專利名稱：含助磨劑的磨料制品及其制造方法
背景技術(shù)：
磨料制品一般包含許多磨粒和粘合劑。磨料制品的例子有粘合磨料制品(如磨輪)、涂敷磨料制品、非織造磨料制品等。涂敷磨料產(chǎn)品一般具有一個背襯基底、許多磨粒以及粘合劑體系，粘合劑體系的作用是將磨粒粘合到背襯上。例如，在常規(guī)的涂敷磨料產(chǎn)品中，背襯上首先涂布一層粘合劑，一般稱之為“初始接合”涂層，然后在該粘合劑涂層上施加磨粒。施加后，磨料顆粒最好至少部分嵌埋在初始接合涂層中。將形成的粘合劑/磨粒層充分固化(如采用一系列干燥烘箱或固化爐)，使磨粒保持在背襯上。預(yù)固化或固化好初始接合涂層后，第二層粘合劑(一般稱之為“膠接涂料”)施用在初始接合涂層和磨粒上，它固化后，可進一步支撐顆粒并增強顆粒在背襯上的固定。或還可將“上膠接涂層”施加在預(yù)固化的膠接涂層上，上膠接涂層可含有助磨劑。在任何情況下，一旦膠接涂層和上膠接涂層(如果使用)固化后，可將得到的涂敷磨料產(chǎn)品制成各種方便的形式如片、輥、帶和盤。
有一類填料，通常稱作助磨劑。助磨劑在研磨不銹鋼、奇異金屬合金、鈦、緩慢氧化的金屬等材料時尤其有用。某些情況下，在其粘合劑中含助磨劑的涂敷磨料產(chǎn)品與相應(yīng)的粘合劑中沒有助磨劑的涂敷磨料產(chǎn)品相比，能更為好地研磨不銹鋼。一般認(rèn)為助磨劑的一個功能是防止對新形成的金屬表面發(fā)生迅速污染的金屬蓋帽現(xiàn)象。助磨劑一般是加到磨料制品的粘合劑中。常規(guī)助磨劑的例子，有六氟化鋁鈉(即冰晶石)、氯化鈉、四氟硼酸鉀(KBF4)、黃鐵礦、聚氯乙烯以及聚偏二氯乙烯。
鈦合金，尤其是例如設(shè)計用于飛機用途和其它要求高強度重量比用途的那些鈦合金，是極難研磨的，即使采用包含常規(guī)助磨劑的涂敷磨料制品。這類材料研磨效率低的問題，通過使用外加的一些研磨液體如冷卻劑或潤滑劑，能在一定程度獲得解決。這些助磨劑一般淹沒在磨料制品和工件之間的界面上。用于鈦研磨的助磨劑或潤滑劑的物質(zhì)通常包括可溶性磨削油如高度氯化的磨削油。例如，I.S.Hong等描述的溶液含無機磷酸三鉀和酸(H3PO4)或酸式鹽(NaH2PO4)，在用涂敷磨料制品研磨鈦時用作潤滑劑。Hong，I.S.等″Coated Abrasive Machining ofTitanium Alloys With Inorganic Phosohate Solution″Trans.ASLE，14(1971)，p.8-11。其它已知的潤滑劑通常包含一種無機鹽如NaNO2、KNO2、Na3PO4和K3PO4，如Cadwell等在“Grinding a Titanium Alloy With Coated Abrasives”ASME Paper58-SA-44，June，1958中所述。在國際公開WO 97/14533中，Gagliardi等描述了含磷酸三鉀的磨料制品。
美國專利4，770，671(Monroe等)描述在涂敷磨料制品的α氧化鋁基陶瓷磨粒表面上加入各種類型的助磨劑。在一個實施例中，Momroe等描述在可胺固化的環(huán)氧樹脂的上膠接涂料中包含K2HPO4。
過去曾致力于開發(fā)新的助磨劑，以便提高磨料制品對研磨金屬工件如鈦金屬工作的研磨效率。盡管有些努力獲得了成功，但是仍在繼續(xù)研究如何改進磨料制品，來達到更加有效研磨金屬的目的。
發(fā)明概述與基本上不使用由酸和至少一種無機金屬磷酸鹽或無機金屬硫酸鹽的混合物形成的助磨劑的磨料制品相比，本發(fā)明的磨料制品能提高研磨效率，尤其是在研磨鈦的過程中。發(fā)現(xiàn)助磨劑在具有尖銳磨粒的磨料制品中使用良好。
本發(fā)明的一個方面涉及一種磨料制品，它包括具有第一主表面和第二主表面的背襯，以及許多磨粒。在本發(fā)明的一個較好實施方案中，磨料制品還包括由第一粘合劑前體形成的初始接合涂層，初始接合涂層將許多磨粒粘合到背襯的第一主表面上。本發(fā)明的磨料制品還包括一個外圍涂層，這種涂層包含由含一種酸和至少一種無機金屬磷酸鹽或無機金屬硫酸鹽的混合物形成的助磨劑。無機金屬磷酸鹽宜選自堿金屬磷酸鹽或堿土金屬磷酸鹽。無機金屬硫酸鹽宜選自堿金屬硫酸鹽、堿土金屬硫酸鹽或過渡金屬硫酸鹽。酸的選擇應(yīng)使該混合物能形成薄膜。
在另一個較好的實施方案中，磨粒是尖銳的磨粒。本文中“尖銳的”是指磨粒以具有薄的邊緣和/或尖銳端為其特征。尖銳磨粒的特點是堆密度小，長寬比大，和/或平均顆粒體積比約為0.3-0.8。尖銳磨粒的形狀通常是細(xì)長，極少有圓化的邊和端。尖銳磨粒還可以是具有尖銳邊緣的薄片。
本文中，術(shù)語“薄膜”指與其長度和寬度相比厚度極小的片、層或涂層形式的物質(zhì)，其中，片、層或涂層基本上連續(xù)，其含義是沒有明顯的不規(guī)則部位(如缺陷、洞等)，以免已施加了該片、層或涂層下面的表面露出。
本文中，“外圍表面”指磨料制品最外面部分，代表接觸和研磨工件的部分。對于涂敷磨料制品而言，“外圍涂料”或“外圍涂層”是位于涂敷磨料制品工作面上的涂敷磨料制品的最外表面。涂敷磨料制品的“工作面”一般是磨粒通過初始接合涂層粘合在背襯上的結(jié)構(gòu)面。因此，外圍涂層通常是膠接涂層或上膠接涂層，條件是在各種情況下該涂層代表磨料制品結(jié)構(gòu)中最外的部分，在它上面不再涂布上任何其它源自同樣組成或不同組成的涂料。
本文中，術(shù)語“磷酸鹽”指含磷的鹽。本發(fā)明中磷酸根的幾種陰離子的通用專門用語，是正磷酸根(PO43-)、正磷酸一氫根(HPO42-)、正磷酸二氫根(H2PO41-)、偏磷酸根(PO3-)和焦磷酸根(P2O74-)，包括焦磷酸一氫根(HP2O73-)、焦磷酸二氫根(H2P2O72-)、焦磷酸三氫根(H3P2O71-)。
本文中，術(shù)語“硫酸鹽”指硫酸的鹽。本發(fā)明中硫酸根的幾種陰離子的通用專門用語，是硫酸根(SO42-)、硫酸一氫根(HSO41-)。
本文中，術(shù)語“酸”指包含氫并具有與一些金屬反應(yīng)形成鹽，與一些堿反應(yīng)形成鹽的能力的物質(zhì)。酸可分成幾類無機酸包括但不限于硫酸、硝酸、鹽酸和磷酸；有機酸，如乙酸、甲酸、苯甲酸、檸檬酸、乳酸、草酸、酒石酸等。
本文中，術(shù)語“堿”指能從另一種物質(zhì)一般是酸接受質(zhì)子(氫離子)的任何化學(xué)物質(zhì)，該物質(zhì)是能電離的或分子的物質(zhì)。接受質(zhì)子的傾向越大，堿性越強。如同對酸所述的那樣，堿和酸發(fā)生反應(yīng)(中和)一般形成鹽。適用的堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋇及其混合物。
本發(fā)明第二方面提供一種磨料制品，該制品包括具有第一主表面和第二主表面的背襯；許多磨粒；由第一粘合劑前體形成的初始接合涂層，該初始接合涂層將許多磨粒(較好是尖銳的磨粒)粘合到背襯的第一主表面上。在本發(fā)明的這一方面，外圍涂層包含由一種酸組分和一種含堿金屬或堿土金屬的化合物形成的助磨劑，條件為(ⅰ)當(dāng)酸組分主要包含有機酸時，該含堿金屬或堿土金屬的化合物是磷酸鹽或硫酸鹽；(ⅱ)當(dāng)酸組分主要包含一種有機酸和一種無機酸的混合物時，該含堿金屬或堿土金屬的化合物是一種堿。
有機酸宜選自檸檬酸、乳酸、草酸、酒石酸及其混合物；無機酸宜選自鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、四氟硼酸及其混合物。
條件(ⅱ)中，堿金屬或堿土金屬的堿宜選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋇及其混合物。
本發(fā)明的磨料制品還可以包括由第二粘合劑前體形成的膠接涂層，該制品的外圍表面就在膠接涂層上。外圍表面還可以由還包含第三粘合劑的混合物形成。任一情況下，外圍表面稱作上膠接涂層。
另外，形成外圍表面的混合物還可以包含一種添加劑，該添加劑選自輔助助磨劑、纖維材料、抗靜電劑、潤滑劑、潤濕劑、表面活性劑、顏料、染料、偶合劑、增塑劑、剝離劑、懸浮劑、流變改性劑、固化劑、及其混合物。第二助磨劑宜選自氯化鈉、六氟鋁鉀、六氟鋁鈉、六氟鋁銨、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯化鉀、氯化鎂、及其混合物。
本發(fā)明第三方面提供一種磨料制品，它包括至少一種由含粘合劑前體和助磨劑的組合物形成的粘合劑。所述助磨劑由含一種酸和至少一種磷酸鹽或硫酸鹽的混合物形成。將許多磨粒較好是尖銳的磨粒分散在粘合劑中，形成一些具有能與工件表面接觸的外圍表面的一定形狀的復(fù)合體。
無機金屬磷酸鹽宜選自堿金屬磷酸鹽和堿土金屬磷酸鹽。無機金屬磷酸鹽宜選自正磷酸三鉀、正磷酸三鈉、正磷酸三鈣、焦磷酸鈉、焦磷酸鉀、及其混合物。無機金屬硫酸鹽選自堿金屬硫酸鹽、堿土金屬硫酸鹽和過渡金屬硫酸鹽。無機硫酸鹽宜選自硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銫、硫酸銅(Ⅱ)、硫酸亞鐵(Ⅱ)、硫酸錳(Ⅱ)、硫酸鈷(Ⅱ)、及其混合物。
酸宜是有機酸，選自檸檬酸、乳酸、草酸、酒石酸或它們的混合物的有機酸更好。
本發(fā)明第四方面提供一種磨料制品，它包括至少一種由含粘合劑前體和助磨劑的組合物形成的粘合劑。所述助磨劑由包含一種酸和含堿金屬或堿土金屬的化合物形成，條件是(ⅰ)當(dāng)酸組分主要包含有機酸時，該含堿金屬或堿土金屬的化合物是磷酸鹽或硫酸鹽；(ⅱ)當(dāng)酸組分主要包含一種有機酸和一種無機酸的組合時，該含堿金屬或堿土金屬的化合物是一種堿。
磨料制品中還有許多磨粒，較好是尖銳的磨粒，這些磨粒分散在至少一種粘合劑內(nèi)，形成具有能與工件表面接觸的外圍表面的一定形狀物體。該物體較好的是磨輪。
本發(fā)明的磨料制品中，如上所述，用于形成初始接合涂層、膠接涂層和/或上膠接涂層或者用于分散許多磨粒的粘合劑前體，各自選自酚醛樹脂、具有α，β-不飽和側(cè)位羰基的氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、烯鍵不飽和樹脂、丙烯酸化異氰酸酯樹脂、脲-甲醛樹脂、異氰酸酯樹脂、、丙烯酸化聚氨酯樹脂、丙烯酸化環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、芴改性的環(huán)氧樹脂、及其混合物。
本發(fā)明第五方面提供一種制造涂敷磨料制品的方法，所述方法包括下列步驟將第一粘合劑前體施用在基底上；將許多磨粒較好是尖銳的磨粒，至少部分嵌埋在第一粘合劑前體中；在第一粘合劑前體和許多磨粒上施用第二粘合劑前體；在第二粘合劑前體上施加外圍涂料混合物，外圍涂料混合物包含一種酸和至少一種無機金屬磷酸鹽或無機金屬硫酸鹽；至少部分固化第一粘合劑前體和第二粘合劑前體。外圍涂料混合物較好能形成薄膜。含有部分固化的各粘合劑前體的整個結(jié)構(gòu)一般都需要進行最后的固化。
本發(fā)明第六方面涉及使用磨料制品研磨工件表面的方法，所述方法包括使磨料制品與工件的外表面進行摩擦嚙合的步驟。較好的是磨料制品包括具有第一主表面和第二主表面的背襯；許多磨粒；由第一粘合劑前體形成的初始接合涂層，初始接合涂層將許多磨粒較好是尖銳的磨粒粘合在背襯的第一主表面上；由第二粘合劑前體形成的膠接涂層，膠接涂層在許多磨粒以及初始接合涂層的表面上。還可以包括一層外圍涂層，外圍涂層包含由一種酸和至少一種無機金屬磷酸鹽或無機金屬硫酸鹽的混合物形成的助磨劑，外圍表面在膠接涂層上，它與工件表面摩擦嚙合。所述方法還包括令磨料制品和工件進行相互移動，使工件表面被研磨。
附圖簡述由下面的附圖和優(yōu)選實施方案能更好地理解本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點以及實施方法。


圖1-3是本發(fā)明各實施方案的磨料制品截面圖。
優(yōu)選實施方案的描述磨料制品根據(jù)本發(fā)明，磨料制品一般包括許多磨粒，以及至少一種由包含粘合劑前體的組合物形成的粘合劑或粘合劑體系和包含助磨劑的外圍表面。助磨劑宜由一種酸和至少一種無機金屬磷酸鹽或無機金屬硫酸鹽的混合物形成。選擇合適的酸使該混合物能形成薄膜。
無機金屬磷酸鹽宜選自堿金屬或堿土金屬磷酸鹽，更好的無機金屬磷酸鹽選自正磷酸三鉀、正磷酸三鈉、正磷酸三鈣、焦磷酸鈉、焦磷酸鉀及其混合物。
無機硫酸鹽宜選自堿金屬、堿土金屬、過渡金屬的硫酸鹽。更好的無機金屬硫酸鹽選自硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銫、硫酸銅(Ⅱ)、硫酸亞鐵(Ⅱ)、硫酸錳(Ⅱ)、硫酸鈷(Ⅱ)、或其混合物。
磨料制品的例子有涂敷磨料制品、結(jié)構(gòu)磨料制品、重疊涂敷磨料制品、非織造磨料制品和粘合磨料制品。
酸宜為有機酸，更好的是選自檸檬酸、乳酸、草酸、酒石酸、或它們的混合物的有機酸。
涂敷磨料制品本發(fā)明的涂敷磨料制品包括具有第一主表面和第二主表面的背襯；許多磨粒；由第一粘合劑前體形成的初始接合涂料體系，初始接合涂料體系將許多磨粒粘合在背襯的第一主表面上；包含助磨劑的外圍涂層。如本文所述，與基本上沒有本發(fā)明助磨劑的磨料制品相比，這種磨料制品在研磨鈦的試驗中通常顯示被磨去的表面量增加15％或更多。
參考圖1，本發(fā)明的涂敷磨料制品10包括粘合在背襯11一面(主表面)的第一粘合劑12(一般稱作初始接合涂層)，藉初始接合涂層12粘合到背襯上的許多磨粒13，以及膠接涂層16。膠接涂層16可由包含至少一種無機金屬磷酸鹽或硫酸鹽、一種酸和第二粘合劑前體的混合物形成。膠接涂層16宜在許多磨粒上面和磨粒之間形成，由此在磨粒上形成有外圍表面的外圍涂層。參考圖2，本發(fā)明的涂敷磨料制品20可以包括初始接合涂層12，背襯11，許多磨粒13，膠接涂層16，和在至少部分膠接涂層16上的上膠接涂層14。此實施方案中，上膠接涂層14是由包含一種酸和至少一種無機金屬磷酸鹽或無機金屬硫酸鹽的混合物形成的助磨劑，或者還可包含第三粘合劑前體。上膠接涂層14宜在至少部分膠接涂層16上面形成，由此在磨料制品上形成有外圍表面的外圍涂層。
本發(fā)明的磨料制品還包括重疊涂敷磨料制品。重疊涂敷磨料制品包括具有粘合在其上的磨料涂層的背襯。磨料涂層包含分布在一種粘合劑中的許多磨粒。某些情況下，粘合劑將這種磨料涂層粘合到背襯上?；蛘?，可使用另外的材料將磨料涂層粘合到背襯上，這種材料例如可以從本文所述的粘合劑前體中選擇，它們可以和形成磨料涂層的粘合劑前體相同或不同。用于重疊涂敷磨料的磨粒的粒度平均小于約200微米，通常在0.1-120微米范圍。磨料涂層可有光滑的外表面，也可有紋理的外表面。磨料涂層還可以包含本文所述的添加劑。
結(jié)構(gòu)磨料制品結(jié)構(gòu)磨料制品通常包括許多粘合在背襯上具有確切形狀的磨料復(fù)合體。這些磨料復(fù)合體包含分散在由粘合劑前體形成的粘合劑中的許多磨粒以及本發(fā)明的助磨劑組合物。美國專利5，152，917(Pieper等)概述了結(jié)構(gòu)磨料制品。由包含一種酸和至少一種無機金屬磷酸鹽或硫酸鹽的混合物形成的助磨劑，它存在于結(jié)構(gòu)磨料制品中在研磨期間最終與工件接觸的部分，例如在其外圍部分。例如，助磨劑可存在于至少部分具有確切形狀復(fù)合體上的外圍涂層中?；蛘?，在粘合劑中包含助磨劑，使助磨劑存在于磨料復(fù)合體內(nèi)。
非織造磨料制品非織造磨料制品也屬于本發(fā)明范圍，它包括一片稀松的纖維基底，其中含有將互相接觸的纖維進行粘合的粘合劑。如果制造商要求，可通過粘合劑將磨?；蚍悄チ项w粒(如填料)粘合在纖維上。例如，參考圖3，非織造磨料包括稀松的纖維基底，所述基底包括纖維30和粘合劑34，該粘合劑將許多磨粒32粘合在纖維上。
美國專利2，958，593(Hoover等)和4，991，362(Heyer等)概述了非織造磨料制品。本發(fā)明中，由一種酸和至少一種無機金屬磷酸鹽或硫酸鹽的混合物形成的助磨劑存在于最終將在研磨期間接觸工件的磨料制品的部分，例如在非織造磨料制品的外圍部分，這個外圍部分例如可以是粘合劑或至少部分粘合劑上面的外圍涂層。
粘合磨料制品粘合磨料制品也屬于本發(fā)明范圍。這些磨料制品通常包括許多固定在粘合劑中的磨粒。在美國專利4，800，685(Haynes)中概述了粘合磨料制品。通常，粘合劑和許多磨粒一起成形為一定形狀的物體，通常成形為輪形的物體，一般稱作“磨輪”。由一種酸和至少一種無機金屬磷酸鹽或硫酸鹽的混合物形成的助磨劑存在于磨料制品在研磨期間最終與工件表面接觸的部分。助磨劑宜在粘合磨料制品的外圍表面上。例如，助磨劑可存在于由第一粘合劑前體和助磨劑形成的粘合劑中，或由第二粘合劑前體和助磨劑形成的外圍涂層中。
背襯用作本發(fā)明磨料制品的基底的背襯，一般由一種片狀或薄膜材料制成，這種材料與磨料制品的初始接合涂層或磨粒漿料涂層以及其它組分相容。而且背襯應(yīng)能在制造磨料產(chǎn)品和其使用期間保持整體性。背襯材料的例子有紙、纖維、聚合物膜、織造和非織造織物或布。對背襯還可以進行密封例如使其防水，以及改善物理性能的一種處理或多種處理。其它有用的背襯例子包括在美國專利5，316，812和5，573，619中。還可以參考美國專利5，011，512，其中描述了有一定重量的特定的織造聚酯布背襯，這種背襯用填充有碳酸鈣的乳膠/酚醛樹脂涂料(也可用于底膠結(jié)處理)進行飽和。背襯還可在在其背面上具有一種固定裝置，將制得的涂敷磨料制品固定到支撐墊上。這種固定裝置可以是壓敏粘合劑，也可是有鉤環(huán)固定裝置的織物。
粘合劑適合于本發(fā)明磨料制品的粘合劑是由粘合劑前體形成的。使用水溶性粘合劑前體或者水分散性粘合劑前體均屬本發(fā)明范圍。合適的粘合劑宜是經(jīng)固化或凝固的粘合劑前體，其作用是將許多磨粒粘合到基底(即用于涂敷磨料制品的背襯或用于非織造磨料的非織造織物)上。包含在初始接合涂層、膠接涂層和上膠接涂層中的粘合劑可以由同樣的粘合劑前體形成，也可由各自不同的粘合劑前體形成。
本文中，術(shù)語“粘合劑前體”指未固化或可流動的物質(zhì)。粘合劑前體較好的是熱固性樹脂。本文中，“熱固”是指在施加熱量和/或其它能量如電子束、紫外線輻照、可見光等時，或在加入化學(xué)催化劑、水分等時能不可逆固化的一種反應(yīng)體系。術(shù)語“反應(yīng)”指粘合劑前體的各組分可通過聚合、交聯(lián)或者這兩種作用相互反應(yīng)(或自反應(yīng))。這些組分常被稱作樹脂。本文中，“樹脂”指含單體、低聚物、聚合物、或它們的組合的多分散體系。
粘合劑前體宜選自酚醛樹脂、具有α，β-不飽和側(cè)位羰基的氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、脲-甲醛樹脂、異氰酸酯樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、丙烯酸酯類樹脂、丙烯酸化異氰酸酯樹脂、丙烯酸化聚氨酯樹脂、丙烯酸化環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、或它們的混合物。
酚醛樹脂一般可用作磨料制品的粘合劑前體，因為其熱性能好、容易得到、成本不高并且易于加工。有兩種類型的酚醛樹脂，可熔酚醛樹脂和酚醛清漆樹脂?？扇鄯尤渲募兹┡c酚的摩爾比值大于或等于1∶1，一般為1.5∶1.0至3.0∶1.0。酚醛清漆樹脂的甲醛與酚的摩爾比值小于1∶1。
酚醛樹脂宜包含約70-85％固體，更好的包含約72-82％的固體。如果固體的百分?jǐn)?shù)太小，則需要更多的能量來除去其中的水和/或溶劑。如果固體百分?jǐn)?shù)過高，則形成的酚醛樹脂粘度太高，導(dǎo)致加工不易。由于制造磨料制品的環(huán)境問題，酚醛樹脂中的其余物質(zhì)較好的是水，應(yīng)基本上不含有機溶劑。
市售的酚醛樹脂例子有Occidential Chemical Corp_Tonawanda，NY的商品“VARCUM”和“DUREZ”；Ashland Chemical Company，Columbus，OH的商品“AROFENE”和“AROTAP”；Monsanto，St.Louis，MO的商品“RESINOX”；UnionCarbide，Danbury，CT的商品“RESINOX″。
改進酚醛樹脂的物理性能也屬于本發(fā)明的范圍。例如，在酚醛樹脂中可加入增塑劑、乳膠樹脂或反應(yīng)性稀釋劑，用來改進固化后酚醛粘合劑的撓性和/或硬度。
用于粘合劑前體的合適的氨基塑料樹脂是一種每分子中有至少一個α，β-不飽和側(cè)位羰基的樹脂。這些不飽和羰基可以是丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基或丙烯酰胺基。這類物質(zhì)的例子包括N-羥基甲基-丙烯酰胺、N，N’-氧二甲烯雙丙烯酰胺、正和對丙烯酰胺甲基化酚、丙烯酰胺甲基化酚醛清漆或它們的組合。
可用于粘合劑前體的環(huán)氧樹脂有一個環(huán)氧環(huán)，可通過開環(huán)聚合。這樣的環(huán)氧樹脂包括單體環(huán)氧樹脂和聚合物環(huán)氧樹脂。這些樹脂在其骨架和取代基種類方面有很大不同。環(huán)氧樹脂的例子包括2，2-二[4-(2，3-環(huán)氧丙氧基酚)丙烷(雙酚A的二甘醇醚)]和市售的Shell Chemical Co_Houston，TX的商品“EPON 828”、“EPON1004”和“EPON 1001F”；Dow Chemical CO_Midland，MI的商品“DER-331”、“DER-332”和“DER-334”。其它合適的環(huán)氧樹脂包括酚甲醛酚醛清漆樹脂的縮水甘油醚(如Dow Chemical Co_Midland，MI的商品“DEN-431”和“DEN-438”)。其它環(huán)氧樹脂包括美國專利4，751，138(Tumey等)中所述的那些。
適用的粘合劑前體的例子，包括水性丙烯酸聚合物或共聚物，可以NEOCRYL商品名購得；氨基甲酯丙烯酸共聚物分散體，可以NEOPAC的商品名購得；聚氨酯分散體，可從Zeneca Division of ICI America，Wilmington，MA以NEOREZ商品名購得；丙烯酸和丙烯腈乳膠，可從Goodrich，Cleveland，OH以HYCAR商品名購得。這些分散體一般可通過除去水形成薄膜。然而，其它合適的分散體可通過結(jié)合除水和經(jīng)熱能或輻射能如UV輻照處理形成薄膜。例子有丙烯酸化的丙烯酸類物質(zhì)或丙烯酸化的聚氨酯聚合物乳狀液，可從Zeneca Division of ICI America，Wilmington，MA以商品名NEORAD購得；丙烯酸化聚酯，可從UCB ChemicalCorp_Atlanta，GA以IRR-114商品名購得。
合適的聚合物分散體的其它例子包括乙烯基醚單體和低聚物的100％固體摻混物。這樣的摻混物通常是低分子量物質(zhì)，可通過經(jīng)UV輻照處理交聯(lián)來形成薄膜。市售摻混物的例子包括ISP，Wayne，NJ的ISP；Allied Signal，Morristown，NJ的VECTOMER。一般需要催化劑來引發(fā)交聯(lián)。可使用合適的催化劑如UVI-6990(陽離子光催化劑)，來自Union Carbide，Danbury，CT.。
粘合劑前體組合物中使用的脲-醛樹脂包含脲或任何脲的衍生物以及任何醛，能提供可涂布性，在催化劑較好是共催化劑存在條件下會以加快速度反應(yīng)，其提供的磨料制品符合最終用途的研磨性能。這類樹脂是醛和脲的反應(yīng)產(chǎn)物。
可包含在粘合劑前體中的丙烯酸酯樹脂包括含碳、氫和氧原子以及可能的氮和鹵素原子的單體和聚合的化合物。氧或氮原子或兩者一般存在于醚、酯、氨基甲酸酯、酰胺和脲基中。丙烯酸酯樹脂的例子包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和季戊四醇四甲基丙烯酸酯，以及這些不飽和單體如苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯。
粘合劑前體中還可以包含熱熔樹脂。例如，粘合劑前體體系中可包含可藉能量固化生成粘合劑的熱熔壓敏粘合劑。這種情況下，粘合劑前體是具有某些加工優(yōu)點的熱熔組合物。美國專利5，436，063(Follett等)中描述了熱熔樹脂的例子。
磨粒對本發(fā)明有用的磨?？梢允怯糜谛纬赡チ现破返娜魏纬Ｒ?guī)類型或級別(即粒度)的磨粒。磨粒的粒度一般約為1500微米或更小，通常約為0.1-800微米。較好的磨粒具有至少約8，更好是大于9的莫氏硬度。
常規(guī)磨粒的例子包括熔凝氧化鋁(包括棕色氧化鋁、熱處理的氧化鋁、和白色氧化鋁)、燒結(jié)氧化鋁、綠色碳化硅、碳化硅、氧化鉻、氧化鋁、氧化鋯、金剛石、氧化鐵、鈰土、立方氮化硼、碳化硼、石榴石、以及它們的組合。
燒結(jié)的氧化鋁磨?？砂凑杖苣z凝膠法制造，或以燒結(jié)的氧化鋁粉末制造。有關(guān)溶膠凝膠磨粒的其它細(xì)節(jié)報道于美國專利4，314，827(Leitheister等)、4，518，397(Leitheiser等)、4，623，364(Cottringer等)、4，744，802(Schwabel)、4，770，671(Monroe等)、4，811，951(Wood等)、5，011，508(Wald等)、5，090，968(Pellow)、5，139，978(Wood)、5，201，916(Berg等)、5，227，104(Bauer)、5，366，523(Rowenhorst等)、5，429，647(Larmie)、5，498，479(Conwell等)、5，547，479(Conwell等)、5，551，963(Larmie)、5，725，162(Garg等)和5，776，214(Wood)。有關(guān)用氧化鋁粉末作為原料制得燒結(jié)氧化鋁磨粒的其它細(xì)節(jié)報道于美國專利5，259，147(Falz)、5，593，467(Monore)和5，665，127(Moltgen)。熔凝氧化鋁氧化鋯磨粒的例子包括美國專利3，781，408和3，893，826中公開的那些磨粒。
用表面涂料涂布磨粒也屬于本發(fā)明的范圍。其表面涂料報道于美國專利1，910，440(Nicholson)、3，041，156(Rowse)、5，009，675(Kunz等)、4，997，461(Markhoff-Matheny等)、5，042，508(Wald等)、5，213，591(Celikkaya等)。
合適的磨粒還可以是彼此混合或聚集，或者與稀釋劑顆?；旌匣蚓奂哪チ?。稀釋劑顆粒的粒度宜和磨粒為同一數(shù)量極。這樣的稀釋劑顆粒的例子包括石膏、大理石、石灰石、燧石、硅石助磨劑、玻璃泡、玻璃微球、硅酸鋁等。
對本發(fā)明有用的較好磨?？擅枋鰹椤凹怃J的”。尖銳磨粒一般為細(xì)長形狀。尖銳磨粒的另一種說法是薄片或碎片形式的顆粒。尖銳磨粒宜有“非常尖銳”端(即形成磨粒端的幾個面集中在一點)和多角形的面。尖銳磨粒還可以是有尖銳邊緣的薄片。尖銳磨粒上圓化的邊或端應(yīng)極少。尖銳磨粒不具有圓的或塊的形狀。
對本發(fā)明有用的尖銳磨?？梢允遣灰?guī)則形狀(即任意形狀)的，也可以是特定形狀如棒、錐形、三角形等。較好的磨粒是任意形狀(即不具有預(yù)定形狀)。
有數(shù)種方法可用于衡量磨粒或磨粒樣品的銳度(即尖度)。這些方法包括堆密度、長寬比和平均顆粒體積比。采用ANSI標(biāo)準(zhǔn)B74.4-1992(參考結(jié)合于此)中描述的方法可測定磨粒樣品的堆密度。一般，堆密度的測定是將磨粒倒入漏斗，磨粒應(yīng)以自由流動的方式通過漏斗。緊挨漏斗下面有一收集裝置如量筒。收集預(yù)定體積的磨粒后稱重。由磨粒重量除以磨粒體積計算出堆密度。一般，尖銳磨粒樣品的堆密度小于塊狀磨粒樣品的堆密度。
堆密度還取決于磨粒的顆粒級別(即粒度分布)。一般，磨粒的粗級樣品(粒度分布較大)有較大的堆密度值。相反，磨粒的細(xì)級樣品(粒度分布較小)一般其堆密度值較小。
對36級的磨粒(由ANSI標(biāo)準(zhǔn)B74.12-1992方法測定其級別)，尖銳磨粒的堆密度小于約1.85克/厘米3，較好的小于約1.83克/厘米3，更好的小于約1.81克/厘米3，小于約1.79克/厘米3還更好，最好小于約1.77克/厘米3。某些情況下，對36級磨粒，其堆密度甚至?xí)∮?.66克/厘米3或1.64克/厘米3。
對50級磨粒(由ANSI標(biāo)準(zhǔn)B74.12-1992方法測定其級別)，尖銳磨粒的堆密度小于約1.79克/厘米3，較好的小于約1.75克/厘米3，更好的小于約1.73克/厘米3，小于約1.71克/厘米3還更好，最好小于約1.69克/厘米3。
衡量磨粒的銳度的另一種方法是測定其長寬比。磨粒的長寬比定義為其長度除以其橫截面寬度。一般尖銳磨粒的長寬比至少約為1∶1，較好的至少約為1.5∶1，更好的至少約為2∶1。某些情況下，，長寬比可大于3∶1。
衡量銳度的又一種方法是測定磨粒樣品的平均顆粒體積比。對尖銳磨粒，平均顆粒體積比一般小于約0.80，較好的在約0.30-0.80范圍，更好的約為0.30-0.70?？砂凑障铝胁襟E測定磨粒樣品的平均顆粒體積比1)稱重一份磨粒的隨機樣品來計算平均顆粒重量，數(shù)出樣品中顆粒的數(shù)目(宜使用電子顆粒分析儀)，重量除以顆粒數(shù)目得到平均顆粒重量。
2)用氣體比重瓶測定樣品密度。
3)平均顆粒重量除以樣品密度得到平均顆粒體積。
4)樣品的平均顆粒體積(即步驟3計算的值)除以同樣級別的標(biāo)準(zhǔn)砂的顆粒體積可計算出平均顆粒體積比。下表列出了標(biāo)準(zhǔn)砂(ANSI標(biāo)準(zhǔn)B74.18-1984)的重量/顆粒和體積/顆粒。 有關(guān)平均顆粒體積比的其它細(xì)節(jié)報道于美國專利4，848，041(Kruschke)中。
制造尖銳磨粒的已知方法有數(shù)種。第一種方法是將較大粒度的磨粒粉碎達到要求的粒度和粒度分布。常規(guī)的粉碎技術(shù)的例子包括滾輥粉碎、顎式破碎、錘磨機粉碎等。粉碎期間，應(yīng)設(shè)定條件獲得要求的堆密度、平均顆粒體積比和/或長寬比。例如旋轉(zhuǎn)速度和/或施加的壓力可以改變堆密度和粉碎磨粒的粒度。
制備尖銳磨粒的另一種方法是將尖銳磨粒與塊狀磨粒進行物理分離，制得達到要求堆密度、平均顆粒體積比和/或長寬比?？赏ㄟ^各種方法達到這種物理分離。一種方法是將顆粒沿著以一定角度傾斜的臺子(如Jeffrey Mfg.Co_Ltd_Johannesburg，South Africa的Jeffrey振動式形狀分選臺(Model 2DTH))進行振動。尖銳磨粒將移動得遠(yuǎn)些，塊狀磨粒移動得近些。放置不同的收集器來收集尖銳磨粒和塊狀磨粒。
在另一種方法中，制備磨粒樣品使所有的單個磨?；旧隙际窍嗤牧６?。例如可通過常規(guī)的篩分方法達到。然后將磨粒在一個搖篩機中振動之。塊狀磨粒將沉積在干式搖篩機的收集裝置底部，而尖銳磨粒將聚集在干式搖篩機收集裝置的頂部。
尤其好的尖銳磨粒是尖銳的氧化鋁磨粒，宜通過溶膠凝膠法制造。制造尖銳的溶膠凝膠磨粒的第一步是制備氧化鋁基的分散體。氧化鋁分散體包含氧化鋁源物質(zhì)(如α氧化鋁或氧化鋁前體)，還含有酸和水。氧化鋁基分散體中還可以包含某種金屬氧化物前體和/或成核劑。
α氧化鋁前體是能在合適的燒結(jié)條件下轉(zhuǎn)化為α氧化鋁的物質(zhì)。較好的α氧化鋁前體是α氧化鋁一水合物，一般稱之為勃母石。合適的勃母石可從Condea Chemie，Gmbh of Hamburg，Germany以“DISPERAL”商品名購得以及以“Hi-Q”勃母石的商品名從Alcoa Company購得。較好的勃母石其平均最終粒度小于約20納米(更好的小于約12納米)，這里“粒度”定義為顆粒的最長尺寸。氧化鋁基分散體還包含水。水可以是自來水、蒸餾水或去離子水?？梢詫λ訜崾共甘谒械姆稚⒍忍岣摺?br> 氧化鋁基分散體還可包含膠溶劑。膠溶劑一般是可溶性離子化合物，據(jù)信它可以使顆?；蚰z體表面在液體介質(zhì)(如水)中均勻帶電。較好的膠溶劑是酸或酸性化合物。典型的酸的例子包括乙酸、鹽酸、甲酸和硝酸，優(yōu)選硝酸。加入的酸量取決于諸多因素如勃母石的分散度、分散體的固含量、分散體中的組分、分散體中各組分的量、各組分的粒度、和/或各組分的粒度分布。以分散體中勃母石的重量為基準(zhǔn)，分散體通常含有1-10％(重量)，較好是3-8％(重量)的酸。
在制造溶膠凝膠磨粒的一個方面，分散體還包含一種金屬氧化物前體(也稱作金屬氧化物改性劑)。術(shù)語金屬氧化物前體指能在合適的燒結(jié)條件下轉(zhuǎn)化為金屬氧化物的物質(zhì)。加入分散體中的金屬氧化物前體量可根據(jù)要求制得的磨粒中金屬氧化物的量來計算確定。金屬氧化物可能改變制得磨粒的物理性能和化學(xué)性能。
可加入到分散體中的金屬氧化物前體形式如下1)金屬鹽、2)金屬氧化物顆粒、3)金屬氧化物的膠體懸浮液。金屬氧化物前體以金屬鹽的形式加入為宜。金屬鹽的例子包括金屬硝酸鹽、金屬乙酸鹽、金屬檸檬酸鹽、金屬甲酸鹽、以及金屬氯化物鹽。對金屬氧化物顆粒，其大小一般小于5微米，較好的小于1微米。膠體金屬氧化物是不連續(xù)的細(xì)分散的無定形或結(jié)晶金屬氧化物顆粒，其尺寸中有一個或多個在約3納米至1微米的范圍。
金屬氧化物的例子包括氧化鋰、氧化鎂、氧化鉻、氧化鐠、氧化鏑、氧化釤、氧化鈷、氧化鋅、氧化釹、氧化釔、氧化鐿、氧化鎂、氧化鎳、二氧化硅、氧化錳、氧化鑭、氧化釓、氧化銪、氧化鐵、氧化鉿、氧化鉺和氧化鋯。
有些金屬氧化物可以和氧化鋁反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物和/或含氧化鋁的結(jié)晶相，這對研磨用途中磨料的使用有利。氧化鐠、氧化鐿、氧化餌和氧化釤與氧化鋁的反應(yīng)產(chǎn)物一般具有鈣鈦礦和/或石榴石結(jié)構(gòu)。鈷、鎳、鋅和鎂的氧化物一般會和氧化鋁反應(yīng)，形成尖銳晶石相。這種反應(yīng)產(chǎn)物可表示為MAlO4，其中的M是二價金屬離子。氧化釔可以和氧化鋁反應(yīng)形成Y3Al5O12。某些稀土氧化物和二價金屬陽離子與氧化鋁反應(yīng)形成稀土鋁酸鹽，可由式LnMAl11O19表示，其中Ln是三價金屬陽離子如La3+、Nd3+Ce3+、pr3+、Sm3+、Gd3+、Er3+或Eu3+，M是二價金屬陽離子如Mg2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+或Co2+。這類鋁酸鹽具有六方結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
氧化鋁基分散體還可以包含成核物質(zhì)如α氧化鋁、α氧化鐵、和/或α氧化鐵前體。有關(guān)成核劑的其它細(xì)節(jié)披露于如美國專利4，623，364(Cottringer等)、4，744，802(Schwabel)、4，964，883(Morris等)、5，139，978(Wood)和5，219，806(Wood)中。
較好的成核物質(zhì)是α氧化鐵或α氧化鐵前體。某些情況下可用作成核物質(zhì)或可提供用作成核物質(zhì)的氧化鐵源物質(zhì)包括赤鐵礦(即αFe2O3)、其前體(即針鐵礦(αFeOOH)、纖鐵礦(γFeOOH)、磁鐵礦(Fe3O4)和磁赤鐵礦(γFe3O4))。合適的α氧化鐵前體包括加熱時能轉(zhuǎn)化為αFe2O3的含鐵物質(zhì)。在美國專利5，611，829(Monroe等)和5，645，619(Erickson等)中報道了有關(guān)加入分散體的鐵源物質(zhì)的另外一些細(xì)節(jié)。
以分散體的總重量為基準(zhǔn)，氧化鋁基分散體通常包含大于15％(重量)(一般從大于30％(重量)至約80％(重量))的固體。該分散體的制備方法例如是將液體組分逐漸加入到不溶解于該液體組分的一種或多種固體組分中，此時對固體組分進行混合或翻滾。例如，可以將含水、硝酸和金屬鹽的液體逐漸加入正在翻滾中的勃母石，使液體很容易分散于勃母石中。合適的混合設(shè)備包括筒式混合機、曲拐式攪拌機和高剪切混合機。其它合適的混合設(shè)備可從下列公司購得EirichMachines，Inc.of Gurnee，IL； Hosokawa-Bepex Corp.of Minneapolis，MN(包括以“SCHUGI FLEX-O-MIX”商品名，型號FX-160購得的混合機)；和Littleford-Day，Inc.of Florence，KY。
氧化鋁基分散體在干燥步驟之前或期間通常會膠凝?？梢约尤胍宜徜X或其它離子物質(zhì)，來引發(fā)分散體的膠凝。分散體的pH和凝膠中離子的濃度一般決定了分散體膠凝的快慢。分散體的pH通常在約1.5-4的范圍。
氧化鋁分散體(本文中包括膠凝的分散體，甚至部分干燥的分散體)，例如可通過擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)長的前體材料(如棒，包括圓柱棒和橢圓棒)。合適的擠壓機的例子包括柱塞式、單螺桿式、雙螺桿式和分段式螺桿擠壓機。合適的擠壓機可從Loomis Products of Levitown，PA，Bonnot Co.of Uniontown，OH和Hosokawa-Bepex of Minneapolis，MN購得，它們提供商品名為“EXTRUD-O-MIX”(型號EM-6)的擠壓機。擠壓成的棒形材料的直徑一般使得燒結(jié)的磨粒直徑約為150-5000微米，其長徑比至少為2∶1為宜(至少4∶1更好，甚至至少5∶1)。擠壓出的分散體可切割或切片，例如提供分散的顆粒，和/或提供長度更加一致的顆粒。用于切割(或切片)分散體的方法的例子，包括用刀片切割機和鋼絲鉗。擠壓出的分散體還可以粉碎和/或磨碎。有關(guān)對氧化鋁分散體進行擠壓的其它細(xì)節(jié)報道在美國專利5，776，214(Wood)和5，779，743(Wood)中。
用于干燥氧化鋁基分散體的方法在本領(lǐng)域中是已知的，包括例如在空氣中加熱即干燥。干燥步驟通?？蓮姆稚Ⅲw除去大部分的液體介質(zhì)，還有小部分(如約10％(重量)或更少)的液體介質(zhì)存在于干燥的分散體中。常規(guī)的干燥條件包括約從室溫至200℃的溫度范圍，一般在50-150℃之間。干燥時間約為30分鐘至數(shù)天。
干燥后的氧化鋁基分散體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榍绑w顆粒(即燒結(jié)時會形成α氧化鋁磨粒的顆粒)。產(chǎn)生前體顆粒的一種方式是采用破碎法?？刹捎酶鞣N破碎設(shè)備，如輥式破碎機、顎式破碎機、錘式破碎機、球磨機等。較大的顆?？梢栽俅纹扑?，得到較細(xì)的顆粒。一般宜在燒結(jié)之前將經(jīng)干燥的分散體粉碎至要求的粒度分布，因為燒結(jié)前的分散體較燒結(jié)后的分散體更容易粉碎。
也可以在干燥步驟之前，將氧化鋁基分散體轉(zhuǎn)變?yōu)榍绑w顆粒。例如，分散體可擠壓成條，切割為要求的長度后干燥?；蛘撸瑢⒎稚Ⅲw成型為三棱形顆粒后干燥。在美國專利5，201，916(Berg等)中可找到有關(guān)三棱形顆粒的其它細(xì)節(jié)。
在燒結(jié)前采用一個煅燒步驟屬于本發(fā)明范圍。一般，本領(lǐng)域皆知對經(jīng)干燥分散體進行煅燒的方法，在煅燒過程中基本上除去所有的揮發(fā)物，存在于分散體中的各種組分則轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?。這類煅燒方法包括使用回轉(zhuǎn)爐或靜態(tài)爐，在大約400-1000℃(通常約為450-800℃)溫度下，加熱經(jīng)干燥的分散體，直到除去殘留水分，通常直到除去至少大約90％(重量)任何結(jié)合的揮發(fā)物。
用一種金屬氧化物浸漬前體顆粒也屬于本發(fā)明的范圍。選擇該金屬氧化物，以提供磨粒要求的研磨特性。金屬氧化物通常以金屬鹽或金屬鹽的混合物形式加入。合適的金屬氧化物已如上面所述。
例如美國專利5，164，348(Wood)(還可參閱1997/1/9申請的美國專利08/781，557)描述了浸漬分散體的方法。干燥后或煅燒后的前體顆粒一般是多孔的。例如，煅燒后的前體顆粒從其內(nèi)部延伸到外表面的直徑約為5-10納米的孔隙。這些孔隙的存在可以使浸漬組合物(即包含液體通常是水和金屬鹽的混合物)進入前體顆粒。
用于浸漬組合物的液體宜為水(包括去離子水)、有機溶劑(較好為非極性溶劑)、或它們的混合物。如果要求浸漬金屬鹽的話，在理論金屬氧化物基準(zhǔn)上，液體中金屬鹽的濃度通常是大約5-40％溶解的固體。為浸漬100克多孔前體顆粒，較好至少加入大約50毫升溶液，更好加入至少大約60毫升溶液。在有些情況下，可以采用不止一步的浸漬步驟。在重復(fù)的浸漬處理中可使用同樣的浸漬組合物，也可以是隨后采用的浸漬組合物含有不同濃度的相同鹽、不同鹽、或不同鹽的組合。
浸漬步驟完成后，對前體顆粒通常在燒結(jié)前還進行第二次煅燒，除去任何揮發(fā)物。第二次煅燒步驟的條件描述如上。
前體顆粒形成后，對其進行燒結(jié)以產(chǎn)生陶瓷α氧化鋁基磨粒?？赏ㄟ^加熱(如使用電阻、微波、等離子體、激光或氣體燃燒)來燒結(jié)前體顆粒，燒結(jié)可以批料式或連續(xù)式進行。燒結(jié)溫度范圍一般約為1200-1650℃，約1200-1500℃為宜。燒結(jié)前體顆粒的時間取決于例如顆粒粒度和組成，以及燒結(jié)溫度。燒結(jié)時間一般為數(shù)秒至約60分鐘，約3-30分鐘為宜。燒結(jié)通常在氧化氣氛中進行，盡管也可以在中性或還原氣氛中進行。
制備尖銳的溶膠凝膠磨粒的方法有許多。例如，制備尖銳的溶膠凝膠磨粒的方法包括(1)從包含尖銳的和塊狀磨粒的混合物中分離出尖銳的磨粒；(2)在能制得燒結(jié)時會形成尖銳的磨粒的前體顆粒條件下，粉碎干燥的分散體(在煅燒或燒結(jié)之前)；(3)制得溶膠凝膠薄片；(4)煅燒期間將經(jīng)干燥的前體顆粒粉碎為較小的碎片；(5)制得成型的溶膠凝膠顆粒；(6)在壓力下，用金屬氧化物前體浸漬煅燒后的前體顆粒。
制備尖銳的溶膠凝膠磨粒的第一種方法，是從塊狀以及尖銳的溶膠凝膠磨粒的混合物中分離出尖銳的顆粒。這種分離方法已在上面描述，這里用于溶膠凝膠磨粒的方法與用于常規(guī)熔凝磨粒的方法相同。
制備尖銳的溶膠凝膠磨粒的第二種方法，涉及將經(jīng)干燥的氧化鋁基分散體粉碎為前體顆粒，使前體顆粒在燒結(jié)時形成尖銳的磨粒?？刹捎萌魏纬Ｒ?guī)的粉碎設(shè)備，如輥式破碎機、顎式破碎機、錘式破碎機。應(yīng)控制粉碎條件，制成具有要求堆密度，平均顆粒體積比和/或長徑比的磨粒。例如，旋轉(zhuǎn)速度和/或施加的壓力可以改變磨粒的堆密度和粒度。另外，化學(xué)組成和百分濕度也會明顯影響干燥凝膠的物理性能，因此會影響干燥凝膠粉碎的情況。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能決定獲得尖銳磨粒的合適化學(xué)組成、百分濕度和粉碎條件。
制備尖銳的溶膠凝膠磨粒的第三種方法是制造溶膠凝膠磨料薄片。例如在美國專利4，848，041(Kruschke)中報道了這種方法。在制造溶膠凝膠磨料薄片的較好方法中，將分散體擠壓為較薄的片，然后干燥。分散體中的固體百分?jǐn)?shù)相對較低為宜，這樣制得的干燥片就較薄。另外，宜選擇干燥條件，以避免薄片過分破裂。例如，干燥應(yīng)緩慢進行，以防止過分的破裂現(xiàn)象。干燥后，將所得的薄片進行粉碎制成前體顆粒。然后如上所述，煅燒這些前體顆粒，制得尖銳的磨粒。
制備尖銳的溶膠凝膠磨粒的第四種方法是改善煅燒條件，使前體顆粒在煅燒過程中破碎為較小的片。煅燒期間，通?？赏ㄟ^加熱，除去前體顆粒中的殘余水分和揮發(fā)物。這就可以在前體顆粒內(nèi)形成裂紋和孔隙。在有些情況下，裂紋會足夠大，蔓延開來使前體顆粒碎裂成較小的片。這些較小的薄片的形狀可使它們在燒結(jié)時形成尖銳的磨粒。前體顆粒的數(shù)量以及前體顆粒破碎的程度取決于諸多因素如加熱速度、窯的回轉(zhuǎn)速度、干燥凝膠的水含量和揮發(fā)物等等。加熱速度較大和/或前體顆粒的揮發(fā)份較高會導(dǎo)致煅燒后破碎顆粒的較大百分?jǐn)?shù)。這種方法具體的細(xì)節(jié)報道于美國專利5，725，162(Garg等)中。
第五種制備尖銳的溶膠凝膠磨粒的方法涉及成形出磨粒。例如，成形的磨?？梢允情L徑比至少為1.5∶1，較好至少為2∶1的棒。這種棒將會有基本上一致的橫截面，可以是彎曲的或直的。通過擠壓，氧化鋁分散體成形為長的棒。然后將此長棒干燥，切割或破碎，達到要求的長度?；蛘咴跀D壓后先切割或破碎至要求的長度，隨后進行干燥、煅燒和燒結(jié)。
成形的溶膠凝膠磨粒還可以是三棱形。要成為三棱形的溶膠凝膠磨粒，先將分散體首先模壓成形為要求的三棱形。在此成形期間，有許多量的水分除去(即至少部分干燥了分散體)，所以能保持三棱形狀。從模具取下前體顆粒后，進一步進行干燥。干燥以后，三棱形前體顆粒如上所述進行煅燒和燒結(jié)。
有關(guān)成形的溶膠凝膠磨粒的其它細(xì)節(jié)報道在美國專利5，009，676(Rue等)、5，035，723(Kalinowski等)、5，090，968(Pellow)、5，201，916(Berg等)、5，227，104(Bauer)、5，366，523(Rowenhorst等)和5，372，620(Rowse等)。
制備尖銳的溶膠凝膠磨粒的第六種方法涉及一種浸漬方法。首先，將經(jīng)干燥的氧化鋁基分散體粉碎為前體顆粒，然后煅燒。煅燒后，前體顆粒用金屬氧化物前體(通常是金屬鹽)浸漬。煅燒后的前體顆粒一定程度上是多孔的，金屬鹽可通過毛細(xì)管作用進入孔隙中。在浸漬過程中還可施加壓力。這會使至少部分前體顆粒破碎為較小的片。這些較小的片會在燒結(jié)期間產(chǎn)生尖銳的磨粒。施加壓力例如可用壓縮空氣。有關(guān)浸漬的其它細(xì)節(jié)報道于受讓人的美國專利申請09/081，365(于1998年5月19日申請)和08/781，557(于1997年1月9日申請)。
助磨劑本發(fā)明的磨料制品中包含一種助磨劑。在一個較好的實施方案中，本發(fā)明的磨料制品包括含有由一種混合物形成的助磨劑的外圍表面，這種混合物包含一種酸和一種無機金屬磷酸鹽，無機金屬硫酸鹽、或它們的混合物。無機金屬磷酸鹽選自堿金屬磷酸鹽和堿土金屬磷酸鹽。無機金屬硫酸鹽選自堿金屬硫酸鹽、堿土金屬硫酸鹽、過渡金屬硫酸鹽。
宜選擇酸，使該混合物能形成一種如上面定義的薄膜。堿金屬或堿土金屬磷酸鹽宜選自正磷酸三鉀(K3PO4)、正磷酸三鈉(Na3PO4)、正磷酸三鈣(Ca3(PO4)2)、焦磷酸鈉(Na4P2O7)、焦磷酸鉀(K4P2O7)、以及它們的混合物。較好的硫酸鹽選自硫酸鈉(Na2SO4)、硫酸鉀(K2SO4)、硫酸銫(Cs2SO4)、硫酸銅(Ⅱ)(CuSO4)、硫酸鐵(Ⅱ)(FeSO4)、硫酸錳(Ⅱ)(MnSO4)、硫酸鈷(Ⅱ)(CoSO4)、或它們的混合物。
正磷酸三鉀通常表示為K3PO4，K3PO4的物理性能是，無色、斜方晶體的、容易潮解。當(dāng)水溶性的固體如K3PO4獲得充分的水合水時，就會溶解在水中形成溶液。無水形式的K3PO4可從如Aldrich Chemical Co_Milwaukee，Wisconsin購得。在這兩種情況下，可以認(rèn)為無機金屬磷酸鹽如K3PO4或Na3PO4的吸濕性能歸結(jié)于PO4-在H2O中的質(zhì)子親合力。
雖然在這里不準(zhǔn)備結(jié)合什么具體理論，但可以認(rèn)為，由于在助磨劑中包含了酸(較好為有機酸)在將其加入制成磨料制品之前，就可以抑制無機金屬磷酸鹽如K3PO4或Na3PO4的吸潮作用。例如，如果一種有機酸(如選自檸檬酸、乳酸、草酸、酒石酸、或它們的混合物)，與無機金屬磷酸鹽如K3PO4混合，所得混合物的吸濕性會明顯較小，當(dāng)涂敷在磨料制品上時，就有利于形成薄膜。
通過使一種無機酸(如H3PO4)、無機酸鹽(如KH2PO4或K2HPO4)、或它們的混合物與一種有機酸鹽(如檸檬酸鉀、單、雙或三元鹽)反應(yīng)，也可以形成合適的混合物，因此，在另一個較好的實施方案中，本發(fā)明的磨料制品包括一個外圍表面，其中包含由一種混合物形成的助磨劑，這種混合物包含一種無機酸或無機酸鹽或它們的混合物以及一種有機酸的鹽。
另一種較好的制備本發(fā)明磨料制品中助磨劑的混合物，可由包含一種酸組分、和含堿金屬或堿土金屬的化合物的混合物形成，條件如下(ⅰ)當(dāng)酸組分主要由一種有機酸組成時，含堿金屬或堿土金屬的化合物是這些金屬的一種磷酸鹽或硫酸鹽；(ⅱ)當(dāng)酸組分主要由有機酸和無機酸的組合組成時，含堿金屬或堿土金屬的組分是這些金屬的堿。
無機酸宜選自氫氯酸、硝酸、硫酸、磷酸、四氟硼酸、或它們的混合物。
因此，如上所述，要求形成助磨劑的混合物的pH較好約為4.5-8.5，約5.0-8.0更好，最好約為5.5。
還希望在形成助磨劑的混合物中，如上所述，當(dāng)量范圍宜約為0.5-2.0份酸對約1.0份磷酸鹽或硫酸鹽，更好約為0.75-1.5份酸對約1.0份磷酸鹽或硫酸鹽，最好約為1.0份酸對約1.0份磷酸鹽或硫酸鹽。
對條件(ⅱ)中所述的助磨劑混合物，首先將兩種組分至少部分相互混合，隨后加入第三種組分有利。例如，無機酸和堿(或無機酸和/或堿的一部分)可以首先混合，隨后在該混合物中加入有機酸。也可以在加入第三組分之前，將中間體(即兩種組分的反應(yīng)產(chǎn)物)隔離出來。根據(jù)混合量的情況，有機酸鹽(如檸檬酸鉀、單、雙或三元鹽)或無機酸鹽(如K3PO4、KH2PO4)可作為中間體形成。
在用于形成助磨劑的混合物中包含一種粘合劑前體是有利的。形成助磨劑的混合物宜進一步包含能與包含無機金屬磷酸鹽和酸的混合物相容的粘合劑前體?！跋嗳荨敝刚澈蟿┣绑w、無機金屬磷酸鹽和酸之間基本上不發(fā)生相分離。合適的粘合劑前體包括如酚醛樹脂、具有α，β-不飽和側(cè)位羰基的氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、脲-甲醛樹脂、異氰酸酯樹脂、脲-甲醛樹脂、丙烯酸酯樹脂、丙烯酸化異氰酸酯樹脂、丙烯酸化聚氨酯樹脂、丙烯酸化環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、和它們的混合物。
形成助磨劑的混合物中若有粘合劑前體時，其量一般為混合物重量的約50％(干重)或更少，通常約為40％(干重)。包含粘合劑前體、無機金屬磷酸鹽和酸的這種混合物涂敷在基底上時，在除去該混合物中的大部分水后，一般可形成基本上連續(xù)的薄膜。在這里雖然不準(zhǔn)備結(jié)合什么理論，可以認(rèn)為本發(fā)明的磨料制品中，粘合劑、無機金屬磷酸鹽和酸可以形成一種薄膜，該薄膜可被沖蝕去掉，結(jié)果在磨料制品和被研磨工件之間的研磨界面上引入助磨劑。
可以加入的添加劑本發(fā)明的磨料制品中可以包含一些添加劑，如填料(輔助助磨劑)、纖維、抗靜電劑、潤滑劑、潤濕劑、表面活性劑、顏料、燃料、偶聯(lián)劑、增塑劑、剝離劑、懸浮劑、流變改性劑、以及包括自由基引發(fā)劑和光引發(fā)劑的固化劑。這些或可加入的添加劑可包含在粘合劑前體形成的粘合劑中。這些添加劑還要求在粘合劑前體組合物中包含一些另外的組分，以助于固化；例如，當(dāng)使用丙烯酸酯類時，需要光引發(fā)劑。對這些物質(zhì)的用量可加選擇以提供要求的性能。
例如，形成粘合劑的組合物可包含粘合劑前體以及潤濕劑，后者較好的是一種非離子表面活性劑。
對本發(fā)明有用的填料的例子包括金屬碳酸鹽如碳酸鈣(白堊、方解石、泥灰?guī)r、石灰華、大理石和石灰石)、碳酸鈣鎂、碳酸鈉、碳酸鎂；氧化硅(如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纖維)；硅酸鹽如滑石、粘土、蒙脫石、長石、云母石、硅酸鈣、偏硅酸鈣、硅鋁酸鈉、硅酸鈉；金屬硫酸鹽如硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈉、硫酸鈉鋁、硫酸鋁；石膏；蛭石；木粉；三水合鋁；炭黑；金屬氧化物如氧化鈣、氧化鋁、氧化鐵、二氧化鈦；金屬亞硫酸鹽如亞硫酸鈣。有用的填料例子還包括一些硅化合物，如石英粉，如粒度約為0.4-10微米的石英粉末(從Akzo ChemieAmerica，Chicago.IL購得)，還有鈣鹽，如碳酸鈣和偏硅酸鈣(可從Nyco Company，Willsboro，NY以“WOLLASTOKUP”和“WOLLASTONITE”商品名購得)。
抗靜電劑的例子包括石墨、炭黑、氧化釩、濕潤劑等。這些抗靜電劑披露于美國專利5，061，294；5，137，542和5，203，884中。
偶聯(lián)劑可提供粘合劑和填料顆粒之間的締合橋。另外，偶聯(lián)劑可提供粘合劑和磨粒之間的締合橋。偶聯(lián)劑的例子包括硅烷、鈦酸鹽和鋯鋁酸鹽。加入偶聯(lián)劑的方法有多種。例如，可以在粘合劑前體中直接加入偶聯(lián)劑。粘合劑可含有約0.01-3％(重量)的偶聯(lián)劑?；蛘?，在將偶聯(lián)劑加入至磨料制品之前，先施用在填料顆粒的表面，或施用在磨粒的表面。磨?？珊屑s0.01-3％(重量)的偶聯(lián)劑。
粘合劑前體中可加入流變改性劑，以促進本發(fā)明磨料制品的生產(chǎn)方法。這類流變改性劑包括聚合物(聚丙烯酸)的水基分散體。另外，當(dāng)磨料制品包括這樣的流變改性劑時，其研磨性能可獲得改善。
例如當(dāng)用于固化粘合劑前體的能源是熱能、紫外光或可見光以產(chǎn)生自由基時，可使用固化劑如引發(fā)劑。固化劑例如光引發(fā)劑在受到紫外光幅照或加熱時，能產(chǎn)生自由基，它包括有機過氧化物、偶氮化合物、醌、亞硝基化合物、酰鹵、腙、巰基化合物、吡喃鎓化合物、咪唑、氯三嗪、苯偶姻、苯偶姻烷基醚、二酮、苯酮類、和它們的混合物。市售的光引發(fā)劑包括可從Ciba Geigy Company，Hawthorne，NY購得的“IRGACURE 651”和“IRGACURE 184”商品，從Merck&Company，Incorporated，Rehway，NJ以“DAROCUR 1173”購得的商品(這些產(chǎn)品經(jīng)紫外光輻照都能產(chǎn)生自由基)、以及從Ciba Geigy Company，Hawthorne，NY購得的“IRGACURE 369”商品(經(jīng)可見光輻照可產(chǎn)生自由基)。另外，在美國專利4，735，632中描述了經(jīng)可見光輻照時能產(chǎn)生自由基的引發(fā)劑。以粘合劑前體的重量為基準(zhǔn)，引發(fā)劑用量通常約為0.1-10％(重量)，較好約為2-4％(重量)。
除了由無機金屬磷酸鹽和酸形成的助磨劑外，加入輔助助磨劑也屬于本發(fā)明范圍。輔助助磨劑包括較大范圍內(nèi)的不同材料，它可以是無機基或有機基的。助磨劑化學(xué)類別的例子包括蠟、有機鹵化物、鹵化物鹽、金屬及其合金。這些類物質(zhì)的例子包括氯化蠟如四氯代萘、五氯代萘和聚氯乙烯。鹵化物鹽的例子包括氯化鈉、六氟化鋁鉀、六氟化鋁鈉、六氟化鋁銨、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯化鉀和氯化鎂。金屬的例子包括錫、鉛、鉍、鈷、銻、鎘、鐵和鈦。其它混雜的助磨劑包括硫、有機硫化合物、石墨和金屬硫化物。上面所述的助磨劑的例子僅列出助磨劑的代表，未包括所有可供使用的助磨劑。
制造磨料制品的方法本發(fā)明制造磨料制品方法的操作步驟與目前本領(lǐng)域?qū)嵤┑姆椒ɑ鞠嗤?。涂敷磨料制品一般由背襯、磨粒、和至少一種用于將磨粒固定在背襯上的粘合劑組成。通?？刹捎贸Ｒ?guī)的方法如浸涂、輥涂、粉末涂布或熱熔涂布，將飽和劑涂料前體對背襯飽和涂布。為達到本發(fā)明制造涂敷磨粒制品的目的，不僅飽和劑涂料前體，而且底膠接(backsize)涂料前體、預(yù)膠接(presize)涂料前體、初始接合涂料前體、膠接涂料前體和上膠接涂料前體都要完全固化，而在施涂好以后，在施涂下一步涂料之前，應(yīng)至少干燥或部分固化至觸摸為干的程度。施涂好最后一層涂料后，如果需要，可使其余部分固化的各層完全固化。
施涂上飽和劑涂料后，可采用任何常規(guī)的方法如噴涂、輥涂、浸涂、粉末涂布、熱熔涂布或刮刀涂布，施涂背膠接或預(yù)膠接涂料前體。此后在背襯上提供第一粘合劑前體，這一前體將在背襯的一面形成通常稱作初始接合涂層的粘合劑。然后在初始接合涂層部分干燥或固化之前，通過常規(guī)的噴射法如靜電噴涂法，將磨粒至少部分嵌入初始接合涂層粘合劑前體中。然后部分干燥或固化初始接合涂層粘合劑前體，再在初始接合涂層和磨粒上施涂第二粘合劑前體。第二粘合劑前體形成通常稱之為膠接涂層的第二粘合劑。膠接涂料粘合劑前體以液體即可流動的形式施涂在磨粒和初始接合涂層上。膠接涂層，和初始接合涂層(如果需要)然后完全固化。應(yīng)注意，如果僅使用一種熱塑性樹脂作為任一種粘合劑，這種熱塑性樹脂可冷卻凝固之。因此，對本申請，術(shù)語“固化”指粘合劑前體轉(zhuǎn)變?yōu)檎澈蟿┧璧木酆?、膠凝、或冷卻過程。所以“至少部分固化”是指對粘合劑前體至少進行部分聚合、膠凝或冷卻。
可通過多種方法如輥涂、噴涂、幕涂等來施涂初始接合涂料和膠接涂料。有些情況下，可采用常規(guī)的方法，在膠接涂層上施涂第三層涂料或稱上膠接涂料。初始接合涂料、膠接涂料和上膠接涂料可通過干燥，或通過經(jīng)受一種能量如熱能或包括電子束、紫外光和可見光的輻射能的處理而固化。能量的選擇取決于樹脂狀粘合劑的具體化學(xué)本性。
根據(jù)本發(fā)明，由包含無機金屬磷酸鹽和酸的混合物形成磨料制品的外圍表面。這些組分可以任何順序加入?；旌虾螅旌衔锩黠@轉(zhuǎn)為透明，并由于溶解熱/中和熱溫度可達到至少約75℃。
將該混合物涂布在最終將和工件接觸的磨料制品的表面，就形成外圍表面。例如，在涂敷磨料制品的情況，該混合物宜涂布在膠接涂層上面。在結(jié)構(gòu)磨料制品的情況，該混合物涂布在精確成型的復(fù)合體上，或者與許多磨粒摻混形成精確成型的復(fù)合體。可通過各種常規(guī)方法如噴涂或輥涂來涂布該混合物。在能充分除去粘合劑前體的溶劑/水的條件下，如約30-150℃，較好約50-125℃，更好約85℃條件下，為時約1.5-3小時，對此含無機磷酸鹽和粘合劑前體的涂層進行干燥。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由還包含上面所述的粘合劑前體的混合物形成外圍表面。采用諸如輥涂或噴涂的方法，在磨料制品上涂布制得的包含粘合劑前體、有機酸和無機金屬磷酸鹽的混合物。輥涂機可以是單輥涂機，例如，具有金屬托輥的60肖氏A硬度的涂布輥，與一個軟的反輥形成輥隙。
本發(fā)明的磨料產(chǎn)品可以容易地轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合預(yù)定用途的各種幾何形狀，如獨立的片、盤、環(huán)帶、錐等形狀，根據(jù)預(yù)定的具體研磨操作而異。
使用磨料制品的方法一般是將本發(fā)明的磨料制品與工件的外表面進行摩擦接觸。本發(fā)明的磨料產(chǎn)品不受用其研磨的工件類型的限制。本文中“研磨”一般不僅可指研磨，還包括拋光、精整等。
工件工件可以是任何類型的材料，如金屬、金屬合金、奇異金屬合金、陶瓷、玻璃、木料、木質(zhì)類材料、復(fù)合物、涂漆表面、塑料、增強塑料、石材、以及它們的組合。工件可以是平的，或可有一定的形狀或與該形狀相關(guān)的外形。本發(fā)明的磨料制品特別適合于一般難以研磨的金屬，尤其是不銹鋼、高鎳合金和鈦的工件。具體地說，鈦工件包括噴氣發(fā)動機葉片、高爾夫球桿頭和航天部件。
根據(jù)用途，研磨界面上的負(fù)荷約為0.1-489N或更大的范圍，通常約為9.8-29.4N。在研磨時還可施加一種液體。
對磨帶的用途，將磨料帶材的兩端連接在一起，形成一個接頭。然而，使用無接頭環(huán)帶，如美國專利5，573，619(Benedict等)所述的，也屬于本發(fā)明的范圍。一般，將磨料環(huán)帶套在至少一個導(dǎo)輥和臺板或觸輪上。調(diào)節(jié)臺板或觸輪的硬度，以獲得要求的磨削速度和工件表面的光潔度。磨帶速度約為500-3000表面米/分鐘，通常約為750-3000表面米/分鐘，取決于要求的磨削速度和表面光潔度。磨帶的尺寸一般約為5-1000毫米寬，長約10，000毫米。
雖已描述了本發(fā)明的磨料制品，下面的一些非限制性實施例將進一步說明本發(fā)明。
實施例實施例中所有的份數(shù)、百分?jǐn)?shù)、比例等均為重量基，除非特別指出。在實施例中使用下面的符號用于涂敷磨料制品的材料環(huán)氧樹脂BPAW一種環(huán)氧樹脂組合物，含有可用水涂布的雙酚A環(huán)氧樹脂的二環(huán)氧甘油醚，含有約60％固體，40％水，一種非離子乳化劑；其環(huán)氧樹脂當(dāng)量重量約在600-700范圍；從Shell Chemical Co_Louisville，KY以“CMD 35201”商品名購得。
丙烯酸類粘合劑NC-6075一種丙烯酸類共聚物乳液形式的丙烯酸類粘合劑組合物，水中固體為46％，商品名為“NeoCryl XA-6075”，從Zeneca Division iof ICI America，Wilmington，MA購得。
酚醛樹脂RP1一種水基可溶酚醛樹脂，含有75％固體(非揮發(fā)物)。
固化劑EMI2-乙基-4-甲基咪唑固化劑的水溶液，含25％固體，商品名為“EMI-24”，從Air Products，Allentown，PA購得。
助磨劑無機金屬磷酸鹽K3PO4無水正磷酸三鉀，從Aldrich Chemical Co_Milwaukee，WI購得。
Na3PO4正磷酸三鈉十二水合物，從EM Science，Gibbstown，NJ購得。
有機酸和鹽CA檸檬酸，99+％純度，從Alfa Johson Mattey，Ward Hill，MA購得。
TA酒石酸，從Fisher Scientific，Pittsburgh，PA購得。
OA草酸，從Matheson，Coleman Bell購得。
LA乳酸，從Fisher Scientific，Pittsburgh，PA購得。
K3Ct-H2O檸檬酸鉀，從Milsolv Minnesota Corp_Roseville，MN購得。
無機酸H3PO485％磷酸，從Van Waters&Rogers，St_Paul，MN購得。
無機堿KOH氫氧化鉀片，從Alfa Aesar，Ward Hill，MA購得。
可用的添加劑輔助助磨劑KBF498％純度，細(xì)碎的四氟硼酸鉀，其中95％(重量)部分通過325目的篩，100％(重量)部分通過200目的篩。
CRY六氟化鋁鈉；冰晶石填料CaCO3碳酸鈣IO紅色氧化鐵SM偏硅酸鈉，從Fisher Scientific，Pittsburgh，PA購得。
分散劑AOT二辛基磺基琥珀酸鈉，商品名“Aerosol OT”，從Rohm&Haas Company，Phliadelphia，PA購得。
溶劑HP15/85水和丙二醇單甲基醚的混合物，從Worum Chemical Co_St.Paul，MN以“POLYSOLVE”商品名購得。
潤濕劑I33“INTERWET 33”，含脂肪酸的乙二醇酯，從Interstab Chemicals，NewBrunswick，NJ購得。
用于環(huán)形無縫帶磨料制品的材料PET1NW紡粘型聚酯非織造墊，厚約0.127毫米，重約28克/米2，從ReemayCorporation，Old Hickory，TN以“REEMAY”以商品名銷售。
PET聚鄰苯二甲酸乙二醇酯。
CAT二苯氨基甲烷和氯化鈉分散在鄰苯二甲酸二辛酯中的復(fù)合物，由Uniroyal CHemical Co_Inc_Middlebury，CT以“CAYTUR 31”商品名銷售。
VIB以聚醚基的甲苯二異氰酸酯封端的預(yù)聚物聚氨酯彈性體，從UniroyalCHemical Co_Inc_Middlebury，CT以“VIBRATHANE B-813”商品名購得。
EMI25％固體的2-乙基-4-甲基咪唑的水溶液，從Air Products，Allentown，PA以“EMI-42”商品名購得。
SOL一種有機溶劑，從Worum Chemical Co_St.Paul，MN以“AROMATIC 100”商品名購得。
制造涂敷磨料制品(盤)的通用方法1按照下面的步驟制造了常規(guī)盤形的涂敷磨料制品。在具有一個直徑2.2厘米中心孔的0.76毫米厚的硬化紙板背襯上，涂布填充有碳酸鈣的可溶酚醛樹脂(83％(重量)固體)，形成初始接合涂層。濕涂層重量約為80克/米2。將80級的碳化硅磨粒靜電噴涂在初始接合涂層上，其量為約200克/米2。制得的磨料制品于93℃預(yù)固化150分鐘。以約200克/米2的平均重量，在磨粒和初始接合涂層上面，施涂由33.2％RP1、52.0％CaCO3、14.2％H2O和0.6％HP組成的膠接組合物，形成膠接涂層。所有G-80SiC紙板盤上有標(biāo)準(zhǔn)的CaCO3初始接合涂層和膠接涂層；約163克/米2上膠接涂層/盤(常規(guī)KBF4上膠接涂料(29.2％BPAW、0.35％EMI、53.3％KBF4、14.1％水、0.75％AOT和2.3％IO))。所得的產(chǎn)品于100℃固化12小時。在這一步驟后，將涂敷的磨料制品撓曲，并在45％相對濕度下增濕一星期。
制造環(huán)形無縫涂敷磨料制品的通用方法2根據(jù)美國專利5，573，619(Benedict等)揭示的內(nèi)容，這個步驟說明了制造環(huán)形無縫涂敷磨料制品的通用方法。
在直徑19.4厘米，圓周61厘米的鋁輪轂上先形成背襯。鋁輪轂壁厚0.64厘米，寬61厘米，安裝在7.6厘米的心軸上，它通過一直流馬達能以1-120轉(zhuǎn)/分鐘(rpms)旋轉(zhuǎn)。在輪轂外圍是0.05毫米厚的涂布以硅氧烷的聚酯膜，該膜可作為剝離表面。這種涂布硅氧烷的聚酯膜并不是背襯的一部分。在該剝離膜的上面放置一層60磅的紙。磨料制品的最終尺寸寬53厘米，長61厘米。
使用5厘米寬，間隙設(shè)定為0.23毫米的刮刀涂布機，約3.8厘米寬的非織造卷材用底涂料前體(63％VIB/21％CAT/14.5％SOL/1.5％IO)進行飽和。刮刀涂布機固定在一水平卷纏機上，非織造織物螺旋卷繞在輪轂上，同時輪轂以5rpm旋轉(zhuǎn)。兩層非織造織物卷繞在輪轂上，第二層與第一層的卷繞位相相差180°。這兩層的卷繞應(yīng)使它們重疊，間隙小于1毫米。之后，將增強線或紗施加在飽和了底涂料前體的非織造織物上。增強線首先穿過一張緊輥，然后穿過一個梳片，一次兩根線。通過在水平卷纏機的導(dǎo)紗系統(tǒng)，將增強纖維線包在經(jīng)飽和處理的非織造織物卷材上，導(dǎo)紗系統(tǒng)以10厘米/分鐘的速度橫過輪轂面。在這個過程中，輪轂以120rpm旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致每厘米寬度上有24根增強線。增強線通常是不同的材料。通過提高和降低導(dǎo)紗系統(tǒng)的速度，可以改變增強線間隔。增強線卷繞在輪轂上覆蓋其寬度后，取下輪轂，放在一個間歇式烘箱中的旋軸心軸上。心軸以10rpm旋轉(zhuǎn)。輪轂在烘箱中于110℃保持5分鐘。
之后，從烘箱中取出輪轂，在其固化的底涂層表面噴涂上常規(guī)的填有碳酸鈣的可溶階酚醛樹脂(83％(重量)固體)的初始接合涂料粘合劑前體。經(jīng)此噴涂后的背襯安放在位于一個電活化板上方的旋轉(zhuǎn)軸上，電活化板上覆蓋著磨粒。輪轂用作接地板。磨粒是本說明書和表7中列舉的氧化鋁或碳化硅。磨粒的總重量約為270克/米2的SiC和約395克/米2的Al2O3。由于在電場活化期間輪轂以10rpm旋轉(zhuǎn)，就將磨粒涂布到初始接合涂料前體中。涂布以后，取下制得的結(jié)構(gòu)，將其置于間歇烘箱中的旋轉(zhuǎn)軸上，在100℃保持30分鐘。
隨后，將輪轂安裝在一個以40rpm旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸上。在磨粒/初始接合涂層上噴涂膠接涂料前體。膠接涂料前體是用水和HP的90/10混合物稀釋的，為72％固體。該膠接涂料前體包含32份RPI、66份CRY和2份IO。膠接涂料前體重量約340克/米2。噴涂后，涂布的磨料制品在88℃接受60分鐘的熱固化處理。
熱固化后，將輪轂再次安裝在噴涂系統(tǒng)上，在膠接涂層上噴涂上膠接涂料。上膠接涂料由17份BPAW、76份KBF4、3份增稠劑、2份EMI組成?？偟纳夏z接涂料為水中含72％固體。上膠接涂層的濕重量約為132克/米2。制得的結(jié)構(gòu)然后于88℃熱固化60分鐘，于105℃最后固化10小時。在試驗之前，將制得的涂敷磨料制品通過一個2.5厘米支撐棒和一個上凸的螺旋棒進行撓曲。
制造涂敷磨料制品(盤)的通用方法3按照下面的步驟制造常用盤形的涂敷磨料制品。在具有一個直徑2.2厘米中心孔的0.76毫米厚的硬化紙板背襯上，涂布填充有碳酸鈣的RP1(83％(重量)固體)，形成初始接合涂層。濕涂層重量約為164克/米2。將36級的陶瓷氧化鋁磨粒靜電噴涂在初始接合涂層上，其量約為900克/米2。制得的磨料制品于93℃預(yù)固化150分鐘。以約695克/米2的平均重量，在磨粒和初始接合涂層上面，施涂由35％RP1、54.45％CRY、8.7％H2O和1.65％IO組成的膠接組合物，形成膠接涂層。將該材料于65-70℃預(yù)固化15-30分鐘，再于88℃預(yù)固化75分鐘。在比較例A、B、C的盤上施用常規(guī)的KBF4上膠接涂料(29.2％BPAW、0.35％EMI、53.3％KBF4、14.1％水、0.75％AOT和2.3％IO)，形成約389克/米2的上膠接涂層?？偟纳夏z接涂料為水中72％固體。將該材料于65-70℃預(yù)固化15-30分鐘，再于88-90℃預(yù)固化4小時。所得的產(chǎn)品于100℃最終固化12小時。
制造涂敷磨料制品(帶)的通用方法4對下面的一些實施例，涂敷磨料制品的背襯各自由Y重量的機織聚酯布構(gòu)成，這種聚酯布具有四上一下斜紋組織。用氣流紡的紗制成100％聚酯4/1緞紋織物，重326gsm。這種織物用90％可溶酚醛樹脂和10％腈膠乳飽和至重量416gsm，隨后加熱至約120℃，保持該溫度直到樹脂固化到不粘狀態(tài)。然后用55％CaCO3和43％兩種可溶酚醛樹脂(和一些IO和用于著色的炭黑)的摻混物的混合物進行底膠涂敷，達到516gsm的重量。之后，背襯用對其進行飽和處理的同樣溶液進行預(yù)膠涂敷，使其最終的濕重量達到549gsm。上面對織物的各種處理之后，均加熱至約120℃，并保持該溫度直到樹脂固化至無粘性狀態(tài)。這樣制得的背襯完全進行了預(yù)處理，即可接受初始接合涂料。
混合49.2份70％固體的RP1(34.4份酚醛樹脂)、41.0份非集聚的碳酸鈣填料(干重基)和10.2份水，制備用于各涂敷背襯使用的初始接合涂料的可涂布混合物(含84％固體)，以形成初始接合涂層，濕涂層重量為302克/米2。初始接合涂料是用輥涂施加的。隨后，在尚未固化的初始接合涂層上靜電施加36級(ANSI標(biāo)準(zhǔn)B74.18，平均粒度為545微米)的陶瓷氧化鋁磨粒，施加重量為921克/米2。然后，將制得的結(jié)構(gòu)在65℃預(yù)固化15分鐘，隨后再在88℃預(yù)固化75分鐘。
通過一雙輥涂布機，在磨粒/初始接合涂層結(jié)構(gòu)上施涂適合形成膠接涂層的82％固體的可涂布混合物，該膠接涂料由35.2％RP1、54.45％CRY、8.7％水和1.65IO組成。濕的膠接涂層重量約為390克/米2。制得的涂敷磨料制品于88℃熱固化30分鐘，隨后在100℃再熱固化12小時。
熱固化后，將此涂敷磨料制品進行單撓曲(即以90°角度通過一個輥子，使初始接合涂層和膠接涂層產(chǎn)生受控裂紋)，然后加工為7.6×203厘米的涂敷磨料帶。
試驗方法Ⅰ將直徑17.8厘米紙板為背襯的磨盤安裝在一臺搖臂試驗機上，該磨盤有一個直徑2.2厘米的中心孔，厚度為0.76毫米。對磨盤先進行了常規(guī)的撓曲，可控地破壞其硬的粘合樹脂，將盤安裝在橡膠墊片上，用來研磨盤形鈦工件的邊。以1710rpm的轉(zhuǎn)速令磨盤轉(zhuǎn)動，同時以39.2N的力使該盤疊置在墊片斜邊上的那部分與工件接觸。各盤都用來研磨同樣的工件，總的時間為8或10分鐘，每研磨一分鐘后稱取工件的重量。下面表中的數(shù)據(jù)表示為“最初磨削”是開始磨光的60秒除去的材料量；“最終磨削”是試驗的最后60秒除去的材料量；“總磨削”是在整個試驗過程中除去的材料量。
試驗方法Ⅱ各實施例的涂敷磨料制品加工為7.6×335厘米的環(huán)形磨帶。在一恒定負(fù)荷的平面磨床上，試驗每一實施例的兩個帶。將預(yù)先稱重的約2.5×5×18厘米的鈦工件安裝在一支架上，垂直放置，其2.5×18厘米的面對著直徑約36厘米的60肖氏A硬度計的鋸齒形橡膠觸輪，在橡膠觸輪的一疊一的齒格上套著一個涂敷磨料帶。然后工件以每分鐘20個來回的速度垂直往返在18厘米的路徑上，同時一個彈簧負(fù)載的柱塞以107.7N的負(fù)荷將工件頂在磨帶上，磨帶則以約2050米/分鐘的速度運動。研磨30秒后，取下工件支架并將工作再稱重，從原來的重量減去研磨后的工件重量，可計算除去的材料量。然后將一個新的預(yù)先稱重的工件和支架安裝在設(shè)備上。這個試驗的實驗誤差約為10％?？偰ハ髁渴窃囼炦^程中不銹鋼除去總量的測定值。相繼進行每次30秒的研磨，當(dāng)最終磨削量小于最初磨削量的1/3時，可認(rèn)為試驗結(jié)束。
試驗方法Ⅲ將涂敷磨料帶(1.3×61厘米)安裝在Dynafile磨床機的自動試驗系統(tǒng)上。用于該試驗的帶為80級。工件是0.6×5.1×20.3厘米的鈦棒。試驗前，工件和磨帶都稱重。將工件放在一支架中，其20.3厘米的面垂直于磨床。通過前后搖擺工件支架，工件0.6厘米的邊緣在2.5厘米的長度上受到研磨；使用一凸輪組件，研磨的長度范圍為2.5厘米。在工件上研磨出2.5厘米寬的凹槽，其深度視磨削速度而異。磨帶不停地運轉(zhuǎn)2分鐘。從支架上取下工件，并與樣品帶一起稱重。磨削率等于工作的重量損失，無機物的損失等于研磨前后磨帶的重量差。使用的帶式磨床是有112218觸臂的“Dynafile”磨床(可從Dynabrade Inc.購得)。帶速為76.2標(biāo)準(zhǔn)米/分鐘。在磨帶與金屬工件接觸區(qū)域的研磨界面上所測的力為12.7N。
試驗方法Ⅳ將直徑17.8厘米的固化紙板為背社的磨盤固定在一個橡膠墊上，然后安裝在一重型平板試驗裝置上，所述磨盤有一個直徑2.2厘米的中心孔，盤厚為0.76毫米。重型平板試驗是以預(yù)定角度和預(yù)定負(fù)荷，將工件放置在貼近盤的外圍保持一預(yù)定時間。工件是304不銹鋼盤，直徑約25.4厘米，厚約0.18厘米。在恒定負(fù)荷(39.2N)條件下進行邊緣剝落。涂敷磨料盤以3500rpm旋轉(zhuǎn)。試驗終點時間為16分鐘。試驗時，以每4分鐘的研磨時間為一次，逐次研磨后稱取304不銹鋼盤的重量。304不銹鋼盤的重量損失對應(yīng)于涂敷磨料盤的磨削量，即涂敷磨料盤的效率。記錄4分鐘后的最初磨削量(克)和16分鐘后的最終磨削量(克)。
試驗方法Ⅴ將直徑17.8厘米的紙板為背襯的磨盤安裝在一臺滑動作用試驗機上，磨盤有一個直徑2.2厘米的中心孔，盤厚為0.76毫米。對磨盤先進行了常規(guī)的撓曲，可控地破壞其硬的粘合樹脂，將盤安裝在有斜邊的鋁墊片上，用來研磨304不銹鋼工件的1.25×18厘米的面。以5500rpm的轉(zhuǎn)速令盤轉(zhuǎn)動，同時以57.8N的力將該盤疊置在墊片斜邊上的那部分與工件接觸，在盤上產(chǎn)生約為140厘米2的磨損路徑。用每一個盤研磨不同的工件，每次兩分鐘，每個的總時間為10分鐘。
試驗方法Ⅵ本磨料制品研磨試驗使用一個ABB IRB3000，6-軸工業(yè)自動裝置，操縱金屬工件使其頂著涂敷磨帶。磨帶安裝在一個Hammond RBG恒力后座上，并由一個橡膠觸輪支撐。每一次研磨周期前后，稱取金屬工件的重量，以確定除去的材料量。工件固定在自動裝置上，該自動裝置能操縱工件頂著磨帶的運動，同時后座在25秒的研磨周期內(nèi)提供恒定的研磨力。重復(fù)自動裝置的研磨程序，直到一個研磨周期中的除去量小于下表中所示的試驗終點為止。試驗方法Ⅵ包括兩組標(biāo)準(zhǔn)條件，列于下表。 實施例1-7與比較例A和B實施例1-7與比較例A和B的涂敷磨料制品可根據(jù)上面的制造涂敷磨料制品的通用方法制造。實施例1-7使用的助磨劑的配方示于表1。比較例A是采用包含碳化硅磨粒的磨料制品，但不含有上膠接涂層，比較例B則用常規(guī)的KBF4上膠接涂料(29.2％BPAW、0.35％EMI、53.3％KBF4、14.1％水、0.75％AOT和2.3％IO)，以193克/米2的涂布率進行了上膠接涂布。
表1
實施例1和2與比較例A和B采用上述試驗方法Ⅰ比較實施例1和2與比較例A和B的磨料制品的性能。數(shù)據(jù)列于表2。標(biāo)為“％比較例A”和“％比較例B”的欄中，括號中的數(shù)據(jù)是與最終磨削值的比較，而括號外的數(shù)據(jù)是分別與比較例A和B的磨料制品的總磨削值的比較表2鈦研磨結(jié)果/80級SiC
表2表示了與沒有助磨劑的上膠接涂層(比較例A)或含已知助磨劑KBF4(比較例B)的上膠接涂層相比，有K3PO4-檸檬酸上膠接涂層的情況在鈦上的研磨性能。表2中，有或沒有NC-6075粘合劑的兩種K3PO4-檸檬酸上膠接涂層都很大程度地優(yōu)于有KBF4上膠接涂層和不用上膠接涂層的SiC盤。由表2可知，K3PO4-檸檬酸上膠接涂層的研磨量接近對照組的180％，而KBF4上膠接涂層(比較例B)為150％。K3PO4-檸檬酸上膠接涂層的最終磨削量是比較例A(無上膠接涂層)的220％，是比較例B(有KBF4上膠接涂層)的138％。因此，K3PO4-檸檬酸對于鈦的研磨顯示了改善的研磨效果。
另外，從水中涂布的檸檬酸配方可以在磨料制品的膠接涂層上形成相當(dāng)連續(xù)的膜。據(jù)觀察，當(dāng)與檸檬酸一起加入K3PO4時，在磨料制品的外圍表面上形成的膜是透明而光滑，并且基本上連續(xù)的。
實施例3-7與比較例C為表明所得的觀察結(jié)果是K3PO4-檸檬酸系統(tǒng)所獨有的，對表1所列的其余實施例3-7的上膠結(jié)組合物還進行了研磨試驗。比較例C是和比較例A相同類型的磨料制品。結(jié)果列于下表3。
表3鈦研磨結(jié)果/80級SiC
實施例5的K3PO4-檸檬酸系統(tǒng)的研磨看來比實施例4的K3PO4-檸檬酸好。因為檸檬酸的成本比酒石酸的成本低得多，因此采用檸檬酸的系統(tǒng)更為經(jīng)濟。
實施例8-10與比較例D表1的實施例1描述了在36級Regalloy帶(3M977F，從3M，St_Paul，MN購得)上面K3PO4/檸檬酸上膠接涂層的研磨性能。表4給出實施例8-10中使用的助磨劑的涂布量。比較例D是沒有上膠結(jié)涂層助磨劑的36級Regalloy帶。采用試驗方法Ⅱ，在下列的條件下，測試了這些磨料制品的性能工件=2.54厘米鈦棒壓力=111N恒定帶速=811表面米/分鐘試驗時間=8分鐘(16×30秒研磨時間)性能結(jié)果列于表4。
表4
如表4所示，較大重量的上膠接涂層會增強磨帶的研磨性能。在這次測試中沒有觀察到被研磨面上發(fā)生涂污現(xiàn)象。
實施例11-14與比較例E按照上面所述的制造涂敷磨料制品的通用方法，制得實施例11-14與比較例E的涂敷磨料制品。這些實施例比較了包括采用無機正磷酸鹽、有機酸和任選的一種粘合劑的本發(fā)明涂敷磨料制品的磨光性能。實施例11-14的上膠接涂料的配方列于表5。
表5
然后采用試驗方法Ⅰ，在下列條件下，測試這些磨料制品的性能磨削時間4×1分鐘周期/盤產(chǎn)品在紙板為背社的磨盤上采用80級碳化硅磨粒--參閱制造涂敷磨料盤的通用方法工件鈦盤，直徑30.5厘米，厚度0.32厘米性能結(jié)果列于表6。
表6
如表6所示，實施例11中，用pH約5.5的上膠接涂料涂布，證明改進了研磨效果。
在測試這些磨料制品中，值得注意的是在上膠接涂層的均勻性與磨料制品的性能之間存在很強的相關(guān)關(guān)系。即當(dāng)上膠接涂料能很好地潤濕盤時，磨料制品的性能最佳，如實施例11所示。
實施例15-16與比較例F-H這組試驗比較涂敷磨料制品的各種結(jié)構(gòu)。按照上面所述制造環(huán)形無縫涂敷磨料制品的通用方法，制得實施例15-16與比較例F-H的涂敷磨料制品。表7總結(jié)了這些實施例和比較例的配方之間的差異。
表7
實施例15和16的上膠接涂料與表1所列的實施例1相同。比較例F和G具有和上面制造環(huán)形無縫磨料制品通用方法中所述相同的上膠接涂料。
按照試驗方法Ⅲ，用2.5×61厘米磨帶的形式測試這些磨料制品。
表8
含檸檬酸的上膠接涂料改進了磨帶在其壽命的最初2分鐘的磨削。而實施例15和16中磨帶的重量損失較大，表明本發(fā)明的磨料制品能更有效地使用磨粒。還注意到，在研磨時幾乎不存在火花簇射的現(xiàn)象，這表明實施例15和16的磨料制品進行磨削時的溫度較低，能大大減少工件表面燃燒的可能。還注意到在工件表面上沒有涂污現(xiàn)象。
實施例17-18與比較例Ⅰ按照上面制造涂敷磨料的通用方法制得實施例17-18與比較例Ⅰ的涂敷磨料。涂敷重量和配方如下初始接合涂料170克/米2，可通過混合69份70％固體的RP1(48份可溶酚醛樹脂)、52份非集聚的碳酸鈣填料(干重基)和充足的HP，形成84％固體的初始接合涂料。
陶瓷氧化鋁；36級1100克/米2膠接涂料740克/米2，32％RP1、50.2％CRY、1.5％IO和16.3％HP上膠接涂料410克/米2，對比較例Ⅰ，其配方為29.2％BPAW、0.35％EMI、53.3％KBF4、14.1％水、0.75％AOT和2.3％IO。實施例17和18的上膠接涂料的配方列于下表9。
表9
如上面所述，采用在不銹鋼上研磨的試驗方法Ⅳ，比較實施例17-18與比較例Ⅰ的磨料制品的性能。在這些磷酸鹽混合物中KBF4的分散體容易形成，表明磷酸鹽/檸檬酸混合物對KBF4可起到類似粘合劑系統(tǒng)的作用。數(shù)據(jù)列于表10，其中列出了材料除去量以及對于比較例Ⅰ的％(括號中)。
表10
實施例17和18中的上膠接涂料配方中的助磨劑含有比比較例Ⅰ的上膠接涂料配方多約10％的KBF4(分散在檸檬酸/檸檬酸鉀混合物中)。值得注意的是，在試驗的最后4分鐘，實施例17和18的磨料制品性能好于比較例Ⅰ，表明提高了含有機酸混合物和已知輔助助磨劑(即KBF4)的助磨劑效率和耐久性有了提高。總體地說，實施例17和18的磨料制品性能略優(yōu)于比較例Ⅰ。
在實施例19-25與比較例J-T中使用下列類型的磨粒。
磨粒321Cubitron 321顆粒(可從3M，St_Paul，MN購得)。
321-s采用Jeffrey振動式形狀分選臺，Type 2DTH(可從Jeffry Mfg.Co_Ltd_Johannesburg，South Afriica購得)，使用下列設(shè)定值5.23°的進料角，12.07°的分選角，振動進料速度為77.4克/分鐘，分選臺的振幅為0.5amps，分離321樣品中的短粗磨粒與尖銳磨粒，收集下來的尖磨粒就是321-s。
321-1按照美國專利5，776，214(Wood)中實施例7，24欄64行至25欄19行所述的方法制備321-1。
321-b采用Jeffrey振動式形狀分選臺，Type 2DTH(可從Jeffry Mfg.Co_Ltd_Johannesburg，South Afriica購得)，使用下列設(shè)定值5.23°的進料角，12.07°的分選角，振動進料速度為77.4克/分鐘，臺的振幅為0.5amps，分離321樣品中的短粗磨粒與尖銳磨粒，收集到的塊狀磨粒就是321-b。
比較例J、K和L與實施例19-21使用3種不同類型的36級Cubitron 321顆粒和2種不同配方的上膠接涂料，按照制造涂敷磨料制品(盤)的通用方法，制造6批以紙板為背襯的磨盤。比較例J、K和L中施涂常規(guī)的KBF4上膠涂料(29.2％BPAW、0.35％EMI、53.3％KBF4、14.1％水、0.75％AOT和2.3％IO)，涂層重量約為389克/米2。在實施例19、20和21中施涂配方1的上膠接涂料，涂層重量約為389克/米2。配方1列于表11。表12總結(jié)了磨盤有的關(guān)資料。
表11上膠接涂料配方1
表12
1采用ANSI標(biāo)準(zhǔn)B74.4-1992測定采用試驗方法Ⅴ對實施例19-2l和比較例J、K和L的磨料制品性能進行了比較。數(shù)據(jù)列于表13。
表13
由表13的數(shù)據(jù)可知，較低堆密度的321-s和321-1顆粒與較高堆密度的321顆粒相比，總磨削量提高約40％(實施例20)和96％(實施例21)。
比較例M-U與實施例22-25按照制造磨料制品的通用方法4，使用4種類型36級Cubitron 321顆粒，2種不同上膠接涂料，制備12批涂敷磨料制品以及沒有上膠接涂料的例子(比較例M-T和實施例22-25)。比較例N、P、R和T中施涂常規(guī)的KBF4上膠接涂料(29.2％BPAW、0.35％EMI、53.3％KBF4、14.1％水、0.75％AOT和2.3％IO)。在實施例22-25中施涂配方2的上膠接涂料。該配方2列于表14。表15總結(jié)了盤的有關(guān)資料。
表14上膠接涂料配方2
表15 采用試驗方法Ⅵ(標(biāo)準(zhǔn)條件2)，在304不銹鋼工作上以52.9-66.6N負(fù)荷，試驗比較了實施例22-25與比較例M-U的磨料制品的性能。數(shù)據(jù)列于表16。
表16
采用試驗方法Ⅵ(標(biāo)準(zhǔn)條件2)，在鈦工件上以52.9-66. 6N負(fù)荷，試驗比較了實施例22-25與比較例M-U的磨料制品性能。數(shù)據(jù)列于表17。
表17
權(quán)利要求
1. 一種磨料制品，它包括具有第一主表面和第二主表面的背襯；許多磨粒；由第一粘合劑前體形成的初始接合涂層，所述的初始接合涂層將許多磨粒粘合在背襯的第一主表面上；包含由包括一種酸和至少一種下列組分的混合物形成的助磨劑的外圍涂層(ⅰ)選自堿金屬磷酸鹽和堿土金屬磷酸鹽的一種無機金屬磷酸鹽；或(ⅱ)選自堿金屬硫酸鹽、堿土金屬硫酸鹽和過渡金屬硫酸鹽的一種無機金屬硫酸鹽。
2．如權(quán)利要求1所述的磨料制品，其特征還在于選擇所述的酸，使得所述混合物能形成薄膜。
3．如權(quán)利要求1所述的磨料制品，其特征還在于所述第一粘合劑前體選自酚醛樹脂、具有α，β-不飽和側(cè)位羰基的氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、烯鍵不飽和樹脂、丙烯酸化異氰酸酯樹脂、脲-甲醛樹脂、異氰酸酯樹脂、丙烯酸化聚氨酯樹脂、丙烯酸化環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、芴改性的環(huán)氧樹脂、或它們的混合物。
4．一種磨料制品，它包括具有第一主表面和第二主表面的背襯；許多磨粒；由第一粘合劑前體形成的初始接合涂層，所述的初始接合涂層將許多磨粒粘合在背襯的第一主表面上；包含由包括一種酸組分和一種含堿金屬或堿土金屬化合物的混合物形成的助磨劑的外圍涂層，條件如下(ⅰ)當(dāng)酸組分主要由一種有機酸組成時，含堿金屬或堿土金屬化合物是一種磷酸鹽或硫酸鹽；或(ⅱ)當(dāng)酸組分主要由有機酸和無機酸的組合組成時，含堿金屬或堿土金屬化合物是一種堿。
5．如權(quán)利要求4所述的磨料制品，其特征還在于所述無機酸選自鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、四氟硼酸、或它們的混合物。
6．如權(quán)利要求4所述的磨料制品，其特征還在于所述含堿金屬或堿土金屬的堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋇、或它們的混合物。
7．一種磨料制品，它包括至少一種由包含粘合劑前體和助磨劑的組合物形成的粘合劑，助磨劑由包含一種酸和至少一種選自下列組分的混合物形成(ⅰ)選自堿金屬磷酸鹽和堿土金屬磷酸鹽的一種無機金屬磷酸鹽；或(ⅱ)選自堿金屬硫酸鹽或堿土金屬硫酸鹽的一種無機金屬硫酸鹽；許多磨粒，分散在至少一種粘合劑中形成許多具有能和工件表面接觸的外圍表面的成型復(fù)合體。
8．一種磨料制品，它包括至少一種由包含粘合劑前體和助磨劑的組合物形成的粘合劑，助磨劑由包含一種酸組分和含堿金屬或堿土金屬化合物的混合物形成，條件是(ⅰ)當(dāng)酸組分主要由一種有機酸組成時，含堿金屬或堿土金屬化合物是一種磷酸鹽或硫酸鹽；或(ⅱ)當(dāng)酸組分主要由有機酸和無機酸的組合組成時，含堿金屬或堿土金屬化合物是一種堿；許多磨粒，固定在至少一種粘合劑中，形成具有能和工件表面接觸的外圍表面的一定形狀的物體。
9．如權(quán)利要求8所述的磨料制品，其特征在于所述的定形狀的物體是一個磨輪。
10．如權(quán)利要求7或8所述的磨料制品，其特征還在于所述粘合劑前體選自酚醛樹脂、具有α，β-不飽和側(cè)位羰基的氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、烯鍵不飽和樹脂、丙烯酸化異氰酸酯樹脂、脲-甲醛樹脂、異氰酸酯樹脂、丙烯酸化聚氨酯樹脂、丙烯酸化環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、芴改性的環(huán)氧樹脂、或它們的混合物。
11．如權(quán)利要求4或8所述的磨料制品，其特征還在于所述硫酸鹽選自硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銫、或它們的混合物。
12．如權(quán)利要求4或8所述的磨料制品，其特征還在于所述有機酸選自檸檬酸、乳酸、草酸、酒石酸、或它們的混合物。
13．一種制造涂敷磨料制品的方法，所述方法包括下列步驟將第一粘合劑前體施涂在一個基底上；將許多磨粒至少部分嵌埋在第一粘合劑前體中；在第一粘合劑前體和許多磨粒上施涂第二粘合劑前體；在第二粘合劑前體上施涂一種外圍涂料混合物，所述外圍涂料混合物包括一種酸和至少一種選自下列的組分(ⅰ)選自堿金屬磷酸鹽或堿土金屬磷酸鹽的一種無機金屬磷酸鹽；或(ⅱ)選自堿金屬硫酸鹽、堿土金屬硫酸鹽或過渡金屬硫酸鹽的一種無機金屬硫酸鹽；至少部分固化第一粘合劑前體和第二粘合劑前體。
14．如權(quán)利要求13所述的方法，其特征還在于所述外圍涂料混合物形成一層薄膜。
15．如權(quán)利要求1或7所述的磨料制品或權(quán)利要求13所述的方法，其特征還在于所述無機硫酸鹽選自硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銫、硫酸銅(Ⅱ)、硫酸鐵(Ⅱ)、硫酸錳(Ⅱ)、硫酸鈷(Ⅱ)、或它們的混合物。
16．如權(quán)利要求1或7所述的磨料制品或權(quán)利要求13所述的方法，其特征還在于所述酸是一種選自檸檬酸、乳酸、草酸、酒石酸、或它們的混合物的有機酸。
17．如權(quán)利要求1、4、7或8中任一權(quán)利要求所述的磨料制品或權(quán)利要求13所述的方法，其特征還在于所述磷酸鹽選自正磷酸三鉀、正磷酸三鈉、正磷酸三鈣、焦磷酸鈉、焦磷酸鉀、或它們的混合物。
18．一種磨料制品，它包括具有第一主表面和第二主表面的背襯；許多磨粒；由第一粘合劑前體形成的初始接合涂層，所述的初始接合涂層將許多磨粒粘合在背襯的第一主表面上；包含由包括一種無機酸或無機酸鹽或它們的混合物和有機酸鹽一起形成的助磨劑的外圍涂層。
19．如權(quán)利要求18所述的磨料制品，其特征還在于所述無機酸選自硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸、或它們的混合物，所述無機酸鹽是堿金屬鹽或堿土金屬鹽。
20．如權(quán)利要求18所述的磨料制品，其特征還在于所述有機酸鹽是由選自檸檬酸、乳酸、草酸、酒石酸、或它們的混合物的有機酸形成的堿金屬鹽或堿土金屬鹽。
21. 如權(quán)利要求18所述的磨料制品，其特征還在于無機酸是磷酸，有機酸鹽是檸檬酸三鉀。
22．如權(quán)利要求1、4、7、8或18中任一權(quán)利要求所述的磨料制品或權(quán)利要求13所述的方法，其特征還在于所述磨粒是尖銳的磨粒。
23．如權(quán)利要求22所述的磨料制品或方法，其特征還在于所述尖銳的磨粒，對36級，其堆密度約小于1.85克/厘米3。
24．如權(quán)利要求22所述的磨料制品或方法，其特征還在于所述尖銳的磨粒，對50級，其堆密度約小于1.79克/厘米3。
25．如權(quán)利要求22所述的磨料制品或方法，其特征還在于所述尖銳的磨粒的長徑比約為1.5或更大。
26．如權(quán)利要求22所述的磨料制品或方法，其特征還在于所述尖銳的磨粒的平均體積顆粒比范圍約為0.30-0.80。
27．如權(quán)利要求22所述的磨料制品或方法，其特征還在于所述尖銳的磨粒是α氧化鋁顆粒。
28．如權(quán)利要求1、4或8中任一權(quán)利要求所述的磨料制品，其特征還在于所述磨料制品還包括由第二粘合劑前體形成的膠接涂層，所述外圍涂層是在膠接涂層上面。
29．如權(quán)利要求28所述的磨料制品，其特征還在于所述外圍涂層還包含一種由第三粘合劑前體形成的粘合劑。
30．如權(quán)利要求29所述的磨料制品，其特征還在于第二粘合劑前體和第三粘合劑前體各自分別選自酚醛樹脂、具有α，β-不飽和側(cè)位羰基的氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、烯鍵不飽和樹脂、丙烯酸化異氰酸酯樹脂、脲-甲醛樹脂、異氰酸酯樹脂、丙烯酸化聚氨酯樹脂、丙烯酸化環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、芴改性的環(huán)氧樹脂、或它們的混合物。
31. 如權(quán)利要求1、4或8中任一權(quán)利要求所述的磨料制品，其特征還在于所述混合物還包含輔助助磨劑，它選自氯化鈉、六氟鋁鉀、六氟鋁鈉、六氟鋁銨、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯化鉀、氯化鎂、或它們的混合物。
全文摘要
提供一種磨料制品(10),它包括由包含助磨劑形成的外圍涂層。助磨劑由包含一種酸和至少一種無機金屬磷酸鹽或無機金屬硫酸鹽的混合物形成。應(yīng)較好地選擇這種酸,使該混合物能形成一層薄膜。磨料制品較好的有尖銳的磨粒(13,32)。與基本上沒有本發(fā)明助磨劑的磨料制品相比,本發(fā)明的磨料制品提高了研磨效率,尤其是在研磨鈦的過程中。還提供了制造磨料制品的方法以及使用這種磨料制品對表面進行研磨的方法。
文檔編號B24D3/34GK1284904SQ9881290
公開日2001年2月21日 申請日期1998年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月3日
發(fā)明者K·L·霍, R·A·弗勒斯比, W·L·哈莫, M·L·莫里森 申請人:美國3M公司