內圓環氧膠配置優化平面砂布輪自動施膠技術研究

關鍵詞：砂布輪；雙組分環氧樹脂；適用期；回轉強度；磨削性能

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

磨具是支持高檔機械制造和五金制品的重要功能部件和工具，是國家重點支持發展的產品[1-2]。平面磨輪是磨具中重要產品，其主要分為紙蓋產品、膠蓋產品和網蓋產品。隨著我國工業化的發展，應用機械手打磨的領域越來越多，而機械手打磨對產品的強度要求更高，所以市場急需一款高強度的產品替代現有的紙基和膠蓋產品。采用玻縭纖維托盤為載體替代現有紙基生產高強度平面砂布輪，并實現一定程度的自動化和機械化。但在平面玻璃纖維網蓋砂布輪涂覆內圓填縫膠水施膠工序仍然采用人工施膠。內圓填縫膠水對流動性要求較高，不能流動至璃纖維網蓋界面，從而影響磨削性能，因而不能采用流動性較好的潛伏性單組分環氧體系[3-4]。內圓填縫膠采用中溫固化的雙組分環氧固化體系[5-8]，依賴室溫的預固化，使內圓填縫膠水黏度在室溫下逐漸變高，從而保證不流動至璃纖維網蓋界面。因而內圓填縫膠環氧膠水適用期較短，阻礙自動化施膠。本文在原有內圓填縫膠環氧膠水配方的基礎上，通過配方和工藝的調整，使內圓填縫膠環氧膠水依據需要使適用期延長至4～12h，平面玻璃纖維網蓋砂布輪內圓填縫膠光澤性達到要求，其磨削性能和回轉強度達到要求，達到自動施膠性能要求。

1實驗部分

1.1主要原材料及設備

主要原材料：環氧樹脂H2313A，長沙環球；固化劑H2313B，長沙環球；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。

主要儀器和設備：LVDV-II+P旋轉黏度計；J-25高速分散機；AL104電子電平；101-1ABS電熱鼓風干燥箱；SpectrumOne紅外光譜儀；STM-100萬能拉伸試驗機；JS-230B5P-2.2砂布輪回轉機。

1.2內圓環氧填縫膠配制

先將環氧樹脂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，有效攪拌時間120～180s（左轉與右轉時間各一半）；具體配方見表1。固化方式為室溫預固化一定時間后再升至一定溫度使之固化，依配方設置不同的固化方式，具體見表2。

1.3分析與測試

黏度測定：采用LVDV-II+P旋轉黏度計，固定轉子S64，轉速為30r/min。

適用期測定：參照GB/T7123.1—2015標準進行測試，以黏度上升到基值的2.5倍的時間定為該膠的適用期。

拉伸力學性能測定：內圓環氧填縫膠澆注體的制備和力學性能測試按照GB/T2567—2021《樹脂澆鑄體性能試驗方法》進行。

紅外光譜測定：采用紅外吸收光譜儀FTIR（美國PE）對材料進行了官能團分析。FTIR測試波長為400～4000cm-1。

平面砂布輪回轉強度測定：依照GB/T2493—2023《磨具回轉強度試驗方法》進行。

平面砂布輪磨削性能測定：依照GB/T10155—2012《涂附磨具、砂布砂紙磨削性能試驗方法》進行。

2結果與討論

2.1內圓環氧填縫膠適用期分析

將配制的環氧膠，在不同的擱置時間測定其黏度，環氧填縫膠黏度隨時間變化的曲線如圖1所示。

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

由圖1和表3可知，不同環氧膠的黏度在適用期內上升較緩慢，超過適用期，黏度快速上升。超過適用期，環氧固化劑與環氧樹脂之間形成凝膠點，分子量激劇增加，因而黏度快速上升，造成施膠工序難以進行[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。表明可以通過添加增塑劑的方法，來適當延長體系到達凝膠點的時間，從而延長其適用期，可使施膠工序緩沖時間提高，以便后續自動施膠的進行。在10%增塑劑P基礎上，按質量比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一定程度可加快環氧固化劑與環氧樹脂之間形成凝膠點的時間，縮短適用期。這可能是增韌劑Q為聚合物，分子鏈易于環氧樹脂形成氫鍵交聯，也加速了其達到凝膠點的時間。

2.2內圓環氧填縫膠澆柱體力學性能分析

為了考察增塑劑、沸石粉和增韌劑對原膠力學性能的影響，依照國家標準將不同的內圓環氧填縫膠制成澆柱體，并進拉伸性能測試，其不同的內圓環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的拉伸強度為44.93MPa，斷裂伸長率為3.73%，加入3%的增塑劑P時，膠D拉伸強度為35.98MPa，斷裂伸長率為3.06%；加入6%的增塑劑P時，膠C拉伸強度為31.49MPa，斷裂伸長率為2.77%；加入10%的增塑劑P時，膠B拉伸強度為26.27MPa，斷裂伸長率為2.21%。這表明隨增塑劑P的含量的提高，內圓環氧填縫膠強度和斷裂伸長率都隨之下降，脆性增加。這是由于增塑劑使環氧分子鏈糾纏程度變低，分子間作用力減小，分子鏈自由運動能力受阻所導致[9]。加入10%的增塑劑P的同時加入質量比5∶1添加400目沸石粉和增韌劑Q時，其相對于加入10%的增塑劑膠B，膠E拉伸強度提高至39.18MPa，斷裂伸長率提高至2.84%。結合適用期數據，表明在用增塑劑P提高適用期時，力學性能不理想的情況，可通過加入沸石粉和增韌劑來提升力學性能，而對適應期影響不明顯。提高的拉伸強度可能是由于增韌劑的分子鏈與環氧分子鏈形成大量的氫鍵所致，提高的斷裂伸長率可能是由于加入增韌劑，體性韌性提高所致[10]。

2.3內圓環氧填縫膠澆柱體固化樣紅外光譜分析

為了進一步分析加入沸石粉和增韌劑提升內圓環氧填縫膠澆柱體力學性能的原因，我們對原膠A、膠B和膠E的固化樣進行了紅外光譜分析。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的固化樣出現的特征紅外峰相同，峰形和強度基本接近。主要紅外特征峰2963、1262、1087、1018和797cm^-1分別歸屬于C—H伸縮振動峰（O—H—O（N）締合伸縮振動峰、C—O（N）伸縮振動峰、C—O—C脂鏈醚伸縮振動峰、C—O—C脂環醚伸縮振動峰和C—H彎曲振動峰。從圖3還可以看出，加入10%的增塑劑P膠B的O—H—O（N）締合伸縮振動峰強度減弱，這是由于增塑劑P加入，使環氧分子鏈能形成氫鍵的基團距離拉長，形成氫鍵的幾率減少所致；在10%的增塑劑P的膠B的基礎上，加入沸石粉和增韌劑Q原膠E的O—H—O（N）締合伸縮振動峰強度反而增強，甚至高于原膠A，這是由于增韌劑分子鏈與環氧分子鏈形成更多氫鍵所致。C—O（N）伸縮振動峰和C—O—C脂鏈醚伸縮振動峰直接反映環氧基團打開和交聯的程度。從圖3還可知，加入10%的增塑劑P原膠B的環氧基團打開和交聯的程度降低，這是由于由于增塑劑P加入，使環氧分子鏈中環氧基團與固化劑接觸幾率減少所致；在10%的增塑劑P的原膠B的基礎上，加入沸石粉和增韌劑Q原膠E的環氧基團打開和交聯的程度反而提高，甚至高于原膠A，這可能是由于增韌劑分子鏈與環氧分子鏈的環氧基團反應交聯所致。

2.4環氧膠內圓填縫的平面玻璃纖維網蓋砂布輪性能檢測分析

為了檢驗所配制的內圓環氧填縫膠的使用性能，將配制的不同環氧膠填至平面玻璃纖維網蓋砂布輪內圓，考察了平面玻璃纖維網蓋砂布輪內圓膠的光澤性、砂布輪的回轉強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，平面玻璃纖維網蓋砂布輪內圓膠的光澤性下降，這是由于增塑劑P阻滯了環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砂布輪基本上內圓無澤性，這可能是由于增韌劑分相和沸石粉阻滯了環氧分子鏈在表面有效融合所致。從表4的回轉強度測試數據來分析，加入0%、3%、6%和10%增塑劑P的砂布輪回轉強度，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砂布輪回轉強度上升至23800r/min。回轉強度直接體現了內圓填縫膠的力學性能[11]，因而其變化規律同內圓環氧填縫膠澆柱體力學性能結果一致。從表4的磨削性能來看，隨增塑劑P加入量的增加，平面玻璃纖維網蓋砂布輪磨削性能降低。在10%的增塑劑P的原膠B的基礎上，加入沸石粉和增韌劑Q膠E樣品，雖然膠E未固化前流動性較好，但原膠E砂布輪未發現滲入玻璃纖維網蓋現象，且磨削性能較好，這可能是由于增韌劑Q的加入使膠與網蓋浸潤性變差和沸石粉強的吸附所致。

結合內圓環氧填縫膠適用期的結果（表3），原膠D完全滿足自動施膠工藝所要求的膠的性能。膠E有較長的適用期，且除光澤性不能滿足使用要求外，其余性能較優。由于適用期是在25℃下測定的，溫度提高適用期會縮短，因而，在對光澤性要求不高的砂布輪產品上，原膠E夏季自動施膠優勢明顯。

3結語

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

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

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