一种PAI树脂基砂轮及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种PAI树脂基砂轮及其制备方法，将片层簇状PAI树脂作为结合剂与磨料、酸性有机物采用预应力混合手段混合后进行热模压成型、二次固化后即可制成PAI树脂基砂轮；本发明专利技术方法制得的砂轮磨料分散均匀，具有更高的耐热性，砂轮致密度高、强度高、耐磨、耐热、韧性好，对工件的磨削的加工时间短，磨削后工件表面光洁度高。面光洁度高。面光洁度高。

【技术实现步骤摘要】
一种PAI树脂基砂轮及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子树脂
，具体涉及一种PAI树脂基砂轮及其制备方法。

技术介绍

[0002]砂轮是由许多极硬的磨粒经过结合剂粘结而成的切削工具。砂轮表面上坚硬的棱角颗粒称为磨料，起到切削作用。把磨料粘结在一起的粘结材料称为结合剂。砂轮的特性由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状、尺寸、线速度等因素影响，每种砂轮根据其砂型热性、基材性质、自身的耐热性能等都有一定的适用范围。磨料是砂轮的主要成分，直接担负切削的工作，必须具有很高的硬度、模量和热性能，常用磨料有氧化物陶瓷、碳化物、氮化物等。结合剂是砂轮中用来粘结磨料的物质，它的种类和性质将影响砂轮的强度、耐热性、耐冲击性和耐腐蚀性等性能，结合剂对磨削温度、工件表面粗糙度也有影响，常见结合剂一般有陶瓷类、树脂类、橡胶类、金属类等；其中树脂类结合剂要求具有强度大、弹性好、耐冲击，但存在耐热性差、受温后粘合力下降、脆性模量大、不宜长期存放的问题。
[0003]目前在对高硬度工件的精密磨削时，为保证最终高光洁度的工件产品质量，都希望采用树脂基砂轮作为加工的最后环节。常规的金刚石树脂砂轮所用结合剂主要是酚醛树脂、环氧树脂等。而酚醛树脂等在使用过程中存在以下不足：
①
耐热温度不高、粘合力小、脆性大，有部分金刚石未充分发挥作用而较早脱落，使其利用率降低，表现为砂轮不耐磨；
②
固化时必须加入固化剂乌洛托品，如果工艺条件控制不当，固化过程中产生的气体使砂轮组织出现气孔，有时致使砂轮报废；/>③
不论在砂轮的制造还是使用过程中，经常散发出难闻的气味；
④
当进刀量大时，砂轮经常出现龟裂。另外还有聚酰亚胺(PI)树脂基金刚石砂轮，因选用的PI为热固型树脂，决定了在制备砂轮时，只能加载前段的成形载荷和后期的无、小载荷固化条件，所以会导致这类PI基金刚石砂轮整体致密差、强度低、不耐磨、脆性大的缺陷，在对工件进行磨削加工时，导致加工时间延长、加工效果变差，并且由于砂轮自磨损量增大，间接造成了生产成本提高、安全系数降低的不利因素。

技术实现思路

[0004]为了解决常规树脂制成的砂轮致密度差、强度低、不耐磨、脆性大所导致的磨削损耗大、加工时间长、加工效果差的技术问题，而提供一种PAI树脂基砂轮及其制备方法。本专利技术以PAI树脂作为结合剂与磨料混合，制成磨料均匀分散的砂轮，并在进行后期二次交联固化后能获得更高的强度及耐热性，使制得的砂轮致密度高、强度高、耐磨、耐热、韧性好，磨削的加工时间短、表面光洁度高。
[0005]为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术另一方面提供PAI树脂基砂轮的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)准备PAI树脂、磨料、酸性有机物；对所述磨料进行偶联处理；
[0008](2)将物料包括所述PAI树脂、偶联处理的所述磨料以及所述酸性有机物进行预应力混合，在所述预应力混合的过程中进行抽真空使产生负压的同时进行加热，得到混合均
匀的物料；
[0009](3)将支撑结构件固定在砂轮模具中，加入步骤(2)所述物料进行整体热模压成型，待完成成型后，于180～380℃下进行二次固化得到PAI树脂基砂轮。
[0010]进一步地，所述PAI树脂基砂轮中所述PAI树脂占30
‑
55wt％、所述磨料占44.7
‑
65wt％、所述酸性有机物占0.3
‑
5％。
[0011]进一步地，所述PAI树脂的微观结构为片层簇状结构。
[0012]再进一步地，所述PAI树脂按照水相合成聚酰胺
‑
酰亚胺树脂的方法获得，在制备过程中控制原材料酸与二胺类化合物的总质量与加入的水的重量之比为1:(21～100)，即可制得微观结构为片层簇状的PAI树脂。优选地，原材料总质量与加入的水的重量之比为1:(25
‑
80)，更优选地原材料总质量与加入的水的重量之比为1:(30
‑
50)。“水相合成聚酰胺
‑
酰亚胺树脂的方法”参照中国专利CN202011184708.9中公开的内容进行制备PAI，中国专利CN202011184708.9中公开的原材料对偏苯三甲酸与二胺类化合物总重量与水的重量之比为1:(5～20)其所制得的PAI树脂的堆积密度在0.17～0.25g/cm3之间，微观结构并非片层簇状；而采用常规有机溶剂相合成的PAI树脂其微观形貌为大小不均匀的颗粒状，堆积密度至少在0.23g/cm3以上；本专利技术中通过增大水的比例，使得在PAI的制备过程中树脂总体的理化指标不变而仅改变树脂的微观形貌，使得到的PAI呈现片层簇状结构，堆积密度为0.07
‑
0.11g/cm3，具有较为松散的堆积密度，获得这一结果的原因是通过控制水料比中水的大比例量投入，使原材料单体在反应过程中溶胀，且溶胀过程中原材料分子在大比例水中具有更大的舒展空间，因此在单体聚合过程中改变了产物的微观形貌，最后得到片层簇状结构的PAI树脂。由于片层簇状结构之间存在间隙，这种微观结构的PAI可以为各种无机磨料预留驻存位，配合本专利技术的预应力混合方法，使得磨料不会因密度、粒径不同而产生分相，并确保最后制成的砂轮中磨料分布均匀。
[0013]进一步地，所述酸性有机物为具有α
‑
H的化合物，具有α
‑
H的化合物例如可以是异氰酸酯类、磺酰氯类、醛类、环氧类、羧酸类、酸酐类化合物中的一种或几种，优选地，所述酸性有机物为羧酸类化合物，更优选地，所述酸性有机物为酒石酸、草酸、苹果酸、枸椽酸、抗坏血酸、苯甲酸、水杨酸、咖啡酸中的一种或多种。这里的酸性有机物不能简单理解为广义上的羧酸类pH显酸性的化合物，可以将其理解为分子结构中具有α
‑
H的化合物，α
‑
H由于活性较高，具有一定酸性。酸性有机物可以促进PAI在制备砂轮的热成型过程中发生快速的二次固化交联反应，可使制得的PAI树脂基砂轮的玻璃化转变温度从约260℃提高到300℃以上，同时显著提升砂轮强度。
[0014]进一步地，所述磨料包括金刚石和金刚砂，所述金刚石与所述金刚砂的质量比为(6
‑
10):(1
‑
3)；所述金刚石的粒径为50
‑
250目、所述金刚砂的粒径为80
‑
300目；所述金刚砂为碳化硅、或者碳化硅与氮化硼的混合物；所述磨料还包括金属粉，所述金属粉为锌粉、锡粉、铜粉、铁粉、锰粉、铝粉中的一种或多种，所述金属粉的粒径为600
‑
1000目，所述金属粉的用量在所述PAI树脂基砂轮中占1
‑
20wt％。金属粉在磨料中可以作为填充料填充间隙，且同时作为导热链存在，可提升制得的PAI树脂基砂轮的整体硬度，并延长砂轮整体工作寿命。
[0015]进一步地，所述预应力混合的过程中采用多种直径的钢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PAI树脂基砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)准备PAI树脂、磨料、酸性有机物；对所述磨料进行偶联处理；(2)将物料包括所述PAI树脂、偶联处理的所述磨料以及所述酸性有机物进行预应力混合，在所述预应力混合的过程中进行抽真空使产生负压的同时进行加热，得到混合均匀的物料；(3)将支撑结构件固定在砂轮模具中，加入步骤(2)混合均匀的所述物料进行整体热模压成型，待完成成型后，于180～380℃下进行二次固化得到PAI树脂基砂轮。2.根据权利要求1所述的一种PAI树脂基砂轮的制备方法，其特征在于，所述PAI树脂基砂轮中所述PAI树脂占30
‑
55wt％、所述磨料占44.7
‑
65wt％、所述酸性有机物占0.3
‑
5％。3.根据权利要求1或2所述的一种PAI树脂基砂轮的制备方法，其特征在于，所述PAI树脂的微观结构为片层簇状结构。4.根据权利要求3所述的一种PAI树脂基砂轮的制备方法，其特征在于，所述PAI树脂按照水相合成聚酰胺
‑
酰亚胺树脂的方法获得，在制备过程中控制原材料酸与二胺类化合物的总质量与加入的水的重量之比为1:(21～100)，即可制得微观结构为片层簇状的PAI树脂。5.根据权利要求3所述的一种PAI树脂基砂轮的制备方法，其特征在于，所述酸性有机物为异氰酸酯类、磺酰氯类、醛类、环氧类、酸酐类化合物中的一种或几种。6.根据权利要求3所述的一种PAI树脂基砂轮的制备方法，其特征在于，所述磨料包括金刚石和金刚砂，所述金刚石与所述金刚砂的质量比为(6
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10):(1
‑
3)；所述金刚石的粒径为50
‑
250目、所述金刚砂的粒径为80
‑
300目；所述金刚砂为碳化硅、或者碳化硅与氮化硼的混合物；所述磨料还包括金属粉，所述金属粉为锌粉、锡粉、铜粉、铁粉、锰粉、铝粉中的一种或多种，所述金属粉的粒径为600
‑
1000目，所述金属粉的用量在所述PAI树脂基砂轮中占...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海涛，陈文忠，陈熙，田剑书，蒋其陶，
申请(专利权)人：宜兴市泽润高分子新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：