含天然纖維、磨料、熱膨脹樹脂空心微球拋磨一體輪的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種含天然纖維、磨料、熱膨脹樹脂空心微球拋磨一體輪的制備方法，包括將天然纖維、磨料、熱膨脹樹脂空心微球與粘結劑混合并攪拌均勻；將物料均勻鋪在模腔內；油壓機兩次加壓壓制成型的步驟。
【專利說明】含天然纖維、磨料、熱膨脹樹脂空心微球拋磨一體輪的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種含天然纖維、磨料、熱膨脹樹脂空心微球拋磨一體輪的制備方法，屬于磨具領域。
【背景技術】
[0002]當前制作的各種拋磨磨具主要有三個大類并存在以下缺陷:①樹脂砂輪——結構緊密、散熱差、油壓成型、組織致密所致。一般的樹脂結合劑砂輪(固結磨具)主要是由磨料、樹脂粘接劑經混合、模壓成型、加熱硬化而成，這類砂輪的使用存在著諸如需要大的切削力、工件發熱嚴重等缺陷。大氣孔砂輪(固結磨具)中的氣孔一般是在硬化處理中將填充的能夠在高于130度以上的溫度下燒除(即碳化)的填充劑(如核桃殼、精萘等)燒掉而成。但天然纖維在這種工況下也會碳化從而失效。
[0003]②麻輪——拋光效率低，如(幾層劍麻縫制在一起，只有端面參與磨削)。中國專利CN1238254A公開了一種劍麻纖維拋光輪，揭示其制備方法是:采用針刺機將劍麻短纖維制成氈狀胚料，然后將2-4層劍麻氈狀胚料經疊合、縫合成一種劍麻纖維拋光輪。用此種方法制備的劍麻纖維拋光輪存在以下的缺點:一、由于所使用的劍麻纖維長度只有4-12cm，因而拋光輪在使用過程中劍麻纖維容易脫落，使拋光輪的使用壽命縮短；二、因為針刺密度的限制，不能保證拋光輪的任何部位都能緊密結合，因而也會影響拋光輪的使用效果。
[0004]③尼龍輪——磨料利用率不高，由于尼龍的TG低發熱會造成軟化從而造成對磨料把持力下降，以致于磨料未充分參與磨削就脫落造成浪費；同時還有可能因發熱發軟而污染被磨工件表面。
[0005]中國專利CN2004 I 0029879.9揭示了一種劍麻纖維拋光輪的制造方法，它是將切短的劍麻纖維、合成樹脂和任選的其它植物和無機化合物均勻混合、干燥后，熱壓成型。這種方法生產的拋光輪由于是模壓但沒有帶孔材料以致整個結構非常致密沒有空隙，從而容易導致整個磨削過程中磨輪表面溫度升高粘接劑失效表面發黑，原材料斷裂脫落浪費；同時被磨工件也會表面溫升大從而造成應力集中并有可能污染被磨工件表面。

【發明內容】

[0006]針對上述技術問題，本發明的目的在于提供一種含天然纖維和磨料以及熱膨脹樹脂空心微球的拋磨一體輪的制備方法。
[0007]本發明的上述目的是通過如下技術方案實現的:一種含天然纖維和磨料以及熱膨脹樹脂空心微球的拋磨一體輪的制備方法，包括如下步驟:
1)將天然纖維、磨料、熱膨脹樹脂空心微球與粘結劑混合并攪拌均勻；
2)將步驟I得到的物料均勻鋪在模腔內；
3)油壓機進行第一次加壓壓制成型；
4)卸壓，并烘烤，然后進行第二次加壓壓制，然后烘烤固化，緩慢降至室溫后出爐，卸模。
[0008]在本發明中，所述天然纖維是指自然界原有的或經人工培植的植物上、人工飼養的動物上直接取得的纖維，包括但不限于植物纖維、動物纖維、礦物纖維。在本發明一個具體的實例中，所述的天然纖維選自種子纖維，如棉、木棉等；或者是葉纖維，如劍麻、蕉麻等；亦或是莖纖維，如芒麻、亞麻、大麻、黃麻等。在本發明另一個實例中，所述天然纖維選自毛和絲，例如綿羊毛、山羊毛、駱駝毛、兔毛、牦牛毛或桑蠶絲、柞蠶絲等。本發明中所述的天然纖維還可以是那些棉、麻、毛、絲的回收纖維。
[0009]在本發明中，所述磨料是指銳利、堅硬的，用以磨削較軟的材料表面的材料。所述磨料可以是天然磨料，包括但不限于天然剛砂、天然剛玉、石榴石和天然金剛石等；也可以是人工磨料，包括但不限于棕剛玉磨料、白剛玉磨料、單晶剛玉磨料、黑碳化硅磨料、綠碳化硅磨料、立方碳化硅磨料、鈰碳化硅磨料、碳化硼、人造金剛石和立方氮化硼等，以及陶瓷砂輪、樹脂砂輪等的回收砂等。
[0010]在本發明中，所述熱膨脹樹脂空心微球典型品種包括:日本松本油脂制藥株式會社生產的松本可膨脹微球以及阿克蘇諾貝爾Expancel事業部生產的微球發泡劑發泡粉和物理膨脹劑。微球發泡劑是一種核殼結構，外殼為熱塑性丙烯酸樹脂類聚合物，內核為烷烴類氣體組成的球狀塑料顆粒。直徑一般10-200微米，加熱后體積可迅速膨脹增大到自身的幾十倍，從而達到發泡的效果。微球發泡溫度范圍從75°C _260°C，可根據各種不同加工溫度和工藝要求，選擇最合適的微球型號。
[0011]熱膨脹樹脂空心微球既可以散熱又是自銳銀紋發展的基礎同時還能夠提高結構強度，根據散熱要求的高低可以改變熱膨脹樹脂空心微球的含量。可以在砂輪組織內產生有利于磨削的空隙和自銳的微裂紋并具有緩沖功能。該磨具結合了剛性填充和發泡兩者的優點并形成多閉孔結構并分散相關應力，在不大幅降低結構強度的基礎上因為微球膨脹對微球周圍的粘接層會帶來大量的微裂紋，這些微裂紋和氣泡在輪子被磨削沖擊力作用時就是很好的能量吸收池，從而避免了輪子本體在磨削中消耗過快以及斷裂和掉落。在磨削中讓微球破裂后形成大小不同并在不同位置分布的磨削韌口，同時也是散熱通道有利于降低輪子本身和被磨工件表面溫度，從而提高輪子的使用壽命，提高材料的利用率以及減少被磨工件表面被滲碳而造成應力集中的可能。按體積比添加熱膨脹空心微球帶來的效果是添加的體積比越大，磨拋效率越高，被磨工件和磨輪表面的溫升越少。熱膨脹樹脂空心微球的加入量為磨料體積的1-6%，可以是1.12%、2%、3%、4%、5%。
[0012]在本發明中，所述粘接劑可以是脲醛、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂或者無機粘結劑等，也可以是酚醛樹脂改性，包括脲醛、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧、丙烯酸等改性的酚醛。
粘結劑用量為原料總質量比20?50%。
[0013]本發明所述的拋磨一體輪是通過如下方法制備得到的:將天然纖維、熱膨脹樹脂空心微球與磨料、粘結劑進行混合，注入模具型腔，經過壓制與固化后得到產品。
[0014]本發明天然纖維和磨料之間混合比例可以根據實際需要調節，改變天然纖維(體積比1% — 99%)和磨料(體積比99% — 1%)的混合比例，可獲得不同的拋磨效果:在同一個輪子天然纖維含量多而磨料含量就一定會減少，這時拋光效果好；天然纖維含量少而磨料含量就一定會增加，這時磨削效率高。采用天然纖維的好處在于，天然纖維在磨削的過程中不會發軟發黑；同時天然纖維又能夠作為加強筋增強結構強度。[0015]在本發明的一個具體實例中，天然纖維的體積比為80-99%，磨料的體積比為1-20%，此時拋磨一體輪著重于拋光效果。在此范圍內，天然纖維的體積比可以是80%、85%、90%,95%,99% 等，磨料的體積比可以是 1%、5%、8%、10%、15%、20%。
[0016]在本發明的另一個具體實例中，天然纖維的體積比為50-80%，磨料的體積比為20-50%,此時拋磨一體輪兼顧拋光和磨削效果，在此范圍內，天然纖維的體積比可以是50%、55%、60%、65%、70%、75% 或 80% ;磨料的體積比可以是 20%、25%、30%、35%、40%、45% 或 50%。
[0017]在本發明的另一個具體實例中，天然纖維的體積比為20-50%，磨料的體積比為50-80%,此時拋磨一體輪兼顧拋光和磨削效果。在此范圍內，磨料的體積比可以是50%、55%、60%、65%、70%、75% 或 80% ;天然纖維的體積比可以是 20%、25%、30%、35%、40%、45% 或 50%。
[0018]在本發明的一個具體實例中，天然纖維的體積比為1_20%，磨料的體積比為80-99%，此時拋磨一體輪著重于磨削效果。在此范圍內，磨料的體積比可以是80%、85%、90%、95%,99%等，天然纖維的體積比可以是1%、5%、8%、10%、15%、20%。
[0019]在本發明中，第一次加壓壓制后80 V下烘烤2h，第二次加壓壓制后120 V下烘烤4~6ho
[0020]本發明的拋磨一體輪可以采用兩種典型外觀結構:平面拋磨一體輪和圓周磨拋一體輪。如圖1或2所述。圖3示出拋磨一體輪的微觀結構，從中可以看出粘結劑將天然纖維、磨料和熱膨脹樹脂空心微球牢固地結合在一起。圖4為拋磨一體輪的另一種形式微觀結構示意圖。不同之處在于中間增加了一層網格劍麻布作為加強筋。制作平面拋磨一體輪時一面粘有背蓋，而制作圓周拋磨一體輪時則無需背蓋。在本發明中，背蓋可以是玻纖蓋、劍麻等。
[0021]進一步的，如圖1和2所示，本發明的拋磨一體輪的拋磨盤工作面上還設置溝槽，對于平面拋磨一體輪而言，所述溝槽由拋磨盤中心向四周放射狀延伸；對于圓周拋磨一體輪而言，所述溝槽沿拋磨盤工作面豎直排列。所述溝槽更利于磨削、退屑和散熱，降低工件表面殘余應力，同時為新的自銳裂紋發展提供條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的平面拋磨一體輪示意圖。
[0023]圖2為本發明的圓周拋磨一體輪示意圖。
[0024]圖3為本發明的拋磨一體輪的微觀結構示意圖。
[0025]圖4為本發明的另一種拋磨一體輪的微觀結構示意圖。
[0026]圖5為本發明的加熱固化成形模具。
[0027]圖6為本發明的平面拋磨一體輪立體圖。
[0028]圖7為本發明的平面拋磨一體輪斷面示意圖。
[0029]圖8為實施例1平面拋磨一體輪試樣1-3中天然纖維與磨料體積比變化與磨削t匕、磨削效率的關系。
[0030]圖9為實施例1平面拋磨一體輪試樣1-3中天然纖維與磨料體積比變化與樣件表面粗糖度的關系。
[0031]圖10為實施例1圓周拋磨一體輪試樣1-3天然纖維與磨料體積比變化與磨削比、磨削效率的關系。[0032]圖11為實施例1圓周拋磨一體輪試樣1-3天然纖維與磨料體積比變化與樣件表面粗糖度的關系。
[0033]圖12為實施例2平面拋磨一體輪試樣4-6熱膨脹樹脂空心微球與磨料體積比變化與磨削比、磨削效率的關系。
[0034]圖13為實施例2平面拋磨一體輪試樣4-6熱膨脹樹脂空心微球與磨料體積比變化與樣件表面粗糙度的關系。
[0035]圖14為實施例2圓周拋磨一體輪試樣4-6熱膨脹樹脂空心微球與磨料體積比變化與磨削比、磨削效率的關系。
[0036]圖15為實施例2圓周拋磨一體輪試樣4-6熱膨脹樹脂空心微球與磨料體積比變化與樣件表面粗糙度的關系。
[0037]圖16為實施例2圓周拋磨一體輪試樣7-9熱膨脹樹脂空心微球與磨料體積比達到或超過臨界值與磨削比、磨削效率的關系。
[0038]圖17為實施例2圓周拋磨一體輪試樣7-9熱膨脹樹脂空心微球與磨料體積比達到或超過臨界值樣件表面粗糙度的關系。
[0039]圖18為制備拋磨一體輪的工藝流程圖。
[0040]圖19為制備拋磨一體輪的另一種工藝流程圖。
[0041]圖中，I為背蓋、2為拋磨盤、3為熱膨脹樹脂空心微球、4為天然纖維、5為粘結劑、6為磨料、7為網格劍麻布、8為磨料、樹脂膠液和熱膨脹樹脂空心微球混合物、9為金屬型腔模具。
【具體實施方式】
[0042]實施例1 (探索天然纖維與磨料混合體積比與拋磨效果的關系)
配方:
【權利要求】
1.一種含天然纖維、磨料、熱膨脹樹脂空心微球拋磨一體輪的制備方法，包括如下步驟: 1)將天然纖維、磨料、熱膨脹樹脂空心微球與粘結劑混合并攪拌均勻； 2)將步驟I得到的物料均勻鋪在模腔內； 3)油壓機進行第一次加壓壓制成型； 4)卸壓，并烘烤，然后進行第二次加壓壓制，然后烘烤固化，緩慢降至室溫后出爐，卸模。
2.如權利要求1所述的制備方法，其中所述天然纖維選自棉、木棉、劍麻、蕉麻、苧麻、亞麻、大麻、黃麻、綿羊毛、山羊毛、駱駝毛、兔毛、牦牛毛、桑蠶絲、柞蠶絲或棉、麻、毛、絲的回收纖維。
3.如權利要求1所述的制備方法，其中所述磨料選自天然剛砂、天然剛玉、石榴石、天然金剛石、棕剛玉磨料、白剛玉磨料、單晶剛玉磨料、黑碳化硅磨料、綠碳化硅磨料、立方碳化硅磨料、鈰碳化硅磨料、碳化硼、人造金剛石、立方氮化硼或陶瓷砂輪、樹脂砂輪的回收砂。
4.如權利要求1所述的制備方法，其中所述天然纖維與磨料的體積比例為天然纖維1-99%,磨料 1-99%。
5.如權利要求4所述的制備方法，其中所述天然纖維與磨料的體積比為天然纖維80-99%,磨料1-20% ;或天然纖維50-80%，磨料20-50% ;或天然纖維20_50%，磨料50-80% ;或天然纖維1-20%，磨料80-99%。
6.如權利要求1所述的制備方法，其中所述熱膨脹樹脂空心微球選自松本可膨脹微球、微球發泡劑、物理膨脹劑；直徑10-200微米。
7.如權利要求6所述的制備方法，其中所述熱膨脹樹脂空心微球的用量為磨料體積的1-6%。
8.如權利要求1所述的制備方法，其中在第一次加壓壓制后80°C下烘烤2h，第二次加壓壓制后120°C下烘烤4-6h。
9.如權利要求1-8任一項所述方法制備得到的拋磨一體輪。
【文檔編號】B24D13/14GK103551984SQ201310553418
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】謝澤 申請人:謝澤