砂纸：从古至今的演变与应用
砂纸：从古至今的演变与应用
砂纸是一种用于打磨和抛光材料表面的工具，它通常由纸质或纤维布基材制成，并覆盖有不同粗细的磨料颗粒。这些磨料颗粒可以是天然矿物如金刚砂、石英砂，也可以是合成材料如碳化硅、氧化铝等。砂纸的用途非常广泛，包括木工、金属加工、汽车修复、家具制造等领域。
砂纸的构成材料
砂纸通常由以下几种主要材料构成：
基底材料：常见的有纸和布。纸质基底成本较低，但强度和耐用性相对较弱；布质基底，如棉布、化纤布等，具有更高的强度和耐用性，适合用于更苛刻的打磨条件。
磨料：
- 碳化硅（SiC）：硬度较高，常用于打磨金属、玻璃等硬度较高的材料。
- 氧化铝（Al₂O₃）：是一种常见的磨料，广泛应用于木材、塑料、金属等材料的打磨。
- 石榴石：具有较好的切削性能和自锐性，常用于木材和金属的打磨。
- 胶粘剂：用于将磨料固定在基底材料上，确保磨料在使用过程中不会脱落。常见的胶粘剂有树脂胶粘剂等。
砂纸的历史
古代起源
13世纪的中国：有记录显示，涂敷磨料的概念最早出现在13世纪的中国。那时的人们使用天然树胶将贝壳碎屑粘附在羊皮纸上，形成早期的磨料工具。
近代发展
- 19世纪，当时英国发明家约翰·古德伊尔（John Goodyear）发明了第一种商业砂纸，使用磨料和粘合剂将磨料颗粒粘贴在纸张上。
- 19世纪末至20世纪初：随着工业革命的推进，砂纸开始在欧洲和美国得到更广泛的应用。最初的砂纸可能使用的是沙子或玻璃作为磨料，之后逐渐发展出使用氧化铝和碳化硅等更为高效且耐用的材料。
- 1902年：在美国明尼苏达州成立了一家公司，即后来闻名世界的3M公司（Minnesota Mining and Manufacturing）。起初，这家公司是为了开采用于制作砂轮的刚玉而设立的，但由于误判了矿藏性质，最终转向了砂纸和其他多种产品的研发和生产。
- 1914 年，3M 公司推出了第一个独家产品——Three-M-ite 研磨砂布，这标志着研磨产品部门成为 3M 公司最早的产品部门。
现代砂纸的发明
- 20 世纪 20 年代，出现了防水砂纸 Wetordry（干湿两用砂纸）。它可以让工人们在使用时摆脱灰尘的困扰，这是砂纸发展中的一个重要创新。
- 1921年：3M公司发明了世界上第一款防水砂纸（Wet-or-dry sandpaper），这种砂纸可以在水中使用，大大提高了其在工业应用中的灵活性和效率，尤其是在汽车制造和修理行业中的漆面抛光处理。
- 上世纪 60 年代，世界上第一个滑板砂纸品牌 Flypaper 诞生。其创始人 Beau Brown 也是一名滑板玩家，当时的滑板板面光滑，缺乏摩擦力，人们尝试使用防滑喷雾等方法增加摩擦力，但效果不佳。后来出现了类似 Pizza 表面的砂纸（Pizza Tape），其砂粒较大，粗糙且危险。
- 80 年代初，滑板运动热潮席卷全球，不少工业防滑砂纸品牌进军滑板产业市场。工业砂纸制造商 Jessup 的 Bud Smith 抓住机遇，专注生产滑板专用砂纸，使 Jessup 成为当时热销的滑板砂纸品牌。
砂纸的种类
按材质分类
- 氧化铝砂纸：适用于大多数金属和木材，耐用性好，适用于粗磨和精磨。
- 碳化硅砂纸：更适合打磨非铁金属如铝合金、陶瓷和玻璃，以及湿磨作业。
- 锆铝砂纸：具有更高的硬度和耐磨性，适用于高速打磨和难加工材料。
- 金刚石砂纸：用于极精细的打磨，如镜面抛光，常用于宝石、石材和硬质合金的加工。
按背衬分类
- 纸质砂纸：最常见的类型，适合一般木材和金属的打磨。
- 纤维布砂纸：比纸质更耐用，适用于硬木和金属的精细打磨。
- 水磨砂纸：可以在水中使用，适合湿式打磨，减少灰尘产生。主要用于在水中或油中对金属或非金属工件进行精细研磨。这种砂纸的磨料通常是碳化硅，粘结剂可以是树脂或清漆。水磨砂纸使用时与水一起，可以有效减少研磨时的尘埃，并且因为碎屑可以随着水流走，所以能保持砂纸的锐利度。
- 钢丝棉砂纸：用钢丝棉作为基材，适合粗糙表面的打磨。
按粒度分类
粒度是指单位面积内的磨粒数量，粒度数值越小表示磨粒越粗，数值越大表示越细。
- 粗砂纸：（如P80-P240）用于去除大量材料或去除锈迹和油漆，用于去除大的划痕和不平整部分。
- 细砂纸：（如P240-P400）用于进一步平整表面，用于平滑表面和进行细致打磨。
- 超细砂纸：（如P400以上）用于精磨和抛光前的准备，用于最后的抛光处理，使表面达到高光泽度。
按形状分类
- 传统砂纸：长方形，边缘直。
- 圆形砂纸：中间有孔，适合打磨管道内部或不规则形状的物体。
- 异形砂纸：根据特定的工作需求制作成各种形状，如三角形、星形等。
砂纸的使用方法
选择合适的砂纸：根据打磨的材料和所需的打磨效果，选择适当粗细的砂纸。一般来说，粗砂纸用于去除大量材料和初步打磨，细砂纸用于精细打磨和抛光。
准备工具：除了砂纸，还需准备一块平整的打磨板或手持打磨工具，以确保砂纸能均匀地施加压力。
清洁工作表面：在开始打磨之前，确保工作表面干净，没有灰尘、油污或其他杂质，以免影响打磨效果。
固定工件：如果可能，将需要打磨的工件固定在工作台上，以防止在打磨过程中移动。
正确握持：用手或借助工具握住砂纸，保持稳定的姿势。
均匀施力：在打磨时，要均匀地施加压力，避免在某一点上过度用力，以免造成表面不平整。
采用适当的打磨动作：可以采用直线、圆周或交叉的打磨方式，但要保持动作的连贯性和稳定性。
定期检查：在打磨过程中，定期检查打磨效果，以确定是否需要更换更细的砂纸或调整打磨方式。
更换砂纸：当砂纸的研磨效果明显下降或不再能满足要求时，及时更换更细的砂纸。
清洁和整理：打磨完成后，清理工作区域，去除打磨产生的碎屑。
常见误区
在使用砂纸时，常见的误区包括：
- 选择不当的砂纸粒度：使用过粗或过细的砂纸可能会导致表面损伤或无法达到预期的效果。
- 施加压力不均匀：过度用力或用力不足都会影响打磨质量。
- 砂纸方向错误：应该沿着木纹或金属纹理的方向打磨，以避免造成不必要的损伤。
- 忽视安全措施：打磨时应佩戴适当的防护装备，如口罩、护目镜等，以防粉尘和碎片伤害眼睛和呼吸系统。
- 重复使用磨损严重的砂纸：磨损严重的砂纸会失去打磨效果，继续使用可能会损坏表面。
- 忽略清洁和维护：打磨后应清理工作区域，保持砂纸的清洁，以便下次使用。
砂纸的相关标准
- JB/T 7498-2018：涂附磨具 砂纸。规定了砂纸的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输和贮存等。
- JB/T 7499-2023：涂附磨具 耐水砂纸。适用于以耐水纸为基体，以合成树脂或动物胶为粘结剂，将人造磨料或天然磨料粘结在基体上而制成的耐水砂纸。
- QB/T 1312-2018：砂纸原纸。规定了砂纸原纸的产品分类、要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输和贮存等。
- GB/T 9258-2000：砂纸粒度标准。等同采用国际标准涂附磨具用磨料粒度分析第 1 部分粒度组成，将名称改为涂附磨具用磨料粒度分析第 1 部分粒度组成。