PL189790B1

PL189790B1 - Sposób wytwarzania związanego wyrobu ściernego

Info

Publication number: PL189790B1
Application number: PL99350728A
Authority: PL
Inventors: Gerald W. Meyer; Mianxue Wu; Elinor B. Keil
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2005-09-30
Also published as: BR9916266A; US6066189A; DE69905080D1; NO20012968L; WO2000035632A3; PL350728A1; HU224453B1; DE69905080T2; JP4309357B2; JP2003517380A; CZ20012165A3; NZ511772A; EP1144159B1; ID28891A; KR100400955B1; CA2354579C; AU2477900A; RU2203797C2; JP3683813B2; NO317893B1

Abstract

1. Sposób wytwarzania zwiazanego wyrobu sciernego, znamienny tym, ze wytwarza sie ziarna scierne na bazie tlenku glinu, przy czym co najmniej czesc powierzchni ziaren powleka sie warstwa szklista; ziarna scierne na bazie tlenku glinu miesza sie z geopolime- rem, po czym geopolimer utwardza sie wytwarzajac zwiazany wyrób scierny. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania związanego wyrobu ściernego. Sposobem tym otrzymuje się wyroby ścierne z zastosowaniem wiązania hybrydowego. Stosowane w niniejszym opisie określenie „wyrób ścierny” dotyczy wyrobów określanych zwykle jako powleczone wyroby ścierne i jako związane wyroby ścierne.

Powleczone wyroby ścierne wyróżniają się zastosowaniem płaskiego zwykle materiału podłoża i osadzaniem na nim ziarna ściernego związanego z podłożem za pomocą wyrobu wiążącego. Zwykle wiązanie lub jego prekursor nanosi się na podłoże, a ziarno ścierne nanosi się na wiązanie, które następnie utwardza się dla uzyskania odpowiedniego zamocowania ziarna. Pierwszą warstwę wiązania nazywa się powłoką formującą, a powłokę na ziarnie nazywa się powłoką wiążącą. W systemie alternatywnym ziarno ścierne miesza się z wiązaniem lub z prekursorem wiązania i mieszaninę nanosi się na podłoże przed utwardzeniem wiązania lub prekursora wiązania. Wiązanie i warstwę ścierną można nanosić albo jako warstwę jednorodną albo w postaci strukturalnego modelu, który jest albo wynikiem osadzania albo następnej obróbki przed utwardzaniem wiązania. W tym ostatnim wypadku powleczony wyrób ścierny nazywa się często strukturalnym wyrobem ściernym.

ciii Ηγοί ήτα ołmlzłuma y i uuj ονινιην v-iic*.Atł.rvwi oiy ζ,α. w av±cijc£ oh uiwury uvj w juxituvv»tij w której ziarno ścierne jest utrzymywane w matrycy wiązania, która zwykle jest metalem, wyrobem szklistym lub wyrobem organicznym. Wiązania metalowe występują zwykle w tak zwanych superwyrobach ściernych. Wyroby ścierne związane metalem wytwarza się zwykle w postaci cienkich warstw ziarna superściemego przylutowanego do koła metalowego lub do powierzchni metalu. Przedmiotem niniejszego wynalazku są zwłaszcza wyroby ścierne, które mają strukturę trójwymiarową, a wiązaniem jest wiązanie hybrydowe.

189 790

Wiązaniami „hybrydowymi” stosowanymi w wyrobach otrzymywanych sposobem według wynalazku są takie wiązania, które nie należą bezpośrednio ani do kategorii wiązań szklistych ani do kategorii wiązań organicznych.

Wiązania szkliste, co wynika z nazwy, wytwarza się z wyrobów szklistych, które muszą stopić się i płynąć w celu powleczenia ziarna ściernego i w celu utworzenia miejsc wiążących łączących sąsiednie ziarna przed pozostawieniem ich do ostygnięcia i zestalenia, i w ten sposób łączą całą strukturę. Wyroby z wiązaniami szklistymi wytwarza się w podwyższonej temperaturze i z zastosowaniem przewlekłych cykli wytwarzania. Jednak wyrób jest bardzo sztywny i szczególnie odpowiedni do dokładnego ścierania. Wyroby z wiązaniami organicznymi wytwarza się w znacznie niższej temperaturze, a wiązaniem jest wyrób polimeryczny, który można formować w stosunkowo niskiej temperaturze i który może być usztywniony przez usieciowanie. Polimerem może być żywica termoutwardzalna, na przykład żywica fenolowo-formaldehydowa, żywica mocznikowo-formaldehydowa lub żywica epoksydowa, albo polimerem może być żywica utwardzana promieniowaniem, na przykład akrylowana żywica uretanowa, akrylowana żywica epoksydowa lub akrylowana żywica poliestrowa lub też dowolna z wielu odmian takich substancji chemicznych, które dają silnie usieciowany sztywny polimer pod działaniem światła widzialnego, światła UV lub promieniowania wiązki elektronów, z użyciem lub bez użycia katalizatora aktywującego lub wzmacniającego przemianę.

Użyteczną kategorię hybrydowych wyrobów polimerycznych ujawniono w opisach patentowych US nry 4,349,386, 4,472,199 i 4,888,311. Opisano w nich rodzinę glinokrzemianów, polisialanów i/lub polimerów siloksanowo-silanowych. Polimery te mają wzór ogólny: Mn-[-(Si-02-)z-Al-0₂-]n.w.H20, w którym M oznacza sód lub potas albo ich mieszaninę, z ma wartość od 1 do 3, w ma wartość poniżej 7 i n oznacza stopień kondensacji. Polimery takie obecnie określa się ogólnie pospolitą nazwą „geopolimerów”. Wytwarza się je korzystnie przez wprowadzenie kaustycznego uwodnionego glinokrzemianu do roztworu krzemianu metali alkalicznych. Odmianą tych substancji są polimery określone jako „geosety”. Wytwarza się je korzystnie przez wprowadzenie kaustycznego roztworu uwodnionego krzemianu metali alkalicznych do uwodnionego glinokrzemianu. Dla uproszczenia w niniejszym opisie nazwano „geopolimerami” oba typy produktów.

Zastosowanie takich geopolimerów do wytwarzania wiązanych wyrobów ściernych ujawniono także w zgłoszeniu EP nr 0 485 966, w którym wspomniano także, że wiązania te można modyfikować przez wprowadzenie polimerów organicznych.

Geopolimery zalicza się do „wiązań hybrydowych”, ponieważ różnią się one od wiązań szklistych i wiązań organicznych, chociaż mają pewne właściwości każdego z tych wiązań. Mają one szereg zalet w porównaniu do zwykłych wiązań szklistych w przypadku wytwarzania wiązanych wyrobów ściernych. Ważną ich właściwością jest wytwarzanie w stosunkowo niskiej temperaturze (podobnie jak wiązania organiczne), która jest znacznie niższa od temperatury topnienia szkła, oraz mają one jednorodny skład. Jednak wiązania szkliste powinny być wytwarzane w temperaturze topnienia i utrzymywane w tej temperaturze podczas płynięcia szkła w celu powleczenia ziarna ściernego i utworzenia miejsc wiążących. Natomiast geopolimery tworzą struktury polimeryczne o twardości i wytrzymałości zbliżonej do twardości i wytrzymałości wiązań szklistych, czym różnią się od zwykłych wiązań organicznych, które są znacznie mniej kruche i mają większe wartości modułu od wiązań szklistych.

Z tego powodu zastosowanie geopolimerów jest bardzo korzystną alternatywą zastosowania zwykłych wiązań szklistych ze względu stosunkowo niską temperaturę otrzymywania. Dzięki stosunkowo niskiej temperaturze przetwórstwa można wprowadzać do wiązania różne hnnl r\rri λ to c+ac a m ma 'łOcłn,,, sować w wyrobach z wiązaniami szklistymi. Poza tymi zaletami można wymienić także większą odporność termiczną oraz zastosowanie wyższej temperatury w porównaniu do wyrobów z wiązaniami organicznymi. Z tego powodu takie wyroby wiązane mają rzeczywiście charakter „hybrydowy”.

Niska temperatura przetwórstwa umożliwia także przez wprowadzenie polimerów organicznych pewne ograniczenie kruchości związanej z wiązaniami szklistymi. Można w ten sposób dostosować właściwości fizyczne wiązania do potrzeb wytwarzanego wyrobu.

189 790

Jednak występuje poważna trudność w zastosowaniu geopolimerów do wytwarzania wiązanych wyrobów ściernych, w których wyrób ścierny jest wyrobem na podstawie tlenku glinu. Wynika to z faktu, że wiązania te wytwarza się w silnie alkalicznym środowisku, przy czym powierzchnia ściernego grysu z tlenku glinu jest atakowana przez ług. Powoduje to znaczne osłabienie wiązania między wyrobem ściernym a wyrobem wiązania, a wyrób wiązania nie wykazuje już zalet w rzeczywistych próbach ścierania.

Stwierdzono, że geopolimery można stosować w wyrobach ściernych na podstawie tlenku glinu i to odkrycie stanowi istotę niniejszego wynalazku. Odkrycie to umożliwia wytwarzanie tanich wyrobów ściernych z wiązaniami szklistymi, przy czym właściwości wiązanego wyrobu ściernego można nastawiać przez modyfikowanie tego wiązania, a wiązanie otrzymuje się i stosuje w sposób powtarzalny i tani.

Według wynalazku sposób wytwarzania związanego wyrobu ściernego, charakteryzuje się tym, że wytwarza się ziarna ścierne na bazie tlenku glinu, przy czym co najmniej część powierzchni ziaren powleka się warstwą szklistą, ziarna ścierne na bazie tlenku glinu miesza się z geopolimerem, po czym geopolimer utwardza się wytwarzając związany wyrób ścierny.

W sposobie według wynalazku ziarna ścierne korzystnie powleka się warstwą szklistą, która stanowi od 1% wagowego do 30% wagowych, w przeliczeniu na ciężar ziarna.

Jeszcze korzystniej ziarna ścierne powleka się warstwą szklistą pokrywając co najmniej 60% powierzchni ziarna.

W sposobie według wynalazku geopolimer korzystnie miesza się z ziarnem ściernym w takich proporcjach, że w gotowym wyrobie ściernym geopolimer stanowi od 10% wagowych do 50% wagowych, w przeliczeniu na ciężar wyrobu.

Korzystnie w sposobie według wynalazku ziarna ścierne miesza się z geopolimerem o wzorze: M_n-[-(Si-02-)z-Al-02-]_n-w.H20, w którym M oznacza sód lub potas albo ich mieszaninę, z ma wartość od 1 do 3, w ma wartość poniżej 7 i n oznacza stopień kondensacji.

Geopolimer korzystnie modyfikuje się przez wprowadzenie termoplastycznego polimeru. Termoplastyczny polimer modyfikujący korzystnie wybiera się z grupy obejmującej poliolefmy, polibutadien, poli(chlorek winylu), politetrafluoroetylen, poliimidy, poliestry i ich mieszaniny.

W sposobie według wynalazku do ziaren ściernych wymieszanych z geopolimerem korzystnie dodaje się do 10% wagowych silnie rozdrobnionego materiału wypełniającego.

W sposobie według wynalazku wytwarza się ziarna ścierne na bazie tlenku glinu, przy czym co najmniej część powierzchni ziaren powleka się warstwą szklistą, ziarna ścierne miesza się z geopolimerem, po czym geopolimer utwardza się wytwarzając wiązany wyrób ścierny.

Wyrobem ściernym na bazie tlenku glinu może być stopiony tlenek glinu lub ceramiczny (czyli spiekany) tlenek glinu, ewentualnie tlenek glinu wytwarzany sposobem zol-żel. Może nim być także tlenek glinu i tlenek cyrkonu łącznie stapiany lub mieszanina takich ziaren z innymi ściernymi ziarnami tlenku glinu. Trudności wynikające z atakowania wiązania zmniejszają się w przypadku kryształów tlenku glinu o mniejszych wymiarach i dlatego największe korzyści uzyskuje się, gdy ścierne ziarna na podstawie tlenku glinu wytwarza się sposobem zarodkowanego zolu-żelu, jak podano między innymi w opisie patentowym US nr 4,623,364, ponieważ otrzymuje się wtedy kryształy tlenku glinu o wymiarach submikronowych. Kryształy tlenku glinu o wymiarach poniżej około 10 pm wytwarza się zwłaszcza wtedy, gdy wzrost kryształów podczas spiekania jest hamowany przez obecność tlenków metali ziem rzadkich, tlenku itru, tlenku magnezu, tlenku cyrkonu i krzemionki i tym podobnych. Zalety niniejszego wynalazku są szczególnie widoczne w przypadku zastosowania go z takimi niezarodkowanymi tlenkami glinu typu zol-żel. Niniejszy wynalazek jest ogólnie korzystny także z wszelkimi stopionymi tlenkami glinu.

Warstwę szklistą można nanosić na ziarno, na przykład w wyniku działania na ziarno strącaną krzemionką z następnym wypalaniem. Alternatywnie można na ziarno działać mieszaniną zwykłych składników szkła i następnie wypalać je w temperaturze wystarczającej do wytworzenia szkła, przy czym szkło płynie i powleka ziarna. Następnie mieszaninę rozdrabnia się i otrzymuje ziarna powleczone szkłem. Sposób można przyspieszyć i ujednolicić przez zastosowanie sproszkowanej fryty szklanej zamiast składników szkła.

189 790

Jednak najkorzystniejszy sposób zastosowania niniejszego wynalazku jest jeszcze prostszy. Podczas wytwarzania zwykłych szklistych związanych wyrobów ściernych stwierdzono, że pewna część wyrobów nie spełniała założonych wymagań i powinna być odrzucona. Ponadto, gdy wyrób ścierny, taki jak tarcza ścierna, osiągnie już koniec użytecznej trwałości, to często pozostaje znaczna część wyrobu. Po rozdrobnieniu ten odpad i pozostałości dają ziarno ścierne co najmniej częściowo powleczone warstwą szklistą pozostającą ze stosowanego uprzednio wiązania szklistego. Powierzchnia ziaren jest często całkowicie powleczona szkłem, z wyjątkiem ziarn poddanych ścieraniu lub gdy miejsce wiązania zostało odłamane i część powierzchni została odkryta. J*^^ł^ takie ziarna ścierne stą ziarnami na podstawie tlenku glinu, to mogą one korzystnie stanowić powleczone ziarna ścierne na podstawie tlenku glinu stosowane według niniejszego wynalazku.

Dzięki temu można według niniejszego wynalazku zastosować wyrób odpadowy, który w przeciwnym wypadku byłby stosowany tylko do wypełniania terenu. Oczywiste są więc zalety niniejszego wynalazku. Można go zastosować do wykorzystania substancji bezwartościowych w innym wypadku i jest on bardzo, korzystny dla środowiska.

Jednak zalety niniejszego wynalazku są nie tylko ekonomiczne. Wynalazek stwarza także po raz pierwszy możliwość pracy w niskiej temperaturze i z dużą szybkością utwardzania oraz umożliwia zastosowanie wiązania w kształcie spełniającym wymagania stawiane wytwarzanemu wyrobowi.

W korzystnej odmianie wykonania wynalazku jego przedmiotem jest ziarno ścierne z powłoką ze szklistego wiązania (ze szkła) o grubości korzystnie od około 0,5 pm do około 5 pm, korzystniej od około 1 pm do około 3 pm. Powłoka taka ma dostateczną grubość dla ochrony ziarna przed atakiem przez wiązanie kaustycznego, silnie alkalicznego geopolimeru, a jednocześnie jest dostatecznie cienka, aby nie zmieniać funkcji ziarna podczas ścierania. Podczas wytwarzania powłok może być potrzebna zmiana korzystnego zakresu stosunku ziarna do szkła w zależności od wymiarów ziarna, gęstości ziarna i gęstości szkła. Przykładowo, jeśli stosuje się ziarna ścierne ze stapianego lub spiekanego tlenku glinu o wymiarach cząstek rzędu 100 jednostek (około 180 pm), powleczone typowym szklistym wiązaniem (szkłem) o stosunku objętościowym ziarna do szkła 100:5, gdy grubość powłoki wynosi około 1,5 pm przyjmuje się, że ziarno jest powleczone w 100%. Powłoka jest trochę większa, gdy stopień pokrycia jest poniżej 100%.

Ilość szklistej powłoki naniesionej na ziarno wystarcza korzystnie do pokrycia co najmniej co najmniej 50%, korzystniej co najmniej 70% powierzchni ziaren. Jednak często trudne lub przynajmniej niedogodne jest mierzenie w ten sposób ilości powłoki i korzystniej tę ilość podaje się w procentach wagowych szklistego wyrobu. Zatem szklista powłoka stanowi zwykle korzystnie od 1% wagowego do 30% wagowych, korzystniej od 2% wagowych do 20% wagowych, a najkorzystniej od 2% wagowych do 10% wagowych, w przeliczeniu na całkowitą wagę powleczonego ziarna.

Skład chemiczny warstwy szklistej jest korzystnie taki, aby podczas powlekania nie reagowała ona znacząco z tlenkiem glinu. Tak więc często są odpowiednie kompozycje zawierające tlenek glinu, krzemionkę, tlenki metali ziem alkalicznych i tlenek bom, jak również mniejsze ilości innych tlenków metali. Korzystne szkliste kompozycje zawierają >47% wagowych krzemionki, <16% wagowych tlenku glinu, od 0,05% wagowych do 2,5% wagowych tlenku potasu, od 7% wagowych do 11% wagowych tlenku sodu, od 2% wagowych do 10% wagowych tlenku litu i od 9% wagowych do 16% wagowych tlenku bom.

Korzystne szkliste kompozycje, zwłaszcza gdy ziarna ścierne na podstawie tlenku glinu zawierają tlenek glinu typu zol-żel, są tak zwanymi kompozycjami „wiązania niskotemperaturowego”, co oznacza, że kompozycje topią się i płyną w temperaturze poniżej około 1000°C.

Wiązanie geopolimerowe jest zwykle podobne do wiązania szklistego w tym sensie, że jest ono silnie usieciowane i dlatego jest sztywne i kruche. Wartość pH typowej kompozycji geopolimerowej przed zmieszaniem z ziarnem wynosi >14. Jednak, w przeciwieństwie do zwykłych wiązań szklistych można ją sieciować w temperaturze, która nie powoduje degradacji termoplastycznych polimerów modyfikujących. Tak więc, geopolimery umożliwiają wprowadzenie termoplastycznego modyfikatora w celu nadania wyrobowi wiązania pewnego stopnia elastyczności i wytrzymałości, co często stanowi korzystną cechę niniejszego wyna6

189 790 lazku. Odpowiednimi polimerami wzmacniającymi lub modyfikującymi są między innymi poliolefmy, polibutadien, poli(chlorek winylu), politetrafluoroetylen, poliimidy i poliestry.

Ilość takiego wzmacniającego i/lub modyfikującego polimeru termoplastycznego, jaką można wprowadzić do wiązania, wynosi do 30% wagowych, a korzystnie do 20% wagowych, w przeliczeniu na całą ilość wiązania.

System wiązania geopolimerowego można modyfikować także przez wprowadzenie napełniaczy. Napełniaczami mogą być napełniacze aktywne, jak piryt, siarka lub organiczne środki pomocnicze ścierania, o ile są trwałe w temperaturze powstawania wiązania, lub napełniacze nieorganiczne, jak cząstki mineralne lub kulki szklane lub ceramiczne, których głównym zadaniem jest pomoc w uzyskaniu pożądanego stopnia porowatości lub pożądanej struktury gotowego wyrobu ściernego. Napełniacze można stosować korzystnie w ilości do 20% wagowych, korzystniej w ilości od około 5% wagowych do około 10% wagowych.

Figura 1 jest wykresem słupkowym danych z przykładu 1.

Figura 2 jest wykresem słupkowym danych z przykładu 2.

Poniżej opisano wynalazek na podstawie następujących przykładów, które jednak w zasadzie nie ograniczają zasadniczego zakresu niniejszego wynalazku.

Przykład 1.

Przykład podaje sposób wytwarzania hybrydowych tarcz ściernych, z powłoką lub bez powłoki ze szklistego wiązania (szkła) na ziarnie ściernym. Porównano także właściwości ścierne tarcz zawierających ziarna powleczone i niepowleczone.

Wytwarzano 2 zestawy tarcz ściernych. Pierwszy zestaw zawierał zwykłe ziarno stopionego tlenku glinu (tlenek glinu „38 Alundum” wytwarzany przez firmę Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc., pod tą nazwą handlową) w wiązaniu geopolimerowym, a drugi zestaw zawierał to samo ziarno ścierne z powłoką szklistą, z którego wytwarzano tarcze stosując to samo wiązanie.

Ziarna ścierne w drugim zestawie wytwarzano przez rozdrabnianie tarczy ściernej ze szklistym wiązaniem, przy czym szkliste wiązanie ma skład w podanym powyżej zakresie składu korzystnego.

Szklisty wyrób miał głównie postać powłoki na ściernych ziarnach oddzielonej po rozdrabnianiu tarczy i stanowił on około 3% wagowych całkowitej wagi powleczonego ziarna. Metodą optyczną i metodą SEM (elektronowej mikroskopii skaningowej) stwierdzono, że powleczone ziarno miało warstwę szklistą bardziej gładką i błyszczącą w porównaniu do niepowleczonego ziarna i pokrywającą co najmniej od 80% do 90% całkowitej powierzchni ziarna. Spektroskopia SEM metodą rozpraszania energii ujawniła emitowane przez warstwę promieniowanie rentgenowskie charakterystyczne dla struktury wieloskładnikowej bogatej w krzemionkę. Stwierdzono, że skład chemiczny warstwy był zgodny ze składem szkła zastosowanego do powlekania ziarna.

Podczas wytwarzania badanych tarcz stosunek wagowy wiązania geopolimerowego do ziarna ściernego wynosił 25:75. W każdym wypadku geopolimer zawierał geopolimer dla suchego wiązania (GP600HT, wytwarzany przez firmę Geopolymere), wodorotlenek potasu, strącaną krzemionkę i wodę. Wyrób suchego wiązania można otrzymać przez zmieszanie metakaolinu, heksafluorokrzemianu sodu i bezpostaciowej krzemionki w stosunku wagowym odpowiednio 25:18:57.

Do wytwarzania tarcz zastosowano następującą kompozycję:

składnik	gramów
stopiony tlenek glinu (rozdrobnienie 100)	400
GP600HT	66
strącana krzemionka	21,5
KOH	44,4
woda	48,2

Oba zestawy tarcz (to jest zestawy zawierające ziarno ścierne powleczone szkłem lub niezawierające takiego ziarna) wytwarzano w następujący sposób.

Wodorotlenek potasu rozpuszczono w wodzie i pozostawiono do ostygnięcia. Strącaną krzemionkę wmieszano w roztwór wodorotlenku potasu i otrzymano roztwór krzemianu

189 790 potasu, który pozostawiano do ostygnięcia i następnie wmieszano suchy GP600HT. W końcu do mieszaniny wmieszano wyrób ścierny. Jeśli trzeba było dodać wody, to wprowadzono ją do mieszaniny w tym momencie.

Następnie mieszankę wlano do formy z kauczuku silikonowego i ubijano w niej. Forma na tarczę miała wymiary 13,65 cm x 1,27 cm x 3,18 cm. Napełnioną formę wstrząsano w ciągu około 1 minuty. Usunięto nadmiar mieszanki i przykryto formę płytą PTFE i podkładką ceramiczną, a następnie obciążono dwiema płytami stalowymi, każdą o wadze około 4,5 kg. Następnie tarcze wyjęto z form i umieszczono w piecu Lindberga na końcowy cykl utwardzania „B” podany w Tabeli.

Warunki cyklu utwardzania

A

Podnieść temperaturę do 85°C w ciągu 1 h.

Utrzymywać w temperaturze 85°C w ciągu 1,5 h.

Podnieść temperaturę do 120°C w ciągu 1 h.

Utrzymywać w temperaturze 120°C w ciągu 5 h.

B

Podnieść temperaturę do 350°C w ciągu 1 h.

Utrzymywać w temperaturze 350°C w ciągu 5 h.

Gotowe tarcze miały porowatość od 30% do 40%, a ich końcowe wymiary po wykończeniu wynosiły 12,7 cm x 1,59 cm x 3,18 cm.

Następnie oba zestawy tarcz podano próbie poprzecznego ścierania powierzchni przy użyciu maszyny Brown & Sharpe, bez zastosowania chłodziw. Utrzymywano prędkość tarcz około 4700 obrotów na minutę i prędkość stołu 15,2 m/minuta. Przed ścieraniem każdą tarczę obciągano za pomocą jednopunktowego diamentu z prędkością 25,4 cm/minuta przy użyciu 0,025 mm kompozycji do obciągania. Podkładem metalowym była stal 52100 o twardości 65Rc w postaci płyty o wymiarze 40,6 cm w kierunku ścierania tarczy i 4,6. cm w kierunku poprzecznego posuwu tarczy. Przy prędkości poprzecznego posuwu tarczy równej 1,27 mm, każda tarcza miała całkowitą prędkość posuwu 0,5 mm, a poszczególne prędkości posuwu wynosiły odpowiednio 0,0125 mm, 0,025 mm i 0,05 mm. Dla każdej prędkości posuwu obu zestawów tarcz mierzono stosunek G, moc ścierania i szybkość usuwania metalu MRR (MRR od „metal removal rate”).

Wyniki przedstawiono na fig. 1 w postaci 2 wykresów słupkowych. Pierwszy porównuje właściwości za pomocą wykresów wyników pomiarów stosunku G dla różnych prędkości posuwu. Drugi porównuje „ścieralność” (określoną jako stosunek G podzielony przez energię właściwą, która z kolei jest określona jako moc właściwa podzielona przez MRR) dla różnych prędkości posuwu.

Z danych na fig. 1 wynika, że w próbie poprzecznego posuwu tarczy tarcza wytwarzana z powleczonego ziarna bardzo znacznie przewyższała tarczę wytwarzaną z niepowleczonego ziarna, zarówno pod względem stosunku G, jak również ścieralności.

Przykład 2.

W tym przykładzie zbadano wpływ wprowadzenia napełniacza do systemu wiązania na zmianę właściwości. Zastosowano wyroby ścierne oraz sposoby formowania i wypalania takie, jak opisano w przykładzie 1, z dodatkowym wprowadzeniem napełniaczy dla wytwarzania 2 zestawów tarcz, obu zawierających napełniacz, ale jeden zestaw wytwarzano z ziarnem ściernym powleczonym szkłem. Kompozycję, z której wytwarzano tarcze, podano w przykładzie 1, z tą różnicą, że zastosowano napełniacz zawierający mieszaninę 4 części drobnego pyłu nieorganicznego z 1 częścią pęcherzykowych kulek mulitowych wvtwarzanvch przez firmę ZeLy y y ~ ~ y y y χ v elan Industries pod nazwą handlową „Z-Light”. Napełniacz wprowadzono w całkowitej ilości

39,6 g. Tarcze oceniano w próbie z cylindryczną siłą kontrolną (ODCF). W porównaniu z próbą ^z przykładu 1, robocza powierzchnia styku tarczy była mniejsza, dzięki czemu była zwiększona siła działająca na ziarno ścierne.

Próbę ODCF wykonywano bez chłodziw sposobem szlifowania wgłębnego bez wyiskrzenia. Podkładem metalowym była stal 52100 o twardości 59Rc. Cylindryczny przedmiot obrabiany miał grubość 6,4 mm i średnicę 10,2 cm. Prędkość tarczy wynosiła około 4950 obrotów na minutę, a przedmiot obrabiany obracano z prędkością 150 obrotów na minutę. Dla

189 790 każdego okresu ścierania tarczę wprowadzano z kontrolowaną stałą siłą, począwszy od 4,5 kg i zwiększaną w odstępach po 2,3 kg, aż do uzyskania nadmiernego zużycia tarczy. Wykonano wykres stosunku G i ścieralności w funkcji siły ścierania. Wyniki przedstawione na rysunkach fig. 2 w postaci wykresu słupkowego wykazują taki sam rodzaj poprawy, jak tarcze wytwarzane bez ziarna ściernego i bez powłoki szklanej. Wskazuje to na fakt, że korzyściom ekonomicznym spowodowanym przez obecność napełniaczy nie towarzyszy pogorszenie korzystnych właściwości fizycznych wynikających z zastosowania powleczonych ziarn ściernych.

Wyniki wskazują, że przy zastosowanej sile i prędkościach usuwania metalu tarcze wytwarzane z powleczonych ziarn ściernych miały znacznie lepsze osiągi od tarcz wytwarzanych z ziarn niepowleczonych.

Zakłada się, że przy wyższych ciśnieniach przeważającym sposobem zniszczenia jest zniszczenie samego wiązania, co wynika z wyników. Jeśli zniszczenie wiązanie nie ma wpływu, to powleczone ziarno stosowane z wiązaniem geopolimerowym daje znacznie lepsze tarcze ścierne niż ziarno niepowleczone.

ŚCIERALNOŚĆ (cal³/HP.min)

0.5/20 1/20 2/20

POSZCZEGÓLNA/ŁĄCZNA PRĘDKOŚĆ POSUWU (mm) PRÓBA POWIERZCHNIOWEGO ŚCIERANIA PRZELOTOWEGO

FIG. 1A

6.0

5.0

4.0

ŚCIERALNOŚĆ 3.0 (cal³/HP.min)

2.0

1.0

0.0

POSZCZEGÓLNA/ŁĄCZNA PRĘDKOŚĆ POSUWU (mm)

PRÓBA POWIERZCHNIOWEGO ŚCIERANIA PRZELOTOWEGO

FIG. 1B

189 790

STOSUNEK G W FUNKCJI SIŁY

FIG. 2A

SIŁA (funty) PRÓBA OD CF

ŚCIERALNOŚĆ (cal³/HP.min) □ BEZ POWŁOK QZPOWŁOKĄ

STOSUNEK G W FUNKCJI SIŁY

SIŁA (funty) PRÓBA OD CF

FIG. 2B □BEZPOWŁOK E2ZPOWŁOKĄ

189 790

ŚCIERALNOŚĆ (cal³/HP.min)

FIG. 1A

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania związanego wyrobu ściernego, znamienny tym, że wytwarza się ziarna ścierne na bazie tlenku glinu, przy czym co najmniej część powierzchni ziaren powleka się warstwą szklistą; ziarna ścierne na bazie tlenku glinu miesza się z geopolimerem, po czym geopolimer utwardza się wytwarzając związany wyrób ścierny.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ziarna ścierne powleka się warstwą szklistą, która stanowi od 1% wagowego do 30% wagowych, w przeliczeniu na ciężar ziarna.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ziarna ścierne powleka się warstwą szklistą pokrywając co najmniej 60% powierzchni ziarna.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że geopolimer miesza się z ziarnem ściernym w takich proporcjach, że w gotowym wyrobie ściernym geopolimer stanowi od 10% wagowych do 50% wagowych, w przeliczeniu na ciężar wyrobu.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ziarna ścierne miesza się z geopolimerem o wzorze: Mn-[-(Si-C2-)z-Al-02-]n.w.H20, w którym M oznacza sód lub potas albo ich mieszaninę, z ma wartość od 1 do 3, w ma wartość poniżej 7 i n oznacza stopień kondensacji.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że geopolimer modyfikuje się przez wprowadzenie termoplastycznego polimeru.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że termoplastyczny polimer modyfikujący wybiera się z grupy obejmującej poliolefmy, polibutadien, poli(chlorek winylu), politetrafluoroetylen, poliimidy, poliestry i ich mieszaniny.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do ziaren ściernych wymieszanych z geopolimerem dodaje się do 10%o wagowych silnie rozdrobnionego materiału wypełniającego.