Абразивно-полимерная композиция для изготовления шлифовального инструмента

Изобретение относится к получению полимерной композиции, применяемой для изготовления эластичного абразивного инструмента, предназначенного для поверхностной финишной обработки изделий сложного профиля, в том числе крупногабаритных. Композиция содержит следующее соотношение компонентов, в мас.%: 64,0-72,0 карбида кремния или электрокорунда, 16,0-18,0 мелкодисперсного мела, 7,8-15,6 олигомерного карбоксилатного дивинильного или дивинилнитрильного каучука, 1,9-3,8 эпоксидиановой смолы ЭД-20, 0,2-0,4 оксида цинка, 0,1-0,2 тиурама Д. Изобретение позволяет повысить прочность получаемых инструментов, улучшить их эксплуатационные свойства, а также уменьшить их себестоимость. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к полимерным композициям для изготовления эластичного абразивного инструмента, предназначенного для поверхностной финишной обработки изделий сложного профиля, в том числе и крупногабаритных.

Известна полимерная композиция по а.с. №821471; МПК С 08 L 63/04; С 08 I 5/14; опубл. 1981 г., содержащая, мас.ч.:

- абразивный наполнитель	38,4-72,4
- эпоксиновалочный блок-сополимер	10,1-38,4
- бутадиен-нитрильный каучук СКН 40	7,9-18,1
- криолит	4,6-14,9
- стеарин	0,3-0,6
- катализатор (отвердитель)	0,05-1,0
- газообразователь	0,8-1,8
- поверхностно-активное вещество	0,3-0,6

Недостатками абразивных изделий, изготовленных на основе этой композиции, являются невысокая эластичность (ε_р≤5%), засаливаемость абразивных кругов, возникновение прижогов связки, а также необходимость использования смазочно-охлаждающих жидкостей при обработке материалов.

Прототипом предлагаемого изобретения является абразивно-полимерная композиция для изготовления полировально-шлифовального инструмента (патент РФ №2045547, МПК С 08 I 5/14, С 08 L 9/00, опубл. 10.10.95; бюл. №28), содержащая, мас.%:

- карбид кремния или электрокорунд	75,0-85,0
- олигомерный карбоксилатный дивинильный
или дивинилнитрильный каучук	11,7-19,7
- эпоксидиановую смолу ЭД-20	2,9-4,9
- оксиды двухвалентных металлов	0,1-0,8
- тиурам Д	0,1-0,2

Инструмент, изготовленный на основе этой композиции, характеризуется, по сравнению с инструментом, изготовленным на основе состава по а.с.№821471, улучшенными эластическими свойствами. Однако его недостатком является повышенное содержание связующего (от 20 до 25% в составах на основе карбида кремния и от 15 до 20% - в составах на основе электрокорунда), обуславливающее высокую себестоимость абразивного инструмента, сравнительно невысокое значение величины коэффициента шлифования, меньшую прочность изделий и склонность к возникновению прижогов из-за налипания связующего на поверхность обрабатываемых материалов.

Снижение же содержания связующего ниже указанных выше значений приводит к увеличению вязкости неотвержденных композиций, что не позволяет использовать для их переработки литьевых способов изготовления абразивных изделий.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в разработке абразивно-полимерной композиции, обеспечивающей изготовление абразивных инструментов, отличающихся от инструментов, изготовленных на основе состава-прототипа, повышенной прочностью, лучшими эксплуатационными свойствами, меньшей себестоимостью.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что предложена абразивно-полимерная композиция, содержащая карбид кремния или электрокорунд, олигомерный дивинильный или дивинилнитрильный каучук, эпоксидную смолу ЭД-20, оксид цинка и тиурам Д, которая дополнительно содержит мелкодисперсный мел при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбид кремния или электрокорунд	64,0-72,0
мелкодисперсный мел	16,0-18,0
олигомерный карбоксилатный дивинильный
или дивинилнитрильный каучук	7,8-15,6
эпоксидиановая смола ЭД-20	1,9-3,8
оксид цинка	0,2-0,4
тиурам Д	0,1-0,2

Карбид кремния или электрокорунд целесообразно вводить в композицию с величиной зерна от 60 до 1250 мкм.

Композиция содержит мелкодисперсный мел с удельной поверхностью от 1,5 до 2,0 м²/г.

Количество и вид абразивного зерна выбирается в зависимости от назначения инструмента. Могут быть использованы, например, зеленый и черный карбид кремния, нормальный и белый электрокорунд, а также их смеси в различных соотношениях. Граничные пределы содержания компонентов определены экспериментально и обусловлены необходимостью создания абразивного инструмента, удовлетворяющего предъявляемым требованиям по комплексу прочностных и эластических свойств, а также требованиям технологического процесса его изготовления. При содержании связующего (включающего в себя каучук, эпоксидиановую смолу и отвердители) менее 10,0% значительно возрастает вязкость массы, что препятствует использованию для изготовления абразивного инструмента технологии свободного литья. При большем чем 20,0% содержании связующего получается инструмент с низким коэффициентом шлифования, что обуславливает увеличение его расхода при эксплуатации.

Соотношение между карбоксилатным каучуком, эпоксидиановой смолой и отвердителями (оксид цинка, тиурам) выбирается экспериментально при оптимальном соотношении вязкости и живучести неотвержденных композиций, температуры и времени отверждения, а также прочности и эластичности готового шлифовального инструмента.

Абразивно-полимерную композицию готовят следующим образом.

Рассчитывают состав композиции, взвешивают компоненты на весах (например, ВЛКТ-500), переносят в смеситель (например, СПУ-2 с одновременной загрузкой до 500 г) в следующей последовательности (с перемешиванием 10 минут после завершения каждой операции):

1. Навески каучука и эпоксидиановой смолы.

2. Половина навески карбида кремния.

3. Навески оксида цинка, тиурама и мела.

4. Оставшуюся часть навески карбида кремния.

Время перемешивания после введения в смеситель всех компонентов - 40-45 минут.

Затем приготовленную массу заливают в форму, на внутреннюю поверхность которой нанесено антиадгезионное покрытие, и помещают в термостат. Время отверждения при температуре 120°С составляет 24 часа, а при температуре 150°С - 15 часов.

Например, для приготовления 500 г состава №1 из приведенной ниже таблицы берем компоненты в следующих количествах:

карбид кремния	- 320 г
мел МТД-2	- 80,0 г
каучук СКД-КТР	- 78,0 г
эпоксидиановая смола ЭД-20	- 19,0 г
оксид цинка	- 2,25 г
тиурам Д	- 0,75 г

Конкретные составы по предлагаемому изобретению и по прототипу, а также свойства и эксплуатационные показатели изготовленных из этих составов шлифовальных кругов, а также стоимость компонентов (в расчете на 1 кг веса изделий) приведены в таблице. Испытания кругов проводились на операции шлифования изделий из латуни Л-62.

При расчете стоимости абразивных кругов принимались следующие цены компонентов, входящих в их состав:

карбид кремния	- 29 руб. 85 коп.
электрокорунд	- 42 руб. 00 коп.
мел МТД-2	- 3 руб. 75 коп.
каучук СКД-КТР	- 346 руб. 90 коп.
каучук СКН-10КТР	- 408 руб. 30 коп.
эпоксидиановая смола ЭД-20	- 94 руб. 90 коп.
ZnO	- 87 руб. 00 коп.
тиурам Д	- 100 руб. 00 коп.

Таблица
Компоненты	Индекс состава
(мас %) и свойства	№1	№1'	№2	№2'	№3	№3'	№4	№4'
Карбид кремния ГОСТ 26327-84	75,0	64,0	80,0	68,0	-	-	-	-
Электрокорунд ГОСТ 3647-71	-	-	-	-	80,0	68,0	85,0	72,0
Мел МТД-2 ТУ 21-020-350-06-92	-	16,0	-	17,0	-	17,0	-	18,0
Каучук СКД-КТР ТУ 00393-86	19,2	15,6	15,6	11,7	-	-	-	-
Каучук СКН-10 КТР ОСТ 003124-86	-	-	-	-	15,6	11,7	11,7	7,8
Эпоксидиановая смола ЭД-20 ГОСТ 10587-84	4,8	3,8	3,8	2,9	3,8	2,85	2,9	1,9
ZnO ГОСТ 10262-73	0,80	0,40	0,45	0,30	0,45	0,30	0,30	0,20
Тиурам Д ГОСТ 740-76	0,20	0,20	0,15	0,10	0,15	0,15	0,10	0,10
η50, Па с	680	700	830	880	730	760	880	930
ρ, г/см3 ГОСТ 267-74	2,06	2,19	2,22	2,36	2,50	2,63	2,76	2,90
σр, мПа ГОСТ 270-75	4,5	5,0	5,1	5,5	3,0	3,5	4,7	5,2
εр, % ГОСТ 270-75	20	18	17	15	24	21	18	16
Шероховатость
Поверхности латуни, мкм
- до обработки	1,50	1,50	1,50	1,50	1,50	1,50	1,50	1,50
- после обработки	0,105	0,97	0,63	0,058	0,095	0,100	0,098	0,075
Стоимость компонентов, Руб. (в расчете на 1 кг изделия)	94,4	78,0	82,1	64,9	101,4	80,1	86,6	64,8
Примечание к таблице.
1. Составы №№1, 2, 3 и 4 (не содержащие мел) - составы-прототипы;
2. Составы №№1', 2', 3' и 4' - предлагаемые составы.

Как видно из данных, приведенных в таблице, вязкость неотвержденных абразивных композиций в предлагаемом техническом решении не превышает 1000 Па с (при температуре их переработки, равной 50-60°С), что позволяет использовать для изготовления абразивного инструмента литьевые способы его производства. При этом себестоимость такого инструмента существенно ниже по сравнению с инструментом, изготовленным на основе состава-прототипа; а его эксплуатационные свойства (характеризуемые величиной шероховатости поверхности обрабатываемого материала) не уступают инструменту, изготовленному из состава-прототипа.

Кроме того, уменьшение содержания связующего приводит к повышению прочностных характеристик абразивных изделий, что позволяет увеличить рабочую скорость вращения инструмента и тем самым повысить производительность труда при его использовании на операции шлифования.

Таким образом, реализация предлагаемого технического решения, заключающегося в введении в абразивные составы мелкодисперсного мела, позволяет снизить себестоимость абразивных изделий и повысить их прочностные характеристики при сохранении на достаточно высоком уровне технологических и эксплуатационных свойств.

1. Абразивно-полимерная композиция для изготовления шлифовального инструмента, включающая карбид кремния или электрокорунд, олигомерный карбоксилатный дивинильный или дивинилнитрильный каучук, эпоксидиановую смолу ЭД-20, оксид цинка и тиурам Д, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит мелкодисперсный мел при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбид кремния или электрокорунд	64,0-72,0
Мелкодисперсный мел	16,0-18,0
Олигомерный карбоксилатный дивинильный
или дивинилнитрильный каучук	7,8-15,6
Эпоксидиановая смола ЭД-20	1,9-3,8
Оксид цинка	0,2-0,4
Тиурам Д	0,1-0,2

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит карбид кремния или электрокорунд с величиной зерна от 60 до 1250 мкм.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит мелкодисперсный мел с удельной поверхностью от 1,5 до 2,0 м²/г.