树脂结合剂磨具制造

树脂结合剂磨具制造来源：中国磨料磨具网浏览次数：11692011-06-23加入收藏字号：大中小作者：李印江教授§1概述有机磨具是在1880年出现，当时用天然的虫胶做结合剂，以后有了人造树脂，有机磨具才迅速发展起来。到了1980年在世界范围内树脂磨具与陶瓷磨具的产量比已超过1：1，现在仍有增长的趋势。树脂磨具所以能迅速的发展，主要有以下几方面的特点：1、结合强度高，如高速切割砂轮使用线速度可达80-100m/s，重负荷砂轮磨削负荷由过去的50kg左右提高到1000kg以上。2、便于调整结构和性能，树脂磨具的硬化温度只有200℃左右，比陶瓷磨具1300℃的烧成温度低的多，因此可以在磨具锒入网格布、金属丝、石墨粉、螺帽等材料，以适应不同磨削的需要。许多填料的性能在制成磨具后仍能保持，所以使用不同的填料能在很大放范围内改变磨具的性能。3、树脂磨具有一定的弹性，有利于提高被加工工件的光洁度，选用石墨、氧化铬等抛光材料作填料还可以进一步降低粗糙度。4、加工中不易烧伤工件，树脂在230℃上就逐渐炭化，加工中的高温使树脂局部炭化，产生自锐，提高了磨削的锋利度从而又降低了磨削温度，避免烧伤工件。5、由于树脂具有良好的成型性能，又有很好的韧性，所与可以制成约0.1mm厚度的薄片砂轮，用于开槽切割。6、树脂磨具生产周期短，设备简单，投资少见效快。是许多磨具厂的起步产品。7、树脂磨具耐水性差、耐碱性差，保存期短，是其缺点，生产和使用中应予以注意。8、树脂磨具大量用于制造切断砂轮、钹形砂轮、重负荷砂轮、轧辊抛光砂轮、石墨镜面磨砂轮、导电磨砂轮、珩磨轮、柔软抛光砂轮等。§2树脂磨具的结构和性能一、树脂磨具的结构通常所说的磨具三要素五因子主要是以陶瓷磨具为对象而论，对树脂磨具应是四要素六因子，四要素是磨料、结合剂、填充锒嵌材料和气孔。（1）磨料作为切削刃，切削工具，是磨具的主要组成部分。（2）结合剂起着粘结磨粒和各种填充和锒入材料的作用，使磨具得以成型。（3）填充锒嵌材料赋予磨具各种独特的性能如导电性、抛光性和使用磨具带有中孔以外的安装结构等，如螺栓紧固砂轮。（4）气孔是指磨具内部具有的孔隙，有助于冷却和排屑作用。二、树脂磨具的性能树脂磨具的性能由树脂磨具的六因子确定，六因子是：磨料材质、磨料粒度、结合剂（树脂）性能、磨具硬度、磨具组织和填充材料性能。（1）磨料材质磨料有多种如棕刚玉、白刚玉、黑碳化硅、绿碳化硅等，不同的磨料有不同的性能，适用不同磨削对象的需要，也决定了磨具的性能。（2）磨料粒度相同的磨料不同的粒度的磨具，对被加工工件的精度，粗糙度，加工效率等方面都有明显的影响。（3）结合剂各种树脂的粘结强度、耐热性、耐磨性和稳定性均有不同，所以用不同的树脂作结合剂时磨具的性能也不同。（4）硬度不同加工质量和不同材质的工件对磨具的硬度有不同的要求，同时硬度对加工效率也有很大的影响。（5）磨具的组织磨具的组织用磨粒在磨具中所占的体积百分数来表示，磨粒占的体积百分数大则磨具中的气孔少，磨粒占的体积百分数小气孔多，所以磨具的组织间接的反映磨具的气孔的多少，但它并不等同的对应于气孔率的大小，这是应该注意的。（6）填料由于树脂磨具的硬化温度低，所以磨具制成后混料时加入的某些填料仍然保持着原有的特性，如铜粉、石墨粉的导电性，某些填料的抛光性能和高分解性能等都影响着磨具的特性，所以对于树脂磨具这第六个因子是不能少的。（7）除以上决定磨具性能的六因子以外，在制造过程过所产生的一些性能，如平衡性和几何精度等也对磨具质量有很大影响。§3树脂结合剂磨具常用的树脂作为结合剂用树脂的要求：（1）对磨料有很强的结合能力。（2）有较高的耐热性能。（3）有很高的抗拉、抗压、抗冲击强度。（4）具有良好的制造和加工性能。具有这些特点的常用树脂有：酚醛树脂、环氧树脂、新酚醛树脂、聚胺基双马来酰亚胺树脂、聚乙烯醇缩醛等。一、酚醛树脂酚醛树脂是由苯酚和甲醛在酸、碱触媒作用下合成的。由于工艺不同可以制成液体酚醛树脂和粉状酚醛树脂两种。1、制造酚醛树脂的原材料（1）苯酚苯酚又称石炭酸，纯白无色针状晶体，在空气中可氧化成浅粉色。苯酚能溶于热水，溶于酒精，碱等。有弱酸性，易渗入皮肤，引起过敏现象。将2%左右的苯酚肥皂水溶液用于消毒，医用名称“来苏儿”。（2）甲醛甲醛为无色气体，用于制造酚醛树脂的是甲醛的水溶液。甲醛溶于水和酒精，40%的水溶液医学上称“福尔马林”，做防腐剂使用。长期存放的甲醛易聚合沉淀出白色块状物，加入8-12%的甲醇（CH3OH）可防聚合。甲醛具有强烈的刺激性气味，能刺激眼睛和呼吸道粘膜，并引起皮肤过敏现象。甲醛的技术条件见表2（3）催化剂①碱性催化剂氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化铵等都可以做合成酚醛树脂的催化剂生成液体酚醛树脂。磨料磨具行业用的液体酚醛树脂通常是用氢氧化铵作催化剂，因氢氧化铵属于弱碱性。对不耐碱地酚醛树脂影响不大。残留部分在硬化加热时大部分挥发掉了，所以用氢氧化铵作催化剂的酚醛树脂具有较高的强度，耐水性较好。氢氧化钡也是较好的催化剂；而氢氧化钠是一种强碱，残留在磨具的结合剂中对磨具有破坏作用，因此在磨具制造中很少使用氢氧化钠作催化剂的酚醛树脂。苯酚与甲醛生成树脂的反应速度随催化剂的用量增多而加快，但是反应太快则不易控制，通常氢氧化铵的水溶液用量为苯酚的3-6%。作为催化剂的氢氧化铵含量不小于17%，比重为0.88-0.92g/cm3。②酸性催化剂生产粉状的酚醛树脂通常使用盐酸作催化剂。盐酸是氯化氢的水溶液。工业盐酸的氯化氢含量为25-40%，比重为1.12-1.20。用量以苯酚为100%计，盐酸加入量，以纯HCl计为0.1-0.3%。残留在树脂中的盐酸在硬化加热过程中几乎全部挥发掉，对树脂性能没有明显影响。2、液体酚醛树脂的生产工艺（1）生产液体酚醛树脂时甲醛的加入量要比正常的需要量略多一些，甲醛量多一些树脂的生产速度快，产量高，游离酚减少。通常取苯酚与甲醛的克分子比为：6：7；催化剂氨水加入量为苯酚加入量的4%，（氨水中氢氧化铵含量按25%计时）。当混合物料加热到85℃左右时，可停止加热，物料以缩聚反应放出的热量自行升温到98℃左右，并开始沸腾，当反应过于激烈时应通水冷却。（2）液体酚醛树脂的生产工艺流程，见图1树脂合成后采用真空脱水，水分和挥发分脱除的比较干净，过多的水分和挥发分残留在树脂中在磨具硬化时易发泡。酚醛树脂生产设备示意图见图2。（3）液体酚醛树脂的性质液体酚醛树脂常温下是棕红色粘稠液体，有刺激性气味。比重1.15-1.2。能溶于乙醇、丙酮、糠醛等溶剂中。树脂中游离酚含量为10-18%。液体酚醛树脂在100℃的温度下保持2个小时仍有流动性，属甲阶，称A型，A型的特点是能溶于酒精中。在120℃保持2小时则失去流动性，变为乙阶、称B型。B型树脂的特点是不溶于酒精，但略有膨胀，成弹性体。在130℃以上保持2个小时则成坚硬的固体，属丙阶，称C型。C型树脂的特点是不溶于酒精，不变形；加热不溶化；加热到230℃以上则炭化。（4）液体酚醛树脂的性质对磨具性能的影响①树脂粘度液体树脂的粘度和温度和固体含量有关，固体含量高、温度低则粘度高，反之则粘度低。作为粉状酚醛树脂润湿剂使用时，低粘度的溶解能力较强，生产的磨具机械强度较高；树脂的粘度用落球法或杯流法测定。作为粉状润湿剂使用的液体酚醛树脂的粘度一般用杯流法测定，数值在40-400秒之间。②游离酚的影响液体酚醛树脂中有一部分没有参加反应的苯酚，称为游离酚。游离酚在做为润湿剂的树脂中应控制在28%以下。虽然游离酚的这个数值较高，但因为苯酚可以溶解粉状树脂，使型料有较好的可塑性，有利于树脂对磨粒的粘结，可以提高磨具的强度。③固体含量将重量为W1（约5-10克）的树脂在150℃-180℃的温度下加热1小时的剩余量W2，按式（1），（2）计算出x称固含量，y为聚合损耗。x——固体含量y——聚合损耗W1——加热前树脂量W2——加热后树脂量对于用粉状树脂生产磨具，作为润湿剂的液体酚醛树脂只占树脂总量的1/3左右，而且也可以和粉状树脂的数量互换，因液体量大时对磨料润湿好，对粉状树脂的溶解增强，所以虽然液体树脂的固体含量较低，但液体酚醛树脂用量增加并不降低磨具的强度和硬度。作为润湿剂的酚醛树脂其固体含量要求大于65%，聚合损耗小于35%。3、粉状酚醛树脂的生产工艺（1）粉状酚醛树脂生产中苯酚与甲醛的比例与液体树脂生产中甲醛过量相反而是苯酚过量，苯酚与甲醛的克分子比为7：6，催化剂使用盐酸，约0.2%左右，其工艺流程与生产液体酚醛树脂大致相同。产品冷却后成淡黄色半透明固体块状，经粉碎过筛后成粉状。（2）粉状酚醛树脂是热塑性树脂，制造磨具时需要加入硬化剂使之转变成热固性的树脂。常用的硬化剂是乌洛托品，亦称六次甲基四胺。乌洛托品由甲醛和氨制成，为白色结晶粉末，比重为1.27（25℃），溶于水和酒精。分子式（CH2）6N4。加入量为树脂的6-10%。可以在树脂粉碎时加入，也可以在使用前加入。乌洛托品加入量太少不足以使树脂硬化，加入量太大增加挥发物排出量，也会降低磨具的强度和硬度。以8%左右为宜。（3）粉状树脂的软化点，软化点实际上反映了树脂的的聚合程度，聚合程度高则软化点高，反之亦然。软化点低的树脂粉碎时发粘，放置时易结块。混合的型料也易结块。软化点过高虽然型料比较松散。但是成型压合性差，也影响磨具强度。一般要求粉状树脂软化点在85-115℃之间，以90-105℃为宜。但是随冬夏季节气温的变化应将软化点略加调整，气温低时软化点也低些，气温高时软化点也高些。（4）粉状酚醛树脂的游离酚含量通常在5.5%左右。（5）粉状酚醛树脂的粒度粉状酚醛树脂要与硬化剂混合，过粗的程度不利于相互接触，所以粉状树脂的粒度组成要求240#以细的粒度大于80%，100#筛余小于3%。二、环氧树脂环氧树脂是环氧氯丙烷与二酚基丙烷以氢氧化钠做催化剂加热缩聚而成。1、环氧树脂的性质（1）环氧树脂有液体和固体两种，均为淡黄色，属热塑性，性质稳定，可长期储存，易溶于丙酮、甲苯等溶剂。在固化剂作用下可加热硬化，而呈热固性。（2）具有较强的粘结力环氧树脂有极为活泼的环氧基，能生成化学键与接触面反应联结，另有羟基和醚基与接触表面产生电磁引力，所以有很强的粘结能力。（3）固化时收缩小，尺寸稳定性能好，热膨胀系数小，生产中不易出现裂纹等废品。（4）耐化学浸蚀性好，耐碱，耐酸也耐有机溶剂。（5）环氧树脂的最大缺点是耐热性能差，其耐热性能随固化剂不同而有很大变化，但不论那种固化剂他的耐热性都较酚醛树脂差的多。2、环氧树脂的特点（1）具有较高的强度和硬度，相同条件下的回转线速度，酚醛结合剂为108m/s，环氧树脂结合剂为126m/s以上。（2）因其耐热性差，使用中磨损大，消耗高；但因其耐热性差而自锐性好，不易烧伤工件，在某些方面的应用也是他的优点。（3）环氧树脂的固化剂，环氧树脂可加入固化剂加热硬化，固化剂参加化学反应，成为树脂的组成部分，硬化后成为不溶不熔的固体物质。①胺类固化剂主要是乙二胺、三乙醇胺，间苯二胺等。胺类固化剂可以“冷硬化”，即在不加热的情况下固化，固化迅速。但其耐热性较低，通常用于浇注珩磨轮。如果制品在100℃以下加热一段时间，则固化的更好。②酸酐类固化剂酸酐类固化剂需要加热固化，固化温度在130℃以上。其固化物有较高的耐热性。常用的有邻苯二甲酐。③聚酰胺固化剂聚酰胺用量多时制品韧性好，耐冲击；但耐热性差。用量少时制品耐热性高，耐腐蚀性好。④酚醛树脂固化剂液体酚醛树脂和粉状酚醛树脂都可以做环氧树脂的固化剂。用酚醛树脂固化的制品机械强度好，耐热性好，使用方便，是较好的固化剂。（4）环氧树脂的稀释剂和增塑剂为改善环氧树脂的某些性能需要添加一些辅助材料，主要有稀释剂和增塑剂。①稀释剂有活性稀释剂和非活性稀释剂。常用的非活性性稀释剂有丙酮、二甲苯、香蕉水等。活性稀释剂有501#活性稀释剂、609#活性稀释剂、环氧辛烷等。非活性稀释剂能与树脂互溶，将树脂的粘度降下来，但不参加反应，硬化过程大部挥发掉，降低制品的密度，增加收缩，残留部分也使机械强度有所降低。活性稀释剂除有降低