專利名稱：磨料制品及其制造方法
發(fā)明的
背景技術(shù)：
1.發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及磨料制品，更具體地說(shuō)涉及含磨粒、粘合劑和助磨劑的磨料制品。
2.現(xiàn)有技術(shù)的討論磨料制品一般包括固定在粘合劑中的磨粒。在粘接磨料中，粘合劑將磨粒粘接成有形物體。所述的有形物體一般是輪形，因此它通常稱為磨輪。在非織造磨料中，粘合劑將磨粒粘接到膨松而富有彈性的網(wǎng)眼纖維襯底上。在涂敷磨料中，粘合劑將磨粒粘接到襯底即背襯上。涂敷磨料可含有與背襯的一個(gè)表面粘接的第一涂層(通常稱為初始接合涂層)、用初始接合涂層粘接到背襯上的至少一層磨粒及覆蓋在磨粒上的第二涂層。第二涂層通常稱為膠結(jié)涂層；它增強(qiáng)了磨粒的保持力。涂敷磨料可以另有覆蓋在膠結(jié)涂層上的上膠結(jié)涂層。上膠結(jié)涂層可含有時(shí)在研磨時(shí)有用的助磨劑。
磨料粘合劑一般由明膠或樹脂粘合劑構(gòu)成，有時(shí)還有其它成分。樹脂粘合劑包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、丙烯酸酯樹脂和脲甲醛樹脂。典型添加劑的例子包括助磨劑、填料、濕潤(rùn)劑、表面活性劑、顏料、偶合劑和染料。
加入助磨劑可以顯著地影響金屬研磨的化學(xué)和物理過(guò)程，從而提高性能?？梢哉J(rèn)為，助磨劑(1)減少了磨粒與被研磨工件間的摩擦，(2)防止磨?！氨簧w帽”，即防止金屬顆粒粘接到磨粒頂部，(3)降低磨粒與工件界面的溫度，和/或(4)降低所需的研磨力。助磨劑在研磨金屬如不銹鋼或鈦的過(guò)程中特別有用。在某些情況下，加入助磨劑可以顯著地提高所得涂敷磨料的磨削速率即研磨性能，在這方面優(yōu)于不含助磨劑的涂敷磨料。磨料工業(yè)一直在尋找通過(guò)使用助磨劑來(lái)提高磨料產(chǎn)品效率的方法。
在某些情況下，助磨劑和磨料粘合劑是不相容的。這種不相容性可能在加工過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題，最終降低研磨性能。因此，磨料工業(yè)正在考慮進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有助磨劑的方法。
發(fā)明的概述本發(fā)明的特點(diǎn)是可以加入較多助磨劑的磨料制品。在一個(gè)方面，本發(fā)明的特點(diǎn)在于提供一種具有適于接觸和研磨工件的外表面的磨料制品，所述的磨料制品含有許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒(coated grinding aid particles)和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的助磨劑顆粒，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中。
在另一方面，本發(fā)明的特點(diǎn)在于提供一種具有適合于接觸和研磨工件的表面的涂敷磨料制品，所述的涂敷磨料制品包括有一個(gè)主表面的背襯、許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的助磨劑顆粒，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于提供一種具有適于接觸和研磨工件的表面的涂敷磨料制品，所述的涂敷磨料制品包括有一個(gè)主表面的背襯、許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用選自脂肪酸、脂肪酸鹽和油的物質(zhì)涂覆的助磨劑顆粒，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中。
本發(fā)明的特征還在于提供一種具有適于接觸和研磨工件的表面的粘接磨料制品，所述的粘接磨料制品包括許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的助磨劑顆粒，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中，粘合劑將所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒粘接成有形物體。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于提供一種具有至少一個(gè)主表面和內(nèi)部區(qū)域的非織造磨料制品，所述的磨料制品包括膨松而富有彈性的網(wǎng)眼有機(jī)纖維織物、許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的助磨劑顆粒，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中，粘合劑將所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒粘接到所述膨松而富有彈性的網(wǎng)眼織物上。
因此，本發(fā)明的磨料制品可以是(1)涂敷磨料制品，磨粒和助磨劑顆粒被粘合劑粘接到背襯上(因此稱為“涂敷”磨料制品)；(2)粘接磨料制品，磨粒和助磨劑顆粒被粘合劑粘接成多孔有形物體(因此稱為“粘接”磨料制品)；或(3)非織造磨料制品，磨粒和助磨劑顆粒被粘合劑粘接到膨松而富有彈性的網(wǎng)眼非織造織物的纖維上(因此稱為“非織造”磨料制品)。
本發(fā)明也涉及一種涂敷助磨劑顆粒，它是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的助磨劑顆粒，并涉及一種可磨蝕團(tuán)粒(agglomerate)，它是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的許多助磨劑顆粒粘聚而成的。所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的助磨劑顆粒。
本發(fā)明的特征還在于提供用磨料制品研磨工件的方法，所述的磨料制品具有適于接觸和研磨工件的表面，所述的磨料制品含有許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的助磨劑顆粒，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中，所述的方法是當(dāng)所述工件與所述磨料制品的表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使所述工件與所述表面接觸，并以足夠的力研磨所述工件。
本發(fā)明還涉及制造磨料制品的方法，所述的磨料制品具有適于接觸和研磨工件的表面，所述的方法包括用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆許多助磨劑顆粒，以提供許多涂敷助磨劑顆粒；提供許多磨粒；將涂敷助磨劑顆粒和磨粒分散在粘合劑前體中；及固化所述的粘合劑前體。
發(fā)明的詳細(xì)描述現(xiàn)就涂敷磨料制品對(duì)本發(fā)明的磨料制品進(jìn)行說(shuō)明。然而這些描述(包括對(duì)磨粒和助磨劑顆粒的描述)可應(yīng)用于所有的實(shí)施方案，涂敷磨料一般包括初始接合涂層(make coating)和膠結(jié)涂層(size coating)，也可包括上膠結(jié)涂層(supersize coating)。這些層中每一層都含有粘合劑。在涂敷磨料制品行文中所用的術(shù)語(yǔ)“分散有所述助磨劑顆粒的粘合劑”是指用于初始接合涂層、膠結(jié)涂層和上膠結(jié)涂層(如有)中粘合劑的總稱。本文所用的術(shù)語(yǔ)“分散”并不一定指均勻分散。
背襯可以是與粘合劑相容的任何常規(guī)磨料制品用的背襯。它的例子包括聚合物膜、上有底層涂料的聚合物膜、加固熱塑材料、布、紙、硬化紙板、非織造材料以及它們的復(fù)合材料。特別優(yōu)選的背襯如含有纖維增強(qiáng)材料的熱塑材料背襯。也可對(duì)背襯進(jìn)行處理，以密閉其表面的孔隙和/或改善其某些物理性質(zhì)。這些處理在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的。
背襯也可在其后表面上具有將所得涂敷磨料制品固定于支承墊或支持墊的連接裝置。該連接裝置可以是壓敏粘合劑或用于鉤圈連接的毛圈織物?；蛘呖梢允鞘茏屓说拿绹?guó)專利5,201,101中所述的嚙合連續(xù)系統(tǒng)。
磨粒的粒度一般為0.1-1500微米，通常為0.1-400微米，較好為0.1-100微米，最好為0.1-50微米。優(yōu)選磨粒的莫氏硬度至少為8，9以上更佳。合適磨粒的例子包括熔凝氧化鋁(它包括棕色氧化鋁、熱處理氧化鋁和白色氧化鋁)、陶瓷氧化鋁、綠色氧化鋁、黑色碳化硅、氧化鉻、氧化鋁-氧化鋯、金剛石、氧化鐵、二氧化鈰、立方氮化硼、碳化硼、石榴石及它們的復(fù)合物。磨粒也可以用由許多單個(gè)磨粒粘接而成的磨料團(tuán)粒。因此，本文所用的術(shù)語(yǔ)“磨?！奔劝▎蝹€(gè)磨粒，也包括由許多磨粒構(gòu)成的多磨粒團(tuán)粒(multigrain granule)。
可用于本發(fā)明的助磨劑包括元機(jī)鹵素鹽、鹵代的化合物和聚合物、含硫的有機(jī)和無(wú)機(jī)材料。優(yōu)選的助磨劑是鹵素鹽，具體為四氟硼酸鉀(KBF4)、冰晶石(Na3AlF6)和銨冰晶石[(NH4)3AlF6]。可以用作助磨劑的其它鹵素鹽包括氯化鈉、鉀冰晶石、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯化鉀和氯化鎂。其它優(yōu)選的助磨劑包括含水溶性或非水溶性助磨劑顆粒的助磨劑團(tuán)粒。其它有用的助磨劑團(tuán)粒是用粘合劑將許多助磨劑顆粒粘接而成的團(tuán)粒，所述的粘合劑描述于例如受讓人于1994年3月16日提交的申請(qǐng)USSN08/213,550和Gagliardi，Chesley，Houck，Harmer和Olson于1995年2月10提交的題目為“磨料制品”的USSN中。未用有機(jī)基粘合劑的可磨蝕助磨劑團(tuán)粒描述于美國(guó)專利5,269,821中。本文所用的術(shù)語(yǔ)“可磨蝕”是指團(tuán)粒會(huì)由于機(jī)械應(yīng)力而可控制地碎裂和/或通過(guò)在濕的研磨條件下完全或部分溶解而可控制地消耗?！皾瘛笔侵覆捎脟娝难心l件。
用作助磨劑的鹵代聚合物的例子包括聚鹵乙烯(如聚氯乙烯)和聚偏二鹵乙烯；高度氯化石蠟；完全氯化烴類樹脂；和氟烴如聚四氟乙烯和聚氯化三氟乙烯。
用作助磨劑的含硫無(wú)機(jī)物質(zhì)包括元素硫、硫化銅、硫化鉬、硫酸鉀等。用于本發(fā)明的有機(jī)含硫物質(zhì)包括如硫脲。
助磨劑顆粒的平均粒度為約1-100微米，更好為5-50微米。為提高研磨效率，應(yīng)在磨料制品中加入足量的助磨劑顆粒。
具有本發(fā)明疏水涂層的助磨劑顆粒減少了顆粒與顆粒間的吸引作用。因此，當(dāng)用含水樹脂體系處理助磨劑顆粒后，就會(huì)有更高的穩(wěn)定性和相容性。結(jié)果，減少了用于制造膠結(jié)涂層或上膠結(jié)涂層的含水樹脂體系中消泡劑或濕潤(rùn)劑的用量，所述的膠結(jié)涂層和上膠結(jié)涂層中含有涂敷助磨劑顆粒。另外，助磨劑顆粒表面上的疏水涂層可提高助磨劑層的磨蝕度，因此提高了磨料制品的性能。還有，當(dāng)施涂了疏水涂層后，可以將較大的助磨劑顆粒(如平均粒度大于100微米的助磨劑顆粒)加入到優(yōu)選的熱塑粘合劑前體中，這樣就減少了粉碎助磨劑的能耗費(fèi)用，并減少了隨后加入濕潤(rùn)劑的需要。濕潤(rùn)劑對(duì)于分散粗的助磨劑顆粒往往是無(wú)效的。
本發(fā)明用于描述涂敷助磨劑顆粒的術(shù)語(yǔ)“涂敷”是指在至少一部分助磨劑顆粒上涂有厚度小于約20微米的涂層。
本文所用的術(shù)語(yǔ)“惰性”是指該物質(zhì)對(duì)磨料制品用的一般粘合劑是化學(xué)惰性的。本文所用的術(shù)語(yǔ)“疏水”是指該物質(zhì)不吸附水，也不吸收水。本文所用的術(shù)語(yǔ)“含烴”是指該物質(zhì)至少包括僅含碳和氫的八碳基團(tuán)。該烴基可以是環(huán)狀或非環(huán)狀的，直鏈或支鏈的，飽和或不飽和的。
優(yōu)選的惰性疏水含烴物質(zhì)包括那些非聚合物質(zhì)并且不能轉(zhuǎn)化成聚合物的物質(zhì)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所用的疏水物質(zhì)是脂肪酸或脂肪酸鹽。優(yōu)選的鹽包括鋰鹽、鋅鹽、鈉鹽、鋁鹽、鎳鹽、鉛鹽、鎂鹽、鈣鹽和鋇鹽。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，疏水物質(zhì)是油如礦物油或花生油。這種油最好是非水溶性的，并能溶于醇如異丙醇中。
本文所用的術(shù)語(yǔ)“脂肪酸”是指含有羧基和至少八個(gè)碳原子的直鏈或基本上直鏈的烴。脂肪酸可以是飽和的或不飽和的。
本文所用的術(shù)語(yǔ)“油”包括二類物質(zhì)(1)甘油的脂肪酸酯；(2)源自石油及其沸點(diǎn)高于300℃的產(chǎn)品的多環(huán)烴。
優(yōu)選的脂肪酸(和脂肪酸鹽)含有12-20個(gè)碳原子。優(yōu)選的脂肪酸鹽包括硬脂酸的鈣鹽、鋰鹽、鋁鹽、鎳鹽、鉛鹽和鋇鹽。更優(yōu)選的脂肪酸鹽包括鋅鹽和鎂鹽。脂肪酸鹽的熔點(diǎn)最好在100-150℃之間。熔點(diǎn)可按ASTM 324-79(1989年重新批準(zhǔn)的)進(jìn)行測(cè)量。
在研磨過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量。這種熱可以將涂敷助磨劑顆粒軟化到大大降低涂敷磨料性能的程度。如果脂肪酸鹽的熔點(diǎn)太低，涂敷助磨劑顆?？赡鼙煌磕ǖ窖心サ墓ぜ?。另外，如果脂肪酸鹽的熔點(diǎn)太低，它還會(huì)影響粘合劑的固化。硬脂酸金屬鹽的熔點(diǎn)一般在120-200℃之間。涂敷助磨劑顆粒上的涂層也可是不同脂肪酸鹽的混合物。除硬脂酸金屬鹽以外，其它脂肪酸鹽也可用于本發(fā)明中。例如，棕櫚酸金屬鹽、肉蔻酸金屬鹽、月桂酸金屬鹽、癸酸金屬鹽和辛酸金屬鹽。脂肪酸也可以是不飽和的，例如十一碳烯酸金屬鹽或油酸金屬鹽。助磨劑顆粒上的涂層也可起潤(rùn)滑劑作用，提高磨料制品的性能。
當(dāng)在助磨劑顆粒上涂敷涂層時(shí)，大多數(shù)助磨劑顆粒會(huì)在一定程度上有涂層。然而，由于涂敷方法的效率有限，總有一部分助磨劑顆粒(或單個(gè)顆粒上的一部分)沒(méi)有涂層。但是，為了改變助磨劑顆粒的濕潤(rùn)性，僅需涂敷這些顆粒的部分表面。然而，優(yōu)選的是涂敷所有的助磨劑顆粒。另外，涂層一般覆蓋著助磨劑顆粒表面積的至少50％，較好至少60％，更好至少80％，最好至少95％。
疏水涂層就有足夠的厚度，以使(1)將粘合劑和助磨劑顆粒間的任何不需要的反應(yīng)減少到最低程度；(2)在制造磨料制品過(guò)程中提供更好的工藝性能；和/或(3)提高磨料制品的最終性能。更好的工藝性能可能與助磨劑顆粒的較好流變性和較少結(jié)塊等有關(guān)。涂層厚度部分地與涂層材料的化學(xué)組成、涂層材料的尺寸和粘合劑有關(guān)。然而，涂層的平均厚度較好約0.5-20微米，更好為1-10微米。應(yīng)該注意的是，最小涂層厚度相當(dāng)于惰性疏水涂層材料顆粒的平均粒度或分子尺寸。
惰性疏水涂料可以用任何常規(guī)方法涂敷，如滾涂、噴涂和旋轉(zhuǎn)涂等。如有必要，惰性疏水涂料還可含有有機(jī)溶劑。涂敷后，除去溶劑。惰性疏水涂料也可在非均相介質(zhì)如氣體或液相中在位產(chǎn)生。
特別優(yōu)選的磨料制品上具有含助磨劑顆粒和粘合劑的外表面涂層。外表面涂層在研磨過(guò)程中與工件接觸。在涂敷磨料制品中，術(shù)語(yǔ)“外表面涂層”一般指的是磨料制品表面上的膠結(jié)涂層或上膠結(jié)涂層，即最外面涂層。外表面涂層中最好含有熱固粘合劑。優(yōu)選的外表面涂層含有用疏水物質(zhì)涂敷的四氟硼酸鉀顆粒和熱固性樹脂如酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂。
本文所用的術(shù)語(yǔ)“熱固”(thermoset)樹脂是指在某種能源(如熱和/或輻射)照射后不能流動(dòng)即已固體的樹脂。術(shù)語(yǔ)“熱固性”(thermosetting)樹脂是指未固化的熱固樹脂。
例如，涂敷磨料制品上也可以有涂在膠結(jié)涂層上的上膠結(jié)涂層。上膠結(jié)涂層最好包括涂有疏水物質(zhì)的助磨劑顆粒；在本實(shí)施方案中膠結(jié)涂層可以不用涂敷助磨劑顆粒，但膠結(jié)涂層和/或上膠結(jié)涂層較好含有10-95重量％，更好30-80重量％，最好50-80重量％的涂敷助磨劑顆粒。余量是粘合劑和其它添加劑。膠結(jié)涂層和/或上膠結(jié)涂層可以含有其它添加劑或成分，如填料、纖維、潤(rùn)滑劑、濕潤(rùn)劑、觸變劑、表面活性劑、顏料、染料、抗靜電劑、偶合劑、增塑劑和懸浮劑。
粘合劑可以是任何用在涂敷磨料制品中的常規(guī)樹脂粘合劑或明膠粘合劑。樹脂粘合劑的例子包括酚醛樹脂、脲甲醛樹脂、聚氨酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、氨基塑料樹脂、環(huán)氧樹脂、膠乳及它們的混合物。
涂敷磨料制品可用常規(guī)方法制造。例如，涂敷磨料制品可用如下方法制備，即(1)將初始接合涂料前體涂在背襯上；(2)將磨粒用滴涂法(drop coatig)或靜電法涂布到該前體上；(3)使初始接合涂料前體部分固化；(4)涂以膠結(jié)涂料前體，該前體含有用疏水物質(zhì)涂敷的助磨劑顆粒；和(5)使初始接合涂料前體和膠結(jié)涂料前體完全固化。第2步可以包括涂敷涂有疏水物質(zhì)的粗助磨劑顆粒(與磨粒的粒度相同)的混合物。
涂敷磨料制品上可以有粘接在背襯上的非隨機(jī)研磨復(fù)合體陣列。每個(gè)研磨復(fù)合體可以包括磨粒、本發(fā)明的涂敷助磨劑顆粒和粘合劑。該粘合劑將磨粒和涂敷助磨劑顆粒粘合成具有精確形狀的許多研磨復(fù)合體。類似地，這些涂敷磨料制品可包括粘接在背襯上的隨機(jī)研磨復(fù)合體陣列。
也可以將一些涂敷助磨劑顆粒結(jié)合成可磨蝕助磨劑團(tuán)粒，該團(tuán)粒一般也含有將助磨劑顆粒粘接在一起的粘合劑。然后又可將那些可磨蝕助磨劑團(tuán)粒加入到涂敷磨料制品中?？赡ノg助磨劑團(tuán)粒可以加入初始接合涂層、膠結(jié)涂層和/或上膠結(jié)涂層中。助磨劑團(tuán)?？杉拥侥チＶg、之上和/或之下?？赡ノg助磨劑團(tuán)粒較好含有50-99重量％助磨劑顆粒和1-50重量％粘合劑。可磨蝕團(tuán)粒的優(yōu)選平均粒度為20-750微米，更好為100-700微米。
本發(fā)明的涂敷磨料制品可用于研磨金屬，包括不銹鋼和鈦。本文所用的術(shù)語(yǔ)“研磨”一般用于概括磨削、拋光和精磨等。涂敷磨料制品可以制成帶形、盤形和片形等。
研磨金屬工件的大多數(shù)通用方法是在磨料制品的外表面和工件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，令工件與磨料制品的外表面接觸，用足夠的力研磨金屬。工件或磨料制品有一個(gè)最好是固定的。
研磨金屬的一般性描述可見由涂敷磨料制造商研究所于1958年出版的題目為“涂敷磨料制品-工業(yè)的現(xiàn)代工具”一書的第7章，第150-200頁(yè)。如該書所述，對(duì)于每個(gè)用途而言，需采用一定等級(jí)的特定涂敷磨料制品，并采用適當(dāng)類型的設(shè)備，這樣就會(huì)在生產(chǎn)率、光潔度和成本方面獲得最好的結(jié)果。需要考慮的因素是工件的金屬種類和金相特征；工件的形狀、尺寸和條件；所用設(shè)備的功率；所用接觸輪的類型及所需的工件光潔度。
在磨料制品是連續(xù)磨料帶的實(shí)施方案中，須根據(jù)所需的磨削速率和工件上的最終表面光潔度選擇接觸輪、所用的力和磨料帶的速度，此時(shí)應(yīng)注意勿使工件產(chǎn)生損壞。接觸輪可以是平的，也可以是鋸齒狀的。磨料制品作用在工件(反之亦然)上的力可為0.05-150千克，一般較好為0.1-100千克。帶速為350-3050表面米/分，更好為約415-2134表面米/分。
其它的一些實(shí)施方案包括在權(quán)利要求書中。例如，可將磨料顆粒和本發(fā)明的涂敷助磨劑顆粒加入到粘接磨料制品中。助磨劑顆粒連同磨粒可分散在整個(gè)用于形成粘接磨料制品的粘合劑中。另外，其中混有助磨劑顆粒的粘合劑前體可作為外表面涂料涂在粘接磨料制品上，或分布(void)在粘接磨料制品內(nèi)部；然后此粘合劑前體可用已知的方法固化。粘接磨料制品可以采用彈性聚氨酯用作粘合劑基質(zhì)的常規(guī)柔性粘接磨料制品。聚氨酯粘合劑基質(zhì)可以是發(fā)泡材料，聚氨酯粘合劑也可以是實(shí)心體。
制造含本發(fā)明涂敷助磨劑的粘接磨料制品的通用方法是先將粘合劑前體、磨粒、涂敷助磨劑顆粒和任選的添加劑混合成均勻的混合物。然后將該混合物模塑成所需的形狀和大?。辉賹⒄澈蟿┣绑w固化成粘接磨料制品。
本發(fā)明的助磨劑顆粒也可加入到非織造磨料制品中。非織造磨料制品一般包括膨松而富有彈性的有機(jī)纖維三維網(wǎng)眼織物，纖維在其接觸點(diǎn)處被磨料粘合劑粘接在一起。這些織物可用含本發(fā)明助磨劑顆粒的粘合劑前體組合物滾涂、噴涂或其它方法涂敷，然后在足以固化該樹脂的條件下進(jìn)行處理。
制備含本發(fā)明涂敷助磨劑的非織造磨料制品的一般方法是先將粘合劑前體、磨粒、涂敷助磨劑顆粒和任選的添加劑混合成均勻的混合物。然后將此混合物噴或涂到膨松而富有彈性的非織造襯底上；再將粘合劑前體固化成非織造磨料制品。
以下的實(shí)施例和試驗(yàn)方法將進(jìn)一步說(shuō)明優(yōu)選的磨料制品、制備方法及其用途。
試驗(yàn)方法I將每個(gè)實(shí)施例的涂敷磨料制品制成7.6cm×335cm的環(huán)狀磨料帶。在恒定載荷平面磨床上試驗(yàn)每個(gè)實(shí)施例的兩條帶子。將預(yù)先稱重的304不銹鋼工件(約2.5cm×5cm×18cm)安裝在垂直安置的夾具中，其2.5cm×18cm的面對(duì)著直徑約為36cm的60肖氏A硬度計(jì)的鋸齒形橡膠接觸輪(其臺(tái)肩一個(gè)疊著一個(gè))，該接觸輪上裝著涂敷磨料帶。然后使工件以20來(lái)回/分的速率在18cm長(zhǎng)的途徑上作垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在磨料帶以約2050米/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有個(gè)彈簧加壓柱塞以11.0千克的力將工件壓在磨料帶表面上。30秒鐘研磨時(shí)間過(guò)后，拆下工件夾具裝置，重新稱重，從原重中減去研磨后的重量計(jì)算磨掉的材料重量。然后將一個(gè)預(yù)先稱重的工件連同夾具安裝在該磨床上。試驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)誤差約為10％?？偰ハ髁渴钦麄€(gè)試驗(yàn)中磨掉的不銹鋼總重量的一個(gè)量度。當(dāng)最后的磨削量少于最初二個(gè)連續(xù)30秒磨削量的1/3時(shí)，試驗(yàn)就認(rèn)為結(jié)束。
試驗(yàn)方法II將直徑為17.8cm，厚度為0.76mm，中心開有直徑為2.2cm孔的涂敷磨料研磨盤裝在一個(gè)滑動(dòng)試驗(yàn)機(jī)上。習(xí)慣上先將研磨盤進(jìn)行撓曲，使其中硬的粘接樹脂產(chǎn)生有控制的破裂，然后將其安裝在傾斜的鋁制背襯墊上，用來(lái)研磨304不銹鋼工件(尺寸為1.25cm×19.8cm)的表面。當(dāng)以5500rpm的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)纖維盤時(shí)，使研磨盤鋪在背襯墊的傾斜邊緣上的那部分以5.91千克的壓力接觸工件，產(chǎn)生約140cm2的盤磨損路徑。每個(gè)盤用來(lái)研磨一個(gè)單獨(dú)的工件1分鐘。每個(gè)盤用來(lái)研磨的總時(shí)間為10分鐘。
材料BBAW 含雙酚A環(huán)氧樹脂的二縮水甘油基醚的可水涂組合物(固體含量約為60％，含水量為40％)。該組合物(商品名稱為CMD35201)購(gòu)自Rhone-Poulenc，Inc.，Louisville，Kentucky。該組合物還含一種非離子乳化劑。環(huán)氧當(dāng)量約為600-700。RPI 含75％固體(非揮發(fā)性的)的可溶酚醛樹脂EMI 2-乙基-4-甲基咪唑。該固化劑(商品名為EMI-24)可購(gòu)自AirProducts，Allentown，Pennsylvania。KBF4-102 純度為98％的四氟硼酸鉀粉末，其中至少90重量％的顆粒能通過(guò)200目的篩網(wǎng)。該顆粒的平均粒度約為50微米。該組合物(商品名稱為Potassium Fluroborate Spec 102)購(gòu)自Atotech USA，Somerset，NJ。KBF4-104 純度為98％的四氟硼酸鉀粉末，其中至多2重量％的顆粒比60目粗，至少25重量％的顆粒能通過(guò)200目的篩網(wǎng)，至多5重量％的顆粒通過(guò)325目的篩網(wǎng)。該顆粒的平均粒度約為125微米。該組合物(商品名為Potassium Fluroborate Spec104)購(gòu)自Atotech USA，Somerset，NJ。CRY 冰晶石(六氟鋁酸三鈉)。IO 紅色氧化鐵。HP 85％2-甲氧基丙醇和 5％ H2O的混合物，購(gòu)自WorumChemical Co.，St.Paul，MN。AOT 分散劑(硫代丁二酸二辛酯鈉？)(商品名為Aerosol OT)購(gòu)自Rohm and Haas公司。Zn(St)2 硬脂酸鋅42粉末。99.9重量％的粉末能通過(guò)325目的篩網(wǎng)。該顆粒的平均粒度為5-10微米。該粉末購(gòu)自O(shè)rganicDivision，Witco，Perth Amboy，NJ。NaSt 硬脂酸鈉T-1粉末。93重量％的粉末能通過(guò)100目的篩網(wǎng)(該顆粒的粒度不大于149微米)。該粉末購(gòu)自Witco，PerthAmboy，NJ。Mg(St)2 硬脂酸鎂NF Hyqual粉末。至少99.5重量％的粉末能通過(guò)325篩網(wǎng)(粒度不大于44微米)。該粉末購(gòu)自Mallinckrodt，Chesterfield，MO。Al(St)3 硬脂酸鋁#132D粉末。95％的粉末能通過(guò)200目的篩網(wǎng)(粒度不大于74微米)。該粉末購(gòu)自Witco，Perth Amboy，NJ。StA 硬脂酸，CAS57-11-4，粉末。購(gòu)自EM Science，Cherry Hill，NJ。MO 礦物油#79300。購(gòu)自Paddock，Minneapolis，MN。PnO 100％純花生油。購(gòu)自Planters，Winston-Salem，NC。
制備涂敷磨料制品(帶)的一般方法對(duì)于用本方法制備的如下實(shí)施例，每個(gè)涂敷磨料制品的背襯均是Y重量的有四上一下織紋(four over one weave)的織造聚酯布。每塊背襯均先用膠乳/酚醛樹脂飽和，然后放在烘箱中使樹脂部分地固化。接著，將碳酸鈣填充的膠乳/酚醛樹脂預(yù)處理涂料涂在每塊背襯的背面。將每塊背襯加熱到約120℃，并在該溫度下維持到樹脂固化至無(wú)粘性狀態(tài)。最后，將膠乳/酚醛樹脂預(yù)處理涂料涂在每塊背襯的正面，然后加熱到約120℃，并在該溫度下維持到樹脂預(yù)固化至無(wú)粘性狀態(tài)。用本方法制備的每塊背襯都經(jīng)過(guò)了完全預(yù)處理，下一步即可涂以初始接合涂料。
用于制備每塊涂敷背襯的初始接合涂料的可涂布混合物可按如下方法制備將69份固含量為70％的酚醛樹脂(48份酚醛樹脂)、52份非造粒碳酸鈣填料(干重)和足量的90份水/10份乙二醇單乙醚的溶液混合成每個(gè)實(shí)施例用的初始接合涂料，該涂料的固體含量為84％，濕涂層重量為155克/米2。在每個(gè)實(shí)施例中初始接合涂料均用刮涂法涂敷。已涂有初始接合涂層的背襯置于環(huán)境條件下干燥過(guò)夜。
接著，將粒度等級(jí)為36(ANSI標(biāo)準(zhǔn)B74.18，平均粒度為545微米)的陶瓷氧化鋁磨粒以827克/米2的重量滴涂在尚未固化的初始接合涂層上。
然后將所得的結(jié)構(gòu)在65℃預(yù)固化15分鐘，再在88℃預(yù)固化75分鐘。
將適于形成膠結(jié)涂層的固含量約為82％的可涂敷混合物(具有如下實(shí)施例中所述的組成)用雙輥涂布器涂敷在磨粒/初始接合涂層結(jié)構(gòu)上。每個(gè)實(shí)施例中的濕膠結(jié)涂層重量約為465克/米2。這樣所產(chǎn)生的涂敷磨料制品在88℃熱固化處理30分鐘，再在100℃熱固化處理12小時(shí)。
熱固化后，將此涂敷磨料制品單次撓曲(即以90℃的角度通過(guò)一個(gè)輥?zhàn)樱钩跏冀雍贤繉雍湍z結(jié)涂層產(chǎn)生有控制地破裂)，然后將其切成7.6cm×335cm的涂敷磨料帶。
制備涂敷磨料制品(盤)的一般方法涂敷磨料盤按如下方法制備。用常規(guī)碳酸鈣填充的可溶酚醛樹脂(83重量％的固體)涂敷厚度為0.76cm、中心開有直徑為2.2cm孔的硬化紙板背襯，從而形成初始接合涂層。濕的涂層重量約為164克/米2。將粒度等級(jí)為36的陶瓷氧化鋁磨粒以約740克/米2的重量靜電涂布在初始接合涂層上。這樣產(chǎn)生的磨料制品在93℃預(yù)固化150分鐘。再將含32％ RP1、50.2％ CRY、1.5％ IO和16.3％HP的膠結(jié)涂料組合物以約699克/米2的平均涂敷重量涂在磨粒和初始接合涂層的上面，形成膠結(jié)涂層。所得產(chǎn)品在93℃固化11-1/2小時(shí)。這一步驟后，將制得的涂敷磨料盤進(jìn)行撓曲，再在45％的相對(duì)濕度下增濕一星期后，即可進(jìn)行測(cè)試。
制備涂敷助磨劑的方法將疏水組分分散在溶劑中。然后在攪拌條件下將助磨劑慢慢加入分散液中。將該漿料轉(zhuǎn)移到鋁盤中，放入90℃烘箱蒸發(fā)除去溶劑。篩除過(guò)量的固體疏水組分，即沒(méi)有淀積到助磨劑顆粒上的物質(zhì)。
一種類似的方法還包括另一個(gè)步驟，即將硝酸銀溶液慢慢加入到含硬脂酸鈉(參見G-2)的混合物中，形成凝固膠乳型產(chǎn)物。將總混合物按上述方法干燥。
表1列出了用于本專利申請(qǐng)實(shí)施例中的涂敷助磨劑的配方(G-1至G-9)
表I助磨劑的涂料1

*D指烘箱中干燥P/D指淀積后在烘箱中干燥1單位是重量份St表示硬脂酸表II膠結(jié)樹脂配方2

2表中的量是重量百分?jǐn)?shù)表III上膠結(jié)樹脂配方3

3表中的量是重量百分?jǐn)?shù)實(shí)施例1和對(duì)比例A根據(jù)制備涂敷磨料制品(盤)的一般方法制備實(shí)施例1和對(duì)比例A的涂敷磨料制品。這些實(shí)施例對(duì)本發(fā)明涂敷磨料制品的研磨性能進(jìn)行比較。涂敷磨料制品用表II所示的配方涂以膠結(jié)涂層，實(shí)施例1用的配方含有40重量％涂有硬脂酸鋅的KBF4-104，而對(duì)比例A用的配方含有50.2重量％冰晶石。試驗(yàn)方法II用于測(cè)試這些實(shí)施例。結(jié)果列于表IV中。
表IV膠結(jié)涂層中Zn(St)2/KBF4-104的作用

實(shí)施例2-5和對(duì)比例B根據(jù)制備涂敷磨料制品(盤)的一般方法制備實(shí)施例2-5和對(duì)比例B的涂敷磨料制品。這些實(shí)施例對(duì)本發(fā)明涂敷磨料制品的研磨性能進(jìn)行比較。涂敷磨料盤用表III所示的配方涂以上膠結(jié)涂層，該表配方包括助磨劑(KBF4)的濃度變量和涂在KBF4上硬脂酸鹽涂層的類型(即Zn(St)2或Mg(St)2或Al(St)3)。試驗(yàn)方法II用于測(cè)試這些實(shí)施例。結(jié)果列于表V中。
表V上膠結(jié)涂層中涂有硬脂酸鹽的KBF4-104的作用

實(shí)施例4和5表明其它的硬脂酸鹽(Mg和Al)固然也可使用，只是所得結(jié)果不如硬脂酸鋅好。基于該結(jié)果，在此情況下優(yōu)選的硬脂酸鹽是鋅鹽。實(shí)施例6-9和對(duì)比例A根據(jù)制備涂敷磨料制品(盤)的一般方法制備實(shí)施例6-9和對(duì)比例A的涂敷磨料制品。這些實(shí)施例比較本發(fā)明涂敷磨料制品的研磨性能。涂敷磨料盤用表II所示的配方涂以膠結(jié)涂層，實(shí)施例6和7中的冰晶石上有硬脂酸鹽型涂層，實(shí)施例8和9中的KBF4-102上有油型涂層，為對(duì)比起見，對(duì)比例A中的冰晶石未經(jīng)涂敷。試驗(yàn)方法II用于測(cè)試這些實(shí)施例。結(jié)果列于表VI中。
公開時(shí)漏了本頁(yè)表VIIZn(St)2/KBF4-104對(duì)上膠結(jié)涂層的作用(帶的試驗(yàn))

用于實(shí)施例10的涂料G-1含有5.0％硬脂酸鋅，而用于實(shí)施例11的涂料G-9含有2.0％硬脂酸鋅。因此，在此情況下，實(shí)施例G-11較低的磨削性能可能與助磨劑上的涂料量有關(guān)。
總之，結(jié)果表明含涂有惰性疏水含烴物質(zhì)的助磨劑顆粒的磨料制品至少在一個(gè)應(yīng)用方面(如果不是幾個(gè)的話)比含未經(jīng)涂敷的助磨劑的磨料制品有了改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種外表面適于接觸和研磨工件的磨料制品，其特征在于所述的磨料制品含有許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中。
2.一種表面適于接觸和研磨工件的涂敷磨料制品，其特征在于所述的涂敷磨料制品包括有一個(gè)主表面的背襯、許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中。
3.一種表面適于接觸和研磨工件的涂敷磨料制品，其特征在于所述的涂敷磨料制品包括有一個(gè)主表面的背襯、許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用選自脂肪酸、脂肪酸鹽和油的物質(zhì)涂覆的，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中。
4.一種外表面適于接觸和研磨工件的粘接磨料制品，其特征在于所述的粘接磨料制品包括許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中，粘合劑將所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒粘合成有形物體。
5.一種具有至少一個(gè)主表面和一個(gè)內(nèi)部區(qū)域的非織造磨料，其特征在于所述的磨料包括膨松而富有彈性的網(wǎng)眼有機(jī)纖維織物、許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中，粘合劑將所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒粘接到所述膨松而富有彈性的網(wǎng)眼織物上。
6.一種顆粒，其特征在于它是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的助磨劑顆粒。
7.一種可磨蝕團(tuán)粒，其特征在于它包括許多涂敷助磨劑顆粒，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的。
8.一種用表面適于接觸和研磨工件的磨料制品對(duì)工件進(jìn)行研磨的方法，其特征在于所述的磨料制品含有許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中，所述的方法是在所述工件與所述磨料制品的表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使所述工件與所述表面接觸，并以足夠的力研磨所述工件。
9.一種制造表面適于接觸和研磨工件的磨料制品的方法，其特征在于所述的方法包括用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆許多助磨劑顆粒，制成許多涂敷助磨劑顆粒；提供許多磨粒；將涂敷助磨劑顆粒和磨粒分散在粘合劑前體中；固化所述的粘合劑前體。
全文摘要
公開一種磨料制品，所述的磨料制品含有許多磨粒、許多涂敷助磨劑顆粒和粘合劑，所述的涂敷助磨劑顆粒是用惰性疏水含烴物質(zhì)涂覆的助磨劑顆粒，所述的磨粒和涂敷助磨劑顆粒分散在所述的粘合劑中。
文檔編號(hào)B24D3/02GK1143923SQ95192086
公開日1997年2月26日 申請(qǐng)日期1995年2月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月16日
發(fā)明者K·L·何 申請(qǐng)人:美國(guó)3M公司