一种陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘结剂及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂及其制备方法和应用。所述陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂由以下重量份数的组分制备得到：40~50份E‑51环氧树脂、16~25份E‑44环氧树脂、12~15份593固化剂、7~10份650聚酰胺、5~9.3份AGE稀释剂、0.5~1份BYK‑D410分散剂、0.2~1份气相氧化硅和2~6份白刚玉微粉。本发明提供的陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂原料易得，工艺简单，成本较低，且粘结力和耐磨性强。本发明用于陶瓷基磨块粘结金属基体时，不易出现脱落以及掉边现象，使用过程中安全可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及环氧树脂粘合剂及其制备和应用，更具体地，涉及一种陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂及其制备方法和应用。

背景技术

在磨削应用中，常用的磨削工具砂轮有树脂结合剂砂轮、金属结合剂砂轮以及陶瓷结合剂砂轮。相对于树脂和金属两种结合剂金刚石砂轮，陶瓷结合剂金刚石砂轮具有如下优点：

(1)良好的耐酸碱、耐水和耐油等特性；

(2)磨削过程中刚性较好，磨具变形较小，工件的加工精度较高；

(3)具有多孔组织结构，修整简便，磨削过程中不易堵塞和烧伤工件，加工效率较高；能适用于重负荷磨削。

在大尺寸陶瓷结合剂砂轮制备过程中，通常是通过冷压烧结工艺获得陶瓷结合剂与磨料(金刚石/立方氮化硼等)磨块或磨环2，再将磨块或磨环2通过胶黏剂3粘结到圆形金属(铝合金或不锈钢)基体1上，从而制得磨削用砂轮，如图1所示。

在陶瓷结合剂砂轮制备过程中，目前常用环氧树脂胶黏剂将陶瓷基磨块粘结到砂轮金属基体表面，这是因为环氧树脂对金属和非金属等多种材料都具有很高的粘结力。

随着工业技术快速发展，目前常用的环氧树脂粘结剂愈发不能满足陶瓷结合剂砂轮高速、高应力和高精密磨削条件下应用需求。在高速磨削过程中，环氧树脂粘结剂要能承受高速旋转条件下磨块的剪切力与被磨削工件接触时的磨削力，如果在此条件下环氧树脂粘结剂强度不牢，就会出现陶瓷基磨块飞块，脱落以及掉边现象，不能保证砂轮的安全使用。陶瓷砂轮片与金属基体粘结用环氧树脂胶黏剂必须保证砂轮高速旋转磨削条件下高粘性和高耐磨性综合要求。

发明内容

本发明主要是针对陶瓷结合剂砂轮在高速旋转磨削过程中陶瓷磨块与砂轮圆形金属基体粘结强度不高，容易脱片的技术问题，提供一种适用于陶瓷磨块粘结砂轮金属基体用，具有粘结强度高和高耐磨强度等特性的环氧树脂粘结剂的制备方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

所述陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂由以下重量份数的组分制备得到：

E-51环氧树脂：40～50份

E-44环氧树脂：16～25份

593固化剂：12～15份

650聚酰胺：7～10份

AGE稀释剂：5～9.3份

BYK-D410分散剂：0.5～1份

气相氧化硅：0.2～1份

白刚玉微粉：2～6份。

其中，所述E-51环氧树脂与593固化剂的组分比例为4：1～3：1；E-44环氧树脂与650聚酰胺的组分比例为4：1～2：1。

进一步地，所述环氧树脂粘合剂所述环氧树脂粘合剂由以下重量份数的组分制备得到：

E-51环氧树脂：44.3～48.2份

E-44环氧树脂：17.1～20.4份

593固化剂：12.9～14.1份

650聚酰胺：7.8～9.4份

AGE稀释剂：6.2～9.3份

BYK-D410分散剂：0.6～0.9份

气相氧化硅：0.5～0.9份

白刚玉微粉：3.2～5份。

优选地，所述E-51环氧树脂与593固化剂的组分比例为3:1，E-44环氧树脂与650聚酰胺的组分比例为2.5:1。

优选地，所述环氧树脂粘合剂由以下重量份数的组分制备得到：

E-51环氧树脂：46.3份

E-44环氧树脂：18.5份

593固化剂：13.6份

650聚酰胺：8.8份

AGE稀释剂：7.2份

BYK-D410分散剂：0.8份

气相氧化硅：0.7份

白刚玉微粉：4.1份。

进一步地，所述气相氧化硅为纳米级。

进一步地，所述白刚玉微粉粒径为1～3um。

进一步地，所述陶瓷基磨块为金刚石、立方氮化硼、碳化硅磨料与陶瓷玻璃粉体高温烧结制成。

本发明的另一目的在于，公开所述陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：将40～50重量份的E-51环氧树脂、16～25重量份的E-44环氧树脂、5～9.3重量份AGE稀释剂和0.5～1重量份BYK-D410分散剂放置在反应釜中，在200～400转/min的旋转速度下搅拌分散10～20min；

S2：在步骤S1制得的材料中，按顺序依次加入0.2～1重量份纳米级气相氧化硅和2～6重量份白刚玉微粉，在600～800转/min的旋转速度下搅拌30～40min；

S3：在步骤S2制得的材料中，再加入12～15重量份593固化剂和7～10重量份650聚酰胺，在600～800转/min的旋转速度下搅拌5～10min，即得所述陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘结剂。

进一步地，所述陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂用于陶瓷基砂轮中陶瓷磨块与圆形金属基体粘结。

所述陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂的应用，其特征在于，包括以下步骤：

Y1：将金属基体粘结表面用砂纸擦拭干净，用无水乙醇清洗金属基体和陶瓷磨块粘结表面，干燥待用；

Y2：将环氧树脂粘结剂均匀涂覆于陶瓷磨块和砂轮圆形金属基体粘结表面，再将陶瓷磨块粘结于砂轮圆形金属基体外圆表面，并用钢丝固定；

Y3：将粘结后的砂轮置于烘箱中加热固化，固化温度为45～55℃温度下，保温1.5～3小时，再将温度升高到75～90℃保温6小时，冷却至室温静置24小时，卸掉固定钢丝。

本发明的陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘结剂的成分选取原理如下：

本发明以E-51和E-44环氧树脂作为黏结主体材料，E-51和E-44环氧树脂都是双酚A型环氧树脂，E-44环氧树脂分子量较高，固化后环氧树脂具有良好的物理、化学性能，对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，柔韧性较好。

E-51环氧树脂固化后硬度较高、耐化学性能和耐磨性能较强，选择两种树脂混合体系是既增强其黏结强度，又提高其固化后的耐磨性能，且环氧树脂原料易得，价格便宜，操作简便。

593固化剂和650聚酰胺两种固化剂并存，一方面593固化剂能提高树脂粘结剂的抗冲击性能和剪切强度，另外一方面650聚酰胺对树脂粘结性和韧性有效提高。

AGE稀释剂是与环氧树脂达到最低粘度，高填料比例和较高的渗透性，具有色泽浅、气味小、毒性小、流动性好、表面张力低、色浆分散性好、柔韧性优良等特性。

填充剂的加入降低了固化物的热膨胀系数和固化收缩率，减小了内应力。当超负荷作用出现裂纹时，有填料的胶层还能阻止裂纹扩展，从而提高了粘接强度。本发明陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂，无机填料选择纳米级气相氧化硅能与树脂有效地润湿和均匀混合，并且对树脂能起到很好的隔热作用，同时对白刚玉微粉有很好的防沉降作用；所选白刚玉微粉具有较强的耐磨性能，并且环氧树脂对白刚玉微粉润湿性较好，两种无机填料的加入对环氧树脂的隔热以及耐磨性能有增强作用。

BYK-D410为一种改性脲溶液，具有弱碱性，在环氧树脂碱性固化剂593和聚酰胺体系中可起到催化固化的作用，提高环氧树脂固化性能。选择BYK-D410分散剂是可以与环氧树脂很好的互溶，且该助剂加入环氧树脂中，可通过空间位阻效应对无机填料起到分散作用，同时该助剂可降低环氧粘度，改善体系流动性。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂采用常见的原料，创造性的将BYK-D410分散剂用于环氧树脂粘合剂的制备中，通过E-51和E-44环氧树脂作为黏结主体材料，通过稀释剂、分散剂、固化剂的相互作用，制备出高粘性和高耐磨性的性能优良的粘合剂。

本发明的瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂制备工艺简单，成本较低，且粘结力、耐磨性，且用于陶瓷基磨块粘结金属基体时，不易出现脱落以及掉边现象，使用过程中安全可靠。

本发明提供的陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂在粘结陶瓷砂轮片与金属基体粘结时，可满足陶瓷结合剂砂轮最高130r/min转速要求，保证砂轮高速旋转磨削条件下高粘性和高耐磨性综合要求。

附图说明

图1为所述陶瓷基磨块与钢基体使用环氧树脂粘结的示意图。

图2为所述陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂固化后拉伸试样的内部组织形貌图。

其中，10.环氧树脂，20.气相氧化硅，30.白刚玉微粉。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明的陶瓷基磨块粘结金属基体用环氧树脂粘合剂固化后拉伸内部组织形貌如图2图示，纳米级气相氧化硅和白刚玉微粉能与环氧树脂有效地润湿和均匀混合，这是因为BYK-D410分散剂在搅拌条件下加入到环氧体系中，将产生三维网络结构，形成的触变流动行为非常适合于气相氧化硅、白刚玉微粉的防沉降作用；同时，BYK-D410分散剂为脲物质，具有一定的碱性，在环氧固化剂为593、聚酰胺碱性体系中，对环氧固化有一定的催化作用，能增强环氧树脂的固化性能，从图2中拉伸式样的断面表现出韧性断裂形貌特征，拉伸延展处还保留有树脂的连接，说明本发明所制环氧树脂粘结性较好。

实施例1

(1)环氧树脂粘结剂组份的制备

按照重量百分比分别称取50重量份E-51环氧树脂、16重量份E-44环氧树脂、9.3重量份AGE稀释剂和0.5重量份BYK-D410分散剂，在200转/min的旋转速度下搅拌分散10min；再依次加入0.2重量份纳米级气相氧化硅和2重量份白刚玉微粉，在600转/min的旋转速度下搅拌30min；再加入15重量份593固化剂和7重量份650聚酰胺，在600转/min的旋转速度下搅拌5min，即得环氧树脂粘结剂。

(2)陶瓷磨块与金属基体的粘结

将金属基体粘结表面用砂纸擦拭干净，用无水乙醇清洗金属基体和陶瓷磨块粘结表面，干燥待用。

将环氧树脂粘结剂均匀涂覆于金属基体与陶瓷磨块粘结面，再将二者粘结起来，并用钢丝固定。将粘接后的砂轮置于烘箱中加热固化，固化温度在50℃温度下保温2小时，再将温度调节到80℃保温6小时，自然冷却到室温，静置24小时，卸掉固定钢丝，敲击粘结在金属基体上磨块，无脱落即可。

实施例2

(1)环氧树脂粘结剂组份的制备

按照重量百分比分别称取48.2重量份E-51环氧树脂、17.1重量份E-44环氧树脂、8.5重量份AGE稀释剂和0.6重量份BYK-D410分散剂，在200转/min的旋转速度下搅拌分散20min；再依次加入0.5重量份纳米级气相氧化硅和3.2重量份白刚玉微粉，在600转/min的旋转速度下搅拌40min；再加入14.1重量份593固化剂和7.8重量份650聚酰胺，在600转/min的旋转速度下搅拌10min，即得所述环氧树脂粘结剂。

(2)陶瓷磨块与金属基体的粘结

将金属基体粘结表面用砂纸擦拭干净，用无水乙醇清洗金属基体和陶瓷磨块粘结表面，干燥待用。

将环氧树脂粘结剂均匀涂覆于金属基体与陶瓷磨块粘结面，再将二者粘结起来，并用钢丝固定。将粘接后的砂轮置于烘箱中加热固化，固化温度在55℃温度下保温1.5小时，再将温度调节到90℃保温5小时，自然冷却到室温，静置24小时，卸掉固定钢丝，敲击粘结在金属基体上磨块，无脱落即可。

实施例3

(1)环氧树脂粘结剂组份的制备

按照重量百分比分别称取46.3重量份E-51环氧树脂、18.5重量份E-44环氧树脂、7.2重量份AGE稀释剂和0.8重量份BYK-D410分散剂，在200转/min的旋转速度下搅拌分散15min；再依次加入0.7重量份纳米级气相氧化硅和4.1重量份白刚玉微粉，在600转/min的旋转速度下搅拌30min；再加入13.6重量份593固化剂和8.8重量份650聚酰胺，在800转/min的旋转速度下搅拌10min，即得所述环氧树脂粘结剂。

(2)陶瓷磨块与金属基体的粘结

将金属基体粘结表面用砂纸擦拭干净，用无水乙醇清洗金属基体和陶瓷磨块粘结表面，干燥待用。

将环氧树脂粘结剂均匀涂覆于金属基体与陶瓷磨块粘结面，再将二者粘结起来，并用钢丝固定。将粘接后的砂轮置于烘箱中加热固化，固化温度在45℃温度下保温3小时，再将温度调节到75℃保温8小时，自然冷却到室温，静置24小时，卸掉固定钢丝，敲击粘结在金属基体上磨块，无脱落即可。

实施例4

(1)环氧树脂粘结剂组份的制备

按照重量百分比分别称取44.3重量份E-51环氧树脂、20.4重量份E-44环氧树脂、6.2重量份AGE稀释剂和0.9重量份BYK-D410分散剂，在400转/min的旋转速度下搅拌分散10min；再依次加入0.9重量份纳米级气相氧化硅和5重量份白刚玉微粉，在800转/min的旋转速度下搅拌30min；再加入12.9重量份593固化剂和9.4重量份650聚酰胺，在800转/min的旋转速度下搅拌5min，即得所述环氧树脂粘结剂。

(2)陶瓷磨块与金属基体的粘结

将金属基体粘结表面用砂纸擦拭干净，用无水乙醇清洗金属基体和陶瓷磨块粘结表面，干燥待用。

将环氧树脂粘结剂均匀涂覆于金属基体与陶瓷磨块粘结面，再将二者粘结起来，并用钢丝固定。将粘接后的砂轮置于烘箱中加热固化，固化温度在50℃温度下保温2小时，再将温度调节到80℃保温6小时，自然冷却到室温，静置24小时，卸掉固定钢丝，敲击粘结在金属基体上磨块，无脱落即可。

实施例5

(1)环氧树脂粘结剂组份的制备

按照重量百分比分别称取40重量份E-51环氧树脂、25重量份E-44环氧树脂、5重量份AGE稀释剂和1重量份BYK-D410分散剂，在400转/min的旋转速度下搅拌分散20min；再依次加入1重量份纳米级气相氧化硅和6重量份白刚玉微粉，在800转/min的旋转速度下搅拌40min；再加入12重量份593固化剂和10重量份650聚酰胺，在800转/min的旋转速度下搅拌10min，即得所述环氧树脂粘结剂。

(2)陶瓷磨块与金属基体的粘结

将金属基体粘结表面用砂纸擦拭干净，用无水乙醇清洗金属基体和陶瓷磨块粘结表面，干燥待用。

将环氧树脂粘结剂均匀涂覆于金属基体与陶瓷磨块粘结面，再将二者粘结起来，并用钢丝固定。将粘接后的砂轮置于烘箱中加热固化，固化温度在50℃温度下保温2小时，再将温度调节到80℃保温6小时，自然冷却到室温，静置24小时，卸掉固定钢丝，敲击粘结在金属基体上磨块，无脱落即可。

为了更好的说明本发明所制陶瓷砂轮磨块粘结金属基体用环氧树脂粘结剂的机械性能，测试过程如下，测试结果参见表1。

粘结强度测试，采用型号为100mm*25mm*4mm不锈钢和金刚石陶瓷磨块，在两物体间均匀涂覆环氧树脂粘结剂，粘结长度是25mm，粘结厚度1mm，按照上述制备方法固化。固化后在25℃条件下，以2mm/min的拉伸速度进行测试。

剪切强度测试，采用GB1039测试方法，将环氧树脂制备成拉伸标准Ⅰ型试样，在25℃条件下，以2mm/min的拉伸速度进行测试，取5次测试的平均值。

硬度测试，采用GB230.2测试方法，将树脂粘结剂制备成50mm*25mm*10mm块状固体，取其5次测试的平均值。

对比例1

将市售环氧树脂粘结剂按照重量百分比分别称取54重量份E-51环氧树脂、20重量份E-44环氧树脂混合均匀、再加入18重量份593固化剂和8重量份650聚酰胺，制得环氧树脂粘结剂。

性能测试：采用GB1039测试方法，将环氧树脂制备成拉伸标准Ⅰ型试样，在25℃条件下，以2mm/min的拉伸速度进行测试，取5次测试的平均值。

对比例2

申请号为CN201210351517.6的一种用于陶瓷与金属连接的胶粘剂，原料包括丙烯酸改性环氧树脂20～30份、液体丁腈橡胶4～6份、双氰胺2～4份、六亚甲基四胺2～3份、顺丁烯二酸酐1～2份、聚甲基丙烯酸甲酯4～10份、二甲基丙烯酸乙二酯3～7份、二氨基二苯基砜4～8份、硅溶胶10～15份、疏水改性的氧化铝颗粒5～9份、碳酸钙5～10份、白云石粉3～6份、膨润土2～4份、促进剂2～6份、增塑剂1～3份、溶剂40～60份。

其制备方法是：

(1)将丙烯酸改性环氧树脂、液体丁腈橡胶、双氰胺、六亚甲基四胺、顺丁烯二酸酐均匀分散于溶剂中；

(2)将聚甲基丙烯酸甲酯、二甲基丙烯酸乙二酯、硅溶胶、疏水改性的氧化铝颗粒、碳酸钙、白云石粉、膨润土、促进剂、增塑剂加入到(1)所得混合物中，搅拌均匀；

(3)边搅拌，边升温至40～50℃，再保温30min，放冷；

(4)加入二氨基二苯基砜，搅拌均匀，即可使用。

性能测试：以氧化铝陶瓷片和45#钢为试样通过胶粘剂连接并固化后按照GB228-2002进行剪切试验，试验结果见表2。

表1实施例、对比例粘结强度和洛氏硬度表

粘结强度(MPa)洛氏硬度(HRB)实施例143.650实施例236.251.4实施例335.153.6实施例433.457.3实施例530.663.2

表2实施例、对比例剪切强度对比表