CN85106817A - 超级胶体磨用磨石-聚合物复合材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种超级胶体磨用磨石-聚合物复合材料，其特征在于，在超级胶体磨用多孔的陶瓷磨石的内部孔隙中，使热塑性和热固性的聚合物从孔隙的壁石，在所说的磨石中的孔隙总体积的30到60％范围之内长大并填充，使得超级胶体磨用磨石的孔隙的70到40％留下，它的体积分数Vp在0.09到0.21范围之内。

Description

本发明涉及一种超级胶体磨用磨磨石-聚合物复合材料及其制造方法。

作为未利用过的资源的一种利用，把鸡、猪和牲畜的骨头、更多的鱼的废物等等作为舌感无味的糊状食物供应到市场上;豆子和粮食的细粉碎和其它工业原料的超细粉碎已经成为要开发的重要问题。

现在，在市场上可得到各种各样的粉碎机，其中之一的超级胶体磨（液化碾磨机）优先为工业所使用。

作为它们的一个例子，就Masscolloider（商业名称）进行描述，该机可以说是一个超级胶体磨的代表。该磨由上下两个砂轮组成，在两个砂轮之间的间隙可以自由地调节。上砂轮被固定，在它和高速转动的下砂轮之间产生强的离心力，冲击碾磨和剪切力。靠它们的综合作用完成超细粉化。因此作为使用的磨石材料，需要适当的硬度和韧性。

作为一个例子，用上述的Masscolloider磨来说明普通的陶瓷砂轮（磨石）的性能。借助于在轴端部的叶轮和高速转动的下砂轮产生的冲击和离心力，投入漏斗的原料首先进入上下两砂轮之间的空隙，在该处原料受到强的剪切力、压力和由此引起的碾磨力。结果，原料逐渐地被超细粉碎，随后出料。

这里，超级胶体磨的寿命取决于陶瓷砂轮。它的最大缺点是砂轮容易发生损坏（破坏），如果在运转中，因为摩擦热的不均匀分布导致热膨胀，并由此热膨胀使砂轮变形，则可能发生事故，砂轮的损坏与这种事故有关。为什么普通的砂轮需要适当的韧性，其道理就在于此。

在使用高硬度的材料或干燥材料作为粉碎的原料的情况下，砂轮的摩擦热变得特别高，从而易于引起损坏（破坏）。如果扩大砂轮之间的周隙来避免损坏，则细粉碎就变为不可能。为了解决上述问题，许多年来试过多种改善的方法，但是这些努力没有成功。

如果砂轮的损坏（破坏）不象上述那样由于摩擦热而产生，则可能完全改变粉碎的一般方法，并且生产能力会在很大程度上得到改善。例如，直到现在，为了抑制在砂轮上摩擦热的产生，转数已经降低。由此，生产下降是不可避免的。此外，按照上述的理由，陶瓷砂轮的制造厂家不生产高速的大尺寸的砂轮，但是，如果不担心损坏（破坏），他们会生产大尺寸的陶瓷砂轮供给超级胶体磨的制造厂。结果是，如果直径增大，例如增大50%，产量会提高约2.5倍。最要紧的是在操作中能保证安全。

下面给出具体的实施例详细地描述它的优点。陶瓷磨石由三要素组成：颗粒、粘合剂和连接的孔隙。如果蛋白质粘附到三大要素之一的孔隙位置，则由有害的细菌引起的腐烂将从这些位置发生。所以，在使用时，需要用金属刷等很好地清洗和去除粘附物。但是没有办法清洗粘附在内部孔隙的物质。此外，因为这些孔隙部分的分布是不均匀的，所以由摩擦热引起膨胀破裂。如果能人为地用具体目标性质的物质填充这些连接的孔隙，则使用氮化硼型颗粒比作为制造磨石原料的刚玉型（Al₂O₃）颗粒和碳化硅型（SiC）颗粒可能更为优越。

如果使用氮化硼型颗粒制造磨石，并且使用这种磨石制造超级胶体磨，则碾磨高硬度的物质;粉碎干燥的材料和超细粉碎也成为可能，并且对粉碎工业和超级胶体磨的贡献是惊人的。

图1是一个普通陶瓷磨石的示意剖面图。图2是本发明的陶瓷磨石（聚合物复合材料）的一个示意剖面图。图3和图4是表明的聚合物复合材料的陶瓷磨石，作为静砂轮和动砂轮装配到超级胶体磨上的位置示意图。

本发明为超级胶体磨提供磨石-聚合物复合材料，其特征在于，在超级胶体磨的多孔陶瓷磨石的内孔隙内，使热塑性和热固性的聚合物从孔隙的壁面长大并填充所说的磨石孔隙总体积的30%到60%，从而使得超级胶体磨的磨石中的70到40%的孔隙留下，它的体积分数Vp在0.09到0.21范围内。并且超级胶体磨用磨石-聚合物复合材料的制造方法的特征在于，把热塑型和热固型塑料（合成树脂）的单体或低聚物在减压或加压下，强行注入超级胶体磨的多孔陶瓷磨石的内孔隙内，利用热能使浸渍的单体在原处缩聚后，进行表面整修。

如上述，本发明的要点是找到了超级胶体磨的磨石-聚合物复合材料和它的制造方法，其中，在陶瓷磨石的结构体中存在的连接孔隙中，使一定量的热塑性聚合物从孔隙的壁石朝着孔隙的中心部分固定和填充。

关于使聚合物填充在固态材料的孔隙中的复合材料的制造技术，在从1978年9月起连续5个月在《塑料时代》上已详细发表。但是制造有聚合物的陶瓷磨石复合材料的技术没有提到。因为聚合物填充陶瓷磨石的整个连接孔隙中使冲击强度降低，所以在哪个位置和使多少聚合物在这些孔隙中形成都是要点。

换句话说，如图1的示意剖面图所示，普通的陶瓷磨石的剖面有一个多孔的结构，在这里，连接的孔隙（2）位于颗粒（1）之间，当水浇到磨石表面时，水立刻渗入。在本发明中，如图2所示，使热塑性塑料的原料单体沿着孔隙壁面浸渍入连接的孔隙（2）中，该浸渍的单体在原处聚合，并且使热塑性聚合物（3）长大并填充，以便制造超级胶体磨用的预期的磨石-聚合物复合材料。

〔作用〕

下面，用具体的实施例来说明。由NO.46、NO.80、NO.120（硬度：T）的陶瓷化Al₂O₃颗粒制造的静轮和动轮中的孔隙比示于表1。

以表1中所示的孔隙作为100，在磨石表层和内部的孔隙容积分别为约40到60%和约30到40%填充聚合物，从而使得填充物的量，作为一个整磨石来源，从表面层向着内层减少。

虽然具体方法在后面叙述，但由试验结果来看，在浸渍乙烯树脂单体以后，通过除气过程明显地得到聚合物的梯度分布。

说明本发明的制造工艺方法，见附图5所示的方框图。

根据上面的流程图来说明制造方法。首先，按适用于超级胶体磨的形状将磨石粗加工，称重后，把它放到浸渍槽中，然后用真空泵抽空。为了除去磨石孔隙中存在的空气，在减压下进行一定量的抽吸，之后把预先配制的浸渍剂，例如，乙烯树脂型单体通过管子从贮存槽导入浸渍槽中。把处理溶液注入，直到磨石被完全浸没，此后松开真空抽吸管的旋塞。这时，液面受大气压力的推动，使处理溶液挤进磨石的孔隙内。

当使液面恢复到常压后，把真空抽吸管用螺旋管连到N₂气并上，并施加压力到浸渍槽中的液面上。当达到20公斤/厘米²的计示压力时，关上N²气并的出口，使其在这一状态下保持几个小时。

经过一定的时间后，浸渍槽的内部恢复到正常的压力，完全排出槽中的处理溶液。此后，把真空抽吸的口再连到真空泵上，使在减压下进行抽吸。通过减压条件和当时的时间来调节处理溶液在磨石中的分布，从而处理溶液富集在表面层，向着内层逐渐减少。

当重新回到正常压力之后，把磨石从浸渍槽中取出并用玻璃纸包好。

将浸透乙烯基单体用玻璃纸包好的磨石放入预先在60-70℃下加热的热空气循环聚合槽中。聚合反应在这前后的4小时开始发生，磨石内部温度愈来愈高。当上升到连接160℃后，内部温度逐渐下降到聚合槽内的温度。

在此状态下完成聚合后，从聚合槽中取出磨石并称重，根据浸渍处理液时的重量和聚合完成时的重量，处理液的转变率和聚合物的形成率可以被确定。揭去玻璃纸，磨石进入精整工序。

精整要用钻石修整器。整平要在表面上泼水并且外围要用金属带捆紧，把精整过的产品装到Masscolloider上制成超级胶体磨。装磨石时，从顶部和底部各减少几个毫米的宽度是很重要的。

这里是一个具体的例子。复合磨石的部分数据由下列体积分数表示。此例用的是使甲基异丁烯酸（MMA）浸渍。由Clenorton公司制造的49号磨石（定子和转子），然后将其聚合。

＊VM：磨石的实质部分，VP：填入磨石空隙的聚合物，Vv：复合磨石保留的孔隙。

注意：最好是根据物质的组成元素的体积分数来评价物质的特性。

当处理液浸渍磨石时，通常乙烯基类型的单体和偏乙烯基类型的单体可以单独使用也可以结合起来用。但若旨在提高抗热性时，使用聚碳酸酯、聚酰亚胺等的单体或低聚体。作为聚合引发剂，可以用各种商品，但最好是用苯甲基过氧化物（BPO）或偶氮二异丁腈（AIBN）并加入量要少于单体重量的1%。

〔实施例〕

例1

Clenorton公司制造的46号陶瓷磨石（颗粒：Al₂O₃）（体积：1652立方厘半，重量减压：3900克，比重：2.36，真比重：4.99）用厚壁橡皮管连接真空泵，从浸渍水槽一侧的口在减压下抽真空。通过抽大约一小时真空，压力减小到10毫米水银柱高。在此状态下再持续抽一小时真空之后关闭旋塞。另一方面，在一个槽内将50克的AIBM加到5公斤的MMA中，溶液，配制好后将MMA引入浸渍槽中。由于浸渍内是真空的，所以MMA通过管子强有力地流入槽内。在MMA溶液全部流入槽内后，打开旋塞使浸渍槽恢复常压。把用来减压的真空抽嘴与氮气瓶相连，当所用旋塞关闭后，氮气被引入槽内对液面施加压力。当浸渍槽的压力阀指在25公斤/平方厘米处时，旋塞保持关闭状态大约3小时。之后，打开旋塞使浸渍槽恢复常压并将MMA处理液全部从槽内引出。再次关闭所有的旋塞，再度在减压下抽真空。

当槽内压力回到大约100毫米水银柱高后，继续抽真空约30分钟。这时，关闭旋塞使其保持10分钟。然后，打开所有的旋塞。从泡渍槽中取出磨石并称重。其重量为4625克，所以浸入的MMA的量约为725克。

把MMA浸渍的磨石用玻璃包三层，放在事先加热到75℃的热气循环聚合槽中。经大约3小时后，热逐渐产生出来，在内部中心温度达到近180℃之后，使聚合温度逐渐降低并与聚合槽的温度平衡。从磨石放入聚合槽直到聚合完成要用大约5小时。打开包裹的玻璃纸，取出带聚合物的复合磨石。经称重，重量为4480克。在725克作为单体被浸渍的MMA中，有580克转接为聚合物，其转变率为80%。

580克MMA聚合物相当于总重的13%。根据计算，由计算真比重得到的孔隙，平均有19.2%被填充。然而，用光学显微镜观察截面证实，聚合物富集在表面层，并向内部逐渐减少。

经计算，剩余的孔隙为80.8%。为精整复合磨石，要使用金钢石修整器，在表面泼冷水，进行整平。产品外围要用金属带捆紧。

把产品装到Masscolloider上，并经过超级胶体磨的试验，得到了良好的结果。

例2

将Clenorton公司所生产的46号陶瓷磨石（颗粒：Al₂O₃）（体积：1749立方厘米，重量：4130克，比重2.36，真比重：4.92）放入浸渍槽，用和例1相同的方式进行浸渍，使用MMA和苯乙烯（St）混合比率为1的混合物，加入1.5%的BPO，以此作为处理液。浸渍后的重量为5142.5克，有1012.5克处理液浸入磨石。

聚合以后的重量是4940克，它相当于聚合物重810克。经过聚合，转变率约为80%。810克聚合物相当于总重的16%。从真比重的计算确定平均填充了61.4%的孔隙。然而用光学显微镜观察截面的表面，填充的聚合物富集的表面层，越向内层填充量越少。观察结果说明了这样一个明显的事实，聚合物从孔隙壁表面生长，而中心部位成为孔隙。根据计算，未被聚合物填充的剩余孔隙为38.6%。用与例1相同的方法进行精整。

〔发明效果〕

常规陶瓷磨石的使用范围：

1.几乎所有都是用于整平和抛光的。

2.部分用于湿磨，但被指出有下列缺点：如在带有有机物质的表面有凹面阻塞，以及类似的问题。

发明的复合磨石的使用范围：

1.当然可以用于整平和抛光。

2.可用在食品工业、化学工业和制药工业中进行无菌卫生研磨;

3.可以进行干磨;

4.可以对弹性物质和木质和纤维素材料进行细磨。

下列示出一个木质材料的例子。木质材料从来就是很难磨细的。但用复合磨石，收率大于80%的木质材料可以磨成小于10微米的颗粒。从X光衍射分析的结果可以明显地看到一个值得注意的特性：在普通的研磨过程中，木质材料的结晶区会被破坏成为非晶质;反之在使用复合磨石时，可使颗粒细小而晶体不被破坏。

除上所述，当使用装有复合磨石的超级胶体磨时，操作时不必担心磨石破损。整个超精磨过程可以在重压下进行，因此不必再进行毫微米级的粉末筛选，结果提高了生产率。

这些同原来的磨石相比的优点可以从下面得到的进一步的证实。对于用陶瓷磨石做为厚材料的复合磨石，耐磨性和耐用性的改进最突出。还因为聚合物有助于晶粒的保持和稳定，并且其粘结程度也可达到最优。

把传统产品和发明产品比较，总结如下表

发明的磨石和传统陶瓷磨石的耐久性比较试验

陶瓷磨石	发明磨石
		1）在各产品间产生极大差异2）由于磨石整平所使用的方法超出常规，所以抗热压缩性差3）在试验范围中，由于脱落现象磨损严重。特别是在研磨高硬度物质时脱落现象明显。4）使用寿命短，抗高温性能差5）易出现裂纹、损伤和溃散。6）磨石的研磨能力差，即使物质成为超细颗料的能力差。其性能大约是右边所示磨石	1）因为通过填充聚合物的化学反应及过程，得到了均匀的复合材料。所以产品间的差异问题得到解决。2）有强抗压性3）具有抗磨损性。由于颗粒持久稳定，并且不存在孔隙，所以防止了颗粒脱落，因而有极好的抗磨损性能。4）使用寿命，特别是在高压负载下的抗高温性能优良5）完全不出现裂纹，损伤和溃散。6）磨石的研磨能力强，即使物质成为超细颗粒的能力强。其性能是左边

陶瓷磨石	发明磨石
		性能的三分之一。	所示磨石性能的2.5到3倍

使用装了带MMA聚合物的复合磨石的Masscolloider进行研磨试验的方法和结果如下：如图3和图4所示，本发明的磨石-磨合物复合材料用于定子和转子磨石。旋转磨石可以通过调整手柄的金属配件上下自由滑动，并通过调节间隙，来使所研磨的原材料生产出粒度适合需要的产品，粒度极稳定而不需要筛选过程的超细颗粒可长时间连续生产以获得最佳效果。

Claims (4)

1、一种用于超级胶体磨的磨石-聚合物复合材料，其特征在于，在超级胶体磨的多孔陶瓷磨石孔隙内部，使热塑性及热固性聚合物从孔隙壁表面生长并填充磨石孔隙总体积的30%到60%，所以，用于超级胶体磨的磨石内部保留70%到40%的孔隙。因而体积分数VP在0.09到0.21范围内。

2、一种用于超级胶体磨的磨石-聚合物复合材料的生产方法，其特征在于，热塑型和热固型塑料（合成树脂）的单体或低体在减压或外加压力条件下强制注入用于超级胶体磨的多孔陶瓷磨石的孔隙内部，并且当浸渍的单体利用热能在原地聚缩后，进行表面精磨。

3、根据权利要求2，用于超级胶体的磨的磨石-聚合物复合材料的生产方法，其特征在于，产品的周围要用金属带包裹。

4、用于超级胶体磨的磨石-聚合物复合材料的生产方法，其特征在于，安装磨石时，磨石从顶部和底部各减少几个毫米的宽度。

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