KR101659078B1 - 절삭 휠용 조성물 및 이를 이용한 절삭 휠 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 50 ~ 85 중량%의 연마 입자, 10 ~ 25 중량%의 바인더 수지 및 잔량의 충진제를 포함하는 절삭 휠용 조성물에 관한 것으로서, 상기 바인더 수지가 제1 바인더 수지로서 페놀 수지; 및 제2 바인더 수지로서 (비스)말레이미드 수지((bis)maleimide resin) 및 시아네이트 에스테르 수지(cyanate ester resin) 중 적어도 1종을 포함하는 것이 특징인 절삭 휠용 조성물, 및 이를 이용한 절삭 휠에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절삭 휠용 조성물은 바인더 수지로서 페놀 수지 이외에 (비스)말레이미드 수지 및 시아네이트 에스테르 수지 중 적어도 1종을 포함함으로써, 내열성 및 내마모성이 향상되어 수명 특성이 향상된 절삭 휠을 제조할 수 있다.
절삭 휠, 바인더 수지

Description

절삭 휠용 조성물 및 이를 이용한 절삭 휠{COMPOSITION FOR CUTTING WHEEL AND CUTTING WHEEL BY USING THE SAME}
본 발명은 절삭 휠용 조성물 및 이를 포함하는 절삭 휠에 관한 것이다.
절삭 휠(cutting wheel)은 금속, 플라스틱 등으로 된 다양한 형태의 모재를 절삭하는 데에 사용된다. 상기 절삭 휠은 일반적으로 연마 입자, 바인더 수지, 및 충진제를 포함하는 조성물을 디스크형 몰드에 넣고 일정 압력으로 압축한 후 경화하여 제조된다. 이때, 바인더 수지로서 유리 전이 온도(Tg)가 약 200 ℃이고, 열 분해 온도(heat decomposition temperature)가 약 300 ℃인 내열성 수지로 알려진 페놀 수지를 주로 이용하였다.
이러한 절삭 휠을 이용하여 모재를 절삭할 경우, 절삭 휠과 모재사이의 마찰로 인해서 열이 발생하여 절삭 영역의 온도가 상승하고, 이로 인해 절단 휠의 열적 파손(thermal damage)이 초래된다.
이러한 절단 휠의 열적 파손은 절삭 작업을 제한하는 주요 원인 중의 하나이다. 그래서, 최근 절삭 휠의 이용시 발생하는 마찰열에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 2004년 S. Malkin은 절삭 작업시 절삭 휠과 모재사이의 마찰로 인해 발생하는 열에 대하여 조사하였다. 상기 조사 결과에 따르면, 절삭 휠을 이용하여 모재를 절삭할 때, 절삭 휠과 모재사이의 마찰로 인해 마찰열이 발생하고, 이로 인해 절삭 휠과 모재사이의 계면 온도, 즉 절삭 영역의 온도가 대략 600 ℃ 정도로 매우 높게 된다.
그렇기 때문에, 내열성 수지인 페놀 수지를 바인더 수지로 이용한다하더라도, 절삭 영역에 발생한 높은 마찰열로 인해서 상기 절삭 영역에 대응되는 절삭 휠 부분에 존재하는 페놀 수지가 열 분해(변형)되고, 이로 인해 페놀 수지에 의해서 결합되어 있던 연마 입자들이 절삭 휠로부터 분리되는 일이 발생한다. 이러한 연마 입자들의 분리가 절삭 휠의 이용시마다 반복적으로 일어남으로써, 절삭 휠의 수명이 단축되었다.
따라서, 절단 휠을 이용하여 모재의 절삭시 열적 파손이 발생하지 않도록, 높은 내열성을 갖는 새로운 절단 휠용 조성물을 개발할 필요가 있다.
본 발명자들은 절삭 휠용 조성물의 바인더 수지로서 페놀 수지와 함께 (비스)말레이미드 수지 및/또는 시아네이트 에스테르 수지를 이용할 경우, 내열성 및 내마모성이 향상되어 수명 특성이 향상된 절삭 휠을 제조할 수 있다는 것을 알았다.
이에, 본 발명에서는 바인더 수지로서 페놀 수지와 더불어 (비스)말레이미드 수지 및/또는 시아네이트 에스테르 수지를 이용함으로써, 절삭 휠 내 연마 입자들 사이를 상기 바인더 수지에 의해서 보다 더 단단히 결합시켜 절삭 휠의 내열성 및 내마모성을 향상시키고, 이에 따라 절삭 휠의 수명 특성을 향상시키고자 한다.
본 발명은 50 ~ 85 중량%의 연마 입자, 10 ~ 25 중량%의 바인더 수지 및 잔량의 충진제를 포함하는 절삭 휠용 조성물로서, 상기 바인더 수지가 제1 바인더 수지로서 페놀 수지; 및 제2 바인더 수지로서 (비스)말레이미드 수지((bis)maleimide resin) 및 시아네이트 에스테르 수지(cyanate ester resin) 중 적어도 1종을 포함하는 것이 특징인 절삭 휠용 조성물, 및 이를 이용한 절삭 휠을 제공한다.
본 발명의 절삭 휠용 조성물은 바인더 수지로서 페놀 수지와 더불어 (비스)말레이미드 수지 및 시아네이트 에스테르 수지 중 적어도 1종을 포함함으로써, 내열성 및 내마모성이 향상되어 수명 특성이 향상된 절삭 휠을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에서, 절삭은 연마, 절단, 절삭 등을 포함하는 의미이다.
본 발명은 연마 입자, 바인더 수지 및 충진제를 포함하는 절삭 휠용 조성물로서, 절삭 휠의 이용시 절삭 영역에서 발생하는 고온의 마찰열로 인해서 바인더 수지가 열 변형되어 연마 입자들이 절삭 휠로부터 분리되는 것을 방지하고자, 상기 바인더 수지로서 페놀 수지와 더불어 (비스)말레이미드 수지 및/또는 시아네이트 에스테르 수지를 이용하되, 연마 입자들 사이를 보다 더 단단히 결합시킬 수 있도록 이들의 함량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 바인더 수지로서 페놀 수지와 (비스)말레이미드 수지(및/또는 시아네이트 에스테르 수지)를 이용할 경우, 열 경화시 페놀 수지의 -OH 부분과 (비스)말레이미드 수지의 탄소-탄소 이중결합 부분(및/또는 시아네이트 에스테르 수지의 -CN 부분)이 반응하여 조밀한 망상 결합구조를 형성한다. 이렇게 열 경화되는 바인더 수지는 페놀 수지만을 이용한 종래 바인더 수지보다 고강도 및 고내열 특성을 갖기 때문에, 절삭 영역에 고온의 마찰열이 발생하더라도 연마 입자를 사이를 단단히 결합시킬 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 절삭 휠용 조성물을 이용한 절삭 휠은 내열성 및 내마모성이 향상될 수 있다.
본 발명에서 제1 바인더 수지로서 사용되는 페놀 수지는 페놀류와 포름알데히드류의 축합 중합에 의해 제조된 수지로서, 열 경화에 의해서 가교 망상 구조를 갖는다. 본 발명에서 이용되는 페놀 수지의 형태는 특별히 제한하지 않으며, 액상 및/또는 분말 형태일 수 있다. 이러한 페놀 수지의 예로는 레졸(resole) 형태의 페놀 수지, 노블락(novolac) 형태의 페놀 수지 등이 있다.
본 발명에서는 절삭 휠의 내열성 및 내모마성을 향상시키기 위해, 전술한 페놀 수지와 더불어 (비스)말레이미드 수지 및 시아네이트 에스테르 수지 중 적어도 1종을 혼합하여 바인더 수지로서 사용한다.
본 발명에서 사용되는 (비스)말레이미드 수지((bis)maleimide resin)는 열에 의해 경화되어 가교결합 구조를 형성할 수 있다. 구체적으로, (비스)말레이미드 수지는 열 경화시 상기 (비스)말레이미드기의 탄소-탄소 이중결합이 다른 (비스)말레이미드기의 탄소-탄소 이중결합과 반응하여 가교 결합된 망상 구조를 갖기 때문에, 높은 내열성 및 고강도를 갖는다. 이러한 (비스)말레이미드 수지를 제2 바인더 수지로 이용할 경우, 열 경화시 제1 바인더 수지인 페놀 수지와 반응하여 보다 조밀한 망상 결합 구조를 가질 수 있다. 이러한 망상 가교 결합 구조를 가짐으로써, 본 발명의 바인더 수지는 절삭시 발생하는 마찰열에 견딜 수 있을 정도로 열적으로 보다 안정하게 되고, 이로 인해 종래 페놀 수지만을 이용한 경우에 비해 절삭시 발생하는 마찰열에 의해 덜 열분해되기 때문에 연마 입자 및/또는 충진제를 견고하게 결합시킬 수 있다.
상기 (비스)말레이미드 수지의 비제한적인 예로는 비스(3-에틸-5-메틸-4-말레이미드-페닐)메탄 수지[bis(3-ethyl-5-methyl-4-maleimide-phenyl) methane resin], N-페닐 말레이미드(N-phenyl maleimide), 비스(말레이미드-트리아진) 부가 공중합체[bis(maleimide-triazine) addition copolymer], N,N'-페닐렌비스말레이미드, N,N'-헥사메틸렌비스말레이미드, N,N'-벤조페논비스말레이미드, N,N'-디페닐메탄비스말레이미드, N,N'-옥시-디-p-페닐렌비스말레이미드, N,N'-4,4'-벤조페논비스말레이미드, N,N'-p-디페닐술폰비스말레이미드, N,N'-(3,3'-디메틸)메틸렌-디-p-페닐렌비스말레이미드, 폴리(페닐메틸렌)폴리말레이미드, 2,2'-비스(4-페녹시페닐)프로판-N,N'-비스말레이미드, 비스(4-페녹시페닐)술폰-N,N'-비스말레이미드, 1,4-비스(4-페녹시)벤젠-N,N'-비스말레이미드, 1,3-비스(4-페녹시페닐)술폰-N,N'-비스말레이미드, 1,3-비스-(3-페녹시)벤젠-N,N'-비스말레이미드 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상이 혼합하여 사용될 수 있다.
또, 상기 (비스)말레이미드 수지는 열 분해 온도(TGA Decomposition temperature)가 약 300 ~ 380 ℃ 범위이고, 가교 후의 유리전이온도가 약 305 ~ 325 ℃ 범위이어서, 절삭 휠의 절삭시 발생하는 마찰열에 견딜 수 있고, 결국 절삭 휠로부터 연마 입자들이 분리되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 전술한 (비스)말레이미드 수지 이외 시아네이트 에스테르 수지를 제2 바인더 수지로서 이용할 수 있다. 아울러, (비스)말레이미드 수지와 시아네이트 에스테르 수지를 혼합하여 제2 바인더 수지로서 이용할 수 있다.
상기 시아네이트 에스테르 수지는 하나 이상의 시아네이트 에스테르 작용기(-O-C≡N)를 함유하는 단량체들로 이루어진 수지로서, 열에 의해 cyclotrimerization reaction이 개시되어 트리아진기(triazine group)에 의한 가교 결합된 망상 구조를 갖기 때문에, 높은 내열성 및 고강도를 갖는다. 이러한 시아네이트 에스테르 수지를 제2 바인더 수지로 이용할 경우, 열 경화시 제1 바인더 수 지인 페놀 수지와 반응하여 보다 조밀한 망상 결합 구조를 가질 수 있다. 이러한 망상 가교 결합 구조를 가짐으로써, 본 발명의 바인더 수지는 절삭시 발생하는 마찰열에 견딜 수 있고, 이에 따라 연마 입자 및/또는 충진제를 견고하게 결합시킬 수 있다.
상기 시아네이트 에스테르 수지의 비제한적인 예로는 올리고(3-메틸렌-1,5-페닐렌시아네이트)[Oligo(3-methylene-1,5-phenylenecyanate), 또는 (Formaldehyde, polymer with phenol, cyanate)], 프리폴리머 비스 페놀 A 디시아네이트 올리고머(prepolymer bisphenol A dicayanate oligomer), 2,2-비스(4-시아네이토페닐)프로판 단독중합체[2,2-Bis(4-cyanatophenyl)propane homopolymer], 2,2-비스(4-시아네이토페닐)프로판, 폴리크레졸 시아네이트(polycesol cyanate), 폴리페놀시아네이트(polyphenolcyanate), 4,4'-에틸리덴디페닐 디시아네이트(4,4'-ethylidenediphenyl dicyanate), 4,4'-메틸렌비스(2,6-디메틸페닐 시아네이트)[4,4'-methylenebis(2,6-dimethylphenyl cyanate)] 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2 종 이상이 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 시아네이트 에스테르 수지의 경우, 열 분해 온도(TGA Decomposition temperature)가 약 400 ~ 420 ℃이고, 가교시의 유리전이온도가 약 390 ~ 410 ℃이기 때문에, 절삭 휠의 절삭시 발생하는 마찰열에 견딜 수 있고, 결국 절삭 휠로부터 연마 입자들이 분리되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 절삭 휠용 조성물에서는 제1 바인더 수지로서의 페놀 수지와 제2 바인더 수지로서의 (비스)말레이미드 수지 및/또는 시아네이트 에스테르 수지를 다 양한 비율로 포함할 수 있다. 다만, 절삭 휠의 내열성이나 내마모성이 저하되지 않도록, 본 발명의 절삭 휠용 조성물은 제1 바인더 수지(a)와 제2 바인더 수지(b)를 60 ~ 80 : 40 ~ 20 중량 비율로 포함하는 것이 적절하다. 본 발명의 일례에 따르면, 페놀 수지와 (비스)말레이미드 수지의 혼합 비율은 70 : 30 중량 비율이었고, 페놀 수지와 시아네이트 에스테르 수지의 혼합 비율은 70 : 30 중량 비율이었다.
이러한 비율로 제1 바인더 수지와 제2 바인더 수지를 포함하는 본 발명의 바인더 수지는, 절삭 휠의 이용시 절삭 휠로부터 연마 입자들이 분리되어 절삭 휠의 수명 저하가 초래되지 않고 절단 휠이 모재를 효과적으로 절단할 수 있도록 절삭 휠용 조성물의 전체 중량에 대하여 10 ~ 25 중량% 범위로 포함되는 것이 적절하다.
본 발명의 절삭 휠용 조성물은 전술한 바인더 수지 이외에, 절살 휠에서 절삭 기능을 부여하는 연마 입자를 포함한다. 상기 연마 입자의 종류는 특별히 제한되지 아니하며, 당 업계에서 연마 입자로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
이러한 연마 입자로는 금속성 연마 입자, 금속 코팅 연마 입자, 무기물 연마 입자, 광물성 연마 입자, 세라믹 연마 입자 등이 있는데, 당업자라면 연마 대상물의 특성에 따라 적절한 연마 입자를 선택하여 사용할 수 있을 것이다. 상기 연마 입자의 비제한적인 예를 들면, 알루미늄 산화물, 세라믹 알루미늄 산화물, 열처리된 알루미늄 산화물, 실리카, 실리콘 카바이드, 융합된 산화알루미늄(예, 융합된 알루미나-지크코니아), 졸-겔 유도된 세라믹 알루미늄 산화물, 티탄 디보리드(titanium diboride), 보론 카바이드, 큐빅 보론 니트리드(cubic boron nitride) 등이 있는데, 이들은 단독 또는 2종 이상이 혼합하여 이용될 수 있다. 상기 졸-겔 유도된 세라믹 알루미늄 산화물은 시드 처리되거나 시드처리되지 않을 수 있다.
상기 연마 입자의 평균 입경은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 약 0.1 내지 1500 ㎛ 범위, 또는 약 10 내지 1000 ㎛ 범위, 또는 약 180 내지 800 ㎛ 범위인 것이 적절하다. 본 발명의 일례에 따르면 연마 입자의 평균 입경은 ANSI Grades 36 및 24에 따라 약 500 내지 700 ㎛ 범위일 수 있다.
또, 상기 연마 입자의 경도는 절삭, 절단되거나 연마되는 모재보다 경도가 강하면 되기 때문에 특별히 제한되지 않으나, Knoop 경도가 약 15 kN/㎟ 이상인 것이 적절하다.
또, 상기 연마 입자의 형태는 특별히 제한되지 않으나, 불규칙 형태를 갖거나 특정 형태로 성형될 수 있다. 예를 들어, 전구물 입자를 소결시켜 최종 연마 입자를 형성시키기 전에 전구물 입자를 분쇄시켜 제조하거나, 또는 봉, 피라미드, 다각면 등을 가진 입자일 수 있다.
이러한 연마 입자는 하나의 연마 입자이거나, 또는 2 이상의 연마 입자들이 함께 접착되어 형성된 연마 응집체일 수 있다.
본 발명의 절삭 휠용 조성물에서 상기 연마 입자는 절단 휠이 모재를 효과적으로 절단할 수 있도록 전체 중량에 대하여 약 50 ~ 85 중량% 범위의 함량으로 포함되는 것이 적절하다.
본 발명의 절삭 휠용 조성물은 전술한 바인더 수지 및 연마 입자 이외 일정 공간을 점유하고/점유하거나 다공성을 제공할 수 있는 충진제를 포함한다. 이로써, 최종 절삭 휠을 이용하여 모재를 절삭할 경우, 절삭 휠의 마멸로 인해서, 즉 연마 입자의 마모로 인해서 새로운 연마 입자가 노출될 수 있다. 또한, 상기 충진제는 절삭 휠의 절삭시 절삭되는 계면의 온도를 저하시켜 절삭 휠의 절삭 특성을 향상시킬 수 있는 연마 보조제로서 작용할 수도 있다.
이러한 충진제의 예로는 방해석(calcite), 이회암(marl), 대리석(marble), 석회석(limestone), 칼슘 카보네이트, 칼슘 마그네슘 카보네이트, 소듐 카보네이트, 마그네슘 카보네이트 등과 같은 금속 카보네이트(metal carbonate); 무정형 실리카, 석영(quartz), 유리 비드(glass beads), 유리 버블(glass bubbles) 등과 같은 실리카(silica); 탈크(talc), 클로이(clays), 마이카(mica), 칼슘 실리케이트(calcium silicate), 칼슘 메타실리케이트(calcium metasilicate), 소듐 알루미노실리케이트(sodium aluminosilicate), 소듐 실리카(sodium silicate) 등과 같은 실리케이트(silicates); 칼슘 설페이트, 소듐 설페이트, 알루미늄 설페이트, 알루미늄 소듐 설페이트 등과 같은 금속 설페이트(metal sulfates); 석고(gypsum); 버미큘라이트(vermiculite); 알루미늄 수산화물(aluminum trihydrate); 칼슘 산화물, 알루미늄 산화물, 티탄늄 산화물(titanium dioxide) 등과 같은 금속산화물(metal oxides); 칼슘 설파이트 등과 같은 금속 설파이트(metal sulfites) 등이 있는데, 이들은 다공성이 약 1 내지 50 부피%, 또는 약 1 내지 40 부피% 범위인 절삭 휠이 제조되도록 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 이외, 염화나트륨, 염화마그네슘, 크리올라이트(cryolite), 이황화철(FeS2) 등을 단독으로 또는 2종 이 상 혼합하여 사용함으로써 절삭 계면의 온도를 저하시킬 수도 있다.
상기 충진제의 입경은 종류에 따라 상이할 수 있으나, 입경이 너무 작으면 배합(mixing) 후 충진제의 표면적이 너무 증가하여 바인더 수지가 충진제를 충분히 고정시키지 못할 수 있으며, 입경이 너무 크면 충진제로서의 역할을 제대로 수행하지 못할 수 있기 때문에 약 30 ~ 100 ㎛인 것이 적절하다.
이러한 충진제는 절삭 휠을 이용하여 모재의 절단시 절단 휠의 휨 문제가 초래되지 않도록 하면서, 절단 휠에 의해서 모재가 효과적으로 절단될 수 있도록 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 조절하는 잔량인 것이 적절하다.
한편, 본 발명의 절삭 휠용 조성물은 바인더 수지, 연마 입자 및 충진제를 포함하는 것 이외에, 커플링제(coupling agent) 및/또는 금속 단섬유(metal short fiber)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 커플링제는 분자 내에 바인더 수지와 결합할 수 있는 소수성 관능기와 연마 입자와 결합할 수 있는 친수성 관능기를 동시에 갖고 있는 물질이기 때문에, 바인더 수지와 연마 입자 및/또는 충진제 사이의 결합을 보다 더 견고하게 하여 절삭 휠의 강도뿐만 아니라 절삭 휠의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
이러한 커플링제의 예로는 실란계 커플링제(silane-based coupling agent), 티타네이트계 커플링제(titanate-based coupling agent), 지르코네이트계 커플링제(zirconate-based coupling agent), 지르코알루미네이트계 커플링제(zircoaluminate-based coupling agent) 등이 있는데, 이에 제한되지 않는다.
보다 구체적으로 상기 커플링제의 예로는, 모노알콕시실란, 디알콕시실란, 트리알콕시실란, 다이포달알콕시실란 등의 실란계 커플링제; 모노알콕시형, 킬레이트형, 코디네이트형 등의 티타네이트계 커플링제; 모노알콕시지르코늄, 트리알콕시지르코늄 등의 지르코네이트계 커플링제; 모노알콕시지르코알루미네이트, 트리알콕시지르코알루미네이트 등의 지르코알루미네이트계 커플링제 등이 있는데, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 일례에 따르면, 커플링제로서 실란계 커플링제인 Gamma-Aminopropyl triethoxysilane을 이용하였다.
이러한 종류의 커플링제는 바인더 수지와 연마 입자 및/또는 충진제 사이가 보다 더 견고하게 결합될 수 있도록 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.1 내지 0.3 중량% 범위의 함량으로 포함되는 것이 적절하다.
또, 본 발명에서 사용 가능한 금속 단섬유(metal short fiber)는 열 전도도가 높은 물질로서, 절삭 휠에 의해서 절삭되는 모재가 변색되는 것을 방지하는 역할을 한다. 구체적으로, 절삭 휠에 의해서 모재가 절삭될 때, 상기 절삭 휠의 회전에 의해서 대략 600 ℃ 이하의 마찰열이 발생하고, 이 마찰열에 의해서 상기 모재가 검게 타게 되는데, 이때 상기 절삭 휠의 금속 단섬유가 검게 타서 변색된 모재부분을 연마함으로써 모재의 탄 부분을 제거해주고, 이로써 모재의 변색을 방지시킬 수 있다.
이러한 금속 단섬유의 비제한적인 예로는 알루미늄 단섬유(aluminum short fiber), 니켈 단섬유(Nickel short fiber), 아연 단섬유(Zinc short fiber), 스테인리스강 단섬유(stainless steel short fiber), 티탄 단섬유(titanium short fiber), 구리 단섬유(cupper short fiber), 이들의 합금 등이 있는데, 이들은 단독 또는 2종 이상이 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 금속 단섬유의 직경 및 길이는 특별히 제한되지 않으나, 절삭 휠에 의해서 절삭되는 모재가 변색되는 것을 방지하기 위하여 직경은 약 10 내지 20 ㎛이고, 또 길이는 약 1 ㎜ 이하인 것이 적절하다.
이러한 금속 단섬유는 절삭 휠로 모재를 절삭할 때 모재가 변색되지 않도록 하기 위해 조성물의 전체 중량에 대하여 약 3 내지 6 중량% 범위의 함량으로 포함되는 것이 적절하다.
또한, 본 발명의 절삭 휠용 조성물은 전술한 성분들 이외에, 윤활제 등과 같은 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 윤활제는 절삭 휠에 있어서 마찰계수를 조정하기 위한 역할을 하는 마찰마모조정제로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않으나, 흑연, 이황화몰리브덴, 삼황화안티몬 등과 같은 고체 윤활제인 것이 적절하다. 이러한 윤활제의 함량은 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.05 내지 0.2 중량% 범위로 포함되는 것이 적절하다.
본 발명의 절삭 휠용 조성물은 당 업계에서 알려진 방법에 의해서 제조될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 절삭 휠용 조성물은 연마 입자를 액상의 바인더 수지에 첨가하여 바인더 수지와 연마 입자의 습윤 혼합물을 형성하는 단계; 충진제 및 기타 첨가제를 고상의 바인더 수지와 혼합하여 바인더 수지와 충진제의 분말 혼합물을 형성하는 단계; 및 상기 습윤 혼합물과 분말 혼합물을 혼합하는 단계를 포함 하는 방법에 의해서 제조될 수 있는데, 이에 제한되지 않는다.
한편, 본 발명은 전술한 절삭 휠용 조성물을 이용하여 제조된 절삭 휠을 제공한다. 상기 절삭 휠은 당 업계에서 알려진 방법을 통해 제조되는데, 이의 예로는 압축성형공정(compression molding process), 사출성형공정(injection molding process), 트랜스퍼성형공정(transfer molding process) 등이 있다. 이러한 공정은 열간 프레싱(hot pressing) 또는 냉간 프레싱(cold pressing)을 할 수 있는데, 이에 제한되지 않는다.
이하, 실시예 및 실험예를 들어 본 발명을 보다 자세히 설명할 것이다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
1-1. 절삭 휠용 조성물의 제조
연마 입자인 Ceramic coated Blown Aluminum Oxide(BZESCC F30, Tribacher Schleifmittel) 36 중량%와 Non-seeded alpha aluminum oxide(321 CubitronTM Abrasive Grain WG 30, 3M USA) 36 중량%를, 바인더 수지인 레졸 타입의 액상 페놀 수지(resole type phenolic resin(liquid))(Phenolite TD-2207, Kangnam Chemical Co.) 3.7 중량%와 5분 동안 혼합하여 바인더 수지와 연마 입자의 습윤 혼합물을 얻었다.
한편, 바인더 수지인 노블락 타입의 고상 페놀 수지(novolac type phenolic resin(solid))(Phenolite TD-739, Kangnam Chemical Co.) 5.2 중량%와 고상의 비스(3-에틸-5-메틸-4-말레이미드-페닐)메탄[bis(3-ethyl-5-methyl-4-maleimide-phenyl)methane](BMI-70, KI Chemical Industry Co.) 3.8 중량%를, 첨가제인 소듐 헥사플루오로알루미네이트(Sodium hexafluoroaluminate, cryolite)(Synthetic Cryolite, MetaChem Co.) 10 중량%, Aluminum Short Fiber(Aluminum Fiber, Future Metal Co.) 5 중량%, 실란 커플링제(Silane Coupling Agent)(Z-6121, Dow Corning) 0.2 중량%, 및 흑연(graphite)(HC-598, Hyundai Coma Co.) 0.1 중량%와 5분 동안 혼합하여 바인더 수지와 첨가제의 분말 혼합물을 얻었다.
이후, 상기 습윤 혼합물과 분말 혼합물을 시멘트 믹서(cement mixer)에서 약 10분 동안 혼합하여 절삭 휠용 조성물을 얻었다.
1-2. 절삭 휠의 제조
상기에서 얻은 절삭 휠용 조성물을 디스크형 몰드에 넣고 100 kg/㎠의 압력으로 압축한 후, hot-air oven에서 24시간 동안 약 250 ℃의 온도로 경화하여 절삭 휠(cut-off wheel)(외경: 405 ㎜, 내경: 25.4 ㎜, 두께: 4 ㎜)을 얻었다.
[실시예 2]
고상의 비스(3-에틸-5-메틸-4-말레이미드-페닐)메탄(BMI-70, KI Chemical Industry Co.) 3.8 중량% 대신에 올리고(3-메틸렌-1,5-페닐렌시아네이트)[Oligo(3-methylene-1,5-phenylenecyanate)](Primaset PT-60, Lonza Inc.) 3.8 중량%를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 절삭 휠용 조성물, 및 절삭 휠을 제조하였다.
[비교예 1]
Brown aluminum oxide P 30(FEPA P 30 grade, Zheng Zhou Abrasives Factory, China) 72 중량%를, 바인더 수지인 레졸 타입의 액상 페놀 수지(resole type phenolic resin(liquid))(Phenolite TD-2207, Kangnam Chemical Co.) 3.9 중량%와 5분 동안 혼합하여 바인더 수지와 연마 입자의 습윤 혼합물을 얻었다.
한편, 바인더 수지인 노블락 타입의 고상 페놀 수지(novolac type phenolic resin(solid))(Phenolite TD-739, Kangnam Chemical Co.) 8 중량%를, 첨가제인 소듐 헥사플루오로알루미네이트(Sodium hexafluoroaluminate, cryolite)(Synthetic Cryolite, MetaChem Co.) 16 중량% 및 흑연(graphite)(HC-598, Hyundai Coma Co.) 0.1 중량%와 5분 동안 혼합하여 바인더 수지와 첨가제의 분말 혼합물을 얻었다.
이후, 상기 습윤 혼합물과 분말 혼합물을 시멘트 믹서(cement mixer)에서 약 10분 동안 혼합하여 절삭 휠용 조성물을 얻었다.
상기에서 얻은 절삭 휠용 조성물을 디스크형 몰드에 넣고 100 kg/㎠의 압력으로 압축한 후, hot-air oven에서 24시간 동안 약 250 ℃의 온도로 경화하여 절삭 휠(cut-off wheel)(외경: 405 ㎜, 내경: 25.4 ㎜, 두께: 4 ㎜)을 얻었다.
[비교예 2]
노블락 타입의 고상 페놀 수지(novolac type phenolic resin(solid))(Phenolite TD-739, Kangnam Chemical Co.) 5.2 중량%와 고상의 (비스)말레이미드 수지로서 비스(3-에틸-5-메틸-4-말레이미드-페닐)메탄[bis(3-ethyl-5-methyl-4-maleimide-phenyl)methane](BMI-70, KI Chemical Industry Co.) 3.8 중량% 대신에, 노블락 타입의 고상 페놀 수지(novolac type phenolic resin(solid))(Phenolite TD-739, Kangnam Chemical Co.) 9 중량%를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 절삭 휠용 조성물, 및 절삭 휠을 제조하였다.
[실험예 1] - 절단 시험(Cutting Test)
본 발명에 따른 절삭 휠의 절단 성능을 평가하기 위하여 하기와 같이 절단 시험을 수행하였다.
실시예 1 및 2에서 각각 제조된 절삭 휠을 절단 톱 장치상에 장착하였고, 이의 대조군으로서 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 절삭 휠을 절단 톱 장치상에 장착하였다. 한편, L 타입의 45C steel angle(carbon steel)(50 ㎜×50 ㎜×4㎜)인 모재 3개를 겹쳐 준비하였다. 상기 절단 톱 장치상에 장착된 절삭 휠을 이용하여 상기 준비된 3개의 모재를 절단하되, 절삭 휠의 외경이 230 ㎜가 될 때까지의 절단 횟수를 측정하였다. 이때, 절단 톱의 마력은 3 HP 및 5 HP(Max. rotation speed: 3850 rpm)이었다. 시험 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
마력(HP) 절단 횟수(회)
실시예 1
 3 125
5 140
실시예 2 3 138
5 155
비교예 1 3 33
5 35
비교예 2
 3 111
5 122
시험 결과, 실시예 1에서 제조된 절삭 휠의 경우, 3 HP일 때 125회, 5 HP일 때 140회로서, 비교예 1에서 제조된 절삭 휠에 비해 절단 횟수가 각각 약 3.79 배와 약 4 배 더 절단하였다. 또한, 실시예 2에서 제조된 절삭 휠의 경우도, 3 HP일 때 비교예 1에서 제조된 절삭 휠보다 약 4.18 배, 5 HP일 때 약 4.43 배 더 절단하였다. 또한, 실시예 1 및 2에서 제조된 절삭 휠은 비교예 2에서 제조된 절삭 휠과 비교하여 더 많은 시간 동안 겹쳐진 3개의 모재를 절단할 수 있었다.
이로써, 본 발명에 따른 절삭 휠용 조성물로 제조된 절삭 휠의 경우, 종래 절삭 휠용 조성물로 제조된 절삭 휠에 비해 절단 성능이 현저하게 우수하다는 것을 알 수 있었다.

Claims (8)

  1. 50 ~ 85 중량%의 연마 입자, 10 ~ 25 중량%의 바인더 수지 및 충진제를 포함하는 절삭 휠용 조성물로서,
    상기 바인더 수지가 제1 바인더 수지로서 페놀 수지; 및 제2 바인더 수지로서 (비스)말레이미드 수지((bis)maleimide resin) 및 시아네이트 에스테르 수지(cyanate ester resin) 중 적어도 1종을 포함하고,
    상기 제1 바인더 수지(a)와 제2 바인더 수지(b)의 혼합 비율은 a : b = 60 ~ 80 : 40 ~ 20 범위의 중량 비율인 것이 특징인 절삭 휠용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (비스)말레이미드 수지는 폴리(N-페닐 말레이미드)[poly(N-phenyl maleimide)], 비스(말레이미드-트리아진) 부가 공중합체[bis(maleimide-triazine) addition copolymer], 비스(3-에틸-5-메틸-4-말레이미드-페닐)메탄 수지[bis(3-ethyl-5-methyl-4-maleimide-Phenyl) Methane resin], N,N'-페닐렌비스말레이미드, N,N'-헥사메틸렌비스말레이미드, N,N'-벤조페논비스말레이미드, N,N'-디페닐메탄비스말레이미드, N,N'-옥시-디-p-페닐렌비스말레이미드, N,N'-4,4'-벤조페논비스말레이미드, N,N'-p-디페닐술폰비스말레이미드, N,N'-(3,3'-디메틸)메틸렌-디-p-페닐렌비스말레이미드, 폴리(페닐메틸렌)폴리말레이미드, 2,2'-비스(4-페녹시페닐)프로판-N,N'-비스말레이미드, 비스(4-페녹시페닐)술폰-N,N'-비스말레이미드, 1,4-비스(4-페녹시)벤젠-N,N'-비스말레이미드, 1,3-비스(4-페녹시페닐)술폰-N,N'-비스말레이미드 및 1,3-비스-(3-페녹시)벤젠-N,N'-비스말레이미드로 이루어진 군에서 선택된 것이 특징인 절삭 휠용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 시아네이트 에스테르 수지는 올리고(3-메틸렌-1,5-페닐렌시아네이트)[oligo(3-methylene-1,5-phenylenecyanate)], 프리폴리머 비스페놀 A 디시아네이트 올리고머(prepolymer bisphenol A dicyanate oligomer), 2,2-비스(4-시아네이토페닐)프로판 단독중합체[2,2-bis(4-cyanatophenyl)propane homopolymer], 2,2-비스(4-시아네이토페닐)프로판[2,2-bis(4-cyanatophenyl)propane], 폴리크레졸 시아네이트(polycresol cyanate), 폴리페놀시아네이트(polyphenolcyanate), 4,4'-에틸리덴디페닐 디시아네이트(4,4'-ehtylidenediphenyl dicayante) 및 4,4'-메틸렌비스(2,6-디메틸페닐 시아네이트)[4,4'-methylenebis(2,6-dimethylphenyl cyanate)]로 이루어진 군에서 선택된 것이 특징인 절삭 휠용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 금속 단섬유(metal short fiber), 커플링제(coupling agent) 또는 이들 모두를 더 포함하는 것이 특징인 절삭 휠용 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속 단섬유는 알루미늄 단섬유(aluminum short fiber), 니켈 단섬유(Nickel short fiber), 아연 단섬유(Zinc short fiber), 스테인리스강 단섬유(stainless steel short fiber), 티탄 단섬유(titanium short fiber), 구리 단섬유(cupper short fiber), 상기 2종 이상의 합금 단섬유 및 이들의 혼합으로 이루어진 군에서 선택된 것이 특징인 절삭 휠용 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 상기 커플링제는 실란계 커플링제(silane-based coupling agent), 티타네이트계 커플링제(titanate-based coupling agent), 지르코네이트계 커플링제(zirconate-based coupling agent), 및 지르코알루미네이트계 커플링제(zircoaluminate-based coupling agent)로 이루어진 군에서 선택된 것이 특징인 절삭 휠용 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 절삭 휠용 조성물을 이용하여 형성된 절삭 휠.
  8. 삭제
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