CN110465896B - 一种地铁打磨专用砂轮及其制备方法 - Google Patents
一种地铁打磨专用砂轮及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种地铁打磨专用砂轮及其制备方法,砂轮按重量份数计包含:涂层锆刚玉60~70份,石英粉6~9份,酚醛树脂粉10~12份,糠醛1.6~2份,硅烷偶联剂0.4~1份,黄铁矿3~6份,冰晶石2.5~5份,氧化钙1.5~3份,萤石粉1~3份,重晶石1~3份。制备方法包括混料、热压成型、将玻璃纤维丝经胶液浸润后均匀缠绕在砂轮外圆周上、将缠丝后所得半成品放入硬化炉,升温180~200℃,硬化时长为10~20小时。通过本发明制备方法制备的砂轮,具备高强度、高磨削性能、耐用的特性,适用于地铁穿越人口密集环境下的打磨作业。整个工艺过程简单、可靠,产品一致性强,产品安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种地铁打磨专用砂轮及其制备方法。
背景技术
随着经济快速发展,城市规模不断扩大,城市交通越来越成为亟待解决的一个难题,而地铁的出现很好的缓解了这个问题。由于地铁运营时间长、行车密度大,地铁轨道在运营几年之后开始出现病害,包括裂纹、隐伤、剥离、肥边、钢轨擦伤等。这些病害会导致噪音增大,降低乘坐体验,缩短钢轨的寿命并存在安全隐患。钢轨打磨被普遍认为是最有效的消除钢轨病害的方法,所以定期对钢轨进行打磨可以清除表面的缺陷,优化轮轨接触条件,以及改善接触应力。
近几年,国外的地铁打磨车及配套的打磨砂轮开始引进到国内,由于地铁站点密集,部分地铁建于地面,通过高架穿越人口密集的市区,对砂轮的安全性提出了更高的要求,以常用外径150mm的地铁打磨砂轮为例,其在打磨作业过程中的转速高达6369r/min,一旦出现砂轮破裂,飞出的砂轮碎块将对施工人员及附近居民构成巨大的安全风险。国内的相关文献报道及专利主要涉及到国铁线路钢轨打磨砂轮以及道岔打磨砂轮,而没有专门针对地铁打磨砂轮进行的研究及开发,目前国内使用的地铁打磨砂轮以进口产品为主,而国产砂轮普遍存在回转强度低、磨削能力低、耐磨性差等问题,与进口产品在综合性能上存在较大差距。
发明内容
为了克服现有技术的缺点,本发明提供了一种地铁打磨专用砂轮及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是:一种地铁打磨专用砂轮,按重量份数计包含:涂层锆刚玉60~70份,石英粉6~9份,酚醛树脂粉10~12份,糠醛1.6~2份,硅烷偶联剂0.4~1份,黄铁矿3~6份,冰晶石2.5~5份,氧化钙1.5~3份,萤石粉1~3份,重晶石1~3份。
本发明还提供了一种地铁打磨专用砂轮的制备方法,包括如下步骤:
步骤一、混料
(1)将酚醛树脂粉、石英粉、黄铁矿、冰晶石、氧化钙、萤石粉、重晶石按质量分数由大到小的顺序加入锥形混料机,混合料体积不超过混料机体积40%,转速设置20转/分钟,混料时长30~40分钟,过筛后待用;
(2)将涂层锆刚玉、糠醛、硅烷偶联剂在逆流混料机混合4~8分钟;
(3)将(1)混合的料与(2)混合的料再混合,混合时长6~10分钟,过筛待用;
步骤二、成型
将混合好的料装入模具热压成型,砂轮单位面积压强10~20MPa,每间隔4分钟泄压一次,泄压后再加压重复6次,热压温度为160~180℃,最后保压35分钟;
步骤三、缠丝
将玻璃纤维丝经胶液浸润后均匀缠绕在砂轮外圆周上,缠丝厚度为3~5mm;
步骤四、硬化
将缠丝后所得半成品放入硬化炉,升温180~200℃,硬化时长为10~20小时。
与现有技术相比,本发明的积极效果是:
通过本发明制备方法制备的砂轮,具备高强度、高磨削性能、耐用的特性,适用于地铁穿越人口密集环境下的打磨作业。整个工艺过程简单、可靠,产品一致性强,产品安全性高,对提升目前国产地铁打磨专用砂轮的综合性能具有重要的意义。具体优点表现如下:
1、选用新型涂层锆刚玉,及各成分的粒度分布,提高砂轮的磨削性能及耐用度;
2、在浸润剂糠醛中加入硅烷偶联剂,增加磨料与树脂之间的结合力,优选补强填料,进一步提高砂轮的回转强度。
3、在砂轮外圆周缠绕浸胶玻璃纤维丝,防止砂轮在非正常状况下破裂后飞散,进一步提高砂轮使用安全性。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
图1为本发明实施例与对比例砂轮打磨性能对比。
具体实施方式
本发明提供一种地铁打磨专用砂轮及其制备方法,通过该制备方法制备的砂轮,具备高强度、强磨削性能、耐用的特性,整个工艺稳定,产品一致性强。产品按重量份数算,其包含涂层锆刚玉60~70份,石英粉6~9份,酚醛树脂粉10~12份,糠醛1.6~2份,硅烷偶联剂0.4~1份,黄铁矿3~6份,冰晶石2.5~5份,氧化钙1.5~3份,萤石粉1~3份,重晶石1~3份。
优选涂层锆刚玉65份,石英粉6份,酚醛树脂粉11份,糠醛1.8份,硅烷偶联剂0.8份,黄铁矿3.4份,冰晶石4份,氧化钙2.5份,萤石粉3份,重晶石2.5份;
优选圣戈班新型涂层锆刚玉,在原锆刚玉产品涂覆一层耐磨层,较无涂层锆刚玉耐磨性提升15%~30%,其堆积密度为1.9~2.3(g/ml),比重≥4.5g/cm3,ZrO2含量为37%~45%,粒度为F16与F20混合粒度,两种粒度比例为3:5;
石英粉可对砂轮起补强作用,其良好的韧性可增强砂轮耐磨度。常用粒度为240~300目,优选300目;
酚醛树脂粉优选240目粒度,240目筛分后筛余物(wt%)≤2,游离酚含量(wt%)≤2%,160℃热板固化时间(s)35~45,六次甲基四胺含量(wt%)11.2~14.5;
糠醛是优良的浸润剂,能充分湿润磨粒表面,使树脂粉包裹磨粒表面,其成型料松散性比树脂液好,在热压成型过程中会挥发,形成一定的孔隙率,优选含量(wt%)≥98.5,水分(wt%)≤0.3,酸份(mol/L)≤0.01;
硅烷偶联剂两端含有性质不同的基团,一端的基团能与被粘物(如磨料)表面发生化学或物理作用,另一端的基团则能与结合剂(如酚醛树脂)发生化学作用或物理作用,从而使被粘物与结合剂能很好的偶联在一起,增加砂轮的强度,优选牌号A-1100(KH-550);
冰晶石在砂轮打磨面达到一定的温度后熔化吸收热量,吸热过程可降低砂轮及钢轨的摩擦面温度,同时提高砂轮孔隙率,露出磨粒,防止砂轮堵塞;冰晶石熔化后变成液态,粘附在钢轨表面呈膜状,是优良的润滑剂。优选325目筛分,筛余物(wt%)≤5,比重(g/cm3)2.95~3.05,灼减(550±5℃30min)≤2%;
黄铁矿在高温下吸收热量分解,能有效降低砂轮及钢轨的摩擦面温度,同时其分解生成的硫能与钢轨表面发生反应,形成保护层,具有润滑作用,优选325目筛分,筛余物(wt%)≤5,水分(wt%)≤1;
氧化钙极强的吸湿能力能避免酚醛树脂粉中的固化剂吸水发生水解,影响砂轮强度,还能促进砂轮的硬化,提高生产效率。优选含量(灼烧)≥98%,硫酸盐(wt%)≤0.5,氨水沉淀物(wt%)≤0.2;
萤石粉为惰性填料,其作用是提高抗张强度和耐热性能,优选粒度300目筛分筛余物(wt%)≤8,水分(wt%)≤1;
重晶石能使砂轮摩擦系数稳定,在高温下能形成稳定的摩擦界层,防止对钢轨的擦伤,使打磨后钢轨表面更光洁。优选粒度200#筛余物<3%,325#筛余物<5%。
本发明提供一种地铁打磨专用砂轮制备方法,包含以下步骤:
步骤一、混料
(1)将酚醛树脂粉、石英粉、黄铁矿、冰晶石、氧化钙、萤石粉、重晶石按质量分数由大到小的顺序加入锥形混料机,混合料体积不超过混料机体积40%,转速设置20转/分钟,混料时长30~40分钟,优选40分钟,过筛后待用。
(2)将涂层锆刚玉、糠醛、硅烷偶联剂在逆流混料机混合4~6分钟,优选5分钟;
(3)将(1)混合的料加入(2)混合的料上,两种混料再混合7~10分钟,优选8分钟,过筛待用;
步骤二、成型
将混合好的料装入模具热压成型,砂轮单位面积压强10~20MPa,优选15MPa,每间隔4分钟泄压一次,泄压后再加压重复6次,热压温度为160~180℃,优选165℃,最后保压35分钟;
步骤三、缠丝
缠丝工艺为在砂轮外圆周缠绕经过浸胶的玻璃纤维丝,浸胶经受热固化后,将玻璃纤维丝牢固地结合在砂轮外圆周上,此工艺为了在非正常情况导致的砂轮破裂提供一种安全防护,减少因砂轮碎块飞出而造成的人员及财产损失。其特征在于按质量份数算:硅烷偶联剂1~3份、乙醇10~15份、酚醛树脂液80~90份,优选硅烷偶联剂牌号A-174(KH570)2份,乙醇12份,酚醛树脂液86份,在室温下用搅拌器混合1.5~2小时,优选2小时,搅拌器转速设定为60r/min。玻璃纤维丝经胶液浸润后均匀缠绕在砂轮外圆周上,最终缠丝厚度为3~5mm。
步骤四、硬化
将缠丝后所得半成品放入硬化炉,最终升温180~200℃,优选190℃,硬化时长为10~20小时,优选18小时。
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解,这些实施例仅用于说明本发明,其不以任何方式限制本发明的范围。
下述实施例的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等,如无特殊说明,均为市售购买产品。
制备方法包含以下步骤:
(1)将酚醛树脂粉、石英粉、黄铁矿、冰晶石、氧化钙、萤石粉、重晶石按质量分数由大到小的顺序加入锥形混料机,混合料体积不超过混料机体积40%,转速设置20转/分钟,混料时长30~40分钟,过筛后待用。
(2)将涂层锆刚玉、糠醛、硅烷偶联剂在逆流混料机混合4~8分钟,
(3)将(1)混合的料与(2)混合的料再混合,混合时长6~10分钟,过筛待用;
(4)将(3)混合的料热压成型;
(5)将(4)成型的砂轮半成品缠绕玻璃纤维丝;
(6)放入硬化炉硬化。
实施例1
本发明所述地铁打磨专用砂轮制备方法如下:
(1)将酚醛树脂粉12份、石英粉7份、黄铁矿6份、冰晶石5份、氧化钙3份、萤石粉2份、重晶石3份按质量分数由大到小的顺序加入锥形混料机,混合料体积不超过混料机体积40%,转速设置20转/分钟,混料时长40分钟,过筛后待用。
(2)将涂层锆刚玉60份、糠醛1.6份、硅烷偶联剂0.4份在逆流混料机混合5分钟;
(3)将(1)混合的料与(2)混合的料再混合,混合时长8分钟,过筛待用;
(4)将(3)混合的料热压成型,砂轮单位面积压强15MPa,每间隔4分钟泄压一次,泄压后再加压重复6次,热压温度为165℃,最后保压35分钟;
(5)将(4)成型的砂轮半成品缠绕玻璃纤维丝,缠丝厚度3~5mm;
(6)将(5)所得半成品放入硬化炉,最终升温至190℃,硬化时长18小时。
实施例2
本发明所述地铁打磨专用砂轮制备方法如下:
(1)将酚醛树脂粉11份、石英粉6份、黄铁矿4份、冰晶石3.4份、氧化钙2.5份、萤石粉3份、重晶石2.5份按质量分数由大到小的顺序加入锥形混料机,混合料体积不超过混料机体积40%,转速设置20转/分钟,混料时长40分钟,过筛后待用。
(2)将涂层锆刚玉65份、糠醛1.8份、硅烷偶联剂0.8份在逆流混料机混合5分钟,
(3)将(1)混合的料与(2)混合的料再混合,混合时长8分钟,过筛待用;
(4)将(3)混合的料热压成型,砂轮单位面积压强15MPa,每间隔4分钟泄压一次,泄压后再加压重复6次,热压温度为165℃,最后保压35分钟;
(5)将(4)成型的砂轮半成品缠绕玻璃纤维丝,缠丝厚度3~5mm;
(6)将(5)所得半成品放入硬化炉,最终升温至190℃,硬化时长18小时。
实施例3
本发明所述地铁打磨专用砂轮制备方法如下:
(1)将酚醛树脂粉10份、石英粉9份、黄铁矿3份、冰晶石2.5份、氧化钙1.5份、萤石粉1份、重晶石1份按质量分数由大到小的顺序加入锥形混料机,混合料体积不超过混料机体积40%,转速设置20转/分钟,混料时长40分钟,过筛后待用。
(2)将涂层锆刚玉70份、糠醛2份、硅烷偶联剂1份在逆流混料机混合5分钟;
(3)将(1)混合的料与(2)混合的料再混合,混合时长8分钟,过筛待用;
(4)将(3)混合的料热压成型,砂轮单位面积压强15MPa,每间隔4分钟泄压一次,泄压后再加压重复6次,热压温度为165℃,最后保压35分钟;
(5)将(4)成型的砂轮半成品缠绕玻璃纤维丝,缠丝厚度3~5mm;
(6)将(5)所得半成品放入硬化炉,最终升温至190℃,硬化时长18小时。
本发明中不同成分配比制备的砂轮(φ150)打磨性能对比如图1所示。
Claims (7)
1.一种地铁打磨专用砂轮,其特征在于:按重量份数计包含:涂层锆刚玉60~70份,石英粉6~9份,酚醛树脂粉10~12份,糠醛1.6~2份,硅烷偶联剂0.4~1份,黄铁矿3~6份,冰晶石2.5~5份,氧化钙1.5~3份,萤石粉1~3份,重晶石1~3份;其中:
所述涂层锆刚玉选用圣戈班新型涂层锆刚玉,在原锆刚玉产品涂覆一层耐磨层,堆积密度为1.9~2.3g/ml,比重≥4.5g/cm3,粒度为F16与F20混合粒度,两种粒度比例为3:5;
所述石英粉粒度为240~300目;所述酚醛树脂粉为240目粒度,160℃热板固化时间为35~45s;所述冰晶石为325目粒度,比重为2.95~3.05g/cm3;所述黄铁矿为325目粒度;所述萤石粉为300目粒度;所述重晶石粒度为200目筛分后筛余物<3%,325目筛分后筛余物<5%。
2.一种权利要求1所述的地铁打磨专用砂轮的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、混料
(1)将酚醛树脂粉、石英粉、黄铁矿、冰晶石、氧化钙、萤石粉、重晶石按重量份数由大到小的顺序加入锥形混料机,混合料体积不超过混料机体积40%,转速设置20转/分钟,混料时长30~40分钟,过筛后待用;
(2)将涂层锆刚玉、糠醛、硅烷偶联剂在逆流混料机混合4~8分钟;
(3)将(1)混合的料与(2)混合的料再混合,混合时长6~10分钟,过筛待用;
步骤二、成型
将混合好的料装入模具热压成型,砂轮单位面积压强10~20MPa,每间隔4分钟泄压一次,泄压后再加压重复6次,热压温度为160~180℃,最后保压35分钟;
步骤三、缠丝
将玻璃纤维丝经胶液浸润后均匀缠绕在砂轮外圆周上,缠丝厚度为3~5mm;
步骤四、硬化
将缠丝后所得半成品放入硬化炉,升温180~200℃,硬化时长为10~20小时。
3.根据权利要求2所述的一种地铁打磨专用砂轮的制备方法,其特征在于:所述胶液按质量份数算包含硅烷偶联剂1~3份、乙醇10~15份、酚醛树脂液80~90份,在室温下用搅拌器混合1.5~2小时,搅拌器转速设定为60r/min。
4.根据权利要求3所述的一种地铁打磨专用砂轮的制备方法,其特征在于:所述胶液按质量份数算包含硅烷偶联剂2份,乙醇12份,酚醛树脂液86份。
5.根据权利要求2所述的一种地铁打磨专用砂轮的制备方法,其特征在于:步骤一所述混料时,在锥形混料机中的混料时长为40分钟;涂层锆刚玉、糠醛、硅烷偶联剂在逆流混料机中混合5分钟;(1)、(2)两种混料再混合8分钟。
6.根据权利要求2所述的一种地铁打磨专用砂轮的制备方法,其特征在于:步骤二所述成型时,砂轮单位面积压强为15MPa,热压温度为165℃。
7.根据权利要求2所述的一种地铁打磨专用砂轮的制备方法,其特征在于:步骤四所述硬化时,升温190℃,硬化时长18小时。
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