ПОРОШКООБРАЗНАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1996 года по МПК C08L61/10 C08L61/10 C08L63/04 B24D3/30 

Изобретение относится к композиционным материалам на основе фенолоформальдегидных полимеров, в которых в качестве отверждающего агента используют гексаметилентетрамин (ГМГА), и в частности может быть использовано для абразивного инструмента, изготавливаемого как холодным, так и горячим прессованием.

Известна масса для абразивного инструмента горячего прессования, содержащая абразив (54-62 об.), порошкообразное органическое связующее (19-30 об. ), минеральный наполнитель (6-17 об.) и увлажнитель (2-10 об.), состоящий из раствора эпоксидной смолы в фурфуроле, с концентрацией 25-75% [1]
Недостатком известного решения является применение его только для горячего прессования.

В известном решении используется эпоксидная смола в жидком состоянии, что значительно снижает технологичность изготовления абразивной массы, поскольку возникает дополнительная операция подготовки раствора эпоксидной смолы в фурфуроле. Кроме того, работа с жидкими эпоксидными смолами очень трудоемка ввиду их высокой клеющей способности при соприкосновении с различными предметами (рабочей емкостью, руками рабочего и пр.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является связующее для изготовления абразивного инструмента, содержащее новолачный фенолформальдегидный олигомер и отвердитель гексаметилентетрамин, при этом на 100 мас.ч. олигомера добавляют 6-10 мас.ч. гексаметилентетрамина. Порошкообразные компоненты перемешивают в абразивном смесителе и затем используют в качестве порошкообразного связующего для изготовления абразивного инструмента. Отверждение связующего происходит при последующей термической обработке изделий при температуре 160-200^оС, в результате чего образуется трехмерная структура бакелита, которая определяет механическую прочность и теплостойкость связки [2]
Недостатком известного порошкообразного связующего (СФП) для изготовления абразивного инструмента является его низкая прочность и теплостойкость, при нагреве инструмента (круга) в рабочей зоне резания или шлифования до 300^оС термомеханическая прочность снижается в 2 раза, а также невозможность получать беспористую (0-5% пор) полимерную композицию с повышенным содержанием связующего (до 40 об.) холодным прессованием. Применяемое порошкообразное связующее для холодного прессования в процессе термообработки выделяет около 3% летучих газов, что в сумме с другими летучими (напр. от смачивателя шлифовального зерна) не позволяет изготавливать инструмент более плотной структуры (пор менее 20 об.), с повышенным содержанием связующего (до 40 об. ), т.к. это приводит при термообработке к "вскипам", расслоениям, что резко снижает прочность и эксплуатационные свойства инструмента.

Задача изобретения направленное регулирование структуры, твердости, прочности и эксплуатационных свойств инструмента, в частности, повышение прочности и теплостойкости, согласно его назначению, а также снижение выделения летучих газов.

Задача решается путем создания порошкообразной композиции, включающей новолачный фенолоформальдегидный олигомер (фенолформальдегидную смолу СФП), ГМТА и продукт конденсации эпихлоргидрина с ортокрезолформальдегидной смолой новолачного типа (эпоксиноволачная смесь ЭНС) при следующем соотношении компонентов, мас.ч. СФП 100 ГМТА 6-12 ЭНС 10-100
Все компоненты полимерной композиции находятся в порошкообразном состоянии, поэтому введение ЭНС в абразивную массу не повышает трудоемкость ее приготовления.

В указанных пределах компоненты полимерной композиции фенолформальдегидная смола (СФП), ГМТА и эпоксиноволачная смола (ЭНС) находятся в стехиометрических соотношениях, обеспечивающих наиболее полное прохождение реакции отверждения (межмолекулярной сшивки). Образование устойчивых химических связей в полимерной композиции обеспечивает повышение прочности, теплостойкости и др. За пределами указанных соотношений остаются непрореагировавшие исходные компоненты, степень "сшивки" меньше, поэтому механические свойства и теплостойкость также снижаются.

При этом необходимо отметить, что количество летучих газов по данной рецептуре снижается в 2-3 раза по сравнению с известным за счет того, что в ходе химической реакции отверждения фенолформальдегидной смолы гексаметилентетрамин (ГМТА) выделяется вода, аммиак, фенол, формальдегид.

При участии в реакции отверждения эпоксиноволачной смолы не выделяется аммиак, вода и др. летучие, поскольку между атомами азота, входящего в структуру ГМТА, и углерода возникает химическая связь, тем самым подавляется выделение аммиака и формальдегида, являющихся продуктами разложения гексаметилентетрамина. Поскольку отверждение полимерной композиции происходит не по механизму поликонденсации, выделение воды также отсутствует.

Изготавливают абразивный инструмент повышенной плотности без вскипов, расслоений и с повышенным содержанием связки как холодным так и горячим прессованием, а сшитые ЭНС фенолформальдегидные смолы с ГМТА обеспечивают высокую прочность, хорошую адгезию, повышенную термостойкость. Пример конкретного выполнения:
Подготавливают образцы связующего с максимальным, минимальным и оптимальным содержанием компонентов (табл.3), из которых изготавливают таблетки и формовочные массы для кругов 300х3х32.

Таблетки изготавливают диаметром 15 мм, высотой 7 мм и бакализируют при 160^оС. Половину таблеток повторно нагревают до 300^оС с выдержкой 30 мин.

Исходные образцы и образцы после нагрева до 300^оС (термического нагружения) раздавливают на стенде усилием 1000 кг. Параллельно изготовлены и испытаны образцы на пропитку (пример 7, табл.1).

Результаты испытаний представлены в табл.2.

Отрезные круги 300х3х32 изготавливают из связующего по примерам 1-7 табл.1 по следующей рецептуре, мас.ч.

Шлифовальный материал марки 14А63Н 100 Жидкий бакалит марки БЖ-3 8,2 Связующее порошкообразное 14 Криолит 6
Изготовление кругов (смешивание формовочной массы, прессование, термообработка) производят по общепринятой технологии.

Изготовленные круги испытывают на прочностные и эксплуатационные показатели (табл.3).

Данные табл.2 и 3 показывают, что образцы таблетки и отрезные круги, изготовленные из связующего, согласно изобретению, обладают высокими прочностными свойствами, теплостойкостью и эксплуатационными показателями кругов на его основе.

Сущность изобретения: порошкообразная полимерная композиция для изготовления абразивного инструмента содержит, мас.ч.: фенолформальдегидный новолачный олигомер 100, гексаметилентетрамин 6 - 12, эпоксиноволачная смола - продукт конденсации эпихлоргидрина и о-крезолформальдегидной смолы 10 - 100. На основе связующего изготавливают шлифовальные круги, имеющие разрывную скорость 123,0 - 132 м/с, коэффициент шлифования 2,0 - 2,4 см²/см². 3 табл.

ПОРОШКООБРАЗНАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА, включающая фенолформальдегидный новолачный олигомер и гексаметилентетрамин, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит эпоксиноволачную смолу - продукт конденсации эпилхлоргидрина и о-крезолформальдегидной смолы при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Фенолформальдегидный новолачный олигомер - 100
Гексаметилентетрамин - 6 - 12
Указанная эпоксиноволачная смола - 10 - 100