树脂砂轮-材料篇

　　

(一)磨料 1. 磨料分类：Al2O3 刚玉类 、碳化硅类、金刚石类、CNB类

 

 

2. 磨料的粒度及其选择 粒度指磨料颗料的大小。粒度分磨粒与微粉两组。磨粒用筛选法分类，它的粒度号以筛网上一英寸(25.4mm)长度内的孔眼数来表示。例如 60 # 粒度的的磨粒，说明能通过每英寸长有 60 个孔眼的筛网，而不能通过每英寸 70 个孔眼的筛网。微粉用显微测量法分类，它的粒度号以磨料的实际尺寸来表示（ W ）。各种粒度号的磨粒尺寸见下表。

 

 

磨料粒度的选择，主要与加工表面粗糙度和生产率有关。  粗磨时，磨削余量大，要求的表面粗糙度值较大，应选用较粗的磨粒。因为磨粒粗、气孔大，磨削深度可较大，砂轮不易堵塞和发热。精磨时，余量较小，要求粗糙度值较低，可选取较细磨粒。一般来说，磨粒愈细，磨削表面粗糙度愈好。不同粒度砂轮的应用见表

 

 

(二) 结合剂：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。

1. 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。酚醛树脂是石油化工产品来源广泛，价格低廉15元/kg，结合强度高(例如环氧改性酚醛树脂2893-d 自锐性好)

A)     酚醛树脂粉：树脂粉在常温下是一种白色或淡黄色的半透明固体粉末，由于游离酚的存在，而且在空气中易吸收水分，所以存放时间长易变成粉红色的块状物。 树脂粉的性质参数砂轮机械性能的影响

（1）细度 150-200目(经济值)在磨具制造中，为了使树脂粉分布均匀，并有利于硬化剂的充分接触，要求树脂粉的粒度愈细愈好。但太细不易加工，容易结块；如果粒度过粗。则成型料不易混均匀，影响磨具的强度和硬度。—般认为，正常使用的树脂粉，其中约有80％~85％是属于F240及更细粒度的树脂粉较合适。多次试验表明，250μm(100号筛)筛余物含量过多，将导致磨具强度和硬度的下降。因而生产中—般控制250μm(100号筛)筛余物的含量；粉状酚醛树脂要与硬化剂混合，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%。

 

(2)软化点：95-105    冬天低、夏天高； 树脂软化点高低实质上是树脂缩聚程度的反映，软化点高，树脂缩聚较完全，分子量较大，反之软化点低，缩聚程度较差，分子量较小。从树脂软化点与磨具抗张强度的关系可看出，在相同工艺条件下，树脂软化点高的，其磨具抗张强度较高。 树脂软化点的高低，对磨具硬度的影响不明显。但是对工艺过程的影响则是十分明显的。软化点低（如85℃）在破碎时容易发黏，而且放置过程中也容易结块，给生产带来不便，容易造成成型料结块。据有关资料介绍，树脂粉随着软化点的降低，制成的磨具耐水及耐碱性下降。软化点高的树脂粉有利于改善成型料的松散性，但软化点过高，成型料可塑性差，影响磨具的成型强度，特别是薄片砂轮。因而有的砂轮厂对树脂粉的软化点，夏天要求高些，冬天可适当低些。

(3)流长/流动度(S粉、L粉)：流长越短、分子量越大性能越稳定； 工艺上不同流长采用不同的升温曲线： 超薄片流长选择：18-22mm；切割片流长选择：25-30mm；角磨片流长选择：35-50mm； 流长的测定方法：树脂粉流动性的测定         树脂在斜板上的流动性是其一个重要的性能指标。国外，对于不同用途和性能的磨具，选用不同流动性的树脂粉做结合剂，例如密度较高，结合剂量大的配方中，要选用流动性较小的树脂粉。如果树脂流动性太低，那么在固化过程中，粗磨料可能不会被树脂完全湿润；流动性大的树脂能容纳更多的填料，这些填料的使用能提高它们的耐热性能。 测定时称取待测的树脂粉（按要求已加入了乌洛托品的）10g，压制成直径50 mm，厚50mm的圆柱形试块，将已成型好的试块，用卡尺测量其直径后，用小钉固定在45°角的斜面钢板上，放入40℃烘箱中，以每小时10℃的速度加热8h，至达到120℃为止取出冷却后，用卡尺测量其直径

 

(4)凝胶时间--硬化速度/聚速（时间）的测定        

称好2~3g树脂（若是热塑性树脂粉，需加入适量的乌洛托品，混匀使用），倒到—块加热至（150±1）℃的金属板上，用玻璃棒按已划好的50mm×50mm的正方形摊开。这时不断地把玻璃棒提高10~12mm。观察引伸线的生成。线条引伸或断裂的瞬间，称为树脂硬化终止。从树脂全部熔化开始，至引伸线断裂为止，所需的时间称为硬化速度（时间）一般为1~3min. 凝胶时间正常理想值为80秒，凝胶时间影响反应速度，理想状况是均匀散开即开始硬化

(5)催化剂（固化剂）乌洛托品：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。 线性树脂具有很好的流动性，乌洛托品通过化学反应将线性树脂横向联结形成体型结构完成固化过程

(6)树脂粉湿度的影响       酚醛树脂粉容易在空气中吸收水分，变硬结块，这不但给生产带来麻烦，而且对磨具的机械强度和硬度均有影响。试验表明，当树脂粉湿度由0.9％增至1.2％时，制成的成型料不易压制，而且成型后坯件强度小。另外用湿度由0.176增至4.23％的树脂粉制成的磨具试块，其硬度降低两小级，抗张强度降低20％。

B.酚醛树脂液：起粘合、润湿作用 液体酚醛树脂在常温下是一种淡黄色至深褐色的粘性液体，密度为l.16~1.20g/cm3，黏度（涂4号杯法）为60~200s，能溶于乙醇、丙酮及糠醛中，而且也能溶于乙醇或丙酮与水的混合物中，甚至在加热时也能溶于水中。液体树脂（A期酚醛树脂）化学性质不甚稳定，在室温下停放，能缓慢进行缩聚反应，使树脂黏度逐渐增大，变成B期，甚至C期树脂，因此树脂液存放一般不超过三个月，在受热时，缩聚反应进行甚为剧烈。为了缓慢树脂存放过程的进一步缩聚，可以采用冷藏的方法，把树脂液存放在0℃左右的环境下，使其黏度变化小，质量稳定。

 工厂常用的酚醛树脂液 2506、3624、2557-2

树脂液的性质参数砂轮机械性能的影响

(1)黏度的影响  

 粉状树脂磨具所用的树脂液是作为润湿剂用的，它的作用是润湿磨料和溶解树脂粉，一般采用的黏度杯法为40~200s。树脂液黏度过高或过低均影响磨具的强度和硬度。因为黏度过高，润湿性能差，料不易混均匀，容易出现漏粉现象，黏度过低，混合料可塑性差。   

 黏度1200-1800CP （影响磨料的成型料的颗粒度大小）测量方法：旋转法和落球法     含水量 5-7%     游离酚 14%-18% 最好16%

(2)游离酚含量的影响  作为润湿剂的树脂液的游离酚质量分数在14%-18% 范围，最好16% 。

这一方面是由于作为润湿剂的树脂液其加入量比作为结合剂的少，另一方面苯酚含量高对树脂粉溶解能力增加，有利于树脂与磨料的粘结。

 

(3)含水量 5-7%

(4)固体含量的影响  固体含量是指树脂液在180℃下缩聚硬化后的质量，一般用质量分数表示，它就是树脂液在制件中的最后产物。因而树脂液不论作为结合剂或润湿剂，最后产物均起结合剂作用，对磨料进行粘结。所以固体含量在不同程度上决定着磨具的硬度和强度。若固体含量低，则制成的磨具硬度和强度均有下降的趋势。因此生产中必须控制树脂液的固体含量。

2、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。

环氧树脂在磨具制造中的应用

（1）作酚醛树脂磨具的润湿剂  粉状酚醛树脂型料易结块，使用环氧树脂作润湿剂，可减少型料结块，提高松散性。环氧树脂与酚醛树脂发生反应固化时减少发泡废品，还可以提高制品的抛光性能。用于细粒度磨具有很好的效果。

（2）用于制造石墨抛光砂轮和磨转子槽砂轮都有较好效果。

（3）用于高速磨片和切断砂轮可减少使用中产生烧伤现象。

（4）用环氧树脂生产浇注制品如珩磨轮。 3、新酚树脂（XYLOK） 新酚树脂是由对苯二甲醇或对苯二甲醚与苯酚在催化剂作用下缩聚而成。为红褐色固体，比重1.6-1.7，软化点65℃-105℃，能溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。 新酚树脂的应用  新酚树脂与酚醛树脂按1 ：3混合使用不仅提高了酚醛树脂的强度，还提高了耐热性和磨削比。在生产工艺上使用热压较冷压制品强度高出约5%-30%，磨削效果也有提高。目前新酚树脂主要用于重负荷荒磨砂轮和金刚石砂轮。

 

(三) 填充材料：

 1、天然冰晶石：钾冰晶石 K3AlF6，熔点在500-700度之间；                   

钠冰晶石Na3AlF6，熔点在900-1000度之间； 纯度越高熔点越低 天然冰晶石 化学表达式为Na3AlF6。冰晶石粉首先作为补强材料使用，用于提高磨具强度。进而发现由于冰晶石 熔点较低，在磨削过程中磨削热 作用，冰晶石熔融，促使磨粒容易脱落，以防止砂轮 堵塞。另外，熔化了 冰晶石，在磨削中可以起润滑作用；而且它析出氟，吸附在铁原子表面降低铁表面的倔强系数，有利于钢材磨削，所以冰晶石粉适应于磨削时不用冷却液 干磨砂轮。实践证明，用于制造普通砂轮，冰晶石粉补强作用不如半水石膏粉，其加入量一般为1.5％~5％。

 2、黄铁矿（FeS2）作用与冰晶石相似。但是其熔点约1300度。可以以微粉形式使用．但在热压成型 高密度粗磨粒荒磨砂轮中，黄铁矿颗粒度约为F60，这样颗粒度尺寸 处于磨料尺寸和树脂微粉尺寸之间 ，在结合剂中它 加入量所用微粉填料体积 50%；在很粗磨料中使用粗粒度黄铁矿，其作用能够容纳大量填料，并且还具有使气孔率降低到零能力。 黄铁矿应为黄色，颜色越黑越不好，有较多游离硫  天然冰晶石和黄铁矿混合物 一种优良填料，人们使用它制备高强度粗磨砂轮，这些砂轮不需要金属润滑剂，就可以使砂轮运转过程中导致钢 熔化或至少软化，从而使切割过程更容易进行。 黄铁矿的加入会使切割时产生难闻气味，所以应减少使用量 实际应用中天然冰晶石和黄铁矿以1:1比例混合使用。

 

3、半水石膏粉 （或碳酸轻钙）→脊性填料      

  半水石膏粉（CaSO4•1/2H2O）又叫烧石膏粉，是F14~F80粒度树脂磨具最常用的填料。

它是由二水石膏（CaSO4•2H2O，又称生石膏）经加热（100~140℃）煅烧，脱去1.5个结晶水而制得的。        

半水石膏粉是一种白色或灰白色的粉末，树脂磨具中加入半水石膏粉，可减少硬化时树脂析出易挥发物的数量，避免磨具膨胀及发泡等废品，有利于提高结合强度，并缩短硬化时间，同时也降低成本。根据不同的粒度，结合剂及结合剂量，一般加入量在1.5％~9％范围。有关试验表明，半水石膏粉加入量若超过材料9％，磨具的强度和硬度均有下降的趋势 4、氧化镁（MgO）作用与碳酸轻钙相似，具有吸水和促进树脂硬化作用。 5、染料：碳黑、酞箐绿、铁红、钛白粉（染色、遮色性能好）。 6、网片 目数(25.4mm 网点数量)和克重（玻璃纤维的净重量/平方米），网片正常胶含量为28-30% 网片的使用规范依据:  1. 砂轮的厚度; 2.强度要求; 3. 磨料的粒度     

        内网        外网   

砂轮厚度  网片规格    网片规格        

1.0-1.3  – 10目     100g        

1.5-2.0  – 8目     125g      

2.5- 2.8   – 6目    190g         

3.0-4.0 -- 5目    260g

 

7、孔环 

保持砂轮孔径尺寸，起增强的作用

8、商标/标签  

标明砂轮用途和属性   

 主体颜色代表应用工件的材料类别：   

 蓝色         金属     

绿色        石材     

黄色        不锈钢