改性酚醛樹脂在磨料磨具中的應(yīng)用研究

羅浩川

(廣東省奔朗新材料股份有限公司，廣東 順德 528313)

0 前言

在超硬材料磨具中，樹脂結(jié)合劑類磨具在金剛石磨具中的百分比占各類結(jié)合劑總量的60%～70%，在cBN磨具中所占比例也接近一半占到40%左右，而其中最主要的酚醛樹脂則占各類樹脂結(jié)合劑約80%[1]。酚醛樹脂具有良好的抗沖強度、耐酸堿腐蝕性和出色的可加工性能，已經(jīng)在超硬材料磨具行業(yè)中得到了十分廣泛的應(yīng)用；但受其結(jié)構(gòu)的影響，酚醛樹脂中的酚羥基和亞甲基容易被氧化，且分子鏈上的芳核僅由一個亞甲基相連而顯脆性[2]，在固化時有小分子放出等缺點，所以，又往往使其使用受到限制[3]。

在磨料磨具行業(yè)，酚醛樹脂的改性方向主要為耐熱改性[4-6]和耐磨改性[7]。酚醛樹脂耐熱性的不足使得磨料磨具在磨削過程中磨料由于局部受熱容易脫落，造成磨料利用率低下。酚醛樹脂耐磨性不足則容易導(dǎo)致磨具消耗過快、壽命不足。本文通過研究不同耐熱性和硬度的酚醛樹脂的磨削性能進而研究了影響酚醛樹脂磨削性能的因素。并分別通過雙馬來酰亞胺和密胺樹脂與酚醛樹脂的共混改性研究了它們對磨削性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗原材料

金剛石微粉，600目；綠碳化硅，粒度1000#；結(jié)合劑：酚醛樹脂(PF-a、PF-b、PF-c、PF-d、PF-e)、雙馬來酰亞胺(BMI)、蜜胺樹脂(MA)。實驗中所用到的樹脂粉如表1所示。

表1 樹脂粉Table 1 Characteristics of different resin

表1中各種樹脂按體積比為樹脂粉∶金剛石600#∶綠碳化硅1000#=61∶9∶30的配比制備成樣條進行測試。BMI固化溫度為220℃，其他樹脂固化溫度為160℃。

1.2 實驗儀器

表2實驗儀器
Table 2 Experimental instruments

名稱用途廠家樹脂成型熱壓機Y33G-200T熱壓固化 鄭州三磨所塑料洛氏硬度計XHRD-150型洛氏硬度山東萊州華銀試驗儀器CHARPY XCT-500擺錘式?jīng)_擊試驗機抗沖擊強度珠海三思試驗設(shè)備全自動陶瓷拋光機磨削實驗廣東科達(dá)機電

1.3 試驗制樣

試樣條制備：將粉料按一定配比均勻混合，過100#篩網(wǎng)，按100×40×10 mm規(guī)格熱壓成型，每個試驗組各壓制6根樣條。除BMI以外的樹脂固化溫度為160 ℃，熱壓時間為15 min。BMI固化溫度為220℃。

彈性磨塊制備：將粉料按一定配比均勻混合，過100#篩網(wǎng)，倒入齒形磨具中，在粉料上覆蓋一層尼龍扣帶后于160℃熱壓15min后制備成齒形刀頭；隨后將齒形刀頭依次與橡膠墊、卡板粘接，制備成彈性磨塊。

1.4 性能測試及表征

軟化點測定: SYP4202瀝青軟化點試驗器，環(huán)球法，甘油浴，升溫速率約為5 ℃/min。按GB/T 12007.6-1989執(zhí)行；

抗沖擊強度的測試：CHARPY XCT-500擺錘式?jīng)_擊試驗機，無缺口試樣(100 mm×40 mm×10 mm)，10 kg擺錘。

磨削性能測試：每組實驗需將6個彈性磨塊裝在全自動陶瓷拋光機上，在通水情況下與陶瓷磚對磨60 min，壓力30N。將彈性磨塊和陶瓷磚在磨削前和磨削后分別稱重，分別得到彈性磨塊和陶瓷磚在磨削中消耗的重量，計算得到：

磨削比=陶瓷磚減重/彈性磨塊減重。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 不同樹脂對磨削性能的影響

各種樹脂以相比配方制備成彈性磨塊后與陶瓷磚對磨后的結(jié)果如表3所示。彈性磨塊的減重可以代表其耐磨性，減重越多，耐磨性越差；而陶瓷磚的減重可以代表其鋒利性，減重越多，鋒利性越好。對照表1樹脂的各項性能可以看出，磨塊的耐磨性與其硬度和抗沖擊強度正相關(guān)。PF-a和PF-b硬度和抗沖擊強度最低，所以耐磨性最差；PF-c、PF-d和PF-e硬度和抗沖擊強度高于PF-a和PF-b，其耐磨性也好于PF-a和PF-b；MA硬度最高，但抗沖擊強度最低，其耐磨性好于PF-a和PF-b，但差于PF-c、PF-d和PF-e。PF-a和PF-b硬度差不多，但PF-b抗沖擊強度低，所以其耐磨性差；PF-c、PF-d和PF-e硬度相差不多，抗沖擊強度遞減，耐磨性也遞減。在水磨條件下，樹脂耐熱溫度對耐磨性的影響不明顯。

樹脂耐熱溫度與磨削比成正相關(guān)，耐熱溫度越高，磨削比越高。這是由于磨料在磨削過程中會產(chǎn)生局部高熱，熱量無法散開時會使磨料周圍樹脂軟化而導(dǎo)致磨料脫落，從而降低磨削效率。硬度和抗沖擊強度對磨削比也有著同樣的影響。樹脂對磨料把持力的強度同時跟樹脂耐熱溫度、硬度和抗沖擊強度正相關(guān)。

表3 磨削性能測試結(jié)果Table 3 Grinding performance of resins

注：各種樹脂配方按體積比為樹脂粉∶金剛石600#∶綠碳化硅1000#=61∶9∶30

2.2 BMI共混改性對酚醛樹脂磨削性能的影響

BMI樹脂粉耐熱性好、硬度高、抗沖擊強度高，但其固化溫度較高(200℃以上)，工藝性能較差，不適合直接使用純樹脂做磨塊。從表4可以看出，加入少量BMI(5%)時，除PF-c外，其他樹脂制成的磨塊耐磨性和鋒利性都有不同程度的增加。

表4 BMI改性酚醛樹脂磨削性能測試結(jié)果Table 4 Grinding performance of phenolic resins modified by BMI

注：各種樹脂配方按體積比為樹脂粉∶BMI∶金剛石600#∶綠碳化硅1000#=56∶5∶9∶30

2.3 MA共混改性對酚醛樹脂磨削性能的影響

MA樹脂粉耐熱性好、硬度高、但抗沖擊強度低。從表5可以看出，隨著MA含量的增加，磨塊的耐磨性降低，鋒利性先增加后降低，磨削比逐漸下降。當(dāng)MA∶酚醛為1∶1時具有最好的耐磨性；當(dāng)MA∶酚醛為3∶1時具有最好的鋒利性。因此，可根據(jù)不同的需求選擇不同的配比。

表5 不同配比MA共混對酚醛樹脂磨削性能的影響Table 5 Grinding performance of phenolic resins modified by MA

注：各種樹脂配方按體積比為樹脂粉∶金剛石600#∶綠碳化硅1000#=61∶9∶30。酚醛樹脂選用PF-d。

3 結(jié)論

(1)磨具的耐磨性與樹脂的硬度和抗沖擊強度正相關(guān)；磨具的磨削比跟樹脂耐熱溫度、硬度和抗沖擊強度正相關(guān)。

(2)加入5%體積BMI時，除PF-c外，其他樹脂耐磨性和鋒利性都有不同程度的增加。

(3)隨著MA含量的增加，磨塊的耐磨性降低，鋒利性先增加后降低，磨削比逐漸下降。當(dāng)MA∶酚醛為1∶1時磨塊具有最好的耐磨性；當(dāng)MA∶酚醛為3∶1時磨塊具有最好的鋒利性。