本發明涉及磨料磨具，具體為一種防堵塞耐彎折砂紙及其制備工藝。

背景技術：

1、在現代制造業中，打磨工藝是一項至關重要的工序。無論是高精度零部件的表面處理，還是復雜曲面工件的拋光修整，都需要依賴砂紙實現高效的材料去除和光潔度提升。尤其是在航空航天、汽車制造和電子設備等領域，對砂紙的性能要求更加嚴格。

2、現有技術中，多種砂紙設計已針對不同需求進行了優化。例如，通過強化基材層的材料強度來提高砂紙的抗拉性能，這種方法在常規打磨中表現出良好的耐用性。此外，傳統粘結劑層以樹脂為主，能夠提供穩定的磨料顆粒粘附效果，保證了砂紙在短期使用內的磨削效率。而針對磨料顆粒的改進，例如采用高硬度氧化鋯材料，也顯著提升了砂紙的切削能力。表面涂層方面，一些砂紙通過單層防護涂層減少了顆粒脫落問題，在低速干式磨削條件下展現出一定的耐磨性。這些現有技術方案為砂紙的性能提升提供了基礎支持。

3、然而，現有技術在復雜工況中的應用仍存在明顯局限；首先，基材層因缺乏柔韌性設計，彎折時容易發生局部損傷或斷裂，這使得砂紙在曲面打磨中難以保持結構完整性，尤其在動態載荷作用下易疲勞失效；其次，傳統粘結劑層的耐高溫性能不足，高速磨削中摩擦熱積累會導致粘結劑軟化，進而引發磨料顆粒脫落；再次，磨料層雖然通過硬度提升實現了短時間內的高效切削，但其表面容易粘附磨屑，防堵塞能力較差，磨削效率快速衰減；此外，單層涂層的設計雖然能夠提供一定的耐磨保護，但涂層附著力和分布均勻性較差，導致磨損不均，甚至在濕式磨削中出現嚴重脫落現象。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提供了一種防堵塞耐彎折砂紙及其制備工藝，解決了現有技術中砂紙的基材層抗彎折性差導致的斷裂失效、粘結劑層耐高溫性能不足引起的顆粒脫落、磨料層防堵塞能力弱造成的磨削效率衰減，以及單層涂層設計磨損不均的問題。

2、為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種防堵塞耐彎折砂紙，所述砂紙包括基材層、粘結劑層、磨料層及表面涂層，其中：

3、所述基材層由碳纖維與芳綸纖維混紡材料制成，按重量比2-5份與0.5-1.5份導熱陶瓷顆粒及0.2-0.8份形狀記憶合金絲復合制成；

4、碳纖維具有高強度和良好的熱傳導性，芳綸纖維提供良好的柔韌性和抗沖擊能力。兩者混紡形成復合基材，在保證高強度的同時提供出色的耐彎折性能，而導熱陶瓷顆粒(如氮化鋁或氮化硼)可形成高效的熱導路徑，使磨削過程中產生的熱量快速散出，避免高溫集中導致材料性能下降，形狀記憶合金(如鎳鈦合金)嵌入基材后，在反復彎折時可減少材料的疲勞損傷，進一步提升砂紙的使用壽命；

5、所述粘結劑層由4-8份改性丙烯酸酯樹脂、0.1-0.3份納米填料及1-2份高導熱填料構成；丙烯酸酯具有優異的柔韌性和耐候性，經過改性后可進一步提升其附著力和耐高溫性能，在粘結劑中作為基體材料，提供磨料顆粒的強力粘結，而納米材料(如石墨烯或二氧化硅)的高比表面積可提升粘結劑層的耐磨性和耐用性，同時，其優異的物理性能能夠提升粘結劑層的韌性和抗疲勞能力，最后加入高導熱填料(如氮化硼片)后，粘結劑層的熱傳導性能大幅提升，能夠快速將磨削熱量導向基材層，使粘結劑不易因高溫而軟化或脫落；

6、所述磨料層包含5-10份復合氧化鋯顆粒及0.5-1.0份磨料復合填料；

7、氧化鋯具有極高的硬度和耐磨性，適合用于高效磨削。通過等離子體處理后的氧化鋯顆粒表面形成納米級疏水涂層，可降低顆粒間的附著力，減少磨屑粘附造成的堵塞，磨料復合填料(如石墨或二硫化鉬)具有自潤滑特性，能降低磨削摩擦系數，同時減緩磨料顆粒的磨損速度，提升磨削效率和砂紙使用壽命；

8、所述表面涂層由1-2份電活性聚合物及0.3-0.8份耐磨高分子材料構成；

9、電活性聚合物(如聚偏氟乙烯基聚合物)能夠在外加電場的作用下改變表面特性，主動排斥磨屑附著，同時，其耐熱性和化學穩定性使其適用于高溫和濕式磨削條件，耐磨高分子材料(如聚酰亞胺)以其高強度和抗氧化特性，形成耐磨的保護層，延緩表面涂層的損耗。

10、優選的，所述基材層包括：

11、碳纖維與芳綸纖維按照重量比2:1至5:1的比例混紡；

12、這一比例范圍在確保碳纖維提供強度的同時，使芳綸纖維的柔韌性能得到充分發揮，從而兼顧強度和柔性，混紡纖維的力學性能結合，實現了高強度與高柔韌性的平衡，使基材適用于復雜曲面加工的需求；

13、導熱陶瓷顆粒選用氮化鋁或氮化硼；

14、導熱陶瓷顆粒的加入提升了基材的熱管理能力，減少了磨削熱積聚對整體結構的影響；

15、形狀記憶合金絲為鎳鈦合金，分布于基材內部；

16、鎳鈦合金絲嵌入基材內部后，能通過其記憶效應在砂紙經歷反復彎折時降低疲勞應力，減少材料的斷裂風險，從而提升基材的抗彎折性能。

17、優選的，所述粘結劑層包括：

18、改性丙烯酸酯樹脂與納米填料按照重量比4:1至8:1的比例混合；

19、此比例范圍可以在強度和柔韌性之間實現良好的平衡，避免因過高硬度導致粘結劑脆裂或因柔韌性不足降低粘接性能，改性丙烯酸酯樹脂提供了出色的柔韌性和附著力，納米填料通過細化粘結劑結構，進一步提升了耐磨性和抗疲勞能力；

20、納米填料為石墨烯或二氧化硅；

21、石墨烯或二氧化硅填料增強了粘結劑與基材及磨料之間的界面結合力，確保了砂紙在高溫、高速磨削中的可靠性；

22、高導熱填料為氮化硼片；

23、高導熱填料(氮化硼片)在粘結劑層中構建了高效的熱傳導通道，確保磨削熱量快速散出，避免粘結劑分解或界面失效。

24、優選的，所述磨料層包括：

25、復合氧化鋯顆粒表面進行等離子體處理形成納米級疏水涂層；

26、通過等離子體處理和疏水涂層的結合，復合氧化鋯顆粒不僅保留了高硬度特性，還在打磨過程中形成自清潔能力，避免因磨屑或液體粘附而導致堵塞問題。同時，疏水涂層還可減少摩擦生熱，延長磨料層的壽命；

27、磨料復合填料包括石墨和二硫化鉬，按重量比1:1至2:1的比例混合；

28、通過此比例可以在不同的工作條件下實現潤滑性能與耐久性能的最佳平衡，石墨和二硫化鉬的協同作用能夠在磨削表面形成動態潤滑層，這種潤滑層既能降低磨削熱量的積累，又能減少顆粒磨損，提高磨料層的使用壽命。同時，其自潤滑特性在高速磨削條件下尤為顯著。

29、優選的，所述表面涂層包括：

30、電活性聚合物為聚偏氟乙烯基聚合物；

31、聚偏氟乙烯基聚合物通過其電活性響應，動態調節磨削表面的電場分布，形成主動排屑機制，從而顯著降低磨屑粘附的可能性。其電化學穩定性和耐熱性使得涂層在極端條件下仍能保持防堵塞性能；

32、耐磨高分子材料為聚酰亞胺；

33、聚酰亞胺的耐磨和耐高溫特性確保了涂層在長期使用中的物理完整性，同時其惰性表面減少了磨削過程中與工件的直接摩擦，提升了砂紙的磨削效率；

34、表面涂層厚度為1-2μm，采用多層沉積工藝形成；

35、此范圍既能提供足夠的保護作用，又不會顯著增加砂紙的厚度，影響其柔韌性，通過多層沉積工藝，涂層的功能層次更加分明，每一層材料的特性能夠充分發揮。同時逐層沉積的方式減少了涂層內應力的累積，降低了在彎折或高應力條件下涂層剝離的風險。

36、本發明還提供一種防堵塞耐彎折砂紙的制備工藝，包括以下步驟：

37、s1、制備基材層；

38、s2、涂覆粘結劑層；

39、s3、附著磨料顆粒；

40、s4、形成表面涂層；

41、s5、后處理工藝。

42、優選的，所述制備基材層包括：

43、將碳纖維與芳綸纖維按重量比2:1至5:1的比例混合；

44、芳綸纖維具有較高的韌性和抗沖擊性，可彌補碳纖維在彎折和剪切性能上的不足。兩種纖維按比例混合后，形成了高強度與高柔性兼具的復合基材，適合復雜曲面加工場景；

45、加入0.5-1.5份導熱陶瓷顆粒及0.2-0.8份形狀記憶合金絲；

46、導熱陶瓷顆粒能夠在基材內部構建高效的導熱網絡，將磨削過程中產生的熱量快速傳遞到基材表面，從而避免熱積聚對粘結劑和磨料層的損害；鎳鈦合金絲的形狀記憶效應允許基材在反復彎折時自動恢復其原始形狀，從而顯著降低因疲勞而引起的斷裂或性能下降風險，此比例在提供足夠強度的同時，確保基材的柔性和加工適應性；

47、在150-180℃、10-20mpa的條件下熱壓復合10-15分鐘；

48、高溫高壓條件促進纖維基體和陶瓷顆粒、形狀記憶合金絲的結合，使材料形成均勻致密的復合結構；熱壓過程中，纖維的分子鏈會在高溫下重排，增強基材的內部結合力，提高其綜合機械性能，此熱壓參數范圍確保既能形成均勻復合基材，又避免高溫損傷纖維的力學性能；使用激光直寫技術加工微孔陣列，孔徑為20-50μm，孔間距為50-150μm，孔道傾角為30-60°；

49、微孔的存在為磨削過程中產生的磨屑提供了排放通道，從而有效減少堵塞現象，孔道傾角設計參考流體動力學原理，優化了磨屑流動路徑，確保在磨削力和壓力梯度作用下，磨屑能夠快速脫離工作面。

50、優選的，所述涂覆粘結劑層包括：

51、將4-8份改性丙烯酸酯樹脂、0.1-0.3份納米填料與1-2份高導熱填料混合；

52、作為基體材料，改性丙烯酸酯樹脂提供了高強度的粘結性能和優異的柔韌性，通過分子鏈中引入耐熱基團，其熱穩定性顯著提高，確保粘結劑在高溫環境下不易分解，此含量范圍以確保樹脂既具備足夠的附著力，又不會過度降低涂層柔韌性，而二氧化硅顆粒通過細化粘結劑的微觀結構，有助于減少裂紋擴展，提高涂層的機械穩定性，同時氮化硼片狀結構在粘結劑中形成導熱通道，提升涂層的熱導率，使磨削過程中產生的熱量迅速傳遞到基材層進行散熱，避免局部高溫導致的粘結劑性能下降；

53、通過靜電噴涂技術將粘結劑涂覆于基材表面，涂層厚度為0.05-0.1mm；

54、涂層厚度范圍的優化兼顧了強度與靈活性，過薄的涂層可能無法提供足夠的粘結力，而過厚的涂層會影響磨料顆粒的固定效果并增加砂紙的整體硬度；

55、在120-140℃條件下預固化10-15分鐘；

56、預固化階段通過低溫加熱使粘結劑中的溶劑揮發，并初步形成交聯結構，提高涂層的初始粘附力，此溫度范圍和時間確保粘結劑具有足夠的柔性，避免因過早硬化而影響后續工藝的結合性能；

57、在150-180℃條件下終固化20-30分鐘；

58、終固化階段通過高溫進一步加速粘結劑的交聯反應，使涂層達到最終的物理和化學性能。交聯度的提高顯著增強了涂層的機械強度和耐高溫性能，此固化時間的選擇確保粘結劑完全反應，同時避免過度熱處理導致材料性能下降。

59、優選的，所述附著磨料顆粒包括：

60、將5-10份復合氧化鋯顆粒與0.5-1.0份磨料復合填料混合；

61、通過改性復合，氧化鋯顆粒的韌性進一步提高，減少顆粒碎裂的可能性，延長砂紙的使用壽命，磨料復合填料(包括石墨和二硫化鉬)作為另一種自潤滑材料，尤其在高溫環境下表現出良好的潤滑性能，與石墨協同作用形成動態潤滑層，進一步優化磨料層的磨削性能，此范圍可在磨削硬度和潤滑性之間達到最佳平衡；

62、通過等離子體處理使復合氧化鋯顆粒形成納米級疏水涂層；

63、疏水涂層通過化學沉積方式覆蓋顆粒表面，降低顆粒與液體或磨屑的粘附力；這種表面改性顯著提高了顆粒的自清潔能力，使磨屑在磨削過程中能夠快速從顆粒表面脫離，從而減少堵塞現象；

64、使用靜電吸附技術將磨料顆粒均勻附著在粘結劑層上；

65、靜電吸附技術利用顆粒和基材之間的電荷相互作用，使顆粒牢固地吸附在粘結劑表面，能夠避免顆粒分布不均或局部堆積現象，確保磨料層的整體均勻性，有助于提高砂紙的打磨精度和效率；

66、在200-220℃條件下熱處理5-10分鐘；

67、此熱處理溫度優化了顆粒表面的涂層穩定性，同時避免了過高溫度導致顆粒性質退化或粘結劑層軟化的問題，同時此熱處理時間能夠充分確保涂層和粘結劑固化完全，同時避免高溫暴露時間過長導致的材料疲勞。

68、優選的，所述形成表面涂層包括：

69、配制1-2份電活性聚合物與0.3-0.8份耐磨高分子材料的混合溶液；

70、電活性聚合物和耐磨高分子材料的比例能夠確保涂層在功能性與機械性能之間達到最佳平衡；通過化學氣相沉積(cvd)技術將混合涂層沉積在磨料層表面，涂層厚度為1-2μm；

71、化學氣相沉積通過化學反應在基底表面生成涂層，能夠實現原子級別的均勻覆蓋，避免了傳統噴涂工藝中的厚度不均問題，此涂層厚度確保涂層在提供功能性保護的同時不會顯著增加砂紙厚度，從而避免影響其柔性和磨削性能；

72、在80-100℃條件下固化1-2小時；

73、固化過程通過低溫加熱使涂層內的殘余溶劑揮發，同時促進pvdf和聚酰亞胺分子鏈的排列與交聯反應，此固化溫度和時間范圍的選擇確保涂層既具備足夠的強度，又避免因高溫導致涂層過早老化或性能退化。

74、本發明提供了一種防堵塞耐彎折砂紙及其制備工藝。具備以下有益效果：

75、1、本發明采用復合基材層的熱壓成型和微孔陣列設計，通過碳纖維與芳綸纖維的混紡、導熱陶瓷顆粒的分布和形狀記憶合金絲的嵌入，實現了基材的高強度與柔韌性平衡。與現有技術中僅使用單一纖維或普通基材的設計相比，本發明顯著提高了砂紙的抗彎折性能，解決了傳統砂紙在復雜曲面加工中容易斷裂和疲勞失效的問題。

76、2、本發明通過納米填料與高導熱填料增強的改性丙烯酸酯粘結劑層，形成了一種兼具高附著力和高散熱性能的粘結結構。相較于現有技術中僅使用普通樹脂粘結劑的方案，本發明有效減少了粘結劑在高速磨削中因熱積累而軟化脫落的現象，同時提升了磨料的持久粘附性能，解決了傳統砂紙粘結劑層不耐高溫的缺陷。

77、3、本發明采用等離子體處理和疏水涂層的復合磨料顆粒設計，通過表面納米級改性和靜電吸附工藝，成功構建了具有自清潔能力的磨料層。與現有技術中僅依靠顆粒硬度提升磨削效果的方式不同，本發明顯著降低了磨屑的粘附概率，達到了磨削高效且防堵塞的技術效果，克服了傳統砂紙在長期使用中的磨屑堆積問題。

78、4、本發明通過化學氣相沉積工藝形成的多功能表面涂層設計，結合電活性聚合物與耐磨高分子材料的多層沉積，提供了動態排屑能力和長久的耐磨保護。相比于現有技術中采用單層涂覆的簡單防護方式，本發明顯著提升了涂層的防堵塞和耐用性，尤其在濕式磨削和高速加工條件下表現出更加優異的性能，解決了傳統涂層易脫落、耐久性不足的問題。