Когда слышишь 'полимер абразив', первое что приходит на ум — эпоксидные связки для шлифовальных кругов. Но это как сравнивать кухонный нож с хирургическим скальпелем. В нашей практике на ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив приходилось через это проходить — в 2016 пробовали адаптировать эпоксидные системы для карбид-борных смесей. Получилась липкая каша, которая при спекании давала трещины. Оказалось, термостойкость полимера должна быть на 200°C выше температуры обработки, а не 'примерно как у эпоксидки'.
Запуск линии глубокой переработки в 2015 показал — с карбидом бора работают только полиимиды. Но их стоимость съедала 40% прибыли. Пришлось искать компромисс: модифицированные фенолформальдегидные смолы с добавкой кремнийорганических модификаторов. На полимер абразив такой состав реагировал нестабильно — где-то перегревали при вулканизации, где-то недосушивали пресс-массу.
Помню, партия кругов для резки кварцевых труб пошла браком — при нагрузке 15 000 об/мин связка начала плавиться. Разбор показал: содержание кальциевого стеарата в пресс-массе превысило 2%, что снизило термостойкость на 80°C. Теперь техрегламент требует проверки каждой партии пластификаторов.
С полимерными абразивами есть нюанс — нельзя просто взять и повысить твердость за счет концентрации зерна. При содержании карбида бора выше 65% связка перестает 'дышать' и круг идет волной. Для марки 'Хуангэн' вывели эмпирическую формулу: 58% зерна, 32% связки, 10% поробразователь. Но это для сухой резки, для мокрой — своя математика.
Наша линия на 2000 тонн в год изначально не была рассчитана на полимерные связки. Прессы для керамических абразивов не давали нужного давления при 180°C — температуре полимеризации фенолформальдегидов. Пришлось переделывать систему подогрева матриц. Инженеры из Яаня предлагали просто увеличить время выдержки, но это снижало производительность на 30%.
Сейчас используем гидравлические прессы с точностью поддержания температуры ±3°C. Для особых марок — например, для обработки карбида вольфрама — перешли на импульсный нагрев. Это снизило процент брака с 18% до 4, но увеличило энергозатраты. В промышленном парке Чжума с электричеством бывают перебои, поэтому пришлось ставить дизель-генератор.
Самое сложное — калибровка. Полимерный абразив после спекания дает усадку до 1,5%. Если не компенсировать это в пресс-форме, диаметр круга 'уходит' за допуск. Для каждого типа связки ведем отдельную таблицу поправок — данные собирали три года.
Когда в 2014 начинали с уставным капиталом 15 миллионов, думали — главное сделать чистый карбид бора. Оказалось, его обработка сложнее производства. Зерно 240-й фракции при неправильном охлаждении после синтеза дает микротрещины. В полимер абразив такое зерно идет с повышенным расходом связки — поверхность частиц неоднородная.
Для глубокой переработки пришлось разрабатывать многостадийную классификацию. Воздушные сепараторы не подходили — полимерная пыль забивала фильтры. Перешли на мокрую классификацию, но тогда зерно требует сушки перед смешиванием со связкой. Замкнутый круг, который разорвали только установкой центробежных сепараторов с тефлоновым покрытием.
Сейчас наш 'Хуангэн' в полимерных композициях показывает износ на 23% ниже аналогов. Но достигли этого не за счет химии, а за счет геометрии зерна. После дробления карбид бора имеет острые грани, но при полировке в барабанах они скругляются. Подобрали режим, когда сохраняется острота, но убираются микросколы.
В 2018 отгрузили партию отрезных кругов для завода в Тольятти — резать закаленные пружины. Через месяц жалоба — круг расслаивается. Вскрытие показало: российская сматочно-охлаждающая жидкость содержала хлориды, которые разъедали связку. Пришлось разрабатывать специальную модификацию с бромсодержащими добавками.
С полимерными абразивами всегда так — лабораторные испытания одно, реальные условия другое. На сайте cn-boroncarbide.ru мы теперь указываем не просто 'стойкость к СОЖ', а перечень проверенных масел. Для европейских клиентов вообще пришлось сертифицировать продукцию по REACH — их нормы по летучим соединениям в 5 раз строже наших.
Самое неочевидное — вибрация. При обработке жаропрочных сплавов возникает резонанс, который буквально вырывает зерна из связки. Решение нашли в армировании стекловолокном, но это потребовало пересмотра всей технологии прессования.
При объеме производства в 100 миллионов юаней даже 1% брака — это миллион. С полимерными связками брак колеблется от 3% до 7% в зависимости от сезона. Летом при влажности 80% в Сычуани пресс-масса впитывает воду — приходится сушить сырье перед загрузкой. Увеличили мощность сушильных камер, но это добавило 15% к себестоимости.
Сейчас рассматриваем переход на препреги — заранее смешанные с полимером зерна. Это снизит брак на 2%, но потребует закупки нового смесителя за 8 миллионов юаней. Считаем окупаемость — при текущих ценах на карбид бора проект окупится за 4 года. Но если Китай введет новые экологические нормы, может потребоваться раньше.
Инвестиции в основной капитал 50 миллионов в 2015 были оправданы только потому, что успели закупить оборудование до роста цен на сталь. Сейчас такая линия обошлась бы в 70. Для полимерных абразивов важно не просто количество прессов, а их гибкость. Мы закупали оборудование с запасом по давлению — и не прогадали.
После семи лет работы с полимерными абразивами вывод простой — нельзя делать универсальный продукт. Для резки — один состав связки, для шлифовки — другой, для полировки — третий. Наша мощность 2000 тонн в год позволяет держать 12 марок одновременно, но рентабельны только 8.
Сейчас экспериментируем с наноалмазами в полиимидной матрице. Пока дорого — 1 грамм алмазов стоит как килограмм карбида бора. Но для медицины и электроники готовы платить. Главное — не повторять ошибку 2016 года, когда пытались сэкономить на связке для премиум-зерна.
На полную мощность пока не вышли — рынок не готов поглотить 100 миллионов юаней в год в сегменте полимерных абразивов. Но в 2022 рост составил 18%, так что возможно к 2025 загрузим все мощности. Если конечно не придумают что-то лучше карбида бора — но пока альтернатив не видно.
