填料作為輔助材料用于磨具的生產(chǎn)。它們通常是對(duì)磨粒和粘結(jié)劑都具有親和力的無機(jī)化合物。根據(jù)其作用機(jī)制,可以將填料分類(見表1)。
填料在磨具中具有幾項(xiàng)極其重要的功能:
? 通過提高磨粒與粘結(jié)劑的粘附性,增加工具的機(jī)械強(qiáng)度;
? 在燒結(jié)過程中保護(hù)磨粒免受爐內(nèi)有害環(huán)境的影響;
? 防止樹脂在磨粒和粘結(jié)劑接觸面上的熱降解;
? 在工具操作時(shí)冷卻工具。
填料被添加到磨料復(fù)合材料中有多個(gè)原因。最常見的是通過添加惰性填料(通常是煙灰、銅渣或氧化鐵)來降低工具的生產(chǎn)成本。然而,更優(yōu)選使用活性填料,主要通過吸收工藝中的熱量,從而進(jìn)行熱分解,防止樹脂粘結(jié)劑的熔化。傳統(tǒng)的活性填料有一些缺點(diǎn),主要是由于其分解會(huì)產(chǎn)生有害氣體。常見填料如黃鐵礦(FeS2)和立托粉(ZnS + BaSO4)分解時(shí)會(huì)釋放硫,而氟硼酸鉀(KBF4)、冰晶石(Na3AlF6)和氟鋁酸鉀(K3AlF6)則會(huì)釋放氟及其化合物。因此,目前正在尋找既具有理想特性又對(duì)環(huán)境影響較小的填料。
活性添加劑
LITOPONE(立托粉)是指一種白色顏料,由硫化鋅(ZnS)和硫酸鋇(BaSO?)組成,通常以固定比例混合。立托粉主要用于涂料、油墨、橡膠和塑料工業(yè)中作為顏料。其特點(diǎn)是具有良好的遮蓋力和耐久性,并且價(jià)格相對(duì)低廉,因此被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品的制造中。立托粉在使用過程中不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化,因此是一種穩(wěn)定且安全的顏料。
PYRITE(黃鐵礦)是一種常見的硫化礦物,化學(xué)成分為硫化鐵(FeS?)。
SILICA(硅石)
CRYOLITE(冰晶石)
POTASSIUM CRYOLITE(鉀冰晶石)
POTASSIUM FLUOROBORATE(氟硼酸鉀)
非活性添加劑
玻璃纖維
銅渣(copper slag) 是指在銅冶煉過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品。銅渣通常是熔煉銅礦石時(shí)從熔融的銅中分離出來的硅酸鹽基物質(zhì);銅渣主要由二氧化硅(SiO?)、氧化鐵(Fe?O?)和氧化鋁(Al?O?)組成,還含有少量的其他金屬氧化物。
煙灰/媒煙(soot) 是指由不完全燃燒的碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生的細(xì)小碳顆粒。
無機(jī)氧化物(Fe2O3、ZnO、Al2O3等)
特定的天然聚合物
值得一提的是,鋁硅酸鹽如天然沸石已成功用作功能性和生態(tài)填料。這種原料價(jià)格低廉且環(huán)保,對(duì)用于生產(chǎn)粘結(jié)磨具的原型樹脂復(fù)合材料的熱機(jī)械性能也有良好影響。此外,沸石可以加速酚醛樹脂的交聯(lián)。由于沸石在其結(jié)構(gòu)中保留大量水分,因此不應(yīng)用于基于cBN的超硬磨具;因?yàn)樵谶@種工具的高工作溫度和沸石釋放的水的存在下,cBN可能會(huì)發(fā)生分解。
木質(zhì)素是一種有趣的填料原料,它具有許多優(yōu)點(diǎn)——天然來源、可再生,并且作為木材脫木質(zhì)素工藝的副產(chǎn)品大量生產(chǎn)。不幸的是,由于其特有的結(jié)構(gòu),原始狀態(tài)的木質(zhì)素?zé)o法提供所需的性能。可以通過兩種方法改善其性能。一種方法是通過氧化活化原木質(zhì)素,從而形成新的、更活躍的功能基團(tuán),能夠與樹脂粘結(jié)劑反應(yīng)。另一種提高木質(zhì)素制品熱穩(wěn)定性的方法是將其與適當(dāng)?shù)臒o機(jī)氧化物結(jié)合,形成有機(jī)-無機(jī)混合材料。添加這些創(chuàng)新材料可以主要提高最終磨料復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。
目前,尋找新型功能性填料的工作正在加強(qiáng),越來越多的是混合材料。主要目標(biāo)是生產(chǎn)具有改進(jìn)特性的系統(tǒng),對(duì)作為最終產(chǎn)品的磨具產(chǎn)生決定性影響。有機(jī)聚合物或生物聚合物與無機(jī)氧化物的結(jié)合使得能夠獲得具有前所未有特性的現(xiàn)代添加劑。另一個(gè)重要因素是生產(chǎn)磨料材料的成本。通過使用廢棄物(包括天然來源的廢棄物)可以將這些成本保持在相對(duì)較低的水平。