树脂结合剂磨具制造

树脂结合剂磨具制造

来源:中国磨料磨具网浏览次数:1169 2011-06-23 加入收藏字号:大中小

作者:李印江教授

§1 概述

有机磨具就是在1880年出现,当时用天然的虫胶做结合剂,以后有了人造树脂,有机磨具才迅速发展起来。到了1980年在世界范围内树脂磨具与陶瓷磨具的产量比已超过1 :1,现在仍有增长的趋势。树脂磨具所以能迅速的发展,主要有以下几方面的特点:

1、结合强度高,如高速切割砂轮使用线速度可达80-100m/s,重负荷砂轮磨削负荷由过去的50kg左右提高到1000kg以上。

2、便于调整结构与性能,树脂磨具的硬化温度只有200℃左右,比陶瓷磨具1300℃的烧成温度低的多,因此可以在磨具锒入网格布、金属丝、石墨粉、螺帽等材料,以适应不同磨削的需要。许多填料的性能在制成磨具后仍能保持,所以使用不同的填料能在很大放范围内改变磨具的性能。

3、树脂磨具有一定的弹性,有利于提高被加工工件的光洁度,选用石墨、氧化铬等抛光材料作填料还可以进一步降低粗糙度。

4、加工中不易烧伤工件, 树脂在230℃上就逐渐炭化,加工中的高温使树脂局部炭化,产生自锐,提高了磨削的锋利度从而又降低了磨削温度,避免烧伤工件。

5、由于树脂具有良好的成型性能,又有很好的韧性,所与可以制成约0、1mm厚度的薄片砂轮,用于开槽切割。

6、树脂磨具生产周期短,设备简单,投资少见效快。就是许多磨具厂的起步产品。

7、树脂磨具耐水性差、耐碱性差, 保存期短,就是其缺点,生产与使用中应予以注意。

8、树脂磨具大量用于制造切断砂轮、钹形砂轮、重负荷砂轮、轧辊抛光砂轮、石墨镜面磨砂轮、导电磨砂轮、珩磨轮、柔软抛光砂轮等。

§2 树脂磨具的结构与性能

一、树脂磨具的结构

通常所说的磨具三要素五因子主要就是以陶瓷磨具为对象而论,对树脂磨具应就是四要素六因子, 四要素就是磨料、结合剂、填充锒嵌材料与气孔。

(1)磨料作为切削刃,切削工具,就是磨具的主要组成部分。

(2)结合剂起着粘结磨粒与各种填充与锒入材料的作用,使磨具得以成型。

(3)填充锒嵌材料赋予磨具各种独特的性能如导电性、抛光性与使用磨具带有中孔以外的安装结构等,如螺栓紧固砂轮。

(4)气孔就是指磨具内部具有的孔隙,有助于冷却与排屑作用。

二、树脂磨具的性能

树脂磨具的性能由树脂磨具的六因子确定,六因子就是:磨料材质、磨料粒度、结合剂(树脂)性能、磨具硬度、磨具组织与填充材料性能。

(1)磨料材质磨料有多种如棕刚玉、白刚玉、黑碳化硅、绿碳化硅等,不同的磨料有不同的性能,适用不同磨削对象的需要,也决定了磨具的性能。

(2)磨料粒度相同的磨料不同的粒度的磨具,对被加工工件的精度, 粗糙度,加工效率等方面都有明显的影响。

(3)结合剂各种树脂的粘结强度、耐热性、耐磨性与稳定性均有不同,所以用不同的树脂作结合剂时磨具的性能也不同。

(4)硬度不同加工质量与不同材质的工件对磨具的硬度有不同的要求,同时硬度对加工效率也有很大的影响。

(5)磨具的组织磨具的组织用磨粒在磨具中所占的体积百分数来表示,磨粒占的体积百分数大则磨具中的气孔少,磨粒占的体积百分数小气孔多,所以磨具的组织间接的反映磨具的气孔的多少,但它并不等同的对应于气孔率的大小,这就是应该注意的。

(6)填料由于树脂磨具的硬化温度低,所以磨具制成后混料时加入的某些填料仍然保持着原有的特性,如铜粉、石墨粉的导电性,某些填料的抛光性能与高分解性能等都影响着磨具的特性,所以对于树脂磨具这第六个因子就是不能少的。

(7)除以上决定磨具性能的六因子以外,在制造过程过所产生的一些性能,如平衡性与几何精度等也对磨具质量有很大影响。

§3 树脂结合剂磨具常用的树脂

作为结合剂用树脂的要求:

(1)对磨料有很强的结合能力。

(2)有较高的耐热性能。

(3)有很高的抗拉、抗压、抗冲击强度。

(4)具有良好的制造与加工性能。

具有这些特点的常用树脂有:酚醛树脂、环氧树脂、新酚醛树脂、聚胺基双马来酰亚胺树脂、聚乙烯醇缩醛等。

一、酚醛树脂

酚醛树脂就是由苯酚与甲醛在酸、碱触媒作用下合成的。由于工艺不同可以制成液体酚醛树脂与粉状酚醛树脂两种。

1、制造酚醛树脂的原材料

(1)苯酚

苯酚又称石炭酸,纯白无色针状晶体,在空气中可氧化成浅粉色。

苯酚能溶于热水,溶于酒精,碱等。有弱酸性,易渗入皮肤,引起过敏现象。将2%左右的苯酚肥皂水溶液用于消毒,医用名称“来苏儿”。

(2)甲醛

甲醛为无色气体,用于制造酚醛树脂的就是甲醛的水溶液。

甲醛溶于水与酒精,40%的水溶液医学上称“福尔马林”,做防腐剂使用。长期存放的甲醛易聚合沉淀出白色块状物,加入8-12%的甲醇(CH3OH)可防聚合。甲醛具有强烈的刺激性气味,能刺激眼睛与呼吸道粘膜,并引起皮肤过敏现象。甲醛的技术条件见表2

(3)催化剂

①碱性催化剂氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化铵等都可以做合成酚醛树脂的催化剂生成液体酚醛树脂。

磨料磨具行业用的液体酚醛树脂通常就是用氢氧化铵作催化剂,因氢氧化铵属于弱碱性。对不耐碱地酚醛树脂影响不大。残留部分在硬化加热时大部分挥发掉了,所以用氢氧化铵作催化剂的酚醛树脂具有较高的强度,耐水性较好。氢氧化钡也就是较好的催化剂;而氢氧化钠就是一种强碱,残留在磨具的结合剂中对磨具有破坏作用,因此在磨具制造中很少使用

氢氧化钠作催化剂的酚醛树脂。

苯酚与甲醛生成树脂的反应速度随催化剂的用量增多而加快,但就是反应太快则不易控制,通常氢氧化铵的水溶液用量为苯酚的3-6%。

作为催化剂的氢氧化铵含量不小于17%,比重为0、88-0、92 g/cm3。

②酸性催化剂生产粉状的酚醛树脂通常使用盐酸作催化剂。盐酸就是氯化氢的水溶液。工业盐酸的氯化氢含量为25-40%,比重为1、12-1、20。用量以苯酚为100%计,盐酸加入量,以纯HCl计为0、1-0、3%。残留在树脂中的盐酸在硬化加热过程中几乎全部挥发掉,对树脂性能没有明显影响。

2、液体酚醛树脂的生产工艺

(1)生产液体酚醛树脂时甲醛的加入量要比正常的需要量略多一些,甲醛量多一些树脂

的生产速度快,产量高,游离酚减少。通常取苯酚与甲醛的克分子比为:6 :7;催化剂氨水加入量为苯酚加入量的4%,(氨水中氢氧化铵含量按25%计时)。当混合物料加热到85℃左右时,可停止加热,物料以缩聚反应放出的热量自行升温到98℃左右,并开始沸腾,当反应过于激烈时应通水冷却。

(2)液体酚醛树脂的生产工艺流程,见图1