CN112338819A - 一种树脂砂轮切割片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种树脂砂轮切割片，包括磨料层和2层玻璃纤维网格布层，所述磨料层包括以下质量分数的组分：改性白刚玉：50‑68％，白刚玉：0‑15％，粉状酚醛树脂：6.5‑11％，液状酚醛树脂：3‑6％，硫酸钙晶须：5‑8％，冰晶石：5‑8％，半水石膏粉：3‑8％。所述改性白刚玉的制备方法包括以下步骤：将无水硫酸铝和白刚玉混合均匀，于900‑1000℃热反应1‑3h，冷却后，洗涤、干燥得包覆有氧化铝膜的白刚玉；将包覆有氧化铝膜的白刚玉加入含有硬脂酸的醇溶液中，在70‑100℃下反应2‑4h，抽滤、烘干得改性白刚玉。
Description
技术领域
本发明属于金属切割工具制品领域，涉及一种树脂砂轮切割片及其制备方法。
背景技术
树脂砂轮磨具在工业生产中有着广泛的应用，其中在机械制造领域的应用主要以切割加工为主。树脂砂轮切割片是以磨料、树脂结合剂、填料等混料，固结成的切磨加工工具，具有切割速度快，切割尺寸精度高，切割表面平滑，自锐性好，磨具不需要修整，生产加工成本低等优点，广泛应用于陶瓷、玻璃、金属等材料的切割加工过程中。
树脂砂轮切割片中主要原料为磨料和树脂，磨料的化学稳定性极好，在常温下对酸、碱、盐等化学试剂都表现出惰性，因此，树脂与磨料颗粒之间的结合性能不理想，在切磨加工过程中，大约有70％的磨料没有获得充分利用而直接脱落。目前常用的处理方法包括在磨料表面镀铜、镀镍等镀金属表面处理，虽然能改善树脂与磨料之间的浸润性，但是多为机械嵌合，难以形成化学键的结合，而且还会影响磨料的自锐性，在切磨加工过程中增加了动力消耗。
此外，现有的国产砂轮金属切割片厚度一般在3.2-3.5mm，继续降低切割片的厚度则会带来强度和抗冲击性能降低的缺陷，无法满足某种特定环境下的使用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种树脂砂轮切割片，其通过改性白刚玉的使用，从而改善树脂砂轮切割片的切割性能，并可降低切割片的厚度至2.5mm以下。
本发明的一个目的是提供一种树脂砂轮切割片，包括磨料层和2层玻璃纤维网格布层，所述磨料层包括以下质量分数的组分：
改性白刚玉：50-68％，
白刚玉：0-15％，
粉状酚醛树脂：6.5-11％，
液状酚醛树脂：3-6％，
硫酸钙晶须：5-8％，
冰晶石：5-8％，
半水石膏粉：3-8％。
作为优选，所述改性白刚玉的制备方法包括以下步骤：
将无水硫酸铝和白刚玉混合均匀，于900-1000℃热反应1-3h，冷却后，洗涤、干燥得包覆有氧化铝膜的白刚玉；
将包覆有氧化铝膜的白刚玉加入含有硬脂酸的醇溶液中，在70-100℃下反应2-4h，抽滤、烘干得改性白刚玉。
作为优选，无水硫酸铝和白刚玉的质量比为3：(2-5)。
作为优选，包覆有氧化铝膜的白刚玉与硬脂酸的质量比为1：(0.3-1)。
作为优选，改性白刚玉与白刚玉的质量比为(5-8)：1。
作为优选，白刚玉粒径为24-80目。
作为优选，粉状酚醛树脂粒径为100-300目。
作为优选，所述玻璃纤维网格布层由玻璃纤维机织物浸渍在包括液状酚醛树脂和醇的混合液中，然后在100-140℃的温度下烘干而得。
本发明的另一个目的是提供一种树脂砂轮切割片的制备方法，包括以下步骤：
按照磨料层的质量分数称取各组分；
将改性白刚玉和白刚玉混合均匀，加入液状酚醛树脂混合均匀，然后加入冰晶石、半水石膏粉和硫酸钙晶须，混匀后，再加入粉状酚醛树脂，混匀，过筛，得成型料；
在模具中放入第一张玻璃纤维网格布并压平，倒入成型料到第一张玻璃纤维网格布的上表面，并刮平，接着再将第二张玻璃纤维网格布铺设在成型料上表面，定位金属环，盖好上模板后推入压力机内在15-20MPa压力下保压2-7s，卸压出模即得成型毛坯；
将成型毛坯放入硬化炉内硬化，硬化处理后缓慢冷却至室温卸片后即得成品。
作为优选，所述硬化处理为：以60℃起温，硬化温度经过10-15h从60℃升温至最高硬化温度175-195℃，然后保持该最高硬化温度5-8小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明通过对白刚玉进行特殊改性处理，使其与酚醛树脂的界面结合性提高，从而提高砂轮切割片机械强度和切割性能；
2)本发明采用改性白刚玉与未改性白刚玉以质量比为(5-8)：1混合，获得的砂轮切割片具有优于单独采用改性白刚玉获得的切割片的切割性能；
3)本发明可制备厚度为2.0-2.5mm的切割片，相对于传统3.2-3.5mm厚度的切割片不仅节约材料、降低成本，还具有更好的切割效率。
具体实施方式
在下文中，将详细叙述本发明的树脂砂轮切割片，对于此时使用的技术用语或科学用语如果没有其他定义，则为本发明技术领域的技术人员通常理解的意思。
本发明提供的一种树脂砂轮切割片，包括磨料层和2层玻璃纤维网格布层，所述磨料层包括以下质量分数的组分：
改性白刚玉：50-68％，
白刚玉：0-15％，
粉状酚醛树脂：6.5-11％，
液状酚醛树脂：3-6％，
硫酸钙晶须：5-8％，
冰晶石：5-8％，
半水石膏粉：3-8％。
普通的白刚玉颗粒与酚醛树脂之间的结合性能不理想，存在较弱的界面强度，在切割片工作期间，白刚玉颗粒易脱落，切割片的强度和冲击韧性弱。
因此，本发明对白刚玉进行表面改性，以其改善其与酚醛树脂之间的结合性，所述白刚玉的改性方法包括以下步骤：无水硫酸铝原料在陶瓷研钵中充分研磨均匀，过30目筛，使用筛过物与白刚玉混合均匀，于900-1000℃热反应1-3h，冷却后，用水洗涤去除白刚玉表面未反应完全的无水硫酸铝杂质，干燥得包覆有氧化铝膜的白刚玉；将包覆有氧化铝膜的白刚玉加入含有硬脂酸的醇溶液中，在70-100℃下反应2-4h，抽滤、烘干得改性白刚玉。所述醇为乙醇、异丙醇、正丁醇等可以溶解硬脂酸的醇溶剂，所述硬脂酸的醇溶液为硬脂酸溶于醇溶剂中形成的混合物，硬脂酸的质量(g)与醇溶剂的体积(ml)比为(1-10)：100。
无水硫酸铝在900-1000℃的高温下分解生成氧化铝，包覆在白刚玉外表面，氧化铝膜的存在使得白刚玉外表面具有更大的比表面积，易于与硬脂酸结合，而硬脂酸在白刚玉与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，以此获得的改性白刚玉与酚醛树脂的界面亲和性和界面强度提高，砂轮组织的均匀性更好，从而提高了砂轮的强度、冲击韧性和切割性能；
在上述白刚玉表面改性过程中，无水硫酸铝和白刚玉的质量比优选为3：(2-5)。两者的质量比决定了包覆在白刚玉外表面的氧化铝膜的厚度，无水硫酸铝的质量越高，氧化铝膜的厚度越大，但是氧化铝膜的厚度过大，会降低白刚玉本身的硬度，从而降低砂轮强度。
在上述白刚玉表面改性过程中，包覆有氧化铝膜的白刚玉与硬脂酸的质量比优选为1：(0.3-1)。两者的质量比决定了硬脂酸在包覆有氧化铝膜的白刚玉的表面结合量，在一定范围内，硬脂酸的质量越大，结合量越多，但是硬脂酸的质量超出范围后，继续增加硬脂酸的量并不会带来结合量的提高。
本发明进一步研究发现，砂轮切割片中采用的磨料均为改性白刚玉时，其呈现的性能效果一般，当以改性白刚玉与普通未改性的白刚玉以质量比为(5-8)：1的混合物作为磨料时，其呈现的性能效果更好。
作为优选，磨料层中添加的白刚玉以及制备改性白刚玉的白刚玉原料粒径优选为24-80目。磨料层中的粉状酚醛树脂粒径优选为100-300目。24-80目的粒径指的是从24目筛网漏过而截留在80目筛网上的那部分颗粒的尺寸大小；100-300目的粒径指的是从100目筛网漏过而截留在300目筛网上的那部分颗粒的尺寸大小。
本发明的磨料层还采用冰晶石、半水石膏粉(CaSO4·1/2H2O)、硫酸钙晶须作为填料以提高砂轮切割片的强度和刚性。冰晶石熔点较低，可降低切削热，增强自锐性，防止砂轮堵塞，提高砂轮强度；所添加的冰晶石粒径优选为200-400目。半水石膏粉具有吸湿、补强和促进硬化的作用；所添加的半水石膏粉粒径优选为200-400目。硫酸钙晶须与酚醛树脂的亲和性较好，能够均匀分散在酚醛树脂中，起到优异的补强增韧作用；所添加的硫酸钙晶须的平均长度优选为100-500μm，长径比优选为60-120。
本发明树脂砂轮切割片所采用的玻璃纤维网格布层有2层，分别分布在磨料层的外两侧，其由玻璃纤维机织物浸渍在包括液状酚醛树脂和醇的混合液中，然后在100-140℃的温度下烘干而得。所述醇为乙醇、异丙醇、正丁醇等可以溶解酚醛树脂的醇溶剂，酚醛树脂和醇溶剂的质量比为1:0.1-0.3。
本发明的树脂砂轮切割片厚度为2.0-3.5mm，进一步优选，本发明的树脂砂轮切割片厚度为2.0-2.5mm，切割片越薄越节省生产用料，同时切削力越好，切削效率越高。本发明通过磨料层配方的改变，使得切割片厚度降低至2.0-2.5mm成为可能。
在下文中，将通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步描述说明。然而，这些实施方式是示例性的，本发明公开内容不限于此。如果无特殊说明，本发明以下具体实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1
本实施例的树脂砂轮切割片，包括磨料层和2层玻璃纤维网格布层，所述磨料层包括以下质量分数的组分：
改性白刚玉：67％，粒径为100-300目的粉状酚醛树脂：10％，液状酚醛树脂：5％，硫酸钙晶须：7％，冰晶石：6％，半水石膏粉：5％。
改性白刚玉的制备方法为：无水硫酸铝原料在陶瓷研钵中充分研磨均匀，过30目筛，使用无水硫酸铝筛过物与24-80目白刚玉混合均匀，无水硫酸铝筛过物与白刚玉的质量比为3:4，于950℃热反应2h，冷却后，用水洗涤去除白刚玉表面未反应完全的无水硫酸铝杂质，干燥得包覆有氧化铝膜的白刚玉；将包覆有氧化铝膜的白刚玉加入含有硬脂酸的正丁醇溶液中，硬脂酸质量(g)与正丁醇体积(ml)比为2:100，包覆有氧化铝膜的白刚玉与硬脂酸的质量比为1：0.5，在80℃下反应2h，抽滤、烘干得改性白刚玉。
本实施例的树脂砂轮切割片的制备方法包括以下步骤：
按照上述磨料层的质量分数称取各组分；将改性白刚玉加入液状酚醛树脂混合均匀，然后加入冰晶石、半水石膏粉和硫酸钙晶须，混匀后，再加入粉状酚醛树脂，混匀，过筛，得成型料；
在模具中放入第一张玻璃纤维网格布并压平，倒入成型料到第一张玻璃纤维网格布的上表面，并刮平，接着再将第二张玻璃纤维网格布铺设在成型料上表面，定位金属环，盖好上模板后推入压力机内在18MPa压力下保压2s，卸压出模即得成型毛坯；将成型毛坯放入硬化炉内硬化，以60℃起温，硬化温度经过10h从60℃升温至最高硬化温度190℃，然后保持该最高硬化温度7小时，硬化处理后缓慢冷却至室温卸片后即得成品。获得规格为400*3.2*32的树脂砂轮切割片。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2磨料层含有64％改性白刚玉和3％粒径为24-80目的未改性白刚玉，其它与实施例1相同，获得规格为400*3.2*32的树脂砂轮切割片。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，实施例3磨料层含有61％改性白刚玉和6％粒径为24-80目的未改性白刚玉，其它与实施例1相同，获得规格为400*3.2*32的树脂砂轮切割片。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，实施例4磨料层含有59％改性白刚玉和8％粒径为24-80目的未改性白刚玉，其它与实施例1相同，获得规格为400*3.2*32的树脂砂轮切割片。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，实施例5磨料层含有57％改性白刚玉和10％粒径为24-80目的未改性白刚玉，其它与实施例1相同，获得规格为400*3.2*32的树脂砂轮切割片。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，实施例6磨料层含有53％改性白刚玉和14％粒径为24-80目的未改性白刚玉，其它与实施例1相同，获得规格为400*3.2*32的树脂砂轮切割片。
实施例7
实施例7与实施例4的区别在于，实施例7制备的树脂砂轮切割片厚度为2.5mm，规格为400*2.5*32，其它与实施例1相同。
实施例8
实施例8与实施例4的区别在于，实施例8制备的树脂砂轮切割片厚度为2.0mm，规格为400*2.0*32，其它与实施例1相同。
实施例9
实施例9与实施例4的区别在于，实施例9制备的树脂砂轮切割片厚度为1.5mm，规格为400*1.5*32，其它与实施例1相同。
实施例10
本实施例的树脂砂轮切割片，包括磨料层和2层玻璃纤维网格布层，所述磨料层包括以下质量分数的组分：
改性白刚玉：60％，粒径为24-80目的未改性白刚玉：10％，粒径为100-300目的粉状酚醛树脂：9％，液状酚醛树脂：5％，硫酸钙晶须：6％，冰晶石：5％，半水石膏粉：5％。
改性白刚玉的制备方法为：无水硫酸铝原料在陶瓷研钵中充分研磨均匀，过30目筛，使用无水硫酸铝筛过物与24-80目白刚玉混合均匀，无水硫酸铝筛过物与白刚玉的质量比为1:1，于980℃热反应1.5h，冷却后，用水洗涤去除白刚玉表面未反应完全的无水硫酸铝杂质，干燥得包覆有氧化铝膜的白刚玉；将包覆有氧化铝膜的白刚玉加入含有硬脂酸的正丁醇溶液中，硬脂酸质量(g)与正丁醇体积(ml)比为4:100，包覆有氧化铝膜的白刚玉与硬脂酸的质量比为1：0.6，在85℃下反应2.5h，抽滤、烘干得改性白刚玉。
本实施例的树脂砂轮切割片的制备方法包括以下步骤：
按照上述磨料层的质量分数称取各组分；将改性白刚玉加入液状酚醛树脂混合均匀，然后加入冰晶石、半水石膏粉和硫酸钙晶须，混匀后，再加入粉状酚醛树脂，混匀，过筛，得成型料；
在模具中放入第一张玻璃纤维网格布并压平，倒入成型料到第一张玻璃纤维网格布的上表面，并刮平，接着再将第二张玻璃纤维网格布铺设在成型料上表面，定位金属环，盖好上模板后推入压力机内在20MPa压力下保压4s，卸压出模即得成型毛坯；将成型毛坯放入硬化炉内硬化，以60℃起温，硬化温度经过10h从60℃升温至最高硬化温度185℃，然后保持该最高硬化温度8小时，硬化处理后缓慢冷却至室温卸片后即得成品。获得规格为400*3.2*32的树脂砂轮切割片。
对比例1
对比例1与实施例4的区别在于，对比例1的磨料层包括67％未改性的白刚玉，不包括改性白刚玉，其它与实施例4相同，获得规格为400*3.2*32的树脂砂轮切割片。
对比例2
对比例2的磨料层中包括的改性白刚玉，由以下制备方法获得：无水硫酸铝原料在陶瓷研钵中充分研磨均匀，过30目筛，使用无水硫酸铝筛过物与24-80目白刚玉混合均匀，无水硫酸铝筛过物与白刚玉的质量比为3:4，于950℃热反应2h，冷却后，用水洗涤去除白刚玉表面未反应完全的无水硫酸铝杂质，干燥得包覆有氧化铝膜的白刚玉。其它与实施例4相同，获得规格为400*3.2*32的树脂砂轮切割片。
对比例3
对比例3的磨料层中包括的改性白刚玉，由以下制备方法获得：将24-80目白刚玉加入含有硬脂酸的正丁醇溶液中，硬脂酸质量(g)与正丁醇体积(ml)比为2:100，包覆有氧化铝膜的白刚玉与硬脂酸的质量比为1：0.5，在80℃下反应2h，抽滤、烘干得改性白刚玉。其它与实施例4相同，获得规格为400*3.2*32的树脂砂轮切割片。
将实施例1-10和对比例1-3获得的切割片进行切割实验，将其装卡在高速切割机上，转速为2800r/min，切割压力为16.46N，切割工件为8#(80*43*5)热轧槽钢，材质为Q235。每个实验选择三片切割片作切割实验，每片切五刀Q235，记录每切一刀从开始到结束的时间。
表1实施例1-10及对比例1-3的切割片性能
树脂砂轮切割片的耐用度及磨削效率的公式如下：
耐用度＝切割金属的质量g/树脂砂轮损耗质量g
切割效率＝切割金属的质量g/切割所用时间s
回转强度，回转速度分别为5750rpm和6400rpm，维持30s不破裂即为通过。
从表1的实验数据可以看出，实施例4和实施例5的砂轮切割片具有优异的切割性能，回转强度均为通过，可知采用改性白刚玉和未改性白刚玉以合适质量比混合作为磨料，相对于单独采用改性白刚玉具有更好的切割效果。将切割片的厚度由3.2mm降为2.5mm，耐用度和切割效率提高，且回转强度均为通过，再降为2.0mm时，虽然6400rpm的回转强度未通过，但是5750rpm的回转强度为通过，在工作转速下也可以正常使用，当厚度进一步降低至1.5mm时，回转强度均未通过，该切割片在使用时容易破裂，具有很大的安全隐患。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种树脂砂轮切割片，包括磨料层和2层玻璃纤维网格布层，其特征在于，所述磨料层包括以下质量分数的组分：
改性白刚玉：50-68％，
白刚玉：0-15％，
粉状酚醛树脂：6.5-11％，
液状酚醛树脂：3-6％，
硫酸钙晶须：5-8％，
冰晶石：5-8％，
半水石膏粉：3-8％。
2.根据权利要求1所述的树脂砂轮切割片，其特征在于，所述改性白刚玉的制备方法包括以下步骤：
将无水硫酸铝和白刚玉混合均匀，于900-1000℃热反应1-3h，冷却后，洗涤、干燥得包覆有氧化铝膜的白刚玉；
将包覆有氧化铝膜的白刚玉加入含有硬脂酸的醇溶液中，在70-100℃下反应2-4h，抽滤、烘干得改性白刚玉。
3.根据权利要求2所述的树脂砂轮切割片，其特征在于，无水硫酸铝和白刚玉的质量比为3：(2-5)。
4.根据权利要求2所述的树脂砂轮切割片，其特征在于，包覆有氧化铝膜的白刚玉与硬脂酸的质量比为1：(0.3-1)。
5.根据权利要求1所述的树脂砂轮切割片，其特征在于，改性白刚玉与白刚玉的质量比为(5-8)：1。
6.根据权利要求1所述的树脂砂轮切割片，其特征在于，白刚玉粒径为24-80目。
7.根据权利要求1所述的树脂砂轮切割片，其特征在于，粉状酚醛树脂粒径为100-300目。
8.根据权利要求1所述的树脂砂轮切割片，其特征在于，所述玻璃纤维网格布层由玻璃纤维机织物浸渍在包括液状酚醛树脂和醇的混合液中，然后在100-140℃的温度下烘干而得。
9.如权利要求1所述的一种树脂砂轮切割片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照权利要求1中磨料层的质量分数称取各组分；
将改性白刚玉和白刚玉混合均匀，加入液状酚醛树脂混合均匀，然后加入冰晶石、半水石膏粉和硫酸钙晶须，混匀后，再加入粉状酚醛树脂，混匀，过筛，得成型料；
在模具中放入第一张玻璃纤维网格布并压平，倒入成型料到第一张玻璃纤维网格布的上表面，并刮平，接着再将第二张玻璃纤维网格布铺设在成型料上表面，定位金属环，盖好上模板后推入压力机内在15-20MPa压力下保压2-7s，卸压出模即得成型毛坯；
将成型毛坯放入硬化炉内硬化，硬化处理后缓慢冷却至室温卸片后即得成品。
10.根据权利要求1所述的树脂砂轮切割片的制备方法，其特征在于，所述硬化处理为：以60℃起温，硬化温度经过10-15h从60℃升温至最高硬化温度175-195℃，然后保持该最高硬化温度5-8小时。
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| CN109676540A (zh) * | 2019-01-27 | 2019-04-26 | 西南交通大学 | 用于铁路钢轨修磨的铜基结合剂锆刚玉砂轮及其制备方法 |
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