[发明专利]一种利用碳纳米管提高树脂磨具性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用碳纳米管提高树脂磨具性能的方法，特别涉及提高树脂磨具本体强度、抗冲击强度、抗挠曲性及耐磨性能，进而提高树脂磨具面形稳定性及加工精度，延长使用寿命的方法。

背景技术

树脂磨具是以树脂为结合剂，加入磨料、填充材料、添加剂等材料，通过配料、混合、成型(压制成形、浇铸成形、涂附成形)、固化及后修整等过程而制成的，适用不同磨削要求的一种加工工具。树脂磨具有磨削效率高，磨具自锐性好、不易堵塞、被加工对象表面不易烧伤、抛光性能好等优点，是应用最为广泛的磨具。但树脂的特性，决定树脂磨具本体强度、抗冲击强度、抗挠曲性、耐磨性不佳，造成磨具使用寿命短，面形稳定性差，限制了树脂磨具的应用。

在树脂磨具中添加玻璃纤维、碳纤维等增强型纤维，提高其本体强度、抗冲击强度、抗挠曲性、耐磨性，是树脂磨制造的一大进步。

碳纳米管是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口)的一维量子材料，它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度，碳纳米管抗拉强度达到50～200GPa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa，碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。目前在工业上常用的增强型纤维中，决定强度的一个关键因素是长径比，即长度和直径之比。目前材料工程师希望得到的长径比至少是20∶1，而碳纳米管的长径比一般在1000∶1以上，是理想的高强度纤维材料。另外，碳纳米管传热性能好，耐酸碱，耐高温，具有高的化学和热稳定性，作为树脂磨具增强型纤维具有明显优势。

碳纳米管作为径向尺寸纳米量级，轴向尺寸微米量级的一维量子材料，极易因范德华力等因素相互缠绕聚集成团，使其很难与其它材料混合均匀，从而限制了碳纳米管在树脂磨具中的应用。碳纳米管表面有机化处理后，通过同种电荷相互排斥或位阻效应，使碳纳米管在混料过程中更易分散均匀。

由于碳纳米管具有超强超韧特性和自润滑性能，且碳纳米管以网络和缠绕形态分布于磨具中，使磨料在摩擦磨损过程中不易脱落拔出，另外表面有机化碳纳米管的有机官能团可以与树脂发生化学反应，从而改善碳纳米管与树脂结合剂的结合力。目前，将表面有机化碳纳米管作为增强型纤维添加到树脂磨具的方法在国内外文献中未见报道。

发明内容

根据目前国内外的研究现状和考虑到树脂磨具质量的提高，本发明目的是提出一种简单、适用、有效提高树脂磨具本体强度、抗冲击强度、抗挠曲性及耐磨性能，进而提高树脂磨具的面形稳定性及加工精度，延长使用寿命的方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的，按配方将表面经过有机化处理的碳纳米管与磨料、填充材料、添加剂、树脂粉等材料混合均匀，成型(压制成形、浇铸成形、涂附成形)、固化、后修整等树脂磨具常规生产工艺实现。

所述碳纳米管为表面经过有机化处理，带有羧基、羟基等官能团的单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中一种或几种混合。

所述碳纳米管添加量为1-5％(质量比)。含量较低的时候，碳纳米管均匀分散，碳纳米管表面有机官能团与基体有较好的相容性，并发生一定程度的交联缠绕，形成一种网状结构，这种结构在外力作用下，可随基体一起移动变形，同时纳米粒子能吸收部分受到的能量，并将其分散到网状结构中，从而使其强度和韧性都有所增加。但随着填充量的提高，粒子在基体中发生一定程度的团聚，不但不能起到增强的作用，还会使其强度降低。

所述树脂磨具是选用天然或合成树脂为结合剂，通过配料、混合、成型(压制成形、浇铸成形、涂附成形)、固化及后修整等过程而制成的，适用不同磨削要求的一种加工工具。

所述树脂磨具所用磨料为金刚石、立方氮化硼、碳化硅、刚玉中的一种或几种混合。

树脂磨具的使用寿命可以通过磨削实验进行鉴定，在同等条件下进行磨削玻璃实验，比对寿命。

具体实施方式

下面结合具休实施事例，进一步阐述本发明。应理解为，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做出的各种改动或修改，这些等价形式仍属于本发明申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1