一种金刚石树脂结合剂磨片及其制备方法和应用
阅读：836发布：2020-05-14
专利汇可以提供一种金刚石树脂结合剂磨片及其制备方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种金刚石 树脂 结合剂磨片及其制备方法与应用，属于 抛光 磨具技术领域。以 质量 份数计，本发明的金刚石树脂结合剂磨片包括以下制备原料：热固性树脂20～40份， 固化 剂4～30份，金刚石15～30份，辅助 磨料 10～20份，微米填料10～30份，纳米填料1～10份， 偶联剂 1～5份。本发明的金刚石树脂结合剂磨片用于大理石抛光，具有抛光效果好、效率高和环保安全等优点。，下面是一种金刚石树脂结合剂磨片及其制备方法和应用专利的具体信息内容。
1.一种金刚石树脂结合剂磨片，其特征在于，以质量份数计，包括以下制备原料：热固性树脂20～40份，固化剂4～30份，金刚石15～30份，辅助磨料10～20份，微米填料10～30份，纳米填料1～10份，偶联剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的金刚石树脂结合剂磨片，其特征在于，所述热固性树脂包括环氧树脂、改性环氧树脂、酚醛树脂、改性酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、改性聚酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、改性氰酸酯树脂、密胺树脂和改性密胺树脂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的金刚石树脂结合剂磨片，其特征在于，所述金刚石包括单晶金刚石、多晶金刚石和微晶金刚石中的一种或多种，所述金刚石的粒径为25～3000目。
4.根据权利要求1所述的金刚石树脂结合剂磨片，其特征在于，所述辅助磨料包括碳化硅、刚玉、氧化锆、氮化硼和碳化锆中的一种或多种，所述辅助磨料的粒径为25～3000目。
5.根据权利要求1所述的金刚石树脂结合剂磨片，其特征在于，所述微米填料包括微米二氧化硅、滑石粉、氧化锌、氢氧化镁、碳酸钙、玻璃纤维粉、碳纤维粉和空心玻璃微珠中的一种或多种，所述微米填料的粒径为25～5000目。
6.根据权利要求1所述的金刚石树脂结合剂磨片，其特征在于，所述纳米填料包括纳米二氧化硅、碳纳米管、石墨烯纳米片、纳米金刚石和氮化硼纳米片中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的金刚石树脂结合剂磨片，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为15～100nm；所述碳纳米管的直径为10～80nm，长度为10～50μm；所述石墨烯纳米片的厚度为5～15nm；所述纳米金刚石的粒径为5～100nm，所述氮化硼纳米片的厚度为20～
100nm。
8.根据权利要求1所述的金刚石树脂结合剂磨片，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂。
9.权利要求1～8任一项所述金刚石树脂结合剂磨片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将制备原料混合，得到混合料；
将所述混合料注入模具进行热压烧结，得到金刚石树脂结合剂磨片。
10.权利要求1～8任一项所述金刚石树脂结合剂磨片或权利要求9所述制备方法制备的金刚石树脂结合剂磨片在大理石抛光中的应用。
一种金刚石树脂结合剂磨片及其制备方法和应用
技术领域
背景技术
[0003] 磨削抛光片(简称磨片)是大理石抛光中常用的工具。磨片是以超硬材料为磨料，以高分子树脂为结合剂，加入适当的填充材料，通过配制、混合和固化等加工工艺过程而制成的具有一定几何形状、能适用不同磨削要求的一种加工工具。然而，相对于其他石材，大理石的硬度相对较小，因而，在磨削抛光材料、工艺上较为不同。一般来讲，大理石的抛光机理主要以物理方法和化学方法为主。其中，物理方法即高硬度的磨料通过机械研磨作用将大理石凸面切削滑擦，从而降低表面粗糙度，达到抛光的目的。化学方法即在磨具中添加相关化学物质如草酸等，通过化学物质与大理石表面的成分发生化学反应，溶解、吸附相关物质达到抛光的目的。
[0004] 但在实际抛光过程中，大理石的抛光仍存在以下问题。其一，化学抛光中，一般加入一定量的化学试剂如草酸等低分子物质，在长期存放过程中易迁移，不仅降低了其抛光效率的稳定性，也对人体和环境造成一定程度的污染。其二，物理抛光很难达到实际大理石应用所要求的光泽度和清晰度，并且，磨片中的基体树脂在抛光中容易残留在表面从而产生雾化现象。目前，大理石的抛光仍以物理和化学结合的方法为主。因此，如何通过对磨具材料的设计实现高效、环保的大理石抛光具有重要的价值。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种金刚石树脂结合剂磨片及其制备方法和应用，本发明的金刚石树脂结合剂磨片用于大理石抛光，具有抛光效果好、效率高和环保安全等优点。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0007] 本发明提供了一种金刚石树脂结合剂磨片，以质量份数计，包括以下制备原料：热固性树脂20～40份，固化剂4～30份，金刚石15～30份，辅助磨料10～20份，微米填料10～30份，纳米填料1～10份，偶联剂1～5份。
[0009] 优选的，所述金刚石包括单晶金刚石、多晶金刚石和微晶金刚石中的一种或多种，所述金刚石的粒径为25～3000目。
[0013] 优选的，所述纳米二氧化硅的粒径为15～100nm；所述碳纳米管的直径为10～80nm，长度为10～50μm；所述石墨烯纳米片的厚度为5～15nm；所述纳米金刚石的粒径为5～
100nm，所述氮化硼纳米片的厚度为20～100nm。
100nm，所述氮化硼纳米片的厚度为20～100nm。
[0014] 优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂。
[0015] 本发明提供了上述方案所述金刚石树脂结合剂磨片的制备方法，包括以下步骤：
[0016] 将制备原料混合，得到混合料；
[0018] 本发明还提供了上述方案所述金刚石树脂结合剂磨片或上述方案所述制备方法制备的金刚石树脂结合剂磨片在大理石抛光中的应用。
[0019] 本发明提供了一种金刚石树脂结合剂磨片，以质量份数计，包括以下制备原料：热固性树脂20～40份，固化剂4～30份，金刚石15～30份，辅助磨料10～20份，微米填料10～30份，纳米填料1～10份，偶联剂1～5份。本发明的磨片中热固性树脂含量低，且热固性树脂的硬度较低，使金刚石、辅助磨料、填料等更容易与加工对象的凹凸面啮合、充分接触，增加抛光速度，从而提高抛光效率和抛光度，大理石面不会出现因为树脂残留而导致的雾化问题；本发明根据大理石的抛光原理，向磨片中引入纳米填料，在增加基体树脂强度的基础上，通过合理设计磨片中的填料大小尺寸和配比，使各组分充分发挥抛光作用，从而使得磨片抛光效率高、效果显著。
[0020] 本发明中未添加大理石抛光中常用的小分子化学物质(如草酸等)，磨片稳定性好，抛光过程更环保、安全。
[0021] 在相同条件下，对大理石地面进行打磨测试，实验结果表明，本发明的磨片对大理石的抛光度是市面上的大理石抛光金刚石树脂结合剂磨具的2倍，寿命是其2～3倍，且具有更高的清晰度。
[0022] 本发明提供了上述方案所述金刚石树脂结合剂磨片的制备方法，采用热压烧结的方式，填料分散均匀，生产过程绿色环保，脱模简单、产品成品率高，生产效率高。
具体实施方式
[0023] 本发明提供了一种金刚石树脂结合剂磨片，以质量份数计，包括以下制备原料：热固性树脂20～40份，固化剂4～30份，金刚石15～30份，辅助磨料10～20份，微米填料10～30份，纳米填料1～10份，偶联剂1～5份。
[0024] 在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
[0025] 以质量份数计，本发明的金刚石树脂结合剂磨片的制备原料包括热固性树脂20～40份，优选为25～35份。在本发明中，所述热固性树脂优选包括环氧树脂、改性环氧树脂、酚醛树脂、改性酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、改性聚酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、改性氰酸酯树脂、密胺树脂和改性密胺树脂中的一种或多种。本发明对所述环氧树脂、改性环氧树脂、酚醛树脂、改性酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、改性聚酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、改性氰酸酯树脂、密胺树脂和改性密胺树脂的具体种类没有特殊要求，本领域熟知的均可。具体的，所述环氧树脂可以为但不局限于双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂；所述改性环氧树脂具体可以为但不局限于改性双酚A环氧树脂、改性双酚F环氧树脂、改性脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、改性缩水甘油酯型环氧树脂、改性缩水甘油胺型环氧树脂、酚醛改性环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂、卤代环氧树脂；所述改性酚醛树脂具体可以为但不局限于聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂、聚酰胺改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、二甲苯改性酚醛树脂。本发明采用热固性树脂为基体树脂，磨片中热固性树脂含量低，且热固性树脂的硬度较低，使金刚石、辅助磨料、填料等更容易与加工对象的凹凸面啮合、充分接触，增加抛光速度，从而提高抛光效率和抛光度，大理石面不会出现因为树脂残留而导致雾化问题。
[0026] 以所述热固性树脂的质量份数为基准，本发明的金刚石树脂结合剂磨片的制备原料包括固化剂4～30份，优选为8～25份。本发明对所述固化剂的种类没有特殊要求，本领域熟知的固化剂均可，具体可以为但不局限于聚醚胺类、脂肪胺类、芳香胺类、酸酐类、双氰胺、咪唑及其盐、低分子量聚酰胺树脂、三氟化硼络合物、碳酸丙烯酯和氯化铵中的一种或多种。
[0027] 以所述热固性树脂的质量份数为基准，本发明的金刚石树脂结合剂磨片的制备原料包括金刚石15～30份，优选为18～26份，更优选为20～25份。在本发明中，所述金刚石优选包括单晶金刚石、多晶金刚石和微晶金刚石中的一种或多种；所述金刚石的粒径优选为25～3000目，更优选为500～3000目。在本发明中，所述金刚石作为磨片的主要成分，起研磨抛光的作用。
[0028] 以所述热固性树脂的质量份数为基准，本发明的金刚石树脂结合剂磨片的制备原料包括辅助磨料10～20份，优选为12～18份。在本发明中，所述辅助磨料优选包括碳化硅、刚玉、氧化锆、氮化硼和碳化锆中的一种或多种；所述辅助磨料的粒径优选为25～3000目，更优选为800～3000目。在本发明中，所述辅助磨料的作用是辅助金刚石，提高研磨抛光效率。
[0029] 以所述热固性树脂的质量份数为基准，本发明的金刚石树脂结合剂磨片的制备原料包括微米填料10～30份，优选为15～25份。在本发明中，所述微米填料优选包括微米二氧化硅、滑石粉、氧化锌、氢氧化镁、碳酸钙、玻璃纤维粉、碳纤维粉和空心玻璃微珠中的一种或多种；所述微米填料的粒径优选为25～5000目，更优选为800～4000目，更优选为1000～3000目。在本发明中，所述微米填料可以提高磨片强度、硬度及耐热性等，进而提高磨片的抛光效率和使用寿命。
[0030] 以所述热固性树脂的质量份数为基准，本发明的金刚石树脂结合剂磨片的制备原料包括纳米填料1～10份，优选为3～8份。在本发明中，所述纳米填料优选包括纳米二氧化硅、碳纳米管、石墨烯纳米片、纳米金刚石和氮化硼纳米片中的一种或多种。在本发明中，所述纳米二氧化硅的粒径优选为15～100nm，更优选为30～80nm；所述碳纳米管的直径优选为10～80nm，长度优选为10～50μm；所述石墨烯纳米片的厚度优选为5～15nm；所述纳米金刚石的粒径优选为5～100nm，更优选为20～80nm；所述氮化硼纳米片的厚度优选为20～
100nm。本发明通过在磨片中引入纳米填料，可以增加基体树脂的强度，与微米填料配合作用可以通过多尺度效应提高两者的增强作用，从而使得磨片抛光效率更高，具有更好的抛光效果。
100nm。本发明通过在磨片中引入纳米填料，可以增加基体树脂的强度，与微米填料配合作用可以通过多尺度效应提高两者的增强作用，从而使得磨片抛光效率更高，具有更好的抛光效果。
[0031] 以所述热固性树脂的质量份数为基准，本发明的金刚石树脂结合剂磨片的制备原料包括偶联剂1～5份，优选为2～4份。在本发明中，所述偶联剂优选为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂；所述硅烷偶联剂优选包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和/或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)；所述钛酸酯偶联剂优选包括四异丙基二(亚磷酸二辛酯)钛酸酯(NDZ-401)和/或丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(HY-101)。在本发明中，所述偶联剂的作用是提高磨料、填料与树脂之间的粘接强度。
[0032] 本发明提供了上述方案所述金刚石树脂结合剂磨片的制备方法，包括以下步骤：
[0033] 将制备原料混合，得到混合料；
[0034] 将所述混合料注入模具进行热压烧结，得到金刚石树脂结合剂磨片。
[0035] 本发明将制备原料混合，得到混合料。本发明优选在搅拌条件下实现对制备原料的混合。本发明对所述搅拌的速率和时间没有特殊要求，能够实现制备原料的均匀混合即可。
[0036] 得到混合料后，本发明将所述混合料注入模具进行热压烧结，得到金刚石树脂结合剂磨片。
[0038] 在本发明中，所述热压烧结的温度优选为100～180℃，更优选为140～160℃；保温时间优选为3～10分钟，更优选为5～7分钟；压力优选为2～5MPa，更优选为3～4MPa。本发明所述热压烧结过程中磨片发生固化。
[0039] 所述热压烧结后，本发明优选还包括对热压烧结所得产品进行热处理，所述热处理的温度优选为120～180℃，时间优选为1～2小时。本发明利用热处理保证金刚石树脂结合剂磨片固化完全。本发明优选在烤箱中进行所述热处理。
[0040] 本发明提供了上述方案所述金刚石树脂结合剂磨片或上述方案所述制备方法制备得到的金刚石树脂结合剂磨片在大理石抛光中的应用。本发明对所述应用的方式没有特殊要求，选用本领域技术人员熟知的应用方式即可。
[0041] 下面结合实施例对本发明提供的金刚石树脂结合剂磨片及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0042] 实施例1
[0043] 按质量份数计，尼龙改性双酚A环氧树脂30份，聚醚胺固化剂(型号为D230)8份，粒度号为800目的多晶金刚石微粉25份，粒度号为1000目的碳化硅微粉10份，粒度号为800目的刚玉5份，粒度号1000目的滑石粉25份，粒度号800目的玻纤5份，直径30nm的纳米二氧化硅球3份，KH5501份经过机械搅拌后，将上述混合物注入模具中，将尺寸与模具一致的棉布覆盖未完全固化的磨具顶部表面上，从室温升到120℃，保温保压(4MPa压力)5分钟，进行热压烧结，之后取出磨片放入烤箱140℃烘烤1小时，得到金刚石树脂结合剂磨片。
[0044] 实施例2
[0045] 按质量份数计，聚酰胺改性酚醛树脂25份，酸酐固化剂(甲基六氢苯酐，MHHPA)15份，芳香叔胺固化剂(DMP-30)0.25份，粒度号为800目的多晶金刚石微粉20份，粒度号为1000目的碳化硅微粉10份，粒度号为800目的白刚玉3份，粒度号为1000目的氧化锆3份，粒度号2000目的碳酸钙20份，粒度号1000目的碳纤维粉末5份，直径20nm的碳纳米管2份，KH5601份经过机械搅拌后，通过热压烧结的方式，将上述混合物注入模具中，将尺寸与模具一致的棉布覆盖未完全固化的磨具顶部表面上，从室温升到120℃，保温保压(3MPa压力)8分钟，进行热压烧结，之后再放入烤箱140℃烘烤1小时，得到金刚石树脂结合剂磨片。
[0046] 实施例3
[0047] 按质量份数计，环氧改性酚醛树脂30份，芳香胺类固化剂(DETDA)10份，粒度号为800目的多晶金刚石微粉25份，粒度号为2000目的氧化锆微粉15份，粒度号为1500目的白刚玉5份，粒度号3000目的碳酸钙15份，粒度号2000目的氢氧化镁8份，厚度为8nm的石墨烯纳米片4份，KH5501份经过机械搅拌后，通过热压烧结的方式，将上述混合物注入模具中，将尺寸与模具一致的棉布覆盖未完全固化的磨具顶部表面上，从室温升到130℃，保温保压(4MPa压力)10分钟，进行热压烧结，之后取出磨片再放入烤箱140烘烤1小时，得到金刚石树脂结合剂磨片。
[0048] 实施例4
[0049] 按质量份数计，有机硅改性酚醛树脂35份，低分子量聚酰胺树脂(SF-650)15份，三氟化硼络合物(三氟化硼乙胺)2份，粒度号为1500目的多晶金刚石微粉20份，粒度号为2000目的碳化硅微粉12份，粒度号为2000目的氧化锆4份，粒度号3000目的微米二氧化硅12份，粒度号2000目的空心玻璃微珠10份，粒径为10nm的纳米金刚石2份，NDZ-4011份经过机械搅拌后，通过热压烧结的方式，将上述混合物注入模具中，将尺寸与模具一致的棉布覆盖未完全固化的磨具顶部表面上，从室温升到120℃，保温保压(3MPa压力)10分钟，进行热压烧结，之后取出磨片再放入烤箱150℃烘烤1小时，得到金刚石树脂结合剂磨片。
[0050] 实施例5
[0051] 按质量份数计，聚酰胺改性酚醛树脂25份，碳酸丙烯酯6份，氯化铵2份，粒度号为1500目的多晶金刚石微粉25份，粒度号为3000目的碳化硅微粉10份，粒度号为1500目的氮化硼6份，粒度号3000目的滑石粉15份，粒径为20nm的纳米二氧化硅2份，直径10nm的碳纳米管1份，KH5601份经过机械搅拌后，通过热压烧结的方式，将上述混合物注入模具中，将尺寸与模具一致的棉布覆盖未完全固化的磨具顶部表面上，从室温升到120℃，保温保压(5MPa压力)10分钟，进行热压烧结，之后取出磨片再放入烤箱140℃烘烤1小时，得到金刚石树脂结合剂磨片。
[0052] 实施例6
[0053] 按质量份数计，环氧树脂改性酚醛树脂30份，碳酸丙烯酯5份，氯化铵2份，粒度号为3000目的多晶金刚石微粉20份，粒度号为3000目的碳化硅微粉10份，粒度号为3000目的氮化硼4份，粒度号2000目的碳酸钙10份，粒径为20nm的碳纳米管2份，粒径为8nm的纳米金刚石1份，HY-1011份经过机械搅拌后，通过热压烧结的方式，将上述混合物注入模具中，将尺寸与模具一致的棉布覆盖未完全固化的磨具顶部表面上，从室温升到120℃，保温保压(5MPa压力)5分钟，进行热压烧结，之后取出磨片再放入烤箱140℃烘烤1小时，得到金刚石树脂结合剂磨片。
[0054] 实施例7
[0055] 按质量份数计，环氧树脂改性酚醛树脂35份，碳酸丙烯酯7份，氯化铵2份，粒度号为3000目的多晶金刚石微粉25份，粒度号为5000目的碳化硅微粉8份，粒度号为3000目的碳化锆2份，粒度号为3000目的氮化硼4份，粒度号5000目的碳酸钙15份，粒径为8nm的纳米金刚石1份，厚度为5nm的石墨烯纳米片2份，HY-1011份经过机械搅拌后，通过热压烧结的方式，将上述混合物注入模具中，将尺寸与模具一致的棉布覆盖未完全固化的磨具顶部表面上，从室温升到120℃，保温保压(5MPa压力)5分钟，进行热压烧结，之后取出磨片再放入烤箱140℃烘烤1小时，得到金刚石树脂结合剂磨片。
[0056] 对比例1
[0057] 市售金刚石树脂抛光片，粒度号分别为800目的磨具9片，树脂结合剂为酚醛树脂。
[0058] 对比例2
[0059] 市售金刚石树脂抛光片，粒度号分别为1500目的磨具9片，树脂结合剂为酚醛树脂。
[0060] 对比例3
[0061] 市售金刚石树脂抛光片，粒度号分别为3000目的磨具9片，树脂结合剂为酚醛树脂。
[0062] 为了更好的说明本发明的抛光效果，对实施例和对比例样品进行测试。以灰色大理石为测试地面，以KlindexRockey为抛光设备(重41公斤，转速175～400转/分钟)进行湿磨抛光后，并测量其大理石地面光泽度和清晰度，具体结果见表1。
[0063] 表1实施例和对比例的光泽度和清晰度
[0064] 光泽度 清晰度 表面起雾实施例1 29.4 89.6 无
实施例2 27.9 83.4 无
实施例3 30.7 84.6 无
对比例1 20.8 51.2 有
实施例4 65.9 92.7 无
实施例5 69.1 94.5 无
对比例2 40.2 60.3 有
实施例6 79.6 96.3 无
实施例7 72.3 98.7 无
对比例3 80.5 67.9 无
实施例2 27.9 83.4 无
实施例3 30.7 84.6 无
对比例1 20.8 51.2 有
实施例4 65.9 92.7 无
实施例5 69.1 94.5 无
对比例2 40.2 60.3 有
实施例6 79.6 96.3 无
实施例7 72.3 98.7 无
对比例3 80.5 67.9 无
[0065] 由表1的结果可知，本发明制备的金刚石树脂结合剂磨片较同等粒度的市售金刚石树脂抛光片(不含纳米填料)而言，在用于大理石的抛光中，具有更高的光泽度和清晰度，且不存在表面起雾现象。
[0066] 由以上实施例可知，本发明提供了一种金刚石树脂结合剂磨片及其制备方法和应用，本发明的金刚石树脂结合剂磨片用于大理石抛光，具有抛光效果好、效率高和环保安全等优点。
[0067] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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