国产聚酰亚胺树脂粉的性能研究

国产聚酰亚胺树脂粉的性能研究

1机械加工在现代生产中的作用有机磨损是广泛应用于工业生产的重要研磨工具之一。广泛应用于钢铁、汽车、航空、床、仪、化工、建筑和机械的研磨和加工。特别是在研磨和研磨方面，它具有优越的加工特性，是研磨和研磨的不可替代工具。随着高分子材料工业的发展,新型胶粘剂的合成与应用,使有机磨具的品种、产量、质量得以迅速扩展和提高。高效率、高精度、高速度、超硬材料有机磨具与数控磨床的成套使用,极大地促进了现代机械加工业的整体发展,在国民经济建设中起到重要作用。超硬材料树脂磨具是以超硬材料金刚石或立方氮化硼(CBN)为磨料,以树脂粉做结合剂,加入适当的填充材料,通过配制、混合、热压成型、固化及机械加工等工艺过程而制成的具有一定几何形状、能适用不同磨削要求的一种加工工具。在超硬材料磨具中树脂结合剂磨具所占比例约为60%～70%,超硬材料树脂磨具具有原材料易得,成本低;低温固化,生产周期短,所需设备和制造工艺流程简单;磨削效率高;磨具自锐性好,不易堵塞,被加工对象表面不易烧伤;磨具有一定的弹性,抛光性能好等优点。但是由于磨削过程中放出大量的热导致树脂分解或软化,粘结力下降,磨料大量脱落,使得在实际磨削应用中,昂贵的超硬材料没有完全磨钝充分发挥其效用,严重影响了磨具的磨削效率和磨削比,同时也造成了很大的浪费。因此,目前国内广泛选用耐热性更好的聚酰亚胺树脂代替传统的酚醛树脂用于超硬树脂磨具。本实验拟通过对国产的三种聚酰亚胺树脂粉的熔点、固化时间、流动性、抗折性能、抗冲击性能、硬度等理化性能进行分析比较,并对其在CBN砂轮上的应用进行磨削对比试验,以期找到具有优良成型工艺性,适合不同加工工件及条件的聚酰亚胺树脂。2实验部分2.1原材料2.2zno、氧化铬、cr2o3用量不易以确定CBN浓度拟定为120%,配方如下:CBN30%(体积分数,以下同),树脂42%,铜(Cu)16%,氧化锌(ZnO)6%,氧化铬(Cr2O3)6%。将CBN润湿后加入其它材料,充分研混后过筛,放入模具中热压成型,压制温度210℃,时间30min,压力50MPa,脱模后制品固化工艺200℃/2h、210℃/2h、220℃/2h、230℃/4h。2.3分析与测试2.3.1树脂测定采用毛细管法测定树脂粉的熔点,升温速率为1℃/min。2.3.2凝胶的时间测定使加热板升温至230～240℃,将2～3g树脂粉末摊放于加热的铁砧上,并不断用玻璃棒搅拌,直至观察到出现拉丝现象,此时表示树脂开始凝胶,记录开始到凝胶的时间。2.3.3流动性能测定称取待测的树脂粉10g,压制成50mm×5mm的圆柱试块,压力为5MPa,将已成型好的试块用卡尺测量直径后,用铁丝固定在45°的斜面铁板上,放入40℃烘箱中,以10℃/h的速度加热到230℃,取出冷却后,用卡尺测量其直径,用直径的变化表示其流动性的大小。2.3.4红外光谱和测试方法差热热重(DTA-TG)分析,微机差热天平(WCT-2C),空气气氛,升温速率10℃/min,北京天平仪器厂;傅里叶红外光谱,IRPRESTRGE-21,KBr压片;洛氏硬度,HR50,按GB/T2491-2003执行,承德试验机总厂。冲击强度,无缺口试样,按ASTM256标准测试;弯曲强度,按GB9341-2000标准进行,电子多功能力学试验机(CMT4504),速度10mm/min,天水三思新科技有限公司。3结果与讨论3.1种聚酰亚胺树脂的结构比较图1为三种聚酰亚胺树脂的傅里叶红外光谱图,其中1710cm-1为酰亚胺环羰基的特征吸收峰,1616cm-1和1514cm-1为苯环的特征吸收峰,1396cm-1为酰亚胺环CN的伸缩振动峰。从图1可以发现,三种树脂的谱图基本相似,与文献对比,三种树脂可能均为双马来酰亚胺和芳香族二胺的共聚物,其中A1和A2树脂的分子结构几乎相同。图2为三种聚酰亚胺树脂的差热曲线。从图2可以看出,三种聚酰亚胺的固化反应峰都在210℃左右,曲线基本相似,其DTA分析也表明三种聚酰亚胺树脂的结构基本近似。3.2预聚合程度比对树脂的熔体性能直接影响超硬树脂磨具的成形工艺和性能,三种聚酰亚胺树脂的熔点、流动性和凝胶时间见表2。从表2可以发现,A1树脂的熔点比其他两种树脂高,在结构相同的情况下,反映其分子量较高,说明其预聚合程度较高,后面的力学性能也证实了这一点。A2和A3的熔点较低,但A3流长更长,说明其流动性更好,这可能是由于A3中含有大量的小分子物质,虽然提高了树脂的流动性,但是同时也降低了树脂的力学性能,而且热压时容易导致溢流,不利于加工成型。凝胶时间的对比表明,A2树脂磨具硬化所需的时间短,故在树脂磨具的热压过程中,放气的时间要控制好,以免其硬化太快而使挥发物不能及时地放出导致产生发泡等缺陷。3.3复合树脂预聚体的稳定性树脂的力学性能直接影响树脂磨具的力学性能,表3为三种聚酰亚胺树脂的弯曲强度和冲击强度对比。从表3可以发现,A1由于其预聚体分子量较大,交联密度小,因此其树脂的韧性最好,比较适合制造精磨与抛光砂轮。而A2树脂的刚性较好,在螺纹磨削、曲轴磨削及各类型的切入磨削中,可以获得比较好的效果。3.4热分解温度的影响图3为三种聚酰亚胺树脂的热失重曲线,表明它们的起始热分解温度分别为:A1树脂377.5℃,A2树脂394.5℃,A3树脂381.7℃。图3显示,A2树脂的耐热性较好,适合端面磨等发热量较大的磨削应用。3.5其他树脂磨具的性能以上述三种树脂为结合剂分别制备CBN树脂磨具,并检测其力学性能和磨削性能。表4为CBN树脂磨具的性能对比。表4表明,以A2树脂为结合剂的CBN磨具不仅在强度和硬度上领先,而且在实际应用中同样有比较好的表现,其磨耗比比A1树脂增加53%,比A2树脂增加11%。而A1树脂的弯曲强度较好,但硬度偏软,进一步说明其适合于精磨和抛光等磨削量较小的应用。4a公司的研究和应用适合精磨a和b从前面的分析和研究可以说明,三种聚酰亚胺树脂