一、前言
　　聚氨酯樹脂砂輪作為彈性拋光磨具已越來越多地應用于各個領域工件的精磨拋光，但由于普通聚氨酯樹脂砂輪在磨削過程中，與高速旋轉的工件表面高壓接觸產生高溫時明顯變軟，導致磨料過早脫落，結合劑粘附于工件表面，產生污點，影響了被加工工件表面的光澤。本文從聚氨酯結合劑的結構及生成原理入手，列舉近三十個配方范例，具體詳細地介紹了無以上缺點的聚氨酯結合劑及砂輪的制造方法。依照此辦法制成的磨具柔軟有彈性抗破裂，在使用過程中與工件表面相吻合，不產生振動痕跡，另外，還具有抗阻塞性能，在高的操作速度和高壓下磨削工件不產生涂污工件和磨具變鈍現象。加工出令人滿意的精密工件。
　　二、聚氨酯結合劑砂輪的原料及制造工藝
　　本文認為這種高速高壓下操作不產生阻塞、不涂污工件的磨具特性與結合劑材料的玻璃化溫度及玻璃化轉變完全發生的溫度范圍(這里被稱為玻璃化轉變范圍)有關。已經證明這種聚氨酯結合劑材料必須具有大于約10℃的玻璃化溫度、玻璃化轉變范圍大于約70℃。它是由以下幾種化合物聚合而成：a)含活性氫官能團的短鏈單體；b)含活性氫官能團的長鏈二烯預聚體；c)聚異氰酸酯；d)交聯引發劑。
　　1. 原料
　　a. 含活性氫官能團的短鏈單體
　　短鏈單體的活性氫官能度為2-3，平均分子量小于200。活性氫官能度涉及到分子中的羥基數、胺基數、羧基數及硫醇數，它可以是脂肪族的或芳香族的。比較合適的有二乙醇胺，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。
　　短鏈單體最好含活性氫官能度為2，由于它在聚氨酯網狀結構中不提供另外的交聯，因此，不會降低結合劑的彈性。
　　做高交聯低彈性的砂輪時，短鏈單體的平均活性氫官能度大于2，比如三醇或更高官能的多元醇。然而，當這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氫官能點大于約5%時，制成砂輪的研磨效率(工件切除量與砂輪消耗量之比)降低。因此，通常情況下，短鏈單體的官能度大于2小于5最好。
　　此外，在聚氨酯網狀結構中引入尿結構比較理想，可以在短鏈單體成分中加入短鏈二胺。雖然，在這種情況下，最終反應產物是聚脲亞胺酯，但是為簡便起見，在這里聚氨酯包括聚氨基甲酸酯和聚脲亞胺酯。
　　b. 含活性氫官能團的長鏈二烯預聚體
　　此二烯預聚體應該具有平均活性氫官能度為2-3，平均分子量為1000-5000，較合適的由羥基、羧基、硫醇和二胺的二烯預聚體，如聚丁二烯。所有這些二烯預聚體中，平均分子量大約2800，平均活性氫官能度大約在2.4-2.6之間的長鏈二烯預聚體效果最好。
　　c. 聚異氰酸酯
　　所使用的聚異氰酸酯平均異氰酸酯官能度大約為2-2.3，可以是脂肪族的，環脂族的，芳基脂肪族的，芳香族的，雜環的或它們的混合物，比較合適的材料有：1，6-六亞甲基二異氰酸酯，1，4-環己烷二異氰酸酯，亞芐基二異氰酸酯，二苯甲烷二異氰酸酯，亞萘基-1，5-二異氰酸酯等等，和它們的混合物。
　　d. 交聯引發劑：
　　所使用的交聯引發劑是一些自由基引發劑，最好是有機過氧化物。合適的有機過氧化物包括：叔丁基過氧化異丁酯，過氧化苯甲酰，過氧化環己酮，過氧化二異丙苯，叔丁基過氧化氫，對-蒎烷過氧化氫等。
　　e. 改性組份：
　　除了以上所規定的成分以外，該反應混合物也可以加入含活性氫官能團的長鏈飽和預聚體，該預聚體的平均活性氫官能度為2-4，平均分子量為500-4000，比較合適的活性氫官能團長鏈飽和預聚體是端胺或端羥基的聚四亞甲基醚，它的活性氫官能度為2，平均分子量大約為1250-2000。
　　f. 助劑：
　　在聚氨酯砂輪的制造過程中，可以隨意地加入發泡劑、潤滑劑、增塑劑、稀釋劑、填充劑加強纖維、染色劑和操作助劑。所使用的發泡劑包括水和易揮發的碳氫鹵化物液體，它的商業名字叫“氟利昂”。所使用的操作助劑包括鈦酸酯偶聯劑或分散劑，幫助磨料在結合 劑中的分散，硅表面活性劑改善組織結構和發泡制品的均勻性。
　　g. 磨料：
　　生產磨具所用的磨料包括碳化硅、氧化鋁、石榴石、金剛砂、云母、剛玉、石英、金剛石、碳化硼、燒結氧化鋁、熔融氧化鋁及其混合物。用于木材加工的較理想的磨料是金剛砂和氧化鋁，粒度從24號-400號(平均磨粒尺寸從0.710mm-0.038mm)；應用于金屬加工較理想的磨料是碳化硅和氧化鋁，粒度也是從24號-400號。磨料與結合劑的比例為2：1到4：1。
　　2. 制造工藝
　　短鏈單體、長鏈二烯預聚體和長鏈飽和預聚體以相關的量混合生成玻璃化溫度大于10℃，玻璃化轉變溫度范圍大于70℃的可聚合的混合物。短鏈單體的加入量應能提供50%-85%的無發泡劑活性氫官能點，其他兩個長鏈預聚體提供剩余的15%-50%的無發泡劑活性氫官能點，其中長鏈二烯預聚體的含量較大，占兩個預聚體提供的無發泡劑活性氫官能點的50%-80%。
　　形成交聯聚氨酯結合劑的聚合反應可以分兩步進行。
　　第一步：聚氨酯軟鏈段的生成，在大約20℃-125℃溫度范圍內進行。當然，溫度的選擇取決于反應產物的生成速度和它的物理性能。聚氨酯的生成反應在大約50℃-100℃下進行最好。
　　在這個溫度聚氨酯催化劑的使用也很理想。這種催化劑通常用來催化異氰酸酯與活性氫化合物之間的反應。
　　第二步：聚氨酯軟鏈段的交聯，同樣在較寬的溫度范圍內進行。溫度的選擇取決于交聯鏈的量、交聯引發劑的分解速度和聚氨酯的熱降解性。當使用過氧化物交聯引發劑時，交聯反應最好在100℃-120℃范圍內進行。
　　三、舉例說明
　　下面舉例說明聚氨酯砂輪的具體制作過程。
　　1. 磨木材用聚氨酯砂輪
　　(1) 配方
　　例1-例8和對比樣A-對比樣D的配方如下表1：
　　表1
　　例子成分活性氫%
　　重量%
　　例1長鏈飽和預聚體6.42.89
　　長鏈二烯預聚體17.69.32
　　2官能度短鏈單體72.01.46
　　二乙基甲苯二胺4.00.16
　　發泡劑0.06
　　異氰酸酯8.31
　　叔丁基過氧化-2-乙基己酸酯0.78
　　鈦酸酯偶聯劑(1)0.17
　　硅氧烷表面活性劑(1)0.44
　　有機叔胺鹽和有機金屬化合物(3：1比例)0.02
　　C7，C9，C11的二烴基鄰苯二甲酸酯1.39
　　磨料(60號/0.25mm)75.00
　　密度(g/cm3)1.28
　　砂輪厚度(mm)50
　　模壓時間和溫度(min/℃)20/65
　　烘箱固化時間和溫度(min/℃)60/110
　　
　　例2長鏈飽和預聚體10.54.7
　　長鏈二烯預聚體10.55.73
　　2官能度短鏈單體73.01.47
　　3官能度短鏈單體6.00.12
　　發泡劑0.11
　　異氰酸酯8.5
　　2.5-二甲基-2.5-叔丁基過氧化己烷0.12
　　C7，C9，C11的二烴基鄰苯二甲酸酯1.65
　　催化劑0.01
　　金剛砂77.59
　　密度(g/cm3)1.39
　　砂輪厚度(mm)25
　　模壓時間和溫度(min/℃)30/100
　　烘箱固化時間和溫度(min/℃)60/150
　　
　　例3長鏈二烯預聚體30.014.05
　　2官能度短鏈單體64.01.13
　　3官能度短鏈單體6.00.11
　　發泡劑0.11
　　異氰酸酯7.78
　　叔丁基過氧化-2-乙基己酸酯0.82
　　鈦酸酯偶聯劑(1)0.15
　　催化劑0.01
　　C7，C9，C11的二烴基鄰苯二甲酸酯1.44
　　金剛砂74.4
　　密度(g/cm3)1.28
　　砂輪厚度(mm)25
　　模壓時間和溫度(min/℃)20/100
　　烘箱固化時間和溫度(min/℃)60/110
　　
　　例4長鏈二烯預聚體30.014.05
　　2官能度短鏈單體70.01.24
　　發泡劑0.11
　　異氰酸酯7.78
　　叔丁基過氧化-2-乙基己酸酯0.82
　　鈦酸酯偶聯劑(1)0.15
　　C7，C9，C11的二烴基鄰苯二甲酸酯1.44
　　催化劑0.01
　　金剛砂(60號)74.40
　　密度(g/cm3)1.24
　　砂輪厚度(mm)25
　　模壓時間和溫度(min/℃)20/100
　　烘箱固化時間和溫度(min/℃)60/110
　　
　　例5長鏈飽和預聚體5.62.70
　　長鏈二烯預聚體15.48.73
　　2官能度短鏈單體75.01.63
　　二乙基甲苯二胺4.00.17
　　發泡劑0.07
　　異氰酸酯8.90
　　叔丁基過氧化-2-乙基己酸酯0.78
　　鈦酸酯偶聯劑(1)0.17
　　硅烷表面活性劑(1)0.44
　　有機叔胺鹽和有機金屬化合物(3：1)0.02
　　C7，C9，C11混合的二烴基鄰苯二甲酸酯1.39
　　金剛砂(60號)75.00
　　密度(g/cm3)1.26
　　砂輪厚度(mm)50
　　模壓時間和溫度(min/℃)20/65
　　烘箱固化時間和溫度(min/℃)60/110