一种无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮及其制备方法，砂轮采用氧化石墨烯、硼锌酸、二硫化钼和酚醛树脂发生共聚反应，制备石墨烯改性酚醛树脂，与黄铁矿硫化物、冰晶石、硫酸钾等无机盐功能性材料组成砂轮结合剂，硫化物、氟化物等粒度亚微米级功能性材料与高分子树脂复合成核，大幅度提高结合剂与磨料的把持力，高速磨削条件下的工件烧伤问题。该制备方法通过配方内磨料、结合剂、湿润剂、辅料制备砂轮成型料，通过分次投料，一次冷、热压成型，两次固化及双相增强复合技术和结构制备的磨大型无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮，大幅度提高砂轮的抗拉抗折强度和磨削率，解决了在密闭条件下砂轮高速高效重负荷耐高温磨削的行业技术难题。的行业技术难题。

【技术实现步骤摘要】
一种无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮及其制备方法


[0001]本专利技术涉及砂轮制备成型领域，尤其涉及一种无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮及其制备方法。

技术介绍

[0002]石油输油管、天然气管道、核发电管、高压锅炉大型专用输送钢管属大型无缝钢管，钢铁工业钢管制造使用的钢管内壁磨削砂轮，砂轮最大直径750mm，装于砂轮磨床，内圆磨床6米杆，分别从两头推进钢管打磨内壁，磨削时生产火花，热量聚集不易散出，钢管内区间温度高、普通砂轮结合剂容易碳化，结合剂把持力降低，砂轮变得不耐磨极易产生爆片事故，在有限的管壁内壁空间内，要求砂轮，600℃以上高温状态下，高耐磨性，高磨削效率，较高的光洁度要求，磨削比：≥1:33，磨削时间≥38小时，不烧伤工件，工作线速度速度80
‑
100m/s，由于其苛刻的磨削要求，目前，钢铁工业大量使用的普通树脂结合剂高速重负荷砂轮及普通磨钢管砂轮，其质量远远不能满足钢铁企业磨削、修磨需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开的一种无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮及其制备方法，能够满足大型无缝钢管的磨削和修磨的要求。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮，由砂轮成型料制备而成，砂轮成型料包括以下重量份数的组分：
[0005][0006]其中结合剂包括以下重量份数的组分：
[0007][0008]进一步的，所述磨料选自陶瓷微晶煅烧刚玉、锆刚玉及黑碳化硅磨料中的一种或几种；
[0009]所述磨料为组合磨料结构，选自陶瓷微晶煅烧刚玉、锆刚玉及黑碳化硅磨料中的一种或几种，采用亚微米级的细粒度磨削材料制备的陶瓷微晶煅烧刚玉和锆刚玉为主磨削材料，细粒度黑碳化硅相应补强增韧磨料；
[0010]主磨料的陶瓷微晶锆刚玉、陶瓷微晶烧结刚玉及补强增韧细粒度黑碳化硅材质的粒度及组成为：标示粒度号主磨料90％，其中主磨料粒度30％，比主磨料号细两个粒度号各占30％，以及补强增韧两种粒度黑碳化硅10％，其中主磨料粒度细2个及3个粒度号各占总磨料质量的5％。
[0011]进一步的，所述辅料为硫酸钾、黄铁矿、冰晶石及氧化钙其中的一种或几种。
[0012]一种无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
[0013]结合剂的制备：按结合剂的各组分配比将结合剂的各组分混合均匀，制得结合剂；
[0014]成型料的制备：按成型料的各组分配比将成型料的各组分混合均匀，制得成型料；
[0015]冷压成型：将成型料置于砂轮冷压成型模具中并进行冷压成型处理，制得冷压成型坯；
[0016]预固化：将冷压成型坯连同模具放置到预固化炉内分段加热预固化处理；
[0017]热压成型：将预固化后的砂轮坯及模具放入到热成型机中，进行热压成型；
[0018]固结硬化：对热压成型后的砂轮坯在脱模后进行加热处理，实现最终完全固化，使之有一定硬度强度和耐热性能，符合质量要求；
[0019]精加工及检验：将成型后的砂轮进行机械加工处理并进行标准检验。
[0020]进一步的，结合剂制备的具体步骤为：按配方比例称取结合剂的各原料，按如下顺序置于逆流混料机中：先加入酚醛树脂和氧化石墨烯，混合3
‑
5min，再加入缩丁醛、二硫化钼和硼酸锌开动搅拌机混合3
‑
5min。
[0021]进一步的，成型料制备的具体步骤为：按配方比例称取砂轮成型料的各原材料，在上下双锅逆流混料机的下锅中先依次加入结合剂，硫铁矿，冰晶石，氧化钙，拌机混合3
‑
5min；再将磨料倒入上锅，开动搅拌机上锅，加入糠醛，搅拌5min，开动搅拌机飞刀搅拌1min，倒入下锅；继续开动搅拌机下锅，拌机混合3
‑
5min，加入柏木油，搅拌3
‑
5min，开动搅拌机飞刀搅拌1min，制得砂轮成型料。
[0022]进一步的，冷压成型的具体步骤为：先将冷压成型机上模具组合完毕，依次在模具投入成型料和加强钢环，依照砂轮内置加强钢环数量分次施压，每次施压后，用刀口尺刮去下半部热压模具中，砂轮坯料上端面留下的凹凸部分，留待下次投料合并投入，如此反复，直至投料结束，然后再次施压，并保持1min，即可得到冷压成型坯。
[0023]进一步的，预固化的具体步骤为：将冷压成型坯连同模具放置到预固化炉内分段加热预固化：
[0024]第一段：按照60
→
80℃的温度加热30
‑
60min；
[0025]第二段：按照80
→
100℃的温度加热30
‑
60min；
[0026]第三段：按照100
→
120℃的温度加热30
‑
60min；
[0027]第四段：按照120
→
130℃的温度加热30
‑
60min。
[0028]进一步的，热压成型的具体步骤为：将模具再次放置到热压机内，将压力上升到20Mpa，温度从初始的120
‑
130℃逐渐升温高到150
‑
180℃，以每分钟温度升高1℃的速度升高，当温度每升高5
‑
15℃时，启动排气程序，关闭压机研制系统，停止加压，便于固化反应气
体从磨具模板与模环处排出，如此反复3
‑
5次后，继续热压固化到最高温度；
[0029]热压结束，保持热压结束时的压制压力20Mpa
‑
25Mpa，温度150
‑
180℃，时间1
‑
3h，直至实现砂轮固化，砂轮热压成型固化后，停止加压，关闭加热系统，开启热压成型机组出模系统，将模具从热压机内取出，卸模，置托板上，经检查符合成型料技术条件后，趁热转入固化炉中；
[0030]固结硬化的具体步骤为：固结硬化时，砂轮在固化炉内，先将温度从150
‑
180℃升温至200℃，在最高温度200℃，保温6小时，炉温冷却到100
‑
120℃开炉门，继续冷却到60
‑
80℃出炉。
[0031]本专利技术的技术效果在于：(1)本专利技术中制备的石墨烯酚醛树脂结合剂，采用氧化石墨烯、硼酸锌、二硫化钼、改性高聚合物基改性酚醛树脂，和酚醛树脂发生共聚反应或形成部分互穿网络结构，氧化石墨烯具有比表面积大、且含丰富含氧基团，以褶皱形态均匀地分散在树脂中，与树脂基体有机结合可更有效地实现应力的转移与分散，具备优越的高强度，耐高温，韧性较好，力学性能较高的优点，其中磨削压力≥15000N
‑
20000N，提高了结合强度，使线速度提高到80
‑
100m/s，能够满足高速重负荷磨削的需求，同时砂轮最小直径能够达到250mm，最大砂轮直径达到750mm，实现高速高效磨削磨削状态下，在工作线速度1.73倍回转试验不破裂。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮，其特征在于：由砂轮成型料制备而成，砂轮成型料包括以下重量份数的组分：2.一种无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮，其特征在于：其中结合剂包括以下重量份数的组分：3.根据权利要求1所述的无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮，其特征在于：所述磨料为组合磨料结构，选自陶瓷微晶煅烧刚玉、锆刚玉及黑碳化硅磨料中的一种或几种；采用亚微米级的细粒度磨削材料制备的陶瓷微晶煅烧刚玉和锆刚玉为主磨削材料，细粒度黑碳化硅相应补强增韧磨料；主磨料的陶瓷微晶锆刚玉、陶瓷微晶烧结刚玉及补强增韧细粒度黑碳化硅材质的粒度组成为：标示粒度号主磨料90％，其中主磨料粒度30％，比主磨料号细两个粒度号各占30％，以及补强增韧两种粒度黑碳化硅10％，其中主磨料粒度细2个及3个粒度号各占总磨料质量的5％。4.根据权利要求1所述的无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮，其特征在于：所述辅料为硫酸钾、黄铁矿、冰晶石及氧化钙其中的一种或几种。5.一种如权利要求1至4任意一项所述的无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：结合剂的制备：按结合剂的各组分配比将结合剂的各组分混合均匀，制得结合剂；成型料的制备：按成型料的各组分配比将成型料的各组分混合均匀，制得成型料；冷压成型：将成型料置于砂轮冷压成型模具中并进行冷压成型处理，制得冷压成型坯；预固化：将冷压成型坯连同模具放置到预固化炉内分段加热预固化处理；热压成型：将预固化后的砂轮坯及模具放入到热成型机中，进行热压成型；固结硬化：对热压成型后的砂轮坯在脱模后进行加热处理，实现最终完全固化，使之有一定硬度强度和耐热性能，符合质量要求；精加工及检验：将成型后的砂轮进行机械加工处理并进行标准检验。
6.根据权利要求5所述的无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮的制备方法，其特征在于：结合剂制备的具体步骤为：按配方比例称取结合剂的各原料，按如下顺序置于逆流混料机中：先加入酚醛树脂和氧化石墨烯，混合3
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5min，再加入缩丁醛、二硫化钼和硼酸锌开动搅拌机混合3
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5min。7.根据权利要求5所述的无缝钢管用石墨烯树脂结合剂砂轮的制备方法，其特征在于：成型料制备的具体步骤为：按配方比例称取砂轮成型料的各原材料，在上下双锅逆流混料机的下锅中先依次加入结合剂，硫铁矿，冰晶石，氧化钙，拌机混合3
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5min；再将磨料倒入上锅，开动搅拌机上锅，加入糠醛，搅拌5min，开动搅拌机飞刀搅拌1min，倒入下锅；继续开动搅拌机下锅，拌机混合3
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈沈萍，刘总堂，孟凡斌，高朋召，刘小磐，陈瑞和，王友堂，王海鑫，杨传武，王祝勇，邵玉洪，
申请(专利权)人：江苏瑞和磨料磨具有限公司，
类型：发明
国别省市：