本发明涉及一种橡胶结合剂及其制备方法、超硬砂轮及其制备方法，属于磨料磨具技术领域。
背景技术：
超硬材料磨具被广泛的应用于机械加工领域，如汽车、电子、制冷、工具、led等行业的机械加工。超硬材料磨具尤其是金刚石和立方氮化硼固结砂轮，在当前的磨削加工技术中占有主导地位，超硬材料砂轮是在磨料中加入结合剂，经压坯、干燥和焙烧而制成的多孔体。超硬材料砂轮的特性主要是由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定。目前采的超硬材料轮常用的结合剂有金属结合剂、陶瓷结合剂和树脂结合剂等，得到砂轮大都具有较高的硬度，在磨削不锈钢、铝合金、镍合金等软粘材料时，经常会出现粘屑、磨不动、纹路差等现象。针对软粘材料最好的解决方法就是采用更软的固结磨具进行磨削，通过多种材料的对比，发现橡胶属于半有机、半无机的聚合弹性体，是较好的既耐高温，又耐严寒的橡胶，它的耐老化性、电绝缘性也非常好，并且弹性好，具有较强的拉伸强度，制备成砂轮能够缓解砂轮在磨削过程中较大的磨削力和磨削热，能够有效的解决砂轮表面划伤和纹路差等问题，提高工件的表面质量，减少废品率。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种橡胶结合剂，能够有效的解决砂轮表面划伤和纹路差等问题，提高工件的表面质量，减少废品率。
本发明还提供了一种上述橡胶结合剂的制备方法、超硬砂轮及其制备方法。
为了实现以上目的，本发明的橡胶结合剂所采用的技术方案是：
一种橡胶结合剂，由包括以下重量份的原料制成：乙烯基硅橡胶100份、炭黑40～60份、二苯基硅二醇3～6份、硬脂酸锌4～8份和羟基氟硅油2～3份。
本发明的橡胶结合剂采用乙烯基硅橡胶作为主体结构材料，通过炭黑、二苯基硅二醇、硬脂酸锌和羟基氟硅油的配合制成，各原料在限定的比例范围内，相互协同作用，使复配混合物满足结合剂的粘度、强度和硬度等性能要求，其中炭黑提高硫化橡胶的扯断强度、定伸强度、耐磨性等物理机械性能，二苯基硅二醇作为补强剂增强了橡胶的耐热性能和聚合强度，硬脂酸锌改善了橡胶的加工和成型性能，增加了橡胶的可塑性，加速了分子链的断裂，使分子链之间趋于稳定，羟基氟硅油能够防止橡胶在加工、储存或者运输的过程中发生老化现象，同时提升橡胶受热时的粘度。
利用乙烯基硅橡胶的高强度、低硬度等特性，使采用本发明的橡胶结合剂制备得到的砂轮后具有较高的强度、较好的韧性、磨具结构紧密、气孔率小等特点，可用于不锈钢、铝合金、镍合金、工具钢等金属的精磨、抛光和切割等机械加工，所得工件表面质量好，能在金属制品表面磨削出细腻均匀的折射彩纹。本发明的橡胶结合剂，属于半有机、半无机的聚合弹性体，是较好的既耐高温，又耐严寒的橡胶，它的耐老化性、电绝缘性也非常好，且成型温度较低，成型后耐高温、耐酸碱，适用于多种磨料，对磨料把持力好，具有普适性。
本发明橡胶结合剂原料易得，成本低，使用简单、才做方便，易适于工业化生产使用。
优选的，所述的橡胶结合剂由包括以下重量份的原料制成：乙烯基硅橡胶100份、炭黑45份、二苯基硅二醇4份、硬脂酸锌6份和羟基氟硅油2.5份。
优选的，所述橡胶结合剂为粒径不大于10μm的颗粒。
优选的，所述乙烯基硅橡胶为甲基乙烯硅橡胶。
本发明的橡胶结合剂所采用的技术方案为：
一种上述橡胶结合剂的制备方法，包括以下步骤：取配方量的各原料进行混合、混炼，然后静置、粉碎，即得。
本发明的橡胶结合剂的制备方法，以乙烯基硅橡胶作为主体结构材料，通过炭黑、二苯基硅二醇、硬脂酸锌和羟基氟硅酸配合而成，经过混炼是原材料之间能够发生物理化学反应，形成化合物。其中炭黑提高硫化橡胶的扯断强度、定伸强度、耐磨性等物理机械性能，二苯基硅二醇作为补强剂增强了橡胶的耐热性能和聚合强度，硬脂酸锌改善了橡胶的的加工和成型性能，增加了橡胶的可塑性，加速了分子链的断裂，使分子链之间趋于稳定，羟基氟硅油能够防止橡胶在加工、储存或者运输的过程中发生老化现象，同时提升橡胶受热时的粘度。
本发明的新型橡胶结合剂的制备方法，只需将各原料混合、混炼制备，后续经过粉碎即得比传统的树脂结合剂性能优异的橡胶结合剂，并且本发明的橡胶结合剂的制备方法操作简便，易于实现，便于工业化推广应用。
所述混合为在捏合机中捏合。所述捏合机可以采用双轴捏合机。优选的，所述捏合的搅拌速度为40～70r/min，时间为3～5h。
优选的，所述混炼为依次从室温升温至35～45℃保温50～80min，再升温至130～200℃保温20～40min，停止加热。从室温升温至35～45℃的时间为20～40min，从35～45℃升温至130～200℃的时间为100～150min。
混炼的同时还要对体系进行不断搅拌，搅拌速度为40～70r/min。优选的，所述混炼可在捏合机中进行。
优选的，所述静置的时间为20～30h。生胶煮熟后静置使内部分子链发生交联。
优选的，所述粉碎的时间为4～6h。粉碎可以在气流磨中进行。
优选的，还可以将粉碎后得到的物料过筛。进一步优选的，过筛时采用的筛网的目数不大于300目，如可以为300目、1340目等。为了使所得的橡胶结合剂的粒度能够满足需要，可以多次进行细化、过筛。
优选的，采用上述方法制备得到的橡胶结合剂的粒度不超过10μm。
本发明的技术方案还在于：一种采用上述橡胶结合剂的超硬砂轮。
上述超硬砂轮可以采用现有技术中的橡胶结合剂砂轮的制备方法进行制备，也可以采用包括以下步骤的方法制备：将上述橡胶结合剂与磨料、润湿剂混合，在200～300℃压制成型，静置，即得。
所述压制成型是在热压机上按照如下方式进行压制成型：在1.5～2.5mpa下保压100～150s，然后放气3s，再在3.5～4.5mpa下保压250～350s，然后放气5s，再在5～7mpa下保压3000～4000s。
放气就是使热压机上的压板离开磨具。在压制时进行放气可以使内部的反应产生的或压制时聚集的气体排出。
压制成型后的静置的时间为20～30h。静置便于内部大分子链更好的交联和聚合，增强砂轮的强度。静置可以在常温下进行。
优选的，所述磨料为金刚石和绿碳化硅的混合物。所橡胶结合剂、金刚石、绿碳化硅的质量比为100:56:46。所述润湿剂为二甲基甲酰胺。润湿剂能够使磨料和结合剂更好的结合。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
各实施例中在制备超硬砂轮时，所采用的磨料为金刚石和绿碳化硅的混合物，金刚石和绿碳化硅的质量比为56:46，所采用的润湿剂为二甲基甲酰胺。各实施例中在制备砂轮时，所述的放气就是使热压机上的压板离开磨具。
实施例1
本实施例的橡胶结合剂由以下重量份的原料制成：甲基乙烯基硅橡胶100份、炭黑45份、二苯基硅二醇4份、硬脂酸锌6份和羟基氟硅油2.5份。
本实施例的橡胶结合剂的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的各原料放入捏合机，在双轴搅拌速度为56r/min的条件下搅拌5h进行捏合；
2)将捏合后的物料在捏合机中继续以56r/min的双轴搅拌速度进行搅拌，并同时进行混炼，混炼的方法为：用30min的时间将物料从室温升温至40℃，保温60min，再用120min的时间将物料从40℃升温至160℃，保温30min，然后停止保温；
3)将混炼得到的物料静置24h，然后放入气流磨中粉碎5h，最后过300目筛3次，即得。
本实施例的超硬砂轮采用上述橡胶结合剂制备得到，制备方法包括以下步骤：
将上述橡胶结合剂与磨料、润湿剂混合，在热压机上250℃的条件下压制成型，然后将压制成型的砂轮放入烘箱中静置24h，即得；所述橡胶结合剂、磨料和润湿剂的质量比为100:102:12；所述压制成型按照以下条件进行：在2mpa保压120s，然后放气3s，再在4mpa保压300s，放气5s，然后在6mpa保压3600s，最后停止加压。
实施例2
本实施例的橡胶结合剂由以下重量份的原料制成：甲基乙烯基硅橡胶100份、炭黑40份、二苯基硅二醇5份、硬脂酸锌4份和羟基氟硅油3份。
本实施例的橡胶结合剂的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的各原料放入捏合机，在双轴搅拌速度为56r/min的条件下搅拌5h进行捏合；
2)将捏合后的物料在捏合机中继续以56r/min的双轴搅拌速度进行搅拌，并同时进行混炼，混炼的方法为：用30min的时间将物料从室温升温至40℃，保温60min，再用120min的时间将物料从40℃升温至160℃，保温30min，然后停止保温；
3)将混炼得到的物料静置24h，然后放入气流磨中粉碎5h，最后过300目筛3次，即得。
本实施例的超硬砂轮采用上述橡胶结合剂制备得到，制备方法包括以下步骤：
将上述橡胶结合剂与磨料、润湿剂混合，在热压机上250℃的条件下压制成型，然后将压制成型的砂轮放入烘箱中静置24h，即得；所述橡胶结合剂、磨料和润湿剂的质量比为100:102:12；所述压制成型按照以下条件进行：在2mpa保压120s，然后放气3s，再在4mpa保压300s，放气5s，然后在6mpa保压3600s，最后停止加压。
实施例3
本实施例的橡胶结合剂由以下重量份的原料制成：甲基乙烯基硅橡胶100份、炭黑60份、二苯基硅二醇6份、硬脂酸锌8份和羟基氟硅油2份。
本实施例的橡胶结合剂的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的各原料放入捏合机，在双轴搅拌速度为56r/min的条件下搅拌5h进行捏合；
2)将捏合后的物料在捏合机中继续以56r/min的双轴搅拌速度进行搅拌，并同时进行混炼，混炼的方法为：用30min的时间将物料从室温升温至40℃，保温60min，再用120min的时间将物料从40℃升温至160℃，保温30min，然后停止保温；
3)将混炼得到的物料静置24h，然后放入气流磨中粉碎5h，最后过300目筛3次，即得。
本实施例的超硬砂轮采用上述橡胶结合剂制备得到，制备方法包括以下步骤：
将上述橡胶结合剂与磨料、润湿剂混合，在热压机上250℃的条件下压制成型，然后将压制成型的砂轮放入烘箱中静置24h，即得；所述橡胶结合剂、磨料和润湿剂的质量比为100:102:12；所述压制成型按照以下条件进行：在2mpa保压120s，然后放气3s，再在4mpa保压300s，放气5s，然后在6mpa保压3600s，停止加压。
实施例4
本实施例的橡胶结合剂由以下重量份的原料制成：甲基乙烯基硅橡胶100份、炭黑50份、二苯基硅二醇3份、硬脂酸锌5份和羟基氟硅油2.7份。
本实施例的橡胶结合剂的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的各原料放入捏合机，在双轴搅拌速度为40r/min的条件下搅拌4h进行捏合；
2)将捏合后的物料在捏合机中继续以40r/min的双轴搅拌速度进行搅拌，并同时进行混炼，混炼的方法为：用20min的时间将物料从室温升温至35℃，保温80min，再用100min的时间将物料从35℃升温至130℃，保温40min，然后停止保温；
3)将混炼得到的物料静置20h，然后放入气流磨中粉碎4h，最后过300目筛，再重复粉碎、过筛的过程3次，即得。
本实施例的超硬砂轮采用上述橡胶结合剂制备得到，制备方法包括以下步骤：
将上述橡胶结合剂与磨料、润湿剂混合，在热压机上200℃的条件下压制成型，然后将压制成型的砂轮放入烘箱中静置30h，即得；所述橡胶结合剂、磨料和润湿剂的质量比为100:102:12；所述压制成型按照以下条件进行：在1.5mpa保压150s，然后放气3s，再在4.5mpa保压250s，放气5s，然后在7mpa保压3000s，最后停止加压。
实施例5
本实施例的橡胶结合剂由以下重量份的原料制成：甲基乙烯基硅橡胶100份、炭黑55份、二苯基硅二醇5.5份、硬脂酸锌7份和羟基氟硅油2.3份。橡胶结合剂的粒径不大于10μm。
本实施例的橡胶结合剂的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的各原料放入捏合机，在双轴搅拌速度为70r/min的条件下搅拌3h进行捏合；
2)将捏合后的物料在捏合机中继续以70r/min的双轴搅拌速度进行搅拌，并同时进行混炼，混炼的方法为：用30min的时间将物料从室温升温至45℃，保温50min，再用150min的时间将物料从45℃升温至200℃，保温20min，然后停止保温；
3)将混炼得到的物料静置30h，然后放入气流磨中粉碎6h，最后过1340目筛3次，即得。
本实施例的超硬砂轮采用上述橡胶结合剂制备得到，制备方法包括以下步骤：
将上述橡胶结合剂与磨料、润湿剂混合，在热压机上300℃的条件下压制成型，然后将压制成型的砂轮放入烘箱中静置20h，即得；所述橡胶结合剂、磨料和润湿剂的质量比为100:102:12；所述压制成型按照以下条件进行：在2.5mpa保压100s，然后放气3s，再在3.5mpa保压350s，放气5s，然后在5mpa保压4000s，最后停止加压。
实验例
分别在抗拉强度试验机上检测实施例1～5的砂轮的抗拉强度，并通过洛氏硬度计检测各实施例的砂轮的硬度，测试结果见表1。
表1实施例1～5及对比例的砂轮的抗拉强度和硬度
由表1可以看出，该结合剂具有的高强度、低硬度等特性，采用本发明的橡胶结合剂制备得到的砂轮后具有较高的强度、较好的韧性、磨具结构紧密、气孔率小等特点，可用于不锈钢、铝合金、镍合金、工具钢等金属的精磨、抛光和切割等机械加工，所得工件表面质量好。有效解决了陶瓷结合剂磨不动、表面黏盘的问题，提高了磨削效率和磨削质量，降低了成本。