《超硬材料树脂磨具高温结合剂的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超硬材料树脂磨具高温结合剂的研究（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要：以磨料磨具) 9 - r 具的磨削加工，是机械加工方法中非常重要的一类方法，而且是精密加工和超精加工最基本的和首选的加工方法，在工业上得到广泛的应用。磨料磨具制品的性能优劣与现代工业发展有着密不可分的关系。超硬材料树脂磨具低温固化，生产周期短，所需设备和制造工艺流程简单；这种磨具磨削效率高，自锐性好，不易堵塞，因此被加工对象表面不易烧伤；磨具有一定的弹性，抛光性能好。它主要适合于硬质合金及各种耐磨难加工材料的精磨、半精磨及抛光工序。但是树脂磨具中大量使用的酚醛树脂结合剂耐热性相对较差，磨削过程中放出大量的热会导致树脂分解或软化，使磨料在磨钝前过早的大量脱落，也影响了磨具的磨削效率和工件加
2、工质量。为改善酚醛树脂耐热性不足的缺点，在调阅大量文献资料的基础上，本文提出了关于酚醛树脂及双马来酰皿胺树脂的改性研究思路，合成了两种适用于超硬材料树脂磨具的高温树脂结合剂。首先合成了4 ，4L 二苯甲烷型双马来酰亚胺( B M I ) 4 ，4 一二氨基二苯甲烷( D D M ) 齐聚物，然后在1 1 0 1 2 0 左右与环氧树脂反应合成了B M I D D M E P O X Y 改性树脂。文中选用了E 一4 4 、E 一5 l 及F 一5 1 三种不同的环氧树脂合成此改性树脂。对合成的树脂进行了傅立叶红外光谱分析、拉伸强度、冲击强度及软化点测定、差示热分析法( D T A ) 、熟重分
3、析 2 9 0 ，经水煮l O O h 尉其吸水举 9 0 。1 2 2 双玛来酰驻胺树脂的改性进展双马来酰亚胺( 简称B M I 或双马) 怒以马来激艇胺为滔性端基豹双富能霞纯合物，其通式如下所示。 R l 0 lR ln 嚣 R 久0k J i r k R 2B M I 犟体多为绪磊圈 搴，g 旨肪族B M I 一般其有较低静熔点，而芳褥族B M I的熔点相对较高；常用的B M I 单体，一般不溶于普通有机溶剂，如丙酮、乙醇等，嚣怒涤予二争蘩举酝裴( o M 固、N 筝基虢珞浚翡( N M P ) 簿强扳缝溶翁汹3 。由于B M I 单体邻位两个碳熬的吸电予作用而使双键成为缺电子键，因而B
4、 M I攀俸可逶j 璧双键与= 嚣蒎、酝媵、袭胺、菝蟹基、鬣嚣酸蠢羟萋等含溪浚氢豹化合物进行加成反_ | 盘：同时，也可以与环氯树脂、禽不饱和键化合物及旗他B M I单体发生熬聚反应；在催促裁竣热俸用下也可发黛鑫聚反应。B M I 熬爨讫及蓐嘲化温度繇条件与其结构密切相关。7B M I 攀体本身农邋当戆条锋下霹发生蠡聚，势发生交联爱应，基本爱嶷式如下：0竺一空联强恁舞B M I 固化物结构教密，缺陷少，因而具有拔高的强度和横曩。但同时幽于强健物的交联密度藏、分子链弼馁丈瑟羡其垩瑗爨较大静蕊骥，表现为拣渖击差、断裂伸长率小和断裂韧性低( G 。 1 9 5 ，沸点2 1 7 。C ，南京曙光化工
5、一厂。2 1 2 仪器及设备塑料制品液压机：型号Y 7 1 1 0 0 B ，公称压力1 0 0 0 K N ，大连机械厂：数显直流无级调速搅拌器：型号S x J Q 一1 1 2 0 ，郑州长城工贸公司；电热鼓风干燥箱：型号1 0 1 2 A B S ，北京市光明医疗仪器厂；电热真空干燥箱：型号2 K - - 3 0 A B ，北京中兴伟业仪器有限公司：电加热套：1 0 0 0 m l ，北京中兴伟业仪器有限公司；电子恒温水浴锅：1 0 0 0 m l ，北京中兴伟业仪器有限公司：H C T P l l - 1 0 架盘药物托盘天平：上海精科仪器有限公司；四口烧瓶；球形冷凝器；水银温度计等。
6、2 1 3 双马来酰亚胺二氨基二苯甲烷环氧树脂增韧体系的合成在四口烧瓶中加入一定量的4 , 4 一二氨基二苯甲烷( D D M ) ，通氮气保护油浴缓慢加热至9 0 1 0 0 左右，1 0 l S m i n 后D D M 完全熔融，升温至1 2 0，3 0 r a i n 海努批翔入4 ，毒一二苯翠魏激被骂来蘸致黢( B M I ) ，缣滋搅箨反应定时间，瀛至物料变为棕红色粘稠液体( B M 班) D M ) 。随后加入已称好并预热的环氧树脂，在t 1 0 1 2 0 0 左右搅拌物料，5 1 5 m i n 物料透瞻均匀后，遂速鬻入己预热t 3 0 1 4 0 瓣浇铸禳爨孛，藏入涣箍按一
7、定工艺鞠纯，再经撬械加工即得冲击强度测试用浇铸件标琅试样。倒入铝制平板中，迅速冷却后，粉碎成1 0 0 躁左右的粉末，过筛待用。浇铸终穗；难试稃露豫王基条俦：1 3 0 2 h + 1 5 0 3 h + 1 7 5 3 h 十2 0 0 2 h 十2 2 0 l h ，。2 1 4 超硬誊| 瓣( 金嗣石) 褥骚密其瓣露l 备工艺金刚石树脂磨具“8 ”字块的的制备工艺如下：将金刚石用偶联剂进彳亍表露处理羼，与润湿剂在研钵里充分研匀，然后加入耱蓦粉及务耱辖蘑耪料充分混勾，邈筛，按“8 ”字块体积称取定量静戚型料投入预热并组装好的“8 ”字块模鼠中，置于热聪机工作台上，在一定压力积温度下热燕成型
8、，保激3 0 分钟左右后，卸模，菇置入电热干燥箱中按一定国纯工艺辩滠国凭，鑫然冷茚后取密。压制工慧：压制温度1 5 0 压翻压力2 0 M P a压制时间3 0 r a i n固化工拨：1 5 0 l h + 1 7 5 4 h + 2 0 0 2 h + 2 2 0 1 h“8 ”字块试样形状和尺寸如图2 1 所示。“8 ”警块标准体积为7 2 c m 3 ，袋小骥部的宽为2 2 5m r i l ，熙度为2 2 2I i l r i l 。控 孛强震按下式诗募： P 秽P 。j1 6式中：。抗拉强度，M P a ；P 一“8 ”字块断裂时所受的拉力，N ；r “8 ”字块断1 2 1 面积
9、，栅2 。 丑二卫骚I I l l “图2 1 8 字块试样形状和尺寸F i g u r e2 - 1S h a p ea n ds i z eo f 8 m o d e l2 1 5 结构分析与性能测试1 、红外光谱分析( F T I R )仪器：N I C O L E TD X V 4 傅立叶红外光谱仪，美国N I C O L E T 公司。试样的制备：K B r 压片。2 、差热热重分析( D T A T G )仪器：P C T 一2 型差热分析仪，北京天平仪器厂；测试条件：空气氛围，升温速度：1 09 C m i n 。3 、拉伸强度仪器：C M T 4 5 0 4 电子多功能试验机，
10、甘肃天水三思有限公司。拉伸速度：5 m m m i n 。试样规格：“8 ”字块。4 、冲击强度仪器：C H A R P Y X C T - - 5 0 0 摆锤式冲击试验机，河北承德试验机厂。试样规格：浇注树脂试样按G B T 2 5 7 1 1 9 9 5 执行，无缺1 2 1 试样( 1 2 0 X1 51 0 m m ) ，1 0 蚝摆锤。树脂磨具试样尺寸为1 2 0 2 0 2 0 m m ，跨距7 0 m m ，1 0 k g 摆锤。5 、软化点用环球法按G B T 1 2 0 0 7 6 1 9 8 9 执行。测定时趁热将树脂浇入软化点仪器标准环圈内，趁热用刀片轻压，使其充满无缺
11、，并无气泡，凝固后，用热刀片削去高出环外的试样，使浇铸液面与环圈表面齐平，冷却至室温，将铜环放于金属环架中层两孔中，试样中间各放一钢球，然后浸入烧杯中，在甘油浴中缓慢升温，在电炉上慢慢加热并轻轻转动仪器架进行搅拌，使温度均一。加热速度为每分钟5 C 左右，至接近软化点2 0 “ C 时，加热速度为每分钟1 3 ，直至钢球穿透试样下落接触底层金属档板时，该温度即为软化点。2 2 双马来酰亚胺环氧树脂体系的合成反应原理2 2 1 双马来酰亚胺二氨基二苯甲烷( B M I D D M ) 的合成机理4 ，4 一二苯甲烷型双马来酰亚胺首先与4 , 4 一二氨基二苯甲烷在1 2 0 1 3 0发生M i
12、 c h a e l 加成反应，生成双马来酰亚胺二胺( b i s m a l i e i d e d i a m i n e ) 齐聚物。+ m _ ，c “文) b II = B M I D D MO L I G O M E R双马来酰亚胺( B M I ) 在催化剂的作用下生成烯醇式碳正离子：嘹Oo c 心6 0 旦曲0c 心零一扣。心会O H随后二氨基二苯甲烷上的活泼氢进攻该碳正离子，而烯醇式结构转变为更稳定。妇。D叶D 。A Y的羰基结构。一也- ，c ，w 叱 ，w 也当反应摩尔比为l ：1 时，生成线性的聚酰亚胺一二胺韧性树脂，但主链上引入的大量仲胺基使双马来酰亚胺树脂的耐热性明
13、显下降；当B M I 的含量大于二元胺的比例时，高温时仲胺基可与过量的马来酰亚胺基团反应，形成交联树脂。2 2 2B M I D D M 齐聚物与环氧树脂的反应原理上述反应中当B M I 与D D M 比例接近时生成线性的聚酰亚胺一二胺韧性树脂，端基伯胺基与环氧基团的反应相当于芳香胺类作为环氧树脂的固化剂，反应温度1 2 0 左右。第一步生成的B M I D D M 齐聚物I 中的仲胺基，由于苯环和马来酰亚胺的强大位阻使得仲胺基与过量的马来酰亚胺基团反应比较困难，需要高温才能进行( 1 8 0 ) 。而仲胺与环氧基团的反应在1 5 0 1 6 0 左右就可反应，降低了固化温度，增加反应速度。实
14、际上，B M I D D M E P O X Y 增韧体系的交联固化反应中，既包括B M ID D M 的交联固化反应，还包括环氧树脂的固化反应，同时可能伴随双马来酰亚胺本身的自交联反应，因此B M I D D M 环氧树脂增韧体系的交联固化是一个复杂反应。9洲。位。心D。审。+讪、v p 毒伊。飞6 t 叫p 一“V 鸭。| 1 2 0 。 m 。心。玲9 心。夺。o 。o 。川c 蛩七9 l 冷一1 C 。H 蠢C 。o i _ D 一剁守心C H ，OI I4 , 4 一二苯甲烷型双马来酰亚胺与4 , 4 一二氨基二苯甲烷的M i c h a e l 加成反应产物( B M I D D
15、M 齐聚物) 与环氧基团的反应可以视为环氧树脂的芳香胺类固化剂，但是高分子量的B M I D D M 齐聚物可能并不是环氧树脂合适的固化体系，因为它需要更高的固化温度1 。因此本文试图合成较低分子量的B M I D D M 齐聚物，其中的端胺基和仲胺基具有更高的活性。2 - 3 结果与讨论2 3 1B M I D D M 环氧树脂增韧体系的F T I R 分析当B M I D D M 环氧树脂增韧体系固化时，随着聚合度的增加，表征各基团的吸收峰的强弱会相应的变化，因此可以从红外光谱定性研究环氧基团的固化反应。下图是两种产物的红外光谱。2 0W a v e n u m b e r ( c m 。
16、1 )图2 - 2 B M I D D M 环氧树脂增韧体系的F T I R 谱F i g u r e2 - 2F T I Rs p e c t r ao f B M I D D M E P O X Ym o d i f i e dr e s i n1 一B M I D D Mo l i g o m e r ，2 - - C u r e dB M I D D M E p o x yr e s i n图2 2 为B M I D D M 环氧树脂增韧体系固化前后的F T I R 图谱，由图分析可知，在曲线1 上，1 7 3 6c m 。是酰亚胺环上的C = O 伸缩振动峰，在3 4 0 0c m “ 处的一个宽峰是体系中二N 一“的伸缩振动吸
