一种柔性磨具及其制备方法与流程

1.本发明所属ipc分类号为b24d11/00，尤其是涉及一种柔性磨具及其制备方法。

背景技术：

2.柔性磨具是用粘结剂把磨料粘附在可挠曲的基体上面制备得到的磨具，柔性磨具被广泛用于电子、汽车等零部件的表面加工中。
3.专利cn 108188948 a种多层磨粒砂带结构，它包括底布、网布和磨粒层，底布和网布间涂布底胶，其具有磨削效率高，磨粒层不容易脱落的问题，但是其使用的时候添加的树脂增强剂铜粉或铁粉虽然增加了磨削效果，但是其同时也增加了磨料层的硬度，降低了其韧性，在长期受到外力的作用下会产生裂纹。

技术实现要素：

4.一种柔性磨具，包括基材和压合于基材上的磨料层。
5.所述基材为柔性基材，包括但不限于棉纸、棉布、纺布、棉布、纱布，涤棉或其他表面光滑的普通纸、玻璃纤维、塑料薄膜等。
6.所述磨料层的原料包括，按重量份计，磨料50～80份、粘结剂20～45份、孔隙助剂1～10份、触变剂10～25份。
7.优选的，所述磨料层的原料包括，按重量份计，磨料55～65份、粘结剂25～35份、孔隙助剂5～7份、触变剂12～18份。
8.进一步优选的，所述磨料层的原料包括，按重量份计，磨料60份、粘结剂30份、孔隙助剂6份、触变剂15份。
9.磨料在磨料层起到主要研磨剂的作用，在本发明的实施方式中，所述磨料选自单晶刚玉、陶瓷刚玉、高温煅烧棕刚玉、锆刚玉、碳化硅、白刚玉、煅烧刚玉、氧化铈、氧化硅、氧化铝、氮化硅、金刚石、碳化硼中的一种或多种。
10.在一些实施方式中，磨料的平均粒径大于1μm(比如说大于1μm、大于5μm、大于10μm、大于20μm、大于40μm、大于50μm、大于100μm或为20～100μm)。
11.在之前的研究中，发明人以环氧树脂等树脂作为粘结剂，虽然具有较好的研磨性能，但是在制备的时需要先部分固化，然后再压力压合常温固化，制备的时候固化的时间比较长，并且在使用中发现磨料层与基材层的结合力较差。本发明中，在一些实施方式中，所述粘结剂为光固化树脂，所述光固化树脂选自环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、齐聚物丙烯酸树脂中的一种或多种。
12.在一些优选的实施方式中，所述光固化树脂为聚氨酯丙烯酸酯；本发明中，在一些实施方式中，所述聚氨酯丙烯酸树脂的制备原料包括，按重量份计，聚氨酯丙烯酸酯20～50份、环氧丙烯酸酯10～30份、活性稀释剂5～15份、丙烯酸酯单体5～15份、光引发剂1～5份、偶联剂0.1～1份、无机助剂3～10份。
13.进一步优选的，聚氨酯丙烯酸树脂的制备原料包括，按重量份计，聚氨酯丙烯酸酯
30～40份、环氧丙烯酸酯15～20份、活性稀释剂8～12份、丙烯酸酯单体8～12份、光引发剂2～4份、偶联剂0.3～0.5份、无机助剂6～8份。
14.更进一步优选的，聚氨酯丙烯酸树脂的制备原料包括，按重量份计，聚氨酯丙烯酸酯35份、环氧丙烯酸酯18份、活性稀释剂10份、丙烯酸酯单体10份、光引发剂3份、偶联剂0.4份、无机助剂7份。
15.所述聚氨酯丙烯酸酯为聚醚型聚氨酯丙烯酸酯与聚酯型聚氨酯丙烯酸酯的组合，其重量比为(1～5)：1，优选为(2～3)：1，进一步优选为2.5：1。
16.所述聚醚型聚氨酯丙烯酸酯的官能度为2～3。聚醚型聚氨酯丙烯酸酯可通过市售得到，包括但不限于沙多玛的cn972。
17.所述聚酯型聚氨酯丙烯酸酯的可通过市售得到，包括但不限于自沙多玛的cn2203ns、cn2270ns。
18.本发明中使用聚醚型聚氨酯丙烯酸酯与聚酯型聚氨酯丙烯酸酯星湖作用使得耐磨层具有较好力学性能的同时还具有较好很好的耐湿热性能。
19.所述环氧丙烯酸酯为双酚a类环氧丙烯酸酯和/或环氧大豆油丙烯酸树脂，优选用环氧大豆油丙烯酸树脂，比如说博兴的b-106、帝斯曼的agisyn 2020等。
20.发明人发现，在本发明体系中加入环氧丙烯酸酯不但能够更好的增加耐磨层的耐热性，同时还能够增加磨料层与基材的附着力，可能是因为环氧丙烯酸酯的加入能够更好的促进体系的交联，在与磨料、孔隙助剂混合的时候，这种交联结构增强了粘结剂对磨料的把持力，从而更好的增加了体系了模具的磨削性。但是在实验中发现环氧大豆油丙烯酸树脂的加入量不能够过大，当其量过高的时候反而使得磨料层与基材的剥离强度降低，可能是因为环氧大豆油丙烯酸树脂的加入量太多，容易使得胶粘剂的稳定性降低。
21.所述无机助剂为轻质碳酸钙、纳米sio2、氧化硅、硫酸钙晶须。
22.优选的，所述无机助剂为轻质碳酸钙与硫酸钙晶须的组合物，其重量比为1：(4～6)，优选为1：5。
23.所述轻质碳酸钙的平均粒径为10～30μm(优选为20μm)；所述的硫酸钙晶须的平均粒径为1～8μm(优选为3～5μm)。
24.目前市面上很多购买得到的光固化树脂虽然具有较好也能够使得制备模具的过程简单化，但是在使用过程中发现，使用购自的一些光固化树脂作为粘结剂的磨具在使用过程中容易裂横，影响其使用寿命，发明人意外发现，在本发明的光固化树脂体系中添加轻质碳酸钙与硫酸钙晶须能够使得磨具的寿命延长，可能是因为本发明中的磨料和孔隙助剂都属于硬度比较大的材料，在长时间使用过程中粘结剂与磨料、孔隙助剂之间相互作用的时候附着在基材上的磨料层的硬度较大，韧性较低，而在偶联剂的作用下硫酸钙晶须在体系中能够在磨料层和基材之间形成界面膜，在受到外力的作用下，界面膜具有一个应力转移的作用，从而使得磨料层的韧性增加，同时轻质碳酸钙与硫酸钙晶须可能还使得粘结剂在与磨料相互作用的时候能够形成更好的气孔。
25.所述活性稀释剂选自为丙烯酸类活性稀释剂和/或环氧类活性稀释剂。
26.优选的，所述丙烯酸类活性稀释剂选自活性稀释剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙烯酸酯、邻苯二甲酸三丙二醇二丙烯酸酯中的一种；进一步优选的，
所述丙烯酸类活性稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻苯二甲酸三丙二醇二丙烯酸酯的组合，其重量比为1：(2～3)，优选为1：2.5。
27.本发明中的聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯与活性稀释剂相互作用后在紫外光的作用下，体系中的双键快速固化，从而实现与基材的粘结。
28.所述丙烯酸酯单体为四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸羟乙酯的组合，其重量比为1：(2～4)：(1.5～3)，优选为1：3：2。
29.在本发明中，发明人发现使用四氢呋喃丙烯酸酯和丙烯酸异辛酯能够很好的增加磨料层的韧性，但是磨料层自身的耐湿热性能不好，可能是因为四氢呋喃丙烯酸酯和丙烯酸异辛酯不能够较好的相容，但是发明人发现当加入甲基丙烯酸羟乙酯的时候能够更好的增加磨料层的耐湿热性，可能是因为甲基丙烯酸羟乙酯的加入促使三种单体在体系中的互溶性，保证了粘结剂的稳定性。
30.光引发剂选自光引发剂irfacure184、光引发剂darocure 1173、光引发剂irgacure651、光引发剂irfacure 2959光引发剂irfacure 819中的一种或多种。
31.所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂包括但不限于kh-550偶联剂、kh-570偶联剂、kh-560偶联剂等。
32.所述聚氨酯丙烯酸树脂的的制备方法为将聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、无机助剂、活性稀释剂、活性稀释剂、丙烯酸酯单体、光引发剂、偶联剂依次加入双行星动力混合搅拌机内，抽真空至真空度为-0.05～-0.08mpa，于300～600r/min搅拌1～3h，搅拌均匀，出料得到聚氨酯丙烯酸树脂。
33.所述孔隙助剂为空心玻璃微珠和/或分子筛，优选用空心玻璃微珠。
34.所述空心玻璃微珠的平均粒径为80～150μm、壁厚为1～2μm。
35.所述触变剂选自气相白炭黑、有机膨润土、石棉、高岭土中的至少一种。
36.优选的，所述触变剂为气相白炭黑与有机膨润土的组合，其重量比为1：(3～5)，进一步优选为1：4。
37.气相白炭黑与有机膨润土均可通过市售得到，比如说海名斯德谦有机膨润土bentone sd-3、德固赛白碳黑aerosil r805。
38.本发明的第二个方面提供了一种柔性磨具的制备方法，包括以下步骤：
39.(1)将磨料层的原料混和搅拌，得到混料a；
40.(2)将混料a用刮刀涂布到模具中；
41.(3)将涂有原料的模具和基布置于两个胶辊之间压力压合并紫光照固化，最后将模具剥离得到柔性磨具。
42.模具的形状可以根据需要进行选择，比如说半球体，半椭球体，圆锥体，棱锥等。在一些实施方式中，模具的形状为棱锥(比如说三棱锥、四棱锥、五棱锥、六棱锥等)。
43.在一些实施方式中，所述模具的形状为五棱锥，五棱锥的底边长为0.1～1mm、椎体高度为0.1～1mm。
44.在一些实施方式中，步骤(2)中的混料a的涂布量为200～350g/m2。
45.与现有技术相比，本发明至少具有下述有益效果：
46.1.本发明中使用光固化树脂使得柔性磨具的制备方法更简单；
47.2.本发明中的特定的光固化树脂降低了砂轮粘屑几率，并且对工件表面无损伤；
48.3.本发明中的光固化树脂为磨料有较好抓持力，进一步增加了磨削性能；
49.4.本发明中降低了气相白炭黑的使用量，节约了成本，同时还不会影响柔性磨具的性能；
50.5.在本发明中虽然使用了较多硬度高的磨料，但是柔性磨具还是具有较好的韧性，在外力的作用下磨料层不会轻易被损坏，增加了柔性磨具的使用寿命。
具体实施方式
51.实施例1
52.本实施例的第一个方面提供了一种柔性磨具，包括基材和压合于基材上的磨料层；
53.所述磨料层的原料包括，按重量份计，磨料55份、粘结剂25份、孔隙助剂5份、触变剂12份；
54.磨料的平均粒径为20μm；磨料为氮化硅；
55.粘结剂为光固化树脂；光固化树脂为聚氨酯丙烯酸树脂，聚氨酯丙烯酸树脂的制备原料包括，按重量份计，聚氨酯丙烯酸酯30份、环氧丙烯酸酯15份、活性稀释剂8份、丙烯酸酯单体8份、光引发剂2份、偶联剂0.3份、无机助剂6份；聚氨酯丙烯酸酯为聚醚型聚氨酯丙烯酸酯与聚酯型聚氨酯丙烯酸酯的组合，其重量比为2：1；聚醚型聚氨酯丙烯酸酯为沙多玛的cn972；聚酯型聚氨酯丙烯酸酯为沙多玛的cn2203ns；环氧丙烯酸酯为环氧大豆油丙烯酸树脂；环氧大豆油丙烯酸树脂为博兴的b-106；活性稀释剂为丙烯酸类活性稀释剂；丙烯酸类活性稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻苯二甲酸三丙二醇二丙烯酸酯的组合，其重量比为1：2；所述丙烯酸酯单体为四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸羟乙酯的组合，其重量比为1：2：2；光引发剂为光引发剂irfacure184；偶联剂为kh-560偶联剂；所述无机助剂为轻质碳酸钙与硫酸钙晶须的组合物，其重量比为1：4；所述轻质碳酸钙的平均粒径为10μm；所述的硫酸钙晶须的平均粒径为3μm；所述聚氨酯丙烯酸树脂的的制备方法为将聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、无机助剂、活性稀释剂、活性稀释剂、丙烯酸酯单体、光引发剂、偶联剂依次加入双行星动力混合搅拌机内，抽真空至真空度为-0.05mpa，于600r/min搅拌3h，搅拌均匀，出料得到聚氨酯丙烯酸树脂。
56.所述孔隙助剂为空心玻璃微珠；所述空心玻璃微珠的平均粒径为80μm、壁厚为1μm；
57.所述触变剂为气相白炭黑(德固赛白碳黑aerosil r805)与有机膨润土(海名斯德谦有机膨润土bentone sd-3)的组合，其重量比为1：3；
58.本实施例的第二个方面提供了一种柔性磨具的制备方法，包括以下步骤：(1)将磨料层的原料混和搅拌，得到混料a；(2)将混料a用刮刀涂布到模具中(3)将涂有原料的模具和基布置于两个胶辊之间压力压合并紫光照固化，最后将模具剥离得到柔性磨具。
59.模具的形状为五棱锥，五棱锥的底边长为0.4mm、椎体高度为0.4mm；步骤(2)中的混料a的涂布量为200g/m2；基布为经防水处理的x型涤棉混纺布。
60.实施例2
61.本实施例的第一个方面提供了一种柔性磨具，包括基材和压合于基材上的磨料层；
62.所述磨料层的原料包括，按重量份计，磨料65份、粘结剂35份、孔隙助剂7份、触变剂18份；
63.磨料的平均粒径为100μm；磨料为氮化硅；
64.粘结剂为光固化树脂；光固化树脂为聚氨酯丙烯酸树脂，聚氨酯丙烯酸树脂的制备原料包括，按重量份计，聚氨酯丙烯酸酯40份、环氧丙烯酸酯20份、活性稀释剂12份、丙烯酸酯单体12份、光引发剂4份、偶联剂0.5份、无机助剂8份；聚氨酯丙烯酸酯为聚醚型聚氨酯丙烯酸酯与聚酯型聚氨酯丙烯酸酯的组合，其重量比为3：1；聚醚型聚氨酯丙烯酸酯为沙多玛的cn972；聚酯型聚氨酯丙烯酸酯为沙多玛的cn2270ns；环氧丙烯酸酯为环氧大豆油丙烯酸树脂；环氧大豆油丙烯酸树脂为帝斯曼的agisyn 2020；活性稀释剂为丙烯酸类活性稀释剂；丙烯酸类活性稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻苯二甲酸三丙二醇二丙烯酸酯的组合，其重量比为1：3；所述丙烯酸酯单体为四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸羟乙酯的组合，其重量比为1：4：3；光引发剂为光引发剂irfacure184；偶联剂为kh-570偶联剂；所述无机助剂为轻质碳酸钙与硫酸钙晶须的组合物，其重量比为1：6；所述轻质碳酸钙的平均粒径为30μm；所述的硫酸钙晶须的平均粒径为5μm；所述聚氨酯丙烯酸树脂的的制备方法为将聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、无机助剂、活性稀释剂、活性稀释剂、丙烯酸酯单体、光引发剂、偶联剂依次加入双行星动力混合搅拌机内，抽真空至真空度为-0.08mpa，于300r/min搅拌1h，搅拌均匀，出料得到聚氨酯丙烯酸树脂。
65.所述孔隙助剂为空心玻璃微珠；所述空心玻璃微珠的平均粒径为150μm、壁厚为2μm；
66.所述触变剂为气相白炭黑(德固赛白碳黑aerosil r805)与有机膨润土(海名斯德谦有机膨润土bentone sd-3)的组合，其重量比为1：3；
67.本实施例的第二个方面提供了一种柔性磨具的制备方法，包括以下步骤：(1)将磨料层的原料混和搅拌，得到混料a；(2)将混料a用刮刀涂布到模具中；(3)将涂有原料的模具和基布置于两个胶辊之间压力压合并紫光照固化，最后将模具剥离得到柔性磨具。
68.模具的形状为五棱锥，五棱锥的底边长为0.5mm、椎体高度为0.5mm；步骤(2)中的混料a的涂布量为350g/m2；基布为经防水处理的x型涤棉混纺布。
69.实施例3
70.本实施例的第一个方面提供了一种柔性磨具，包括基材和压合于基材上的磨料层；
71.所述磨料层的原料包括，按重量份计，磨料60份、粘结剂30份、孔隙助剂6份、触变剂15份；
72.磨料的平均粒径为100μm；磨料为氮化硅；
73.粘结剂为光固化树脂；光固化树脂为聚氨酯丙烯酸树脂，聚氨酯丙烯酸树脂的制备原料包括，按重量份计，聚氨酯丙烯酸酯35份、环氧丙烯酸酯18份、活性稀释剂10份、丙烯酸酯单体10份、光引发剂3份、偶联剂0.4份、无机助剂7份；聚氨酯丙烯酸酯为聚醚型聚氨酯丙烯酸酯与聚酯型聚氨酯丙烯酸酯的组合，其重量比为2.5：1；聚醚型聚氨酯丙烯酸酯为沙多玛的cn972；聚酯型聚氨酯丙烯酸酯为沙多玛的cn2203ns；环氧丙烯酸酯为环氧大豆油丙烯酸树脂；环氧大豆油丙烯酸树脂为帝斯曼的agisyn 2020；活性稀释剂为丙烯酸类活性稀释剂；丙烯酸类活性稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻苯二甲酸三丙二醇二丙烯酸酯
的组合，其重量比为1：2.5；所述丙烯酸酯单体为四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸羟乙酯的组合，其重量比为1：3：2；光引发剂为光引发剂irfacure184；偶联剂为kh-570偶联剂；所述无机助剂为轻质碳酸钙与硫酸钙晶须的组合物，其重量比为1：5；所述轻质碳酸钙的平均粒径为20μm；所述的硫酸钙晶须的平均粒径为4μm；所述聚氨酯丙烯酸树脂的的制备方法为将聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、无机助剂、活性稀释剂、活性稀释剂、丙烯酸酯单体、光引发剂、偶联剂依次加入双行星动力混合搅拌机内，抽真空至真空度为-0.06mpa，于400r/min搅拌2h，搅拌均匀，出料得到聚氨酯丙烯酸树脂。
74.所述孔隙助剂为空心玻璃微珠；所述空心玻璃微珠的平均粒径为100μm、壁厚为2μm；
75.所述触变剂为气相白炭黑(德固赛白碳黑aerosil r805)与有机膨润土(海名斯德谦有机膨润土bentone sd-3)的组合，其重量比为1：4；
76.本实施例的第二个方面提供了一种柔性磨具的制备方法，包括以下步骤：(1)将磨料层的原料混和搅拌，得到混料a；(2)将混料a用刮刀涂布到模具中；(3)将涂有原料的模具和基布置于两个胶辊之间压力压合并紫光照固化，最后将模具剥离得到柔性磨具。
77.模具的形状为五棱锥，五棱锥的底边长为0.8mm、椎体高度为0.8mm；步骤(2)中的混料a的涂布量为260g/m2；基布为经防水处理的x型涤棉混纺布。
78.实施例4
79.一种柔性磨具和柔性磨具的制备方法，其具体实施方式同实施例3，不同之处在于，聚氨酯丙烯酸树脂的制备原料中无无机助剂。
80.实施例5
81.一种柔性磨具和柔性磨具的制备方法，其具体实施方式同实施例3，不同之处在于，光固化树脂为三木化工生产的sm6201。
82.性能测试
83.磨具试样：分别将实施例1～5中的磨具裁剪成50mm*2400mm的磨具试样。
84.1.磨削测试
85.使用ss175
‑ⅱ‑
w型窄带磨削试验机、磨具试样对304不锈钢条进行磨削；磨削条件为砂带线速度1200m/min、砝码质量6kg。
86.最后记录不锈钢条磨削前后质量的差值为磨削量。
87.2.表面状态
88.测试方法：将磨具试样一端夹持，另外一段用50n的力拉动10min，重复10000次，观察磨具试样的磨料层有无裂纹。
89.测试结果如表1所示：
90.表1
91.

技术特征：

1.一种柔性磨具，包括基材和压合于基材上的磨料层，所述基材为柔性基材，其特征在于，所述磨料层的原料包括，按重量份计，磨料50～80份、粘结剂20～45份、孔隙助剂1～10份、触变剂10～25份。2.根据权利要求1所述的一种柔性磨具，其特征在于，所述磨料选自单晶刚玉、陶瓷刚玉、高温煅烧棕刚玉、锆刚玉、碳化硅、白刚玉、煅烧刚玉、氧化铈、氧化硅、氧化铝、氮化硅、金刚石、碳化硼中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的一种柔性磨具，其特征在于，磨料的平均粒径大于1μm。4.根据权利要求1所述的一种柔性磨具，其特征在于，所述粘结剂为光固化树脂，所述光固化树脂选自环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、齐聚物丙烯酸树脂中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种柔性磨具，其特征在于，所述孔隙助剂为空心玻璃微珠和/或分子筛。6.根据权利要求5所述的一种柔性磨具，其特征在于，所述空心玻璃微珠的平均粒径为80～150μm、壁厚为1～2μm。7.根据权利要求1所述的一种柔性磨具，其特征在于，所述触变剂选自气相白炭黑、有机膨润土、石棉、高岭土中的至少一种。8.根据权利要求4所述的一种柔性磨具，其特征在于，聚氨酯丙烯酸树脂的制备原料包括，按重量份计，聚氨酯丙烯酸酯30～40份、环氧丙烯酸酯15～20份、活性稀释剂8～12份、丙烯酸酯单体8～12份、光引发剂2～4份、偶联剂0.3～0.5份、无机助剂6～8份。9.一种根据权利要求1～8任一项所述的一种柔性磨具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将磨料层的原料混和搅拌，得到混料a；(2)将混料a用刮刀涂布到模具中；(3)将涂有原料的模具和基布置于两个胶辊之间压力压合并紫光照固化，最后将模具剥离得到柔性磨具。10.根据权利要求9所述的一种柔性磨具的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的混料a的涂布量为200～350g/m2。

技术总结

本发明所属IPC分类号为B24D11/00，尤其是涉及一种柔性磨具及其制备方法。柔性磨具，包括基材和压合于基材上的磨料层。所述磨料层的原料包括，按重量份计，磨料50～80份、粘结剂20～45份、孔隙助剂1～10份、触变剂10～25份，其中，粘结剂为光固化树脂，本发明中使用光固化树脂使得柔性磨具的制备方法更简单，并且光固化树脂为磨料有较好抓持力，进一步增加了磨削性能。性能。