专利名称：一种利用碳纳米管提高树脂磨具性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用碳纳米管提高树脂磨具性能的方法，特别涉及提高树脂磨具本体强 度、抗冲击强度、抗挠曲性及耐磨性能，进而提高树脂磨具面形稳定性及加工精度，延长使 用寿命的方法。
背景技术：
树脂磨具是以树脂为结合剂，加入磨料、填充材料、添加剂等材料，通过配料、混合、 成型(压制成形、浇铸成形、涂附成形)、固化及后修整等过程而制成的，适用不同磨削要求 的一种加工工具。树脂磨具有磨削效率高，磨具自锐性好、不易堵塞、被加丄对象表面不易 烧伤、抛光性能好等优点，是应用最为广泛的磨具。但树脂的特性，决定树脂磨具本体强度、 抗冲击强度、抗挠曲性、耐磨性不佳，造成磨具使用寿命短，面形稳定性差，限制了树脂磨 具的应用。
在树脂磨具中添加玻璃纤维、碳纤维等增强型纤维，提高其本体强度、抗冲击强度、抗 挠曲性、耐磨性，是树脂磨制造的一大进歩。
碳纳米管是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端 基本上都封口)的'维量子材料，它牛.要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴 圆管。由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大， 使碳纳米管具有高模量、高强度，碳纳米管抗拉强度达到50 200GPa,是钢的100倍,密度却 只有钢的1/6，弹性模量可达lTPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理 想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa，碳纳米管是目前可制备出的具有最高比 强度的材料。碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。目前在工业 上常用的增强型纤维中，决定强度的一个关键因素是长径比，即长度和直径之比。目前材料 工程师希望得到的长径比至少是20:1，而碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高 强度纤维材料。另外，碳纳米管传热性能好，耐酸碱，耐高温，具有高的化学和热稳定性， 作为树脂磨具增强型纤维具有明显优势。
碳纳米管作为径向尺寸纳米量级，轴向尺寸微米量级的一维量子材料，极易因范德华力 等因素相互缠绕聚集成团，使其很难与其它材料混合均匀，从而限制了碳纳米管在树脂磨具 中的应用。碳纳米管表面有机化处理后，通过同种电荷相互排斥或位阻效应，使碳纳米管在 混料过程中更易分散均匀。由于碳纳米管具有超强超韧特性和自润滑性能，且碳纳米管以网络和缠绕形态分布于磨 具中，使磨料在摩擦磨损过程中不易脱落拔出，另外表面有机化碳纳米管的有机官能团可以 与树脂发生化学反应，从而改善碳纳米管与树脂结合剂的结合力。目前，将表面有机化碳纳米 管作为增强型纤维添加到树脂磨具的方法在国内外文献中未见报道。
发明内容
根据目前国内外的研究现状和考虑到树脂磨具质量的提高，本发明目的是提出一种简 单、适用、有效提高树脂磨具本体强度、抗冲击强度、抗挠曲性及耐磨性能，进而提高树脂 磨具的面形稳定性及加工精度，延长使用寿命的方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的，按配方将表面经过有机化处理的碳纳米管与 磨料、填充材料、添加剂、树脂粉等材料混合均匀，成型(压制成形、浇铸成形、涂附成形)、 固化、后修整等树脂磨具常规生产工艺实现。
所述碳纳米管为表面经过有机化处理，带有羧基、羟基等官能团的单壁碳纳米管、双壁 碳纳米管和多壁碳纳米管中一种或几种混合。
所述碳纳米管添加量为1-5% (质量比)。含量较低的时候，碳纳米管均匀分散，碳纳米 管表面有机官能团与基体有较好的相容性，并发生一定程度的交联缠绕，形成一种网状结构， 这种结构在外力作用下，可随基体一起移动变形，同时纳米粒子能吸收部分受到的能量，并 将其分散到网状结构中，从而使其强度和韧性都有所增加。但随着填充量的提高，粒子在基 体中发生一定程度的团聚，不但不能起到增强的作用，还会使其强度降低。
所述树脂磨具是选用天然或合成树脂为结合剂，通过配料、混合、成型(压制成形、浇 铸成形、涂附成形)、固化及后修整等过程而制成的，适用不同磨削要求的一种加工工具。
所述树脂磨具所用磨料为金刚石、立方氮化硼、碳化硅、刚玉中的一种或几种混合。
树脂磨具的使用寿命可以通过磨削实验进行鉴定，在同等条件下进行磨削玻璃实验，比 对寿命。
具体实施例方式
下面结合具休实施事例，进一步阐述本发明。应理解为，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明做出的各种改动或修改，这些等价形式仍属于本发明申请所附权利要求书所 限定的范围。
实施例1
按外加羧基化碳纳米管3%，改性酚醛树脂粉22%，铜粉30%，氧化铬10%，氧化铁20%， 碳化硅微粉18%，金刚石粉(粒度120/140，浓度75%)，配粉并混合均匀，冷压成型，分段升温至20(TC,保温固化10小时。与同等工艺条件下未加羧基化碳纳米管树脂磨块相比，磨 块的使用寿命大约可提高11%。 实施例2
按外加羟基化碳纳米管3%,改性酚醛树脂粉22%，铜粉30%，氧化铬10%，氧化铁20%， 碳化硅微粉18%，金刚石粉(粒度120/140，浓度75%)，配粉并混合均匀，冷压成型，分段 升温至20(TC，保温固化10小时。与同等工艺条件下未加羧基化碳纳米管树脂磨块相比，磨 块的使用寿命大约可提高16%。
权利要求
1.一种利用碳纳米管提高树脂磨具性能的方法，树脂磨具中添加表面有机化处理的碳纳米管。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征是所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和 多壁碳纳米管中一种或几种混合。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征是所述碳纳米管表面经有机化处理，带有羧基、羟 基等有机官能团的碳纳米管中一种或几种混合。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征是所述碳纳米管添加量为1-5°/。(质量比)。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征是所述树脂磨具是选用天然或合成树脂为结合剂， 通过配料、混合、成型(压制成形、浇铸成形、涂附成形)、固化及后修整等过程制成的适用 不同磨削要求的一种加工工具。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征是所述树脂磨具所用磨料为金刚石、立方氮化硼、 碳化硅、刚玉中的一种或几种混合。
全文摘要
本发明公开了一种利用碳纳米管提高树脂磨具性能的方法，通过树脂磨具中添加表面经有机化处理的碳纳米管，提高树脂磨具的本体强度、抗冲击强度、抗挠曲性及耐磨性能，进而提高树脂磨具的面形稳定性及加工精度，延长使用寿命。所用碳纳米管表面经有机化处理后带有羧基、羟基等有机官能团，碳纳米管添加量为1-5wt％。添加碳纳米管为羧基化碳纳米管，磨具耐磨性可提高10-15％；添加碳纳米管为羟基化碳纳米管，磨具耐磨性可提高15-20％。
文档编号B24D18/00GK101602191SQ200910094669
公开日2009年12月16日 申请日期2009年6月29日 优先权日2009年6月29日
发明者刘忠祥, 句红兵, 张文艳, 李妹明, 杨俊宏, 立 谭 申请人:云南光电辅料有限公司