无机高分子结合剂在磨具中的应用资料

1无机高分子结合剂在磨具中的应用资料一、无机高分子结合剂简介无机高分子结合剂是由陕西德谦科技有限公司研发、生产，并首次把“杂化”概念植入磨具生产行业的新型无机高分子结合剂，彻底改变了磨具生产中高耗能、重污染的落后生产工艺和材料结构，大大提高了磨料使用水平和产品质量；同时，也为磨具新产品的拓展提供了广阔的空间。无机高分子结合剂应用在磨具行业具有以下突出特点：1、高质高能：无机合成，化学性质稳定、使用寿命长，粘结性强、强度高、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、热膨胀系数小；该材料不仅具有无机材料的特性，也具有一定有机材料的特性，打破了传统的陶瓷磨具和树脂磨具的界限。2、节能环保：无机高分子结合剂在磨具的生产和使用过程中无有毒有害气体产生，该结合剂的固化稳定仅需120-180℃（根据生产磨具的种类、和结合剂不同而确定温度、固化时间），极大的节约了能源，显著的提高了生产效率。3、无机高分子结合剂固化后形成以Si、Al、O、P、N、F为主链、以共价键和离子键相连的立体网络结构，其断裂能高达1500J/㎡，能够满足磨具高速旋转时强大离心力作用下磨具不会产生破裂的强度要求；该结合剂即可生产超软磨具、普通磨具，又可生产超硬、超高速磨具。经实际测试，用该结合剂生产的普通磨具回转速度已超过130m/s以上；生产的超软磨具也能经受高速回转；因其固化温度低，以“杂化”概念改变生产工艺，可生产250m/s以上的高速磨具。4、独特功能：无机高分子结合剂可生产精磨磨具，由于该材料的结构中含有铝氧四面体，在磨削过程中，这部分铝氧四面体具有润滑作用，使工件表面的光洁度极佳。5、使用无机高分子结合剂生产磨具，与传统的生产工艺、设备基本相同，无需大的技改投资。二、无机高分子聚合材料与陶瓷的结构性能区别在显微镜下观察陶瓷材料，可以发现主要有三种结构，即晶体相、玻璃相和气孔。晶体相是陶瓷的基本结构，它是由陶瓷化合物的原子按一定规则排列而形成的晶体结构。玻璃相是由陶瓷各组成物和杂质的原子无规则排列而形成的非晶态结构，因这种结构同玻璃的显微结构相似，故称为玻璃相。陶瓷的性能同其显微结构密切相关。传统陶瓷脆性大，经不起外力撞击，也不能急热急冷，否则就要炸裂。前者是因为陶瓷的抗机械冲击性差，后者是因为抗热冲击性差。这是两种不同的起因，但有着大致相同的破裂过程，即首先从陶瓷内部已经存在的微裂纹开始，裂纹逐渐扩展，直到全部断裂。而且对陶瓷来说，裂纹扩展的速度非常快，一眨眼就“纹到底”了。从以上陶瓷破裂的过程可以看出，陶瓷内部存在微裂纹，是引起陶瓷破裂的第一原因。在陶器碎片的断面上，你会看到许多小孔洞，颗粒也比较粗大，这是由于陶器的烧成温度较低（一般为800～1000℃），气孔率较高。虽然瓷器是在1200～1400℃高温下烧制的，结构细密多了，用肉眼常看不出有什么缺陷，但在显微镜下，仍可以看到在其表面有许多微小的伤痕，瓷器碎片的断口上分布着许多微裂纹、气孔和夹杂物。在放大倍数更大的电子显微镜下，还可以发现有许多晶体结构缺陷，如空位、位错和晶界等。所有这些微裂纹、气孔、夹杂物、晶体缺陷、表面伤痕等，都可能成为裂纹的发源地。引起陶瓷破裂的第二个原因是在陶瓷中一旦形成裂纹，裂纹就会迅速扩展。陶瓷不像金属那样，金属在外力作用下可以产生塑性变形，塑性变形可以吸收扩展裂纹的能量，起到止裂的作用。陶瓷属于脆性材料，一旦形成裂纹，由于缺乏塑性变形能力，材料内部出现的应力立即集中到裂纹尖端，推动裂纹迅速向前扩展，直至断裂。如果是在热冲击情况下，还由于陶瓷的导热性差，热膨胀系数大，热应力因此增加，促使裂纹迅速扩展。2无机高分子聚合粘合剂是由尺度为纳米级的粒子堆积聚合固化而成，它在较低温度下固结就能达到致密化，同时它的小尺寸效应、表面和界面效应，量子尺寸效应和量子遂道效应，使得它具有独特的性能，它的出现将有助于解决无机高分子聚合粘合剂的强化和增韧问题。具体地说无机高分子聚合材料具有以下独特性能：1)粒径小、比表面积大和高的化学性能，可显著降低材料的烧结致密化温度，节约能源；2)使材料的组成结构致密化、均匀化，改善材料组织的性能，提高使用的可靠性；3)可以从量子数量级上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能，使无机高分子矿物聚合粘合剂材料的组织结构和性能的定向设计成为可能。此外，无机高分子聚合粘合剂成型后固结，颗粒大小决定了材料的微观结构和宏观性能。如材料颗粒分布堆积均匀，则固结时收缩一致且晶粒均匀长大，低温固结首先导致材料在结构上的变化，晶粒细小均匀呈等轴晶状，同时由于晶界液相的引入和独特的界面结构导致界面结合强化，材料的断裂也变为完全的沿晶断裂模式，使得材料的强度和韧性显著提高；所制备的材料缺陷小、强度高，反应固结具有比烧结产物致密度高、反应温度低、成形能力良好、低成本和高纯度等优点。而传统固相烧结过程中没有液相产生，需要较高的烧结温度，晶粒长大严重，烧结体颗粒粗大，均匀性差，断裂模式多为穿晶断裂；而且断裂韧性也较低。三、无机高分子聚合材料与有机材料的区别有机聚合物通常是指含碳元素的化合物，或含碳氢元素的化合物及其它们的衍生物总称为有机聚合物，有机物一般难溶于水，易溶于有机溶剂，熔点较低。绝大多数有机物受热容易分解、容易燃烧。聚合物的结构可分为链结构和聚集态结构两大类。聚合物链结构又分为近程结构和远程结构。近程结构包括构造与构型，构造指链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、单体单元的排列顺序、支链的类型和长度等。聚集态结构聚集态结构是指高聚物分子链之间的几何排列和堆砌结构，包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构以及织态结构。结构规整或链次价力较强的聚合物容易结晶，例如，高密度聚乙烯、全同聚丙烯和聚酰胺等。结晶聚合物中往往存在一定的无定型区，即使是结晶度很高的聚合物也存在晶体缺陷，熔融温度是结晶聚合物使用的上限温度。结构不规整或链间次价力较弱的聚合物(如聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等)难以结晶，一般为不定型态。无机高分子聚合粘合剂的元素结合力主要为离子键，共价键或离子价混合键。这些化学键的特点是高的键能、键强。因此，这一大类材料具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化等基本属性，无机高分子聚合粘合剂在磨具生产中具有高刚性保型、高韧性吸震因的优点而适用于镜面磨削且不易变形；并且易于使切削刃突出、高度均匀，且使磨具可降低对磨床精度和刚性的苛刻要求；故而，可以替代树脂生产高速磨具。另外，无机高分子矿物聚合粘合剂固化后形成以硅氧四面体和铝氧四面体以共价键和离子键相连的立体氧化物网络结构，由于该材料的结构中含有铝氧四面体，在磨削过程中，这部分铝氧四面体具有润滑作用，使工件表面的光洁度极佳，且断裂能高达1500J/m3，能够满足磨具高速旋转时强大离心力作用下磨具不会产生破裂的强度要求。因此，无机高分子聚合粘合剂为高速、精磨磨具提供了应用基础。四、无机高分子结合剂在砂轮应用中工艺的重要性无机高分子结合剂在砂轮的应用中存在“形态效应”、“活性效应”和“微集料效应”三项基本效应。所谓形态效应，泛指各种应用于砂轮生产中的磨料颗粒，由其颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质、颗粒级配等物理性状所产生的效应。所谓活性效应，是指无机高分子结合剂和磨粒掺合料之间的活性成分所产生的化学效应。3所谓微集料效应，是指无机高分子结合剂均匀分布于磨料的基相中，就象微细集料一样，改善掺和后混合料的结构和性能。实际上，上述三种基本效应是水性无机结合剂掺合在磨料中的作用形式，不仅磨料如此，其它矿物掺合料也是如此，差别仅仅是作用程度的不同。活性效应是掺合磨料在砂轮中作用的一个重要组成部分。无机结合剂之所在砂轮中可以得到应用，就是因为它具有一定的反应能力，形成类似于陶瓷的产物，这些反应产物使砂轮材料的结构得到改善。勿容置疑，活性效应是无机结合剂掺合料对砂轮材料性能贡献的一个重要方面。活性效应是微集料效应发挥的基本保证。无机结合剂与磨料的微集料效应来自于三个方面:一是这些磨料颗粒本身具有较高的强度；二是这些磨料颗粒与水化产物之间具有较好的粘结性能；三是这些磨料颗粒在无机结合剂中分散状态良好，借助于合理的搅拌、加热、拌合磨料均匀性的改善，有助于磨料中孔隙的填充与“细化”。其中磨料颗粒与无机结合剂之间具有较好的粘结性能是其它两者的基础。只有当磨料微集料颗粒与无机结合剂组织结构均匀并紧密结合时它较高的自身强度才能发挥作用，使孔隙化的效果得以体现。只有在这一前提下，它优越的性能才能得到利用和发挥。磨料颗粒的界面反应是提高其界面性能的一个重要途径。因此，无机结合剂活性效应的发挥是微集料效应发挥的前提和保证。活性效应是形态效应作用效果的延续。磨料的形态效应仅仅决定了无机结合剂材料没有拌合的初始结构，随着磨料和无机结合剂掺合料在搅拌和加热的合理工艺下各种反应的进行，可以使掺合后材料的结构得到进一步的改善，而这些反应的程度和速度则取决于它的活性效应。从对其的影响上看，活性效应是形态效应的延续和发展，它使掺合料的性能得到进一步的改善。由此可见，如何在生产工艺的控制过程中充分挖掘磨料和无机结合剂掺合料的活性潜力，对产品性能有着特别重要的意义。同时，也应该看到，磨料和无机结合剂掺合料在砂轮生产中的作用是由三个效应组成的，为此，只有在合理的工艺下才能在挖掘它的活性效应潜力的同时，也同时也兼顾了其它效应。五、无机高分子结合剂在砂轮生产过程中的工艺要点1、按配方称取磨料、结合剂、填料（硅灰石粉）、助剂（蜂蜜或红糖）；其中助剂可以不加，加助剂时只需加到结合剂中搅匀。2、把磨料和填料在混料锅内搅拌均匀后加入结合剂和助剂的混合料，搅拌均匀后加热风搅拌。3、热风温度控制在70℃左右，风量大小根据工业化生产量的大小及搅拌速度现场调整，速度的大小根据树脂结合剂的用量多少生产现场调整；通热风搅拌至结团、拉丝后3—5分钟后停止热风，高速搅拌至形成松散料。4、磨具的加热参考曲线：70℃、90℃、95℃、100℃、120℃、150～180℃在每个温控点的控温时间以磨具内的自由状态水（或结合水）也大部分蒸发掉为基准。应注意不要使温度高于起蒸汽时的温度，以免最终烧结成的磨具起鼓。每一温控点干燥过程都除去无机高分子结合剂中90％以上的自由状态水（或反应的结合水），干燥后的磨具结构致密，强度很高。新型、高效、专用、重负荷强力和精密无机高分子磨具的制作高效磨削加工技术是先进的制造技术必要条件，彻底解决了传统磨削加工高精度、低效率的加工局限，在获得高效率，高精度的同时，又能对各种材料和形状进行高表面完整性加工并降低成本。在我国现有条件下，大力加强高效磨削加工技术的研究、推广和应用，对提高我国机械制造业的加工水平和加快新产品开发具有十分重要的意义。如今超硬材料的应用日益广泛，实施高速高效磨削是加工超硬材料和难切材料的优选加工工艺。由于超硬磨料磨具的应用，高速、大功率精密机床及数控技术发展、新型磨削液和砂轮修整等相关技术的发展、高速超高速磨削和高效率磨削技术应用、磨削自动化和智能化等技术的发展，使高效率磨粒加工在机械制造领域具有更加重要的地位，具有很好的发展前景。高效磨削砂轮应具有好的耐磨性，高的动平衡精度，抗裂性，良好的阻尼特性，高的刚4度和良好的导热性，而且其机械强度必须能承受高效磨削时的切削力等。高效磨削砂轮可以使用刚玉、碳化硅、CBN、金刚石磨料。在合适的结合剂和先进的制造工艺条件下，生产的磨具使用速度可达125m/s。现有的陶瓷结合剂砂轮耐水、耐油、耐酸、耐碱的腐蚀，能保持正确的几何形状。气孔率大，磨削率高，强度较大，韧性、弹性、抗振性差，不能承受侧向力，V轮＜35m/s的磨削，这种结合剂应用最广，能制成各种磨具，适用于成形磨削和磨螺纹、齿轮、曲轴等。现有的树脂结合剂强度大并富有弹性，不怕冲击，能在高速下工作。有摩擦抛光作用，但坚固性和耐热性比陶瓷结合剂差，不耐酸、碱，气孔率小，易堵塞；V轮＞50m/s的高速磨削，能制成薄片砂轮磨槽，刃磨刀具前刀面，高精度磨削。无机高分子结合剂磨具强度较高，因此有较高的使用速度，一般适用于高速切割、荒磨、重负荷磨削；另外无机高分子结合剂