CS252379B1 - Brusná polyuretánová hmota a spůsob jej výroby - Google Patents

Abstract

Predmetom riešenia je brusná polyuretánová hmota pre povrchové opracovanie tvrdých, najma kovových materiálov, ktorá pozostáva z 80 až 40 % hmot. polyuretánu pěnového elastomérneho typu tvrdosti „Shore A“ 20 až 45 objemovej hmotnosti 200 až 500 kg/m3 a z 20 až 60 % hmot. pevného brusivá. Táto hmota sa vyrába jednostupňovou reakciou polyuretánového predpolyméru na báze lineárneho polyéterpolyolu termiovaného sčasti primárnými hydroxylovými skupinami, s obsahom 2,3 až 15,5 °/o hmot. volných —-NCO skupin, s nízkomolekulárnym diolom alebo diamínom za přítomnosti 0,05 až 1,3 hmot. dielu aktivátora, 0,01 až 1,2 hmot. dielu silikonového stabilizátora, 0,05 až 0,7 hmot. dielu nadúvadla a 5 až 120 hmot. dielov pevného brusivá, počítané na 100 hmot. dielov predpolyméru, pri teplote 20 až 80 °C, pričom násada jednotlivých komponentov a teplota predpolyméru sa volí tak, aby odformovací čas bol v rozmedzí 3 až 10 minút.

Description

Vynález sa týká brusnej polyuretánovej hmoty pre povrchové opracovanie tvrdých, najma kovových materiálov a sposobu jej výroby.

Pri výrobě vyměnitelných břitových doštičiek z kovových materiálov, slinutých karbidov, keramiky, připadne dalších je nutné zaoblovat režné hrany.

Vytvořením rádiusu na reznej hrané v rozsahu 0,02 až 0,07 mm sa v značnej miere zlepšia funkčně vlastnosti a súčasne sa zvýši pevnost reznej hrany. Zaoblovanie režných hrán možno uskutočniť viacerými sposobmi, z ktorých ako najvýhodnejší z pohl'adu rovnoměrnosti a kvality zaoblovania, vysokej produktivity a nízkých výrobných nákladov je postup zaoblovania na pružných kotúčoch plněných pevným brusivom. Vlastnosti pružného kotúča, ako je pevnost', tvrdost, pružnost, ale tiež štruktúra hmoty, ďalej násada, typ a velkost častíc použitého brusivá rozhodujúcim sposobom ovplyvňujú kvalitu a technologický režim opracovania. Mnohé materiály, prevažne z rady makromolekulárnych plastov sú na přípravu kotúčov málo vhodné predovšetkým pre ťažkosti pri zabudovávaní pevného brusivá do hmoty v pomere vysokých koncentráciách, tiež nevyhovujú v niektorých parametroch fyzikálno-mechanických vlastností, napr.: v nízkej odolnosti voči odieraniu, slabej súdržnosti brusivá s hmotou a pod. Tákýmito materiálmi sú napr.: guma, kaučuk, polyolefíny alebo polyamidy.

Na přípravu leštiacej hmoty je známe i použitie polyuretánovej pěny alebo reakčného produktu polyvinylalkoholu s formaldehydom (DOS 3114 001). Pěna je makká a jemne pórovitá, silné hydrofilná a stlačitelná, použitelná napr. na leštenie nechtov, leštenie a čistenie zubov, ale je nevhodná na povrchové opracovanie kovových materiálov.

Iní autoři (USA patent 4128 972) vyhotovili brusný leštiací kotúč z polyuretánovej, připadne epoxidovej živice, nenapenenej o objemovej hmotnosti elastomérneho pojivá min. 1 g/cm³, tvrdosti Sh (A) od 50 do 60. Leštiaca plocha už vyhotovených výliskov má tvrdost v rozsahu 85 až 95 Shore A. Takto připravený kotúč je antistatický, netrhá sa, ovšem pre jeho vyššiu tvrdost nie je vhodné ho použit na zaoblovanie řezných hrán, z dóvodu nedostatočného opracovania, čo vyžaduje niekolkonásobné opakovanie operácie spojené so zvýšenými prevádzkovými nákladmi.

Podstatou tohto vynálezu je brusná polyuretanová hmota pre povrchové opracovanie tvrdých, najma kovových materiálov, vyznačujúca sa tým, že pozostáva z až 40 °/o hmot., s výhodou 65 až 45 % hmot., polyuretánu pěnového elastomerného typu tvrdosti „Shore A“ 20 až 45 a objemovej hmotnosti 200 až 500 kg/m³ a až 60 % hmot., s výhodou, 35 až 55 °/o hmot. pevného brusivá zabudovaného a rovnoměrně rozloženého v polyuretáne.

Podlá tohto vynálezu sa spósob výroby brusnej polyuretánovej hmoty uskutočňuje tak, že sa polyuretánový predpolymér s obsahom 2,3 až 15,5 % hmot., s výhodou 4,1 až 12,5 % hmot. volných —NCO skupin na báze lineárneho polyéterpolyolu terminovaného primárnými hydroxylovými skupinami, pričom podiel primárných hydroxylových skupin tvoří max. 85 % hmot. nechá reagovat v jednom stupni s nízkomolekulárnym diolom alebo diamínom, s výhodou 1,4-butándiolom za přítomnosti 0,05 až 1,3 hmot. dielu aktivátora terciárneho aminu, připadne v zmesi s organocínatými zlúčeninami hmotnostnom pomere 10 : 1, 0,01 až

1,2 hmot. diolu silikonového stabilizátora, 0,05 až 0,7 hmot. dielu nadúvadla a 5 až 120 hmot. dielu pevného brusivá, počítané na 100 hmot. dielov predpolyméru, pri teplote 20 až 80 °C, s výhodou pri 35 až 55 °C, pričom násada jednotlivých komponentov- a teplota predpolyméru sa volí tak, aby odformovací čas bol v rozmedzí 3 až 10 minút.

Výhodou povrchového opracovania kovových materiálov na polyuretanových kotúčoch je, že sa dosiahne rovnoměrné a kvalitně zaoblenie režných hrán, zlepší sa hygiena pracovného prostredia a pri vysokej produktivitě práce sa znížia výrobně náklady. Brusná polyuretanová hmota má vynikajúce fyzikálno-mechanické vlastnosti, predovšetkým optimálně prienikovú tvrdost, pevnost, húževnatosť, vysokú odolnost voči oderu a teda vysokú životnost, ďalej vhodnú bublinkovltú štruktúru s velkým počtom otvorených buniek s velkostou max. 1 mm. Brusivo je v hmotě rovnoměrně rozložené a dostatočne silno viazané, pričom jeho zabudovanie do polyuretánovej hmoty nie je z híadiska technologie a prácnosti zvlášť náročné.

Dalším významným faktorom je možnosť variability vlastností brusnej hmoty, vzhladom k druhu opracovávaného kovového materiálu, ktorá sa dosiahne výberom typu a vzájomným hmotnostným pomerom východzích surovin, najma však stupňom napenenia a molovým pomerom diozokyanátu k polyolu a ďalej násadou a druhom brusivá, připadne velkostou a distribúciou zrna.

Buněčná brusná polyuretanová hmota sa připravuje spravidla dvojstupňovým predpolymérnym spósobom. V prvom stupni sa připraví predpolymér reakciou lineárneho polyolu s diizokyanátom a obsahu 2,3 až 15 % hmot. s výhodou 4,1 až 12,5 % hmot. volných NCO skupin, ktorý v druhom stupni reakciou s nízkomolekulárnym diolom alebo diamínom za přítomnosti brusivá a pomocných látok, najma aktivátora, stabilizátora, nadúvadla a připadne dalších vytvára finálny výrobok.

Výhodný postup přípravy je taký, že v polyuretánovom predpolyméri sa najprv rozdisperguje pevné brusivo a potom sa přidá sieťovací komponent, ktorý sa získá zmiešaním nízkomolekulárneho diolu alebo diamínu s aktivátorom, stabilizátorom a nadúvadlom, připadne dalšími pomocnými látkami. Takto vytvořená sústava sa intenzívně homogenizuje spravidla 5 až 35 s a potom sa vylieva do naseparovanej vopred vyhriatej kovověj formy. Vo formě prebehne vlastná polyadičná reakcia za tvorby polyuretánu, ktorá je spravidla do 3 min. ukončená a po 5 až 10 min. možno výlisok z formy vybrat. Tvar výlisku je daný použitou formou a závisí od druhu obrábacieho zariadenia. Hmota sa připravuje spravidla v tvare kotúčov, napr. s priemerom 300 až 600 mm a hrábky 30 až 60 mm.

Surovinami na přípravu predpolyméru sú polyoly a diizokyanáty. Z lineárnych dvojfunkčných polyolov o mol. hmotnosti 1 000 až 3 000 prichádzajú do úvahy polyesterpolyoly na báze kyseliny adipovej a etylénglykolu, připadne dalších glykolov, ďalej polyéterpolyoly získané propoxyláciou propylénglykolu glycerínu alebo trlmetylolpropánu, připadne následnou adíciou etylénoxidu, dalej polyetylénglykoly, polykaprolaktón, polytetrahydrofuran a pod. Zvlášť výhodné najmá z hladiska reaktivity je použltle polyéterpolyolov terminovaných aspoň sčasti primárnými hydroxylovými skupinami.

Z diizokyanátov sú vhodné najma 4,4‘-metándifenyldiizokyanát (MDI), 1,4-naftyldiizokyanát (NDI), ale aj toluéndiizokyanát a hexametyléndiizokyanát. Příprava predpolyméru sa uskutočňuje spravidla v nepřítomnosti katalyzátora v inertnej atmosféře pri teplote 70 až 100 °C počas 0,5 až 2 hodin.

Nízkomolekulárne dioly a diamíny sa používajú ako predlžovače reťazca a ich násada sa vypočítá z obsahu —NCO skupin predpolyméru. Možno použit etylénglykol, dietylénglykol, 1,2-propylénglykol, 1,4-butándiol, 1,3-butándiol, 1,6-hexándiol, ďalej etyldiamín, butyléndiamín, hexametyléndiamín, ale aj etanolamín, či dietanolamin.

Vhodné katalyzátory polyadičnej polyuretánovej reakcie terciárně aminy, ako napr.: trietylamín, trietyléndiamín, N,N-dimetylcyklohexylamín, 1,4-dimetylpiperazín a Iné, připadne v kombinácii s organozlúčeninami cínu, napr. oktoátom cínatým, dibutylcíndilaurátom. Přípravu buněčného polyuretán možno uskutočniť aj bez stabilizátora, výhodnejšie z hladiska homogenity a porozity bunečnej štruktúry je použiť stabilizátor, predovšetkým stabilizátor na otváranie buniek, napr. Tegostab B4113, Tegostab B1605. Ako nadúvadlo sa s výhodou používá voda, menej úspěšné sú freony, freón-11, freón-12. Násada nadúvadla určuje objemová hmotnost hmoty a tým aj jej fyzikálno-mechanické vlastnosti, spravidla pre daný účel sa pohybuje v rozmedzí 600 až 1 200 kg/m³.

Ako pevné brusivá možno použiť mnohé, predovšetkým anorganické látky, napr. karbid kremíka, bórkarbid, oxid železitý, oxid ceričitý, pezmu a pod. o roznej velkosti a distribúcii častíc. Násada, typ a velkost zrna brusivá sa volí podía požiadaviek kladených na hmotu a jeho obsah v hmotě bývá 5 až 140 % hmot. počítané na polyuretán. Příklad 1

Na přípravu brusnej polyuretánovej hmoty sa použije predpolymér o obsahu 7,0 % hmot. volných —NCO skupin připravený reakciou 5 000 g polyesterpolyolu Slovaprop TMP-48 (hydroxylové číslo 48 mg KOH/g, obsah primárných OH skupin 60 % hmot., č. kyslosti 0,1 mg KOH/g, obsah vody 0,01 pere. hmot., viskozita pri 25 °C 1,7 Pasj a 2 000 g 4,4‘-metándifenyldiizokyanátu (Desmodur 44 j za miešania pri teplote 90 °C počas 45 min. V 2 400 g predpolyméru o teplote 45 ^CC sa rozdisperguje 2 500 g karbidu kremíka (velkost zrna 100 až 125 ,umj a přidá sa sieťovací komponent pozostávajúci zo 157 g 1,4-butandiolu, 4 g Ν,Ν-dimetylcyklohexylamínu, 2 g Tegostabu B4113 a 4,5 g vody. Sústava sa krátko a vysokointenzívne zamieša a zmes vyleje do naseparovanej kovověj formy. Startovací čas reakcie je 40 s, doba reakcie 2 min a odformovací čas 7 min. Připravená brusná hmota bunečnej štruktúry má objemovú hmotnost 1 050 kgm^-3, tvrdost 40 °Sh (A) a obsah brusivá 50 % hmot.

Brusná hmota v tvare kotúča s vonkajším priemerom 400 mm, vnútorným priemerom 210 mm a hrůbky 40 mm sa použije na zaoblovanie řezných hrán blátových doštičiek SNMM 120 408 zo slinutých karbidov. Dosiahne sa zaoblenia reznej hrany 0,03 mm pri době zaoblovania 3 min., životnost kotúča je 60 000 ks.

Příklad 2

Predpolymér sa připraví reakciou 2 000 g polyesterpolyolu na báze kyseliny adipovej a etylénglykolu (Desmophen 2 000, hydroxylové číslo 56 mg KOH/g, č. kyslosti 1,0 mg KOH/g, mol. hmotnost 2 000 g mol”¹, obsah vody 0,01 % hmot., t. topenia 55 °C) s 800 g naftyldiizokyanátu pri teplote 100 °C počas 1 h. V 2 300 g predpolyméru o obsahu 8,4 % hmot. volných —NCO skupin sa pri teplote 50 °C rozdisperguje 2 000 g bórkarbidu (velkost zrna 20 až 30 <um) a po přidaní siefovacieho komponentu pozostávajúceho z 230 g 1,6-hexandiolu, 1,5 g zmesi trietylamínu a oktoátu cínatého (v hmot. pomere 10 : 1) a 5,1 g vody sa táto zmes dokladné a intenzívně homogenizuje 20 s a vylieva do naseparovanej formy. Startovací čas reakcie je 30 s, doba reakcie 60 s a odformovací čas 4 min. Brusná hmota má objemovú hmotnost 950 kg/m³, tvrdost 35 °Sh (A) a obsah brusivá 44 % hmot. Na lapovacom stroji sa dosiahne u britových doštičiek zo slinutých karbidov SNMM 120 408 zaoblenia reznej hrany 0,02 mm, doba zaoblenia 4 min. a životnost kotúča 45 000 ks doštičiek.

Příklad 3

Postupom podl'a příkladu 1 sa připraví predpolymér reakciou 4 000 g polyéterpolyolu (hydroxylové číslo 52 mg KOH/g, podiel primárných OH skupin 80 % hmot., č. kyslosti 0,05 mg KOH/s, viskozita pri 25 °C

1,4 Pas) a 1 300 g 4,4‘-metándifenyldiizokyanátu. V 2 500 g predpolyméru o obsahu

5,3 % hmot. votných —NCO skupin, sa pri teplote 40 °C rozdisperguje 2 600 g oxidu železitého (velkost zrna 70 až 80 <um) a potom sa naraz přidá sieťovací komponent zložený zo 83,2 g etanolamínu, 2,3 Dabca LV 33, 4 g Tegostabu Β 1 603 o 4,2 g vody. Zmes sa okamžité důkladné homogenizuje, pričom časy reakcie sú: startovací čas 25 s, čas reakcie 50 s a odformovací čas 2 min. Brusná hmota rovnomernej bunečnej štruktúry má objemovú hmotnost 1020 kgm^-3, tvrdost 40 °Sh (A) a obsah brusivá 50 % hmot. Na tejto hmotě sa u britových doštičiek SNMM 120 408 dosiahlo zaobleme hrany 0,035 mm, doba zaoblenia je 3 min a životnost 65 000 doštičiek.

Claims (2)

1. PREDMET

   1. Brusná polyuretánová hmota pre povrchové opracovanie tvrdých, najma kovových materiálov, vyznačujúca sa tým, že pozostáva z

   80 až 40 % hmot., s výhodou 65 až 45 % hmot., polyuretánu pěnového elastomerného typu tvrdosti „Shore A“ 20 až 45 a objemovej hmotnosti 200 až 500 kg/m³ a

   20 až 60 % hmot., s výhodou, 35 až 55 % hmot. pevného brusivá zabudovaného a rovnoměrně rozloženého v polyuretáne.
2. 2. Sposob výroby brusnej polyuretónovej hmoty podta bodu 1, vyznačujúci sa tým, že sa polyuretánový predpolymér s obsahom

   2,3 až 15,5 % hmot., s výhodou 4,1 až

   12,5 % hmot. volných —NCO skupin na báYNALEZU ze lineárneho polyéterpolyolu terminovaného primárnými hydroxylovými skupinami, pričom podiel primárných hydroxylových skupin tvoří max. 85 % hmot., nechá reagovat v jednom stupni z nízkomolekulárnym diolom alebo diamínom, s výhodou 1,4-butándiolom za přítomnosti 0,05 až 1,3 hmot dielu aktivátora terciárneho aminu, připadne v zmesi s organocínatými zlúčeninami hmotnostnom pomere 10 : 1, 0,01 až 1,2 hmot. dielu silikonového stabilizátore, 0,05 až 0,7 hmot. dielu nadúvadla a 5 až 120 hmot. dielu pevného brusivá, počítané na 100 hmot. dielov predpolyméru, pri teplote 20 až 80 °C, s výhodou pri 35 až 55 °C, pričom násada jednotlivých komponentov a teplota predpolyméru sa volí tak, aby odformovací čas bol v rozmedzí 3 až 5 minút.