超细粒度金刚石涂附磨具用胶粘剂的增韧改性研究①

王进保,周桂琴,刘志环,肖乐银

(桂林矿产地质研究院,广西桂林541004)

超细粒度金刚石涂附磨具用胶粘剂的增韧改性研究①

王进保,周桂琴,刘志环,肖乐银

(桂林矿产地质研究院,广西桂林541004)

对TLCP和CTBN改性金刚石涂附磨具用胶粘剂进行了研究,研究结果表明,10w t%CTBN能够明显提高树脂的抗拉伸强度、伸长率,同时也提高了空白树脂试样与含金刚石试样的抗冲击强度,且抗冲击强度减少率有所降低;但改性后树脂的硬度、耐磨系数和耐热温度有所降低,但降低幅度不大。

金刚石涂附磨具;CTBN;改性

0 引言

目前,金刚石涂附磨具客户需求的粒度号绝大部分都在W 7以细,然而,通过查询知国外金刚石涂附磨具粒度号最细已经是＜W 0.5[1～2]。我们把W 7以细金刚石称为超细粒度金刚石,超细粒度金刚石涂附磨具主要用于加工对象的抛光,使加工对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,且表面无划痕和热损伤等。因此要求超细粒度磨轮用胶粘剂具有更好的柔韧性。

本文即是研究对金刚石涂附磨具用NM-1胶粘剂的进一步增韧改性,主要是分别对比了热致性液晶高聚物TLCP、液体橡胶分子CTBN改性NM-1的效果。NM-1树脂是目前金刚石涂附磨具所用的胶粘剂的主要种类,是一种改性环氧树脂。

1 实验方法

为了对比改性效果,我们制作样块,首先进行一定添加量时不同添加助剂对NM-1树脂力学性能的影响,包括硬度、拉伸强度、冲击强度、耐磨系数等;然后研究了固化前后树脂的红外图谱,并检测了改性对树脂热性能的影响。

2.1 样块制作

分别根据GB/T 1040制作拉伸强度试样,根据GB/T 1043制作冲击强度试样。耐磨系数是采用M GL-5滚动磨损试验机,将(Φ120×5mm)规格的胶粘剂圆饼与100目A l2O3砂纸对磨。共磨2500周后,称量磨削前后圆饼的质量损失量Δm,耐磨系数即为质量损失量的倒数:η=1/Δm。硬度采用HLN-11A型里氏硬度计,检测HL硬度。

2.2 TLCP改性原理

TLCP是指热致性液晶聚合物,在受热熔融或溶剂溶解后形成一种兼顾液体和固体性质的液晶态,而且在加工过程中能够在剪切力的作用下形成纤维状结构,因此具有自增强性质,采用TLCP作为分散相理论上可以改善树脂的韧性。

2.3 CTBN改性原理

CTBN是指端羧基液体丁腈橡胶,CTBN中的羧基可与环氧基反应,可能会形成嵌段聚合物,且带有极性极强的-CN基,与环氧类树脂具有很好的相容性,因此也是环氧类树脂很好的增韧剂。

根据相关文献查询结果,TLCP和CTBN添加量都按10w t%进行添加。

2 不同改性方法后力学性能对比

表1所示为改性前后拉伸强度与伸长率的对比,表2为改性前后含金刚石和不含金刚石试样的冲击强度的对比,并计算了冲击强度减少值,表3为改性前后试样的硬度,表4对比了改性前后树脂的耐磨性。

表1 改性前后树脂的拉伸强度Table 1 Tensile strength of the resin before and after modification

表2 改性前后树脂的冲击强度Table 2 Impact strength of the resin before and after modification

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

表4 改性前后树脂的耐磨系数Table 4 Coefficient of wear ability of the resin before and after modification

由表1可知,经CTBN改性后的树脂胶粘剂试样的最大拉伸强度提高了13.5%,达到37M Pa,伸长率提高了30%,达到13%,而TLCP改性却起了反作用,最大拉伸强度和伸长率都大大降低;由表2可知,CTBN改性后树脂未添加金刚石试样与添加金刚石试样的冲击强度都较NM-1树脂有所提高,且由此计算出冲击强度减少值与不含金刚石试样强度值的比值θ=60.9%,较改性前有所降低,这说明CTBN改性NM-1树脂不但能够提高树脂本身的冲击强度,而且由于改性后提高了树脂对金刚石的浸润性,使树脂对金刚石机械包镶力更高,图1、图2分别为改性前后树脂对金刚石包镶的SEM图片,同样可以看出CTBN改性树脂对金刚石具有更好的包镶效果。

图1 NM-1树脂胶粘剂对金刚石的包镶Fig.1 SEM image of diamond coated with NM-1 resin bond

图2 CTBN改性后胶粘剂对金刚石的包镶Fig.2 SEM image of diamond coated with resin bond after CTBN modification

由表3、表4可知,改性后树脂的硬度和耐磨系数都较改性前有所降低。耐磨系数可以直接反映树脂的耐磨性,CTBN改性后树脂耐磨系数为0.46,改性前耐磨系数为0.48,降低不多,而且由于改性后树脂对金刚石包镶能力更强,因此,作为制作金刚石涂附磨具的胶粘剂,对磨具使用寿命不会有太大的影响。

TLCP改性对树脂性能起了相反的作用,可能是添加数量超过了所需添加量,使TLCP产生堆积,导致力学性能降低,因此TLCP改性NM-1树脂还需要继续探索合适的添加比例。

3 红外与差热分析

为了进一步分析改性前后树脂的内部结构变化以及固化效果情况,我们进行了傅立叶红外吸收光谱测试,图3为NM-1树脂预聚体的红外光谱,波数3000cm-1附近为-OH的特征吸收峰,1700～1800 cm-1之间为NM-1中＞C=O的伸缩振动峰,1500～1675cm-1之间为＞C=N—的伸缩振动峰;图4为CTBN改性NM-1树脂经80℃烘烤4小时后的红外光谱,由图可知,几个主要的特征吸收峰都明显减弱,说明树脂内部产生化学反应,且反应较为完全。

图3 NM-1树脂预聚体Fig.3 Infrared absorption spectrum of NM-1 resin pre-polymer

图4 CTBN改性NM-1树脂80℃烘烤4小时后Fig.4 Infrared absorption spectrum of NM-1 resin modified by CTBN at 80℃for 4 hours

图5和图6分别为NM-1树脂固化后和CTBN改性NM-1树脂固化后的DSC-TG曲线,由图可知,NM-1树脂最大放热速率出现在390℃左右,CTBN改性后最大放热速率出现在376℃左右,因此CTBN改性降低了NM-1树脂的热性能,但只降低了14℃,降低幅度不大,且金刚石涂附磨具一般要加冷却液磨削,因此热性能的降低不会对磨削效果有影响。

图5 NM-1树脂的DSC-TG曲线Fig.5 DSC-TG cu rve of NM-1 resin

图6 CTBN改性NM-1树脂的DSC-TG曲线Fig.6 DSC-TG curve of NM-1 resin modified by CTBN

4 结论

根据以上实验研究,可以得到以下几点结论:

(1)CTBN以10w t%添加入NM-1树脂后,能够明显提高树脂的抗拉伸强度、伸长率,且提高了不含金刚石试样和含金刚石试样的抗冲击强度,冲击强度减少率也较改性前有所降低,因此,CTBN对NM-1树脂具有较好的增韧增强作用;但改性后树脂的硬度和耐磨性降低,但降低幅度不大,不会对树脂胶粘剂用于金刚石柔性磨轮的使用寿命产生影响;

(2)从红外谱图分析结果表明,CTBN改性NM-1树脂内部产生化学反应,固化反应较为完全;

(3)CTBN改性NM-1树脂降低了树脂的热性能,添加量为10w t%时,耐热温度降低14℃,但金刚石涂附磨具一般需要加冷却液磨削,因此对磨削效果没有影响。

(4)TLCP改性NM-1树脂对树脂性能起了相反的效果,可能是因为添加量太大,使TLCP产生局部堆积,而导致力学性能降低。

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

[2] 刘志环,王进保,等.超硬材料砂带的研究现状与发展趋势[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

王进保(1965-),高级工程师,长期从事超硬的研发和产业化工作。