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玻璃纤维在树脂砂轮中的应用(一)  

2012-08-20 15:04:35|  分类: 玻纤类技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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早在1825年,东印度的泰米尔人就开发了天然的树脂砂轮,他们以虫胶及天然树脂作为粘接组分,把金刚砂粘接成专用的工具,这就是人类制造树脂砂轮的雏形。大约在19世纪末,美国化学家Baekeland在实验室内制造成以甲醛和苯酚为原料的酚醛树脂。在1910年成立了贝克莱化学公司,专业生产酚醛树脂。随着石油化工的高速发展,酚醛树脂的原材料一甲醛和苯酚日渐丰富。酚醛树脂由于原料充足,生产便利,与磨料有良好的亲和性。优异的粘结性和耐热耐磨性,并在混料操作中,方便易行。为此,奠定了酚醛树脂作为树脂砂轮主要粘接剂的基础。1916年,树脂砂轮步人了工业化生产,但由于当时增强基村的缺乏,生产的砂轮都属于低速砂轮,即工作速度不大于30m/s。美国的欧文思科宁开发了可用以纺织的玻璃纤维增强基材,并实现了工业化生产。由于玻璃纤维具有的良好抗张强度,以及酚醛树脂的良好亲和性,致使玻璃纤维被引人树脂砂轮作为增强基材。至20世纪40年代,确立了高速树脂砂轮的三大基本原料,即磨料、粘结剂和增强基材。
    树脂砂轮与其他砂轮相比,在抗冲、抗压上有所欠缺。但它更适用于对工件的粗磨和切割。相比而言,树脂砂轮弹性较好,也适用于对工件的超细抛光。树脂砂轮由于移动方便,高速高效,早已在建筑工业、船舶工业、冶金工业、车辆制造、化学工业和石材加工业中被广泛应用。近年来,随着砂轮制造业技术的提高,开发了超薄型的砂轮,把应用的领域进一步拓展,延伸到一些精细的加工领域。如半导体工业。晶片制造业及贵重金属加工业。目前,树脂砂轮的市场占有量已大于陶瓷和橡胶砂轮,正朝着更薄,效率更高,操作速度更快以及专用化程度更细的方向发展。
    一、树脂砂轮的种类
    目前树脂砂轮可分为切割片,角磨片和弹性磨片三类。
    切割片 又可分为平行和钱形两种,用于各种金属和非金属材料的切割,在欧美,切割片的已经应用于公路的维修。树脂切割片的直径范围在25-90mm,厚度在0.5-10mm之间。
    角磨片 主要用于金属材料的表面修整。倒角和去毛刺,也用于石材表面的修整和几何形状的实现。龟磨片的直径范围在100-230mm,厚度在3-8mm。
    弹性磨片(可弯曲软片)这是角磨片的一个变种,由于原料和加工工艺的不同,赋予了该类砂轮在磨削时具有一定的弹性,主要用于金属和非金属的抛光和研磨。其直径范围在100-180mm,厚度在2.5-3.5mm。
    二、树脂砂轮的原料
    树脂砂轮,广义而言也是一种复合材料。基本原料为磨料。粘结剂、玻璃纤维增强基材和合适的添力剂。
    1.磨料
    常用的磨料见表  16-1。

    (1)棕刚玉
    栋刚玉外观为棕褐色,主要化学成分是Al2O3其含量在94.5%-97%,由铝钒土作为主原料,在烟煤和回炉微粉中炼制而成。具有强度高,韧性大,颗粒较锋利。适合于磨削抗张强度高的金属和普通钢材,如普通合金钢,中碳钢和可锻铸铁等。
    (2)白刚玉
    自刚玉是由铝氧粉冶炼而成,它的硬度稍高于棕刚玉,韧性稍差,磨削时易切人工件,自锐性较好,发热量小,不易损伤工件表面,磨削能力强,效率高。因此,它适合磨削硬度转大的钢材,如不锈钢,高碳钢,合金刚等。
    (3)黑刚玉
    黑刚玉是棕刚玉的衍生品种,冶炼方法与棕刚玉类似,外观是黑色。由于Al2O3含量较低,并有较高的Fe2O3 (通常在5%-10%左右),硬度较低但韧性较好,适用于金属制品电,镀前的打磨和粗磨。
    (4)锆刚玉
    锆刚玉为α-Al2O3和ZrO2的其品化合物,由铝钒土,锆英砂和添加物冶炼而成。其特点是硬度略低,韧性大,晶体尺寸较细,耐磨性能好。主要用于重负荷磨削,适合于磨耐热合金钢,钛合金钢和奥氏体不锈钢等。
    (5)铬刚玉
    铬刚玉外观是粉红色,属于白刚玉的衍生品种,其冶炼过程大致与白刚玉相似,只是在冶炼中添加了0.5%-3%的Cr2O3。硬度与白刚玉接近,韧性略高于白刚玉且强度高,磨削性能高,磨削精度高,应用范围与白刚玉相似,尤其适合于各种刀具,量具,仪表零件的精磨。
    (6)单晶钢玉
    单晶钢玉是由单一晶体组成。因其冶炼过程比较复杂,且产生废气和废水,产量较小。具有良好的多棱切削刃,较高的硬度和韧性,磨削性能强,磨削热量小,适用于磨削较硬且韧性好的金属,如不锈钢、高碳钢、高速钢,耐热合金钢及易变形和烧伤的工件。
    (7)绿碳化硅
    绿碳化硅为绿色半透明体,SiC含量在97.5%-99.0%,相对密度为93.18。由石英砂、石油焦炭和添加物冶炼而成。其纯度、硬度、脆性比黑碳化硅略高。适用于加工硬而脆的材料,如光学玻璃、石材、硬质合金以及高速钢,刀具的刃磨,钛合金和轴承钢的研磨和抛光。
    (8)黑碳化硅
    黑碳化硅外观是黑色非透明体,SiC含量在97%-98.5%,相对密度为3.12。冶炼方法与绿碳化硅相似。由于游离碳和Fe2O3含量略多,外观呈黑色。多用于磨削抗张强度低的材料,如有色金属、灰铸铁、玻璃、陶瓷和石材等。
    (9)其他普通磨料
    随着树脂砂轮应用领域的拓展,对磨料的要求也越来越专一。近年来,又涌现出许多新的磨料,如半脆刚玉、锻烧刚玉、高密玉和高铝刚玉等等,为树脂砂轮的专用性提供了广泛的选料范围

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