(肖乐银)一种超硬涂附磨具制作工艺的优化--.doc

一种超硬涂附磨具制作工艺的优化肖乐银1,2 刘志环1,2 王进保1,2 周卫宁1,21.国家特种矿物材料工程技术研究中心，桂林 5410042.广西超硬材料研究开发重点实验室，桂林 541004摘要 超硬涂附磨具用胶粘剂是磨具制造中的三大要素之一，是将超硬磨料黏附在基材上的重要结构和功能材料，其涂附粘度的控制和固化工艺的优化将是影响超硬涂附磨具使用和磨削性能的一个重要因素。结果表明：改性环氧树脂胶粘剂涂布粘度为30007000mPas，涂布效果最佳，涂布操作时间应控制在60分钟以内；加热固化时需在45下保温30分钟，然后升温到80固化3小时，能有效地消除内应力和表面气泡，保证胶粘剂完全固化。关键词 超硬涂附磨具；胶粘剂；制作工艺Optimization of coated diamond tools production processXiao Leyin Liu Zhihuan Wang Jinbao Zhou Weining(National Special Mineral Material Engineering Research Center, Guilin 541004)Abstract Coated diamond tools adhesive is one of three elements for manufacturing, and is important structural and functional materials for bonding abrasive and substrate ,the control of coating viscosity and the optimization of curing process are two important factors for applications and grinding performance. The results show that: for modified epoxy adhesive, the best coating viscosity is 30007000mPa s, coating time should be controlled within 60 minutes; heat curing require heat preservation at 45 for 30 minutes, and then curing temperature to 80 for 3 hours, the stress and the surface bubbles can be effectively eliminate, and adhesive can completly solidify.Keywords coated diamond tools; adhesive; production process0 引言超硬涂附磨具是指用胶粘剂把超硬磨料粘附在柔性、可挠曲基材上的超硬材料工具，主要用于玻璃、宝石等硬脆难加工材料的磨削和抛光，是普通磨料涂附磨具在这一加工领域内的更新换代产品13。由于超硬磨料与普通磨料在性能上有很大的差别，超硬磨料与涂附层的粘结技术及其微米级的粒度特性等，使其制作工艺类似于普通磨料涂附磨具，但又有差别。胶粘剂是超硬涂附磨具制造中的三大要素之一45，是将超硬磨料黏附在基材上的重要结构和功能材料，因此其涂附粘度的控制和固化工艺的优化将是影响超硬涂附磨具使用和磨削性能的一个重要因素。1 试验内容及方法11 主要材料和仪器 粘度计：NDJ-8S 里氏硬度计：TH160 万能强度试验机：INSTRON 5569 电热鼓风干燥箱：101-2A 改性环氧树脂胶粘剂、基材、温度计和烧杯等12 试验方法将盛有胶粘剂的烧杯放于粘度计转子保护框正下方，并使胶粘剂淹过液面标记，选用3号转子，旋转速度为：6转/分钟。在室温（28）下，测得胶粘剂各组分（主剂和固化剂），及混合（主剂：固化剂=5：1）后各个时间段胶粘剂的粘度和温度，确定最佳涂附粘度和时间。同时，根据胶粘剂本身的特性，在60、80、100、120四个温度条件下固化后测试其硬度值，确定最佳固化温度；然后，在最佳下固化温度条件下，分别固化1h、2h、3h，测试其固化时间对布布剪切强度的影响，确定最佳工艺时间。2 涂附粘度的控制胶粘剂的粘度将严重影响超硬涂附磨具的涂附工艺，粘度太稀，树脂容易渗透，影响涂附磨具的表观质量；粘度大，树脂流动性差，涂附时很难分散开。因此，在生产试验中应测定胶粘剂各组分的粘度，及混合后粘度随时间的变化情况，确定涂布操作时间。表1 胶粘剂各组分粘度胶粘剂组分主剂固化剂粘度（mPas）2015.818.2当主剂与固化剂混合后，随着反应的进行，反应中有热量的放出，加速了胶粘剂的固化，其中，粘度和温度随时间变化如表2所示：表2 胶粘剂混合后粘度和温度随时间的变化混合时间min01020304050607080粘度mPas2890.53300.83850.94558.25645.66400.37356.48100.611115温度/303234373747556580通过表2可以知道，随着混合时间的延长，胶粘剂的粘度和温度都逐渐变大。涂布时，胶粘剂粘度为30007000mPas，涂布效果较好，因此，涂布操作时间应控制在60分钟以内。但生产中可添加溶剂或环氧活性稀释剂等降低粘度，但添加量不宜过多，否则涂附磨具固化后表面会产生大量的气泡。3 固化工艺的优化超硬涂附磨具植砂涂胶后，要对其进行固化，固化是获得良好综合性能的关键过程。在室温下，胶粘剂能够发生基本固化，但要提高粘结强度，有效地消除内应力，还必须在一定的温度下，保持一段时间，进行后固化。分别测试在60、80、100、120四个温度条件下固化后的硬度值，如表3所示：表3 固化温度对胶粘剂硬度的影响固化温度/6080100120里氏硬度201230232255从表3可以发现60下，胶粘剂很难完全固化，从而表现为硬度低，耐磨性差；而120条件下，磨具表面太硬，柔曲时出现裂纹，未能达到柔性磨具柔软性的目的；80、100固化条件下，胶粘剂硬度相差不大，从节约成本的角度考虑，选择固化温度为80。在80固化温度条件下，分别固化1h、2h、3h，测试其固化时间对布布剪切强度的影响，确定最佳工艺时间，测试结果如表4所示：表4 固化时间对剪切强度的影响固化时间（h）1234剪切强度（N/m）1.91032.41032.5103磨具表面太硬由表4可以知道，随着固化时间的延长，胶粘剂的剪切强度逐渐增大，但2h 和3h相差不大；达到4h时，涂附磨具表面较硬，影响砂带的柔软性。因此，使用此胶粘剂的最佳固化工艺为， 固化温度：80，固化时间：3h。涂附磨具生产时，我们发现在80固化3h，有部分磨具表面出现小气泡等现象，这是由于在配胶的过程中使用有机溶剂，在固化加热时排出气体而产生的，因此，应在较低的温度下有一个保温过程，在胶粘剂固化之前将溶剂挥发排出，我们在45下保温30分钟，从而使这一现象得以消除，其固化工艺如图1所示：图1 固化工艺曲线图4 结论 随着混合时间的延长，超硬涂附磨具用改性环氧树脂胶粘剂的粘度和温度都逐渐变大。胶粘剂涂布粘度为30007000mPas，涂布效果最佳，涂布操作时间应控制在60分钟以内。 超硬涂附磨具植砂涂胶后，为了保证其完全固化，并有效地消除内应力和表面气泡，固化时需在45下保温30分钟，然后升温到80固化3小时。参考文献：1 吕智, 郑超，莫时雄，章兼植. 超硬材料工具设计与制造M. 北京：冶金工业出版社，2010.2 肖乐银, 刘志环，王进保. 金刚石涂附磨具用树脂胶粘剂的改性与性能评价探讨J. 海峡两岸超硬材料技术发展论坛论文集，2010.3 吕智, 郑超. 超硬材料涂