摘要 一、材料基本特性:1、無機(jī)聚合物的概念及分類伴隨著環(huán)境污染的惡化和石油資源的日趨枯竭,以豐富而廉價(jià)的無機(jī)礦物質(zhì)為原材料,制備無毒、耐高溫、耐老化、高強(qiáng)度、而且多功能化的無機(jī)材料越來...
一、材料基本特性: 1、無機(jī)聚合物的概念及分類
伴隨著環(huán)境污染的惡化和石油資源的日趨枯竭,以豐富而廉價(jià)的無機(jī)礦物質(zhì)為原材料,制備無毒、耐高溫、耐老化、高強(qiáng)度、而且多功能化的無機(jī)材料越來越多地取代有機(jī)材料,是當(dāng)今材料學(xué)研究的重要方向之一。
無機(jī)聚合物,又稱為無機(jī)高分子,屬于無機(jī)化學(xué)和高分子化學(xué)之間古老而新興的交叉學(xué)科。傳統(tǒng)無機(jī)化學(xué)中許多內(nèi)容屬于無機(jī)聚合物 如:金剛石、石墨、二氧化硅、玻璃、陶瓷、氧化硼等。第一屆國際無機(jī)聚合物會議(1961)將之定義為:凡在主鏈上不含碳原子的多聚化合物, 稱謂無機(jī)聚合物。此定義相當(dāng)于將離子晶體和固態(tài)金屬也包括進(jìn)去了。
因此,一般定義為:主鏈由非碳原子共價(jià)鍵結(jié)合而成的巨大分子。無機(jī)聚合物是由非碳原子(N、P、O、S等雜原子)組成的大分子物質(zhì), 原子間主要以共價(jià)健相結(jié)合, 形成與有機(jī)聚合物中的碳鏈相類似的雜原子主鏈。與有機(jī)聚合物相比, 無機(jī)聚合物具有許多獨(dú)特的性能, 問世以來,一直受到人們的關(guān)注。
2、產(chǎn)品介紹
水性無機(jī)高分子聚合材料是通過對新型無機(jī)高分子聚合物合成、規(guī)律及性能的研究采用納米籠技術(shù)設(shè)計(jì),在極端條件合成、軟化學(xué)合成、特殊凝聚態(tài)和聚集態(tài)制備的條件下,利用無機(jī)高化學(xué)活性組分的化合物作為前驅(qū)體,在液體化學(xué)中溶解絡(luò)合、分散遷移、自組裝配位縮合;在能量動態(tài)反應(yīng)機(jī)理控制過程中分離和表征了大量的中間態(tài)產(chǎn)物,從而獲得具有良好的力學(xué)性能和物理形態(tài)上呈三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性的無機(jī)高分子聚合材料。
應(yīng)用該技術(shù)工藝生產(chǎn)的新型無機(jī)高分子礦物聚合材料,集有機(jī)、無機(jī)聚合物多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)于一身,大大提高了無機(jī)聚合物材料的特性。不僅粘度好、固化快、強(qiáng)度高、耐摩擦、耐腐蝕、耐高溫、抗低溫、不溶于水(硬化后),且具有節(jié)能、環(huán)保、功能多樣等顯著特點(diǎn)。
二、無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑怎么打破了傳統(tǒng)樹脂磨具、陶瓷磨具的界限
高分子化學(xué)作為化學(xué)的一個(gè)分支,同樣也是從事制造和研究分子的科學(xué),但其制造和研究的對象都是大分子,即由若干原子按一定規(guī)律重復(fù)地連接成具有成千上萬甚至上百萬質(zhì)量的、最大伸直長度可達(dá)毫米量級的長鏈分子,稱為高分子、大分子或聚合物。既然高分子化學(xué)是制造和研究大分子的科學(xué),對制造大分子的結(jié)構(gòu)和性能的研究,顯然是高分子化學(xué)的最基本的研究內(nèi)容。
無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑的化學(xué)成份為聚合鋁硅酸鹽,其聚合物縮聚成高分子,聚合度較高,完全是由Si、Al、O元素等鏈節(jié)通過共價(jià)鍵或離子鍵構(gòu)成的,與陶瓷材料相比,無機(jī)高分子礦物聚合材料的結(jié)構(gòu)為以環(huán)狀鏈構(gòu)成的連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,有“類晶態(tài)”和“半晶態(tài)”兩種結(jié)構(gòu),不存在完全的晶體和晶界;晶界上的原子占晶體總原子數(shù)的50%,它們受到周圍原子的相互作用,其排列組態(tài)既不同于晶體(晶體內(nèi)原子規(guī)則排列),也不同于非晶態(tài)(非晶態(tài)如玻璃,其中原子呈短程有序、遠(yuǎn)程無序的排列),這種新的原子排列組態(tài)給水性無機(jī)高分子礦物聚合材料帶來了許多新性能。材料的結(jié)構(gòu)為(-Si-O-Al-O-)n骨架;此類材料的基本相的化學(xué)組成與沸石類似,而結(jié)構(gòu)上呈非晶質(zhì)至半晶質(zhì);另外該材料的最終產(chǎn)物是以離子鍵以及共價(jià)鍵為主,范氏力為輔,硅-氧四面體與鋁-氧四面體的聚合物,其特性又具有有機(jī)高聚物的鍵接結(jié)構(gòu),故而具有有機(jī)化合物和無機(jī)化合物的共同特點(diǎn)。無機(jī)高分子礦物聚合材料的性能與陶瓷相近或更高。這是當(dāng)前材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域,是納米科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。
無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑的特征是因?yàn)樗鼈冸m然具有玻璃態(tài)、陶瓷基和有機(jī)粘合劑的某些特征,但是仍有不同。如下表:
無機(jī)高分子聚合材料與其它材料性能的比較
性能 礦物聚合物材料 普通水泥 玻璃 陶瓷 聚甲基丙稀醛甲酯
密度(g/cm3 ) ~2.0 2.3 2.5 3.0 1.2
彈性模量(Gpa) 50 20 70 200 3
抗拉強(qiáng)度(MPa) ~190 1.6~3.3 60 100 49~77
抗彎強(qiáng)度(MPa) ~210 5~10 70 150~200 91~120
斷裂能(J/m2) ~1500 20 10 300 1000
由上表可以看出,該無機(jī)高分子聚合材料的性能既有有機(jī)聚合物的特性,又有玻璃、陶瓷、金屬等無機(jī)物的特性。
在制備粘合磨具制品方面,無機(jī)高分子聚合材料比常規(guī)的玻璃態(tài)、陶瓷基粘合劑具有很明顯的優(yōu)點(diǎn)。首先具有重要意義的是它們可在遠(yuǎn)低于玻璃態(tài)、陶瓷基粘合劑的較低的溫度下形成(這一點(diǎn)與有機(jī)粘合劑相同),而且具有均勻的組成,形成對照的是,玻璃態(tài)、陶瓷基粘合劑必須在其熔化溫度下形成,并保持于該溫度以便其流動,從而覆蓋磨粒形成粘合體。但是,無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑的結(jié)構(gòu)卻是低溫縮合形成的,雖具有玻璃態(tài)、陶瓷基的粘合高強(qiáng)度和硬度甚至更高,而韌性更好。在這點(diǎn)上,它們與常規(guī)有機(jī)粘合劑又有不同;有機(jī)聚合物可以是熱固性樹脂,例如,苯酚/甲醛、尿素/甲醛或環(huán)氧樹脂;也可以是輻射固化的樹脂,例如丙烯酸化的聚氨酯、丙烯酸化的環(huán)氧樹脂、丙烯酸化的聚酯或這些化合物的幾種,它們在沒有或有催化劑活化、增強(qiáng)轉(zhuǎn)換的情況下,在可見光、紫外線或電子束輻射時(shí),可形成高度交聯(lián)的剛性聚合物。常規(guī)有機(jī)粘合劑的模量小而脆性較大,而無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑與玻璃態(tài)、陶瓷基粘合劑相比卻是模量小韌性大,同時(shí)具備兩者的優(yōu)點(diǎn)而又減少了兩者的缺點(diǎn)。
三、無機(jī)高分子礦物聚合材料與陶瓷的結(jié)構(gòu)性能區(qū)別:
在顯微鏡下觀察陶瓷材料,可以發(fā)現(xiàn)主要有三種結(jié)構(gòu),即晶體相、玻璃相和氣孔。晶體相是陶瓷的基本結(jié)構(gòu),它是由陶瓷化合物的原子按一定規(guī)則排列而形成的晶體結(jié)構(gòu)。玻璃相是由陶瓷各組成物和雜質(zhì)的原子無規(guī)則排列而形成的非晶態(tài)結(jié)構(gòu),因這種結(jié)構(gòu)同玻璃的顯微結(jié)構(gòu)相似,故稱為玻璃相。陶瓷的性能同其顯微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。傳統(tǒng)陶瓷脆性大,經(jīng)不起外力撞擊,也不能急熱急冷,否則就要炸裂。前者是因?yàn)樘沾傻目箼C(jī)械沖擊性差,后者是因?yàn)榭篃釠_擊性差。這是兩種不同的起因,但有著大致相同的破裂過程,即首先從陶瓷內(nèi)部已經(jīng)存在的微裂紋開始,裂紋逐漸擴(kuò)展,直到全部斷裂。而且對陶瓷來說,裂紋擴(kuò)展的速度非???,一眨眼就“紋到底”了。從以上陶瓷破裂的過程可以看出,陶瓷內(nèi)部存在微裂紋,是引起陶瓷破裂的第一原因。在陶器碎片的斷面上,你會看到許多小孔洞,顆粒也比較粗大,這是由于陶器的燒成溫度較低(一般為800~1000℃),氣孔率較高。雖然瓷器是在1200~1400℃高溫下燒制的,結(jié)構(gòu)細(xì)密多了,用肉眼??床怀鲇惺裁慈毕荩陲@微鏡下,仍可以看到在其表面有許多微小的傷痕,瓷器碎片的斷口上分布著許多微裂紋、氣孔和夾雜物。在放大倍數(shù)更大的電子顯微鏡下,還可以發(fā)現(xiàn)有許多晶體結(jié)構(gòu)缺陷,如空位、位錯(cuò)和晶界等。所有這些微裂紋、氣孔、夾雜物、晶體缺陷、表面?zhèn)鄣?,都可能成為裂紋的發(fā)源地。引起陶瓷破裂的第二個(gè)原因是在陶瓷中一旦形成裂紋,裂紋就會迅速擴(kuò)展。陶瓷不像金屬那樣,金屬在外力作用下可以產(chǎn)生塑性變形,塑性變形可以吸收擴(kuò)展裂紋的能量,起到止裂的作用。陶瓷屬于脆性材料,一旦形成裂紋,由于缺乏塑性變形能力,材料內(nèi)部出現(xiàn)的應(yīng)力立即集中到裂紋尖端,推動裂紋迅速向前擴(kuò)展,直至斷裂。如果是在熱沖擊情況下,還由于陶瓷的導(dǎo)熱性差,熱膨脹系數(shù)大,熱應(yīng)力因此增加,促使裂紋迅速擴(kuò)展。
無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑是由尺度為納米級的粒子堆積聚合固化而成,它在較低溫度下固結(jié)就能達(dá)到致密化,同時(shí)它的小尺寸效應(yīng)、表面和界面效應(yīng),量子尺寸效應(yīng)和量子遂道效應(yīng),使得它具有獨(dú)特的性能,它的出現(xiàn)將有助于解決無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑的強(qiáng)化和增韌問題。具體地說無機(jī)高分子礦物聚合材料具有以下獨(dú)特性能:1)粒徑小、比表面積大和高的化學(xué)性能,可顯著降低材料的燒結(jié)致密化溫度,節(jié)約能源;2)使材料的組成結(jié)構(gòu)致密化、均勻化,改善材料組織的性能,提高使用的可靠性;3)可以從量子數(shù)量級上控制材料的成分和結(jié)構(gòu),有利于充分發(fā)揮陶瓷材料的潛在性能,使無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑材料的組織結(jié)構(gòu)和性能的定向設(shè)計(jì)成為可能。
此外,無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑成型后固結(jié),顆粒大小決定了材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能。如材料顆粒分布堆積均勻,則固結(jié)時(shí)收縮一致且晶粒均勻長大,低溫固結(jié)首先導(dǎo)致材料在結(jié)構(gòu)上的變化,晶粒細(xì)小均勻呈等軸晶狀,同時(shí)由于晶界液相的引入和獨(dú)特的界面結(jié)構(gòu)導(dǎo)致界面結(jié)合強(qiáng)化,材料的斷裂也變?yōu)橥耆难鼐嗔涯J剑沟貌牧系膹?qiáng)度和韌性顯著提高;所制備的材料缺陷小、強(qiáng)度高,反應(yīng)固結(jié)具有比燒結(jié)產(chǎn)物致密度高、反應(yīng)溫度低、成形能力良好、低成本和高純度等優(yōu)點(diǎn)。而傳統(tǒng)固相燒結(jié)過程中沒有液相產(chǎn)生,需要較高的燒結(jié)溫度,晶粒長大嚴(yán)重,燒結(jié)體顆粒粗大,均勻性差,斷裂模式多為穿晶斷裂;而且斷裂韌性也較低。
四、無機(jī)高分子礦物聚合材料與有機(jī)材料的區(qū)別:
有機(jī)聚合物通常是指含碳元素的化合物,或含碳?xì)湓氐幕衔锛捌渌鼈兊难苌锟偡Q為有機(jī)聚合物,有機(jī)物一般難溶于水,易溶于有機(jī)溶劑,熔點(diǎn)較低。絕大多數(shù)有機(jī)物受熱容易分解、容易燃燒。
聚合物的結(jié)構(gòu)可分為鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)兩大類。聚合物鏈結(jié)構(gòu)又分為近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。近程結(jié)構(gòu)包括構(gòu)造與構(gòu)型,構(gòu)造指鏈中原子的種類和排列、取代基和端基的種類、單體單元的排列順序、支鏈的類型和長度等。聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指高聚物分子鏈之間的幾何排列和堆砌結(jié)構(gòu),包括晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)以及織態(tài)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)規(guī)整或鏈次價(jià)力較強(qiáng)的聚合物容易結(jié)晶,例如,高密度聚乙烯、全同聚丙烯和聚酰胺等。結(jié)晶聚合物中往往存在一定的無定型區(qū),即使是結(jié)晶度很高的聚合物也存在晶體缺陷,熔融溫度是結(jié)晶聚合物使用的上限溫度。結(jié)構(gòu)不規(guī)整或鏈間次價(jià)力較弱的聚合物(如聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等)難以結(jié)晶,一般為不定型態(tài)。
無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑的元素結(jié)合力主要為離子鍵,共價(jià)鍵或離子價(jià)混合鍵。這些化學(xué)鍵的特點(diǎn)是高的鍵能、鍵強(qiáng)。因此,這一大類材料具有高熔點(diǎn)、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強(qiáng)度和良好的抗氧化等基本屬性,
在磨具生產(chǎn)中,樹脂結(jié)合劑本身彈性好,有拋光作用,樹脂磨具自銳性能良好,不易堵塞;一次修整后很少再修整,磨削效率高,磨削粗糙度低,磨削溫度低,由于樹脂結(jié)合劑磨具的優(yōu)越性能,故而在磨具中使用廣泛;但高溫下結(jié)合劑易燒毀,化學(xué)性能相對不穩(wěn)定。
無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑在磨具生產(chǎn)中具有高剛性保型、高韌性吸震因的優(yōu)點(diǎn)而適用于鏡面磨削且不易變形;并且易于使切削刃突出、高度均勻,且使磨具可降低對磨床精度和剛性的苛刻要求;故而,可以替代樹脂生產(chǎn)高速磨具。另外,無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑固化后形成以硅氧四面體和鋁氧四面體以共價(jià)鍵和離子鍵相連的立體氧化物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由于該材料的結(jié)構(gòu)中含有鋁氧四面體,在磨削過程中,這部分鋁氧四面體具有潤滑作用,使工件表面的光潔度極佳,且斷裂能高達(dá)1500J/m3,能夠滿足磨具高速旋轉(zhuǎn)時(shí)強(qiáng)大離心力作用下磨具不會產(chǎn)生破裂的強(qiáng)度要求。因此,無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑為高速、精磨磨具提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。
五、無機(jī)高分子礦物聚合材料在磨具生產(chǎn)中“雜化”的應(yīng)用:
雜化一詞源自生物學(xué)—不同物種雜交后產(chǎn)生物種優(yōu)勢,乃自然進(jìn)化之根本。取不同材料之優(yōu)勢互補(bǔ)產(chǎn)生新材料,且材料性能差別越大,說明雜化優(yōu)勢越明顯。從不同有機(jī)/無機(jī)樹脂改性到有機(jī)/無機(jī)雜化材料,得到分子結(jié)構(gòu)到納米結(jié)構(gòu)乃至共混體和復(fù)合材料。
從無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑在磨料生產(chǎn)中的較低形成溫度的角度考慮,用無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑代替常規(guī)的玻璃態(tài)、陶瓷基粘合劑,由于處理溫度較低,故而就能夠采用許多先進(jìn)技術(shù),例如可將不能用于玻璃態(tài)、陶瓷基粘合制品中的活性填料加入到這種粘合劑中。在無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑體系中,可通過加入使用的活性填料來改性,一般如黃鐵礦、氧化鋁、硫磺或有機(jī)研磨助劑,只要它們在形成的溫度下穩(wěn)定,也可以是無機(jī)填料,例如礦物顏料或玻璃、陶瓷微珠,其主要目的是有助于在最終的粘合磨料制品中形成所要求的孔隙或結(jié)構(gòu),填料以5-10%為佳。
其次,與有機(jī)粘合劑的制品相比,無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑的磨料制品具有工作熱穩(wěn)定性和使用溫度高的優(yōu)點(diǎn);另外,無機(jī)高分子礦物聚合物粘合劑的磨料制品其熱處理的溫度較低,而在此溫度下,一般的熱塑性有機(jī)樹脂不會改性或降解,故能使得通過加入某些有機(jī)聚合物在不使熱塑性聚合物降解的情況下交鏈,得到脆性適中的理想材料;因此,用無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑就可加入合適的增強(qiáng)或改性的熱塑性聚合物,包括聚烯烴、聚丁二烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亞胺和聚酯等有機(jī)物,這些能夠加入粘合劑中增強(qiáng)和改性的熱塑性聚合物的量,最大是無機(jī)粘合劑總量的20%,以達(dá)到根據(jù)要制成制品用途的需要,量身“定制”粘合劑的物理性質(zhì),因此,無機(jī)高分子礦物聚合物膠粘材料在磨料磨具中的使用真是“雜化”的。
目前,很少發(fā)現(xiàn)用無機(jī)高分子聚合物在較低溫度下生產(chǎn)的磨料磨具,這個(gè)應(yīng)用不但開拓了玻璃態(tài)、陶瓷基粘合磨料制品和樹脂基粘合磨料制品應(yīng)用范圍的可能性,同時(shí)也改善了粘合磨料制品的性能,能夠通過改變粘合劑的配合、溫度曲線的控制和生產(chǎn)工藝的調(diào)節(jié),從而得到高性能、低損耗的磨具產(chǎn)品。
總之,無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑使用“雜化”不能妥貼的歸入玻璃態(tài)、陶瓷基或有機(jī)粘合劑類型,玻璃態(tài)、陶瓷基正如其名字的含義所指的那樣,它需要熔化并流動才能覆蓋磨粒,形成連接鄰近磨粒的粘合體,在冷卻固化后將這些結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,因此,玻璃態(tài)、陶瓷基粘合材料是在高溫下形成,而且形成的時(shí)間較長,然而,這種制品很剛硬,在精密研磨中尤為有效,有機(jī)粘合的材料在低得多的溫度下形成,但因彈性大而易型變,化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,不耐高溫;而無機(jī)高分子礦物聚合物粘合劑是具有兩者的共同優(yōu)點(diǎn)且能夠在較低溫度下形成并交鏈變硬的聚合物材料,其產(chǎn)品性能具有兩者的共同優(yōu)點(diǎn),這樣為以后開發(fā)新的磨料產(chǎn)品提供了必要的前提條件。
七、無機(jī)高分子礦物聚合材料在磨具生產(chǎn)中工藝的要求:
無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑在砂輪的應(yīng)用中存在“形態(tài)效應(yīng)”、“活性效應(yīng)”和“微集料效應(yīng)”三項(xiàng)基本效應(yīng)。之所以提到這些,是因?yàn)闊o機(jī)高分子礦物聚合粘合劑在砂輪的應(yīng)用中,無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑和磨料加工成型不是單純的物理過程,而是決定了無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑與磨料的最終結(jié)構(gòu)和性能的重要環(huán)節(jié)。
所謂形態(tài)效應(yīng),泛指各種應(yīng)用于砂輪生產(chǎn)中的磨料顆粒,由其顆粒的外觀形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)、顆粒級配等物理性狀所產(chǎn)生的效應(yīng)。
所謂活性效應(yīng),是指無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑和磨粒摻合料之間的活性成分所產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)。
所謂微集料效應(yīng),是指無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑均勻分布于磨料的基相中,就象微細(xì)集料一樣,改善摻和后混合料的結(jié)構(gòu)和性能。
實(shí)際上,上述三種基本效應(yīng)是水性無機(jī)礦物聚合粘合劑摻合在磨料中的作用形式,不僅磨料如此,其它礦物摻合料也是如此,差別僅僅是作用程度的不同?;钚孕?yīng)是摻合磨料在砂輪中作用的一個(gè)重要組成部分。無機(jī)礦物聚合粘合劑之所在砂輪中可以得到應(yīng)用,就是因?yàn)樗哂幸欢ǖ姆磻?yīng)能力,形成類似于陶瓷的產(chǎn)物,這些反應(yīng)產(chǎn)物使砂輪材料的結(jié)構(gòu)得到改善。勿容置疑,活性效應(yīng)是無機(jī)礦物聚合粘合劑摻合料對砂輪材料性能貢獻(xiàn)的一個(gè)重要方面。活性效應(yīng)是微集料效應(yīng)發(fā)揮的基本保證。
無機(jī)礦物聚合粘合劑與磨料的微集料效應(yīng)來自于三個(gè)方面:一是這些磨料顆粒本身具有較高的強(qiáng)度;二是這些磨料顆粒與無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑凝聚態(tài)產(chǎn)物之間具有較好的粘結(jié)性能;三是這些磨料顆粒在無機(jī)礦物聚合粘合劑中分散狀態(tài)良好,借助于合理的攪拌、加熱、拌合磨料均勻性的改善,有助于磨料中孔隙的填充與“細(xì)化”。其中磨料顆粒與無機(jī)礦物聚合粘合劑之間具有較好的粘結(jié)性能是其它兩者的基礎(chǔ)。只有當(dāng)磨料微集料顆粒與無機(jī)礦物聚合粘合劑組織結(jié)構(gòu)均勻并緊密結(jié)合時(shí)它較高的自身強(qiáng)度才能發(fā)揮作用,使孔隙化的效果得以體現(xiàn)。只有在這一前提下,它優(yōu)越的性能才能得到利用和發(fā)揮。磨料顆粒的界面反應(yīng)是提高其界面性能的一個(gè)重要途徑。因此,無機(jī)礦物聚合粘合劑活性效應(yīng)的發(fā)揮是微集料效應(yīng)發(fā)揮的前提和保證,活性效應(yīng)是形態(tài)效應(yīng)作用效果的延續(xù)。
磨料的形態(tài)效應(yīng)僅僅決定了無機(jī)礦物聚合粘合劑材料沒有拌合的初始結(jié)構(gòu),隨著磨料和無機(jī)礦物聚合粘合劑摻合料在攪拌和加熱的合理工藝下各種反應(yīng)的進(jìn)行,可以使摻合后材料的結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步的改善,而這些反應(yīng)的程度和速度則取決于它的活性效應(yīng)。從對其的影響上看,活性效應(yīng)是形態(tài)效應(yīng)的延續(xù)和發(fā)展,它使摻合料的性能得到進(jìn)一步的改善。由此可見,如何在生產(chǎn)工藝的控制過程中充分挖掘磨料和無機(jī)礦物聚合粘合劑摻合料的活性潛力,對產(chǎn)品性能有著特別重要的意義。同時(shí),也應(yīng)該看到,磨料和無機(jī)礦物聚合粘合劑摻合料在砂輪生產(chǎn)中的作用是由三個(gè)效應(yīng)組成的,為此,只有在合理的工藝下,才能在挖掘它的活性效應(yīng)潛力的同時(shí),也兼顧了其它效應(yīng)。
八、無機(jī)高分子礦物聚合材料在磨具生產(chǎn)中固化的方式及效果:
1、 低溫?zé)峁袒嚎缮a(chǎn)傳統(tǒng)磨具,參考溫控曲線:
在50℃保溫2小時(shí)后,1小時(shí)升溫到70℃,保溫5小時(shí)后2小時(shí)升溫至90℃,保溫3小時(shí)后3小時(shí)升溫至130℃,保溫3小時(shí)后自然降溫。
2、 微波固化:可生產(chǎn)大氣孔率的高速磨具:
3、 飽和蒸汽固化:可生產(chǎn)高速、高韌性、精磨磨具:
九、無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑在砂輪生產(chǎn)過程中的工藝
1.按配方稱取磨料、粘合劑、填料﹙硅灰石粉﹚、助劑﹙蜂蜜、紅糖或有機(jī)高聚物﹚;其中助劑可以不加,加助劑時(shí)只需加到粘合劑中攪勻。
2.把磨料和填料在混料鍋內(nèi)攪拌均勻后加入粘合劑和助劑的混合料,攪拌均勻后加熱風(fēng)攪拌。
3.熱風(fēng)溫度控制在70℃左右,風(fēng)量大小根據(jù)工業(yè)化生產(chǎn)量的大小及攪拌速度現(xiàn)場調(diào)整,速度的大小根據(jù)樹脂粘合劑的用量多少生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)整,以不產(chǎn)生大粒為佳;通熱風(fēng)攪拌至結(jié)團(tuán)、拉絲后3—5分鐘后停止熱風(fēng),繼續(xù)攪拌至磨粒分散。
十、無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑應(yīng)用在磨具行業(yè)具有以下突出特點(diǎn):
一、高質(zhì)高能:無機(jī)合成,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、使用壽命長,粘結(jié)性強(qiáng)、強(qiáng)度高、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、熱膨脹系數(shù)??;該材料不僅具有無機(jī)材料的特性,也具有一定有機(jī)材料的特性,打破了傳統(tǒng)的陶瓷磨具和樹脂磨具的界限。
二、節(jié)能環(huán)保:無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑在磨具的生產(chǎn)和使用過程中無有毒有害氣體產(chǎn)生,該粘合劑的固化穩(wěn)定僅需120-180℃﹙根據(jù)生產(chǎn)磨具的種類不同而確定溫度;固化時(shí)間為18-24小時(shí)﹚,極大的節(jié)約了能源,顯著的提高了生產(chǎn)效率。
三、適用性強(qiáng):無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑固化后形成以硅氧四面體和鋁氧四面體以共價(jià)鍵和離子鍵相連的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其斷裂能高達(dá)1500J/m3,能夠滿足磨具高速旋轉(zhuǎn)時(shí)強(qiáng)大離心力作用下磨具不會產(chǎn)生破裂的強(qiáng)度要求;該粘合劑即可生產(chǎn)超軟磨具、普通磨具,又可生產(chǎn)超硬、超高速磨具、精磨磨具。
經(jīng)實(shí)際測試,用該粘合劑生產(chǎn)的普通磨具回轉(zhuǎn)速度已超過130m/s以上;生產(chǎn)的超軟磨具也能經(jīng)受高速回轉(zhuǎn);因其固化溫度低,以“雜化”概念改變生產(chǎn)工藝,可生產(chǎn)250m/s以上的高速磨具。
四、獨(dú)特功能:無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑可生產(chǎn)精磨磨具,由于該材料的結(jié)構(gòu)中含有鋁氧四面體,在磨削過程中,這部分鋁氧四面體具有潤滑作用,使工件表面的光潔度極佳。
五、技改簡便:使用無機(jī)高分子礦物聚合粘合劑生產(chǎn)磨具,與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝、設(shè)備基本相同,無需大的技改投資。