Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ЦОЙ ВАЛЕРИАНТ ВИКТОРОВИЧ
РАЗРАБОТКА ВЫСОКОПОРИСТЫХ ЭЛАСТИЧНЫХ ШЛИФОВАЛЬНО-
ПОЛИРОВАЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЭПОКСИДНО-НОВОЛАЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
05.17.06 - Технология и переработка полимеров и композитов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт Петербург
2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор Тризно Мая Степановна
Официальные оппоненты:
доктор технических наук Бахарева Виктория Ефимовна
начальник лаборатории федерального
государственного унитарного предприятия
Центральный научно-исследовательский
институт конструкционных материалов
Прометей
кандидат технических наук Раскин Евгений Борисович
федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
профессионального образования Санкт-
Петербургский государственный
технологический институт (технический
университет), доцент кафедры оборудования
и робототехники переработки пластмасс
Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный
политехнический университет
Защита состоится "21" декабря 2012 г. в 14.00 час на заседании диссертационного совета Д 212.230.05 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 190013, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 26, СПбГТИ(ТУ), Учёный совет. Тел.: (812)494-93-75, факс: (812)712-77-91. E-mail: dissovet@technolog.edu.ru
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института.
Автореферат разослан " 20 " ноября 2012 г.
И.о. ученого секретаря диссертационного совета
доктор химических наук, профессор Илюшин М.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В машиностроении качество выпускаемой продукции предопределяется степенью обработки поверхностей деталей на завершающем этапе цикла производства. В машиностроении, судостроении, авиационной промышленности и приборостроении при применении труднообрабатываемых материалов в настоящее время используется большой объем дорогостоящих технологических операций финишной обработки деталей шлифованием и полированием, выполняемых с использованием специальных абразивных инструментов. Для качественной обработки таких деталей из вязких и пластичных материалов требуются абразивные изделия, сочетающие в своей структуре высокую пористость (свыше 30% объема) и эластичность, что невозможно достичь на существующих в настоящее время на органических или неорганических связующих. Абразивные инструменты на бакелитовой или вулканитовой связке не обладают достаточной пористостью, а известные пористые круги на основе полиуретанов имеют низкие физико-механические и эксплуатационные характеристики.
Поэтому для достижения необходимых свойств обработки при шлифовании и полировании вязких металлов типа меди, бронзы, титановых сплавов и изделий из нержавеющей стали необходимо разработать абразивный инструмент на новом полимерном связующем, который обеспечит качественную абразивную обработку этих материалов, что является в настоящее время акнтуальной научной задачей, имеющей важное прикладное значение.
Цель работы. Решение важной научно-технической задачи - разработка абразивного инструмента, его рецептуры и технологии изготовления новых высокопористых эластичных шлифовально-полировальных кругов (ВЭШПК) с повышенными эксплуатационными свойствами, обеспечивающими высокое качество обработанной поверхности, необходимых для дальнейшего развития ряда отраслей промышленности (машиностроения, судостроения, авиационной и радиоэлектронной).
Задачи работы.
1. Изучение закономерностей взаимодействия компонентов связующего на основе эпоксидно-новолачного блоксополимера, модифицированного бутадиен-нитрильным каучуком марки СКН-40 и олигоэфирными продуктами деструкции полиэтилентерефталата для разработки рецептур эпоксидно-новолачно-каучуковых (ЭНК) композиций.
2. Исследование влияния условий и режимов термообработки полимерных композиционных материалов на основе эпоксидно-новолачно-каучуковой композиции и абразивных наполнителей (шлифовальных материалов) на свойства крупногабаритных ВЭШПК.
3. Выбор и оптимизация состава высоконаполненного композиционного материала для получения ВЭШПК с повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
4. Разработка технологии изготовления ВЭШПК на основе эпоксидно-новолачно-каучуковой композиции и модифицированной эпоксидно-новолачно-полиэфирной композиции, наполненных шлифовальным материалом и специальными добавками.
5. Исследование эксплуатационных свойств ВЭШПК на разработанной эпоксидно-новолачно-каучуковой композиции и модифицированном связующем на основе эпоксидно-новолачно-полиэфирно-каучуковой композиции различных групп сталей, цветных и титановых сплавов.
Научная новизна
- Проведены систематические исследования влияния эпоксидно-новолачного связующего, модифицированного бутадиен-нитрильным каучуком и олигоэфирными продуктами деструкции вторичного полиэтилентерефталата на физико-механические и эксплуатационные свойства высоконаполненных полимерных композиционных материалов.
- Исследована модификация эпоксидно-новолачных олигомеров олигоэфирными продуктами деструкции полиэтилентерефталата. Показано, что необходимым условием получения связующих с заданными свойствами является предварительное взаимодействие исходных компонентов.
- Изучены закономерности изменения свойств олигомерных композиций от содержания и условий введения модификаторов в эпоксидно-новолачную матрицу. Показано, что в результате модификации получены связующие, которые предложены для изготовления высокопористых эластичных шлифовально-полировальных кругов.
- Установлено взаимное влияние компонентов для оптимизации рецептур при изготовлении абразивных композиций на основе эпоксидно-новолачного блоксополимера (ЭНБС), модифицированного бутадиен-нитрильным каучуком СКН-40 и наполненный шлифовальным материалом на физико-механические и эксплуатационные характеристики получаемых изделий.
- Показано, что кажущаяся плотность разработанных полимерных композиционных материалов является одним из важных параметров, влияющих на эксплуатационные свойства абразивного инструмента.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
1. Разработаны составы полимерного композиционного материала на основе ЭНК и эпоксидно-новолачно-полиэфирно-каучуковых композиций, примененные в качестве связок при получении ВЭШПК и технологические процессы их изготовления. Определена область оптимальных значений рецептуры и составлены рекомендации для изготовления опытных образцов абразивного инструмента.
2. Разработана технология изготовления кругов. Получены круги девяти типоразмеров различного назначения для радиотехнической, электронной, судостроительной и авиационной отраслей промышленности для обработки различных групп сталей, цветных и титановых сплавов. Технология производства новых кругов освоена на Санкт Петербургском абразивном заводе. Применение таких кругов позволило заменить в ряде случаев импортные круги и некоторые отечественные круги с низкими эксплуатационными характеристиками.
Публикации и апробация работы. Основное содержание работы опубликовано в 8 авторских свидетельствах, в 2 патентах и 1 заявке на патент, в 7 статьях и 7 тезисах докладов. По материалам диссертации опубликованы 2 статьи в научных журналах, входящих в перечень научных изданий, рекомендуемых ВАК РФ.
Основные результаты работы докладывались на Всероссийских и отраслевых научно-технических семинарах и конференциях Механизация финишно-зачистной и отделочных работ в машиностроении, Белгород, 1990; Передовой опыт алмазно-абразивной обработки прецизионных деталей машин, Одесса, 1990; Материалах II международной научной конференции Актуальные вопросы современной науки 31 авг. 2012 г., Санкт-Петербург. Разработанные высокопористые эластичные шлифовальные инструменты экспонировались на выставках: Машиностроение-86, Изобретение и рационализация-88, за внедрение разработки в промышленность автор награжден 2 серебряными и бронзовой медалями ВДНХ СССР.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы (118 наименования) и приложения. Объем диссертации составляет 136 стр. машинописного текста, 22 таблицы, 31 рисунок.
Содержание работы.
Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, дана ее общая характеристика, показана научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены сведения об апробации и реализации основных положений диссертации. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
Аналитический обзор (Глава 1) посвящен анализу экспериментальных работ отечественных и зарубежных исследователей по созданию и применению шлифовально - полировального инструмента на основе полимерных связующих.
Показано, что в настоящее время недостаточно высококачественного шлифовально-полировального инструмента для обработки различных металлов, что не позволяет повысить производительность существующих обрабатывающих станков.
Анализ этой проблемы позволил сформулировать цели и задачи этой работы, позволяющие на основе теоретических и экспериментальных данных разработать рецептуру и технологию получения новых перспективных шлифовально-полировальных инструментов на основе модифицированных композиций ЭНБС.
Объекты и методы исследования (Глава 2) Объектами исследований являлись эпоксидно-новолачные блок-сополимеры марки 6ЭИ60-1 (ТУ 6-05-031-493-76), полученные из эпоксидно-дианового олигомера марки ЭД-16 и новолачного фенолоформальдегидного олигомера марки СФ-0112. В качестве модификаторов использовали бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-40 (ТУ 38-103-495-85) и олигоэфирные продукты деструкции вторичного полиэтилентерефталата.
В качестве шлифовального материала (ШМ) использовали абразивное зерно карбид кремния зеленый марки 63С зернистостей 25-М40 (ГОСТ 26327-84), целевые добавки: газообразователь - порофор ЧХЗ-57 (ТУ 6-03-365-78), пенорегулятор КЭП-1, КЭП-2 (ТУ 6-02-781-73), катализатор - триэтаноламин (ТУ 6-02-916-79), твердая смазка - криолит марки К-1 (ГОСТ 10561-80).
Полимерные композиции готовили путем смешения на лабораторных вальцах каучука СКН-40 и ЭНБС с целевыми добавками и шлифовальным материалом. Из готовой массы вырубали заготовки, которые вспенивали и отверждали в закрытых формах при температуре 160С в течение 4 - 6 часов. В работе использованы специально разработанные методы исследования: определение размеров пор в ПКМ, по фотографиям его макроструктуры при 40-кратном увеличении; определение степени эластичности, предусматривающий измерение глубины вдавливания индентора в образец под действием силы при заданных условиях на приборе типа ТКВ (модернизированный прибор Роквелла), где применяли плоский индентор диаметром 20 + 0,1 мм, при этом степень эластичности измеряли в условных единицах и принята величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм. Исследования обрабатываемости полированием проводили на плоскошлифовальном станке мод. ЗЕ711 и на зачистном станке Модуль Г шлифовально-полировальным инструментом (круги) размером 150х40х32, с использованием стандартных измерительных приборов и инструментов. Обрабатывали следующие виды материалов: печатная плата (диэлектрик, фольгированный медью), сплавы на основе меди (латунь марки ЛО 62, бронза марки Бр-0С1-22), сплавы на основе алюминия и титана марок АЛ2, ВТ20, нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т.
Дано описание методик исследований свойств образцов композиций и шлифовально-полировальных инструментов. Также в работе использованы стандартные методы исследования физико-механических и теплофизических свойств образцов ПКМ и шлифовально-полировальных инструментов. Применен метод математического планирования экспериментов с обработкой результатов на ЭВМ.
Результаты исследований (Глава 3)
Приведены предварительные исследования по выбору термореактивных связующих на основе эпоксидно-новолачных блоксополимеров модифицированных бутадиен-акрилонитрильным каучуком и олигоэфирами, полученными в результате деструкции вторичного полиэтилентерефталата в присутствии олигопропиленполиолов, и пригодных в качестве основы для вспениваемых, наполненных абразивным зерном композиций. Показано, что предпочтительное содержание модифицирующего каучука СКН-40 составляет 50-110 мас.ч. на 100 мас.ч. ЭНБС. Предпочтительное содержание модифицирующих олигоэфиров составляет 2-10 мас.ч. на 100 мас.ч. связующего.
Проведена оптимизация состава полимерного композиционного материала для высокопористых эластичных шлифовально-полировальных кругов. Предварительными опытами установлено существенное влияние состава исходных компонентов ПКМ на свойства ВЭШПК. Для определения оптимального состава был выбран метод центрального композиционного планирования с применением контурно-графического анализа. Компонентами ПКМ являются: полимерная связка, состоящая из ЭНБС и СКН-40, наполнителя - шлифовального материала (ШМ) и твердой смазки - криолита, целевых добавок - (газообразователя, пенорегулятора, катализатора). Оптимизацию производили по основным компонентам; ЭНБС, СКН-40 и ШМ.
В качестве функции отклика выбрали как физико-механические свойства ПКМ - разрушающее напряжение при сжатии (R1), теплостойкость по Вика (R2), эластичность (R3), так и эксплуатационные свойства ВЭШПК - скорость разрушения кругов (R4) и скорость изнашивания кругов (R5). Использована схема ортогонального планирования эксперимента и по результатам испытаний в 9 экспериментальных точках, проведена оценка свойств изделий. Для графического построения зависимости свойств ПКМ и ВЭШПК от изменения количественного соотношения (в %) трех основных компонентов ПКМ в треугольной системе координат были рассчитаны на ЭВМ дополнительные значения исследуемых показателей в 18 промежуточных точках. Уравнение квадратичной модели адекватно описывает зависимость функции отклика от состава ПКМ, так как ошибка всех определений не превышает 10 %.
Другие целевые добавки использовали в пределах, принятых в технике для подобных материалов, а именно: газообразователя 8-10 мас.ч на 100 мас.ч ЭНБС, пенорегулятора 2,5-3,0 мас.ч, катализатора 0,6-1,0 мас.ч, твёрдой смазки 40-50 мас.ч. Графическая интерпретация результатов планирования эксперимента была представлена в виде контурных кривых. Важным свойством ПКМ является скорость изнашивания шлифовально-полировального круга. На рис.1, при исследовании
Рисунок 1 - Графическая интерпретация результатов планирования экспериментов при исследовании зависимости скорости изнашивания кругов (х102, мм3/с) от состава (%) компонентов полимерной композиции.
зависимости скорости изнашивания кругов (х102, мм3/с) от состава (%) компонентов полимерной композиции видно, что увеличение содержания СКН-40 в композиции от 10 до 35% приводит к уменьшению скорости изнашивания круга от (3,5 до 0,35)х 102 мм3/с. Изменение содержания ЭНБС в композиции от 10 до 30% уменьшает износ круга от (0,55 до 0,35)х 102 мм3/с при содержании СКН-40 свыше 30%. Увеличение содержания ЭНБС свыше 40% приводит к увеличению износа круга от (0,35 до 2,5) х102 мм 3/с. Изменение содержания ШМ в ПКМ, содержащей СКН-40 10-30% практически не влияет на скорость изнашивания круга. Для композиций, содержащих каучука свыше 30% и ЭНБС от 10 до 40% с увеличением содержания ШМ от 20 до 60% происходит повышение скорости изнашивания круга от (0,3 до 0,9)х 102 мм3/с, а при других соотношениях ЭНБС и СКН-40 износ кругов не изменяется от содержания ШМ.
Анализ других контурных кривых показал, что при изменении содержания ЭНБС в ПКМ от 10 до 30%, разрушающее напряжение при сжатии увеличивается от 4,2 до 8,7 МПа, при содержании ЭНБС свыше 30% разрушающее напряжение снижается. Изменение количества СКН-40 в ПКМ от 5 до 81% практически не влияет на этот показатель. Увеличение содержания шлифовального материала в ПКМ до 60% увеличивает разрушающее напряжение при сжатии в 2,0 раза, а затем наблюдается уменьшение этого показателя. Эластичность зависит от содержания каучука. Получение материала с оптимальными свойствами по эластичности и прочности возможно лишь при определенном соотношении ЭНБС и СКН-40, а именно от 1:1 до 1:0,9. Увеличение содержания ШМ в ПКМ от 5 до 30% незначительно влияет на эластичность композиции, но в то же время в области содержания каучука в ПКМ свыше 30% эластичность уменьшается от 105 до 75 усл. ед, при содержании ШМ свыше 30%. Теплостойкость снижается с уменьшением содержания в ПКМ ЭНБС и с увеличением содержания СКН-40, а ШМ практически на нее не влияет.
Для определения эксплуатационных свойств были изготовлены шлифовально-полировальные круги типоразмера ПП 150х40х32, где 150 - наружный диаметр круга в мм, 40 - высота круга в мм, 32 - диаметр посадочного отверстия в мм. Установлено, что с увеличением количества СКН-40 в ПКМ от 20 до 40% и уменьшением содержания ЭНБС в композиции от 60 до 30%, возрастает скорость разрушения кругов. Изменение содержания ШМ в композиции от 40 до 80% незначительно влияет на этот показатель.
Таким образом, анализ полученных результатов показал, что оптимальный состав полимерного композиционного материала на основе ЭНБС, модифицированного
СКН-40 с требуемыми высокими физико-механическими, теплофизическими и эксплуатационными свойствами шлифовально-полировальных кругов получен при следующих соотношениях компонентов (мас.ч):
эпоксидно-новолачный блок - сополимер 100,
бутадиен-нитрильный каучук 80-110,
шлифовальный материал 250-400.
На основе этих композиций были разработаны следующие рецептуры ПКМ для ВЭШПК (табл.1) и проводилась разработка технологии изготовления высокопористых эластичных шлифовально-полировальных кругов. Рассматривая полученную ЭНК композицию как двухфазную систему, имеющую определенный переходный слой на границе раздела фаз, необходимо учитывать технологию изготовления изделий на ее основе, включающую смешение компонентов и режим термообработки полученного материала (плавление, вспенивание и отверждение). Изучены закономерности взаимодействия ЭНБС и СКН-40 при смешении и термообработке на свойства шлифовально-полировальных кругов на примере композиции ПКМ-13.
Установлено, что на свойства отвержденного материала влияют: порядок введения компонентов при смешении и ее продолжительность (табл.2).
Таблица 1 - Рецептура полимерного композиционного материала (мас.ч.)
Компоненты | ПКМ-11 | ПКМ-12 | ПКМ-13 | ПКМ-14 |
Эпоксидно-новолачный блок-сополимер | 100 | 100 | 100 | 100 |
Бутадиен-нитрильный каучук СКН-40 | 80 | 90 | 100 | 100 |
Шлифовальный материал мар- ки 63С12 | 400 | 350 | 300 | 250 |
Целевые добавки: Порофор ЧХЗ-57 | 10 | 10 | 9 | 8 |
Триэтаноламин | 0,6 | 0,8 | 1,0 | 1,0 |
Пенорегулятор КЭП-1, КЭП-2 | 3,0 | 3,0 | 2,5 | 2,5 |
Криолит | 45 | 45 | 45 | 45 |
Таблица 2 - Свойства композиционного материала ПКМ-13 и кругов на их основе типоразмера ПП 150х40х32 в зависимости от режима смешения. Отверждение при 140С в течение 2 ч +160С в течение 2 ч.
Показатели свойств | Порядок введения компонентов | ||||
А | Б | В | Г | Д | |
Время смешения на вальцах до получения однородной массы, мин | 25 | 35 | 45 | 50 | 55 |
Кратность вспенивания, усл, ед. | 3,4 | 3,2 | 3,0 | 2,5 | 2,0 |
Эластичность, усл. ед. | 82 | 95 | 85 | 80 | 73 |
Скорость разрушения кругов, м/с | 49 | 83 | 62 | 52 | 55 |
Порядок введения компонентов на смесительных вальцах представлен в табл.2. Было выбрано 5 режимов, отличающиеся порядком введения компонентов и общим временем смешения до получения однородной массы композиции:
А - смешение СКН-40 с ЭНБС, затем последовательно вводили триэтаноламин, пенорегулятор, газообразователь, криолит и ШМ;
Б - после смешений СКН-40 и ЭНБС последовательно вводили ШМ, триэтаноламин, пенорегулятор, криолит, газообразователь;
В - в композицию СКН-40 и ЭНБС последовательно вводили газообразователь, ШМ, криолит, триэтаноламин и пенорегулятор;
Г - одновременное смешение СКН-40, ЭНБС с предварительно подготовленной в лопастном смесителе порошкообразной смесью, состоящей из ШМ, криолита, газообразователя, триэтаноламина и пенорегулятора;
Д - длительное время вальцевания СКН-40 и ЭНБС с предварительно подготовленной в лопастном смесителе порошкообразной смесью, состоящей из ШМ, криолита, газообразователя, триэтаноламина и пенорегулятора.
Установлено, что наилучшими свойствами (кратность вспенивания, эластичность, скорость разрушения кругов) обладают композиции, полученные по режиму Б. При этот время смешения композиции на вальцах уменьшается от 55 до 35 мин, наблюдается увеличение кратности вспенивания до 3,2 усл.ед, эластичность композиций повышается в среднем на 10%, для данного типоразмера кругов повышается разрывная скорость с 52 до 83 м/с.
Получение кругов осуществляли нагреванием вспениваемых композиций в закрытых формах. Стадии плавления, вспенивания и отверждения можно выделить лишь условно, так как в интервале температур 90-110С происходит плавление полимерной композиции, начинается разложение газообразователя и вспенивание расплава. Меняя технологические параметры термообработки можно варьировать параметры макроструктуры и существенно влиять на прочностные характеристики изделия. Так, для образца с кажущейся плотностью 750 кг/м3 размер пор от 50 до 100 мкм, для 910 кг/м3 размер пор от 30 до 60 мкм, а для соответственно 1050 кг/м3 размер пор от 20 до 50 мкм (рис.2).
| Рисунок 2 - Микрофотография поверхности среза ЭНБС с кажущейся плотностью 1050 кг/м3 размер пор от 20 до 50 мкм. |
Таким образом, рациональным является ступенчатый режим отверждения: нагрев при температуре 140С в течение 1-2 ч с последующим отверждением при 160С в течение еще 2-4 ч. Эти условия и были выбраны для отверждения шлифовально-полировальных кругов на основе разработанных композиций (табл.3).
Поэтому экспериментальным путем уточнена температура и продолжительность вспенивания композиции в зависимости от плотности массы заготовки, которую изменяли содержанием ШМ (рис. 3).
Установлено, что при повышении плотности композиции от 1300 до 2000 кг/м3 кратность вспенивания (соотношение объема пены к объему исходной композиции) уменьшается в 3,5 раза. Для рационального вспенивания необходимо выдерживать температуру 100-120С не менее 2,0 часов.
Таблица 3 - Свойства композиции ПКМ-13 и кругов в зависимости от условий отверждения (плотность массы заготовки 1600-1700 кг/м3)
№ компо- зиции | Режим отверждения | Разрушающее напряжение при сжатии, МПа | Эластич- ность, усл.ед. | Скорость разрушения кругов, м/с | Скорость изнаши- вания, х102,мм3/с | |
Температура, оС | Продолжи-тельность, час | |||||
1 | 140 160 | 1 2 | 6,5 | 92 | 85 | 3,2 |
2 | 140 160 | 1 4 | 7,4 | 82 | 92 | 3,4 |
3 | 140 160 | 2 2 | 8,2 | 95 | 83 | 1,4 |
4 | 140 160 | 2 4 | 9,1 | 71 | 82 | 1,5 |
| Высота вспенивания Н, мм | Продолжительность вспенивания ( τ ), мин |
Рисунок 3 - Зависимость высоты вспенивания композиции ПКМ-13 при
температуре 110С от продолжительности для различных плотностей
заготовок: 1 - 1300 кг/м3, 2 - 1600 кг/м3, 3 - 1700 кг/м3, 4 - 2000 кг/м3
Значение в оптимальной зоне кажущейся плотности при 800 - 950 кг/м3 проходит через минимум и составляет 0,12 - 0,2 мкм, что является очень хорошим показателем для полировального инструмента (рис.4). Надо отметить, что эта же зона кажущейся плотности является оптимальной и для скорости разрушения и изнашивания круга.
Рисунок 4 - Зависимость скорости разрушения (1), скорости
изнашивания круга (2) и шероховатости поверхности
после обработки от кажущейся плотности образцов на
основе ЭНБС.
Анализ свойств композиций, отвержденных при различных условиях получения показал, что для кругов типоразмера ПП 150х40х32, был установлен следующий режим термообработки: 80С - 0,5 часа, 100 -110С - 2,0 часа, 130 - 140С - 2.0 часа, 160 - 170С - 2.0 часа.
Таблица 4 - Состав абразивных композиций на основе ЭНПБС
Компоненты | Номер композиции | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Содержание, мас.ч. | ||||||
Эпоксидно-новолачно-полиэфирный блок-сополимер | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Бутадиен-нитрильный каучук СКН-40 | 30 | 70 | 80 | 30 | 60 | 50 |
Азоизобутиронитрил | 3,0 | 6,5 | 8,0 | 3,0 | 6,0 | 8,0 |
Триэтаноламин | 0,3 | 0,5 | 0,6 | 0,3 | 0,4 | 0,5 |
Стеарин | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 2 |
Криолит | 25 | 45 | 30 | 50 | 85 | 50 |
Карбид кремния 63С М40 Карбид кремния 63С16 | 100 - | 400 - | 300 - | - 150 | - 550 | - 600 |
В ряде публикаций в последние годы установлено, что использование олигомерных продуктов деструкции вторичного полиэтилентерефталата (ПЭТФ) позволяет повысить физико-механические характеристики пеноматериалов и пористых изделий на основе новолачных и эпоксидно-новолачных композиций.
Впервые разработаны рецептуры и технология получения эпоксидно-новолачно-полиэфирных соолигомеров, проведена их модификация нитрильным каучуком и получены высоконаполненные абразивным материалом изделия. Введение в состав эпоксидно-новолачного связующего полиэфирного компонента на основе продуктов деструкции полиэтилентерефталата позволяет еще более увеличить на 10 - 15% износостойкость шлифовально-полировального инструмента за счет снижения внутренних напряжений отвержденного связующего. Состав и свойства композиций на основе ЭНПБС представлены в табл. 4 и 5. Оптимальное содержание полиэфирного компонента в составе связующего составляет 2-6 %.
Таблица 5 - Свойства абразивных композиций на основе ЭНПБС
Свойства композиций | Содержание олигоэфира в связующем, мас. % | |||||
2 | 4 | 6 | 6 | 6 | 10 | |
Кажущаяся плотность, кг/м3 | 880 | 940 | 940 | 920 | 790 | 980 |
Разрушающее напряжение, МПа, при сжатии при растяжении при изгибе | 8,3 4,1 5,2 | 12,5 5,8 7,5 | 20,4 5,6 7,9 | 12,3 3,8 8,6 | 7,8 4,4 4,8 | 7,3 9,7 5,4 |
В технике актуальной задачей является создание специальных высоких шлифовальных кругов прямого профиля с соотношением - Н/Д>0,3, где Н - высота круга, Д - наружный диаметр круга.
При вспенивании таких кругов в закрытых формах в направлении его оси невозможно получить равномерную структуру (плотность и эластичность) по высоте круга. Поэтому проведены исследования температурного режима плавления, вспенивания и отверждения разработанной композиции, из которых следует, что для получения качественных кругов с равномерной структурой (по эластичности и неуравновешенности массы) нагрев следует осуществлять ступенчато от 80С до 150С при одновременном вращении формы с композицией со скоростью 4 мин-1. Нагрев следует производить как с периферии, так и с внутренней поверхности круга (со стороны посадочного отверстия).
Для получения кругов с требуемыми характеристиками использовали ПКМ различной эластичности и вводили ШМ различных зернистостей. Была использована композиция марки ПКМ-13, содержащая 100 массовых частей СКН-40 и 300 массовых частей ШМ марки 63С зернистостей 16-8 и ПКМ-12, содержащая 90 массовых частей СКН-40 и 350 массовых частей ШМ марки 63С зернистостей 25-М40, названными в производстве абразивного инструмента, названные соответственно ЭКП1, ЭКП2 и ЭК3. Данные композиции были использованы для поучения кругов со следующими характеристиками: 63С 12 ЭКП1, ЭК3 и 63С 25 ЭКП2.
Разработанные композиции ПКМ-12 и ПКМ-13 были использованы для создания новых технологических процессов изготовления отечественных шлифовально-полировальных кругов на связках ЭКП1, ЭКП2 и ЭК3 следующих типоразмеров: прямой профиль ПП 125х300х40-60, ПП 150х400х40-60, ПП 250хх300х80-100, ТУ 2-036-940-84 упрочненные втулкой, применяемые для зачистки печатных плат; прямой профиль ПП 300х150х80-100 ТУ 2-036-940-84, упрочненные втулкой, применяемые для зачистки штанг анододержателей; прямой профиль ПП 125х40х32, ПП 150х40х32 ТУ 2-036-981-86, применяемые для зачистки печатных плат при торцовом шлифовании и для полирования различных цветных металлов и их сплавов; прямой профиль ПП 250х20х35 и головки FW 90х100 ТУ 2-036-0224450-010-85, АW 20х30, применяемые для шлифования, полирования и декоративной обработки изделий из нержавеющей стали.
Технология изготовления высокопористых эластичных шлифовально-полировальных кругов внедрена на Санкт-Петербургском абразивном заводе.
ВЫВОДЫ
- Разработаны новые высокопористые эластичные шлифовально-полировальные инструменты на основе эпоксидно-новолачного блоксополимера, модифицированного бутадиен-нитрильным каучуком СКН-40, обладающие высокой износостойкостью, более простой технологией изготовления крупногабаритных и сложнопрофильных кругов.
- Изучено влияние компонентов ЭНБС, СКН-40 и шлифовального материала на свойства высокопористой эластичной полимерной композиции. Проведена оптимизация рецептуры абразивных композиций для получения различных видов шлифовальных кругов, состоящих из ЭНБС, модифицированных СКН-40 и олигоэфирными продуктами деструкции ПЭТФ.
- Исследовано влияние условий и режимов термообработки ПКМ на основе ЭНК композиции и абразивных наполнителей (шлифовальных материалов) на свойства крупногабаритных ВЭШПК. Установлены закономерности технологических процессов, происходящих при смешении и термообработке высоконаполненных модифицированных полимерных композиций с другими целевыми добавками (газообразователь, пенорегулятор, катализатор). Определены параметры и режимы термообработки, обеспечивающие получение ВЭШПК с улучшенными свойствами по износостойкости и качеству обработанной поверхности.
- Исследованы эксплуатационные свойства ВЭШПК, полученных на основе ЭНК связки при обработке печатных плат, нержавеющей стали, алюминия, цветных и титановых сплавов. Определены оптимальные характеристики инструмента и эксплуатационные показатели кругов при интенсивных режимах обработки различных материалов для радиоэлектронной, судостроительной и авиационной промышленности, а также товаров народного потребления.
- Разработаны эпоксидно-новолачно-полиэфирные композиции, содержащие в качестве модификаторов олигоэфирный продукт деструкции вторичного полиэтилентерефталата и бутадиен-нитрильный каучук СКН-40, пригодные как связующие для шлифовально-полировальных инструментов, отличающиеся рядом повышенных физико-механических характеристик и износостойкостью (на 10 - 15%) в процессе обработки изделий.
- Результаты исследования явились основой для широкого внедрения технологии финишной обработки вязких, высокопластичных труднообрабатываемых материалов новыми высокопористыми эластичными шлифовально-полировальными кругами. В частности, круги на ЭНК связке превосходят по износостойкости: в 8-10 раз серийный инструмент на нетканой основе при зачистке печатных плат, в 15-20 раз - серийный войлочный намазной шлифовальный круг при обработке емкостей из нержавеющей стали, в 1,5-2,0 раза - инструмент на вулканитовой связке В5 при декоративной обработке товаров народного потребления. Разработанные круги соответствуют техническому уровню импортных аналогов: фирмы "3М" (США), "АВ Schleifmaterial Naxos"(Швеция), "Сrатех" (Бельгия).
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Тризно М.С., Москалев Е.В., Цой В.В. Регулирование свойств эпоксидно-новолачных блок-соолигомеров с применением наполнителей // Естественные и технические науки.- 2012.- № 3.- С. 355-358.
2. Цой В.В., Дворко И.М., Москалев Е.В. Абразивно-шлифовальные материалы на основе модифицированных композиций эпоксидно-новолачных блок-соолигомеров // Естественные и технические науки. - 2012.- № 3.- С. 359-362.
3. M.S. Trizno, E.V. Moskalev, V.V. Tsoi. Modified Epoxy_Novolac Block Cooligomers // Polymer Science Series D. Glues and Sealing Materials.- 2012. - Vol. 5, No. 3.- P. 199Ц201.
4. Цой В. В., Дворко И. М., Панфилов Д. А., Москалев Е. В. Получение и исследование модифицированных эпоксидно-новолачно-полиэфирных блок-соолигомеров// Материалы II международной научной конференции Актуальные вопросы современной науки 31 авг. 2012 г., Санкт-Петербург. -2012. - С. 67-69.
5. Тризно М.С., Москалев Е.В., Цой В.В. Эпоксидно-новолачные блоксоолигомеры. Все материалы. Энциклопедический справочник. - 2011.- № 9. - С. 10-14.
6. Цой В.В., Тризно М.С., Дворко И.М. Свойства и применения газонаполненных материалов и изделий на основе эпоксидно-новолачных блоксоолигомеров. Все материалы. Энциклопедический справочник. -2011. -№ 9. -C. 14-18.
7. Заявка 2011143207 Российская Федерация, МКИ B24D 3/3. Высокопористая полимерная абразивная композиция / В.В. Цой, И.М. Дворко, Е.В. Москалев; заявл. 25.10.2011.
8. А. с. 821471 СССР, МКИ С08 63/04. Полимерная пресскомпозиция /А.Ф.Николаев, М.С.Тризно, В.В.Цой и др. (СССР).- № 2660327/23-05; заявл. 25.08.78; опубл. 15.04.81, Бюл. № 14.
9. А. с. 942412 СССР, МКИ С08 63/04. Эпоксидно-новолачная абразивная композиция / А.Ф.Николаев, М.С.Тризно, В.В.Цой и др. (СССР).- № 2911000; заявл. 19.04.80; опубл.18.05.82, Бюл. № 16.
10. А. с. 1390008 СССР, МКИ В24 Д 17/00. Способ изготовления высокопористого абразивного инструмента /О.С.Масевич, М.Г.Эфрос, В.В.Цой и др. (СССР).- № 3417639/25-08; заявл. 06.04.82; опубл. 23.04.84, Бюл. № 15.
11. А. с. 1104753 СССР, МКИ В24 Д 17/00. Способ изготовления высокопористых абразивных кругов /В.В.Цой, Ю.В.Крыльников, О.С.Масевич и др. (СССР).- № 3574269; заявлено 07.04.83. опубл. 15.02.85, Бюл. № 6.
12. А. с. 1039125 СССР, МКИ В29 II 5/28. Устройство для непрерывного формования полимерных объемных изделий /В.В.Цой, М.Г.Эфрос, А.Д.Лещинский и др. (СССР).-№ 3344693; заявл. 02.10.81. опубл. 23.04.88, Бюл. № 14.
13. А. с. 1016338 СССР, МКИ В24 Д 3/34. Композиция для изготовления пористого абразивного инструмента Л.Н.Лупинович, Г.И.Орехова, Х.А,Мамин др. (СССР).-№ 3228070; заявлено 26.12.80. опубл. 07.09.83, Бюл. № 27.
14. А. с. 1482139 СССР. МКИ С08 63/04. Абразивная композиция /В.В..Цой, В.Я.Фрейштадт, Ю.В.Иваницкий и др. (СССР).- № 3786401; заявл. 03.09.84. опубл. 23.04.86, Бюл. № 15.
15. А. с. 887178 СССР, МКИ В28 В 3/00. Устройство для прессования изделий /В.В.Цой, А.Д.Лещинский, Х.А.Мамин и др. (СССР).- №2900642; заявл. 01.02.80; опубл. 25.12.82, Бюл. № 47.
16. Пат. 261980 ГДР, МКИ С08 63/04. Epoxid-novolack-schleifgemisch/ A.F.Nikolaev, M.S.Trizno, V.V.Coi/ (SU 942412) решение 2792552 от 16.08.88.
17. Пат. 263489 ЧССР, МК СОВ/63/04. Epoxidova novolakova brusna kompozice/ A.F.Nikolaev, M.S.Trizno, V.V.Coi/ (SU 942412) решение РV 5649-85. W от 02.08.85.
18. Цой В.В. Высокопористый эластичный абразивный инструмент для светления проката/Абразивы: Науч.-техн.сб. НИИМАШ.-1979.- Вып.4. - С. 11-12.
19. Цой В.В., Эфрос М.Г. Механизация процесса зачистки печатных плат высокопористыми эластичными шлифовальными кругами /Механизация и автоматизация производства. -1984 .- №4. - С. 2-3.
20. Цой В.В., Тризно М.С., Калягина И.Я. Полирование и зачистка деталей из меди и ее сплавов шлифовально-полировальным инструментом на эпоксикаучуковой связке//Сб.науч.тр. ВНИИАШ-1988.-Л., С .47- 54.
21. Цой В.В. Новые полировальные инструменты на эпоксикаучуковой связке//Тез. докл. Всесоюзного науч.-техн. семинара Турбоабразивная обработка деталей сложного профиля 20-22 окт.1987.-Л. 1987.-С. 38-39.
22. Цой В.В., Кремень З.И. Специальный эластичный полировальный инструмент на эпоксикаучуковой связке и его применение//Тез. докл. отраслевого семинара Механизация отделочно-зачистных работ 21-22 июня 1988.- Ижевск. -1988.- С. 22-23.
23. Цой В.В. Процессы отделочной обработки с применением специальных эластичных абразивных инструментов//Тез. докл. Всесоюзного науч.-техн. семинара Механизация финишно-зачистной и отделочных работ в машиностроении, 15-18 мая 1990.-Белгород. -1990.- С. 56.
24. Цой В.В. Процессы отделочной обработки с применением специальных эластичных абразивных инструментов// Тез. докл. школы-семинара Передовой опыт алмазно-абразивной обработки прецизионных деталей машин. 2-4 окт.1990.- Одесса. -1990.- С. 103.
25. Кремень З.И., Цой В.В., Вольфсон А.И. Новые полировальные инструменты и их применение //Тез. док. 8 международной конференции Интерграйнд-91, 30 сент.- 4 окт. 1991- Л. - 1991. - С. 25.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям