Маса для виготовлення абразивних виробів

1. Масса для изготовления абразивных изделий, включающая абразив, полимерное связующее, отвердитель и наполнитель, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что в качестве полимерного связующего масса содержит" ненасыщенную полиэфирную и эпоксидную смолы, полые микросферы - в качестве на полнителя и дополнительно содержит пластификатор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Абразив 45-60 Ненасыщенная полиэфирная смола 20-40 Эпоксидная смола 2-8 Отвердитель эпоксидной смолы 0,2-1,0 Отвердитель ненасыщенной полиэфирной смолы: инициатор 0,5-3,1 активатор 0,1-2,0 Пластификатор 0,1-6,0 Полые микросферы 2,0-10,0 2. Масса для изготовления абразивных изделий по п. 1 , о т л и ч а ю щ а я с я тем, что в качестве наполнителя она содержит полые стеклянные микросферы диаметром 80-120 мкм, а в качестве пластификатора дибутилфталат. Изобретение относится к абразивной промышленности, а именно к производству абразивного инструмента, в частности галтовочных тел, имеющих различную форму (например, призма, пирамида, конус и т.д.) для виброабразивного шлифования по типу галтовки изделий из мягких сплавов цветных металлов, таких как бронза, латунь. Известно значительное число масс (составов) для изготовления абразивных изделий широкого ассортимента [Патент США № 4690692, кл. В 24 D 3/02, 51-293, 1984; Заявка Японии № 63-2743, кл. В 24 В 31/ОСК 1979; Авт.св. СССР № 1175683, кл. В 24 D 3/14,1984; Авт.св. СССР № 1487336, кл. В 24 D 3/20,1987], содержащих помимо абразива керамическое или полимерное связующее, а также другие компоненты различного функционального назначения, влияющие на эксплуатационные свойства изделий. Влияние связки на процесс виброабразивного шлифования заключается в облегче С > 22433 ний выкрашивания затупившегося абразивного зерна. Тела для виброабразивной обработки при обеспечении достаточной прочности и стойкости к ударным нагрузкам для дости- 5 жения максимальной.производительности и требуемого качестза обработки должны иметь следующие свойства: 1. Достаточную адгезию связки к абразиву, 10 Адгезия связки к абразиву должна обеспечивать с одной стороны надежность удержания абразива в процессе работы, с другой - не препятствовать выкрашиванию затупившихся зерен абразива. 15 2 Обеспечивать оптимальную износо'стоикость при сохранении высокой режущей способности и отсутствие эффекта "засаливания" поверхности абразивного тела в процессе п и б р о о б р а б о т к и , что особенно 20 актуально при обработке мягких цветных сплавов (бронза, латунь и т.п.), так как ведет к резкому снижению производительности процесса обработки. 3. Высокую технологичность производ- 25 ства абразивных тел и возможность их изготовления в ы с о к о п р о и з в о д и т е л ь н ы м и методами [Карташов И.Н. и др. Обработка деталей свободными абразивами в вибрирующих резервуарах. Киев, Вища школа, 30 1975]. Известные массы для изготовления абразивных изделий не позволяют получать галтовочные тела для виброшлифования металлов с удовлетворительными износостой- 35 костью тел и п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь ю процесса виброобработки, осуществляемой галтовочными телами. Например, известна масса для изготовления абразивных изделий [Авт.св. СССР № 40 1166980, кл. В 24 D 3/20,1984], содержащая, мас.%; абразива 73,2- 81,2; жидкого бакелита 2,03-8,2; фенольного порошкообразного связующего 6,8-8,7; криолита 6,08-8,5; каолина 0,87-2,4; окиси магния 0,67-1,2; дикап- 45 рилфталата 0,1-0,4. - недостаточная стойкость к ударным нагрузкам, что приводит к значительному выкрашиванию зерна абразива и разрушению галтовочных тел. Кроме того, известная масса из-за значительного содержания абразива имеет высокую исходную вязкость, что не позволяет получать изделия высокопроизводительными методами, например, свободной заливкой. Прототипом заявляемого технического решения является масса для изготовления абразивных изделий [Авт.св. СССР № 785025, кл. В 24 D 3/14/979], содержащая, мас.%: Абразив 4-68 Наполнитель (карбид титана) 2-30 Эпоксидная смола 12-65 Отвердитель эпоксидной смолы 4-20 Винильный мономер (эфир акриловой кислоты) 5-30 Флексибилизатор (полиэфирная ненасыщенная смола) 4-30 Отвердитель полиэфирной ненасыщенной смолы: инициатор 0,3-1,5 активатор 0,03-0,15 Твердая смазка 2-30 Данная масса предназначена для изготовления, преимущественно, шлифовального и хонинговального инструмента для обработки высокопрочных сплавов. Использование в качестве полимерного связующего эпоксидной смолы и винильного мономера в сочетании с полиэфирной ненасыщенной смолой (в качестве флексибилизатора), позволяет получить массу, способную перерабатываться в изделие при комнатной температуре методом свободной заливки. Однако при работе в качестве галтовочных тел в условиях виброобработки известная масса обнаруживает следующие недостатки: Известная масса предназначена для из1. Неравномерность распределения абготовления абразивных »сругов методом обь- * разива в объеме изделия. Это связано с тем, є м н о г о д о з и р о в а н и я с последующей 50 что в течение достаточно длительного вретермообработкой, используемых для резки мени отверждении при комнатной темперастальных труб. туре в массе с пониженной вязкостью Однако, известная масса не может быть происходит оседание частиц абразива по использована для изготовления галтовочных высоте и как следствие этого неравномертел, работающих в условиях обработки из-за: 55 ная и низкая износостойкость. - низкой износостойкости и недостаточ2. Из-за высокой адгезии полимерного ной прочности полимерного каркаса на оссвязующего к абразиву вследствие испольнове-фенолформальдегидной смолы. Низкая зования флексибилизатора и значительной прочность тел обусловлена также высоким твердости связующего не обеспечивается содержанием абразива в массе; своевременное выкрашивание затупивше 22433 ' гося зерна абразива, что приводит к снижению производительности виброобработки. 3. Эффект засаливания рабочих поверхностей галтовочных тел, особенно при обработке мягких цветных сплавов. Так как отверждение рассматриваемого связующего происходит без выделения низкомолекулярных продуктов - материэч представляет собой монолит, без пор и раковин. Поэтому частицы обрабатываемого металла образуют на поверхности абразива слой, препятствующий дальнейшему процессу резания, что резко снижает производительность обработки. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать известную массу для изготовления абразивных изделий, в первую очередь галтовочных тел для виброшлифования мягких цветных сплавов таким образом,чтобы: 1. Обеспечивалось равномерное распределение абразива в объеме массы. 2. Адгезия связки к абразиву, с одной стороны обеспечивала надежное удерживание абразива в процессе работы, с другой не препятствовала выкрашиванию затупившихся зерен абразива. 3. Отсутствовал эффект "засаливания" особенно при виброобработке мягких цветных сплавов. Это позволило бы повысил ь износостойкость тел и добиться максимальной производительности вибрационного процесса обработки, осуществляемой галтовочными телами. Поставленная задача решается тем, что известная масса для изготовления абразивных изделий, включающая абразив, полим е р н о е с в я з у ю щ е е , отвердите/ж и наполнитель, согласно изобретению, в качестве полимерного связующего содержит ненасыщенную полиэфирную и эпоксидную смолы, полые микросферы - в качестве наполнителя и дополнительно содержит пластификатор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Абразив 45-60 Ненасыщенная полиэфирная смола 20-40 Эпоксидная смола 2-8 Отвердитель эпоксидной смолы 0,2-1,0 Отвердитель ненасыщенной полиэфирной смолы: инициатор 0,5-3.1 активатор 0,1-2,0 Пластификатор 0,1-6,0 Полые микросферы 2,0-10.0 В качестве полых микросфер масса содержит стеклянные микросферы, в качестве пластификатора - дибутилфталат. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Наличие причинно-следственной между совокупностью существенных признаков заявляемое изобретения и достига емым техническим результатом подтверждается следующим. В качестве полиэфирного связующего используется ненасыщенная полиэфирная смола, представляющая собой низковязкии раствор продуктов поликонденсэции ненасыщенной дикарбоновой кислоты с гликолем в виниловом мономере (чаще всего в стироле). Промышленные смолы, например ПН-1, ПН~9, ПН-15, обладают достаточно низкой вязкостью, что позволяет отказаться от введения в массу дополнительных количеств мономера для уменьшения вязкости. В качестве эпоксидной смолы применяются жидкие эпоксидиановые олигомеры с высоким содержанием эпоксидных групп (ЭД-16. ЭД-20, ЭД-24 и т п.). Эти продукты хорошо совмещаются с ненасыщенными полиэфирными смолами, образуя низковязкую смесь, способную принять значительное количество абразива и наполнителя, сохраняя при этом достаточно низкую вязкость, позволяющую получать изделия методом свободной заливки. Для отверждения ненасыщенной полиэфирной смолы используются перекисные системы (инициатор + активатор), способствующие отверждению при повышенных температурах. В этом случае применяются органические перекиси или гидроперекиси, например, гидроперекись кумола, перекись бензоила и т.п.. инициирующие начало радикальной реакции полимеризации полиэфирной смолы и винильного мономера (стирола) по ненасыщенным С-С связям. В качестве активатора используется нафтенат кобальта, инициирующего распад перекисного соединения на активные радикалы. В качестве отвердителя эпоксидной смолы используются высокоактивные жидкие органические амины алифатического ряда, н а п р и м е р , п о л и э т и л е н п о л и а м и н , тетраэтилентетрамин и т.п., способствующие прохождению реакции отверждения при низких температурах. В качестве пластификатора используется жидкие эфиры ароматических дикарбоновых кислот и алифатических с п и р т о в (дибутилфталат, диоктилфталат и др.). Пластификатор данного типа оказывает •влияние на формирование полимерного каркаса в процессе полимеризации олигомеров и увеличение эластичности матрицы достигается не за счет повышения гибкости макромолекул (уменьшения частоты сшивки из-за удлинения алифатических фрагментов макромолекул), а вследствие увеличения их 7 22433 взаимной подвижности и/или подвижности надмолекулярных бпокое Кроме ил о в отличие от флексибилизаторэ, пластификатор не способствует увеличению адгезионной связи полимерная матриця - абразиь че 5 препятствуя тем самым своевременному выкрашиванию затупившегося зерна абр.-м,іна. В качестве наполншелн пополыуются полые стеклянные микросферы Д І Я получе- ! 0 ния микропористой структуры г иавномео ным распределением закрытых пор Такая структура абразивной массы практически устраняет эффект 'засплипания" шшсохно сти галтовочных гсл при обработке мягких ]Ь цветных силово^ м г и т і о&п ' ^ ( ( Ч . а ^ ' и >о материала не os'o і л ч т ч я с я s' s n u " ї т ю '.ти зерен aGn » діпо »?ч '«'•* т ~> 'я м *' і да/ІЬНеЙШему Процессу ?' І ' ' ' Ч Т Г ' ^ 1 І о поры, оброзуюи^иеся при І ' тушеш о ?0 ( ЛЫЧ М И К р О С ф е р , ОГКУДД ВЫПьШаЮТСЯ ОііГП рабочим растворон Кроме того, наличие в абразивном теле микропористой структуры облегчает обрэзо вамие новых режущих кромок абразивного JS зерна и выкрашивания затупившихся сетей при минимальном разрушен!,!' самого абразивного тела Кроме полых стеклянн >iv микросфер мо гут быть использованы мии-рлльные ссрерп- 30 ческие наполнители /\|>угой природи орї эпические микросфопг! (например, фе нольные), а также их смеси Исключение составляют сферические наполнители, способные активно взаимодействовать с 35 компонентами материала, растворяясь п них или разрушаться при температуре переработки материала (полистирол, ею сополимеры и т.п.) Ч е ц с п ^ п о б р а з н о ТЗІ-КЄ применять наполнитель имеющий ни жую 40 адгезмю к полимерной г л і іпце (пол иол ефи иы, полиуретаны и т і ф * ja резкого снижения прочностных СВОЙСТР отвержденного материала. Пои смешении ^омпоменгоп при нор- 4Ь мальной температуре смесь обладает низкой вязкостью » компоненты равномерно распределяются г обьепе всей массы В > процессе отверждения при повышенной температуре 100-120°С за счет присутствия 50 высокоактивного аминного отвердителя происходит быстрое (в течение нескольких минут) отверждение эпоксидной смопы с образованием жесткой пространсоенной структуры, что приводит к резкому і значи- 55 тельному повышению вязкости мае м которая препятствует осодачию а б і и ш в а и наполнителя Отличительной особенностью заявляемой массы является совместное использова 8 ние, пластификатора полного сферического наполнителя ^ полимерного связующею па основе ненасыщенной полиэфирной и эпоксидной смол для изютоалепия преимущестпенно галтовочных тел для виброшлифопания мягких сплавов цветных меіалпов Это позволяет за счет изменения микро- и мікроструктуру полимерной матрицы, д о с т и г повышения износостойкости ГЭРТОчочных тел и производительности процесса оиброиїлифования Приведенные соотношения компонентов в заявляемом составе являются оптимальиыми - при увеличении содержания связую'ЦЄ!СЧ (ПОПИ іфирПОИ И jnOKt ПДМОП СМОЛ) 0Ы ше в',р>ьего яаяпляег^ого предела приводит '•' с\иг/ ению режуи^ои сплгебности галтовочиых тел из-за уменьшения поверхностной концентрации абразивного зерна; - уменьшение содержания связующего ниже нижнего заявляемого предела приводит к разупрочнению композиции из-за повышения концентрации минеральных наполнителей и, как следствие, снижение износостойкости вследствие снижения ударной вязкости и эластичности материала, - увеличение содержания абразива и поЛоїх микросфер выше верхнего заявляемого предела приводит к разупрочнению материзла и снижению его износостойкости - содержание полых микросфер ниже нижнего заявляемого предела не обеспечивает устранение явления засаливания из-за недостаточной пористости материала, - снижение содержания абразива ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению режущей способности галтовочных тол из-за снижения поверхностей концентрации зерен абразива, - п р и увеличении содержания пластификатора выше верхнего заявляемого предела появляется его ограниченная совместимость с полимерным связующим и выпотевание в процессе работы галтовочных тел; - при уменьшении содержания пластификатора ниже нижнего заявляемого предела, не обеспечивается достаточная эластичность материала, что приводит к резкому снижению износостойкости; - заявляемые пределы отвердителей обусловлены количеством смол в заявляемом составе Приготовление массы для изготовления іалтовочньїх тел проводилось в следующем порядке - навески ненасыщенной полиэфирной (ПН-15) и эпоксидной (ЭД-20) смол перемешивают при комнатной температуре до по 22433 ч лучений однородной гчзссы в течение 3-5 минут; - в полученную смесь вводят огеердитель эпоксидной смолы (полиэтиленполиамии}, отвердигель ненасыщенной 5 полиэфирной смолы" инициатор - гидроперекись кумода и активатор - нзфтенат коОальта и пластификатор - дибутилфталат с тщательным перемешиванием после введения каждого компонента, 10 - затем последовательно вводят абразив (кварц, молотый пылевидный, ГОСТ 9077-82} и полые стеклянные микросферы диаметром 100 мкм (Т / 6-11-367-75) и перемешивают массу в течение 5-6 минут 15 Полученная абразивная масса заяипается в стальную форму, предварительно подогретую до 100 d 10° С Отверждение абразивной массы производят в термошкафу при температуре 100- 20 120°С а течение 30-40 минут. После извлечения из формы изделия (галтовочные тела) подвергают термообработке в термошкафу при температуре 110120°С в течение 4-х часов 25 Приготовленные массы со следующим содержанием компонентов (мае %) приведены в табл 1 В примерах 2, 3 рассматривается влияние микросфер (2) и пластификатора (2) при 30 их раздельном введении. в примерах 4, 5 - влияние совместного введения пластификатора и сферического наполнителя в различных соотношениях при фиксированном соотношении полиэфирной 35 и эпоксидной смол; 10 в примерах б, 7 влияние соотношений полиэфирной и эпоксидной смол при фикси роваином содержании пластификатора и наполнителя Все композиции изготавливались при одинаковом содержании абразива с целью определения эксплуатационных свойств материала в зависимости от свойств полимерной матрицы В примерах 8-18 приведен состав абразивных масс в заявляемых пределах. Результаты испытаний абразивных мясе (табл 1) приведены в табл 2, Испытания галтовочных тел проводились в производственных условиях на установке типа МВО25 (разработка ЦНИІ/Пяжмаиі, г Свердловск) при следующих рабочих параметрах обработки. Амплитуда колебаний 2 мм 24 с Частота колебаний Обрабатываемый материал Латунь В процессе испытаний определялись следующие показатели* износ абразивного инструмента; производительность процесса виброобработки Износ инструмента определялся как относительная потеря массы «алтовочных тел в единицу времени Производительность процесса определялась по времени достижения заданной чистоты обработки Периодичность замеров микрошероховатости поверхности обрабатываемых деталей из латуни - 30 минут Таблица 1 Отверди Ненасы Эпоксид приме щенная ная смола тель эпок ра полиэфир сидной ная смола смолы Отвердитель поли Пластифи эфирной смолы Эфир ак катор полые стек карбидти лянные мик Инициатор Активатор Твердая риловой Наполнитель АбразиЕ смазка кислоты тана росферы 25,0 4,0 0.5 0,1 4,0 5,0 4,0 49,4 7,0 0J 1,2 0,4 4,0 50,0 38,4 7,3 0,7 1,2 0,4 50,0 36,2 6,75 0,65 1,1 0,3 4,0 50,0 32,0 6,1 0,6 1,0 0,3 50,0 8,0 1.0. 0,3 50,0 40,0 3,0 1,2 0,4 50.0 7,0 0,6 0,2 2,0 5,0 20,0 57,5 40,0 4,0 0,8 0,4 0,7 0,4 1,3 0.4 1,0 48,9 10 36,0 2,0 0,2 1,1 2.0 54,4 11 30.0 8,0 0,8 1,0 0,3 0,3 6,0 4,0 3,0 9,0 4,0 4,0 33,9 2,0 2,0 4,0 2,0 2,0 4,0 53,9 12 34,0 4,0 0,4 1,1 0,1 7,0 " 53,1 13 30,0 4,0 0,4 1.0 0,3 0,3 6,0 4,0 54,3 14 35,0 4,0 0,4 1,1 0,3 4,0 2,0 53,2 15 30,0 3,0 1.0 10,0 52.4 35.9 5,0 1,2 0,3 0,4 3,0 16 4,0 8,0 45,0 17 29.3 4,0 0,3 0,5 0,4 1,0 0.3 2,0 3,0 60,0 18 30.0 5,0 0,6 1,8 1,05 3,05 6,0 52,5 1 8,0 Прототип 2 3 4 5 6 7 8 9 36,7 . • ю ю -fc. 22433 ч 13 14 Таблица 2 Показатели № при Износостойкость (износ), % мера Производительность обработки (время достижения заданной чистоты), час і 2,1 2 2,4 6,0 3 4 1,7 8,0 1,6 6,5 5 1,4 6,0 6 1,4 6,5 7 и 6,0 7,5 8 2,0 7,0 9 1* 7,5 10 2.0 7,0 11 1,7 7,0 12 2,0 6,0 13 1,7 7.0 14 2,0 15 2,0 7.5 6,5 16 1,8 7,5 17 1,9 1,6 6,5 18 Упорядник Замовлення 4487 • 5.5 Техред М.Келемеш Коректор, М.Самборська Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП-, КиТв-53, Львівська пл., 8 відкрите акціонерне товариство "Патент", м, Ужгород, вул.Гагаріна, 101