1、前言

光學(xué)加工高效生產(chǎn)用研磨拋光材料的超精磨片、拋光片，是用于光學(xué)零件研磨及拋光的工藝性材料。其基本組分分別以金剛石微粉或氮化硼、碳化硼微粉及氧化鈰或氧化鐵拋光粉為磨料，加入無機(jī)填料及其他助劑，借助膠粘劑將其粘接起來，并經(jīng)冷壓成型后固化處理，使其成為具有一定形狀的研磨拋光材料。膠粘劑在研磨拋光過程中起粘接支撐磨料的作用。

穩(wěn)定、持續(xù)的研磨拋光能力，除與光學(xué)加工銑磨以及超精磨工藝、拋光工藝的成熟和所達(dá)到的精度相關(guān)外，粘接研磨拋光材料使用的膠粘劑及用量最為重要。其用量又與膠粘劑的形態(tài)有關(guān)。借助溶劑配制成膠粘劑溶液，才有可能在研磨拋光材料中用較少量的膠粘劑，并做到使膠液均勻地分散、制作出表觀質(zhì)量和使用性能都好的超精磨片和拋光片。

2、膠粘劑及其形態(tài)的選擇

膠粘劑的選擇與用量的確定，主要依據(jù)以滿足成型的加工工藝要求，并賦予研磨材料一定的強(qiáng)度、耐磨性、自銳性和硬度等性能進(jìn)行選擇。膠粘劑用量與膠粘劑的形態(tài)有關(guān)，如用固體粉末或黏稠態(tài)的膠粘劑，必須加入較多的膠才能滿足成型料的配制及成型加工工藝，以制得質(zhì)量較好的超精磨片和拋光片。

通過多年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，研磨材料使用的膠粘劑，用單組分環(huán)氧樹脂膠或熱塑性酚醛樹脂較好;拋光材料使用的膠粘劑以熱塑性酚醛樹脂或天然的紫膠樹脂，并借助適當(dāng)?shù)娜軇┡渲瞥赡z粘劑溶液使用比較合適。

2.1　環(huán)氧樹脂膠粘劑

作為研磨拋光材料膠粘劑的環(huán)氧樹脂，主要是雙酚A縮水甘油醚型。為了提高磨料和填料在超精磨片及拋光片中的填充量和分散性，一般是用黏度低、流動(dòng)性好的液體環(huán)氧樹脂，并使用反應(yīng)熱小、適用周期長(zhǎng)、毒性低的固化劑。在環(huán)氧樹脂膠料中添加鈦偶聯(lián)劑后，能顯著降低磨料和填料造成的高黏度，并進(jìn)一步提高成型料中磨料和填料的填充量和分散性。但上述環(huán)氧體系僅能采用澆鑄成型工藝。從研磨拋光材料的工藝性能來看，其樹脂含量仍偏高，溫度特性變化大、彈性高、自銳性能差，加工的拋光材料不能做到清水拋光，僅可用作高速拋光的拋光膜層材料。

為改善制品的成型性能，改用了潛性固化環(huán)氧樹脂。即由液體環(huán)氧樹脂、潛性固化劑、促進(jìn)劑等配制而成的單組分膠粘劑。使用前用丙酮稀釋至一定濃度再配制研磨拋光材料，用較少的膠就可以達(dá)到較好的粘接效果。另外，采用冷壓成型工藝加工的超精磨片或拋光片較澆鑄成型的制品受溫度的影響小、尺寸穩(wěn)定性好、自銳性能好，加工的拋光片可以做到清水拋光。

潛性固化劑在常溫下短時(shí)間不溶于環(huán)氧樹脂及常用有機(jī)溶劑中，提高溫度才能使其逐漸溶解于環(huán)氧樹脂中，并隨之開始交聯(lián)固化。

2.2　酚醛樹脂膠粘劑

 用作粘接研磨拋光材料的膠粘劑，主要是熱塑性酚醛樹脂，即苯酚甲醛樹脂或聚酚醚樹脂(新酚樹脂)。用無水乙醇為溶劑與其配制成樹脂溶液，加入可與之反應(yīng)的多聚甲醛或六次甲基四胺等變定劑后，則縮聚反應(yīng)又能繼續(xù)進(jìn)行，直到形成體型結(jié)構(gòu)的聚合物。用于粘接磨料和拋光材料的物質(zhì)，一般采用六次甲基四胺固化熱塑性樹脂，這是因?yàn)樵摌渲阌诶鋲撼尚?，固化時(shí)不放出水，制品的剛性好。

2.3　縮醛樹脂膠粘劑

 縮醛樹脂即聚乙烯醇縮醛，它是熱塑性線型高分子化合物，其分子結(jié)構(gòu)中除不同含量的縮醛基外，尚含有部分羥基以及少量的乙酰基。其中所含的極性基團(tuán)，賦予膠粘劑很好的化學(xué)活性和很好的粘接性。因此，聚乙烯醇縮醛的性能與這些基團(tuán)的含量有關(guān)。

 聚乙烯醇縮醛在不添加其他化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行改性時(shí)，它仍保持熱塑性樹脂的性能。所以，用聚乙烯醇縮醛(主要是聚乙烯醇縮甲醛或聚乙烯醇縮丁醛)粘接的拋光片，經(jīng)冷壓成型，固化處理后，其樹脂仍保留熱塑性的特點(diǎn)。

2.4　紫膠樹脂膠粘劑

紫膠樹脂(又名蟲膠樹脂)是一種紫膠蟲寄生在某些樹種的枝條上，吮吸樹汁后分泌出一種紫紅色有黏性的天然樹脂，它的主要組成物質(zhì)是由一些羥基酸的內(nèi)酯構(gòu)成的固體溶液，是多種不同羥基酸的聚酯混合物。一般認(rèn)為是由羥基脂肪酸和半萜酸構(gòu)成的一個(gè)具有彈性的格網(wǎng)，空隙中含有蠟酸酯及游離蠟酸等一些低分子脂肪酸酯的混合物，其中某些低分子脂肪酸起一定內(nèi)增塑的作用。

經(jīng)加工后的紫膠樹脂具有熱塑性及熱固性的雙重性能，因此，其熱性能比較突出。在常溫下是固體，其軟化溫度為72～75℃，一般加熱到70℃以上時(shí)開始軟化，隨著溫度升高逐漸熔化，冷卻后恢復(fù)固體狀。其熱塑性或熱固性主要取決于加熱溫度對(duì)它聚合作用的影響。溫度低于110℃基本上是熱塑性的;溫度升高到120℃以內(nèi)聚合作用很慢，當(dāng)溫度高于120℃至135℃時(shí)，其由熔隔態(tài)迅速變稠，失去流動(dòng)性，最后聚合成一種硬化的不溶不熔物。此過程呈現(xiàn)熱固性;紫膠樹脂在加熱聚合過程中伴有脫水現(xiàn)象，這可以看成是紫膠樹脂分子結(jié)構(gòu)中的羥基與羧基的相互反應(yīng)、縮聚成高分子聚酯，這種縮聚反應(yīng)在通常情況下是不可逆的?？s聚反應(yīng)可示意為：紫膠樹脂受熱逐漸聚合，其物理化學(xué)性質(zhì)也隨之發(fā)生變化。利用這種特性，在加工光學(xué)拋光片時(shí)可根據(jù)光學(xué)零件的性質(zhì)和硬度，選擇適當(dāng)?shù)募訜釡囟仁棺夏z具有熱塑性或熱固性。通常，縮聚反應(yīng)溫度低于110℃，因此，用于粘接拋光磨料的紫膠樹脂仍具有熱塑性和酸性樹脂的特點(diǎn)，以制得質(zhì)地優(yōu)良的拋光片，利于加工質(zhì)軟或光學(xué)穩(wěn)定性較差的光學(xué)玻璃零件。

2.5　環(huán)氧-酚醛樹脂膠粘劑

這是一種用酚醛樹脂固化環(huán)氧樹脂的膠粘劑，其兼具兩種樹脂的優(yōu)點(diǎn)。為了克服液體環(huán)氧樹脂在加工研磨拋光材料時(shí)帶來的性能上的不足，常以固體環(huán)氧樹脂代替。

用作環(huán)氧樹脂固化劑并為之改性的熱塑性線型結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂，其分子結(jié)構(gòu)中不含羥甲基，但基于酚醛樹脂中的羥基可以和環(huán)氧樹脂起醚化反應(yīng)，亦可看作是環(huán)氧樹脂與線型酚醛樹脂的嵌段共聚。它是通過酚核上的羥基與環(huán)氧基作用，合成耐熱性很好的嵌段共聚物。因此，線型結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂可以固化環(huán)氧樹脂。它們?cè)诩訜釛l件下相互反應(yīng)，形成高度交聯(lián)的體型結(jié)構(gòu)聚合物，這個(gè)固化體系既為環(huán)氧樹脂保持了良好的粘接性，又為酚醛樹脂提供了高的機(jī)械強(qiáng)度。

選用高分子質(zhì)量固體環(huán)氧樹脂與低分子質(zhì)量的固體線型酚醛樹脂，分別用氣流法粉碎成精細(xì)的樹脂粉末，以制備研磨拋光材料成型料。經(jīng)冷壓成型及后固化處理，制作的研磨拋光材料結(jié)構(gòu)緊密、強(qiáng)度高，只是在制作工藝上沒有單組分環(huán)氧膠粘劑方便。

其實(shí)，作為一般光學(xué)用研磨拋光材料無需使用這樣高強(qiáng)度的膠粘劑，而將其用在金屬研磨拋光材料上就很有必要。

2.6　酚醛-縮醛樹脂膠粘劑

酚醛-縮醛樹脂膠粘劑采用的并非甲階酚醛樹脂，而是線型結(jié)構(gòu)的熱塑性酚醛樹脂。摻人少量的聚乙烯醇縮丁醛進(jìn)行改性，可改善酚醛樹脂的脆性及吸水性，并降低成型料壓制時(shí)的成型壓力。用于改性酚醛樹脂的聚乙烯醇縮丁醛的分子結(jié)構(gòu)中含有一定的羥基，有利于在乙醇中溶解，并與酚醛樹脂有很好的相容性，加入變定劑在交聯(lián)過程中也不會(huì)離析出來。若不加入變定劑，其固化時(shí)仍保持熱塑性。因此，在使用中常利用它的這一行為，人為地控制其熱塑性或熱固性的物性，用于調(diào)整粘接磨料或研磨拋光材料的硬度及其熱學(xué)、力學(xué)性能，得到不同性能的固化產(chǎn)物，以適應(yīng)光學(xué)零件加工中的軟質(zhì)玻璃件或硬質(zhì)玻璃零伯和化學(xué)穩(wěn)定性差的玻璃零件的研磨拋光需要。

3、結(jié)語

利用溶劑制備膠粘劑溶液、并以其配制研磨拋光材料成型料，是制作優(yōu)質(zhì)研磨拋光材料的工藝基礎(chǔ)，它決定了研磨拋光材料的成型加工方法及其制品的特性。因此要求我們必須熟悉和掌握多種膠粘劑的性能，同時(shí)可根據(jù)被加工的光學(xué)零件的材質(zhì)、特性，制訂出不同的配比工藝，才能有效提高光學(xué)零件的加工質(zhì)量。

為改善制品的成型性能，改用了潛性固化環(huán)氧樹脂。即由液體環(huán)氧樹脂、潛性固化劑、促進(jìn)劑等配制而成的單組分膠粘劑。使用前用丙酮稀釋至一定濃度再配制研磨拋光材料，用較少的膠就可以達(dá)到較好的粘接效果。另外，采用冷壓成型工藝加工的超精磨片或拋光片較澆鑄成型的制品受溫度的影響小、尺寸穩(wěn)定性好、自銳性能好，加工的拋光片可以做到清水拋光。

用作環(huán)氧樹脂固化劑并為之改性的熱塑性線型結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂，其分子結(jié)構(gòu)中不含羥甲基，但基于酚醛樹脂中的羥基可以和環(huán)氧樹脂起醚化反應(yīng)，亦可看作是環(huán)氧樹脂與線型酚醛樹脂的嵌段共聚。它是通過酚核上的羥基與環(huán)氧基作用，合成耐熱性很好的嵌段共聚物。因此，線型結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂可以固化環(huán)氧樹脂。它們?cè)诩訜釛l件下相互反應(yīng)，形成高度交聯(lián)的體型結(jié)構(gòu)聚合物，這個(gè)固化體系既為環(huán)氧樹脂保持了良好的粘接性，又為酚醛樹脂提供了高的機(jī)械強(qiáng)度。