淺談樹脂磨具常見結(jié)合劑用樹脂特性介紹
磨削技術(shù)（包括研磨和拋光）是先進(jìn)制造加工中實(shí)現(xiàn)精密與超精密加工最有效、最實(shí)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(jí)甚至亞納米級(jí)，在加工過程中局部往往有高溫高壓和化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生，因此與工件直接接觸的磨具對(duì)加工質(zhì)量和加工效率有重要的影響。
磨具一般由磨粒、氣孔和結(jié)合劑三者組合形成。結(jié)合劑是制作磨具不可缺少的原料，樹脂結(jié)合劑：以樹脂為粘結(jié)材料，以金屬粉末、金屬氧化物、普通磨料為填充物混制成結(jié)合劑。將磨料和結(jié)合劑按照濃度的要求混合制成成型料，經(jīng)熱壓所型、固化制成制品坯體，經(jīng)后續(xù)加工制成品。樹脂結(jié)合劑用來把松散的磨料黏結(jié)起來，固結(jié)成一定形狀，經(jīng)過加熱固化使其具有一定的硬度、強(qiáng)度和磨削性能、樹脂結(jié)合劑由黏結(jié)劑(樹脂)和各種填料組成。填料的種類和用量對(duì)結(jié)合劑的物理力學(xué)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(jié)合劑應(yīng)具備以下性能：
l 良好的黏結(jié)性能，結(jié)合劑強(qiáng)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(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性。
國(guó)內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)工藝流程如下：
酚與醛的所聚反應(yīng)可在加壓、常壓及減壓等條件下進(jìn)行。通常是在酸性或堿性介質(zhì)中進(jìn)行常壓鎖具反應(yīng)。
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(quán)是指的密度為1.18~1.32g/cm3。軟化點(diǎn)為85~110℃。游離酚質(zhì)量分?jǐn)?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(jīng)加熱可變?yōu)闊峁绦詷渲?。熱塑性酚醛樹脂的軟化點(diǎn)搞，其磨具的抗拉強(qiáng)度高。軟化點(diǎn)的高低對(duì)磨具硬度影響并不明顯，但對(duì)于磨具制造工藝的可行性影響較大。軟化點(diǎn)低(85℃)，樹脂粉易發(fā)黏，易結(jié)塊，易造成成形料結(jié)塊，給制造帶來不便。軟化點(diǎn)過高，則成形料可塑性差，且影響磨具的成型強(qiáng)度，特別是對(duì)薄片砂輪影響更大。
樹脂粉的粒度大多屬于F240及更細(xì)粒度，樹脂粉粒度過細(xì)易結(jié)塊，粒度過粗則成形料不易混勻，影響磨具硬度與強(qiáng)度。樹脂粉易在空氣中吸水而結(jié)塊變硬，給生產(chǎn)帶來不便，且影響磨具的強(qiáng)度和硬度。實(shí)驗(yàn)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(gè)小級(jí)，強(qiáng)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(duì)位作用生成羥甲基物，之后進(jìn)一步縮聚生成王莊結(jié)構(gòu)，固化劑加入量不足，樹脂硬化不完全，影響磨具的強(qiáng)度和硬度，加入量過多，多余的固化劑并不與樹脂粉結(jié)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(qiáng)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(hào)杯法)，能溶于乙醇、丙酮及糠醛中，經(jīng)加熱也可溶于水。其化學(xué)性能不穩(wěn)定，常溫下存放，能緩慢的進(jìn)行縮聚反應(yīng)，黏度增大，在110~120℃保持2h，則失去流動(dòng)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(dāng)達(dá)到500℃時(shí)，則完全燒毀。樹脂液的黏度為100~500s(杯法)時(shí)常做結(jié)合劑，黏度在30~200s范圍內(nèi)，常將樹脂液做樹脂粉的潤(rùn)滑劑。合適的黏度可獲得結(jié)合劑適宜的可塑性。黏度太低時(shí)，成形料的流動(dòng)性大，可塑性差，容易粘模，制成的磨具坯體機(jī)械強(qiáng)度低;粘度太高，則成形料太硬，不易混勻，不利于壓型時(shí)攤料，影響磨具組織均勻性和機(jī)械強(qiáng)度。實(shí)踐證明，樹脂液的杯法黏度為100~500s時(shí)，質(zhì)量穩(wěn)定，對(duì)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(zhì)量成為固體質(zhì)量。固體含量在不同程度上耵磨具的硬度與強(qiáng)度，固體含量低，則制成的磨具硬度和強(qiáng)度下降，生產(chǎn)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(jié)合劑粘結(jié)強(qiáng)度大，耐火性好;以氫氧化鈉為催化劑制成的樹脂結(jié)合劑的粘結(jié)強(qiáng)度和耐火性較差。
酚醛樹脂結(jié)合劑固化后，具有較高的耐火性和良好的力學(xué)性能，但結(jié)構(gòu)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(jié)合劑顯現(xiàn)一定的脆性等弱點(diǎn)，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(zhì)。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(jī)硅改性酚醛樹脂等。
環(huán)氧樹脂
是指含有環(huán)氧基團(tuán)的高分子化合物或反應(yīng)中能生成環(huán)氧基團(tuán)的化合物與某些組成中具有活潑氫氧基團(tuán)的物質(zhì)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(guó)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(xiàng)重要指標(biāo)。
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(jī)溶液中，它是線型結(jié)構(gòu)，自身不會(huì)固話，只有加入硬化劑使其線型結(jié)構(gòu)交聯(lián)成網(wǎng)狀或體型結(jié)構(gòu)，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(jié)合劑中重要的組成部分。
硬化劑根據(jù)所需要的溫度，可分為加熱硬化劑和室溫硬化劑;根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)合劑有如下特點(diǎn)。
1.具有強(qiáng)的黏結(jié)能力
可黏結(jié)金屬與分金屬。以環(huán)氧樹脂作為結(jié)合劑的磨具比酚醛樹脂磨具強(qiáng)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(xì)粒度，高密度磨具。
3.優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性
可耐有機(jī)溶劑和各種化學(xué)試劑。
4.耐熱性差
環(huán)氧樹脂磨具在磨削接觸區(qū)的瞬時(shí)溫度可達(dá)800~1000℃，環(huán)氧樹脂在磨削熱作用下，易發(fā)生炭化，喪失對(duì)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(jià)格昂貴，環(huán)氧樹脂磨具未被廣泛應(yīng)用于磨具制造，常用語(yǔ)珩磨輪、細(xì)粒度拋光輪、磨轉(zhuǎn)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(zhì)量。
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