CN115319647A - 干凝胶及制备方法、有机-无机复合结合剂、刚玉磨具及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了干凝胶及制备方法、有机‑无机复合结合剂、刚玉磨具及制备方法，复合结合剂包括如下质量百分比的组分：干凝胶50‑60%，增塑剂10‑20%，活性填料10‑30%。其中，干凝胶的制备方法为：将纳米粉体分散在浓度为95%的乙醇溶液中，再加入偶联剂，于35~85℃温度下搅拌均匀，即得到功能性纳米粉体；然后将功能性纳米粉体分散在去离子水中，然后加入丙烯酰胺单体，在加热到40~90℃的温度下缓慢加入过硫酸铵，充分混合后反应0.5~3h，然后经自然干燥、破碎、筛分，即得干凝胶。该复合结合剂在保证砂轮磨具优良磨削性能的前提下，增强砂轮磨具的固结强度，同时也可以防止由高温导致的砂轮磨具变形，增加砂轮磨具的使用寿命，具有环境友好，成本低廉，工艺简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及磨具及结合剂领域，具体的说是干凝胶及制备方法、有机-无机复合结合剂、刚玉磨具及制备方法。
背景技术
有机-无机复合结合剂是指利用有机高分子树脂和无机纳米粉体杂化的的一类复合结合剂，一方面降低固结温度，另一方面提高磨料的把持力，增强磨具的强度及磨削韧性等。
目前市场上的结合剂有树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂等。金属结合剂具有结合强度高，成型性好，使用寿命长，能够满足高速磨削和超精密磨削的技术要求，但由其所制备的磨具工艺复杂，成本较高。
陶瓷结合剂具有化学性能稳定、耐热、抗腐蚀性好，气孔率大等特点，这种结合剂制造的砂轮工作表面容屑性能好、切削锋利、磨削效率高，热膨胀量小，容易控制加工精度，较好地保持砂轮磨具的几何形状。但其磨削韧性较差、脆性大，并且其较高的制备成本导致其价格较高，用于价格低廉的普通磨料磨具方面，不利于市场的竞争。
由树脂结合剂制造的砂轮磨具具有强度高、磨削韧性好、自锐性好、不易堵塞、修整少等特点，且磨削的表面光洁度高，磨削效率高，广泛用于粗磨、荒磨、切断和自由磨削等方面。但其耐热性较差，结合剂对磨料的把持力较小，导致在高温磨削时磨具的磨损较大。目前，市场上常用的树脂结合剂主要为酚醛树脂和环氧树脂，酚醛树脂和环氧树脂本身的味道较大，在磨具的制备及使用过程中都会对工人的身体健康极其环境造成危害。
所以，急需开发出一种环境友好、性能优良的结合剂以克服上述缺点和不足。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供干凝胶及制备方法、有机-无机复合结合剂、刚玉磨具及制备方法，该复合结合剂在保证砂轮磨具优良磨削性能的前提下，增强砂轮磨具的固结强度，同时也可以防止由高温导致的砂轮磨具变形，增加砂轮磨具的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种干凝胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将纳米粉体分散在浓度为95％的乙醇溶液中，再加入偶联剂，于35～85℃温度下搅拌均匀，即得到功能性纳米粉体；
步骤二、将功能性纳米粉体分散在去离子水中，然后加入丙烯酰胺单体，在加热到40～90℃的温度下缓慢加入过硫酸铵，充分混合后反应0.5～3h，然后经自然干燥、破碎、筛分，即得到60-80目的干凝胶。
进一步地，步骤一中，纳米粉体的添加量为乙醇质量的20～70％，偶联剂的添加量为纳米粉体质量的5～10％。
进一步地，步骤二中，功能性纳米粉体的添加量为所加去离子水质量的1.8～6.8％，丙烯酰胺单体的添加量为所加去离子水质量的7.8～12.8％，过硫酸铵的添加量为所加丙烯酰胺单体质量的1～6％。
进一步地，所述纳米粉体为纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、纳米二氧化锆、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙或纳米二氧化锌中的任意一种或两种。
进一步地，所述偶联剂为KH520、KH530、KH540、KH550、KH560、KH570中的任意一种。
一种干凝胶，其是利用上述的方法制备的。
一种有机-无机复合结合剂，所述复合结合剂包括如下质量百分比的组分：干凝胶50-60％，增塑剂10-20％，活性填料10-30％。
进一步地，所述增塑剂为聚酰胺PA6，PA66，PA610，PA1010中的任意一种或两种；和/或；
所述活性填料包括如下质量百分比的组分：氟硼酸钾2-10％，长石5-20％，硫化锌10-50％，石英10-30％，石墨5-20％。
一种刚玉磨具的制备方法，主要包括如下步骤：
1)、按65：25：10的质量称取有机-无机复合结合剂、磨料以及磷酸二氢铝；
2)、将称取的物料混合均匀，得到混合粉末；
3)、将混合粉末热压成型，得到坯体；
4)、将坯体于120～160℃煅烧4～6h，然后在200～260℃煅烧1～12h，即得到刚玉磨具。
一种刚玉磨具，其是利用上述方法制备的。
有益效果：
(1)、本发明中的复合结合剂包括干凝胶、增塑剂和活性填料，其中，a)、制备干凝胶时，通过在纳米粉体上进行偶联反应，有利于聚合物形成更牢固的网络结构，然后在此基础上通过引发剂的引发进行高化反应接枝聚合物，最后形成空间网络结构，更有利于结合剂对于磨料的把持以及增强磨具的磨削强度；b)、通过添加优选的增塑剂和填料，提高磨具的耐磨性和断裂韧性，增强抗冲击性，降低磨具磨削时的温度，提高其高温强度，增强其磨削效率。
(2)、本发明制备的复合结合剂所用原料，均为无毒、无刺激性气味的物质，在制备及使用过程中不会对工人身体和环境造成危害。
(3)、本发明制备复合结合剂所用原料都是常用的物质，价格较低，工艺简单，不涉及高温高压，所用设备投资较少，因此生产成本较低。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
一种有机-无机复合结合剂，所述结合剂包括如下质量百分比的组分：干凝胶50-60％，增塑剂10-20％，活性填料10-30％。
所述增塑剂为聚酰胺PA6，PA66，PA610，PA1010中的任意一种或两种；所述活性填料包括如下质量百分比的组分：氟硼酸钾2-10％，长石5-20％，硫化锌10-50％，石英10-30％，石墨5-20％。
其中，干凝胶的制备方法主要包括如下步骤：
步骤一、将纳米粉体分散在浓度为95％的乙醇溶液中，纳米粉体的添加量为乙醇质量的20～70％，使其完全溶解在乙醇溶液中，再加入偶联剂，偶联剂的添加量为纳米粉体质量的5～10％，于35～85℃温度下搅拌均匀，使偶联剂充分水解并混合均匀，即得到功能性纳米粉体；
步骤二、将功能性纳米粉体分散在去离子水中，功能性纳米粉体的添加量为所加去离子水质量的1.8～6.8％，然后加入丙烯酰胺单体，丙烯酰胺单体的添加量为所加去离子水质量的7.8～12.8％，在加热到40～90℃的温度下缓慢加入引发剂过硫酸铵，过硫酸铵的添加量为所加丙烯酰胺单体质量的1～6％，充分混合后反应0.5～3h，然后经自然干燥、破碎、筛分，即得到60-80目的干凝胶。
所述纳米粉体为纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、纳米二氧化锆、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙或纳米二氧化锌中的任意一种或两种。
所述偶联剂为KH520、KH530、KH540、KH550、KH560、KH570中的任意一种。
一种刚玉磨具的制备方法，主要包括如下步骤：
1)、按65：25：10的质量称取有机-无机复合结合剂、磨料以及磷酸二氢铝；
2)、将称取的物料混合均匀，得到混合粉末；
3)、将混合粉末热压成型，得到坯体；
4)、将坯体于120～160℃煅烧4～6h，然后在200～260℃煅烧1～12h，即得到刚玉磨具。
实施例1
一种有机-无机复合结合剂，所述复合结合剂包括如下质量百分比的组分：干凝胶为55％；增塑剂为20％；活性填料为25％。其中增塑剂为聚酰胺PA6；活性填料包括如下质量百分比的组分：氟硼酸钾8％，长石12％，硫化锌45％，石英15％，石墨20％。
干凝胶制备过程主要包括如下步骤：
步骤一、将纳米二氧化硅分散在乙醇中，纳米粉体的质量为乙醇质量的20.0％，再加入KH520，KH520的质量为纳米二氧化硅的5％，使其完全溶解在乙醇中，并在35℃保温搅拌7h，反应结束后得到功能性纳米二氧化硅；
步骤二、将功能性纳米二氧化硅分散在水中，功能性二氧化硅的质量为所加去离子水质量的6.8％，再加入丙烯酰胺和过硫酸铵，丙烯酰胺的质量为所加去离子水质量的12.8％，过硫酸铵的质量为所加丙烯酰胺的5％，充分混合，并在40℃中反应3h，然后经自然干燥、破碎、筛分，即得到60-80目的干凝胶。
一种刚玉磨具的制备方法，主要包括如下步骤：
1)、按65：25：10的质量称取有机-无机复合结合剂、磨料以及磷酸二氢铝；
2)、将称取的物料混合均匀，得到混合粉末；
3)、将混合粉末热压成型，得到坯体；
4)、将坯体于160℃煅烧4h，然后在260℃煅烧2h，即得到刚玉磨具。
实施例2
一种有机-无机复合结合剂，所述复合结合剂包括如下质量百分比的组分：干凝胶为50％；增塑剂为20％；活性填料为30％。其中增塑剂为聚酰胺PA66；活性填料包括如下质量百分比的组分：氟硼酸钾5％，长石15％，硫化锌40％，石英20％，石墨20％。
干凝胶制备过程主要包括如下步骤：
步骤一、将纳米二氧化锆分散在乙醇中，纳米二氧化锆的质量为乙醇质量的30％，再加入KH530，KH530的质量为纳米粉体的6％，使其完全溶解在乙醇中，并在45℃保温搅拌6h，反应结束后得到功能性纳米二氧化锆；
步骤二、将功能性纳米二氧化锆分散在水中，功能性纳米二氧化锆的质量为所加去离子水质量的5.8％，再加入丙烯酰胺和过硫酸铵，丙烯酰胺质量为所加去离子水质量的11.8％，过硫酸铵的质量为丙烯酰胺质量的6％，充分混合，并在60℃中反应2.5h，然后经自然干燥、破碎、筛分，即得到60-80目的干凝胶。
一种刚玉磨具的制备方法，主要包括如下步骤：
1)、按65：25：10的质量称取有机-无机复合结合剂、磨料以及磷酸二氢铝；
2)、将称取的物料混合均匀，得到混合粉末；
3)、将混合粉末热压成型，得到坯体；
4)、将坯体于150℃煅烧5h，然后在250℃煅烧3h，即得到刚玉磨具。
实施例3
一种有机-无机复合结合剂，所述复合结合剂包括如下质量百分比的组分：干凝胶为60％；增塑剂为15％；活性填料为25％。其中增塑剂为聚酰胺PA610；活性填料包括如下质量百分比的组分：氟硼酸钾8％，长石12％，硫化锌50％，石英10％，石墨20％。
干凝胶制备过程主要包括如下步骤：
步骤一、将纳米三氧化二铝分散在乙醇中，纳米粉体的质量为乙醇质量的40％，再加入KH540，KH540的质量为纳米粉体的7％，使其完全溶解在乙醇中，并在55℃保温搅拌5h，反应结束后得到功能性纳米三氧化二铝。
步骤二、将功能性纳米三氧化二铝分散在水中，功能性纳米三氧化二铝的质量为所加去离子水质量的4.8％，再加入丙烯酰胺和过硫酸铵，丙烯酰胺的质量为所加去离子水质量的10.8％，过硫酸铵的质量为丙烯酰胺质量的4％，充分混合，并在70℃中反应2h，然后经自然干燥、破碎、筛分，即得到60-80目的干凝胶。
一种刚玉磨具的制备方法，主要包括如下步骤：
1)、按65：25：10的质量称取有机-无机复合结合剂、磨料以及磷酸二氢铝；
2)、将称取的物料混合均匀，得到混合粉末；
3)、将混合粉末热压成型，得到坯体；
4)、将坯体于140℃煅烧6h，然后在240℃煅烧4h，即得到刚玉磨具。
实施例4
一种有机-无机复合结合剂，所述复合结合剂包括如下质量百分比的组分：干凝胶为56％；增塑剂为17％；活性填料为27％。其中增塑剂为聚酰胺PA1010；活性填料包括如下质量百分比的组分：氟硼酸钾8％，长石12％，硫化锌35％，石英30％，石墨15％。
干凝胶制备过程主要包括如下步骤：
步骤一、将纳米二氧化钛分散在乙醇中，纳米二氧化钛的质量为乙醇质量的50％，再加入KH550，KH550的质量为纳米粉体的8％，使其完全溶解在乙醇中，并在65℃保温搅拌4h，反应结束后得到功能性二氧化钛。
步骤二、将功能性纳米二氧化钛分散在水中，功能性纳米二氧化钛的质量为所加去离子水质量的3.8％，再加入丙烯酰胺和过硫酸铵，丙烯酰胺的质量为所加去离子水质量的9.8％，过硫酸铵的质量为丙烯酰胺质量的3％，充分混合，并在75℃中反应1.5h，然后经自然干燥、破碎、筛分，即得到60-80目的干凝胶。
一种刚玉磨具的制备方法，主要包括如下步骤：
1)、按65：25：10的质量称取有机-无机复合结合剂、磨料以及磷酸二氢铝；
2)、将称取的物料混合均匀，得到混合粉末；
3)、将混合粉末热压成型，得到坯体；
4)、将坯体于140℃煅烧6h，然后在230℃煅烧5h，即得到刚玉磨具。
实施例5
一种有机-无机复合结合剂，所述复合结合剂包括如下质量百分比的组分：干凝胶为57％；增塑剂为14％；活性填料为29％。其中增塑剂为聚酰胺PA1010；活性填料包括如下质量百分比的组分：氟硼酸钾3％，长石17％，硫化锌30％，石英30％，石墨20％。
干凝胶制备过程主要包括如下步骤：
步骤一、将纳米碳酸钙分散在乙醇中，纳米碳酸钙的质量为乙醇质量的60％，再加入KH560，KH560的质量为纳米粉体的9％，使其完全溶解在乙醇中，并在75℃保温搅拌3h，反应结束后得到功能性纳米碳酸钙。
步骤二、将功能性纳米碳酸钙分散在水中，功能性纳米碳酸钙的质量为所加去离子水质量的2.8％，再加入丙烯酰胺和过硫酸铵，丙烯酰胺的质量为所加去离子水质量的8.8％，过硫酸铵的质量为丙烯酰胺质量的2％，充分混合，并在80℃中反应1h，然后经自然干燥、破碎、筛分，即得到60-80目的干凝胶。
一种刚玉磨具的制备方法，主要包括如下步骤：
1)、按65：25：10的质量称取有机-无机复合结合剂、磨料以及磷酸二氢铝；
2)、将称取的物料混合均匀，得到混合粉末；
3)、将混合粉末热压成型，得到坯体；
4)、将坯体于150℃煅烧4h，然后在230℃煅烧6h，即得到刚玉磨具。
实施例6
一种有机-无机复合结合剂，所述复合结合剂包括如下质量百分比的组分：干凝胶为55％；增塑剂为20％；活性填料为25％。其中增塑剂为聚酰胺PA1010；活性填料包括如下质量百分比的组分：氟硼酸钾2％，长石18％，硫化锌30％，石英30％，石墨20％。
干凝胶的制备过程主要包括如下步骤：
步骤一、将纳米二氧化锌分散在乙醇中，纳米二氧化锌的质量为乙醇质量的70％，再加入KH570，KH570的质量为纳米粉体的10％，使其完全溶解在乙醇中，并在85℃保温搅拌2h，反应结束后得到功能性纳米二氧化锌。
步骤二、将功能性纳米二氧化锌分散在水中，功能性纳米二氧化锌的质量为所加去离子水质量的1.8％，再加入丙烯酰胺和过硫酸铵，丙烯酰胺的质量为所加去离子水质量的7.8％，过硫酸铵的质量为丙烯酰胺质量的1％，充分混合，并在90℃中反应0.5，然后经自然干燥、破碎、筛分，即得到60-80目的干凝胶。
一种刚玉磨具的制备方法，主要包括如下步骤：
1)、按65：25：10的质量称取有机-无机复合结合剂、磨料以及磷酸二氢铝；
2)、将称取的物料混合均匀，得到混合粉末；
3)、将混合粉末热压成型，得到坯体；
4)、将坯体于150℃煅烧6h，然后在200℃煅烧10h，即得到刚玉磨具。
效果实施例
本发明实施例1-实施例6中的耐磨性是参照公开号为CN1187166C的中国专利(为叙述方便，下文称该专利为专利1)中所述的实验鉴定规程进行鉴定的，待利用专利1的测定方法测定出本发明实施例1-实施例6制备的刚玉磨具的磨削数据后，与专利1中砂轮的磨削数据进行对比，得出本发明中刚玉磨具的耐磨性提高/减少量，结果见表1。
表1实施例1-6制备的刚玉磨具耐磨性与专利1中砂轮的磨削数据对比结果
| 耐磨性提高量 | |
| 实施例1 | 15％ |
| 实施例2 | 18％ |
| 实施例3 | 21％ |
| 实施例4 | 23％ |
| 实施例5 | 24％ |
| 实施例6 | 18％ |
由表1可知，本发明制备的刚玉磨具，与专利1中的树脂金刚石砂轮相比，其耐磨性具有明显提高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种干凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将纳米粉体分散在浓度为95%的乙醇溶液中，再加入偶联剂，于35~85℃温度下搅拌均匀，即得到功能性纳米粉体；
步骤二、将功能性纳米粉体分散在去离子水中，然后加入丙烯酰胺单体，在加热到40~90℃的温度下缓慢加入过硫酸铵，充分混合后反应0.5~3h，然后经自然干燥、破碎、筛分，即得到60-80目的干凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种干凝胶的制备方法，其特征在于，步骤一中，纳米粉体的添加量为乙醇质量的20~70%，偶联剂的添加量为纳米粉体质量的5~10%。
3.根据权利要求1所述的一种干凝胶的制备方法，其特征在于，步骤二中，功能性纳米粉体的添加量为所加去离子水质量的1.8~6.8%，丙烯酰胺单体的添加量为所加去离子水质量的7.8~12.8%，过硫酸铵的添加量为所加丙烯酰胺单体质量的1~6%。
4.根据权利要求1所述的一种干凝胶的制备方法，其特征在于，所述纳米粉体为纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、纳米二氧化锆、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙或纳米二氧化锌中的任意一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种干凝胶的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为KH520、KH530、KH540、KH550、KH560、KH570中的任意一种。
6.一种干凝胶，其特征在于，其是利用权利要求1-5任一项所述的方法制备的。
7.一种有机-无机复合结合剂，其特征在于：所述复合结合剂包括如下质量百分比的组分：干凝胶 50-60 %，增塑剂 10-20%，活性填料 10-30 %。
8.根据权利要求7所述的一种有机-无机复合结合剂，其特征在于：所述增塑剂为聚酰胺PA6，PA66，PA610，PA1010中的任意一种或两种；
和/或；
所述活性填料包括如下质量百分比的组分：氟硼酸钾2-10 %，长石5-20 %，硫化锌10-50 %，石英10-30 %，石墨5-20 %。
9.一种刚玉磨具的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
1）、按65：25：10的质量称取有机-无机复合结合剂、磨料以及磷酸二氢铝；
2）、将称取的物料混合均匀，得到混合粉末；
3）、将混合粉末热压成型，得到坯体；
4）、将坯体于120~160℃煅烧4~6h，然后在200~260℃煅烧1~12h，即得到刚玉磨具。
10.一种刚玉磨具，其特征在于，其是利用权利要求9所述的方法制备的。
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