CN112917400B - 高性能复合材料精密抛光研磨砂布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能复合材料精密抛光研磨砂布，包括砂布本体，该砂布本体依次包括基体、预涂层、磨料层以及复胶层，基体为植砂面剥离强度为300～350N/5cm的基材；磨料层包括以下材料：碳化硅15～80重量份；三氧化二铝15～80重量份；陶瓷微晶磨料15～30重量份；酚醛树脂20～80重量份；环氧树脂20～80重量份；聚氨酯3～25重量份；苯丙乳液3～25重量份；预涂层、复胶层在25℃下的粘度为200～500cp。本发明还涉及该高性能复合材料精密抛光研磨砂布的制备方法。本发明形成的砂布的磨料层与固结磨具相近，因而既有固结磨具切削稳定，气孔率高，散热性好，磨削工件表面粗糙度低等优点，又有涂附磨具柔软性好，可挠、加工效率高，可用于不同形状工件加工和使用安全等优点；本发明的砂布相较于市售砂布磨削效率提高30‑50％，产品使用寿命是普通砂布寿命的5‑8倍。

Description

高性能复合材料精密抛光研磨砂布及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种工件表面磨削用耗材技术领域，尤其涉及高性能复合材料精密抛光研磨砂布及其制备方法。
背景技术
传统砂布一般采用单层磨料，随着磨削进行磨料层逐渐消耗，因而要经常频繁更换砂布才能完成磨削任务，严重影响了加工效率和加工质量；若直接使用固结磨具，虽然能拥有切削稳定、气孔率高、散热性好、磨削工件表面粗糙度高的优点，但柔软性差、安全隐患高且无法用于不同形状工件加工。
因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的是提供一种高性能复合材料精密抛光研磨砂布，包括砂布本体，所述砂布本体依次包括基体、预涂层、磨料层以及复胶层，所述基体为植砂面剥离强度为300～350N/5cm的基材；
所述磨料层包括以下材料：
Figure BDA0002909533680000011
Figure BDA0002909533680000021
预涂层包括以下材料：
酚醛树脂 90～110重量份；
聚氨酯 20～50重量份；
散热材料 5～15重量份；
所述预涂层在25℃下的粘度为200～500cp；
复胶层包括以下材料：
Figure BDA0002909533680000022
所述复胶层在25℃下的粘度为为200～500cp。
优选地，所述磨料层的磨料为P120～P2500的单一或混合粒度磨料。优选地，所述磨料层还包括以下材料：
冰晶石 15～80重量份；
氟化物 15～80重量份。
优选地，所述磨料层还包括以下材料：
Figure BDA0002909533680000023
优选地，所述磨料层还包括以下材料：
硅灰石粉 5～25重量份；
硅溶胶造孔剂 5～25重量份。
优选地，所述磨料层表面印刷有若干排屑部，所述排屑部为磨料层表面相邻凸起部之间形成的沟槽或为凸起部上的凹槽。
优选地，所述磨料层还包括导电导热材料，所述导电导热材料的导热系数为155～165W/m.K。
本发明的第二个目的是提供一种如上所述的高性能复合材料精密抛光研磨砂布的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述基体大卷开卷；
(2)在所述基体的一侧涂覆预涂层，在预涂层上植入磨料，然后进行预干燥；
(3)在预干燥后的植砂面涂覆复胶胶料，并进行主干燥；
(4)进行柔曲增湿操作以得到最终砂布产品。
优选地，在预涂层上植入磨料时，还包括步骤：采用印刷涂覆技术在预涂层上进行磨料浆液植砂，以形成具有不同图案的磨料层表面。
优选地，所述砂布经切断、磨边、涂胶、接头、压合、停放、分条以形成砂带。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明公开了一种研磨砂布，其包含的磨料层、预涂层成分使得本发明的砂布相较于市售砂布具有更高的切削效率、更好的柔韧性、更高的剥离强度、更小的磨耗率以及更好的磨削性能。
(2)通过选择磨料层的磨料为P120～P2500的单一或混合粒度磨料，确保了磨具实现单一磨料或复合磨料的磨削特性，实现所需磨削效率及磨削质量要求。
(3)通过在磨料层添加冰晶石、氟化物，降低产品磨削热减少烧伤，提高磨削效率。
(4)通过在磨料层添加石蜡、硬脂酸盐、石墨粉以及滑石粉，提升磨具润滑性，减少摩擦力，提升产品磨削时的排屑性能，以最终使得产品在使用时具有更小的磨耗率以及更好的磨削性能。
(5)通过在磨料层添加硅灰石粉、硅溶胶造孔剂，增加孔隙，提高散热性能。
(6)通过在磨料层表面印刷有若干排屑部，以提升砂布的排屑性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的研磨砂布的剖视图；
图2为本发明的一种磨料层表面凸起部形状的结构示意图；
图3为本发明的另一种磨料层表面凸起部形状的结构示意图；
附图标记：1、砂布本体；11、基体；12、预涂层；13、磨料层；131、凸起部；132、凹槽；14、复胶层。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
如图1所示，一种研磨砂布1，该砂布1为一种高性能复合材料精密抛光研磨砂布，包括砂布本体10，砂布本体10依次包括基体11、预涂层12、磨料层13以及复胶层14，基体11为植砂面剥离强度为300～350N/5cm的基材；
磨料层13包括以下材料：
Figure BDA0002909533680000051
预涂层12包括以下材料：
酚醛树脂 90～110重量份；
聚氨酯 20～50重量份；
散热材料 5～15重量份；
预涂层12在25℃下的粘度为200～500cp，涂量为80～200g/m2；
复胶层包括以下材料：
Figure BDA0002909533680000052
所述复胶层在25℃下的粘度为为200～500cp，涂量为80～300g/m2。
通过采用高剥离强度基材形成的基体11、高强度底胶预涂层12、复胶层14确保了砂布的粘结强度。通过采用碳化硅、三氧化二铝及陶瓷微晶磨料的混合磨料，产生混合磨料的综合磨削性能；其中，碳化硅用于提高混合磨料的硬度；氧化铝用于提高混合磨料的韧性；陶瓷微晶磨料用于提高混合磨料的锋利度。
往磨料中边搅拌边加入酚醛树脂、环氧树脂粘结剂，制成磨料浆液；往磨料浆液中加入增韧剂聚氨酯、苯丙乳液，提升胶液与磨料混合液的柔韧性，保证最终砂布的柔韧性；磨料浆液采用高强树脂和增韧剂确保了磨料层的强度和柔韧性。在保证磨料浆液具有一定的强度和柔韧性的基础下，采用等量的磨料浆液有规则地印刷植砂，以在磨料层13表面形成用于排屑的沟槽(未图示)，确保了砂布磨料层磨粒聚集体排列，保证了砂布的排屑性能。
环氧树脂理化参数如下：固含量40～50％，PH值为6.8～7，在25℃下的粘度为500～1000CP。
聚氨酯理化参数如下：固含量为49～51％，PH值为7～8，在25℃下的粘度为70～100CP；所述苯丙乳液理化参数如下：固含量45～50％，PH值为6.8～7，在25℃下的粘度为20～70CP。
应该理解，当采用印刷涂覆技术进行磨料浆液植浆时，在磨料层13表面形成若干凸起部131，该凸起部131的形状可形成菱形、圆形、环形和八角形等任意形状；相邻凸起部131之间形成用于排屑的沟槽。优选地，凸起部131设置为环形，由于磨料聚集体分布均匀，容屑空间独特，得到的砂布产品磨削效率和工件表面光洁度高。如图3所示，磨料层13表面包括若干凸起部131，该凸起部按照一定的规则在磨料层13上进行排列，以形成磨粒聚集体在磨料层13上进行排列，保证了磨料层13表面的排屑性能；相邻凸起部131之间形成相应的沟槽以用于排屑。
为了进一步提升砂布的排屑性能且不影响砂布产品的其他性能；在一些实施例中，如图2所示，磨料层13上包括若干凸起部131，其按照一定规则排列，相邻两凸起部之间形成用于排屑的沟槽；此外，凸起部上还包括凹槽132，该凹槽132从凸起部131所在位置往基体11所在侧凹陷，以用于排屑。
该用于印刷磨料浆液，25℃下的粘度为8000～10000cp，印刷涂量为200～4000g/m2。
磨料层13中还包括散热材料、催融材料并利用造孔技术，实现产品磨削过程中高效散热和和冷切削，避免工件磨削烧伤。具体地，磨料层13中包括黏合剂、气孔、磨料，气孔用于散热；还可能包括导电导热材料，粘结剂用于将磨料、导电导热材料等粘合在一起；该导电导热材料的导热系数为155～165W/m.K，通过添加导电导热材料提升磨料层的导电导热性能。
应当理解，磨料层13并非一定形成如图1所述的规则的多层结构，磨料层13可根据实际使用需求设置成任意形状的多层结构。
本发明提供的研磨砂布，磨料层与固结磨具相近，因而既有固结磨具，切削稳定，气孔率高，散热性好，磨削工件表面粗糙度低等优点，又有涂附磨具柔软性好，可挠、加工效率高，可用于不同形状工件加工和使用安全等优点。本发明的研磨砂布，相对于市面上的普通研磨砂布，磨削效率提高30～50％，产品使用寿命是普通砂布寿命的5～8倍。
在一些实施例中，磨料层13的磨料为P120～P2500的单一或混合粒度磨料，磨料层通过采用单一或混合磨料确保了磨具实现单一磨料或混合磨料的磨削特性，实现所需磨削效率及磨削质量要求；在使用混合磨料时，由不同粒度的磨料混合形成的混合磨料的平均粒度与同一粒度的单一磨料相比，具有更好的切削效率。
在一些实施例中，磨料层13还包括以下材料：
冰晶石 15～80重量份；
氟化物 15～80重量份。
通过在磨料中加入冰晶石和氟化物催融、吸热材料进行共混处理，以此降低产品磨削热减少烧伤，提高磨削效率。
在一些实施例中，磨料层13还包括以下材料：
Figure BDA0002909533680000081
通过在磨料中加入石蜡、硬脂酸盐、石墨粉、滑石粉，提升磨具润滑性，减少摩擦力，提升产品磨削时的排屑性能，以在加工产品时具有更小的磨耗率、更好的磨削性能。
在一些实施例中，所述磨料层还包括以下材料：
硅灰石粉 5～25重量份；
硅溶胶造孔剂 5～25重量份。
磨料浆液中通过加入硅灰石粉、硅溶胶造孔剂，增加孔隙，提高散热性能。该硅溶胶的分子式为mSiO2nH2O，胶体粒径为10～20nm，SiO2含量为25～35％，所述硅溶胶的PH值为8～9。
以下提供具体实施例，以对本发明进行进一步说明。
实施例1
S101：采用植砂面剥离强度为320N/5cm基材作为基体；
S102：在基体的一侧涂覆预涂层，在预涂层上采用重力植砂和静电植砂工艺在预涂层上植入磨料，然后进行预干燥，控制预干燥温度为80～115℃，预干燥阶段总时间为2～3h，预干燥阶段最后的15～50％时间内的干燥温度为110～115℃；该磨料的成分包括：
Figure BDA0002909533680000082
苯丙乳液 20重量份；该磨料采用P180磨料粒度；
S103：在预干燥后的植砂面涂覆复胶胶料，并进行主干燥，控制主干燥温度为90～120℃；主干燥阶段总时间为2～3h，主干燥阶段最后的15～50％时间内的干燥温度达到115～120℃；
S104：进行柔曲增湿操作以得到最终砂布产品。
实施例2
S201：采用植砂面剥离强度为320N/5cm基材作为基体；
S202：在基体的一侧涂覆预涂层，在预涂层上采用印刷涂覆技术进行磨料浆液植砂，图案八角形；然后进行预干燥，控制预干燥温度为80～115℃，预干燥阶段总时间为2～3h，预干燥阶段最后的15～50％时间内的干燥温度为110～115℃；该磨料的成分包括：
Figure BDA0002909533680000091
S203：在预干燥后的植砂面涂覆复胶胶料，并进行主干燥，控制主干燥温度为90～120℃；主干燥阶段总时间为2～3h，主干燥阶段最后的15～50％时间内的干燥温度达到115～120℃；
S204：进行柔曲增湿操作以得到最终砂布产品。
实施例3
S301：采用植砂面剥离强度为320N/5cm基材作为基体；
S302：在基体的一侧涂覆预涂层，在预涂层上采用印刷涂覆技术进行磨料浆液植砂，图案环形；然后进行预干燥，控制预干燥温度为80～115℃，预干燥阶段总时间为2～3h，预干燥阶段最后的15～50％时间内的干燥温度为110～115℃；该磨料的成分包括：
Figure BDA0002909533680000092
Figure BDA0002909533680000101
S303：在预干燥后的植砂面涂覆复胶胶料，并进行主干燥，控制主干燥温度为90～120℃；主干燥阶段总时间为2～3h，主干燥阶段最后的15～50％时间内的干燥温度达到115～120℃。
S304：进行柔曲增湿操作以得到最终砂布产品。
实施例4
S401：采用植砂面剥离强度为350N/5cm基材作为基体；
S402：在基体的一侧涂覆预涂层，在预涂层上采用印刷涂覆技术进行磨料浆液植砂，图案菱形；然后进行预干燥，控制预干燥温度为80～115℃，预干燥阶段总时间为2～3h，预干燥阶段最后的15～50％时间内的干燥温度为110～115℃；该磨料的成分包括：
Figure BDA0002909533680000102
S403：在预干燥后的植砂面涂覆复胶胶料，并进行主干燥，控制主干燥温度为90～120℃；主干燥阶段总时间为2～3h，主干燥阶段最后的15～50％时间内的干燥温度达到115～120℃。
S404：进行柔曲增湿操作以得到最终砂布产品。
通过对比实施例1以及实施例2-4，采用印刷植砂相较于重力植砂以及静电植砂形成的砂布产品具有更好的排屑能力，这是由印刷植砂在磨料层表面形成相应的用于排屑的沟槽决定的。
实施例5：
在实施例2中磨料层中加入冰晶石50重量份；氟化物50重量份。
实施例6：
在实施例2中磨料层中加入石蜡0.5重量份；硬脂酸盐0.5重量份；石墨粉0.5重量份；滑石粉0.5重量份。
实施例7：
在实施例2中磨料层中加入硅灰石粉10重量份；硅溶胶造孔剂25重量份。
实施例8：
在实施例2中磨料层中加入冰晶石50重量份；氟化物50重量份；石蜡0.5重量份；硬脂酸盐0.5重量份；石墨粉0.5重量份；滑石粉0.5重量份；硅灰石粉10重量份；硅溶胶造孔剂25重量份。
对比例1：
在实施例2中舍去组分聚氨酯和苯丙乳液。
对比例2：
在实施例2中舍去组分酚醛树脂和环氧树脂。
对比例3：
在实施例2中舍去组分聚氨酯、苯丙乳液、酚醛树脂和环氧树脂。
对比例4：
市售普通锆刚玉砂布。
本发明形成的高性能复合材料精密抛光研磨砂布的加工对象可为软金属、变色金属、难磨金属、钛合金等。在相同条件下测试实施例1～实施例8与对比例1～4所得的砂布产品，选用加工对象为304不锈钢，对比如下表1所示，通过实施例2-8，对比例1-3处理得到的产品相较于市售普通锆刚玉砂布的磨削效率提高30-50％，产品使用寿命是普通砂布寿命的5～8倍，柔韧性好，剥离强度高，磨耗率低，磨削性能好；通过实施例5以及实施例8可发现，磨料层中加入冰晶石50重量份；氟化物50重量份的砂布产品具有更好的磨削效率；通过实施例6以及实施例8可发现，磨料层中加入石蜡0.5重量份；硬脂酸盐0.5重量份；石墨粉0.5重量份；滑石粉0.5重量份的砂布产品具有较好的磨削率、较小的磨耗率，这主要得益于石蜡、冰晶石、硬脂酸盐、石墨粉、滑石粉的添加提升产品的润滑性，减少摩擦力，提升产品磨削时的排屑性能；通过实施例7以及实施例8可发现，通过加入硅灰石粉、硅溶胶造孔剂，以提升产品的柔韧性；对比实施例2-4以及对比例1可知，舍去组分聚氨酯和苯丙乳液后的砂布产品的柔韧性下降；对比实施例2-4以及对比例2可知，舍去酚醛树脂和环氧树脂后最终形成的砂布的剥离强度下降；对比实施例2-4以及对比例3可知，当舍去组分聚氨酯、苯丙乳液、酚醛树脂和环氧树脂后形成的砂布产品在柔韧性、剥离强度上性能均减弱。应当理解，磨耗比与磨削比互为倒数。
表1
Figure BDA0002909533680000121
实施例二
一种实施例一种研磨砂布的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基材层大卷开卷；
(2)在基材层的一侧涂覆预涂层，在预涂层上植入磨料，然后进行预干燥，控制预干燥温度为80～115℃，预干燥阶段总时间为2～3h，保证了磨料层和预涂层干燥时不产生大量气泡；预干燥阶段最后的15～50％时间内的干燥温度为110～115℃，目的是为了提高产品的粘接强度；
(3)在预干燥后的植砂面涂覆复胶胶料，并进行主干燥，控制主干燥温度为90～120℃；主干燥阶段总时间为2～3h，主干燥阶段最后的15～50％时间内的干燥温度达到115～120℃，目的是为了提升复胶的粘接强度。
(4)进行柔曲增湿操作以得到最终砂布产品。
其中，复胶胶料含有如下重量份的材料：60～100重量份的碳酸钙、90～110重量份的酚醛树脂、纳米石墨空心球5～25重量份、环氧树脂20～30重量份、硅灰石5～25重量份、散热材料3～5重量份，导热材料3～5重量份，在25℃下的粘度为200-500cp，涂量为80-300g/m2。
该纳米石墨空心球的粒径为10～20nm。
预涂层的底胶胶料和复胶胶料中使用的酚醛树脂的理化参数如下：固含量为70～75％；水溶性为100～400％，PH值为7～8，在25℃下的粘度为300～1300CP，0.5g该酚醛树脂在135℃条件下的聚合速度100～150S。
在一些实施例中，在预涂层上植入磨料时，还包括步骤：采用印刷涂覆技术在预涂层上进行磨料浆液植砂，以形成具有不同图案的磨料层表面，以使得由此形成的砂布具有较好的排屑能力。
在一些实施例中，可将砂布加工处理成砂带以便于使用；例如：将砂布经切断、磨边、涂胶、接头、压合、停放、分条以形成砂带。此处，砂布到砂带的生产工艺为现有技术中砂布至砂带的制造工艺。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高性能复合材料精密抛光研磨砂布，包括砂布本体，其特征在于，所述砂布本体依次包括基体、预涂层、磨料层以及复胶层，所述基体为植砂面剥离强度为300～350N/5cm的基材；
所述磨料层包括以下材料：
Figure FDA0003551250790000011
预涂层包括以下材料：
酚醛树脂90～110重量份；
聚氨酯20～50重量份；
散热材料5～15重量份；
所述预涂层在25℃下的粘度为200～500cp；
复胶层包括以下材料：
碳酸钙60～100重量份；
酚醛树脂90～110重量份；
纳米石墨空心球5～25重量份；
环氧树脂20～30重量份；
硅灰石5～25重量份；
散热材料3～5重量份；
导热材料3～5重量份；
所述复胶层在25℃下的粘度为200～500cp；
所述磨料层的磨料为P120～P2500的单一或混合粒度磨料。
2.如权利要求1所述的高性能复合材料精密抛光研磨砂布，其特征在于，所述磨料层还包括以下材料：
冰晶石15～80重量份；
氟化物15～80重量份。
3.如权利要求1所述的高性能复合材料精密抛光研磨砂布，其特征在于，所述磨料层还包括以下材料：
石蜡0.5～15重量份；
硬脂酸盐0.5～15重量份；
石墨粉0.5～10重量份；
滑石粉0.5～15重量份。
4.如权利要求1所述的高性能复合材料精密抛光研磨砂布，其特征在于，所述磨料层还包括以下材料：
硅灰石粉5～25重量份；
硅溶胶造孔剂5～25重量份。
5.如权利要求1所述的高性能复合材料精密抛光研磨砂布，其特征在于，所述磨料层表面印刷有若干排屑部，所述排屑部为磨料层表面相邻凸起部之间形成的沟槽或为凸起部上的凹槽。
6.如权利要求1所述的高性能复合材料精密抛光研磨砂布，其特征在于，所述磨料层还包括导电导热材料，所述导电导热材料的导热系数为155～165W/m.K。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的高性能复合材料精密抛光研磨砂布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述基体大卷开卷；
(2)在所述基体的一侧涂覆预涂层，在预涂层上植入磨料，然后进行预干燥；
(3)在预干燥后的植砂面涂覆复胶胶料，并进行主干燥；
(4)进行柔曲增湿操作以得到最终砂布产品。
8.如权利要求7所述的高性能复合材料精密抛光研磨砂布的制备方法，其特征在于，在预涂层上植入磨料时，还包括步骤：采用印刷涂覆技术在预涂层上进行磨料浆液植砂，以形成具有不同图案的磨料层表面。
9.如权利要求8所述的高性能复合材料精密抛光研磨砂布的制备方法，其特征在于，所述砂布经切断、磨边、涂胶、接头、压合、停放、分条以形成砂带。
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