樹脂砂輪混料及硬化工藝設(shè)計與酚醛樹脂選擇探討

1、樹脂砂輪混料、硬化工藝設(shè)計與酚醛樹脂選用探討 王扎根 珠海邦瑞合成材料有限公司 陳新強(qiáng) 東莞市金利威磨料磨具有限公司一、前言樹脂砂輪的應(yīng)用已經(jīng)滲透到所有工業(yè)領(lǐng)域，而且在我們民用、家裝等方面用量驚人，伴隨著國內(nèi)樹脂砂輪DIY市場的用量激增，樹脂砂輪的性能指標(biāo)已經(jīng)有了大幅提高，同時與樹脂砂輪制造有關(guān)的技術(shù)進(jìn)步尤其是生產(chǎn)設(shè)備的自動化、智能化，發(fā)展速度驚人。未來，誰能搶先擁有先進(jìn)的技術(shù)，誰將獲得快速發(fā)展的先機(jī)。樹脂砂輪的技術(shù)進(jìn)步，今后將更多地依賴于對樹脂砂輪制造技術(shù)更精確、更科學(xué)的認(rèn)識。可以預(yù)言：樹脂砂輪，尤其是切片/磨片，在3至5年內(nèi)仍處于快速發(fā)展期。全球樹脂砂輪的80%以上產(chǎn)能集中在國內(nèi)。未來3至

2、5年，只有少數(shù)高端產(chǎn)品在歐美國家生產(chǎn)，更多的國外知名磨企將通過合資、兼并、收購等渠道，爭奪樹脂砂輪市場份額。樹脂砂輪制造業(yè)競爭將更為慘烈，洗牌在所難免。酚醛樹脂是一種重要且最普遍，應(yīng)用范圍最廣、使用量最大，有多種性能的結(jié)合劑，選擇合適的酚醛樹脂同我們所要求的樹脂砂輪的性能有直接關(guān)系，并且性能的表現(xiàn)程度，與樹脂砂輪制造過程的工藝(條件)有關(guān)。本人將結(jié)合自己近三十年的樹脂砂輪制造技術(shù)經(jīng)驗，對有關(guān)樹脂砂輪性能及制造工藝等有關(guān)問題進(jìn)行討論。二、樹脂砂輪種類與酚醛樹脂特性選擇邦瑞公司生產(chǎn)酚醛樹脂分為兩大類：a) 熱塑性酚醛樹脂（novolak resin) b）熱固性酚醛樹脂（thermosetting

3、 phenolic resin）樹脂砂輪類型與所用酚醛樹脂特性，見表1。表1 樹脂砂輪與酚醛樹脂特性序號樹脂砂輪種類特點使用酚醛樹脂特性邦瑞酚醛樹脂適宜品種1荒磨砂輪熱壓成型砂輪有石膏填料，用于磨鋼板或混凝土。屬于高密度砂輪短流長 短膠化時間高烏洛托品含量BR-26100 BR-2123ABR-27100樹脂液：BR-19100 BR-19200冷壓成型砂輪（1）有石膏填料，用于磨鋼板或混凝土。短流長 短膠化時間適中烏洛托品含量BR-22200BR-23100樹脂液：BR-19100 BR-19200冷壓成型砂輪（2）不添加石膏填料，用于鑄件的加工砂輪密度稍低中等流長 中等膠化時間適中烏洛托品

4、含量BR-25100BR-27100 BR-2123A樹脂液：BR-19100 BR-192002無心磨砂輪高厚度砂輪耐弱堿冷卻液中等密度中等磨削作用流長、膠化時間、烏洛托品含量皆為中等BR-25100BR-22100 BR-2123A樹脂液：BR-19100 BR-192003切割砂輪（無網(wǎng)）薄、韌性大高密度砂輪磨削作用偏硬中短流長 中長膠化時間中等烏洛托品含量（適宜熱壓）BR-25100BR-22200 BR-27100樹脂液：BR-1920ABR-19300BR-1930ABR-19500BR-1950A普通砂輪中等密度中等磨削中短流長 中長膠化時間中等烏洛托品含量（適宜冷壓）BR-25

5、100BR-2123A樹脂液：BR-1920ABR-19300BR-1930A工具專用或切割特種金屬低密度自由磨削短流長 長膠化時間低烏洛托品含量BR-2E100BR-27100樹脂液：BR-1920ABR-19300BR-1930A4玻纖增強(qiáng)切割砂輪具有最大的彈性高側(cè)向抗沖擊能力使用改性樹脂或混合樹脂BR-25100BR-22200 BR-27100樹脂液：BR-1920ABR-19300BR-1930ABR-19500BR-1950A5鈸型砂輪玻纖增強(qiáng)高韌性高側(cè)向抗沖擊力適宜于各種粗磨、精磨中等流長 中等膠化時間中等烏洛托品含量使用改性樹脂較多BR-26100BR-23100BR-2110

6、0BR-2123A樹脂液：BR-1920ABR-19300BR-1930ABR-19500BR-1950A6外圓磨砂輪直徑大、耐冷卻液、自由磨削適宜于粗磨或不燒傷工件的精磨中至長流長 中至低烏洛托品含量中至長膠化時間軟磨削BR-25100BR-211000BR-22200BR-22100 BR-27100樹脂液：BR-1920ABR-19300BR-1930A7精密磨削細(xì)粒度、冷切割和自由磨削大部分耐冷卻液長流長、長膠化時間、低烏洛托品含量快速切割軟磨削BR-21100BR-221000BR-23100樹脂液：BR-1920ABR-19300BR-1930A8高速荒磨砂輪短流長 短膠化時間高烏

7、洛托品含量BR-26100BR-23100樹脂液：BR-1930ABR-19500BR-1950A邦瑞公司，作為國內(nèi)首家引進(jìn)臺灣技術(shù)的專業(yè)化酚醛樹脂制造商，經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，為中國樹脂砂輪行業(yè)做出了矚目的貢獻(xiàn)；經(jīng)過長期消化吸收，千百次的改進(jìn)，已經(jīng)形成了適應(yīng)樹脂砂輪生產(chǎn)的系列化酚醛樹脂產(chǎn)品。經(jīng)過長期與鄭州大學(xué)、臺灣研究機(jī)構(gòu)、中科院等科研機(jī)構(gòu)的合作，已經(jīng)成為國內(nèi)富有影響力的酚醛樹脂產(chǎn)學(xué)研基地。作為國內(nèi)唯一一家專業(yè)生產(chǎn)樹脂砂輪用酚醛樹脂及相關(guān)材料的制造廠家，邦瑞始終堅持走中高端路線，產(chǎn)品具有高純度，穩(wěn)定性好的優(yōu)勢。邦瑞公司酚醛樹脂合成獨特地采用導(dǎo)熱油加熱合成系統(tǒng)，生產(chǎn)的酚醛樹脂游離酚含量不大于1

8、.0%，確保了酚醛樹脂性能穩(wěn)定和優(yōu)秀耐老化性。20多年的發(fā)展，邦瑞公司在酚醛樹脂領(lǐng)域，已經(jīng)做到專業(yè)化、精心化，全心全意為客戶提供專業(yè)化的酚醛樹脂及玻纖網(wǎng)片等材料使用方案，提升客戶的砂輪品質(zhì)，是我們的責(zé)任。千錘百煉，邦瑞公司已經(jīng)形成了獨特的技術(shù)優(yōu)勢、人才優(yōu)勢、管理優(yōu)勢和產(chǎn)品優(yōu)勢。三、樹脂砂輪產(chǎn)生質(zhì)量不穩(wěn)定的原因分析樹脂砂輪生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生許多質(zhì)量問題，由于樹脂砂輪制造屬于復(fù)合材料多學(xué)科綜合，所以產(chǎn)生原因復(fù)雜繁多。下面就主要原因進(jìn)行分析：第一、原材料問題 樹脂砂輪是由多種主、輔原材料構(gòu)成的復(fù)雜物系，主要材料是磨料和結(jié)合劑，輔助材料則包括填料、增強(qiáng)材料、著色劑等。 1、磨料方面應(yīng)該關(guān)注的問題目前市場

9、上磨料質(zhì)量參差不齊，主要表現(xiàn)為：1 ） 磨料的化學(xué)成份往往是合格的，但物理性能差；主要表現(xiàn)在磨料的堆積密度與國外還有差距。2 ） 磨料的粒度組成較亂，與標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定相差較大；主要表現(xiàn)在同一粒度磨料的基本粒含量與國外有差距。 2、結(jié)合劑方面，主要是酚醛樹脂： 1 ） 樹脂質(zhì)量穩(wěn)定性問題，尤其是樹脂中游離酚含量的高低。過高的游離酚含量，會加速樹脂砂輪加熱硬化后的樹脂裂解，影響砂輪的強(qiáng)度；2 ） 樹脂粉與烏洛托品混合均勻性，烏洛托品作為樹脂的硬化劑，烏洛托品加入量不足，樹脂硬化不完全，影響砂輪的強(qiáng)度和硬度；含量過高，則過量的烏洛托品不與樹脂結(jié)合，在硬化過程中分解揮發(fā)，使砂輪的氣孔增多，降低其強(qiáng)度和硬度

10、。3 ） 結(jié)合劑粒度（細(xì)度）過粗或過細(xì)一般認(rèn)為，結(jié)合劑的粒度以細(xì)為宜，這有利于使結(jié)合劑分布均勻。粒度過粗，則成型料不易混合均勻，影響砂輪的硬度和強(qiáng)度。即使是對于粒度較粗的樹脂薄片切割砂輪和鈸形砂輪來講，其選用的結(jié)合劑（ 樹脂粉） 粒度也應(yīng)細(xì)于320#。但是如果酚醛樹脂粉的粒度過細(xì)，給混料帶來了困難，很難做到混合料的均勻性，進(jìn)而影響了樹脂砂輪的切磨削性能。第二、樹脂砂輪制造工藝問題：樹脂砂輪制造是工藝性很強(qiáng)的工業(yè)產(chǎn)品，在配混料、成型、硬化、加工等工序存在問題較多。 1、混料工序：混料的關(guān)鍵是均勻性，成型料應(yīng)達(dá)到：各成份分布均勻，保持松散性，但不宜出現(xiàn)明顯漏粉，必須保證攤料均勻，具有良好的成型性能

11、。 2、成型工序：目前國內(nèi)大多數(shù)是旋轉(zhuǎn)攤料機(jī)構(gòu)，但由于旋轉(zhuǎn)攤料機(jī)構(gòu)的局限性，造成很大制造企業(yè)有的企業(yè)員工操作不得要領(lǐng)，混合料分布不均，形位公差及靜平衡超差。3、硬化工序：這是最關(guān)鍵的生產(chǎn)工序，容易造成質(zhì)量問題的因素有兩個，一是固化烘箱或燒成窯的溫差太大；二是裝爐的方式方法不當(dāng)。硬化爐窯溫差過大，致使樹脂砂輪硬化偏離了設(shè)定的硬化規(guī)范（硬化曲線），使砂輪的固化（ 硬化） 質(zhì)量得不到充分的保證。 4、加工工序（主要是大直徑高厚度樹脂砂輪）：樹脂砂輪尤其是大直徑和高厚度，或者要求尺寸公差嚴(yán)格的砂輪在硬化后要進(jìn)行加工，以保證砂輪的幾何尺寸、形位公差。5、生產(chǎn)配方、工藝參數(shù)生搬硬套。第三、設(shè)備工裝問題 1

12、、設(shè)備問題：生產(chǎn)設(shè)備是砂輪生產(chǎn)的重要物質(zhì)條件，有的企業(yè)一是設(shè)備不足，如沒有缺少好的混料機(jī)，油壓機(jī)噸位規(guī)格偏小等；同時設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)差，產(chǎn)品質(zhì)量不易保證。2、工裝問題：規(guī)模較小的樹脂砂輪企業(yè)部分企業(yè)工裝管理薄弱，沒有良好的存放場所，在生產(chǎn)現(xiàn)場亂堆亂放。第四、檢驗設(shè)備問題：1、原材料檢驗、過程檢驗、出廠檢驗，是樹脂砂輪生產(chǎn)企業(yè)實施有效檢驗控制的重要內(nèi)容，但真正做到規(guī)范管理、標(biāo)準(zhǔn)化管理的生產(chǎn)企業(yè)較少。主要問題有制度不全，職能不落實，管理不嚴(yán)，檢驗設(shè)備短缺失控，檢驗人員業(yè)務(wù)素質(zhì)較差等。 2、檢驗設(shè)備配置不全 檢驗設(shè)備不齊全，樹脂砂輪的檢驗設(shè)備有3大件：即回轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗機(jī)；噴砂硬度機(jī)(或洛氏硬度機(jī))-樹脂切

13、片、磨片除外；靜平衡器(對金剛石砂輪還需要動平衡器)，其它還應(yīng)有薄片砂輪端面、徑向跳動測定儀、內(nèi)徑量規(guī)、游標(biāo)卡尺、砂輪切割性能試驗機(jī)等。 檢驗設(shè)備缺乏應(yīng)有的維護(hù)和保養(yǎng)。四、樹脂砂輪混料酚醛樹脂液的選擇及應(yīng)用樹脂砂輪制造中最常用的濕潤劑是酚醛樹脂液，在采用正常樹脂液比例混料時，如果料干濕難以控制時，才采用糠醛、二丁酯等濕潤劑。由于糠醛與液體酚醛樹脂有很好的相容性，所以目前在大多數(shù)廠家仍然在使用。但同時糠醛的高腐蝕性、刺激氣味，及對操作員工身體健康的傷害等缺點十分明顯。因此，眾多廠家都在尋求更合適的替代產(chǎn)品。為了滿足客戶需要，邦瑞公司經(jīng)過近一年的開發(fā)，成功開發(fā)出來了新型酚醛樹脂液BR-19500，

14、BR-1950A，這種樹脂液能夠解決混合料的松散性，在混合料適度偏濕的情況下松散效果很好；同時，混料料停放時間很短，在1.小時后混合料的堆積密度趨于穩(wěn)定；更為重要的時混料料顆粒形狀均勻、樹脂及輔助材料包覆磨料顆粒效果好。下圖為顯微鏡照片（圖片1、圖片2）圖1 邦瑞酚醛樹脂液BR-1920A混合料顯微圖片圖2 邦瑞酚醛樹脂液BR-1950A混合料顯微圖片從圖片2可以看出，混合料顆粒劑包覆效果很好。由于新型樹脂液的優(yōu)勢，更適用于樹脂切片/磨片自動化成型機(jī)混合料送料、投料。五、樹脂砂輪的酚醛樹脂硬化機(jī)理與硬化曲線設(shè)定酚醛樹脂的固化依賴于加熱反應(yīng)進(jìn)而完成硬化（固化）。期間，硬化的升溫速率是十分關(guān)鍵的。

15、1、 酚醛樹脂的硬化機(jī)理 準(zhǔn)確定義：苯酚和甲醛在合成反應(yīng)設(shè)備中，通過加成和適當(dāng)縮聚反應(yīng)所得到的樹脂，通常都是分子量不高的低聚物和各種羥甲基酚的混合體系，雖然Novolaks及Resoles以如上節(jié)所述，結(jié)構(gòu)上是有差異的。酚醛樹脂只有在形成交聯(lián)網(wǎng)狀(或稱體型)結(jié)構(gòu)之后才具有優(yōu)良的使用性能，包括力學(xué)性能、電絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等。 酚醛樹脂的硬化就是使其轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程，表現(xiàn)出凝膠化和完全固化的兩個階段，這一轉(zhuǎn)變不僅是物理過程，也是一個化學(xué)過程。所以酚醛樹脂的硬化絕不是熔體冷卻到熔點以下的一般意義上的固化，而是高分子化學(xué)概念上的由線(支)型分子交聯(lián)(cure)成網(wǎng)狀分子導(dǎo)致失去可溶、

16、可熔性的固化。酚醛樹脂硬化后，在獲得優(yōu)良物理性質(zhì)的同時，又失去了可溶、可熔性，不再有可加工性。因而其固化過程必然應(yīng)在以酚醛樹脂(Novolaks或Resoles)為粘結(jié)結(jié)劑組成的塑料、油漆涂料及各種各樣工程材料的使用或成型過程中完成。硬化過程表現(xiàn)出如下特點：(1) 樹脂在硬化前的結(jié)構(gòu)因素(組成、分子量大小、反應(yīng)官能度等)影響顯著； (2) 硬化反應(yīng)受催化劑、固化劑、樹脂pH值等的影響顯著；(3) 硬化過程有熱效應(yīng)；(4) 硬化速率受溫度、壓力的影響顯著；(5) 硬化過程有副產(chǎn)物(如 水、甲醛等)產(chǎn)生；(6) 硬化反應(yīng)是不可逆過程。2、 酚醛樹脂的硬化條件酚醛樹脂粉要加熱到流動狀態(tài)，才能形成結(jié)合

17、劑橋。然而，如果升溫速度過快，砂輪就會變形。所以必須調(diào)整出合適的硬化曲線，以保證結(jié)合劑固化，砂輪不變形。如1所述，硬化過程中會有一定量的揮發(fā)物產(chǎn)生放出，其產(chǎn)生的壓力在條件成熟時會使砂輪變形。這種壓力必須被外部壓力或結(jié)合劑橋本身的強(qiáng)度抵消，也可以在不影響砂輪性能的情況下，使揮發(fā)物留在砂輪內(nèi)而不破壞砂輪形狀。能夠使酚醛樹脂結(jié)合劑橋樹脂制造的砂輪硬化時可以快速升溫，如邦瑞的超薄片專業(yè)粉BR-22200就是一類。同時，結(jié)合劑橋的形成快慢主要取決于酚醛樹脂的硬化速率，同時與濕潤劑（含樹脂液）的類型及樹脂粉的配合及反應(yīng)有密切關(guān)系。因此，設(shè)計硬化曲線時必須考慮酚醛樹脂的品種和硬化速率。3、 硬化曲線的設(shè)定在

18、樹脂砂輪制造技術(shù)中，有兩種最基本的硬化曲線，所有其他的硬化曲線都是這兩種曲線的轉(zhuǎn)化。1） 短曲線（快速升溫曲線）升溫速度較快，每小時大于10。曲線總時間為20至24小時。該曲線常用來硬化酚醛樹脂液做濕潤劑，且砂輪配方中添加一定量的石膏填料的配方樹脂砂輪。該曲線特點是：快速硬化，采用的酚醛樹脂粉的流長較短。2） 長曲線（慢速升溫曲線）適用于結(jié)合劑流動性較好（中等密度，用低粘度樹脂液做濕潤劑等）的樹脂砂輪，硬化時升溫速率較慢，每小時升溫35，在120保溫4小時左右，最高硬化溫度在160190之間，曲線總長為4060小時。我們在設(shè)計硬化曲線時，必須認(rèn)真考慮曲線的升溫速度、長度、最高溫度及其它細(xì)節(jié)問題，并且必須經(jīng)過多次試驗驗證。硬化曲線設(shè)計必須遵循的原則：a、 大直徑砂輪、高厚度砂輪，硬化時曲線在最高溫度保溫時間要長，以保證硬化完全；b、 要求砂輪不完全硬化時，曲線最高溫度需調(diào)整較低些；c、 高硬度冷壓砂輪硬化時，在105120段的保溫時間必須延長，以便揮發(fā)物徹底釋放出；d、 流長極短樹脂粉制作的砂輪，硬化時升溫速度要快，以保證結(jié)合劑有充分的流動性，從而獲得最佳的產(chǎn)品性能。短曲線，低溫硬化，可以生產(chǎn)出“軟”砂輪；相反，生產(chǎn)“硬”