ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИГОТОВЛЕННЯ АЛМАЗНИХ ШЛІФУВАЛЬНИХ СТРІЧОК З ПОВЕРХНЕЮ СКЛАДНОЇ ФОРМИ

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ»

В. М. Бичихін, Є. О. Пащенко, д.т.н.,

Д. О. Савченко, к.т.н.,

О. В. Лажевська, к.т.н.,

А. Г. Довгань, Н. А. Щур, С. В. Скороход

Інститут надтвердих матеріалів

ім. В. М. Бакуля НАН України

Стаття присвячена вирішенню технологічної проблеми зменшення небажаної адгезії каучукових зв’язок до поверхні сталевих вулканізаційних прес-форм. Показано, що застосування стеарату кальцію дозволяє комплексно вирішити два важливих завдання, а саме, запобігання адгезійній взаємодії зв’язок з матеріалом прес-форми та, водночас, підвищення міцності утримання зерен алмазу та інших абразивних часток у каучуковому композиті.

Annotation

The article is devoted to solving the technological problem of reducing the undesirable adhesion of rubber binders to the surface of steel vulcanization molds. It has been shown that the use of calcium stearate allows to solve two important tasks in a complex, namely, preventing the adhesive interaction of the binders with the material of the molds and at the same time increasing the strength of retention of diamond grains and other abrasive particles in the rubber composite.

Для створення відтворюваного технологічного процесу вулканізації алмазного інструменту на каучукових зв’язках необхідно забезпечувати повну відсутність адгезії алмазовмісного шару інструменту до сталевих вулканізаційних прес-форм.

Чим складніше конфігурація інструменту, чим більш розвинута його поверхня, тим більша площа його контакту з прес-формою (як, наприклад, у алмазних шліфувальних переривчастих стрічок), і тим більшим є ризик міцного зчеплення інструменту з прес-формою, що ускладнює його вивантаження після вулканізації.

При виготовленні алмазноабразивного полірувального інструменту на каучукових зв’язках прес-форми покривають антиадгезійною плівкою з використанням розчину поліетилгідридсилоксану, який отверджують безпосередньо на прес-формі шляхом нагрівання при температурі 180–190 °C протягом 8 год.

Однак при переході від виготовлення алмазного полірувального інструменту до шліфувального до складу композитів вводять алмази більшої зернистості (більш ніж 100/80 мкм), які, як виявилося, у процесі формування інструменту в пресформі прорізають антиадгезійну захисну плівку. При цьому адгезія до прес-форм інструменту, особливо важкопрофільних, як, наприклад, переривчастих стрічок, різко зростає. Тому необхідно було ввести в гумову зв’язку алмазовмісного шару антиадгезійну добавку, яка була б здатна різко знижувати силу зчеплення зв’язки з вулканізаційними прес-формами при одночасному збереженні її високої адгезії до алмазних і абразивних шліфпорошків, які можуть зазнавати попередньої обробки для підвищення їх втримання у зв’язці.

Зазвичай як антиадгезійні добавки до каучукових зв’язок використовують стеаринову кислоту або стеарат цинку. Ці компоненти знижують липкість каучукових зв’язок до сталевих вулканізаційних прес-форм. Однак, як показали наші дослідження, результати яких наведено в табл. 1, ці добавки одночасно зменшують і адгезію каучукових зв’язок до діамантових і абразивних шліфпорошків, покритих тонкою плівкою фенольного зв’язуючого СФ012 А (фенолформальдегідної смоли з отверджувачем гексаметилентетраміном (ГМТА). Внаслідок цього різко падає втримання алмазів і абразивів у зв’язці, знижується стійкість і працездатність інструменту. Тому застосовувати зазначені добавки недоцільно.

 

Нами було запропоновано використовувати як антиадгезійну добавку до зв’язки стеарат кальцію, який зазвичай застосовувався в каучукових зв’язках як стабілізатор полівінілхлориду (ПХВ) у дозуванні 0,5–1,0 мас. ч. на 100 мас. ч. каучуку. З метою вибору оптимального дозування стеарату кальцію в еластичну напівжорстку і жорстку каучукові зв’язки вводили стеарат кальцію в кількості: 0,5; 3,5; 4,5; 5,5; 6,5; 7,5; 9,5; 11,5 мас. ч. на 100 мас. ч. каучуку. Далі на зазначених зв’язках виготовляли переривчасті стрічки та визначали наявність липкості при вивантаження їх з вулканізаційних прес-форм. Було встановлено, що при дозуваннях 1,5–3,5 мас. ч. стеарату кальцію на 100 мас. ч. каучуку спостерігається сильна липкість зв’язок до пресформ; при дозуванні 4,5 мас. ч. стеарату кальцію липкість зменшується, але не зникає повністю, при дозуванні стеарату кальцію 5,5 мас. ч. і вище липкість зв’язок до прес-форм не спостерігається.

Стеарат кальцію має певні властивості пом’якшувача, що могло б підвищити деформованість вулканізованих каучукових зв’язок, особливо при підвищеній температурі, зменшити їх міцність при розтягуванні, а також вплинути на адгезію каучукової зв’язки до фенольного зв’язуючого СФ012 А на поверхні зерен алмазу. Тому необхідно було визначити ці показники та встановити максимально припустиму концентрацію стеарату кальцію у зв’язці (рис. 1).

Одночасно визначали вплив вмісту стеарату кальцію на міцність при розтягуванні σ еластичних зв’язок. Як видно з рис. 2, зі збільшенням вмісту у зв’язці стеарату кальцію до 1,5–2,5 мас. ч. на 100 мас. ч. каучуку спостерігається деяка тенденція до збільшення міцності зв’язки, проте вона зменшується і зовсім зникає з подальшим підвищенням вмісту стеарату кальцію у зв’язці. Оскільки в усіх розглянутих випадках зміни міцності зв’язки незначні, стає абсолютно ясно, що стеарат кальцію в дозуванні 1,5–5,5 мас. ч. на 100 мас. ч. каучуку практично не знижує міцність зв’язки, і цей показник не може бути вирішальним у виборі оптимального дозування стеарату кальцію. Введення у зв’язку стеарату цинку повністю усуває адгезію зв’язки до плівки з фенольного зв’язуючого СФ012 А, введення стеаринової кислоти різко знижує адгезію зв’язки до плівки (до 8,6 кН/м проти 20,6 кН/м для зв’язки, яка не містить стеаринової кислоти). Введення стеарату кальцію не тільки не знижує адгезію зв’язки до плівки апрету на поверхні зерен, а навіть підвищує її (25,4 кН/м проти 20,6 кН/м), що пояснюється взаємодією стеарату кальцію з фенольним зв’язуючим, що знаходиться у зв’язці та в апретуючій плівці на поверхні зерен.

Таким чином, стеарат кальцію, введе ний в гумову зв’язку в дозуванні не менше 5,5 мас. ч. на 100 мас. ч. каучуку, надає зв’язці вибіркових антиадгезійних властивостей: усуває зчеплення зв’язки з поверхнею вулканізаційних прес-форм і водночас зберігає і навіть підвищує адгезію її до плівки з фенольного зв’язуючого СФ012 А, що застосовується як апрет для алмазних і абразивних шліфпорошків.

Адгезійні властивості стеарату кальцію в каучукових зв’язках пояснюється тим, що гідроксильні групи фенол-формальдегідної смоли, що входять в гумову зв’язку, і апретмають слабокислотні властивості та взаємодіють з іонами кальцію у складі стеарату, утворюючи феноляти кальцію, пов’язані з поліконденсованною фенол-формальдегідною смолою. Таким чином, стеарат кальцію є «зшиваючим» агентом, що забезпечує високу адгезію між фенол-формальдегідною смолою з каучукової зв’язки і з апрету, що вкриває алмазні та абразивні зерна. Внаслідок цього досягається висока адгезія алмазів і абразивів до каучукової зв’язці.

При цьому радикал стеарилу, що входить до складу стеарату кальцію, утворює з воднем гідроксилу фенолу з фенол-формальдегідної смоли стеаринову кислоту, яка надає зв’язці антиадгезійних властивостей по відношенню до сталевих вулканізаційних прес-форм.

Відсутність адгезії каучукової зв’язки, що містить стеарат цинку, до алмазних шліфпорошків, покритих плівкою з фенол-формальдегідної смоли з отверджувачем гексаметилентетраміном (фенольний зв’язуючий СФ012 А), можна пояснити тим, що ГМТА при температурі вулканізації зв’язки частково розкладається, виділяючи аміак, що створює лужне середовище. Тим часом цинк зі стеарату цинку, будучи амфотерним елементом, у лужному середовищі не взаємодіє зі слабокислотним водневим іоном гідроксилу фенольного кільця фенол-формальдегідної смоли. Таким чином, не створюється зв’язок між стеаратом цинку з каучукової зв’язки та плівкою апрету, що покриває алмази й абразиви.

Тому в розглянутих алмазноабразивних каучукових композиціях тільки стеарат кальцію має вибіркові антиадгезійні властивості стосовно зв’язки, апрету і сталевих прес-форм.

Одержані результати були використані в технологічному процесі виготовлення алмазних шліфувальних переривчастих стрічок. Це дозволило вирішити проблему небажаної адгезії до сталевих вулканізаційних прес-форм не тільки алмазних шліфувальних переривчастих стрічок, але і всієї гами алмазного інструменту на каучукових зв’язках.


Інститут надтвердих матеріалів

ім. В. М. Бакуля НАН України

вул. Автозаводська, 2, м. Київ, 04074

Похожие статьи


Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.