超細粒度金剛石涂附磨具用膠粘劑的增韌改性研究①

王進保,周桂琴,劉志環,肖樂銀

(桂林礦產地質研究院,廣西桂林541004)

超細粒度金剛石涂附磨具用膠粘劑的增韌改性研究①

王進保,周桂琴,劉志環,肖樂銀

(桂林礦產地質研究院,廣西桂林541004)

對TLCP和CTBN改性金剛石涂附磨具用膠粘劑進行了研究,研究結果表明,10w t%CTBN能夠明顯提高樹脂的抗拉伸強度、伸長率,同時也提高了空白樹脂試樣與含金剛石試樣的抗沖擊強度,且抗沖擊強度減少率有所降低;但改性后樹脂的硬度、耐磨系數和耐熱溫度有所降低,但降低幅度不大。

金剛石涂附磨具;CTBN;改性

0 引言

目前,金剛石涂附磨具客戶需求的粒度號絕大部分都在W 7以細,然而,通過查詢知國外金剛石涂附磨具粒度號最細已經是＜W 0.5[1～2]。我們把W 7以細金剛石稱為超細粒度金剛石,超細粒度金剛石涂附磨具主要用于加工對象的拋光,使加工對象不但具有很低的表面粗糙度(＜0.1μm),而且具有很好的光亮度,且表面無劃痕和熱損傷等。因此要求超細粒度磨輪用膠粘劑具有更好的柔韌性。

本文即是研究對金剛石涂附磨具用NM-1膠粘劑的進一步增韌改性,主要是分別對比了熱致性液晶高聚物TLCP、液體橡膠分子CTBN改性NM-1的效果。NM-1樹脂是目前金剛石涂附磨具所用的膠粘劑的主要種類,是一種改性環氧樹脂。

1 實驗方法

為了對比改性效果,我們制作樣塊,首先進行一定添加量時不同添加助劑對NM-1樹脂力學性能的影響,包括硬度、拉伸強度、沖擊強度、耐磨系數等;然后研究了固化前后樹脂的紅外圖譜,并檢測了改性對樹脂熱性能的影響。

2.1 樣塊制作

分別根據GB/T 1040制作拉伸強度試樣,根據GB/T 1043制作沖擊強度試樣。耐磨系數是采用M GL-5滾動磨損試驗機,將(Φ120×5mm)規格的膠粘劑圓餅與100目A l2O3砂紙對磨。共磨2500周后,稱量磨削前后圓餅的質量損失量Δm,耐磨系數即為質量損失量的倒數:η=1/Δm。硬度采用HLN-11A型里氏硬度計,檢測HL硬度。

2.2 TLCP改性原理

TLCP是指熱致性液晶聚合物,在受熱熔融或溶劑溶解后形成一種兼顧液體和固體性質的液晶態,而且在加工過程中能夠在剪切力的作用下形成纖維狀結構,因此具有自增強性質,采用TLCP作為分散相理論上可以改善樹脂的韌性。

2.3 CTBN改性原理

CTBN是指端羧基液體丁腈橡膠,CTBN中的羧基可與環氧基反應,可能會形成嵌段聚合物,且帶有極性極強的-CN基,與環氧類樹脂具有很好的相容性,因此也是環氧類樹脂很好的增韌劑。

根據相關文獻查詢結果,TLCP和CTBN添加量都按10w t%進行添加。

2 不同改性方法后力學性能對比

表1所示為改性前后拉伸強度與伸長率的對比,表2為改性前后含金剛石和不含金剛石試樣的沖擊強度的對比,并計算了沖擊強度減少值,表3為改性前后試樣的硬度,表4對比了改性前后樹脂的耐磨性。

表1 改性前后樹脂的拉伸強度Table 1 Tensile strength of the resin before and after modification

表2 改性前后樹脂的沖擊強度Table 2 Impact strength of the resin before and after modification

表3 改性前后樹脂的HL硬度Table 3 Hardness(HL)of the resin before and after modification

表4 改性前后樹脂的耐磨系數Table 4 Coefficient of wear ability of the resin before and after modification

由表1可知,經CTBN改性后的樹脂膠粘劑試樣的最大拉伸強度提高了13.5%,達到37M Pa,伸長率提高了30%,達到13%,而TLCP改性卻起了反作用,最大拉伸強度和伸長率都大大降低;由表2可知,CTBN改性后樹脂未添加金剛石試樣與添加金剛石試樣的沖擊強度都較NM-1樹脂有所提高,且由此計算出沖擊強度減少值與不含金剛石試樣強度值的比值θ=60.9%,較改性前有所降低,這說明CTBN改性NM-1樹脂不但能夠提高樹脂本身的沖擊強度,而且由于改性后提高了樹脂對金剛石的浸潤性,使樹脂對金剛石機械包鑲力更高,圖1、圖2分別為改性前后樹脂對金剛石包鑲的SEM圖片,同樣可以看出CTBN改性樹脂對金剛石具有更好的包鑲效果。

圖1 NM-1樹脂膠粘劑對金剛石的包鑲Fig.1 SEM image of diamond coated with NM-1 resin bond

圖2 CTBN改性后膠粘劑對金剛石的包鑲Fig.2 SEM image of diamond coated with resin bond after CTBN modification

由表3、表4可知,改性后樹脂的硬度和耐磨系數都較改性前有所降低。耐磨系數可以直接反映樹脂的耐磨性,CTBN改性后樹脂耐磨系數為0.46,改性前耐磨系數為0.48,降低不多,而且由于改性后樹脂對金剛石包鑲能力更強,因此,作為制作金剛石涂附磨具的膠粘劑,對磨具使用壽命不會有太大的影響。

TLCP改性對樹脂性能起了相反的作用,可能是添加數量超過了所需添加量,使TLCP產生堆積,導致力學性能降低,因此TLCP改性NM-1樹脂還需要繼續探索合適的添加比例。

3 紅外與差熱分析

為了進一步分析改性前后樹脂的內部結構變化以及固化效果情況,我們進行了傅立葉紅外吸收光譜測試,圖3為NM-1樹脂預聚體的紅外光譜,波數3000cm-1附近為-OH的特征吸收峰,1700～1800 cm-1之間為NM-1中＞C=O的伸縮振動峰,1500～1675cm-1之間為＞C=N—的伸縮振動峰;圖4為CTBN改性NM-1樹脂經80℃烘烤4小時后的紅外光譜,由圖可知,幾個主要的特征吸收峰都明顯減弱,說明樹脂內部產生化學反應,且反應較為完全。

圖3 NM-1樹脂預聚體Fig.3 Infrared absorption spectrum of NM-1 resin pre-polymer

圖4 CTBN改性NM-1樹脂80℃烘烤4小時后Fig.4 Infrared absorption spectrum of NM-1 resin modified by CTBN at 80℃for 4 hours

圖5和圖6分別為NM-1樹脂固化后和CTBN改性NM-1樹脂固化后的DSC-TG曲線,由圖可知,NM-1樹脂最大放熱速率出現在390℃左右,CTBN改性后最大放熱速率出現在376℃左右,因此CTBN改性降低了NM-1樹脂的熱性能,但只降低了14℃,降低幅度不大,且金剛石涂附磨具一般要加冷卻液磨削,因此熱性能的降低不會對磨削效果有影響。

圖5 NM-1樹脂的DSC-TG曲線Fig.5 DSC-TG cu rve of NM-1 resin

圖6 CTBN改性NM-1樹脂的DSC-TG曲線Fig.6 DSC-TG curve of NM-1 resin modified by CTBN

4 結論

根據以上實驗研究,可以得到以下幾點結論:

(1)CTBN以10w t%添加入NM-1樹脂后,能夠明顯提高樹脂的抗拉伸強度、伸長率,且提高了不含金剛石試樣和含金剛石試樣的抗沖擊強度,沖擊強度減少率也較改性前有所降低,因此,CTBN對NM-1樹脂具有較好的增韌增強作用;但改性后樹脂的硬度和耐磨性降低,但降低幅度不大,不會對樹脂膠粘劑用于金剛石柔性磨輪的使用壽命產生影響;

(2)從紅外譜圖分析結果表明,CTBN改性NM-1樹脂內部產生化學反應,固化反應較為完全;

(3)CTBN改性NM-1樹脂降低了樹脂的熱性能,添加量為10w t%時,耐熱溫度降低14℃,但金剛石涂附磨具一般需要加冷卻液磨削,因此對磨削效果沒有影響。

(4)TLCP改性NM-1樹脂對樹脂性能起了相反的效果,可能是因為添加量太大,使TLCP產生局部堆積,而導致力學性能降低。

[1] 呂智,鄭超.超硬材料涂附磨具[J].超硬材料工程,2008(2):33-37.

[2] 劉志環,王進保,等.超硬材料砂帶的研究現狀與發展趨勢[J].超硬材料工程,2008(6):48-52.

Study on toughening modification of resin bond used for coatedultra-fine diamond too ls

WANG Jin-bao,ZHOU Gui-qin,LIU Zhi-huan,XIAO Le-yin
(Guilin Research Institute of Geo logy forminera l Resources,Guilin 541004,China)

In th is paper,the resin bond used for coated diamond tools modified by TLCP and CTBN has been studied.The results show that the tensile strength and elongate rate of the resin can be obviously improved by using 10w t%CTBN,as well as the impact strength of resin sample with or no diamond has been increased and its decreasing rate was declined.Bu t the hardness,wear resistance and heat-resistant temperature of the resin after modification were reduced and the decreased degree was smaller.

coated diamond tool;CTBN;modification

TQ 164

A

1673-1433(2010)03-0001-04

2010-05-10

王進保(1965-),高級工程師,長期從事超硬的研發和產業化工作。