技术领域
[0001] 本
发明涉及一种磨料，具体涉及一种新型聚合磨料的制备方法。
背景技术
[0002] 打磨是制造业中一道重要的工序。
铸造塑形、平整外装、除锈
抛光，特别是滚动与摩擦触面低粗糙度加工等都离不开
研磨工艺。现代制造业高速发展，以
钛、镍、铬等稀有金属制成的各种
合金钢被广泛应用。其
表面处理技术和工艺要求越来越高，对被称之为“现代工业
牙齿”的涂附磨具产品不断提出了新要求，如专业化、精细化、高效率、低成本、无污染等。在国外，
砂带磨削经过近五十年的发展，已成为一项较为完整且自成体系的加工技术。从生活用具到航空航天设备，几乎所有的工程材料和机械设备都能加工。因其具有效率高、精
密度好、应用范围广、适应能
力强、使用成本低、操作安全方便等特点而倍受青睐。就市场而言，美、德、日、韩国等发达国家的中高档产品在国际市场上一直占有绝对优势。
[0003] 随着制造业的高速发展，对加工技术也提出了高端要求。就砂带磨削而言，传统的方法是在磨面上植入一种磨料，诸如
碳化
硅、
氧化
铝或其他人造复合磨料如
立方氮化硼等。客观情况是，每一种磨料都有其独自的优点也存在相应的缺点。所以普通砂带的功效就显得比较单一。有时候要完成一种
工件的磨削，必须更换几次不同性能的砂带，才能达到预想的效果。如何应用一条砂带就能完成多道工序的磨削功能，降低物耗能耗与时耗，提高功效降低成本，成了制造业的迫切需求。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，针对以上
现有技术存在的缺点，提出一种新型聚合磨料的制备方法，该制备方法简单易行，制备出的聚合磨料，采用该磨料制备的
砂布使用寿命长，磨削时不宜堵塞。
[0005] 本发明解决以上技术问题的技术方案是：
[0006] 一种新型聚合磨料的制备方法，将复合磨料混合均匀制成磨料微粉然后加入结合剂经粘结、
固化、
粉碎筛分成不同径粒的聚合磨料，具体为：
[0007] (1)将复合磨料搅拌呼和均匀，研磨成磨料微粉；
[0008] (2)向磨料微粉中加入结合剂进行粘结，然后固化；
[0009] (3)对固化后的物料进行粉碎，选择合适的筛网使用
振动筛对粉碎后的物料进行筛分，筛出的大料再次粉碎，直至筛分成所需径粒的聚合磨料。
[0010] 本发明进一步限定的技术方案为：
[0011] 前述新型聚合磨料的制备方法中，复合磨料为立方氮化硼、碳化硅及刚玉磨料的混合物，按
质量比计立方氮化硼：碳化硅：刚玉磨料＝1:35:14。
[0012] 前述新型聚合磨料的制备方法中，刚玉磨料为棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉中的至少一种；碳化硅为黑碳化硅、绿碳化硅、立方碳化硅、铈碳化硅的至少一种。
[0013] 前述新型聚合磨料的制备方法中，复合磨料为磨料和
纳米级抛光材料通过原位技术制成
核壳结构的复合磨料，其中：
[0014] 磨料为SiC与Al2O3的混合物，按质量份数计SiC：Al2O3＝1:2；
[0015] SiC、Al2O3分别为800#-1500#的微粉。
[0016] 前述新型聚合磨料的制备方法中，纳米级抛光材料为SiO2、CeO2、ZnO中的至少一种。
[0017] 技术效果，本发明选择硬度较高的SiC、Al2O3磨料为核，以硬度较低的SiO2、CeO2、ZnO等抛光材料为壳，通过研制的聚
氨酯等与
橡胶物质制备的IPN(互穿
聚合物网络结构)互穿网络结构材料有机结合剂制备“软包硬”无机﹣无机核壳结构聚合磨料，形成“内硬外软”的弹性结构，“软包硬”的磨料可直接用于精密研磨领域的研磨与抛光，可达到“磨抛一体化”的磨削效果，同时进一步将软包硬”的磨料用确当的结合剂聚合、固化，再将固化后的磨抛一体材料
破碎后制备径粒较大的磨料，使用。这种径粒较大的磨料，其研磨抛光效果更佳。
[0018] 前述新型聚合磨料的制备方法中，纳米级抛光材料为纳米氮化
钒/氮化铬
复合粉末。
[0019] 技术效果，本发明将磨料和纳米级抛光材料(如氮化钒/氮化铬)通过原位复合技术制备成“核-壳”结构的“软包硬”复合磨料，再通过结合剂创新产品，经工艺手段粘结、制粒、筛分精制成磨抛一体的聚合磨料，制备的磨料可以根据不同磨削要求，用于不同研磨领域的产品。
[0020] 前述新型聚合磨料的制备方法中，纳米氮化钒/氮化铬复合粉末的具体制备工艺如下：
[0021] (1)取纳米氧化钒、纳米氧化铬、纳米碳质还原剂，将它们置于混料机中，采用干混或湿混，充分混合后，制得混合料；
[0022] 按质量比计纳米氧化钒：纳米氧化铬：纳米碳质还原剂＝1:1:0.5；
[0023] (2)将步骤(1)所得混合料置于干燥箱中，在100-150℃条件下干燥0.5-1h；
[0024] (3)将步骤(2)所得干燥后的混合料置于高温反应炉中，在氮气气氛条件下，在800-900℃、1-2h的条件下进行碳热还原氮化，制得平均粒径<100nm、粒度分布均匀的纳米氮化钒/氮化铬复合粉末。
[0025] 技术效果，氮化钒具有较高的热、化学
稳定性和较强的机械性能，广泛应用于
切削刀具、磨具和结构材料。此外，氮化钒也是一种良好的催化剂，具有较高的催化活性、选择性、良好的稳定性和抗中毒性能。细粒度氮化钒能有效提高催化活性，改善结构材料的韧性。
[0026] 氮化铬具有较高的熔点、硬度和高温强度，以及良好的导热和
导电性能。氮化铬具有良好的物理和机械性能，被认为是比目前应用较广的氮化钛更好的耐磨材料，并且已经成功应用于
活塞环的保护涂层上。氮化铬膜具有硬度高、附着性好、颗粒致密、耐
腐蚀等一系列优良性能。与其它陶瓷膜相比，氮化铬膜在实际应用中具有更好的耐热性。在各种氮化物陶瓷中，氮化铬陶瓷由于其高硬度、
热稳定性能好、适当的热导率而备受关注。而且氮化铬是氮化物中唯一具有反
铁磁性的材料。由于氮化铬具有很多优异的性能,如硬度高、
耐磨性能好、化学稳定性高、耐酸
碱腐蚀性好、高熔点等,使其在
电子工业、磁学、耐高温
结构陶瓷等多方面得到广泛应用。作为一种新
型材料,氮化铬具有广阔的应用前景。
[0027] 本发明将氮化钒与氮化铬复合并纳米化后，
复合材料将综合氮化钒的高热、化学稳定性和强机械性能，以及氮化铬的高熔点、高硬度、较高的高温强度、良好的导热和导电性能。将这种复合材料用于砂布中，纳米氮化钒/氮化铬复合粉末，可作为新型聚合磨料使用并提升目标产品的综合性能，并与其它技术特征如胶粘剂、基材的处理等相结合制备最终的砂布，为了获得性能更高的砂布，延长其使用使用寿命。
[0028] 前述新型聚合磨料的制备方法中，纳米碳质还原剂为纳米碳黑或纳米
活性炭中的任意一种。
[0029] 前述新型聚合磨料的制备方法中，纳米氧化钒为纳米五氧化二钒；纳米氧化铬为纳米三氧化铬。
[0030] 前述新型聚合磨料的制备方法中，结合剂包括等比例混合的甲乙两组份，其中：
[0031] 甲组份按质量份数计包括以下组分：
[0032] E-44环氧
树脂：35-40份，聚氨酯：10-15份，金刚石微粉：1-3份，3,5-二氨基对氯苯
甲酸异丁酯：7-10份；
[0033] 乙组份按质量份数计包括以下组分：
[0034] 黏土：21-23份，
长石：10-14份，硼玻璃：20-25份，
石英：40-45份；
[0035] 制备工艺具体如下：
[0036] (1)甲组份的制备
[0037] 将金刚石微粉过筛，然后将E-44
环氧树脂、聚氨酯以及3,5-二氨基对氯
苯甲酸异丁酯混合均匀，将金刚石微粉与混合物混合均匀，待用；
[0038] (2)乙组份的制备
[0039] 将黏土、长石、硼玻璃及石英混合，研磨后过100-200目筛；
[0040] 将制得的混合料以8℃/min的速率升温到1200-1500℃后熔炼4-5h，然后
水淬；
[0041] 将水淬后的产物在100-110℃下干燥4-7h，研磨，过200目筛，待用；
[0042] (3)结合剂的制备
[0043] 将步骤(1)的产物及步骤(2)的产物混合均匀，然后用压机压制成毛坯，在用
微波烧结炉烧结，制得该结合剂。
[0044] 技术效果，本发明采用有机聚氨酯增韧环氧树脂做结合剂，既具有优异的磨削性，又具有优异的弹性，而且能够起到一定的抛光效果。无机结合剂具有高硬度，良好的耐磨性以及良好的导热性，本发明采用有机结合剂和无机结合剂复合，可以扬长避短，可使产品胶粘剂在原有
基础上显著提高的高弹性等力学性能，提高制成产品的弹性磨削性能、自锐性和排屑性能。
[0045] 本发明的有益效果是：
[0046] 本发明将磨料(如立方氮化硼、碳化硅、氧化铝等)和纳米级抛光材料(如氮化钒/氮化铬)通过原位复合技术制备成“核-壳”结构的“软包硬”复合磨料，再通过结合剂创新产品，经工艺手段粘结、制粒、筛分精制成磨抛一体的聚合磨料。
[0047] 本发明的磨料采用混合而成，出色的机械强度、硬度、高
电阻率和导热性能，扬长避短，多种磨料进行混合，耐磨、耐热性更强，解决磨料与各种磨削要求匹配的研究，进一步提升产品的磨削效率。
[0048] 本发明采用聚合磨料，聚合磨料研磨带具有以下优异性能：(1)内部有足够大的间隙，磨屑能及时脱落不会堵塞，也不会造成高摩擦发热，导致工件
变形或划伤；(2)自锐性好，磨削中已磨钝的磨粒在
离心力的作用下会渐次脱落，新磨粒紧随投入工作，磨削状态始终如一，效率持久而稳定；(3)使用寿命长，聚合磨料砂粒数量多，呈立体状，多层磨料循环作业，不会堵塞，寿命较普通砂带提高几倍或十几倍；(4)磨粒表面包覆了先进的抛光材料，形成“内硬外软”的弹性结构，研磨同时实现柔性抛光。不仅降低工件表面粗糙度与机械损伤率，而且通过引入弹性材料，磨抛过程无气味无粉尘，绿色环保，完全满足
合金钢精密加工技术需求。
具体实施方式
[0050] 本实施例提供一种新型聚合磨料的制备方法，具体为：将复合磨料混合均匀制成磨料微粉然后加入结合剂经粘结、固化(高温固化或
煅烧)、粉碎筛分成不同径粒的聚合磨料，具体为：
[0051] (1)将复合磨料搅拌呼和均匀，研磨成磨料微粉；
[0052] (2)向磨料微粉中加入结合剂进行粘结，然后固化；
[0053] (3)对固化后的物料进行粉碎，选择合适的筛网使用振动筛对粉碎后的物料进行筛分，筛出的大料再次粉碎，直至筛分成所需径粒的聚合磨料。
[0054] 在本实施例中，复合磨料为立方氮化硼、碳化硅及刚玉磨料的混合物，按质量比计立方氮化硼：碳化硅：刚玉磨料＝1:35:14。
[0055] 在本实施例中，刚玉磨料为棕刚玉；碳化硅为黑碳化硅。
[0056] 上述结合剂包括等比例混合的甲乙两组份，其中：
[0057] 甲组份按质量份数计包括以下组分：
[0058] E-44环氧树脂：35份，聚氨酯：10份，金刚石微粉：1份，3,5-二氨基对氯苯甲酸异丁酯：7份；
[0059] 乙组份按质量份数计包括以下组分：
[0060] 黏土：21份，长石：10份，硼玻璃：20份，石英：40份；
[0061] 制备工艺具体如下：
[0062] (1)甲组份的制备
[0063] 将金刚石微粉过筛，然后将E-44环氧树脂、聚氨酯以及3,5-二氨基对氯苯甲酸异丁酯混合均匀，将金刚石微粉与混合物混合均匀，待用；
[0064] (2)乙组份的制备
[0065] 将黏土、长石、硼玻璃及石英混合，研磨后过100目筛；
[0066] 将制得的混合料以8℃/min的速率升温到1200℃后熔炼4h，然后水淬；
[0067] 将水淬后的产物在100℃下干燥4h，研磨，过200目筛，待用；
[0068] (3)结合剂的制备
[0069] 将步骤(1)的产物及步骤(2)的产物混合均匀，然后用压机压制成毛坯，在用微波烧结炉烧结，制得该结合剂。
[0070] 实施例2
[0071] 本实施例提供一种新型聚合磨料的制备方法，具体为：将复合磨料混合均匀制成磨料微粉然后加入结合剂经粘结、煅烧、粉碎筛分成不同径粒的聚合磨料，具体为：
[0072] (1)将复合磨料搅拌呼和均匀，研磨成磨料微粉；
[0073] (2)向磨料微粉中加入结合剂进行粘结，然后固化；
[0074] (3)对固化后的物料进行粉碎，选择合适的筛网使用振动筛对粉碎后的物料进行筛分，筛出的大料再次粉碎，直至筛分成所需径粒的聚合磨料。
[0075] 在本实施例中，复合磨料为磨料和纳米级抛光材料通过原位技术制成核壳结构的复合磨料，其中：
[0076] 磨料为SiC与Al2O3的混合物，按质量份数计SiC：Al2O3＝1:2；
[0077] SiC、Al2O3分别为800#的微粉。
[0078] 在本实施例中，纳米级抛光材料为SiO2、CeO2的混合物。
[0079] 上述结合剂包括等比例混合的甲乙两组份，其中：
[0080] 甲组份按质量份数计包括以下组分：
[0081] E-44环氧树脂：40份，聚氨酯：15份，金刚石微粉：3份，3,5-二氨基对氯苯甲酸异丁酯：10份；
[0082] 乙组份按质量份数计包括以下组分：
[0083] 黏土：23份，长石：14份，硼玻璃：25份，石英：45份；
[0084] 制备工艺具体如下：
[0085] (1)甲组份的制备
[0086] 将金刚石微粉过筛，然后将E-44环氧树脂、聚氨酯以及3,5-二氨基对氯苯甲酸异丁酯混合均匀，将金刚石微粉与混合物混合均匀，待用；
[0087] (2)乙组份的制备
[0088] 将黏土、长石、硼玻璃及石英混合，研磨后过200目筛；
[0089] 将制得的混合料以8℃/min的速率升温到1500℃后熔炼5h，然后水淬；
[0090] 将水淬后的产物在110℃下干燥7h，研磨，过200目筛，待用；
[0091] (3)结合剂的制备
[0092] 将步骤(1)的产物及步骤(2)的产物混合均匀，然后用压机压制成毛坯，在用微波烧结炉烧结，制得该结合剂。
[0093] 实施例3
[0094] 本实施例提供一种新型聚合磨料的制备方法，具体为：将复合磨料混合均匀制成磨料微粉然后加入结合剂经粘结、固化(高温固化或煅烧)、粉碎筛分成不同径粒的聚合磨料，具体为：
[0095] (1)将复合磨料搅拌呼和均匀，研磨成磨料微粉；
[0096] (2)向磨料微粉中加入结合剂进行粘结，然后固化；
[0097] (3)对固化后的物料进行粉碎，选择合适的筛网使用振动筛对粉碎后的物料进行筛分，筛出的大料再次粉碎，直至筛分成所需径粒的聚合磨料。
[0098] 在本实施例中，复合磨料为磨料和纳米级抛光材料通过原位技术制成核壳结构的复合磨料，其中：
[0099] 磨料为SiC与Al2O3的混合物，按质量份数计SiC：Al2O3＝1:2；
[0100] SiC、Al2O3分别为1500#的微粉。
[0101] 在本实施例中，纳米级抛光材料为纳米氮化钒/氮化铬复合粉末。
[0102] 上述纳米氮化钒/氮化铬复合粉末的具体制备工艺如下：
[0103] (1)取纳米氧化钒、纳米氧化铬、纳米碳质还原剂，将它们置于混料机中，采用干混或湿混，充分混合后，制得混合料；
[0104] 按质量比计纳米氧化钒：纳米氧化铬：纳米碳质还原剂＝1:1:0.5；
[0105] (2)将步骤(1)所得混合料置于干燥箱中，在120℃条件下干燥0.8h；
[0106] (3)将步骤(2)所得干燥后的混合料置于高温反应炉中，在氮气气氛条件下，在900℃、2h的条件下进行碳热还原氮化，制得平均粒径<100nm、粒度分布均匀的纳米氮化钒/氮化铬复合粉末。
[0107] 上述纳米碳质还原剂为纳米碳黑。
[0108] 上述纳米氧化钒为纳米五氧化二钒；纳米氧化铬为纳米三氧化铬。
[0109] 上述结合剂包括等比例混合的甲乙两组份，其中：
[0110] 甲组份按质量份数计包括以下组分：
[0111] E-44环氧树脂：38份，聚氨酯：12份，金刚石微粉：2份，3,5-二氨基对氯苯甲酸异丁酯：8份；
[0112] 乙组份按质量份数计包括以下组分：
[0113] 黏土：22份，长石：12份，硼玻璃：23份，石英：42份；
[0114] 制备工艺具体如下：
[0115] (1)甲组份的制备
[0116] 将金刚石微粉过筛，然后将E-44环氧树脂、聚氨酯以及3,5-二氨基对氯苯甲酸异丁酯混合均匀，将金刚石微粉与混合物混合均匀，待用；
[0117] (2)乙组份的制备
[0118] 将黏土、长石、硼玻璃及石英混合，研磨后过150目筛；
[0119] 将制得的混合料以8℃/min的速率升温到1300℃后熔炼5h，然后水淬；
[0120] 将水淬后的产物在108℃下干燥6h，研磨，过200目筛，待用；
[0121] (3)结合剂的制备
[0122] 将步骤(1)的产物及步骤(2)的产物混合均匀，然后用压机压制成毛坯，在用微波烧结炉烧结，制得该结合剂。
[0123] 将本实施例的聚合磨料应用于制备砂带按现有工艺流程：基材-烧毛-水洗-干燥-浸渍-拉伸与高温定型-印制商标-上底胶-静电植砂-烘干-上复胶-隧道式固化-揉曲工艺-检验与分割-
包装入库制得砂带。
[0124] 请国家磨料磨具质量监督检验中心对制备的砂带样品做了多次检验，本发明制备的产品与进口日本产品(NCA J870K)、韩国产品(DEERFOS JA513)的主要性能进行对比检验(见下表1所示)：
[0125] 表1主要技术指标对比
[0126]
[0127] 由表1可见，本发明的磨料不仅内部有足够大的间隙，磨屑能及时脱落不会堵塞，也不会造成高摩擦发热，导致工件变形或划伤；自锐性好，磨削中已磨钝的磨粒在离心力的作用下会渐次脱落，新磨粒紧随投入工作，磨削状态始终如一，效率持久而稳定；使用寿命长，在应用于制备出的砂带，砂带的各个性能也佳，已经达到并部分超过国际先进水平。
[0128] 本发明制备的聚合磨料具有如下出色的优势：
[0129] 聚合磨料砂布自锐性好。由于堆积磨料砂带是由很多粒度一致的磨粒粘结在一起形成的大的适合需要的磨料颗粒，在磨料颗粒中单颗磨料方向各异，磨削过程中每一层都不断有新的磨粒出现，磨削的持续性极好；
[0130] ②磨削时不易堵塞。由于单颗磨料周围有较大的空隙，磨削过程中产生的磨屑可以及时被带走而减少在砂带表面的滞留；
[0131] 应用于砂布产品时使用寿命长。普通砂带是
单层植砂，单位面积上的磨料数量有限；而使用的堆积磨料的有效磨料量则可以大幅提高；同时由于具有立体结构，磨料的使用率也大幅提高。
[0132] ④研磨抛光质量稳定。传统砂带是单层磨粒，在磨削初始、中间及终了状态时，磨削效率明显不一致，因此工件表面质量也常常出现很大差异，Ra值一般表现为前期高后期低；但柔性堆积磨料在磨削前后的磨削能力相对平稳，对工件的冲击力小，Ra值相对平稳，制品表面纹路一致性好。
[0133] ⑤复合材质可以充分利用各种磨料的优越性，是产品在实际应用时保持高效、自锐、抗堵、无烧伤的特性。
[0134] ⑥产品对自动化磨削工具的适应性强。在机械产品高端制造中，自动化水平不断提高，数控磨床应用最多，传统单层砂带在使用过程中因质量效率寿命等
缺陷，更换砂带频繁，费工费时，发挥不了数控磨床的优势，采用本发明的磨料制备的砂带则完全胜任数控磨床的使用，减轻了操作工的劳动强度，提高了效率，降低了能耗。
[0135] 综上所述，本发明聚合磨料应用于砂带磨削效率高、磨粒容屑空间大不易堵塞、磨粒自锐性好、磨削寿命超长、磨削表面质量稳定、适用于自动化设备的使用。
[0136] 本发明产品是现代制造业中在数控设备上对合金钢工件进行精密加工的切削研磨抛光工具，
精度可达到10-0.1um。其系列产品广泛应用于航空
航天器、车辆
船舶、机械设备、化工设备、核电
风电、建材装饰等诸多领域中。
[0137] 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
