CN110587497A - 一种绿色环保的磨料层及其制备方法、砂轮 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种绿色环保的磨料层及其制备方法、砂轮，属于磨削磨具技术领域。本发明的磨料层由包括以下重量份的原料制成：粘土30～80份、磨料5～30份、液体添加剂1～20份、聚苯乙烯微球5～30份。本发明的磨料层采用粘土为结合剂，对环境友好，无污染。并且本发明的磨料层在制备过程中采用的烧结温度较低，能够降低生产成本。本发明的磨料层在对其他物质进行抛光处理时具有较好的抛光效果。

Description

一种绿色环保的磨料层及其制备方法、砂轮

技术领域

本发明具体涉及一种绿色环保的磨料层及其制备方法、砂轮，属于磨削磨具技术领域。

背景技术

目前，磨具中常用的结合剂主要为金属、树脂、陶瓷或复合结合剂，其中抛光类砂轮常用的结合剂为树脂结合剂。树脂结合剂属于有机结合剂，在树脂的生产、使用过程中产生的废弃物对环境污染严重，并且老化后的树脂在自然环境中极难分解，对生态系统造成一定的破坏，并且以树脂为结合剂的抛光砂轮在制备过程中存在一定的粉尘污染。因此，开发环境友好型并且具有较好的抛光效果的结合剂是研究者们当前的研究内容之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绿色环保的磨料层，该磨料层采用环境友好型的结合剂并且具有较好的抛光效果。

本发明的目的还在于提供一种生产成本较低的绿色环保的磨料层的制备方法。

本发明的目的还在于提供一种砂轮，抛光效果较好。

为实现上述目的，本发明的绿色环保的磨料层采用的技术方案为：

一种绿色环保的磨料层，由包括以下重量份的原料制成：粘土30～80份、磨料5～30份、液体添加剂1～20份、聚苯乙烯微球5～30份。

本发明的磨料层采用粘土作为结合剂，能够减少对环境造成的污染。液体添加剂一方面起到润湿作用，另一方面能够优化粘土微观物理结构，增加粘土的结合强度。聚苯乙烯微球分散在粘土中，能够提高磨料层锋利性；同时磨料层制成砂轮后，由于聚苯乙烯微球本身的强度较低，在砂轮的使用过程中由于磨料的脱落或者磨屑的生成，很容易能够将聚苯乙烯微球挤出从而在砂轮表面形成空穴，起到造孔的作用。空穴的存在有助于脱落的磨料以及磨屑等杂物的排出，使得砂轮表面不易出现堵塞现象，进而保证了砂轮磨料层的锋利性。本发明的磨料层在进行抛光时具有较好的抛光效果。

所述液体添加剂由石蜡和硬脂酸组成。石蜡起到润湿磨料表面的作用，硬脂酸能够降低磨料层各原料与液体添加剂之间的表面张力，从而有利于磨料层的各原料混合均匀。液体添加剂由石蜡和硬酯酸在低温下熔炼制成。

优选的，液体添加剂中石蜡的质量分数为20～90％，硬脂酸的质量分数为10～80％。采用上述质量分数的石蜡和硬脂酸有助于磨料层成型，同时有利于保证磨料层具有一定的强度。进一步优选的，石蜡的质量分数为20％，硬质酸的质量分数为80％。

一般抛光砂轮采用的磨料的粒径大小为20～30μm制成，为使聚苯乙烯微球与磨料的粒径相匹配，优选的所述聚苯乙烯微球的颗粒大小为2～3μm。若聚苯乙烯微球的粒径过小，则不利于造孔；粒径过大，会导致磨料分布不均，进而影响工件表面抛光质量。

本发明的绿色环保的磨料层的制备方法采用的技术方案为：

一种绿色环保的磨料层的制备方法，包括以下步骤：将各原料混合均匀，然后压制得坯料；将坯料在80～300℃下烧结成型；所述原料包括：粘土30～80重量份、磨料5～30重量份、液体添加剂1～20重量份、聚苯乙烯微球5～30重量份。

本发明采用粘土为结合剂，在较低的烧结温度下就能够具有抛光用所需的强度，同时兼顾一定的韧性。各原料混合均匀后，粘土被液体添加剂润湿后具有可塑性，在压制过程中出现分子结构的重新排布，形成若干二维层状物。若没有液体添加剂，粘土内部层状物之间几乎没有任何化学键作用力，液体添加剂在烧结过程中使得粘土内部二维层状物之间形成桥接作用，进而使得二维层状物之间变得更为致密。

同时由于聚苯乙烯微球的分解温度在300℃以上，因此本发明采用的烧结温度保证了聚苯乙烯微球的稳定性。由于液体添加剂的沸点较低，本发明采用较低的烧结温度同时保证了液体添加剂不会完全挥发，从而能够起到增强粘土强度的作用。本发明采用较低的烧结温度能够节约生产成本并且对设备的要求较低。

为保证压制得到成型的坯料，压制时的压力为100～200MPa。

为保证添加剂不会完全挥发，所述烧结成型的时间为5～15min。

所述烧结成型时的升温速率为90～110℃/min。

本发明的砂轮采用的技术方案为：

一种砂轮，包括磨料层，所述磨料层为本发明的磨料层。采用本发明的磨料层的砂轮为抛光砂轮，使用效果好，磨削边界粗糙度(Ra)可达0.8μm，可以取代树脂结合剂抛光砂轮。

具体实施方式

本发明的绿色环保的磨料层，由包括以下重量份的原料制成：粘土30～80份、磨料5～30份、液体添加剂1～20份、聚苯乙烯微球5～30份。所述聚苯乙烯微球为高交联聚苯乙烯微球。

为保证磨料层的使用寿命，优选的，磨料为金刚石。

本发明的磨料层的制备方法，包括以下步骤：将各原料混合均匀，然后压制得坯料；将坯料在80～300℃下烧结成型；所述原料包括：粘土30～80重量份、磨料5～30重量份、液体液体添加剂1～20重量份、聚苯乙烯微球5～30重量份。

优选的，液体添加剂中石蜡的质量分数为20～90％，硬脂酸的质量分数为10～80％。进一步优选的，石蜡的质量分数为20％，硬质酸的质量分数为80％。

优选的，坯料在80～150℃温度下烧结成型。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

以下实施例中所用粘土，取自山西省太原七里沟，其主要矿物成分是高岭石(80～90wt％)，其次是水白云母和石英、三水铝石。粘土为经过干燥、粉碎、过500目筛后的粘土粉末。

一、绿色环保的磨料层的实施例

实施例1

本实施例的磨料层，由包括以下重量份数份原料制成：粘土80份、金刚石5份(颗粒粒径为20～24μm)、液体添加剂10份、聚苯乙烯高交联微球5份(颗粒粒径为2～3μm)。液体添加剂中石蜡的质量分数为20％，硬脂酸的质量分数为80％。

实施例2

本实施例的磨料层，由包括以下重量份数份原料制成：粘土30份、金刚石30份(颗粒粒径为20～24μm)、液体添加剂20份、聚苯乙烯高交联微球20份(颗粒粒径为2～3μm)。液体添加剂中石蜡的质量分数为50％，硬脂酸的质量分数为50％。

实施例3

本实施例的磨料层，由包括以下重量份数份原料制成：粘土59份、金刚石10份(颗粒粒径为20～24μm)、液体添加剂1份、聚苯乙烯高交联微球30份(颗粒粒径为2～3)。液体添加剂中石蜡的质量分数为90％，硬脂酸的质量分数为10％。

二、绿色环保的磨料层的制备方法的实施例

实施例4

本实施例的制备方法制得的磨料层为实施例1中的磨料层，具体包括以下步骤：

(1)称取粘土、金刚石、液体添加剂、聚苯乙烯高交联微球各原料，装入搅拌机搅拌3h，得粉料；

(2)将步骤(1)得到的粉料装入钢质磨具中，趟料、刮平后将模具放置在油压机上在150MPa的压力下压制得坯料；

(3)将步骤(2)得到的坯料装入石墨模具中，然后在热压烧结机中进行烧结成型，烧结成型时采用空气气氛，以100℃/min的升温速率升温至140℃并保温10min，然后空冷，空冷完毕后脱模即得磨料层。

实施例5

本实施例的制备方法制得的磨料层为实施例2中的磨料层，具体包括以下步骤：

(1)称取粘土、金刚石、液体添加剂、聚苯乙烯高交联微球各原料，装入搅拌机搅拌3h，得粉料；

(2)将步骤(1)得到的粉料装入钢质磨具中，趟料、刮平后将模具放置在油压机上在100MPa的压力下压制得坯料；

(3)将步骤(2)得到的坯料装入石墨模具中，然后在热压烧结机中进行烧结成型，烧结成型时采用空气气氛，以100℃/min的升温速率升温至80℃并保温5min，然后空冷，空冷完毕后脱模即得磨料层。

实施例6

本实施例的制备方法制得的磨料层为实施例3中的磨料层，具体包括以下步骤：

(1)称取粘土、金刚石、液体添加剂、聚苯乙烯微球各原料，装入搅拌机搅拌3h，得粉料；

(2)将步骤(1)得到的粉料装入钢质磨具中，趟料、刮平后将模具放置在油压机上在200MPa的压力下压制得坯料；

(3)将步骤(2)得到的坯料装入石墨模具中，然后在热压烧结机中进行烧结成型，烧结成型时采用空气气氛，以100℃/min的升温速率升温至300℃并保温15min，然后空冷，空冷完毕后脱模即得磨料层。

三、砂轮的实施例

实施例7

本实施例的砂轮的磨料层为实施例1中的磨料层。将磨料层粘接在砂轮基体上即得本实施例的砂轮。

实施例8

本实施例的砂轮的磨料层为实施例2中的磨料层。将磨料层粘接在砂轮基体上即得本实施例的砂轮。

实施例9

本实施例的砂轮的磨料层为实施例3中的磨料层。将磨料层粘接在砂轮基体上即得本实施例的砂轮。

对比例1

本对比例的砂轮所用磨料层由包括以下重量份数份原料制成：粘土80份、金刚石5份(颗粒粒径为20～24μm)、液体添加剂10份、聚苯乙烯高交联微球5份(颗粒粒径为2～3μm)。液体添加剂中石蜡的质量分数为20％，硬脂酸的质量分数为80％。该磨料层的制备方法参考实施例4的方法，区别仅在于：步骤(3)中烧结温度为200℃，烧结时间为25min。

对比例2

本对比例的砂轮所用磨料层由包括以下重量份数份原料制成：粘土80份、金刚石5份(颗粒粒径为20～24μm)、液体添加剂10份、造孔剂陶瓷球5份。液体添加剂中石蜡的质量分数为20％，硬脂酸的质量分数为80％。该磨料层的制备方法同实施例4的方法。

试验例1

采用实施例7～9中的砂轮及对比例1～2中的砂轮对玻璃棱角进行抛光加工后，对玻璃棱角的粗糙度进行测试，测试结果如表1所示。

表1抛光后玻璃棱角的粗糙度

砂轮	粗糙度(Ra/μm)
		实施例7	0.802
实施例8	0.852
		实施例9	0.897
对比例1	1.135
		对比例2	2.362

对比例1中的砂轮在制备过程中液体添加剂全部挥发完全，对比例2中的砂轮采用其他类型的造孔剂。由表1可知，相比于对比例1和2，采用本发明的磨料层的砂轮抛光后的玻璃表面粗糙度更小，更光滑，表明本发明的磨料层具有较好的抛光效果。

试验例2

采用实施例7～9中的砂轮及对比例1～2中的砂轮对玻璃表面进行磨削加工，根据现有技术中的常规方法对加工磨削力进行测试，测试结果如表2所示。

表2加工磨削力性能测试结果

由表2可知，对比例1和2中由于磨料的钝化使得砂轮的磨削力增加，而采用本发明的磨料层的砂轮抛光玻璃的磨削力明显较小，表明本发明的磨料层具有较好的锋利性。

Claims (9)

1.一种绿色环保的磨料层，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：粘土30～80份、磨料5～30份、液体添加剂1～20份、聚苯乙烯微球5～30份。

2.根据权利要求1所述的绿色环保的磨料层，其特征在于，所述液体添加剂由石蜡和硬脂酸组成。

3.根据权利要求2所述的绿色环保的磨料层，其特征在于，液体添加剂中石蜡的质量分数为20～90％，硬脂酸的质量分数为10～80％。

4.根据权利要求1所述的绿色环保的磨料层，其特征在于，所述聚苯乙烯微球的颗粒大小为2～3μm。

5.一种绿色环保的磨料层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各原料混合均匀，然后压制得坯料；将坯料在80～300℃下烧结成型；所述原料包括：粘土30～80重量份、磨料5～30重量份、液体添加剂1～20重量份、聚苯乙烯微球5～30重量份。

6.根据权利要求5所述的绿色环保的磨料层的制备方法，其特征在于，压制时的压力为100～200MPa。

7.根据权利要求5所述的绿色环保的磨料层的制备方法，其特征在于，所述烧结成型的时间为5～15min。

8.根据权利要求5所述的绿色环保的磨料层的制备方法，其特征在于，所述烧结成型时的升温速率为90～110℃/min。

9.一种砂轮，包括磨料层，其特征在于，所述磨料层为权利要求1～4任一项所述的绿色环保的磨料层。