CN115232282A - 一种tpu研磨垫及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种TPU研磨垫及其制备方法,其特征在于,其原料按照质量分数比,包括A和B两组组分:A组:聚酯多元醇80~90份;扩链剂15~20份;交联剂10~15份;催化剂1~2份;B组:二异氰酸酯60~70份;聚醚多元醇60~80份;抛光磨料20~40份;溶剂15~25份。本申请中通过采用TPU研磨垫,其是通过TPU聚合物与抛光磨料进行复合,通过高硬度的抛光磨料提高研磨垫的磨削能力,通过TPU聚合物使得其具有一定的弹性,从整体上而言,可以提高TPU研磨垫的磨削能力同时降低表面划伤提升加工效率。本申请中TPU研磨垫引入了双季四戊醇作为交联剂,在不影响TPU研磨垫的硬度的同时使其形成网络结构,从而提升其耐磨性能。
Description
技术领域
本申请涉及磨具技术领域,尤其是涉及一种TPU研磨垫及其制备方法。
背景技术
目前,在手机、电脑、通讯等3C领域均已经引入了合金材料,因为3C领域的特殊性,其对合金材料的表面尺寸精度和表面粗糙度都有较高的有要求,因而在精加工的过程中需要对合金材料零件进行磨削,以保证零件表面的质量。
由于合金材料本身物理机械性能,普通抛光垫一般研磨效率和使用寿命都比较低,因而目前的3C领域合金材料的抛光工艺主要是采用铜盘或者铁盘作为抛光垫,铜盘和铁盘相对于普通的抛光垫,其抗变形能力更强,因而其加工效率和使用寿命均会有所提升。但是铜盘和铁盘的硬度的调整范围较窄,因而对有不同表面尺寸精度要求合金材料适应范围较窄;而且铜盘和铁盘在使用3~5天后一般需要修盘,续用专用车刀和专业的修盘技术人员才能造作,且修一次盘,上盘需要4小时,下盘需要4小时,休盘后需要清理铜粉或铁粉和打磨盘面,花费的时间很长;更重要的一点是,铜盘和铁盘的生产周期长且成本比较高。
针对上述抛光垫的缺陷,发明人认为研发一种加工效率高、适用范围广、生产周期短且可塑性强的研磨垫是十分非常必要的。
发明内容
为了进一步提高抛光垫的加工效率,提升其适用范围,降低其生产成本,本申请提供一种TPU研磨垫及其制备方法。
第一个方面,本申请提供的一种TPU研磨垫,采用如下的技术方案:
一种TPU研磨垫,其原料按照质量分数比,包括A和B两组组分:
A组:聚酯多元醇 80~90份;扩链剂 15~20份;交联剂 10~15份;催化剂 1~2份;
B组:二异氰酸酯 60~70份;聚醚多元醇 60~80份;抛光磨料 20~40份;溶剂 15~25份。
A组组分和B组组分是按照上述质量份数进行混合的。
通过采用上述技术方案,本申请中可以通过调整二异氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇、扩链剂、交联剂的比例,调整TPU研磨垫的硬度和弹性,从而使其具有更好可调整性,适用于各种要求的合金磨削。为了使其能实现对合金的切削,向其中加入了抛光磨料,抛光磨料具有很强的硬度,因而可以更好的实现对合金的磨削。本申请中的TPU研磨垫相较于铜盘和铁盘,有更好的弹性,因而在磨削过程中可以提高其转速,从而提升研磨垫的加工速率,更重要的是,本申请中的TPU研磨垫有更长的连续使用时间,因而可以节约换盘的时间,而且其生产成本较低,可以节约磨削的成本。
作为优选,所述的A组组分中:聚酯多元醇为聚己内酯二元醇、聚乙二酸己二醇酯二醇中的至少一种,聚酯多元醇的分子量为1000~3000;扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇中的至少一种;交联剂为双季四戊醇;催化剂为有机铋、辛酸亚锡和钛酸四丁酯中的一种。
通过采用上述技术方案,本申请中扩链剂采用了直链型的扩链剂,其能使聚氨酯的软链段和硬链段产生微区分离,从而使得硬链段的结晶性更好,有助于提高TPU的韧性和硬度;除了扩链剂,本申请还采用了双季四戊醇作为交联剂,交联剂能够与异氰酸酯反应增长分子链的同时,会引出支链架构,支链结构会与扩链剂进一步反应,从而形成网络结构,网络状的结构可以有效的提高TPU的耐磨性能。
作为优选,所述B组组分中二异氰酸酯为二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)中至少一种;聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二醇和聚醚二醇中的至少一种;抛光磨料为氧化铝、氧化锆和碳化硼中的至少一种,抛光磨料的平均粒径为500nm~3um;溶剂为甲苯、二甲苯和氯苯中的至少一种。
通过采用上述技术方案,本申请采用了硬度大于合金材料的抛光磨料,可以增强TPU研磨垫对合金材料的磨削性能,从而可以提高TPU研磨垫对合金材料的加工速率。
作为优选,所述的抛光磨料是经过改性后的抛光磨料,其改性方法,包括以下步骤:将抛光磨料加入到有机溶剂中,形成分散液,接着在10000~12000rpm的转速下和氮气气氛下,向分散液中加入带氨基的表面活性剂,然后升温至反应温度进行反应,反应结束后,过滤,洗涤后,得到改性后的抛光磨料。
作为优选,所述的有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯、氯苯中的一种;抛光磨料在有机溶剂中的浓度为80~90g/L;带氨基的表面活性剂为3-氨基丙烷三乙氧基硅、N-(2-氨基-乙基)-3-氨基丙烷三乙氧基硅、3-氨基丙烷三甲氧基硅和N-(2-氨基-乙基)-3-氨基丙烷三甲氧基硅中的一种;抛光磨料与带氨基的表面活性剂的质量比为1:(3~5);加热温度为60~80℃,反应时间为15~30h。
通过采用上述技术方案,本申请中对抛光磨料进行了氨基改性,改性后的抛光磨料表面含有大量的氨基,氨基与氰酸键有很强的结合力,因而可以增大抛光磨料的聚氨酯的分散性,使其TPU研磨垫中分散更均匀,从而可以进一步提升磨削的均匀性,提高打磨精度。
作为优选,所述的B组组分中还包括有2~5份的氮化硼纳米管和1~2份的硬脂酸。
通过采用上述技术方案,本申请中在B组组分中进一步加入了氮化硼纳米管,具有一定的耐磨性,并且具有超高的导热性能,在磨削时由于摩擦的作用,研磨垫表层温度会比较高,加入了氮化硼纳米管后,在其会促进热量的传递从而降低表层的温度。本申请中进一步加入了硬脂酸,硬脂酸增大氮化硼纳米管的分散性,而且其本身具有一定的相变性,当温度过高时可以发生相变,降低表层温度。本申请中加入碳化硼纳米管和硬脂酸都是为了保证打磨时表层温度不会有较大幅度的升高,从而可以保证研磨垫表层的硬度不会发生改变,从而保证打磨的精度。
作为优选,所述的TPU研磨垫中,还包括有C组组分,C组组分按照重量份数比;包括以下组分:亚磷酸三(1,2, 2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯 1~2份,生育酚1~3份。
通过采用上述技术方案,在本申请中进一步加入了C组组分,其中亚磷酸三(1,2,2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯是一种受阻胺,岂可通过捕获自由基、分解氢过氧化物和传递激发态分子的能量来抑制TPU的光氧降解反应;生育酚中含有羟基,其可以引入到TPU的分子链中,从而在TPU的结构中引入抗氧化性基团,提高其抗氧化性能。
第二方面,本申请提供一种TPU研磨垫的制备方法,包括以下步骤:
S1:将A组组分按照比例进行混合,接着在加热和搅拌条件下进行反应,反应完毕后,抽真空至-0.1MPa真空脱水至无气泡产生,得到A组组分;
S2:将B组组分中除了抛光磨料的以外的组分进行混匀,接着加热至溶解,在搅拌+超声条件下,加入抛光磨料,混匀后,抽真空至-0.1MPa真空脱水至无气泡产生,得到B组组分;
S3:将模具放置在平板硫化机上预热,将步骤S1中的A组组分和步骤S2中B组分进行预热,预热完毕后,按比例混合均匀后,然后倒入模具中,在然后将模具送入平板硫化机进行熟化,熟化完毕后,脱模,即得TPU研磨垫。
通过采用上述技术方案,在本申请的方法中,首先将A组组分进行预聚,然后在与B组组分进行混合,进一步进行熟化,可以保证TPU聚合度的同时,能够交联出网络结构,从而更好的提升其耐磨性。
作为优选,所述步骤S1中,加热温度为100~120℃,反应时间为1~2h。
作为优选,所述步骤S2中,加热至温度为80~90℃,搅拌速度为4000~5000rpm。
作为优选,所述步骤S3中,平板硫化机的预热温度为50~70℃,预热时间为15~25min;A和B组分的预热温度为40~50℃,熟化的温度为50~70℃,熟化时间为0.5~1.5h。
通过采用上述技术方案,通过控制上述步骤中的温度,可以控制A组组分的交联度,控制B组组分中抛光磨料的分散性,并通过步骤S3中的熟化工艺调整TPU的整体聚合度,从而从整体上调控TPU研磨垫的硬度和耐磨性能。
所述的TPU研磨垫含有C组分时,只需将C组分混匀后加热至60~80℃溶解,与步骤S3中的A组组分和B组组分混匀加入到模具中即可。
通过采用上述技术方案,本申请中通过加热是C组分中的亚磷酸三(1,2, 2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯溶解于生育酚中,然后趁热进行混合,可以保证C组分的均匀性,从而更好的提升TPU研磨垫的抗老化性能。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1.本申请中通过采用TPU研磨垫,其是通过TPU聚合物与抛光磨料进行复合,通过高硬度的抛光磨料提高研磨垫的磨削能力,通过TPU聚合物使得其具有一定的弹性,从整体上而言,可以提高TPU研磨垫的磨削能力同时降低表面划伤提升加工效率。
2.本申请中TPU研磨垫引入了双季四戊醇作为交联剂,在不影响TPU研磨垫的硬度的同时使其形成网络结构,从而提升其耐磨性能。
3.本申请中B组组分中还加入了氮化硼纳米管和硬脂酸,可以避免TPU研磨垫研磨时表层的温度过高,从而可以进一步提高磨削效果。
附图说明
图1是实施例中制备的TPU研磨垫的实物图。
具体实施方式
制备例1
将160g氧化铝加入到2L的甲苯溶液中,超声处理2h,形成分散液,接着在10000rpm的转速下,向分散液中通入氮气,并向分散液中加入800g 3-氨基丙烷三乙氧基硅,然后升温60℃进行反应30h,反应结束后,过滤,洗涤后,得到改性后的氧化铝。
制备例2
将180g氧化锆加入到2L的二甲苯溶液中,超声处理2h,形成分散液,接着在11000rpm的转速下,向分散液中通入氮气,并向分散液中加入540g N-(2-氨基-乙基)-3-氨基丙烷三乙氧基硅,然后升温70℃进行反应24h,反应结束后,过滤,洗涤后,得到改性后的氧化锆。
制备例3
将170g碳化硼加入到2L的二甲苯溶液中,超声处理2h,形成分散液,接着在12000rpm的转速下,向分散液中通入氮气,并向分散液中加入680g 3-氨基丙烷三甲氧基硅,然后升温70℃进行反应18h,反应结束后,过滤,洗涤后,得到改性后的氧化锆。
制备例4
将85g氧化铝和85g氧化锆加入到2L的甲苯溶液中,超声处理2h,形成分散液,接着在12000rpm的转速下,向分散液中通入氮气,并向分散液中加入680g N-(2-氨基-乙基)-3-氨基丙烷三甲氧基硅,然后升温70℃进行反应24h,反应结束后,过滤,洗涤后,得到改性后的抛光磨料。
制备例5~8
制备例5~8中的制备工艺与制备例4是基本一致的,区别点在于抛光磨料的比例不同;具体可见表1。
实施例1
本实施例中各组组分:
A组:
聚乙二酸己二醇酯二醇 80份(分子量为MW=1000);
乙二醇15份;
双季四戊醇 15份;
辛酸亚锡1份;
B组:
二苯甲烷二异氰酸酯 60份
聚四氢呋喃醚二醇(分子量为Mw=1500) 80份
氧化铝粉末(粒径1um)20份
甲苯 20份;
TPU研磨垫的制备方法,包括以下步骤:
S1:将A组组分按照比例进行混合,接着在搅拌条件下,加热至110℃进行反应2h,反应完毕后,抽真空至-0.1MPa真空脱水至无气泡产生,得到A组组分;
S2:将B组组分中除了抛光磨料的以外的组分进行混匀,接着加热80℃至反应底物溶解,在5000rpm转速搅拌+超声条件下,加入抛光磨料,分散均匀后,抽真空至-0.1MPa真空脱水至无气泡产生,得到B组组分;
S3:将模具放置在平板硫化机上60℃预热20min,将步骤S1中的A组组分和步骤S2中B组分进行40℃下进行预热20min,预热完毕后,按A组组分与B组组分混合均匀后,然后倒入模具中,在然后将模具送入平板硫化机上,在60℃下进行熟化1h,熟化完毕后,脱模,即得TPU研磨垫。
实施例2
与实施例1基本一致,区别点在于,抛光磨料,采用了制备例1中的改性后的氧化铝。
实施例3
A组:
聚己内酯二元醇 85份(分子量为MW=2000);
1,4-丁二醇 20份;
双季四戊醇 10份;
辛酸亚锡1份;
B组:
甲苯二异氰酸酯 70份
聚四氢呋喃醚二醇(分子量为Mw=1800) 70份
抛光磨料(制备例2,粒径2um)30份
氯苯 20份。
制备方法同实施例1
实施例4
A组:
聚乙二酸己二醇酯二醇 85份(分子量为MW=1000);
1,4-丁二醇 20份;
双季四戊醇 10份;
辛酸亚锡1份;
B组:
甲苯二异氰酸酯 70份
聚醚二醇(分子量为Mw=1500) 70份
抛光磨料(制备例3,粒径1.5um)30份
氯苯 20份。
制备方法同实施例1。
对比例1
与实施例3基本一致,区别点在于,加入1,4-丁二醇 30份;不加入双季四戊醇。
实施例3中制备的TPU研磨垫的实物图如图1所示。
对实施例1~4以及对比例1中的TPU研磨垫邵氏硬度进行测试,其结果如表1所示。
对实施例1~4以及对比例1中的TPU研磨垫进行金属粗磨效率测试,具体测试方法的工艺参数如下:抛光液:5um粒度金刚石抛光液;设备:单平面研磨机;测试工件:φ30*T2mm标准块;加工时间:3min。测试数据可见表1;测试记录为标准块磨损质量。
从邵氏硬度上来看,实施例1~4中可以通过调整原料的种类和配比可以实现对TPU研磨垫的硬度进行调整,因而可以根据不同的磨削要求,制备不同性能的TPU研磨垫。
从实施例1和2的数据上来看,实施例2中采用改性后的氧化铝,其邵氏硬度会有所提升,相对应的其磨削效率也会有所提升,可能是因为改性后的氧化铝会分散更均匀,因而提升了磨削效果。
实施例3和对比例1的数据上来看,对比例1中的硬度会出现较大幅度的降低,而且其磨削效果也会大幅度的降低,这可能是因为没有加入双季四戊醇,没有引起聚氨酯的交联作用,因而硬度和磨削性能出现大幅度的降低。
实施例5
与实施例3基本一致,区别点在于,B组组分中,还加入了氮化硼纳米管3份和硬脂酸 1份。
实施例6
与实施例3基本一致,区别点在于,B组组分中,还加入了氮化硼纳米管2份和硬脂酸 2份。
实施例7
与实施例3基本一致,区别点在于,B组组分中,还加入了氮化硼纳米管4份和硬脂酸 1份。
对实施例5~7的TPU研磨垫邵氏硬度进行测试,其结果如表1所示。
对实施例5~7中的TPU研磨垫进行金属粗磨效率测试,具体测试方法的工艺参数如下:抛光液:5um粒度金刚石抛光液;设备:单平面研磨机;测试工件:φ30*T2mm标准块;加工时间:3min。测试数据可见表3;测试记录为标准块磨损质量以及磨削后20s内TPU研磨垫的温度。
从表2中的数据可以看出,加入氮化硼纳米管和硬脂酸会导致TPU研磨垫的硬度出现一定幅度的提升,可能是因为氮化硼纳米管具有较强的硬度,从而从整体上提升了其硬度。从粗磨效率升来看,实施例5~7中相较于实施例3,其效率会进一步提升,而且粗磨后,实施例5~7中研磨垫表层的温度会明显的低于实施例3,这主要是因为氮化硼纳米管具有较好的导热性能以及硬脂酸的储热性质,导致其表层温度不会升高太多。
实施例8
与实施例5基本一致,区别点在于,采用制备例4中抛光磨料。
实施例9
与实施例5基本一致,区别点在于,采用制备例5中抛光磨料。
实施例10
与实施例5基本一致,区别点在于,采用制备例6中抛光磨料。
实施例11
与实施例5基本一致,区别点在于,采用制备例7中抛光磨料。
实施例12
与实施例5基本一致,区别点在于,采用制备例8中抛光磨料。
对实施例8~12中的TPU研磨垫邵氏硬度进行测试,其结果如表1所示。
对实施例8~12中的TPU研磨垫进行金属粗磨效率测试,具体测试方法的工艺参数如下:抛光液:5um粒度金刚石抛光液;设备:单平面研磨机;测试工件:φ30*T2mm标准块;加工时间:3min。测试数据可见表4;测试记录为标准块磨损质量以及磨削后20s内TPU研磨垫的温度。
从表4中的数据可以看出,调整抛光磨料的组成,对TPU研磨垫的邵氏硬度并没有很大的影响,对研磨性能有一定幅度的浮动,但是整体上来看变化不是很大。
实施例13
与实施例10基本相同,区别点在于,本实施例中还加入了C组组分,亚磷酸三(1,2,2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯 1份,生育酚2份;加入时,是将亚磷酸三(1,2, 2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯和生育酚混合好后,加热至70℃溶解,然后在与A组组分和B组组分进行混合,然后加入到平板硫化机中进行熟化。
实施例14
与实施例13基本一致,区别点在于:亚磷酸三(1,2, 2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯 2份,生育酚3份。
对实施例13~14中的TPU研磨垫邵氏硬度进行测试,其结果如表1所示。
对实施例13~14中的TPU研磨垫进行金属粗磨效率测试,具体测试方法的工艺参数如下:抛光液:5um粒度金刚石抛光液;设备:单平面研磨机;测试工件:φ30*T2mm标准块;加工时间:3min。测试数据可见表5;测试记录为标准块磨损质量以及磨削后20s内TPU研磨垫的温度。
从实施例13~14中的数据可以看出,加入亚磷酸三(1,2, 2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯 和生育酚会使其邵氏硬度和粗磨效率有轻度的下降,但是其研磨后表层的温度会进一步降低,可能是因为两种物质的加入可以进一步改善温度传递的速度,因而其表层温度进一步降低。
将实施例10、13和14中的TPU研磨垫(每个实施例有3个样品),置于100℃的老化箱中,放置1000h,然后观察TPU研磨垫的情况,其结果如表6所示。
从表6中的数据可以看出,实施例13和14中的抗老化效果,是明显优于实施例10的,说明加入亚磷酸三(1,2, 2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯 和生育酚可以提升TPU研磨垫的抗老化效果。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种TPU研磨垫,其特征在于,其原料按照质量分数比,包括A和B两组组分:
A组:聚酯多元醇 80~90份;扩链剂 15~20份;交联剂 10~15份;催化剂 1~2份;
B组:二异氰酸酯 60~70份;聚醚多元醇 60~80份;抛光磨料 20~40份;溶剂 15~25份。
2.根据权利要求1所述的TPU研磨垫,其特征在于,所述的A组组分中:聚酯多元醇为聚己内酯二多元醇、聚乙二酸己二醇酯二醇中的至少一种,聚酯多元醇的分子量为1000~3000;扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇中的至少一种;交联剂为双季四戊醇;催化剂为有机铋、辛酸亚锡和钛酸四丁酯中的一种。
3.根据权利要求1所述的TPU研磨垫,其特征在于,所述B组组分中二异氰酸酯为二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)中至少一种;聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二醇和聚醚二醇中的至少一种;抛光磨料为氧化铝、氧化锆和碳化硼中的至少一种,抛光磨料的平均粒径为500nm~3um;溶剂为甲苯、二甲苯和氯苯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的TPU研磨垫,其特征在于,所述的抛光磨料是经过改性后的抛光磨料,其改性方法,包括以下步骤:将抛光磨料加入到有机溶剂中,形成分散液,接着在10000~12000rpm的转速下和氮气气氛下,向分散液中加入带氨基的表面活性剂,然后升温至反应温度进行反应,反应结束后,过滤,洗涤后,得到改性后的抛光磨料。
5.根据权利要求4所述的TPU研磨垫,其特征在于,所述的有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯、氯苯中的一种;抛光磨料在有机溶剂中的浓度为80~90g/L;带氨基的表面活性剂为3-氨基丙烷三乙氧基硅、N-(2-氨基-乙基)-3-氨基丙烷三乙氧基硅、3-氨基丙烷三甲氧基硅和N-(2-氨基-乙基)-3-氨基丙烷三甲氧基硅中的一种;抛光磨料与带氨基的表面活性剂的质量比为1:(3~5);加热温度为60~80℃,反应时间为15~30h。
6.根据权利要求1所述的TPU研磨垫,其特征在于,所述的B组组分中还包括有2~5份的氮化硼纳米管和1~2份的硬脂酸。
7.根据权利要求1所述的TPU研磨垫,其特征在于,所述的TPU研磨垫中,还包括有C组组分,C组组分按照重量份数比;包括以下组分:亚磷酸三(1,2, 2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯 1~2份,生育酚1~3份。
8.根据权利要求1~7中任意一项所述的TPU研磨垫的制备方法,包括以下步骤:
S1:将A组组分按照比例进行混合,接着在加热和搅拌条件下进行反应,反应完毕后,抽真空至-0.1MPa真空脱水至无气泡产生,得到A组组分;
S2:将B组组分中除了抛光磨料的以外的组分进行混匀,接着加热至溶解,在搅拌+超声条件下,加入抛光磨料,混匀后,抽真空至-0.1MPa真空脱水至无气泡产生,得到B组组分;
S3:将模具放置在平板硫化机上预热,将步骤S1中的A组组分和步骤S2中B组分进行预热,预热完毕后,按比例混合均匀后,然后倒入模具中,在然后将模具送入平板硫化机进行熟化,熟化完毕后,脱模,即得TPU研磨垫。
9.根据权利要求8所述的TPU研磨垫的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,加热温度为100~120℃,反应时间为1~2h;所述步骤S2中,加热至温度为80~90℃,搅拌速度为4000~5000rpm;所述步骤S3中,平板硫化机的预热温度为50~70℃,预热时间为15~25min;A和B组分的预热温度为40~50℃,熟化的温度为50~70℃,熟化时间为0.5~1.5h。
10.根据权利要求8所述的TPU研磨垫的制备方法,其特征在于,所述的TPU研磨垫含有C组分时,只需将C组分混匀后加热至60~80℃溶解,与步骤S3中的A组组分和B组组分混匀加入到模具中即可。
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