BMI樹脂CBN超精油石制備及性能研究

摘要:以丙酮為溶劑溶解BMI樹脂，將制成的樹脂液與CBN磨料按比例混合均勻形成料漿，澆注成型后加熱揮發(fā)丙酮并使樹脂固化制備CBN超精油石。從油石微觀結(jié)構(gòu)上分析了丙酮的最佳用量，結(jié)果表明:丙酮用量低于16.9%時(shí)，無法將CBN磨料與BMI樹脂混合均勻;丙酮用量為23.4%-29.0%時(shí)，可制備成均勻穩(wěn)定的料漿;丙酮用量高于33.8%時(shí)，料漿中的CBN磨料會(huì)連續(xù)沉降。另外，當(dāng)丙酮用量為23.4%時(shí)，BMI樹脂比例在7%-16%范圍內(nèi)隨著含量的增加油石強(qiáng)度和硬度增大，超過16%時(shí)粘度的增加將導(dǎo)致丙酮不易揮發(fā)，油石中存在大量的氣孔，其強(qiáng)度和硬度均反而降低。

關(guān)鍵詞:BMI樹脂; 澆注; CBN磨料; 超精油石

中圖分類號(hào):TG74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

The Rearch for Preparation and Performances of BMI Resin CBN Precision whetstone

(College of Materials Science and Engineering，Hunan Univ，Changsha，Hunan 410082，China)

Abstract: The BMI resin solution which synthesized using BMI resin and the solvent of acetone was mixed with CBN abrasive in proper proportion to prepare the slurry， then the whetstone was prepared with the process of pouring，acetone evaporating and resin curing. The best dosage of the acetone is analyzed by the microstructure of whetstone. Experimental results show that when the content of acetone is under 16.9%， the CBN abrasive is not well-distributed in the BMI resin. Whereas， when the content of acetone was 23.4%-29.0%， the CBN abrasive distributed uniformly. Nevertheless， as the content of acetone is up to 33.8%， the CBN abrasive deposits in the BMI resin. In addition， when the content of acetone is 23.4% and BMI resin content is in the region of 7%-16%， the flexure strength and hardness of whetstone are reinforced with the content of BMI resin increasing. If the content of BMI resin beyond 16%， it is difficult to volatilize the acetone as the viscosity of slurries increasing， which results in increasing the porosity and reducing the flexural strength and hardness of the whetstone .

Keywords: BMI resin;Pouring; CBN abrasive;precision whetstone

超精油石主要用于軸承內(nèi)外圈等零部件的精密磨削加工工序，相對(duì)于其它種類的磨具來說，超精油石在化學(xué)成分、物理力學(xué)性能及加工工藝性能上均有著嚴(yán)格的要求，應(yīng)該具有成分準(zhǔn)確，硬度、組織均勻，性能穩(wěn)定，無外部和內(nèi)部微觀缺陷等特點(diǎn)[1]。陶瓷結(jié)合劑超精油石雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在磨削時(shí)容易對(duì)磨削面產(chǎn)生劃痕，因此，本研究期望采用樹脂結(jié)合劑制備超精油石以達(dá)到較好的磨削效果。在可選的樹脂中，BMI(雙馬來酰亞胺)樹脂良好的耐高溫，耐輻射，耐濕熱，吸濕率低和熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)良特性[2-4]，使其成為制備超精油石的最佳樹脂結(jié)合劑。目前，樹脂結(jié)合劑磨具成型方法主要有熱壓法，冷壓/固化法等，但壓制成型方法生產(chǎn)的超精油石缺陷較多，硬度和組織均勻性難以保證[5-6]，因此需要研發(fā)一種新的方法制備超精油石。本文通過BMI樹脂澆注法制備CBN(立方氮化硼)超精油石，先用丙酮溶解BMI樹脂形成樹脂液，然后將樹脂液與CBN磨料攪拌均勻形成料漿注入模具內(nèi)成型，最后通過揮發(fā)丙酮和固化樹脂制備CBN超精油石。該方法具有工藝簡單，節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)原材料

雙馬來酰亞胺(BMI)樹脂:YT005型，沁陽市天益化工有限公司生產(chǎn);丙酮:分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn);CBN:CBN-B2000M型(粒度5#61549;m)，河南飛孟金剛石工業(yè)有限公司生產(chǎn);石墨粉(800目)。

1.2樣品制備

將表1各配方按表2稀釋，具體操作為:將塊狀BMI樹脂溶于丙酮溶液中配置成具有一定濃度的樹脂液，然后將CBN與石墨混合均勻，倒入BMI樹脂液中充分?jǐn)嚢杈鶆颉⒒旌玫牧献⑷肽＞咧校缓蠓湃腚姛峁娘L(fēng)干燥箱中40℃條件下干燥，高溫固化，即制得CBN超精油石試樣。

1.3樣品表征

用德國產(chǎn)STA-449C型綜合熱分析儀對(duì)試樣差熱分析檢測;用型號(hào)為WQF-410紅外光譜儀檢測BMI樹脂固化情況;用JSM-6700場發(fā)射SEM觀察試樣的微觀結(jié)構(gòu);用LWK-250微控電子拉力試驗(yàn)機(jī)測量試樣的抗彎強(qiáng)度;用洛氏硬度計(jì)測量試樣的硬度。

2結(jié)果與討論

2.1BMI樹脂固化工藝

BMI樹脂在超精油石中主要起結(jié)合CBN磨料的作用，因此BMI樹脂固化程度在很大程度上決定了CBN油石的性能。實(shí)驗(yàn)利用動(dòng)態(tài)DSC方法測試了BMI樹脂在5℃/min、10℃/min、15℃/min三種升溫速率下的DSC曲線，如圖1所示，圖中各升溫速率下的峰值見表3。用外推法外推至0℃/min時(shí)的峰始溫度Ti、溫度峰頂溫度Tp、峰終溫度 Tf分別為159.1℃、200.5℃、228.9℃。

從圖中曲線a可以得到固化前BMI樹脂的主要特征峰有:3101cm-1(=C—H)，1711cm-1(C=O)，1390cm-1和1149cm-1(C—N—C)，825cm-1(=C—H平面外振動(dòng))，688cm-1(=C—H彎曲振動(dòng))。從曲線b上可以看到，BMI樹脂特征峰值825cm-1和688cm-1的強(qiáng)度減弱已很明顯;當(dāng)溫度達(dá)到c條件時(shí)，由圖可見，3101cm-1、825cm-1和688cm-1峰已基本消失，說明固化后雙鍵消失，固化反應(yīng)已基本完全[7-10]。因此確定BMI樹脂的固化工藝為:160℃/1.5h+ 200℃/2h+230℃/6h。

2.2試樣的微觀結(jié)構(gòu)分析

圖2(a)是2#配方加入丙酮量為16.9%時(shí)CBN油石的斷面圖。由圖可見，CBN油石斷面很不平整并且有大量的氣孔，局部放大圖上BMI樹脂與CBN磨料未形成均勻的組織。這主要是因?yàn)楸昧刻伲纬傻牧蠞{太稠，無法將CBN磨料與BMI樹脂混合均勻，且丙酮揮發(fā)所產(chǎn)生的大量氣泡無法排出。圖2(b)中當(dāng)丙酮加入量為23.4%時(shí)CBN磨料在BMI樹脂中的分散均勻性就比較好，局部放大圖上CBN磨料間形成了均勻的BMI樹脂結(jié)合劑橋，斷面比較平整且未見有氣泡產(chǎn)生。當(dāng)丙酮的用量達(dá)到33.8%時(shí)，由于料漿太稀從而導(dǎo)致丙酮揮發(fā)過程中大量CBN磨料沉降，從可以圖2(c)上看到，CBN油石斷面下部幾乎全部是CBN磨料。由此可見，丙酮用量對(duì)CBN在BMI樹脂中的分散均勻程度有著很大影響。

圖3(a)是BMI樹脂含量為7%時(shí)的CBN油石，圖中CBN磨料與BMI樹脂之間的結(jié)合橋較差，BMI樹脂對(duì)CBN磨料的把持力較低，這將導(dǎo)致磨削加工工件時(shí)CBN磨粒易于脫落。而圖3(b)中當(dāng)BMI樹脂含量達(dá)到16%時(shí)，則可以看到，BMI樹脂將CBN磨料很好的結(jié)合起來。由此還可從理論上推測，BMI樹脂含量達(dá)到16%時(shí)要比7%的CBN油石強(qiáng)度要高。

2.3試樣的性能

圖4(a)是CBN油石抗彎強(qiáng)度與BMI樹脂含量的關(guān)系圖，油石抗彎強(qiáng)度的高低反映了其受力時(shí)的形狀保持度，抗彎強(qiáng)度高時(shí)被磨削工件的加工精度就易于控制。從圖上可以看出，在BMI樹脂含量7%-16%范圍內(nèi)隨其含量增加油石抗彎強(qiáng)度增高(從圖3也可得到解釋)。圖4(b)是CBN油石硬度與BMI樹脂含量的關(guān)系圖，硬度的高低反映了油石的磨削性能。由圖可見在7%-16%范圍內(nèi)，隨著BMI樹脂含量的提高，油石硬度增大，其波動(dòng)幅度增加不大。從圖4上還可看出，當(dāng)樹脂含量超過16wt%時(shí)，粘度的增加將導(dǎo)致丙酮不易揮發(fā)，油石中存在大量氣孔，因此增加樹脂含量反而導(dǎo)致油石的強(qiáng)度和硬度降低，硬度的波動(dòng)幅度變得更大。

3結(jié)論

采用BMI樹脂澆注法制備CBN超精油石結(jié)果表明，在配方中加入丙酮量在23.4%-29.0%范圍內(nèi)，通過攪拌使CBN磨料在BMI樹脂液中充分分散形成均勻穩(wěn)定料漿，澆注成型后揮發(fā)丙酮并加熱固化BMI樹脂，可以制備出硬度和組織均勻性好的超精油石;在BMI樹脂比例7%-16%范圍內(nèi)，可通過控制其含量對(duì)超精油石的強(qiáng)度和硬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

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