CN105592983A - 具有基于磷酸盐的填料的研磨料 - Google Patents

Abstract

热固性粘结的研磨料包含磨粒、热固性粘结剂和任选的其他填料，并且含有基于磷酸盐的添加剂，其中所述基于磷酸盐的添加剂的含量是研磨料的输出混合物的1至10重量％。所述基于磷酸盐的添加剂在研磨料中是均匀分布的。本发明还涉及制备相应的热固性粘结的研磨盘的方法。

Description

具有基于磷酸盐的填料的研磨料

本发明涉及热固性粘结的由磨粒、热固性粘结剂和任选的其他填料组成的研磨料，以及制备相应的热固性粘结的研磨料的方法。

本申请的热固性粘结的研磨料可以是用热固性粘结的研磨盘，但也可以是其他研磨料，例如在基材上的研磨料。

研磨盘基本上由磨粒组成，其通过粘结剂压制成研磨盘。经常使用热固性树脂，特别是酚醛树脂、改性酚醛树脂，例如环氧和/或橡胶改性的酚醛树脂作为粘结剂。此外，研磨盘还可以含有其他填料。它们可以是研磨活性的(例如冷却剂)，并且因此有利于研磨过程或者作用于研磨盘的加固(破裂强度、柔性)。

基材上的研磨料同样基本上由磨粒和粘结剂组成。但是，这种研磨混合物不是被压制成自撑体，而是作为薄层施加在支撑材料(如纸、织物或塑料)上。为此，首先在支撑体上施加作为粘合层使用的粘结剂层。然后，通常在电场的作用下，将磨粒定向地施加在粘合层上。为了加固，之后再将磨粒上铺上第二层粘结剂层。

EP0855948涉及研磨料，如铺有含磷酸盐涂层的研磨盘。在此，所述研磨盘可以是例如用合成树脂粘结的研磨盘，其通常由与粘结剂一起成形为研磨盘的磨粒组成。所述涂层同样由粘结剂组成，在所述粘结剂中溶解有不含氢的无机金属磷酸盐。因此，磷酸盐添加剂只包含在研磨盘的外表面中。所述研磨盘在降低的能量消耗下提供了在金属表面(例如钛)上可用的研磨性能。

DE2324222涉及用陶瓷粘结的研磨盘，其中陶瓷粘结剂含有磷酸盐添加剂。为了降低陶瓷的固化温度，经常在陶瓷中加入磷酸盐。通过在陶瓷粘结剂中加入10至20重量％的碱金属或碱土金属的磷酸盐，会额外地提高磨粒上粘结剂的附着力，以及研磨工具的机械强度。所述研磨盘在高至1280℃的温度下固化。

WO2010/040472A2涉及陶瓷粘结的磨粒块。粘结剂通常含有铝硅酸盐、水玻璃和水。除此之外，粘结剂混合物还可以含有无机磷酸盐和其他研磨助剂或填料。为了制造所述磨粒块，将磨粒和粘结剂混合，其中磨料块的初级颗粒聚集在一起。之后，将磨料块干燥并在高至400℃的温度下固化。

在研磨料工业中普遍公知的是，研磨料特别是研磨盘具有某种老化效应。此种老化效应的原因似乎是研磨盘的材料对水分的吸附作用。在此，根据现今的概念，水分扩散削弱了磨粒和其四周的粘结基体之间的界面，这导致了磨粒轻微的断裂。反应为碱性的粘结剂成分加剧了这一现象，这有利于酚醛树脂基体的分解。此种老化效应严重地影响了传统研磨盘的寿命。

之前的研究(C.Stang；“配方和水分对酚醛树脂粘结的切割研磨盘的寿命的影响；塑料技术教席2009，在RhodiusSchleifwerkzeugeGmbH获得并研究)展示出，研磨盘通常在8至12个月的储存时间后，其在基体中结合的水分达到了与环境的饱和的平衡状态。在根据DIN50016的潮湿交变气候中，其具有14至21天的适应时间。基于标准化的测试方法，仅仅通过此种老化效应就使得研磨盘的平均效果降低至其初始效果的大约40％至50％，其中在初始阶段效果损失明显更强烈，曲线逐渐变平直至饱和点。

在此，所述老化效应似乎相对与所用的树脂体系和磨粒层无关。在拉伸的测试序列中，通过对树脂体系、磨粒层和不同的研磨活性的填料的传统改性不能得到寿命延长或研磨盘的效果保持方面的积极影响。

至今，尝试通过合适的包装预防研磨盘的老化现象，例如将研磨盘密封在塑料膜中。但是，当然只有在包装是封闭的情况下，通过这些才能避免老化效应。如果包装被打开或包装的扩散阻挡层超过了有效的时间，那么老化效应就是不可避免的。可再封口的、扩散密封的包装相对是比较昂贵的。

本发明的目的是提供一种具有更长的寿命和更高的研磨效果的研磨料，而没有制造费用的显著提高而且没有使得所述研磨料的使用更复杂。

此目的通过向之前所述的研磨料中加入基于磷酸盐的添加剂解决。所述基于磷酸盐的添加剂以1至10重量％的浓度包含在研磨料的输出混合物中，并且在研磨料中均匀分布。

在优选的实施方式中，所述基于磷酸盐的添加剂以1至5重量％的浓度包含在输出混合物中，优选的是以大约4重量％的浓度。

在另一优选的实施方式中，相对于在输出混合物中含有的磨粒，所述基于磷酸盐的添加剂的重量含量是2至10重量％，优选是5至7重量％。

优选地，所述基于磷酸盐的添加剂含有碱土金属的磷酸盐，如磷酸镁、磷酸钙、磷酸锶和磷酸钡，磷酸亚铁，磷酸铁，磷酸锰，磷酸铝和磷酸锌，合成的或矿物的磷酸盐，以及它们的混合物。特别优选地，所述基于磷酸盐的添加剂是钙磷酸盐，、如磷酸二钙或它的酸酐、或三斜磷钙石或透钙磷石、磷酸三钙或羟基磷灰石或三磷酸羟基五钙(Ca₅(PO₄)₃OH)、氟磷灰石，磷酸二镁，磷酸三镁，二磷酸镁，或它们的混合物。优选地，所述基于磷酸盐的添加剂是不溶于水的，并且在制备研磨料时不发生化学或物理变化。

本发明的研磨料使用任何热固性树脂作为粘结剂。优选地，使用合成树脂如酚醛树脂或改性的酚醛树脂，例如环氧和/或橡胶改性的酚醛树脂作为粘结剂。

优选地，在研磨料的输出混合物中，粘结剂的含量是1至40重量％，优选是5至30重量％，并且特别优选是10至20重量％。

可以使用钠冰晶石，钾冰晶石，氟化钾铝，硫化铁，硫化锌，硫化锰，氯化锰，硫化铜，黄铜矿，黄铁矿，氧化亚铁，氧化铁，四氧化三铁，石灰，白垩，碳元素的变体如石墨、炭黑、煤，以及它们的混合物作为填料。

至今，在例如食品工业中使用磷酸三钙(TCP)作为酸调节剂、强化剂或分离剂。为了避免对水分敏感的松散材料结块，也可以使用其作为所谓的“喷洒助剂”。其中，所使用的浓度通常在百分比个位的范围内。此外，本领域技术人员公知的是，由于大的粉末颗粒的比表面积(高达70m²/g)，TCP可以在颗粒表面可逆地吸附基于颗粒自身重量高达超过10％的水分。

广泛的实验已经证明，通过加入基于磷酸盐的添加剂，会提高根据本发明的研磨料的寿命和效果。明显的是，磷酸盐添加剂阻止了通过水分的侵入而侵蚀和损害磨粒和粘结剂之间的粘结。

已知的是，例如TCP具有好的水分的吸附能力。但是因为水分通过TCP只可以潜在地或可逆地吸附，所以本领域技术人员并不期待通过添加此种基于磷酸盐的添加剂可以提高通过合成树脂粘结的研磨料的寿命。特别地，并不期待并且至今也没有准确解释的，通过此种方式使得根据本发明的研磨料的研磨性能得到提高。

根据本发明的研磨料的另一优点是，磷酸盐添加剂在研磨料的制备中不发生物理或化学变化。所以可以通过X射线衍射在研磨料的灰化残留物中明确地检测出晶体的磷灰石相。此外，可以通过X射线衍射准确地定量在灰化残留物中磷酸盐的含量，并且因此计算出基础的研磨料组合物的磷酸盐的含量。

本发明的研磨料可以是研磨盘、基材上的研磨料或任意其他研磨料。在此，基材上的研磨料与所使用的研磨料的输出混合物(磨粒、粘结剂、添加剂)的重量的百分比的重量标示有关。其中，基材的重量不算做输出混合物的重量。

此外，本申请的内容还有制备有基于磷酸盐的添加剂的研磨盘的方法，其中所述基于磷酸盐的添加剂以1至10重量％的浓度包含在研磨盘的输出混合物中，并且在研磨料中均匀分布。所述方法包括准备粉末形式的基于磷酸盐的添加剂的步骤，将粉末形式的基于磷酸盐的添加剂与磨粒、粘结剂和任选的其他填料混合的步骤，将输出混合物注入预先为此准备的模具的步骤，加入玻璃织物的步骤，将混合物压制成坯体的步骤，以及固化坯体得到研磨盘的步骤。

优选地，在制备根据本发明的研磨盘的方法中，首先将粉末形式的基于磷酸盐的添加剂与磨粒混合。之后，将此混合物与粘结剂和任选的其他填料混合。通过强力地混合，磷酸盐添加剂在输出混合物中和在完成的研磨盘中都均匀地分布。

通常，根据本发明的在基材上的研磨料的制备就是常规的研磨料在基材上的制备。不过在此要注意的是，在研磨料中的添加剂达到均匀的分布。特别是当磨粒通过静电方式施加在基材上时，为了保证研磨料中的添加剂的均匀分布，将添加剂与粘合层和覆盖层的粘结剂混合可以是有利的。

根据下图，进一步说明本发明的研磨料以及制备其的方法。图有：

图1自动测试下的实施例1和2的研磨盘以及对比盘1的标准化的效果值的图示；

图2手动测试下的图1的研磨盘的标准化的效果值的图示；

图3手动测试下的实施例3的研磨盘和对比盘3的标准化的效果值的图示；

图4手动测试下的实施例4的研磨盘和对比盘1的标准化的效果值的图示。

研磨盘的制备

为了说明根据本发明的研磨料的有利的特性，将对比具有磷酸盐添加剂的研磨盘的研磨效果和传统制备的酚醛树脂研磨盘的研磨效果。在表1中给出研究的研磨盘的概述。

表1：研究的研磨盘

实施例1和2的研磨盘(实验编号13290.1和13290.2)包含至65重量％的具有粒度F46和F60的刚玉磨粒。首先将磨粒与4重量％的细粉状的具有粒径D50(对应3至5μm)的TCP混合。之后向混合物中加入7.5重量％的液态酚醛树脂。然后将此混合物加入具有10.5重量％的粉末形式的酚醛树脂和活性填料(也就是10重量％的冰晶石和3重量％的氟化钾铝)的容器中，并且通过艾里希强力搅拌机强力搅拌30分钟。为了去除大块，将如此制备的颗粒状的输出混合物用2mm筛孔的筛筛选。之后将称重的颗粒分配在模具中，添加玻璃织物、标签和法兰环并压制成胚体。最后将胚体在185℃的高温下共固化18小时。实施例1、2、4和对比例1的研磨盘具有125mm的半径和1mm的厚度。

通过相同的方法制备对比研磨盘1和3，其中此对比盘当然在没有TCP添加剂的情况下制备。换言之，此种盘相应地含有更多填料。

实施例2的研磨盘使用与实施例1的研磨盘相同的组分。但是，实施例2的研磨盘进行制备方法的一些改进。将TCP不是混入磨粒，而是混入由粉末形式的酚醛树脂和活性填料构成的混合物。

通常，如与实施例1的研磨盘相同地制备实施例4的研磨盘。但是，实施例4的研磨盘使用不同的磷酸盐添加剂，也就是磷酸二钙酸酐(CaHPO₄)。DCP酸酐也称为磷酸氢一钙，并且以三斜磷钙石或透钙磷石的自然形式蕴藏。

实施例3和对比例3的研磨盘具有230×1.9mm的尺寸。

对研磨盘的研磨效果的研究

为了分析研磨盘的研磨效果，对研磨盘进行标准化的效果测试，也就是自动测试和手动测试。在此，研磨盘全部通过相同的研磨测试程序。

在自动测试中使用的自动测试仪由以下装置构成，其中角磨机(Flex公司,1400W)装在活动臂上并且活动臂通过马达与固定的进料装置一起上下移动。在此，在下降时，切割大约2至3mm宽的一截钢管(V2A15×15×1.5mm)。在上升以后，通过自动装置补充管，使得在下一次下降时再切割一截钢管。自动测试仪不断测定盘的剩余直径，并且记录切割程序的次数。在研磨盘的剩余直径达到95mm时，自动测试仪停止测试。

在手动测试中，测试人员操作角磨机(Flex公司,1400W)。以之前设定的切割数量切割完整的材料V2A。在此，所述完整的材料(四棱棍V2A，25×25mm)固定装在虎钳上。在此，研磨效果通过对比在测试之前和之后的研磨盘直径测定。在此，平均的盘磨损是研磨效果的量度。

在图1中，展示的是实施例1和2和对比例1的研磨盘在管V2A15×15×1.5mm上的自动测试的结果。

对一部分的研磨盘，研磨测试在制备后立即进行。在这个时间点上，研磨盘的研磨效果是最大的。为了研究水分对研磨效果的影响，将其他部分的研磨盘在环境室中单独悬挂储存，并且施加根据DIN50016的潮湿交变气候。在此种环境室中储存14至21天大约对应研磨盘在普通的中部欧洲气候条件中储存8至12个月。如以上已经讨论的，通过酚醛树脂粘结的研磨盘在经过此储存时间后，与研磨盘材料结合的水分通常达到平衡状态，并且研磨效果达到饱和水平。

在不同的3、7、14和21天的储存时间后，将测试体分别取出并使其同样地经过研磨测试程序。在图1中，展示了标准化的效果值相对储存时间的图示。在制备后立即测试的研磨盘(储存时间：0天)展示出最高的研磨效果。用这种研磨盘可以进行的切割的数量可被标准化为100％。由图1得知，对比研磨盘1的研磨效果(也就是进行的切割的数量)随着储存时间的增加持续地降低，并且在21天的储存时间后接近了大约初始效果的50％的研磨效果。实施例1和2的研磨盘的研磨效果同样随着储存时间的增加而降低。但是，所述测试明确地显示出，与传统方法制备的对比研磨盘1的饱和研磨效果相比，研磨效果的降低的量更小并且在21天的储存时间后达到更高的高于60％的饱和研磨效果。

出人意料地，实施例1的研磨盘展示出其他有利的效果。实施例1的研磨盘具有相比对比研磨盘1更高的初始研磨效果。实施例1的在制备后立即测试的研磨盘在达到95mm的剩余直径前经受了237次切割。相对地，对比研磨盘1只可能实现208次切割。这说明根据本发明的研磨盘相比于对比研磨盘1有大约14％的效果提升。

来自上述实施例1(实验编号：13290.3)的重复试验的研磨盘在自动测试中展示出在管V2A15×15×1.5mm上具有241次切割的初始效果。为了研究饱和研磨效果，将此盘放置在环境室中69天(2个月又1周)。即使在如此长时间暴露在交变气候中以后，标准化的剩余效果仍旧有原始效果的59％(在管V2A15×15×1.5mm上在自动测试中具有141次切割)。这展示出，放置在交变气候中21天后的研磨效果的确是饱和研磨效果，并且即使在较长的停留时间后仍旧没有出现由于储存条件的研磨效果的明显变化。

令人感兴趣的是，实施例2的研磨盘只能进行189次切割。也就是说，实施例2的研磨盘的初始效果比传统的盘的初始效果低10％。明显地，其原因在于制备研磨盘时加入TCP添加剂的方式。尽管实施例1和2的研磨盘分别具有相比传统的研磨盘改善的效果保持性能，但只有实施例1的研磨盘提供更高的初始效果的额外优点。

图2展示了图1的研磨盘在完整的材料V2A25×25mm上的标准化的效果值。在此测试中，分别进行10次切割，之后测定研磨盘的剩余直径。结果定性地与图1描述的自动测试的结果相符。在手动测试中也展示出，实施例1和2的研磨盘的研磨效果基本上高于对比研磨盘1的研磨效果。特别地，21天储存后的结果展示出，对比研磨盘1的饱和研磨效果大约为小于50％，相反地，实施例1和2的研磨盘的饱和研磨效果始终具有大约初始效果60％的值。

在手动测试中有些摇摆的结果可能是由于研磨盘从环境室中取出的时间点。因为(特别是)在储存时间少于21天时，可能还没有达到水分吸收的饱和，所以在此研磨效果可能被在取出研磨盘时占多数的水分影响。此外，也必须考虑到测试人员的状态。

在图3的图示中描述了实施例3的研磨盘和对比研磨盘3的研磨性能的结果。在此测试中，测定了根据在完整的材料V2A25×25mm上的手动测试的研磨盘的效果和老化。在此，每个研磨盘进行20次切割，并通过测量测试之前和之后的盘直径测定盘的磨损。结果也再次显示出TCP添加剂对研磨盘的效果保持的积极的影响。此外，对比盘3在21天的储存后只可以再进行19次切割，剩余直径不允许在完整的材料V2A25×25mm上再切割。如在图3中描述的，在关注缺少的切割的情况下，传统的研磨盘在21天的储存后只达到相比初始研磨效果不足15％的研磨效果。相对地，实施例3的研磨盘的研磨效果在21天后达到了大约50％的饱和研磨效果。

此外，此测试再次展示出，初始研磨效果，也就是根据本发明的研磨盘在制备后立即测试的研磨效果(储存时间：0天)相比于对比研磨盘3的初始效果更高。实施例3的研磨盘在20次切割后仅仅具有15.7mm的磨损，而对比研磨盘3具有16.2mm的磨损。更出人意料的是，对比研磨盘具有比实施例3的研磨盘多4重量％的磨粒，而由此期待的是更高的对比研磨盘的初始效果。因为初始研磨性能还没有被研磨盘材料可能的水分吸收影响，所以更佳的研磨效果不能只通过TCP添加剂的吸附特性解释。肯定存在很多其他的效应，由此TCP添加剂提高了合成树脂研磨盘的研磨效果。

对实施例4的研磨盘进行相同的效果测试。如以上所述的，此研磨盘的配方与实施例1的研磨盘的配方相同，除了使用DCP酸酐代替TCP。在此，将DCP同样加入磨粒。实施例4的研磨盘的初始研磨效果在自动测试中具有258次的切割，也就是比前述的实施例的研磨盘的初始效果更高。但是，在管V2A15×15×1.5mm上的自动测试中在14天的老化后没有显示出明显的积极效果。在此测试中，平均的剩余效果是初始效果的52％。

在图4的图示中描述了实施例4的研磨盘的研磨测试的结果。对比盘与图2的对比盘相同。但是在手动测试中(在完整的材料V2A25×25mm上切割10次)，七天后的初始效果的78％的标准化的效果比对比例的此时间的56％的剩余效果明显更高。14天的老化后，66％的剩余效果更加明显地高于对比例的32％的剩余效果。直至本申请的申请日，此实验系列仍没有完成，这使得不能给出实施例4的研磨盘21天后的研磨效果。

前述的实施例只涉及合成树脂粘结的研磨盘。但是由此出发，磷酸盐添加剂对例如基材上的研磨料的其他热固性粘结的研磨料也存在有利的效果。

Claims (10)

1.包含磨粒、热固性粘结剂和任选的其他填料的热固性粘结的研磨料，其特征在于，所述研磨料含有基于磷酸盐的添加剂，其中所述基于磷酸盐的添加剂的含量是研磨料的输出混合物的1至10重量％，并且其中所述基于磷酸盐的添加剂在研磨料中均匀分布。

2.根据权利要求1所述的研磨料，所述基于磷酸盐的添加剂在研磨料的输出混合物中的含量是1至5重量％，并特别优选是大约4重量％。

3.根据权利要求1或2所述的研磨料，其中所述基于磷酸盐的添加剂是碱土金属的磷酸盐，如磷酸镁、磷酸钙、磷酸锶和磷酸钡，磷酸亚铁，磷酸铁，磷酸锰，磷酸铝和磷酸锌，合成的或矿物的磷酸盐，以及它们的混合物。

4.根据权利要求1至3任一项所述的研磨料，其中所述基于磷酸盐的添加剂是钙磷酸盐如磷酸二钙、磷酸三钙、羟基磷灰石、氟磷灰石，磷酸二镁，磷酸三镁，二磷酸镁，或它们的混合物。

5.根据权利要求1至4任一项所述的研磨料，其中所述基于磷酸盐的添加剂是不溶于水的。

6.根据权利要求1至5任一项所述的研磨料，其中所述粘结剂是酚醛树脂或改性酚醛树脂。

7.根据权利要求1至6任一项所述的研磨料，其中所述粘结剂的含量是研磨料的输出混合物的1至40重量％，优选是5至30重量％，并且特别优选是10至20重量％。

8.根据权利要求1至7所述的研磨料，其中所述研磨料是研磨盘或在基材上的研磨料。

9.制备热固性粘结的研磨盘的方法，其包括以下步骤：

–提供粉末形式的基于磷酸盐的添加剂，其中所述基于磷酸盐的添加剂的含量是研磨盘的输出混合物的1至10重量％，

–将粉末形式的基于磷酸盐的添加剂与磨粒、粘结剂和任选的其他填料混合，使得基于磷酸盐的添加剂在输出混合物中均匀分布；

–将输出混合物注入预先为此准备的模具；

–加入玻璃织物；

–将混合物压制成坯体；

–固化坯体得到研磨盘。

10.根据权利要求10的制备研磨盘的方法，其中首先将所述粉末形式的基于磷酸盐的添加剂与磨粒混合，之后将此混合物与粘结剂和任选的其他填料混合。