بایندر رزینی

چسب رزینی نوعی ماده چسباننده ارگانیک است که در سنگ‌های ساینده استفاده می‌شود. این ماده نقش حیاتی در نگه‌داشتن دانه‌های ساینده در کنار هم ایفا می‌کند، استحکام ساختاری را فراهم می‌کند و عملیات برش یا سایندگی مؤثری را امکان‌پذیر می‌سازد.

ترکیبات بایندر رزینی

چسب‌های رزینی که در تولید سنگ‌های ساینده مورد استفاده قرار می‌گیرند، اغلب از

پلیمرهای ترموست، به‌ویژه رزین‌های فنولی تشکیل شده‌اند. این رزین‌ها به دلیل استحکام بالا و

پایداری حرارتی مطلوب، گزینه‌ای مناسب برای تولید محصولات ساینده محسوب می‌شوند. رزین‌های فنولی، اورتان، اپوکسی، پلی‌استر، سیلیکونی از جمله بایندر‌های رزینی هستند که در ادامه دقیق‌تر مورد بررسی قرار خواهند گرفت. ترکیب دقیق این چسب‌ها بسته به نوع کاربرد و ویژگی‌های مورد انتظار از محصول نهایی می‌تواند متغیر باشد[1].

در فرآیند فرمولاسیون، ملاحظات متعددی در نظر گرفته می‌شود. یکی از آن‌ها نوع ساینده و میزان مورد نیاز چسب است. به‌طور مثال، ساینده‌های کاربید سیلیکون معمولاً به مقدار بیشتری چسب نسبت به اکسید آلومینیوم نیاز دارند تا استحکام یکسانی را فراهم کنند. همچنین اندازه ذرات ساینده نقش مهمی دارد؛ دانه‌های ریزتر برای حفظ یکپارچگی ساختاری به چسب بیشتری نیاز دارند، در حالی که ذرات درشت‌تر ممکن است با چسب کمتری نیز به استحکام مطلوب برسند[2].

در نهایت، چگالی شکل‌دهی نیز بر سختی و استحکام محصول نهایی تأثیر می‌گذارد. افزایش چگالی می‌تواند سختی ساینده را به میزان چشمگیری افزایش دهد و در برخی موارد، اثر آن از افزایش مقدار چسب نیز بیشتر است[2].

 سنگ‌های ساینده با بایندر رزینی

سنگ‌های ساینده با بایندر رزینی از ذرات ساینده، مواد رزینی به عنوان چسب، پرکننده‌ها و سایر افزودنی‌ها تشکیل شده‌اند. ترکیب شیمیایی آن‌ها بسته به نوع دانه ساینده و سیستم رزینی مورد استفاده متفاوت است[3]. نوع سنگ ساینده به طور مستقیم بر واکنش شیمیایی بایندر تأثیری ندارد. واکنش‌های پلیمریزاسیون برای تشکیل رزین‌ها به‌صورت جداگانه و مستقل از نوع ذرات ساینده انجام می‌شوند. بنابراین، انتخاب نوع سنگ ساینده بیشتر به خواص فیزیکی و عملکردی ترکیب نهایی (ابزار سایشی) مربوط است تا به واکنش شیمیایی بایندر.

ترکیب شیمیایی سنگ‌های ساینده دارای بایندر رزینی

1740392008-normal-Black Silicon Carbide

در ادامه به بررسی انواع ترکیب شیمیایی سنگ‌های ساینده دارای بایندر رزینی با توجه به نوع بایندر رزینی استفاده شده میپردازیم:

 

  1. رزین‌های فنولی (Phenolic Resins)

ترکیب:

  • رزین‌های فنولی از پلیمر شدن فنول و فرمالدهید به دست می‌آیند. این رزین‌ها رایج‌ترین نوع بایندرهای رزیوئیدی در ابزارهای سایشی هستند، زیرا دارای سختی، ثبات حرارتی و مقاومت سایشی عالی هستند.

ویژگی‌ها:

  • مقاومت مکانیکی بالا: این رزین‌ها سختی و دوام خوبی تحت شرایط عادی سایش دارند.
  • ثبات حرارتی: گرچه رزین‌های فنولی عملکرد خوبی در برابر گرما دارند، اما در مقایسه با بایندرهای سرامیکی یا فلزی حرارت کمتری را تحمل می‌کنند.
  • انبساط حرارتی پایین: به حفظ ثبات ابعادی کمک می‌کند.
  • مقاومت خوب در برابر ضربه: قابلیت جذب ضربه و لرزش را دارند و این ویژگی آنها را برای استفاده در چرخ‌های برش و سایش با سرعت بالا مناسب می‌سازد.

کاربردها:

  • چرخ‌های سایش (برای سنگزنی ابزار، سنگزنی مدور و سطحی)
  • چرخ‌های برش

چرخ‌های پولیش و اتمام در صنایع مختلف[4].

فرمولاسیون:

چسب‌های رزین فنولی معمولاً از پلیمرشدن فنول و فرمالدهید به وجود می‌آیند که معمولاً با کاتالیزورهای پایه مانند NaOH یا Na₂CO₃ استفاده می‌شود.

  • فنول (C₆H₆OH)
  • فرمالدهید (CH₂O)
  • کاتالیزور: هیدروکسید سدیم (NaOH) یا کربنات سدیم (Na₂CO₃)

واکنش:

C₆H₆OH (Phenol) + CH₂O (Formaldehyde)  Phenolic Resin

فرآیند پلیمرشدن می‌تواند با تغییر نسبت فنول به فرمالدهید، pH  و دما کنترل شود. این منجر به تولید یک رزین ترموست می‌شود[5].

سنگ‌های مناسب:

  • سنگ‌های اکسید آلومینیوم: بسیار مناسب هستند به‌دلیل مقاومت سایشی بالا و عملکرد در کاربردهای عمومی سنگزنی[6].
  • سنگ‌های سیلیکون کاربید: قابل استفاده‌اند، اما کمتر از اکسید آلومینیوم به‌کار می‌روند چون ترکیب سختی فنولیک و سیلیکون کاربید می‌تواند شکننده باشد[7].

علت: رزین فنولی سختی و مقاومت حرارتی نسبتاً خوبی دارد که با ویژگی‌های مکانیکی سنگ‌های آلومینیومی همخوان است[7][6].

مثال: چرخ سنگزنی مدور با بایندر فنولی و دانه اکسید آلومینیوم برای ماشین‌کاری فولاد ابزار (Tool Steel Grinding Wheel).

 

  1. رزین‌های اورتان (Urethane Resins)

ترکیب:

  • رزین‌های اورتان از پلیمر شدن دی ایزوسیانات‌ها و پلی‌ال‌ها تشکیل می‌شوند، که منجر به بایندری انعطاف‌پذیر اما با دوام می‌شود.

ویژگی‌ها:

  • انعطاف‌پذیری: رزین‌های اورتان در مقایسه با رزین‌های فنولی انعطاف‌پذیری و تاب‌پذیری بیشتری دارند که برای کاربردهایی که نیاز به سطوح صاف و پولیش‌خورده دارند، مفید است.
  • مقاومت عالی در برابر ضربه: این رزین‌ها ویژگی‌های جذب ضربه بسیار خوبی دارند که باعث افزایش طول عمر ابزارهای سایشی می‌شود.
  • مقاومت به سایش: این رزین‌ها در مقایسه با برخی از رزین‌های فنولی و اپوکسی مقاومت بیشتری در برابر سایش دارند.

کاربردها:

چرخ‌های پولیش، ابزار برش و چرخ‌های سایشی در صنایعی که نیاز به مقاومت بالا در برابر ضربه دارند[8].

فرمولاسیون:

چسب‌های رزین اورتان از واکنش دی ایزوسیانات‌ها با پلی ال‌ها (معمولاً دی ال‌ها) تولید می‌شوند. این واکنش باعث تشکیل پیوند اورتان (–NH–CO–O–) می‌شود.

  • دی ایزوسیانات‌ها: گزینه‌های رایج شامل دی ایزوسیانات تولوئن (TDI) یا دی ایزوسیانات متیلن دی فنیل (MDI) است.
  • پلی ال‌ها: پلی ال‌های معمول شامل پلی اتیلن گلیکول (PEG) یا پلی پروپیلن گلیکول (PPG) هستند.
  • کاتالیزورها: کاتالیزورهای بر پایه قلع مانند دی بوتیل تین دی لورات یا نمک‌های پتاسیم برای تسریع واکنش ممکن است استفاده شوند.

واکنش:

R–NCO (Diisocyanate)+HO–R’ (Polyol)–NH–CO–O– (Urethane bond)

  درجه پلیمرشدن و همچنین وزن مولکولی پلی ال، سختی و انعطاف‌پذیری رزین را تحت تأثیر قرار می‌دهد[8].

سنگ‌های مناسب:

  • سنگ‌های سیلیکون کاربید: بسیار مناسب هستند، زیرا هر دو (رزین و سنگ) خاصیت جذب ضربه و انعطاف‌پذیری دارند [9].
  • سنگ‌های طبیعی: برای پرداخت‌های نرم و پولیش‌های نهایی نیز کاربرد دارند[10].

علت: رزین اورتان انعطاف‌پذیر است و با سنگ‌هایی که سطح نرم‌تر و قابلیت پرداخت دارند، سازگاری بهتری دارد[9].

مثال: چرخ پولیش نرم برای پرداخت آلومینیوم یا سرامیک، ساخته شده از سیلیکون کاربید و بایندر اورتان (Urethane-Bonded SiC Polishing Wheel).

 

  1. رزین‌های اپوکسی (Epoxy Resins)

ترکیب:

  • رزین‌های اپوکسی از بیسفنول A و اپی‌کلروهیدرین ساخته می‌شوند و به دلیل خواص چسبندگی عالی خود شناخته می‌شوند.

ویژگی‌ها:

  • چسبندگی بسیار بالا: رزین‌های اپوکسی چسبندگی بسیار قوی به دانه‌های سایشی و بستر دارند که آنها را برای استفاده در کاربردهای سنگین مناسب می‌کند.
  • مقاومت شیمیایی عالی: این رزین‌ها مقاومت بسیار بالایی در برابر تخریب شیمیایی دارند.
  • انعطاف‌پذیری متوسط: اگرچه به اندازه رزین‌های اورتان انعطاف‌پذیر نیستند، اما هنوز هم انعطاف‌پذیری مناسبی دارند و برای کاربردهای دقیق مفید هستند.

کاربردها:

چرخ‌های سایشی سنگین، ابزارهای برش با چسبندگی بالا، و استفاده در سایش مواد سخت[11].

چسب‌های رزین اپوکسی از واکنش اپی کلروهیدرین با بیسفنول A، معمولاً در حضور کاتالیزورهای قلیایی تولید می‌شوند.

  • اپی کلروهیدرین (C₃H₅ClO)
  • بیسفنول A (C₁₉H₂₀O₂)
  • کاتالیزور: NaOH (هیدروکسید سدیم) یا KOH (هیدروکسید پتاسیم)

این واکنش باعث تشکیل گروه اپوکسی (–C–O–C–) می‌شود که می‌تواند با عامل‌های سخت‌کننده آمینی بیشتر پلیمریزه شود.

واکنش:

Epichlorohydrin + Bisphenol A  ​Epoxy Resin

پلیمرشدن رزین با عامل‌های سخت‌کننده آمینی منجر به ایجاد یک رزین ترموست با دوام بالا می‌شود که برای پیوند در سنگ‌های سابنده ایده‌آل است[12].

سنگ‌های مناسب:

  • سنگ‌های الماس: بسیار مناسب‌اند برای سایش مواد سخت، به دلیل چسبندگی بالای رزین اپوکسی و مقاومت شیمیایی آن [13].
  • سنگ‌های سیلیکون کاربید: نیز قابل استفاده هستند در مواردی که نیاز به برش تیز و دقیق است [14].

علت: رزین اپوکسی دارای چسبندگی فوق‌العاده و مقاومت بالا است که آن را برای اتصال ذرات ساینده سخت و گران‌قیمت مانند الماس ایده‌آل می‌سازد [13][14].

مثال: ابزار سنگزنی برای کاربید سمانته یا سرامیک‌های مهندسی، شامل رزین اپوکسی و دانه‌های الماس (Epoxy-Bonded Diamond Grinding Tool).

  1. رزین‌های پلی‌استر (Polyester Resins)

ترکیب:

  • رزین‌های پلی‌استر از پلیمر شدن اسیدهای دی‌کربوکسیلیک با دیول‌ها ساخته می‌شوند و اغلب برای ابزارهای سایشی با هزینه پایین استفاده می‌شوند.

ویژگی‌ها:

  • هزینه پایین: رزین‌های پلی‌استر مقرون به صرفه‌تر از رزین‌های فنولی و اپوکسی هستند.
  • ثبات حرارتی متوسط: این رزین‌ها مقاومت حرارتی و شیمیایی متوسطی دارند اما در مقایسه با سایر رزین‌ها مقاوم‌تر نیستند.
  • ثبات ابعادی خوب: برای ابزارهایی که باید شکل خود را در طول زمان حفظ کنند مفید هستند.
  • سختی پایین‌تر: این بایندرها نرم‌تر هستند و در مقایسه با رزین‌های سخت‌تر مانند فنولی مقاومت کمتری در برابر سایش دارند.

کاربردها:

ابزار سایشی با هزینه پایین برای سنگزنی عمومی، مانند چرخ‌های پولیش و اتمام روی فلزات نرم[15].

فرمولاسیون:

رزین‌های پلی استر از واکنش اسیدهای دی‌کربوکسیلیک و دیول‌ها (گلیکول‌ها) به دست می‌آیند که منجر به تشکیل پیوند استری (–COO–) می‌شود.

  • اسیدهای دی‌کربوکسیلیک: اسیدهای رایج استفاده شده شامل آنیدرید فتالیک، اسید ایزوفثالیک یا اسید ترفتالیک هستند.
  • دیول‌ها (گلیکول‌ها): نمونه‌ها شامل اتیلن گلیکول (EG) و پروپیلن گلیکول (PG) هستند.

واکنش:

Dicarboxylic acid (HOOC–R–COOH) + Diol (HO–R’–OH) ​ Polyester Resin

رزین پلی استر سپس با مونومر استایرن برای پلیمرشدن متقاطع می‌شود[16].

سنگ‌های مناسب:

  • سنگ‌های طبیعی: برای پرداخت‌های سبک و کاربردهای کم‌هزینه مناسب‌اند[17].
  • سنگ‌های اکسید آلومینیوم (با سختی پایین‌تر): در کاربردهای عمومی می‌توانند استفاده شوند [17].

علت: رزین پلی‌استر سختی و دوام پایین‌تری دارد، بنابراین با سنگ‌هایی که فشار و سایش زیادی وارد نمی‌کنند بهتر هماهنگ است[17].

مثال: چرخ پولیش ارزان‌قیمت برای سایش اولیه سطوح چوبی یا فلزات نرم، با بایندر پلی‌استر و سیلیکون کاربید (Low-Cost Polyester-Bonded SiC Polishing Wheel).

  1. رزین‌های سیلیکونی (Silicone Resins)

ترکیب:

  • رزین‌های سیلیکونی از ترکیبات سیلیکونی مانند سیلیکات‌ها ساخته می‌شوند.

ویژگی‌ها:

  • مقاومت عالی در برابر حرارت: رزین‌های سیلیکونی ثبات حرارتی عالی دارند که آنها را برای استفاده در محیط‌های سایش با دمای بالا مناسب می‌سازد.
  • مقاومت شیمیایی عالی: این رزین‌ها همچنین مقاومت در برابر اکسیداسیون و سایش دارند.
  • انعطاف‌پذیری متوسط: این رزین‌ها مقاومت در برابر ضربه خوبی دارند و در عین حال شکل خود را حفظ می‌کنند.

کاربردها:

سایش در دماهای بالا و پردازش سرامیک‌ها و شیشه‌ها[18].

فرمولاسیون:

رزین‌های سیلیکونی از ترکیب ترکیبات حاوی سیلیکون (مانند سیلیس) و گروه‌های عملکردی آلی (مانند گروه‌های متیل یا فنیل) در یک واکنش تقلیلی تولید می‌شوند.

  • سیلیس (SiO₂)
  • ترکیبات سیلیکونی آلی: دی متیل دی کلروسیلان (CH₃O–SiCl₂)، فنیل تری کلروسیلان

 (C₆H₅–SiCl₃)یا متیل تری اتیوکسی سیلان (CH₃Si(OCH₂CH₃)₃).

واکنش:

SiCl₄ (Silicon tetrachloride) + R–OH (Alcohol)Silicone Resin

این رزین‌ها در طول پخت متقاطع شده و ساختارهای شبکه سیلیکونی ایجاد می‌کنند که باعث مقاومت در برابر حرارت و دوام بالا می‌شود[19].

سنگ‌های مناسب:

  • سنگ‌های الماس: بسیار مناسب برای کاربرد در دماهای بالا مانند برش شیشه یا سرامیک [20].
  • سنگ‌های سیلیکون کاربید: نیز در فرآیندهای با دمای بالا کاربرد دارند[20].

علت: رزین سیلیکونی مقاومت حرارتی بسیار بالایی دارد و با سنگ‌هایی که برای کاربردهای دمای بالا طراحی شده‌اند هماهنگ است[21].

مثال: چرخ سنگزنی دقیق برای شیشه و سرامیک در دمای بالا با بایندر سیلیکونی و دانه الماس (High-Temp Silicone-Bonded Diamond Wheel).

بایندرهای رزینی با توجه به نوع رزینی که انتخاب می‌شود، مزایای مختلفی دارند. زمانی که نیاز به مقاومت در برابر ضربه، انعطاف‌پذیری و سنگزنی با سرعت بالا است، رزین‌های اورتان و فنولی مناسب هستند. برای ابزارهای کم‌هزینه و کاربردهای عمومی، رزین‌های پلی‌استر مناسب هستند، در حالی که رزین‌های سیلیکونی برای محیط‌های سنگزنی با دمای بالا بهترین انتخاب هستند.

Cutting wheel

پرکننده و افزودنی ها

اجزای اضافی ممکن است برای بهبود خواص سنگ ساب اضافه شوند. اینها می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

سخت‌کننده: به عنوان مثال، متیل اتیل کتون پراکسید برای سخت کردن رزین استفاده می‌شود.

شتاب‌دهنده: نفتنات کبالت را می‌توان برای تسریع فرآیند پخت استفاده کرد.

پرکننده‌ها: پرکننده‌های مختلف را می‌توان برای اصلاح خواص مکانیکی یا کاهش هزینه‌ها اضافه کرد.

الیاف تیمار شده: الیاف تارهای تیمار شده با قلیایی‌سازی و کاتیون‌سازی را می‌توان برای بهبود خواص سطحی مشترک اضافه کرد[22].

انواع ترکیبات اضافی برای بهبود عملکرد، کنترل میزان سایش و کاهش گرما به کار می‌روند:

  • کریولیت (Na₃AlF₆) – اصطکاک را کاهش داده و کارایی برش را افزایش می‌دهد
  • پیریت (FeS₂) – به عنوان روان‌کننده برای کاهش گرمای تولیدی استفاده می‌شود.
  • سولفید روی (ZnS) – عملکرد سنگ‌زنی را بهبود داده و گرد و غبار تولیدی را کاهش می‌دهد.

گرافیت (C) – به عنوان روان‌کننده جامد عمل کرده و اصطکاک و گرما را کاهش می‌دهد.

ترکیب دقیق می‌تواند بسته به کاربرد خاص و خواص مطلوب سنگ ساب، بسیار متفاوت باشد. به عنوان مثال، در ساخت دیسک‌های سنگ‌زنی، درصد وزنی مواد مختلف مانند هسته نخل پام، پوسته حلزون، اکسید آلومینیوم و گرانیت می‌تواند متفاوت باشد، در حالی که محتوای رزین پلی استر ممکن است در درصد معینی ثابت نگه داشته شود[23].

مواد تقویت‌کننده

در برخی موارد، برای افزایش استحکام مکانیکی، به‌ویژه در چرخ‌های سنگ‌زنی با سرعت بالا از الیاف فایبرگلاس یا الیاف آلی استفاده می‌شود.

 

منابع

 

[1] Guo, L., Zhang, X., & Chen, S. (2019). An experimental study on the precision abrasive machining process of hard and brittle materials with ultraviolet-resin bond diamond abrasive tools. Materials, 12(125). https://doi.org/10.3390/ma12010125

[2] Domill Abrasive. (2025). The formulation design of binders for resin abrasives.

[3] Marinescu, I. D., Hitchiner, M., Uhlmann, E., Rowe, W. B., & Inasaki, I. (2007). Handbook of machining with grinding wheels. CRC Press.

[4] Author(s). (2010). Resin bonded abrasives. In Abrasives technology handbook. Elsevier

[5] Polymerization and characterization of phenolic resins. (2020). Polymeric Materials: Science and Engineering. Retrieved from ScienceDirect.

[6] Shah, H. M., & Wang, Z. (2014). Phenolic Resins: A Review of Recent Advances. Journal of Polymer Research, 21(3), 1–16.

[7] Marinescu, I. D., Hitchiner, M., Uhlmann, E., Rowe, W. B., & Inasaki, I. (2006). Handbook of Machining with Grinding Wheels. CRC Press.

[8] Urethane bonded abrasives: Manufacturing and applications. (2017). Journal of Manufacturing Science and Engineering. Wiley Online Library.

[9] Dodiuk, H., & Goodman, S. H. (2013). Handbook of Thermoset Plastics (3rd ed.). William Andrew Publishing.

[10] König, W. (1989). Fertigungsverfahren: Band 2 – Schleifen, Honen, Läppen. Springer-Verlag.

[11] [Author(s)]. (2020). Evaluation of resin bonded abrasive tools in grinding applications. Materials Science and Engineering: A, 770, 138538.

[12] Author unknown. (2019). The chemistry of epoxy resins in abrasives. Journal of Applied Polymer Science. Elsevier.

[13] Guo, Y., & Malkin, S. (1999). Analysis of high efficiency grinding process. CIRP Annals, 48(2), 385–388.

[14] ASTM C1326-15. (2015). Standard Test Method for Knoop Indentation Hardness of Advanced Ceramics. ASTM International.

[15] Unknown author. (2018). Polyester-based resin bonded abrasives: Thermal and mechanical performance. Journal of Materials Science and Technology. SpringerLink.

[16] Unknown author. (2020). Polyester resin bonded abrasives for grinding wheels. Journal of Materials Science. SpringerLink.

[17] Dodiuk, H., & Goodman, S. H. (2013). Handbook of Thermoset Plastics.

[18] Unknown author. (2019). The performance of silicone resin-bonded abrasive tools in high-temperature applications. Composites Science and Technology. Elsevier.

[19] Unknown author. (2021). High-temperature abrasives: The role of silicone resins. Composites Science and Technology. Elsevier.

[20] Marinescu, I. D., et al. (2006). Handbook of Machining with Grinding Wheels.

[21] ISO 603-16:2021. (2021). Bonded abrasive products — Grinding wheels for flat glass. International Organization for Standardization.

[22] Odustoe, J., & Adeleke, A. (2024). Development and assessment of particle reinforced abrasive grinding discs from locally sourced materials. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 59(5), 1243–1247.

[23] Malkin, S., & Guo, C. (2008). Abrasive machining processes. Springer.