композиция для полировальника

Формула изобретения

1. КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛИРОВАЛЬНИКА, содержащая синтетическое связующее и полирит, отличающаяся тем, что в качестве синтетического связующего она содержит эпоксидную диановую смолу и 45 - 85%-ный водный раствор этилендиамина при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола - 100

45 - 85%-ный водный раствор этилендиамина - 20 - 80

Полирит - 150 - 450

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит диоксид циркония в количестве 10 - 40 мас.ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии оптического приборостроения, в частности к материалам, используемым в технологическом процессе механической обработки деталей из неметаллических материалов (стекла, ситалла, кристаллов и т. д.), и может быть использовано при полировании поверхностей оптических деталей по принципу свободного притира.

Известна композиция для полировальника, включающая в качестве связующего древесный пек, канифоль, воск и в качестве наполнителя абразивный порошок [1]

Известна также композиция на основе битумно-канифольного связующего, кумароновой смолы, воска и шеллака [2]

Недостатками указанных композиций являются низкие температуры размягчения, невысокая теплостойкость и недостаточная износостойкость, не позволяющие использовать их в жестких условиях обработки, обеспечивающих высокую производительность процесса.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению относится композиция [3] которая включает в качестве полимерного связующего 50-70 мас. сополимера бутилметакрилата с метакриловой кислотой, в качестве наполнителя 3-5 мас. полирита.

Недостатком композиции по прототипу являются невысокие физико-механические показатели, резко изменяющиеся с повышением температуры в зоне обработки при скоростных режимах полирования, а также слабая полирующая способность при ограниченной подаче полирующей суспензии в зону полирования и полная ее непригодность для полирования оптических деталей при исключении подачи суспензии в зону полирования.

Для повышения полирующей способности полировальника при ограничении количества полирующей суспензии в зоне полирования и повышения экологической чистоты производства оптических деталей предлагается композиция для полировальника, включающая полимерное связующее и полирит, в качестве полимерного связующего она содержит эпоксидную смолу и 45-85%-ный водный раствор этилендиамина при следующем соотношении компонентов, мас.ч. Эпоксидная смола 100

Этилендиамин (45-85% ный водный раствор) 20-80 Полирит 150-450

Для увеличения твердости и прочности полировального состава при сохранении его полирующей способности композиция дополнительно может содержать диоксид циркония в количестве 10-40 мас.ч. на 100 мас.ч. эпоксидной смолы.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются использование в композиции для полировальника в качестве связующего эпоксидной смолы и водного раствора этилендиамина (45-85%-ной концентрации), количественное соотношение компонентов композиции, а также использование в составе композиции для полировальника волокнистого диоксида циркония.

Положительный результат, наблюдаемый по предлагаемому техническому решению, имеет причинно-следственную связь с существенными признаками заявляемого технического решения. Он обусловлен как количественным составом компонентов композиции, так и оптимально выбранными условиями приготовления составов, обеспечивающими заданные физико-химические превращения композиции как в условиях ее формирования, так и в процессе эксплуатации.

Оптимально выбранные соотношения компонентов обеспечивают композиции комплекс свойств (прочность, твердость, полирующую способность), приводящий к положительному эффекту, выраженному в стабильности формы полировального инструмента при длительной эксплуатации и повышении его полирующей способности (а соответственно, и производительности) по сравнению с известными составами при уменьшении подачи в зону полирования полирующей суспензии вплоть до полного исключения полировального порошка из жидкой фазы суспензии. Последнее не присуще ни одному известному составу полировальника. То есть, композиция для полировальника по предлагаемому техническому решению может обеспечивать полирование деталей при подаче только жидкой фазы (например, воды) в контактную зону между полировальником и вращающейся заготовкой оптической детали. Таким образом, в данном решении имеет место совмещение двух функций в одном материале: композиции для полировальника и полировальной суспензии, что в патентной и научно-технической литературе ранее описано не было.

Уменьшение расхода полирующего порошка в суспензии в зоне полирования (в пределе полное исключение полировального порошка из жидкой среды) повышает экологическую чистоту производства и удешевляет процесс обработки оптических деталей.

Введение в состав дополнительно волокнистого диоксида циркония приводит к повышению физико-механических показателей композиции в отличие от составов, в которые вводится в тех же количествах порошкообразный диоксид циркония. Это позволяет использовать составы по заявляемому техническому решению при более интенсивных режимах полирования и расширяет сферу их применения. Кроме того, применение заявляемых полированных составов композиции в технологии оптического полирования имеет еще и технологические преимущества, так как дает возможность формировать состав в виде отдельных унифицированных элементов, из которых впоследствие путем приклейки к корпусу изготавливают инструмент необходимой формы и размеров.

Используют эпоксидную диановую смолу Э1-20 (ГОСТ 10587-84), этилендиамин 50% -ный водный раствор (ТУ 6-09-146-75), 70%-ный водный раствор (ТУ 6-09-147-75), этилендиамин с массовой долей этилендиамина не менее 90% (ТУ 6-09-622-86). Волокнистый диоксид циркония получают путем термоокисления на воздухе при температуре 900^оС в течение 1 ч цирконийсодержащих углеродных волокон. Цирконийсодержащие углеродные волокна получают известным способом, полирит используют "оптический" (ТУ 48-4-244-73) и технический (ТУ 95-145-72). Качество обработанных поверхностей оптических деталей определяли по ОСТ 3-2439-74. Качество поверхностей, имеющих дефектности, оценивались по величине средней шероховатости R_a, а поверхностей, не имеющих дефектов, оценивалось по ее абсолютной величине Rz.

П р и м е р 1. Приготавливают композицию с соотношением компонентов, мас.ч. Эпоксидная смола 100

Этилендиамин водный 85%-ный 20 Полирит 200

Композицию готовят следующим образом.

100 мас.ч. полирита смешивают с 10 мас.ч. водного этилендиамина (т.е. с 50% от общего количества отвердителя). Смесь тщательно перемешивают и затем смешивают с оставшимися 100 мас.ч. полирита. 85%-ный водный раствор этилендиамина приготавливают на основе концентрированного этилендиамина (ТУ 6-09-622-86) по известной схеме приготовления растворов (см. П.И.Воскресенский. Техника лабораторных работ. Л. Химия, 1970, 717 с.). Обработанный этилендиамином полирит вводят в эпоксидное связующее, приготовленное путем смешения эпоксидной смолы с 10 мас.ч. водного этилендиамина. Весь состав тщательно перемешивают и загружают в формы диаметром 5 мм и высотой 5 мм. Отверждение в формах осуществляют по следующему режиму: температура 25^оС 16 ч, 50^оС 2 ч.

Отвержденные составы испытывают на твердость на приборе Хепплера, испытания на прочность при сжатии проводят на образцах диаметром 10 мм, высотой 15 мм по ГОСТ 4651-78. Полирующая способность проверяется на полировальном станке 6 ШП-200-1. Для этого таблетки из отвержденных составов диаметром 5 мм и высотой 5 мм приклеивали к корпусу инструмента. Заготовка из стекла марки К8 диаметром 40 мм приклеивалась к блоку диаметром 200 мм. Блок устанавливался на станке. Полирование осуществлялось приклеенными полировальными составами при скорости вращения блока 115-500 об/мин и подаче воды в зону обработки без применения полировального порошка (полирита). Результаты испытаний приведены в табл.1.

П р и м е р 2. Приготавливают композицию с соотношением компонентов, мас.ч. Эпоксидная смола 100

Этилендиамин 70%-ный водный 30 Полирит 250

Композицию готовят следующим образом.

125 мас.ч. полирита обрабатывают 60%-ным количеством используемого отвердителя, т.е. с полиритом смешивают 18 мас.ч. этилендиамина. Смесь тщательно перемешивают, затем вводят оставшуюся часть полирита (125 мас.ч.), смесь снова тщательно перемешивают. Приготавливают связующее. Для этого на 100 мас. ч. эпоксидной смолы вводят 12 мас.ч. этилендиамина, состав перемешивают до гомогенного состояния и добавляют в него обработанный избытком амина полирит. Весь состав снова тщательно перемешивают и загружают в формы заданных размеров для испытаний. Отверждение образцов и испытание на твердость, сжатие и полирующую способность проводят как описано в примере 1. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Производительность процесса полирования оптических деталей предлагаемым составом по сравнению с составом по промышленному техпроцессу (Г.С.Ходаков, Н. Л. Кудрявцева. Физико-химические процессы полирования оптического стекла. М. Машиностроение, 1985, с.15) проверялась следующим образом.

Изготавливали инструмент для полирования плоских оптических поверхностей деталей из стекла марки К8. Рабочей частью инструмента служили пластины из приготовленного состава. Конструктивно рабочая часть инструмента представляла собой набор из 300 штук пластин (20 х 8 х 2) мм, приклеенных большей из узких граней к корпусу инструмента с зазором в 3-5 мм между собой. Обработке подвергали плоские детали с исходной шероховатостью поверхности R_a 0,2 мкм на станке 6 ШП-200-1 с подачей в зону полирования водной суспензии полирита с различной концентрацией твердой части: от Т/Ж 1/10 до Т/Ж1/30 (соотношение в мас.ч.). Результаты сравнивались с результатами, получаемыми при полировании стекла той же марки К8 инструментом с рабочей частью из применяемого в настоящее время в промышленности пенополиуретана в течение 30-40 мин, а затем обработкой инструментом с рабочей частью из пекоканифольной смолы в течение 60 мин по существующему техпроцессу. Результаты приведены в табл.2.

П р и м е р 3. Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100

Этилендиамин 50%-ный водный 50 Полирит 350

Композицию готовят следующим образом.

175 мас. ч. полирита обрабатывают 70% -ным количеством используемого амина, т. е. берут 35 мас.ч. водного этилендиамина и вводят его в полирит. Смесь тщательно перемешивают, затем добавляют оставшиеся 175 мас.ч. полирита и снова тщательно перемешивают. Готовят связующее. Для этого на 100 мас.ч. эпоксидной смолы вводят 15 мас. ч. этилендиамина и смесь перемешивают до гомогенного состава. В приготовленное связующее вводят обработанный полирит, и весь состав тщательно перемешивают, а затем заполняют им формы для испытаний. Отверждение образцов и испытания отвержденных составов композиции на твердость, прочность и полирующую способность проводят как описано в примере 1. Результаты испытаний в табл.1.

П р и м е р 4. Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100

Этилендиамин 45%-ный водный 80 Полирит 450

Композицию готовят следующим образом.

225 мас.ч. полирита обрабатывают 80%-ным количеством используемого водного этилендиамина, т.е. берут 64 мас.ч. этилендиамина и вводят его в полирит. Смесь тщательно перемешивают, затем вводят оставшуюся часть полирита (225 мас.ч.) и снова тщательно перемешивают. 45%-ный водный раствор этилендиамина приготавливают на основе концентрированного этилендиамина по правилу приготовления растворов (см. пример 1). Приготавливают связующее. Для этого на 100 мас.ч. эпоксидной смолы вводят 16 мас.ч. раствора этилендиамина, смесь перемешивают до образования гомогенного состава и вводят в него обработанный этилендиамином полирит. Весь состав снова тщательно перемешивают и загружают в формы заданных размеров для испытаний. Отверждение композиции и испытания отвержденных образцов проводят как описано в примере 1. Результаты испытаний приведены в табл.1.

П р и м е р 5. Приготавливают композицию с соотношением компонентов как в примере 2. Готовят связующее. Для этого в 100 мас.ч. эпоксидной смолы вводят 30 мас. ч. 70%-ного этилендиамина, смесь тщательно перемешивают до образования гомогенного состава. Затем 250 мас.ч. полирита (без предварительной обработки этилендиамином) вводят в приготовленный состав связующего, смесь тщательно перемешивают и загружают в формы заданных размеров для испытаний. Отверждение композиции и испытание отвержденных составов проводят как описано в примере 1. Результаты испытаний даны в табл.1.

П р и м е р 6. Приготавливают композицию с соотношением компонентов как в примере 2 следующим образом. 125 мас.ч. полирита обрабатывают 30 мас.ч. 70%-ного водного раствора этилендиамина. Смесь тщательно перемешивают, затем вводят оставшуюся часть полирита (125 мас.ч.), смесь снова тщательно перемешивают. Обработанный т аким образом полирит вводят в 100 мас.ч. эпоксидной смолы. Весь состав снова тщательно перемешивают и загружают в формы заданных размеров для испытаний. Отверждение композиции и испытание образцов проводят как описано в примере 1. Результаты испытаний приведены в табл.1.

П р и м е р 7. Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100 Этилендиамин 70%-ный 20 Полирит 200 Волокна диоксида циркония 10

Композицию готовят следующим образом.

Подготавливают наполнители. Получают волокнистый диоксид циркония на основе цирконийсодержащих углеродных волокон. Для этого цирконийсодержащие углеродные волокна помещают в муфельную печь и проводят термоокисление при температуре 900^оС в течение 1 ч. Полирит обрабатывают 50%-ным количеством используемого этилендиамина от общей массы, т.е. берут 10 мас.ч. 70%-ного раствора этилендиамина и вводят вначале на 100 мас.ч. полирита. Смесь тщательно перемешивают и вводят оставшееся количество полирита, т.е. еще 100 мас. ч. полирита. Смесь снова тщательно перемешивают. Приготавливают связующее. Для этого на 100 мас.ч. эпоксидной смолы вводят 10 мас.ч. 70%-ного этилендиамина, смесь перемешивают до получения гомогенного состава. В приготовленное связующее вводят волокна диоксида циркония длиной отрезков до 1 мм, приготовленную массу тщательно перемешивают, затем вводят в нее обработанный этилендиамином полирит и весь состав окончательно интенсивно и тщательно перемешивают. Полученную массу закладывают в формы для испытаний и отверждают, как описано в примере 1. Испытания состава осуществляют как в примере 1, результаты приведены в табл.1.

П р и м е р 8. Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100

Этилендиамин 70%-ный водный 30 Полирит 250

Волокнистый диоксид циркония (отрезки до 1 мм) 25

Подготовку полирита осуществляют как описано в примере 2. Волокнистый диоксид циркония получают как описано в примере 7.

Композицию готовят следующим образом.

Приготавливают связующее на основе 100 мас.ч. эпоксидной смолы и 12 мас. ч. этилендиамина как описано в примере 2. Вводят в связующее отрезки диоксида циркония. Смесь тщательно перемешивают и вводят в нее обработанный этилендиамином полирит. Весь состав снова интенсивно и тщательно перемешивают и раскладывают по формам для испытаний на твердость, прочность и полирующую способность. Отверждение композиции и испытания проводят как описано в примере 2. Результаты испытаний приведены в табл.1 и 2.

П р и м е р 9. Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100 Этилендиамин 70%-ный водный 50 Полирит 400 Волокна диоксида циркония (длиной до 1 мм) 40

Волокнистый диоксид циркония получают как описано в примере 7.

Обработку полирита проводит 70%-ным количеством (от общей массы) этилендиамина, т.е. берут 35 мас.ч. водного этилендиамина и вводят его на 200 мас. ч. полирита. После тщательного перемешивания вводят оставшийся полирит и всю смесь снова тщательно перемешивают. Связующее приготавливают как в примере 3. В связующее вводит отрезки диоксида циркония, смесь тщательно перемешивают, затем вводят в нее обработанный этилендиамином полирит. Состав снова тщательно перемешивают и раскладывают по формам. Отверждение, испытание свойств отвержденного состава и определение его полирующей способности осуществляют как описано в примере 1. Результаты приведены в табл.1.

П р и м е р 10 (контрольный). Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100

Этилендиамин 70%-ный водный 50 Полирит 400

Порошок диоксида цир- кония (ТУ 6-09-2488-77) 40

Приготовление состава осуществляется как описано в примере 9. Отличие от примера 9 только в том, что вместо волокнистого диоксида циркония берут промышленный порошок диоксида циркония. Отверждение композиции и испытание образцов проводят как описано в примере 1. Результаты приведены в табл.1.

П р и м е р 11 (контрольный). Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100 Этилендиамин 85%-ный водный 20 Полирит 140

Приготовление, отверждение и испытание состава проводят как описано в примере 1. Результаты приведены в табл.1.

П р и м е р 12 (контрольный). Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100

Этилендиамин 45%-ный водный 80 Полирит 460

Приготовление, отверждение и испытания состава проводят как описано в примере 4. Результаты приведены в табл.1.

П р и м е р 13 (контрольный). Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100 Этилендиамин 85%-ный 18 Полирит 150

Приготовление, отверждение и испытание состава проводят как описано в примере 1. Результаты приведены в табл.1.

П р и м е р 14 (контрольный). Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100 Этилендиамин 45%-ный 82 Полирит 450

Приготовление, отверждение и испытание состава проводят как описано в примере 4. Результаты приведены в табл.1.

П р и м е р 15 (контрольный). Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100 Этилендиамин 70%-ный водный 20 Полирит 200 Волокна диоксида циркония 8

Приготовление композиции, отверждение и испытание проводят как описано в примере 7. Результаты даны в табл.1.

П р и м е р 16 (контрольный). Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100 Этилендиамин 70%-ный водный 50 Полирит 400 Волокна диоксида циркония 42

Приготовление композиции, отверждение и испытание осуществляют как описано в примере 9. Результаты даны в табл.1.

П р и м е р 17. Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100 Этилендиамин 90%-ный водный 20 Полирит 150

90% -ный водный раствор этилендиамина готовят по правилу приготовления растворов (см. пример 1).

Приготовление композиции, отверждение и испытания отвержденных составов проводят как описано в примере 1. Результаты испытаний приведены в табл.1.

П р и м е р 18. Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100 Этилендиамин 40%-ный водный 80 Полирит 450

40% -ный водный раствор этилендиамина готовят на основе концентрированного этилендиамина (см. пример 1). Приготовление композиции, отверждение и испытания отвержденных составов композиции проводят как описано в примере 4. Результаты испытаний приведены в табл.1.

П р и м е р 19. Приготавливают композицию следующего состава, мас.ч. Эпоксидная смола 100 Этилендиамин 85%-ный водный 9,4 Полирит 150

Раствор этилендиамина, приготовление композиции, отверждение, испытание отвержденных составов проводят как описано в примере 1.