效用，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。
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
本实施例的一种空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将20g空心玻璃微珠和117g氟铝酸钾加入到100g聚氨酯中，聚氨酯固化后的邵氏硬度为50HD，空心玻璃微珠的粒径为250μm，壁厚1.5μm，进行搅拌，使用离心式脱泡搅拌机对其混合均匀，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，在固化后1-10小时内即未达到树脂固化的强度峰值之前，机械式的将薄片加工出宽度约0.4±0.1mm的线材料，随后再将线材料按0.4±0.1mm长度加工出颗粒，可以获得整体呈六面体的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂初始复粒；
(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，得到所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒。
本实施例的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒中空心玻璃微珠和氟铝酸钾的体积占所述复粒总体积的60％，空心玻璃微珠与氟铝酸钾的体积比为2:1，复粒密度为1.1g/cm3。
实施例2
本实施例的一种空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将18g空心玻璃微珠和115g氟铝酸钾加入到95g环氧树脂中，聚氨酯固化后的邵氏硬度为40HD，空心玻璃微珠的粒径为10μm，壁厚1μm，进行搅拌，使用离心式脱泡搅拌机对其混合均匀，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，使环氧树脂处于凝胶状，进行粉碎粒径至200μm，得到空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂初始复粒；
(3)对所述的初始复粒进行热处理，热处理的温度为80℃，时间为7h，得到所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒。
本实施例的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒中空心玻璃微珠和氟铝酸钾的体积占所述复粒总体积的30％，空心玻璃微珠与氟铝酸钾的体积比为3:7，复粒密度为0.9g/cm3。
实施例3
(1)将22g空心玻璃微珠和120g氟铝酸钾加入到105g环氧树脂中，聚氨酯固化后的邵氏硬度为80HD，空心玻璃微珠的粒径为300μm，壁厚2μm，进行搅拌，使用离心式脱泡搅拌机对其混合均匀，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，使环氧树脂处于凝胶状，进行粉碎粒径至1500μm，得到空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂初始复粒；
(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，得到所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒。
本实施例的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒中空心玻璃微珠和氟铝酸钾的体积占所述复粒总体积的70％，空心玻璃微珠与氟铝酸钾的体积比为7:3，复粒密度为1.2g/cm3。
实施例4
实施例1制备的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒在抛光轮中的应用，空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒在制备抛光轮中作为造孔剂。
其中，抛光轮的制备方法如下：
(a)将实施例1制备的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒75g、碳化硅300g、碳酸钙300g加入到1000g不饱和聚酯树脂191中，搅拌均匀，然后加入环烷酸钴15g和过氧化甲乙酮15g，混合均匀；
(b)然后放入到备用的抛光轮成型模具中，常温固化，取出型件，得到所述的抛光轮。
实施例5
实施例2制备的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒在抛光轮中的应用，所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒在制备抛光轮中作为造孔剂。
其中，抛光轮的制备方法如下：
(a)将实施例2制备的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒50g、玻璃粉250g、二氧化钛250g加入到900g不饱和聚酯树脂191中，搅拌均匀，然后加入环烷酸钴10g和过氧化甲乙酮10g，混合均匀；
(b)然后放入到备用的抛光轮成型模具中，常温固化，取出型件，得到所述的抛光轮。
实施例6
实施例3制备的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒在抛光轮中的应用，所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒在制备抛光轮中作为造孔剂。
其中，抛光轮的制备方法如下：
(a)将实施例3制备的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒100g、熔融氧化铝350g、粘土350g加入到1100g不饱和聚酯树脂191中，搅拌均匀，然后加入环烷酸钴20g和过氧化甲乙酮20g，混合均匀；
(b)然后放入到备用的抛光轮成型模具中，常温固化，取出型件，得到所述的抛光轮。
对比例1
本对比例的抛光轮的制备方法与实施例4相同，不同之处，将空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒替换为氯化钠。
对比例2
本对比例的抛光轮的制备方法与实施例4相同，不同之处，将空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒替换为碳酸钙。
试验例1
将实施例4制备的抛光轮和对比例1和2制备的抛光轮分别标注为实验轮A、实验轮B和实验轮C，然后共轴安装，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，使实验轮A、B和C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，抛光轮与石材表面未能投入完全接触，因此，对后15m进行石材表面的光泽度检查，随后测量抛光轮的直径，估测抛光轮的耐磨性。
在所抛光的石材表面自然风干后，用YG268高精度光泽度仪，对三个抛光轮抛光段，进行十点抽样测量光泽度，对十点数据进行平均，结果表明，光泽度由高及低的顺序为抛光轮A、抛光轮B、抛光轮C，表明本发明的抛光轮的效果最佳，而不含本发明的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒和可溶性盐的抛光轮C，所抛光的石材表面呈哑光。
耐磨性试验：经过测试，磨损量由高至低的排序为抛光轮C、抛光轮A、抛光轮B，含可溶性盐的磨损量最大，虽然抛光轮B磨损量呈最低，但表面略微呈轻微烧灼迹象，表面不适合该加工的加工条件。
通过对比发现，含本发明空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的抛光轮在实际使用中取得了良好的综合性效果。本发明抛光轮在实际使用的体现出的附加优势，这是由于抛光轮内部包含了空心玻璃微珠，起到了吸振降噪的效用，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 (10)
1.一种空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒，其特征在于，所述的复粒以弹性树脂为基质，空心玻璃微珠和氟铝酸钾均匀分布在所述的基质内，空心玻璃微珠和氟铝酸钾的体积占所述复粒总体积的30-70％，空心玻璃微珠与氟铝酸钾的体积比为3-7:7-3。
2.根据权利要求1所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒，其特征在于，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/氟铝酸钾-弹性树脂复粒，其特征在于，所述的复粒为规则或不规则的颗粒，颗粒粒径为200-1500μm。
4.根据权利要求1所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒，其特征在于，所述的弹性树脂为热固性树脂，优选的，固化后，所述的热固性树脂的邵氏硬度为40-80HD，更优选的，所述的弹性树脂为聚氨酯或环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒，其特征在于，所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的密度为0.9-1.2g/cm3。
6.一种权利要求1-5任意一项所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将空心玻璃微珠和氟铝酸钾加入到所述的弹性树脂中，进行搅拌，混合均匀，得到混合料；
(2)将所述的混合料浇铸到模具中，然后常温固化，使弹性树脂处于凝胶状，进行粉碎粒径至200-1500μm，得到初始复粒；
(3)对所述的初始复粒进行热处理，得到所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒。
7.根据权利要求6所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中按照重量份，空心玻璃微珠为18-22重量份、氟铝酸钾为115-120重量份、弹性树脂95-105重量份。
8.根据权利要求6所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中热处理的温度为60-100℃，时间为3-12h。
9.根据权利要求8所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中热处理的温度为80-90℃，时间为7-8h。
10.一种权利要求1-9任意一项所述的空心玻璃微珠/氟铝酸钾-弹性树脂复粒在抛光轮中的应用。
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- 2019-01-29 CN CN201910084915.8A patent/CN109759961B/zh active Active
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