CN111644989B - 一种抛光盘用抛光材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抛光技术领域，尤其是指一种抛光盘用抛光材料及其制备方法。所述抛光材料包括如下重量份的原料：聚氨酯预聚体70‑80份、聚酯纤维18‑25份、磨料15‑22份、填料8‑12份、硅烷偶联剂3‑6份、固化剂2‑6份、功能助剂10‑15份。该抛光盘用抛光材料在研磨抛光过程中只需采用水作为辅助研磨料即可，相对于传统抛光盘用抛光材料，不仅可以节约大量的研磨剂、抛光剂，还解决了工作浆料中对环境的污染问题，降低了生产成本，提高了生产效率，其制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及抛光技术领域，尤其是指一种抛光盘用抛光材料及其制备方法。
背景技术
在现代工业生产中，常需要对玻璃面板、LCD面板、半导体、金属和陶瓷制品等进行抛光研磨，以到达良好的视觉效果和光学性能，提高产品性能和品质。然后，传统的研磨抛光材料在应用过程中必须使用一定浓度的磨料浆伴随工作而实现研磨抛光目的，工艺繁琐，污染环境。因此，研究开发一种抛光研磨效果好，研磨效率高，工作过程中不需消耗大量磨料浆、清洁环保的抛光盘用抛光材料，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种抛光盘用抛光材料，该抛光盘用抛光材料在研磨抛光过程中只需采用水作为辅助研磨料即可，不需要额外采用其他辅助研磨剂、抛光剂，在研磨抛光过程中可省略浆料配置和输送设备等设备，不会发生浆料堵塞管道等问题，在工作可始终保持良好的研磨效果；相对于传统抛光盘用抛光材料，不仅可以节约大量的研磨剂、抛光剂，还解决了工作浆料中对环境的污染问题，降低了生产成本，提高了生产效率。
本发明的另一目的在于一种提供抛光盘用抛光材料的制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，降低了生产成本，产品质量高，使制得的具有良好的柔软性和耐候性、与待加工工件的接触性好，更适合高精密研磨抛光，能高速实现研磨抛光效果，可用于大规模生产。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种抛光盘用抛光材料,包括如下重量份的原料：聚氨酯预聚体70-80份、聚酯纤维18-25份、磨料15-22份、填料8-12份、硅烷偶联剂3-6份、固化剂2-6份、功能助剂10-15份。
本发明的抛光盘用抛光材料在研磨抛光过程中只需采用水作为辅助研磨料即可，不需要额外采用其他辅助研磨剂、抛光剂(如研磨液、研磨粉或研磨膏等)，在研磨抛光过程中可省略浆料配置和输送设备等设备，不会发生浆料堵塞管道等问题，在工作可始终保持良好的研磨效果；相对于传统抛光盘用抛光材料，不仅可以节约大量的研磨剂、抛光剂，还解决了工作浆料中对环境的污染问题，降低了生产成本，提高了生产效率；抛光盘用抛光材料柔韧性、与待加工工件的接触性好，更适合高精密研磨抛光，能高速实现研磨抛光效果。
进一步的，每份所述聚氨酯预聚体的制备方法包括以下步骤：按照重量份计，将聚氧化丙烯三元醇20-28份、聚四氢呋喃醚二醇10-15份、缩水甘油胺环氧树脂10-15份、N，N-二甲基甲酰胺5-10份混合，并升温至90-110℃，再加入二异氰酸酯45-55份、催化剂1-2.5份、扩链剂8-12份，反应60-100min，制得聚氨酯预聚体。通过采用聚氧化丙烯三元醇、聚四氢呋喃醚二醇、缩水甘油醚环氧树脂和二异氰酸酯进行反应，制得环氧改性聚氨酯预聚体，相对于市售的普通的聚氨酯预聚体，能显著提高聚氨酯预聚体的内聚能强度，制得的聚氨酯预聚体具有多官能度、活性高、交联密度大的特点。
进一步的，所述聚酯纤维的分子量为19000-23000。本发明通过采用上述聚酯纤维，聚酯纤维的强度高、模量高、吸水性低，通过将聚氨酯预聚体和聚酯纤维复合，并添加其他原料，使制得的抛光盘用抛光材料具有优良的耐热性、耐腐蚀性和机械强度。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570和硅烷偶联剂KH-620中的至少一种。
进一步的，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯中的至少一种。
本发明通过采用聚氧化丙烯三元醇、聚四氢呋喃醚二醇与二异氰酸酯反应，反应活性高，能与上述二异氰酸酯聚合交联稳定，使制得的抛光盘用抛光材料具有良好的柔软性和耐候性、与待加工工件的接触性好，更适合高精密研磨抛光，能高速实现研磨抛光效果。
进一步的，所述聚氧化丙烯三元醇的分子量为3000-5000；所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000-2000。本发明采用上述聚氧化丙三元醇和聚四氢呋喃醚二醇，催化二异氰酸酯的聚合反应，促进聚氨酯预聚体的交联作用，形成稳定网络结构的聚氨酯预聚体，并能使制得的抛光盘用抛光材料具有优良的柔软性、耐候性、耐水性和抗冲击性。
进一步的，所述催化剂为辛酸亚锡、二丁基锡二月桂酸酯、二醋酸二丁基锡、N,N-二甲基环己胺中的至少一种。本发明采用的上述催化剂，能催化促进聚氧化丙烯三元醇、聚四氢呋喃醚二醇与二异氰酸酯反应的聚合交联反应；提高复合抛光盘用抛光材料的光热稳定性，使得聚氨酯预聚体在后续高温制备中不易受高温而导致出现整体硬化现象，能有效促进复合抛光盘用抛光材料的交联聚合进程，提升柔韧性和耐候性。
进一步的，所述扩链剂为对苯二酚二羟乙基醚、三羟甲基丙烷和二缩三乙二醇中的至少一种。更进一步的，所述扩链剂为对苯二酚二羟乙基醚、三羟甲基丙烷和二缩三乙二醇按照重量比2-3:0.5-1：1组成。通过采用上述扩链剂，可改善本发明的聚氨酯材料的耐候性和力学性能。
进一步的，每份所述功能助剂包括如下重量份的原料：气相二氧化钛10-15份、改性石墨烯8-13份、乙基纤维素4-8份和十二烷基硫酸钠3-7份。通过采用上述功能助剂，可赋予加强抛光盘用抛光材料良好的韧性和强度，乙基纤维素和十二烷基硫酸钠以及其他原料相配合，有助于抛光盘用抛光材料组成中形成均匀的细孔，使其具有良好的柔软性。
进一步的，所述改性石墨烯的制备方法包括如下步骤：A1、按重量份计，取乙醇20-25份，加入纳米石墨烯40-50份加入到乙醇中，加热至45-65℃，搅拌均匀后，得到混合物A；A2、将二羟甲基丙酮4-7份、二乙氨基乙胺硅烷4-7份、硅烷偶联剂3-6份均匀加入到混合物A中加热至70-80℃，保温40-60min并不断搅拌再经过滤、烘干制得改性石墨烯。
本发明中通过上述制备方法制得的改性石墨烯表面可保留着一定数量的羟基、羧基、羰基等功能基团，可在显著提升改性石墨烯的耐候性和耐磨性，在抛光盘用材料中分散均匀，不易团聚，并可加强抛光盘用抛光材料在研磨过程中的抗剪切和形变能力。
进一步的，所述磨料为氧化铝和碳化硅中的至少一种。磨料的粒径为20-40nm。所述磨料强度高，分散性好，易于分散于抛光盘用抛光材料中，能对工件进行均匀的打磨，且打磨效率高。
进一步的，所述填料为碳酸钙、纳米二氧化硅、滑石粉中的至少一种。通过采用上述填料，可提高抛光盘用抛光材料的力学性能、耐候性和尺寸稳定性。
本发明的另一目的采用如下技术方案实现：上述所述抛光盘用抛光材料的制备方法，包括如下步骤：按比例将各原料混合，加热至60-70℃，以800-1200r/min速率搅拌20-40min,得到混合料，将混合料置于磨具进行热压处理后，烘干固化，得到一种抛光盘用抛光材料。
进一步的，对进行热压处理步骤具体为：将混合料置于磨具后，在温度为105-115℃下压力为700-1000MPa条件下预热10-15min，然后在温度为130-145℃下压力为1000-1500MPa条件下热压成型，然后烘干固化，得到一种抛光盘用抛光材料。
本发明通过设计抛光盘用抛光材料的具体制备工艺步骤，并严格各原料混合比例和温度、控制热压处理的温度、压力和时间，并能使制得的抛光盘用抛光材料具有优良的柔软性、耐候性、耐水性和抗冲击性，其制备方法操作简单，控制方便，降低了生产成本，使制得的抛光盘用抛光材料具有良好的柔软性和耐候性、与待加工工件的接触性好，更适合高精密研磨抛光，能高速实现研磨抛光效果，可用于大规模生产。
本发明的有益效果：本发明的抛光盘用抛光材料在研磨抛光过程中只需采用水作为辅助研磨料即可，不需要额外采用其他辅助研磨剂、抛光剂，在研磨抛光过程中可省略浆料配置和输送设备等设备，不会发生浆料堵塞管道等问题，在工作可始终保持良好的研磨效果；相对于传统抛光盘用抛光材料，不仅可以节约大量的研磨剂、抛光剂，还解决了工作浆料中对环境的污染问题，降低了生产成本，提高了生产效率。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种抛光盘用抛光材料,包括如下重量份的原料：聚氨酯预聚体75份、聚酯纤维22份、磨料16份、填料11份、硅烷偶联剂4份、固化剂5份、功能助剂14份。所述聚酯纤维的分子量为21000。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550和硅烷偶联剂KH-620按重量比2:1组成。
进一步的，每份所述聚氨酯预聚体的制备方法包括以下步骤：按照重量份计，将聚氧化丙烯三元醇24份、聚四氢呋喃醚二醇12份、缩水甘油胺环氧树脂13份、N，N-二甲基甲酰胺7份混合，并升温至95℃，再加入二异氰酸酯50份、催化剂2份、扩链剂9份，反应80min，制得聚氨酯预聚体。
进一步的，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯按重量比1:2组成。
进一步的，所述聚氧化丙烯三元醇的分子量为4000；所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为17000。所述聚酯纤维的分子量为23000。
进一步的，所述催化剂为辛酸亚锡。所述扩链剂为对苯二酚二羟乙基醚、三羟甲基丙烷和二缩三乙二醇按照重量比2.5：8：1组成。
进一步的，每份所述功能助剂包括如下重量份的原料：气相二氧化钛13份、改性石墨烯9份、乙基纤维素6份和十二烷基硫酸钠4份。
进一步的，所述改性石墨烯的制备方法包括如下步骤：A1、按重量份计，取乙醇22份，加入纳米石墨烯45份加入到乙醇中，加热至55℃，搅拌均匀后，得到混合物A；A2、将二羟甲基丙酮5份、二乙氨基乙胺硅烷6份、硅烷偶联剂3-6份均匀加入到混合物A中加热至70-80℃，保温40-60min并不断搅拌再经过滤、烘干制得改性石墨烯。
进一步的，所述磨料为氧化铝和碳化硅按重量比1:3组成。磨料的粒径为30nm。所述填料为碳酸钙、纳米二氧化硅和滑石粉按照重量比1:2:1组成。
上述所述抛光盘用抛光材料的制备方法，包括如下步骤：按比例将各原料混合，加热至65℃，以900r/min速率搅拌30min,得到混合料，将混合料置于磨具进行热压处理后，烘干固化，得到一种抛光盘用抛光材料。
进一步的，对进行热压处理步骤具体为：将混合料置于磨具后，在温度为110℃下压力为850MPa条件下预热12min，然后在温度为140℃下压力为1300MPa条件下热压成型，然后烘干固化，得到一种抛光盘用抛光材料。
实施例2
一种抛光盘用抛光材料,包括如下重量份的原料：聚氨酯预聚体70份、聚酯纤维18份、磨料15份、填料8份、硅烷偶联剂3份、固化剂2份、功能助剂10份。所述聚酯纤维的分子量为19000。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-560和硅烷偶联剂KH-620按重量比1:1组成。
进一步的，每份所述聚氨酯预聚体的制备方法包括以下步骤：按照重量份计，将聚氧化丙烯三元醇20份、聚四氢呋喃醚二醇10份、缩水甘油胺环氧树脂10份、N，N-二甲基甲酰胺5份混合，并升温至90℃，再加入二异氰酸酯45份、催化剂1份、扩链剂8份，反应100min，制得聚氨酯预聚体。
进一步的，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯和二甲基联苯二异氰酸酯按重量比2:1组成。
进一步的，所述聚氧化丙烯三元醇的分子量为3000；所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为2000。
进一步的，所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯和N,N-二甲基环己胺中按重量比3:1组成。所述扩链剂为对苯二酚二羟乙基醚、三羟甲基丙烷和二缩三乙二醇按照重量比2:0.5：1。组成。
进一步的，每份所述功能助剂包括如下重量份的原料：气相二氧化钛10份、改性石墨烯8份、乙基纤维素4份和十二烷基硫酸钠3份。
进一步的，所述改性石墨烯的制备方法包括如下步骤：A1、按重量份计，取乙醇20份，加入纳米石墨烯40份加入到乙醇中，加热至45℃，搅拌均匀后，得到混合物A；A2、将二羟甲基丙酮4份、二乙氨基乙胺硅烷4份、硅烷偶联剂3份均匀加入到混合物A中加热至70℃，保温40min并不断搅拌再经过滤、烘干制得改性石墨烯。
进一步的，所述磨料为氧化铝和碳化硅按照重量比2：1组成。所述填料为碳酸钙和纳米二氧化硅按照重量比2：1组成。
上述所述抛光盘用抛光材料的制备方法，包括如下步骤：按比例将各原料混合，加热至60℃，以800r/min速率搅拌40min,得到混合料，将混合料置于磨具进行热压处理后，烘干固化，得到一种抛光盘用抛光材料。
进一步的，对进行热压处理步骤具体为：将混合料置于磨具后，在温度为105℃下压力为700MPa条件下预热15min，然后在温度为130℃下压力为1000MPa条件下热压成型，然后烘干固化，得到一种抛光盘用抛光材料。
实施例3
一种抛光盘用抛光材料,包括如下重量份的原料：聚氨酯预聚体80份、聚酯纤维25份、磨料22份、填料12份、硅烷偶联剂6份、固化剂6份、功能助剂15份。所述聚酯纤维的分子量为23000。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570和硅烷偶联剂KH-620按重量比1:1组成。
进一步的，每份所述聚氨酯预聚体的制备方法包括以下步骤：按照重量份计，将聚氧化丙烯三元醇28份、聚四氢呋喃醚二醇15份、缩水甘油胺环氧树脂15份、N，N-二甲基甲酰胺10份混合，并升温至110℃，再加入二异氰酸酯55份、催化剂2.5份、扩链剂12份，反应60min，制得聚氨酯预聚体。
进一步的，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和二甲基联苯二异氰酸酯按重量比1:1组成。所述聚氧化丙烯三元醇的分子量为5000；所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000。
进一步的，所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯和二醋酸二丁基锡按重量比1:2组成。所述扩链剂为对苯二酚二羟乙基醚、三羟甲基丙烷和二缩三乙二醇按照重量比3:1:1组成。
进一步的，每份所述功能助剂包括如下重量份的原料：气相二氧化钛15份、改性石墨烯13份、乙基纤维素8份和十二烷基硫酸钠7份。
进一步的，所述改性石墨烯的制备方法包括如下步骤：A1、按重量份计，取乙醇25份，加入纳米石墨烯50份加入到乙醇中，加热至65℃，搅拌均匀后，得到混合物A；A2、将二羟甲基丙酮7份、二乙氨基乙胺硅烷7份、硅烷偶联剂6份均匀加入到混合物A中加热至80℃，保温40min并不断搅拌再经过滤、烘干制得改性石墨烯。
进一步的，所述磨料为碳化硅。所述填料为纳米二氧化硅和滑石粉按照重量比2：1组成。
上述所述抛光盘用抛光材料的制备方法，包括如下步骤：按比例将各原料混合，加热至70℃，以1200r/min速率搅拌20min,得到混合料，将混合料置于磨具进行热压处理后，烘干固化，得到一种抛光盘用抛光材料。
进一步的，对进行热压处理步骤具体为：将混合料置于磨具后，在温度为115℃下压力为1000MPa条件下预热10min，然后在温度为145℃下压力为1500MPa条件下热压成型，然后烘干固化，得到一种抛光盘用抛光材料。
实施例4
一种抛光盘用抛光材料,包括如下重量份的原料：聚氨酯预聚体72份、聚酯纤维21份、磨料19份、填料9份、硅烷偶联剂4份、固化剂4份、功能助剂14份。所述聚酯纤维的分子量为21000。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-570和硅烷偶联剂KH-620按重量比1:1:2组成。
进一步的，每份所述聚氨酯预聚体的制备方法包括以下步骤：按照重量份计，将聚氧化丙烯三元醇23份、聚四氢呋喃醚二醇11份、缩水甘油胺环氧树脂14份、N，N-二甲基甲酰胺6份混合，并升温至105℃，再加入二异氰酸酯48份、催化剂1.5份、扩链剂9份，反应90min，制得聚氨酯预聚体。
进一步的，每份所述功能助剂包括如下重量份的原料：气相二氧化钛11份、改性石墨烯12份、乙基纤维素9份和十二烷基硫酸钠4份。
进一步的，所述改性石墨烯的制备方法包括如下步骤：A1、按重量份计，取乙醇24份，加入纳米石墨烯42份加入到乙醇中，加热至55℃，搅拌均匀后，得到混合物A；A2、将二羟甲基丙酮6份、二乙氨基乙胺硅烷5份、硅烷偶联剂5份均匀加入到混合物A中加热至72℃，保温45min并不断搅拌再经过滤、烘干制得改性石墨烯。
本实施例的其余内容与实施例1相似，这里不再赘述。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于：每份所述聚氨酯预聚体的制备方法包括以下步骤：按照重量份计，将聚氧化丙烯三元醇24份、聚四氢呋喃醚二醇12份、N，N-二甲基甲酰胺7份混合，并升温至95℃，再加入二异氰酸酯50份、催化剂2份、扩链剂9份，反应80min，制得聚氨酯预聚体。
本对比例的其余内容与实施例1相似，这里不再赘述。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于：一种抛光盘用抛光材料,包括如下重量份的原料：聚氨酯预聚体75份、聚酯纤维22份、磨料16份、填料11份、硅烷偶联剂4份、固化剂5份、功能助剂14份。每份所述功能助剂包括如下重量份的原料：碳酸钙13份、石墨烯混合物9份、乙基纤维素6份和十二烷基硫酸钠4份。每份所述石墨烯混合物的制备方法包括如下步骤：按重量份计，取乙醇25份、纳米石墨烯50份、二羟甲基丙酮7份、二乙氨基乙胺硅烷7份、硅烷偶联剂6份在25℃温度下搅拌均匀再经过滤、烘干制得改性石墨烯。
本对比例的其余内容与实施例1相似，这里不再赘述。
将抛光盘用抛光材料制成厚度为5mm的抛光盘并通过胶黏剂粘结于磨盘钢板上，在转速为100r/min,压力为170kg条件下研磨。对实施例1-4和对比例1-2进行性能测试，测定结果如下：
其中，缺口冲击强度按ASTM D256进行测定。拉伸强度按ASTM D-638进行测定，拉伸速度为50mm/min。耐候性按照GB/T16422.2-2014测定，在Q-LAB老化机上进行耐候性实验。采用邵氏A硬度计测量硬度，实施例1-4的表面硬度为80-84HA。
对不同材质进行抛光，抛光方法按常规方法进行，按照表面粗糙度GB/T 1031-2009进行测定加工类型与表面粗糙度如下：
通过上述内容可知，本发明制得的抛光盘用抛光材料具有良好的柔软性、耐候性以及优异的抗冲击性和拉伸强度，与待加工工件的接触性好，研磨抛光精度高，适合高精密研磨抛光，能高速实现研磨抛光效果，相对于传统抛光盘用抛光材料，不仅可以节约大量的研磨剂、抛光剂，还解决了工作浆料中对环境的污染问题，降低了生产成本，提高了生产效率。
本实施例中的所有技术特征均可根据实际需要而进行自由组合。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种抛光盘用抛光材料，其特征在于：所述抛光材料包括如下重量份的原料：聚氨酯预聚体70-80份、聚酯纤维18-25份、磨料15-22份、填料8-12份、硅烷偶联剂3-6份、固化剂2-6份、功能助剂10-15份；
每份所述聚氨酯预聚体的制备方法包括以下步骤：按照重量份计，将聚氧化丙烯三元醇20-28份、聚四氢呋喃醚二醇10-15份、缩水甘油胺环氧树脂10-15份、N，N-二甲基甲酰胺5-10份混合，并升温至90-110℃，再加入二异氰酸酯45-55份、催化剂1-2.5份、扩链剂8-12份，反应60-100min，制得聚氨酯预聚体；
每份所述功能助剂包括如下重量份的原料：气相二氧化钛10-15份、改性石墨烯8-13份、乙基纤维素4-8份和十二烷基硫酸钠3-7份。
2.根据权利要求1所述的一种抛光盘用抛光材料，其特征在于：所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种抛光盘用抛光材料，其特征在于：所述聚氧化丙烯三元醇的分子量为3000-5000；所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000-2000。
4.根据权利要求1所述的一种抛光盘用抛光材料，其特征在于：所述催化剂为辛酸亚锡、二丁基锡二月桂酸酯、二醋酸二丁基锡、N,N-二甲基环己胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种抛光盘用抛光材料，其特征在于：所述扩链剂为对苯二酚二羟乙基醚、三羟甲基丙烷和二缩三乙二醇中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种抛光盘用抛光材料，其特征在于：所述磨料为氧化铝和碳化硅中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种抛光盘用抛光材料，其特征在于：所述填料为碳酸钙、纳
米二氧化硅、滑石粉中的至少一种。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的抛光盘用抛光材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：按比例将各原料混合，加热至60-70℃，以800-1200r/min速率搅拌20-40min,得到混合料，将混合料置于磨具进行热压处理后，烘干固化，得到一种抛光盘用抛光材料。
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