酚醛树脂在涂附磨具应用中的几个问题

酚醛树脂在涂附磨具应用中的几个问题

众所周知，酚醛树脂是最早工业化的合成树脂，从1872年德国化学家拜耳发现酚与醛的缩合反应至今，经过一百多年的研究和发展，成为当今最重要的三大合成树脂之一。由于它原料易得，台成方便，再加上苯酚、甲醛的活性较大，可以发生许多化学反应，产生许多不同结构、不同性能的酚醛树脂，从而满足不同的使用要求。不仅广泛应用于塑料、膜压制品、胶粘剂、涂料、绝缘材料等传统行业，而且作为瞬时耐高温和烧蚀的复合材料，用于航天工业和军事工业(空间飞行器、火箭、导弹等)。酚醛树脂可根据其加热过程中有无化学反应分为热塑性和热固性树脂，又根据树脂的特性，分为水溶性和溶剂型酚醛树脂，而涂附磨具用的胶粘剂是用碱作催化剂而制备的水溶性热固性酚醛树脂。随着苯酚与甲醛的配比以及催化剂的不同，可以制备出不同性能的树脂．以满足涂附磨具不同工序的各种要求。

1.酚醛树脂的特性

合成树脂在除附磨具用粘结剂中占有主导的地位，而水溶性热固化酚醛树脂在各种树脂中占有绝对的地位，尤其是在高档涂附磨具的制造中占有80％以上的用量，这是由于它具有一系列独有的特性：

①原材料价格便宜，生产制造工艺简单而成熟，具有很高的性价比；

②刚性大，耐热性高，这是因为酚醛树脂由大量苯环组成，且交联成体型网络结构；

③极性大，粘结力强，酚醛树脂固化后坚硬耐磨、机械强度高，与磨料和基材有超强的粘结力，甚至与金属都具有较好的粘结性能；

④耐水、耐油、耐化学介质、耐霉菌、耐老化，制成的磨具可以在多种介质和气候下工作；

⑤与多种填料和胶乳混溶性良好，与磨料和基材的浸润性好；

⑥热固性树脂，不需添加固化剂和促进剂，操作简单，具有很好的可操作性。

当然，酚醛树脂也有缺陷：

①固化周期长，固化温度高；

②树脂固化后脆性人，剥离强度低；

③固化时易起泡，固化后颜色变深，不能生产色洋鲜艳的磨具：

④干燥同化时，游离有害气体挥发，对人体和环境有一定的危害；

⑤储存周期有限，尤其受储存温度的影响较大。

2.几种涂附磨具用酚醛树脂的特殊性能

酚醛树脂在涂附磨具上可用于基材处理(如：原布浸渍、刮浆)、预涂层处理、底、复胶等工序，每种树脂都有其特殊的性能和要求。

①原布处理、预涂层处理用酚醛树脂：

该类树脂是以强碱(如氢氧化钠)为催化剂制得的甲阶酚酵树脂，平均分子量较小，一般都具有很好的水溶性，有些甚至是无限水溶。树脂液的固体含量较低，大约在 60—70％之间。它能与SBR、NBR、PVA等树脂以及皮胶等都有很好的相溶性，有较好的柔韧性。

②底胶、复胶用酚醛树脂：

该类树脂多数使用钡类催化剂，反应程度充分，平均分子量较大，水溶有限，一般在80～300％之间。树脂液的固体含量较大，应在75-85％之间，游离酚含最在5％以上。它与各种填料的混溶性好，与磨料和各种基材的粘结强度高，能固定磨料，干燥性能好。复胶用的酚醛树脂更要求有根好的抗冲击性和抗静电性，与底胶和磨料的结合力强，树脂的活性高、固化快、色泽稳定。

酚醛树脂也可制成超涂层的粘结剂。

3.树脂质量的检验方法及指标的作用

酚醛树脂的质量对使用有很大的影响．因此对生产的每一批数值都要进行质量检验。酚醛树脂的检验指标主要有外观、游离酚、游离醛、固体含量、粘度、水稀释性、凝胶时间、p H值，有条件的厂家还测量树脂的平均分子量和聚合速度等。作为使川酚醛树脂的涂附磨具制造厂家，因受条件的限制，一般只对以下较为重要的指标进行检测：

①外观：主要是通过目测。树脂液应是无杂质的、半透明的红棕色液体。

②固体含量：一般采用干燥法来测定。取少许树脂于己知重量的小瓷盘上，放入定温度的烘箱中加热一定时间。计算烘干后树脂的残余量占原树脂样品的百分比数，即为该树脂的固体含量。

固体含量是酚醛树脂的重要指标，它对固定磨粒起着重要作用。固体含量的测定可根据不同型号树腊，选择不同的烘干条件。

③粘度：采用旋转粘度计即可测定。树脂的粘度应根据磨具制造时的工艺配方要求，选择适合使用的范围即可。既不能在配料时因树脂粘度太大而过多的加水，也不能因树脂粘度太低而达不到要求的粘度。树脂的粘度受温度影响较大，检测时一定要保持树脂液的恒温。

④水稀释性：测定方法：称取少许树脂试样，并调至一定温度，缓慢加入相同温度的蒸馏水，并不断摇晃。当树脂液出现浑浊且不再变化时，加入的水量与树脂试样量的比即为该树脂试样的水稀释性。水稀释性是衡量水溶性酚醛树脂的重要指标，也是检测树脂变质与否的指标之一。当树脂因存放时间过长或其他原因，造成树脂水稀释性变小，且超过要求的最低值时，即可断定该树脂已变质，不能再使用。

⑤pH值：可采用酸度计或精密pH试纸来测定。水溶性酚醛树脂的pH值一般是偏弱碱性的，在选用填料或其他添加剂时要选用与树脂pH值接近的，尤其是在布处理与一些偏酸性的胶乳混溶时，pH值差别太大会造成混合料结块，必要时可对树脂或添加剂的pH值进行调整。

⑥凝胶时间：采用专门的凝胶时间测定仪测定。先将凝胶时间测定仪加热至要求的温度，保持温度不变3～5分钟。取少许树脂注入，同时用秒表升始记时。用玻璃棒从边缘渐下至中心对试样不停地作圆周搅拌，试样将逐渐变稠，直至当微微提起玻璃棒时不产生树脂丝，而树脂即断裂，则表明已达到橡胶弹性状态，立即停止秒表，记下此时的时间，即为凝胶时间。

凝胶时间是反映树脂固化快慢的指标，是树脂从A阶段变到B阶段的时间。凝胶时间测定根据树脂型号不同，可以采用不同的温度。磨具制造时的固化条件是根据树脂的凝胶时间来制订的。

另外还要特别注意树脂的储存稳定性，一般树脂液应存放在8℃以下的环境中，存放期若超过2个月，要对该树脂重新进行检测。

4.酚醛树脂在涂附磨具制造时常见的几个问题

①树脂颜色变深、粘度增大：该树脂存放超期，或存放温度偏高，树脂变质。可对其进行再检测，尤其是水稀释性的指标非常重要，指标若超出要求的范围，就不能再使用。

②底胶涂附时有“缩孔”现象：这是树脂的内应力而产生的表面收缩现象，会造成底胶流平性差，植砂不均匀、与基材粘结不牢固。可通过加入流平剂和湿润剂米消除。

③磨具表面起泡：这是因干燥温度过高、过快产生的。一般的酚醛树脂液干燥时的起泡危险区在90－100℃，固化干燥的起始温度应避开该温度区域，并适当延长干燥时间。

④砂面上产生雨滴状的斑点：树脂和填料或颜料混溶性差，或是树脂本身的水稀释性降低引起。可添加湿润剂或化学溶剂，并延长配料时的搅拌时间。

⑤固化后砂面出现局部色泽不均匀或颜色偏深：这种现象一般是固化时温度过高引起的，酚醛树脂固化时若超过1 2 5℃，很容易引起树脂变色。并且，由于固化时反应是放热，实际上磨具表面温度比烘箱的温度要高5℃左右，固化温度应控制在120℃以下。

5.酚醛树脂发展的几个方向

目前，西方发达国家在酚醛树脂的发展上已达到相当高的水平，树脂的品种多、生产规模大、制造加工技术先进。近年，我国在酚醛树脂行业也有了较大的发展，特别是一些涂附磨具专用树脂经过近二十年的发展，几家规模较大的厂家形成了产品多样化、系列化，基本满足了各类磨具制造的不同需要。目前，针对树脂的一些不足，建议应从以下几个方面进行改进和发展：

①通过对树脂进行改性，改善酚醛树脂的缺陷，如脆性大和剥离强度低的问题。酚醛树脂的活性较大，可以和许多化学物质发生反应，使其性能互补，产生不同性能的酚醛树脂，满足不同的使用要求。

②提高树脂活性，研制快固化树脂或光敏树脂，减少固化时间，节省能源，提高生产效率：

③开发浅色树脂，扩大酚醛树脂的使用范围，制造出更加多样化、色泽艳丽的涂附磨具；

④酚醛树脂“绿色化”，酚醛树脂无论是在生产或使用都会给环境带来一定程度的污染，研制低挥发份、高性能的树脂，加强治污的技术和力度，可使酚醛树脂健康而快速发展。