關(guān)鍵詞：砂布輪；雙組分環(huán)氧樹脂；適用期；回轉(zhuǎn)強(qiáng)度；磨削性能

中圖分類號(hào)：TQ433．4+37 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2024）12-0001-04

磨具是支持高檔機(jī)械制造和五金制品的重要功能部件和工具，是國(guó)家重點(diǎn)支持發(fā)展的產(chǎn)品[1-2]。平面磨輪是磨具中重要產(chǎn)品，其主要分為紙蓋產(chǎn)品、膠蓋產(chǎn)品和網(wǎng)蓋產(chǎn)品。隨著我國(guó)工業(yè)化的發(fā)展，應(yīng)用機(jī)械手打磨的領(lǐng)域越來(lái)越多，而機(jī)械手打磨對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度要求更高，所以市場(chǎng)急需一款高強(qiáng)度的產(chǎn)品替代現(xiàn)有的紙基和膠蓋產(chǎn)品。采用?？r纖維托盤為載體替代現(xiàn)有紙基生產(chǎn)高強(qiáng)度平面砂布輪，并實(shí)現(xiàn)一定程度的自動(dòng)化和機(jī)械化。但在平面玻璃纖維網(wǎng)蓋砂布輪涂覆內(nèi)圓填縫膠水施膠工序仍然采用人工施膠。內(nèi)圓填縫膠水對(duì)流動(dòng)性要求較高，不能流動(dòng)至璃纖維網(wǎng)蓋界面，從而影響磨削性能，因而不能采用流動(dòng)性較好的潛伏性單組分環(huán)氧體系[3-4]。內(nèi)圓填縫膠采用中溫固化的雙組分環(huán)氧固化體系[5-8]，依賴室溫的預(yù)固化，使內(nèi)圓填縫膠水黏度在室溫下逐漸變高，從而保證不流動(dòng)至璃纖維網(wǎng)蓋界面。因而內(nèi)圓填縫膠環(huán)氧膠水適用期較短，阻礙自動(dòng)化施膠。本文在原有內(nèi)圓填縫膠環(huán)氧膠水配方的基礎(chǔ)上，通過(guò)配方和工藝的調(diào)整，使內(nèi)圓填縫膠環(huán)氧膠水依據(jù)需要使適用期延長(zhǎng)至4～12h，平面玻璃纖維網(wǎng)蓋砂布輪內(nèi)圓填縫膠光澤性達(dá)到要求，其磨削性能和回轉(zhuǎn)強(qiáng)度達(dá)到要求，達(dá)到自動(dòng)施膠性能要求。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原材料及設(shè)備

主要原材料：環(huán)氧樹脂H2313A，長(zhǎng)沙環(huán)球；固化劑H2313B，長(zhǎng)沙環(huán)球；消泡劑，聚硅醚6400；600目玻璃粉、400目重鈣粉、400目沸石粉、增塑劑P、增韌劑Q。

主要儀器和設(shè)備：LVDV-II+P旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)；J-25高速分散機(jī)；AL104電子電平；101-1ABS電熱鼓風(fēng)干燥箱；SpectrumOne紅外光譜儀；STM-100萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)；JS-230B5P-2.2砂布輪回轉(zhuǎn)機(jī)。

1.2內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠配制

先將環(huán)氧樹脂H2313A和6400消泡劑攪拌均勻，再分別加入固化劑H2313B、600目玻璃粉、400目重鈣、增塑劑P、400目沸石粉和增韌劑Q攪拌均勻。加完料，有效攪拌時(shí)間120～180s（左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)時(shí)間各一半）；具體配方見表1。固化方式為室溫預(yù)固化一定時(shí)間后再升至一定溫度使之固化，依配方設(shè)置不同的固化方式，具體見表2。

1.3分析與測(cè)試

黏度測(cè)定：采用LVDV-II+P旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，固定轉(zhuǎn)子S64，轉(zhuǎn)速為30r/min。

適用期測(cè)定：參照GB/T7123.1—2015標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，以黏度上升到基值的2.5倍的時(shí)間定為該膠的適用期。

拉伸力學(xué)性能測(cè)定：內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠澆注體的制備和力學(xué)性能測(cè)試按照GB/T2567—2021《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

紅外光譜測(cè)定：采用紅外吸收光譜儀FTIR（美國(guó)PE）對(duì)材料進(jìn)行了官能團(tuán)分析。FTIR測(cè)試波長(zhǎng)為400～4000cm-1。

平面砂布輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度測(cè)定：依照GB/T2493—2023《磨具回轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

平面砂布輪磨削性能測(cè)定：依照GB/T10155—2012《涂附磨具、砂布砂紙磨削性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

2結(jié)果與討論

2.1內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠適用期分析

將配制的環(huán)氧膠，在不同的擱置時(shí)間測(cè)定其黏度，環(huán)氧填縫膠黏度隨時(shí)間變化的曲線如圖1所示。

由圖1可知，以黏度上升到基值的2.5倍的時(shí)間定為該膠的適用期，不同的內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠如表3所示。

由圖1和表3可知，不同環(huán)氧膠的黏度在適用期內(nèi)上升較緩慢，超過(guò)適用期，黏度快速上升。超過(guò)適用期，環(huán)氧固化劑與環(huán)氧樹脂之間形成凝膠點(diǎn)，分子量激劇增加，因而黏度快速上升，造成施膠工序難以進(jìn)行[8]。隨增塑劑P含量的增加，適用期從3%增塑劑P的4h，增加到10%增塑劑P的12h。表明可以通過(guò)添加增塑劑的方法，來(lái)適當(dāng)延長(zhǎng)體系到達(dá)凝膠點(diǎn)的時(shí)間，從而延長(zhǎng)其適用期，可使施膠工序緩沖時(shí)間提高，以便后續(xù)自動(dòng)施膠的進(jìn)行。在10%增塑劑P基礎(chǔ)上，按質(zhì)量比5∶1添加400目沸石粉和增韌劑Q，適用期為9h。這表明添加沸石粉和增韌劑Q一定程度可加快環(huán)氧固化劑與環(huán)氧樹脂之間形成凝膠點(diǎn)的時(shí)間，縮短適用期。這可能是增韌劑Q為聚合物，分子鏈易于環(huán)氧樹脂形成氫鍵交聯(lián)，也加速了其達(dá)到凝膠點(diǎn)的時(shí)間。

2.2內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠澆柱體力學(xué)性能分析

為了考察增塑劑、沸石粉和增韌劑對(duì)原膠力學(xué)性能的影響，依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將不同的內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠制成澆柱體，并進(jìn)拉伸性能測(cè)試，其不同的內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠澆柱體拉伸曲線圖如圖2所示。

由圖2可知，原膠A的拉伸強(qiáng)度為44.93MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為3.73%，加入3%的增塑劑P時(shí)，膠D拉伸強(qiáng)度為35.98MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為3.06%；加入6%的增塑劑P時(shí)，膠C拉伸強(qiáng)度為31.49MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為2.77%；加入10%的增塑劑P時(shí)，膠B拉伸強(qiáng)度為26.27MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為2.21%。這表明隨增塑劑P的含量的提高，內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都隨之下降，脆性增加。這是由于增塑劑使環(huán)氧分子鏈糾纏程度變低，分子間作用力減小，分子鏈自由運(yùn)動(dòng)能力受阻所導(dǎo)致[9]。加入10%的增塑劑P的同時(shí)加入質(zhì)量比5∶1添加400目沸石粉和增韌劑Q時(shí)，其相對(duì)于加入10%的增塑劑膠B，膠E拉伸強(qiáng)度提高至39.18MPa，斷裂伸長(zhǎng)率提高至2.84%。結(jié)合適用期數(shù)據(jù)，表明在用增塑劑P提高適用期時(shí)，力學(xué)性能不理想的情況，可通過(guò)加入沸石粉和增韌劑來(lái)提升力學(xué)性能，而對(duì)適應(yīng)期影響不明顯。提高的拉伸強(qiáng)度可能是由于增韌劑的分子鏈與環(huán)氧分子鏈形成大量的氫鍵所致，提高的斷裂伸長(zhǎng)率可能是由于加入增韌劑，體性韌性提高所致[10]。

2.3內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠澆柱體固化樣紅外光譜分析

為了進(jìn)一步分析加入沸石粉和增韌劑提升內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠澆柱體力學(xué)性能的原因，我們對(duì)原膠A、膠B和膠E的固化樣進(jìn)行了紅外光譜分析。原膠A、膠B和膠E的固化樣紅外光譜圖如圖3所示。

由圖3可知，原膠A、B和E的固化樣出現(xiàn)的特征紅外峰相同，峰形和強(qiáng)度基本接近。主要紅外特征峰2963、1262、1087、1018和797cm^-1分別歸屬于C—H伸縮振動(dòng)峰（O—H—O（N）締合伸縮振動(dòng)峰、C—O（N）伸縮振動(dòng)峰、C—O—C脂鏈醚伸縮振動(dòng)峰、C—O—C脂環(huán)醚伸縮振動(dòng)峰和C—H彎曲振動(dòng)峰。從圖3還可以看出，加入10%的增塑劑P膠B的O—H—O（N）締合伸縮振動(dòng)峰強(qiáng)度減弱，這是由于增塑劑P加入，使環(huán)氧分子鏈能形成氫鍵的基團(tuán)距離拉長(zhǎng)，形成氫鍵的幾率減少所致；在10%的增塑劑P的膠B的基礎(chǔ)上，加入沸石粉和增韌劑Q原膠E的O—H—O（N）締合伸縮振動(dòng)峰強(qiáng)度反而增強(qiáng)，甚至高于原膠A，這是由于增韌劑分子鏈與環(huán)氧分子鏈形成更多氫鍵所致。C—O（N）伸縮振動(dòng)峰和C—O—C脂鏈醚伸縮振動(dòng)峰直接反映環(huán)氧基團(tuán)打開和交聯(lián)的程度。從圖3還可知，加入10%的增塑劑P原膠B的環(huán)氧基團(tuán)打開和交聯(lián)的程度降低，這是由于由于增塑劑P加入，使環(huán)氧分子鏈中環(huán)氧基團(tuán)與固化劑接觸幾率減少所致；在10%的增塑劑P的原膠B的基礎(chǔ)上，加入沸石粉和增韌劑Q原膠E的環(huán)氧基團(tuán)打開和交聯(lián)的程度反而提高，甚至高于原膠A，這可能是由于增韌劑分子鏈與環(huán)氧分子鏈的環(huán)氧基團(tuán)反應(yīng)交聯(lián)所致。

2.4環(huán)氧膠內(nèi)圓填縫的平面玻璃纖維網(wǎng)蓋砂布輪性能檢測(cè)分析

為了檢驗(yàn)所配制的內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠的使用性能，將配制的不同環(huán)氧膠填至平面玻璃纖維網(wǎng)蓋砂布輪內(nèi)圓，考察了平面玻璃纖維網(wǎng)蓋砂布輪內(nèi)圓膠的光澤性、砂布輪的回轉(zhuǎn)強(qiáng)度和砂布輪的磨削性能，具體如表4所示。

由表4可知，隨增塑劑P加入量的增加，平面玻璃纖維網(wǎng)蓋砂布輪內(nèi)圓膠的光澤性下降，這是由于增塑劑P阻滯了環(huán)氧分子鏈在表面有效融合所致。加入沸石粉和增韌劑Q的膠E砂布輪基本上內(nèi)圓無(wú)澤性，這可能是由于增韌劑分相和沸石粉阻滯了環(huán)氧分子鏈在表面有效融合所致。從表4的回轉(zhuǎn)強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)分析，加入0%、3%、6%和10%增塑劑P的砂布輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度，從原25600r/min分別下降至22300、19100和17900r/min，加入沸石粉和增韌劑Q的原膠E砂布輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度上升至23800r/min?；剞D(zhuǎn)強(qiáng)度直接體現(xiàn)了內(nèi)圓填縫膠的力學(xué)性能[11]，因而其變化規(guī)律同內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠澆柱體力學(xué)性能結(jié)果一致。從表4的磨削性能來(lái)看，隨增塑劑P加入量的增加，平面玻璃纖維網(wǎng)蓋砂布輪磨削性能降低。在10%的增塑劑P的原膠B的基礎(chǔ)上，加入沸石粉和增韌劑Q膠E樣品，雖然膠E未固化前流動(dòng)性較好，但原膠E砂布輪未發(fā)現(xiàn)滲入玻璃纖維網(wǎng)蓋現(xiàn)象，且磨削性能較好，這可能是由于增韌劑Q的加入使膠與網(wǎng)蓋浸潤(rùn)性變差和沸石粉強(qiáng)的吸附所致。

結(jié)合內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠適用期的結(jié)果（表3），原膠D完全滿足自動(dòng)施膠工藝所要求的膠的性能。膠E有較長(zhǎng)的適用期，且除光澤性不能滿足使用要求外，其余性能較優(yōu)。由于適用期是在25℃下測(cè)定的，溫度提高適用期會(huì)縮短，因而，在對(duì)光澤性要求不高的砂布輪產(chǎn)品上，原膠E夏季自動(dòng)施膠優(yōu)勢(shì)明顯。

3結(jié)語(yǔ)

（1）將增塑劑P加入環(huán)氧樹脂體系，延長(zhǎng)了樹脂體系凝膠化時(shí)間，導(dǎo)致初期固化反應(yīng)活性降低，延長(zhǎng)了樹脂的適用期。沸石粉和增韌劑Q一定程度可加快環(huán)氧固化劑與環(huán)氧樹脂之間形成凝膠點(diǎn)的時(shí)間，縮短適用期；

（2）增塑劑P的含量的提高，內(nèi)圓環(huán)氧填縫膠強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都隨之下降，脆性增加。加入10%的增塑劑P的同時(shí)加入質(zhì)量比5∶1添加400目沸石粉和增韌劑Q時(shí)，其相對(duì)于加入10%的增塑劑原膠B，原膠E拉伸強(qiáng)度提高至39.18MPa，斷裂伸長(zhǎng)率提高至2.84%。結(jié)合紅外結(jié)果分析，這可能由于增加體性韌性，以及韌劑的分子鏈與環(huán)氧分子鏈形成氫鍵和交聯(lián)反應(yīng)所致；

（3）原膠D的適用期為4h，光澤性好，砂布輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度達(dá)到22300r/min，磨削性良好，完全滿足自動(dòng)施膠工藝所要求的膠的性能。原膠E的適用期為9h，砂布輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度達(dá)到23800r/min，磨削性良好，可用于對(duì)光澤性要求不高的砂布輪產(chǎn)品夏季自動(dòng)施膠工藝。