树脂结合剂磨具制造.

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1、树脂结合剂磨具制造 李印江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，有机磨具才迅速开展起来。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开展，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

2、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，防止烧伤工件。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

3、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，是磨具的主要组成局部。（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

4、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

5、积百分数来表示，磨粒占的体积百分数大那么磨具中的气孔少，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参加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

6、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。分子式C6H5OH分子量比重/cm3熔点沸点182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。表1 制造酚醛树脂用的苯酚的技术条件名称苯酚

7、又名石炭酸分子式C6H5OH外观有特殊气味的无色结晶，在空气中显粉红色酸碱性呈弱酸性含量要求苯酚含量96%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。甲醛分子式HCHO分子量气体比重1.067 即比空气略重液体比重-20熔点-92沸点-21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，参加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表2 甲醛的技术条件名称甲醛水溶液分子式HCHO分子量溶解性能溶于水，最大浓度可达50%使用要求甲醛含量 34%

8、，沉淀物1%3催化剂 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。残留局部在硬化加热时大局部挥发掉了，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响速度随催化剂的用量增多而加快，但是反响太快那么不易控制，通常氢氧化铵的水溶液用量为苯酚的3-6%。-0.92 g/cm3。酸性催

9、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，盐酸参加量，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参加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；催化剂氨水参加量为苯酚参加量的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，物料以缩聚反响放出的热量自行升温到98左右，并

10、开始沸腾，当反响过于剧烈时应通水冷却。2液体酚醛树脂的生产工艺流程，见图1氨水苯酚甲醛加热熔化反响釜加热缩聚脱水液体树脂图1 液体酚醛树脂生产工艺流程树脂合成后采用真空脱水，水分和挥发分脱除的比拟干净，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。图2 酚醛树脂生产装置示意图1-反响釜； 2-反响釜夹套；3-进料口；4-电机、减速器；5-温度计；6-锚式搅拌器；7-出料口；8-冷凝器9-放空阀；10-脱水缸；11-真空泵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

11、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小时那么失去流动性，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个小时那么成坚硬的固体，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以上那么炭化。4液体酚醛树脂的性质对磨具性能的影响 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、温度低那么粘度高，反之那么粘度低。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

12、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。 游离酚的影响 液体酚醛树脂中有一局部没有参加反响的苯酚，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，但因为苯酚可以溶解粉状树脂，使型料有较好的可塑性，有利于树脂对磨粒的粘结，可以提高磨具的强度。 固体含量 将重量为W1约5-10克的树脂在150-180的温度下加热1小时的剩余量W2，按式1，2计算出x称固含量，y为聚合损耗。 1 2x 固体含量y 聚合损耗W1加热前树脂量W2加热后树脂量对于用粉状树脂生产磨具，作为润湿剂的液体酚醛树脂只占树脂总量的1/3左右，而且也可以和粉状树脂的数量互换

13、，因液体量大时对磨料润湿好，对粉状树脂的溶解增强，所以虽然液体树脂的固体含量较低，但液体酚醛树脂用量增加并不降低磨具的强度和硬度。作为润湿剂的酚醛树脂其固体含量要求大于65%，聚合损耗小于35%。3、粉状酚醛树脂的生产工艺1粉状酚醛树脂生产中苯酚与甲醛的比例与液体树脂生产中甲醛过量相反而是苯酚过量，苯酚与甲醛的克分子比为7 ：6 ，催化剂使用盐酸，约0.2%左右，其工艺流程与生产液体酚醛树脂大致相同。产品冷却后成淡黄色半透明固体块状，经粉碎过筛后成粉状。2粉状酚醛树脂是热塑性树脂，制造磨具时需要参加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，

14、为白色结晶粉末，比重为1.2725，溶于水和酒精。分子式CH26N4。参加量为树脂的6-10%。可以在树脂粉碎时参加，也可以在使用前参加。乌洛托品参加量太少缺乏以使树脂硬化，参加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。3粉状树脂的软化点，软化点实际上反映了树脂的的聚合程度，聚合程度高那么软化点高，反之亦然。软化点低的树脂粉碎时发粘，放置时易结块。混合的型料也易结块。软化点过高虽然型料比拟松散。但是成型压合性差，也影响磨具强度。一般要求粉状树脂软化点在85-115之间，以90-105为宜。但是随冬夏季节气温的变化应将软化点略加调整，气温低时软化点也低些，气温高时软化点也高些。4粉状酚醛树脂的游离酚含量通常在5.5%左右。5粉状酚醛树脂的粒度 粉状酚醛树脂要与硬化剂混合，过粗的程度不利于相互接触，所以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%。二、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。1、环氧树脂的性质1环氧树脂有液体和固体两种，均为淡黄色，属热塑性，性质稳定，可长期储存，易溶于丙酮、甲苯等溶剂。在固化剂作用下可加热硬化，而呈热固性。2具有较强的粘结力 环氧树脂有极为活泼的环氧基，能生成化学键与接触面反响联结，