KR100611795B1 - 연마 공구의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속, 세라믹 또는 석재 등 난삭재의 표면을 연마하는 연마 공구에 있어서 페놀수지를 결합제로 사용하여 연마공구를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 70∼95 용적%의 액상 페놀수지와 5∼30 용적%의 분말상 페놀수지로 이루어진 열경화성 페놀수지: 40∼70 용적%, 연마재: 0.1∼15 용적%, 난연제: 5∼40 용적%, 및 보조 연마재: 10∼30 용적%를 혼합하여 페이스트를 제조한 후, 스크린 법에 의하여 성형하고, 건조 및 경화하여 연마공구를 제조하는 방법을 그 요지로 한다.

본 발명에 의하면, 냉각수의 공급없이도 얼룩이 발생하는 현상을 방지하고 연삭성과 표면 광택을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 환경 오염을 최소화시킬 수 있고, 더욱이, 연마공구의 내열성을 향상시킬 수 있고, 또한 스크린 법을 사용함으로써 제조공정 및 설비를 단순화시킬 수 있다.

연마 공구, 난연제, 페놀 수지, 탄화, 버닝

Description

연마 공구의 제조방법{Method for Manufacturing Grinding Tool}

본 발명은 금속, 석재 및 유리의 연마 공정등에 사용되는 연마 공구를 페놀수지를 결합제로 사용하여 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연마작업시 냉각수 공급없이도 수지의 탄화현상을 방지할 수 있는 연마 공구의 제조방법에 관한 것이다.

금속, 석재 또는 유리 등 가공하기 어려운 난삭재의 표면을 연마하기 위하여 연마재로는 다이아몬드 입자를 사용하고 결합제로는 수지를 사용하는 수지 연마 휠(연마공구)이 사용되어져 왔다.

상기 결합제로 사용되는 수지로는 크게 페놀 계 수지와 폴리이미드 계 수지를 들수 있는데, 작업의 편이성과 저가격으로 인하여 대부분 분말상의 페놀 수지를 주 결합제로 사용한 다이아몬드 휠이 제작되어 사용되고 있다.

상기와 같이 페놀수지를 결합제로 사용하는 연마 공구는 다음과 같이 제조된다.

먼저, 분말 상태의 페놀 수지, 다이아몬드, 탄화 규소, 알루미나등의 원료를 볼 밀 또는 터블러 기계를 사용하여 혼합하게 된다.

상기 원료의 조성은 통상 페놀 수지 40 ∼60용적%, 다이아몬드 5 ∼20 용적%, 탄화 규소 및 알루미나중 1종 또는 2종 20∼40 용적%, 및 안료 0.3 ∼1 용적% 로 이루어져 있다.

상기와 같이 혼합된 원료분말은 열판 프레스에 의해 가압소결되며, 이 때 소결온도는 130∼200℃정도이다.

상기와 같이 가압소결된 소결체를 접착제 또는 볼트나사에 의한 체결방법으로 샹크에 결합함으로써 연마공구가 제조된다.

상기와 같이 결합제로서 페놀 수지를 사용하는 연마공구를 사용하여 연마하는 경우에는 페놀 수지가 약 300℃ 이상의 고온에서 탄화되기 때문에 연마작업시 반드시 냉각을 위한 물을 공급하여 한다.

하지만, 이러한 물의 사용은 작업장 내의 연마 과정에서 발생한 칩과 혼합되어 슬러리를 발생시켜 이를 처리하기 위한 환경 처리 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 전기에 의해 구동되는 장치에 분산될 경우 전기 합선을 일으키게 하는 주요한 원인이 된다.

더욱이, 물의 공급이 어려운 오지에서의 작업을 어렵게 하여 왔다.

한편, 일반 작업장에서 금속 등을 연마하는 경우, 물을 사용하는 것이 어렵기 때문에 세라믹 등의 연마 입자를 종이, 벨크로 등의 표면에 액상 수지로 입자를 얇게 한 층으로 코팅한 연마 공구를 사용하는 기술이 한국 공개 특허 제 2001 - 43461호에 제시되어 있다.

그러나, 상기 연마 공구는 매우 적은 양의 연마 입자 한 층만이 연마 공구의 표면에 분포되어 있기 때문에 매우 작은 양의 연마작업에만 사용이 가능하다는 문 제점이 있다.

본 발명은 연마작업시 냉각수 공급없이도 수지의 탄화현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 성형성 및 내열성을 갖게 함으로써 수명이 증가된 연마공구의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다,

본 발명은 70∼95 용적%의 액상 페놀수지와 5∼30 용적%의 분말상 페놀수지로 이루어진 열경화성 페놀수지: 40∼70 용적%, 연마재: 0.1∼15 용적%, 난연제: 5∼40 용적%, 및 보조 연마재: 10∼30 용적%를 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계;

상기와 같이 제조된 페이스트를 스크린 법에 의하여 성형하는 단계; 및

상기 성형체를 건조하는 단계; 및

상기와 같이 건조된 성형체를 경화시키는 단계를 포함하여 구성되는 연마공구의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따라 연마공구를 제조하기 위해서는 열경화성 페놀수지, 연마재, 난연제 및 보조 연마재의 혼합 페이스트를 제조하는 것이 필요하다.

상기 페놀수지는 연마재를 지지해주는 결합제 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 40∼70 용적%으로 설정한다.

상기 페놀수지의 함량이 너무 적은 경우에는 연마재를 충분히 지지해주지 못하고, 너무 많은 경우에는 페놀수지의 마모에 따른 수명의 감소와 마찰열에 의한 페놀수지의 탄화현상이 나타나는 문제점이 있으므로, 그 함량은 40∼70 용적%로 설정한다.

상기 페놀수지는 액상 페놀수지와 분말상 페놀수지를 혼합하여 사용하여야 하며, 그 혼합비는 액상 페놀수지: 70∼95 용적% 및 분말상 페놀수지: 5∼30 용적%로 이루어져야 한다.

상기 분말상의 페놀 수지는 액상의 페놀 수지의 점도를 적절하게 조절할 뿐만 아니라 결합제의 내열성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 그 함량이 너무 적은 경우에는 액상수지에 의해 점도가 낮아 실스크린을 통과한 페이스트가 서로 인접한 팁으로 번져 성형이 되지 않고, 또한 연마중에 발생하는 피삭재와의 마찰열에 의해 팁에 균열이 발생하여 그 첨가효과를 달성할 수 없고, 너무 많은 경우에는 페이스트의 형태로 혼합되지 못하여 실크린을 통과하여 성형되지 못하는 문제점이 있기 때문에, 페놀수지는 70∼95 용적%의 액상 페놀수지와 5∼30 용적%의 분말상 페놀수지로 이루어져야 한다.

상기 페놀수지는 연마재, 난연제 및 보조 연마재등과 함께 혼합되거나 또는 분말상의 페놀 수지와 액상의 페놀 수지를 먼저 혼합한 후에 다른 성분들과 혼합할 수도 있다.

상기 분말상의 페놀 수지와 액상의 페놀 수지를 먼저 혼합하는 경우에는 그 혼합물의 점도는 5000∼20000cps의 점도를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

상기 혼합물의 점도를 5000 ∼20000cps로 유지하는 경우에는 다이아몬드 연마재와 다른 필러들과의 혼합이 손쉽고 성형과 소결시 팁의 모양을 잘 유지할 수 있는 이점이 있다.

상기 난연제는 마찰열에 의해 결합제가 탄화되는 것을 방지하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 그 함량은 5∼40 용적%로 제한하여야 한다.

상기 난연제의 함량이 5용적%미만인 경우에는 그 첨가효과가 충분히 달성되지 않고, 40용적%를 초과하는 경우에는 결합제인 페놀의 양이 적게되어 연마팁의 결합력을 저하시키는 문제가 있기 때문에, 그 함량은 5∼40 용적%로 제한하여야 한다.

상기 난연제로는 수산화 칼슘, 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘등을 들 수 있다.

상기 난연제는 일반적으로 화재가 발생할 경우 화재가 진행되는 속도를 늦춰주거나 조기에 화재를 방지하는 역할을 한다.

예를 들어, 수산화 칼슘이 도포된 천은 화재 또는 주위의 열원에 의해 약 100℃ 이상의 고온을 외부로부터 받게 되면 천에 코팅되어 있는 수산화 칼슘이 열을 흡수하고 물을 방출하는 탈수 반응을 일으킴으로써, 열에 의한 더 이상의 손상을 방지하고 화재가 진행하는 것을 막아준다.

본 발명에서는 난연제가 가지고 있는 이러한 특성을 이용하여 냉각수의 공급이 없이도 연삭 또는 연마 가공이 가능하게 된다.

본 발명에서는 연마재로서 다이아몬드 입자, 입방질화붕소, 지르코니아, 탄화규소와 알루미나등을 사용할 수 있다.

한편, 연삭성을 향상시키기 위하여 알루미나 중공체 또는 유리 중공체를 추가로 첨 가할 수 있으며, 중공체의 크기는 2밀리미터 이하가 바람직하고, 그 첨가량은 2 ∼20용적%가 바람직하다.

더욱이, 연삭성을 증가시키기 위하여 발포제를 추가로 첨가할 수 있으며, 발포제 크기는 0.05 내지 1밀리미터 정도가 바람직하고, 그 첨가량은 2 ∼20 용적%가 바람직하다.

다음에, 상기와 같이 제조된 페이스트를 스크린 법에 의하여 성형하여야 한다.

상기 스크린 법에 의한 성형은 나일론 망이 사각의 격자 형태로 메쉬가 짜여져 있고, 나일론 망을 포함하여 부착되어 있는 팁의 두께를 조절하는 우레탄이 0.5 내지 1.5 밀리미터의 일정 두께를 유지하고 있는 실크 스크린에서 제조하고자 하는 팁의 형상이 조각되어 파여져 있는 부분에 혼합된 페이스트를 통과시켜 천위에 도포함으로써 이루어진다.

상기 천으로는 내열성을 가지고, 또한 상기 페이스트와 우수한 결합력을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 천으로는 순면 또는 폴리 에스테르와 면의 혼방조합으로 이루어진 것이 바람직하고, 10수 내지 100수의 치밀도로 짜여져 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 천위에 도포된 페이스트에서 액상의 페놀 수지가 흡수되지 못하도록 천의 표면을 포리졸이 변성된 비닐과 에폭시 수지에 의해 코팅하는 것이 바람직하다.

이때, 천을 이루고 있는 실의 직조에 의해 생긴 골을 메꿔 도포된 형상의 경계면이 일그러지거나 천에 흡수되지 않도록 하기 위하여 포리졸 또는 에폭시 수지에 산화철 또는 산화크롬을 5∼40 중량% 첨가하는 것이 바람직하다.

이때, 천위에 코팅된 수지의 경화를 위해 섭씨 100 내지 150도의 로 안에서 30분 내지 2시간정도 유지하도록 한다.

또한, 천의 뒤쪽도 차후 접착제를 도포할 때, 접착제 속에 포함된 용제에 의해 영향을 받지 않도록 우레탄, 에폭시 그리고 고무류의 접착제를 도포할 수 있다.

상기와 같이 스크린 법을 사용하여 성형하는 경우에는 페이스트의 점도를 적절히 설정하는 것이 필요한데, 그 이유는 다음과 같다.

페이스트의 점도가 너무 낮게 되면 스크린 망을 통과하여 도포될 때, 인접한 팁의 경계면을 이루고 있는 마스킹의 벽으로 스며들게 되고, 결과적으로 도포된 형상이 일정하지 못하고 일그러지는 문제를 유발시키게 된다.

또한, 도포되는 형상이 일정하지 못함으로써 제조되는 연마 공구의 품질에 영향을 미치고 실크 스크린의 짧은 교체 주기를 유발시켜 생산성을 저하시킨다.

반면에, 점도가 너무 높은 경우에는 실크 스크린망을 제대로 통과하지 못해 도포되는 부분이 전체적으로 안 나타날 수 있으며, 건조로에서의 열경화 후에도 실크 스크린망을 통과한 후 형성되는 형상의 일그러짐이 계속 유지될 수 있다.

따라서, 상기 페이스트의 점도는 500,000 ∼2,500,000 cps를 유지하도록 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1,500,000 ∼2,000,000 cps를 유지하도록 하는 것이다.

상기와 같이 스크린 법을 사용하여 성형하는 경우에는 제조공정 및 설비를 단순화시킬 수 있다.

다음에, 상기와 같이 성형된 성형체를 건조한다.

상기 건조는 상온 내지 50℃정도에서 행하는 것이 바람직하다.

건조온도가 너무 낮은 경우에는 액상의 페놀 속에 포함되어 있는 용제가 휘발하지 않아 경화시키는 온도에 이르렀을 때 내부에서 휘발하여 조대한 기공을 형성하는 문제점이 있고, 너무 높은 경우에는 혼합된 페이스트의 외부표면에서 페이스트상의 페놀이 서서히 굳어 내부에서 휘발한 용제가 빠져 나오지 못하여 팁의 내부에 조대한 기공을 형성하거나 경화 후 팁에 균열을 일으키는 문제점이 있기 때문에, 건조온도는 상온내지 50℃정도로 설정하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기와 같이 건조된 성형체를 경화시킨다.

상기 성형체의 경화는 건조로 안에서 열풍 건조 방식에 의해 행하는 것이 바람직하다.

상기 경화는 130 내지 150℃의 온도에서 20 내지 60분간 유지하여 행하는 것이 바람직하다.

이때 총 경화 시간은 상온에서부터 경화 온도까지 2시간 내지 6시간이 되도록 한다.

특히, 100℃에 이르기까지 분말이 혼합된 페이스트 안에 포함되어 있는 용제와 페놀의 반응에 의해 발생되는 물이 증발하여 빠져나갈 수 있도록 2 내지 5시간 동안 천천히 온도를 증가시켜야 한다.

만약 급속히 온도를 증가시키면 페이스트 내부에서 잔존하고 있는 용제와 물의 증기압으로 인하여 주위를 둘러싸고 있는 페이스트 상의 페놀이 팽창하게 되어 내부에 기공이 형성되는 문제가 발생한다. 이러한 기공은 페놀 수지를 기본으로 하는 결합제의 마모를 빠르게 하고 다이아몬드와 같은 연마재의 결합력을 떨어뜨려 연마공구의 연마속도를 저하시키고 수명을 짧게 한다.

상기와 같이 천위에 성형된 팁이 경화되면 연마 공구의 형태로 경화된 성형체의 경계면을 칼, 가위, 또는 칼날이 달린 펀치등의 공구를 이용하여 연마공구의 형태로 천을 재단한다.

다음으로 팁이 부착되어 있는 천의 뒷면과 동일한 형상과 크기의 벨크로 천을 접착제로 접착한다.

이 때 유연성을 요구하는 공구인 연마 패드 등의 공구에는 우레탄과 고무류의 접착제가 적합하며, 일정한 형상을 유지하면서 연마하는 공구류에서는 우레탄이나 에폭시 또는 고무류의 접착제가 적합하다.

이렇게 제조된 연마 공구는 공구의 표면을 냉각시키거나 피삭재에 물을 가하기 어려운 경우 피삭재의 연삭 또는 연마를 하기에 적합하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

본 발명에 따라 제작된 연마 공구의 성능을 확인하기 위하여 아래와 같이 2종류의 연마 패드를 제조하여 탄화발생여부를 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

이 때, 상기 연마 패드는 직경이 100밀리미터인 원형의 형태로 제조되었다.

하기 표 1의 종래재는 제너럴 익렉트릭사에서 생산하는 메쉬 120의 니켈 코팅 다이아몬드 2 용적%와 30 용적%의 페놀 수지 그리고 연삭에 도움을 주는 필러인 탄화규소를 나머지 성분으로 하는 혼합물을 터블러 믹서에서 완전히 25분간 혼합한 후, 혼합된 분말을 금형에 넣고 160℃의 열판 프레스에서 소결하여 제조된 것으로서, 팁 두께가 2.6밀리미터이고, 팁의 크기가 5밀리미터, 3밀리미터인 팁을 다수개 포함하는 연마 패드이다.

상기 종래재의 연마 패드의 뒷면에 벨크로를 2액형의 우레탄 접착제로 접착하였으며, 탄화시험결과는 폴리셔에 연마 패드를 부착하여 사방 30센티미터의 화강암과 대리석을 연마함으로써 연마 패드의 표면에서 결합제인 페놀 수지의 탄화와 이에 의한 석재 표면의 얼룩짐 여부를 관찰한 것이다.

한편, 하기 표 1의 발명재는 종래재의 탄화규소와 수산화 알루미늄을 50 용적%로 첨가하여 액상 페놀과 분말 페놀 수지의 혼합물에 첨가하여 실크 스크린망을 통과시켜 천에 도포하고, 건조한 후 130℃에서 30분간 유지하여 경화시킨 후 벨크로에 접착시켜 제조한 것이다.

구분	패드 조성(용적%)						탄화현상 (버닝)
	액상페놀수지	분말상 페놀수지	연마재	탄화규소	수산화알루미늄	주석
종래재	-	50	10	35	-	5	발생
발명재	50	5	10	15	20	-	없음

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 일반적인 폴리싱 패드인 종래재의 경우에는 피삭재와의 마찰열에 의해 결합제인 페놀 수지가 탄화되는 버닝현상과 석재의 표면이 얼룩지는 문제가 발생하였으나, 본 발명에 따라 제조된 연마 패드는 버닝현상이 발생하지 않음을 알 수 있으며, 이는 계속된 연마 가공을 진행할 수 있다는 것을 의미하는 것이다.

(실시예 2)

총 수지의 함량 및 나머지 성분의 함량은 상기 실시예 1의 발명재의 것과 동일하게 하고, 단지 하기 표 2와 같이 페놀수지의 액상 및 분말상의 함량을 변화시켜 연마패드의 제조에 따른 성형성을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

하기 표 2에서 성형성은 실크 스크린 망을 통과하여 천에 부착되는 정도와 성형되는 팁형상의 정확성을 나타낸 것이다.

구분	페드 조성(용적%)		성형성	탄화현상 (버닝)
	액상 페놀수지	분말상 페놀수지
시편 1	35	20	나쁨	없음
시편 2	50	5	좋음	없음
시편 3	45	10	좋음	없음
시편 4	48	7	좋음	없음
시편 5	53	2	나쁨	일부발생
시편 6	40	15	나쁨	없음

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 액상 페놀수지와 분말상 페놀수지의 함량을 갖는 경우가 본 발명 범위를 벗어나는 경우에 비하여 내열성, 성형성 측면에서 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 연마 공구를 사용하여 피삭재를 연마하는 경우에는 냉각수의 공급없이도 마찰열에 의한 연마공구의 표면 온도 증가를 방지하여 수지의 탄화현상을 방지할 수 있기 때문에, 냉각수의 공급없이도 얼룩이 발생하는 현상을 방지하고 연삭성과 표면 광택을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 환경 오염을 최소화시킬 수 있다.

더욱이, 본 발명에 의하면, 연마공구의 내열성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 스크린 법을 사용함으로써 제조공정 및 설비를 단순화시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 70∼95 용적%의 액상 페놀수지와 5∼30 용적%의 분말상 페놀수지로 이루어진 열경화성 페놀수지: 40∼70 용적%, 연마재: 0.1∼15 용적%, 난연제: 5∼40 용적%, 및 보조 연마재: 10∼30 용적%를 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계;

   상기와 같이 제조된 페이스트를 스크린 법에 의하여 성형하는 단계; 및

   상기 성형체를 건조하는 단계; 및

   상기와 같이 건조된 성형체를 경화시키는 단계를 포함하여 구성되는 연마공구의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 상기 난연제는 수산화 칼슘, 수산화 알루미늄 및 수산화 마그네슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 페이스트의 점도가 1,500,000 ∼2,000,000 cps인 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마재가 다이아몬드 또는 입방질화붕소인 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2밀리미터 이하의 알루미나 중공체 또는 유리 중공체가 추가로 2 ∼20용적% 첨가되는 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 0.05내지 1밀리미터의 발포제가 추가로 2 ∼20용적% 첨가되는 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 경화는 130 내지 150℃의 온도에서 20 내지 60분간 유지하여 행하는 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법
8. 제3항에 있어서, 경화는 130 내지 150℃의 온도에서 20 내지 60분간 유지하여 행하는 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법
9. 제4항에 있어서, 경화는 130 내지 150℃의 온도에서 20 내지 60분간 유지하여 행하는 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분말상의 페놀 수지와 액상의 페놀 수지를 점도가 5000∼20000cps가 되도록 먼저 혼합한 후, 그 혼합물을 다른 성분들과 혼합하는 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법