环氧树脂在异型石材磨具中的应用.docx

杜慷慨林志勇吴宏(华侨大学化工学院, 泉州 362011)摘要 利用酚醛树脂作为结合剂、环氧树脂作为改良剂制备异型石材磨具, 研究环氧树脂、酚醛树脂和致孔填充剂含量对 细磨磨具的磨削性能和抛光磨具的抛光性能的影响。要得到较高的磨削比和抛光光泽度, 各组分的最佳含量( 质量分数) 值是: 酚醛树脂为 25% 20% , 环氧树脂为 20% 25% , 致孔填充剂为 20% 25% 。关键词 环氧树脂, 酚醛树脂, 树脂磨具, 致孔填充剂, 磨削性能, 抛光性能the app l ica t ion of epoxy re s in in gr in der f or spec ia l- shaped ston ed u k a n g k a i, l in z h iy on g ,w u h on g(c h em ica l e ng inee r ing co llege, h uaq iao u n ive r sity, q uanzho u 362011)a bstrac t w ith p h eno l re sin a s adh e sive, epo xy re sin can be u sed a s m o d if ie r to m ak e g r ind ing too ls fo r sp e2 c ia l2sh ap ed sto ne s. s tudy w o rk fo cu se s o n th e effec t o f th e co n ten t s o f epo xy re sin, p h eno l re sin and ho le2fo rm 2 ing f ille r o n th e g r ind ing func t io n o f f ine g r inde r and po lish ing g r inde r. t o im p ro ve th e g r ind ing func t io n and th epo lish ing g lo ssine ss, th e op t im a l co n ten t s o f th e ing red ien t s a re a s fo llow s: p h eno l re sin 25% 20% , epo xy re sin20% 25% , ho le2fo rm ing f ille r 20% 25%.key words epo xy re sin, p h eno l re sin , re sin g r inde r, ho le2fo rm ing f ille r, g r ind ing p e rfo rm ance, po lish ing p e rfo rm ance磨块或磨片由磨料、结合剂和填料组成, 其中磨料是主体, 而结合剂则是用来固着磨料颗粒, 使之具 有一定形状。 结合剂的性能对磨具性能有着决定性 的影响1, 2 。结合剂的品种一般可分为无机结合剂和 有机结合剂两类。 无机结合剂如菱苦土、硅酸盐水 泥、高铝水泥和金属结合剂等。有机结合剂如酚醛树脂、环氧树脂和不饱和树脂等3 。目前在石材加工过程中所使用的磨具有磨盘、 磨块、磨轮、磨片等, 而石雕工艺品的表面磨抛不能 在机床上完成, 其相应的石材称异型石材, 那么异型 石材所用的磨具就称为异型石材磨具。 异型石材的 加工一般是使用手提研磨机, 以磨片代替磨块, 磨具表 2 反应时间对产率的影响且产率高达 7912% , 是一种理想的合成方法。表 3三乙基硼的 ir 谱图分析反应时间/m in反应温度/k产率/%305 308305 308305 308305 30865117579128020253040振动频率/cm - 1解析甲基、亚甲基非对称伸缩振动甲基、亚甲基的对称伸缩振动 甲基、亚甲基的面外摇摆振动b 2ch 2 中亚甲基的面外摇摆振动ch 2 的非平面摇摆振动是 与 硼 碳 键 吸 收 有 关 的 峰, 其 中1 375 cm - 1 为硼碳键的伸缩振动2975, 29502880, 285514701310725从表 2 看出, 反应时间以 30 m in 为宜, 产率达7912% , 再延长反应时间产率无明显变化。213三乙基硼的 ir 表征三乙基硼的 ir 谱图特征峰及其解析见表 3。 从表 3 解析可以看出, 产物中存在甲基、亚甲基、b c 键。1375, 1120, 1150, 780参考文献12sh eeh an j e. c a rbo n, 1989, 27 ( 3) : 709王积涛, 宋礼成. 金属有机化学. 北京: 高等教育出版社, 1989收稿日期: 1998212221结论用超声波合成三乙基硼大大缩短了反应时间,3现代化工1999 年第 19 卷第 4 期37的磨削效率和抛光光泽度对石材工艺品的质量有直接影响。目前, 这种磨片的需求量越来越大。在选择 异型石材磨具的结合剂时应考虑其硬度、弹性、柔曲 度和结合力4, 5 。本文以酚醛树脂和环氧树脂作为混 合结合剂, 研究制备异型石材磨具的工艺条件对磨 具磨削比和抛光光泽度的影响。212 压力的影响随着压力的增大, 模具的密封性变好, 所制磨具 的密度增大, 有利于增强磨具的强度, 但其动力消耗过大, 不利于脱模, 导致成品率不高。 同时由于磨片 的密度过大, 自锐性差, 使石材的磨削和抛光效率变 差, 磨片在不断磨擦石材的表面时产生大量的热量, 可导致磨具烧伤石材。 若压力太低, 磨片的密度过 低, 磨料与树脂的粘接不牢, 导致磨片的磨削效率不高, 磨片的消耗太快。 实验表明, 压力保持在 811m p a 比较合适, 在这样的条件下, 所制磨片的相对 密度在 116 117 之间。213 酚醛树脂含量的影响酚醛树脂的粘结能力强、硬度大, 有良好的耐热 和耐磨性能, 耐大多数溶剂和化学药品, 吸湿性低,收缩率小, 加工工艺简单。 因此, 本实验以酚醛树脂作为主粘结剂 ( 六次甲基四胺的加入量是酚醛树脂 质量的 6% ) 制备异型石材磨具, 酚醛树脂的加入量 与磨削性能的关系如图 1 所示。从图 1 可以看出, 随着酚醛树脂加入量的增大, 所制磨具的磨削比有所 增加。 但树脂量超过 25% 时, 磨具的磨削效率反而 降低。 这时的磨具太硬, 磨具的自锐性太差, 不能对 石材进行有效的研磨。 磨具在石材上面长时间研磨 时, 会使石材表面和磨具表面产生烧伤的现象。实验结果表明, 作为粘结剂的树脂不是越多越好, 树脂的 加入量达到 25% 时, 磨削比有一个最大值。实验部分1111 实验材料机械: 45 t 油压机, 上海第一橡胶机械厂; 日立 手提研磨机, 日本产。结合剂: 粉末酚醛树脂 j 1530, 上海塑料厂; 环 氧树脂 e 251, 上海树脂厂。固化剂: 六次甲基四胺, 650# 聚酰胺。填充剂: c aso 4 1/2h 2o , kc l, n aa lf 4。磨料: 100 目到w 5 的金刚石微粉, 河南华鑫超 硬磨料厂。112 实验过程按 11 的比例预先把环氧树脂和 650# 聚酰胺 调配均匀, 备用。以下的环氧树脂是指已调配了固化剂的环氧树脂。 按一定的比例把酚醛树脂、环氧树脂、固化剂、填充剂等在球磨机中充分球磨混合均匀后, 加入金刚石微粉混合均匀, 然后装模, 于 150、811 m p a 下经 10 m in 压模成形。脱模后的磨具经室温继续固 化 3 天 以 上, 分 别 制 得 粗 磨 ( 150# , 300# )、细 磨 (500# )、精磨 (1000# , 2000# ) 和抛光片 ( 3000# ) 的异 型石材磨具一套共 6 片, 进行性能测试。使用手提研磨机研磨平面石材和曲面石材, 检 测异型石材磨具的磨削效率 ( 磨削比) 和抛光效率(抛光光泽度)。 由于从粗磨到抛光的各种磨具的磨 削性能均不一样, 因此, 本文以细磨片和抛光片为例进行讨论。结果与讨论21磨削比; 2抛光光泽度图 1酚醛树脂含量与磨削比和抛光光泽度的 关系 (环氧树脂 20% ; 致孔填充剂 20% )211温度的影响由于热固性酚醛树脂在 90开始软化, 并逐渐 固化, 在 120就能达到较好的固化, 当温度达到150时保持 10 m in , 树脂就能够完全固化。当温度 超过 180时, 酚醛树脂就因为分解产生气体而使其强度受到一定程度的损失, 温度进一步升高会因 树脂和添加剂的分解而使磨具的性能受到较大的损失。 因此, 压模成形温度控制在 150左右为宜。从图 1 还可以看出, 对于抛光磨具, 酚醛树脂的加入量达到 20% 时, 磨具的抛光效率最高, 抛光光 泽度可达到 87。 当酚醛树脂的加入量多于或少于20% 时, 抛光磨具的抛光光泽度都将降低。214环氧树脂含量的影响381999 年第 19 卷第 4 期现代化工环氧树脂的耐热性比酚醛树脂差, 其耐磨性是酚醛树脂的 1/3, 但环氧树脂具有很强的粘接力, 有 “万能胶”之称。 因此本实验在酚醛树脂中加入环氧树脂共混作为结合剂制备磨具, 所制磨具的磨削性 能见图 2。从图 2 可见, 当酚醛树脂的量超过 20% 时, 磨具的磨削性能开始下降。 这可以解释为环氧树脂 的粘结力较强, 随着环氧树脂量的增大, 磨料与结合 剂之间有更大的结合力, 磨料不容易脱落, 因而有较好的磨削性能。 同时, 由于环氧树脂的耐磨性较差,使得磨具的自锐性变好, 从而提高磨具的磨削比。时, 磨具的磨削比逐渐增加。当填充剂的质量分数提高到 20% 时, 磨具的磨削比达到最大值。 当进一步 增加填充剂的含量时, 磨削比反而下降。这可以解释为增加填充剂的量, 使磨具的自锐性提高, 因而磨削性能提高。当填充剂量达到一定值时, 继续增加填充 剂, 会使磨具的结构组织变得松散, 磨料容易脱落, 反而使磨具的磨削比下降。1磨削比曲线; 2抛光光泽度曲线图 3致孔填充剂与磨削比和抛光光泽度的 关系 (酚醛树脂 20% ; 环氧树脂 25% )1磨削比; 2抛光光泽度图 2环氧树脂含量与磨削比和抛光光 泽度的关系 (酚醛树脂 25% ; 致孔填充剂 20% )对于抛光磨具的抛光效率如图 2 所示, 随着环 氧树脂加入量的增加, 抛光磨具的抛光光泽度也逐渐增加。 但当环氧树脂的加入量达到 25% 时, 抛光磨具的抛光光泽度达到最高, 进一步增加环氧树脂 的量, 抛光光泽度反而下降。这个比例与上述的环氧 树脂的加入量不同, 这是因为抛光磨具的磨削性能相对减弱, 不需要像粗磨那样的锋利度。 实际上, 对 于抛光石材的磨具, 除了磨料的磨削作用外, 致孔填充剂和酚醛树脂对石材也同时具有抛光作用; 硬质 石材需要松软结构的磨具, 才能达到最好的抛光效果, 因此, 这时环氧树脂的加入量可以相对多些。215 致孔填充剂含量的影响致孔填充剂是指在磨料中加入一些可溶或微溶 的盐类, 使磨具在以水作为冷却剂时, 既可以起冷却作用, 又可以使这些盐溶解, 在磨具表面上留下微孔, 起到散热去屑又提高磨具自锐性的作用。通过加 入致孔填充剂可改变磨具的组织结构和改变结合剂的性能, 并降低成本。 通常加入一些易于分散、有良 好的润湿性的微溶和可溶的盐类作为致孔填充剂。本实验采用 c aso 4 1/2h 2o 、n aa lf 4、kc l 等 作填充剂。图 3 是当 c aso 4 1/2h 2o 、n aa lf 4、kc l质量比为 111 时致孔填充剂与磨具磨削比的关系曲线。从图 3 可以看出, 当填充剂的含量逐渐增加实验表明, 制备抛光磨具时, 致孔填充剂的加入量达到 25% 时, 抛光光泽度才能达到最大, 如图 3所示。 这是因为作为结合剂的酚醛树脂和环氧树脂 的硬度都比较大, 为达到对硬石材表面抛光, 要求磨 具有比较松散的组织结构。 因此对于细磨磨具致孔填充剂的加入量应为 20% , 而对于抛光磨具致孔填 充剂的加入量以 25% 为宜。结论以酚醛树脂和环氧树脂作为细磨磨具的粘结 剂, 其固化温度应在 150左右, 压力应以 811m p a 为宜。制备细磨磨具的最佳物料配比 (质量分数) 是: 酚 醛 树 脂 25% , 环 氧 树 脂 20% , 致 孔 填 充 剂 为20% ; 抛光磨具的最佳物料比 (质量分数) 是: 酚醛树 脂 20% , 环氧树脂 25% , 致孔填