耐水PVA磨具是日本原創產品，上世紀八十年代，國內最先用于精磨磁頭。深圳、蘇州、成都、寧波等地都建有磁頭廠，起初就是為了滿足這些廠家的國產化需求，第二砂輪廠才開始進行這項研究。當時最好用的是日產FBB砂輪，密度在0.8g/cm3左右。這項技術擴散后，國內相繼建了多家磨具廠，專門生產磨磁頭砂輪。但總體水平偏低，磨具性能調整范圍有限，僅僅是在內銷磁頭生產上部分替代日產砂輪。近年來，隨著電子技術的迅速發展和國內外制造水平的日益提高，各種新型耐水PVA磨具，尤其是低密度產品不斷涌現，國內需求十分旺盛。而按照原來的那些制造技術，要獲得低密度產品，只能通過調整砂結比來實現，這樣勢必造成磨具的磨削能力和磨削效率低下，“蹭大于磨”，增加磨削熱。很顯然，要想改變這種落后狀況，很有必要對耐水PVA磨具制造過程再做進一步的深入研究。
　　
　　1、耐水PVA磨具的性能特點
　　
　　理想的耐水PVA磨具，具有大量類似于海綿結構的豐富的微氣孔，有很好的彈性及吸水性。作為“彈性水磨石”，耐水PVA磨具強度高，發熱少，散熱快，能避免研磨產生的高溫，不易燒傷工件，能防止出現螺旋形燒傷、花斑和振紋；耐磨性強，鋒利度好，具有磨削刃前角變動的能力，自銳性優異，磨削阻力均勻，磨削過程中不需要修整磨具，不會產生粉塵污染。特別適宜于不銹鋼、有色金屬和硬質合金等熱敏材料的的精磨、超精磨和鏡面磨削。
　　
　　2、技術要素分析
　　
　　耐水PVA磨具制造技術的關鍵在于準確控制磨具的氣孔率和砂結比，調整縮醛化速度。
　　
　　砂結比控制的難點在確定PVA和熱固性樹脂的添加比例上，比例過大，耐水性能不好，結合不牢；比例過小，漿料難以混勻，甚至會出現凝聚沉淀。選用和PVA溶液混和性能好、互溶比例范圍變化大的熱固性樹脂，是解決這個技術難題的有效辦法。據資料介紹，目前國外已經成功使用的熱固性樹脂有酚醛樹脂、環氧樹脂和氨基樹脂。
　　
　　磨具的氣孔率是依靠機械攪拌混入空氣和添加發泡劑產生氣孔兩種工藝方法來保證的。密度較大的磨具一般只通過調整攪拌速度和攪拌時間直接控制。攪拌速度越快，攪拌時間越長，漿料中的泡沫越多，孔徑越小，分布越均勻，制品的氣孔率就越高。對于那些密度較小的制品，則要添加化學發泡劑。通過發泡引入足量氣體，在縮醛化成型之前采取機械打泡方法調整氣泡大小和泡沫均勻度，再選擇合適的縮醛化反應條件，從而控制成品密度和泡孔結構。發泡劑的加入量要準確控制，太少，制品成閉孔結構，影響磨削效果；太多，則泡孔大小不一，制品的強度降低，會使磨粒產生不均勻脫落。一般控制在磨料質量的5%以內。另外，要制得密度足夠小的制品，還需要在漿料混制過程中多添加一定量的水，同時加入增稠劑、觸變劑、泡沫穩定劑等混合助劑來提高漿料體系的穩定性。因為增加水量后，漿料變稀，磨料易沉降分層，泡沫不穩定。泡沫本來就是熱力學不穩定體系，泡膜排液和泡內氣體擴散均會導致泡膜破裂，氣泡聚并，嚴重時甚至會塌泡。增加混料溫度和延長攪拌時間，會使漿料混制得更加均勻，而漿料攪拌的越均勻，磨料顆粒越能穩定地懸浮在漿料中。
　　
　　PVA縮醛化是一個相對緩慢的過程，在低于50℃的條件下，大約需要反應近40小時，縮醛化度才能達到60－70%。升高溫度，可縮短縮醛化時間。提高縮醛化度，可增加產品的脆性，降低彈性。為保證磨具制品具有適度彈性，一般縮醛化度控制在70%左右。另外，初始縮醛化溫度過高，泡內氣體膨脹，使泡壁變薄，彈性降低，排液速度加快，出現破泡，小泡并成大泡，致使氣孔結構和分布發生改變，不易得到組織均勻的產品。初始縮醛化溫度過低，縮醛化速度太慢，易出現磨料顆粒沉降分層，低密度的氣泡上浮，同樣不能得到氣孔均勻的制品。而且低溫時間也不能過長，否則泡孔易固定成閉孔結構。閉孔結構的制品，冷卻液不易浸透，潤滑及冷卻效果不好，磨削不易均勻。總之，要控制好適當的初始反應溫度，既不使泡孔過早破泡、并泡，又要使泡孔在均勻狀態下相對固定，然后再適時升高溫度，使相對固定的泡孔破裂，形成開孔結構，得到上下密度均勻的制品。
　　
　　酸和醛的加入量不能少于配方要求，過多則是浪費。催化劑用量小，反應速度慢，縮醛化時間長，縮醛化度低。催化劑用量增大，縮醛化反應速度初期增加很快，中后期則漸趨于平緩，產品的縮醛化度隨之增大。甲醛用量對縮醛化反應速度及產品縮醛化度的影響類似于酸催化劑，即體系中的甲醛濃度越高，初期反應速度就越快，中后期則基本不變，縮醛化度同樣也隨甲醛濃度的增加而提高。酸催化劑、甲醛的用量過小、過大都會破壞漿料體系的平衡。過小時，反應速度太慢，漿料會因凝固時間過長出現濃度梯度，嚴重時甚至會沉降分層；過大時，由于反應速度太快，熱固性樹脂的固化反應速度大于PVA的縮醛化反應，同樣會因樹脂的聚沉而出現沉降分層。另外，酸催化劑、甲醛的用量越大，水洗難度越大，不但增加成本，不易回收，又污染環境，而且如果水洗不凈，還會腐蝕制品表面，輕者產品兩面顏色不一致，影響美觀，嚴重時制品表面會因腐蝕而變黑。
　　
　　干燥過程是磨具濕坯體內水分排出蒸發的過程。其中，水分自濕坯體內部移向坯體表面，稱為內擴散；濕坯體表面的水分吸熱汽化，蒸發到大氣中，稱為外擴散。初始干燥溫度過高，外擴散速度大于內擴散速度，會導致坯體因收縮不均而變形，嚴重時會造成裂紋廢品。根據不同階段坯體含水量的變化和內外擴散速率的大小，控制干燥濕度，采取分段升溫的措施，在保證干燥質量的前提下，縮短干燥周期。在干燥完成后，繼續升溫至適當的溫度，使坯體內的樹脂結合劑完全硬化。硬化階段升溫速度太快，最終溫度過高，都會影響磨具品質。
　　
　　3、研究成果
　　
　　本項研究在磨具密度、硬度控制上取得技術性突破，掌握了制造耐水PVA磨具的核心技術。確定了穩定的生產工藝和密度為0.4-0.8g/cm3的低密度耐水PVA磨具產品配方。能夠根據用戶需要，采用不同的磨料材質、磨料粒度制造出不同硬度和密度的耐水PVA產品。產品的磨削性能明顯高于國內現用產品，經多家用戶使用，完全能取代日本進口磨具。
　　
　　4、應用前景
　　
　　耐水PVA磨具取代傳統的拋光研磨材料，廣泛應用于有色金屬、硬質合金和各種非金屬材料的精密磨削，特別適用于對磨削熱要求嚴格的磨削工序和磨削對象。常用的磨削工序和磨削對象有：照相印刷鋅板、鎂板的鏡面磨削；不銹鋼表面拋光；薄銅面的去除氧化皮、研磨、拋光；銅帶、鋼帶的表面拋光；不銹鋼餐具、手表表殼和不銹鋼管材等其他不銹鋼工件的研磨及鏡面拋光；坡莫合金、銅鉻合金、鎂鋁合金材料的精磨和拋光；復印機輥筒、印刷銅輥以及錄放音磁頭、刷卡磁頭的精磨；IT行業PCB/CCL壓合板、電腦硬盤內的鋁質盤片的精磨和拋光；顯像管玻殼和LCD平面、硬質合成樹脂、光學玻璃、眼鏡鏡片、印刷用橡膠輥、高檔皮革、玉石、象牙、工藝陶瓷、微晶玻璃等非金屬材料的精磨和拋光；計量儀器刻度修正、美容刀超精磨、微型精密軸承的滑動面精磨、汽車減震桿的超精磨、各種軸承插梢、壓縮機內傳動軸及各種模具加工等。（文/郭立云）
　　
　　作者簡介
　　
　　郭立云，男，漢族，磨料磨具高級工程師。1965年1月出生，河南項城人。1985年湖南大學有機化工專業畢業，大學本科學歷。1985-2000年在白鴿集團有機公司、技術開發處、技術中心分別擔任助理工程師、工程師和高級工程師。獲河南省科技進步三等獎1次，河南省機械工業科技進步一等獎2次、二等獎1次，鄭州市科技進步二等獎1次。主要從事磨料磨具產品開發、生產指導和技術轉讓，并擔任企業常年技術顧問。精通樹脂磨具制造技術和生產工藝，對砂輪配方設計和樹脂結合劑的選用及改良改性有深入研究。
　　博客：http://blog.sina.com.cn/guelijun
　　
　　來源：《磨料磨具》