树脂基磨具及其制备方法与流程

本发明涉及磨具的生产制备领域，具体地，涉及树脂基磨具及其制备方法。

背景技术：

在精密制造和精细加工领域，如：轴承滚珠、多晶硅、单晶硅和手机屏幕抛光等领域中，树脂基磨具是一种常用的抛光器具。因受树脂基体导热率低和长时间热压易烧焦的影响，厚壁树脂基磨具成型硬化过程中普遍存在“夹生”的情况，因而严重影响了厚壁树脂基磨具的运行稳定性和使用寿命。

因此，提供一种能克服厚壁树脂基磨具成型硬化过程中出现“夹生”现象，提高其运行稳定性和使用寿命的树脂基磨具及其制备方法是本发明亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明的目的在于克服现有技术中树脂基磨具，尤其是厚壁树脂基磨具因受树脂基体导热率低和长时间热压易烧焦的影响，厚壁树脂基磨具成型硬化过程中普遍存在“夹生”的情况，因而严重影响了厚壁树脂基磨具的运行稳定性和使用寿命的问题，从而提供一种能克服厚壁树脂基磨具成型硬化过程中出现“夹生”现象，提高其运行稳定性和使用寿命的树脂基磨具及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种树脂基磨具的制备方法，其中，所述制备方法包括：

1)磨料的预分散：将磨料和分散剂混合分散，制得预分散颗粒；

2)预混料的制备：将步骤1)中制得的预分散颗粒、树脂材料和添加剂混合，制得预混料；

3)磨料包覆：将步骤2)中制得的预混料进行微纳米颗粒整形包覆，制得复合颗粒；

4)成型硬化：将步骤3)中制得的复合颗粒进行压制后，进行硬化，制得树脂基磨具。

本发明还提供了一种根据上述所述的制备方法制得的树脂基磨具。

通过上述技术方案，本发明先将磨料和分散剂进行混合分散，制得预分散颗粒，再将上述预分散颗粒、树脂材料和添加剂进行混合，制得预混料，而后将上述预混料进行微纳米颗粒整形包覆后，形成具有“核-壳”结构的球形或近球形复合颗粒，其中，“核”为树脂材料(通常树脂为颗粒状结构)，“壳”为处理后的磨料(即经分散剂混合分散的磨料，即预分散颗粒)和添加剂构成，而后将上述复合颗粒进行压制后并放入炉内进行硬化，在该成型硬化过程中，复合颗粒表面的处理后的磨料(即预分散颗粒)相互接触，形成三维互通的导热网络结构。从而通过形成的三维互通的导热网络结构提高树脂材料的导热能力，使其在成型硬化过程中能够将热量迅速传递到内部，避免制得的树脂基磨具内部出现“夹生”，同时，因预分散颗粒的制备等过程的存在，也能够使得整个制备过程大大缩短混料时间，提高生产效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的一种微纳米颗粒整形包覆设备的结构示意图；

图2是本发明提供的一种复合颗粒的结构示意图。

附图标记说明

1-核2-壳

3-入料口4-出料口

5-循环通道6-转子叶片。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供了一种树脂基磨具的制备方法，其中，所述制备方法包括：

1)磨料的预分散：将磨料和分散剂混合分散，制得预分散颗粒；

2)预混料的制备：将步骤1)中制得的预分散颗粒、树脂材料和添加剂混合，制得预混料；

3)磨料包覆：将步骤2)中制得的预混料进行微纳米颗粒整形包覆，制得复合颗粒；

4)成型硬化：将步骤3)中制得的复合颗粒进行压制后，进行硬化，制得树脂基磨具。

上述设计通过先将磨料和分散剂进行混合分散，制得预分散颗粒，再将上述预分散颗粒、树脂材料和添加剂进行混合，制得预混料，而后将上述预混料进行微纳米颗粒整形包覆后，形成具有“核-壳”结构的球形或近球形复合颗粒，其中，“核”为树脂材料(通常树脂为颗粒状结构)，“壳”为处理后的磨料(即经分散剂混合分散的磨料，即预分散颗粒)和添加剂构成，而后将上述复合颗粒进行压制后并放入炉内进行硬化，在该成型硬化过程中，复合颗粒表面的处理后的磨料(即预分散颗粒)相互接触，形成三维互通的导热网络结构。从而通过形成的三维互通的导热网络结构提高树脂材料的导热能力，使其在成型硬化过程中能够将热量迅速传递到内部，避免制得的树脂基磨具内部出现“夹生”，同时，因预分散颗粒的制备等过程的存在，也能够使得整个制备过程大大缩短混料时间，提高生产效率。

当然，这里的分散剂可以为本领域常规使用的分散剂类型，只要使得其能适应磨料、树脂材料的分散使用即可。本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，在此不多作赘述。

当然，这里的各原料的用量可以根据实际需要进行调节，例如，在本发明的一种优选的实施方式中，相对于100重量份的所述磨料，所述分散剂的用量为10-30重量份，所述树脂材料的用量为1200-1800重量份，所述添加剂的用量为20-60重量份。

步骤1)中的混合分散可以按照本领域合适的方式进行操作，例如，一种优选的实施方式中，步骤1)中的混合分散过程可以为将磨料和分散剂置于高速搅拌机中进行混合分散，当然，这里的高速搅拌机可以按照实际需要进行选择，在此不多作赘述。混合分散的时间可以进一步选择为2-10min，混合分散的温度可以进一步选择为70-90℃。

这里的磨料可以按照常规进行选择，例如，可以为本领域常规使用的天然磨料(例如天然刚玉等)、人造刚玉类磨料或是碳化硅类磨料等，在本发明的一种更为优选的实施方式中，所述磨料可以进一步选自金刚石粉、刚玉粉、立方氮化硼粉、镀镍刚玉粉和氮化硅粉中的一种或多种。

为了进一步提高制得的复合颗粒的后期使用性能和加工性能，所述磨料的粒度可以进一步选择为325-10000目。

同样地，在本发明的一种更为优选的实施方式中，步骤2)中混合可以为置于混料机中混合，且混合时间可以选择为5-30min，混料机的转速可以选择为1200-1700r/min。

进一步优选的实施方式中，为了进一步提高制得的预混料的性能，所述混料机可以进一步选自高速搅拌型混料机。

当然，这里的树脂材料可以选自本领域通常会使用的用于制备树脂基磨具的树脂类型，例如，一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的树脂基磨具的使用性能，所述树脂材料可以选自酚醛树脂和聚酰亚胺树脂。

进一步优选的实施方式中，以所述树脂材料的总重量为基准，所述酚醛树脂的用量为55-60重量％，所述聚酰亚胺树脂的用量为40-45重量％。

为了进一步提高制得的磨具的使用性能，一种更为优选的实施方式中，所述树脂材料的粒度可以进一步选择为50-800目。

这里的添加剂可以按照实际需要进行选择，例如，一种优选的实施方式中，所述添加剂选自铜粉和/或铝粉。当然，这里并不局限于此，本领域技术人员可以按照此基础予以调节，在此不多作赘述。

进一步优选的实施方式中，所述添加剂的粒度可以进一步选择为325-5000目。

步骤3)中的微纳米颗粒整形包覆过程可以按照本领域常规方式进行，例如，步骤3)为将制得的预混料置于微纳米颗粒整形包覆设备中进行处理，例如，这里的微纳米颗粒整形包覆设备的结构可以为如图1所示的微纳米颗粒整形包覆设备，图中箭头方向即为预混料的流向，即从入料口3进料，而后经循环通道5循环至置有转子叶片6的腔体中进行微纳米颗粒整形包覆，而后再通过出料口4进行排料，当然，市售的微纳米颗粒整形包覆设备均可使用，本发明并不局限于图1所示的微纳米颗粒整形包覆设备的结构。通过微纳米颗粒整形包覆过程，进而制得具有“核1-壳2”结构的球形或近球形的复合颗粒。这里复合颗粒的结构如图2所示。

进一步优选的实施方式中，步骤3)中处理过程中微纳米颗粒整形包覆设备的转速可以选择为2000-8000r/min，置于微纳米颗粒整形包覆设备中处理的时间可以选择为5-30min，处理后排料时间可以选择为2-5min。

当然，根据设备的大小和原料用量等因素，每次置于微纳米颗粒整形包覆设备中的预混料的用量可以根据实际进行调节，例如，步骤3)中预混料每次的用量为0.5-5kg。当然，这里每次的用量是指每次置于设备中的用量，不同的设备可以进行用量的不同选择，本发明并不局限于此。

进一步优选的实施方式中，步骤4)中可以为将制得的复合颗粒置于模具中压制后，进行硬化，制得树脂基磨具。当然，这里的压制和硬化过程为按照本领域常规方式进行操作，例如，这里的压制可以为在一定温度下(例如，80-250℃)对置于模具内的复合颗粒予以一定的压力(例如，0.5-10mpa)进行压制，同样地，硬化也可以为置于一定温度(例如，400-450℃)的炉内一段时间(例如，5-6h)进行硬化。这里的压制和硬化均为本领域技术人员能够理解和使用的手段，在此不多作赘述。

本发明还提供了一种根据上述所述的制备方法制得的树脂基磨具。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

首先将200g的2000目金刚石粉和20g的分散剂放入80℃的高速搅拌机中混合5min，制得预分散颗粒，然后将预分散颗粒、40g1000目铜粉、800g酚醛树脂颗粒和600g聚酰亚胺树脂颗粒用高速混合机在1480r/min下预混5min，制得预混料；再将1500g预混料投入微纳米颗粒整形包覆设备中，在3000r/min的转速下处理(即反应)10min，排料3min，制得复合颗粒；然后将复合颗粒在温度为80℃，压力为0.5mpa的条件下成型后，再于400℃的条件下硬化5h，制得厚度为75mm的树脂基磨具a1。最后，将制得的树脂基磨具横切开，发现树脂基磨具a1内部无“夹生”。

实施例2

首先将200g的2000目金刚石粉和20g的分散剂放入80℃的高速搅拌机中混合5min，制得预分散颗粒，然后将预分散颗粒、40g1000目铜粉、800g酚醛树脂颗粒和600g聚酰亚胺树脂颗粒用高速混合机在1480r/min下预混5min，制得预混料；再将1500g预混料投入微纳米颗粒整形包覆设备中，在3000r/min的转速下处理10min，出料(即排料)3min，制得复合颗粒；然后将复合颗粒在温度为250℃，压力为10mpa的条件下成型后，再于450℃的条件下硬化6h，制得厚度为90mm的树脂基磨具a2。最后，将制得的树脂基磨具横切开，发现树脂基磨具a2内部无“夹生”。

实施例3

首先将200g的5000目白刚玉粉和20g的分散剂放入80℃的高速搅拌机中混合5min，制得预分散颗粒，然后将预分散颗粒、40g1000目铝粉、800g酚醛树脂颗粒和600g聚酰亚胺树脂颗粒用高速混合机在1480r/min下预混5min，制得预混料；再将1500g预混料投入微纳米颗粒整形包覆设备中，在3000r/min的转速下处理15min，出料5min，制得复合颗粒；然后将复合颗粒在温度为180℃，压力为5mpa的条件下成型后，再于420℃的条件下硬化5h，制得厚度为90mm的树脂基磨具a3。最后，将制得的磨具横切开，发现树脂基磨具a3内部无“夹生”。

实施例4

按照实施例1的制备方法进行制备，不同的是，分散剂的用量为5g，酚醛树脂的用量为330g，聚酰亚胺树脂的用量为270g，铜粉的用量为10g，投入的预混料为500g，制得树脂基磨具a4。最后，将制得的磨具横切开，发现树脂基磨具a4内部无“夹生”。

对比例1

按照实施例1的制备方法进行制备，不同的是，不加入铜粉，制得树脂基磨具d1。最后，将制得的磨具横切开，发现树脂基磨具d1内部出现“夹生”。

对比例2

按照实施例2的制备方法进行制备，不同的是，将预混料直接进行压制成型，制得树脂基磨具d2。最后，将制得的磨具横切开，发现树脂基磨具d2内部出现“夹生”。

对比例3

按照本领域常规制备树脂基磨具的制备方法进行制备，例如：将200g的2000目金刚石粉、20g的分散剂、40g1000目铜粉、800g酚醛树脂颗粒和600g聚酰亚胺树脂颗粒用混料机混合48h；然后将上述混合后的颗粒在按照实施例1的条件进行成型硬化，制得厚度为75mm的树脂基磨具d3。最后，将制得的树脂基磨具d3横切开，发现树脂基磨具d3内部有厚度约5mm的生料未被硬化。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。