СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
BINDER FOR MAKING ABRASIVE TOOL

Связующее для изготовления абразивного инструмента
Изобретение относится к получению композиционных материалов для абразивного инструмента, в частности, к получению порошкового новолачного фенольного связующего, применяемого в производстве жестких отрезных кругов.
Известна абразивная масса по патенту РФ на изобретение №2047475, B24D 3/28, 1995, содержащая абразив, органическое связующее на основе фенол-формальдегидной смолы, криолитизированный кремнезем, синтезированный на основе фторсодержащих отходов и пирит, взятый в качестве наполнителя. Недостатком является сложность технологического процесса получения абразивной массы, обусловленная необходимостью дополнительной подготовки сырья. Дополнительная подготовка сырья заключается в предварительном проведении синтеза криолитизированного кремнезема из отходов.
Известно связующее по авторскому свидетельству №531829, C08L 61/14, 1976, содержащее порошкообразный новолачный фенолформальдегидный олигомер и отвердитель - гексаметилентетрамин. Недостатком данного связующего является его низкая механическая прочность при термическом нагружении.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрано связующее по патенту РФ на изобретение №2010818, C08L 61/10, 1994. Связующее содержит порошкообразный новолачный фенолформальдегидный олигомер и гексаметилентетрамин, дополнительно содержит отход восстановления диоксида кремния. Связующее имеет недостаточную механическую прочность для работы абразивного инструмента при повышенных нагрузках. Кроме того, недостатком является и выделение токсичных газов, в частности, аммиака при формовании и термообработке обрезных абразивных кругов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик связующего.
Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик связующего за счет повышения физико-механических характеристик и снижения токсичных газовыделений при обработке и получении изделий с применением связующего.
Технический результат обеспечивается тем, что связующее для изготовления абразивного инструмента, содержащее фенольный новолачный олигомер и гексаметилентетрамин, согласно изобретению, включает бензойную кислоту и порошковый вспученный перлит при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: фенольный новолачный олигомер, смешанный с 8-13% гексаметилентатрамина от массы олигомераo - 100, бензойная кислота 0,5-1,0, порошковый вспученный перлит 0,5-1,0.
6
5
2
Улучшение прочностных и экологических характеристик при добавлении бензойной кислоты к связующему из феполыюго новолачного олигомера и отвердителя - гексаметилентетрамина происходит за счет взаимодействия ее с аммиаком, выделяющимся при нагревании из гексаметилентетрамипа. Для получения порошковых новолачпых связующих новолачные смолы отверждают путем нагревания с гекса-метилентетрамином. На начальных стадиях отверждения происходит термический распад гексаметилентетрамина и образование диметиленаминных и триметилена-минных мостиков между молекулами олигомера. При дальнейшем повышении температуры вначале разрушаются мостики второго типа, затем - первого. Распаду метиленаминных связей способствует также содержащийся в новолаке фенол. Данные процессы сопровождаются выделением аммиака, метиламинов и других соединений, что приводит к образованию метиленовых мостиков между молекулами олигомера. Появляются термостабильные азометиновые связи (-CH=N-CH2-). Введение бензойной кислоты в состав связующего приводит к взаимодействию ее с аммиаком, выделяющимся при нагревании из гексамипа во время термообработки абразивных изделий, до образования бензоата аммония с дальнейшим разложением до амида бензойной кислоты CHCONH. Присутствие амидной группы в составе фенольного связующего способствует сшивке фенольных ядер с возможностью замены метиленовой связи на амидную группу, которая способствует повышению термостойкости полимера. Введение в состав фенольного новолачного связующего порошкового вспученного перлита, основной составляющей которого является диоксид кремния, позволяет повысить стойкость к истиранию при шлифовке, обеспечить хорошую адгезию, значительно повышающую прочность связующего. Способность перлита абсорбировать влагу улучшает физико-механические свойства связующего. В сочетании с бензойной кислотой перлит улучшает сыпучесть гексаметилентетрамина (уротропина), способствует снижению слеживаемости порошкового связующего. Количество массовых частей бензойной кислоты 0,5-1,0 и порошкового вспученного перлита 0,5-1,0, приходящихся на 100 массовых частей фенольного новолачного олигомера, смешанного с гексаметилентетрамином является оптимальным и определено экспериментально. Исследовались рецептуры с содержанием вспученного перлита 0,5, 1, 1,3, 5 мас.ч. Зависимость качества фенольного новолачного связующего от содержания порошкового вспученного перлита приведена в таблице 1.
Результаты исследований показали, что при использовании в рецептуре связующего уротропина технического, обработанного бензойной кислотой в количестве 0,5-1 мас.ч. с добавкой 0,5 мас.ч. порошкового вспученного перлита снижается показатель текучести, потерь при бакелизации и увеличивается коксовый остаток. Заданным техническим требованиям более всего соответствуют связующие, полученные из смолы СФ 012АМ и 9% от массы смолы гексаметилентатрамина (уротропина технического), 0,5-1 мас.ч. бензойной кислоты, 0,5-1 мас.ч. перлита, при этом снижается текучесть, потери при прокаливании и увеличивается коксовый остаток. Введение в рецептуру поршкового вспученного перлита в количестве 3-5 мас.ч. не приводит к увеличению коксового остатка.
На фигуре 1 представлена таблица, отражающая зависимость качества фенольного новолачного связующего от содержания порошкового вспученного перлита.
На фигуре 2 представлена таблица с указанием эксплуатационно-технических характеристик связующих, полученных с использованием наполнителей и без их использования.
6
5
2,
Для реализации заявленного изобретения в качестве основы для получения связующего применяют серийно выпускаемые связующие фенольпые порошковые марок СПФ-012АМ, СПФ-012АУ12, СПФ-012БК по ТУ 2257-074-05015227-2002. Связующие этих марок изготавливаются в два этапа. Первый этап включает синтез твердого новолачного полимера с использованием кислого катализатора, второй этап включает смешение и измельчение твердого новолачного полимера с 6-14% от массы смолы гексаметилентетрамина (гексамиина, ГМТА, уротропина). Область использования шлифовальных кругов, изготовленных с применением связующих определяется высоким или низким содержанием гексаметилентетрамина. Для производства жестких отрезных абразивных кругов к твердому новолачному полимеру добавляют гексаметилентатрамин, взятый в количестве 8-13% от массы полимера. Связующее указанных марок модифицируют, вводя в него 1 мас.ч. бензойной кислоты СНСОНН, соответствующей ГОСТу 6413-77 и ТУ 2477-018-05807983-991 и 0,5 мас.ч. вспученного порошкового перлита по ГОСТу 10832-91. Полученное модифицированное связующее используют в соответствии с требуемой рецептурой на изготовление жестких отрезных абразивных кругов. Полученное связующее используют совместно с жидкой резольной фенольной смолой, например, марки БЖ-3 и абразивным наполнителем. Формовочная смесь, используемая для изготовления абразивного инструмента однородна, обладает текучестью, но сохраняет пластичность. Все применяемые компоненты доводят до мелкодисперсного состояния. При рассеве остаток на сите составляет не более 1-2%. Модифицирующие добавки - бензойную кислоту и порошковый вспученный перлит вводят при перемешивании смеси до достижения однородной массы.
ООО «Пермский абразивный завод» были изготовлены и испытаны круги абразивные армированные отрезные с использованием предлагаемого связующего и резольной смолы марки БЖ-3 и круги абразивные армированные отрезные, изготовленные с применением серийного связующего и резольной смолы марки БЖ-3. Результаты испытаний показали, что массовая доля свободного фенола для полученного связующего составляет 0,68%, в то время как у немодифицированного связующего она составляет 0,9%. Твердость абразивных кругов соответственно из модифицированного связующего составляет 41 ед., из немодифицированного - 35, 37ед. Технические характеристики полученных связующих с наполнителями приведены в таблице 2.
Таким образом, изобретение позволяет повысить физико-механические характеристики изделий, получаемых на основе связующего и снизить токсичные газовыделения связующего.