CN111087974A - 一种复合流体磨料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合流体磨料，由以下质量百分数的原料制备而成：磨粒30％～80％，基体10％～50％，扩链剂2％～10％，偶联剂2％～5％，润滑剂2％～10％；本发明还公开了一种复合流体磨料的制备方法，将各原料搅拌并加热反应得到复合流体磨料。本发明的复合流体磨料中加入的扩链剂和偶联剂使基体与磨粒反应，增强了基体与磨粒的相容性和化学结合力，避免了磨粒从复合流体磨料中脱落，提高了复合流体磨料的流动性能，磨抛效果好且使用性能稳定；本发明的制备方法简单，无需对基体单独进行前处理，同时通过控制加热反应的参数来调节复合流体磨料的粘度和流动性，得到不同的复合流体磨料以适用实际需求，应用价值高，适宜推广。

Description

一种复合流体磨料及其制备方法

技术领域

本发明属于磨料制备技术领域，具体涉及一种复合流体磨料及其制备方法。

背景技术

挤压研磨加工也叫磨料流研磨或磨料流加工，是靠机床所提供的一定压力，强迫一种含有磨料的半流动状态的粘弹性加工介质往复挤过工件的内外表面、边缘和孔道，达到去毛刺、倒锐边和抛光等光整加工目的的新工艺技术。该技术在20世纪60年代由美国与萨诸塞州Dynetics公司共同开发的，最初用于航空航天领域的复杂几何形状的合金工件的去毛刺加工。此后逐渐推广应用到其它行业，为各类电加工成型的模具和某些带有复杂曲面的零件研磨、抛光提供了优质、高效、经济的可靠手段。可迅速地清除用传统方法无法去除的小零件内腔中的毛刺和倒圆角工作，可代替手工操作，实现研磨抛光的自动化、改善劳动条件、提高生产效率，并可保证产品加工的一致性。流体磨料是挤压研磨加工的关键，其流体特性决定其可以变化无形、无孔不入，可广泛应用于各种零件的加工。性能良好的流体磨料应该具备以下特点：对金属材料和人的皮肤不粘连、不腐蚀；对磨粒粘结好不脱落；能长期保持其粘度和弹性；对温度适应性好,在使用温度范围内粘度和弹性变化不大；在长期保存中不挥发不变质；使用性能在寿命期内基本稳定一致。

我国在20世纪80年代引进挤压研磨加工这项技术后，其流体磨料需从美国、瑞士、德国等地进口，价格相当昂贵。目前市场上已有国内自己研发生产的流体磨料，但存在粘弹性不够好，流动性差，磨粒易脱落且粘连工件，物理和化学稳定性差等问题，使用性能不好，限制了国内挤压研磨加工的应用和发展。

申请号为201510296796.4的中国专利公开了一种高柔性粘弹性磨料的制备方法及产品，选用聚苯乙烯、硅橡胶作为基体，外加塑化剂、甲基硅油、磨粒，通过机械搅拌均匀制成高柔性粘弹性磨料。聚苯乙烯作为一种热塑性材料，在使用温度下还是比较硬的，虽然加入硅橡胶、塑化剂、甲基硅油会对其可塑性和弹性有改善，但强度仍过大，流动性不足，只能适合某种特定机床来加工部分形状比较简单、无复杂孔隙的光学镜片等零件。申请号为201610543708.0的中国专利公开了一种磨粒流体弹性磨料配方及制作加工工艺，采用硅油作基体，加入溶剂油反应后经粉碎，添加增塑剂、软化剂、热稳定剂和磨粒物理搅拌均匀制成。改用硅油作基体，其流动性会有比较好的提升，但随着加工过程中增塑剂、软化剂、热稳定剂等的流失，流体磨料的流动性会逐渐降低，其机械和物理性能也会发生变化，导致加工质量不稳定；同时，简单地将基体与磨粒进行物理混合，由于缺少化合作用，磨粒与基体之间的界面结合性较差，在加工过程中易发生磨粒脱落现象，不易清理干净而造成加工工件的污染甚至损坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种复合流体磨料。该复合流体磨料的制备原料中加入扩链剂，并借助偶联剂的桥梁作用，使基体与磨粒发生有机化合反应，大大增强了基体与磨粒的相容性和化学结合力，避免了磨粒从复合流体磨料中脱落，提高了复合流体磨料的流动性能，得到物理和化学稳定性均优异的复合流体磨料，磨抛效果好，且使用性能稳定的优点，应用范围广泛。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种复合流体磨料，其特征在于，由以下质量百分数的原料制备而成：磨粒30％～80％，基体10％～50％，扩链剂2％～10％，偶联剂2％～5％，润滑剂2％～10％。

本发明的复合流体磨料的制备原料中通过加入扩链剂，并借助偶联剂的桥梁作用，使基体与磨粒发生有机化合反应，大大增强了基体与磨粒的相容性和化学结合力，提高了复合流体磨料的流动性能，避免了磨粒从复合流体磨料中脱落，改善了复合流体磨料的粘弹性和粘度，得到物理和化学稳定性均优异的复合流体磨料；同时，可通过控制扩链剂的添加量来控制基体与磨粒的反应程度，进而实现对复合流体磨料的流动性及粘度的调控。

上述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述磨粒含有立方碳化硅。相比其它磨粒，本发明采用的磨粒中的立方碳化硅表面的羟基基团更为丰富，在水解条件下，偶联剂的一端与立方碳化硅磨粒表面的羟基基团发生缩聚反应，另一端与有机基体发生交联反应，形成一个桥梁的作用，大大增强了这两种不同性质的无机磨粒与有机高分子基体材料的化学结合力，进一步实现了使用过程中磨粒不脱落的效果。

上述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述磨粒为立方碳化硅、氧化铝、绿碳化硅、黑碳化硅、碳化硼、立方氮化硼和金刚石中的一种或两种以上。复合磨粒中含有的立方碳化硅具有与金刚石相同的晶体结构，莫氏硬度为9.5-9.6，硬度介于金刚石(莫氏硬度为10)与氧化铝(莫氏硬度为9)之间，当立方碳化硅与普通硬度磨粒如氧化铝、绿碳化硅、黑碳化硅、碳化硼复合制备复合流体磨料时，由于立方碳化硅的高硬度和等轴结构，该复合流体磨料获得了更高的磨抛效率和更好的表面加工质量；当立方碳化硅与超硬磨粒如立方氮化硼、金刚石复合制备复合流体磨料时，由于立方碳化硅的硬度相对较低，在加工过程中可以减少复合流体磨料对工件表面的划伤，降低工件的表面粗糙度，而且耐高温、化学性质稳定，且价格不足超硬磨粒的五分之一，降低了制备成本，性价比高，特别适合于高精密加工领域。

上述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述基体为粘度不超过 10000CS的硅油。该硅油的粘度较低，在后续制备的加热过程中具有低粘度液体的性质，更容易与其它磨粒及添加剂混合均匀，提高了复合流体磨料性能的稳定性。

上述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述扩链剂为含氢硅油、羟基硅油和有机锡中的一种或两种以上。上述优选扩链剂反应所需温度不高，用量较少，且均具有优良的疏水性，防粘效果更好。

上述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或 /和钛酸酯偶联剂。上述优选偶联剂价格相对低廉，容易获得，具有较高的性价比。

上述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述润滑剂为白油、液体石蜡和凡士林中的一种或两种以上。上述优选的润滑剂无色、无味、无毒，对人体无害，对皮肤无刺激且更具环保型。

另外，本发明还提供了一种制备复合流体磨料的方法，其特征在于，该方法的具体过程为：将复合磨粒、基体、扩链剂、偶联剂和润滑剂加入反应釜中搅拌并加热反应，得到复合流体磨料。

本发明直接将各制备原料混合后搅拌均匀并加热反应，通过一次化学合成得到复合流体磨料，无需对基体单独进行高温处理，或者粉碎后再与复合磨粒和其它添加剂进行混合，制备工艺简单，同时，可通过控制加热反应的温度和时间，进一步控制复合流体磨料的粘度和流动性，得到不同性能的复合流体磨料，以适用于不同工艺的需求，适用范围广，应用价值高，适宜推广。

上述的方法，其特征在于，所述加热反应的温度为70℃～150℃，时间为2h～10h。上述优选温度有利于保证基体与复合磨粒之间扩链反应的稳定可控，同时通过控制反应时间调整扩链反应的反应程度，进而调节复合流体磨料的粘度；该优选加热反应的温度和时间无需太复杂的温度控制体系，通常采用生产中常用的油浴即可实现对加热反应的稳定控制。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明复合流体磨料的制备原料中加入扩链剂，并借助偶联剂的桥梁作用，使基体与磨粒发生有机化合反应，大大增强了基体与磨粒的相容性和化学结合力，避免了磨粒从复合流体磨料中脱落，提高了复合流体磨料的流动性能，得到物理和化学稳定性均优异的复合流体磨料，该复合流体磨料中的磨粒不脱落，不粘工件不粘皮肤，磨抛效果好，且复合流体磨料还具有粘度可调控、流动性好、粘弹性好、使用性能稳定的优点，应用范围广泛。

2、相比其它磨粒，本发明采用的磨粒中的立方碳化硅表面的羟基基团更为丰富，在水解条件下，偶联剂的一端与立方碳化硅磨粒表面的羟基基团发生缩聚反应，另一端与有机基体发生交联反应，形成一个桥梁的作用，大大增强了这两种不同性质的无机磨粒与有机高分子基体材料的化学结合力，进一步实现了使用过程中磨粒不脱落的效果。

3、本发明通过控制复合流体磨料的制备原料扩链剂的添加量来控制基体与磨粒的反应程度，进而实现对复合流体磨料的流动性及粘度的调控，简单高效，容易实现。

4、本发明可根据实际加工工件的需要，对磨粒的组成、粒度、加入量，以及其它原料的加入量进行调整，进一步调节复合流体磨料的磨抛效果，实现个性化定制，灵活方便，进一步扩大了复合流体磨料的应用范围。

5、本发明的复合流体磨料无需添加增塑剂、软化剂和热稳定剂等添加剂来调节粘度和流动性，减少了加工过程中复合流体磨料中添加剂的流失，从而避免了复合流体磨料流动性的逐渐降低，保证了复合流体磨料加工性能的稳定性，延长了复合流体磨料的使用周期。

6、本发明通过基体与磨粒发生有机化合反应，提高了磨粒与基体之间的界面结合性，避免了加工过程中磨粒脱落后不易清理干净，造成加工工件的污染甚至损坏。

7、本发明直接将各制备原料混合后搅拌后通过加热反应得到复合流体磨料，无需对基体单独进行前处理，制备工艺简单，同时，可通过控制加热反应的温度和时间，进一步控制复合流体磨料的粘度和流动性，得到不同性能的复合流体磨料，以适用于不同工艺的需求，适用范围广，应用价值高，适宜推广。

8、本发明制备的复合流体磨料的性能优异，满足了挤压研磨机用高端流体磨料的需求，且原料成本相对较低，降低了复合流体磨料的使用成本，进一步扩大其应用范围。

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1

本实施例的复合流体磨料由以下质量百分数的原料制备而成：立方碳化硅10％，碳化硼20％，粘度为2000CS的硅油50％，含氢硅油10％，硅烷偶联剂2％，白油5％。

本实施例的复合流体磨料的制备方法具体过程为：将立方碳化硅、碳化硼、粘度为2000CS的硅油、含氢硅油、硅烷偶联剂和白油加入反应釜中搅拌并加热至150℃反应2h，得到复合流体磨料。

经检测，本实施例的复合流体磨料具有很好的延展性和粘弹性，100g 可拉伸1m不断裂，弹跳高度可达1.5m，采用本实施例的复合流体磨料对加工铝件进行研磨抛光后，加工铝件的表面粗糙度可达0.01μm，且不粘工件不掉粉，产品性能稳定，可循环使用600h以上。

本实施例的磨粒还可为除了立方碳化硅和碳化硼组合以外的立方碳化硅、氧化铝、绿碳化硅、黑碳化硅、碳化硼、立方氮化硼和金刚石中的一种或两种以上。

本实施例的扩链剂还可为除了含氢硅油以外的含氢硅油、羟基硅油和有机锡中的一种或两种以上。

本实施例润滑剂还可为除了白油以外的白油、液体石蜡和凡士林中的一种或两种以上。

实施例2

本实施例的复合流体磨料由以下质量百分数的原料制备而成：立方碳化硅20％，绿碳化硅10％，氧化铝50％，粘度为1000CS的硅油10％，含氢硅油2％，有机锡1％，硅烷偶联剂5％，液体石蜡2％。

本实施例的复合流体磨料的制备方法具体过程为：将立方碳化硅、绿碳化硅、氧化铝、粘度为1000CS的硅油、含氢硅油、有机锡、硅烷偶联剂和液体石蜡加入反应釜中搅拌并加热至120℃反应10h，得到复合流体磨料。

经检测，本实施例的复合流体磨料具有很好的延展性和粘弹性，100g 可拉伸1m不断裂，弹跳高度可达1.5m，采用本实施例的复合流体磨料对加工铝件进行研磨抛光后，加工铝件的表面粗糙度可达0.01μm，且不粘工件不掉粉，产品性能稳定，可循环使用600h以上。

本实施例的磨粒还可为除了立方碳化硅和绿碳化硅组合以外的立方碳化硅、氧化铝、绿碳化硅、黑碳化硅、碳化硼、立方氮化硼和金刚石中的一种或两种以上。

本实施例的扩链剂还可为除了含氢硅油以外的含氢硅油、羟基硅油和有机锡中的一种或两种以上。

本实施例润滑剂还可为除了液体石蜡以外的白油、液体石蜡和凡士林中的一种或两种以上。

实施例3

本实施例的复合流体磨料由以下质量百分数的原料制备而成：立方碳化硅30％，金刚石20％，粘度为10000CS的硅油30％，羟基硅油8％，硅烷偶联剂2％，钛酸酯偶联剂3％，液体石蜡5％，凡士林2％。

本实施例的复合流体磨料的制备方法具体过程为：将立方碳化硅、金刚石、粘度为10000CS的硅油、羟基硅油、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂液体石蜡和凡士林加入反应釜中搅拌并加热至70℃反应6h，得到复合流体磨料。

经检测，本实施例的复合流体磨料具有很好的延展性和粘弹性，100g 可拉伸1m不断裂，弹跳高度可达1.5m，采用本实施例的复合流体磨料对加工铝件进行研磨抛光后，加工铝件的表面粗糙度可达0.01μm，且不粘工件不掉粉，产品性能稳定，可循环使用600h以上。

本实施例的磨粒还可为除了立方碳化硅和金刚石组合以外的立方碳化硅、氧化铝、绿碳化硅、黑碳化硅、碳化硼、立方氮化硼和金刚石中的一种或两种以上。

本实施例的扩链剂还可为除了羟基硅油以外的含氢硅油、羟基硅油和有机锡中的一种或两种以上。

本实施例润滑剂还可为除了液体石蜡和凡士林以外的白油、液体石蜡和凡士林中的一种或两种以上。

实施例4

本实施例的复合流体磨料由以下质量百分数的原料制备而成：立方碳化硅10％，氧化铝40％，粘度为3000CS的硅油30％，有机锡5％，钛酸酯偶联剂5％，凡士林10％。

本实施例的复合流体磨料的制备方法具体过程为：将立方碳化硅、氧化铝、粘度为3000CS的硅油、有机锡、钛酸酯偶联剂和凡士林加入反应釜中搅拌并加热至80℃反应5h，得到复合流体磨料。

经检测，本实施例的复合流体磨料具有很好的延展性和粘弹性，100g 可拉伸1m不断裂，弹跳高度可达1.5m，采用本实施例的复合流体磨料对加工铝件进行研磨抛光后，加工铝件的表面粗糙度可达0.01μm，且不粘工件不掉粉，产品性能稳定，可循环使用600h以上。

本实施例的磨粒还可为除了立方碳化硅和氧化铝组合以外的立方碳化硅、氧化铝、绿碳化硅、黑碳化硅、碳化硼、立方氮化硼和金刚石中的一种或两种以上。

本实施例的扩链剂还可为除了有机锡以外的含氢硅油、羟基硅油和有机锡中的一种或两种以上。

本实施例润滑剂还可为除了凡士林以外的白油、液体石蜡和凡士林中的一种或两种以上。

对比例1

本对比例的复合流体磨料由以下质量百分数的原料制备而成：立方碳化硅10％，氧化铝40％，粘度为3000CS的硅油30％，钛酸酯偶联剂10％，凡士林10％。

本对比例的复合流体磨料的制备方法具体过程为：将立方碳化硅、氧化铝、粘度为3000CS的硅油、钛酸酯偶联剂和凡士林加入反应釜中搅拌并加热至80℃反应5h，得到复合流体磨料。

本对比例的复合流体磨料的粘度不变，但粘弹性极差，100g拉伸1m 时即发生断裂，弹跳高度不足1m，不能正常使用，应用效果很差。

将实施例4与对比例1进行比较可知，未采用扩链剂制备的复合流体磨料的粘弹性大大降低，无法满足正常使用要求，说明复合流体磨料的制备原料中不加入扩链剂，则基体与磨粒不能发生有机化合反应，从而基体与磨粒的相容性和化学结合力均较差。

对比例2

本对比例的复合流体磨料由以下质量百分数的原料制备而成：立方碳化硅10％，氧化铝40％，粘度为3000CS的硅油30％，羟基硅油10％，凡士林10％。

本对比例的复合流体磨料的制备方法具体过程为：将立方碳化硅、氧化铝、粘度为3000CS的硅油和羟基硅油、凡士林加入反应釜中搅拌并加热至80℃反应5h，

本对比例的复合流体磨料具有较好的粘弹性和流动性，100g可拉伸 1m不断裂，弹跳高度可达1.5m，但有少量磨粒脱落现象，采用本对比例的复合流体磨料对加工铝件进行研磨抛光后，加工铝件的表面粗糙度可达 0.02μm。

将实施例4与对比例2进行比较可知，未采用偶联剂制备的复合流体磨料的粘弹性和流动性变化不大，但出现少量磨粒脱落现象，且磨抛效果变差，说明复合流体磨料的制备原料中未加入偶联剂，则扩链剂无法借助偶联剂的桥梁作用与磨粒发生有机化合反应，基体与磨粒的相容性和化学结合力均较弱，从而降低了复合流体磨料的使用效果。

对比例3

本对比例的复合流体磨料由以下质量百分数的原料制备而成：绿碳化硅10％，氧化铝40％，粘度为3000CS的硅油30％，羟基硅油5％，钛酸酯偶联剂5％，凡士林10％。

本对比例的复合流体磨料的制备方法具体过程为：将绿碳化硅、氧化铝、粘度为3000CS的硅油和羟基硅油、钛酸酯偶联剂、凡士林加入反应釜中搅拌并加热至80℃反应5h，

本对比例的复合流体磨料的延展性较差，100g拉伸30cm时即发生完全断裂，并有少量磨粒脱落现象，采用本对比例的复合流体磨料对加工铝件进行研磨抛光后，加工铝件的表面粗糙度可达0.05μm。

将实施例4与对比例3进行比较可知，未采用立方碳化硅制备的复合流体磨料的延展性变差，出现少量磨粒脱落现象，且磨抛效果变差，说明采用立方碳化硅磨粒可有效增强磨粒与基体的化学结合力，避免了磨粒的脱落，且提高磨抛效果，提高了复合流体磨料的使用效果。

实施例5

本实施例与实施例1的不同之处在于立方碳化硅复合流体磨料由以下质量百分数的原料制备而成：立方碳化硅30％，碳化硼50％，粘度为2000CS 的硅油10％，含氢硅油2％，硅烷偶联剂3％，白油5％。

将检测，本实施例的复合流体磨料具有很好的延展性和粘弹性，100g 可拉伸1m不断裂，弹跳高度可达1.5m，采用本实施例的复合流体磨料对加工铝件进行研磨抛光后，加工铝件的表面粗糙度可达0.01μm，且不粘工件不掉粉，产品性能稳定，可循环使用600h以上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种复合流体磨料，其特征在于，由以下质量百分数的原料制备而成：磨粒30％～80％，基体10％～50％，扩链剂2％～10％，偶联剂2％～5％，润滑剂2％～10％。

2.根据权利要求1所述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述磨粒含有立方碳化硅。

3.根据权利要求1所述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述磨粒为立方碳化硅、氧化铝、绿碳化硅、黑碳化硅、碳化硼、立方氮化硼和金刚石中的一种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述基体为粘度不超过10000CS的硅油。

5.根据权利要求1所述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述扩链剂为含氢硅油、羟基硅油和有机锡中的一种或两种以上。

6.根据权利要求1所述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或/和钛酸酯偶联剂。

7.根据权利要求1所述的一种复合流体磨料，其特征在于，所述润滑剂为白油、液体石蜡和凡士林中的一种或两种以上。

8.一种制备如权利要求1～权利要求7中任一权利要求所述复合流体磨料的方法，其特征在于，该方法的具体过程为：将复合磨粒、基体、扩链剂、偶联剂和润滑剂加入反应釜中搅拌并加热反应，得到复合流体磨料。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加热反应的温度为70℃～150℃，时间为2h～10h。