CN110871410A

CN110871410A - 一种具有空隙的结构型涂附磨具

Info

Publication number: CN110871410A
Application number: CN201911096605.4A
Authority: CN
Inventors: 傅桂华; 孙启博; 高鹏
Original assignee: Zibo Riken Mt Coated Abrasives Co ltd
Current assignee: Zibo Riken Mt Coated Abrasives Co ltd
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-03-10

Abstract

本发明提供了一种带有三维形状结构化磨料颗粒的涂附磨具。在该磨具的组成材料中加入孔隙材料，使得在结构化磨料颗粒中形成孔隙，所述孔隙可以帮助磨具及时排掉磨削碎屑，防止堵塞，减少磨具磨削热量的积累，避免烧伤工件，使磨具可以对工件进行连续研磨。

Description

一种具有空隙的结构型涂附磨具

技术领域

本发明属于涂附磨具制品领域，具体涉及一种具有空隙的结构型涂附磨具。

背景技术

涂附磨具是使用粘结剂将磨料粘结在可挠性材料上制成的可以磨削、抛光用的工具，其构成的三要素是：基材、磨料和粘结剂。在金属制品加工过程中，精细阶段研磨时，尤其是随着自动化设备的应用越来越广泛，传统的涂附磨具广泛存在的弊端显现，表现如下：1、传统单层涂附磨具工作层薄，使用寿命短，利用率低，消耗量大，成本高，频繁的更换还降低了生产效率，提高了操作者的劳动强度；2、涂附磨具上磨粒之间间隙较小，磨削过程中磨屑会残留在涂附磨具表面造成堵塞，摩擦发热增加，被打磨的工件易被烧伤；3、传统单层涂附磨具在磨削过程中，磨钝的磨料脱落后，造成粘结剂与工件之间摩擦，使得磨具不能继续稳定工作；4、传统单层涂附磨具，磨粒在磨削过程中的状态及磨削力不同，因此造成被磨削工件表面质量差异较大，并且单层涂附磨具在磨削过程中要频繁的更换，使得接缝处工件磨削质量明显不一致；5、有些自动化设备采取加水来降低研磨工件的温度，会产生废水，造成环境污染的问题。附图1展示了传统单层涂附磨具的一种示例。

目前，市场上有结构化磨料制品，也是一种涂附磨具，在基材(背衬)材料上通过粘结剂固定结构化磨料层，所述结构化磨料层具有三维结构，由许多规则排列的具有预定形状的三维元件构成，所述三维元件可以是圆锥形、四面体、锥形等等。附图2展示了结构化磨料制品的一种示例。这些三维元件之间具有空隙，使这种结构化磨料制品相对于传统的单层涂附磨具而言，抗堵塞并具有优良的耐久性。但这种结构化磨料制品也仍然存在堵塞的情况，市场上还是需要一种防堵塞，防高温的结构化涂附磨具。

发明内容

本发明提供一种涂附磨具，该磨具包括基体和位于基体表面的具有三维形状的结构化磨料颗粒，其中结构化磨料颗粒包含磨料、孔隙材料和粘结剂，必要的时候，还可包含添加剂和/或助磨剂等。

根据本发明，所述磨具的结构化磨料颗粒中含有占结构化磨料颗粒体积比10-20％的孔隙，所述孔隙由所述孔隙材料提供。

所述基体是具有挠性的材料，可以选自纸、棉布、化纤、塑料膜、海绵材料或其他复合材料。例如牛皮纸、耐水牛皮纸、刚纸、乳胶纸、PET薄膜、无纺布、纸布、夹层网格布等。

所述磨料可以是本领域常用的磨料材料，包括但不限于立方碳化硼、刚玉、碳化硅、金刚石、氧化铈、二氧化硅、氧化铁等，尺寸可以为0.001-0.1mm。

所述粘结剂起到将磨料之间彼此粘结，将磨料与基体粘结的作用，可选用本领域中常用的粘结剂，包括但不限于环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、聚醋酸乙烯酯、密胺树脂、氨基树脂、乙烯基树脂等。

孔隙材料的作用是在结构化磨料颗粒内部帮助形成磨料之间的孔隙，孔隙材料可以为发泡材料、空心玻璃微珠或空心陶瓷微珠等。

所述发泡材料可以为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、4,4’-二磺酰肼二苯醚或碳酸氢钠。可以根据所选的粘结剂树脂的不同选用不同的发泡剂。

空心玻璃微珠是一种微米级轻质材料，其主要成分是硼硅酸盐，一般粒度为10～500微米(μm)，壁厚为1～2μm，优选，用于本发明的空心玻璃微珠的尺寸为30-300μm。

空心陶瓷微珠是由钛-硼硅酸盐原料加工而成，是一种轻质非金属多功能材料，主要成分是TiO₂、SiO₂和Al₂O₃，平均粒径为10-100微米，壁厚1-2微米。

如有必要，还可以加入添加剂。添加剂的作用为调节结构化磨料体系的粘度，所述添加剂可以为膨润土、二氧化硅等。

如有必要，还可以加入助磨剂。助磨剂优选为微粒材料，添加到涂附磨具中可以改善研磨的化学和物理过程，例如提高研磨的效率或者切削速度，降低磨料与所研磨工件之间的摩擦，防止金属工件的金属粒子热熔接到磨料的顶部，降低磨料与工件之间的界面温度等等。助磨剂包括但不限于：蜡、有机卤化物、卤化盐、合金、有机硫化物等，例如：四氯萘、五氯萘、聚氯乙烯、氯化钠、钾冰晶石、四氟硼酸钾、氟化硅等。助磨剂的粒度优选0.1-100微米，更优选为10-70微米。通常的，助磨剂的粒度优选等于或小于磨料粒度。

结构化磨料颗粒的成分中，以结构化磨料颗粒的重量为基础，磨料占比为30-70％，树脂占比为10-50％，孔隙材料占比为3-10％，添加剂成分为0-30％，助磨剂为0-20％，所述比例为重量百分比。优选的，磨料占比为40-60％，树脂占比为20-40％，孔隙材料占比为5-8％，添加剂成分为0-20％，助磨剂为0-10％。其中孔隙材料的量以提供占整个结构化颗粒体积比例10-20％的空隙为最佳。

所述结构化磨料颗粒的三维形状并非固定，可以是半球体，半椭球体，圆锥体，棱锥等。半球体或半椭球体可以包含更多的磨料，具有较长的研磨时间，圆椎体和棱锥则有较好的初始锋利度。或者是，上述几种几何形状的组合，所述组合会提供优良的研磨性能，如更佳的初始锋利度和较长的研磨时间。对于半球状颗粒，其半径例如可以为0.1-0.6mm。对于棱锥形颗粒，其棱锥底面可以为至少三边形的多边形，所述多边形可以是等边的，也可以是不等边的，边长可以为0.1-0.8mm，棱锥的高0.1-0.6mm。对于圆锥体，其底面可以是椭圆形，也可以是圆形，如果是圆形，半径可以为0.1-0.6mm；圆锥体的高为0.1-0.6mm。

特定形状的结构化磨料颗粒通过将相应的原料，即磨料、粘结剂、孔隙材料和任选的添加剂、任选的助磨剂等，填充到具有特定形状的模具中，固化或加压成型后形成。例如，模具为半球形的，即可形成半球体结构化磨料颗粒。

本发明进一步提供了所述涂附磨具的制备方法，包括：1、将磨料、粘结剂、孔隙材料和任选的添加剂、任选的助磨剂混合；2、将混合后的原料涂布到模具中；3、压合模具和基体；4、将带有结构化磨料颗粒的基体从模具上剥离；5、固化。

本发明的有益效果在于：该磨具材料加入孔隙材料后，在结构化磨料颗粒中形成孔隙，这些孔隙可以帮助磨具及时排掉磨削碎屑，防止堵塞，减少磨具磨削热量的积累，避免烧伤工件，使磨具可以对工件进行连续研磨。

附图说明

图1：传统单层涂附磨具结构示意图。图中：1-磨料，2-底胶，3-覆胶，4-基材。

图2：结构化涂附磨具结构示意图。图中：22-三维元件，23-粘结剂，24-磨料，26-助磨剂，4-基材。

图3：本发明带有空隙的结构化涂附磨具的制备示意图。图中：23-粘结剂，24-磨料，27-空心玻璃微球，4-基材，5-结构化磨料颗粒用模具。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

除非另有说明，以下实施例中使用的常规原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。

结构化磨料颗粒用模具：形状为半球形，棱锥形。

磨削仪器：SS175-Ⅱ-W型窄带磨削试验机。

磨削工件：304不锈钢条。

砂带尺寸：50mm*2400mm。

磨削条件：砂带线速度1200m/min，砝码质量6kg。

磨削量的测量：不锈钢条磨削前后质量的差值。

表面温度的测量：用红外线测温仪测量不锈钢条的温度。

实施例1：

结构化磨料颗粒的原料为：

磨料：200份颗粒平均粒径是20微米的碳化硅磨料(重量占比54.05％)

树脂：100份环氧树脂(重量占比27.03％)

空心玻璃微珠：20份平均粒径100微米的空心玻璃微珠(重量占比5.41％)，其中空心玻璃微珠体积占整个结构化磨料颗粒的体积比为：15％

添加剂：50份膨润土(重量占比13.51％)

基布为：Jwt涤棉混纺处理布

制备方法：1、将除基布之外的原料混和搅拌；2、选取五棱锥的微凹结构的模具，其中五棱锥底面为正五边形，边长为0.5mm，椎体高度为0.5mm，将混和后原料使用刮刀涂布到模具中，涂布量为290g/m²，使原料部分固化；3、将涂有原料的模具和基布置于两个胶辊之间，施加2MPa的压力压合1秒钟；4、将带有结构化磨料颗粒的基布从模具上剥离；5、常温固化24小时。

将实施例1的磨具制备成尺寸为50mm*2400mm的砂带用于测试。

实施例2：

与实施例1的材料和制备工艺完全相同，区别在于加入不同份数的空心玻璃微珠，使其体积占比是10％。

将实施例2的磨具制备成尺寸为50mm*2400mm的砂带用于测试。

实施例3：

与实施例1的材料和制备工艺完全相同，加入不同份数的空心玻璃微珠，使其体积占比是20％。

将实施例3的磨具制备成尺寸为50mm*2400mm的砂带用于测试。

实施例4：

与实施例1的材料和制备工艺完全相同，区别在于用聚氨酯树脂代替环氧树脂。

将实施例4的磨具制备成尺寸为50mm*2400mm的砂带用于测试。

对比例1：

结构化磨料颗粒的原料为：

磨料：200份颗粒平均粒径是20微米的碳化硅磨料(重量占比57.14％)

树脂：100份环氧树脂(重量占比28.57％)

添加剂：50份膨润土(重量占比14.29％)

基布为：Jwt涤棉混纺处理布

制备方法：1、将除基布之外的原料混和搅拌；2、选取五棱锥的微凹结构的模具，其中五棱锥底面为正五边形，边长为0.5mm，椎体高度为0.5mm，将混和后原料使用刮刀涂布到模具中，涂布量为340g/m²，使原料部分固化；3、将涂有原料的模具和基布置于两个胶辊之间，施加2MPa的压力压合1秒钟；4、将带有结构化磨料颗粒的基布从模具上剥离；5、常温固化24小时。

将对比例1的磨具制备成尺寸为50mm*2400mm的砂带用于测试。

对比例2：

与对比例1的材料和制备工艺完全相同，区别在于加入不同份数的空心玻璃微珠，使其体积占比是5％。

将对比例2的磨具制备成尺寸为50mm*2400mm的砂带用于测试。

对比例3：

与对比例1的材料和制备工艺完全相同，区别在于加入不同份数的空心玻璃微珠，使其体积占比是30％。

将对比例3的磨具制备成尺寸为50mm*2400mm的砂带用于测试。

实验结果：

磨削总时长指的是砂带有效磨削工件的时间，可以反应砂带的耐磨程度。

磨削量指的是砂带切除工件的质量，代表砂带磨削能力的大小。

不锈钢条最高温度指的是不锈钢条因被磨削产生热量，导致不锈钢条达到的最高温度，可以表示散热效果的好坏。

由上表可以看出，砂带颗粒的空隙影响砂带的散热效果，从而对砂带的磨削性能产生影响。对比例1砂带不含空隙，砂带散热效果差，在磨削的初始阶段，工件温度迅速升高，导致烧伤工件，表面发黑，砂带表面被堵塞，失去磨削能力。对比例2砂带含5％空隙，在磨削的初始阶段有一定的散热能力，工件表面光亮，但随着磨削时间的增加，工件温度逐渐升高，导致烧伤工件，表面发黑，砂带表面被堵塞，失去磨削能力。实施例2砂带含10％空隙，磨削性能比对比例2有所提升，在磨削的最后阶段产生堵塞。实施例1和4含15％空隙，表现出较好的磨削性能，未产生堵塞现象，散热效果好，工件表面光亮，磨削量较高。实施例3含20％空隙，砂带未产生堵塞现象，工件表面光亮，但含有的磨料比实施例1低，磨削量有所降低。对比例3含30％空隙，砂带未产生堵塞现象，工件表面光亮，但含有的磨料比实施例3低，磨削量更低。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种涂附磨具，其特征在于，所述磨具包括基体和位于基体表面的具有三维形状的结构化磨料颗粒，所述结构化磨料颗粒包含磨料、孔隙材料、粘结剂、任选的添加剂、任选的助磨剂；

优选地，所述结构化磨料颗粒中含有占结构化磨料颗粒体积比10-20％的孔隙，所述孔隙由所述孔隙材料提供。

2.如权利要求1所述的涂附磨具，其特征在于，孔隙材料选自发泡材料、空心玻璃微珠或空心陶瓷微珠；

优选地，所述发泡材料选自偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、4,4’-二磺酰肼二苯醚或碳酸氢钠；

优选地，所述空心玻璃微珠主要成分是硼硅酸盐，粒径为10～500微米，壁厚为1～2μm；

优选地，所述空心陶瓷微珠主要成分是TiO₂、SiO₂和Al₂O₃，粒径为10-100微米，壁厚1-2微米。

3.如权利要求1或2所述的涂附磨具，其特征在于，结构化磨料颗粒的成分中，磨料占比为30-70％，树脂占比为10-50％，孔隙材料占比为3-10％，添加剂为0-30％，助磨剂为0-20％，所述比例为重量百分比；

优选的，磨料占比为40-60％，树脂占比为20-40％；孔隙材料占比为5-8％，添加剂成分为0-20％，助磨剂为0-10％。

4.如权利要求1-3任一项所述的涂附磨具，其特征在于，所述结构化磨料颗粒的三维形状选自半球体，半椭球体，圆锥体和/或棱锥；

优选地，所述半球状的半径为0.1-0.6mm；

优选地，所述棱锥底面的边长为0.1-0.8mm，棱锥的高为0.1-0.6mm；

优选地，所述圆锥体的底面为圆形，半径为0.1-0.6mm，圆锥体的高为0.1-0.6mm。

5.如权利要求1-4任一项所述的涂附磨具，其特征在于，所述基体是具有挠性的材料，选自纸、棉布、化纤、塑料膜、海绵材料或其他复合材料。

6.如权利要求1-5任一项所述的涂附磨具，其特征在于，所述磨料选自立方碳化硼、刚玉、碳化硅、金刚石、氧化铈、二氧化硅和氧化铁；

优选地，所述，磨料的粒径为0.001-0.1mm。

7.如权利要求1-6任一项所述的涂附磨具，其特征在于，所述粘结剂起到将磨料之间彼此粘结，将磨料与基体粘结的作用，选自环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、聚醋酸乙烯酯、密胺树脂、氨基塑料树脂、和乙烯基树脂。

8.如权利要求1-7任一项所述的涂附磨具，其特征在于，所述添加剂为调节结构化磨料颗粒体系的粘度，选自膨润土和二氧化硅。

9.如权利要求1-8任一项所述的涂附磨具，其特征在于，所述助磨剂选自蜡、有机卤化物、卤化盐、合金、有机硫化物；

优选地，所述助磨剂选自四氯萘、五氯萘、聚氯乙烯、氯化钠、钾冰晶石、四氟硼酸钾和氟化硅；

优选的，所述助磨剂的粒度为0.1-100微米，更优选为10-70微米。

10.权利要求1-9任一项所述涂附磨具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将磨料、粘结剂、孔隙材料和任选的添加剂、任选的助磨剂混合；将混合后的原料涂布到模具中；压合模具和基体；将带有三维形状的结构化磨料颗粒的基体从模具上剥离；固化。