本發(fā)明涉及一種橡膠結(jié)合劑及其制備方法、超硬砂輪及其制備方法，屬于磨料磨具技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超硬材料磨具被廣泛的應(yīng)用于機械加工領(lǐng)域，如汽車、電子、制冷、工具、led等行業(yè)的機械加工。超硬材料磨具尤其是金剛石和立方氮化硼固結(jié)砂輪，在當(dāng)前的磨削加工技術(shù)中占有主導(dǎo)地位，超硬材料砂輪是在磨料中加入結(jié)合劑，經(jīng)壓坯、干燥和焙燒而制成的多孔體。超硬材料砂輪的特性主要是由磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織、形狀和尺寸等因素決定。目前采的超硬材料輪常用的結(jié)合劑有金屬結(jié)合劑、陶瓷結(jié)合劑和樹脂結(jié)合劑等，得到砂輪大都具有較高的硬度，在磨削不銹鋼、鋁合金、鎳合金等軟粘材料時，經(jīng)常會出現(xiàn)粘屑、磨不動、紋路差等現(xiàn)象。針對軟粘材料最好的解決方法就是采用更軟的固結(jié)磨具進(jìn)行磨削，通過多種材料的對比，發(fā)現(xiàn)橡膠屬于半有機、半無機的聚合彈性體，是較好的既耐高溫，又耐嚴(yán)寒的橡膠，它的耐老化性、電絕緣性也非常好，并且彈性好，具有較強的拉伸強度，制備成砂輪能夠緩解砂輪在磨削過程中較大的磨削力和磨削熱，能夠有效的解決砂輪表面劃傷和紋路差等問題，提高工件的表面質(zhì)量，減少廢品率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種橡膠結(jié)合劑，能夠有效的解決砂輪表面劃傷和紋路差等問題，提高工件的表面質(zhì)量，減少廢品率。

本發(fā)明還提供了一種上述橡膠結(jié)合劑的制備方法、超硬砂輪及其制備方法。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的橡膠結(jié)合劑所采用的技術(shù)方案是：

一種橡膠結(jié)合劑，由包括以下重量份的原料制成：乙烯基硅橡膠100份、炭黑40～60份、二苯基硅二醇3～6份、硬脂酸鋅4～8份和羥基氟硅油2～3份。

本發(fā)明的橡膠結(jié)合劑采用乙烯基硅橡膠作為主體結(jié)構(gòu)材料，通過炭黑、二苯基硅二醇、硬脂酸鋅和羥基氟硅油的配合制成，各原料在限定的比例范圍內(nèi)，相互協(xié)同作用，使復(fù)配混合物滿足結(jié)合劑的粘度、強度和硬度等性能要求，其中炭黑提高硫化橡膠的扯斷強度、定伸強度、耐磨性等物理機械性能，二苯基硅二醇作為補強劑增強了橡膠的耐熱性能和聚合強度，硬脂酸鋅改善了橡膠的加工和成型性能，增加了橡膠的可塑性，加速了分子鏈的斷裂，使分子鏈之間趨于穩(wěn)定，羥基氟硅油能夠防止橡膠在加工、儲存或者運輸?shù)倪^程中發(fā)生老化現(xiàn)象，同時提升橡膠受熱時的粘度。

利用乙烯基硅橡膠的高強度、低硬度等特性，使采用本發(fā)明的橡膠結(jié)合劑制備得到的砂輪后具有較高的強度、較好的韌性、磨具結(jié)構(gòu)緊密、氣孔率小等特點，可用于不銹鋼、鋁合金、鎳合金、工具鋼等金屬的精磨、拋光和切割等機械加工，所得工件表面質(zhì)量好，能在金屬制品表面磨削出細(xì)膩均勻的折射彩紋。本發(fā)明的橡膠結(jié)合劑，屬于半有機、半無機的聚合彈性體，是較好的既耐高溫，又耐嚴(yán)寒的橡膠，它的耐老化性、電絕緣性也非常好，且成型溫度較低，成型后耐高溫、耐酸堿，適用于多種磨料，對磨料把持力好，具有普適性。

本發(fā)明橡膠結(jié)合劑原料易得，成本低，使用簡單、才做方便，易適于工業(yè)化生產(chǎn)使用。

優(yōu)選的，所述的橡膠結(jié)合劑由包括以下重量份的原料制成：乙烯基硅橡膠100份、炭黑45份、二苯基硅二醇4份、硬脂酸鋅6份和羥基氟硅油2.5份。

優(yōu)選的，所述橡膠結(jié)合劑為粒徑不大于10μm的顆粒。

優(yōu)選的，所述乙烯基硅橡膠為甲基乙烯硅橡膠。

本發(fā)明的橡膠結(jié)合劑所采用的技術(shù)方案為：

一種上述橡膠結(jié)合劑的制備方法，包括以下步驟：取配方量的各原料進(jìn)行混合、混煉，然后靜置、粉碎，即得。

本發(fā)明的橡膠結(jié)合劑的制備方法，以乙烯基硅橡膠作為主體結(jié)構(gòu)材料，通過炭黑、二苯基硅二醇、硬脂酸鋅和羥基氟硅酸配合而成，經(jīng)過混煉是原材料之間能夠發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成化合物。其中炭黑提高硫化橡膠的扯斷強度、定伸強度、耐磨性等物理機械性能，二苯基硅二醇作為補強劑增強了橡膠的耐熱性能和聚合強度，硬脂酸鋅改善了橡膠的的加工和成型性能，增加了橡膠的可塑性，加速了分子鏈的斷裂，使分子鏈之間趨于穩(wěn)定，羥基氟硅油能夠防止橡膠在加工、儲存或者運輸?shù)倪^程中發(fā)生老化現(xiàn)象，同時提升橡膠受熱時的粘度。

本發(fā)明的新型橡膠結(jié)合劑的制備方法，只需將各原料混合、混煉制備，后續(xù)經(jīng)過粉碎即得比傳統(tǒng)的樹脂結(jié)合劑性能優(yōu)異的橡膠結(jié)合劑，并且本發(fā)明的橡膠結(jié)合劑的制備方法操作簡便，易于實現(xiàn)，便于工業(yè)化推廣應(yīng)用。

所述混合為在捏合機中捏合。所述捏合機可以采用雙軸捏合機。優(yōu)選的，所述捏合的攪拌速度為40～70r/min，時間為3～5h。

優(yōu)選的，所述混煉為依次從室溫升溫至35～45℃保溫50～80min，再升溫至130～200℃保溫20～40min，停止加熱。從室溫升溫至35～45℃的時間為20～40min，從35～45℃升溫至130～200℃的時間為100～150min。

混煉的同時還要對體系進(jìn)行不斷攪拌，攪拌速度為40～70r/min。優(yōu)選的，所述混煉可在捏合機中進(jìn)行。

優(yōu)選的，所述靜置的時間為20～30h。生膠煮熟后靜置使內(nèi)部分子鏈發(fā)生交聯(lián)。

優(yōu)選的，所述粉碎的時間為4～6h。粉碎可以在氣流磨中進(jìn)行。

優(yōu)選的，還可以將粉碎后得到的物料過篩。進(jìn)一步優(yōu)選的，過篩時采用的篩網(wǎng)的目數(shù)不大于300目，如可以為300目、1340目等。為了使所得的橡膠結(jié)合劑的粒度能夠滿足需要，可以多次進(jìn)行細(xì)化、過篩。

優(yōu)選的，采用上述方法制備得到的橡膠結(jié)合劑的粒度不超過10μm。

本發(fā)明的技術(shù)方案還在于：一種采用上述橡膠結(jié)合劑的超硬砂輪。

上述超硬砂輪可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的橡膠結(jié)合劑砂輪的制備方法進(jìn)行制備，也可以采用包括以下步驟的方法制備：將上述橡膠結(jié)合劑與磨料、潤濕劑混合，在200～300℃壓制成型，靜置，即得。

所述壓制成型是在熱壓機上按照如下方式進(jìn)行壓制成型：在1.5～2.5mpa下保壓100～150s，然后放氣3s，再在3.5～4.5mpa下保壓250～350s，然后放氣5s，再在5～7mpa下保壓3000～4000s。

放氣就是使熱壓機上的壓板離開磨具。在壓制時進(jìn)行放氣可以使內(nèi)部的反應(yīng)產(chǎn)生的或壓制時聚集的氣體排出。

壓制成型后的靜置的時間為20～30h。靜置便于內(nèi)部大分子鏈更好的交聯(lián)和聚合，增強砂輪的強度。靜置可以在常溫下進(jìn)行。

優(yōu)選的，所述磨料為金剛石和綠碳化硅的混合物。所橡膠結(jié)合劑、金剛石、綠碳化硅的質(zhì)量比為100:56:46。所述潤濕劑為二甲基甲酰胺。潤濕劑能夠使磨料和結(jié)合劑更好的結(jié)合。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。

各實施例中在制備超硬砂輪時，所采用的磨料為金剛石和綠碳化硅的混合物，金剛石和綠碳化硅的質(zhì)量比為56:46，所采用的潤濕劑為二甲基甲酰胺。各實施例中在制備砂輪時，所述的放氣就是使熱壓機上的壓板離開磨具。

實施例1

本實施例的橡膠結(jié)合劑由以下重量份的原料制成：甲基乙烯基硅橡膠100份、炭黑45份、二苯基硅二醇4份、硬脂酸鋅6份和羥基氟硅油2.5份。

本實施例的橡膠結(jié)合劑的制備方法，包括以下步驟：

1)取配方量的各原料放入捏合機，在雙軸攪拌速度為56r/min的條件下攪拌5h進(jìn)行捏合；

2)將捏合后的物料在捏合機中繼續(xù)以56r/min的雙軸攪拌速度進(jìn)行攪拌，并同時進(jìn)行混煉，混煉的方法為：用30min的時間將物料從室溫升溫至40℃，保溫60min，再用120min的時間將物料從40℃升溫至160℃，保溫30min，然后停止保溫；

3)將混煉得到的物料靜置24h，然后放入氣流磨中粉碎5h，最后過300目篩3次，即得。

本實施例的超硬砂輪采用上述橡膠結(jié)合劑制備得到，制備方法包括以下步驟：

將上述橡膠結(jié)合劑與磨料、潤濕劑混合，在熱壓機上250℃的條件下壓制成型，然后將壓制成型的砂輪放入烘箱中靜置24h，即得；所述橡膠結(jié)合劑、磨料和潤濕劑的質(zhì)量比為100:102:12；所述壓制成型按照以下條件進(jìn)行：在2mpa保壓120s，然后放氣3s，再在4mpa保壓300s，放氣5s，然后在6mpa保壓3600s，最后停止加壓。

實施例2

本實施例的橡膠結(jié)合劑由以下重量份的原料制成：甲基乙烯基硅橡膠100份、炭黑40份、二苯基硅二醇5份、硬脂酸鋅4份和羥基氟硅油3份。

本實施例的橡膠結(jié)合劑的制備方法，包括以下步驟：

1)取配方量的各原料放入捏合機，在雙軸攪拌速度為56r/min的條件下攪拌5h進(jìn)行捏合；

2)將捏合后的物料在捏合機中繼續(xù)以56r/min的雙軸攪拌速度進(jìn)行攪拌，并同時進(jìn)行混煉，混煉的方法為：用30min的時間將物料從室溫升溫至40℃，保溫60min，再用120min的時間將物料從40℃升溫至160℃，保溫30min，然后停止保溫；

3)將混煉得到的物料靜置24h，然后放入氣流磨中粉碎5h，最后過300目篩3次，即得。

本實施例的超硬砂輪采用上述橡膠結(jié)合劑制備得到，制備方法包括以下步驟：

將上述橡膠結(jié)合劑與磨料、潤濕劑混合，在熱壓機上250℃的條件下壓制成型，然后將壓制成型的砂輪放入烘箱中靜置24h，即得；所述橡膠結(jié)合劑、磨料和潤濕劑的質(zhì)量比為100:102:12；所述壓制成型按照以下條件進(jìn)行：在2mpa保壓120s，然后放氣3s，再在4mpa保壓300s，放氣5s，然后在6mpa保壓3600s，最后停止加壓。

實施例3

本實施例的橡膠結(jié)合劑由以下重量份的原料制成：甲基乙烯基硅橡膠100份、炭黑60份、二苯基硅二醇6份、硬脂酸鋅8份和羥基氟硅油2份。

本實施例的橡膠結(jié)合劑的制備方法，包括以下步驟：

1)取配方量的各原料放入捏合機，在雙軸攪拌速度為56r/min的條件下攪拌5h進(jìn)行捏合；

2)將捏合后的物料在捏合機中繼續(xù)以56r/min的雙軸攪拌速度進(jìn)行攪拌，并同時進(jìn)行混煉，混煉的方法為：用30min的時間將物料從室溫升溫至40℃，保溫60min，再用120min的時間將物料從40℃升溫至160℃，保溫30min，然后停止保溫；

3)將混煉得到的物料靜置24h，然后放入氣流磨中粉碎5h，最后過300目篩3次，即得。

本實施例的超硬砂輪采用上述橡膠結(jié)合劑制備得到，制備方法包括以下步驟：

將上述橡膠結(jié)合劑與磨料、潤濕劑混合，在熱壓機上250℃的條件下壓制成型，然后將壓制成型的砂輪放入烘箱中靜置24h，即得；所述橡膠結(jié)合劑、磨料和潤濕劑的質(zhì)量比為100:102:12；所述壓制成型按照以下條件進(jìn)行：在2mpa保壓120s，然后放氣3s，再在4mpa保壓300s，放氣5s，然后在6mpa保壓3600s，停止加壓。

實施例4

本實施例的橡膠結(jié)合劑由以下重量份的原料制成：甲基乙烯基硅橡膠100份、炭黑50份、二苯基硅二醇3份、硬脂酸鋅5份和羥基氟硅油2.7份。

本實施例的橡膠結(jié)合劑的制備方法，包括以下步驟：

1)取配方量的各原料放入捏合機，在雙軸攪拌速度為40r/min的條件下攪拌4h進(jìn)行捏合；

2)將捏合后的物料在捏合機中繼續(xù)以40r/min的雙軸攪拌速度進(jìn)行攪拌，并同時進(jìn)行混煉，混煉的方法為：用20min的時間將物料從室溫升溫至35℃，保溫80min，再用100min的時間將物料從35℃升溫至130℃，保溫40min，然后停止保溫；

3)將混煉得到的物料靜置20h，然后放入氣流磨中粉碎4h，最后過300目篩，再重復(fù)粉碎、過篩的過程3次，即得。

本實施例的超硬砂輪采用上述橡膠結(jié)合劑制備得到，制備方法包括以下步驟：

將上述橡膠結(jié)合劑與磨料、潤濕劑混合，在熱壓機上200℃的條件下壓制成型，然后將壓制成型的砂輪放入烘箱中靜置30h，即得；所述橡膠結(jié)合劑、磨料和潤濕劑的質(zhì)量比為100:102:12；所述壓制成型按照以下條件進(jìn)行：在1.5mpa保壓150s，然后放氣3s，再在4.5mpa保壓250s，放氣5s，然后在7mpa保壓3000s，最后停止加壓。

實施例5

本實施例的橡膠結(jié)合劑由以下重量份的原料制成：甲基乙烯基硅橡膠100份、炭黑55份、二苯基硅二醇5.5份、硬脂酸鋅7份和羥基氟硅油2.3份。橡膠結(jié)合劑的粒徑不大于10μm。

本實施例的橡膠結(jié)合劑的制備方法，包括以下步驟：

1)取配方量的各原料放入捏合機，在雙軸攪拌速度為70r/min的條件下攪拌3h進(jìn)行捏合；

2)將捏合后的物料在捏合機中繼續(xù)以70r/min的雙軸攪拌速度進(jìn)行攪拌，并同時進(jìn)行混煉，混煉的方法為：用30min的時間將物料從室溫升溫至45℃，保溫50min，再用150min的時間將物料從45℃升溫至200℃，保溫20min，然后停止保溫；

3)將混煉得到的物料靜置30h，然后放入氣流磨中粉碎6h，最后過1340目篩3次，即得。

本實施例的超硬砂輪采用上述橡膠結(jié)合劑制備得到，制備方法包括以下步驟：

將上述橡膠結(jié)合劑與磨料、潤濕劑混合，在熱壓機上300℃的條件下壓制成型，然后將壓制成型的砂輪放入烘箱中靜置20h，即得；所述橡膠結(jié)合劑、磨料和潤濕劑的質(zhì)量比為100:102:12；所述壓制成型按照以下條件進(jìn)行：在2.5mpa保壓100s，然后放氣3s，再在3.5mpa保壓350s，放氣5s，然后在5mpa保壓4000s，最后停止加壓。

實驗例

分別在抗拉強度試驗機上檢測實施例1～5的砂輪的抗拉強度，并通過洛氏硬度計檢測各實施例的砂輪的硬度，測試結(jié)果見表1。

表1實施例1～5及對比例的砂輪的抗拉強度和硬度

由表1可以看出，該結(jié)合劑具有的高強度、低硬度等特性，采用本發(fā)明的橡膠結(jié)合劑制備得到的砂輪后具有較高的強度、較好的韌性、磨具結(jié)構(gòu)緊密、氣孔率小等特點，可用于不銹鋼、鋁合金、鎳合金、工具鋼等金屬的精磨、拋光和切割等機械加工，所得工件表面質(zhì)量好。有效解決了陶瓷結(jié)合劑磨不動、表面黏盤的問題，提高了磨削效率和磨削質(zhì)量，降低了成本。