DE2635104A1 - Verfahren zur herstellung von gebundenen schleifkoerpern - Google Patents

Description

"Verfahren zur Herstellung von gebundenen Schleifkörpern"

Die Erfindung betrifft Phenolaldehydharz-gebundene Schleifkörper mit milder Schleifwirkung, wie sie normalerweise nur Schleifkörper aufweisen, die mit Shellak oder■Alkydharzen

gebunden sind. Die erfindungsgemäßen Körper sind gebunden mit einem pulverförmigen Novolak, enthaltend eine Methylengruppen liefernde Verbindung in solcher Menge, daß beim Härten nur 0,3 bis 1,5 Gew.-?6 Methylengruppen, bezogen auf das Gewicht des Phenolaldehydharzes und der Methylengruppen liefernden Verbindung zur Verfügung stehen. Als Methylengruppen liefernde Verbindung wendet man vorzugsweise Hexamethylentetramin, ein Aldehyd wie Formaldehyd oder Furfuraldehyd, Trimethylolphenol und/oder ein einstufiges Phenolaldehydharz an. Im Gegensatz dazu enthielten die bisher angewandten Phenolaldehydharze 3,6 bis 7,8 Gew.-% Methylengruppen, bezogen auf das Gewicht

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Unter einem "Einstufenharz" versteht man ein Phenolaldehydprepolymer, enthaltend eine wesentliche Anzahl von Methylolgruppen, die aus der Umsetzung von Phenol und Aldehyd in einem Molverhältnis unter 1 herrühren= Unter "Novolak" versteht man ein schmelzbares lösliches Reaktionsprodukt von Phenol und Aldehyd bei einem Molverhältnis von = 1. Bei einem "Zweistufenharz" handelt es sich um die physikalische Kombination eines Novolaks mit einer Methylengruppen liefernden Verbindung, wie Hexamethylentetramin. Beim Erwärmen vernetzt das Zweistufenharz zu einem unschmelzbaren, unlöslichen Polymeren.

Bei der Herstellung von Schleifscheiben mit einem Schleifkorn gröber als 44 /um (320 mesh USSS) gibt man dem SchMfkorn im allgemeinen ein flüssiges ' aufnehmendes Mittel vor Zugabe des pulverförmigen Bindemittels zu, um eine gleichmässige Verteilung des Bindemittelpulvers zu gewährleisten. In diesem Fall gibt es zwei Möglichkeiten für Methylengruppen, d.h. das flüssig^ " -aufnehmende Mittel -"wenn es sich um ein Aldehyd, wie Furfuualdehydjhandelt oder ein flüssiges Einstufenharz und eine pulverförmige Methylengruppen liefernde Verbindung im pulverförmigen Novolak. Wird die Schleifscheibe hergestellt mit einem Schleifkorn, welches feiner als 44 /um ist, benötigt man für die gleichmäßige Mischung kein flüssiges aufnehmendes Mittel. In diesem Fall ist die Methylengruppen zur Verfügung stellende Substanz vollständig in dem pulverförmigen Zweistufenharz enthalten.

Die gebundenen Schle ifkörper nach der Erfindung können aufgebaut sein aus 44 bis 60 Vol-% Schleifkorn, 56 bis 2 Vol-?£ Bindemittel und O bis 38 Vol-% Poren. Das Bindemittel

kann 0 bis 30 Gevr.-% Füllstoffe und 0 bis 30 Gew₉'-% flüssiges 709807/1065 - 4 -

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aufnehmendes Mittel neben 40 bis 100 Gew.-% Zweistufenharz aufweisen.

Werden die Methylgruppen vollständig von einem Methylgruppen liefernden Stoff zur Verfügung gestellt, wie Hexamethylentetramin, so läßt sich dessen Aktivität berechnen und damit die Rezeptur der Masse aufstellen· Es kommt jedoch vor, daß die Aktivität eines Methylengruppen liefernden MitteHs sich nicht leicht berechnen läßt. Man muß dann Vorversuche durchführen zur Bestimmung der benötigten Menge, um einen Schleifkörper mit milden Schleifeigenschaften wie bei Shellak gebundenen Schleifscheiben zu bekommen.

Wenn man als einzige Methylengruppen liefernde Verbindung Hexamethylentetramin anwendet, so sollte dessen Menge vorzugsweise 0,5 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Gewichte von Novolak und Hexamethylentetramin ausmachen, . da dann angenähert 0,3 bis 1,5 Gew.-% Methylengruppen zur Verfügung stehen. Werden neben Hexamethylentetramin noch andere Methylengruppen liefernde Substanzen angewandt, so kann man den Anteil an Hexamethylentetramin um einen berechenbaren Anteil herabsetzen, wenn die Aktivität der anderen Methylengruppen liefernden Verbindung bekannt ist oder man kann diesen Anteil experimentell bestimmen.

Die gesamte anzuwendende Menge an Methylengruppen liefernden Substanzen kann man also entweder berechnen oder durch Vorversuch bestimmen im Hinblick auf eine Härtewirkung äquivalent einer zur Verfügungstellung von 0,3 bis 1 Gew.-% Methylengruppen oder im Falle von Hexamethylentetramin 0,5 bis 2,5 Gew.-% von diesem Stoff.

Mit Hilfe dieser Anweisung kann man durch einfachejRoutineversuche zu einer Rezeptur kommen, mit der man Schleifkörper

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der gewünschten weichen Schleifwirkung erhält.

Als flüssiges - ;aufnehmendes Mittel für das pulverförmige Zweistufen-Phenolaldehydharz als Bindemittel wendet man bevorzugt nach der Erfindung ein flüssiges Einstufen-Phenolformaldehydharz an. Soll jedoch die Porosität des fertigen

sein

Schleifkörpers etwa 20 Vol-%, so ist es im allgemeinen vorteilhaft, für diesen Zweck Furfuraldehyd oder dergleichen wie üblich anzuwenden. Wird Furfurol oder dergleichen angewandt, so sollte man ein Abfangmittel für Feuchtigkeit wie aktives Calciumoxid dem Bindemittelpulver zusetzen. Die Menge an Flüssiglem aufnehmende:m Mittel kann weit variieren in Abhängigkeit von der Rezeptur der Masse, der Schleifkorngröße, der Verarbeitungsmethoden und selbst der Umgebungsbedingungen (Temperatur und relative Feuchte) während der Verarbeitung. Im allgemeinen wendet man für ausreichende Gemische von Binder und Schleifkorn 5 bis 30 Gew.-% flüssiges aufnehmendes Mittel, bezogen auf den gesamten Bindemittelanteil, an.

Wie erwähnt, ist Hexamethylentramin der bevorzugte feste Methylengruppen zur Verfügung stellende Stoff. Er wird in das Novolakpulver in einer Menge von 0,5 bis 2,5 Gew.-% eingebracht, bezogen auf die Summe der Gewichte Novolak und Hexamethylentetramin. Die Hexamethylentetraminmenge, die in einem Schleifkörper zu Eigenschaften führt, welche Shellak gebundenen Schleifscheiben weitgehend entsprechen ist 1 bis 2 Gew.-%, wenn man als flüssiges' " Mittel ein flüssiges Einstufen-Formaldehydharz verwendet. Anstelle von Hexamethylentetramin kann man aber auch ein pulverförmiges oder flüssiges Einstufen-Harz anwenden, welches vorgemischt wird mit dem Novolakpulver in einer solchen Menge, daß in dem Gemisch 0,3 bis 1,5 Gew.-?£ Methylengruppen zur Verfügung stehen.

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Von besonderem Interesse ist die mechanische Festigkeit der Schleifscheibe und insbesondere die Berstfestigkeit unter Zentrifugalkräften. Um diese Eigenschaft festzustellen, wurden 4 malVSchleifscheiben 203 x 12,7 x 25,4 mm hergestellt aus einem Zweistufenharz, enthaltend O, 0,77, 1,51 bzw. 3103 Gew.-% Hexamethylentetramin und zwar auf folgende Weise.

Es wurden 13,25 kg Aluminiumoxidschleifkorn 0,149 mm in einem Mischer mit 0,35 kg eines flüssigen Einstufen-Phenolformaldehydharzes gemischt während 7 min, bis das Schleifkorn von dem flüssigen Harz gleichmässig überzogen war. Dann wurden 1,94 kg pulverförmiges Zweistufen-Phenolformaldehydharz langsam eingebracht und weiter gemischt, bis das angefeuchtete Schleifkorn im wesentlichen das gesamte Harzpulver aufgenommen hat. Dieses Gemisch wurde zur Entfernung von Agglomeraten durchein Sieb mit einer Maschenweite von etwa 0,35 n™* gesiebt und in eine Stahlform eingebracht, Innendurchmesser 208 mm, Stempel 25,4 mm. In die Form wurden 0,94 kg des Gemischs eingebracht, die Deckelplatte aufgelegt und auf eine Scheibenstärke von 12,7 mm bei Raumtemperatur gepreßt, anschließend ausgeformt und auf eine feuerfeste Brennplatte gesetzt.

Die 28 S_cheiben wurden in einem Ofen bei einer Temperatur von 175⁰C gehärtet. Die Scheiben bestanden aus 48 Vol-%: Schleifkorn, 22 Vol-# Bindemittel und 30 VoI-^ Poren.

Von den je 7 Scheiben wurden 3 trocken und 3 nach einem Aufsaugen von Wasser bei Raumtemperatur während 10 Tage auf Zerstörung durch Geschwindigkeit untersucht.

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	% Hexamethylentetramin	- 6 -	2635104
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T	O	a b e 1 1 e
	trocken	naß
0,77	(sfpm) m/min	(sfpm) m/min "
	(18,600)	(15,200)
1,51	610.	499.
	(21,600)	(15,500)
3,03	708	(508)
	(22,400)	(18,900)
735	(620)
(22,700)	(18,000)
745	(590)

Ebensolche Schleifscheiben wurden hinsichtlich der Schleifleistung untersucht und zwar unter Bedingungen, wie sie allgemein für Shellak gebundene Schleifscheiben angewandt werden, d.h. Schleifen von korrossionsbeständigem Stahl der Spezifikation 410 unter Anwendung eines Kühlmittels, ^ie Untersuchungen wurden mit einer Flächenschleifmaschine "Norton S-3 6 χ 18" vorgenommen, die Scheibengeschwindigkeit betrug 220 m/min,Tischgeschwindigkeit rund 1 m/min, Senkrechtvorschub (u/hit/total) 12,7/500 /um (0,5/20 mils). Als Kühlmittel diente Natrimnitrat und Alkanolamin in Wasser.

Die Sohleifversuche wurden mit obigen erfindungsgemäßen Schleifscheiben und zum Vergleich mit Shellak-Schleifscheiben durchgeführt.,

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Tabelle

Vergleich	Scheibenver schleiß mm (mils) (44,1)	Abschliff mm (mils) (37,8)	Verhält nis g 0,60	mittlere Stromaufn. (W) 665	Oberflachen gute 83-87
	1,120	0,960
Novolak O % Hexam.	(66,0) 1,676	(26,7) 0,678	0,26	500	85-90
Novolak' 0,77 % Hexam.	(42,8) 1,087	(38,7) 0,983	0,59	750	75-80 -
Novolak 1,5% Hexam.	(32,5) 0,825	(42,6) 1,082	0,85	850	85-90
Novolak 3,03 % Hexam.	(26,0 0,660	(47,1 1,196	1,17	1150	80-85

Die Oberflächengüte ist das arithmetrische Mittel der Profilometermessungen. Die Oberflächengüte aller mit Schleifscheiben geringen Hexamethylentetramingehalt bearbeiteten Proben war akzeptabel und etwa entsprechend der mit Shellak-Sehleifscheibe. Die anderen Schleifeigenschaften waren jedoch nicht so übereinstimmend. Alle Hexamethylentetramingehalte führten zu brauchbaren Schleifscheiben, jedoch zeigten die Proben mit 0 und 3,03 % Hexamethylentetramin von den Eigenschaften des Vergleichsprodukts stark abweichende Werte für Scheibenverschleiß und Abschliff. Der Scheibenverschleiß bei der Scheibe mit 0 % Hexamethylentetramin war etwa 50 % höher als bei der Vergleichsscheibe, während der Abschliff 29 % geringer als bei dem Vergleichsprodukt war. Auch die Scheibe mit 3,03 % Hexamethylentetramin zeigte von dem Vergleichsprodukt sehr abweichende Eigenschaften, jedoch war in diesem Fall die Scheibe zu hartschleifend, wie sich aus dem Scheibenverschleiß von 0,66 mm und der sehr hohen Stromaufnahme von 1150 ¥ gegenüber nur 665 W für das Vergleichsprodukt zeigt. Um die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schleifkörper möglichst weitgehend an die von

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Shellak-Schleifscheiben anzupassen, sollten sie in einem Zweistufen-Harz 0,5 bis 2,5 Gew.-% Methylengruppen liefernde Substanz aufweisen.

Das Zweistufen-Harz, welches die dem Shellak-Körper am nächsten kommenden Eigenschaften ergab, enthielt 0,77 % Hexamethylentetramin mit einer Menge an flüssigem Einstufen-Phenolformaldehydharz entsprechend etwa 15 % der Summe der Gewichte von Einstufen-Harz und Zweistufen-Harz. Ist der Anteil an flüssigem Einstufen-Harz höher oder niederer, so liegt das Optimum an Hexamethylentetramin höher bzw. niederer innerhalb der Grenzen von 0,5 bis 2,5 Gew.-% des Zweistufen-Harzes.

Die Härtungsbedingungen und die Füllstoffzugabe steht im Belieben des Einseinen. Es ist z.B. bekannt, daß niedere Temperaturen beLgebundenen Schleifkörpern auf der Basis von Phenolformaldehydharzen zu einer ungenügenden Aushärtung des Bindemittels führen und damit die Schleifeigenschaften der Schleifscheibe weicher sind. Füllstoffe können dem Bindemittel einverleibt werden, um die Schleifwirkung weicher oder härter einzustellen oder um die Wirksamkeit des Schleif vorgangs zu verbessern, abhängig von der Auswahl der Füllstoffe.

In obigen Beispielen wurde als Schleifkorn Tonerde angewandt. Natürlich kann man auch anderes Schleifkorn einsetzen, wie Diamant oder Bornitrid, deren Anteile in den Körpern normalerweise jedoch geringer sind. Für Dianuantkorn rechnet man 6 bis 32

Die Härtungsbedingungen für die erfindungsgemäßen Schleifkörper sind im allgemeinen die üblichen, wie man sie beim Härten von Novolak-Bindemitteln anwendet, d.h. 140 bis 200⁰C.

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Die Härtezeiten variieren mit der Größe der Formkörper. Sie kann zwischen etwa 1 h für kleine Körper, und 36 h für große in einem normalen Konvektionsofen betragen.

Wie erwähnt, sind in manchen Fällen Yorversuche notwendig, um festzustellen, ob die entsprechende Rezeptur zu den gewünschten weichen Schleifeigenschaften führt» Bei einem solchen orientierenden Yersuch wird, das Gemisch 3 h bei 140⁰C gehalten und dann die physikalischen Eigenschaften bestimmt. Eine Anzahl von Novolaken, enthaltend Hexamethylentetramin zwischen 0 und 9 % werden in dieser Weise untersucht. Werden die Produkte bei 140° durch händisches Eindrücken geprüft, so wird folgendes festgestellts Bei 0 % Hexamethylentetramin flüssig, bei 0,5 - 2,5 % kautschukartig zwischen weich bis hart, bei 3 % hart und 4 - 9 %

Auf diese Weise läßt sich feststellen,, ob ein bestimmtes Gemisch für den in Aussicht genommenen MirmMnmgsz^eck ge-= eignet ist oder nicht.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Körper kann man auch Zusätze einarbeiten, die die Haftung zwischen Schleifkorn und Bindemittel begünstigen, wie Organosilane,die mit dem Bindemittel verträglich sind, z.B» j^-Aminopropyltriäthoxysilan.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1A-48 322 Patentansprüche

1 ο Verfahren zur Herstellung von gebundenen Schleifkörpern aus einem Gemisch von einem wärmehärtenden Harz auf der Basis eines Reaktionsprodukts von Phenol mit einem Aldehyd in einem MolverJaältnis von Λ 1 als Bindemittel und einem Härter in Form einer Methylengruppen liefernden Substanz, dadurch gekennzeichnet, daß man die Methylengruppen liefernde Substanz in einer solchen Menge verwendet, daß die Härtung O_S3 - 1_S5 Gew.-$ Methylengruppen, bezogen auf Bindemittel und Substanz ₉ entspricht„

2 ο Verfahren nach Ansprach 1, dadurch g e k e η η zeichne t_s daß man als Härter Hexamethylentetramin, ©in Aldehyds Trimethylolphenol₉ eia Einstufen-Phenolaldehydhars oder deren Gemische verwendet,

3«. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichne tj daß man Hexamethylentetramin in einer Menge von 0,5 bis 2,5 %₉ bezogen auf die Summe der Gewichte von Hexamethylentetramin und Harz, verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Hexamethylentetramin in einer Menge von 1 bis 2 % verwendet«

5« Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Bindemittel ein reaktives flüssiger aufnehmendes Mittel zusetzt»

6o Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnetj daß man als Mittel ein Umsetzungsprodukt von Phenol und Aldehyd in einea Molverhältnis von zumindest verwendet. 709807/1088-

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7. Verfahren nach Anspruch 5,. dadurch gekennzeichnet, daß man als Mittel ein Aldehyd, insbesondere Furfurol, verwendet.

8β Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Bindemittel bis 30 Gew.— % Rillstoff zusetzt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man 44 bis 60 VoI-^ Schleifkorn und bis 2 ΊοΊ-% Bindemittel verwendet, wobei das Bindemittel 0 bis 30 Gew.-% eines flüssigen aufnehmenden Mittels und 0 bis 30 Gew.-tf Füllstoff auf 100 bis 40 Gew.-% wärmehärtendes Bindemittel enthielt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η ζ e:i chne t, daß das flüssige aufnehmende Mittel in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-% vorlag. .

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