close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9205

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 9205
(13) C1
(19)
(46) 2007.04.30
(12)
7
(51) C 09K 3/14,
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНАЯ АБРАЗИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
(21) Номер заявки: a 20040867
(22) 2004.09.15
(43) 2006.04.30
(71) Заявители: Государственное научное
учреждение "Институт порошковой
металлургии"; Государственное научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем
имени В.А.Белого Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Зайцев Александр Леонидович; Осипов Владимир Анатольевич; Стащенюк Михаил Георгиевич; Миронович Галина Александровна (BY)
BY 9205 C1 2007.04.30
C 08J 5/14
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии"; Государственное научное учреждение "Институт
механики металлополимерных систем
имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. - М.: Машиностроение, 1976. - С. 171.
BY 961111, 1998.
SU 948646, 1982.
RU 2057151 C1, 1996.
RU 2164203 C1, 2001.
RU 2210489 C2, 2003.
US 4042559, 1977.
JP 08003542 A, 1996.
(57)
Металлополимерная абразивная композиция, содержащая полимерное связующее и
абразивный наполнитель на основе карбида металла, отличающаяся тем, что в качестве
полимерного связующего содержит резольную фенолоформальдегидную смолу, модифицированную эпоксидным олигомером, в качестве абразивного наполнителя - смесь порошков релита и карбида вольфрама с размером частиц 0,5-300,0 мкм, взятых в объемном
соотношении (2-5) : 1, и дополнительно содержит порошки карбида кремния и оксида
кремния и/или оксида алюминия дисперсностью 0,5-60,0 мкм, при следующем соотношении компонентов, об. ч.:
резольная фенолоформальдегидная смола
3,0-5,5
эпоксидный олигомер
1,0-3,0
смесь релита и карбида вольфрама
3,5-5,5
карбид кремния
0,5-1,5
оксид кремния и/или оксид алюминия
0,3-1,0.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления абразивного инструмента на металлополимерной основе, конкретно, для изготовления абразивного и алмазного инструмента, используемого в камнеобрабатывающей
промышленности и производстве строительных материалов.
Известна пресс-масса на основе жидкого бакелита (5,5-9,7 мас. ч.), пульвербакелита
(11-18,5 мас. ч.), электрокорунда (100 мас. ч.), криолита (5-11 мас. ч.) и аэросила (0,03-
BY 9205 C1 2007.04.30
1,8 мас. ч.), обработанного аминными, карбоксильными органическими соединениями, а
также диэтиленгликоле [1]. Недостатком данной композиции является низкая стойкость,
изготовленного из нее абразивного инструмента при шлифовании природного камня в
водной среде.
Известна абразивная смесь, предназначенная для изготовления абразивного инструмента, которая содержит в об. % 12,5-37,5 эльбора, 40-70 об. % фенопласта и 5-35 об. %
антифрикционного наполнителя, причем фенопласт имеет следующий состав: 20,636 об. % фенолоформальдегидный полимер 3-5 об. % гексаметилентетрамин, 0,4-1 об. %
стеарат кальция, остальное кварцевая мука [2]. Основным недостатком данного материала
является низкая производительность шлифования природного камня.
Известна порошкообразная полимерная композиция для изготовления шлифовальных
кругов следующего состава: фенолформальдегидный новолачный олигомер 100 мас. ч.,
гексаметилентетрамин 6-12 мас. ч., эпоксиноволачная смола - продукт конденсации эпихлоргидрина и о-крезолформальдегидной смолы 10-100 мас. ч., абразивный наполнитель остальное [3]. Недостатком данной композиции является низкая производительность
шлифования природных минералов и строительных материалов на основе керамики и
бетона.
Известна масса для изготовления абразивного инструмента, предназначенного для обработки изделий из мрамора, гранита, керамики и стекла. Масса содержит абразив, связующее, полые частицы (микросферы оксида алюминия) и клеящую добавку в виде
водной эмульсии сополимера эфиров акриловой и метакриловой кислот [4]. Недостатком
данной композиции является низкая износостойкость при шлифовании и полировании
природных материалов в условиях водной смазки. Кроме этого, инструмент, изготовленный на основе этой массы, характеризуется относительной низкой производительностью
шлифования.
Основным недостатком вышеприведенных абразивных материалов на полимерной основе являются низкая стойкость абразивного инструмента при шлифовании природного
камня в водной среде и невозможность одновременного достижения высокой производительности и полирующей способности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту из числа известных аналогов являются абразивный состав, включающий релит и полиамидное связующее [5]. Один из существенных недостатков композиции заключается в относительно
низкой производительности обработки природного камня. На начальной стадии шлифования природного камня, вследствие реализации трибохимического взаимодействия инициированного продуктами трибодеструкции полиамида, происходит быстрый износ
вершин зерен релита и засаливание поверхности композиции продуктами износа. Внедрение мелкодисперсных продуктов изнашивания в относительно мягкую полиамидную
связку приводит к резкому снижению шлифующей способности и к увеличению износостойкости композиции. Кроме этого, в процессе шлифования природного камня данным
составом невозможно получить стабильные характеристики микрогеометрии обрабатываемой поверхности, поскольку они существенно зависят от степени затупления зерен
релита.
Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, - создание металлополимерной абразивной композиции для алмазного инструмента.
Технический результат данного изобретения заключается в повышении стойкости и
полирующей способности алмазного инструмента на основе металлополимерной композиции, а также повышение производительности обработки каменных материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что металлополимерная абразивная композиция, содержащая полимерное связующее и абразивный наполнитель, в качестве полимерного связующего содержит резольную фенолоформальдегидную смолу,
модифицированную эпоксидным олигомером, а в качестве абразивного наполнителя 2
BY 9205 C1 2007.04.30
смесь порошков релита и карбида вольфрама, взятых в объемном соотношении (2-5) : 1, с
размером частиц 0,5-300 мкм, а также вспомогательный наполнитель, состоящий из карбида кремния, оксида кремния и/или алюминия дисперсностью 0,5-60 мкм, при следующем соотношении компонентов, об. ч.:
резольная фенолоформальдегидная смола
3,0-5,5
эпоксидный олигомер
1,0-3,0
смесь релита и карбида вольфрама
3,5-5,5
карбид кремния
0,5-1,5
оксид кремния и/или оксид алюминия
0,3-1,0.
Основным преимуществом разработанной металлополимерной композиции по сравнению с прототипом и аналогами является выгодное сочетание производительности, стойкости и полирующей способности. Существенным отличием металлополимерной абразивной композиции от прототипа является использование модифицированной эпоксидным
олигомером резольной фенолформальдегидной смолы и смеси порошков W2C и WC,
взятых в объемном соотношении (2-5) : 1, имеющих размер частиц основной фракции 0,5300 мкм, а также применения порошков карбида кремния и/или оксидов кремния и
алюминия дисперсностью 0,5-60 мкм. Применение карбидов с основной массой частиц
меньше 0,5 мкм неэффективно вследствие снижения производительности шлифования,
применение же карбидов с размером частиц более 300 мкм может привести к катастрофическому износу металлополимерного материала за счет реализации ударно-механического
изнашивания. Применение оксидного наполнителя с размером частиц более 60 мкм и менее 0,5 мкм приводит к снижению износа материалов сопряжения. Частицы с оксидов с
размером 0,5 мкм и менее вызывают снижение шлифующей способности металлополимерной связки вследствие реализации эффекта механического смазывания (качение с проскальзыванием).
В качестве полимерного связующего, обеспечивающего необходимую износостойкость металлополимерной композиции, используется модифицированная эпоксидным
олигомером резольная фенолформальдегидная смола. При оптимальном содержании
эпоксидного олигомера 1,0-3,0 об. ч. в полимере формируется густосетчатая структура, в
результате чего достигается высокая механическая прочность и повышается его износостойкость. Кроме этого, модифицированная фенолформальдегидная смола характеризуется высокой адгезией к оксидному и карбидному наполнителям, что проявляется в
повышенной производительности шлифования и стойкости связки.
В качестве абразивного наполнителя металлополимерной композиции выбрана механическая смесь порошков релита (карбид вольфрама W2C) и карбида вольфрама WC. При
введении оптимального количества порошков карбидов вольфрама W2C и WC 3,5-5,5 об. ч.,
дисперсностью 0,5-300 мкм при объемном соотношении (2-5) : 1, металлополимерная
композиция характеризуется высокой износостойкостью и обеспечивает повышенную
скорость шлифования природного камня. При содержании карбидов, отличающихся от
экспериментально установленных, металлополимерная композиция обладает низкими
скоростью шлифования и износостойкостью.
Вспомогательный наполнитель, в качестве которого использованы порошки карбида
кремния и/или оксиды кремния и алюминия дисперсностью 0,5-60 мкм, служит для улучшения качества обработки поверхности природного камня. В водной среде при взаимодействии карбида кремния и/или оксидов кремния и алюминия со структурными
составляющими природного камня реализуется режим механохимического изнашивания,
при котором достигается снижение шероховатости поверхности обрабатываемого минерала. Оптимальное содержание карбида кремния и оксидов кремния в заявляемой металлополимерной абразивной композиции составляет 0,5-1,5 и 0,3-1,0 об. ч. соответственно.
Повышенное содержание вспомогательного наполнителя снижает производительность
шлифования, а при содержании меньше оптимального ухудшается качество обработанной
поверхности природного камня.
3
BY 9205 C1 2007.04.30
Металлополимерную композицию готовят следующим образом.
Пример 1.
Готовят механическую смесь абразивного и вспомогательного наполнителей следующего состава, об. ч.:
релит
1,28
карбид вольфрама
0,64
оксид кремния и/или оксид алюминия
0,3
карбид кремния
0,5.
Полимерное связующее, содержащее 5,0 об. ч. резольной фенолоформальдегидной
смолы и 3,0 об. ч. эпоксидного олигомера смешивают с порошкообразными компонентами абразивного и вспомогательного наполнителей. Полученную пресс-массу сушат при
температуре 50-80 °С до высыхания и далее измельчают. Металлополимерный абразивный материал изготавливают по стандартной технологии переработки фенольных прессматериалов в пресс-форме закрытого типа при удельном давлении 100 МПа, температуре
180 ± 5 °С и выдержке 1 мин на 1 мм толщины изделия.
Примеры 2-27.
Металлополимерные составы 2-27 получают по примеру 1, варьируя содержание компонентов в композиции в соответствии с данными, представленными в табл. 1.
Для проведения сравнительных испытаний заявляемой композиции и прототипа изготовлены цилиндрические образцы, которые испытывали на установке торцового трения
по схеме палец-диск в паре с красным гранитом в условиях смазки водой. Скорость относительного скольжения образцов составляла 1,25 м/с, удельная нагрузка 0,75 МПа.
В качестве критериев, по которым оценивались абразивные свойства известной и заявляемой композиции, выбраны: скорость линейного износа контактирующих материалов
и параметры микрогеометрии поверхности красного гранита.
Таблица 1
Составы металлополимерных абразивных композиций, об. ч.
Полимерная связка
Смесь карбидов Оксиды кремния
Карбид
№ примера
вольфрама
и/или алюминия
кремния
ФФС
ЭД
1
5,0
3,0
2,0
0,3
0,5
2
4,2
2,5
3,1
0,4
0,6
3
3,8
2,3
3,9
0,4
0,6
4
3,5
2,1
4,2
0,4
0,6
5
3,3
2,0
4,8
0,4
0,6
6
2,7
1,7
5,7
0,4
0,7
7
1,0
0,6
8,3
0,4
0,7
8
4,3
1,8
3,9
0,4
0,6
9
3,8
2,2
3,9
0,4
0,6
10
3,1
3,0
3,9
0,4
0,6
11
2,4
3,7
3,9
0,4
0,6
12
1,8
4,3
3,9
0,4
0,6
13
4,9
1,2
3,9
0,4
0,6
14
3,4
2,0
3,6
0,6
0,5
15
3,4
2,0
3,6
0,6
0,7
16
3,3
2,0
3,6
0,6
0,9
17
3,3
2,0
3,6
0,6
1,1
18
3,1
2,0
3,6
0,6
1,5
19
3,6
2,2
3,6
0,2
0,3
20
3,5
2,1
3,4
0,4
0,5
21
3,2
2,0
3,0
0,8
1,0
4
BY 9205 C1 2007.04.30
Продолжение таблицы 1
22
3,2
1,8
2,8
1,0
1,3
23
3,5
2,2
3,4
0,2
0,7
24
3,4
2,1
3,3
0,5
0,7
25
3,3
2,05
3,2
0,7
0,7
26
3,2
2,0
3,0
1,0
0,7
27
3,2
2,0
3,0
1,2
0,7
28(прототип)
ПА6 (2 об. части)
W2C (8 об. частей)
29(прототип)
3,0
7,0
Износ материалов определяли методом искусственных баз. Шероховатость поверхности природного камня - на профилографе "Калибр". В качестве характеристики микрогеометрии поверхности выбрано среднее арифметическое отклонение неровностей от
средней линии профиля (ГОСТ 2789-90). Исходная шероховатость поверхности природного камня составляла Ra = 0,3-0,5 мкм, Rz = 0,8-1,5 мкм. Результаты сравнительных испытаний представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты сравнительных испытаний металлополимерных составов
при шлифовании красного гранита в водной среде
Скорость износа
Скорость износа Шероховатость поверхности гра№ примера
композиции, мкм/мин гранита, мкм/мин нита после испытаний Ra, мкм
1
24,8
35
0,11
2
24
30
0,15
3
140
449
0,27
4
150
400
0,26
5
162
350
0,195
6
836
775
0,164
7
1011
620
0,17
8
130
435
0,25
9
115
425
0,226
10
100
389
0,211
11
145
395
0,201
12
285
150
0,295
13
750
30
0,33
14
390
96
0,23
15
343
68
0,195
16
253
37
0,155
17
98
23
0,106
18
35
11
0,051
19
96
232
0,2
20
70
185
0,195
21
30
90
0,097
22
15
87
0,055
23
350
96
0,15
24
223
70
0,104
25
97
35
0,08
26
45
20
0,056
27
35
11
0,051
28(прототип)
32
34
0,22-0,35
29(прототип)
>500
0,35-0,38
5
BY 9205 C1 2007.04.30
Проведенные фрикционные испытания показали, что материал прототипа (составы 28,
29) характеризуется нестабильным износом и низкой производительностью шлифования.
По мере износа режущих граней крупных зерен релита возрастает фактическая площадь
контакта и тепловыделение, за счет которого полиамидное связующее оплавляется, приводя к разрушению материала. Кроме этого, материал прототипа характеризуется низкой
полирующей способностью, что связано с образованием на поверхности гранита тонкой
пленки полимера, выполняющей функцию антифрикционной смазки.
Испытания заявляемой металлополимерной композиции показали, что количественный и качественный состав абразивного наполнителя существенно влияет на процесс
шлифования. Наиболее высокая производительность шлифования достигается при использовании составов 6 и 7. При оптимальном содержании абразивного наполнителя
(примеры 3-5, 8-11) достигается приемлемое соотношение между скоростью износа композиции и производительностью шлифования. При этом скорость износа гранита имеет
умеренную величину в 350-450 мкм/мин, а поверхность характеризуется высоким качеством обработки. Шероховатость поверхности камня после обработки колеблется в пределах Ra = 0,19-0,27 мкм, что свидетельствует о повышенной полирующей способности
композиций по сравнению с прототипом. При низком содержании релита металлополимерная абразивная композиция обладает высоким полирующим действием, а его увеличение приводит к ухудшению качества обработки поверхности.
Количество карбида кремния, а также оксидов кремния и/или алюминия, имеющих
твердость, близкую твердости гранита, влияет на качество обработки поверхности. Частицы оксидов алюминия и карбидов кремния при трении в воде обеспечивают поверхностное выглаживание неровностей, образующихся при микрорезании поверхности гранита
крупными зернами релита. Оптимальное содержание SiC, SiO2 и Al2O3 находится в пределах 0,5-1,5 и 0,3-10 об. частей соответственно (примеры 15-17 и 24-26). При низком наполнении карбидами и/или оксидами кремния полирующий эффект отсутствует, тогда как
превышение концентрации выше 1,0 об. ч. приводит к существенному снижению производительности шлифования.
Для оценки роли объемного соотношения W2C и WC по примеру 1 изготовлены композиции следующего состава полимерное связующее - 5,1 об. ч., смесь W2C и WC - 3,7 об. ч.,
оксидный наполнитель - 0,7 об. ч., карбид кремния - 0,8 об. ч. Результаты испытаний
(табл. 3) показали, что соотношения объемов W2C и WC влияет на характеристики шлифования. Если отношение W2C/WC < 2, то скорость износа гранита снижается более чем в
1,5 раза, а скорость износа абразивной связки и шероховатость поверхности возрастают. С
ростом относительного содержания в композиции релита возрастает производительность
шлифования, но и растет износ металлополимерной связки, а также ухудшается качество
обработки.
Таблица 3
Влияние объемного соотношения карбидной составляющей на износ
металлополимерной композиции, природного камня и шероховатость поверхности
Скорость износа
Шероховатость обрабоОтношение объемов Скорость износа
абразивной
танной поверхности
W2C/WC
гранита, мкм/мин
композиции, мкм/мин
гранита Ra, мкм
1,7
47,4
33
0,08-0,17
2,0
193,0
88
0,05-0,10
3,0
221,0
97
0,24-0,36
4,5
250,8
121
0,15-0,26
7,3
72,3
115
0,32-0,55
6
BY 9205 C1 2007.04.30
Это происходит вследствие выкрошивания из поверхностного слоя композита крупных зерен W2C, что ведет к повышенному износу композита. Накопление в зоне трения
крупных выкрошенных частиц двойного карбида вольфрама может привести к катастрофическому износу металлополимерного материала за счет реализации ударно-механического износа. В этой связи оптимальная зернистость карбидной составляющей ограничена
0,5-300 мкм. Применение карбидов с основной массой частиц меньше 0,5 мкм не эффективно вследствие снижения производительности шлифования.
Заявляемая металлополимерная абразивная композиция по сравнению с прототипом
позволяет в 1,5-3 раза повысить производительность шлифования природного камня,
уменьшить в 1,5-2 раза шероховатость обрабатываемой поверхности и повысить стойкость связки при шлифовании природных камней в водных средах.
Предлагаемая композиция может быть использована в качестве многофункциональной связки, например, для закрепления алмазных элементов инструмента, что позволит
расширить область применения абразивных материалов и алмазного инструмента в инструментальном производстве, в строительной индустрии, в частности при производстве
строительных материалов и камнеобработке.
Источники информации:
1. А.с. СССР 899585, МПК 3 C 08J 5/14, 1982.
2. А.с. СССР 968044, МПК 3 C 08L 61/10, 1982.
3. Патент РФ 2057151, МПК 6 C 08L 61/10 1996.
4. Патент РФ 2164203, МПК 7 B 24D 3/00, 2001.
5. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. - М.: Машиностроение, 1976. - 268 с. (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
123 Кб
Теги
by9205, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа