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0.88-0.92 g/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