專利名稱：以短纖維增強(qiáng)的磨具的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求2006年9月15日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/844,862的權(quán)益。
該申請(qǐng)以其全文納入本文作為參考。
背景技術(shù)：
短切纖維用于致密樹(shù)脂基砂輪以增加強(qiáng)度和沖擊阻力。短切纖維通常長(zhǎng)3-4mm，具有多根細(xì)絲。細(xì)絲的數(shù)量根據(jù)制造方法而不同，但通常每束由400到6000根細(xì)絲組成。細(xì)絲通過(guò)已知為膠料、結(jié)合劑或涂料的粘合劑維持在一起，所以粘合劑應(yīng)基本上與樹(shù)脂基質(zhì)相容。短切纖維的一個(gè)例子是183

可從歐文斯康寧公司(Owens Corning)購(gòu)得。
通常，通過(guò)將短切纖維、樹(shù)脂、填充物和研磨劑顆粒摻混一規(guī)定時(shí)間，然后成型、熟化、或?qū)⒃摶旌衔锛庸こ沙善飞拜?，從而將短切纖維摻入干砂輪混合物中。
在任何這類例子中，短切纖維增強(qiáng)的砂輪通常存在多種問(wèn)題，包括研磨性能差以及砂輪使用壽命不足。
因此，需要為研磨處理工具提供改進(jìn)的增強(qiáng)技術(shù)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供一種組合物，該組合物含有有機(jī)粘結(jié)材料(如熱固樹(shù)脂、熱塑樹(shù)脂、或橡膠)、分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料、和均勻分散在該有機(jī)粘結(jié)材料中的微纖維。該微纖維是單根細(xì)絲，可包括例如礦棉纖維(mineral wool fiber)、渣棉纖維、巖棉纖維、石棉纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維、碳纖維、芳綸、和聚酰胺纖維，及其組合。該微纖維的平均長(zhǎng)度為例如低于約1000μm。在一個(gè)具體實(shí)例中，微纖維的平均長(zhǎng)度為約100到500μm，直徑低于約10微米。該組合物還可含有一種或多種活性填充劑。這些填充劑可與微纖維反應(yīng)，提供各種研磨工藝益處(如改進(jìn)的砂輪壽命、較高的G比率、和/或磨具面的抗負(fù)荷性能)。在一個(gè)這樣的實(shí)例中，所述一種或多種活性填充劑選自錳化合物、銀化合物、硼化合物、磷化合物、銅化合物、鐵化合物、鋅化合物、及其組合。在一個(gè)具體實(shí)例中，所述一種或多種活性填充劑包括二氯化錳。該組合物可包括例如10體積％到50體積％的有機(jī)粘結(jié)材料，30體積％到65體積％的研磨材料，和1體積％到20體積％的微纖維。在另一具體實(shí)例中，組合物包括25體積％到40體積％的有機(jī)粘結(jié)材料，50體積％到60體積％的研磨材料，和2體積％到10體積％的微纖維。在另一具體實(shí)例中，組合物包括30體積％到40體積％的有機(jī)粘結(jié)材料，50體積％到60體積％的研磨材料，和3體積％到8體積％的微纖維。在另一實(shí)施方式中，組合物呈用于工件的研磨加工中的磨料制品的形式。在一個(gè)這樣的實(shí)例中，該磨料制品是砂輪或其它適合研磨加工的形式。
本發(fā)明的另一實(shí)施方式提供一種研磨加工工件的方法。該方法包括將該工件固定到能促進(jìn)研磨加工的機(jī)器上，并操作性地將磨料制品連接到該機(jī)器上。該磨料制品包括有機(jī)粘結(jié)材料、分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料、和均勻分散在該有機(jī)粘結(jié)材料中的多根微纖維，其中，所述微纖維是平均長(zhǎng)度低于約1000μm的單根纖維。該方法還包括使該磨料制品與該工件的表面接觸。
本文所述的特征和優(yōu)點(diǎn)并不是本文的全部特征和優(yōu)點(diǎn)，具體而言，在附圖
、說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)的基礎(chǔ)上，許多其它的特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。此外，應(yīng)注意的是，用于本說(shuō)明書(shū)的語(yǔ)言主要基于可讀性和指導(dǎo)性目的而使用，它們并不限定本發(fā)明主題的范圍。
附圖描述 附圖顯示的曲線代表了依本發(fā)明各實(shí)施方式制備的組合物的強(qiáng)度分析。
發(fā)明詳述 如上所述，短切纖維可用于致密樹(shù)脂基砂輪以增加強(qiáng)度和沖擊阻力，其中，通常通過(guò)將短切纖維、樹(shù)脂、填充物和研磨劑顆粒摻混一規(guī)定時(shí)間而將短切纖維摻入干砂輪混合物中。但是，摻混或混合時(shí)間在實(shí)現(xiàn)可用的混合品質(zhì)中起到重要作用。不充分的混合產(chǎn)生不均勻的混合物，使得填模和擴(kuò)展變得困難，并產(chǎn)生具有較低性能和高可變性的非均質(zhì)復(fù)合物。另一方面，過(guò)度的混合會(huì)形成“起球”(多根短切纖維的簇叢)，該“起球”(“fuzz balls”)不能再分散在混合物中。而且，短切纖維本身是一捆有力地粘結(jié)在一起的細(xì)絲。在任一情況下，這些簇叢或捆都有效地降低研磨混合物的均一性，使其更難以轉(zhuǎn)移和擴(kuò)展到模子中。此外，復(fù)合物中這些簇叢或捆的存在降低了復(fù)合物的特性如強(qiáng)度和模量，并增加性能可變性。此外，玻璃如短切纖維或其簇叢的高濃度對(duì)砂輪壽命有有害影響。此外，增加砂輪中短切纖維的量也可降低研磨性能(如，采用G-比率和/或WWR所測(cè)得的)。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，生產(chǎn)微纖維增強(qiáng)的復(fù)合物包括將單根細(xì)絲完全分散在合適粘結(jié)材料(如有機(jī)樹(shù)脂)和填充劑的干混物中。完全分散可以定義為，例如，模塑和熟化微纖維、粘結(jié)材料和填充劑的充分摻混/混合的組合物后的最大復(fù)合物特性(如強(qiáng)度)。例如，差的混合產(chǎn)生低的強(qiáng)度，而好的混合產(chǎn)生高的強(qiáng)度。評(píng)價(jià)分散的另一種方法是使用篩分技術(shù)分離和稱重未分散的材料(如混合前類似于該原始微纖維的材料)。在實(shí)踐中，微纖維增強(qiáng)物的分散可在模塑和熟化前通過(guò)肉眼檢測(cè)(如用或不用顯微鏡)混合物來(lái)評(píng)估?；诒景l(fā)明將顯而易見(jiàn)的是，不完全的或不充分的微纖維分散通常導(dǎo)致較低的復(fù)合物特性和研磨性能。
根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，微纖維是小且短的單根細(xì)絲，具有高的抗張模量，且可以是無(wú)機(jī)或有機(jī)的。微纖維的例子是礦棉纖維(也稱為渣棉纖維或巖棉纖維)、玻璃纖維、陶瓷纖維、碳纖維、芳綸或漿狀芳綸纖維(pulped aramidfibers)、聚酰胺纖維或芳族聚酰胺纖維。本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式
使用的微纖維為無(wú)機(jī)單根細(xì)絲，其長(zhǎng)度低于約1000微米，直徑低于約10微米。此外，此例微纖維具有高熔點(diǎn)或分解溫度(如高于800℃)，大于約50GPa的抗張模量，且沒(méi)有粘合層或有非常少的粘合層。該微纖維還可高度分散為不連續(xù)的細(xì)絲，并具有抵抗形成成捆的纖維的性能。此外，該微纖維應(yīng)能與所使用的粘結(jié)材料(如有機(jī)樹(shù)脂)化學(xué)粘結(jié)。相反，短切纖維及其變化形式包括多根由粘合劑維持在一起的細(xì)絲，因此如前文所討論的存在各種與纖維簇叢和捆相關(guān)的問(wèn)題(如起球)。但是，一些短切纖維可碾磨或斷裂成分散的細(xì)絲，這些細(xì)絲也可作為微纖維用于本發(fā)明的實(shí)施方式中。在一些這樣的例子中，所得到的細(xì)絲可通過(guò)碾磨/斷裂方法(如由于去除將細(xì)絲維持在短切纖維或捆中的粘合劑或粘結(jié)劑所需的加熱工藝)而被明顯弱化。因此，用于粘結(jié)組合物中的微纖維的類型將取決于實(shí)際的應(yīng)用和所需的強(qiáng)度性質(zhì)。
在一個(gè)這樣的實(shí)施方式中，適用于本發(fā)明的微纖維是礦棉纖維，如可從斯咯斯工業(yè)公司(Sloss Industries Corporation，AL)購(gòu)得的以商品名

銷售的那些纖維。類似的礦棉纖維可從纖維技術(shù)有限公司(Fibertech Inc.，MA)購(gòu)得，產(chǎn)品名稱為“礦棉FLM”(“Mineral wool FLM”)。纖維技術(shù)有限公司也銷售玻璃纖維(如Microglass 9110和Microglass 9132)。也可使用這些玻璃纖維以及具有類型特征的其它天然或合成的礦物纖維或玻璃質(zhì)單根細(xì)絲纖維，如石棉、玻璃和陶瓷纖維。礦棉纖維通常包括由礦物或金屬氧化物制得的纖維。表1和表2分別總結(jié)了本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式
中的示例性組合物，以及可用于粘結(jié)增強(qiáng)的磨具的微纖維的一組性能。在本發(fā)明的基礎(chǔ)上，其它各種微纖維組合物及其性能組也將是顯而易見(jiàn)的，本發(fā)明并不意圖受限于其中任意具體的組合物或亞組。
表1斯咯斯工業(yè)公司的

纖維 表2斯咯斯工業(yè)公司的

纖維的物理特性 可用于依本發(fā)明實(shí)施方式構(gòu)建的磨具的粘結(jié)的粘結(jié)材料包括有機(jī)樹(shù)脂，如環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和氰酸酯樹(shù)脂，以及其它合適的熱固樹(shù)脂或熱塑樹(shù)脂。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中使用聚酚醛樹(shù)脂(如Novolac樹(shù)脂)?？墒褂玫臉?shù)脂的具體例子包括杜勒茲公司(Durez Corporation，TX)公司銷售的目錄冊(cè)/產(chǎn)品編號(hào)為29722、29344和29717的樹(shù)脂；遞倪阿公司(Dynea Oy，芬蘭)銷售的商品名為

的樹(shù)脂，目錄冊(cè)/產(chǎn)品編號(hào)為8522G、8723G和8680G；和合雄專業(yè)化學(xué)公司(Hexion Specialty Chemicals，OH)銷售的商品名為

的樹(shù)脂，目錄冊(cè)/產(chǎn)品編號(hào)為9507P、8686SP以及8431SP。根據(jù)本申請(qǐng)的教導(dǎo)，大量的其它合適的粘結(jié)材料將是顯而易見(jiàn)的，例如橡膠，本發(fā)明并不意圖受限于其中任意具體的一種或亞組。
可用來(lái)生產(chǎn)本發(fā)明實(shí)施方式的磨具的粘合劑材料包括市售購(gòu)得的材料，例如氧化鋁(如擠出的礬土、燒結(jié)和溶膠凝膠燒結(jié)的礬土、熔融氧化鋁)、碳化硅和氧化鋁-氧化鋯顆粒。依據(jù)給定應(yīng)用，也可使用超磨料顆粒如金剛石和立方氮化硼(cBN)。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，磨料顆粒的努普(Knoop)硬度為1600到2500kg/mm2，大小為約50微米到3000微米，或更具體而言，為約500微米到約2000微米。在一個(gè)這樣的例子中，制造磨具的組合物含有大于或等于約50重量％的研磨材料。
組合物還可含有一種或多種反應(yīng)性填充劑(也稱為“活性填充劑”)。用于本發(fā)明各實(shí)施方式中的活性填充劑的例子包括錳化合物、銀化合物、硼化合物、磷化合物、銅化合物、鐵化合物和鋅化合物。合適的活性填充劑的具體實(shí)例包括氟化鉀鋁、氟硼酸鉀、氟化鈉鋁(如

)、氟化碳、氯化鉀、二氯化錳、硫化鐵、硫化鋅、硫酸鉀、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋅、磷酸鈣、多磷酸鈣和硼酸鋅。在本申請(qǐng)的基礎(chǔ)上，適合用作活性填充劑的大量化合物將是顯而易見(jiàn)的，例如金屬鹽、氧化物和鹵化物?；钚蕴畛鋭┢鸬轿⒗w維的分散助劑的作用，可與微纖維反應(yīng)，產(chǎn)生所需的益處。由所選擇的活性填充劑與微纖維的反應(yīng)衍生的這些益處通常包括，例如增加的微纖維熱穩(wěn)定性，以及更好的砂輪壽命和/或G-比率。此外，纖維與活性填充劑之間的反應(yīng)有利地在研磨應(yīng)用中在砂輪面上提供抗金屬負(fù)荷性能?；诒旧暾?qǐng)所公開(kāi)的內(nèi)容，由微纖維與填充劑之間的協(xié)同相互作用產(chǎn)生的各種其它益處將是顯而易見(jiàn)的。
因此，提供了包含玻璃纖維與活性填充劑的混合物的磨料制品組合物。該組合物的益處包括，例如在粗研磨應(yīng)用中研磨性能的改進(jìn)。用該組合物制造的磨具與未增強(qiáng)的或常規(guī)增強(qiáng)的磨具相比具有高強(qiáng)度，并具有高的軟化溫度(如，高于1000℃)以改進(jìn)基質(zhì)的熱穩(wěn)定性。此外，還提供了相對(duì)于常規(guī)磨具降低的基質(zhì)熱膨脹系數(shù)，產(chǎn)生更好的耐熱沖擊性。此外，纖維與活性填充劑之間的相互作用導(dǎo)致活性填充劑的結(jié)晶行為發(fā)生變化，這使該磨具具有更好的性能。
現(xiàn)在提供微纖維增強(qiáng)的研磨復(fù)合物的大量例子，以進(jìn)一步闡述依本發(fā)明實(shí)施方式制得的磨具復(fù)合物的特征和益處。具體而言，實(shí)施例1證明用或不用礦棉的粘結(jié)物條和混合物條的復(fù)合物性能；實(shí)施例2證明隨混合品質(zhì)(mixquality)的變化而變化的復(fù)合物性能；實(shí)施例3證明隨混合品質(zhì)的變化而變化的研磨性能數(shù)據(jù)；實(shí)施例4證明隨用或不用礦棉時(shí)作為活性填充劑的變化而變化的研磨性能。
實(shí)施例1 實(shí)施例1包括表3、4和5，證明用和不用礦棉纖維時(shí)的粘結(jié)物條(bond bar)和復(fù)合物條(composite bar)的性能。注意到粘結(jié)物條不含研磨劑，而復(fù)合物條包括研磨劑并體現(xiàn)為砂輪組合物。表3提供了8種粘結(jié)組合物樣品的組分(體積百分比，或體積％)。一些粘結(jié)樣品不包括增強(qiáng)物(樣品1和5)，一些包括碾磨玻璃纖維或短切纖維(樣品3、4、7和8)，一些包括依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的斯咯斯工業(yè)公司的

礦棉纖維(樣品2和6)。也可使用單根細(xì)絲纖維的其它類型(如陶瓷或玻璃纖維)，這在本發(fā)明基礎(chǔ)上是顯而易見(jiàn)的。注意，粘結(jié)物中褐色熔融氧化鋁(粒度為220)用作這些粘結(jié)樣品的填充劑，但也可作為第二研磨劑使用(主要研磨劑可以是例如擠出礬土，粒度(grit)為16)。還注意的是，SaranTM 506是道爾化學(xué)公司(Dow Chemical Company)生產(chǎn)的聚偏二氯乙烯粘結(jié)劑，褐色熔融氧化鋁從華盛頓磨料公司(Washington Mills)購(gòu)得。
表3含有或不含礦棉的示例粘結(jié)物
對(duì)于表3中粘結(jié)物樣品1-4這一組，除了所使用的增強(qiáng)劑類型以外，組合物是相同的。樣品1和5不含增強(qiáng)劑，填充劑(在此例中為褐色熔融氧化鋁)的體積％相應(yīng)增加。同樣，對(duì)于表3中樣品5-8這一組，除了所使用的增強(qiáng)劑類型外，組合物也是相同的。
表4闡述了粘結(jié)物條(無(wú)研磨劑)的性能包括表3中8份樣品各自的應(yīng)力和彈性模量(E-Mod)。
表4粘結(jié)物條性能(3-點(diǎn)彎曲) 表5闡述了復(fù)合物條(包括表3的粘結(jié)物與研磨劑如擠出的礬土)的性能，包括表3中8份樣品各自的應(yīng)力和彈性模量(E-Mod)。從表4和5可以看出，用礦棉增強(qiáng)的粘結(jié)物/復(fù)合物(樣品2和6)與所示的其它樣品相比具有更高的強(qiáng)度。
表5復(fù)合物條性能(3-點(diǎn)彎曲) 在每一個(gè)研磨復(fù)合物樣品1-8中，約44體積％是粘結(jié)劑(包括所指出的粘結(jié)物組分，少于研磨劑)，約56體積％是研磨劑(如擠出的礬土，或其它合適的研磨劑顆粒)。此外，使用少但足夠量的糠醛(總研磨劑的約1體積％或更少)來(lái)濕潤(rùn)研磨劑顆粒。摻混樣品組合物1-8與糠醛增濕的研磨劑顆粒(老化2小時(shí))，然后模塑。各混合物預(yù)稱重，然后轉(zhuǎn)移到3孔模具(26mm×102.5mm)(1.5mm×114.5mm)中，并在160℃、140kg/cm2熱壓45分鐘，然后在對(duì)流加熱爐中在200℃熟化18小時(shí)。所得復(fù)合物條用ASTM方法D790-03以三點(diǎn)彎曲(51的跨高比)進(jìn)行測(cè)試。
實(shí)施例2 實(shí)施例2包括表6、7和8，闡述隨混合品質(zhì)的變化而變化的復(fù)合物性能。表6提供了8種樣品組合物的組分(體積％)。樣品A不包括增強(qiáng)物，樣品B到H包括依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的斯咯斯工業(yè)公司的

礦棉纖維。也可使用其它類型的單根細(xì)絲微纖維(如陶瓷或玻璃纖維)，如上文所述。樣品A的粘結(jié)材料包括碳化硅(粒度為220)作為填充劑，樣品B到H的粘結(jié)劑使用褐色的熔融氧化鋁(粒度為220)作為填充劑。如先前所述，這些填充劑有助于分散，并且也可作為第二研磨劑使用。在各樣品A到H中，所使用的主要研磨劑是粒度為60和80的褐色熔融氧化鋁的組合。注意，也可將單種主要研磨劑粒度與粘結(jié)物混合，也可改變粒度大小(如粒度為6到220)，這取決于諸如所需的移除速率和表面光潔度之類的因素。
表6用或不用礦棉的復(fù)合物例子
可以看出，樣品B到H的組成是相同的。樣品A中沒(méi)有增強(qiáng)物，其它粘結(jié)組分的體積％如所示地相應(yīng)增加。
表7隨混合過(guò)程的變化而變化的復(fù)合物性能 表7指示用于各樣品的混合過(guò)程。樣品A和B各自用使用槳的赫巴特(Hobart)型混合器混合30分鐘。樣品C用使用維斯克(wisk)的赫巴特型混合器混合30分鐘。樣品D用使用槳的赫巴特型混合器混合30分鐘，然后使其以6500rpm通過(guò)因特雷特(Interlator)錘磨機(jī)(或其它合適的錘磨機(jī)裝置)加工。樣品E用愛(ài)力奇(Eirich)型混合器混合15分鐘。樣品F以3500rpm通過(guò)因特雷特錘磨機(jī)加工。樣品G以6500rpm通過(guò)因特雷特錘磨機(jī)加工。樣品H用愛(ài)力奇型混合器混合15分鐘，然后以3500rpm通過(guò)因特雷特錘磨機(jī)加工。采用分散測(cè)試測(cè)量各樣品B到H中未分散的礦棉的量。分散測(cè)試如下采用轉(zhuǎn)叩(Rototap)法搖動(dòng)100克的混合物1分鐘后，接著使其過(guò)20目的篩，然后計(jì)算殘留物的量?？梢钥吹?，觀察到樣品B具有0.9克的礦棉殘留在篩網(wǎng)上，樣品C有0.6克的殘留物，樣品E有0.5克殘留物。樣品D、F、G和H各自沒(méi)有明顯的纖維殘留在篩網(wǎng)上。因此，可根據(jù)所需的礦棉的分散要求使用各種混合技術(shù)。
摻混樣品組合物A到H與糠醛增濕的研磨劑顆粒(老化2小時(shí))，然后模塑。各混合物預(yù)先稱重，然后轉(zhuǎn)移到3孔模具(26mm×102.5mm)(1.5mm×114.5mm)中，并在160℃、140kg/cm2熱壓45分鐘，然后在對(duì)流加熱爐中在200℃熟化18小時(shí)。所得復(fù)合物條用ASTM方法D790-03以三點(diǎn)彎曲(5∶1的跨高比)進(jìn)行測(cè)試。
表8平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差 樣品測(cè)試次數(shù) 平均值 標(biāo)準(zhǔn)偏差 標(biāo)準(zhǔn)誤差平均值下限95％上限95％ A1877.439 9.1975 2.167973.16 81.72 B1886.483 9.2859 2.188782.16 90.81 C18104.13310.27942.422999.35 108.92 D18126.8065.9801 1.4095124.02129.59 E18126.7005.5138 1.2996124.13129.27 F18127.6784.2142 0.9933125.72129.64 G18122.9834.8834 1.1510120.71125.26 H33123.1006.4206 1.1177120.89125.31 附圖是單路ANOVA分析樣品A到H各自的復(fù)合物強(qiáng)度。表8闡述了平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。標(biāo)準(zhǔn)誤差使用誤差方差的合并估計(jì)?？梢钥吹?，樣品B到H(各自依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式用礦棉增強(qiáng))各自的復(fù)合物強(qiáng)度明顯優(yōu)于未增強(qiáng)樣品A的強(qiáng)度。
實(shí)施例3 實(shí)施例3包括表9和10，闡述了隨混合品質(zhì)的變化而變化的研磨性能。表9提供了兩種樣品制劑的組分(體積％)。制劑是相同的，但制劑1混合45分鐘，而制劑2混合15分鐘(所用的混合方法也相同，但混合時(shí)間如文中所示)。各制劑包括依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的斯咯斯工業(yè)公司的

礦棉纖維。也可使用其它類型的單根細(xì)絲微纖維(如陶瓷或玻璃纖維)，如上文所述。
表9隨混合品質(zhì)的變化而變化的研磨性能
從表9可以看到，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的微纖維增強(qiáng)的研磨復(fù)合物的制備順序包括5個(gè)步驟粘結(jié)物制備；混合、復(fù)合物制備；填模和冷壓；和熟化。粘結(jié)物制備和混合步驟后實(shí)施粘結(jié)物品質(zhì)評(píng)價(jià)。如上文所討論的，評(píng)價(jià)粘結(jié)物品質(zhì)的一種方法是進(jìn)行分散測(cè)試，以測(cè)定依轉(zhuǎn)叩法未分散礦棉的重量百分比。在此具體實(shí)例中，轉(zhuǎn)叩法包括將50-100g的粘結(jié)物樣品加到40目篩中，經(jīng)5分鐘的轉(zhuǎn)叩攪拌后，測(cè)量殘留在該40目篩上的殘留物的量。步驟3中兩種制劑中使用的研磨劑均為擠出的礬土(粒度為16)。褐色的熔融氧化鋁(粒度為220)用作步驟1的粘結(jié)物制備中的填充劑，但可作為第二研磨劑使用，如上文所解釋的。注意Varcum 94-906是從杜勒茲公司購(gòu)得的糠醛基酚醛樹(shù)脂(resole)。
表10闡述了由制劑1和2制得的增強(qiáng)的砂輪在各切割速率(包括0.75、1.0和1.2秒/切)的研磨性能。
表10研磨性能的說(shuō)明 可以看到，制劑1的以立方英寸每分鐘計(jì)的材料移除速率(MRR)與制劑2的相對(duì)類似。但是，制劑1的以立方英寸每分鐘計(jì)的輪磨損率(WWR)始終低于制劑2的輪磨損率。還注意到的是，制劑1的G-比率(用WWR除MRR來(lái)計(jì)算)始終高于制劑2的G-比率?；仡櫛?可以看出，制劑1的示例粘結(jié)物混合45分鐘，而制劑2混合15分鐘。因此，混合時(shí)間與研磨性能有直接的關(guān)聯(lián)。在此具體實(shí)例中，與制劑1的改進(jìn)的性能和45分鐘的混合時(shí)間相比，用于制劑2的15分鐘的混合時(shí)間實(shí)在太短。
實(shí)施例4 實(shí)施例4包括表11、12和13，闡述用和不用礦棉的情況下隨活性填充物的變化而變化的研磨性能。表11提供了4種樣品復(fù)合物的組分(體積％)。復(fù)合物樣品A和B是相同的，但樣品A包括短切纖維而不含有褐色的熔融氧化鋁(粒度為220)或斯咯斯工業(yè)公司的

礦棉纖維。另一方面，樣品B包括斯咯斯工業(yè)公司的

礦棉纖維和褐色的熔融氧化鋁(粒度為220)，而不含有短切纖維。樣品B的復(fù)合物密度(以克每立方厘米計(jì))略高于樣品A的密度。復(fù)合物樣品C和D是相同的，但樣品C包括短切纖維而不含有斯咯斯工業(yè)公司的

礦棉纖維。另一方面，樣品D包括斯咯斯工業(yè)公司的

礦棉纖維而不含短切纖維。樣品C的復(fù)合物密度略高于樣品D的密度。此外，用少量但足夠量的糠醛(總研磨劑的約1體積％或更少)濕潤(rùn)研磨劑顆粒，在此例中所示研磨劑顆粒是氧化鋁顆粒(樣品C和D)和氧化鋁-氧化鋯顆粒(樣品A和B)。
表11隨活性填充劑的變化而變化的研磨性能
表12闡述了所實(shí)施的比較樣品B和D、以及樣品A和C的研磨性能的測(cè)試，其中樣品B和D兩種都由礦棉和示例活性填充劑二氯化錳(MKC-S，獲自華盛頓磨料公司)的混合物制得，樣品A和C由代替礦棉的短切纖維制得。
表12研磨性能的說(shuō)明
可以看出，使用由各樣品制得的砂輪研磨各工件，即板坯。更詳細(xì)地說(shuō)，在由奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼制得的板坯上測(cè)試樣品A和B，在奧氏體不銹鋼和碳鋼制得的板坯上測(cè)試樣品C和D。從表12還可以看出，使用礦棉和二氯化錳的混合物的樣品B和D與樣品A和B(由代替礦棉的短切纖維制得)相比提供約27％到36％的改進(jìn)。這清楚顯示了由礦棉和填充劑(在此例中，為二氯化錳)之間的正反應(yīng)而導(dǎo)致的研磨性能的提高。短切纖維和二氯化錳組合之間沒(méi)有發(fā)生這種正反應(yīng)。表13列出了測(cè)試復(fù)合物A到D的條件。
表13研磨條件的說(shuō)明 基于闡述性和描述性目的提供了前述關(guān)于本發(fā)明實(shí)施方式的描述。并不意圖排他性地或限制性地將本發(fā)明限制于本文所公開(kāi)的具體形式。在本發(fā)明的基礎(chǔ)上可作出各種改變和改動(dòng)。本發(fā)明的范圍不受到這些詳細(xì)描述的限制，相反本發(fā)明的范圍由附帶的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種組合物，其含有
有機(jī)粘結(jié)材料；
分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料，和
均勻分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的多根微纖維，其中所述微纖維是平均長(zhǎng)度低于約1000微米的單根細(xì)絲。
2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)材料是熱固樹(shù)脂、熱塑樹(shù)脂或橡膠之一。
3.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)材料是酚醛樹(shù)脂。
4.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述微纖維是有機(jī)的。
5.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述微纖維是無(wú)機(jī)的。
6.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述微纖維包括玻璃纖維、陶瓷纖維、碳纖維、芳綸纖維、和聚酰胺纖維中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述微纖維包括礦棉纖維。
8.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述微纖維包括渣棉纖維、巖棉纖維和石棉纖維中的至少一種。
9.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述微纖維的平均長(zhǎng)度約為100到500微米，直徑低于約10微米。
10.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組合物還含有一種或多種與所述微纖維反應(yīng)以提供研磨工藝益處的活性填充劑。
11.如權(quán)利要求10所述的組合物，其特征在于，所述一種或多種活性填充劑選自錳化合物、銀化合物、硼化合物、磷化合物、銅化合物、鐵化合物、鋅化合物、及其組合。
12.如權(quán)利要求10所述的組合物，其特征在于，所述一種或多種活性填充劑包括二氯化錳。
13.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組合物包含
10體積％到50體積％的有機(jī)粘結(jié)材料，
30體積％到65體積％的研磨材料，和
1體積％到20體積％的微纖維。
14.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組合物包含
25體積％到40體積％的有機(jī)粘結(jié)材料，
50體積％到60體積％的研磨材料，和
2體積％到10體積％的微纖維。
15.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組合物包含
30體積％到40體積％的有機(jī)粘結(jié)材料，
50體積％到60體積％的研磨材料，和
3體積％到8體積％的微纖維。
16.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組合物為用于工件的研磨加工中的磨料制品的形式。
17.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述磨料制品是砂輪。
18.一種磨料制品，其包含
有機(jī)粘結(jié)材料，其包括熱固樹(shù)脂、熱塑樹(shù)脂或橡膠之一；
分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料；和
均勻分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的多根微纖維，其中，所述微纖維是平均長(zhǎng)度低于約1000微米、直徑低于約10微米的單根細(xì)絲；
其中所述磨料制品含有10體積％到50體積％的所述有機(jī)粘結(jié)材料，30體積％到65體積％的所述研磨材料，和1體積％到20體積％的所述微纖維。
19.如權(quán)利要求18所述的制品，其特征在于，所述微纖維包括玻璃纖維、陶瓷纖維、碳纖維、芳綸纖維、和聚酰胺纖維中的一種或多種。
20.如權(quán)利要求18所述的制品，其特征在于，所述微纖維包括礦棉纖維。
21.如權(quán)利要求18所述的制品，其特征在于，所述微纖維包括渣棉纖維、巖棉纖維和石棉纖維中的至少一種。
22.如權(quán)利要求18所述的制品，其特征在于，所述制品還包括一種或多種與所述微纖維反應(yīng)以提供研磨工藝益處的活性填充劑。
23.如權(quán)利要求22所述的制品，其特征在于，所述一種或多種活性填充劑選自錳化合物、銀化合物、硼化合物、磷化合物、銅化合物、鐵化合物、鋅化合物、及其組合。
24.如權(quán)利要求22所述的組合物，其特征在于，所述一種或多種活性填充劑包括二氯化錳。
25.一種研磨加工工件的方法，其特征在于，所述方法包括
將該工件固定能促進(jìn)研磨加工的機(jī)器上；
將磨料制品操作性連接到該機(jī)器上，該磨料制品包括
有機(jī)粘結(jié)材料，
分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料，和
均勻分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的多根微纖維，其中，所述微纖維是平均長(zhǎng)度低于約1000微米的單根細(xì)絲；和
使該磨料制品與該工件的表面接觸。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述微纖維包括玻璃纖維、陶瓷纖維、碳纖維、芳綸纖維、和聚酰胺纖維中的一種或多種。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述微纖維包括礦棉纖維。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述微纖維包括渣棉纖維、巖棉纖維和石棉纖維中的至少一種。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述制品還包括一種或多種與所述微纖維反應(yīng)以提供研磨工藝益處的活性填充劑。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述一種或多種活性填充劑選自錳化合物、銀化合物、硼化合物、磷化合物、銅化合物、鐵化合物、鋅化合物、及其組合。
31.如權(quán)利要求29所述的組合物，其特征在于，所述一種或多種活性填充劑包括二氯化錳。
全文摘要
公開(kāi)了一種可用于研磨加工的組合物。該組合物包含有機(jī)粘結(jié)材料、分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料，和均勻分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的多根微纖維。所述微纖維是平均長(zhǎng)度低于約1000微米的單根細(xì)絲。由該組合物制得的磨料制品與未增強(qiáng)的磨具相比具有提高的強(qiáng)度和沖擊阻力，與常規(guī)增強(qiáng)的工具相比具有提高的輪磨損率和G-比率。與微纖維相互反應(yīng)的活性填充劑可用來(lái)進(jìn)一步提供研磨工藝益處。
文檔編號(hào)B24D3/34GK101528418SQ200780033967
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者M·W·克雷特, K·M·康利, S·F·帕森斯, H·張, A·K·豪恩德 申請(qǐng)人:圣戈本磨料股份有限公司, 圣戈本磨料公司