Абразивно-полиуретановая композиция для пористого полировально-шлифовального инструмента

Абразивно-полиуретановая композиция для пористого полировально-шлифовального инструмента

Реферат

 

Изобретение относится к полимерным композициям для изготовления пористого эластичного абразивного инструмента, предназначенного для поверхностной обработки изделий сложного профиля, в том числе крупногабаритных. Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что композиция содержит: абразивный наполнитель, полиуретановое связующее на основе гидроксилсодержащего олигомерного полиэфира (например, полифурита или полиэфира П-6), двухатомного спирта (например, диэтиленгликоля, триэтиленгликоля,), трехатомного спирта (например, глицерина или триметилолэтана); полиизоцианат (например, толуилендиизоцианат, дифенилметандиизоцианат); газообразователь - кристаллогидрат неорганических солей; поверхностно-активное вещество (например, блоксополимер, полиорганосилоксана и полиоксиалкилена-КЭП, силиконовая жидкость - ПМС-200). 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к полимерным композициям для изготовления пористого эластичного абразивного инструмента, предназначенного для поверхностной обработки изделий сложного профиля, в том числе крупногабаритных изделий.

Известна полимерная композициям на поливинилформале для изготовления высокопористого абразивного инструмента, которая включает, мас.ч.

Поливиниловый спирт 100 Выравниватель А 10 Формалин 18-20 Поваренная соль 29-30 Соляная кислота 10-14 Абразивный наполнитель 120-220 Краситель 0,12 (см. Технологический процесс производства абразивных полировальных кругов на полифуритановой связке. ТП 0.1201.00001 Иршавского абразивного завода; ТУ 2-36-751-78).

Эта композиция имеет низкую прочность из-за плохой адгезии поливинилформалевой связки к абразивному наполнителю, она также не является эластичной, поэтому не позволяет обрабатывать сложный профиль обрабатываемого изделия.

Известна также полимерная композиция на основе эпоксиноволачной связки для абразивного инструмента (см. патент США N 3510233, кл. 51-295, опубл. 1976 г. ), в которой с целью создания пористости и эластичности используют нетканые пористые волокнистые маты. Полимерная композиция используется при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Фенолформальдегидная смола 47-75 Эпоксидная смола 53-25 Катализатор 0,5 Нетканые волокнистые маты 30-450 Абразивный наполнитель 150-950 Недостатками данной полимерной композиции являются: небольшая прочность (разрушающее напряжение при растяжении 17,2 фунта на 1 дюйм ширины, что при толщине 1/2 дюйма составляет 0,22 МПа); сложная технология изготовления инструмента на основе этой композиции (более 12 операций); неравномерная пористость инструмента; низкая рабочая скорость инструмента (не более 12 м/с).

Известно, что высокими деформационно-прочностными характеристиками и износостойкостью обладают композиционные материалы на основе полиуретановых композиций. Вспенивание полиуретановых композиций осуществляется при реакции диизоцианата с водой. Однако этот способ непригоден для переработки высоконаполненных абразивных масс, т.к. взаимодействие между диизоцианатом и водой происходит практически мгновенно даже при комнатной температуре и заканчивается еще до момента заполнения форм.

Известен также способ вспенивания полимерных композиций с использованием веществ, разлагающихся при температуре переработки композиции с выделением газа. В качестве такого газообразователя используется, например, азоизобутиронитрил порофор ЧХЗ-57 (см. Энциклопедия полимеров, том.3, с.153, Москва, 1977). Недостатком этого порофора является способность к воспламенению от сильного удара или трения, а также от малокалорийных источников зажигания. Порофор ЧХЗ-57 токсичен, при хранении выделяет синильную кислоту (см. азобисизобутиронитрил, порофор ЧХЗ-57 технический. Технические условия 113-03-365-82).

Прототипом предлагаемого технического решения является полимерная композиция для изготовления абразивных инструментов на основе полиуретана (см. Желобов Н.Г. Шкляев Ю.В. Изготовление и свойства абразивных инструментов на основе полиуретана. Сборник докладов международной конференции по абразивным материалам, инструментам и процессам абразивной обработки, "Интерграйнд-91", Ленинград, 1991), содержащая в качестве связующего форполимер СКУ-ПФЛ, 2,4-толуилендиизоцианат; 3,3-дихлор-4,4-диаминодифенилметан; 1,4-бутандиол; абразив, например алмазный синтетический материал АС4 80/63, при следующем соотношении компонентов, мас.

Форполимер СКУ-ПФЛ 31,6-45,9 2,4-Толуилендиизоцианат 5,4-17,7 3,3-Дихлор-4,4-диаминодифенилметан 11,3-20,7 1,4-Бутандиол 1,4-4,6 Алмазный материал АС4 80/63 11,1-40,1 Форполимер СКУ-ПФЛ представляет собой продукт взаимодействия полифурита (политетраметиленэфиргликоля) и 2,4-толуилендиизоцианата.

Преимуществом этой композиции по сравнению с вышеописанными аналогами является достаточно высокая прочность и удовлетворительная величина относительного удлинения. Полиуретановые абразивные композиции характеризуются также высокой износостойкостью, сравнительно малой набухаемостью в обычно используемых при обработке смазочно-охлаждающих жидкостях и возможностью получения изделий методом свободного литья.

Недостатком прототипа является то, что изготовленный из этой композиции абразивный инструмент, как и другие монолитные абразивы, обладают повышенными весовыми характеристиками, обусловленными их высокой плотностью. Так монолитный инструмент на основе карбида кремния имеет плотность в пределах 2,0-2,3 г/см³, поэтому использование высокоплотных крупногабаритных кругов может привести к деформации валов, на которых крепится абразивный инструмент в металлообрабатывающих станках. Кроме того, при использовании монолитного инструмента больше опасность его замасливания, а следовательно, и появления прижогов на обрабатываемой поверхности.

Целью предлагаемого технического решения является создание полиуретановой абразивной композиции для пористого полировально-шлифовального инструмента, обладающего высокими прочностью и относительным удлинением, позволяющим обрабатывать поверхности сложного профиля, а также имеющего низкие весовые характеристики, необходимые для изготовления крупногабаритного инструмента.

Поставленная цель достигается путем использования новых компонентов связующего и газообразователя.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что композиция содержит: абразивный наполнитель; полиуретановое связующее на основе гидроксилсодержащего олигомерного полиэфира (например, полифурита или полиэфира П-6), двухатомного спирта (например, диэтиленгликоля, триэтиленгликоля), трехатомного спирта (например, глицерина или триметилолэтана), полиизоцианат (например, толуилендиизоцианат, дифенилметандиизоцианат); газообразователь кристаллогидрат неорганических солей; поверхностноактивное вещество (например, блоксополимер полиорганосилоксана и полиоксиалкилена КЭП, силиконовая жидкость ПМС-200); компоненты находятся в следующем соотношении, мас.

Абразивный наполнитель 70,0-85,0 Полиуретановое связующее 14,6-29,8 Газообразователь-кристаллогидрат неорганической соли 0,1-0,2 Поверхностно-активное вещество 0,1-0,2 Композиция в качестве полиуретанового связующего содержит гидроксилсодержащий полиэфир, двухатомный спирт, трехатомный спирт и полиизоцианат при следующем соотношении компонентов, г-моль: Гидроксилсодержащий полиэфир 1,0 Двухатомный спирт 0,5-0,9 Трехатомный спирт 0,1-0,5 Полиизоцианат 1,65-3,45 Количество и вид абразивного наполнителя выбирается в зависимости от назначения абразивного инструмента. Могут быть использованы, например, зеленый и черный карбид кремния, нормальный и белый электрокорунд, алмазный материал.

Газообразование в предлагаемой абразивной композиции происходит в результате реакции взаимодействия между кристаллогидратом и изоцианатом, которая протекает в две стадии: 1) термическое разложение кристаллогидрата с образованием свободной воды 2) взаимодействия выделившейся воды и изоцианата с образованием углекислого газа Из числа кристаллогидратов могут использоваться только вещества, являющиеся термические устойчивыми при температуре переработки абразивной массы (ниже 60^oС) и выделяющие свою кристаллизационную воду при нагревании в процессе отверждения абразивных изделий (выше 80^oС).

Вязкость неотвержденных абразивных композиций в предлагаемом техническом решении не превышает 10000 Пас, что позволяет использовать для изготовления инструмента литьевые способы производства.

Результаты сравнительных испытаний предлагаемых составов и составов-прототипа представлены в таблице.

При этом для получения сравнительных результатов испытаний были приготовлены составы прототипа, содержащие указанные в его описании компоненты полимерного связующего (с сохранением соотношений между компонентами), но включающие карбид кремния вместо алмазного абразивного материала.

Количество газообразователя и поверхностно-активного вещества выбирается экспериментально в зависимости от необходимого содержания пор в абразивном инструменте. При введении 0,1% кристаллогидрата и поверхностно-активного вещества в состав абразивной композиции получается инструмент с 40%-ной пористостью, при введении 0,2% этих компонентов пористость достигает 50% Количество диизоцианата определяется экспериментально с учетом содержания ОН-групп в гидроксилсодержащем полиэфире, а также количества воды, выделяющейся из кристаллогидрата и вступающей в реакцию с диизоцианатом.

При меньшем, чем 70% содержании абразивного наполнителя получается инструмент с низким коэффициентом шлифования. При этом увеличивается расход абразивного инструмента.

При большем, чем 85% содержании абразивного наполнителя уменьшается эластичность инструмента, что затрудняет обработку поверхностей сложного профиля.

При этом также увеличивается вязкость абразивно-полимерной массы, что не позволяет использовать при изготовлении инструмента метод литья.

Пример. Составы абразивно-полимерной композиции готовили в смесителе СЛ-4 с одновременной загрузкой 175 г. Компоненты взвешивали на весах ВКЛТ-500 (ГОСТ 24104-80) и переносили в смеситель.

Для приготовления 100 г состава, например N 1 (см. табл.), берут: Карбид кремния 70,0 г Полифурит 19,0 г Диэтиленгликоль 2,0 г Толуилендиизоцианат 8,5 г Глицерин 0,2 г CaO₄2H₂O 0,15 г КЭП 0,15 г Продолжительность перемешивания 40 мин. Приготовленная таким образом масса заливается в форме и помещается для отверждения в термостат. Время отверждения при температуре 120^oС 12 часов.

Положительный эффект изобретения заключается в следующем. Пористый абразивный инструмент, получаемый из предлагаемой полиуретановой композиции и кристаллогидратного газообразователя, обладает пониженными весовыми характеристиками по сравнению с прототипом, его плотность в 1,5-2,1 раза меньше. Это свойство позволяет изготовлять облегченный инструмент большого диаметра и высоты, необходимый для обработки крупногабаритных изделий.

Работоспособность предлагаемого пористого инструмента также лучше, чем у прототипа. Полиуретановый монолитный инструмент, обладая высокой механической прочностью, слишком сильно удерживает абразивные зерна, поэтому не происходит постоянного обновления режущей поверхности. Это приводит к нежелаемым последствиям: засаливанию рабочей поверхности круга и прижогом в зоне шлифования. У предлагаемых пористых инструментов этих явлений не замечается даже при работе без охлаждения.

В то же время сохранение прочности абразивной композиции с введением в нее порообразователя позволяет получать инструмент с высокой рабочей скоростью, равной около 50 м/с.

Использование в предлагаемой композиции неизвестного ранее кристаллогидратного газообразователя позволит получать инструмент методом литья, избегая пожароопасности, связанной с применением газообразователей типа ЧХЗ.

Формула изобретения

1. Абразивно-полиуретановая композиция для пористого полировально-шлифовального инструмента, включающая абразивный наполнитель и полиуретановое связующее, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит газообразователь кристаллогидрат неорганической соли и поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас.

Абразивный наполнитель 70-85 Полиуретановое связующее 14,6-29,8 Газообразователь кристаллогидрат неорганической соли 0,1-0,2 Поверхностно-активное вещество 0,1-0,2 2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полиуретанового связующего она содержит гидроксилсодержащий полиэфир, двух- и трехатомный спирт и полиизоцианат при следующем соотношении компонентов, моль: Гидроксилсодержащий полиэфир 1 Двухатомный спирт 0,5-0,9 Трехатомный спирт 0,1-0,5 Полиизоцианат 1,65-3,45

РИСУНКИ

Рисунок 1