关于磨具使用的树脂结合剂的介绍

发布者:金锐 发布时间:2018/3/7 16:39:35 阅读:

磨具一般由磨粒、气孔和结合剂三者组合形成。结合剂是制作磨具不可缺少的原料,其作用是将磨粒固结起来,使之成为具有一定形状和一定强度的磨具。通常将磨具用结合剂分成三大类:树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂。在超硬材料磨具中树脂结合剂的用量为60%~70%(质量分数),立方氮化硼(CBN)磨具用结合剂中,树脂结合剂的用量占到了40%左右。另一方面,树脂磨具(树脂结合剂磨具的简称)也是工业生产中重要的磨削工具之一,特别是在精密加工(研磨、抛光)领域具有优越的加工特性,是磨削加工中不可替代的工具。这主要是因为树脂与磨粒的结合强度高,磨削效率高;而且树脂磨具自锐性好,加工表面质量好,收缩率小,能加工出各种复杂形状和特殊尺寸的零件;另外,其原料来源广泛,成本低,有利于专业化生产。在此,作者主要综述了国内外磨具用树脂结合剂的研究现状,并对其今后的发展进行了展望。接下来我们来学习下树脂结合剂的分类。

 

1. 酚醛树脂

 

酚醛树脂主要包括普通酚醛树脂、改性酚醛树脂(如硼酚醛树脂、新酚树脂)以及加入一定量其它树脂的酚醛树脂,如酚醛-环氧树脂等。酚醛树脂主要分为热塑性和热固性酚醛树脂两种,目前行业内普遍采用热塑性酚醛树脂作为磨具的结合剂,其密度为1.18~1.32g/cm3,具有弹性好、强度高、耐冲击、生产周期短、在磨削过程中自锐性好、磨削效率高和加工表面粗糙度低等优点。以酚醛树脂为基体制备的复合材料同样具有优良的耐烧蚀性能和力学性能,因此很适宜制成既耐高温又具备优良加工性能的磨具。但是酚醛树脂本身的脆性较大,在高速磨削下暴露出粘结强度不够高、耐热性较低、磨具损耗大的问题,耐热性和耐碱性也较差,用其制备的金刚石砂轮磨耗快,而且在制备金刚石磨具的过程中需要经过研磨树脂、装模、加温加压成型以及脱模等程序,在实际应用中具有一定的局限性,因此寻找新的、使用更为方便的酚醛树脂结合剂成为目前研究的热点。

 

2. 聚酰亚胺树脂

 

聚酞亚胺树脂具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗冲击强度大、耐磨性好等特点,是热塑性树脂中强度较高的一种,得到了广泛关注和应用,被美国化学文摘(CA)作为6种聚合物之一单独列为研究专题,可见其重要地位。与酚醛树脂相比,它具有更高的高温强度和更优良的耐腐蚀、耐磨损性,但是其价格比较昂贵。

 

聚酰亚胺树脂通常分为两类:一类是热塑性聚酰亚胺树脂,一般作为绝缘和隔热材料使用。另一类是热固性聚酰亚胺树脂,如PMR聚酰亚胺、乙炔封端聚酞亚胺及双马来酞亚胺(BMI)。20世纪70年代法国Phone-poulene公司曾提出用kinel1000、kinel1050聚酞亚胺树脂制作金刚石砂轮,但目前国外很少使用,这是由于PMR聚酞亚胺和乙炔封端聚酞亚胺均必须经过脱水亚胺化才能制备热固性树脂。固化过程中的脱水反应对磨具热压工艺是不利的,易引起磨具鼓泡和开裂;而且其固化温度较高,也不利于热压成型。此外,聚酞亚胺的价格较昂贵,制造磨具的性价比低,从而限制了其应用范围。为了改善热固性聚酞亚胺的工艺性能和降低成本,人们进行了一系列研究。彭进等对三种超硬树脂磨具用的国产聚酰亚胺树脂进行了详细研究,通过红外光谱和热差分析比较得出了这三种聚酰胺树脂的力学性能、硬度和耐热性等,总结了三种聚酰胺树脂的应用范围(切削、粗磨、精磨);臧建英等用环氧树脂和聚酰胺树脂固化体系制备出了一种适于异形金刚石磨具使用的树脂结合剂。由于近年来聚酰亚胺树脂性能不断提高,目前国内正逐用耐热性更好的聚酰亚胺树脂代替传统酚醛树脂用于制备超硬树脂磨具。

 

3. 环氧树脂

 

我国通用的环氧树脂是E-型环氧树脂,即由环氧氯丙烷和双醛A在碱性催化剂下聚合成双醛A型环氧树脂,其分为缩水甘油基型环氧树脂、环氧化烯烃和新型环氧树脂三类。环氧树脂结合剂具有强的粘结力、小的收缩率、优良的化学稳定性等优点,但是也存在耐热性差,在磨削热作用下易发生碳化使磨粒过早脱落,加大磨具磨损量的问题。在相同条件下,环氧树脂磨具的磨损量比酚醛树脂磨具的高3~5倍,加之价格较贵,因此环氧树脂磨具常用于衍磨轮、细粒度抛光轮、高速磨片等特殊磨具的制造。另外,将环氧树脂与酚醛树脂混合制备酚醛-环氧改性树脂,可显著提高磨具质量。尹育航等发明了一种环氧树脂结合复合磨料的磨具,其中环氧树脂所占的质量分数达15%~78%,具有制造成本低、耐磨性能好、强度高和寿命长的优点。Sturiale等通过在环氧树脂中增加可溶性酚醛树脂,提高了环氧树脂的结合强度,并且发现酚醛树脂质量分数在10%~20%时的结合效果最好。

 

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