型高分子材料在涂附磨具中的应用研究

型高分子材料在涂附磨具中的应用研究新型高分子材料在涂附磨具中的应用研究郑州工业高等专科学校邹文俊随着高分子科学和高分子材料学科的建立以及石油化工的蓬勃兴起，形成了新兴而庞大的高分子工业，新型高分子材料在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域得到了广泛的应用。进入九十年代以来，新型高分子材料在涂附磨具中的应用日趋广泛，在涂附磨具的基体、基体处理、粘结剂等方面，已成经不可缺少的材料。随着新型高分子材料日新月异的涌现，必将为涂附磨具发展高新技术提供更多、更有效的高性能材料，促进涂附磨具行业的发展和进步。本文主要论述新型高分子材料在涂附磨具的基体、基体处理、粘结剂等方面的技术应用研究。通过改性现有高分子材料，探讨制备满足涂附磨具产品所需求的各种特殊性能高分子材料的主要途径。为开发涂附磨具新产品、新技术、改善产品的性能，提高产品的质量，正确有效地应用新型高分子材料，改进现有高分子材料，提供更宽广的研究领域。一、新型高分子材料在涂附磨具基体中的应用研究基体是磨料和粘结剂的载体，涂附磨具的制造所使用的基体一般分为四大类，即：纸基体、布基体、纤维基体和布、纸、纤维复合基体。（一）化学纤维与天然纤维制成的合成纤维纸用于纸基体纸基体在涂附磨具中占有相当大的比例。随着各种合成有机高分子材料的诞生，目前已出现了各种具有特殊性能的非天然纤维品种（如化学纤维纸、簿膜合成纸以及纤维合成纸等），从而根本改变了过去一直认为的纸来自于天然植物的固有认识。就天然纤维来说，虽然自然界中造纸原料有七大类（即草木、竹、木材、皮料、麻料、胶料和废料等到七类）350余种，但是，只有木材纤维才能作为涂附磨具的用纸原料。普木材而言，我国虽然有67种木材之多，而在海拔800米以下生长的木材，其纹理粗疏质脆，只能制作一般造纸原料，只有海拔800米以上生长材，纹理密致质坚韧而软，可久经水浸，是制浆造纸的优良原料。由于涂附磨具应用条件不同，对原纸的质量要求也不同，国内一有原纸生产不能满足涂附磨具行业的应用需要。为此对单一的100%未漂白亚硫酸盐木浆的原纸必需进行改性，或用化学纤维与天然纤维制备纤维合成纸。1、对未漂白亚硫酸盐木浆进行改性（1）提高湿强度。采用三聚氰胺或脲醛树脂进行预处理（2）的高纸张耐水性。采用1~3%聚乙烯亚胺水溶液进行处理（3）提高纸张的耐油性。采用PVA溶液进行表面施酸处理2、采用化学纤维纸化学纤维纸是用分散剂（聚乙烯氧化物、聚丙烯酰钠等）将化学纤维（维纶纤维、尼龙纤维、聚丙烯纤维、聚脂纤维、人造丝等）悬浮在水中，经过机械加工后，再通过使用高分子胶粘剂或化学纤维本身的熔化粘接而制得的纸张。化学纤维纸（如维纶纤维纸）其物理机械性能明显优于天然纤维纸，在制造重负荷纸砂带中具有独特的效果。3、采用纤维合成纸将塑料的微细纤维与天然纤维加工而制得，其合成纸浆以聚苯乙烯纸浆为主，此类纸浆经亲水性物质处理后屿水溶性酚醛树脂胶粘接性好，既餐有良也的抗拉强度，其伸长率又相对较小。（二）聚酯纤维用于强力砂带基体八十年代以来，化学纤维的处产量日益增大，已接近天然纤维的生产能力，作为涂附磨具布基体，目前国内主要应用棉布基体，少数厂家使用棉与化纤混纺、交织基体。但在砂带强力磨削方面，即使采用粗纹布（粗亚麻布或斜纹布），其布基强度、耐热性经及磨削效率明显低于聚酯纤维。1、聚酯纤维强度高聚酯纤维的断裂强度和初模量明显高于棉纤维和麻纤维，详见表1表1绵纶66聚酯纤维维纶腈纶丙纶棉纤维麻纤维纤维性能短纤长丝短纤长丝短纤长丝短纤短纤长丝（细绒棉）萱麻亚麻普通高强普通高强普通高强断裂强度（克/旦）3.5~7.23.0~`6.05.9~9.54.3~6.04.3~6.06.3~9.04.6~6.53.0~4.06.0~9.02.5~5.06.0~9.03.0~8.02.0~3.572.4~7.0断裂伸长率（%）16~6626~6516~2835~5020~327~1715~2017~225.0~7.925~50020~8020~807~124.75-初始模数（克/旦）10~455~2421~5890~16090~16090~16025~7060~9070~18025~6018~4018~4068~93--密度（克/厘米31.141.381.26~1.31.14~1.160.90~0.911.5~1.551.54~1.551.5~1.52在表1列出和七种纤维中，相对而言，长丝高强纤维（即聚酯纤维）维纶长毕高强纤维断裂强度最高，且初始模数也最高，伸长中等，棉纤维、麻纤维的伸长较低，棉纤维的强度最低。因此在选用混纺纤维和化学纤维作基体时，应考虑纤维强度和伸长率，以便得到强度高、伸长率较小、磨削效率高的涂附磨具产品，满足砂带强力磨削的需要和达到提高产品质量，降低生产成本的目的。2、聚酯纤维耐热性好涂附磨具的广泛应用，特别是砂带用基体，在金属材料、木器、砖材、石材和塑料等加工业的应用十分广泛，作为强力磨削砂带用基体，不但要求有良好的强度、较小的伸长率，还必须有良好的耐热性，化学纤维的耐热性与棉、麻耐热性对比如下：纤维名称玻璃化温度（℃）软化点（℃）熔点（℃）热分解温度（℃）聚酯纤维67~81240258~263绵纶650180215~22080℃开始（湿空气下）绵纶6655225250~26ꗬÁ‹Љ勰¿ကЀ罞橢橢쿽쿽툲ꗬꗬ㶯ကꗬꗬꗬꗬlꗬꗬꗬꗬꗬꗬꗬကကကက༨Č̢ᆝòᅗ郑州工业高等专科学校邹文俊随着高分子科学和高分子材料学科的建立以及石工的蓬勃兴起，形成了新兴而庞大的高分子工业型高分子材料在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域得到了广泛的应用。进入九十年代以来，新型高分子材料在涂附磨具中的应用日趋广泛，在涂附磨具的基体、基体处理、粘结剂等方面，已成经不可缺少的材料。随着新型高分子材料日新月异的涌现，必将为涂附磨具发展高新技术提供更多、更有效的高性能材料，促进涂附磨具行业的发展和进步。本文主要论述新型高分子材料在涂附磨具的基体、基体处理、粘结剂等的技术应用研究。通过改性现有高分子材料，探讨制备满附磨具产品所需求的各种特殊性能高分子材料的主要途径。为开发涂附磨具新产品、新技术、改善产品的性能，提高产品的质量，正确有效地应用新型高分子材料，改进现有高分子材料，提供更宽广的研究领域。一、新型高分子材料在涂附磨具基体中的应用研究基体是磨料和粘结剂的载体，涂附磨具的制造所使用的基体一般分为四大类，即：纸基体、布基纤维基体和布、纸、纤维复合基体。（一化学纤维与天然纤维制成的合成纤维纸用于纸基体纸基体在涂附磨具中占有相当大的比例。随着各种合成有机高分子材料的诞生，目前已出现种具有特殊性能的非天然纤维品种（如化学纤维纸、簿膜合成纸以及纤维合成纸等），从而根本改变了过去一直认为的纸来自于天然植物的固有认识。就天然维来说，虽然自然界中造纸原料有七大类（即草木、竹、木材、皮料、麻料、胶料和废料等到七类）350余种，但是，只有木材纤维才能作为涂附磨具的用纸原料。普木材而言，我国虽然有67种木材之多，海拔800米以下生长的木材，其纹理粗疏质脆，只能制作一般造纸原料，只有海拔800米以上生长材，纹理密致质坚韧而软，可久经水浸制浆造纸的优良原料。由于涂附磨具应用条件不同，对原纸的质量要不同，国内一有原纸生产不能满足涂附具行业的应用需要。为此对单一的100%未漂白亚硫酸木浆的原纸必需进行改性，或用学纤维与天然纤维制备纤维合成纸。1、对未漂白亚硫酸盐木浆进行性（1提高湿强度。采用三聚氰胺或脲醛树脂进预处理（2聚氨酯半硬质泡沫塑料（也可称半软泡）是在软基础上发展起来的一种高承载负荷的泡沫。其比重小，承载荷重大，回弹性好，是涂附磨具抛光基体的理想材料。二、高分子材料在涂附磨具合成浆料中的应用研究随着近代高分子材料工业的发展，浆粉、动物胶等天然料浆和半合成浆料以羧甲基纤维素和海藻酸钠等正逐渐被人工合成浆料所代替，由于合成浆料的浆膜有较高的粘结强度，良好的成膜性，一定的延伸性，以及可以人为地控制高分子聚合物的结构、分子量在涂附磨具基体处理方面起到重要作用。在涂附磨具中使用的人工合成浆料有：1、丙烯酸共聚乳液与水溶性酚醛树脂浆料该浆料主要用于强力砂带的基体处理，它具有优良的耐水性、耐热性，并具有一定的伸长率，定型性好，浆膜粘接牢固。2、丁苯胶乳液（丁腈胶乳）与水溶性酚醛树脂浆料用柔韧砂带基体的处理，以提基体的柔韧性、耐摩擦性和耐化溶解性等。3、PA溶液和聚醋酸乙烯乳液浆料用于页状右布基体表面的处理，该种浆料与绝大多数纤维制成的织物有良好粘接性，具有良好的硬挺性、使用性，固体含量在5%左右。4、搞静电处理的浆料用合成纤维织物制作的涂附磨具，在加工非金属材料（非电性材料）时易产生静电为此，需要耐抗静电剂的合成树脂作浆料，主要为丙烯酸酸和丙烯酸或其他不饱酸的共聚物的氨溶液。聚酯纤维一般以含羧基或磺酸基团树的脂处理（如聚酯的抗静电剂就是由含羟甲基或环氧基的单体和乙烯的单体聚合得到的，处理后可固化）。三、高分材料在涂附磨具粘结剂中的应用研究高分子粘结剂的应用和发展促进了涂附磨具工业的发展和进步，特别是在强力磨削、柔韧磨削以及带水磨削、带油磨削时，其砂带的使用性能与涂附磨具所用的粘结剂性能密切相关，粘结剂在涂附磨具制造中具有极其重要的作用。（一）水溶性酚醛树脂的应用与改性涂附磨具使用的粘结剂的主要有水溶性酚醛树脂、水溶性脲醛树脂、水溶性白乳胶、油溶性醇酸清漆及环氧树脂等。水溶性酚醛树脂已成为涂附磨具工业最重要的粘结剂之一，在生产耐水性涂附磨具、半树脂砂布、强力砂带等方面，起到了不可替代的作用。虽然水溶性酚醛树脂具有良好的耐热性和粘结强度，但固化后胶层性脆，还需要进行增韧改性，同时，它在耐水、耐油性方面还需要进一步改性，方可满足涂附磨具制造工业的需要。1、改进酚醛树脂的耐油性（酚醛树脂——羧基丁腈胶乳）羧基丁腈胶乳直接加入酚醛树脂中，由于丁腈橡胶具有优良的耐油性，良好的耐热性和贮存稳定性，对粘性表面有很好的粘附性，其加入量为酚醛树脂的30%~70%左右，从而达到改进酚醛树脂油性的目的，制备出耐油性能好的涂附磨具砂布。2、改性酚醛树脂的耐油性（1）封锁酚羟基。酚醛树脂的羟基在树脂制造过程中一般不参加化学反应。在树脂分子链中留下的酚羟基容吸水，使涂附磨具制品在带水磨削时强度下降，磨耗快，同时，酚羟基在紫外线作用下易生成醌式结构，使产物变色。为此，采取封锁酚羟基的方法，可以克服上述缺点，主要办法是采用有机硅和有机硼。（2）改进其他组分。引酚醛树脂发生化学反应或与它相容性较好的组分，分隔或酚羟基，达到降低吸水性的目的。如PVB+酚醛树脂。（3）加自交乳液，在乳液中，引入适量官能性单体共聚，如：甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺及醚化物等加入到酚醛树脂液中进行交联，能明显提高酚醛树脂的耐油性和耐水性。3、改进水溶性酚醛树脂的柔韧性水溶酚醛树脂常用的增韧剂有：丁腈橡胶乳液、氯丁橡胶乳液、丁苯橡胶乳液、聚乙烯醇缩甲醛、水溶性聚丙烯酸酯、水溶性聚氨酯等，在增韧的同时，可以提高耐水、耐油性能。（二）脲醛树脂的应用改性改性脲醛树脂已经在国内涂附磨具页状砂布生产中得到广泛应用，由于脲醛树脂有较高的胶接强度、较好的耐水性、耐油性、耐热性能，其生产成本低、工艺简单，是一种很好的页状砂布粘结剂。但是固化后的脲醛树脂形成脆硬的固体，其稳定性较差，必须对其进行增韧改性，常用的增韧剂有：PVA、聚醋酸乙烯乳液、丁二烯——甲基丙烯酸共聚胶乳、丙烯酰胺共聚自交联乳液等。（三）醇酸树脂的应用与改性醇酸树脂是由多地醇、多元酸与脂肪酸经化学反应缩聚而成的一种树脂，它也大量应用到涂附磨具工作，作为砂纸的粘结剂，纸基基体处理剂等。醇酸树脂最大缺点是耐水性差，干燥后的树脂膜遇水时吸收，从而使耐水性下降，为改进醇酸树脂耐水性，国内外科技工作者作了大量工作，主要改性方法：1、用部分桐油和脱水蓖麻油来替代豆油或棉子油；2、用季戊四醇代替甘油；3、在醇酸树脂中加入环氧树脂或酚醛树脂。（四）环氧树脂的应用与改性环氧树脂由于具有较好的粘结性能、良好的工艺性能和一定的耐热、独特的耐碱性，使其成为涂附