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——李砚咸 高丙元

　　摘要：介绍我国涂附磨具行业的发展概况和存在的问题；阐述了在木材加工中应如何正确选用涂附磨具。

　　关键词：磨削 涂附磨具 砂带

　　“涂附磨具”是砂纸、砂布、砂带等的总称，“涂附磨具”这个名称是20世纪60年代，由英文“Coated Abrasives”翻译过来的。根据我国制订的磨料磨具术语标准，涂附磨具是“用粘结剂把磨粒粘附在可挠性的基材上制成的磨具。”它所以能够在繁多的磨料磨具品种中独树一帜，与砂轮、磨石等固结磨具并驾齐驱，是由于其可挠性基材，使它不同于砂轮等固结磨具的刚性磨削，而具有柔性磨削的特性；同时在应用技术上实现了由主要用于手工打磨向以机械磨削为主的过渡，由此成为磨料磨具产业中发展十分迅速、应用十分普遍的一大类别。

　　基材、磨料和粘结剂是涂附磨具的3大组成部分，称之为涂附磨具的3要素，如图1所示。涂附磨具的基材主要有布、纸、钢纸、布―纸复合基等几种。涂附磨具常用的磨料有刚玉、碳化硅等；磨料除材质不同外，还有粒度的不同。涂附磨具的粘结剂包括浆料、底胶、复胶等，其材料主要有淀粉、动物胶、合成树脂等几种。 

　　涂附磨具的生产过程可分为3大步骤：基材处理、砂卷制造和产品转换。纸基的基材处理根据需要一般在造纸厂进行，只有部分耐水砂纸的基材需要进行耐水处理。布基的基材处理包括烧毛、退浆、水洗、干燥定型、上浆等工序，基材处理的好坏不仅涉及到制造工序，而且还与最终产品的使用性能，如脆性、耐水性、抗张性能、伸长率等有密切关系。砂卷制造工序是涂附磨具生产的核心，包括涂胶、植砂、复胶、干燥、固化、柔曲等。转换工序是将涂附磨具大卷裁剪、制成品种规格繁多的5大类涂附磨具产品，即砂页、砂卷、砂带、砂盘和异型品（包括砂页轮、砂页盘、砂套等）。

　　1涂附磨具发展概况

　　涂附磨具应该说是世界上出现最早的磨具品种，早在13世纪，我国劳动人民就用天然树脂将磨碎的贝壳粘在羊皮上磨东西。1808年欧洲人把熔烧磨细的浮石与漆混合，用刷子涂在纸上而制得了最早的涂附磨具。1844年法国有了制造砂布的机器，开始了涂附磨具的机械法生产。直到20世纪50年代，由于静电植砂研究成功，大量采用人造磨料和人造树脂，开始了涂附磨具的机械化和自动化批量生产；同时在涂附磨具使用上也开始大量应用机械磨削和抛光，来代替手工作业，从而使涂附磨具的发展产生了一个飞跃。到目前为止，世界上生产的涂附磨具品种规格已达4万种以上，所用原料达750种之多，美国和德国涂附磨具的产值已占普通磨具总产值的40％以上。

　　我国的涂附磨具是在解放后才发展起来的，解放前夕全国的砂布砂纸年产量只有几万平方米；解放后，我国的涂附磨具产业有了飞速的发展，其发展大致可以分为3个阶段。

　　第一阶段从20世纪50年代起至60年代末，以页状砂布砂纸为其特征。这一时期是以上海砂轮厂、天津砂布砂纸厂和武汉砂布厂等为行业的代表。1960年，在上海砂轮厂（以下简称上砂）建成了当时我国最宽（1000mm）的平跑式干磨砂布生产线，实现了从基布刮浆开始，直至涂胶、植砂、裁切成砂页的连续生产，当时被称为涂附磨具行业的“印钞机”。1964年，从民主德国引进的悬挂干燥式砂布砂纸生产线在郑州的中国第二砂轮厂（以下简称二砂）建成，这种悬挂干燥的工艺迅速在我国水砂纸生产中推广采用。至1966年我国涂附磨具的年产量猛增到730万m2，总产值达到2000万元以上。

　　第二阶段从80年代初至90年代中，二砂和上砂先后从联邦德国引进了成套涂附磨具生产线，使我国涂附磨具产业实现了质的飞跃。200g/m2以上的布基、纸基、P磨料(2,请在此解释“ P磨料”)、酚醛树脂等新材料，以及基材处理、静电植砂、固化、柔曲和砂带制作等新工艺和新装备均得到应用；砂带、砂盘、钢纸砂盘、砂页轮等新品种不断涌现。这一时期的产品是以二砂和上砂生产的型号为GXK51的全树脂、棕刚玉布基砂卷为代表，它代替页状砂布砂纸，成为我国涂附磨具的主角。这极大地促进了我国机械化砂带磨削工艺在木材工业、机械工业、金属材料工业等行业的应用，特别是木材工业的砂光机有了很大的发展。至1996年，历经30年，我国涂附磨具的年产量翻了10倍，年总产值翻了20倍。

　　第三阶段从20世纪末开始，直至当前。它有如下特征。

　　1）一批产能上规模的民营企业迅速崛起，代替了传统的二砂、上砂等老牌国有企业，成为行业的领头羊。

　　2）混纺布、聚酯布迅速发展，与棉布并驾齐驱，并有逐渐超过棉布的趋势。

　　3）P磨料、碳化硅、煅烧磨料、半脆刚玉、锆刚玉等多种新磨料的出现，取代了棕刚玉磨料一统天下的局面。

　　4）合成树脂代替了动物胶、淀粉，成为原布处理的主要原料。

　　5）多品种、多用途的酚醛树脂打破了牌号为PR281酚醛树脂独霸市场的局面。PR281酚醛树脂是二砂和上砂20世纪80年代引进联邦德国技术时按照联邦德国提供的树脂样品仿制的，从一开始它就没能达到联邦德国原牌号树脂的性能水平。90年代后由于全树脂砂布在全国普遍推广，PR281树脂也得到广泛的生产和应用。目前仍是我国涂附磨具行业中生产量和使用量最大的一种酚醛树脂，但在技术性能上PR281牌号已经成了我国低档酚醛树脂的代名词。

　　6）环氧树脂代替醇酸树脂，成为耐水砂纸的主要粘结剂。

　　7）无纺研磨布、超涂层砂纸、柔软砂布等新产品不断涌现，多品种、多规格代替了单调的GXK51产品。GXK51是二砂和上砂20世纪80年代引进联邦德国技术时的主要涂附磨具品种，90年代末在全国遍地开花，由于各厂所用原材料、装备、工艺等的不同，它的质量也千差万别，目前它几乎也已成了我国低档全树脂砂布的代名词。

　　8）砂带、砂盘、砂页轮、砂页盘等现代涂附磨具大发展，代替了传统的页状砂布、砂纸和耐水砂纸，成为涂附磨具产品的主要组成部分。

　　近年来，虽然受到全球金融危机的影响，但我国涂附磨具仍保持持续增长（见表1）。2008年，我国涂附磨具产值在整个磨具产值中的所占比例达到43.6%。2008年我国涂附磨具的年产量已超过3.5亿m2，年产值达到37.4亿元。在品种上，砂带、砂盘、砂页轮和砂页盘等机械使用的产品产量已达到涂附磨具总产量的35.7%，其产值比重更高达72.1%。我国目前有涂附磨具大卷生产厂家约30个，其中2009年产值超过1亿元的有10家：江苏三菱磨料磨具有限公司（品牌为三菱）、湖北玉立砂带集团股份有限公司（品牌为犀利）、扬中市江南砂布有限公司（品牌为锋芒）、湖北通城县宝塔砂布厂（品牌为宝塔）、淄博四砂泰山砂布砂纸有限公司（品牌为MT）、四川三台县固锐实业有限责任公司（品牌为固锐）、佛山市顺德区小太阳砂磨材料有限公司（品牌为小太阳）、天津高丽研磨有限公司（品牌为高丽）、常州市金牛研磨有限公司（品牌为金牛）和山东博世磨具实业有限公司（品牌为“工字、BOSS”）；有涂附磨具转换厂家（即涂附磨具制品企业）近千家，但一般规模不大，年产值超过1千万元的约100家。2008年出口数量比上年增长11.5%，而进口首次出现负增长，为-5.0%。毫无疑问，我国已经发展成为世界涂附磨具的第一制造大国。当前的问题是我国涂附磨具产品不论从品种上，还是质量上，都不能满足工业发展的需要，在产品的档次上国产品占领的也仅是中低端市场，高端市场基本被进口产品把持，整体上与国际先进水平相比，还有一段距离，需要继续坚持不懈的努力改进。

　　2涂附磨具在木材加工中的应用

　　涂附磨具在木材加工中的应用约占其全部应用领域的30%～40%。 涂附磨具在木材加工中被大量应用于人造板的大平面砂光。根据工艺的不同要求，采用的宽带砂光机类型有有单面式，其磨头可以是1到3个；有双面式（见图2），磨头通常是2到6个，甚至多到8个。前后磨头采用不同粒度的砂带，从而使人造板一次通过，就能完成粗磨、精磨和抛光的要求。

　　在人造板的砂光中，胶合板是比较容易砂光的，一般推荐使用纸基砂带，纸带的强度虽不如布带，但对抛磨量不大的胶合板砂光已经足够；而且纸带平整性好、接头厚度的误差小，砂光后板面细腻，表面质量好；另外，可供选择的规格尺寸也多。目前，采用进口250～350g/m2纸作基带的国产宽幅纸基砂带质量已经过关，完全可以满足胶合板用户的砂光需求。值得提醒的是，由于价格的原因，某些中小规模的胶合板工厂往往选用廉价的GXK51布基砂带，调查表明，采购成本虽降低了，但是由于使用寿命低，砂光后表面质量差，总成本核算却往往是不经济的。至于对生产包装用低档胶合板的厂家来说就又当别论了。

　　对于中密度纤维板和刨花板的砂光，由于其砂光负荷比较大，一般应采用布基砂带。现在我国几个生产砂带的大厂对木材加工使用的混纺布和聚酯布布基处理工艺已取得成效，以聚酯纤维为主的混纺布和全聚酯纤维的厚布基砂带，即Y型布的产品，代表规格是1350×2800mm(宽×长)，已受到普遍的欢迎，并有聚酯化的倾向。如今这类基材的国外产品基本已经被挤出我国市场，只有诺顿（NORTON）的R489等少数几个牌号还有些市场。

　　在磨料选择上，对胶合板和一般木材的砂光，由于其木材硬度不高，比较好磨。推荐采用最普通的棕刚玉，它耐磨性比较好。对于刨花板、中密度纤维板等，由于材料中加入了较难磨的树脂，推荐采用锋利性好，自锐性好，适于非金属材料磨削的碳化硅磨料。刨花板粗砂可用棕刚玉或碳化硅，细砂则以碳化硅为宜；中密度纤维板粗、细砂都用碳化硅为妥；比较硬的木材砂光也应采用碳化硅。

　　目前，在市场上有采用粒度为40#、60#锆刚玉磨料的Y型布砂带进行定厚粗砂光的情况。锆刚玉结晶主要由α-Al2O3和Al2O3－ZrO2共晶体组成，具有很高的韧性和耐磨性，是近20年来发展迅速的一种新型磨料，主要适于高速重负荷磨削和难磨金属材料的加工。现在它所以在木材加工上得到推荐，是由于锆刚玉砂带的耐磨性好，同时这种砂带耐水，允许采取“洗”的办法来消除砂带表面因粉尘积聚形成的堵塞，使砂带能反复多用几次。笔者认为锆刚玉耐磨来源于它在一定压力下的“自锐”，但在中密度纤维板砂光过程中不一定能达到“自锐”所需的磨削压力；同时，如何洗、在洗的过程会不会产生砂带变形、“洗”的人工费用以及锆刚玉砂带的昂贵价格等因素等都需要考虑。因此锆刚玉砂带在中密度纤维板砂光上的应用估计不会成为主流。

　　木制品油漆面的砂光要求极为精细，不仅直接关系到最终表面油漆质量的好坏，而且也会影响昂贵油漆的用量多少。有的用户只考虑砂带价格便宜，而选用低廉的GXK 51布基产品，其实际这种做法是错误的。因为砂带选用不当，抛光后木制品表面摸起来很毛糙，需要耗用更多的油漆，有时高达3倍之多，结果比买好砂带所花的钱还要多。此外这种低廉的布基砂带背面经常会有原布纺织时残留的凸出疵点，会在细砂后的工件表面产生划痕，油漆后将使这些缺陷暴露无遗，需要花费更多的成本返修加工，实在是得不偿失。选用基带平整、粒度恰当、磨料等高性好、磨削锋利的砂带，不但可减少砂光工序的道数，而且砂磨后工件表面摸起来像水一样平滑、舒服，耗用油漆量显著减少。因此建议木制品油漆面采用纸基砂带。我国几个大厂的纸基砂带制造技术已趋于成熟，完全可达到油漆面抛光的理想要求。

　　我国近年发展比较快的超涂层产品，特别是150#～800#纸基砂带超涂层产品，克服了油漆面砂光时砂带容易堵塞的问题，已得到了普遍应用。国外将超涂层产品称之为No-Fil磨具，超涂层是在复胶干燥完成以后的再涂层，而不是二次复胶。超涂层的主要原理是具有特殊功能的填料，在磨削过程中会发生一定的化学反应，有助于解决表面堵塞、静电吸附、表面散热、工件烧伤等方面问题，从而改善磨削条件，提高磨削效率。它在现代涂附磨具生产技术中占有突出的地位。超涂层有油性和水性两种，水性的或偏水性的价低、砂光锋利、环保；而油性的、偏油性的能在比较大的压力下应用，耐用度好，适宜砂光比较硬的漆面，在使用后期更具有优越性。

　　家具、乐器、木质工艺品等异形曲面的砂光，是涂附磨具区别于其他磨具在应用上大放异彩的一个方面，它突出发挥了涂附磨具的可挠性和柔韧性的特性。所采用的涂附磨具磨削方式和涂附磨具品种很多。图3所示的砂页轮和砂页盘是由许多矩形砂布片牢固地粘结固定在有中心孔或中心轴的基体上，由此制成的一种盘状或轮状的涂附磨具。图4所示的砂光专用接触轮或压磨块外形是按零件的曲面形状加工的，使砂带能对工件曲面进行吻合式砂光，典型地展示了涂附磨具的柔软性。图5是将一种柔软的短砂带套在充气使其张紧的气鼓上，依靠气鼓的弹性和旋转来抛光木制品的曲面。

　　无纺布基磨具（即工业百洁布）在2010年的科隆国际五金展上，几乎所有的涂附磨具展台都有展示，是值得重视的新产品。这种产品（见图6）是以特殊纤维构成的无纺布为基材，再粘结磨料而制成的具有开放式网状结构的一种磨具，可以制作成砂页、砂带、砂辊、砂页轮等多种形式。由于其独特的弹性三维网状结构，能够快速有效地改善被加工工件表面质量，而不会改变被加工工件的外观形状和尺寸；能有效地散热，避免了工件由于过热而引起的变形和变色。它还具有极强的耐水、耐油和防堵塞作用。

无纺布基磨具应用方便、快捷、高效、砂纹效果清晰，极大地简化了表面处理的繁杂度，在木材加工中不仅用在家具“犄角旮旯”异形面的抛光：也被用于人造板表面的最终抛光（见图7）。据国外资料介绍，工作宽度从1300mm至3200mm,粒度为220#～240#的无纺布抛光辊，抛光人造板的使用寿命可长达200～400万延长米，使用成本仅相当于同粒度砂带的10%～15%，更可为下道工序节省30%的油漆用量。它与砂纸比较，其清洁作用强些，磨削作用弱些。目前无纺布基产品主要是韩国和台湾的产品，国产的近年来进步虽不小，但在磨料分布均匀性，产品柔韧性、弹性等方面还有差距。

　　3涂附磨具在我国木材加工应用中存在的问题

　　我国的涂附磨具经过近30年的发展，不但在产量上有了很大的提高，质量、品种也有了长足的进步。其中一个标志就是在20世纪90年代全国争相生产的GXK51产品，现在已是低档产品的代名词；大小企业都正积极更新设备，采用新材料，引进和创新工艺技术，许多厂已推出了一系列质量稳定性好的的新品种正在接受不同用户、不同磨削条件的考验，已经成为或者正在逐步成为我国涂附磨具的名牌产品。但是当前涂附磨具在木材加工应用中还存在些问题。

　　3.1低价恶性竞争影响了行业水平的提高

　　我国的涂附磨具市场严重存在着低价恶性竞争。GXK51产品，甚至一些质量十分低劣的GXK51产品，凭借价格低廉到处泛滥，扰乱市场，使一些厂推出的较上档次的新产品难以推广应用。造成这种现象的原因与涂附磨具生产能力过剩有关，是近几年盲目上生产线导致的恶果。如今总生产能力大大超过了市场需要，除几个大厂以外，其他工厂生产都不饱满。一些企业主花了几千万上生产线，却没有精通技术和管理的人才，没有过硬的产品，没有技术优势，无法在质量上、品种上进行竞争，为了生存，只有拼价格。

　　3.2涂附磨具质量的稳定性低影响了用户的信任度

　　必须承认我国涂附磨具产品质量的稳定性比起国外先进产品确有差距，如果说人家有1%～2%的不稳定性，我们就有5%～6%。一旦砂带质量出现问题，就会在砂光时出现砂带折皱、或出现断裂卷入机器，造成贵重机器的损坏。另外，特别要提到中/高密度纤维板最后砂光工序采用的150#、180#砂带，其质量稳定性直接决定了最终产品的质量。由于国产布基砂带平整性、磨料粒度一致性和静电植砂均匀性等的稳定性较差，或者砂带在磨削过程中出现局部掉砂，使原本正常生产过程突然造成批量性的质量缺陷，致使产品降等，甚至报废。这将中断用户的规模化连续生产，造成停产损失和返工麻烦。所以用户一般不会将已用惯的进口砂带轻易更换为国产砂带。国产涂附磨具质量稳定性问题是由于生产装备、原材料、质量检测的手段和人员素质等诸多问题造成的，其中最主要的原因可能是原材料选择把关不够严格，检测不严格，致使不合格的原材料投入生产。现在我国虽有几款较好的砂带产品，可是用户对其稳定性仍存疑虑。因此使不少用户走上极端，要好的就用国外产品，一般的就用便宜产品，造成国产的中/高端砂带的发展面临困境。目前，部分实力强的涂附磨具制造厂仍坚持发展国产中/高端产品，不断提高自身产品质量和稳定性，以期逐步建立市场的信任度，这是企业是涂附磨具产业的脊梁。

　　3.3砂带使用寿命和磨削效率需要建立权威性的评价机制

　　当前人造板行业随着产能规模的扩大，期望砂带厂能提供一个稳定的使用寿命参考值，从而可实行砂带的定期更换，以减少产品的降等率，并使砂带得到充份利用；家具行业则随着工人工资的提高，越来越重视涂附磨具产品的锋利性，因为它关系到生产效率，所以家具厂对于砂带的要求，趋向于在兼顾耐磨的条件下，追求砂光效率第一。

　　然而如何规范和公正地评价砂带的磨削效率、使用寿命和稳定性，向用户推荐性价比真实的砂带产品，缺乏权威的声音，都是“王小二卖瓜，自卖自夸”，缺乏对用户的影响力。为此建议由涂附磨具协会和木材加工业有关协会联合组织专业人员，共同进行砂带的用户试验。可以选择一家管理规范的木材加工厂，由各家砂带生产厂自愿提供砂带，进行砂光试验，由此来确定砂带的使用效果；对经试验证实是性价比高的砂带，公布其各项数据，推广使用。这将会使那些粗制滥造、假冒伪劣的产品面临灭顶之灾。木材加工工厂也可以和砂带生产厂签订协议，建立质量联盟，长期合作。以这样的方法来推广好的产品，逐渐淘汰劣质产品

　　3.4磨料粒度的不统一使用户感到困惑

　　磨料加粗是国内砂带行业目前普遍存在的一种怪现象，即产品标注的粒度是80#，其实使用的是60#磨料，甚至更粗，或者既不是80#，也不是60#，名其为企业标准，而且各个工厂都不一样。实际这是由行业的恶性竞争造成的，借此标榜自己的产品比其他同粒度砂带磨削效率高，可如今这种极不正常的怪现象一下子还改不过来。它造成了国内各厂家的产品粒度不一，国内和国外的产品粒度不一，给用户造成了很大的困惑。涂附磨具行业的标准化组织和协会需尽快采取一定的措施，抓紧解决。否则一种规格磨料所包含的粒度组成范围太宽，势必会造成磨粒粗细不均，致使磨具表面不平整，这样的磨具不可能好用，只会被淘汰。

　　3.5宽幅砂带的制造正在取得成效

　　近年来，人造板行业使用8呎幅宽（2440mm）砂光机的用户不断增加，因此要求我国的涂附磨具行业能够提供宽2m以上的砂带产品。目前，我国最宽的生产线只能提供宽度1650mm的涂附磨具大卷。在使用的砂带宽度大于涂附磨具大卷宽度时，涂附磨具行业一般采用多接头转换工艺来制造超宽砂带。采取这种工艺制造超宽纸基砂带是没有问题的，问题是布基砂带。我们一般采用的布都是经向强度大（可以达到2500N/5cm）、纬向强度小（只能达到1100N/5cm），经过原布处理后仍然如此，而且多接头砂带的纵向实际既不是布基的经向，也不是它的纬向，而是斜向（根据不同的宽度要求及接头的数量有不同的角度）。由于布基的经纬交织结构，其斜向的强度不但比经向低，而且比纬向还低，同时斜向的伸长率却又是最高的。现在的关键，一是要求纺织厂提供的布基强度不但足够高，而且纬向和经向强度应趋于一致；二是这种布基经过处理，其斜向的强度和伸长率都应符合超宽砂带产品的要求。这种试制目前已经开始，有几个大厂采用聚酯布基生产的几个牌号砂卷已经达到要求，同时有几个转换工厂也制造出了符合用户要求的布基超宽砂带，试验取得了一定成效。

　　（本文转载于《中国人造板》杂志2010年12期）



　　作者简介：

　　李砚咸：1964年毕业于湖南大学化学系，一生从事涂附磨具的技术和研究工作。高级工程师，中国机械工业科技专家。2001年退休，2006年创办郑州磨料磨具技术信息咨询有限公司，2009年应邀到涂附磨具分会工作，任会刊“中国涂附磨具”主编。

　　高丙元：1995年大学毕业，经济师，上海五子方磨具有限公司董事长。