ФЕНОПЛАСТЫ

СВЯЗУЮЩИЕ ДЛЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ И ФРИКЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ [14]

В работе [15] перечислены факторы, существенно влияющие на свойства шлифовальных кругов:

Тип абразива, форма и размеры абразивных зерен (от 3 мм до 20 мкм);

Тип связующего;

Структура шлифовального круга;

Твердость шлифовального круга, зависящая от типа связующего, и, следовательно, адгезии к абразивным зернам.

Шлифовальные круги на синтетических связующих в отличие от керамических гораздо менее чувствительны й изменениям давления, температуры и к ударным нагрузкам. Важным их свойством является повышенная твердость, что объясняется со­противлением связующего выкрашиванию зерен из поверхностного слоя в процессе шлифования. Улучшенные прочностные пока­затели обеспечивают более высокую производительность шлифо­вальных кругов при повышенных скоростях вращения. Тошше круги в качестве отрезных дисков при Окружной скорости до 80 м/с могут использоваться для пропиливания и разрезания ме­таллов и неметаллов.

Сырье

Из-за высоких, требований в отношении твердости, вязкости, режущей способности шлифовального инструмента в настоящее время получили широкое применение синтетические абразивы, в частности электрокорунд (А1203), карборунд (БЮ), а в особых случаях — алмазы и карбид бора (В4С).

Связующие необходимы для фиксирования абразивных зерен в структуре режущего материала. К наиболее экономичным и легко перерабатываемым связующим относятся фенольные смолы. При­менение находят парошкообразные новолаки и жидкие резольные смолы. Предпочтение отдается немодифицированным смолам* При изготовлении шлифовальных кругов на основе вулканизо­ванной фибры используют преимущественно смолы умеренной реакционной способности с высоким содержанием сухого остатка, тогда как для шлифовальных бумаг и абразивных шкурок подхо­дят высокореакционноспособные смолы [16].

С целью повышения прочности при комнатной температуре в связующее добавляют термопластичные материалы, например полиамиды, полиэфиры, полиакрилонитрил, поливинилацетали. Так, при изготовлении плоских абразивных изделий используют композицию, состоящую, из полиамидов, растворимых в спирте, и фенольных смол, полученных конденсацией в щелочной среде при соотношении компонентов в смесд от 19 : 1 до 1 : 4 [17].

В производстве водостойких абразивных инструментов с улуч­шенными механическими свойствами к твердой смоле добавляют каменноугольный пек, обладающий высокой реакционной спо­собностью по отношению к формальдегиду [18]. Для этой цели также пригодны активированные воздухом продукты перегонки каменноугольной смолы, кубовые остатки перегонки сырого фенола или остатков после экстракции нефти.

К новолакам, полученным кислой поликонденсацией фенола с формальдегидом при мольном соотношении 1:1, можно добавлять

До 20% (масс.) продуктов, полученных из каменноугольного дегтя после алкилирования его бензолом и последующей отгонки алкилбензола. Алкилированные дегти состоят из смеси высокоал - килированных соединений бензола и конденсированных соеди­нений фенола, таких, как дифенил. Набухаемость и водопогло - щение бумаги, идущей на изготовление слоистых пластиков, после пропитки модифицированными смолами лучше, чем после пропитки немодифицированными [19].

В качестве сырья для получения шлифовальных кругов могут использоваться фенолокрезольные и фенолофурфурольные смолы.

Порошкообразные смолы, как правило, содержат уротропин. Чем больше содержание уротропина, тем тверже шлифовальные круги. Из фенольных смол с меньшим содержанием уротропина изготовляют шлифовальные круги, отличающиеся повышенной стойкостью к охлаждающим жидкостям.

Перед смешением со смолой (порошкообразной) абразивные зерна можно смачивать фурфуролом (или смесью фурфурола и крезола в соотношении 80 : 20). Соотношение компонетов в смеси зависит от размера абразивных зерен. Абразивные зерна и смачи­вающий агент хорошо перемешивают в смесителе. После добав­ления смолы и хорошей гомогенизации массу формуют вручную. Соотношение смачивающего агента и порошка смолы должно быть таким, чтобы после перемешивания порошок не мог отсеиваться. Полученную смесь затем прессуют без нагревания под давлением около 150 кгс/см2, после чего помещают в нагревательную печь для отверждения (бакелизации).

Во избежание вздутия массы температуру бакелизации следует повышать постепенно. Диски толщиной до 15 мм отверждают ло такому режиму: 3 ч при 80 °С, 4 ч при 90 °С, 3 ч при 100 °С, 3 ч при 110 °С, 1 ч при 120 °С, 1 ч при 140 °С, 1 ч при 160 °С,

1 Ч при 180 °С и 4 ч при 180—190 °С. Далее их медленно охлаждают вместе с печью [15].

Для повышения прочности при разрыве и ударной вязкости абразивные круги армируют стеклотканью, которую предваритель­но пропитывают фенольной смолой с целью улучшения адгезии. В последнее время используют также модифицированные эпо­ксидами фенольные смолы, поскольку они обладают высокой ад­гезией к стеклянному волокну.

В производстве дисковых тормозов, эксплуатируемых при крат­ковременных высокотемпературных нагрузках, пригодными ока­зались модифицированные фенольные смолы на основе фенилбо - рата.

Для снижения хрупкости смолы модифицируют высыхающими маслами (касторовым, маслом скорлупы ореха кэшью), а для по­вышения эластичности — пербунаном.

С целью повышения прочности и влагостойкости тормозных и фрикционных материалов используют подложки — обычные ас­бестовые ткани или ткани с вплетенной металлической прово-

Локой, нетканые прослойки из коротковолокнистого асбеста (хризотила), иногда металлы (в виде нитей, проволоки, вплетенной в тканое полотно, металловаты, спрессованных волокон и т. д.). |3| В качестве наполнителей для абразивных и тормозных материа­лов находят применение барит, каолин, сланцевая мука, окислы Ре, Си, А1, криолит, асбестовая мука, мел, пирит и др., способ­ствующие улучшению теплостойкости инструмента, повышению прочности при изгибе и предотвращающие образование пузырь­ков и усадочных раковин.

Нанесение смол

В производстве шлифовальных кругов (дисков),на основе син­тетических смол абразивный порошок смешивают в смесителе сначала с жидкой, а затем с порошкообразной смолой и с напол­нителями. При этом образуется влажная клейкая масса, которая утрачивает клейкость после выдержки на воздухе в течение 1—2 ч. Абразивные материалы обрабатывают водным раствором жидкой смолы требуемых концентрации и вязкости. Смолы, применяемые в производстве фибровых дисков, обычно растворяют в спирте- ректификате, поскольку последний при последующей сушке легко улетучивается.

Подготовленную для переработки массу прессуют при комнат­ной температуре в полуфабрикаты. Неотвержденные смолы чув­ствительны к изменениям температуры и влажности, поэтому тем­пература в помещении и относительная влажность воздуха при изготовлении шлифовальных инструментов играют важную роль. Порошкообразная смола, находясь в смеси с жидкой смолой, начинает плавиться уже при температурах ниже 80 °С. Поэтому температуру в печи после загрузки полуфабрикатов быстро до­водят до 80—85 °С с тем, чтобы вокруг абразивных зерен образо­валась равномерная пленка связующего. Последующее повышение температуры до 100 °С должно происходить медленно, что является важным условием постепенного перехода смолы (с удалением воды или растворителя) в твердое состояние. При 100—120 °С начи­нается непосредственное отверждение. Охлаждение материала до - 50 °С производится также медленно во избежание возможной де­формации. Набухания охлажденных изделий при их выдержке в ацетоне при 20 °С в течение 1 ч не наблюдается. Новолачные смолы, как правило, отверждаются уротропином. О степени отвер­ждения смолы судят по ее растворимости в бутаноне в течение 2 мин (рис. 9.1). Вид кривой 1 свидетельствует о том, что степень отверждения чистой смолы в период бакелизации при 35 и 50 °С не изменяется, но потом, через 40 мин при 100 °С происходит даль­нейшее отверждение. При добавлении к смоле 10% уротропина отверждение начинается уже при 50 °С и быстро прогрессирует спустя несколько минут при 100 °С. Помимо уротропина можно использовать и другие отвердители.

При изготовлении абразивного инструмента, работающего под особенно большими нагрузками, адгезию синтетической смолы к абразивным зернам можно улучшить, предварительно покрывая зерна силиконами. Для этой цели подходят мономерные силаны, содержащие аминогруппы. Они хорошо растворимы в воде, и их легко наносить на абразивные зерна. Их можно также добавлять

Рис. 9.1. Изменение растворимости чистой фенольной смолы (1) и с 10% уротропина (2) в бутаноне в течение

2 мин.

К смоле в количестве до^%. Использование подобных соединений позволяет значительно увеличить срок службы абразивного ин­струмента.

Изготовление абразивных инструментов

Гибкие шлифовальные круги и отрезные доски изготавливают следующим образом. На подложку (в основном — тонкая бумага) наносят жидкий фенольный резол и посыпают корундом. Под­готовленные таким’путем полотна или полуфабрикаты подвергают форкойденсации при 90—95 °С (можно с помощью инфракрасных ламп) и получают твердую (после охлаждения) смолу. В случае применения раствора смолы в метаноле температуру снижают до 65 °С. Содержание смолы в пропитанном и высушенном полотне должно составлять 20—35%.

Из высушенного полотна вырезают круглые диски соответ­ствующих размеров, набирают в пакеты и прессуют при темпера­турах 140—180 °С и давлении 150—250 кгс/см2. Продолжитель­ность прессования складывается из основного времени, равного 2 мин, и дополнительного времени из расчета 1 мин на 1 мм тол­щины пакета.

В производстве шлифовальных кругов, работающих при высо­кой частоте вращения, применяют подложки из высококачественных тканей (хлопчатобумажные, стеклоткани, металлоткани, полиамид­ные ткани), а также из специального бумажного полотна с целью повышения прочности при растяжении. Особенно хорошо зареко­мендовали себя стеклоткани, предварительно пропитанные феноль­ной смолой.

Продолжительность прессования существенно зависит от того, как была проведена форконденсация резола. При соблюдении режима форконденсации шлифовальные круги (диски) бакели- зуются в течение 3—5 ч. Окончательное отверждение происходит без давления при 120 °С.

Тарельчатые шлифовальные круги, армированные тканями, прессуют в этажщдх прессах при нагревании. При поточном про­изводстве обычно смешивают композицию из смолы и наполнителя с абразивным порошком. Полученную смесь с послойно заложен­ными полотнами ткани подвергают предварительному холодному прессованию. В качестве иллюстрации на дис. 9.2 показана зави-

Рис. 9.2. Зависимость стойкости бу­мажной шкурки при шлифовании от продолжительности бакелизации инфракрасными лучами (абразив — карбид кремния № 16, связующее — фенольная смола, температура по­верхности 250 °С).

Симость стойкости бумажной шкурки при шлифовании от продол­жительности бакелизации инфракрасными лучами.

В качестве подложки применяют также вулканизованную фибру толщиной 0,5—0,8 мм. Смолу наносят в два этапа. На первом, необходимом для связывания абразивного порошка, наносят фенольный резол высокой вязкости, иногда смешанный с наполнителем. В дисках может содержаться до 40% мела и неко­торое количество редоксайда. Расход смолы равен 100—400 г/м2.

Предварительное отверждение в зависимости от толщины наносимого слоя длится 0,5—1 ч при 90 °С, 1—2 ч при 90—95 °С,

0, 5—1 ч при 120 °С. Быстрое повышение тепмературы недопустимо из-за образования пузырьков. После предварительного отвержде­ния проводят последующую обработку смолой средней вязкости. Полное отверждение происходит при повышений температуры до 120—125 °С в течение 90 мин и последующей выдержке при этой температуре в течение 2 ч. После пребывания во влажной среде к отвержденным фибровым дискам возвращается первоначальная эластичность. Для придания дополнительной щбкрстй дискам их слегка изгибают на вальцах.