一种弹性磨料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种弹性磨料及其制备方法 (Elastic abrasive and preparation method thereof ) 是由 付慧坛 赵许豹 尚蒙娅 张茂亮 马红磊 邢士博 杨艳娟 彭进 郑红娟 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种弹性磨料及其制备方法,涉及磨料领域。弹性磨料由热塑性弹性体颗粒和硬质磨料组成,硬质磨料粘接于热塑性弹性体颗粒表面,可用于工件表面喷射加工处理,其制备方法包括以下步骤：将热塑性弹性体颗粒干燥5小时,将硬质磨料加入沸腾床中,加热至温度高于热塑性弹性体颗粒的热变形温度10-30℃,将热塑性弹性体颗粒从与硬质磨料加入口的相反方向加入口加入沸腾床中,与受热磨料混合5-20min,冷却、收取,使用筛孔大于硬质磨料、小于弹性体颗粒尺寸的筛子进行筛分,得到弹性磨料。本发明制备弹性磨料的设备简单,工艺简单,且得到的弹性磨料颗粒均匀,具有良好的抛光效果。(The invention discloses an elastic grinding material and a preparation method thereof, and relates to the field of grinding materials. The elastic abrasive material consists of thermoplastic elastomer particles and hard abrasive materials, wherein the hard abrasive materials are adhered to the surfaces of the thermoplastic elastomer particles and can be used for workpiece surface spraying processing treatment, and the preparation method comprises the following steps: drying thermoplastic elastomer particles for 5 hours, adding a hard abrasive into a boiling bed, heating to a temperature higher than the thermal deformation temperature of the thermoplastic elastomer particles by 10-30 ℃, adding the thermoplastic elastomer particles into the boiling bed from an inlet opposite to the inlet for adding the hard abrasive, mixing with the heated abrasive for 5-20min, cooling, collecting, and screening by using a screen with a mesh larger than that of the hard abrasive and smaller than that of the elastomer particles to obtain the elastic abrasive. The equipment for preparing the elastic grinding material is simple, the process is simple, and the obtained elastic grinding material has uniform particles and good polishing effect.)
技术领域
本发明涉及磨料领域，具体涉及一种弹性磨料及其制备方法。
背景技术
喷砂打磨技术利用压缩空气、高压水等动力作用，采用喷射磨料的方法对精密器件、蓝宝石、印刷电路板、不规则3D表面等进行表面处理，可以达到去除毛刺、毛边，并获得较低的表面粗糙度的效果。目前，喷砂打磨技术采用的磨料主要有硬质磨料和弹性磨料两大类，与硬质磨料相比，弹性磨料具有可吸收冲击动能、不容易碎化、使用寿命较长的特点。而且与工件接触后，由于发生弹性形变，弹性磨料不会对处理表面产生划伤，更易获得理想的表面加工效果。
弹性磨料的制备通常有以下几种方法，一是采用混炼或机械方法实现弹性体材料和硬质磨料的共混，所得到的弹性磨料内部和表面均分布有硬质磨料。而磨料内部的硬质磨料在表面加工过程中，不能与工件表面接触而起到磨削抛光的作用，造成了材料的浪费。二是通过将胶黏剂雾化喷在滚动的软质载体的表面，而后将硬质磨料与粘有胶黏剂的弹性体材料混合，通过离心力或撞击力将硬质磨料在弹性体材料表面压实，但该方法中胶黏剂的存在易导致弹性体之间的粘接。三是通过弹性体材料的自粘附性，在特定装置中通过气流推进和离心力作用，将磨料按压到弹性体表面，但该方法需要采用具有自粘附性的弹性体，且需使用产生气流推进和离心力作用的特定装置，生产步骤较复杂。
发明内容
为解决上述问题，本发明涉及一种弹性磨料，还提供了一种弹性磨料的制备方法。
基于上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种弹性磨料，由热塑性弹性体颗粒和硬质磨料组成，硬质磨料粘接于热塑性弹性体颗粒表面，热塑性弹性体为聚氨酯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体、含卤素类热塑性弹性体、离子型热塑性弹性体、热塑性硫化胶中的任意一种。
优选地，聚烯烃类热塑性弹性体为苯乙烯类热塑性弹性体、乙烯共聚物热塑性弹性体、1,2聚丁二烯热塑性弹性体、反式聚异戊二烯热塑性弹性体中的任意一种。
优选地，硬质磨料为金刚石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氧化铝、氧化锆、氧化铈、玻璃微珠的一种或多种。
优选地，所述硬质磨料为金刚石、碳化硼、碳化硅中的一种或多种。
优选地，热塑性弹性体颗粒的粒径为0.5-5mm，硬质磨料的粒径为0.1-50μm。
上述弹性磨料的制备方法包括以下步骤：
（1）将热塑性弹性体颗粒干燥；
（2）将硬质磨料加入沸腾床，使硬质磨料在高速气流作用下处于沸腾状态，加热使硬质磨料温度比热塑性弹性体颗粒的热变形温度高10-30℃；
（3）将热塑性弹性体颗粒加入沸腾床，与受热磨料充分混合，热塑性弹性体颗粒表面在熔融状态下粘附硬质磨料，冷却，收取，筛分，得到弹性磨料。
进一步地，步骤（3）中，使用筛孔大于硬质磨料、小于弹性体颗粒尺寸的筛子进行筛分。
进一步地，步骤（3）中，热塑性弹性体颗粒与受热的硬质磨料混合时间为5-20min。
进一步地，步骤（2）和步骤（3）中，通过所述沸腾床的两个相对方向加料口将硬质磨料和热塑性弹性体颗粒分别加入。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明仅使用热塑性弹性体颗粒和硬质磨料两种物质为原料制备弹性磨料，先对硬质磨料进行加热，至温度高于弹性体颗粒的热变形温度，利用弹性体颗粒与硬质磨料混合后，弹性体颗粒表面由于接触部位受热而熔融，产生粘接作用，无需使用粘结剂即可使硬质磨料固定，原料组成简单；热塑性弹性体因无需具备自粘附特性，具有广泛来源。
（2）本发明使用沸腾床作为混合加热的反应设备，操作方便，制备效率高。将热塑性弹性体颗粒与硬质磨料从沸腾床的两个相反方向加入，可以加大两者的冲击作用，同时在高速气流产生的压力下，有利于热塑性弹性体颗粒对硬质磨料的粘接固定，提高硬质磨料的附着力，从而延长弹性磨料的使用寿命。
（3）在制备弹性磨料时，由于不具有粘接作用的硬质磨料覆盖于热塑性弹性颗粒表面，一方面，表面的硬质磨料阻止了不同的弹性体颗粒之间发生粘接，有利于保证所制备弹性磨料尺寸均匀一致，硬质磨料附着致密，提高了弹性磨料的抛光效率，延长其使用寿命，另一方面，热塑性弹性体颗粒内部未混入硬质磨料，在节约硬质磨料用量、提高硬质磨料利用率的同时，不会影响其在喷射加工过程中充分发挥其弹性作用。
附图说明
图1为实施例一弹性磨料放大200倍的SEM图；
图2为实施例一弹性磨料放大3000倍的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。
实施例一
一种弹性磨料，由颗粒尺寸为1mm的聚氨酯热塑性弹性体（TPU）和尺寸为8μm的金刚石硬质磨料组成，并通过以下方法进行制备：
（1）将聚氨酯颗粒置于真空干燥机内充分干燥5小时；
（2）将金刚石从沸腾床下部加料口加入沸腾床中，使硬质磨料在高速气流作用下处于沸腾状态，加热使硬质磨料温度比聚氨酯颗粒的热变形温度高15℃；
（3）将聚氨酯弹性颗粒通过高速气流从沸腾床上部加料口加入沸腾床，与受热金刚石硬质磨料在高速气流作用下沸腾混合15min后，从沸腾床出料口流出并冷却，收取表面均匀粘接硬质磨料的热塑性弹性体颗粒，用筛孔为0.8mm的筛子筛分，即得到弹性磨料。
实施例二
一种弹性磨料，由颗粒粒径为1mm的聚氨酯热塑性弹性体（TPU）和粒径为2μm的金刚石硬质磨料，通过以下步骤进行制备：
（1）将聚氨酯颗粒置于真空干燥机内充分干燥5小时；
（2）将金刚石从沸腾床下部加料口加入沸腾床中，使硬质磨料在高速气流作用下处于沸腾状态，加热使硬质磨料温度比聚氨酯颗粒的热变形温度高15℃；
（3）将聚氨酯弹性颗粒通过高速气流从沸腾床上部加料口加入沸腾床，与受热金刚石硬质磨料在高速气流作用下沸腾混合10min后，从沸腾床出料口流出并冷却，收取表面均匀粘接硬质磨料的热塑性弹性体颗粒，用筛孔为0.8mm的筛子筛分，即得到弹性磨料。
实施例三
一种弹性磨料，由颗粒粒径为1mm的聚氨酯热塑性弹性体（TPU）和粒径为2μm的金刚石硬质磨料，通过以下步骤进行制备：
（1）将聚氨酯颗粒置于真空干燥机内充分干燥5小时；
（2）将金刚石从沸腾床下部加料口加入沸腾床中，使硬质磨料在高速气流作用下处于沸腾状态，加热使硬质磨料温度比聚氨酯颗粒的热变形温度高10℃；
（3）将聚氨酯弹性颗粒通过高速气流从沸腾床上部加料口加入沸腾床，与受热金刚石硬质磨料在高速气流作用下沸腾混合10min后，从沸腾床出料口流出并冷却，收取表面均匀粘接硬质磨料的热塑性弹性体颗粒，用筛孔为0.8mm的筛子筛分，即得到弹性磨料。
实施例四
一种弹性磨料，由颗粒粒径为0.5mm的聚酯热塑性弹性体（TPEE）和粒径为0.1μm的碳化硅硬质磨料，通过以下步骤进行制备：
（1）将聚酯颗粒置于真空干燥机内充分干燥5小时；
（2）将碳化硅从沸腾床下部加料口加入沸腾床中，使硬质磨料在高速气流作用下处于沸腾状态，加热使硬质磨料温度比聚酯颗粒的热变形温度高10℃；
（3）将聚酯弹性颗粒通过高速气流从沸腾床上部加料口加入沸腾床，与受热碳化硅硬质磨料在高速气流作用下沸腾混合20min后，从沸腾床出料口流出并冷却，收取表面均匀粘接硬质磨料的热塑性弹性体颗粒，用筛孔为0.4mm的筛子筛分，即得到弹性磨料。
实施例五
一种弹性磨料，由颗粒粒径为0.5mm的聚酯热塑性弹性体（TPEE）和粒径为1μm的碳化硅硬质磨料，通过以下步骤进行制备：
（1）将聚酯颗粒置于真空干燥机内充分干燥5小时；
（2）将碳化硅从沸腾床下部加料口加入沸腾床中，使硬质磨料在高速气流作用下处于沸腾状态，加热使硬质磨料温度比聚酯颗粒的热变形温度高15℃；
（3）将聚酯弹性颗粒通过高速气流从沸腾床上部加料口加入沸腾床，与受热碳化硅硬质磨料在高速气流作用下沸腾混合15min后，从沸腾床出料口流出并冷却，收取表面均匀粘接硬质磨料的热塑性弹性体颗粒，用筛孔为0.4mm的筛子筛分，即得到弹性磨料。
实施例六
一种弹性磨料，由颗粒粒径为5mm的聚酯热塑性弹性体（TPEE）和粒径为50μm的碳化硼硬质磨料，通过以下步骤进行制备：
（1）将聚酯颗粒置于真空干燥机内充分干燥5小时；
（2）将碳化硼从沸腾床下部加料口加入沸腾床中，使硬质磨料在高速气流作用下处于沸腾状态，加热使硬质磨料温度比聚酯颗粒的热变形温度高30℃；
（3）将聚酯弹性颗粒通过高速气流从沸腾床上部加料口加入沸腾床，与受热碳化硼硬质磨料在高速气流作用下沸腾混合5min后，从沸腾床出料口流出并冷却，收取表面均匀粘接硬质磨料的热塑性弹性体颗粒，用筛孔为4mm的筛子筛分，即得到弹性磨料。
将实施例1-3和实施例6所得弹性磨料产品对氧化锆陶瓷进行喷砂抛光处理，实施例4-5所得弹性磨料产品对不锈钢进行喷砂抛光处理，抛光前后经表面粗糙度仪对抛光效果进行粗糙度测量，结果如下表所示：
经过粗糙度对比发现，采用本发明制备的弹性磨料对氧化锆陶瓷和不锈钢处理后，表面粗糙度均明显降低。实施例1和2、4和5对比发现，硬质磨料粒径越小，喷射加工后材料表面的粗糙度越小；实施例2和3对比发现，当硬质磨料粒径一样，沸腾床内温度比热塑性弹性体的热变形温度高的越多，氧化锆陶瓷加工后表面粗糙度越小。
对实施例一所制备的弹性磨料进行SEM分析，放大200倍时，如图1所示，弹性磨料颗粒均匀，颗粒之间未发生粘接，说明采用本发明方法制备弹性磨料时，当表面粘附有硬质磨料后，热塑性弹性颗粒被包裹，避免了彼此之间的粘接成团。放大3000倍时，如图2所示，弹性磨料表面被硬质磨料致密包裹，说明硬质磨料在热塑性弹性颗粒表面大量附着，这有利于在使用该弹性磨料进行表面处理时，获得较高的加工效率和较长的使用寿命。
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