DE2635104B2 - Verfahren zur Herstellung von gebundenen Schleifkörpern - Google Patents

Description

Es ist bekannt. Schleifscheiben aus Schleifkorn und einem Bindemittel auf der Basis eines wärmehärtenden Harzes herzustellen. Dieses Harz kann ein Reaktionsprodukt von Phenol mit einem Aldehyd sein, wobei als Härter eine Methylengruppen-liefernde Substanz dient. Diese mit Phenolformaldehydharzen gebundenen Schleifscheiben besitzen hohe mechanische Festigkeit und ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber dem thermischen Abbau, was durch einen beträchtlich hohen Härteranteil, also einem sehr großen Angebot an Methylengruppen für die Aushärtung, erreicht wird, Diese Eigenschaften sind für viele Zwecke sehr wünschenswert, jedoch für einige Zwecke ausgesprochen schädlich, nämlich dort, wo es sich um das Schleifen von Produkten handelt die sehr wärmeempfindlich sind. Da phenolharzgebundene Schleifscheiben während des Betriebs im allgemeinen sehr heiß werden und damit auch der zu schleifende Gegenstand beträchtlich erwärmt werden kann, sind sie für wärmeempfindliche Gegenstände ungeeignet und man mußte bisher immer Schleifscheiben anwenden, die mit Shellak oder Alkydharzen gebunden sind. Bekanntlich ist Shellak nur in einem beschränkten Umfang verfügbar und die Handelsprodukte unterscheiden sich wesentlich in ihren Eigenschaften, so daß damit verbunden auch die Einhaltung von speziellen Eigenschaften von Shellakgebundenen Schleifscheiben zu großen Schwierigkeiten führen kann.

Aus der US-PS 33 23 885 sind Phenolharz-gebundene Schleifscheiben bekannt wobei besonders feste und stabile Struktur mit relativ großer Härte angestrebt werden. Das Aushärten findet in Gegenwart von Wasser statt welches dort einen besonderen Einfluß hat

ίο Die Härteranteile sind bemerkenswert hoch. Mit diesen Härtermengen, insbesondere Hexamethylentetramin, lassen sich keine weichschleifenden Scheiben für wärmeempfindliche Gegenstände herstellen. Die GB-PS 11 25 137 bringt nun Schleifscheibesi verbesserter Biegefestigkeit und Zähigkeit sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur, die in erster Linie für das Grobschelifen dienen. Auch dcrt ist der Anteil an Methylengruppen-Iiefernder Substanz, nämlich Hexamethylentetramin, in der Größenordnung von 3 bis 20%. Diese Scheiben sind nicht weichschleifend und eignen sich damit nicht für temperaturempfindiiche Gegenstände. Diese bekannten Scheiben sollen nach diesem Stand der Technik noch weiter durch Zusatz von Polyhydroxyäthern verfestigt und weniger wärmeempfindlich gemacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von weichschleifenden Scheiben, deren Schleifverhalten dem von Shellak gebundenen Scheiben entspricht die zu einer geringen Wärmeentwicklung führen und damit

jo wärmeempfindliche Gegenstände bei der Schleifoperation keiner ungebührlichen Wärmebelastung aussetzen. Die Erfindung geht nun aus von einem Verfahren zur Herstellung von gebundenen Schleifkörpern aus einem Gemisch von Schleifkorn, einem wärmehärtenden Harz auf der Basis eines Reaktionsproduktes von Phenol mit einem Aldehyd in einem Molverhältnis > 1 als Bindemittel und einem Härter in Form einer Methylengruppen-Iifernden Substanz. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet daß die Methylengruppen-liefernde Substanz in einer solchen Menge verwendet wird, daß zur Härtung 03 bis 1,5 Gew.-% Methylengruppen — bezogen auf Bindemittel und Substanz — zur Verfügung stehen. Als Härter wendet man beispielsweise Hexamethylentetramin, ein Aldehyd, Trimethylolphenol, ein Einstufen-Phenolaldehydharz oder deren Gemische an.

Werden höhere Anteile an Methylengruppen für die Härtung zur Verfügung gestellt, so werden die Schleifkörper zu fest und gegenüber thermischem Abbau zu widerstandsfähig und eignen sich daher nicht zur Bearbeitung von wärmeempfindlichen Gegenständen. Solche mit höheren Härteranteilen hergestellte Schleifscheiben können Shellak-gebundene Schleifscheiben nicht ersetzen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Schleifscheiben finden in großem Umfang für Polier- und Präzisionsschleifoperationen Verwendung, wenn das zu schleifende Material besonders wärmeempfindlich ist. Nach dem Stand der Technik, der sich ausschließlich mit hartschleifenden Schleifscheiben befaßt, wird ein Anteil an Hexamethylentetramin <3% als unerwünscht bezeichnet Für die erfindungsgemäß hergestellten weichschleifenden Scheiben führt aber ein solcher Härteanteil noch nicht zu den angestrebten Ergebnis-

f>5 sen.

Unter einem »Einstufenharz« versteht man ein Phenolaldehyd-Prepolymer, enthaltend eine wesentliche Anzahl von Methylolgruppen, die aus der

Umsetzung von Phenol und Aldehyd in einem Molverhältnis <1 herrühren. Unter »Novolak« versteht man ein schmelzbares lösliches Reaktionsprodukt von Phenol und Aldehyd bei einem Molverhältnis von Sl. 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 μπι gibt man dem Schleifkorn im allgemeinen eine Flüssigkeit vor Zugabe des pulverförmigen Bindemittels zu, um eine gleichmäßige Verteilung von Schleifkorn und Bindemittelpulver zu gewährleisten. In diesem Fall gibt es zwei Möglichkeiten für Methylengruppen, nämlich die Flüssigkeit und der pulverförmige Methylengruppen liefernde Körper im pulverförmigen Novolak. Wird die Schleifscheibe hergestellt mit einem Schleifkorn, welches feiner als 44 μπι ist, benötigt man zur Anfeuehiung für die gleichmäßige Mischung kein Furfurol oder Einstufenharz. In diesem Fall ist die Methylengruppen zur Verfugung stellende Substanz vollständig in dem pulverförmigen Zweistufenharz enthalten.

Die erfindüngsgcRiäß hergestellten Schleifkörper können aus 44 bis 60 Vol-% Schleifkorn, 56 bis 2 Vol.-°/o Bindemittel und 0 bis 38 Vol.-% Poren bestehen. Das Bindemittel kann 0 bis 30 Gew.-% Füllstoffe und 0 bis 30 Gew.-% Furfurol oder Einstufen-Harz neben 40 bis 100 Gew.-% Zweistufenr'vz aufweisen.

Werden die Methylgruppen vollständig von einem Methylgruppen liefernden Stoff zur Verfügung gestellt, wie Hexamethylentetramin, so laß', sich Hessen Aktivität berechnen und damit die Rezeptur der Ivtasse aufstellen. i> Es kommt jedoch vor, daß sich die Menge der aktiven Methylengruppen eines Mittels nicht leicht berechnen läßt. Man muß dann Vorversuche zur Bestimmung der benötigten Menge durchführen, um einen Schleifkörper mit milden Schleifeigenschaften — wie Shellak-gebundene Schleifscheiben — zu bekommen.

Wenn man als einzige Methylengruppen liefernde Verbindung Hexamethylentetramin verwendet, so sollte dessen Menge vorzugsweise 0,5 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Gewichte von Novolak und 4 > Hexamethylentetramin, ausmachen, da dann angenähert 03 bis 1,5 Gew.-% Methylengruppen zur Verfügung stehen. Werden neben Hexamethylentetramin noch andere Methylengruppen liefernde Substanzen angewandt, so kann man den Anteil an Hexamethy- w lentetramin um einen berechendbaren Anteil herabsetzen, wenn die aktiven Methylengruppen der anderen Verbindung bekannt ist oder man diesen Anteil experimentell bestimmen kann.

Die gesamte anzuwendende Menge an Methylen- v> gruppen liefernden Substanzen kann man also entweder berechnen oder durch Vorversuche im Hinblick auf eine Härtewirkung äquivalent einer zur Verfügungstellung von 03 bis 1 Gew.-°/o aktiven Methylengruppen oder im Falle von Hexamethylentetramin 0,5 bis 23 Gew.-% von t>o diesem Stoff bestimmen.

Mit Hilfe dieser Anweisung kann man durch einfache Routineversuche zu einer Rezeptur kommen, mit der man Schleifkörper der gewünschten weichen Schleifwirkung erhält. μ

Soll die Porosität des Schleifkörpers etwa 20 Vol.-% betragen, so ist es im allgemeinen vorteilhaft, Furfurol dem Bindemittel zuzusetzen und zusätzlich ein Abfangmittel für Feuchtigkeit wie aktives Calciumoxid. Die Menge an Furfurol oder Einstufenharz kann abhängig von der Rezeptur der Masse, der Schleifkorngröße, der Verarbeitungsmethoden und selbst der Umgebungsbedingungen (Temperatur und relative Feuchte) während der Verarbeitung weit variieren. Im allgemeinen wendet man für ausreichende Gemische von Binder und Schleifkorn 5 bis 30 Gew.-% Furfurol oder Emstufen-Harz, bezogen auf den gesamten Bindemittelanteil an.

Wie erwähnt, ist Hexamethylentetramin der bevorzugte feste Methylgruppen zur Verfügung stellende Stoff. Er wird in das Novolakpulver in einer Menge von O^ bis 2^ 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 für die Verbesserung der Benetzung und Homogenität der Masse ein flüssiges Einstufen-Formaldehydharz verwendet. Anstelle von Hexamethylentetramin kann man aber auch ein pulverförmiges oder flüssiges Einstufen-Formaldehydharz anwenden, welches mit dem Novolakpulver in einer solchen Menge vorgemischt wird, daß in dem Gemisch 0,3 bis 1,5 Gew.-% Methylengruppen zur Verfugung stehen.

Von besonderem Interesse ist die mechanische Festigkeit der Schleifscheibe und insbesondere die Berstfestigkeit unter Zentrifugalkräften. Um diese Eigenschaft festzustellen, wurden 4 mal 7 Schleifscheiben, 203 χ 12,7 χ 25,4 mm, aus einem Zweistufenharz enthaltend 0, 0,77, 1,51 bzw. 3,03 Gew.-% Hexamethylentetramin hergestellt und zwar auf folgende Weise:

Es wurden 13,25 kg Aluminiumoxid-Schleifkorn, 0,149 mm, in einem Mischer mit 035 kg eines flüssigen Einstufen-Phenolformaldehydharzes während 7 min gemischt, bis das Schleifkorn von dem flüssigen Harz gleichmäßig überzogen war. Dann wurden 1,94 kg pulverförmiges Zweistufen- Phenclformaldehydharz langsam eingebracht und weiter geuaseht, bis das angefeuchtete Schleifkorn im wesentlichen das gesamte Harzpulver aufgenommen hat Dieses Gemisch wurde zur Entfernung von Agglomeraten durch ein Sieb mit einer Maschenweite von etwa 035 mm gesiebt und in eine Stahlform eingebracht, Innendurchmesser 208 mm. Stempel 25,4 mm. In die Form wurden 0,94 kg des Gemisches 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 Scheiben wurden in einem Ofen bei einer Temperatur von 175° C gehärtet Die erhaltenen Scheiben betanden aus 48 Vol.-% Schleifkorn, 22 Vol.-% Bindemittel und 30 Vol.-% Poren.

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

Tabelle

% Hexamethylentetramin	Trocken	NaO
	m/s	m/s
0	94,4	77,2
0,77	109,6	78,7
1,51	113,7	96
3,03	115,2	91,4

Ebensolche Schleifscheiben wurden hinsichtlich der Schleifleistung untersucht und zwar unter Bedingungen, wie sie allgemein für Shellak-gebundene Schleifscheiben angewandt werden, d.h. Schleifen von korrosionsbeständigem Stahl der Spezifikation 410 unter Anwendung eines Kühlmittels. Die Untersuchungen wurden mit einer Flächenschleifmaschine »Norten S-3 6 χ 18«

Tabelle

vorgenommen, die Scheibengeschwindigkeit betrug 34 m/s, Tischgeschwindigkeit rund 1 m/min, Senkrechtvorschub (unit/total) 12,7/500 μπι. Als Kühlmittel diente Natriumnitrat und Alkanolamin in Wasser.

Die Schleifversuche wurden mit obigen erfindungsgemäßen Schleifscheiben und zum Vergleich mit Shellak-Schleifscheiben durchgeführt

Scheiben	Abschliff	Verhältnis	Mittlere	Oberflächen
verschleiß			Stromaufn.	güte
(mm)	(mm)	(g)	(W)

Vergleich

Novolak 0 % Hexam.
Novolak 0,77% Hexam.
Novolak 1,5% Hexam.
Novolak 3,03% Hexam.

1,120	0,960	0,60	665	83-87
1,676	0,678	0,26	500	85-90
1,087	0,983	0,59	750	75-80
0,825	1,082	0,85	850	85-90
0,660	1,196	1,17	115Ϊ/	80-85

Die Oberflächengüte ist das arithmetrische Mittel der Profilometermessungen. Die Oberflächengüte aller mit Schleifscheiben geringen Hexamethylentetramingehaits bearbeiteten Proben war akzeptabel und etwa entsprechend der Shellak-Schleifscheibe. Die anderen Schleifeigenschaften waren jedoch nicht so übereinstimmend. Alle Hexamethylentetramingehalte führten zu brauchbaren Schleifscheiben, jedoch zeigen 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, j5 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 1150W gsgenüber nur 665 W für das Vergleichsprodukt zeigt Um die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schleifkörper möglichst weitgehend an die von 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 Einzelnen. Es ist z. B. bekannt, daß niedere Temperaturen bei gebundenen Schleifkörpern auf der Basis von Phenolformeldehydharzen 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 Schleifvorgangs 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 Diamantkorn rechnet man 6 bis 32 Vol.-%.

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

Die Härtezeiten variieren mit der G.öße der Formkörper. Sie kann in einem normalen Konvektionsofen zwischen etwa 1 h für kleine Körper und 36 h für ^roße Körper betragen.

Wie erwähnt sind in manchen Fällen Vorversuche notwendig, um festzustellen, ob die entsprechende Rezeptur zu den gewünschten weichen Schleifeigenschäften führt Bei einem solchen orientierenden Versuch 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 festgestellt: Bei 0% Hexamethylentetramin flüssig, bei 0,5 - 2,5% kautschukartig zwischen weich bis hart bei 3% hart und bei 4 - 9% spröde.

Auf diese Weise läßt sich feststeilen, ob ein bestimmtes Gemisch für den in Aussicht genommenen Anwendungszweck geeignet 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 vertraglich sind, z. B. y-Aminopropyltriäthoxysilan.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gebundenen Schleifkörpern aus einem Gemisch von Schleifkorn, einem wärmehärtenden Harz auf der Basis eines Reaktionsprodukts von Phenol mit einem Aldehyd in einem Molverhältnis von > 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 zur Härtung 03 bis 1,5 Gew.-% Methylengruppen, bezogen auf Bindemittel und Substanzen, zur Verfügung stehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Härter Hexamethylentetramin, ein Aldehyd, Trimethylolphenol, ein Einstufen-Phenolaldehydharz oder deren Gemische verwendet

3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Hexamethylentetramin in einer Menge von 0,5 bis 2,5%, bezogen auf die Summe der Gewichte von Hexamethylentetramin und Harz, verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Bindemittel ein flüssiges Einstufen-Phenolformaldehydharz oder Furfurol zusetzt

5. verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man 44 bis 60 Vol.-% Schleifkorn und 56 bis 2 VoI.-% Bindemittel verwendet, wobei das Bindemittel 0 bis 30 Gew.-% eines Einstufen-Phenolformaidehydharz oder Furfurol und 0 bis 30 Gew.-% Füllstoff auf 100 bis 40 Gew.-% wärmehärtendes Harz enthält

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man 5 bis 30 Gew.-% Einstufen-Phenolformaldehydharz oder Furfurol dem wärmehärtenden Harz zusetzt