JP6924436B2 - Carbon nanotube-coated abrasive grains - Google Patents

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本発明は、樹脂材料を母相とする粒子分散型複合材料の機能性付与,性能向上のために複合する、界面接着強度に優れる被覆砥粒に関するものである。より詳細には、樹脂材料に、高強度、高熱伝導性および高電気伝導性、耐摩耗性を付与するため、および砥粒加工用工具(以下、砥石)の砥粒保持力を向上させるために添加される界面接着強度に優れる被覆砥粒に関するものである。 The present invention relates to coated abrasive grains having excellent interfacial adhesive strength, which are composited for imparting functionality and improving performance of a particle-dispersed composite material having a resin material as a matrix. More specifically, in order to impart high strength, high thermal conductivity, high electrical conductivity, and wear resistance to the resin material, and to improve the abrasive grain holding force of the abrasive grain processing tool (hereinafter, grindstone). The present invention relates to coated abrasive grains having excellent interfacial adhesive strength to be added.

砥粒とは、一般に、砥石に、切れ刃として用いられるダイヤモンドやcBNなどの粒子を示す。しかし、ここでは、砥石に用いられる粒子だけではなく、構造部材など粒子分散型複合材料に用いられる粒子を総称して「砥粒」と記すこととする。 Abrasive particles generally refer to particles such as diamond and cBN used as cutting edges on a grindstone. However, here, not only the particles used for the grindstone but also the particles used for the particle-dispersed composite material such as structural members are collectively referred to as "abrasive grains".

(被覆砥粒)
一般に、樹脂材料等の母相に多数の砥粒を複合してなる粒子分散型複合材料において、砥粒の持つ高強度、高熱伝導性、高電気伝導性、耐摩耗性を発現するために、砥粒と母相である樹脂材料との界面接着強度が重要である。この界面接着強度を向上させるために、砥粒の表面をある物質で被覆した被覆砥粒が用いられる。
(Coated abrasive grains)
Generally, in a particle-dispersed composite material in which a large number of abrasive grains are composited with a matrix such as a resin material, in order to exhibit the high strength, high thermal conductivity, high electrical conductivity, and abrasion resistance of the abrasive grains, The interfacial adhesive strength between the abrasive grains and the resin material that is the matrix is important. In order to improve the interfacial adhesive strength, coated abrasive grains in which the surface of the abrasive grains is coated with a certain substance are used.

(被覆砥粒への要望)
たとえば、砥石の1形態であるレジンボンド砥石の加工面側(表面側)に配置される砥粒層は、樹脂材料にダイヤモンド砥粒を複合したダイヤモンド樹脂複合材料である。レジンボンド砥石は、加工中に、切れ刃であるダイヤモンド砥粒が脱落して、工具寿命に至る。近年、難削材加工の要求が高まる中、さらに界面接着強度を改善した被覆ダイヤモンド砥粒が求められている。特に、ハイレシプロ研削(ワークテーブルを高速反転運動させる研削方法)においては、最大砥粒切り込み深さが大きく、砥粒への加工負荷が大きくなることから、砥粒の脱落が課題となっている。
(Request for coated abrasive grains)
For example, the abrasive grain layer arranged on the processed surface side (surface side) of the resin bond grindstone, which is one form of the grindstone, is a diamond resin composite material in which diamond abrasive grains are composited with the resin material. During processing of the resin bond grindstone, diamond abrasive grains, which are cutting edges, fall off, and the tool life is reached. In recent years, as the demand for processing difficult-to-cut materials has increased, coated diamond abrasive grains with further improved interfacial adhesive strength have been demanded. In particular, in high-reciprocating grinding (a grinding method in which a work table is inverted at high speed), the maximum depth of cut of abrasive grains is large and the processing load on the abrasive grains is large, so that the abrasive grains fall off. ..

(従来技術による対策)
そのため、ダイヤモンド砥粒の表面に金属被覆を形成して、ダイヤモンド砥粒と樹脂材料(砥石においてはボンド材)との界面接着強度を高める対策がなされている。特許文献1では、ダイヤモンド砥粒の表面に、銅、チタン等の金属被覆を形成し、砥粒と樹脂材料と界面で、物理的結合力であるアンカー効果により、界面接着強度を高める対策がなされている。前記アンカー効果は、表面積に比例して界面接着強度を増加させるため、特許文献2では、表面積の大きいナノ材料であるカーボンナノチューブを表面に配置したカーボンナノチューブ被覆ダイヤモンド砥粒を用いた対策がなされている。特許文献3では、カーボンナノチューブなどの炭素フィラーと樹脂材料とを共重合体によって化学結合させることで、界面接着強度を高める対策がなされている。
(Countermeasures by conventional technology)
Therefore, measures are taken to increase the interfacial adhesive strength between the diamond abrasive grains and the resin material (bonding material in the grindstone) by forming a metal coating on the surface of the diamond abrasive grains. In Patent Document 1, a metal coating such as copper or titanium is formed on the surface of diamond abrasive grains, and measures are taken to increase the interfacial adhesive strength by the anchor effect, which is a physical bonding force, at the interface between the abrasive grains and the resin material. ing. Since the anchor effect increases the interfacial adhesive strength in proportion to the surface area, in Patent Document 2, measures are taken using carbon nanotube-coated diamond abrasive grains in which carbon nanotubes, which are nanomaterials having a large surface area, are arranged on the surface. There is. In Patent Document 3, measures are taken to increase the interfacial adhesive strength by chemically bonding a carbon filler such as carbon nanotubes and a resin material with a copolymer.

(特許文献1、2の問題点)
しかしながら、特許文献1、2では、表面積を大きくした被覆ダイヤモンド砥粒を用いて、アンカー効果によってダイヤモンド砥粒と樹脂材料との界面接着強度を高めることができるものの、これらの手法では、ダイヤモンド砥粒と樹脂材料との間には化学結合が形成していないため、界面接着強度を十分に高めることができない。特許文献2では、直径が10nm以下のカーボンナノチューブを砥粒表面に被覆することにより、金属被覆よりも表面積を大きくして、特許文献1に比べて、より高いアンカー効果を引き出している。しかし、表面積を大きくすることには制限があり、界面接着強度をさらに高めることができないという問題点がある。また、特許文献1と同様に、ダイヤモンド砥粒と樹脂材料との間には化学結合が形成していないという問題点がある。
(Problems of Patent Documents 1 and 2)
However, in Patent Documents 1 and 2, although the coated diamond abrasive grains having a large surface area can be used to increase the interfacial adhesive strength between the diamond abrasive grains and the resin material by the anchor effect, these methods use the diamond abrasive grains. Since no chemical bond is formed between the resin material and the resin material, the interfacial adhesive strength cannot be sufficiently increased. In Patent Document 2, by coating the surface of the abrasive grains with carbon nanotubes having a diameter of 10 nm or less, the surface area is made larger than that of the metal coating, and a higher anchor effect is brought out as compared with Patent Document 1. However, there is a limitation in increasing the surface area, and there is a problem that the interfacial adhesive strength cannot be further increased. Further, as in Patent Document 1, there is a problem that no chemical bond is formed between the diamond abrasive grains and the resin material.

(特許文献3の問題点)
特許文献3では、砥粒と樹脂材料の接着が砥粒の官能基を用いた化学結合のみであり、アンカー効果がないため、界面接着強度が十分に得られないという問題点がある。さらに、官能基量が少ない砥粒、あるいは官能基修飾が難しい砥粒において、官能基量が不足し、十分な界面接着強度が得られないという問題点がある。
(Problems of Patent Document 3)
In Patent Document 3, there is a problem that the interfacial adhesive strength cannot be sufficiently obtained because the adhesion between the abrasive grains and the resin material is only a chemical bond using the functional group of the abrasive grains and there is no anchor effect. Further, in the abrasive grains having a small amount of functional groups or the abrasive grains in which it is difficult to modify the functional groups, there is a problem that the amount of functional groups is insufficient and sufficient interfacial adhesive strength cannot be obtained.

特開2007− 38337号公報JP-A-2007-38337 特開2010− 64217号公報JP-A-2010-64217 特開2012−149164号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-149164

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものである。すなわち、本発明は、樹脂複合材料(高強度、高熱伝導性、高電気伝導性を有する材料、砥粒加工を行う砥粒加工用工具、砥石等)に用いられる砥粒と樹脂材料との界面接着強度を向上させ、複合材料における導電性等の機能性の向上、界面剥離による複合材料の強度低下の抑制、砥石における砥粒脱落の抑制(工具寿命の向上)などのためのカーボンナノチューブ被覆砥粒を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances. That is, the present invention relates to an interface between abrasive grains and a resin material used for a resin composite material (material having high strength, high thermal conductivity, high electrical conductivity, abrasive grain processing tool for performing abrasive grain processing, abrasive stone, etc.). Carbon nanotube-coated abrasives for improving adhesive strength, improving functionality such as conductivity in composite materials, suppressing reduction in strength of composite materials due to interfacial peeling, and suppressing abrasive grain dropout (improvement of tool life) in grindstones. The purpose is to provide grains.

本発明における課題の解決手段の概要は、以下のとおりである。(1)砥粒表面に配置したカーボンナノチューブ被覆により、砥粒の表面積を向上させ、強いアンカー効果を発現させ、界面接着強度を高める。(2)表面積が大きく、官能基修飾が容易なカーボンナノチューブ被覆により、砥粒の表面に多数の反応性官能基を有する化学結合相を導入し、界面接着強度を高める。(3)カーボンナノチューブ被覆の表面に反応性官能基を有する共重合体からなる化学結合相を配置し、官能基の種類、量を任意に選択できるようにする。(4)砥粒とカーボンナノチューブ被覆の結合においては、砥粒表面の官能基とカーボンナノチューブ表面の官能基とを構成要素とする化学結合を有する化学結合相を配置する。 The outline of the means for solving the problem in the present invention is as follows. (1) The carbon nanotube coating arranged on the surface of the abrasive grains improves the surface area of the abrasive grains, exerts a strong anchoring effect, and enhances the interfacial adhesive strength. (2) By coating carbon nanotubes having a large surface area and easily modifying functional groups, a chemically bonded phase having a large number of reactive functional groups is introduced on the surface of the abrasive grains to increase the interfacial adhesive strength. (3) A chemical bond phase composed of a copolymer having a reactive functional group is arranged on the surface of the carbon nanotube coating so that the type and amount of the functional group can be arbitrarily selected. (4) In the bonding between the abrasive grains and the carbon nanotube coating, a chemical bond phase having a chemical bond having a functional group on the surface of the abrasive grains and a functional group on the surface of the carbon nanotube is arranged.

すなわち、本発明は、少なくとも次の構成・特徴を採用するものである。
(態様1)
砥粒の表面に、カーボンナノチューブが絡み合うように構成されたカーボンナノチューブ被覆を備えたカーボンナノチューブ被覆砥粒であり、前記砥粒は、表面側に官能基Xを有し、前記カーボンナノチューブは、表面側に官能基Yを有しており、前記官能基Xと前記官能基Yとを構成要素とする化学結合を有する化学結合相CLが、前記カーボンナノチューブ被覆と前記砥粒の間に存在し、カーボンナノチューブ被覆砥粒の最表面に官能基Zを有する化学結合相CL’が存在し、前記官能基Zが、オキサゾリン基、イソシアネート基、エポキシ基、酸無水物官能基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、からなる群から選択された1種以上の官能基であることを特徴とするカーボンナノチューブ被覆砥粒。
That is, the present invention employs at least the following configurations and features.
(Aspect 1)
It is a carbon nanotube-coated abrasive grain having a carbon nanotube coating configured so that carbon nanotubes are entangled with each other on the surface of the abrasive grain. The abrasive grain has a functional group X on the surface side, and the carbon nanotube is a surface. A chemically bonded phase CL having a functional group Y on the side and having a chemical bond having the functional group X and the functional group Y as constituent elements exists between the carbon nanotube coating and the abrasive grains. A chemically bonded phase CL'having a functional group Z is present on the outermost surface of the carbon nanotube-coated abrasive grains, and the functional group Z is an oxazoline group, an isocyanate group, an epoxy group, an acid anhydride functional group, a hydroxyl group, a carboxyl group, A carbon nanotube-coated abrasive grain characterized by being one or more functional groups selected from the group consisting of an amino group.

本発明によれば、本発明のカーボンナノチューブ被覆砥粒をフェノール等の樹脂材料に複合化した際に、カーボンナノチューブが絡み合うように構成されたカーボンナノチューブ被覆によるナノサイズの細孔に樹脂が入り込み、高いアンカー効果を発現させる。これととともに、カーボンナノチューブ被覆に多数の反応性官能基を導入しておくことで、カーボンナノチューブ被覆と樹脂材料との化学結合を形成できる。特に、フェノール樹脂(変性フェノール樹脂を含む)に対して、オキサゾリン基、イソシアネート基、エポキシ基、酸無水物官能基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基などを配置することによって、化学結合を形成できる。つまり、カーボンナノチューブ被覆の高い表面積によるアンカー効果と、多数の反応性官能基による化学結合との双方の作用によって結合するために、界面接着強度をさらに高めることができるという効果がある。これにより、複合材料における導電性等の機能性の向上、界面剥離による複合材料の強度低下の抑制、砥石における砥粒脱落の抑制(工具寿命の向上)ができる。 According to the present invention, when the carbon nanotube-coated abrasive grains of the present invention are composited with a resin material such as phenol, the resin enters the nano-sized pores formed by the carbon nanotube coating configured so that the carbon nanotubes are entangled with each other. Expresses a high anchor effect. At the same time, by introducing a large number of reactive functional groups into the carbon nanotube coating, a chemical bond between the carbon nanotube coating and the resin material can be formed. In particular, a chemical bond can be formed by arranging an oxazoline group, an isocyanate group, an epoxy group, an acid anhydride functional group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, etc. with respect to a phenol resin (including a modified phenol resin). .. That is, there is an effect that the interfacial adhesive strength can be further increased because the carbon nanotube coating is bonded by the action of both the anchor effect due to the high surface area and the chemical bond due to a large number of reactive functional groups. As a result, it is possible to improve the functionality such as conductivity of the composite material, suppress the decrease in strength of the composite material due to interfacial peeling, and suppress the falling of abrasive grains in the grindstone (improve the tool life).

カーボンナノチューブ被覆砥粒は、ダイヤモンドなどの砥粒とカーボンナノチューブ被覆の結合力も重要であり、砥粒とカーボンナノチューブ被覆との間に化学結合を有することで、カーボンナノチューブ被覆砥粒が強固で一体なものとなり、前記効果をより確実に発現できることになる。 For carbon nanotube-coated abrasive grains, the bonding strength between the abrasive grains such as diamond and the carbon nanotube coating is also important, and by having a chemical bond between the abrasive grains and the carbon nanotube coating, the carbon nanotube-coated abrasive grains are strong and integrated. Therefore, the above-mentioned effect can be more reliably exhibited.

請求項2によれば、前記官能基Xと前記官能基Yの一方が、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基からなる群から選択された1種以上の官能基であり、他方がイソシアネート基、エポキシ基、酸無水物官能基からなる群から選択された1種以上の官能基であり、かつ、前記官能基Xと前記官能基Yとの化学結合が存在することにより、砥粒とカーボンナノチューブ被覆の界面接着強度を高めることができる。 According to claim 2, one of the functional group X and the functional group Y is one or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group and an amino group, and the other is an isocyanate group and an epoxy. An abrasive grain and a carbon nanotube coating due to the presence of a chemical bond between the functional group X and the functional group Y, which is one or more functional groups selected from the group consisting of a group and an acid anhydride functional group. It is possible to increase the interfacial adhesive strength of.

請求項3によれば、前記官能基Xと前記官能基Yとが、ヒドロキシル基、カルボキシル基、酸無水物官能基、及び、チオール基からなる群から選択された1種以上の官能基であり、かつ、前記官能基Xと前記官能基Yとの間には共重合体Aが介在し、前記官能基Xと共重合体Aの官能基X’との化学結合及び前記官能基Yと共重合体Aの官能基Y’との化学結合からなる化学結合相CLが存在することにより、砥粒とカーボンナノチューブ被覆の界面接着強度を高めることができる。 According to claim 3, the functional group X and the functional group Y are one or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an acid anhydride functional group, and a thiol group. In addition, a copolymer A is interposed between the functional group X and the functional group Y, and the chemical bond between the functional group X and the functional group X'of the copolymer A and the functional group Y are co-located. The presence of the chemically bonded phase CL composed of a chemical bond with the functional group Y'of the polymer A makes it possible to increase the interfacial adhesion strength between the abrasive grains and the carbon nanotube coating.

請求項4によれば、前記官能基Yが、ヒドロキシル基、カルボキシル基、酸無水物官能基、及び、チオール基からなる群から選択された1種以上の官能基であり、かつ、前記化学結合相CL’が、前記官能基Zおよび官能基Y’を有する共重合体Bと、前記官能基Y’と前記官能基Yとの化学結合からなることにより、カーボンナノチューブ被覆に多数の反応性官能基(官能基Z)を共重合体Bを介して導入することができる。そのため、樹脂材料の種類に応じて、最適な反応性官能基を多数備えることができ、カーボンナノチューブ被覆砥粒と樹脂材料との間に多くの化学結合を形成できるため、界面接着強度を高めることができる。 According to claim 4, the functional group Y is one or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an acid anhydride functional group, and a thiol group, and the chemical bond. The phase CL'consists of a copolymer B having the functional group Z and the functional group Y', and a chemical bond between the functional group Y'and the functional group Y, so that a large number of reactive functional groups are applied to the carbon nanotube coating. A group (functional group Z) can be introduced via the copolymer B. Therefore, a large number of optimum reactive functional groups can be provided depending on the type of resin material, and many chemical bonds can be formed between the carbon nanotube-coated abrasive grains and the resin material, thereby increasing the interfacial adhesive strength. Can be done.

請求項5〜8によれば、前記共重合体Aもしくは前記共重合体Bとして、2−オキサゾリン系モノマー(a)を用いていることで、以下の効果が得られる。
1.カーボンナノチューブ被覆砥粒の最表面に、反応性官能基であるオキサゾリン基からなる化学結合相CL’を配置することで、カーボンナノチューブ被覆砥粒と樹脂材料との間に多くの化学結合を形成できるため、界面接着強度を高めることができる。
2.カーボンナノチューブ被覆と砥粒との間に、オキサゾリン基を適切な量を導入した化学結合相CLを配置することで、カーボンナノチューブ被覆と砥粒との間に多くの化学結合を形成できるため、界面接着強度を高めることができる。
According to claims 5 to 8, the following effects can be obtained by using the 2-oxazoline-based monomer (a) as the copolymer A or the copolymer B.
1. 1. By arranging the chemical bond phase CL'consisting of an oxazoline group which is a reactive functional group on the outermost surface of the carbon nanotube-coated abrasive grains, many chemical bonds can be formed between the carbon nanotube-coated abrasive grains and the resin material. Therefore, the interfacial adhesion strength can be increased.
2. By arranging the chemical bond phase CL in which an appropriate amount of oxazoline group is introduced between the carbon nanotube coating and the abrasive grains, many chemical bonds can be formed between the carbon nanotube coating and the abrasive grains, so that the interface Adhesive strength can be increased.

本発明のカーボンナノチューブ被覆砥粒を砥石に用いた場合には、前記砥粒周辺部の樹脂材料との界面接着強度を向上させて、砥粒保持力を十分に高めることができるため、研削加工中の前記被覆砥粒の脱落を抑えて、前記砥石の工具寿命及び研削性能を容易に向上させることができる。 When the carbon nanotube-coated abrasive grains of the present invention are used for a grindstone, the interfacial adhesive strength of the periphery of the abrasive grains with the resin material can be improved, and the abrasive grain holding force can be sufficiently increased. It is possible to prevent the coated abrasive grains from falling off and easily improve the tool life and grinding performance of the grindstone.

本発明のカーボンナノチューブ被覆砥粒の断面構造を説明した図である。It is a figure explaining the cross-sectional structure of the carbon nanotube-coated abrasive grain of this invention. 本発明の被覆砥粒における化学結合相の状態を説明した図である。(a)共重合体を用いず、直接的に化学結合した場合、(b)砥粒とカーボンナノチューブ被膜とが共重合体を介して間接的に化学結合した場合、(c)官能基Zを共重合体により、カーボンナノチューブ被覆砥粒の表面に配置した場合。It is a figure explaining the state of the chemical bond phase in the coated abrasive grain of this invention. When (a) the abrasive grains and the carbon nanotube coating are indirectly chemically bonded via the copolymer, (c) the functional group Z is formed. When placed on the surface of carbon nanotube-coated abrasive grains with a copolymer. 本発明の直接的化学結合のモデルの一例を示した図である。(a)化学結合前、(b)化学結合後。It is a figure which showed an example of the model of the direct chemical bond of this invention. (A) Before chemical bond, (b) After chemical bond. 本発明の間接的化学結合(共重合体を用いた場合)のモデルの一例を示した図である。(a)化学結合前、(b)化学結合後。It is a figure which showed an example of the model of the indirect chemical bond (when a copolymer is used) of this invention. (A) Before chemical bond, (b) After chemical bond. 本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ被覆砥粒を用いたレジンボンド砥石の概略断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the resin bond grindstone using the carbon nanotube-coated abrasive grains which concerns on embodiment of this invention. 共重合体を用いて作製したカーボンナノチューブ被覆砥粒の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of carbon nanotube-coated abrasive grains produced using a copolymer. 実施品であるカーボンナノチューブ被覆砥粒、比較品である未被覆砥粒等についてのシェア試験による砥粒保持力評価の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the abrasive grain holding force evaluation by the share test about the carbon nanotube-coated abrasive grain which is an actual product, the uncoated abrasive grain which is a comparative product, and the like. 被覆量の異なるカーボンナノチューブ被覆砥粒の砥粒保持力評価の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the abrasive grain holding force evaluation of the carbon nanotube-coated abrasive grains which have different coating amounts. カーボンナノチューブ被覆砥粒の被覆量を見積もるための熱分析結果である。This is a thermal analysis result for estimating the coating amount of carbon nanotube-coated abrasive grains.

以下、本発明の実施形態について図1から図5を参照して説明するが、本発明は、下記の具体的な実施態様に何ら限定されるものではない。なお、各図において同一または対応する部材には、同一符号を用いる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5, but the present invention is not limited to the following specific embodiments. The same reference numerals are used for the same or corresponding members in the drawings.

(カーボンナノチューブ被覆砥粒の概略)
図1は、本発明のカーボンナノチューブ被覆砥粒4の断面構造を説明した図である。カーボンナノチューブ被覆砥粒4は、砥粒6とカーボンナノチューブ被覆7からなり、砥粒6とカーボンナノチューブ被覆7は、それらの界面に配置した化学結合相CL(化学結合C)により接着している。カーボンナノチューブ被覆7の表面には、化学結合相CL’があり、樹脂材料と反応する官能基Zを有している。このカーボンナノチューブ被覆砥粒4をボンド材5に入れて、レジンボンド砥石1とした場合、アンカー効果とともに官能基Zとボンド材5の官能基が化学結合を形成し、カーボンナノチューブ被覆7とボンド材5との間に高い界面接着強度が発現する。砥粒6は、ダイヤモンド砥粒であることが好ましく、またその表面に予め、酸処理、プラズマ処理等により多数の官能基Xを付与した砥粒であることが好ましい。
(Outline of carbon nanotube-coated abrasive grains)
FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the carbon nanotube-coated abrasive grains 4 of the present invention. The carbon nanotube-coated abrasive grains 4 are composed of abrasive grains 6 and a carbon nanotube coating 7, and the abrasive grains 6 and the carbon nanotube coating 7 are adhered by a chemical bond phase CL (chemical bond C) arranged at their interfaces. The surface of the carbon nanotube coating 7 has a chemical bond phase CL'and has a functional group Z that reacts with the resin material. When the carbon nanotube-coated abrasive grains 4 are put into the bond material 5 to form a resin bond grindstone 1, the functional group Z and the functional group of the bond material 5 form a chemical bond together with the anchor effect, and the carbon nanotube coating 7 and the bond material are formed. High interfacial adhesive strength is developed between the 5 and 5. The abrasive grains 6 are preferably diamond abrasive grains, and are preferably abrasive grains in which a large number of functional groups X are previously imparted to the surface thereof by acid treatment, plasma treatment, or the like.

(化学結合相の概略)
図2は、本発明の被覆砥粒における化学結合相の状態を説明した図である。図2(a)は、共重合体を用いず、直接的に化学結合を形成している場合の概略図である。砥粒6は表面に官能基Xを有し、カーボンナノチューブ8からなるカーボンナノチューブ被覆7は砥粒6側との界面に官能基Y、表面側に官能基Zを有する。カーボンナノチューブ被覆7と砥粒6の界面には、官能基Xと官能基Yを構成要素とする化学結合Cからなる化学結合相CLを形成している。カーボンナノチューブ被覆の表面側の官能基Zが化学結合相CL’であり、樹脂材料と複合化した際に、樹脂材料の官能基と化学結合を形成する。
(Outline of chemical bond phase)
FIG. 2 is a diagram illustrating a state of a chemically bonded phase in the coated abrasive grains of the present invention. FIG. 2A is a schematic view in the case where a chemical bond is directly formed without using a copolymer. The abrasive grains 6 have a functional group X on the surface, and the carbon nanotube coating 7 made of carbon nanotubes 8 has a functional group Y on the interface with the abrasive grains 6 side and a functional group Z on the surface side. At the interface between the carbon nanotube coating 7 and the abrasive grains 6, a chemical bond phase CL composed of a chemical bond C having a functional group X and a functional group Y as constituent elements is formed. The functional group Z on the surface side of the carbon nanotube coating is the chemical bond phase CL', and when it is composited with the resin material, it forms a chemical bond with the functional group of the resin material.

図2(b)は、砥粒6とカーボンナノチューブ被膜7とが共重合体を介して間接的に化学結合した場合である。砥粒6は表面に官能基Xを有し、カーボンナノチューブ8からなるカーボンナノチューブ被覆7は砥粒6側との間に官能基Y、表面側に官能基Zを有する。カーボンナノチューブ被覆7と砥粒6の界面には、共重合体Aを配置し、共重合体Aの官能基X’と砥粒6の官能基Xを構成要素とする化学結合C、共重合体Aの官能基Y’とカーボンナノチューブ被覆7の官能基Yを構成要素とする化学結合Cが存在し、化学結合相CLを形成している。カーボンナノチューブ被覆の表面側には、最表面に官能基Zを配置した化学結合相CL’が存在し、樹脂材料と複合化した際に、樹脂材料の官能基と化学結合を形成する。 FIG. 2B shows a case where the abrasive grains 6 and the carbon nanotube coating 7 are indirectly chemically bonded via a copolymer. The abrasive grains 6 have a functional group X on the surface, and the carbon nanotube coating 7 made of carbon nanotubes 8 has a functional group Y between the abrasive grains 6 and the surface side. A copolymer A is arranged at the interface between the carbon nanotube coating 7 and the abrasive grains 6, and the chemical bond C and the copolymer having the functional group X'of the copolymer A and the functional group X of the abrasive grains 6 as constituent elements. A chemical bond C having a functional group Y'of A and a functional group Y of the carbon nanotube coating 7 as a constituent element exists to form a chemical bond phase CL. On the surface side of the carbon nanotube coating, there is a chemical bond phase CL'with the functional group Z arranged on the outermost surface, and when it is combined with the resin material, it forms a chemical bond with the functional group of the resin material.

図2(c)は、官能基Zを共重合体により、カーボンナノチューブ被覆砥粒4の表面に配置した場合である。砥粒6は表面に官能基Xを有し、カーボンナノチューブ8からなるカーボンナノチューブ被覆7は砥粒6側との間に官能基Y、表面側に官能基Yを有する。カーボンナノチューブ被覆7と砥粒6の間には、共重合体Aを配置し、共重合体Aの官能基X’と官能基Xを構成要素とする化学結合C、共重合体Aの官能基Y’と官能基Yを構成要素とする化学結合Cからなる化学結合相CLを形成している。カーボンナノチューブ被覆7の表面に共重合体Bを配置し、共重合体Bの官能基Y’とカーボンナノチューブ被覆7の表面側の官能基Yを構成要素とする化学結合Cからなり、最表面に官能基Zを有する化学結合相CL’を形成する。共重合体Bの表面側の官能基Zが樹脂材料と複合化した際に、樹脂材料の官能基と化学結合を形成する。 FIG. 2C shows a case where the functional group Z is arranged on the surface of the carbon nanotube-coated abrasive grains 4 by a copolymer. The abrasive grains 6 have a functional group X on the surface, and the carbon nanotube coating 7 made of carbon nanotubes 8 has a functional group Y between the abrasive grains 6 and the surface side. A copolymer A is arranged between the carbon nanotube coating 7 and the abrasive grains 6, and a chemical bond C having a functional group X'and a functional group X as constituent elements of the copolymer A and a functional group of the copolymer A are arranged. It forms a chemical bond phase CL composed of a chemical bond C having Y'and a functional group Y as constituent elements. The copolymer B is arranged on the surface of the carbon nanotube coating 7, and is composed of a chemical bond C having a functional group Y'of the copolymer B and a functional group Y on the surface side of the carbon nanotube coating 7 as constituent elements, and is formed on the outermost surface. It forms a chemically bonded phase CL'having a functional group Z. When the functional group Z on the surface side of the copolymer B is composited with the resin material, it forms a chemical bond with the functional group of the resin material.

(直接的な化学結合を用いたカーボンナノチューブ被覆砥粒の例)
図3は、本発明の直接的化学結合のモデルの一例を示した図である。図3(a)は、化学結合前のカーボンナノチューブ8と砥粒6を示している。カーボンナノチューブ8には官能基Zおよび官能基Yとしてアミノ基が導入されている。砥粒6には官能基Xとしてカルボキシル基が導入されている。前記カーボンナノチューブ8を分散させたアルコール溶液等に砥粒6を浸漬させ、乾燥させる。この工程において、カーボンナノチューブ8と砥粒6の間に化学結合Cからなる化学結合相CLが形成され、カーボンナノチューブの自己凝集力も相まって、カーボンナノチューブ被覆7が形成される。
(Example of carbon nanotube-coated abrasive grains using direct chemical bonds)
FIG. 3 is a diagram showing an example of a model of a direct chemical bond of the present invention. FIG. 3A shows carbon nanotubes 8 and abrasive grains 6 before chemical bonding. An amino group is introduced into the carbon nanotube 8 as a functional group Z and a functional group Y. A carboxyl group is introduced into the abrasive grains 6 as a functional group X. The abrasive grains 6 are immersed in an alcohol solution or the like in which the carbon nanotubes 8 are dispersed and dried. In this step, a chemically bonded phase CL composed of a chemical bond C is formed between the carbon nanotubes 8 and the abrasive grains 6, and the self-aggregating force of the carbon nanotubes is combined to form the carbon nanotube coating 7.

図3(b)は、図2(a)に示した化学結合相の状態の具体例であり、アミノ基を修飾した前記カーボンナノチューブ8とカルボキシル基を導入した前記砥粒6を用い、アミノ基とカルボキシル基の化学結合によって形成したカーボンナノチューブ被覆砥粒4の状態である。化学結合Cはアミド結合であり、未反応の官能基XおよびYであるカルボキシル基、アミノ基とともに化学結合相CLを形成している。 FIG. 3B is a specific example of the state of the chemically bonded phase shown in FIG. 2A, using the carbon nanotube 8 modified with an amino group and the abrasive grain 6 having a carboxyl group introduced therein, and an amino group. This is the state of the carbon nanotube-coated abrasive grains 4 formed by the chemical bonding of the and carboxyl groups. The chemical bond C is an amide bond, and forms a chemical bond phase CL together with unreacted functional groups X and Y, a carboxyl group and an amino group.

カーボンナノチューブ被覆砥粒4の最表面は未反応のアミノ基からなる化学結合相CL’で覆われており、たとえば、樹脂材料としてエポキシ変性フェノール樹脂を選択すれば、樹脂材料の有するエポキシ基と強固な化学結合を形成する能力を有する。官能基Zがアミノ基の場合、エポキシ変性フェノール樹脂の他に、イソシアネート変性フェノール樹脂、酸無水物変性フェノール樹脂に対して有効である。また、樹脂材料が、イソシアネート基、エポキシ基、酸無水物基を有する変性樹脂の場合、カーボンナノチューブ被覆7の官能基Zは、アミノ基のほかに、ヒドロキシル基、カルボキシル基などでも良い。一方、無変性のフェノール樹脂、つまりフェノール性水酸基を有する樹脂材料の場合、カーボンナノチューブ被覆7の官能基Zは、イソシアネート基、エポキシ基、酸無水物基であることが望ましい。 The outermost surface of the carbon nanotube-coated abrasive grains 4 is covered with a chemical bond phase CL'consisting of unreacted amino groups. For example, if an epoxy-modified phenol resin is selected as the resin material, it is strong against the epoxy groups of the resin material. Has the ability to form good chemical bonds. When the functional group Z is an amino group, it is effective against an isocyanate-modified phenol resin and an acid anhydride-modified phenol resin in addition to the epoxy-modified phenol resin. When the resin material is a modified resin having an isocyanate group, an epoxy group, or an acid anhydride group, the functional group Z of the carbon nanotube coating 7 may be a hydroxyl group, a carboxyl group, or the like in addition to the amino group. On the other hand, in the case of a non-modified phenol resin, that is, a resin material having a phenolic hydroxyl group, the functional group Z of the carbon nanotube coating 7 is preferably an isocyanate group, an epoxy group, or an acid anhydride group.

(間接的な化学結合を用いたカーボンナノチューブ被覆砥粒の例)
図4は、本発明の間接的化学結合(共重合体を用いた場合)のモデルの一例を示した図である。図4(a)は、化学結合前のカーボンナノチューブ8、共重合体A、共重合体Bおよび砥粒6を示している。カーボンナノチューブ8には官能基Yとしてカルボキシル基およびヒドロキシル基が導入されている。砥粒6には官能基Xとしてカルボキシル基およびヒドロキシル基が導入されている。共重合体Aおよび共重合体Bは、オキサゾリン基を有している。前記カーボンナノチューブ8および前記共重合体Aおよび前記共重合体Bを分散させたアルコール溶液等に砥粒6を浸漬させ、乾燥させる。この工程において、カーボンナノチューブ8と砥粒6の間に化学結合Cからなる化学結合相CLが形成され、カーボンナノチューブの自己凝集力も相まって、カーボンナノチューブ被覆7が形成される。
(Example of carbon nanotube-coated abrasive grains using indirect chemical bonds)
FIG. 4 is a diagram showing an example of a model of indirect chemical bonds (when a copolymer is used) of the present invention. FIG. 4A shows carbon nanotubes 8, copolymer A, copolymer B, and abrasive grains 6 before chemical bonding. A carboxyl group and a hydroxyl group are introduced into the carbon nanotube 8 as the functional group Y. A carboxyl group and a hydroxyl group are introduced into the abrasive grains 6 as functional groups X. The copolymer A and the copolymer B have an oxazoline group. The abrasive grains 6 are immersed in an alcohol solution or the like in which the carbon nanotubes 8 and the copolymer A and the copolymer B are dispersed, and dried. In this step, a chemically bonded phase CL composed of a chemical bond C is formed between the carbon nanotubes 8 and the abrasive grains 6, and the self-aggregating force of the carbon nanotubes is combined to form the carbon nanotube coating 7.

図4(b)は、図2(c)に示した化学結合相CLの状態の具体例であり、カルボキシル基およびヒドロキシル基を修飾した前記カーボンナノチューブ8および前記砥粒6を、共重合体Aの官能基X’であるオキサゾリン基との化学結合Cによって形成したカーボンナノチューブ被覆砥粒4の状態である。化学結合Cは、たとえばカルボキシル基とオキサゾリン基が架橋してなるアミドエステル結合であり、未反応の官能基XおよびYである、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基とともに化学結合相CLを形成している。 FIG. 4B is a specific example of the state of the chemically bonded phase CL shown in FIG. 2C. The carbon nanotubes 8 and the abrasive grains 6 modified with a carboxyl group and a hydroxyl group are combined with the copolymer A. This is the state of the carbon nanotube-coated abrasive grains 4 formed by the chemical bond C with the oxazoline group which is the functional group X'of. The chemical bond C is, for example, an amide ester bond formed by cross-linking a carboxyl group and an oxazoline group, and forms a chemical bond phase CL together with the carboxyl group, the hydroxyl group, and the amino group, which are unreacted functional groups X and Y. There is.

カーボンナノチューブ被覆砥粒4の最表面は、共重合体Bを介して未反応の官能基Zであるオキサゾリン基からなる化学結合相で覆われており、たとえば、樹脂材料として、カルボキシル基、ヒドロキシル基、酸無水物官能基、及び、チオール基を有する樹脂を選択すれば、樹脂材料の有する官能基と強固な化学結合を形成する能力を有する。 The outermost surface of the carbon nanotube-coated abrasive grains 4 is covered with a chemically bonded phase composed of an oxazoline group which is an unreacted functional group Z via a copolymer B. For example, as a resin material, a carboxyl group or a hydroxyl group If a resin having an acid anhydride functional group and a thiol group is selected, it has an ability to form a strong chemical bond with the functional group of the resin material.

(カーボンナノチューブ被覆砥粒を用いたレジンボンド砥石)
図5は、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ被覆砥粒を用いたレジンボンド砥石の概略断面図である。円板形状あるいは小径円柱形状の台金3の表面に砥粒層2が形成されている。薄型砥石などの場合は必ずしも台金3は必要ではなく、オールブレードタイプのレジンボンド砥石1の場合は、台金3は不要である。砥粒層2は、樹脂材料であるボンド材5とカーボンナノチューブ被覆砥粒4から構成される。ボンド材5中には、この他、銅などの金属粒子や炭化珪素粒子などが含まれても良い。砥粒6は、被削材が鉄系の場合、cBN砥粒、被削材が非鉄系の場合、ダイヤモンド砥粒が選択される。
(Resin bond grindstone using carbon nanotube-coated abrasive grains)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a resin bond grindstone using carbon nanotube-coated abrasive grains according to the embodiment of the present invention. The abrasive grain layer 2 is formed on the surface of the base metal 3 having a disk shape or a small diameter cylinder shape. In the case of a thin grindstone or the like, the base metal 3 is not always necessary, and in the case of the all-blade type resin bond grindstone 1, the base metal 3 is not necessary. The abrasive grain layer 2 is composed of a bond material 5 which is a resin material and carbon nanotube-coated abrasive grains 4. In addition, the bond material 5 may contain metal particles such as copper, silicon carbide particles, and the like. As the abrasive grains 6, when the work material is iron-based, cBN abrasive grains are selected, and when the work material is non-ferrous, diamond abrasive grains are selected.

実施例について図6〜9を参照して説明する。ここで、図6は、共重合体を用いて作製したカーボンナノチューブ被覆砥粒の電子顕微鏡写真である。図7は、実施品であるカーボンナノチューブ被覆砥粒と比較砥粒についてのシェア試験による砥粒保持力評価の結果を示す図である。図8は、被覆量の異なるカーボンナノチューブ被覆砥粒の砥粒保持力評価の結果を示す図である。図9は、カーボンナノチューブ被覆砥粒の被覆量を見積もるためのTGA熱分析結果である。 Examples will be described with reference to FIGS. 6-9. Here, FIG. 6 is an electron micrograph of carbon nanotube-coated abrasive grains produced using a copolymer. FIG. 7 is a diagram showing the results of the abrasive grain holding force evaluation by the share test for the carbon nanotube-coated abrasive grains and the comparative abrasive grains, which are the actual products. FIG. 8 is a diagram showing the results of abrasive grain holding force evaluation of carbon nanotube-coated abrasive grains having different coating amounts. FIG. 9 is a TGA thermogravimetric analysis result for estimating the coating amount of carbon nanotube-coated abrasive grains.

(i)実施例に係る被覆砥粒
オキサゾリン基、ピロリドン基を有する共重合体、ヒドロキシル基、カルボキシル基を導入したカーボンナノチューブ(Nanocyl製NC7000、多層カーボンナノチューブ、直径約10nm、平均長1.5μm)を、アルコール溶媒に超音波処理により分散させた分散液を、ダイヤモンド砥粒(トーメイダイヤ製IRV、平均粒径50μm)に塗布後、100℃で乾燥させて、ダイヤモンド砥粒表面にカーボンナノチューブ被覆を形成した。この塗布、乾燥工程を1回、3回、5回行ったものを、それぞれ1回被覆、3回被覆、5回被覆の被覆砥粒とした。
(I) Coated Abrasive Grains According to Examples Carbon nanotubes having oxazoline groups, copolymers having pyrrolidone groups, hydroxyl groups, and carboxyl groups introduced (Nanocyl NC7000, multi-walled carbon nanotubes, diameter about 10 nm, average length 1.5 μm). Was applied to diamond abrasive grains (IRV manufactured by Tomei Diamond, average particle size 50 μm) and dried at 100 ° C. to coat the surface of the diamond abrasive grains with carbon nanotubes. Formed. The coating and drying steps performed once, three times, and five times were used as coated abrasive grains, which were coated once, coated three times, and coated five times, respectively.

(ii)電子顕微鏡観察
実施例に係る被覆砥粒の表面を電子顕微鏡で観察すると、図6に示すようになる。
即ち、砥粒の表面に形成されたカーボンナノチューブ被覆は、多層カーボンナノチューブの自己凝集力によって絡み合うように砥粒を覆っている。カーボンナノチューブ同士の間には、ナノサイズの細孔があり、十分なアンカー効果を期待できることが分かる。
(Ii) Observation with an electron microscope When the surface of the coated abrasive grains according to the examples is observed with an electron microscope, it becomes as shown in FIG.
That is, the carbon nanotube coating formed on the surface of the abrasive grains covers the abrasive grains so as to be entangled by the self-cohesive force of the multilayer carbon nanotubes. It can be seen that there are nano-sized pores between the carbon nanotubes, and a sufficient anchoring effect can be expected.

(iii)シェア試験による砥粒保持力試験
表1に示す実施例に係る被覆砥粒SDCNT−CB、比較例に係る砥粒(SD,SDC,SD−CB,SDCNT−AE)を、レゾール型のフェノールに懸濁し、スピンコート(3000rpm、30秒)にて銅基板に塗布、135℃で30分乾燥させることで、各砥粒をフェノール樹脂で銅基板に固着した。砥粒は、砥粒径の30%程度フェノール樹脂に埋まった状態となる。この砥粒に対して、基板に平行な面で力を加えるシェア試験による砥粒保持力評価(Tsunehisa SUZUKI, Mutsuto KATO, Hiroshi SAITO and Hiroshi IIZUKA,“Improved Adherence Strength between Diamond Grains and Electrolytic Nickel Bonds by Carbon Nanotube Coatings”, Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering, Vol. 5, No. 8, pp.386-396 (2011) 参照)を行った。

Figure 0006924436
(Iii) Abrasive Grain Retention Test by Share Test The coated abrasive grains SDCNT-CB according to the examples shown in Table 1 and the abrasive grains (SD, SDC, SD-CB, SDCNT-AE) according to the comparative example are of the resole type. Each abrasive grain was fixed to the copper substrate with phenol resin by suspending it in phenol, applying it to a copper substrate by spin coating (3000 rpm, 30 seconds), and drying it at 135 ° C. for 30 minutes. The abrasive grains are in a state of being buried in a phenol resin of about 30% of the abrasive particle size. Abrasive grain holding force evaluation (Tsunehisa SUZUKI, Mutsuto KATO, Hiroshi SAITO and Hiroshi IIZUKA, "Improved Adherence Strength between Diamond Grains and Electrolytic Nickel Bonds by Carbon" Nanotube Coatings ”, Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering, Vol. 5, No. 8, pp.386-396 (2011)).
Figure 0006924436

それぞれの砥粒保持力をまとめると、図7に示すようになる。砥粒は全て平均粒径50μmである。SDは被覆なしのダイヤモンド砥粒(トーメイダイヤ製IRV)であり、フェノール樹脂との界面はアンカー効果も化学結合もほぼない。SDCはニッケル被覆のダイヤモンド砥粒(トーメイダイヤ製IRV−NP,55wt%ニッケル被覆)であり、フェノール樹脂との間は、アンカー効果のみであり化学結合がない。SD−CBはオキサゾリン基を有する共重合体のみで被覆したダイヤモンド砥粒であり、フェノール樹脂との間は、化学結合のみであり、アンカー効果がない。SDCNT−AEは、ポリビニルピロリドンを用いて作製したカーボンナノチューブ被覆砥粒であり、フェノール樹脂との間にカーボンナノチューブ被覆による強力なアンカー効果を有するが、化学結合はない。SDCNT−CBは、本発明のカーボンナノチューブ被覆砥粒であり、フェノール樹脂との間にカーボンナノチューブ被覆による強力なアンカー効果とオキサゾリン基による化学結合を有する。SDCNT−AEおよびSDCNT−CBともにカーボンナノチューブ3回被覆の砥粒とした。SDC、SD−AE、SDCNT−AE、SDCNT−CBの砥粒保持力は、基準となる被覆なしのSDに比べて、それぞれ1.26倍、1.47倍、1.59倍、1.93倍の値を示した。 The holding force of each abrasive grain is summarized in FIG. 7. All abrasive grains have an average particle size of 50 μm. SD is uncoated diamond abrasive grains (IRV manufactured by Tomei Diamond), and the interface with the phenol resin has almost no anchor effect or chemical bond. SDC is nickel-coated diamond abrasive grains (IRV-NP manufactured by Tomei Diamond, 55 wt% nickel-coated), and has only an anchor effect and no chemical bond with the phenol resin. SD-CB is a diamond abrasive grain coated only with a copolymer having an oxazoline group, and has only a chemical bond with a phenol resin and has no anchoring effect. SDCNT-AE is a carbon nanotube-coated abrasive grain produced using polyvinylpyrrolidone, and has a strong anchoring effect due to the carbon nanotube coating with a phenol resin, but has no chemical bond. SDCNT-CB is the carbon nanotube-coated abrasive grains of the present invention, and has a strong anchoring effect due to the carbon nanotube coating and a chemical bond due to the oxazoline group with the phenol resin. Both SDCNT-AE and SDCNT-CB were made into abrasive grains coated with carbon nanotubes three times. The abrasive grain holding power of SDC, SD-AE, SDCNT-AE, and SDCNT-CB is 1.26 times, 1.47 times, 1.59 times, and 1.93 times, respectively, as compared with the standard uncoated SD. The value was doubled.

即ち、実施例の場合におけるカーボンナノチューブ被覆砥粒の砥粒保持力は、未被覆砥粒の場合に比べて、平均値で約1.93倍と最も高いことがわかった。アンカー効果のみの砥粒、化学結合のみの砥粒に比べても優位な差があることから、カーボンナノチューブ被覆のアンカー効果と化学結合を備えることで、フェノール系レジンボンド砥石に用いた場合に、砥粒保持力を十分に高めることが分かった。 That is, it was found that the abrasive grain holding force of the carbon nanotube-coated abrasive grains in the case of the example was the highest, about 1.93 times on average, as compared with the case of the uncoated abrasive grains. Since there is a significant difference between the abrasive grains with only the anchor effect and the abrasive grains with only the chemical bond, by providing the anchor effect and chemical bond of carbon nanotube coating, when used for a phenolic resin bond grindstone, It was found that the abrasive grain holding power was sufficiently enhanced.

図8は、被覆量の異なるカーボンナノチューブ被覆砥粒SDCNT−CBの砥粒保持力評価の結果である。オキサゾリン基を有する共重合体を用いて作製したSDCNT−CBの1回被覆、3回被覆、5回被覆の砥粒保持力は、基準となる被覆なしのSDに比べて、それぞれ1.71倍、1.93倍、1.52倍となり、3回被覆の砥粒保持力が最も大きいことがわかった。 FIG. 8 shows the results of the evaluation of the abrasive grain holding force of the carbon nanotube-coated abrasive grains SDCNT-CB having different coating amounts. The abrasive grain retention of 1-time coating, 3-time coating, and 5-fold coating of SDCNT-CB prepared using a copolymer having an oxazoline group is 1.71 times that of the standard uncoated SD. It was 1.93 times and 1.52 times, and it was found that the abrasive grain holding power of three times coating was the largest.

図9は、3回被覆のカーボンナノチューブ被覆砥粒の被覆量を見積もるためのTGA熱分析結果である。TGA熱分析の昇温速度は10℃/分、450℃で1時間保持、500℃で1時間保持し、700℃まで昇温した。大気中での450℃および500℃での重量減少は、それぞれ共重合体およびカーボンナノチューブであり、この重量減少からカーボンナノチューブ被覆量を見積もった。3回被覆のカーボンナノチューブ被覆ダイヤモンド砥粒SDCNT−CBは、450℃で0.905wt%の減少、500℃で0.623wt%の減少が見られた。表2に、TGA熱分析結果から求めた1回被覆、3回被覆、5回被覆のカーボンナノチューブ被覆ダイヤモンド砥粒SDCNT−CBの組成比およびカーボンナノチューブ被覆の換算膜厚を示す。ここでは、ダイヤモンド砥粒を直径50μmの球体とし、カーボンナノチューブ、共重合体、ダイヤモンドの比重を2.1、1.2、3.5として計算している。1回被覆、3回被覆、5回被覆のカーボンナノチューブ被覆の換算膜厚は、それぞれ、83nm、224nm、411nmであった。図8より、カーボンナノチューブ被覆は3回被覆が好ましいことがわかっているため、カーボンナノチューブ被覆(CNTと共重合体の複合層)の厚さはおよそ約200nmであることが好ましいといえる。

Figure 0006924436
FIG. 9 is a TGA thermogravimetric analysis result for estimating the coating amount of the carbon nanotube-coated abrasive grains coated three times. The rate of temperature rise in TGA thermal analysis was 10 ° C./min, held at 450 ° C. for 1 hour, held at 500 ° C. for 1 hour, and the temperature was raised to 700 ° C. The weight loss at 450 ° C. and 500 ° C. in the air was the copolymer and the carbon nanotube, respectively, and the carbon nanotube coating amount was estimated from this weight loss. The three-walled carbon nanotube-coated diamond abrasive grains SDCNT-CB showed a decrease of 0.905 wt% at 450 ° C and a decrease of 0.623 wt% at 500 ° C. Table 2 shows the composition ratio of the single-walled, three-walled, and five-walled carbon nanotube-coated diamond abrasive grains SDCNT-CB and the converted thickness of the carbon nanotube coating obtained from the results of TGA thermogravimetric analysis. Here, the diamond abrasive grains are calculated as spheres having a diameter of 50 μm, and the specific densities of carbon nanotubes, copolymers, and diamonds are calculated as 2.1, 1.2, and 3.5. The converted film thicknesses of the carbon nanotube coatings coated once, three times, and five times were 83 nm, 224 nm, and 411 nm, respectively. From FIG. 8, it is known that the carbon nanotube coating is preferably coated three times, so that it can be said that the thickness of the carbon nanotube coating (composite layer of CNT and copolymer) is preferably about 200 nm.
Figure 0006924436

以上の実施形態及び実施例を参照しながら本発明を説明したが、本発明に包含される権利範囲はこれらの実施形態及び実施例に限定されないものである。 Although the present invention has been described with reference to the above embodiments and examples, the scope of rights included in the present invention is not limited to these embodiments and examples.

本発明によれば、カーボンナノチューブとボンド材とを、カーボンナノチューブによる物理的なアンカー効果と、反応性官能基導入による化学的結合との双方の作用によって結合するために、砥粒層の砥粒保持力を更に高めることができるため、砥粒加工中の被覆砥粒の脱落を抑えて、レジンボンド砥石の工具寿命及び砥粒加工性能を大幅に向上させることができる。 According to the present invention, in order to bond the carbon nanotube and the bonding material by both the physical anchoring effect of the carbon nanotube and the chemical bond due to the introduction of the reactive functional group, the abrasive grains of the abrasive grain layer are bonded. Since the holding force can be further increased, it is possible to suppress the falling of the coated abrasive grains during the abrasive grain processing, and to significantly improve the tool life and the abrasive grain processing performance of the resin bond grindstone.

本発明のカーボンナノチューブ被覆砥粒はレジンボンド砥石に用いた場合は、カーボンナノチューブ被覆の官能基とボンド材の反応性官能基との直接化学結合、あるいは共重合体を介しての間接的化学結合を用いることで、カーボンナノチューブ被覆とボンド材とを強固に接着できることから、物理的なアンカー効果のみでは得られない、高い砥粒保持力を発現できるという効果がある。 When the carbon nanotube-coated abrasive grains of the present invention are used in a resin bond abrasive, a direct chemical bond between the functional group of the carbon nanotube coating and the reactive functional group of the bond material, or an indirect chemical bond via a copolymer is used. Since the carbon nanotube coating and the bonding material can be firmly adhered to each other, there is an effect that a high abrasive grain holding force, which cannot be obtained only by the physical anchor effect, can be exhibited.

このように、本発明は、産業上の利用価値及び産業上の利用可能性が非常に高い。 As described above, the present invention has very high industrial applicability and industrial applicability.

1 レジンボンド砥石
2 砥粒層
3 台金
4 被覆砥粒
5 ボンド材(樹脂材料)
6 砥粒
7 カーボンナノチューブ(CNT)被覆
8 カーボンナノチューブ(CNT)
A 共重合体A
B 共重合体B
C 化学結合
CL 官能基Xと官能基Yを構成要素とする化学結合を有する化学結合相
CL’ 反応性官能基Zを有する化学結合相
X 砥粒表面側に設けられた官能基
X’ 砥粒の官能基Xと結びつく、共重合体Aに付随する官能基
Y カーボンナノチューブ表面側に設けられた官能基
Y’ 砥粒の官能基Xと結びつく、共重合体Bに付随する官能基
Z 被覆砥粒の最表面に配置した反応性官能基であり、化学結合相に付随する官能基
1 Resin bond grindstone 2 Abrasive grain layer 3 Base metal 4 Coated abrasive grains 5 Bond material (resin material)
6 Abrasive grains 7 Carbon nanotube (CNT) coating 8 Carbon nanotube (CNT)
A copolymer A
B copolymer B
C Chemical bond CL Chemical bond phase with chemical bond with functional group X and functional group Y as constituents CL'Chemical bond phase with reactive functional group Z X Functional group provided on the surface side of abrasive grains X'abrasive grains Functional group Y attached to the copolymer A, which is associated with the functional group X of the functional group Y ′ provided on the surface side of the carbon nanotube A reactive functional group located on the outermost surface of the grain, which is a functional group associated with the chemically bonded phase.

Claims (6)

砥粒の表面に、カーボンナノチューブが絡み合うように構成されたカーボンナノチューブ被覆を備えたカーボンナノチューブ被覆砥粒であり、
前記砥粒は、表面側に官能基Xを有し、
前記カーボンナノチューブは、表面側に官能基Yを有しており、
前記官能基Xと前記官能基Yとを構成要素とする化学結合を有する化学結合相CLが、
前記カーボンナノチューブ被覆と前記砥粒の間に存在し、
カーボンナノチューブ被覆砥粒の最表面に官能基Zを有する化学結合相CL’が存在し、
前記官能基Zが、オキサゾリン基、イソシアネート基、エポキシ基、酸無水物官能基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、からなる群から選択された1種以上の官能基であり、
前記官能基Xと前記官能基Yとが、ヒドロキシル基、カルボキシル基、酸無水物官能基、及び、チオール基からなる群から選択された1種以上の官能基であり、かつ、前記官能基Xと前記官能基Yとの間には共重合体Aが介在し、前記化学結合相CLが、前記官能基Xと共重合体Aの官能基X’との化学結合及び前記官能基Yと共重合体Aの官能基Y’との化学結合からなり、
前記共重合体Aが、2−オキサゾリン系モノマー(a)を必須の構成単位として含有する共重合体であることを特徴とするカーボンナノチューブ被覆砥粒。
It is a carbon nanotube-coated abrasive grain having a carbon nanotube coating configured so that carbon nanotubes are entangled on the surface of the abrasive grain.
The abrasive grains have a functional group X on the surface side and have a functional group X.
The carbon nanotube has a functional group Y on the surface side and has a functional group Y.
The chemical bond phase CL having a chemical bond containing the functional group X and the functional group Y as components is
It exists between the carbon nanotube coating and the abrasive grains and
A chemical bond phase CL'having a functional group Z is present on the outermost surface of the carbon nanotube-coated abrasive grains.
The functional group Z is, oxazoline group, isocyanate group, an epoxy group, an acid anhydride functional group, Ri hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, one or more functional groups der selected from the group consisting of,
The functional group X and the functional group Y are one or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an acid anhydride functional group, and a thiol group, and the functional group X. A copolymer A is interposed between the functional group Y and the functional group Y, and the chemical bond phase CL is coexisting with the chemical bond between the functional group X and the functional group X'of the copolymer A and the functional group Y. Consists of a chemical bond of the polymer A with the functional group Y',
The copolymer A is carbon nanotubes coated abrasive grains, wherein the copolymer der Rukoto containing 2-oxazoline monomer (a) as essential structural units.
前記官能基Yが、ヒドロキシル基、カルボキシル基、酸無水物官能基、及び、チオール基からなる群から選択された1種以上の官能基であり、
かつ、前記化学結合相CL’が、前記官能基Zおよび官能基Y’を有する共重合体Bと、前記官能基Y’と前記官能基Yとの化学結合からなることを特徴とする請求項1に記載のカーボンナノチューブ被覆砥粒。
The functional group Y is one or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an acid anhydride functional group, and a thiol group.
The claim is characterized in that the chemical bond phase CL'composed of a copolymer B having the functional group Z and the functional group Y', and a chemical bond between the functional group Y'and the functional group Y. carbon nanotubes coated abrasive according to 1.
記共重合体Bが、2−オキサゾリン系モノマー(a)を必須の構成単位として含有する共重合体であることを特徴とする請求項2に記載のカーボンナノチューブ被覆砥粒。 Before SL copolymer B is carbon nanotubes coated abrasive according to claim 2, characterized in that a copolymer containing 2-oxazoline monomer (a) as essential structural units. 前記共重合体Aもしくは前記共重合体Bの少なくとも一方が、2−オキサゾリン系モノマー(a)と、含窒素複素環系モノマー(b)とを構成単位として含有する共重合体であり、かつ、
前記共重合体Aもしくは前記共重合体Bの少なくとも一方には、前記2−オキサゾリン系モノマー(a)が1〜90モル%含有されることを特徴とする請求項2又は3に記載のカーボンナノチューブ被覆砥粒。
At least one of the copolymer A and the copolymer B is a copolymer containing a 2-oxazoline-based monomer (a) and a nitrogen-containing heterocyclic monomer (b) as constituent units, and is a copolymer.
The carbon nanotube according to claim 2 or 3 , wherein at least one of the copolymer A and the copolymer B contains 1 to 90 mol% of the 2-oxazoline-based monomer (a). Coated abrasive grains.
前記共重合体Aの前記官能基X’および前記官能基Y’は、オキサゾリン基であり、かつ、該オキサゾリン基と前記官能基Xとの化学結合及び該オキサゾリン基と前記官能基Yとの化学結合が存在することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のカーボンナノチューブ被覆砥粒。 The functional group X'and the functional group Y'of the copolymer A are oxazoline groups, and the chemical bond between the oxazoline group and the functional group X and the chemistry of the oxazoline group and the functional group Y. The carbon nanotube-coated abrasive grains according to any one of claims 1 to 4 , wherein a bond is present. 前記共重合体Bの前記官能基Y’は、オキサゾリン基であり、かつ、該オキサゾリン基と前記官能基Yとの化学結合が存在することを特徴とする請求項のいずれかに記載のカーボンナノチューブ被覆砥粒。 The functional group Y'of the copolymer B is an oxazoline group, and any of claims 2 to 5 , wherein a chemical bond between the oxazoline group and the functional group Y is present. Carbon nanotube-coated abrasive grains.
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