酚醛树脂在重负荷砂轮中的应用研究

山　东　化　工

ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ　　　　　　　　　　　　２０１８年第４７卷

酚醛树脂在重负荷砂轮中的应用研究

，２

邢介名１，邹文俊１，彭　进１，李枝芳２

（１．河南工业大学材料材料科学与工程学院，河南郑州　４５０００１；２．山东圣泉新材料股份有限公司，山东济南　２５０２００）

摘要：通过对增韧改性粉状酚醛树脂、功能化改进粉状酚醛树脂、常规粉状酚醛树脂的力学强度、耐热性、固化流动性的比较，结合重负荷砂轮的应用特点，得出增韧改性酚醛树脂有更好的冲击强度及拉伸强度，同时验证了热压专用润湿剂与粉状树脂组合对热压力学性能的影响，随着热压润湿剂的引入，其拉伸强度、弯曲强度均有所提升，冲击韧性强度略有降低，热压专用润湿剂与增韧酚醛树脂的复合使用，更有益于重负荷砂轮的性能提升。关键词：酚醛；重负荷砂轮；耐热；高强

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中图分类号：Ｏ６３２．７２；ＴＱ４３３．４３１　　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１６－０１３４－０３

ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰｈｅｎｏｌｉｃＲｅｓｉｎｉｎＨｉｇｈＰｒｅｓｓｕｒｅＧｒｉｎｄｉｎｇＷｈｅｅｌ

１，２１１２

ＸｉｎＪｉｅｍｉｎｇ，ＺｏｕＷｅｎｊｕｎ，ＰｅｎｇＪｉｎ，ＬｉＺｈｉｆａｎｇ

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｄｏｎｇＳｈｅｎｇｑｕａｎＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ　２５０２００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｃｏｍｐａｒｅｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｃｕｒｉｎｇｆｌｕｉｄｉｔｙｏｆｔｏｕｇｈｅｎｅｄｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ，

ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎａｎｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｐｏｗｄｅｒｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ，ａｎｄｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｇｒｉｎｄｉｎｇｗｈｅｅｌ．Ｔｏｕｇｈｅｎｅｄａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｈａｓｂｅｔｔｅｒｉｍｐａｃｔｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅ

，ｉｔｈａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｓｐｅｃｉａｌｗｅｔｔｉｎｇａｇｅｎｔａｎｄｐｏｗｄｅｒｅｄｒｅｓｉｎｆｏｒｈｏｔｐｒｅｓｓｉｎｇｈａｓａｎｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｔｉｍｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｈｏｔｐｒｅｓｓｕｒｅｗｅｔｔｉｎｇａｇｅｎｔ．Ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓｓｌｉｇｈｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆａｓｐｅｃｉａｌｗｅｔｔｉｎｇａｇｅｎｔｆｏｒｈｏｔｐｒｅｓｓｉｎｇａｎｄａｔｏｕｇｈｅｎｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｉｓｍｏｒｅｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｗｈｅｅｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ；ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｗｈｅｅｌｌ；ｈｅａｔ－ｒｅｓｉｓｔｉｎｇ；ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈ钢坯、钢板的修　　重负荷砂轮主要用于钢铁工业中对钢锭、

磨以及各种铸件的表面清理等。故又把这种砂轮称之为荒磨砂轮或磨钢坯砂轮，它的发展依赖于钢铁工业的发展，以及相应的高效磨床的发展。随着高铁工业的发展，磨钢轨砂轮的需求量也在快速增长。砂轮用磨料要采用特殊磨料（粗粒度），要能够承受高的磨削压力，砂轮使用速度要达到８０ｍ／ｓ以上，硬度要达到超硬级，才能满足重负荷磨削工艺的苛刻要求。目前国外已制造和使用了能承受磨削压力１０００ｋｇ，砂轮使用速度达９０ｍ／ｓ的树脂高速重负荷砂轮。目前国外对砂轮的研究方向是：砂轮使用速度１００ｍ／ｓ以上，负荷压力为１０００～１５００ｋｇ，磨００～１０００ｋｇ，磨削比达到２００削效率即金属磨除量每小时达到８

～２５０，这样磨削钢坯成本会大大降低，为原来的五分之一。

１）磨削压力、砂轮速度和金属磨重负荷砂轮的技术特点：（除率高、磨削功率大，要求磨具有足够的刚度和强度；（２）使用高强度、高硬度和粗粒度的重负荷荒磨砂轮。一般均采用树脂结合剂和棕刚玉、微晶刚玉、烧结刚玉和锆刚玉等高韧性磨料，超硬级硬度，且砂轮不需要修整；（３）采用干式磨削方式。

重负荷砂轮主要使用树脂结合剂，重负荷砂轮的磨削效率居其它各种磨具之首。其技术特点要求树脂结合剂满足工艺性能的前提下要有高的冲击强度、高的粘结强度、高的耐热性。树脂的应用研究围绕树脂的工艺性能、抗冲击性能、粘结强度、耐热性能展开。酚醛树脂的耐热性是酚醛树脂作为胶黏剂的

主要优势性能之一，但树脂的固化收缩性、固化时小分子释放、固化后的脆性等缺点也影响了酚醛树脂作为重负荷砂轮用胶黏剂的应用性能，保持酚醛树脂的耐热性，减少酚醛树脂固化后的缺点，是提升酚醛树脂在重负荷砂轮领域应用性能的主要手段。圣泉集团通过高分子聚合物改性、树脂功能化增强、专用润湿剂的使用等手段，提升酚醛树脂在重负荷砂轮中的应用性能。

１　酚醛树脂的改性研究

高分子聚合物改性是酚醛树脂增强、增韧改性的主要手段，高分子通过与酚醛互穿网络、接枝共聚、形成海－岛结构等手段，达到增韧增强的目的，常用的高分子聚合物有橡胶、环氧树脂、有机硅树脂、ＰＶＢ、聚酰胺、新酚树脂等，不同的高分子聚合物改性材料产生不同的功能，结合重负荷砂轮用树脂的特点Ｆ２８９８Ａ在有效提高树脂韧性、强度要求，圣泉集团改性树脂Ｐ的前提下，耐热性得到了较好的保持。

树脂功能化增强是树脂合成通过改变酚醛树脂的结构，改善酚醛树脂的固化方式，从而减少酚醛固化过程中产生的缺陷，提高固化后酚醛树脂的耐热性及粘接强度，从而适应耐热高强的应用环境。圣泉集团功能化增强树脂ＰＦ２７００Ａ树脂，通过改变树脂聚合过程中的分子量分布方式，引入自反应聚合基团，改变固化剂的分布方式等手段，有效提高了该酚醛树脂的耐热性及粘接强度。

　　收稿日期：２０１８－０５－２７作者简介：邢介名（１９８２—），工程师，主要从事酚醛树脂的合成及应用。

　第１６期邢介名，等：酚醛树脂在重负荷砂轮中的应用研究

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专用润湿剂ＰＦ２４００的使用是根据重负荷砂轮传统工艺的改进升级，重负荷砂轮的传统工艺是以糠醇（糠醛）作为润湿剂，高沸点醇类作为调节剂，热压成型，该工艺的成型料与磨料易分离，导致热压过程中磨料树脂不能充分均匀分散，导致砂轮出现质量缺陷。专用润湿剂为可固化酚醛树脂组分，固化时间厂，水分低，有一定粘度，混料后能将树脂粉充分包裹与磨料表面，树脂与磨料分散均匀，压制过程中可参与固化且不易起泡，对树脂与磨料之间粘接强度的提升有较大帮助。

２．１　树脂检测样品的制备

改性酚醛树脂ＰＦ２８９８Ａ、ＰＦ２７００Ａ、ＰＦ２４００均在山东圣泉新

材料股份有限公司制备。

２．２　性能实验样品的制备

重负荷树脂有其专有的工艺技术，本文借鉴普通树脂砂轮制造过程中的配方和工艺技术进行树脂的力学性能验证，配料

。方式见表１

２　实验部分

表１　重负荷砂轮用树脂试验配料

编号１２３４

树脂粉型号ＰＦ２８０２ＣＰＦ２８９８ＡＰＦ７００ＡＰＦ２８９８Ａ

树脂粉数量

１２８１２８１２８１１０

磨料８００８００８００８００

润湿剂糠醇４．３糠醇４．３糠醇４．３ＰＦ２４００２５份

硫化铁９８．４９８．４９８．４９８．４

冰晶石３５．２３５．２３５．２３５．２

ｇ

氧化钙２８．１２８．１２８．１２８．１

　　砂轮压制：

８”字块样条，８字块尺寸，１．９４ｃｍ×２２．拉伸强度采用“

２３５ｃｍ，称重１４０ｇ，密度３．２ｇ／ｃｍ，压力１２ＭＰａ，温度１７０℃热压。热压时间３０ｍｉｎ。

弯曲强度和冲击强度采用矩形样条：尺寸１×１．５×１０ｃｍ，

３

称重４８ｇ，密度３．２ｇ／ｃｍ，压力１２ＭＰａ，温度１８０℃热压，热压时

０ｍｉｎ。间２

砂轮固化：固化曲线１６０℃／２ｈｒ＋１８０℃／２ｈｒ，最高温度１８５℃，保温４ｈ。

２．３　分析与测试

热性能用美国ＴＡ公司ＴＡ－Ｑ５０同步热分析仪进行表征，

０℃／ｍｉｎ；流动性用旋转流变仪检测树脂空气气氛，升温速度１

升温过程的流动固化；拉伸及弯曲强度使用时代试金万用力学实验机；冲击强度使用深圳万测实验设备厂冲击强度测定仪检测，非缺口式样。

３　结果与讨论３．１　改性酚醛树脂的耐热性分析

Ａ－ＰＦ２８０２Ｃ（常规耐热型酚醛树脂）；Ｂ－ＰＦ２８９８Ａ（增韧增强型酚醛树脂）；Ｃ－ＰＦ２７００Ａ（功能增强型酚醛树脂）

图１　酚醛树脂ＴＧＡ对比图

　　通过图１可以看出，增韧改性树脂达到了常规耐热型酚醛树脂粘度先降低流动后粘度升高固化的过程，在热压过程中，树脂的耐热性，功能增强型酚醛树脂其耐热性优于常规耐热型树脂粘度降低幅度越大，其流动性越好，越容易造成流胶，导致酚醛树脂。ＴＧ分析表明通过选择合适的增韧单体，可以在不砂轮配方中的胶含量波动，同时流胶也易导致砂轮中树脂分布降低树脂耐热性的基础上，改善树脂的力学性能，这为为综合不均匀，不利于产品的稳定生产。通过图２可以看出，ＰＦ２８０２

在热压升温过程中，扭矩最低，粘度最小，而改性树脂ＰＦ２８９８Ａ比较三个树脂综合性能提供了热性能依据。

及功能化树脂ＰＦ２７００Ａ扭矩相对较高；其生产过程中不易出现３．２　改性酚醛树脂的流动性分析

流胶现象。这也说明增韧改性和功能化改性酚醛树脂中加入重负荷树脂采用热压成型工艺，其树脂固化过程的变化是

了橡胶单元或增强单元聚合物，提高了树脂熔融粘度，对其流影响树脂流动性的重要因素。

变行为具有重要影响，也使得改性树脂的热压工艺与普通树脂　　了解树脂高温压制过程的变化趋势，对改善压制工艺，提

的热压工艺有所不同。高砂轮的综合性能有很好的借鉴意义。树脂热压过程是一个

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山　东　化　工

ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ　　　　　　　　　　　　２０１８年第４７卷

Ａ－ＰＦ２８０２Ｃ（常规耐热型酚醛树脂）；Ｂ－ＰＦ２８９８Ａ（增韧增强型酚醛树脂）；Ｃ－ＰＦ２７００Ａ（功能增强型酚醛树脂）

３．３　酚醛树脂的力学强度研究

图２　旋转流变仪对比图

脂在应用配方中的力学表现。

对实验中制成的样块进行了力学检测，用于评价所研究树

表２　改性树脂的力学性能

编号１２３４

树脂粉型号ＰＦ２８０２ＣＰＦ２８９８ＡＰＦ７００ＡＰＦ２８９８Ａ

拉伸强度／ＭＰａ（８字块）

１５．６４７１６．９８３１６．２１４１７．６５

弯曲强／ＭＰａ（长条）

７６．２８７６．８２７７．２１７９．２１

冲击强度／ＭＰａ（长条）

４．９２６．０６５．３７５．８８

　　通过表２可以看出，增韧改性树脂（编号２）ＰＦ２８９８Ａ在拉

伸强度，冲击强度（冲击韧性）表现出了更好的力学性能，功能化树脂（编号３）ＰＦ２７００Ａ在拉伸强度、弯曲强度、冲击强度均高于常规树脂（编号１），增韧树脂复合专用润湿剂（编号４）拉伸

），但冲击强强度、弯曲强度、冲击强度均高于常规树脂（编号１

度低于单纯使用ＰＦ２８９８Ａ树脂。该系列改性及功能化改进树脂，综合力学性能均优于常规树脂，在重负荷砂轮应用中，有更大的优势。

参考文献

［１］彭　进，邹文俊．有机磨具［Ｍ］．郑州：郑州大学出版社，

２０１７．［２］陈　艳．砂轮特性与磨削加工［Ｍ］．郑州：郑州大学出版

社，２０１７．［３］李伯民，赵　波，李　清．磨料、磨具与磨削技术［Ｍ］．北

京：化学工业出版社，２０１０．［４］陈金身．高分子材料与工程［Ｍ］．郑州：郑州大学出版社，

２０１７．［５］唐路林，李乃宁，吴培熙．高性能酚醛树脂及其应用技术

［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００７．［６］ＣｈｉｕＨＴ，ＣｈｉｕＳＨ，ＪｅｎｇＲＥ，ｅｔａｌ．Ａｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｃｏｍｂｕｓｉｔｉｏｎ

ａｎｄｆｉｒｅ－ｒｅｔａｒｄａｎｃｅｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｐｏｌｙｅｓｔｅｒ／ｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｂｌｅｎｄｓ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ，２０００，７０：５０５－５１４．（本文文献格式：邢介名，邹文俊，彭　进，等．酚醛树脂在重负荷砂轮中的应用研究［Ｊ］．山东化工，２０１８，４７（１６）：１３４－１３６．）

４　结论

从上述综合性能数据分析，增韧增强改性的ＰＦ２８９８Ａ在冲

击强度表现较为突出，经与ＰＦ２４００专用润湿剂配合使用，其力学性能进一步得到提升，功能化改进ＰＦ２７００Ａ树脂耐热性较好，力学性能较常规树脂ＰＦ２８０２Ｃ也有较大的提升。功能能化改进ＰＦ２７００树脂，增韧改性ＰＦ２８９８Ａ树脂更复合重负荷砂轮应用的需求，配合专用润湿剂ＰＦ２４００Ａ树脂，其综合性能有进一步提升的空间，改性树脂及功能化树脂在耐热性、冲击性上略有差别，具体选用还需要根据重负荷砂轮制品的应用环境及要求选择。

檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯青岛首家稀土永磁电机研究院成立唐任远院士任院长

据悉，近日，位于青岛西海岸新区的中加特公司联合沈阳国家稀土永磁电机研究中心、山科大电气自动化学院共同组建了“青岛中加特研究院”，是全市首家稀土永磁电机研究机构，旨在研发国内最先进的稀土永磁电机产品，不断革新技术，力争保持国际领先水平。研究院院长唐任远教授系中国工程院院士、沈阳工业大学研究所所长，研制了我国首台稀土永磁电机，曾获国家科技进步二、三等奖和其他省部级奖励１０项，发表论文２３０余篇，是我国稀土永磁电机领域的奠基者之一。据悉，青岛中加特公司是一家具有高技术性、高成长性的专业研发和制造智能化电动机及自动化控制系列产品的高新技术企业，２０１８年１－７月份完成产值１．８亿元，实现税收１８８０万元。研究院的成立必将畅通研发和需求的对接，促进技术和市场的衔接，更好推动中加特和两所院校的合作，加速企业做大做强，提升新区在稀土应用方面的研发能力和技术水平。