高性能酚醛樹脂與樹脂切片/磨片 硬化工藝優(yōu)化及常見問題解決方案
樹脂砂輪中，切片/磨片是產量最大的品種之一。要保持樹脂切片/磨片的砂輪質量，硬化工序顯得十分重要。本文就筆者從事磨料磨具多年的技術經驗，進行詳細的技術分析，并提出了科學合理的解決方案。
本文分7部分來介紹：
一
酚醛樹脂硬化與樹脂切片/磨片的性能穩(wěn)定性介紹
樹脂磨具尤其是樹脂切片/磨片的硬化工序，其實是以酚醛樹脂作為結合劑的固結磨具固化過程。這個過程，參與固化反應的主要是酚醛樹脂的固化反應即酚醛樹脂的硬化。
樹脂切片/磨片要保持其回轉強度和切磨削性能，起決定作用的是酚醛樹脂的硬化。因此，必須搞清楚用于制造樹脂磨具（樹脂切片/磨片）的液體酚醛樹脂（熱固性）和粉體酚醛樹脂（樹脂粉-熱塑性）的硬化機理和影響因素，并加以嚴格控制。
酚醛樹脂的固化依賴于加熱反應進而完成硬化（固化）。期間，硬化的升溫速率是十分關鍵的。
1、酚醛樹脂的硬化機理
準確定義：苯酚和甲醛在合成反應設備中，通過加成和適當縮聚反應所得到的樹脂，通常都是分子量不高的低聚物和各種羥甲基酚的混合體系，雖然Novolaks及Resoles以如上節(jié)所述，結構上是有差異的。
酚醛樹脂只有在形成交聯(lián)網狀（或稱體型）結構之后才具有優(yōu)良的使用性能，包括力學性能、電絕緣性能、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等。
 酚醛樹脂的硬化就是使其轉變?yōu)榫W狀結構的過程，表現出凝膠化和完全固化的兩個階段，這一轉變不僅是物理過程，也是一個化學過程。所以酚醛樹脂的硬化絕不是熔體冷卻到熔點以下的一般意義上的固化，而是高分子化學概念上的由線（支）型分子交聯(lián)（cure）成網狀分子導致失去可溶、可熔性的固化。
酚醛樹脂硬化后，在獲得優(yōu)良物理性質的同時，又失去了可溶、可熔性，不再有可加工性。因而其固化過程必然應在以酚醛樹脂（Novolaks或Resoles）為粘結劑組成的塑料、油漆涂料及各種各樣工程材料的使用或成型過程中完成。
硬化過程表現出如下特點：
（1）樹脂在硬化前的結構因素（組成、分子量大小、反應官能度等）影響顯著；
（2）硬化反應受催化劑、固化劑、樹脂PH值等的影響顯著；
（3）硬化過程有熱效應；
（4）硬化速率受溫度、壓力的影響顯著；
（5）硬化過程有副產物（如水、甲醛等）產生；
（6）硬化反應是不可逆過程。
2、酚醛樹脂的硬化條件
酚醛樹脂粉要加熱到流動狀態(tài)，才能形成結合劑橋。然而，如果升溫速度過快，砂輪就會變形。所以必須調整出合適的硬化曲線，以保證結合劑固化，砂輪不變形。
酚醛樹脂硬化過程中會有一定量的揮發(fā)物產生并放出，其產生的壓力在條件成熟時會使砂輪變形。
這種壓力必須被外部壓力或結合劑橋本身的強度抵消，也可以在不影響砂輪性能的情況下，使揮發(fā)物留在砂輪內而不破壞砂輪形狀，能夠使酚醛樹脂結合劑橋樹脂制造的砂輪硬化時可以快速升溫，如邦瑞的超薄片專業(yè)粉BR-22200、BR-2218D就是一類。
同時，結合劑橋的形成快慢主要取決于酚醛樹脂的硬化速率，同時與濕潤劑（含樹脂液）的類型及樹脂粉的配合及反應有密切關系。因此，設計硬化曲線時必須考慮酚醛樹脂的品種和硬化速率。
二
樹脂切片/磨片的硬化方式（硬化規(guī)范）的影響因素
合理的硬化規(guī)范，是保證得到優(yōu)質制件的重要環(huán)節(jié)之一。一個合理硬化規(guī)范包括如下四方面內容：
（1）最高硬化溫度；
（2）最高保溫溫度；
（3）最高保溫時間；
（4）最高升溫速度等條件。
目前還不能用公式來計算，只能用試驗的方法來確定。
硬化規(guī)范受到很多因素的影響，根據多年總結，主要集中在三方面：
（1）原材料方面：磨料的材質、粒度等。結合劑的用量、揮發(fā)物、縮聚速度、流動性等。輔助材料的種類、用量、揮發(fā)物、性質等。
（2）磨具方面：磨具的形狀、規(guī)格（組織、硬度）、密度（氣孔率）。
（3）熱處理方面：硬化爐的種類及特點、裝爐方法、硬化方法、加熱方法等。
制定一個合理的硬化規(guī)范，不但能使制件符合其特性要求，而且也能使制件得到較高的機械強度和最佳的磨削效果。
三
樹脂切片/磨片的硬化曲線的設定
在樹脂砂輪制造技術中，有兩種最基本的硬化曲線，所有其他的硬化曲線都是這兩種曲線的轉化。
（1）短曲線（快速升溫曲線）
升溫速度較快，每小時大于10℃。曲線總時間為20至24小時。
該曲線常用來硬化酚醛樹脂液做濕潤劑，且砂輪配方中添加一定量的石膏填料的配方樹脂砂輪。
該曲線特點是：快速硬化，采用的酚醛樹脂粉的流長較短。
（2）長曲線（慢速升溫曲線）
適用于結合劑流動性較好（中等密度，用低粘度樹脂液做濕潤劑等）的樹脂砂輪，硬化時升溫速率較慢，每小時升溫3～5℃，在120℃保溫4小時左右，最高硬化溫度在160～190℃之間，曲線總長為40～60小時。
我們在設計硬化曲線時，必須認真考慮曲線的升溫速度、長度、最高溫度及其它細節(jié)問題，并且必須經過多次試驗驗證。
硬化曲線設計必須遵循的原則：
（1）大直徑砂輪、高厚度砂輪，硬化時曲線在最高溫度保溫時間要長，以保證硬化完全；
（2）要求砂輪不完全硬化時，曲線最高溫度需調整較低些；
（3）高硬度冷壓砂輪硬化時，在105～120℃段的保溫時間必須延長，以便揮發(fā)物徹底釋放出；
（4）流長極短樹脂粉制作的砂輪，硬化時升溫速度要快，以保證結合劑有充分的流動性，從而獲得最佳的產品性能。
短曲線，低溫硬化，可以生產出“軟”砂輪；
相反，生產“硬”砂輪時，最高溫度低于160℃，砂輪強度低，磨削作用弱，砂輪偏軟；最高溫度高于210℃時，硬化過度，生產的砂輪較脆，容易破損。
要精確地檢測樹脂砂輪的硬化程度是十分困難的，并且用處不大。
個別廠家采用的丙酮萃取法檢測硬化程度，但后來發(fā)現其結果與砂輪磨削效果大相徑庭。很明顯，在樹脂還沒有硬化到足以制作可使用的砂輪時，樹脂在丙酮中已經完全不溶了。
比較科學的方法是，檢測樹脂砂輪樣塊（“8”字塊）的抗拉強度和抗彎強度，但與砂輪實際使用性能根本不吻合，所以意義也就不大。
更準確的事實是：許多砂輪生產廠家經過長期的生產實踐和摸索，都已經制定出了一套合理的硬化曲線。
表A為樹脂砂輪硬化曲線常見的設計過程。
表A 常見硬化曲線溫度段設計
四
結合樹脂磨具的硬化方法探討一下切片/磨片的硬化方法
在普通壓力下進行硬化和在增高壓力下進行硬化。最廣泛采用的是在普通壓力下硬化，增高壓力下硬化的方法一般用于細粒度和高硬度磨具的硬化。
1、在普通壓力下的硬化方法
在普通壓力下硬化樹脂磨具的方法通常又分為兩種：即一次硬化法和二次硬化法。
（1）一次硬化法
此種方法是把成型后的制件直接裝入硬化爐中，一次完成硬化過程，省去了單獨進行干燥的工序。為了防止產生起泡、變形等，往往硬化時間較二次硬化的時間長粉狀樹脂結合劑磨具揮發(fā)物較少，多半采用一次硬化法的升溫速度，使結合劑較充分的熔融濕潤磨粒，增加磨具的結合強度，大部分制品硬化時間為10~15h。
（2）二次硬化法
此種硬化法大都應用于液體樹脂磨具，它把整個過程分成兩步進行：首先把成型坯體送入干燥室，在60℃下進行干燥，時間約須1~2天，然后再裝架進入硬化爐中完成硬化過程。
二次硬化法的優(yōu)點是：能縮短坯體的硬化時間和提高爐的產量。細粒度高硬度的粉狀樹脂磨具，因結合劑量多、組織緊密、揮發(fā)物不易排除，也常采取二次硬化法。成型坯體在室溫下放置一段時間，也能排除部分水分，使坯體強度增大，這一過程稱為自然干燥，它有利于裝爐操作。凡是大規(guī)格、高厚度以及異形砂輪都應進行自然干燥，防止制件變形。
2、在增高壓力下的硬化方法
對于高硬度、高密度以及結構特殊的磨具，由于結合劑量多、成型密度大等原因，硬化過程中如果揮發(fā)物逸出的速度太快、可能引起制件的起泡和變形。在普通壓力下采用一次硬化法，加熱必須非常緩慢，采用二次硬化，其干燥時間必須延長，這樣一方面經濟上很不合算，另一方生產周期很長。若在外部施加壓力于制件上，既可阻止制件變形，又可加快硬化速度。
增高壓力進行硬化的方法一般有四種：
（1）熱壓成型硬化。本質上就是熱壓成型法；
（2）帶模硬化法。將模壓法成型的制件隨同模具放在硬化爐中進行硬化，硬化前，模具要涂擦脫模劑，以利卸模；
（3）彈簧擰緊法。將成型后的砂輪用軸穿起來，砂輪之間用金屬板隔開，最上層用彈簧和螺帽擰緊，由于彈簧的作用，硬化過程中對砂輪始終施加一定的壓力，使砂輪不易起層，此法對于用玻璃纖維增強的砂輪有較好的效果；
（4）空氣增壓法。將制件從模中取出（或帶上模蓋和底板）放在帶壓力的硬化爐（壓力罐）中進。
樹脂切片/磨片硬化加壓方式，多采重力加壓和彈簧加壓兩種方式。
五
樹脂切片/磨片硬化工序常見問題解決方案技術分析
在裝爐、硬化、冷卻、出爐過程中，如操作不妥、溫度控制不當，容易造成磨具廢品?；炝稀⒊尚凸ば虻牟铄e，不合要求的制件未返制或未檢驗出來，也會在硬化后出現廢品，硬化過程中常見的廢品主要類型如下：
1、砂輪硬化后出現翹棱（變形）
2、起泡與膨脹-流樹脂或出現樹脂亮光澤 
3、變形、倒塌
4、砂輪紅心（大砂輪）、砂輪中心發(fā)紅，造成砂輪硬度不均易破裂 
5、硬度不符
6、檢驗回轉強度時回轉破裂 
7、掉邊、掉角和砂輪分層（含網片與砂輪脫落脫離）
8、切片（主要指大切片）軟片問題技術分析
六
珠海邦瑞公司新開發(fā)對硬化有益優(yōu)異的新產品
(一) 液體酚醛樹脂（樹脂液）
上述表格中重點是BR-1920M，改樹脂液成型砂輪時提高網片與成型料的粘結能力，防止出現分層；尤其適用于大切片、磨片和可彎曲砂輪的冬季生產。
(二) 粉體酚醛樹脂（樹脂粉）
(三) 邦瑞公司開發(fā)的專利產品專業(yè)為您提供高性能的酚醛樹脂產品
1、 近幾年邦瑞公司陸續(xù)投入研發(fā)費用1200多萬，用于人工、儀器和設備的研發(fā)購置及安裝、知識產權的申報、試制材料采購及產品鑒定驗收。
2、邦瑞公司已經申報6項發(fā)明新產品（其中3項目已經獲得發(fā)明專利證書）：
① 玻璃纖維網片酚醛樹脂含浸膠 
② 糠醛改性水溶性液體酚醛樹脂
③ 納米丁腈橡膠改性酚醛樹脂 
④ 超薄片樹脂磨具用熱塑性酚醛樹脂
⑤ 糠醛改性水溶性液體酚醛樹脂 
⑥ 抗衰減改性超薄片樹脂磨具用粉體酚醛樹脂
上述新產品已形成成熟的高新產品 ，并已經申報高新技術產品。
3、2016年邦瑞公司有5項新產品在研制
4、 高性能酚醛樹脂新產品-優(yōu)勢分享
七
樹脂切片/磨片硬化工藝的發(fā)展展望
1、硬化設備向自動化智能化方向發(fā)展，自動裝爐很快實現； 
2、硬化裝爐方式趨向多樣化大壓力加壓硬化成為必然 
3、適用于全自動生產樹脂切片/磨片的低溫硬化技術全面推廣； 
4、新型結合劑（復合型）的出現使產品強度更高硬化曲線的時間更多-結合劑低產品性能一致性更高；
5、環(huán)保友好型硬化設備推廣迅速 （新型能源）。

 

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