百叶片用网布基体性能研究

陈琳 董光

摘 要：百叶片称为强力弹性磨盘，是涂附磨具转换制品中的一个品种，企业中生产百叶片过程中多采用的网布基体（网盖）以玻璃纤维布为主要材料，经过酚醛树脂浸渍之后烘干、叠层、裁剪、烧结成型而制成的玻璃纤维网盖，在产品生产过程中会出现两种产品失效模式，基体爆盖和基体分层。本文旨在如何解决这些工艺问题，可以通过对酚醛树脂胶液配方的改进稳定网布的生产工艺，提高产品性能。

关键词：百叶片;酚醛树脂;产品性能

1 酚醛树脂胶液

（1）酚醛树脂概述。酚醛树脂[1]是世界上最早实现工业化的合成树脂，迄今已有近百年的历史，产品涉及木材粘接、模塑料、摩擦材料、绝缘制品、涂料、油墨、铸造等领域。由于酚醛树脂具有优异的耐腐蚀性、机械性、电绝缘性、成型加工性、阻燃性、尺寸稳定性及低毒雾性、价格低，针对其生产工艺和设备方面的要求比较简单，因此在各个工业领域中都发挥着特别重要的作用，是不可缺少的高分子材料。但酚醛树脂结构中存在易氧化的酚羟基和亚甲基，当使用温度超过200℃时，会出现严重的热分解现象。另外，由于亚甲基相连的刚性芳环的紧密堆砌，使酚醛树脂基体较脆，而且热固化时由于水分蒸发出现的微孔进一步降低了其拉伸强度和韧性限制了树脂结合剂百叶片的使用，因此，制备高性能的酚醛树脂非常必要。

（2）水溶性酚醛树脂。水溶性酚醛树脂的制备过程简单，易于操作，使用水溶性酚醛树脂作为摩擦材料黏接剂，水溶性酚醛树脂的最大特点就是以水代替大量的有机溶剂，简化了生产工艺，可减少或消除溶剂的污染与浪费，有利于环境保护，并且可降低生产成本[2]。在制备摩擦材料时，可以现配现用，安全环保。

（3）热固性酚醛树脂。热固性酚醛树脂自身的体积密度比较大，其浸润能力特别强，气孔率低，所以其优点突出，具备稳定的尺寸，并且在耐热、阻燃、防腐蚀、电绝缘方面具备良好的性能，易于保存且保存时间较长，热固性酚醛树脂在15℃～20℃下可保持三个月，在各领域得到广泛的应用。

1）热固性酚醛树脂的合成。在碱性物质（NH4OH、NaOH或NaCO3等）的催化下，采用甲醛与苯酚的摩尔比大于1，反应生成热固性酚醛树脂、其反应过程如下：催化剂采用碱性的物质使其反应介质的pH大于7，苯酚和甲醛发生第一次加成反应后得到的反应物是一羟甲基苯酚。因为在室温环境下，酚醇存在于碱性环境中是相对稳定的，苯酚上的氢和一羟甲基苯酚中的羟甲基发生反应的速度比甲醛与苯酚的邻位和对位上的氢的速度小，所以一羟甲基苯酚进一步缩聚的可能性较低，因此只能發生反应生成二羟甲基苯酚和三羟甲基苯酚[3]。2）热固性酚醛树脂的固化。热固性酚醛树脂只需要在加热条件下，酚轻基之间发生缩合固化反应，可以不需要添加固化剂。当其在酸性介质中或者是加热状态下，促使甲阶树脂可以逐渐转变为乙阶树脂，然后进一步变为丙阶结构（其状态是不溶不熔）。在经过甲阶树脂逐渐转变为丙阶树脂的固化过程是甲基和苯环上的氢发生缩聚反应生成亚甲基键和副产物水的反应来完成的。

（4）玻璃纤维增强树脂基复合材料。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。成分为二氧化硅和多种金属氧化物。玻璃纤维的优点包括具有较高的拉伸强度，冲击强度和弹性系数高;耐热性和烧蚀性能好;尺寸稳定性佳;价格便宜等。玻璃纤维属于近现代纺织品，具有一般纤维不具备的各种优势，在高科技或特殊领域有着非常广泛的应用，发展速度也远远超过了一般的纤维。目前玻璃纤维在增强聚丙烯、橡胶、酚醛树脂、聚酯、各类建筑建材等体系中均发挥着重要作用[4]。

目前较多采用玻璃纤维增强的热固性树脂主要包括酚醛树脂、环氧树脂不饱和聚酯等。玻璃纤维能够大幅改善酚醛树脂的机械性能，在多行业的应用都非常广泛。

2 百叶片网布基本生产流程

3 实验部分

（1）材料准备。PF2550酚醛树脂胶液，PF4401酚醛树脂透明片状，“黑胶”液体，“黄胶”液体，无水乙醇，FDT-1504石油产品密度测定仪，玻璃浮计，GSP医药专用箱。

（2）酚醛树脂胶液的制备。酚醛树脂胶液的配制：PF2550酚醛树脂胶液200 kg（水溶性酚醛树脂，pH弱碱，用于原材稳定可控），PF4401酚醛树脂透明片状175 kg（热固性酚醛树脂，原材料稳定可控），“黑胶”液体360 kg（乙醇溶解边角料烧结后的树脂），“黄胶”液体360 kg（乙醇溶解边角料烧结后的树脂），通过对酚醛树脂胶液配方的改进能稳定及提高网布的生产工艺。

（3）性能测试。1）针对黑胶”液体测试：收集8～10批次自制的黑胶液，从树图中四个维度指标来记录数据，数据中包括温度/胶液温度/固含量/pH/密度/粘度。2）同理，针对“黄胶”液体测试：收集8～10批次另采购的黄胶液，从树图中四个维度指标来记录数据，数据中包括温度/胶液温度/固含量/pH/密度/粘度。3）针对混合后的树脂胶液测试，收集10～20批次的混合后的胶液，记录温度/胶液温度/固含量/pH/密度/粘度。4）通过测试对比之后发现原材料稳定可控，采用温度-粘度-密度实验方案，考察胶液随着温度-粘度变化趋势，调节方法是加胶或乙醇使每批次的胶密度/粘度稳定，加氨水调pH值。

（4）结果与讨论。实验从12℃开始做起，一直做到40℃。每隔5℃左右测试一次。低温时利用医药专用箱降低温度进行测试，超过20℃时采用密度测定仪进行测试，测试的结果总结如下：1）纵向进行分析，从同一种胶的方向看，随着温度的升高密度逐渐降低。2）从横向看，三种胶中混合胶的密度最大，其次是黑胶，密度最小的是黄胶。3）从结果上来看，温度从10℃至40℃，横跨30℃，三种胶密度变化。

温度设定23℃，黑胶的量为350 mL，向黑胶中逐步加入酒精的量，每次加入量为10 mL，测试酒精对黑胶的影响程度，从测试发现酒精对密度影响比较大。

4 结论

百叶片的网布基体受酚醛树脂胶液（混合胶）影响比较大，当前网布基体旋转是20 000 rpm～22 000 rpm，企业生产过程中不同批次的胶液质量不同，生产现场操作过程中采用密度计（玻璃浮计）的测试准确快速获得其密度，然后根据密度温度曲线，选择合适的温度下的密度，因为其受酒精添加量的影响比较大，可通过酒精、胶液的添加来调节密度稳定胶液的性能从而稳定百叶片的质量。

参考文献：

[1]范准.酚醛树脂合成新工艺及应用[D].长春：长春工业大学，2017.

[2]朱永茂.国外酚醛树脂及塑料工业进展热固性树脂[J].2006.

[3]欧亚男.酚醛树脂胶粘剂低温快速固化研究[D].北京：北京林业大学，2007.

[4]张洪涛，黄锦霞.水性树脂制备与应用[M].北京：化学工业出版社，2011.