Ściernice o spoiwie żywicznym składają się z ziaren ściernych w spoiwie żywicznym, które może zawierać wypełniacze lub nie. Ten typ ściernicy ma na ogół niższą porowatość niż narzędzia ze spoiwem spiekanym.
Żywice to lepkie ciecze, które mogą twardnieć. Są to polimery, czyli duże łańcuchy molekularne składające się z monomerów. Monomery to substancje zawierające pierwiastki C, H, O, N, Cl, S lub F, z których syntetyzuje się oligomery („żywice”). Te oligomery są następnie przekształcane w usieciowane, nierozpuszczalne polimery w drugim etapie, znanym jako utwardzanie, które może obejmować ciepło, katalizatory, wypełniacze lub ciśnienie.
Wiązania żywicy ściernej składają się z pojedynczej żywicy lub kombinacji żywic, które mogą zawierać wypełniacze. Same żywice są zwykle wytwarzane przez estryfikację lub zmydlanie związków organicznych. Wypełniacze mają za zadanie nie tylko wzmacniać spoiwo pod względem wytrzymałości, odporności cieplnej, wytrzymałości i odporności na pękanie, ale także wspomagają proces szlifowania jako ścierniwo wtórne. Krzemiany, siarczki, halogenki zwiększają wytrzymałość i odporność spoiny na zużycie oraz zapobiegają degradacji oksydacyjnej żywicy. W ściernicach do cięcia wiązania żywiczne są również wzmocnione materiałami sypkimi, takimi jak włókno szklane i len.
Ze względu na wytrzymałość i odporność na temperaturę wiązania żywiczne można podzielić na trzy kategorie:
• Żywice fenolowe,
• Żywice poliimidowe i poliamidowe
• Żywice epoksydowe lub poliuretanowe, często określane jako spoiwa plastikowe.
1.1 Żywice fenolowe
Wiązania żywicy fenolowej, zwłaszcza wiązania żywicy fenolowo-aldehydowej, są najpowszechniejszymi wiązaniami żywicy; narzędzia tego typu spoiwa mają największy udział w rynku ściernic konwencjonalnych, ustępując jedynie narzędziom spiekanym. Pierwotnie ten rodzaj spoiwa nazywano bakelitem, dlatego w wielu specyfikacjach ściernic zachowano literę „B”. W porównaniu z innymi żywicami, żywice fenolowe są tańsze i łatwiejsze w kształtowaniu.
Żywice fenolowe otrzymuje się w reakcji fenolu i aldehydów. Fenole to związki aromatyczne z grupami hydroksylowymi związanymi z pierścieniami aromatycznymi. Syntezę fenolu zwykle przeprowadza się w procesie propylenowym, który jest procesem utleniania propylenu (izopropylobenzenu) i powietrza do nadtlenku propylenu, który następnie krakuje się do fenolu i acetonu. Bezpieczeństwo jest kluczowym czynnikiem przy projektowaniu i działaniu instalacji, ponieważ proces utleniania zbliża się do granicy palności, a nadtlenek propylenu jest substancją niestabilną.
Odpowiednie aldehydy stosowane w produkcji spoiw ściernic obejmują formaldehyd, furfural i heksametylotetraaminę.
Formaldehyd jest niebezpieczną substancją chemiczną, która może podrażniać oczy, nos i gardło, gdy stężenie przekroczy określony poziom. Heksametylenotetramina, znana również jako heksametylenotetramina, jest powszechnym utwardzaczem w wiązaniach żywicy fenolowej. Zasadowe tlenki, takie jak tlenek wapnia lub tlenek magnezu, przyspieszają utwardzanie żywic fenolowych.
Metoda katalityczna i stosunek molowy fenolu do aldehydu pozwalają określić, czy żywica jest typu rezolowego, czy nowolakowego. Rezole można łatwo utwardzać w warunkach kwasowych, zasadowych lub cieplnych; nowolaki utwardza się formaldehydem z heksametylotetraminą, stałymi rezolami lub innymi metodami. Rezole mogą być rezolami stałymi, roztworami rezolowymi lub rezolami na bazie wody; nowolaki mogą być żywicą w postaci stałej, roztworem nowolaku, wodną dyspersją nowolaku i żywicą w proszku zawierającą heksametylotetraaminę. Do produkcji narzędzi ściernych najważniejszymi formami są rezol na bazie wody i sproszkowany nowolak.
1.2 Żywice fenolowe
Spoiwa żywicy fenolowej do ściernic zawierają ciecz (rezol) i proszek (nowolak), bezpośrednie i modyfikowane żywice fenolowe, żywice sproszkowane ze środkami zwilżającymi lub kombinacje niskotopliwych żywic fenolowych ze sproszkowanymi żywicami fenolowymi. Możliwe są różne modyfikacje, np. żywicami epoksydowymi, gumą, poliwinylobutyralem itp. Ponadto wiązania żywicy fenolowej w przypadku materiałów superściernych są wzmacniane cząstkami SiC i stałymi smarami. Żywice fenolowe utwardzają się w temperaturze około 150-200 w wyniku polikondensacji. Szczegółowe składy pojedynczych cieczy i proszków żywicznych do produkcji materiałów ściernych podają Gardziella i in.
1.3 Żywice poliamidowe i poliimidowe
Poliimidy to polimery zawierające azot inny niż węgiel w jednym z pierścieni łańcucha molekularnego. Poliamidoimidy należą do tej samej rodziny polimerów i zawierają pierścienie aromatyczne i wiązania azotowe.
Struktura poliimidowa i poliamidoimidowa
Wiązania poliamidowe i poliimidowe charakteryzują się wyższą wytrzymałością, odpornością termiczną i elastycznością niż wiązania żywicą fenolową. Wiązania poliimidowe są od 5 do 10 razy mocniejsze niż wiązania fenolowe i wytrzymują temperatury 300 stopni przez 20 razy dłużej. Jednak wyższa cena ogranicza zastosowanie tego typu systemu wiążącego do zastosowań specjalnych i materiałów superściernych. Żywice poliimidowe są głównym rodzajem spoiwa w przypadku szlifowania węglików spiekanych w dużych ilościach, zwłaszcza do szlifowania rowków lub do szlifowania z odcięciem w warunkach chłodzących smarów.
1.4 Żywice epoksydowe lub poliuretanowe
Koła epoksydowe lub poliuretanowe są najmiększymi z kół wiązanych żywicą. W przypadku konwencjonalnych materiałów ściernych są one często stosowane do szlifowania dwutarczowego i cylindrycznego. Jednakże w przypadku materiałów superściernych wiązania epoksydowe lub poliuretanowe wydają się być ograniczone do zastosowań z mikronowymi cząsteczkami diamentu w przemyśle szklarskim i ceramicznym. Cechą charakterystyczną żywic epoksydowych jest ich grupa epoksydowa, która składa się z pierścienia epoksydowego (–CH2–O–CH2–). Następnie żywicę epoksydową utwardza się do polimeru za pomocą płynnego utwardzacza.
