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　　一、前言
　　聚氨酯树脂砂轮作为弹性抛光磨具已越来越多地应用于各个领域工件的精磨抛光，但由于普通聚氨酯树脂砂轮在磨削过程中，与高速旋转的工件表面高压接触产生高温时明显变软，导致磨料过早脱落，结合剂粘附于工件表面，产生污点，影响了被加工工件表面的光泽。本文从聚氨酯结合剂的结构及生成原理入手，列举近三十个配方范例，具体详细地介绍了无以上缺点的聚氨酯结合剂及砂轮的制造方法。依照此办法制成的磨具柔软有弹性抗破裂，在使用过程中与工件表面相吻合，不产生振动痕迹，另外，还具有抗阻塞性能，在高的操作速度和高压下磨削工件不产生涂污工件和磨具变钝现象。加工出令人满意的精密工件。
　　二、聚氨酯结合剂砂轮的原料及制造工艺
　　本文认为这种高速高压下操作不产生阻塞、不涂污工件的磨具特性与结合剂材料的玻璃化温度及玻璃化转变完全发生的温度范围(这里被称为玻璃化转变范围)有关。已经证明这种聚氨酯结合剂材料必须具有大于约10℃的玻璃化温度、玻璃化转变范围大于约70℃。它是由以下几种化合物聚合而成：a)含活性氢官能团的短链单体；b)含活性氢官能团的长链二烯预聚体；c)聚异氰酸酯；d)交联引发剂。
　　1. 原料
　　a. 含活性氢官能团的短链单体
　　短链单体的活性氢官能度为2-3，平均分子量小于200。活性氢官能度涉及到分子中的羟基数、胺基数、羧基数及硫醇数，它可以是脂肪族的或芳香族的。比较合适的有二乙醇胺，二乙基甲苯二胺，乙烯乙二醇，戊二醇，辛二醇，和由此形成的混合物。
　　短链单体最好含活性氢官能度为2，由于它在聚氨酯网状结构中不提供另外的交联，因此，不会降低结合剂的弹性。
　　做高交联低弹性的砂轮时，短链单体的平均活性氢官能度大于2，比如三醇或更高官能的多元醇。然而，当这些三醇或更高官能的多元醇在能聚合的混合物中提供的活性氢官能点大于约5%时，制成砂轮的研磨效率(工件切除量与砂轮消耗量之比)降低。因此，通常情况下，短链单体的官能度大于2小于5最好。
　　此外，在聚氨酯网状结构中引入尿结构比较理想，可以在短链单体成分中加入短链二胺。虽然，在这种情况下，最终反应产物是聚脲亚胺酯，但是为简便起见，在这里聚氨酯包括聚氨基甲酸酯和聚脲亚胺酯。
　　b. 含活性氢官能团的长链二烯预聚体
　　此二烯预聚体应该具有平均活性氢官能度为2-3，平均分子量为1000-5000，较合适的由羟基、羧基、硫醇和二胺的二烯预聚体，如聚丁二烯。所有这些二烯预聚体中，平均分子量大约2800，平均活性氢官能度大约在2.4-2.6之间的长链二烯预聚体效果最好。
　　c. 聚异氰酸酯
　　所使用的聚异氰酸酯平均异氰酸酯官能度大约为2-2.3，可以是脂肪族的，环脂族的，芳基脂肪族的，芳香族的，杂环的或它们的混合物，比较合适的材料有：1，6-六亚甲基二异氰酸酯，1，4-环己烷二异氰酸酯，亚苄基二异氰酸酯，二苯甲烷二异氰酸酯，亚萘基-1，5-二异氰酸酯等等，和它们的混合物。
　　d. 交联引发剂：
　　所使用的交联引发剂是一些自由基引发剂，最好是有机过氧化物。合适的有机过氧化物包括：叔丁基过氧化异丁酯，过氧化苯甲酰，过氧化环己酮，过氧化二异丙苯，叔丁基过氧化氢，对-蒎烷过氧化氢等。
　　e. 改性组份：
　　除了以上所规定的成分以外，该反应混合物也可以加入含活性氢官能团的长链饱和预聚体，该预聚体的平均活性氢官能度为2-4，平均分子量为500-4000，比较合适的活性氢官能团长链饱和预聚体是端胺或端羟基的聚四亚甲基醚，它的活性氢官能度为2，平均分子量大约为1250-2000。
　　f. 助剂：
　　在聚氨酯砂轮的制造过程中，可以随意地加入发泡剂、润滑剂、增塑剂、稀释剂、填充剂加强纤维、染色剂和操作助剂。所使用的发泡剂包括水和易挥发的碳氢卤化物液体，它的商业名字叫“氟利昂”。所使用的操作助剂包括钛酸酯偶联剂或分散剂，帮助磨料在结合 剂中的分散，硅表面活性剂改善组织结构和发泡制品的均匀性。
　　g. 磨料：
　　生产磨具所用的磨料包括碳化硅、氧化铝、石榴石、金刚砂、云母、刚玉、石英、金刚石、碳化硼、烧结氧化铝、熔融氧化铝及其混合物。用于木材加工的较理想的磨料是金刚砂和氧化铝，粒度从24号-400号(平均磨粒尺寸从0.710mm-0.038mm)；应用于金属加工较理想的磨料是碳化硅和氧化铝，粒度也是从24号-400号。磨料与结合剂的比例为2：1到4：1。
　　2. 制造工艺
　　短链单体、长链二烯预聚体和长链饱和预聚体以相关的量混合生成玻璃化温度大于10℃，玻璃化转变温度范围大于70℃的可聚合的混合物。短链单体的加入量应能提供50%-85%的无发泡剂活性氢官能点，其他两个长链预聚体提供剩余的15%-50%的无发泡剂活性氢官能点，其中长链二烯预聚体的含量较大，占两个预聚体提供的无发泡剂活性氢官能点的50%-80%。
　　形成交联聚氨酯结合剂的聚合反应可以分两步进行。
　　第一步：聚氨酯软链段的生成，在大约20℃-125℃温度范围内进行。当然，温度的选择取决于反应产物的生成速度和它的物理性能。聚氨酯的生成反应在大约50℃-100℃下进行最好。
　　在这个温度聚氨酯催化剂的使用也很理想。这种催化剂通常用来催化异氰酸酯与活性氢化合物之间的反应。
　　第二步：聚氨酯软链段的交联，同样在较宽的温度范围内进行。温度的选择取决于交联链的量、交联引发剂的分解速度和聚氨酯的热降解性。当使用过氧化物交联引发剂时，交联反应最好在100℃-120℃范围内进行。
　　三、举例说明
　　下面举例说明聚氨酯砂轮的具体制作过程。
　　1. 磨木材用聚氨酯砂轮
　　(1) 配方
　　例1-例8和对比样A-对比样D的配方如下表1：
　　表1
　　例子成分活性氢%
　　重量%
　　例1长链饱和预聚体6.42.89
　　长链二烯预聚体17.69.32
　　2官能度短链单体72.01.46
　　二乙基甲苯二胺4.00.16
　　发泡剂0.06
　　异氰酸酯8.31
　　叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯0.78
　　钛酸酯偶联剂(1)0.17
　　硅氧烷表面活性剂(1)0.44
　　有机叔胺盐和有机金属化合物(3：1比例)0.02
　　C7，C9，C11的二烃基邻苯二甲酸酯1.39
　　磨料(60号/0.25mm)75.00
　　密度(g/cm3)1.28
　　砂轮厚度(mm)50
　　模压时间和温度(min/℃)20/65
　　烘箱固化时间和温度(min/℃)60/110
　　
　　例2长链饱和预聚体10.54.7
　　长链二烯预聚体10.55.73
　　2官能度短链单体73.01.47
　　3官能度短链单体6.00.12
　　发泡剂0.11
　　异氰酸酯8.5
　　2.5-二甲基-2.5-叔丁基过氧化己烷0.12
　　C7，C9，C11的二烃基邻苯二甲酸酯1.65
　　催化剂0.01
　　金刚砂77.59
　　密度(g/cm3)1.39
　　砂轮厚度(mm)25
　　模压时间和温度(min/℃)30/100
　　烘箱固化时间和温度(min/℃)60/150
　　
　　例3长链二烯预聚体30.014.05
　　2官能度短链单体64.01.13
　　3官能度短链单体6.00.11
　　发泡剂0.11
　　异氰酸酯7.78
　　叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯0.82
　　钛酸酯偶联剂(1)0.15
　　催化剂0.01
　　C7，C9，C11的二烃基邻苯二甲酸酯1.44
　　金刚砂74.4
　　密度(g/cm3)1.28
　　砂轮厚度(mm)25
　　模压时间和温度(min/℃)20/100
　　烘箱固化时间和温度(min/℃)60/110
　　
　　例4长链二烯预聚体30.014.05
　　2官能度短链单体70.01.24
　　发泡剂0.11
　　异氰酸酯7.78
　　叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯0.82
　　钛酸酯偶联剂(1)0.15
　　C7，C9，C11的二烃基邻苯二甲酸酯1.44
　　催化剂0.01
　　金刚砂(60号)74.40
　　密度(g/cm3)1.24
　　砂轮厚度(mm)25
　　模压时间和温度(min/℃)20/100
　　烘箱固化时间和温度(min/℃)60/110
　　
　　例5长链饱和预聚体5.62.70
　　长链二烯预聚体15.48.73
　　2官能度短链单体75.01.63
　　二乙基甲苯二胺4.00.17
　　发泡剂0.07
　　异氰酸酯8.90
　　叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯0.78
　　钛酸酯偶联剂(1)0.17
　　硅烷表面活性剂(1)0.44
　　有机叔胺盐和有机金属化合物(3：1)0.02
　　C7，C9，C11混合的二烃基邻苯二甲酸酯1.39
　　金刚砂(60号)75.00
　　密度(g/cm3)1.26
　　砂轮厚度(mm)50
　　模压时间和温度(min/℃)20/65
　　烘箱固化时间和温度(min/℃)60/110