CN111390751B - 一种团聚磨粒及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于研磨材料技术领域,具体涉及一种团聚磨粒及其应用。本发明的团聚磨粒,由包括如下步骤的方法制得:1)将纳米磨粒、表面活性剂、硅溶胶混合均匀,得混合液;2)将步骤1)所得的混合液与缚水剂搅拌,分离出团聚磨粒前驱体;3)将步骤2)所得的团聚磨粒前驱体在450‑750℃烧结1‑3h;其中,步骤1)中所述硅溶胶的固含量为35‑55%。其中,硅溶胶起到粘结剂的作用,表面活性剂能够促进纳米磨粒之间的粘结,缚水剂能够结合体系中的水分从而使硅溶胶发挥粘结作用,通过控制转速和搅拌时间可以得到粒径合适的团聚磨粒。
Description
技术领域
本发明属于研磨材料技术领域,具体涉及一种团聚磨粒及其应用。
背景技术
目前国内手机盖板玻璃加工企业在抛光盖板玻璃工艺中,普遍采用抛光革或者氧化铈磨皮配合氧化铈抛光液进行抛光。随着手机盖板玻璃硬度越来越高,此种抛光工艺存在缺陷越来越明显,例如存在加工效率低且不稳定、加工成本高、平整度差、表面光洁度差、良率低等问题,而且抛光液使用寿命短、利用率低、物耗大,加上后续难回收、难清理,容易造成环境污染、不环保,属于高能耗加工工艺。
鉴于传统的游离磨料抛光技术的不足,现多采用固结磨料抛光,加工效率和工件表面质量都得到一定的提高,避免了抛光废液的产生,减轻了环境污染。申请公布号为CN101428404A的中国发明专利申请公开一种带有过渡层和粘结层的固结磨料研磨抛光垫,自上至下依次为磨料层、过渡层、粘结层、刚性层、弹性基底,当采用较小的磨粒时虽然能够保证抛光工件的表面质量但抛光效率较低,采用较大的磨粒时容易造成工件表面损伤从而无法保证加工精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种团聚磨粒,以解决现有技术中使用小粒径磨粒或大粒径磨粒制作固结磨料抛光垫时都不能平衡加工精度和抛光效率的问题。
本发明的另一个目的在于提供一种团聚磨粒在固结磨料抛光垫中的应用,以获得一种抛光效率高、加工成本低、加工精度高的适用于精密工件加工的固结磨料抛光垫。
为实现上述目的,本发明的团聚磨粒的具体技术方案为:
一种团聚磨粒,由包括如下步骤的方法制得:
1)将纳米磨粒、表面活性剂、硅溶胶混合均匀,得混合液;
2)将步骤1)所得的混合液与缚水剂搅拌,分离出团聚磨粒前驱体;
3)将步骤2)所得的团聚磨粒前驱体在450-750℃烧结1-3h;
其中,步骤1)中所述硅溶胶的固含量为35-55%。
本发明的团聚磨粒,由纳米级的小粒径磨粒在硅溶胶的作用下团聚而得。该团聚磨粒不仅能够利用纳米级的小磨粒保证工件抛光后的表面质量,而且能够拥有微米级的抛光效率,从而能够兼顾精密加工时的抛光精度和抛光效率。
具体的,硅溶胶起到粘结剂的作用;表面活性剂能够促进纳米磨粒之间的粘结,一般的,表面活性剂为阴离子型表面活性剂,有利于硅溶胶粘结作用的增强,具体选用AY-65、AY-50等;缚水剂能够结合体系中的水分从而使硅溶胶发挥粘结作用,具体的缚水剂可以为液态缚水剂,以便于后续分离,例如C4-C11的脂肪醇,具体的,可以为异辛醇、异丁醇等;可以通过搅拌的方式获得均匀混合液,进一步的,可以选择旋转搅拌,例如使用高速剪切搅拌机,使缚水剂逐步与硅溶胶中的水分结合,从而得到均匀的团聚磨粒前驱体,通过控制转速和搅拌时间以得到粒径合适的团聚磨粒前驱体,一般的,在1500-5000r/min转速下搅拌1-2h。
纳米磨粒可以是用作固结磨料抛光垫的各种磨粒,可以为纳米金刚石、纳米氧化铝、纳米二氧化硅中的一种或多种。一般的,纳米磨粒的粒径为20-30nm。
考虑到纳米磨粒之间结合时对硅溶胶的需求量以及最终所得团聚磨粒的大小,所述纳米磨粒、表面活性剂、硅溶胶的质量比为(40-60):(1-5):(35-55)。
用作高精度加工时,一般选择粒径为1-3μm的团聚磨粒,由该团聚磨粒作为磨料制备的固结磨料抛光垫在加工对精度要求高的工件时,比如光学玻璃等,既能避免直接使用同等大小的普通磨粒容易损伤工件的问题,又能够显著地提高材料去除率进而提高抛光效率。
本发明还提供一种团聚磨粒在固结磨料抛光垫中的应用。
将本发明的团聚磨粒作为磨料所制备的固结磨料抛光垫,拥有纳米级磨粒的抛光质量和微米级磨粒的抛光去除速率,抛光效率高、加工成本低、加工精度高,适用于精密工件加工。
本发明的团聚磨粒所应用的固结磨料抛光垫,包括磨料层,所述磨料层是由基质和分散在基质中的团聚磨粒构成,磨料层复合在无纺布基材上形成工作层,该固结磨料抛光垫还包括过渡层、粘接层、弹性基底,粘接层、过渡层、工作层由内向外依次复合在弹性基底上形成固结磨料抛光垫。
上述固结磨料抛光垫在用于抛光玻璃时,在保证加工精度的同时能显著提高抛光效率。具体的,该固结磨料抛光垫通过将无纺布基材与磨料层复合,能够使形成的工作层与过渡层结合更牢固,进一步增强固结磨料抛光垫的强度;过渡层的设置能够避免工作层直接与弹性基底结合时结合强度不高的问题,从而提高整个固结磨料抛光垫的结合强度;弹性基底能够使固结磨料抛光垫具有一定的柔性,不容易损伤工件,并且在抛光作业中能够使抛光垫发生微小的弹性形变以便于对边侧具有一定弧度的待加工工件也能够做到全面抛光,比如手机盖板玻璃,其面积最大的表面与侧面之间的过渡具有一定的弧度,对该部分抛光能够进一步提高整体的抛光质量;粘接层的设置能够提高弹性基底与过渡层的连接强度。
附图说明
图1为应用本发明的团聚磨粒的固结磨料抛光垫的结构示意图;
图2为现有的采用抛光液的抛光工艺简图;
图3为应用本发明的团聚磨粒的固结磨料抛光垫的抛光工艺简图;
其中,图1中:a-磨料层,b-无纺布基材,c-过渡层,d-橡胶板层,e-双面胶层
图2中:1-搅拌泵;2-水槽;3-上工作台;4-抛光革;5-下工作台;
图3中:6-搅拌泵;7-水槽;8-上工作台;9-固结磨料抛光垫;10-下工作台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定发明。
以下实施例中的百分比均为质量百分比。
一、本发明的团聚磨粒的具体实施例
实施例1
本实施例的团聚磨粒,具体为金刚石圆粒,以纳米金刚石为原料进行制备,由包括如下步骤的方法制得:
1)按质量百分比取原料:纳米金刚石55%、表面活性剂AY-65 1%和硅溶胶44%共100mL,加入100mL去离子水,混合后,超声分散30min,得混合液共200mL,其中,纳米金刚石的粒径为20-30nm,硅溶胶的固含量为40%,粒径为10nm;
2)将步骤1)所得混合液倒入高速剪切搅拌机,加入10L异辛醇,5000r/min转速下搅拌2h后,分离,得团聚磨粒前驱体;
3)将团聚磨粒前驱体在550℃烧结2h,过筛即可,所得团聚磨粒的平均粒径为1-3μm。
实施例2
本实施例的团聚磨粒,具体为金刚石圆粒,以纳米金刚石为原料进行制备,由包括如下步骤的方法制得:
1)按质量百分比取原料:纳米金刚石45%、表面活性剂AY-65 1%和硅溶胶54%共100mL,加入100mL去离子水,混合后,超声分散30min,得混合液共200mL,其中纳米金刚石的粒径为20-30nm,硅溶胶的固含量为40%,粒径为10nm;
2)将步骤1)所得混合液倒入高速剪切搅拌机,加入10L异辛醇,5000r/min转速下搅拌1h后,分离,得团聚磨粒前驱体;
3)将团聚磨粒前驱体在550℃烧结2h,过筛即可,所得团聚磨粒的平均粒径为1-3μm。
实施例3
本实施例的团聚磨粒,具体为金刚石圆粒,以纳米金刚石为原料进行制备,由包括如下步骤的方法制得:
1)按质量百分比取原料:纳米金刚石40%、表面活性剂AY-65 1%和硅溶胶59%共100mL,加入100mL去离子水,混合后,超声分散30min,得混合液共200mL,其中纳米金刚石的粒径为20-30nm,硅溶胶的固含量为40%,粒径为10nm;
2)将步骤1)所得混合液倒入高速剪切搅拌机,加入10L异辛醇,5000r/min转速下搅拌1h后,分离,得团聚磨粒前驱体;
3)将团聚磨粒前驱体在650℃烧结3h,过筛即可,所得团聚磨粒的平均粒径为1-3μm。
在其他实施例中,团聚磨粒制备原料中的纳米磨粒可以是纳米氧化铝、纳米二氧化硅中的一种或多种,具体制备方法与实施例1-3中的方法相同,不再赘述。
二、本发明的团聚磨粒在固结磨料抛光垫中的应用的具体实施例
实施例4
本实施例对实施例1中的金刚石圆粒在固结磨料抛光垫中的应用进行详细说明。
本实施例中的固结磨料抛光垫包括弹性基底以及设置在弹性基底上的过渡层,弹性基底和过渡层之间以粘接层连接,固结磨料抛光垫还包括复合在过渡层表面上的工作层。其中,弹性基底具体为橡胶板;粘接层具体为双面胶;工作层由磨料层复合在无纺布基材上形成,磨料层由基质和分散在基质中的团聚磨粒构成。
本实施例的固结磨料抛光垫的结构示意图如图1所示,包括橡胶板层d以及依次复合在橡胶板层d上的双面胶层e、过渡层c以及由磨料层a复合在无纺布基材b上形成的工作层。该固结磨料抛光垫在使用时,为使固结磨料抛光垫与工作台之间牢固结合,用双面胶层e将固结磨料抛光垫固定在工作台上。具体的:
工作层的厚度为1.0-2.0mm,其中无纺布基材的厚度为200-300μm,工作层中的磨料层的原料组成为:金刚石圆粒10.5%、偶联剂KH-550 2.1%、碳酸钙10.5%、氧化铈10.5%、气相二氧化硅1.1%、碳酸氢钠1.1%、树脂结合剂63.2%、羊毛1.1%,其中,碳酸钙的平均粒径为1-3μm,氧化铈的平均粒径为1μm,气相二氧化硅平均粒径为200-300nm,碳酸氢钠平均粒径为100-150μm,羊毛直径为14.5-15.5μm;
过渡层的厚度为0.5-1.0mm,过渡层的原料组成为:树脂结合剂55%、碳酸钙30%、纳米氧化铝15%,碳酸钙的平均粒径为1-3μm,纳米氧化铝的平均粒径为100-200nm;
上述磨料层和过渡层中所使用的树脂结合剂的原料组成为:环氧类树脂E5145%、胺类固化剂3-胺甲基三甲基环己胺(IPDA)50%、分散剂D346 4%、促进剂A0-4 1%。
双面胶层的厚度为100-150μm,橡胶板层的厚度为1000-1200μm,橡胶板的邵氏硬度为A 30-40。
本实施例的固结磨料抛光垫的制备方法,具体包括金刚石圆粒的制备、工作层的制备、半成品的制备以及装配成品共4个步骤,具体的制备方法如下:
(1)金刚石圆粒的制备:具体制备过程参见实施例1。
(2)工作层的制备:将碳酸钙、氧化铈、气相二氧化硅、碳酸氢钠粉体放置粉体混料机混粉1h,将金刚石圆粒与偶联剂KH-550混合后放置到1L酒精中,搅拌20min,放置干燥箱干燥1h,将干燥好的金刚石圆粒加入混好的粉体,重新放置粉体混料机混料1h,混好后加入羊毛、树脂结合剂放置于离心真空搅拌机搅拌均匀,将搅拌均匀的混合浆料倒入抛光垫金属模具的圆形凹槽中,将浆料摊平,盖上一层无纺布,放置于模具中压板盖好,放入硬化炉中,80℃下加热1h,升温至100℃再加热2h,冷却,即得成型的工作层。
(3)半成品的制备:将碳酸钙、树脂结合剂、纳米氧化铝搅拌均匀,均匀涂敷在成型的工作层的无纺布上,放入硬化炉中,100℃下加热1h,冷却,即得半成品。
(4)装配成品:将双面胶贴在橡胶板的双面,用贴合机把半成品覆合在贴好双面胶的橡胶板上,再用激光切割机把多余的部分裁剪掉,得到成品。
实施例5
本实施例对实施例2中的金刚石圆粒在固结磨料抛光垫中的应用进行详细说明。
本实施例中的固结磨料抛光垫的结构与实施例4中的固结磨料抛光垫的结构相同,区别在于原料组成不同,具体的,本实施例中的固结磨料抛光垫的原料组成为:
磨料层的原料组成为:金刚石圆粒21.1%、偶联剂KH-550 2.1%、碳酸钙10.5%、氧化铈10.5%、气相二氧化硅1.1%、碳酸氢钠1.1%、树脂结合剂52.6%、羊毛1.1%,其中金刚石圆粒为实施例2中的金刚石圆粒,其中,碳酸钙的平均粒径为1-3μm,氧化铈的平均粒径为1μm,气相二氧化硅平均粒径为200-300nm,碳酸氢钠平均粒径为100-150μm,羊毛直径为14.5-15.5μm;
过渡层的原料组成为:树脂结合剂55%、碳酸钙30%、纳米氧化铝15%,碳酸钙的平均粒径为1-3μm,纳米氧化铝的平均粒径为100-200nm;
上述磨料层和过渡层中所使用的树脂结合剂的原料组成为:环氧类树脂E5145%、胺类固化剂3-胺甲基三甲基环己胺(IPDA)50%、分散剂D346 4%、促进剂A0-4 1%。
本实施例的固结磨料抛光垫的制备方法,与实施例4中的固结磨料抛光垫的制备方法相同,不再赘述。
实施例6
本实施例对实施例3中的金刚石圆粒在固结磨料抛光垫中的应用进行详细说明。
本实施例中的固结磨料抛光垫的结构与实施例4中的固结磨料抛光垫的结构相同,区别在于原料组成不同,具体的,本实施例中的固结磨料抛光垫的原料组成为:
磨料层的原料组成为:金刚石圆粒15.8%、偶联剂KH-550 2.1%、碳酸钙10.5%、氧化铈10.5%、气相二氧化硅1.1%、碳酸氢钠1.1%、树脂结合剂57.9%、羊毛1.1%,其中金刚石圆粒为实施例3中的金刚石圆粒,其中,碳酸钙的平均粒径为1-3μm,氧化铈的平均粒径为1μm,气相二氧化硅平均粒径为200-300nm,碳酸氢钠平均粒径为100-150μm,羊毛直径为14.5-15.5μm;
过渡层的原料组成为:树脂结合剂55%、碳酸钙30%、纳米氧化铝15%,碳酸钙的平均粒径为1-3μm,纳米氧化铝的平均粒径为100-200nm;
上述磨料层和过渡层中所使用的树脂结合剂的组成为:环氧类树脂E51 45%、胺类固化剂3-胺甲基三甲基环己胺(IPDA)50%、分散剂D346 4%、促进剂A0-4 1%。
本实施例的固结磨料抛光垫的制备方法,与实施例4中的固结磨料抛光垫的制备方法相同,不再赘述。
三、对比例
本对比例采用抛光革配合含氧化铈的抛光液采用现有的抛光工艺对工件进行抛光处理。抛光工艺如图2所示,抛光液通过搅拌泵1驱动,流入上工作台3上的水槽2,图2左上部箭头指示为抛光液流入工作台的方向,水槽2通过孔道流入上工作台3及下工作台5之间的抛光区域中。在抛光作业时,上工作台3在压力F下将工件压紧在下工作台5上,上工作台3与下工作台5相反转动,在抛光液、抛光革的配合作用下对工件进行抛光。
四、实验例
使用实施例4-6的固结磨料抛光垫对工件进行抛光处理。抛光工艺如图3所示,去离子水通过搅拌泵6驱动,流入上工作台8上的水槽7,图3左上部箭头指示为去离子水流入工作台的方向,水槽7通过出水孔流入上工作台8及下工作台10之间的抛光区域中。在抛光作业时,上工作台8在压力F下将工件压紧在下工作台10上,上工作台8与下工作台10相反转动,在去离子水、固结磨料抛光垫9的配合作用下对工件进行抛光。
实施例4-6与对比例抛光性能参数对比如下表1。
表1实施例4-6与对比例的抛光性能对比
实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例 | |
抛光去除量(微米) | 25 | 25 | 25 | 25 |
抛光时间(秒) | 800 | 600 | 700 | 1000 |
抛光单片玻璃成本(元) | 0.9 | 0.75 | 0.8 | 1 |
加工产品粗糙度(纳米) | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
加工产品平整度(微米) | 10 | 10 | 10 | 10 |
加工产品良率(%) | 99.50 | 99.50 | 99.50 | 99.50 |
注:抛光去除量为产品的抛光减薄量,平整度为抛光后产品的最厚厚度与最薄厚度的差值。
由表1的数据可以看出,本发明的固结磨料抛光垫在保证加工产品粗糙度、平整度、良率与现有的抛光工艺所得的抛光性能相同的情况下,能够显著提高加工效率,抛光去除速度可达2.5微米/分钟,加工产品的粗糙度和平整度都能满足要求,降低抛光作业成本达25%,具有显著的经济效益。
Claims (4)
1.一种团聚磨粒,其特征在于,所述团聚磨粒的平均粒径为1-3μm,由包括如下步骤的方法制得:
1)将纳米磨粒、表面活性剂、硅溶胶混合均匀,得混合液;所述纳米磨粒为纳米金刚石、纳米氧化铝、纳米二氧化硅中的一种或多种;
2)将步骤1)所得的混合液与缚水剂搅拌,分离出团聚磨粒前驱体;所述缚水剂为C4-C11的脂肪醇;所述搅拌为1500-5000r/min转速下搅拌1-2h;
3)将步骤2)所得的团聚磨粒前驱体在450-750℃烧结1-3h;
其中,步骤1)所述纳米磨粒、表面活性剂、硅溶胶的质量比为 (40-60):(1-5):(35-55)。
2.根据权利要求1所述的团聚磨粒,其特征在于,所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂。
3.如权利要求1-2中任一项所述的团聚磨粒在固结磨料抛光垫中的应用。
4.根据权利要求3所述的团聚磨粒在固结磨料抛光垫中的应用,其特征在于,所述固结磨料抛光垫用于抛光玻璃。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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