АБРАЗИВНО-ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОРИСТОГО ПОЛИРОВАЛЬНО-ШЛИФОВАЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1996 года по МПК B24D3/26 

Предполагаемое изобретение относится к полимерным композициям для изготовления эластичного абразивного инструмента, предназначенного для поверхностной финишной обработки изделий сложного профиля в том числе и крупногабаритных изделий.

Известна полимерная композиция на поливинилформале для изготовления высокопористого абразивного инструмента, которая включает (масс. 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 полифуритовой 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 3510283 по кл. 51-295, опубликованный в 1976 г.), в которой с целью создания пористости и эластичности используют нетканые пористые волокнистые маты. Полимерная композиция используется при следующем соотношении компонентов (масс. ч.):
фенолформальдегидная смола 47-75
эпоксидная смола 53-25
катализатор 0,5
нетканые волокнистые маты 80-450
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).

Прототипом предлагаемого технического решения является композиция для изготовления пористого абразивного инструмента по а.с. СССР N 1016338 А, опубликованному в 1983 г. C 08 63/04; B 24 D 3/34, при соотношении компонентов,приведенном в табл.1.

Абразивный инструмент, изготовленный из этой композиции, обладает более высокими физико-механическими характеристиками, чем ранее описанные аналоги.

Недостатками прототипа являются сравнительно невысокая эластичность, не позволяющая обрабатывать поверхности сложного профиля, засаливаемость абразивных кругов, возникновение прижогов связки, а также сложность изготовления инструмента.

Целью предлагаемого изобретения является создание композиции для изготовления прочных пористых абразивных инструментов с повышенной эластичностью, обеспечивающей возможность обрабатывать поверхности сложного профиля, улучшение технологических параметров обработки изделий, упрощение технологии изготовления инструментов.

Поставленная цель достигается путем использования новых компонентов.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что композиция содержит: абразивный наполнитель; полимерное связующее карбоксилатные дивинильные или дивинилнитрильные каучуки; отвердители окислы двухвалентных металлов, тетраметилтиурамдисульфид (тиурам Д), олигомерный продукт конденсации эпихлоргидрина и дифенилолпропана (эпоксидиановую смолу ЭД-20); газообразователь азоизобутиронитрил (ЧХЗ); поверхностноактивное вещество - блоксополимер полиорганосилоксана и полиоксиалкилена (КЭП); компоненты находятся в следующем соотношении (масс.)):
абразивный наполнитель 75,0-85,0
карбоксилатный каучук 11,6-19,6
эпоксидиановая смола ЭД-20 2,8-4,8
окислы двухвалентных металлов 0,2-0,8
тиурам Д 0,1-0,2
азоизобутиронитрил 0,1-0,2
блоксополимер полиорганосилоксана и полиоксиалкилена 0,1-0,2
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.

Вязкость неотвержденных абразивных композиций в предлагаемом техническом решении не превышает 1000 Па•с (при температуре переработки), что позволяет использовать для изготовления абразивного инструмента способ свободного литья или литья под небольшим давлением. Данная технология включает следующие операции: дозирование компонентов, смешение компонентов в смесителе (лопастном или типа "пьяная бочка"), заливка в формы, отверждение при температуре 80-120^oC. Операции вальцевания и прессования, необходимые при изготовлении инструмента на основе прототипа, при этом исключается.

Класс карбоксилатных каучуков (например, СКД-КТР, СКН-10-КТР, СКН-10-1) в качестве связующего в пористых абразивных композициях не использовался и предлагается впервые.

Использование новых для пористых абразивных инструментов композиций компонентов; карбоксилатных каучуков, эпоксидиановой смолы, окислов двухвалентных металлов, тиурама Д в сочетании с абразивным наполнителем позволило сохранить прочность инструмента на уровне прототипа, увеличив относительное удлинение в 5-8 раз. Следует заметить, что увеличение относительного удлинения эластичных высоконаполненных материалов без уменьшения величины прочности является специфическими явлением, так как обычно в таких системах увеличение прочности сопровождается уменьшением относительного удлинения. Результаты сравнительных испытаний предлагаемых составов и составов-прототипов представлены в таблице.

Из результатов испытаний, представленных в таблице, видно, что величины относительного удлинения при растяжении (ε_p) предлагаемых составов в 5-8 раз выше, чем у прототипа, а значения прочности (σ_p) находятся на одном уровне. Рабочая скорость инструмента на карбоксилатно-каучуковом связующем в 1,4 раза больше, чем у прототипа. Шероховатость поверхности после обработки латуни инструментом на предлагаемой композиции меньше, чем после обработки прототипом. При этом после обработки инструментом-прототипом наблюдаются прижоги связующего на поверхности латуни, а при обработке инструментом на основе предлагаемой композиции прижогов нет.

При меньшем, чем 75% содержании абразивного наполнителя (или соответственно большем, чем 19,6% содержании каучука) получается инструмент с низким коэффициентом шлифования. При этом увеличивается расход абразивного инструмента.

При большем, чем 85% содержании абразивного наполнителя (или соответственно меньшем, чем 11,6% содержании каучука) 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.

Количество отвердителей выбирается экспериментально при оптимальном соотношении вязкости и "живучести" неотвержденной абразивно-полимерной массы, а также температуры и времени отверждeния, прочности и эластичности готового полировально-шлифовального инструмента.

В предлагаемых составах рекомендуется следующее соотношение отвердителей и каучука (м.ч. на 100 м.ч. каучука):
тиурам Д 1
окислы двухвалентных металлов 1-4
ЭД-20 25
Количество газообразователя и поверхностно-активного вещества выбирается экспериментально в зависимости от необходимого содержания пор в абразивном инструменте. В таблице приведено количество газообразователя и ПАВ, необходимое для получения инструмента с 40%-ной пористостью.

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

Для приготовления 100 г состава, например N1 (см. таб. 1), берут:
карбид кремния 75,0 г
каучук СКД-КТР 19,0 г
эпоксисмолу ЭД-20 4,8 г
окись цинка 0,8 г
ЧХЗ 0,1 г
тиурам Д 0,2 г
КЭП 0,1 г
Продолжительность перемешивания 40 минут. Приготовленная таким образом масса заливается в форму и помещается для отверждения в термостат. Время отверждения при температуре 120^oC 12 часов.

Положительный эффект предполагаемого изобретения заключается в следующем. Использование предлагаемых композиций позволяет увеличить относительное удлинение абразивного инструмента, изготовляемого на предлагаемых абразивно-полимерных композиций, в 5^oC8 раз по сравнению с прототипом. Влияние деформационно-прочностных свойств сказывается на способности абразивного инструмента выдерживать, не деформируясь и не разрушаясь, вращение с высокой рабочей скоростью. Инструмент из предлагаемых композиций выдерживают вращение с рабочей скоростью до 54,3 м/с, что в 1,4 раза выше, чем максимальная рабочая скорость у прототипов 40 м/с. Как известно, чем выше рабочая скорость инструмента, тем выше производительность труда, тем меньше удельный расход инструмента, тем лучше качество обработанной поверхности.

Таким образом, пористый абразивный инструмент, изготовленный из предлагаемых полимерных композиций на основе карбоксилатных каучуков, обладая повышенным по сравнению с прототипом относительным удлинением, может эксплуатироваться с рабочей скоростью до 54,3 м/с, обеспечивая хорошую обработку поверхности металла без возникновения прижогов. Предлагаемая композиция обладает низкой вязкостью в процессе переработки, поэтому инструмент на ее основе может изготовляться методом литья, что существенно упрощает технологию производства. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3

Использование: для изготовления эластичного абразивного инструмента, предназначенного для поверхностной финишной обработки изделий сложного профиля в том числе и крупногабаритных изделий. Сущность изобретения: композиция содержит: связующее - карбоксилатные дивинильные и дивинилнитрильные каучуки; отвердители - эпоксидиановую смолу ЭД-20, окисел двухвалентного металла, тетраметилтиурамдисульфид (тиурам Д); газообразователь - азоизобутиронитрил; поверхностно-активное вещество - блоксополимер полиорганосилоксана; компоненты находятся в следующем соотношении (масс.%): абразивный наполнитель 75,0 - 85,0; карбоксилатный каучук 11,6 - 19,6; эпоксидиановая смола ЭД-20 2,8 - 4,8; окислы двухвалентных металлов 0,2 - 0,8; тетраметилтиурамдисульфид (тиурам Д) 0,1 - 0,2; азоизобутиронитрил 0,1 - 0,2; блоксополимер полиорганосилоксана и полиоксиалкилена 0,1 - 0,2. 2 табл.

Абразивно-полимерная композиция для пористого полировально-шлифовального инструмента, включающая абразивный наполнитель, связующее, отвердитель, газообразователь, поверхностно-активное вещество, отличающаяся тем, что в качестве связующего она содержит карбоксилатный каучук, в качестве отвердителей олигомерный продукт конденсации эпихлоргидрина и дифенилолпропана эпоксидиановую смолу ЭД-20, окисел двухвалентного металла и тетраметилтиурамдисульфид тиурам Д, в качестве газообразователя - азоизобутиронитрил, а в качестве поверхностно-активного вещества - блоксополимер полиорганосилоксана и полиоксиалкилена при следующем соотношении компонентов, мас.

Абразивный наполнитель 75,0 85,0
Карбоксилатный каучук 11,6 19,6
Олигомерный продукт конденсации эпихлоргидрина и дифенилолпропана - эпоксидиановая смола ЭД-20 2,8 4,8
Окислы двухвалентных металлов 0,2 0,8
Тетраметилтиурамдисульфид (тиурам Д) 0,1 -0,2
Азоизобутиронитрил 0,1 0,2
Блоксополимер полиорганосилоксана и полиоксиалкилена 0,1 0,2