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你不知道的改性碳化硅基环氧发泡树脂砂轮

爱锐网2018-12-09 10:31:04

树脂砂轮在磨削加工过程中常用于抛光、精磨等,具有优越的特性,在工业生产中已成为磨削加工中不可替代的工具。树脂砂轮是将黏合剂和磨料黏合起来成型为特定形状的砂轮,一般用于各种金属和非金属的抛光、精磨、切削等。树脂砂轮制备工艺简单,工艺周期短;砂轮的强度高,具有一定的弹性,抛光性能好;磨除率高,对被加工件表面损伤小等。


国内目前普遍使用的砂轮存在着明显的缺点:


树脂砂轮的密度太大导致在磨削过程中其导热性能很差,造成能源的浪费,因而成本较高。国内研究质轻抛光轮较多的是聚乙烯醇缩醛树脂砂轮,该树脂砂轮具有海绵状微孔,磨削时不易堵塞微孑L,具有一定的弹性和硬度。但是该砂轮抛光周期短、强度低、磨耗磨损较大,而且有毒。文章以偶联剂改性Si C制出环氧发泡树脂砂轮,制备的砂轮无毒,轻质,为企业节约大量的成本,而且对身体无害,具有潜在的市场价值。


1 实验部分


1.1实验原料

磨料Si C:上海上磨磨料磨具有限公司;环氧E一44:河南泽普化工产品有限公司;偶联剂KH550:天津市百世化工有限公司;甲苯、发泡助剂、发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)、4,4一氧代双苯磺酰肼(OB—SH)、二亚硝基五亚甲基四胺(H)、咪唑、固化剂、吐温等助剂、脱模剂甲基硅油:市售。

1.2实验过程

1.2.1碳化硅改性


将Si C微粉置于盐酸溶液中搅拌一定时间,然后用去离子水反复洗涤直至为中性,接着将料浆抽滤,在烘箱中烘干。把偶联剂KH550、甲苯、酸洗后的Si C按照一定比例倒人烧瓶中,在温度为85℃的水浴锅中进行反应,将反应完成后的溶液抽滤、烘干待用。


1.2.2制备发泡树脂砂轮


将双酚A环氧树脂、甲苯溶液加入到自制的250m L四氟乙烯烧瓶中;在水浴温度60℃下搅拌,待双酚A环氧树脂全部溶解后,缓慢加入改性Si C,再依次加入表面活性剂、发泡剂、发泡助剂等助剂,将其搅拌均匀。最后加人固化剂,搅拌均匀后,迅速倒人到模具中,放人烘箱中90℃发泡2 min,调烘箱温度150℃固化1 h,得到碳化硅复合轮。

1.3测试与表征

1.3.1  Si C检测


用扫描电镜观察改性前后Si C微粉的表观形态。激光衍射粒度分析仪(M3001一XW.VOOOOO。VSR,上海超声波仪器厂)分别对改性前后的Si C进行粒度分析。


1.3.2  发泡树脂砂轮检测


表观形态检测:用光学显微镜观察发泡树脂砂轮的断面形貌研究泡沫表观形态;磨削测试:砂轮和刀具分别装在磨削试验机上固定,设定好各参数,开始磨削,磨削过程完成后试验机自动停止,称重记录,计算磨削比。

2 结果与讨论


2.1 Si C改性前后粒径分布

实验选用2 000目的Si C微粉,颗粒比较细,有较大的表面效应和表面能,容易产生团聚,因而在结合剂中难以分散。用激光衍射粒度分析仪对改性前后的Si C进行粒度分析。如图1和图2所示。



图中d10、d90分别表示粒径小于6.639μm的颗粒体积分数为10%,粒径小于15.23μm的颗粒体积分数为90%。从图1和图2中看出,改性前的Si C的平均粒径d=10.67μm、d10=6.639μm和d90=15.23μm分别比改性后的平均粒径d=13.35μm,d10=7.261μm和d90=20.25μm小,说明改性后的Si C粉体团聚程度降低,分散性提高,有助于在环氧树脂中分散。 

2.2 Si C改性前后的表观形状

取少量改性前和改性后的Si C微粉制成试样,在扫描电镜下对比观察颗粒的表面分散状态。通过观察对比图3a和图3b可以看出,改性前的Si C颗粒团聚在一起,表面呈现晶体的光泽,而且表面比较尖锐,棱角凸出,同时形状为不规则的;改性后的Si C颗粒很少有团聚现象,颗粒成相互连接状态,同时表面没有了突出的棱角,变得比较圆润,表面含有许多似绒毛H1的东西,具有明显的包裹层。




2.3发泡树脂砂轮的光学显微镜检测

2.3.1不同种类相同含量(8%)发泡剂砂轮的光学显微图片



发泡砂轮的发泡体部分是由韧带、韧带结合部分b1和泡孔组成。从图4a中可以看到,AC发泡剂发泡砂轮的泡孔较大,容易吸收大量的冷却水,导致砂轮基体溶胀变软。同时相邻泡孔间的韧带很薄,在一定作用力下容易使泡孔与泡孑L贯穿,发泡砂轮的力学强度无法达到;图4b中可以看到H发泡剂发泡砂轮的泡孔大小不均匀,发气量小,相邻泡孔间的韧带比较厚,不容易扩散磨削热;图4c中可以看到OBSH发泡剂发泡砂轮发气量适中,泡孑L大小均匀且均为圆孔,发泡砂轮的磨削热容易扩散。相邻泡孔间的韧带厚度适中,增加了发泡砂轮的力学强度。


2.3.2 不同用量的OBSH发泡剂发泡砂轮显微镜图片



图5a一图5d发泡剂用量呈递增的趋势,从图中可以看到,发泡剂用量越多,泡孔就越密集。发泡剂用量为4%时,泡孔稀少,相邻泡孔间的韧带比较厚,砂轮磨削热不能很快扩散。发泡剂用量为10%时,泡孔太过密集,相邻泡孔间的韧带很薄,砂轮的抗冲击性等力学性能很难达到。发泡剂用量为8%时,泡孔均匀分布,可以起到散热、减震的作用,相邻泡孔间的韧带厚度适中,满足发泡剂砂轮的力学性能.

2.4磨削测试

设备型号:磨削机HYl25A.V型,东莞市环鹰机械制造有限公司;工件材质:硬质合金钢片;砂轮转速:2800 r/min;砂轮规格: Φ125 mm x 32 mm x320 mm。


2.4.1磨削比测试


用制成的改性Si C基发泡树脂砂轮磨削硬质合金钢片,采用干磨的方式进行实验。采用的磨削比为硬质合金钢片磨耗质量和砂轮磨耗质量之比。


2.4.2磨削效率和砂轮磨损率测试


本实验的砂轮磨耗率和磨削效率为磨耗质量与磨削时间的比值。



由表1可以看出,OBSH发泡砂轮均比AC发泡剂砂轮和H发泡砂轮的磨削比高,磨削效率上OBSH和AC的磨削效率相同,砂轮的磨耗率OBSH发泡砂轮为最低。AC发泡剂砂轮泡孔较大,相邻泡孔间的韧带较薄。在进行磨削实验时,薄的韧带可能会在加载的压力作用下贯穿泡孔,导致砂轮的磨削性能降低。H发泡砂轮发气量小,泡孔大小不均匀,相邻泡孔间的韧带较厚。在进行磨削实验时,由于泡孔量少,而且韧带较厚,磨削时产生的大量热不能及时扩散,致使磨削性能下降。OBSH发泡砂轮泡孔均匀,相邻泡孔间的韧带厚度适中,在进行磨削实验时,均匀的泡孔起到吸热、散热和减少震动的作用,韧带部位保证了发泡砂轮的力学性能,发泡砂轮的磨削性能达到了最佳水平。表1说明在Si C改性基发泡树脂砂轮中发泡剂的选用对砂轮的磨削性能有很大的影响,选用OBSH发泡剂的发泡砂轮的磨削性能较好。



表2为OBSH不同量的发泡砂轮的磨削性能,从表中可以看到,当OBSH用量为8%时其磨削比和砂轮磨耗率均为最佳,磨削效率为10%时最差。随着发泡剂用量的增加,发泡树脂砂轮的发泡率也在增加。当砂轮的泡孔稀少时,韧带部位就比较厚,抛光时大量的磨削热不能及时扩散,使发泡砂轮一直处于高温,降低了砂轮的磨削性能。砂轮的泡孔密集时,相邻的泡孔间韧带部位很薄,在抛光时承受不了加载压力,砂轮的磨削性能达不到最佳。砂轮的泡孔均匀分布,韧带厚度适中时,抛光时分布均匀的泡孔可以快速吸收和扩散大量的磨削热,厚度适中的韧带部位满足了磨削时的力学性能,使砂轮的抛光性能得到了最佳水平。表2说明在改性Si C基发泡树脂砂轮中发泡剂的用量对砂轮的磨削性能有很大的影响,本实验发泡砂轮为OBSH发泡剂时,发泡剂用量为8%时发泡砂轮的磨削性能较好。

3 结论

1)采用偶联剂KH550对Si C进行改性,合成了表面具有绒毛的包裹层的弹性Si C粒子,降低了Si C的表面能,改善了Si C在树脂中的分散性,提高了抛光磨削性能。


2)通过不同发泡剂的选用对比,找出最佳的发泡剂OBSH。用OBSH发泡剂制备的发泡砂轮泡孔均匀分布且均为圆形,相邻泡孔间的韧带厚度适中;发泡剂用量对发泡砂轮的磨削性能有很大的影响。当使用OBSH为发泡剂时,用量为4%时和10%时,发泡砂轮的磨削性能都不佳。当用量为8%时,发泡砂轮的磨削比、磨耗率都为最佳水平。


3)通过发泡剂的选择以及发泡剂用量的探究,找到最优的发泡剂以及发泡剂用量,制备出了轻质、无毒的改性Si C基环氧发泡树脂砂轮。



免责声明:本文整理自邵水源、梁姣利、牛晶晶的《改性碳化硅基环氧发泡树脂砂轮的研制》,其原创性以及文中表达的观点和判断不代表爱锐网,爱锐网本着传播知识、有益学习和研究的目的进行摘录,仅供读者参考交流,如有著作权人或出版方提出异议,将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。



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