CN113478403A

CN113478403A - 一种可膨胀凝胶及其制备的超细抛光棒与应用

Info

Publication number: CN113478403A
Application number: CN202110785896.9A
Authority: CN
Inventors: 胡光球; 陆静; 王凯平
Original assignee: Suzhou Celte New Material Co Ltd
Current assignee: Suzhou Celte New Material Co Ltd
Priority date: 2021-07-12
Filing date: 2021-07-12
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2041-07-12
Also published as: CN113478403B

Abstract

本发明公开了一种可膨胀凝胶及其制备的超细抛光棒与应用。将海藻酸钠、果胶、水混合，得到基础液；将水、纤维料、磨料混合，得到分散液；再将分散液加入基础液中，搅拌混合后挤出成型，得到凝胶棒，然后将中心棒插入凝胶棒，再将凝胶棒浸入含有金属离子的水中，然后取出干燥，得到超细抛光棒。在抛光过程中，利用抛光棒遇水膨胀的性能，填充待抛光的圆孔或孔壁圆角，并通过将抛光棒装夹在具有高速旋转功能的磨头机里面，对待抛光零件进行抛光处理。很短的时间可以达到镜面效果。

Description

一种可膨胀凝胶及其制备的超细抛光棒与应用

技术领域

本发明是涉及抛光材料，具体涉及一种可膨胀凝胶及其制备的超细抛光棒与应用。

背景技术

针对现有孔壁类零件的抛光方法，由于孔或者内壁圆角尺寸小，有的待抛光的孔直径仅仅为0.4mm及以下，现有的抛光方法为用小铁棍或牙签沾上抛光膏，对孔壁进行抛光。现有方法加工效率极低，一个工件需要耗时半个小时及以上。如果采用固结小抛光磨头进行抛光，也存在两个问题：其一为由于现有固结磨头比较硬（多由陶瓷结合剂或电镀），往往达不到抛光质量要求；其二现有小磨头如果直径做到1mm及以下，在成型过程中质量很难把控，往往也达不到抛光效果，因此，现有技术很难找到1mm及以下的磨头工具。

发明内容

针对现有问题，本发明公开了一种针对孔壁零件抛光的柔性可膨胀抛光棒，先将抛光棒做成极小尺寸，在抛光过程中，利用抛光棒遇水膨胀的性能，填充待抛光的圆孔或孔壁圆角，并通过将抛光棒装夹在具有高速旋转功能的磨头机里面，对待抛光零件进行抛光处理。

本发明采用如下技术方案：

一种可膨胀凝胶，包括海藻酸钠、果胶、水、纤维料、金属离子；其制备方法为，将含有磨料、纤维料的水分散液加入含有海藻酸钠、果胶的水中，搅拌后加入模具内，然后利用金属离子处理后干燥，得到可膨胀凝胶。

本发明公开了一种超细抛光棒，包括可膨胀凝胶与插入所述可膨胀凝胶的中心棒；所述可膨胀凝胶包括海藻酸钠、果胶、水、纤维料、金属离子；其制备方法为，将含有磨料、纤维料的水分散液加入含有海藻酸钠、果胶的水中，搅拌后加入模具内，然后利用金属离子处理后干燥，得到可膨胀凝胶。

本发明中，海藻酸钠、果胶、纤维料、磨料、水的重量比为（15～30）∶（2～8）∶（200～450）∶（15～30）∶1000，优选的，海藻酸钠、果胶、纤维料、水的重量比为（18～25）∶（4～6）∶（250～400）∶（17～23）∶1000。现有技术利用海藻酸钠制备凝胶抛光膜，通过配方的设计可取得收缩性能好、抛光效果好的技术效果，但是未见将海藻酸钠凝胶用于制备加工细孔的凝胶棒，用途不同导致超细抛光棒与凝胶抛光膜具有不同的技术要求，比如超细抛光棒需要具有优异可控的膨胀性能，但是抛光膜不能具有此性能，因为凝胶膜膨胀会影响抛光盘的稳定性，而导致加工停止。材料组成与制备方法决定产品的性能，发明限定配方，得到的凝胶体系具有优异且可控的膨胀性能，不仅具有工业实用性，可以加工细孔内壁，而且抛光性能非常好，几分钟内即可达到镜面效果，相比之下，现有细孔抛光方法耗时长，效果偏差。

本发明可膨胀凝胶的制备方法中，将海藻酸钠、果胶、水混合，得到基础液；将水、纤维料、磨料混合，得到分散液；再将分散液加入基础液中，搅拌混合后挤出成型，得到凝胶棒，再将凝胶棒浸入含有金属离子的水中，然后取出再干燥，得到可膨胀凝胶。

进一步的，本发明细孔抛光棒的制备方法为，将海藻酸钠、果胶、水混合，得到基础液；将水、纤维料、磨料混合，得到分散液；再将分散液加入基础液中，搅拌混合后挤出成型，得到凝胶棒，然后将中心棒插入凝胶棒，再将凝胶棒浸入含有金属离子的水中，然后取出再干燥，得到超细抛光棒。

本发明中，中心棒部分插入凝胶棒中，干燥后得到超细抛光棒，露出凝胶棒的部分可作为手持或者转动工具安装端，从而可以拿着或者固定此端，将凝胶端插入待加工的细孔内，手动或者电动抛光。

本发明中，磨料为金刚石，其粒径为0.5～5μm；纤维料为氧化铝纤维，纤维料的直径为1～15μm、长度为50～200μm，优选的，纤维料的直径为3～5μm、长度为70～80μm。

本发明中，海藻酸钠(Sodium alginate，SA)与金属离子可发生静电反应，生产半透明状凝胶体，这是海藻酸钠凝胶膜的应用基础，也是影响其应用性能的关键。溶液浓度以及反应时间则是海藻酸钠凝胶体形成的关键技术。

本发明中，金属离子为钙离子与钾离子，钙离子与钾离子的用量一样，优选的，含有金属离子的水中，金属离子的质量浓度为0.4～1.5%，优选1%。

优选的，将磨料先剪切分散在水中，再加入含有纤维料的水中，200～500rpm搅拌15～60分钟，得到含有磨料、纤维料的水分散液。

优选的，搅拌下，将含有磨料、纤维料的水分散液加入含有海藻酸钠、果胶的水中，加入时间为0.5～5分钟；搅拌为1500～3000rpm搅拌0.5～2小时。

本发明中，凝胶棒的外径为0.3～2mm，优选0.4～1mm，比如0.5～0.8mm；中心棒为铁棒、铝棒等金属棒，利于加工螺纹用于与电动转头安装；干燥后的细孔抛光棒外径小于1mm，尤其是小于0.5mm。

本发明中，干燥为40～80℃干燥8～15分钟。干燥后的凝胶棒形态保持良好，以干燥前为对比，肉眼观察或者放大观察，本发明制备方法得到的凝胶在干燥前呈现的是水分饱满的略透明状态，而干燥后，凝胶明显脱水，但是胶棒外周仍平整，没有出现干瘪变形，尤其是牢牢地固定在中心棒上。

针对直径较大（>2mm）的孔壁零件，现有技术存在有效的抛光方法，但是对于细孔型零件，尤其是直径2mm以下的细孔，现有技术没有合适的抛光方法，存在抛光过程复杂、抛光效果不稳定、抛光棒制备复杂的问题，现有技术没有解决细孔内壁抛光效果不佳的方法，本发明针对孔径小于5mm的细孔零件尤其是孔径小于2mm的细孔，研发出新的抛光棒，没有采用现有技术小磨头的思路，另辟蹊径，开发了凝胶型超细抛光棒，遇水膨胀，起到了柔性加工的效果，不会像普通固结磨头那样，由于工件本身太硬而达不到抛光效果，同时，由于磨料半固结在工具中，因此在加工过程中不需要添加抛光膏或抛光液，极大的降低了成本和提高了加工效率。

本发明的关键技术为，通过调整溶胶凝胶体系及配比，使制备出来的抛光棒遇水膨胀，且膨胀率可控。通过特定的凝胶体系常规挤出成型，将溶胶体干燥成直径小于0.5mm的抛光棒，并且可以将磨料均匀分散在溶胶体系中，相较于现有陶瓷烧结或电镀磨头尺寸可以做得更小，磨料分散更均匀；在抛光棒加工过程中，由于其体积增大，并且通过固定在具有高速旋转功能的磨头机上，通过挤压抛光的方式，可以高效高质的对孔壁内零件进行抛光，其抛光效率是现有游离抛光的10～30倍。

附图说明

图1为实施例一细孔抛光棒实物图，粗的一端为可膨胀凝胶；

图2为实施例一细孔抛光棒膨胀后的图；

图3为实施例一细孔抛光棒膨胀前后的图；

图4为实施例一细孔抛光棒加工后的工件。

具体实施方式

本发明将海藻酸钠、果胶、水混合，得到基础液；将水、纤维料、磨料混合，得到分散液；再将分散液加入基础液中，搅拌混合后挤出成型，得到凝胶棒，再将凝胶棒浸入含有金属离子的水中，取出再干燥，得到可膨胀凝胶。

本发明将海藻酸钠、果胶、水混合，得到基础液；将水、纤维料、磨料混合，得到分散液；再将分散液加入基础液中，搅拌混合后挤出成型，得到凝胶棒，然后将中心棒插入凝胶棒，再将凝胶棒浸入含有金属离子的水中，取出再干燥，得到细孔抛光棒。

本发明的原料都是市售常规产品，其中磨料为金刚石磨料，其粒径为0.5～5μm；纤维料为氧化铝纤维，对比为玻璃纤维，纤维料的直径为3～5μm、长度为70～80μm，其余都为凝胶抛光垫常规原料。本发明的具体操作方法以及测试方法为常规技术，没有特别说明下，在常规环境中进行。

按照表1的配方，将海藻酸钠、果胶（对比例一为黄原胶）加入300g水中，300rpm搅拌1h 预制成为混合物1；另一烧杯中，将金刚石加入200g水中，100rpm 搅拌0.5h，得到磨料分散液；另外一个烧杯加入氧化铝纤维300g（对比例四为玻璃纤维）、水500g，并加入磨料分散液，300rpm搅拌30min，制备成混合物2；将混合物2加入混合物1中（加入时间为1分钟），然后分散搅拌，得到凝胶前驱体。

实施例一、对比例一以及对比例二、对比例四的分散搅拌为2000rpm 搅拌1h，对比例三的分散搅拌为5000rpm 搅拌1.5h。

对比例五

在实施例一的基础上，将混合物1迅速加入混合物2中（加入时间<5秒），其余不变，得到凝胶前驱体。

实施例二

将氯化钙、氯化钾加入水中，配制含有质量浓度为0.5%的钙离子和质量浓度为0.5%的钾离子的水溶液。

将上述实施例一的凝胶前驱体加入常规挤出成型机中，挤出得到圆柱形凝胶棒前体；然后将凝胶棒前体浸泡在含有质量浓度为0.5%的钙离子和质量浓度为0.5%的钾离子的水溶液中0.5h；取出后裁切为一定长度、外径0.5mm的凝胶棒，每个凝胶棒都插入外径0.1mm的铁棍，然后放入烘箱，60度，烘干10分钟，得到细孔抛光棒，参见图1。

对比例一、对比例二、对比例三、对比例四、对比例五，也参考上述方法，得到对比细孔抛光棒。

任意取十个实施例一的细孔抛光棒，常温浸泡在水中，5分钟后测量浸泡后的外径，见表2与图2。

可以看出本发明细孔抛光棒膨胀可控，参见图3。作为对比：

对比例一的细孔抛光棒外径为0.28、0.29、0.29、0.31、0.33，浸泡后外径为0.33、0.34、0.35、0.37、0.40，膨胀不可控。

对比例二干燥后缺陷非常严重，肉眼可见干瘪塌陷，无法应用。

对比例三也存在干燥后局部饱满、局部干瘪的问题，无需后续对比，无法应用。

对比例四干燥效果与实施例一差不多，但是水浸泡后膨胀不可控，浸泡后的外径从0.40～0.49mm。

对比例五由于在搅拌的过程中，会出现混合物2沉底的现象，导致混合物1与混合物2结合不均匀，导致也存在干燥后局部饱满、局部干瘪的问题，无需后续对比，无法应用。

对比例六

在实施例一的基础上，将果胶用量增加为10g，其余不变，搅拌的时候肉眼可见困难，磨料分散不佳，得到的凝胶棒外表面出现磨料（以及纤维料），不可用。

加工实验

加工对象：内径为0.4mm的玻璃圆孔。取实施例一任意三个细孔抛光棒放入三个孔内，喷水浸泡2分钟，然后将铁棍端固定在具有高速旋转功能的现有磨头机上，开启转动，80rpm抛光2 min即达到镜面效果，且细孔抛光棒未破损。现有技术仅能采用牙签蘸抛光膏人工抛光，需要20min才能达到镜面效果，使用本发明产品的效率是常规产品的10倍。

加工对象：圆角为0.45mm的金属件圆角。取实施例一任意三个细孔抛光棒放入三个圆角内，喷水浸泡5分钟，然后将铁棍端固定在具有高速旋转功能的现有磨头机上，开启转动，100rpm抛光1min即达到镜面效果（图4），且细孔抛光棒未破损；而用牙签加抛光膏需要15min才能达到镜面效果，使用本发明产品的效率是常规产品的15倍。

实施例三

将22g海藻酸钠、4g果胶加入300g水中，300rpm搅拌1h 预制成为混合物1；另一烧杯中，将20g金刚石加入200g水中，100rpm 搅拌0.5h，得到磨料分散液；另外一个烧杯加入300g氧化铝纤维、水500g，并加入磨料分散液，300rpm搅拌30min，制备成混合物2；将混合物2加入混合物1中（加入时间为1分钟），然后分散搅拌，得到凝胶前驱体。将上述凝胶前驱体加入常规挤出成型机中，挤出得到圆柱形凝胶棒前体；然后将凝胶棒浸泡在含有质量浓度为0.5%的钙离子和质量浓度为0.5%的钾离子的水溶液中0.6h；取出后裁切为一定长度、外径0.5mm的凝胶棒，每个凝胶棒都插入外径0.1mm的铁棍，然后放入烘箱，60度，烘干10分钟，得到细孔抛光棒。

实施例四

将18g海藻酸钠、6g果胶加入300g水中，300rpm搅拌1h 预制成为混合物1；另一烧杯中，将20g金刚石加入200g水中，100rpm 搅拌0.5h，得到磨料分散液；另外一个烧杯加入300g氧化铝纤维、水500g，并加入磨料分散液，300rpm搅拌30min，制备成混合物2；将混合物2加入混合物1中（加入时间为2分钟），然后分散搅拌，得到凝胶前驱体。将上述凝胶前驱体加入常规挤出成型机中，挤出得到圆柱形凝胶棒前体；然后将凝胶棒浸泡在含有质量浓度为0.4%的钙离子和质量浓度为0.6%的钾离子的水溶液中0.5h；取出后裁切为一定长度、外径0.5mm的凝胶棒，每个凝胶棒都插入外径0.1mm的铁棍，然后放入烘箱，60度，烘干10分钟，得到细孔抛光棒。

实施例五

将20g海藻酸钠、6g果胶加入300g水中，300rpm搅拌1h 预制成为混合物1；另一烧杯中，将21g金刚石加入200g水中,100rpm 搅拌0.5h，得到磨料分散液；另外一个烧杯加入300g氧化铝纤维、水500g，并加入磨料分散液，300rpm搅拌30min，制备成混合物2；将混合物2加入混合物1中（加入时间为1分钟），然后分散搅拌，得到凝胶前驱体。将上述凝胶前驱体加入常规挤出成型机中，挤出得到圆柱形凝胶棒前体；然后将凝胶棒浸泡在含有质量浓度为0.5%的钙离子和质量浓度为0.5%的钾离子的水溶液中0.5h；取出后裁切为一定长度、外径0.4mm的凝胶棒，每个凝胶棒都插入外径0.1mm的铁棍，然后放入烘箱，60度，烘干8分钟，得到细孔抛光棒。

实施例六

将20g海藻酸钠、5g果胶加入300g水中，300rpm搅拌1h 预制成为混合物1；另一烧杯中，将18g金刚石加入200g水中,100rpm 搅拌0.5h，得到磨料分散液；另外一个烧杯加入280g氧化铝纤维、水500g，并加入磨料分散液，300rpm搅拌30min，制备成混合物2；将混合物2加入混合物1中（加入时间为1分钟），然后分散搅拌，得到凝胶前驱体。将上述凝胶前驱体加入常规挤出成型机中，挤出得到圆柱形凝胶棒前体；然后将凝胶棒浸泡在含有质量浓度为0.5%的钙离子和质量浓度为0.5%的钾离子的水溶液中0.5h；取出后裁切为一定长度、外径0.5mm的凝胶棒，每个凝胶棒都插入外径0.1mm的铁棍，然后放入烘箱，50度，烘干15分钟，得到细孔抛光棒。

Claims

1.一种可膨胀凝胶，其特征在于，其制备原料包括海藻酸钠、果胶、水、纤维料、金属离子。

2.根据权利要求1所述可膨胀凝胶，其特征在于，海藻酸钠、果胶、纤维料、磨料、水的重量比为（15～30）∶（2～8）∶（200～450）∶（15～30）∶1000。

3.权利要求1所述可膨胀凝胶的制备方法，其特征在于，将含有磨料、纤维料的水分散液加入含有海藻酸钠、果胶的水中，搅拌后加入模具内，然后利用金属离子处理，再干燥得到可膨胀凝胶。

4.根据权利要求3所述可膨胀凝胶的制备方法，其特征在于，搅拌下，将含有磨料、纤维料的水分散液加入含有海藻酸钠、果胶的水中，加入时间为0.5～5分钟；搅拌为1500～3000rpm搅拌0.5～2小时。

5.根据权利要求3所述可膨胀凝胶的制备方法，其特征在于，将海藻酸钠、果胶、水混合，得到基础液；将水、纤维料、磨料混合，得到分散液；再将分散液加入基础液中，搅拌混合后挤出成型，得到凝胶棒，再将凝胶棒浸入含有金属离子的水中，凝胶化后取出再干燥，得到可膨胀凝胶。

6.一种超细抛光棒，其特征在于，包括可膨胀凝胶与插入所述可膨胀凝胶的中心棒；所述可膨胀凝胶包括海藻酸钠、果胶、水、纤维料、金属离子；将含有磨料、纤维料的水分散液加入含有海藻酸钠、果胶的水中，搅拌后加入模具内，然后利用金属离子处理，再干燥，得到可膨胀凝胶。

7.权利要求6所述细孔抛光棒的制备方法，其特征在于，将海藻酸钠、果胶、水混合，得到基础液；将水、纤维料、磨料混合，得到分散液；再将分散液加入基础液中，搅拌混合后挤出成型，得到凝胶棒，然后将中心棒插入凝胶棒，再将凝胶棒浸入含有金属离子的水中，然后取出干燥，得到超细抛光棒。

8.根据权利要求7所述细孔抛光棒的制备方法，其特征在于，磨料为金刚石，其粒径为0.5～5μm；纤维料为氧化铝纤维，纤维料的直径为1～15μm、长度为50～200μm。

9.根据权利要求7所述细孔抛光棒的制备方法，其特征在于，凝胶棒的外径为0.3～2mm；干燥为40～80℃干燥8～15分钟。

10.权利要求1所述可膨胀凝胶或者权利要求6所述细孔抛光棒在制备细孔零件抛光工具中的应用，或者在细孔零件抛光中的应用。