專利名稱：低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磨料及其制備方法，更具體地說涉及一種低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流 磨料及其制備方法。
背景技術(shù)：
磨料水射流技術(shù)是在高壓水射流加工技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，集流體力學(xué)、材料制備 技術(shù)和表面技術(shù)于一體的精密加工和材料表面處理技術(shù)。以水流為載體將磨料顆粒(銅礦砂、 石英砂、鐵砂、海砂、金剛砂、塑料砂等)高速噴射到需要處理的工件表面，以達(dá)到表面處 理的目的。磨料水射流具有良好的表面加工，如磨削、穿透、沖蝕、鍥劈和粉碎等能力，使 工件表面獲得所需要的清潔度、粗糙度和均勻性。磨料是的磨料水射流工藝過程中的重要材 料，顆粒直徑大小、密度、硬度、親水性、強(qiáng)度等都是決定工件表面處理質(zhì)量的關(guān)鍵。
目前，磨料水射流技術(shù)在用于對(duì)軟質(zhì)材料表面除漆、去污，電子封裝元件的溢料及毛邊 的去除等工藝時(shí)，面臨著磨料選擇的問題。傳統(tǒng)的噴射磨料如碳化硅、剛玉、石英、鐵丸等 密度太大，表面太硬，易損傷工件表面。曾大量使用過黑桃殼或其它堅(jiān)果殼作噴射磨料，它 們會(huì)在材料表面沾上油脂，影響下一歩的電鍍，涂覆等工藝的質(zhì)量。純樹脂磨料既不會(huì)傷害 軟質(zhì)材料的表面，也不會(huì)在表面引入油脂，但是會(huì)因?yàn)槟チ系拿芏?或硬度)不夠而使得表 面加工能力大為降低。即便某一特定的樹脂磨料可以具有較大的密度(或硬度)，但它的應(yīng)用 范圍也會(huì)因?yàn)槠涿芏?或硬度)不能調(diào)節(jié)而受到應(yīng)用上的限制。所以需要在樹脂中適量地加 入具有較大密度的無機(jī)粉末，做成復(fù)合顆粒來調(diào)節(jié)磨料的密度(或硬度)。無機(jī)粉末添加于樹 脂中除了可以起到調(diào)節(jié)磨料的密度(或硬度)夕卜，對(duì)磨料還有增加強(qiáng)度，使其不易破碎，提 高循環(huán)使用率的作用。
用不飽和聚酯制備磨料， 一方面它本身的親水性就較差，即使密度大于1.00g/cm3，磨料
也會(huì)在水射流工藝中生成大量三相(水、空氣和磨料)泡沫，使磨料漂浮在水面之上，隨流
同時(shí)與碎屑排出水射流循環(huán)系統(tǒng)，造成大量損耗。發(fā)明人曾研究純不飽和聚酯(不含無機(jī)粉
末)磨料親水性多年，在制備含有無機(jī)粉末的不飽和聚酯復(fù)合磨料過程中發(fā)現(xiàn)，為了增加無
機(jī)粉末在樹脂中的分散性，不得不驛無機(jī)粉末表面作親油化處理，這樣就使得磨料表面的親
水性進(jìn)一步被降低。需要研制新型磨料大幅度地提高表面的親水性，以滿足磨料水射流的工
藝要求，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和問題，提供了一種低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料，該磨料可有效地調(diào)節(jié)磨料的密度、硬度，以滿足在多種不同硬度和強(qiáng)度的軟質(zhì)金 屬和非金屬及樹脂基復(fù)合材料的表面進(jìn)行水射流加工的要求。
本發(fā)明還提供該低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，該制備方法工藝簡(jiǎn)單， 條件溫和，成本較低。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料，為不飽和聚酯與親水性共聚單體先進(jìn)行本 體預(yù)聚、再進(jìn)行懸浮共聚得到的反應(yīng)物，其中在本體預(yù)聚時(shí)加入經(jīng)過表面親油化處理的無機(jī) 粉末，磨料粒徑在140u m至280w m之間，維氏硬度為22~35，磨料密度為U0 1.62g/cm3。
本發(fā)明的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料，其進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述的不飽和聚酯 為間苯二酸型不飽和聚酯。
本發(fā)明的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是所述的親水 性共聚單體為甲基丙烯酸羥乙酯和甲基丙烯酸羥丙酯中的一種或兩者的混合物。
本發(fā)明的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是所述的表面 親油化處理的無機(jī)粉末為經(jīng)過硅垸偶聯(lián)劑處理過的三氧化二鋁粉末，三氧化二鋁粉末的平均 粒徑<1 y m。
本發(fā)明的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，包括以下步驟-
A) 、將不飽和聚酯與親水性共聚單體常溫下混合均勻；
B) 、步驟A)中得到的混合物攪拌升溫至55 65'C后，將經(jīng)過表面親油化處理的無機(jī)粉 末與引發(fā)劑同時(shí)加入該混合物，恒溫?cái)嚢柽M(jìn)行本體預(yù)聚合反應(yīng)30min~60 min，得到預(yù)聚物；
C) 、將水、懸浮劑、分散劑混合，配成分散液并升溫至55 65'C:
D) 、將步驟B)中得到的預(yù)聚物加入步驟C)中得到的分散液中，保持恒速攪拌，同時(shí) 升溫至85~90°C，懸浮共聚反應(yīng)1.5-2.5h后，再經(jīng)離心、烘干、篩分得到低損耗不飽和聚酯 復(fù)合水射流磨料。
本發(fā)明的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述的 不飽和聚酯為間苯二酸型不飽和聚酯。
本發(fā)明的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是 所述的親水性共聚單體為甲基丙烯酸羥乙酯和甲基丙烯酸羥丙酯中的一種或兩者的混合物， 親水性共聚單體的用量為不飽和聚酯重量的15% 30%。
本發(fā)明的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是 所述的表面親油化處理的無機(jī)粉末為經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理過的三氧化二鋁粉末，三氧化二鋁 粉末的平均粒徑<1 y m，三氧化二鋁粉末的用量為不飽和聚酯重量的5.0~70.0%。
5本發(fā)明的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是 所述的步驟D)中的升溫速率控制在2'C/min以下，攪拌速率控制在200-400rpm。
本發(fā)明的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是 所述的引發(fā)劑為過氧化苯甲酰，用量為不飽和聚酯重量的1.0 1.5%;所述的懸浮劑為聚乙烯 醇，用量為不飽和聚酯重量的2.5~3.5%;所述的分散劑為十二烷基苯磺酸鈉，用量為不飽和 聚酯重量的0.1~0.2% ;所述的懸浮共聚反應(yīng)體系中油水比為1:3。
本發(fā)明的有益效果是
1、 采用本體預(yù)聚和優(yōu)化的懸浮聚合工藝相結(jié)合，生產(chǎn)的磨料具有較好的粒徑分布，制備 工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
2、 所制得的不飽和聚酯樹脂復(fù)合磨料密度和硬度能靈活地調(diào)節(jié)，破碎率低，研磨能力強(qiáng)。 循環(huán)使用2411后磨料的回收率為％%，利于循環(huán)使用，降低生產(chǎn)成本，適用于多種軟質(zhì)材料 表面的水射流處理工藝。


圖1微細(xì)三氧化二鋁粉末的添加量對(duì)磨料顆粒密度的影響
圖2微細(xì)三氧化二鋁粉末的添加量對(duì)磨料顆粒硬度的影響
具體實(shí)施例方式
以下通過具體實(shí)施例說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅僅限定于這些實(shí)施例。 實(shí)施例l
在釜A中將間苯二酸型不飽和聚酯100kg、 HEMA 15kg攪拌30min。將該混合物升溫至 60°C，加入10kg過氧化苯甲酰，繼續(xù)攪拌并保溫在6(TC30min。在釜B中加入300kg水、 5kg聚乙烯醇、O.lkg十二垸基苯磺酸鈉，以300rpm的攪拌速度、2°C/min的升溫速度升溫 至60°C。將釜A中的混合物加入釜B的分散液中，攪拌速度保持在300rpm,以2°C/min的 升溫速度升溫至85。C，保溫?cái)嚢?h后出料。經(jīng)離心、烘干、篩分、稱量，粒徑在140um至 280 w m之間的磨料產(chǎn)率為55.2%，磨料密度為U6g/cm3，維氏硬度為22.7，與水接觸角較 純不飽和聚酯磨料減少了 42.6° 。磨料與水以l: 5的質(zhì)量比混合，攪拌靜置后5分鐘內(nèi)，少 于5%的磨料漂浮于水面。
實(shí)施例2
在釜八中將間苯二酸型不飽和聚酯lOOkg、 HEMA30kg攪拌30min。將該混合物升溫至 6(TC,加入70kg微細(xì)三氧化二鋁粉末及10kg過氧化苯甲酰，繼續(xù)攪拌并保溫在65'C30min。 在釜B中加入300kg水、5kg聚乙烯醇、O.lkg十二垸基苯磺酸鈉，以300rpm的攪拌速度、2'C/min的升溫速度升溫至65'C。將釜A中的混合物加入釜B的分散液中，攪拌速度保持在 300rpm，以2°C/min的升溫速度升溫至85°C，保溫?cái)嚢?h后出料。出料后經(jīng)離心、烘干、 篩分、稱量，粒徑在140um至280ym之間的磨料產(chǎn)率為54.1%，磨料密度為1.62g/cm3， 維氏硬度為22.6，與水接觸角較純不飽和聚酯磨料減少了 24. 5° 。磨料與水以l: 5的質(zhì)量 比混合，攪拌靜置后5分鐘內(nèi)，少于5%的磨料漂浮于水面
實(shí)施例3
在釜A中將間苯二酸型不飽和聚酯100kg、 HEMA20kg攪拌30min。將該混合物升溫至 55°C，加入50kg微細(xì)三氧化二鋁粉末及10kg過氧化苯甲酰，繼續(xù)攪拌并保溫在55°C60min。 在釜B中加入300kg水、5kg聚乙烯醇、O.lkg十二垸基苯磺酸鈉，以300rpm的攪拌速度、 2r/min的升溫速度升溫至55'C。將釜A中的混合物加入釜B的分散液中，攪拌速度保持在 300rpm，以2°C/miri的升溫速度升溫至85"，保溫?cái)嚢?h后出料。出料后經(jīng)離心、烘千、 篩分、稱量，粒徑在140um至280um之間的磨料產(chǎn)率為57.2%，磨料密度為1.47g/cm3， 維氏硬度為34.7，與水接觸角較純不飽和聚酯磨料減少了 30.1° 。磨料與水以1: 5的質(zhì)量 比混合，攪拌靜置后5分鐘內(nèi)，少于5%的磨料漂浮于水面
實(shí)施例4
在釜A中將間苯二酸型不飽和聚酯100kg、 HPMA 30kg攪拌30min。將該混合物升溫至 60°C，加入30kg微細(xì)三氧化二鋁粉末及10kg過氧化苯甲酰，繼續(xù)攪拌并保溫在60'C60min。 在釜B中加入300kg水、5kg聚乙烯醇、O.lkg十二烷基苯磺酸鈉，以300rpm的攪拌速度、 2'C/min的升溫速度升溫至60'C。將釜A中的混合物加入釜B的分散液中，攪拌速度保持在 300rpm，以2°C/min的升溫速度升溫至85°C，保溫?cái)嚢?h后出料。出料后經(jīng)離心、烘干、 篩分、稱量，粒徑在140um至280^ m之間的磨料產(chǎn)率為56.9°/。，磨料密度為1.38g/cm3， 維氏硬度為25.3,與水接觸角較純不飽和聚酯磨料減少了 37.2° 。磨料與水以1: 5的質(zhì)量 比混合，攪拌靜置后5分鐘內(nèi)，少于5%的磨料漂浮于水面
權(quán)利要求
1、一種低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料，其特征在于所述的磨料為不飽和聚酯與親水性共聚單體先進(jìn)行本體預(yù)聚、再進(jìn)行懸浮共聚得到的反應(yīng)物，其中在本體預(yù)聚時(shí)加入經(jīng)過表面親油化處理的無機(jī)粉末，磨料粒徑在140μm至280μm之間，維氏硬度為22～35，磨料密度為1.10～1.62g/cm3。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料，其特征在于所述的不飽和聚酯 為間苯二酸型不飽和聚酯。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料，其特征在于所述的親水性共聚 單體為甲基丙烯酸羥乙酯和甲基丙烯酸羥丙酯中的一種或兩者的混合物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料，其特征在于所述的表面親油化 處理的無機(jī)粉末為經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理過的三氧化二鋁粉末，三氧化二鋁粉末的平均粒徑<1 y m。
5、 一種低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，其特征在于包括以下步驟-A) 、將不飽和聚酯與親水性共聚單體常溫下混合均勻；B) 、步驟A)中得到的混合物攪拌升溫至55 65'C后，將經(jīng)過表面親油化處理的無機(jī)粉末與 引發(fā)劑同時(shí)加入該混合物，恒溫?cái)嚢柽M(jìn)行本體預(yù)聚合反應(yīng)30min 60 min，得到預(yù)聚物；C) 、將水、懸浮劑、分散劑混合，配成分散液并升溫至55 65°〇；D) 、將步驟B)中得到的預(yù)聚物加入步驟C)中得到的分散液中，保持恒速攪拌，同時(shí)升 顯 至85 90'C，懸浮共聚反應(yīng)1.5-2.5h后，再經(jīng)離心、烘干、篩分得到低損耗不飽和聚酯復(fù)合 水射流磨料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，其特征在于所述的 不飽和聚酯為間苯二酸型不飽和聚酯。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，其特征在于所述的 親水性共聚單體為甲基丙烯酸羥乙酯和甲基丙烯酸羥丙酯中的一種或兩者的混合物，親水性 共聚單體的用量為不飽和聚酯重量的15% 30%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，其特征在于所述的 所述的表面親油化處理的無機(jī)粉末為經(jīng)過硅垸偶聯(lián)劑處理過的三氧化二鋁粉末，三氧化二鋁 粉末的平均粒徑<1 P m，三氧化二鋁粉末的用量為不飽和聚酯重量的5.0~70.0%。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，其特征在于所述的 步驟D)中的升溫速率控制在2。C/min以下，攪拌速率控制在200-400rpm。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料的制備方法，其特征在于所述 的引發(fā)劑為過氧化苯甲酰，用量為不飽和聚酯重量的1.0-1.5%;所述的懸浮劑為聚乙烯醇，用量為不飽和聚酯重量的2.5~3.5%;所述的分散劑為十二烷基苯磺酸鈉，用量為不飽和聚酯 重量的0.1~0.2% ;所述的懸浮共聚反應(yīng)體系中油水比為1:3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料及其制備方法，該磨料可有效地調(diào)節(jié)磨料的密度、硬度，以滿足在多種不同硬度和強(qiáng)度的軟質(zhì)金屬和非金屬及樹脂基復(fù)合材料的表面進(jìn)行水射流加工的要求。本發(fā)明的低損耗不飽和聚酯復(fù)合水射流磨料，為不飽和聚酯與親水性共聚單體先進(jìn)行本體預(yù)聚、再進(jìn)行懸浮共聚得到的反應(yīng)物，其中在本體預(yù)聚時(shí)加入經(jīng)過表面親油化處理的無機(jī)粉末，磨料粒徑在140μm至280μm之間，維氏硬度為22～35，磨料密度為1.10～1.62g/cm³。
文檔編號(hào)C08J5/14GK101525400SQ200910030350
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者黎 崔, 李志濤, 魏無際 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)