國(guó)產(chǎn)聚酰亞胺樹脂粉的性能研究

國(guó)產(chǎn)聚酰亞胺樹脂粉的性能研究

1機(jī)械加工在現(xiàn)代生產(chǎn)中的作用有機(jī)磨損是廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的重要研磨工具之一。廣泛應(yīng)用于鋼鐵、汽車、航空、床、儀、化工、建筑和機(jī)械的研磨和加工。特別是在研磨和研磨方面，它具有優(yōu)越的加工特性，是研磨和研磨的不可替代工具。隨著高分子材料工業(yè)的發(fā)展,新型膠粘劑的合成與應(yīng)用,使有機(jī)磨具的品種、產(chǎn)量、質(zhì)量得以迅速擴(kuò)展和提高。高效率、高精度、高速度、超硬材料有機(jī)磨具與數(shù)控磨床的成套使用,極大地促進(jìn)了現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)的整體發(fā)展,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起到重要作用。超硬材料樹脂磨具是以超硬材料金剛石或立方氮化硼(CBN)為磨料,以樹脂粉做結(jié)合劑,加入適當(dāng)?shù)奶畛洳牧?通過(guò)配制、混合、熱壓成型、固化及機(jī)械加工等工藝過(guò)程而制成的具有一定幾何形狀、能適用不同磨削要求的一種加工工具。在超硬材料磨具中樹脂結(jié)合劑磨具所占比例約為60%～70%,超硬材料樹脂磨具具有原材料易得,成本低;低溫固化,生產(chǎn)周期短,所需設(shè)備和制造工藝流程簡(jiǎn)單;磨削效率高;磨具自銳性好,不易堵塞,被加工對(duì)象表面不易燒傷;磨具有一定的彈性,拋光性能好等優(yōu)點(diǎn)。但是由于磨削過(guò)程中放出大量的熱導(dǎo)致樹脂分解或軟化,粘結(jié)力下降,磨料大量脫落,使得在實(shí)際磨削應(yīng)用中,昂貴的超硬材料沒有完全磨鈍充分發(fā)揮其效用,嚴(yán)重影響了磨具的磨削效率和磨削比,同時(shí)也造成了很大的浪費(fèi)。因此,目前國(guó)內(nèi)廣泛選用耐熱性更好的聚酰亞胺樹脂代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酚醛樹脂用于超硬樹脂磨具。本實(shí)驗(yàn)擬通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)的三種聚酰亞胺樹脂粉的熔點(diǎn)、固化時(shí)間、流動(dòng)性、抗折性能、抗沖擊性能、硬度等理化性能進(jìn)行分析比較,并對(duì)其在CBN砂輪上的應(yīng)用進(jìn)行磨削對(duì)比試驗(yàn),以期找到具有優(yōu)良成型工藝性,適合不同加工工件及條件的聚酰亞胺樹脂。2實(shí)驗(yàn)部分2.1原材料2.2zno、氧化鉻、cr2o3用量不易以確定CBN濃度擬定為120%,配方如下:CBN30%(體積分?jǐn)?shù),以下同),樹脂42%,銅(Cu)16%,氧化鋅(ZnO)6%,氧化鉻(Cr2O3)6%。將CBN潤(rùn)濕后加入其它材料,充分研混后過(guò)篩,放入模具中熱壓成型,壓制溫度210℃,時(shí)間30min,壓力50MPa,脫模后制品固化工藝200℃/2h、210℃/2h、220℃/2h、230℃/4h。2.3分析與測(cè)試2.3.1樹脂測(cè)定采用毛細(xì)管法測(cè)定樹脂粉的熔點(diǎn),升溫速率為1℃/min。2.3.2凝膠的時(shí)間測(cè)定使加熱板升溫至230～240℃,將2～3g樹脂粉末攤放于加熱的鐵砧上,并不斷用玻璃棒攪拌,直至觀察到出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象,此時(shí)表示樹脂開始凝膠,記錄開始到凝膠的時(shí)間。2.3.3流動(dòng)性能測(cè)定稱取待測(cè)的樹脂粉10g,壓制成50mm×5mm的圓柱試塊,壓力為5MPa,將已成型好的試塊用卡尺測(cè)量直徑后,用鐵絲固定在45°的斜面鐵板上,放入40℃烘箱中,以10℃/h的速度加熱到230℃,取出冷卻后,用卡尺測(cè)量其直徑,用直徑的變化表示其流動(dòng)性的大小。2.3.4紅外光譜和測(cè)試方法差熱熱重(DTA-TG)分析,微機(jī)差熱天平(WCT-2C),空氣氣氛,升溫速率10℃/min,北京天平儀器廠;傅里葉紅外光譜,IRPRESTRGE-21,KBr壓片;洛氏硬度,HR50,按GB/T2491-2003執(zhí)行,承德試驗(yàn)機(jī)總廠。沖擊強(qiáng)度,無(wú)缺口試樣,按ASTM256標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試;彎曲強(qiáng)度,按GB9341-2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,電子多功能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)(CMT4504),速度10mm/min,天水三思新科技有限公司。3結(jié)果與討論3.1種聚酰亞胺樹脂的結(jié)構(gòu)比較圖1為三種聚酰亞胺樹脂的傅里葉紅外光譜圖,其中1710cm-1為酰亞胺環(huán)羰基的特征吸收峰,1616cm-1和1514cm-1為苯環(huán)的特征吸收峰,1396cm-1為酰亞胺環(huán)CN的伸縮振動(dòng)峰。從圖1可以發(fā)現(xiàn),三種樹脂的譜圖基本相似,與文獻(xiàn)對(duì)比,三種樹脂可能均為雙馬來(lái)酰亞胺和芳香族二胺的共聚物,其中A1和A2樹脂的分子結(jié)構(gòu)幾乎相同。圖2為三種聚酰亞胺樹脂的差熱曲線。從圖2可以看出,三種聚酰亞胺的固化反應(yīng)峰都在210℃左右,曲線基本相似,其DTA分析也表明三種聚酰亞胺樹脂的結(jié)構(gòu)基本近似。3.2預(yù)聚合程度比對(duì)樹脂的熔體性能直接影響超硬樹脂磨具的成形工藝和性能,三種聚酰亞胺樹脂的熔點(diǎn)、流動(dòng)性和凝膠時(shí)間見表2。從表2可以發(fā)現(xiàn),A1樹脂的熔點(diǎn)比其他兩種樹脂高,在結(jié)構(gòu)相同的情況下,反映其分子量較高,說(shuō)明其預(yù)聚合程度較高,后面的力學(xué)性能也證實(shí)了這一點(diǎn)。A2和A3的熔點(diǎn)較低,但A3流長(zhǎng)更長(zhǎng),說(shuō)明其流動(dòng)性更好,這可能是由于A3中含有大量的小分子物質(zhì),雖然提高了樹脂的流動(dòng)性,但是同時(shí)也降低了樹脂的力學(xué)性能,而且熱壓時(shí)容易導(dǎo)致溢流,不利于加工成型。凝膠時(shí)間的對(duì)比表明,A2樹脂磨具硬化所需的時(shí)間短,故在樹脂磨具的熱壓過(guò)程中,放氣的時(shí)間要控制好,以免其硬化太快而使揮發(fā)物不能及時(shí)地放出導(dǎo)致產(chǎn)生發(fā)泡等缺陷。3.3復(fù)合樹脂預(yù)聚體的穩(wěn)定性樹脂的力學(xué)性能直接影響樹脂磨具的力學(xué)性能,表3為三種聚酰亞胺樹脂的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度對(duì)比。從表3可以發(fā)現(xiàn),A1由于其預(yù)聚體分子量較大,交聯(lián)密度小,因此其樹脂的韌性最好,比較適合制造精磨與拋光砂輪。而A2樹脂的剛性較好,在螺紋磨削、曲軸磨削及各類型的切入磨削中,可以獲得比較好的效果。3.4熱分解溫度的影響圖3為三種聚酰亞胺樹脂的熱失重曲線,表明它們的起始熱分解溫度分別為:A1樹脂377.5℃,A2樹脂394.5℃,A3樹脂381.7℃。圖3顯示,A2樹脂的耐熱性較好,適合端面磨等發(fā)熱量較大的磨削應(yīng)用。3.5其他樹脂磨具的性能以上述三種樹脂為結(jié)合劑分別制備CBN樹脂磨具,并檢測(cè)其力學(xué)性能和磨削性能。表4為CBN樹脂磨具的性能對(duì)比。表4表明,以A2樹脂為結(jié)合劑的CBN磨具不僅在強(qiáng)度和硬度上領(lǐng)先,而且在實(shí)際應(yīng)用中同樣有比較好的表現(xiàn),其磨耗比比A1樹脂增加53%,比A2樹脂增加11%。而A1樹脂的彎曲強(qiáng)度較好,但硬度偏軟,進(jìn)一步說(shuō)明其適合于精磨和拋光等磨削量較小的應(yīng)用。4a公司的研究和應(yīng)用適合精磨a和b從前面的分析和研究可以說(shuō)明,三種聚酰亞胺樹脂