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两种树脂金刚石砂轮耐磨性能与耐热性研究

更新时间:2016-07-20 15:17:11点击次数:796次 字号:T|T

  导读:本文通过磨削实验对比了酚醛树脂和聚酰亚胺树脂砂轮的耐磨性,通过TG-DSC差热分析比较了二者的耐热性,得出聚酰亚胺树脂的耐热性强是其比酚醛树脂砂轮更耐磨的主要原因的结论。同时,聚酰亚胺树脂的压缩强度高也是这一现象的原因之一。
  
  在生产树脂基的金刚石砂轮的过程中,人们为了提高金刚石砂轮的使用寿命和磨削效率,在很多方面都想了办法。如:选择合适的金刚石晶型;在金刚石表面镀金属衣增强其与树脂的结合力;改变树脂中填加剂的配比调节砂轮的软硬和导热性以增强树脂对金刚石的把持力,同时还要保持适当的自锐性以免降低磨削效率,这些措施都产生了一定的效果,有的还很有效。但有时这些措施都用上了,效果仍不理想,于是人们想到了挖掘结合剂----树脂的潜力。现在,市场竞争越来越激烈,只要是能提高质量、降低成本的新技术、新材料都会受到大家的欢迎。目前国内使用最多的结合剂是各种改性的酚醛树脂和聚酰亚胺树脂。这里,我们对收集到的几种酚醛树脂和自产的聚酰亚胺树脂进行了磨削性能实验,并进行了力学性能、耐热性的测试。通过这些实验与测试分析,对这两种树脂的耐磨性和耐热性进行了研究。
  
  一。实验
  
  1.1实验用原材料
  
  人造金刚石:型号RVD,粒度120/140;硬质合金刀头:型号 YT15   A420, 产地  株洲硬质合金厂。酚醛树脂:市售五种常用型号的酚醛树脂 1#、2# 、3#、4#、5# ; 聚酰亚胺:自制聚合度不同的四种聚酰亚胺  6#、7#、8#、9# .
  
  2仪器设备
  
  1)砂轮及力学实验用的式样的压制使用Y71-100型热压机,酚醛树脂砂轮热压温度180℃,聚酰亚胺树脂砂轮热压温度230℃,砂轮二次固化在电热干燥箱中进行。
  
  2)在MQ6025A 型万能工具磨床上进行磨削实验。给进:0.01mm/次 ;走刀:往返双行程/给进一次
  
  3)用TAG-100差热分析仪对强度实验后的残渣进行分析, 升温速度10℃/min.
  
  4)用SX-40型扫描电镜SEM对砂轮磨削面进行微观分析。
  
  5)力学性能测试MYS810材料试验机
  
  3试样制备
  
  1) 金刚石砂轮:将上述各种树脂制成规格为RVD120/140  B 75×25×20×3×3的砂轮,酚醛树脂类采用同一配方,聚酰亚胺树脂采用另一配方,同类树脂压制工艺相同。酚醛树脂成型温度为180℃;聚酰亚胺成型温度为230℃。
  
  2) 按照压制金刚石砂轮的配方(不加金刚石)配料,压制测试样块。测抗压强度压制成φ10mm×25mm圆柱体;测抗弯强度压制成120 mm×15mm×6mm长条,压制工艺与压制金刚石砂轮相同。成型温度:酚醛树脂为180℃,聚酰亚胺为230℃。压制成型后经过后处理再测抗压、抗弯强度。
  
  二。结果与讨论
  
  1耐磨性能实验
  
  用制成的金刚石砂轮磨硬质合金刀头,(不使用冷却液,即干磨)按照:砂轮磨耗比=砂轮磨耗量/工件磨耗量 ,磨削效率=工件磨耗量/磨削时间    计算出结果后添入下表:
  

两种树脂砂轮磨耗比和磨削效率比


  从表-3的数据可以看出,在磨削效率基本相同的情况下,聚酰亚胺树脂砂轮磨耗比要比酚醛树脂小50%以上,也就是说,聚酰亚胺树脂砂轮在干磨条件下磨削掉同样多的硬质合金使用寿命可以比酚醛树脂砂轮高一倍,即聚酰亚胺树脂砂轮在干磨条件比酚醛树脂砂轮耐磨性高一倍。
  
  2力学性能分析
  
  按照压制金刚石砂轮的配方(不加金刚石)配料,压制成的测试样经过后处理,测出抗压、抗弯强度,结果如下
  

两种树脂砂轮的弯曲强度和压缩强度


  从表-2中数据可以看出:聚酰亚胺树脂的抗弯强度普遍低于酚醛树脂(7#除外),有的甚至只有酚醛树脂的一半。由此可见聚酰亚胺的韧性较酚醛树脂差。这造成了聚酰亚胺树脂砂轮质脆,易崩边的特点。而聚酰亚胺的压缩强度却高于大多数酚醛树脂,可见聚酰亚胺的粘结强度是高于酚醛树脂的。这是聚酰亚胺树脂比酚醛树脂耐磨性强的原因之一。其中7#是我公司经过增韧处理的超细增韧聚酰亚胺树脂,其弯曲强度比未经增韧的6#、8#、9#高出23%以上,超过了4#酚醛树脂的弯曲强度。同时,其抗压强度也增加了20%以上。
  

两种树脂的力学性能


  从图-1中可以看出,聚酰亚胺的两种力学性能呈现出一致的变化规律。即弯曲强度大的样品其压缩强度也大,弯曲强度小的样品其压缩强度也小。而酚醛树脂无此规律。
  
  2.3热性能的测试
  
  取上面强度测试的试样残片做差热分析,每分钟升温10℃,升至700℃。将开始分解的温度和峰值的温度列入表-3
  

两种树脂砂轮热分解温度的峰值


  由表-3的数据可看出,聚酰亚胺的热分解峰值温度至少比酚醛树脂高50℃。因此,聚酰亚胺树脂的耐热性比酚醛树脂好得多,可比酚醛树脂承受更高的温度。
  

两种树脂的耐热情况


  由图-2中可看出,聚酰亚胺的开始分解温度和峰值温度都分别高于酚醛树脂的,而且聚酰亚胺的开始分解温度和峰值温度也是呈相同的变化规律,并且与力学性能的变化规律一致。但是酚醛树脂却无此变化。这说明聚酰亚胺树脂的热分解温度、弯曲强度、压缩强度的变化是由同一因素决定的。经分析这一因素应该是聚酰亚胺的聚合度。由此可见,通过控制聚合度即可得到具有不同热分解温度和不同弯曲强度和压缩强度的聚酰亚胺树脂。至于酚醛树脂其,由于各样品是不同厂家生产的,其生产工艺、改性方法都不同,因此变化并不呈现一定规律。
  
  2.4扫描电镜
  
  对前面耐磨性能实验中用过的砂轮的磨削工作面作扫描电镜。
  

对前面耐磨性能实验中用过的砂轮的磨削工作面作扫描电镜


  图-3为酚醛树脂砂轮,图-4为聚酰亚胺树脂砂轮,从照片中可看出,酚醛树脂砂轮磨削工作面上空洞很多,这是金刚石颗粒脱落留下的,树脂基也受到严重破坏。由于金刚石是优秀的导热体,它会将磨削中产生的高热传导给包覆在周围的树脂。因为酚醛树脂的耐热性较差,磨削中产生的高温会破坏金刚石颗粒与树脂间的界面,使结合力降低,导致金刚石颗粒的把持力能力降低而脱落。甚至会使包覆金刚石颗粒周围的树脂造烧蚀,强度降低,造成金刚石连同周围的树脂一同脱落,从而破坏了树脂基。聚酰亚胺树脂砂轮也有空洞,但没有酚醛树脂多,树脂基保持较为完整。明显地表现出聚酰亚胺的耐热性远比酚醛树脂强,这也是聚酰亚胺比酚醛树脂耐磨性强的主要原因。同时由于酚醛树脂的压缩强度比聚酰亚胺小,其对金刚石颗粒的把持力小,即使在没有烧蚀的情况下也会比聚酰亚胺的更容易脱落。
  
  三。结论
  
  经过以上的实验得出如下结论:
  
  聚酰亚胺树脂的韧性比酚醛树脂差。
  
  聚酰亚胺树脂的粘结力比酚醛树脂强。
  
  聚酰亚胺树脂的耐热温度比酚醛树脂高50℃以上。
  
  正是由于聚酰亚胺树脂的粘结力比酚醛树脂强,聚酰亚胺树脂的耐热温度比酚醛树脂高,制成的金刚石砂轮在干磨条件下可比酚醛树脂砂轮寿命长一倍,耐磨性比酚醛树脂高。
  
  经过超细粉碎和增韧的聚酰亚胺树脂的抗弯强度可增加23%;抗压强度可增加20%.

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