淺談樹脂磨具常見結合劑用樹脂特性介紹
磨削技術（包括研磨和拋光）是先進制造加工中實現(xiàn)精密與超精密加工最有效、最實用的加工方式。而磨具則是精加工中磨削、研磨和拋光的重要工具，由于超精密研磨或拋光加工的去除單位已在納米級甚至亞納米級，在加工過程中局部往往有高溫高壓和化學反應現(xiàn)象發(fā)生，因此與工件直接接觸的磨具對加工質量和加工效率有重要的影響。
磨具一般由磨粒、氣孔和結合劑三者組合形成。結合劑是制作磨具不可缺少的原料，樹脂結合劑：以樹脂為粘結材料，以金屬粉末、金屬氧化物、普通磨料為填充物混制成結合劑。將磨料和結合劑按照濃度的要求混合制成成型料，經熱壓所型、固化制成制品坯體，經后續(xù)加工制成品。樹脂結合劑用來把松散的磨料黏結起來，固結成一定形狀，經過加熱固化使其具有一定的硬度、強度和磨削性能、樹脂結合劑由黏結劑(樹脂)和各種填料組成。填料的種類和用量對結合劑的物理力學性能影響很大。因此，必須合理選用填料的種類和用量。
樹脂結合劑應具備以下性能：
l 良好的黏結性能，結合劑強度要高，硬度要合適;
l 良好的耐熱性，有利于提高磨削加工效率和降低磨削工件表面粗糙度;
l 良好的經濟性及環(huán)保性。
國內外制造樹脂磨具的樹脂主要是人造酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚砜樹脂、聚酰胺等。為石英磨具產生的特殊要求，以酚醛樹脂為主，加入一定量的其他樹脂。如酚醛-環(huán)氧樹脂、酚醛-聚酰胺等。
酚醛樹脂
主要生產原料是苯酚、二甲酚、多元酚等酚類、甲醛、乙醇糠醛等醛類，催化劑，如鹽酸、硫酸、草酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、氧化鎂等。
酚醛樹脂的生產工藝流程如下：
酚與醛的所聚反應可在加壓、常壓及減壓等條件下進行。通常是在酸性或堿性介質中進行常壓鎖具反應。
酚醛樹脂分為熱塑性酚醛樹脂和熱固性酚醛樹脂。熱塑性分權是指的密度為1.18~1.32g/cm3。軟化點為85~110℃。游離酚質量分數(shù)為3.5%~7%，常溫下為白色或淡黃色半透明固體粉末，在空氣中易吸收水分。樹脂粉不加硬化劑，能溶于乙醇、丁醇、丙酮等溶劑中。在硬化劑作用下，樹脂粉經加熱可變?yōu)闊峁绦詷渲?。熱塑性酚醛樹脂的軟化點搞，其磨具的抗拉強度高。軟化點的高低對磨具硬度影響并不明顯，但對于磨具制造工藝的可行性影響較大。軟化點低(85℃)，樹脂粉易發(fā)黏，易結塊，易造成成形料結塊，給制造帶來不便。軟化點過高，則成形料可塑性差，且影響磨具的成型強度，特別是對薄片砂輪影響更大。
樹脂粉的粒度大多屬于F240及更細粒度，樹脂粉粒度過細易結塊，粒度過粗則成形料不易混勻，影響磨具硬度與強度。樹脂粉易在空氣中吸水而結塊變硬，給生產帶來不便，且影響磨具的強度和硬度。實驗表明，樹脂粉的濕度由0.176%增至4.23%的磨具試塊的硬度降低兩個小級，強度降低20%。
熱塑性酚醛樹脂的硬(固)化劑是烏洛托品，與水作用生成CH2O，甲醛先與線性樹脂中苯環(huán)的鄰對位作用生成羥甲基物，之后進一步縮聚生成王莊結構，固化劑加入量不足，樹脂硬化不完全，影響磨具的強度和硬度，加入量過多，多余的固化劑并不與樹脂粉結合，在硬化過程中分解揮發(fā)，使磨具的氣孔增多，降低磨具硬度與強度。
熱固性酚醛樹脂液在常溫下是一種淡黃色至深褐色的粘性液體，密度為1.16~1.20g/cm3，黏度為60~200s(4號杯法)，能溶于乙醇、丙酮及糠醛中，經加熱也可溶于水。其化學性能不穩(wěn)定，常溫下存放，能緩慢的進行縮聚反應，黏度增大，在110~120℃保持2h，則失去流動性，變?yōu)閺椥曰虼嘈晕?。加熱?30℃以上，則樹脂液開始炭化，溫度越高，炭化程度越深，當達到500℃時，則完全燒毀。樹脂液的黏度為100~500s(杯法)時常做結合劑，黏度在30~200s范圍內，常將樹脂液做樹脂粉的潤滑劑。合適的黏度可獲得結合劑適宜的可塑性。黏度太低時，成形料的流動性大，可塑性差，容易粘模，制成的磨具坯體機械強度低;粘度太高，則成形料太硬，不易混勻，不利于壓型時攤料，影響磨具組織均勻性和機械強度。實踐證明，樹脂液的杯法黏度為100~500s時，質量穩(wěn)定，對磨具硬度影響很小。
熱固性樹脂在180℃溫度下，縮聚硬化后的質量成為固體質量。固體含量在不同程度上耵磨具的硬度與強度，固體含量低，則制成的磨具硬度和強度下降，生產中必須控制樹脂液的固體含量。
以氨水為催化劑制成的樹脂液結合劑粘結強度大，耐火性好;以氫氧化鈉為催化劑制成的樹脂結合劑的粘結強度和耐火性較差。
酚醛樹脂結合劑固化后，具有較高的耐火性和良好的力學性能，但結構中的酚羥基與亞甲基易氧化，使耐熱性與耐氧化性收到影響，亞甲基的存在使固化后的結合劑顯現(xiàn)一定的脆性等弱點，需要改性加以克服。酚醛樹脂改性是加入添加劑，改變樹脂的一些性質。改性樹脂有酚醛-縮醛樹脂、酚醛-環(huán)氧樹脂、硼酚醛樹脂、有機硅改性酚醛樹脂等。
環(huán)氧樹脂
是指含有環(huán)氧基團的高分子化合物或反應中能生成環(huán)氧基團的化合物與某些組成中具有活潑氫氧基團的物質相互作用而成的線型聚合物。環(huán)氧樹脂有縮水甘油基型環(huán)氧樹脂、環(huán)氧化烯烴、新型環(huán)氧樹脂三類。我國通用的環(huán)氧樹脂為E-型環(huán)氧樹脂，它是由環(huán)氧氯丙烷和雙醛A(二酚基丙烷)兩種單體，在堿性催化劑(NO2OH)作用下，逐步聚合而成的雙醛A型環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂中含環(huán)氧基的多少是一項重要指標。
環(huán)氧樹脂常壓下為淡黃色至琥珀色的透明液體或固體，能溶于丙酮、加班呢、二甲苯等有機溶液中，它是線型結構，自身不會固話，只有加入硬化劑使其線型結構交聯(lián)成網狀或體型結構，形成不溶物，才具有優(yōu)良的使用性能，固化物的性能取決于硬化劑的種類與用量。硬化劑是環(huán)氧樹脂結合劑中重要的組成部分。
硬化劑根據所需要的溫度，可分為加熱硬化劑和室溫硬化劑;根據化學結構類型可分為胺類硬化劑、酸酐類硬化劑、樹脂類硬化劑、咪唑類硬化劑;按硬化劑的形態(tài)可分為液體硬化劑和固體硬化劑，樹脂磨具結合劑常用的硬化劑有：胺類，包括己二胺、間苯二胺、三乙醇胺;樹脂類，包括聚酰胺樹脂、酚醛樹脂;酸酐類，包括順丁烯酸酐、鄰苯二甲酸酐、均苯四甲酸二酐;咪唑類，包括α-甲基咪唑、2-乙基-4甲基咪唑。
環(huán)氧樹脂結合劑有如下特點。
1.具有強的黏結能力
可黏結金屬與分金屬。以環(huán)氧樹脂作為結合劑的磨具比酚醛樹脂磨具強度高。
2.收縮率小
其收縮率很小約(2%)，若加入填充劑，其制作收縮率僅有0.25%~1.25%，線脹系數(shù)小(60×10-6℃-1)。適于制造細粒度，高密度磨具。
3.優(yōu)良的化學穩(wěn)定性
可耐有機溶劑和各種化學試劑。
4.耐熱性差
環(huán)氧樹脂磨具在磨削接觸區(qū)的瞬時溫度可達800~1000℃，環(huán)氧樹脂在磨削熱作用下，易發(fā)生炭化，喪失對磨料的保持能力，使磨粒過早脫落，加大磨具損耗。在相同工藝條件下，環(huán)氧樹脂磨具比酚醛樹脂磨具的磨損量高3~5倍，加上價格昂貴，環(huán)氧樹脂磨具未被廣泛應用于磨具制造，常用語珩磨輪、細粒度拋光輪、磨轉子槽砂輪、高速磨片等特殊磨具制造。另外，與酚醛樹脂混用組成酚醛-環(huán)氧改性樹脂，可提高磨具質量。
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