專利名稱：一種利用碳納米管提高樹脂磨具性能的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用碳納米管提高樹脂磨具性能的方法，特別涉及提高樹脂磨具本體強 度、抗沖擊強度、抗撓曲性及耐磨性能，進而提高樹脂磨具面形穩定性及加工精度，延長使 用壽命的方法。
背景技術：
樹脂磨具是以樹脂為結合劑，加入磨料、填充材料、添加劑等材料，通過配料、混合、 成型(壓制成形、澆鑄成形、涂附成形)、固化及后修整等過程而制成的，適用不同磨削要求 的一種加工工具。樹脂磨具有磨削效率高，磨具自銳性好、不易堵塞、被加丄對象表面不易 燒傷、拋光性能好等優點，是應用最為廣泛的磨具。但樹脂的特性，決定樹脂磨具本體強度、 抗沖擊強度、抗撓曲性、耐磨性不佳，造成磨具使用壽命短，面形穩定性差，限制了樹脂磨 具的應用。
在樹脂磨具中添加玻璃纖維、碳纖維等增強型纖維，提高其本體強度、抗沖擊強度、抗 撓曲性、耐磨性，是樹脂磨制造的一大進歩。
碳納米管是一種具有特殊結構(徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級、管子兩端 基本上都封口)的'維量子材料，它牛.要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸 圓管。由于碳納米管中碳原子采取SP2雜化，相比SP3雜化，SP2雜化中S軌道成分比較大， 使碳納米管具有高模量、高強度，碳納米管抗拉強度達到50 200GPa,是鋼的100倍,密度卻 只有鋼的1/6，彈性模量可達lTPa，與金剛石的彈性模量相當，約為鋼的5倍。對于具有理 想結構的單層壁的碳納米管，其抗拉強度約800GPa，碳納米管是目前可制備出的具有最高比 強度的材料。碳納米管的硬度與金剛石相當，卻擁有良好的柔韌性，可以拉伸。目前在工業 上常用的增強型纖維中，決定強度的一個關鍵因素是長徑比，即長度和直徑之比。目前材料 工程師希望得到的長徑比至少是20:1，而碳納米管的長徑比一般在1000:1以上，是理想的高 強度纖維材料。另外，碳納米管傳熱性能好，耐酸堿，耐高溫，具有高的化學和熱穩定性， 作為樹脂磨具增強型纖維具有明顯優勢。
碳納米管作為徑向尺寸納米量級，軸向尺寸微米量級的一維量子材料，極易因范德華力 等因素相互纏繞聚集成團，使其很難與其它材料混合均勻，從而限制了碳納米管在樹脂磨具 中的應用。碳納米管表面有機化處理后，通過同種電荷相互排斥或位阻效應，使碳納米管在 混料過程中更易分散均勻。由于碳納米管具有超強超韌特性和自潤滑性能，且碳納米管以網絡和纏繞形態分布于磨 具中，使磨料在摩擦磨損過程中不易脫落拔出，另外表面有機化碳納米管的有機官能團可以 與樹脂發生化學反應，從而改善碳納米管與樹脂結合劑的結合力。目前，將表面有機化碳納米 管作為增強型纖維添加到樹脂磨具的方法在國內外文獻中未見報道。
發明內容
根據目前國內外的研究現狀和考慮到樹脂磨具質量的提高，本發明目的是提出一種簡 單、適用、有效提高樹脂磨具本體強度、抗沖擊強度、抗撓曲性及耐磨性能，進而提高樹脂 磨具的面形穩定性及加工精度，延長使用壽命的方法。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的，按配方將表面經過有機化處理的碳納米管與 磨料、填充材料、添加劑、樹脂粉等材料混合均勻，成型(壓制成形、澆鑄成形、涂附成形)、 固化、后修整等樹脂磨具常規生產工藝實現。
所述碳納米管為表面經過有機化處理，帶有羧基、羥基等官能團的單壁碳納米管、雙壁 碳納米管和多壁碳納米管中一種或幾種混合。
所述碳納米管添加量為1-5% (質量比)。含量較低的時候，碳納米管均勻分散，碳納米 管表面有機官能團與基體有較好的相容性，并發生一定程度的交聯纏繞，形成一種網狀結構， 這種結構在外力作用下，可隨基體一起移動變形，同時納米粒子能吸收部分受到的能量，并 將其分散到網狀結構中，從而使其強度和韌性都有所增加。但隨著填充量的提高，粒子在基 體中發生一定程度的團聚，不但不能起到增強的作用，還會使其強度降低。
所述樹脂磨具是選用天然或合成樹脂為結合劑，通過配料、混合、成型(壓制成形、澆 鑄成形、涂附成形)、固化及后修整等過程而制成的，適用不同磨削要求的一種加工工具。
所述樹脂磨具所用磨料為金剛石、立方氮化硼、碳化硅、剛玉中的一種或幾種混合。
樹脂磨具的使用壽命可以通過磨削實驗進行鑒定，在同等條件下進行磨削玻璃實驗，比 對壽命。
具體實施例方式
下面結合具休實施事例，進一步闡述本發明。應理解為，這些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發明做出的各種改動或修改，這些等價形式仍屬于本發明申請所附權利要求書所 限定的范圍。
實施例1
按外加羧基化碳納米管3%，改性酚醛樹脂粉22%，銅粉30%，氧化鉻10%，氧化鐵20%， 碳化硅微粉18%，金剛石粉(粒度120/140，濃度75%)，配粉并混合均勻，冷壓成型，分段升溫至20(TC,保溫固化10小時。與同等工藝條件下未加羧基化碳納米管樹脂磨塊相比，磨 塊的使用壽命大約可提高11%。 實施例2
按外加羥基化碳納米管3%,改性酚醛樹脂粉22%，銅粉30%，氧化鉻10%，氧化鐵20%， 碳化硅微粉18%，金剛石粉(粒度120/140，濃度75%)，配粉并混合均勻，冷壓成型，分段 升溫至20(TC，保溫固化10小時。與同等工藝條件下未加羧基化碳納米管樹脂磨塊相比，磨 塊的使用壽命大約可提高16%。
權利要求
1.一種利用碳納米管提高樹脂磨具性能的方法，樹脂磨具中添加表面有機化處理的碳納米管。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征是所述碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管和 多壁碳納米管中一種或幾種混合。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征是所述碳納米管表面經有機化處理，帶有羧基、羥 基等有機官能團的碳納米管中一種或幾種混合。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征是所述碳納米管添加量為1-5°/。(質量比)。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征是所述樹脂磨具是選用天然或合成樹脂為結合劑， 通過配料、混合、成型(壓制成形、澆鑄成形、涂附成形)、固化及后修整等過程制成的適用 不同磨削要求的一種加工工具。
6. 如權利要求1所述的方法，其特征是所述樹脂磨具所用磨料為金剛石、立方氮化硼、 碳化硅、剛玉中的一種或幾種混合。
全文摘要
本發明公開了一種利用碳納米管提高樹脂磨具性能的方法，通過樹脂磨具中添加表面經有機化處理的碳納米管，提高樹脂磨具的本體強度、抗沖擊強度、抗撓曲性及耐磨性能，進而提高樹脂磨具的面形穩定性及加工精度，延長使用壽命。所用碳納米管表面經有機化處理后帶有羧基、羥基等有機官能團，碳納米管添加量為1-5wt％。添加碳納米管為羧基化碳納米管，磨具耐磨性可提高10-15％；添加碳納米管為羥基化碳納米管，磨具耐磨性可提高15-20％。
文檔編號B24D18/00GK101602191SQ200910094669
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月29日 優先權日2009年6月29日
發明者劉忠祥, 句紅兵, 張文艷, 李妹明, 楊俊宏, 立 譚 申請人:云南光電輔料有限公司