树脂砂轮制造关于高性能酚醛树脂的选择和应用（一）

1、酚醛树脂介绍
 

　　酚醛树脂已经有近百年的使用史。由于酚醛树脂原料易得，价格低廉，生产工艺和设备简单，而且制品具有优异的机械性能，耐热性、耐寒性、电绝性、尺寸稳定性、成型加工型、阻燃性及低烟雾性。因此其成为工业部门不可缺少的材料，被广泛应用于固结磨具、涂附磨具、摩擦材料、耐火材料以及电木粉、烟花爆竹、铸造等各个领域。
 

　　酚醛树脂是以酚类化合物、醛类化合物作原料，在催化剂作用下缩聚而成的高分子化合物，其中以苯酚和甲醛缩聚的酚醛树脂最为重要。
 

　　酚醛树脂大体分为热固性和热塑性两大类。热固性树脂是由苯酚在碱性条件下与过量的甲醛发生反应合成；热塑性树脂是苯酚在酸性条件下与少量的甲醛反应合成。影响酚醛树脂合成和决定树脂性能的因素有：原料化学结构和单体官能度，酚醛摩尔比，催化剂的性质和反应介质的PH值。
 

　　热固性树脂具有活性官能团，在加热和酸的作用下都会固化。这种自动反应确切解释了热固性树脂在储存过程中，粘度升高，凝胶速度加快的原因。由于自动反应是热固性树脂内在的本性，温度平均每升高10℃反应速度就会加倍。所以热固性树脂必须储存在低温条件下，才能尽量延长其保存期。热塑性树脂需要加入固化剂才能交联。对于热塑性树脂来说最常用的固化剂就是六次甲基四胺（俗称乌洛托品），已经交联固化的树脂含部分氮，氮来源于乌洛托品。
 

　　酚醛树脂从A阶段向B阶段和C阶段转化后形成三维网状结构成为固化。线性树脂和甲阶分子量小的树脂都能溶熔，因此称此时的树脂为A阶段树脂。当树脂硬化后，就到凝胶阶段即B阶段。这个阶段树脂肿胀氮仍可以被溶剂溶解，这就到了C阶段。
 

　　随着工业的发展，对高性能材料提出了更高的要求，如较高的分解温度，较好的耐磨性能，足够的韧性和强度等。由于酚醛树脂在结构上存在弱点：酚羟基和亚基易氧化，因此耐热性受到影响。
 

　　普通酚醛树脂在200℃以下能够长期稳定使用，但超过200℃便明显发生变化。从300℃-360℃起进入热分解阶段，到600℃-900℃释放CO、C02、H2O、苯酚等物质。而且普通酚醛树脂固化时释放水分子，脆性大，韧性差，限制了其在高性能材料方面的发展。因此，需要对酚醛树脂进行改进，提高其韧性和耐热性。
 

　　改进酚醛树脂的途径主要有：
 

　　1）在酚醛树脂中加入外增韧物质，如天然橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶及热塑性树脂等。
 

　　2） 在酚醛树脂中加入内增韧物质，如使酚羟基醚化，在酚核间引入长的亚甲基链及其他柔性基团等。
 

　　3） 用玻璃纤维、玻璃布及石棉等增强材料来改善脆性。
 

　　其他改进的方法还有：将酚醛树脂的酚羟基醚化，酯化、重金属螯合，或者增加固化剂加入量，严格成型条件或后固化条件，或者导入亚胺环或三嗪环等刚性结构。这些方法虽然提高了树脂的耐热性，但韧性却下降了。因此，目前很难同时既提高了树脂的韧性又改进其耐热性。
 

　　2、酚醛树脂在树脂砂轮中的应用
 

　　树脂砂轮使用的结合剂主要是酚醛树脂，其作用是把松散的磨料固结起来，形成具有一定形状，一定硬度和强度，并且有一定磨削性能的工具。粉状分选树脂和液体酚醛树脂都是作为砂轮结合剂的，但其作用不同。
 

　　液体酚醛树脂是磨料湿润剂，而粉状酚醛树脂是主结合剂。
 

　　粉状酚醛树脂在常温下是白色或淡黄色的半透明固体粉末。易吸潮，溶入酒精、丙酮等有机溶剂，比重为1.18~1.22,软化点95℃~115℃，游离酚含量为0.5%~3.5%.液体酚醛树脂外观为棕红色粘稠状，在加热条件下能直接发生缩合反应成为不溶解不熔融的固体。树脂液的粘度为300~2500mPa.s（厘泊）/25℃（旋转粘度法），固体含量65~80%,游离酚含量≤18%.在砂轮中总的树脂加入量范围在15~36%.
 

　　树脂磨具除结合剂，还需要加入填料。填料可以改变结合剂的性质，提高砂轮性能，同时降低成本。常用的填料有半水石膏粉、细粒度的刚玉或碳化硅粉、冰晶石、黄铁矿、硫化铁等。着色剂一般为铁红粉和碳黑等。
 

　　树脂砂轮的生产工艺主要有冷压工艺和热压工艺两种：
 

　　冷压工艺最基本的混料原则是：先用树脂液把磨料浸润涂附，再加入树脂粉，添加剂和其他材料。树脂液将磨料表面浸润，形成了一个薄的树脂膜，这样当这种表面被浸润的磨料与树脂粉、填充料混合时，粉状物质就会有效的粘结在已浸润树脂的磨料表面。通常粉液的重量比为1.8∶1~3.5∶1.
 

　　高密度热压砂轮的生产技术要求很高，其混料要求与冷压工艺不同。一般采用干混法，或者用小于磨料重量1%的糠醛做润湿剂润湿磨料，再与树脂粉混合均匀，树脂粉一般选用流动度在15~20mm,甚至更小，不能使用液体酚醛树脂和流动度大的粉状树脂。（未完待续）（文/王扎根  磨料磨具高级工程师  珠海邦瑞合成材料有限公司）