论文部分内容阅读
近年来,随着高新技术的发展与应用,人们对产品不仅在应用性能方面的要求有所提升,而且在产品的尺寸精度和表面质量,如外观、光泽亮度等方面也越来越开始受到人们的关注和重视。因此,人们对加工技术方面的要求也越来越高,而传统的树脂磨具结合剂如酚醛树脂、环氧树脂等因其制造工艺复杂、成本高、耐磨削差、且被加工工件的表面质量较差等缺点,逐渐满足不了被加工工件的磨削高要求。同时所采用的传统磨料如金刚石、刚玉、碳化硅等因硬度太大,使其被磨削加工的表面光泽度也已满足不了应用的高要求。因此,为了满足现如今人们对产品尺寸精度和表面质量的高要求,本研究从原料出发,选用胶粘性强、耐磨耗性高、工艺性能及抛光弹性好的不饱和聚酯树脂(UPR)为结合剂,选用矿产资源丰富且硬度较低的氧化镁(MgO)为新型的加工磨料,采用热压成型工艺制备出了新型的MgO/UPR复合树脂磨具,并对其硬度、强度、热稳定性及耐磨性进行研究。
本研究首先对磨料MgO进行表面改性工作,利用表面改性剂硬脂酸钠对MgO磨料进行表面改性研究,以增强无机刚性磨料与树脂基体的界面相容性。采用湿法工艺分别讨论改性剂用量、改性温度、改性反应时间及改性pH值四大主要因素对MgO表面改性效果的影响。通过对各影响因素进行单因素试验和正交优化设计考察,得出四因素对MgO表面改性效果影响的大小顺序依次为:改性剂用量>pH值>改性反应时间>改性温度,并得到了硬脂酸钠对氧化镁改性的最佳工艺条件:改性剂用量10%、改性温度40℃、改性时间30min、pH值10.8,此条件下MgO粉体的亲油化度为62%。且经过在水中的分散情况、FTIR及SEM检测分析可看出,经硬脂酸钠表面修饰处理的MgO粉体表面包覆上了表面改性剂分子,其表面已由亲水性变为疏水性,且其分散性也得到了有效的改善。
其次,为了制备出具有一定强度、硬度及热稳定性能良好的UPR,本研究分别从原料配比、活性稀释单体用量、反应程度的控制等方面考察了其对UPR性能的影响。本文选用对苯二甲酸二甲酯(DMT)、1,2-丙二醇(PG)及顺丁烯二酸酐(MA)为主要合成原料,以苯乙烯(PS)为活性稀释单体,采用熔融缩聚法制备出对苯型UPR,并分别考察了PG用量、DMT与MA的摩尔比、反应酸值和PS用量四个重要影响因素对UPR性能的影响。通过对四因素进行单因素试验考察,对其进行力学性能测试发现,UPR浇注体的拉伸强度和巴氏硬度随PG用量的增加逐渐减小,弯曲强度、冲击强度随之增大;拉伸强度和巴氏硬度随DMT与MA摩尔比的减小而增大,弯曲强度、冲击强度随之减小;拉伸强度和巴氏硬度随反应终点酸值的增大而减小,弯曲强度、冲击强度随之减小;拉伸强度和巴氏硬度随PS用量的增加而增大,弯曲强度、冲击强度随之减小。因此,综合考虑来看,当PG的过量数为5%、DMT:MA=1:2(mol比)、酸值为40、PS用量为35%时,UPR具有较好的强度与硬度。对UPR浇注体的TGA-DTG曲线分析可得,在恒速升温过程中,UPR发生两次明显的燃烧分解,且UPR的热稳定性随PG过量数的增加、反应终点酸值的增大而降低,随着DMT与MA摩尔比的减小、PS用量的增加而提高。因此,综合考虑,当PG过量数为5%、DMT:MA=1:3(mol比)、酸值为30、PS用量为40%时,UPR具有较好的耐热性能。
最后,经过上述对MgO和UPR的分析讨论,以最佳试验工艺为基础,采用改性后的MgO粉体为磨料、以综合性能良好的UPR为粘结剂,考察了不同磨料浓度对MgO/UPR复合树脂磨具硬度、强度、耐热性及磨削性能影响。通过对树脂磨具进行FTIR分析发现,MgO与UPR之间的复合属于一种物理填充,两者之间不存在化学键合。采用动态热机械分析仪(DMA)分析测试表明,当MgO浓度为50%时,树脂磨具既具有较高的常温储能模量E'为630MPa,同时还具有较高的耐热性(Tg为177℃)。对其进行力学性能及洛氏硬度测试结果表明,当MgO浓度为50%时,树脂磨具具有最高的弯曲强度、冲击强度以及洛氏硬度,分别为72.1MPa、20.7KJ/m2和35。磨耗性能测试及其表面形貌表征结果表明,当MgO浓度为50%时,磨具具有相对较低的平均磨耗损失率为0.1318及较强的自清洁能力,且粘结剂UPR对磨料MgO的粘结把持能力也较强。