高分子自潤滑材料等在涂附磨具超涂層技術(shù)中的應(yīng)用及研究進展

薛峰

山東漢獅研磨材料有限公司，中國·山東 濱州 251700

1 引言

涂附磨具在工件物體表面研磨、拋光時，與工件表面形成摩擦，在摩擦過程中，分子不斷發(fā)生碰撞，產(chǎn)生熱量。當(dāng)分子間撞擊足夠劇烈的時候，會使原本束縛在最外層的電子脫離其軌道，這個逃逸的電子跑到另一個物體上時，就會產(chǎn)生摩擦起電。摩擦力大小與工件表面粗糙度、接觸面積、接觸壓強有直接關(guān)系。滑動摩擦過程中存在粘著和滑動兩種現(xiàn)象：由于摩擦接觸點產(chǎn)生放熱等原因，會發(fā)生摩擦粘著；接下來由于摩擦力使接觸點在微觀上發(fā)生剪切形變，進而滑動形成摩擦躍動[1]。

超涂層就是為了解決研磨、拋光過程中產(chǎn)生的發(fā)熱和靜電這兩個問題，伴隨著涂附磨具共同發(fā)展起來的一種新技術(shù)。

工件在長時間的研磨、拋光過程中摩擦產(chǎn)生的熱量，會造成工件表面的破壞或擦傷。通常加入潤滑材料，降低摩擦系數(shù)。另外，潤滑材料起到冷卻作用，可以降低物體運動表面因為摩擦而產(chǎn)生的熱量，使工件表面具備適宜的溫度。潤滑技術(shù)通過在相互摩擦表面之間施加潤滑劑而形成潤滑膜，藉以避免摩擦表面直接接觸，構(gòu)建具有較高法向承載能力和盡可能低的切向阻力的界面層，達到減少摩擦磨損的目的同時，潤滑膜還具有散熱除銹、減振和降噪等作用[2]。

2 超涂層種類及特點

2.1 溶劑型超涂層

涂附磨具的防堵塞超涂層，是用溶劑型的成膜劑和潤滑粉組成，涂覆在砂紙砂布等研磨材料的表面上，使其在打磨拋光時具有一定的防堵功能，并達到延長砂紙的使用壽命的目的。

這類溶劑型超涂層，潤滑粉以硬脂酸鈣為代表，使用量最大，也可用作熱穩(wěn)定劑、潤滑劑。成膜劑以纖維素為粘結(jié)劑，提供良好的粘著效果。

這種涂層一般使用的溶劑為苯類的有機溶劑，產(chǎn)生的廢氣、廢水如若處理不好，會造成環(huán)境污染，且對員工的身體也有損傷，另外生產(chǎn)加工成本也較高。

2.2 水性涂層

這類水性涂層包括粉狀潤滑劑、水性成膜劑、助磨劑、防靜電劑、乳化劑等主要物料，由于粉狀潤滑劑為粉體材料，很難分散到水溶液中，必須通過特殊的研磨、乳化等手段才能改變成為水溶性質(zhì)的材料。

水性環(huán)保防堵塞涂層可采用水作為溶劑，環(huán)保且成本低，耐熱性、耐磨性好且防堵效果好。在生產(chǎn)過程中，環(huán)境清潔干凈，無有毒有害氣體揮發(fā)，對員工的身體健康不會造成威脅，對自然環(huán)境不會造成危害。

另外，水性涂層涂附工藝簡單，操作方便，涂附后砂紙表面紋路清晰、穩(wěn)定，設(shè)備易清洗。水性涂層是在溶劑型超涂層之后，開發(fā)的一種新型涂層材料，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于涂附磨具的生產(chǎn)制造。

2.3 熱熔膠

熱熔膠主要成分包括：樹脂、抗氧劑和粘度調(diào)節(jié)劑等。它是一種固體可熔性聚合物，不需要溶劑、也不含有水分；在常溫狀態(tài)下呈固體，加熱到一定溫度會熔融而具有流動性，并且具有較大粘性。受熱熔融狀態(tài)下，熱熔膠呈白色或淺棕色。

熱熔膠種類很多：熱塑性和熱固性；聚酯酰胺（PEA）、聚乙烯（HDPE、LOPE 和CDPE）、聚酯（PES）、聚酰胺（PA）和聚氯乙烯（PVC）；形狀有棒、粒狀、片狀。

在制造不同的涂附磨具產(chǎn)品時，根據(jù)性能要求，選擇不同種類的熱熔膠。選擇依據(jù)主要包括：膠的顏色、砂面表面處理狀況、烘干工藝時間、產(chǎn)品耐溫性、涂層粘結(jié)力大小。

2.4 納米微粒在涂層材料中的應(yīng)用

納米材料以其特有的微粒效應(yīng)和界面效應(yīng)，涂層材料的物理機械性能和抗老化等性能得以顯著提高，甚至在某些方面使涂層具有特殊的功能。在涂層材料中的加入納米材料，使涂料涂層向更加廣闊的功能化方向發(fā)展[3]。

超涂層用納米材料有以下特征：①具有微顆粒才具備的光學(xué)性能；②粒徑極小，使得表面積很大，形生較高的活性表面；③納米材料表面原子數(shù)所占的比例大，進而對材料進行較大程度的增強、增韌；④提高復(fù)合材料的玻璃化溫度，作為性能優(yōu)異的流變助劑。

2.5 高分子自潤滑材料在涂層材料中的應(yīng)用

高分子基復(fù)合材料廣泛用作無潤滑（干燥條件）、水潤滑、真空、低溫或者腐蝕性氣氛中，一般具有延展性與機械性質(zhì)的多樣性，是一類全新的潤滑耐磨材料。

高分子材料作為潤滑材料具有以下優(yōu)點：①韌性好、吸收振動、無噪音、對材料不損傷；②化學(xué)穩(wěn)定性好；③低溫性能好；④共存性好且耐油性優(yōu)；⑤電絕緣性優(yōu)良。目前常見的高分子固體自潤滑材料主要有聚四氯乙烯（PTFE）、聚甲醛（POM）、聚醚醚酮（PEFK)、聚苯硫醚（PPS）及聚酰亞胺（PI）等[4]。

2.6 填料在超涂層中的作用

復(fù)合材料耐磨性能的提高取決于其承載能力的增強。填充硬質(zhì)填料后，復(fù)合材料磨損機理的轉(zhuǎn)變是其耐磨性能提高的重要原因。

研究證明，膠粘劑粘著磨損為主的機理，在加入填料后，轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴盍系哪チＤp為主。填料使粘結(jié)涂層的磨損機理發(fā)生了改變，同時提高了基材表面與涂層之間的粘結(jié)強度，涂層的抗壓承載能力也得以增強，從而使涂層的耐磨性能進一步提高[5]。

3 結(jié)語與應(yīng)用展望

隨著加工水平的日益提升，在不久的將來，從木器表面到汽車漆面，從板材拋光到漆面修補等不斷提升表面工程處理技術(shù)。因此，針對工件研磨、拋光及其作用機制的研究將會是關(guān)注的焦點之一。在涂附磨具超涂層領(lǐng)域，關(guān)于涂層和處理工藝的優(yōu)化、復(fù)合表面技術(shù)、納米材料應(yīng)用技術(shù)、高分子自潤滑材料等方面的研究也必將開啟新的篇章，屆時不同行業(yè)、不同加工領(lǐng)域?qū)Σ牧媳砻嫘阅艿囊髮⒌靡詫崿F(xiàn)。