一种无机结合剂堆积磨料及采用堆积磨料制造砂布的方法

摘要

本发明公开的一种无机结合剂堆积磨料及采用堆积磨料制造砂布的方法，可制造两种无机结合剂堆积磨料体，一种是具有至少有两个平行面无机结合剂堆积磨料、另一种是等积形无机结合剂堆积磨料，均以无机材料为结合剂、以磨料单颗粒群为主体，包含活性吸热材料、无机吸热材料、惰性助磨材料、润滑材料等为一体、采用低温固化、得到至少有两个平行面规则堆积磨料体和等积形无机结合剂堆积磨料体；为砂带制造提供“冷堆积磨料”，从而提高砂带的磨削效率和提高磨具的使用寿命、降低砂带使用综合成本、同时提高工件的表面质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种砂布的制备方法，具体说是涉及一种无机结合剂堆积磨料及采用堆积磨料制造砂布的方法。 

技术背景

传统的磨料作为磨削和抛光物，多被作为单颗粒使用。 

现有技术的砂带制备方法是：用粘结剂将磨料粘结在基体上；基体是布、纸或复合基体等，磨料是各粒度号的单粒磨料，在制成砂带时是单层植砂，其寿命一般很短；砂带随单层磨料的消耗而整个砂带报废。 

传统砂带由于是单层磨粒磨削，磨粒在磨削初始状态、中间状态及临终状态形状及磨削力明显不一致，因此工件表面质量也有很大差异，在使用过程中容易使工件表面烧伤。 

在中国专利CN102177000A中提到磨料聚集体，是用以硅铝酸盐为基础的具有Al2O3与SiO2的摩尔比为1:2至1:20的粘合剂粘合在一起，在400℃以下固化的磨料聚集体，它不涉及形状与制造方法； 

 在中国专利CN201746501U、CN201338238Y中所涉及的为球形磨料体形状，它不涉及形状与制造方法；

  在中国专利CN1141016A、CN1411403A 、CN1882423A、CN11439923A、CN1882420A等均不涉及形状与制造方法。

 发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种无机结合剂堆积磨料及采用堆积磨料制造砂布的方法，该方法可制造两种无机结合剂堆积磨料体，一种是具有至少有两个平行面无机结合剂堆积磨料，另一种是等积形无机结合剂堆积磨料。

本发明的两种堆积磨料制造方法均以无机材料为结合剂、以磨料单颗粒群为主体，包含活性吸热材料、无机吸热材料、惰性助磨材料、润滑材料等为一体、采用低温固化、得到至少有两个平行面规则堆积磨料体和等积形无机结合剂堆积磨料体；为砂带制造提供 “冷堆积磨料”，从而提高砂带的磨削效率和提高磨具的使用寿命、降低砂带使用综合成本、同时提高工件的表面质量。 

本发明的目的可通过下述技术措施来实现： 

本发明所述无机结合剂堆积磨料的材料组成及制备步骤如下：：

A、按重量比取：粒径为8.4 ~350微米的磨料单颗粒群50~85%、无机材料结合剂15~50%、润湿剂5~25%、活性吸热材料1~30%、作为无机吸热材料的三水合氧化铝1~10%、惰性助磨材料1~35%、以及润滑材料0~5%、添加剂0~8%；

B、采用下述a或b中的任意一种方法进行制备：

a. 将A步骤所取材料中的粉体部分混匀，放入混料机混合均匀；之后将A 步骤所取材料中的液体部分逐渐加入混合，调整粘度在15000cps~50000cps，最好在25000cps~40000cps，在连续搅拌状态下使浆料填充在模具内，进入干燥装置干燥，得到干燥或半干燥定型的规则堆积磨料，规则堆积磨料的尺寸控制在：厚度H：0.15~4mm；外接圆直径D：0.5~12mm；所得半干燥产品在最高温度125~185℃以下完全干燥、固化，即可得到至少两个平行面的规则冷堆积磨料；

b、将A步骤所取材料中的粉体部分混匀，放入混料设备；之后将A步骤所取材料中的液体部分加入混料，制成湿润料，放入对辊碾压装置压制成片状或条状结构，在100℃以下干燥；将所得产品破碎、筛分，将所需堆积磨料颗粒粒径控制在0.15~3.35mm，常用粒径在0.3~1mm的近似等积形的颗粒，将所得产品在最高温度125~185℃以下完全固化，再进行筛分，即得到所需粒径的近似等积形冷堆积磨料。

本发明中所述的磨料单颗粒取自棕刚玉、白刚玉、微晶刚玉、铬刚玉、碳化硅或锆刚玉中的任意一种或两种以上混合物。 

本发明所述无机材料结合剂取水溶性改性水玻璃。 

本发明所述活性吸热材料是含氟的金属盐：取自冰晶石、氟硼酸钾或氟硼酸钠中的任意一种或混合物；所述活性吸热材料的吸热原理如下：含氟硼酸盐遇热熔化，促使磨粒容易脱落，以防止砂带的堵塞，而且它析出氟，有利于钢材的磨削，特别适应于磨削时不用冷却液的干磨砂带；同时放出结合水，起冷却、吸热作用。 

本发明所述无机吸热材料为三水合氧化铝，分子式为 Al（OH）₃；所述无机吸热材料的吸热机理如下：三水合氧化铝加热脱水开始温度、最大吸热峰，同时起到防静电作用。 

本发明所述惰性助磨材料取自碳酸钙、硫酸钙、硅灰石或滑石粉中的任意一种或混合物。 

本发明所述润滑材料取自石墨、滑石粉、硬脂酸镁、石膏粉等的金属盐中的任意一种或混合物。 

本发明所述添加剂取自颜料、染料或增塑剂的任意一种或混合物；颜料取自金属的氧化物、硫化物、硫酸盐、铬酸盐、钼酸盐等无机盐及炭黑，酞青颜料等有机颜料；染料取自耐高温染料；增塑剂取聚丙烯酰胺。 

所述润湿剂取自水等。 

本发明所述的堆积磨料砂布的制备步骤如下： 

 a、将以下材料制成底胶，涂布在经处理后的基材上；所述底胶取自下述两种底胶中的任意一种，其中一种是由下述重量比的原料制备而成：作为结合剂的酚醛树脂55~75%，作为助磨材料的碳酸钙25~45%，作为添加剂的表面活性剂0.1~0.5%；一种是由下述重量比的原料制备而成：环氧树脂37~57%、固化剂19~29%、稀释剂14~44%；所述表面活性剂取自吐温-20，所述固化剂取自聚酰胺650，所述稀释剂取自甲苯、丁醇；

b、采用静电植砂机将堆积磨料均匀植在基体材料表面；或采用重力植砂后再经滑差滚压摊平机将堆积磨料均匀平摊在基体表面上；

c、经过植砂后，经过一次干燥后，再涂覆一层由结合剂、助磨材料、添加剂混合制成复胶，其中所述复胶是由下述重量比的原料制备而成：作为结合剂的酚醛树脂55~90%，作为助磨材料的碳酸钙10~45%，作为添加剂的表面活性剂0.1~0.5%，氧化铁1~8%，其中所述表面活性剂取自吐温-20；经二次干燥后收卷，然后再经固化、揉曲成为规则堆积磨料涂附磨具产品；其中一次干燥温度在65℃~105℃，时间控制在30min~90min；二次干燥温度在65℃~95℃，时间控制在120min~180min。

本发明的有益效果如下： 

本发明的磨料堆积体，其形状为至少有两个平行面时，可以制造出平整性良好的砂布、砂带产品；至少有两个平行面堆积磨料体和等积形堆积磨料体均可制造出外表面突出高低不平，锋利性好、效率高的产品；内部包含有能够吸收磨削热的降温材料，实现了“规则冷堆积磨料”，其制成砂布、砂带后，根据不同的材料配比，结合磨削压力的调整，以达到磨削时工件不烧伤；由于冷堆积磨料生产的砂布、砂带产品在有效磨削面厚度上的磨粒数量比单层颗粒多数倍乃至数十倍，因此大大提高涂附磨具的使用寿命、提高磨削效率、同时提高工件的表面质量和磨削效果的前后一致性。该发明将为涂附磨具提供高品质的无机结合剂磨料堆积体，同时用a方法生产出的产品不排除做为抛光磨块直接使用。

附图说明

图1为用于制备至少两个平行面堆积磨料的连续生产装置示意图。 

其中：101为导轮、102为成品收集装置、103为出料清理装置、104为网孔钢模带、105为环形衬带、106为干燥装置、107为托辊、108为加摊料装置、109为活动调节辊。 

图2：至少两个平行面规则堆积磨料直接堆积在基体上的砂布生产装置示意图。 

其中：201、堆积磨料成品；202二次干燥炉；203、导轮；204、出料准备装置；205、网孔钢模带；206、环形衬带；207、一次干燥装置；208托辊；209、加摊料装置；210、活动调节辊；211、基体原材料；212、基体潮湿处理装置。 

图3为各种形状的网孔带。 

其中：a3为圆柱形网孔带、b3为三棱柱形网孔带、c3为四棱柱形网孔带、d3为：六棱柱形网孔带。 

图4：为规则堆积磨料的形状示意图。 

其中：a4圆柱形网孔带、b4为三棱柱形、c4为四棱柱形、d4六棱柱形 

401、基础磨料；402、活性吸热材料；403、惰性助磨材料；404、润滑材料；405、添加材料；406、无机结合剂。

图5：有特殊工装的砂布生产设备流程图。 

其中：501、放布卷 502、一次涂胶 503、静电植砂 504、抗静电输送带 505、砂箱A 506、收砂装置 507、砂箱B、508、重力植砂装置、509、滑差滚压摊平装置 510、一次干燥 511、复胶 512、二次干燥 513、收卷。 

图6：滑差滚压摊平机工作原理及结构图。 

其中：601 电机、602 皮带轮、603 皮带、604 规则堆积磨料、605 上过底胶的基体、606 被动皮带轮、607 齿轮1、608 辊筒、609 齿轮2、610 轴承座、611 支架、平整过后的堆积磨料砂布。 

图7：经静电植砂制成砂布示意图。 

其中：701 基体、702 基体过渡层、703 规则堆积磨料、704 底胶、705 复胶。 

图8：具有两平行面堆积磨料砂布示意图。 

其中：801 基体、802 基体过渡层、803 至少两平行面规则堆积磨料、804 底胶、805 复胶。 

图9是等积形堆积磨料砂布示意图。 

其中：901 基体、902 基体过渡层、903 等积形堆积磨料、904 底胶、905 近似球形堆积磨料、906 复胶。 

图10为125μm单层磨料与堆积磨料砂带的磨削对比图。 

其中横向坐标为磨削次数，每次400秒；第1~6次磨削压力为21N、第7~12次磨削压力为26N、第13~18次磨削压力为32N、第19~32次磨削压力为37N。磨料为：碳化硅，砂带磨削剩余厚度见表1。磨削工件材质：黄铜。 

图11为80μm单层磨料砂带与堆积磨料砂带的磨削对比图。 

其中横向坐标为磨削次数，每次400秒；第1~6次磨削压力为26N、第7~12次磨削压力为37N、第13~23次磨削压力为46N。磨料为：碳化硅，砂带磨削剩余厚度见表1。磨削工件材质：黄铜。 

具体实施方式

本发明以下将结合实施例作进一步描述： 

实施例1：具有至少有两个平行面规则堆积磨料的制备

将5Kg 平均粒径为:125μm的碳化硅与、硅灰石0.3Kg、冰晶石0.2Kg、铝氧化物0.2Kg、石膏粉0.1Kg、颜料氧化铁黑0.04Kg放入干粉混料机混合15分钟，然后放入单锅混料机，加入2.3Kg改性水玻璃（本实验用改性水玻璃是从西安德谦科技有限公司采购）及1.5%的聚丙烯酰胺水溶液适量，混合均匀，调整粘度在30000cps；放入图1加摊料装置108内，装置108内的搅拌装置处在连续搅拌状态；使浆料填充在连续运动规则的网孔钢带模104内，模具形状见图3、b3三角形型；进入干燥装置106干燥，得到半干燥定型的规则堆积磨料，经出料清理装置103，脱模后的规则堆积磨料落入成品收集装置102内；得到规则堆积磨料单元，；规则堆积磨料的尺寸：厚度H：0.3mm；外接圆直径D：2mm；所得半干燥产品在温度120℃干燥2小时、~170℃干燥3小时固化完成。即可得到至少两个平行面“规则冷堆积磨料”；固化后的规则堆积磨料产品，经含有特殊工序的涂附磨具生产设备可生产成规则堆积磨料砂布卷。

实施例2：具有至少有两个平行面规则堆积磨料的制备 

将5Kg 平均粒径为:80μm的碳化硅与、硅灰石0.25Kg、冰晶石0.2Kg、铝氧化物0.15Kg、石墨0.1Kg、颜料氧化铁黑0.04Kg放入干粉混料机混合15分钟，然后放入单锅混料机，加入2.3Kg改性水玻璃及1.5%的聚丙烯酰胺水溶液适量，混合均匀，调整粘度在30000cps；放入图1加摊料装置108内，装置108内的搅拌装置处在连续搅拌状态；使浆料填充在连续运动规则的网孔钢带模104内，模具形状见图3、a3圆孔型；进入干燥装置106干燥，得到半干燥定型的规则堆积磨料，经出料清理装置103，脱模后的规则堆积磨料落入成品收集装置102内；得到规则堆积磨料单元，形状见图3、a2~d2；规则堆积磨料的尺寸：厚度H：0.3mm；外接圆直径D：3mm；所得半干燥产品在温度120℃干燥2小时、~170℃干燥3小时固化完成。即可得到至少两个平行面“规则冷堆积磨料”；固化后的规则堆积磨料产品，经含有特殊工序的涂附磨具生产设备可生产成规则堆积磨料砂布。

实施例3：具有至少有两个平行面规则堆积磨料的制备 

将5Kg 平均粒径为:15.3μm的棕刚玉、碳酸钙0.1Kg、氟硼酸钾0.2Kg、铝氧化物0.15Kg、滑石粉0.1Kg放入干粉混料机混合15分钟，然后放入单锅混料机，加入3.0Kg改性水玻璃及1.5%的聚丙烯酰胺水溶液适量，混合均匀，调整粘度在30000cps；放入图1加摊料装置108内，装置108内的搅拌装置处在连续搅拌状态；使浆料填充在连续运动规则的网孔钢带模104内，模具形状见图3、a3圆孔型；进入干燥装置106干燥，得到半干燥定型的规则堆积磨料，经出料清理装置103，脱模后的规则堆积磨料落入成品收集装置102内；得到规则堆积磨料单元；规则堆积磨料的尺寸：厚度H：0.3mm；外接圆直径D：3mm；所得半干燥产品在温度120℃干燥2小时、~170℃干燥3小时固化完成。即可得到至少两个平行面“规则冷堆积磨料”；固化后的规则堆积磨料产品。

实施例4：等积形无机堆积磨料的制备 

制备无机结合剂堆积磨料体：将5Kg 平均粒径为:125μm的碳化硅与、硅灰石0.3Kg、冰晶石0.2Kg、铝氧化物0.2Kg、石膏粉0.1Kg、颜料氧化铁黑0.04Kg放入干粉混料机混合15分钟，然后放入单锅混料机，加入2.3Kg改性水玻璃（本实验用改性水玻璃是从西安德谦科技有限公司采购）及1.5%的聚丙烯酰胺水溶液适量，混合均匀，调整粘度在30000cps；制成湿润料，放入对辊碾压装置压制成条状，自然干燥12小时，再65℃干燥2小时；将所得产品破碎、筛分，将所需堆积磨料颗粒粒径控制在0.7~0.85mm的近似等积形的颗粒，将所得产品在93℃干燥2小时、107℃干燥2小时、150℃干燥2小时完全固化，再进行筛分，得到所需粒径的堆积磨料；

本发明所述的堆积磨料砂布的制备步骤如下：

 a、将以下材料制成底胶，涂布在经处理后的基材上；所述底胶取自下述两种底胶中的任意一种，其中一种是由下述重量比的原料制备而成：作为结合剂的酚醛树脂55~75%，作为助磨材料的碳酸钙25~45%，作为添加剂的表面活性剂0.1~0.5%；一种是由下述重量比的原料制备而成：环氧树脂37~57%、固化剂19~29%、稀释剂14~44%；所述表面活性剂取自吐温-20，所述固化剂取自聚酰胺650，所述稀释剂取自甲苯、丁醇；

b、采用静电植砂机将堆积磨料均匀植在基体材料表面；或采用重力植砂后再经滑差滚压摊平机将堆积磨料均匀平摊在基体表面上；

c、经过植砂后，经过一次干燥后，再涂覆一层由结合剂、助磨材料、添加剂混合制成复胶，其中所述复胶是由下述重量比的原料制备而成：作为结合剂的酚醛树脂55~90%，作为助磨材料的碳酸钙10~45%，作为添加剂的表面活性剂0.1~0.5%，氧化铁1~8%，其中所述表面活性剂取自吐温-20；经二次干燥后收卷，然后再经固化、揉曲成为规则堆积磨料涂附磨具产品；其中一次干燥温度在65℃~105℃，时间控制在30min~90min；二次干燥温度在65℃~95℃，时间控制在120min~180min。

实施例5：重力植砂法生产堆积磨料砂布 

将结合剂为酚醛树脂60%，助磨材料为碳酸钙39.8%，添加剂为表面活性剂0.2%混合后，制成底胶，经底胶机（见图5中502）涂布在经处理后的基材（见图5中501）上，经重力植砂机（见图5 508），将砂箱B（图5中507）内的实施例4制成的堆积磨料落在基材上，再经滑差滚压摊平机（见图5 509、图6）将堆积磨料均匀平摊在基体表面上，经过一次干燥炉（见图5中510）、一次干燥温度在70℃15分钟、80℃30分钟、95℃30分钟、105℃15分钟；再将结合剂酚醛树脂70%，助磨材料为碳酸钙22.8%，添加剂为表面活性剂0.2%，氧化铁7%等混合后，制成复胶，经复胶机（见图5中511）复胶、再进二次干燥炉（见图5中512）、二次干燥温度在75℃15分钟、80℃45分钟、90℃45分钟、95℃45分钟，完全干燥后收卷（见图5中513）；然后再经最高温度120℃固化、揉曲成为规则堆积磨料砂布。

实施例6：静电植砂法生产堆积磨料砂布 

将结合剂为酚醛树脂60%，助磨材料为碳酸钙39.8%，添加剂为表面活性剂0.2%混合后，制成底胶，经底胶机（见图5中502）涂布在经处理后的基材（见图5中501）上，将砂箱A（图5中505）内由实施例1制成的堆积磨料落在抗静电输送带（见图5中504），上经静电植砂后（见图5中50３），经行走路线Ａ（见图5Ａ），进入一次干燥炉，经过一次干燥炉（见图5中510）、一次干燥温度在70℃15分钟、80℃30分钟、95℃30分钟、105℃15分钟；再将结合剂酚醛树脂70%，助磨材料为碳酸钙22.8%，添加剂为表面活性剂0.2%，氧化铁7%等混合后，制成复胶，经复胶机（见图5中511）复胶、再进二次干燥炉（见图5中512）、二次干燥温度在75℃15分钟、80℃45分钟、90℃45分钟、95℃45分钟，完全干燥后收卷（见图5中513）；然后再经最高温度120℃固化、揉曲成为规则堆积磨料砂布。

将制成砂布，在做成规格为50*2100mm的环形砂带，进行磨削试验。得到图10的磨削结果。磨削条件：砂带线速度：39米/秒；磨削方式：接触轮；磨削时间：每次200秒，累计7800秒（130分钟）；磨削压力：第1~6次磨削压力为21N、第7~12次磨削压力为26N、第13~18次磨削压力为32N、第19~32次磨削压力为37N。工件：黄铜棒，直径20 mm；磨削结果从图上可以看出在初始的20次（磨削时间约66分钟）堆积磨料砂带与单层砂带的磨削量差别并不显著，但此时磨削压力增大到37N时，单层砂带与堆积磨料砂带的差距就明显加大了，堆积磨料砂带的磨削量趋于稳定。（单层磨料剩余厚度为0.09mm；堆积磨料砂带磨料剩余厚度为0.48mm），因此会得到寿命很长的砂带，这除了对砂带制造有一定的要求外，主要取决于堆积磨料体。 

实施例7：使用方法三：将磨料复合体直接堆积在经处理的基体上,制成具有至少两个平行面的堆积磨料砂布： 

将5Kg 平均粒径为:80μm的碳化硅与、硅灰石0.25Kg、冰晶石0.2Kg、铝氧化物0.15Kg、石墨0.1Kg、颜料氧化铁黑0.04Kg放入干粉混料机混合15分钟，然后放入单锅混料机，加入2.3Kg改性水玻璃及1.5%的聚丙烯酰胺水溶液适量，混合均匀，调整粘度在30000cps；放入图2加摊料装置209内，装置209内的搅拌装置处在连续搅拌状态；使浆料填充在连续运动规则的网孔钢带模205内，模具形状见图3、a3圆柱形，孔孔尺寸：厚度0.4mm、直径3mm；浆料落在基体材料211上，基体材料211在此之前经过常规的基体定型处理，本实验采用的处理方法是经烧毛、退浆、拉伸、干燥定型，再使用酚醛树脂、丁晴胶乳、PVA为主的材料经过三遍处理，具体是：浸渍、背涂、正涂。再经过212将上浆料面加潮湿处理，此时的基体材料211随网孔钢模带205及环形衬带206同步运动，接着进入一次干燥装置207干燥，经过105℃、2分钟后，得到半干燥定型有基体依托的规则堆积磨料，脱模后进入二次干燥炉202，经80℃0.5小时、90℃1.5小时、105℃0.5小时完全固化，卷绕堆积磨料砂布成品201。

将其做成规格为50*2100mm的环形砂带，进行磨削试验。磨削条件：砂带线速度：39米/秒；磨削方式：接触轮；磨削时间：每次400秒，磨削压力：第1~6次为26N、第7~12次为37N、第13~23次为46N。从磨削结果图11可以看出：磨削压力在初始的12次（磨削时间80分钟）堆积磨料砂带与单层砂带的磨削量差别不大，但当磨削压力增大到46N时，单层砂带与堆积磨料砂带的差距就明显加大了，堆积磨料砂带的磨削量趋于稳定。（单层磨料剩余厚度为0.06mm；堆积磨料砂带磨料剩余厚度为0.48mm）。 

磨削实验情况： 

实验条件：砂带线速度：39米/秒。

    125μm磨削压力及时间见图10： 

其中：横向坐标为磨削次数，每次400秒；第1~6次磨削压力为21N、第7~12次磨削压力为26N、第13~18次磨削压力为32N、第19~32次磨削压力为37N。

80μm磨削压力及时间见图11： 

其中横向坐标为磨削次数，每次400秒；第1~6次磨削压力为26N、第7~12次磨削压力为37N、第13~23次磨削压力为46N。

磨削方式：接触轮 

被磨工件材质分别为： 黄铜；详见表1：

               表1