——李硯咸 高丙元

　　摘要：介紹我國涂附磨具行業的發展概況和存在的問題；闡述了在木材加工中應如何正確選用涂附磨具。

　　關鍵詞：磨削 涂附磨具 砂帶

　　“涂附磨具”是砂紙、砂布、砂帶等的總稱，“涂附磨具”這個名稱是20世紀60年代，由英文“Coated Abrasives”翻譯過來的。根據我國制訂的磨料磨具術語標準，涂附磨具是“用粘結劑把磨粒粘附在可撓性的基材上制成的磨具。”它所以能夠在繁多的磨料磨具品種中獨樹一幟，與砂輪、磨石等固結磨具并駕齊驅，是由于其可撓性基材，使它不同于砂輪等固結磨具的剛性磨削，而具有柔性磨削的特性；同時在應用技術上實現了由主要用于手工打磨向以機械磨削為主的過渡，由此成為磨料磨具產業中發展十分迅速、應用十分普遍的一大類別。

　　基材、磨料和粘結劑是涂附磨具的3大組成部分，稱之為涂附磨具的3要素，如圖1所示。涂附磨具的基材主要有布、紙、鋼紙、布―紙復合基等幾種。涂附磨具常用的磨料有剛玉、碳化硅等；磨料除材質不同外，還有粒度的不同。涂附磨具的粘結劑包括漿料、底膠、復膠等，其材料主要有淀粉、動物膠、合成樹脂等幾種。 

　　涂附磨具的生產過程可分為3大步驟：基材處理、砂卷制造和產品轉換。紙基的基材處理根據需要一般在造紙廠進行，只有部分耐水砂紙的基材需要進行耐水處理。布基的基材處理包括燒毛、退漿、水洗、干燥定型、上漿等工序，基材處理的好壞不僅涉及到制造工序，而且還與最終產品的使用性能，如脆性、耐水性、抗張性能、伸長率等有密切關系。砂卷制造工序是涂附磨具生產的核心，包括涂膠、植砂、復膠、干燥、固化、柔曲等。轉換工序是將涂附磨具大卷裁剪、制成品種規格繁多的5大類涂附磨具產品，即砂頁、砂卷、砂帶、砂盤和異型品（包括砂頁輪、砂頁盤、砂套等）。

　　1涂附磨具發展概況

　　涂附磨具應該說是世界上出現最早的磨具品種，早在13世紀，我國勞動人民就用天然樹脂將磨碎的貝殼粘在羊皮上磨東西。1808年歐洲人把熔燒磨細的浮石與漆混合，用刷子涂在紙上而制得了最早的涂附磨具。1844年法國有了制造砂布的機器，開始了涂附磨具的機械法生產。直到20世紀50年代，由于靜電植砂研究成功，大量采用人造磨料和人造樹脂，開始了涂附磨具的機械化和自動化批量生產；同時在涂附磨具使用上也開始大量應用機械磨削和拋光，來代替手工作業，從而使涂附磨具的發展產生了一個飛躍。到目前為止，世界上生產的涂附磨具品種規格已達4萬種以上，所用原料達750種之多，美國和德國涂附磨具的產值已占普通磨具總產值的40％以上。

　　我國的涂附磨具是在解放后才發展起來的，解放前夕全國的砂布砂紙年產量只有幾萬平方米；解放后，我國的涂附磨具產業有了飛速的發展，其發展大致可以分為3個階段。

　　第一階段從20世紀50年代起至60年代末，以頁狀砂布砂紙為其特征。這一時期是以上海砂輪廠、天津砂布砂紙廠和武漢砂布廠等為行業的代表。1960年，在上海砂輪廠（以下簡稱上砂）建成了當時我國最寬（1000mm）的平跑式干磨砂布生產線，實現了從基布刮漿開始，直至涂膠、植砂、裁切成砂頁的連續生產，當時被稱為涂附磨具行業的“印鈔機”。1964年，從民主德國引進的懸掛干燥式砂布砂紙生產線在鄭州的中國第二砂輪廠（以下簡稱二砂）建成，這種懸掛干燥的工藝迅速在我國水砂紙生產中推廣采用。至1966年我國涂附磨具的年產量猛增到730萬m2，總產值達到2000萬元以上。

　　第二階段從80年代初至90年代中，二砂和上砂先后從聯邦德國引進了成套涂附磨具生產線，使我國涂附磨具產業實現了質的飛躍。200g/m2以上的布基、紙基、P磨料(2,請在此解釋“ P磨料”)、酚醛樹脂等新材料，以及基材處理、靜電植砂、固化、柔曲和砂帶制作等新工藝和新裝備均得到應用；砂帶、砂盤、鋼紙砂盤、砂頁輪等新品種不斷涌現。這一時期的產品是以二砂和上砂生產的型號為GXK51的全樹脂、棕剛玉布基砂卷為代表，它代替頁狀砂布砂紙，成為我國涂附磨具的主角。這極大地促進了我國機械化砂帶磨削工藝在木材工業、機械工業、金屬材料工業等行業的應用，特別是木材工業的砂光機有了很大的發展。至1996年，歷經30年，我國涂附磨具的年產量翻了10倍，年總產值翻了20倍。

　　第三階段從20世紀末開始，直至當前。它有如下特征。

　　1）一批產能上規模的民營企業迅速崛起，代替了傳統的二砂、上砂等老牌國有企業，成為行業的領頭羊。

　　2）混紡布、聚酯布迅速發展，與棉布并駕齊驅，并有逐漸超過棉布的趨勢。

　　3）P磨料、碳化硅、煅燒磨料、半脆剛玉、鋯剛玉等多種新磨料的出現，取代了棕剛玉磨料一統天下的局面。

　　4）合成樹脂代替了動物膠、淀粉，成為原布處理的主要原料。

　　5）多品種、多用途的酚醛樹脂打破了牌號為PR281酚醛樹脂獨霸市場的局面。PR281酚醛樹脂是二砂和上砂20世紀80年代引進聯邦德國技術時按照聯邦德國提供的樹脂樣品仿制的，從一開始它就沒能達到聯邦德國原牌號樹脂的性能水平。90年代后由于全樹脂砂布在全國普遍推廣，PR281樹脂也得到廣泛的生產和應用。目前仍是我國涂附磨具行業中生產量和使用量最大的一種酚醛樹脂，但在技術性能上PR281牌號已經成了我國低檔酚醛樹脂的代名詞。

　　6）環氧樹脂代替醇酸樹脂，成為耐水砂紙的主要粘結劑。

　　7）無紡研磨布、超涂層砂紙、柔軟砂布等新產品不斷涌現，多品種、多規格代替了單調的GXK51產品。GXK51是二砂和上砂20世紀80年代引進聯邦德國技術時的主要涂附磨具品種，90年代末在全國遍地開花，由于各廠所用原材料、裝備、工藝等的不同，它的質量也千差萬別，目前它幾乎也已成了我國低檔全樹脂砂布的代名詞。

　　8）砂帶、砂盤、砂頁輪、砂頁盤等現代涂附磨具大發展，代替了傳統的頁狀砂布、砂紙和耐水砂紙，成為涂附磨具產品的主要組成部分。

　　近年來，雖然受到全球金融危機的影響，但我國涂附磨具仍保持持續增長（見表1）。2008年，我國涂附磨具產值在整個磨具產值中的所占比例達到43.6%。2008年我國涂附磨具的年產量已超過3.5億m2，年產值達到37.4億元。在品種上，砂帶、砂盤、砂頁輪和砂頁盤等機械使用的產品產量已達到涂附磨具總產量的35.7%，其產值比重更高達72.1%。我國目前有涂附磨具大卷生產廠家約30個，其中2009年產值超過1億元的有10家：江蘇三菱磨料磨具有限公司（品牌為三菱）、湖北玉立砂帶集團股份有限公司（品牌為犀利）、揚中市江南砂布有限公司（品牌為鋒芒）、湖北通城縣寶塔砂布廠（品牌為寶塔）、淄博四砂泰山砂布砂紙有限公司（品牌為MT）、四川三臺縣固銳實業有限責任公司（品牌為固銳）、佛山市順德區小太陽砂磨材料有限公司（品牌為小太陽）、天津高麗研磨有限公司（品牌為高麗）、常州市金牛研磨有限公司（品牌為金牛）和山東博世磨具實業有限公司（品牌為“工字、BOSS”）；有涂附磨具轉換廠家（即涂附磨具制品企業）近千家，但一般規模不大，年產值超過1千萬元的約100家。2008年出口數量比上年增長11.5%，而進口首次出現負增長，為-5.0%。毫無疑問，我國已經發展成為世界涂附磨具的第一制造大國。當前的問題是我國涂附磨具產品不論從品種上，還是質量上，都不能滿足工業發展的需要，在產品的檔次上國產品占領的也僅是中低端市場，高端市場基本被進口產品把持，整體上與國際先進水平相比，還有一段距離，需要繼續堅持不懈的努力改進。

　　2涂附磨具在木材加工中的應用

　　涂附磨具在木材加工中的應用約占其全部應用領域的30%～40%。 涂附磨具在木材加工中被大量應用于人造板的大平面砂光。根據工藝的不同要求，采用的寬帶砂光機類型有有單面式，其磨頭可以是1到3個；有雙面式（見圖2），磨頭通常是2到6個，甚至多到8個。前后磨頭采用不同粒度的砂帶，從而使人造板一次通過，就能完成粗磨、精磨和拋光的要求。

　　在人造板的砂光中，膠合板是比較容易砂光的，一般推薦使用紙基砂帶，紙帶的強度雖不如布帶，但對拋磨量不大的膠合板砂光已經足夠；而且紙帶平整性好、接頭厚度的誤差小，砂光后板面細膩，表面質量好；另外，可供選擇的規格尺寸也多。目前，采用進口250～350g/m2紙作基帶的國產寬幅紙基砂帶質量已經過關，完全可以滿足膠合板用戶的砂光需求。值得提醒的是，由于價格的原因，某些中小規模的膠合板工廠往往選用廉價的GXK51布基砂帶，調查表明，采購成本雖降低了，但是由于使用壽命低，砂光后表面質量差，總成本核算卻往往是不經濟的。至于對生產包裝用低檔膠合板的廠家來說就又當別論了。

　　對于中密度纖維板和刨花板的砂光，由于其砂光負荷比較大，一般應采用布基砂帶。現在我國幾個生產砂帶的大廠對木材加工使用的混紡布和聚酯布布基處理工藝已取得成效，以聚酯纖維為主的混紡布和全聚酯纖維的厚布基砂帶，即Y型布的產品，代表規格是1350×2800mm(寬×長)，已受到普遍的歡迎，并有聚酯化的傾向。如今這類基材的國外產品基本已經被擠出我國市場，只有諾頓（NORTON）的R489等少數幾個牌號還有些市場。

　　在磨料選擇上，對膠合板和一般木材的砂光，由于其木材硬度不高，比較好磨。推薦采用最普通的棕剛玉，它耐磨性比較好。對于刨花板、中密度纖維板等，由于材料中加入了較難磨的樹脂，推薦采用鋒利性好，自銳性好，適于非金屬材料磨削的碳化硅磨料。刨花板粗砂可用棕剛玉或碳化硅，細砂則以碳化硅為宜；中密度纖維板粗、細砂都用碳化硅為妥；比較硬的木材砂光也應采用碳化硅。

　　目前，在市場上有采用粒度為40#、60#鋯剛玉磨料的Y型布砂帶進行定厚粗砂光的情況。鋯剛玉結晶主要由α-Al2O3和Al2O3－ZrO2共晶體組成，具有很高的韌性和耐磨性，是近20年來發展迅速的一種新型磨料，主要適于高速重負荷磨削和難磨金屬材料的加工。現在它所以在木材加工上得到推薦，是由于鋯剛玉砂帶的耐磨性好，同時這種砂帶耐水，允許采取“洗”的辦法來消除砂帶表面因粉塵積聚形成的堵塞，使砂帶能反復多用幾次。筆者認為鋯剛玉耐磨來源于它在一定壓力下的“自銳”，但在中密度纖維板砂光過程中不一定能達到“自銳”所需的磨削壓力；同時，如何洗、在洗的過程會不會產生砂帶變形、“洗”的人工費用以及鋯剛玉砂帶的昂貴價格等因素等都需要考慮。因此鋯剛玉砂帶在中密度纖維板砂光上的應用估計不會成為主流。

　　木制品油漆面的砂光要求極為精細，不僅直接關系到最終表面油漆質量的好壞，而且也會影響昂貴油漆的用量多少。有的用戶只考慮砂帶價格便宜，而選用低廉的GXK 51布基產品，其實際這種做法是錯誤的。因為砂帶選用不當，拋光后木制品表面摸起來很毛糙，需要耗用更多的油漆，有時高達3倍之多，結果比買好砂帶所花的錢還要多。此外這種低廉的布基砂帶背面經常會有原布紡織時殘留的凸出疵點，會在細砂后的工件表面產生劃痕，油漆后將使這些缺陷暴露無遺，需要花費更多的成本返修加工，實在是得不償失。選用基帶平整、粒度恰當、磨料等高性好、磨削鋒利的砂帶，不但可減少砂光工序的道數，而且砂磨后工件表面摸起來像水一樣平滑、舒服，耗用油漆量顯著減少。因此建議木制品油漆面采用紙基砂帶。我國幾個大廠的紙基砂帶制造技術已趨于成熟，完全可達到油漆面拋光的理想要求。

　　我國近年發展比較快的超涂層產品，特別是150#～800#紙基砂帶超涂層產品，克服了油漆面砂光時砂帶容易堵塞的問題，已得到了普遍應用。國外將超涂層產品稱之為No-Fil磨具，超涂層是在復膠干燥完成以后的再涂層，而不是二次復膠。超涂層的主要原理是具有特殊功能的填料，在磨削過程中會發生一定的化學反應，有助于解決表面堵塞、靜電吸附、表面散熱、工件燒傷等方面問題，從而改善磨削條件，提高磨削效率。它在現代涂附磨具生產技術中占有突出的地位。超涂層有油性和水性兩種，水性的或偏水性的價低、砂光鋒利、環保；而油性的、偏油性的能在比較大的壓力下應用，耐用度好，適宜砂光比較硬的漆面，在使用后期更具有優越性。

　　家具、樂器、木質工藝品等異形曲面的砂光，是涂附磨具區別于其他磨具在應用上大放異彩的一個方面，它突出發揮了涂附磨具的可撓性和柔韌性的特性。所采用的涂附磨具磨削方式和涂附磨具品種很多。圖3所示的砂頁輪和砂頁盤是由許多矩形砂布片牢固地粘結固定在有中心孔或中心軸的基體上，由此制成的一種盤狀或輪狀的涂附磨具。圖4所示的砂光專用接觸輪或壓磨塊外形是按零件的曲面形狀加工的，使砂帶能對工件曲面進行吻合式砂光，典型地展示了涂附磨具的柔軟性。圖5是將一種柔軟的短砂帶套在充氣使其張緊的氣鼓上，依靠氣鼓的彈性和旋轉來拋光木制品的曲面。

　　無紡布基磨具（即工業百潔布）在2010年的科隆國際五金展上，幾乎所有的涂附磨具展臺都有展示，是值得重視的新產品。這種產品（見圖6）是以特殊纖維構成的無紡布為基材，再粘結磨料而制成的具有開放式網狀結構的一種磨具，可以制作成砂頁、砂帶、砂輥、砂頁輪等多種形式。由于其獨特的彈性三維網狀結構，能夠快速有效地改善被加工工件表面質量，而不會改變被加工工件的外觀形狀和尺寸；能有效地散熱，避免了工件由于過熱而引起的變形和變色。它還具有極強的耐水、耐油和防堵塞作用。

無紡布基磨具應用方便、快捷、高效、砂紋效果清晰，極大地簡化了表面處理的繁雜度，在木材加工中不僅用在家具“犄角旮旯”異形面的拋光：也被用于人造板表面的最終拋光（見圖7）。據國外資料介紹，工作寬度從1300mm至3200mm,粒度為220#～240#的無紡布拋光輥，拋光人造板的使用壽命可長達200～400萬延長米，使用成本僅相當于同粒度砂帶的10%～15%，更可為下道工序節省30%的油漆用量。它與砂紙比較，其清潔作用強些，磨削作用弱些。目前無紡布基產品主要是韓國和臺灣的產品，國產的近年來進步雖不小，但在磨料分布均勻性，產品柔韌性、彈性等方面還有差距。

　　3涂附磨具在我國木材加工應用中存在的問題

　　我國的涂附磨具經過近30年的發展，不但在產量上有了很大的提高，質量、品種也有了長足的進步。其中一個標志就是在20世紀90年代全國爭相生產的GXK51產品，現在已是低檔產品的代名詞；大小企業都正積極更新設備，采用新材料，引進和創新工藝技術，許多廠已推出了一系列質量穩定性好的的新品種正在接受不同用戶、不同磨削條件的考驗，已經成為或者正在逐步成為我國涂附磨具的名牌產品。但是當前涂附磨具在木材加工應用中還存在些問題。

　　3.1低價惡性競爭影響了行業水平的提高

　　我國的涂附磨具市場嚴重存在著低價惡性競爭。GXK51產品，甚至一些質量十分低劣的GXK51產品，憑借價格低廉到處泛濫，擾亂市場，使一些廠推出的較上檔次的新產品難以推廣應用。造成這種現象的原因與涂附磨具生產能力過剩有關，是近幾年盲目上生產線導致的惡果。如今總生產能力大大超過了市場需要，除幾個大廠以外，其他工廠生產都不飽滿。一些企業主花了幾千萬上生產線，卻沒有精通技術和管理的人才，沒有過硬的產品，沒有技術優勢，無法在質量上、品種上進行競爭，為了生存，只有拼價格。

　　3.2涂附磨具質量的穩定性低影響了用戶的信任度

　　必須承認我國涂附磨具產品質量的穩定性比起國外先進產品確有差距，如果說人家有1%～2%的不穩定性，我們就有5%～6%。一旦砂帶質量出現問題，就會在砂光時出現砂帶折皺、或出現斷裂卷入機器，造成貴重機器的損壞。另外，特別要提到中/高密度纖維板最后砂光工序采用的150#、180#砂帶，其質量穩定性直接決定了最終產品的質量。由于國產布基砂帶平整性、磨料粒度一致性和靜電植砂均勻性等的穩定性較差，或者砂帶在磨削過程中出現局部掉砂，使原本正常生產過程突然造成批量性的質量缺陷，致使產品降等，甚至報廢。這將中斷用戶的規模化連續生產，造成停產損失和返工麻煩。所以用戶一般不會將已用慣的進口砂帶輕易更換為國產砂帶。國產涂附磨具質量穩定性問題是由于生產裝備、原材料、質量檢測的手段和人員素質等諸多問題造成的，其中最主要的原因可能是原材料選擇把關不夠嚴格，檢測不嚴格，致使不合格的原材料投入生產。現在我國雖有幾款較好的砂帶產品，可是用戶對其穩定性仍存疑慮。因此使不少用戶走上極端，要好的就用國外產品，一般的就用便宜產品，造成國產的中/高端砂帶的發展面臨困境。目前，部分實力強的涂附磨具制造廠仍堅持發展國產中/高端產品，不斷提高自身產品質量和穩定性，以期逐步建立市場的信任度，這是企業是涂附磨具產業的脊梁。

　　3.3砂帶使用壽命和磨削效率需要建立權威性的評價機制

　　當前人造板行業隨著產能規模的擴大，期望砂帶廠能提供一個穩定的使用壽命參考值，從而可實行砂帶的定期更換，以減少產品的降等率，并使砂帶得到充份利用；家具行業則隨著工人工資的提高，越來越重視涂附磨具產品的鋒利性，因為它關系到生產效率，所以家具廠對于砂帶的要求，趨向于在兼顧耐磨的條件下，追求砂光效率第一。

　　然而如何規范和公正地評價砂帶的磨削效率、使用壽命和穩定性，向用戶推薦性價比真實的砂帶產品，缺乏權威的聲音，都是“王小二賣瓜，自賣自夸”，缺乏對用戶的影響力。為此建議由涂附磨具協會和木材加工業有關協會聯合組織專業人員，共同進行砂帶的用戶試驗。可以選擇一家管理規范的木材加工廠，由各家砂帶生產廠自愿提供砂帶，進行砂光試驗，由此來確定砂帶的使用效果；對經試驗證實是性價比高的砂帶，公布其各項數據，推廣使用。這將會使那些粗制濫造、假冒偽劣的產品面臨滅頂之災。木材加工工廠也可以和砂帶生產廠簽訂協議，建立質量聯盟，長期合作。以這樣的方法來推廣好的產品，逐漸淘汰劣質產品

　　3.4磨料粒度的不統一使用戶感到困惑

　　磨料加粗是國內砂帶行業目前普遍存在的一種怪現象，即產品標注的粒度是80#，其實使用的是60#磨料，甚至更粗，或者既不是80#，也不是60#，名其為企業標準，而且各個工廠都不一樣。實際這是由行業的惡性競爭造成的，借此標榜自己的產品比其他同粒度砂帶磨削效率高，可如今這種極不正常的怪現象一下子還改不過來。它造成了國內各廠家的產品粒度不一，國內和國外的產品粒度不一，給用戶造成了很大的困惑。涂附磨具行業的標準化組織和協會需盡快采取一定的措施，抓緊解決。否則一種規格磨料所包含的粒度組成范圍太寬，勢必會造成磨粒粗細不均，致使磨具表面不平整，這樣的磨具不可能好用，只會被淘汰。

　　3.5寬幅砂帶的制造正在取得成效

　　近年來，人造板行業使用8呎幅寬（2440mm）砂光機的用戶不斷增加，因此要求我國的涂附磨具行業能夠提供寬2m以上的砂帶產品。目前，我國最寬的生產線只能提供寬度1650mm的涂附磨具大卷。在使用的砂帶寬度大于涂附磨具大卷寬度時，涂附磨具行業一般采用多接頭轉換工藝來制造超寬砂帶。采取這種工藝制造超寬紙基砂帶是沒有問題的，問題是布基砂帶。我們一般采用的布都是經向強度大（可以達到2500N/5cm）、緯向強度小（只能達到1100N/5cm），經過原布處理后仍然如此，而且多接頭砂帶的縱向實際既不是布基的經向，也不是它的緯向，而是斜向（根據不同的寬度要求及接頭的數量有不同的角度）。由于布基的經緯交織結構，其斜向的強度不但比經向低，而且比緯向還低，同時斜向的伸長率卻又是最高的。現在的關鍵，一是要求紡織廠提供的布基強度不但足夠高，而且緯向和經向強度應趨于一致；二是這種布基經過處理，其斜向的強度和伸長率都應符合超寬砂帶產品的要求。這種試制目前已經開始，有幾個大廠采用聚酯布基生產的幾個牌號砂卷已經達到要求，同時有幾個轉換工廠也制造出了符合用戶要求的布基超寬砂帶，試驗取得了一定成效。

　　（本文轉載于《中國人造板》雜志2010年12期）



　　作者簡介：

　　李硯咸：1964年畢業于湖南大學化學系，一生從事涂附磨具的技術和研究工作。高級工程師，中國機械工業科技專家。2001年退休，2006年創辦鄭州磨料磨具技術信息咨詢有限公司，2009年應邀到涂附磨具分會工作，任會刊“中國涂附磨具”主編。

　　高丙元：1995年大學畢業，經濟師，上海五子方磨具有限公司董事長。