CN1958238A - 树脂粘结砂轮的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是利用树脂粘结剂固定了磨粒的组织中有气孔的树脂粘结砂轮的制造方法，可制造气孔尺寸和分布均匀的树脂粘结砂轮，并可制造机械强度提高的有良好研削性能的砂轮。该方法包括下述步骤：将磨粒、酚醛树脂粘结剂、水及发泡剂均匀地混合；然后添加固化促进剂均匀地混合；把得到的流动性混合物浇注到规定的铸模中，利用该固化促进剂的作用进行固化；然后从得到的固化体中除去水分进行干燥，此时利用该发泡剂的化学反应在该流动性混合物中形成气泡，固化后成为砂轮组织中的气孔。

Description

树脂粘结砂轮的制造方法

技术领域

本发明涉及树脂粘结砂轮的制造方法。

背景技术

研削及研磨用砂轮根据所使用的粘结剂的种类可大致分成陶瓷粘结剂砂轮、树脂粘结砂轮、金属粘结砂轮及电极沉积砂轮。其中，从快钝好，容易高能率研削使用的理由考虑大多使用树脂粘结砂轮。作为树脂粘结砂轮使用的有机粘结剂一般可举出酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇，作为其他的有机树脂可举出聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂等。着眼耐久性及耐热性好而主要使用酚醛树脂。

酚醛树脂为粘结剂的树脂粘结砂轮一般通过将材料混合物填充在规定的铸模内进行加压成型制造。把粉末状的酚醛树脂被覆在磨粒上，然后呈干燥状态进行填充，或者向制成液态的酚醛树脂中加入磨粒等形成液态混合物，采用所谓的浇注成型也可以制造。

砂轮的制造中，为了提高磨削时的快钝，即进一步提高磨削性，要求砂轮多孔化。由于研削加工中产生的磨削碎屑被捕捉在砂轮的气孔内，故如果大幅度地确保砂轮中气孔的比例，则砂轮与被削材料的接触面积大的场合或难削材料等容易产生堵塞孔的磨削加工的场合，宜于防止孔堵塞而提高磨削性。

然而，采用作为一般砂轮制造方法的上述的加压成型，酚醛树脂为粘结剂的树脂粘结砂轮的气孔率50％左右是极限，要想进一步提高气孔率，有熟化变形大、不能维持形状等的问题。

作为解决所述问题的研究是使磨粒利用酚醛树脂粘结剂相互粘合成的组织中有许多气孔的酚醛树脂多孔砂轮的制造方法，提出了包含以下工序为特征的酚醛树脂多孔砂轮的制造方法(专利文献1)，即：

通过对磨粒，酚醛树脂水溶液，固化剂及表面活性剂混合的流动性混合物进行搅拌，使该磨粒，该酚醛树脂水溶液，该固化剂及该表面活性剂均匀地混合，同时使该流动性混合物中生成许多气泡的混合搅拌工序；使该流动性混合物浇注到规定的铸模内的浇注工序；使该规定的铸模内前述流动性混合物固化的固化工序；使该固化工序中固化得到的固化成型体进行干燥，从该固化成型体中除去水分的干燥工序。

根据专利文献1公开的方法，作为生成气泡的机理，可举出干燥工序中水蒸发掉留下的气孔，和混合搅拌工序中使流动性混合物中生成许多气泡而形成的气孔，及混合在流动性混合物中的表面活性剂的起泡作用及整泡作用形成的气泡等。

然而，利用混合搅拌生成气泡、利用混合到流动性混合物中的表面活性剂的起泡作用及整泡作用得到气泡的场合，由于砂轮组织内所形成的气孔尺寸或分布依赖于流动性混合物的粘度或搅拌强度等的搅拌条件，故难控制，有时最后形成的气孔尺寸或分布缺乏均匀性。

另外，利用混合搅拌产生气泡由于需要大量的水，故固化后的砂轮内残留大量的水，水的干燥除去需要时间。为了缩短时间则要提高干燥温度，而干燥温度太高时，使砂轮产生裂纹的危险性增大。

此外，在上述方法中，作为粘结剂使用的酚醛树脂，由于在常温～60℃的比较低的温度下固化，故树脂本身的机械强度低，因此存在磨粒的保持力不够、不能获得良好的磨削性的缺点。为了弥补所述的缺点，例如可以通过在120～170℃对干燥后的固化体进行加热，促进酚醛树脂的固化而增加树脂粘结砂轮的磨粒保持力。然而，使用酯固化型酚醛树脂的场合，由于在常温～60℃的温度下基本上完成固化，所以即使增加120～170℃的加热工序，也不会得到大的效果。

专利文献1：WO 01/85394(权利要求1)

发明内容

本发明目的在于解决以下的两个课题。

(1)是在利用酚醛树脂粘结剂固定了磨粒的组织中有气孔的树脂粘结砂轮的制造方法，提供可以制造气孔尺寸或分布均匀的树脂粘结砂轮的方法。

(2)是在利用酚醛树脂粘结剂固定了磨粒的组织中有气孔的树脂粘结砂轮的制造方法，提供用于制造提高机械强度的有良好磨削性能的砂轮的方法。

作为解决前述课题(1)的方法，发现通过利用发泡剂的化学反应生成气泡来代替以往方法中利用混合搅拌生成气泡的技术，可以制造气孔尺寸、分布均匀的树脂粘结砂轮。

这种发泡剂通过与碱催化剂，具体地与碱金属氢氧化物的化学反应分解产生气体。通过这种作用生成气泡，使树脂粘结砂轮最后形成的气孔尺寸与分布均匀。

即，本发明的树脂粘结砂轮的制造方法是利用酚醛树脂粘结剂固定了磨粒的组织中有气孔的树脂粘结砂轮的制造方法，其特征在于包含磨粒，酚醛树脂粘结剂，水及发泡剂均匀地混合；然后添加固化促进剂，均匀地混合；把得到的流动性混合物浇注到规定的铸模中，利用该固化促进剂的作用使之固化；然后从得到的固化体中除去水分进行干燥的工序。此时通过该发泡剂的化学反应在该流动性混合物中形成气泡，固化后成为砂轮组织中的气孔。

前述制造方法中还可以包含干燥后加热前述流动性混合物进行固化的工序。

本发明的一种形态中，优选前述酚醛树脂是中性，并与碱催化剂一起进行混合。

本发明的另一种形态中，优选前述酚醛树脂是碱性。

优选前述发泡剂是粉末或液态，更优选前述发泡剂是粉末，是偶氮化合物和/或酰肼化合物，再优选前述发泡剂是4，4′-氧双苯磺酰肼。

另外，前述固化促进剂优选是有机酯化合物。

本发明的一种形态中，可再包含添加选自碱催化剂，触变材料，表面活性剂及填充剂中的一种以上并均匀地进行混合的工序。优选前述碱催化剂是碱性氢氧化物，前述触变材料是二氧化硅微粉，前述表面活性剂是阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂，两性表面活性剂或非离子表面活性剂的任何一种。

作为解决前述课题(2)的方法，发现通过增加使用酯固化型酚醛树脂在常温～60℃比较低的温度下固化的酯固化反应作为一次固化，再使用作为补强剂的加热固化型酚醛树脂(例如，热固性甲阶型树脂或酚醛清漆型树脂)并经加热固化的工序作为二次固化，可以得到提高作为砂轮组织粘结剂的酚醛树脂的机械强度、提高磨粒的保持力、具有良好的磨削性能的树脂粘结砂轮。

即，本发明是利用酚醛树脂粘结剂固定了磨粒的组织中有气孔的树脂粘结砂轮的制造方法，其特征在于包含磨粒，酚醛树脂粘结剂，水及发泡剂均匀地混合；添加补强剂，然后添加固化促进剂，均匀地混合；把得到的流动性混合物浇注到规定的铸模中，利用该固化促进剂的作用一次固化，此时通过该发泡剂的化学反应在该流动性混合物中形成气泡；从得到的固化物中除去水分进行干燥；然后再加热干燥后的固化体，利用该补强剂的作用二次固化的工序，经该发泡剂的反应形成的气泡成为砂轮组织中的气孔。

优选前述酚醛树脂粘结剂是碱性，前述补强剂是热固性甲阶型酚醛树脂或酚醛清漆型酚醛树脂，前述固化促进剂是有机酯化合物。

另外，优选前述发泡剂是粉末或液态，更优选前述发泡剂是粉末，是偶氮化合物和/或酰肼化合物，再优选前述发泡剂是4，4′-氧双苯磺酰肼。

本发明的一种形态还可以含添加选自碱催化剂、触变材料、表面活性剂及填充剂中的1种以上并均匀地进行混合的工序。优选前述碱催化剂是碱性氢氧化物，前述触变材料是氧化硅微粉，前述表面活性剂是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂或非离子表面活性剂的任何一种。

发明效果

根据解决课题(1)的本发明，与以往技术相比可得到以下的效果。

(1)为确保气孔用的水的添加量与以往技术相比，一半以下就够了，故可以缩短固化后的干燥时间。并且随着干燥导致的水分气化，可以使砂轮降低产生裂纹的危险性。

(2)降低干燥工序中的砂轮收缩量，因此，尤其是在制造气孔率大的砂轮的场合，使砂轮降低产生裂纹的危险性。

(3)由于通过发泡剂与碱催化剂的化学反应形成气孔，故与随混合搅拌卷入空气形成气孔相比，容易调节气孔孔径，气孔量，砂轮制造间及制造内的偏差也变小。

(4)能稳定地制造气孔尺寸和分布均匀的砂轮，与按照以往技术制造的相同组成的砂轮相比，机械强度提高。

(5)本发明使用的发泡剂由于在常温下通过化学反应进行发泡，故与热作用的发泡机理相比，形成气孔的偏差小。另外因迅速地进行发泡反应，故可在短时间内形成气孔。

(6)由于通过发泡反应在常温下迅速地生成气泡，气泡生成后利用固化剂的作用可迅速地仍在常温下固化流动性混合物。固化剂的使用与以往方法中的加压成型不同，可以稳定地制造小尺寸到大尺寸的砂轮。

根据解决课题(2)的本发明，除了作为解决课题(1)的本发明效果的前述6项以外，还可以获得提供机械强度高、有良好磨削性能的树脂粘结砂轮的效果。

实施发明的最佳方式

以下，对本发明的树脂粘结砂轮制造方法的适宜实施方式进行说明。

首先，解决课题(1)的本发明的第一实施方式是在利用酚醛树脂粘结剂固定磨粒的组织中有气孔的树脂粘结砂轮的制造方法，其特征在于包含磨粒，酚醛树脂粘结剂，水及发泡剂均匀地混合；然后添加固化促进剂，均匀地混合；把得到的流动性混合物浇注到规定的铸模中，利用该固化促进剂的作用固化；然后从得到的固化体中除去水分进行干燥的工序。此时通过该发泡剂的化学反应在该流动性混合物中形成气泡，固化后成为砂轮组织中的气孔。

本发明的制造方法中，首先将磨粒，酚醛树脂粘结剂，水及发泡剂均匀地混合，然后添加固化促进剂，均匀地进行混合。

由以上获得流动性混合物。混合时间等的条件可考虑使用的混合机，混合容量，混合材料，发泡反应的速度等而适当地决定。

本发明的制造方法中，接着把得到的流动性混合物浇注到规定的铸模中，利用固化促进剂的作用使之固化。铸模的形状，尺寸没有特殊限制，可以根据所制造的砂轮的形状、尺寸适当地进行选择。

固化温度是常温～60℃。流入铸模5分钟后，通过固化反应，流动性混合物基本上形成固体物。固体化的混合物为了充分地使之固化，优选放置1～24小时。放置时间可考虑原材料的种类及成型尺寸适当地决定。

本发明的制造方法中，通过发泡剂的化学反应在流动性混合物中形成气泡，固化后形成砂轮组织中的气孔。发泡剂与碱催化剂反应产生气体，形成气泡。发泡反应立即引起，固化结束时完成发泡反应。形成的气泡可利用固化促进剂的作用呈均匀分散的状态固定在粘结剂组织中。

本发明的制造方法中，接着从得到的固化体中除去水分进行干燥。经过干燥工序，在粘结剂组织中作为液体伴同的水分气化排到固体物的外部，故形成其干燥流路，或水分残留的地方成为空洞，形成小的连续气孔。这些气孔与发泡剂生成的气孔同时成为本发明的树脂粘结砂轮的气孔部。

就干燥来讲，可以使固体物留在铸模内直接干燥，也可以从铸模取出进行干燥。干燥温度在60～100℃，优选是60～80℃。干燥温度、干燥时间可以考虑所制造的树脂粘结砂轮的尺寸等适当地决定。

本发明的制造方法中，接着作为任意的工序，可以在干燥后加热前述流动性混合物进行固化。通过加热，可以进行酚醛树脂粘结剂的固化，可以使树脂粘结砂轮的磨粒保持力增加。加热温度例如是120～170℃。

解决课题(2)的本发明的第二实施方式，是在利用酚醛树脂粘结剂固定磨粒的组织中有气孔的树脂粘结砂轮的制造方法，其特征在于包含磨粒，酚醛树脂粘结剂，水及发泡剂均匀地混合；添加补强剂，然后添加固化促进剂，均匀地混合；把得到的流动性混合物浇注到规定的铸模中，利用该固化促进剂的作用一次固化，此时通过该发泡剂的化学反应在该流动性混合物中形成气泡；从得到的固体物中除去水分进行干燥；然后再加热干燥后的固化体，利用该补强剂的作用进行二次固化的工序，经该发泡剂的反应形成的气泡成为砂轮组织中的气孔。

本发明的制造方法中，首先将磨粒，酚醛树脂粘结剂，水及发泡剂均匀地混合。

再添加补强剂，接着添加固化促进剂，均匀地进行混合。

本发明中使用的补强剂是热固性甲阶型酚醛树脂或酚醛清漆型酚醛树脂。

热固性甲阶型酚醛树脂是在碱催化剂的存在下、酚类与醛类在常压下水中进行缩合制的酚醛树脂。可以使用的酚类、醛类及碱催化剂，如对一次固化用酚醛树脂粘结剂已说明的化合物。但合成树脂时所加的醛类相对于酚类是0.5～3倍摩尔的浓度，是按比一次固化用的酚醛树脂低的浓度进行添加。另外，一次固化(酯固化)用的酚醛树脂由于必须在常温～60℃的低温下引起固化反应，故必须增加作为固化反应的反应基团的羟甲基(-CH₂OH)，具体地，每一个苯环必须加成2～3个的羟甲基(-CH₂OH)，而作为二次固化中补强剂的热固性甲阶型酚醛树脂，是拟通过120～170℃的高温下的加热进行固化的酚醛树脂，不需要加成多的作为反应基团的羟甲基，具体地，每1个苯环加成1个以下(例如，0.5个：意味着每2个苯环加成1个羟甲基)～最大2个的羟甲基(-CH₂OH)便足够。

作为二次固化用的补强剂使用的甲阶型酚醛树脂，对每个重复单元，有1个或多个(最大4个)的苯环的情况，1个苯环的场合，醛类的添加量不需要多，具体地，每1摩尔酚醛树脂，醛类的添加量是0.5～2倍摩尔，多个苯环的场合，需要一定程度地增多，具体地，每1摩尔酚醛树脂是1.0～3倍摩尔的范围内。

酚醛清漆型酚醛树脂是以酸为催化剂合成的酚醛树脂。与甲阶型不同，由于比羟甲基化反应更容易进行亚甲基化反应，故环比较多，羟甲基基团比甲阶型少，常温下往往是粉末状。因此如后述，在常温～60℃进行的一次固化中，酚醛清漆型酚醛树脂不参与固化反应，在二次固化中通过加热到120～170℃开始参与固化反应。

一次固化用的酚醛树脂与二次固化用的作为补强剂的酚醛树脂的浓度比，典型地，按树脂的重量比是10∶0.1～10∶3，优选是10∶1～10∶2.5。

本发明的第一实施方式及第二实施方式中使用以下所述的材料。

作为本发明中能使用的磨粒，可举出氧化铝系磨粒、碳化硅系磨粒、氧化锆系磨粒、氧化铈、二氧化硅、氧化铬、CBN磨粒、及金刚石磨粒，这些可以单独使用，或2种以上混合使用。使用的磨粒的种类或组合可根据研削条件及被加工材质等适当地选择。另外，只要不脱离本发明的宗旨，也可以使用上述所列举的以外的材料。磨粒的粒径可以宽范围地使用1mm～亚微米。

本发明的第一实施方式中固化用的酚醛树脂粘结剂，或本发明的第二实施方式中的一次固化用的酚醛树脂粘结剂，是在碱催化剂的存在下，酚类与醛类在常压下水中缩合后调制成水溶液的甲阶型酚醛树脂。甲阶型酚醛树脂调成碱性使用，但也可以把添加碱催化剂作为条件，使用中性的酚醛树脂。酚醛树脂粘结剂是在碱性条件下与后述的固化促进剂反应、通过酯固化发挥一次固化作用的粘结剂。

作为本发明中能使用的酚类，除了苯酚外，例如还可举出甲酚，3，5-二甲苯酚，壬基苯酚，对叔丁基苯酚，异丙烯基苯酚，苯基苯酚等的烃基苯酚，或间苯二酚，邻苯二酚，对苯二酚，均苯三酚等的多元酚。另外，也可以使用如腰果壳液，木质素，丹宁之类的酚系化合物的混合物构成的酚类。这些各种的酚类可以单独使用，或2种以上混合使用。

作为本发明能使用的醛类，例如，可举出甲醛、多聚甲醛、乙醛、糠醛、乙二醛等。这些可以单独使用或2种以上混合使用。醛类相对于酚类可以是1.0～5倍摩尔的浓度，优选是1.0～3.0倍摩尔的浓度，更优选是1.5～2.5倍摩尔的浓度。醛类的浓度相对于酚类低于1.0倍摩尔时，交联后不呈现充分的强度，反之超过5.0倍摩尔时，担心未反应的醛造成的作业环境的恶化等而不妥。

作为本发明中能使用的碱催化剂，例如，可举出氢氧化锂，氢氧化钠，氢氧化钾等的碱性氢氧化物，可以单独地或2种以上混合使用。碱催化剂相对于酚类可以是0.01～2倍摩尔的浓度，优选是0.02～1.2倍摩尔的浓度，更优选是0.5～1.0倍摩尔的浓度。碱催化剂的浓度相对于酚类低于0.01倍摩尔时，树脂的制造需要相当长的时间，故不充分，反之超过2.0倍摩尔时，需要大量固化剂，并且作业环境上不好，因而不妥。

这样制得的酚醛树脂是水溶性，树脂的重均分子量Mw是500～8000。调制酚醛树脂水溶液使酚醛树脂成分为30～75重量％。酚醛树脂使用甲阶型酚醛树脂。再者，为了提高磨粒的粘结性，也可以在该酚醛树脂水溶液中添加作为其他添加剂的已知的硅烷偶联剂。作为硅烷偶联剂，例如优选环氧系硅烷或氨基硅烷等。另外，这种硅烷偶联剂也可以在获得流动性混合物的混合工序中添加。

中性酚醛树脂水溶液的场合，为了成为发泡剂的反应催化剂，加入上述的碱催化剂。另外碱性酚醛树脂水溶液的场合，为了调节发泡剂的反应，也可以加入上述的碱催化剂。

本发明中能使用的发泡剂是液态发泡剂或粉末发泡剂。

作为液态发泡剂的例子，可举出通式ROOC-N=N-COOR(式中，R表示可以是直链也可以是支链的C_1-4的低级烷基)表示的偶氮二羧酸二烷基酯。优选的偶氮二羧酸二烷基酯是偶氮二羧酸二异丙酯。另外，作为本发明中能使用的其他的偶氮二羧酸二烷基酯，可举出偶氮二羧酸二甲酯，偶氮二羧酸二乙酯，偶氮二羧酸二丙酯，偶氮二羧酸二叔丁酯及这些的混合物。

作为粉末发泡剂的例子，可举出偶氮二甲酰胺，偶氮二异丁腈等的偶氮化合物，p，p′-氧双苯磺酰肼、4，4′-氧双苯磺酰肼、二亚硝基五亚甲基四胺、苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼等的酰肼化合物等。

这些发泡剂可以根据目的单独使用或2种以上并用。另外，只要不脱离本发明的宗旨，也可以使用所列举的以外的物质作为发泡剂使用。

本发明中使用的固化促进剂是有机酯化合物。作为有机酯化合物，可以使用作为公知的碱性酚醛树脂水溶液的固化剂使用的酯化合物。例如，甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯、癸二酸甲酯、乙二醇二乙酸酯、甘油二乙酸酯、甘油三乙酸酯等的C_1-10的一元醇或多元醇与C_1-10的有机羧酸衍生的羧酸酯类，或γ-丁内酯、γ-己内酯、δ-戊内酯、δ-己内酯、β-丙内酯、ε-己内酯等的内酯类，或碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、4-乙基二氧杂茂酮、4-丁基二氧杂茂酮、4，4-二甲基二氧杂茂酮、4，5-二甲基二氧杂茂酮等的环状碳酸亚烷基酯等，其中，为了解决臭气和着火性的问题，特别优选使用γ-丁内酯、γ-己内酯、δ-戊内酯、δ-己内酯、β-丙内酯、ε-己内酯等的内酯类。

本发明的一种形态中，还可以添加选自碱催化剂，触变材料，表面活性剂及填充剂中的一种以上，均匀地混合。

碱催化剂优选是碱性氢氧化物。

作为触变材料，例如可举出氧化硅微粉。触变材料在流动性混合物中的原材料中比重分布大的场合，为了防止比重大的材料在水溶液中沉降后、砂轮组织不均匀，可以根据需要使用。

作为表面活性剂，可举出阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子性表面活性剂(非离子表面活性剂)等。优选是阴离子表面活性剂或非离子性表面活性剂。

作为阴离子表面活性剂，可举出月桂酸钠、硬脂酸钠、油酸钠等的脂肪酸盐，月桂基硫酸钠、月桂基硫酸三乙醇胺、月桂基硫酸铵、聚氧乙烯月桂基醚硫酸钠、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸钠等的硫酸酯盐，十二烷基苯磺酸钠、烷基二苯基醚二磺酸钠、烷基萘磺酸钠等的磺酸盐、高级醇磷酸单酯二钠盐、烷基磷酸钠盐、二烷基二硫代磷酸锌等的磷酸酯盐。

作为阳离子表面活性剂，可举出月桂基氯化胺、二羟乙基硬脂基胺、月桂基三甲基氯化铵等的高级烷基胺盐、三乙醇胺单硬脂酸酯的甲酸(蛾酸)盐、硬脂酰胺乙基二乙胺的乙酸盐，2-十七碳烯基-羟乙基咪唑啉等的高级脂肪酸的胺盐，氯化十六烷基吡啶盐等的高级烷基卤化物的胺盐，氯化硬脂酰胺甲基吡啶盐等的高级脂肪族酰胺的胺盐之类的铵盐，或类似于这些的锍盐或盐等。

作为两性表面活性剂，可举出N-烷基三甘氨酸、二甲基烷基甜菜碱、N-烷氧基甲基-N，N-二乙基甜菜碱、烷基甜菜碱、N-烷基-β-氨基丙酸盐、烷基二(氨乙基)甘氨酸盐酸盐、N-烷基牛磺酸盐、氨乙基咪唑啉有机酸盐等。

作为非离子表面活性剂，可举出聚氧乙烯烷基醚，聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯烷基萘基醚、聚氧乙烯化蓖麻油、聚氧乙烯松香醇、聚氧乙烯烷基硫醚、聚氧乙烯烷基酰胺、聚氧乙烯-聚氧丙烯二醇、聚氧乙烯-聚氧丙烯二醇乙二胺、聚氧乙烯单脂肪酸酯、聚氧乙烯二脂肪酸酯、聚氧乙烯丙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐单脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐三脂肪酸酯等的聚氧乙烯型表面活性剂，单脂肪酸乙二醇酯、单脂肪酸丙二醇酯、单脂肪酸二乙二醇酯、单脂肪酸甘油酯、脂肪酸季戊四醇酯、单脂肪酸山梨糖醇酐酯、倍半脂肪酸山梨糖醇酐酯、山梨糖醇酐三脂肪酸酯、脂肪酸蔗糖酯、脂肪酸单乙醇酰胺、脂肪酸单异丙醇酰胺等的多元醇型及羟烷基酰胺型表面活性剂、聚氧乙烯烷基胺，N-烷基丙二胺、N-烷基多亚乙基多胺、N-烷基多亚乙基多胺二甲基硫酸盐、烷基双胍、长链氧化胺等的胺型表面活性剂。

还可以根据需要加填充剂，例如可举出冰晶石、硫酸钡、硫酸钾、碳酸钙等，这些可以根据研削条件等适当进行选择。

根据以上说明的本发明的制造方法制造的树脂粘结砂轮的组成为以下的范围。即，磨粒体积率5～55体积％，气孔体积率5～85体积％，粘结剂率是100％-(磨粒体积％+气孔体积％)得出的值。本发明的树脂粘结砂轮的比重是0.5～2.5的范围。

附图说明

图1表示按照本发明制造方法的第一实施方式的砂轮及按照WO01/85394所公开方法制造的砂轮各组织的电子显微镜照片。

图2表示使用按照本发明制造方法的第一实施方式制造的砂轮的磨削试验后的被削材料表面的电子显微镜照片。

图3是按照本发明制造方法的第二实施方式的砂轮组织的电子显微镜照片。

图4是按照本发明制造方法的第一实施方式的砂轮组织的电子显微镜照片。

图5是研磨性能试验使用的研磨用砂轮的示意图。

符号说明

1：芯材

2：多孔弹性层

3：补强层

4：研磨层

具体实施方式

以下，将本发明的实施例与比较例一起进行说明，但这些只是证实本发明的实施可能性及实用性，不限定本发明。

(实施例1)

1.砂轮的制造与物性的测定

对本发明制造方法的第一实施方式(实施例1)及WO 01/85394公开的方法(比较例1)制造的树脂粘结砂轮，按以下的顺序测定各物性。调节砂轮的组成使磨粒体积率＝15％，粘结剂体积率＝18％，气孔体积率＝67％。

1-1.砂轮的制造(实施例1)

1-1-1.原材料

磨粒  GC#2000                                      944g

粘结剂：甲阶型酚醛树脂                             420g

(旭有机材料工业株式会社制，产品号：HPR 830)

固化剂：γ-丁内酯                                  104g

发泡剂(大化学，产品号：ユニフオ一ムAZ 90)    43g

水                                             210g

1-1-2.砂轮制造步骤

把粘结剂，水及发泡剂加到混合机中均匀地混合后，加入磨粒均匀地混合，接着加入固化剂均匀地混合。把得到的流动性混合物浇注到外径240×厚30×孔径36mm尺寸的铸模中，在常温下放置1小时，边发泡边固化。从铸模中取出得到的固化体，在60℃加热24小时使水分干燥。再用6小时从60℃升温到150℃，在150℃保持2小时进行固化反应。得到的砂轮的组成是磨粒体积率＝15.4％，粘结剂体积率＝18.0％，气孔体积率＝66.6％，比重＝0.710。

1-2.砂轮的制造(比较例1)

1-2-1.原材料

磨粒  GC#2000                                944g

粘结剂：甲阶型酚醛树脂                       420g

(旭有机材料工业株式会社制，产品名：HPR 830)

固化剂：γ-丁内酯                            207g

表面活性剂：阴离子表面活性剂                 104g

(花王株式会社，产品名エマ一ルAD-25R)

水：                                         420g

1-2-2.砂轮制造步骤

将粘结剂，水及表面活性剂加到混合机中均匀地混合，同时通过机械搅拌把空气卷入混合物中产生气泡。接着加入固化剂均匀地混合，把得到的流动性混合物浇注到外径240×厚30×孔径36mm尺寸的铸模中，在常温下放置12小时，使流动性混合物固化。从铸模中取出得到的固化体。在60℃加热48小时使水分干燥。再用6小时从60℃升温到150℃，在150℃保持2小时进行固化反应。得到的砂轮的组成是磨粒体积率＝15.2％，粘结剂体积率＝17.9％，气孔体积率＝66.9％，比重0.705。

1-3.砂轮物性的测定

对上述的实施例1及比较例1得到的砂轮按以下的顺序测定各物性。分别准备实施例1及比较例1的3个砂轮试样，取3个样品的平均值为物性数据。再者，所谓“干”表示制造后干燥状态的砂轮的物性数据，所谓“湿”表示制造后在水中煮沸2小时后的砂轮的物性数据。

1-3-1.弯曲强度(干、湿)

把砂轮切成40×10×15mm尺寸的长方体，按照JIS R1601-2004(精细陶瓷的弯曲强度试验方法)，在间隔距离20mm、荷重降低速度0.1mm/分条件下测定3点弯曲强度。

1-3-2.弯曲弹性模量(干、湿)

按照JIS R1602-2004(精细陶瓷的弯曲强度试验方法)，由弯曲强度试验中测定的砂轮的变形算出弹性模量。

1-3-3.洛氏硬度(干、湿)

洛氏硬度按照JIS Z 2245：2005(洛氏硬度试验-试验方法)，可对被试验体施加初试验力98.07N，然后施加一定的追加试验力，由除去追加试验力后的初试验下的永久塌陷深度h采用下式：130-h/0.002求出。试验使用1/2英寸钢球(直径12.7mm)，初试验力为98.07N，追加试验力为147.1N，测定洛氏硬度。

1-3-4.砂轮组织的观察

对弯曲强度测定后的砂轮使用磨光机精磨砂轮的断裂面，进行电子显微镜观察。

1-4.砂轮物性的测定结果

把弯曲强度，弯曲弹性模量及洛氏硬度的测定结果示于表1，把电子显微镜的照片示于图1。

[表1]  砂轮物性的测定结果

		实施例1	比较例1
				弯曲强度(MPa)	干	2.27	1.80
湿	2.03	1.60
			弯曲弹性模量(GPa)		干	0.0256	0.0281
湿	0.0228	0.0236
				洛氏硬度	干	-177	-194
湿	-179	-209

弯曲强度，实施例1中得到干、湿状态下均比比较例1高20％以上的值。洛氏硬度，实施例1的砂轮得到干、湿状态下均比比较例1硬的结果。弯曲弹性模量，实施例1中得到干、湿状态下均比比较例1高20％以上的值。实施例1中的高弯曲弹性模量估计是气孔的均匀性比比较例1高。

对比干与湿的场合，实施例1及比较例1的任何一方均没出现劣化程度上的大的差别。

将图1的电子显微镜照片加以比较看出，实施例1中发泡剂反应形成的100～200μm的均匀气孔呈均匀分散态，而比较例1中机械搅拌卷入的气泡所形成的10～300μm的气孔呈不均匀分散态。另外虽然电子显微镜照片中没确认，但实施例1与比较例1均通过伴同粘结剂的水分的干燥而形成了微小的气孔。

由这些结果说明，通过发泡剂的化学反应形成气孔的实施例1，与采用机械搅拌卷入空气形成气孔的比较例相比，确保了组织的均匀性(即，气孔孔径的均匀性，气孔分布的均匀性)。这估计一个原因是实施例1中砂轮的机械强度提高。

另外，对比砂轮制造中水的使用量看出，实施例1只需要比较例1中量的一半以下。这在其后的工序中有利于缩短干燥时间，因缩短砂轮制造需要的时间而提高制造效率。另外，由于水的使用量少，故可以比过去降低作为粘结剂使用的酚醛树脂因水导致的劣化，这一个原因也是砂轮的机械强度提高。

2.磨削性能试验

使用按照本发明制造方法的第一实施方式制造的两种树脂粘结砂轮，按以下的步骤进行磨削性能试验。

2-1.试验条件

2-1-1.使用的砂轮

使用不同的磨粒(GC#400及GC#800)的2种砂轮。这些砂轮的具体制造步骤与上述的“1-1-2，砂轮制造步骤”相同。

规格：GC#400(磨粒体积率＝13.0％，粘结剂体积率＝15.2％，气孔体积率＝71.8％)

GC#800(磨粒体积率＝13.9％，粘结剂体积率＝16.4％，气孔体积率＝69.7％)

尺寸：φ405×15×φ203.2mm

2-1-2.被磨材料

材质：SUS 304、铝、铜

尺寸：SUS 304 φ78×300mm

铝            φ10×50mm

铜            φ84×100mm

2-1-3.磨削盘

种类；丰田工机制CNC圆筒磨削盘

型式：GPN-5P(11KW)

2-1-4.磨削液

名称：クレカツトNS201(可溶型)

稀释倍率：稀释50倍

2-1-5.修整条件

砂轮修整器：单石金刚石修整器

砂轮周速度：33.3m/s

修整切入：φ0.005mm/次×10次

修整导程：0.05mm/旋转一次

2-1-6.磨削条件

磨削方式：湿式切入研削

砂轮周速度：33.3m/s

被磨材料周速度：0.33m/s

切入速度：φ0.001mm/s

取代：φ0.05mm

无火花磨削(スパ一クアウト)：3秒

2-1-7.评价项目

精加工面粗糙度    R_max

被磨削材料除去尺寸  φmm

被磨削材料磨削后的表面照片观察

2-2.磨削结果

把使用磨粒为GC#400及GC#800的砂轮的磨削试验结果分别示于表2及表3。

表2  磨削性能试验的结果-GC#400

被削材料	Rmax(μm)	被磨削材料除去尺寸(φμm)
			SUS304	1.40	11.1
铝	1.62	45.4
			铜	1.55	18

磨粒为GC#400的砂轮，整修面粗糙度R_max在1.40～1.62μm之间变化，被磨削材料引起的变化不大。被磨削材料除去尺寸(φμm)，氧化铝磨削量最多，其次按磨削量多的顺序是非铁金属-铜，最后是作为铁系材料的SUS304。磨削试验中没有因磨削阻力异常上升等造成的磨削作业中止的状况，可正常地完成磨削作业。磨削后的被磨削材料没发生振痕、刮痕、磨削泛黄，精加工正常。

[表3]  磨削性能试验的结果-GC#800

被切削材料	Rmax(μm)	被切削材料除去尺寸(φμm)
			SUS304	0.63	8.6
铝	1.15	34
			铜	0.57	8

磨粒为GC#800的砂轮，就整修面粗糙度R_max来讲，SUS304与铜是0.60μm左右，而只铝为1.15μm，成为比较高的值。这估计是切削量多，不引起研磨作用的缘故。初切削材料除去尺寸(φμm)，铝切削量最多，作为非铁金属的铜与作为铁系材料的SUS304是基本相同的值。磨削试验中没有因磨削阻力异常上升等造成的磨削作业中止的状况，可正常地完成磨削作业。磨削后的被磨削材料没发生振痕、刮痕、磨削泛黄，精加工正常。

把磨削后的被磨削材料表面的电子显微镜照片示于图2。尤其是没观察到刮痕，可正常地磨削。

(实施例2与3)

1.砂轮制造与物性的测定

对按照本发明制造方法的第二实施方式(实施例2)及本发明制造方法的第一实施方式(实施例3(与实施例2的对比))制造的树脂粘结砂轮按以下的步骤测定各物性。砂轮的组成调节成磨粒体积率＝22％，粘结剂体积率＝24％，气孔体积率＝54％。

1-1.砂轮制造(实施例2)

1-1-1.原材料

磨粒GC#2000                                   1118g

酚醛树脂：甲阶型酚醛树脂(不挥发成分含量45％)  420g

(旭有机材料工业株式会社制，产品名：HPR830)

固化促进剂：γ-丁内酯                         104g

补强剂：热固性甲阶型酚醛树脂                  42g

(不挥发分90％)

(住友ベ一クライト公司制スミライトレジン)

发泡剂(大化学，产品名：ユニフオ一AZ90)      47g

水                                            314g

1-1-2.砂轮制造步骤

把酚醛树脂、水及发泡剂加到混合机中均匀地混合后，加入磨粒均匀地混合，然后加入补强剂，接着加入固化促进剂均匀地混合。向外径240×厚30×孔径36mm尺寸的铸模中浇注制得的流动性混合物，在常温下放置1小时，边发泡边固化。从铸模中取出制得的固化体，在60℃加热24小时使水分干燥。再用2小时从60℃升温到150℃，在150℃保持4小时进行固化反应。得到的砂轮的组成是磨粒体积率＝22.0％，粘结剂体积率＝24.1％，气孔体积率＝53.9％，比重0.996。

1-2.砂轮制造(实施例3)

1-2-1.原材料

磨粒GC#2000                                   1018g

酚醛树脂：甲阶型酚醛树脂                        420g

(不挥发分45％)

(旭有机材料工业株式会社制，产品名：HPR830)

固化促进剂：γ-丁内酯                           104g

发泡剂(大化学，产品名：ユニフオ一ム AZ90)     22g

表面活性剂：(信越化学工业株式会社制产品名：F258)26g

水                                              229g

1-2-2.砂轮制造步骤

把酚醛树脂、水、表面活性剂及发泡剂加到混合机中均匀地混合后，加入磨粒均匀地混合，然后加入固化促进剂均匀地混合。向外径240×厚30×孔径36mm尺寸的铸模中浇注制得的流动性混合物，在常温下放置1小时，边发泡边固化。从铸模中取出制得的固化体，在60℃加热24小时使水分干燥。再用6小时从60℃升温到150℃，在150℃保持2小时进行固化反应。制得的砂轮的组成是磨粒体积率＝22.7％，粘结剂体积率＝24.7％，气孔体积率＝52.6％，比重1.025。

1-3.砂轮物性的测定

对上述实施例2及实施例3制得的砂轮按以下的顺序测定各物性。分别准备实施例2及实施例3的3个砂轮试样，取3个试样的平均值为物性数据。

1-3-1.弯曲强度

把砂轮切成40×10×15mm尺寸的长方体，按JIS R1601-2004(精细陶瓷的弯曲强度试验方法)，在间隔距离20mm，荷重降低速度0.1mm/分条件下测定3点弯曲强度。

1-3-2.弯曲弹性模量(干、湿)

按照JIS R1602-2004(精细陶瓷的弯曲强度试验方法)，由弯曲强度试验中测定的砂轮的变形算出弹性模量。

1-3-3.砂轮组织的观察

对弯曲强度测定后的砂轮使用磨光机精磨砂轮的断裂面，进行电子显微镜观察。

1-4.砂轮物性的测定结果

把弯曲强度、弯曲弹性模量示于表4，把砂轮组织示于图3(实施例2)及图4(实施例3)。

[表4]

	实施例2	实施例3
			弯曲强度(MPa)	10.0	5.9
弯曲弹性模量(GPa)	0.82	0.27

实施例2与实施例3相比，弯曲强度得到高70％以上的值，弯曲弹性模量得到高3倍以上的值。实施例2中的高弯曲弹性模量估计是气孔的均匀性比实施例3高的缘故。

对比砂轮组织可看出，示于图3中的实施例2其气孔大小是10～100μm，气孔的分散均匀，而示于图4中的实施例3，砂轮气孔的分散不均匀。另外，观察出实施例2中磨粒被粘结剂牢固地保持住，而实施例3中是游离的磨粒。判断这是实施例2中由于补强剂的作用树脂强度提高、因此牢固地保持磨粒的缘故。另一方面，判断实施例3中粘结剂的强度弱、磨粒的保持力不够、使用磨光机精磨断裂而最终磨粒发生游离的缘故。

2.研磨性能试验

对按照本发明制造方法的第2实施方式(实施例2)及第一实施方式(实施例3(实施例2的对比))制造的树脂粘结砂轮分别评价研磨性能。

2-1.砂轮制造

2-1-1.原材料(实施例2)

磨粒GC#800                                   1118g

酚醛树脂：甲阶型酚醛树脂                     420g

(不挥发分45％)

(旭有机材料工业株式会社制，产品名：HPR830)

固化促进剂：γ-丁内酯                        104g

补强剂：热固性甲阶型酚醛树脂                 42g

(不挥发分90％)

(住友ベ一クライト公司制スミライトレジン)

发泡剂(大化学，产品名：ユニフオ一ムAZ90)         47g

水                                                 314g

2-1-2.原材料(实施例3)

磨粒GC#800                                         1018g

酚醛树脂：甲阶型酚醛树脂                           420g

(不挥发分45％)

(旭有机材料工业株式会社制，产品名：HPR830)

固化促进剂：γ-丁内酯                              104g

发泡剂(大化学，产品名：ユニフオ一ムAZ90)         22g

表面活性剂：(信越化学工业株式会社制，产品名：F258) 26g

水                                                 229g

2-1-3.砂轮制造步骤

实施例2，实施例3分别使用2-1项所表示的原材料，按照1-1-2项(实施例2)及1-2-2项(实施例3)所示的制造步骤成型制得树脂粘结砂轮。此外，使用实施例2及实施例3的砂轮制造如图5表示的研磨用砂轮。

图5中，构件1是研磨加工时沿其周向旋转的穴径76.2mm的芯材，构件2是设在芯材外周上的多孔弹性体(例如，海绵材料)。构件3是设在多孔弹性体外周上的补强层。补强层由固定在多孔弹性体外周上的橡胶层与设在该橡胶层内部的纤维构成。构件4是实施例及比较例的砂轮分别构成的研磨层。

2-2.研磨性能试验

使用实施例2，实施例3的研磨用砂轮按下述的研磨条件加工1500块被研磨材料，对最后加工成的被研磨材料评价精加工面粗糙度R_a、R_z、R_max。

2-2-1.研磨条件

砂轮尺寸：外径150mm×长610mm×孔径76.2mm

被研磨材料：玻璃基材环氧树脂贴铜层压板

厚度：0.8t

尺寸：510mm×410mm

研磨机：正兴C&E公司制印刷基板研磨机

砂轮旋转数：1800rpm

振动：470cpm

通过次数：1次

被研磨材料传送速度：2m/分

研磨压：2.0A

被研磨材料的加工块数：1500块

2-2-2.研磨试验结果

[表5]

	Ra(μm)	Rz(μm)	Rmax(μm)
				实施例2	0.092	0.698	0.855
实施例3	0.180	1.321	1.640

实施例2与实施例3进行对比，得到面粗糙度低且微细的面。判断这是因为实施例2的砂轮磨粒的保持力比实施例3大，抑制磨粒的脱落，作为切刀的磨粒量多。

按照本发明的方法制造的砂轮可在粗研削及精加工研磨中使用，不仅用于圆筒磨削、平面磨削内面磨削，而且也可应用于抛光，衍磨等的最后精加工。作为被削材料或被研磨材料可适用于铁系材料，但也可适用于铜等的非铁金属，适宜用于超硬，硅，氧化铝，碳化物，氮化物，蓝宝石，石英，各种玻璃，陶瓷材料等的硬脆性材料所代表的非铁系材料的磨削或研磨。

Claims (14)

1.树脂粘结砂轮的制造方法，其是利用酚醛树脂粘结剂固定了磨粒的组织中有气孔的树脂粘结砂轮的制造方法，包括下述步骤：将磨粒、酚醛树脂粘结剂、水及发泡剂均匀地混合；然后添加固化促进剂，均匀地混合；把得到的流动性混合物浇注到规定的铸模中，利用该固化促进剂的作用固化；然后从得到的固化体中除去水分进行干燥，此时利用该发泡剂的化学反应在该流动性混合物中形成气泡，固化后成为砂轮组织中的气孔。

2.树脂粘结砂轮的制造方法，其是利用酚醛树脂粘结剂固定了磨粒的组织中有气孔的树脂粘结砂轮的制造方法，包括下述步骤：将磨粒、酚醛树脂粘结剂、水及发泡剂均匀地混合；添加补强剂，然后添加固化促进剂，均匀地混合；把得到的流动性混合物浇注到规定的铸模中，利用该固化促进剂的作用一次固化，此时通过该发泡剂的化学反应在该流动性混合物中形成气泡；从得到的固化体中除去水分进行干燥；然后再加热干燥后的固化体，利用该补强剂的作用二次固化，经该发泡剂的反应形成的气泡成为砂轮组织中的气孔。

3.权利要求2所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其中前述补强剂是热固性甲阶型酚醛树脂或酚醛清漆型酚醛树脂。

4.权利要求1～3的任何一项所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其中前述酚醛树脂粘结剂是中性的，并与碱催化剂一起进行混合。

5.权利要求1～3的任何一项所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其中前述酚醛树脂粘结剂是碱性的。

6.权利要求1～5的任何一项所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其中前述固化促进剂是有机酯化合物。

7.权利要求1～6的任何一项所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其中前述发泡剂是粉末或液态。

8.权利要求7所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其中前述发泡剂是粉末，是偶氮化合物和/或酰肼化合物。

9.权利要求7所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其中前述发泡剂是4，4′-氧双苯磺酰肼。

10.权利要求1、4、5、6、7、8、9的任何一项所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其特征在于还包括干燥后对前述流动性混合物加热进行固化的工序。

11.权利要求1～10的任何一项所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其特征在于，还添加选自碱催化剂、触变材料、表面活性剂及填充剂的1种以上，均匀地进行混合。

12.权利要求4或11所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其中前述碱催化剂是碱性氢氧化物。

13.权利要求9或10所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其中前述触变材料是二氧化硅微粉。

14.权利要求11～13的任何一项所述的树脂粘结砂轮的制造方法，其中前述表面活性剂是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂或非离子表面活性剂的任一种。

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