Состав эластомерного связующего для абразивных полировальных инструментов Российский патент 2024 года по МПК B24D3/22 

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано в производстве абразивных полировальных инструментов, на основе эластомерных композиций, применяемых при полировании технических изделий из металла.

Известен алмазный инструмент для финишной обработки неметаллических материалов, содержащий алмазный микропорошок, каучуковое связующее - диеновый синтетический каучук, вулканизующий агент - органический пероксид, антифрикционную добавку и минеральный наполнитель (Патент RU № 2038944, 1992 г.).

Известен состав абразивного инструмента для обработки стоматологических конструкций из нержавеющих сталей и твердых сплавов, содержащий натуральный каучук, бутадиеновый каучук СКБ или СКДСР, бутадиен-нитрильный каучук, наполненный поливинилхлоридом с массовой долей ПВХ 28-32% (БНК-ПВХ), вулканизующий агент - серу, ускорители вулканизации, стеарин технический, белила цинковые, кремнезем в качестве наполнителя, пигмент и шлифовальный материал (Патент RU № 2311280, 2007 г.).

Основной недостаток приведённых запатентованных решений – это отсутствие прочного контакта частиц абразивного материала с каучуковой матрицей – низкая износостойкость. В таком случае частицы абразивного материала буквально выкрашиваются из полимерного эластичного инструмента. Особенно чувствителен полировальный инструмент к обработке металлической поверхности эвольвентных зубьев.

Наиболее близким является эластомерное связующее полировального инструмента, состоящее из бутадиен-нитрильного каучука – СКН-40, вулканизующего агента связки – серы, ускорителя вулканизации - каптакса, активатора вулканизации – оксида цинка, диспергатора – смолы пульвербакелита, смолы поливинилхлоридной и абразивного материала - алмазной пыли.

Недостатком является низкая износостойкость полимерного полировального инструмента.

Задача изобретения – использование в составе эластомерного связующего абразивного полировального инструмента новой полимерной композиции, способствующей улучшению свойств инструмента в целом.

Техническим результатом является повышение износостойкости полимерного полировального инструмента.

Технический результат достигается тем, что состав эластомерного связующего для абразивных полировальных инструментов на основе бутадиен-нитрильного каучука, содержащий технологические добавки на 100 мас.ч. каучука - 40.00 мас.ч. полимерной противостарительной дисперсии ПД-1, 6.00 мас.ч. диспрактола КС-БП, 10.00 мас.ч. серы, 3.00 мас.ч. каптакса, 30.00 мас.ч. оксида цинка, 80.00 мас.ч. абразивного материала, 10.00 мас.ч. смолы АГ-666 и 10.00 мас.ч. пульвербакелита, при этом дополнительно содержит 16.00 мас.ч. полимерной композиции, при следующем соотношении её компонентов, %, мас.:

Эвтектический расплав равных мас.ч. ε-капролактама и IPPD - 12,5

Смола СФФ 1 - 12,5

Сера - 12,5

Сульфенамид Ц - 12,5

Каучук СКЭПТ40 – 50,0.

Сущность изобретения заключается в использовании в качестве полимерной матрицы при изготовлении абразивных полированных кругов КВФ-1-СКЭПТ, определяющей возможность наиболее равномерного распределения полировального материала в матрице каучука. Кроме того, КВФ-1-СКЭПТ, содержащая в своём составе оригинальную структурирующую систему, не только препятствует агломерации частиц шлифовального материала, но и способна связать частицы коллоидного уровня с эластомером. Нельзя исключить возможность процесса совулканизации, как на уровне надмолекулярных образований, так и на уровне целых каучуковых фаз. В свою очередь, это не только способно повысить износостойкость полировального инструмента, но приводит к повышению прочностных свойств эластомерной композиции в целом, о чем свидетельствуют физико-механические свойства вулканизатов, приведенные в таблице 1.

Таблица 1

Показатели Вулканизаты с абразивным наполнением Вулканизаты без абразивного наполнения Вулканизаты дублированных резиновых смесей Без модиф. С модиф. Без модиф. С модиф. Без модиф. С модиф. Условная прочность при разрыве, МПа 13,4 14,5 17,7 24,3 8,0 15,2 Относительное удлинение при разрыве, % 50 80 480 250 120 160 Относительное остаточное удлинение, % 16 12 10 8 12 12

Приготовление полимерной композиции КВФ-1-СКЭПТ осуществлялось следующим образом. Вначале готовили расплав – КВФ-1. Для этого, в фарфоровый реактор емкостью 500 см загружали, для получения эвтектического расплава, расчетное количество ɛ-капролактама и N-изопропил-N'-фенил-п-фенилендиамина (JPPD), исходя из общего количества расплава КВФ-1 – 200 г. Соотношение компонентов в эвтектике, мас.ч. - 1:1. Температура силиконовой бани, в которой находился реактор с фторопластовой мешалкой, в течение всего процесса приготовления расплава составляла 120°С. После полной гомогенизации эвтектического расплава, в него загружали расчетное количество смолы СФФ-1, добивались гомогенизации и, также, поочередно, загружали расчетные количества серы и сульфенамида Ц. После 20 мин. смешения, гомогенный расплав – КВФ-1 сливался в пластмассовый контейнер. Через 3-4 часа, при комнатной температуре расплав затвердевал, подвергался вручную измельчению, и отправлялся на участок приготовления новой полимерной композиции - КВФ-1- СКЭПТ. Состав КВФ-1-СКЭПТ приведен в таблице 2.

Таблица 2

Компоненты КВФ-1-СКЭПТ Содержание, % мас. Эвтектический расплав ε-капролактама : IPPD, мас. ч., 1:1 12,5 Смола СФФ-1 12,5 Сера 12,5 Сульфенамид Ц 12,5 Каучук СКЭПТ-40 50

Составы абразивных слоёв приведены в таблице 3.

Таблица 3

Ингредиенты Составы абразивных слоёв, мас.ч. на 100 мас.ч. каучука 1.Контрольный 2.Контрольный 3.Опытный БНКС-40АМН 100.00 100.00 100.00 ПД-1 - 40.00 40.00 Сера 10.00 10.00 10.00 Каптакс 3.00 3.00 3.00 Оксид цинка 30.00 30.00 30.00 Абразивный материал 80.00 80.00 80.00 АГ-666 - 10.00 10.00 Диспрактол КС-БП - 6.00 6.00 Пульвербакелит 10.00 10.00 10.00 КВФ-1-СКЭПТ - - 16.00 Смола поливинилхлоридная 40,00 - -

Необходимость использования новой полимерной композиции следует рассматривать с позиции существования надмолекулярных структур в аморфных каучуках, в том числе – в БНКС-40АМН. Наличие в каучуках областей с наиболее рыхлой упаковкой макромолекул определяет возможность сосредоточения в них большей части абразивного материала. Вполне, вероятно, следовало бы ожидать возникновения достаточной связанности между макромолекулами каучука и частицами абразивного материала, чтобы объяснить повышение износостойкости инструмента в целом. Однако, если этого не происходит, и, к тому же, анализируя рецептурный состав приведенной эластомерной композиции (без КВФ-1-СКЭПТ) и констатируя при этом, практически, невозможность возникновения хемосорбционных связей или, по крайней мере, близкого контакта в смоляной матрице, то можно определить совершенно новые технологические подходы к решению проблемы повышения износостойкости.

Для приготовления новой полимерной композиции используется этиленпропиленовый каучук - тройного сополимера – СКЭПТ-40, не совместимого, на молекулярном уровне, с полярным - БНКС-40АМН. Использование этого каучука при переработке с расплавом КВФ-1 (далее паста КВФ-1) не лишает новую полимерную композицию основного свойства – свойства несовместимости с каучуком БНКС-40АМН. Композиция остается каучукоподобной с вязкостью при 100°С около 20 ед. Муни. Подтверждением того, что композиция КВФ-1-СКЭПТ, способна к дислокации в областях с наиболее рыхлой упаковкой макромолекул, дает факт использования этой композиции в резиновой смеси на основе комбинации разнополярных каучуков, приводя их к совулканизации.

Это позволяет практически в 2 раза увеличить прочность опытных резин.

Изобретение иллюстрируется изображениями. На фиг. 1 приведена реометрическая кривая резиновой смеси ХБК-150 и БНКС-АМН, полученной с использованием КВФ-1- СКЭПТ, из которой видно, что для опытной смеси характерна высокая скорость вулканизации и очень короткий индукционный период, что может повлечь возникновение различных артефактов при формовании смеси.

На фиг. 2 показана крошка после абразивного износа образцов: а – составов 1,2; б – состава 3.

На фиг. 3 показана поверхность образцов после абразивного износа: а – состава 1; б – состава 2; в – состава 3.

Уменьшение индукционного периода в данном случае, большая величина которого наиболее характерна для сульфенамидных ускорителей, в том числе и сульфенамида Ц, который использовался в исследуемой эластомерной композиции, свидетельствует о том, что ускоритель, как и вся вулканизующая система в целом, а это - сера и смола СФФ-1, способная к образованию хромановых структур в бутадиеннитрильном каучуке, попадает сразу же в процессе приготовления смеси в межфазную область. При раздельном вводе ингредиентов он попадет на границу раздела надмолекулярных образований или в область раздела каучуков, несколько позже, что на кинетической кривой отражается индукционным периодом. Этот факт ещё раз свидетельствует о том, что вулканизация, как и совулканизация, в соответствии с учениями академика Каргина, протекает на границе раздела надмолекулярных образований или каучуковых фаз.

Износостойкость контрольных и опытных вулканизатов определялась косвенным методом на приборе типа Грассели, позволяющим определять по ГОСТ 426-57 удельный показатель истирания (V), как отношение убыли образцов резин (ΔV), скользящих по абразивной шкурке (ГОСТ), к работе трения (W): V = .

Как свидетельствуют опытные данные значения V, контрольных и опытных вулканизатов сравнительно не велики. В представленном ряду, соответственно вулканизатам составов 1, 2 и 3 (табл.), их значения 2,8; 2,5 и 2,3; могут засвидетельствовать, только, о небольшой тенденции повышения износостойкости вулканизата состава 3, принимая во внимание, ошибку эксперимента, равную, для этих видов испытаний - 10% (в соответствии с терминологией заявки – абразивного полировального инструмента, изготовленного в соответствии с заявляемым способом). К тому же, следует отметить, что представленные значения, практически, более, чем на порядок ниже значений многих резин стандартных рецептур. Например, наполненные резины натурального каучука могут иметь значения V в пределах 60-70 . Но, используя некоторые «побочные» данные, полученные при испытании на приборе типа Грассели, можно подтвердить объективность оценки повышения износостойкости опытных вулканизатов. Так, частицы крошки, после абразивного износа контрольных вулканизатов, выглядят значительно крупнее, чем частицы - опытного вулканизата.

К тому же, их больше остается на поверхности вулканизата опытного образца, подвергнутого абразивному износу, чем на поверхности контрольных. На фигурах 2, 3, частицы, отражающие свет и видимые в виде светлых включений, следует отнести к кристаллам абразива.

С учетом экономической целесообразности, заявляемый состав, прерогатива использования которого определяется особенностями структурной организации эластомеров, может быть использован при изготовлении полировальных инструментов.

Таким образом, состав эластомерного связующего для абразивных полировальных инструментов на основе бутадиен-нитрильного каучука, содержащий технологические добавки - полимерную противостарительную дисперсию ПД-1, диспрактол КС-БП, серу, каптакс, оксид цинка, абразивный материал, смолу АГ-666, пульвербакелит и полимерную композицию КВФ-1-СКЭПТ, при заявленном соотношении её компонентов, обеспечивает повышение износостойкости полимерного полировального инструмента.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано в производстве абразивных полировальных инструментов, на основе эластомерных композиций, применяемых при полировании технических изделий из металла. Состав эластомерного связующего для абразивных полировальных инструментов на основе бутадиен-нитрильного каучука, содержащий следующие технологические добавки на 100 мас.ч. каучука: 40 мас.ч. полимерной противостарительной дисперсии ПД-1, 6 мас.ч. диспрактола КС-БП, 10 мас.ч. серы, 3 мас.ч. каптакса, 30 мас.ч. оксида цинка, 80 мас.ч. абразивного материала, 10 мас.ч. смолы АГ-666 и 10 мас.ч. пульвербакелита и 16 мас.ч. полимерной композиции при указанном соотношении компонентов. Повышается износостойкость полимерного полировального инструмента. 3 ил., 3 табл.

Состав эластомерного связующего для абразивных полировальных инструментов на основе бутадиен-нитрильного каучука, содержащий технологические добавки на 100 мас.ч. каучука - 40 мас.ч. полимерной противостарительной дисперсии ПД-1, 6 мас.ч. диспрактола КС-БП, 10 мас.ч. серы, 3 мас.ч. каптакса, 30 мас.ч. оксида цинка, 80 мас.ч. абразивного материала, 10 мас.ч. смолы АГ-666 и 10 мас.ч. пульвербакелита, отличающийся тем, что дополнительно содержит 16 мас.ч. полимерной композиции при следующем соотношении её компонентов, мас.%:

Эвтектический расплав равных мас.ч. ε-капролактама и IPPD - 12,5

Смола СФФ-1 - 12,5

Сера - 12,5

Сульфенамид Ц - 12,5

Каучук СКЭПТ40 - 50,0.