專利名稱：磨料組合物和摻入該組合物的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粘合的磨料組合物和由此制得的制品，該組合物含有磨料顆粒，磨料顆粒分散于整個抗污和耐磨損的聚脲粘合劑基質(zhì)中，本發(fā)明還涉及制造該組合物和制品的方法。
包含固體或泡沫有機(jī)聚合基質(zhì)的磨料產(chǎn)品是眾所周知的，磨料顆粒分散于整個有機(jī)聚合基質(zhì)中并在基質(zhì)中粘合。聚合基質(zhì)一般由硬性、熱固性樹脂，如催化苯酚-甲醛，或彈性高彈體，如聚氨酯或硫化橡膠所組成。
當(dāng)彈性粘合劑基質(zhì)用于粘合的磨料中時，它們通常能生產(chǎn)出具有一定程度的柔韌性和彈性的耐磨制品。這些耐磨制品一般可提供比由用硬性、熱固性樹脂制造的粘合的耐磨制品所提供的更光滑的耐磨作用和更精細(xì)的表面光澤。因此，彈性粘合的耐磨制品已發(fā)現(xiàn)了廣闊的工業(yè)應(yīng)用范圍，例如在金屬和木材加工行業(yè)中進(jìn)行修邊、拋光、和砂磨。然而，這些彈性粘合的耐磨制品常常出現(xiàn)磨料顆粒的過早喪失并且，在某些情況下，部分彈性粘合劑會污染或轉(zhuǎn)移到工作物的表面，這是不合需要的。
常規(guī)撓性粘合的耐磨制品一般利用彈性聚亞氨酯作為粘合劑基質(zhì)。聚氨酯粘合劑基質(zhì)可以是泡沫體，如在美國專利4，613，345，4，459，779，2，972，527，3，850，589;英國專利說明書1，245，373(1971年9月8日公開)中所述;或者聚氨酯粘合劑可以是固體，如在美國專利3，982，359，4，049，396，4，221，572和4，933，373中所述。
盡管包含聚異氰酸酯和低聚氨基苯甲酸酯及胺的反應(yīng)產(chǎn)物的合成聚合物及其制備方法是已知的，但尚未提出過它們作為粘合的耐磨制品的粘合劑的應(yīng)用。美國專利4，328，322描述了這樣的聚合物和方法。同樣，與丙烯酸2-甘油酯或甲基丙烯酯2-甘油酯交聯(lián)的聚氨酯和聚氨酯/脲已公開于美國專利4，786，657。該對比文獻(xiàn)描述了高當(dāng)量二醇和二胺、丙烯酸2-甘油酯、二異氰酸酯、和低當(dāng)量二醇和二胺在生產(chǎn)聚氨酯和聚氨酯/脲中的應(yīng)用。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案涉及具有模制、整體化、強(qiáng)韌化、加固熱塑性背襯的盤。涉及整體化模制背襯的背景技術(shù)包括英國專利1，549，685;德國專利3，416，186;和美國專利3，960，516;4，088，729;4，774，788;以及4，554，765。
受讓人的共同未決的美國專利申請07/811，547(Stout等人)描述了一種涂層耐磨背襯，它包括一種涂有熱固性粘合劑和磨料細(xì)粒的加固、強(qiáng)韌化熱塑性背襯。
盡管受讓人的美國專利4，933，373公開了包括改進(jìn)的彈性粘合劑的磨料產(chǎn)品，其在許多應(yīng)用方面具有商業(yè)上可接受的用途，但在某些應(yīng)用方面已發(fā)現(xiàn)它們在適當(dāng)保留磨料顆粒方面欠缺且耐磨損效率不足。因此，需要一種在許多應(yīng)用方面具有改善的磨料顆粒保留性和高度耐磨損效率，并且能夠經(jīng)濟(jì)而安全地裝配到韌性背襯上的抗污的粘合的耐磨制品。
本發(fā)明提供抗污、耐磨損的粘合的磨料組合物，和摻入該組合物的制品，當(dāng)將其靠在工作物上推進(jìn)時，操作平滑，無刀震，以有效的速度產(chǎn)生可接受的表面光澤，同時磨料顆粒的保留得到改善，并且它們可附著到寬范圍的背襯上。
一般來說，可將該組合物描述為(a)和(b)的結(jié)合(a)一種具有脲鍵的抗污和耐磨損的固化彈性聚脲粘合劑基質(zhì)，該粘合劑基質(zhì)選自1)平均官能度為2且當(dāng)量至少為300的第一多官能胺和平均異氰酸酯官能度至少為2且當(dāng)量至少300的多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，所述的第一多官能胺在聚合時能夠形成第一軟嵌段，所述的多官能異氰酸酯在聚合時能夠形成第一硬嵌段;和2)官能度至少為2且當(dāng)量至少為300的多官能異氰酸酯預(yù)聚物和平均官能度至少為2且當(dāng)量至少為300的第二多官能胺的反應(yīng)產(chǎn)物，所述的多官能異氰酸酯預(yù)聚物在聚合時能夠形成第二軟嵌段，所述的第二多官能胺在聚合時能夠形成第二硬嵌段;和(b)分散于整個所述的粘合劑基質(zhì)中的有效量的磨料顆粒。
本發(fā)明的組合物可包括增鏈劑，該增鏈劑包括多官能活性氫取代基，其導(dǎo)致20%(數(shù)量)的脲鍵被尿烷鍵所取代，優(yōu)選最多為5%。然而，優(yōu)選的組合物是具有100%脲鍵的組合物。
常規(guī)的磨料顆?？稍诒景l(fā)明的磨料組合物中使用。本發(fā)明的耐磨制品中的磨料顆?？勺鳛楦骄畚铮茨チ项w粒與相似或不同的粘合體系粘合在一起的聚集物，而不是磨料顆粒中形成的附聚物。磨料顆粒的預(yù)附聚物是特別有用的，因為制成的耐磨制品當(dāng)制成砂輪時，具有高磨耗率，還能產(chǎn)生光滑的表面光澤，具有很低的砂輪重?fù)p失并且在使用期間與用單獨(dú)的常規(guī)磨料顆粒制成的相似砂輪相比具有更低的磨耗或輪重?fù)p失。當(dāng)使用單獨(dú)的常規(guī)磨料顆粒時，物品中的空隙是可接受的，但在數(shù)量和尺寸上應(yīng)小。按照本發(fā)明制成的砂輪可用在金屬、玻璃、陶瓷、復(fù)合材料和木材上進(jìn)行磨耗和拋光操作。
使用預(yù)附聚物的本發(fā)明的磨料組合物最好在與聚脲聚合物在一起的預(yù)先形成的磨料附聚物之間含有空隙。在某些優(yōu)選的實(shí)施方案中，將聚脲聚合物的量調(diào)到剛好足夠使得到的耐磨制品保持完整，而不是多到充滿預(yù)附聚物之間的空隙。
本發(fā)明的一類優(yōu)選的耐磨制品具有附著于二維或三維背襯上的本發(fā)明的磨料組合物。用作背襯的優(yōu)選材料包括剛性金屬、剛性和撓性聚合材料、復(fù)合材料、和織物。
一類特別優(yōu)選的本發(fā)明的耐磨制品是其中韌性、耐熱性、纖維增強(qiáng)熱塑性背襯直接整體模壓到本發(fā)明組合物圓盤上并部分進(jìn)入其空隙中的物品。這一結(jié)構(gòu)最好通過將熔化的含有強(qiáng)化纖維的熱塑性聚合物注模到本發(fā)明磨料組合物的主表面上來產(chǎn)生。
一種制造該組合物的優(yōu)選方法包括將粘合劑前體和磨料顆粒的混合物放入合適的模腔中并在該腔中固化混合物。固化的組合物可用作磨輪，或附著于適宜的背襯上，最好是采用注模技術(shù)進(jìn)行附著，其可用作砂輪。


圖1是本發(fā)明的粘合的耐磨制品平面(正視)圖;
圖2是本發(fā)明的粘合的耐磨制品部分截面?zhèn)纫晥D，它是沿圖1，2-2線截取的;
圖2A是圖2的截面?zhèn)纫晥D之一部分的局部放大圖;
圖3是顯示模壓到背襯中的棱紋的粘合耐磨制品后視圖;
圖4是具有本發(fā)明的附著體系的圓盤形式的本發(fā)明的粘合耐磨制品的第二個實(shí)施方案之局部放大截面?zhèn)纫晥D，其截取方法一般與圖2類似，但摻入所說的附著體系;
圖5是本發(fā)明的粘合耐磨制品的另一實(shí)施方案之局部放大截面?zhèn)纫晥D，其截取方法一般與圖2類似，但橫跨該圓盤的整個直徑延伸，并從中間稍微迂回以便中心孔(類似于圖1，區(qū)域6)不顯示出來;
圖6是本發(fā)明的圓盤形式的粘合耐磨制品的另一實(shí)施方案之局部放大截面?zhèn)纫晥D，其截取方法一般與圖2類似，但橫跨該圓盤的整個直徑延伸，并從中間迂回以便不顯示中心孔(類似于圖1，區(qū)域6)。
定義如在此使用的，“軟嵌段”是指由官能度至少為2且當(dāng)量至少為300的多官能胺，或官能度至少為2且當(dāng)量至少為300的多官能異氰酸酯預(yù)聚物的聚合產(chǎn)生的聚脲或聚氨酯/脲的柔軟、撓性聚合嵌段。術(shù)語“硬嵌段”是指由(a)官能度至少為2且當(dāng)量至少300的多官能異氰酸酯或多官能胺，和(b)選擇性的增鏈劑的聚合產(chǎn)生的較硬、撓性較小的聚合嵌段。
“異氰酸酯預(yù)聚物”是指異氰酸酯官能大分子多醇或具有能夠形成異氰酸酯封端分子官能團(tuán)的其它大分子體。
“增鏈劑”是指具有活性氫官能團(tuán)的低分子量單體，其中“活性氫官能團(tuán)”從常規(guī)意義上講是指存在于分子中的反應(yīng)性羥基、胺、羧基和/或硫羥基。單獨(dú)的軟嵌段在粘合劑中締合形成硬區(qū)。
如在此使用的，術(shù)語“耐磨制品磨損百分率”是指當(dāng)耐磨制品或組合物在給定時間內(nèi)磨擦工作物時其重量減輕除以耐磨制品的原始重量，乘以100，得到耐磨制品磨損百分率;術(shù)語“效率”當(dāng)涉及耐磨制品的耐磨性時是指被磨擦的工作物的重量減輕除以耐磨制品磨損百分率。
下列術(shù)語可描述在用本文所述的適用于背襯的組合物制造制品時有用的背襯材料“剛性金屬”是指鐵或非鐵合金，當(dāng)將其用作背襯材料時，顯示出足夠的勁度以致在使用時，實(shí)際上沒有原始形狀的偏斜或歪曲。其實(shí)例包括鉛和含鋁的合金，以及各種鋼材組合物;
“剛性聚合物”是指熱塑性或熱固性聚合物，當(dāng)將其用作背襯材料時，顯示出足夠勁度以致在使用時，基本上沒有原始形狀的偏斜或歪曲。例如，可通過調(diào)整背襯厚度進(jìn)行給定聚合物選擇或通過增強(qiáng)劑的加入提供勁度。其實(shí)例包括尼龍6，尼龍6，6，聚丙烯、填充聚丙烯、聚酯、填充環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂(resole phenolic resin)、酚醛清漆樹脂(novolac phenolic resins)、聚醚酰亞胺、聚苯硫和其它聚合物;
“柔韌性聚合物”是指熱塑性或熱固性聚合物，當(dāng)將其用作背襯材料時，顯示出與工作物表面的基本可適合性。其實(shí)例包括天然和合成橡膠、熱塑性高彈體、聚氨酯、聚酯高彈體、烯屬高彈體、和在正常情況下被視為剛性的較薄的聚合物背襯;
“復(fù)合材料”是指纖維強(qiáng)化的或織物強(qiáng)化的聚合材料，包括1)纖維和/或織物組分，和2)熱塑性或熱固性聚合基質(zhì)。這種作為背襯用于本發(fā)明的材料可以是剛性的或撓性的。其實(shí)施包括棉織物強(qiáng)化的酚類材料和玻璃纖維強(qiáng)化的聚酯材料;
“織物”是指由纖維和/或紗線經(jīng)機(jī)織或編織，或通過非織造織物成形技術(shù)如縫編法、氣流成網(wǎng)法、梳理、紡粘法、熔噴法、濕法成網(wǎng)、或其它已知的織物成形技術(shù)制成的紡織材料;
術(shù)語“整體模壓”當(dāng)用于描述具有附著到復(fù)合材料背襯上的本發(fā)明的磨料組合物的耐磨制品時，是指一部分復(fù)合材料背襯進(jìn)入磨料組合物的一些空隙中并在空隙內(nèi)固化。該術(shù)語不限于任何特定的模壓方法，但注模被認(rèn)為是最好的方式;
術(shù)語“抗污”是指在給工作物拋光之后，基本上看不到工作物上有殘留的磨料組合物，并且意味著該磨料組合物可靠在工作物上以高操作速度和/或壓力推進(jìn)而該組合物不會涂抹到工作物上。
粘合的磨料組合物本發(fā)明的粘合的磨料組合物是由分散于整個耐擦拭的聚脲粘合劑基質(zhì)中的磨料顆粒構(gòu)成，這樣當(dāng)在機(jī)械磨擦下粘合劑基質(zhì)逐漸降解時粘合劑基質(zhì)不會涂抹到被磨擦的表面上。
如本文所述，在本發(fā)明的粘合的磨料組合物中使用的適宜的粘合劑基質(zhì)，由軟嵌段和硬嵌段所組成。這些聚脲聚合物是完全適合的，因為生成的磨料顆粒甚至在低粘合劑基質(zhì)含量下也具有足夠的整體性和磨料附聚物保留性(高效率)，并且基本上是耐擦拭的。如果軟嵌段是多官能胺的聚合產(chǎn)生的，則硬嵌段是多官能異氰酸酯的聚合產(chǎn)生的。如果軟嵌段是多官能異氰酸酯預(yù)聚物的聚合產(chǎn)生的，則硬嵌段是多官能胺的聚合產(chǎn)生的。在任一種情況下，都使用基本上等當(dāng)量的多官能胺和多官能異氰酸酯。
在本發(fā)明的實(shí)踐中完全適用的聚脲聚合物是由多官能胺制成的，多官能胺是選自下式的低聚芳族多胺
其中n為2-4的整數(shù);每個X為1或2;每個苯核可有對氨基、間氨基、或二間氨基取代基;每個Z為
每個R為氫或具有4個碳原子或少于4個碳原子的低級烷基;G為n價基團(tuán)，該基團(tuán)可通過從當(dāng)量為300-3000的n價多醇或多胺中分別除去羥基或氨基得到。另一種適宜的多官能胺是雙(3-氨基丙基)聚四氨呋喃。
適用于本發(fā)明的低聚芳族多胺的制備在美國專利4，328，322中有詳細(xì)描述。低聚芳族多胺的當(dāng)量至少為300較好，至少為400更好，適宜的低聚芳族多胺的實(shí)例包括可從Air Products and Chemicals，Inc.商購的低聚芳族多胺，其商品名為POLAMINE 650，POLAMINE 1000，POLAMINE 1000G，POLAMINE 2000和POLAMINE 2900。
低聚芳族多胺具有兩種類型氨基苯甲酸酯或胺，其中Z為
，和氨基苯聚氨酯，其中Z為
低聚芳族多胺最好是一種具有聚(三-，四-，五-，或六-)亞甲基醚主鏈，當(dāng)量為300-3000的基本上雙官能的氨基苯甲酸封端的低聚物或其結(jié)合物。聚四亞甲基醚主鏈組合物是特別優(yōu)選的。
當(dāng)用低聚芳族多胺作為軟嵌段時，硬嵌段最好是平均官能度為2.0-4.0的多官能異氰酸酯。多官能異氰酸酯可以是脂族的、環(huán)脂族的、芳脂族的、雜環(huán)的或其混合物。多官能異氰酸酯最好為平均官能度為至少2.0的芳族或脂族聚異氰酸酯，更好的是官能度為2.0-4.0，最好為2.0-2.5的芳族聚異氰酸酯。多官能異氰酸酯的存在量應(yīng)足夠與可聚合的混合物中基本上所有的活性氫原子進(jìn)行反應(yīng)。多官能胺的活性氫原子與聚異氰酸酯的異氰酸酯基團(tuán)之比應(yīng)在0.80-1.1范圍內(nèi)，更好為0.9-1.1。
在聚合時滿足硬嵌段的上述要求的典型多官能異氰酸酯包括聚(1，4-丁二醇)聚合物和官能度至少為2的芳族或肪族異氰酸酯的聚異氰酸酯封端的反應(yīng)產(chǎn)物，或二羥基封端的聚酯如聚(己二酸亞己基酯)和官能度至少為2的芳族或脂族異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物。特別優(yōu)選的多官能異氰酸酯包括1，6-己二異氰酸酯、1，4-環(huán)己二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、對苯基二異氰酸酯、二苯甲二異氰酸酯、萘-1，5-二異氰酸酯、聚合異氰酸酯、及其混合物。
另外，軟嵌段可由聚合的多官能異氰酸酯預(yù)聚物制得，聚合時可用作軟嵌段的適宜的多官能異氰酸酯預(yù)聚物包括聚(1，4-丁二醇)聚合物和官能度至少為2，更好為2-5的芳族或脂族異氰酸酯的聚異氰酸酯封端的反應(yīng)產(chǎn)物，或二羥基封端的聚酯如聚(己二酸亞己基酯)和官能度至少為2，更好為2-5的芳族或脂族異氰酸酯的聚異氰酸酯封端的反應(yīng)產(chǎn)物。聚異氰酸酯封端的反應(yīng)產(chǎn)物最好是用可與異氰酸酯基團(tuán)反應(yīng)的封端劑封端的，在升高的溫度下反應(yīng)是可逆的以使異氰酸酯基團(tuán)解封，然后游離的異氰酸酯基團(tuán)可與多官能胺反應(yīng)。可商購的封端的多官能異氰酸酯預(yù)聚物包括ADIPRENE BL-90，ADIPRENE BL-16和ADIPRENE BL-315(Uniroyal Chemical CO.，Inc.產(chǎn)品)。當(dāng)使用封端的多官能異氰酸酯時，本發(fā)明的耐磨制品最好是多孔的以便于封端劑的揮發(fā)。
如剛才所述，當(dāng)軟嵌段是由聚合的多官能異氰酸酯預(yù)聚物制得的時，硬嵌段是由多官能胺的聚合而構(gòu)成的。聚合時行使硬嵌段功能的適宜的多官能胺包括芳族、烷芳族、或烷基多官能胺，優(yōu)選伯胺;其實(shí)例包括二苯氨基甲烷(MDA)、聚合二苯氨基甲烷，其官能度最好為2.1-4.0，包括雙苯胺(URITHANE 103，可購自Dow Chmical Company，和雙苯胺MDA-85，可購自Bayer公司。雙苯胺CURITHANE 103具有2.3的平均胺官能度且由65%4，4′-二苯氨基甲烷、5%2，4′-二苯氨基甲烷、和30%聚合二苯氨基甲烷所組成。雙苯胺MDA-854，4′-二苯氨基甲烷和15%聚合二苯氨基甲烷且胺官能度為2.2。適宜的烷基胺實(shí)例包括1，5-二胺-2-甲基戊烷，和三(2-氨基乙基)胺。
當(dāng)聚脲粘合劑基質(zhì)由低聚芳族多胺軟嵌段和多官能異氰酸酯硬嵌段制得時，聚脲聚合物可含有增鏈劑。增鏈劑最好具有2-8的活性氫官能度，2-4較好，其當(dāng)量小于300，最好小于200，完全適用的增鏈劑是低分子量多官能胺，包括芳族、烷芳族、或烷基多官能胺，優(yōu)選伯胺。低分子量多官能芳族胺的實(shí)例包括二苯氨基甲烷(“MDA”)，官能度為2.1-4.0的聚合二苯氨基甲烷，其包括二苯胺CURITHANE 103，可購自Dow Chemical Company，和二苯胺MDA-85，可購自Bayer公司。
其它適宜的胺增鏈劑實(shí)例包括1，2-乙二胺、1，5-二胺-2-甲基戊烷，和三(2-氨基乙基)胺。其它適宜的增鏈劑包括三羥甲基丙烷單烷基醚、乙醇胺、二乙醇胺、二苯氨基甲烷、二乙基甲苯二胺、2-甲基五亞甲基二胺、對苯二胺、1，2-亞乙基二醇、丙二醇(1，2和1，3)、丁二醇(1，4和2，3)、1，4-丁烯二醇、戊二醇、己二醇和辛二醇的各種羥基取代物、三羥甲基丙烷、和它們的混合物。
為使混合物干燥可將干燥劑加到多官能胺和多官能異氰酸酯的混合物中。特別是，某些市售分子篩已被用于這些目的。這些分子篩通常最好為堿金屬鋁硅酸鹽，例如K12〔(AlO2)12(SiO)12〕·XH2O，可購自UOP分子篩吸附劑公司。據(jù)推理這些分子篩當(dāng)與某些硅烷偶聯(lián)劑結(jié)合使用時也具有催化多官能胺與多官能異氰酸酯之間反應(yīng)的作用。
用于生產(chǎn)本發(fā)明的耐磨制品的磨料顆?？梢允菃为?dú)的顆粒，單獨(dú)顆粒的附聚物，或它們的混合物(至多50%(重量)單獨(dú)的磨料顆粒)。磨料顆?？梢允莵碜猿Ｓ糜谀チ项I(lǐng)域的已知磨料。適宜的磨料顆粒實(shí)例包括碳化硅(包括耐火涂層碳化硅，如美國專利4，505，720中所述)、氧化鋁、氧化鋁氧化鋯(包括熔融氧化鋁氧化鋯，如美國專利3，781，172，3，891，408和3，893，826中所述，可購自Norton Company of Worcester，Mass，商品名為Norzon)，方體一氮化硼、石榴石、浮石、砂、金剛砂、云母、剛玉、石英、鉆石、碳化硼、熔融氧化鋁、燒結(jié)氧化鋁、α氧化鋁基陶瓷材料(可購自Minnesota mining and Manufacturing Company，商品名為CUBITRON)，如美國專利4，314，827，4，518，397，4，574，003，4，623，364，4，744，802，和歐洲專利公開228，856中所述，以及它們的結(jié)合物。優(yōu)選的磨料是氧化鋁、碳化硅和石榴石。選擇所用磨料顆粒的等級和類型以便產(chǎn)生所需的耐磨性和表面光澤。
含有預(yù)先形成的附聚物的本發(fā)明的粘合的磨料組合物最好在相鄰的、粘合的預(yù)先形成的磨料附聚物之間具有空隙。這些空隙便于散熱和給工作物提供新的磨料顆粒，以及使工作物材料和/或磨料組合物材料構(gòu)成一個“緩解區(qū)”，即，當(dāng)空隙破裂時可流動的區(qū)域，該空隙也可使背襯整體模壓到固化的本發(fā)明磨料組合物上。
磨料組合物的空隙和開放程度受磨料附聚物與所用聚脲粘合劑的重量比的影響。預(yù)先成形的磨料附聚物最好以相對于粘合劑基質(zhì)的重量2∶1～10∶1的重量比存在，3.5～1更好。用單獨(dú)的磨料顆粒制成的本發(fā)明耐磨物品最好不含空隙并且磨料與聚脲粘合劑基質(zhì)的重量比為2∶1～6∶1。
僅僅由單一磨料顆粒制作的磨料制品最好不含空隙，宜含10-90%(重量)磨料，含40-70%(重量)磨料更好，含40-60%(重量)磨料最好。單一磨料顆粒的粒徑范圍優(yōu)選從0.005-3.0毫米，從0.03-2.0毫米更好。對于需要高切削速率的那些應(yīng)用來說，附聚物是特別好的。附聚物的粒徑范圍優(yōu)選為0.20-2.0毫米。
在一定的自由度范圍內(nèi)，經(jīng)控制置于給定模腔內(nèi)的磨料物質(zhì)與聚脲粘合劑混合物的相對量，和采用附聚的和非附聚的磨料顆粒混合物可以調(diào)節(jié)組合物和從本發(fā)明組合物制作的制品的密度。在同一模腔內(nèi)添加磨料和粘合劑的混合物，然后將混合物壓緊可制成砂輪或其它具有高密度的制品。采用預(yù)先成形的磨料附聚物制備的本發(fā)明的組合物的密度宜從1.0-3.0g/Cm3范圍內(nèi)，從1.1-2.2g/Cm3更好，而從單一磨料顆粒制得的組合物的密度宜從1.5-3.0g/Cm3范圍內(nèi)。
如果需要的話，可在組合物中任意選擇地加入成泡劑，潤滑劑，研磨助劑，偶聯(lián)劑，增塑劑，填料，增強(qiáng)纖維，著色劑和加工助劑，只要耐涂抹性不受到不利影響即可。常用潤滑劑的實(shí)例包括硬脂酸鋰和十二烷基硫酸鈉，濃度為低于或等于10%(重量)。常用研磨助劑的實(shí)例包括KBF4和碳酸鈣，濃度低于或等于5%(重量)。常用的偶聯(lián)劑包括硅烷和鈦酸酯，濃度為1%(重量)或稍低;常用的增塑劑包括鄰苯二甲酸酯，醇，高分子量醚，濃度為20%(重量)或稍低。常用的填料包括碳酸鈣，滑石，木漿，和硬果殼，濃度為10%(重量)或稍低，常用增強(qiáng)纖維包括長度為0.5-3.0Cm，含量為10%(重量)或稍低的尼龍，聚酯，棉花，和人造絲，線密度從1-50分特，優(yōu)選從5-15分特的纖維。
制備粘合磨料組合物的方法本發(fā)明的粘合磨料組合物可用多種方法中的任何一種來制備，這取決于所要制成制品的形狀及是否利用背襯。磨料顆粒的液體混合物可被澆鑄模塑，傳遞模塑，液體注模，反應(yīng)注?；虿捎帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員周知的其它工藝模塑。制成本發(fā)明磨料組合物的優(yōu)選方法是傳遞模塑。通常，該方法可用以下二步工序描述(a)將經(jīng)聚合能形成如上所述的硬的和軟的區(qū)域的可固化耐涂抹的彈性聚脲粘合劑基材與有效量的磨料顆?；旌希纬煽晒袒チ匣旌衔?和(b)使混合物固化，生成粘合的磨料組合物。
制備磨料組合物方法的實(shí)例包括那些在固化前將混合物加到模具中的方法，和那些在固化前將混合物涂到制成的基材上的方法。其它優(yōu)選的方法包括采用如上所述的如低聚芳香多官能胺的多官能的胺制備的聚脲粘合劑，并使用制成的單一磨料顆粒的附聚物的方法，如在美國專利第4，799，939號中描述的那些方法。
特別優(yōu)選的固化方法是在足以使混合物固化的溫度和壓力下，將混合物加熱一段時間。時間、溫度和壓力是相互關(guān)聯(lián)的，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，各種條件組合所產(chǎn)生的磨料組合物都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，即為耐涂抹，耐磨耗的彈性聚脲粘合劑基材。例如，比較實(shí)施例1和3(聚脲粘合劑)與對比例A(聚氨酯粘合劑)的性能結(jié)果可知，盡管制備組合物所用的條件不同，實(shí)施例1和3都是耐涂抹、耐磨耗的。實(shí)施例1和3所用的模具壓力95℃時都為8.9×104牛頓力;而實(shí)施例1所用的時間為30分鐘，實(shí)施例3所用時間為10小時(氨基苯甲酸酯與異氰酸酯的比例也稍有變化)。
其它可用的方法有，組合物中含有小部分溶劑的方法或?qū)⒔M合物成型時，制成有一定形狀磨料制品的方法，該制品可用作磨料轉(zhuǎn)涂介質(zhì)，或阻塊或楔形，或其它對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的變化形式。
粘合磨料制品摻有本發(fā)明組合物的粘合磨料制品可用于除毛邊，拋光，和砂磨。這些磨料制品可制成帶背層或不帶背層的常見的各種形式，如砂輪，指針，圓盤，圓柱和帶子。磨料制品可以是稍規(guī)則或不規(guī)則的形狀，用作轉(zhuǎn)涂介質(zhì)，或拋光塊或拋光楔。優(yōu)選的制品是砂輪和圓盤。砂輪通常為正圓柱形，尺寸可非常小如圓柱高為5毫米等級，或非常大如2米或更高，直徑可非常小如10毫米等級，或非常大如1米或更大。通常砂輪中心有開口，用于裝置在適宜的軸上或其它機(jī)械承載裝置上，使砂輪在使用中能轉(zhuǎn)動。砂輪的尺寸，構(gòu)型，承載方式，和旋轉(zhuǎn)方式都是本領(lǐng)域熟知的。
參看附圖，圖1環(huán)形盤1的前視平面圖，它與圖2的結(jié)構(gòu)結(jié)合。環(huán)形圓盤1是本發(fā)明的粘合磨料盤工作表面2的代表。此處，工作表面2也被稱作前表面或頂表面，通常表示用于磨削工件的表面。工作表面2包括以磨料顆粒13形式的磨料物質(zhì)，它附著在環(huán)形圓盤1復(fù)合背層的工作表面2上。區(qū)域6是環(huán)形圓盤1中的中心孔，用以將圓盤安置在研磨設(shè)備的可轉(zhuǎn)動軸上。
通常，圓盤直徑在6-60Cm范圍內(nèi)。優(yōu)選11-30Cm，17-23Cm更好。許多通用的圓盤直徑為17-23Cm范圍內(nèi)。圓盤通常也有中心孔，即圖1中的區(qū)域6，其直徑常為2-3Cm。
參看圖2，通常，粘合環(huán)形圓盤1包括附著在背層11上的粘合磨料組合物2。粘合磨料組合物2含有與粘合劑14結(jié)合的磨料顆粒13。正如在圖2A中看到的(它是圖2A所示圓盤的放大的剖視圖)，此方案中的背層部分伸到磨料組合物的空隙中，在邊界區(qū)域B處背層11與磨料組合物2產(chǎn)生極緊密的吻合。
再參看圖2，如果復(fù)合物是優(yōu)選的話，背層11的結(jié)構(gòu)就由熱塑性粘合材料15和纖維增強(qiáng)材料18構(gòu)成。纖維增強(qiáng)材料18可以是單一纖維或條束，或者是纖維墊或網(wǎng)。不論纖維增強(qiáng)材料18是單一纖維還是纖維墊，在背層主體中，纖維增強(qiáng)材料18都宜通過熱塑性粘合材料15來分布。更可取的是，這種分布在整個背層11主體中是均勻的。
對于最佳柔韌性和材料存貯特性來說，背層11的厚度一般小于3.0毫米。對于最佳柔韌性來說，優(yōu)選的背層11的厚度為0.5-2.0毫米。背層11的厚度為1.0-1.8毫米更好。
背層可帶一系列棱，即是現(xiàn)厚薄交替區(qū)域，這些棱條模塑到背層中，這對于某些應(yīng)用的需要更為有利。當(dāng)這些棱條與支承墊片連結(jié)時，被模塑進(jìn)去的棱條可被用于設(shè)計所需要的挺度或“使用中的觸覺”(用有限元素分析法)，改進(jìn)的冷卻性能，改進(jìn)的結(jié)構(gòu)完整性，及增強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩傳導(dǎo)。這些棱條可以是直的或彎的，幅射狀的，同心圓的，無規(guī)圖案的或它們的結(jié)合。
圖3是環(huán)形圓盤31的背視圖。環(huán)形圓盤31是帶有被模塑進(jìn)背層材料的一系列幅射狀棱條的粘合磨料圓盤的代表。這個視圖表示圓盤31的背面32，它是與圖1中所示表面相反的圓盤表面。這也就是說，背面32是通常沒有磨料材料的那一面。盡管這個特殊的實(shí)施方案表示棱條只部分延伸到中心孔36，留出了不帶模塑進(jìn)的棱條的區(qū)域35，但是，如果需要的話，棱條33可沿整個背面32延伸。
模塑進(jìn)的棱條可與圓盤的半徑成任意的角度。也就是說，棱條可與半徑成任意角度分布，即，線段從圓盤中心向外緣延伸，角度在0-90°范圍內(nèi)。棱條也可以與半徑成各種變化角度的圖形分布以使空氣流最大。
此外，確保粘合磨料與工件連接和/或確保連接裝置與工件連接的連接體系可直接模塑到背層中。參看圖4，粘合磨料制品40有一背層41和一連接體系42。連接體系42和背層41連成一體，即成為一個連續(xù)(模塑的)結(jié)構(gòu)。通常，如果連接體系是模塑進(jìn)的連接體系，即直接模塑到背層中，則背層的直徑將小于約12Cm，優(yōu)選小于約8Cm。另外，連接體系也最好是由熱塑性粘合材料與分布在熱塑性粘合材料中的有效量的纖維增強(qiáng)材料的硬化的組合物構(gòu)成。至少由于它容易準(zhǔn)確地將背層安置在轂的中心，這種完整的連接體系是有利的。也就是說，如果背層是圓盤形的，則連接體系可位于圓盤的幾何中心，這樣容易使其裝在轂的中心。
用于本發(fā)明的復(fù)合背層也可以用可提供優(yōu)勢的三維模塑形狀替代。參看圖5中所示粘合磨料制品50的替代設(shè)計，圓盤形的背層51有一升高的邊緣區(qū)域52。相對于圓盤的中心區(qū)域55，升高的邊緣區(qū)域52是在圓盤外部邊緣區(qū)域53處在背層51中較厚的區(qū)域。相對于中心區(qū)域55的厚度，升高的邊緣區(qū)域52通常優(yōu)選增加的背層厚度為2-6mm。在圓盤背層51的外部邊緣區(qū)域53處，升高的邊緣區(qū)域52可具有任意的寬度，而優(yōu)選為3.5-5.5Cm的環(huán)。通常優(yōu)選的是，升高的邊緣區(qū)域52是背層51的唯一區(qū)域，該區(qū)域有粘合磨料組合物56。
較好的是，本發(fā)明的圓盤也可具有縮小的中心區(qū)域，如圖5所示，其中圓盤的背層51被模塑成帶有縮小的中心區(qū)域58的形狀。
優(yōu)選且有利的是，對于附加的剛度，用于本發(fā)明的優(yōu)選的復(fù)合背層可有增加厚度的邊緣。如圖5所示，這可得到帶有升高邊緣的制品，該邊緣是模塑到磨料材料上的。如圖6中圓盤60所示，背層61也可以在圓盤60的外部邊緣區(qū)域63處有一增加了厚度的模塑進(jìn)的邊緣區(qū)域62。相對于圓盤60的全部表面積來說，邊緣區(qū)域62的表面積非常小，并從圓盤60的磨料表面65凸出來，即為與工件接觸的表面。相對于背層的中心區(qū)域64來說，在背層61的外部邊緣區(qū)域63處，較大厚度的環(huán)形的邊緣區(qū)域62使剛度提高，使得圓盤在翹曲之前能經(jīng)得住較大的應(yīng)力。與圖5中所示的實(shí)施方案相反，圖6中所示的實(shí)施方案在與帶有升高的邊緣區(qū)域62的表面相反的那一面上有本發(fā)明的粘合磨料組合物66。
用于本發(fā)明的復(fù)合背層具有足夠的韌性，以致于它們在研磨過程中，尤其是在劇烈的研磨條件下，在所受力作用下，不會有明顯的碎裂或震裂。這就是說，較好的復(fù)合背層能在工件磨削界面處壓力至少為7Kg/Cm2(優(yōu)選至少13.4Kg/Cm2)的條件下進(jìn)行的研磨操作中，較好地經(jīng)受使用。
較好地，對于尺寸為25.4mm(寬)×50.8mm(樣板跨距)×0.8-1.0mm(厚度)的樣品來說，用于本發(fā)明的復(fù)合背層在室溫條件下?lián)锨Ａ恐辽贋?7，500Kg/Cm2，位移速率為4.8mm/分鐘，以上數(shù)據(jù)是按ASTM D790試驗方法中概述的方法測定的。更好的是，此處所用的復(fù)合背層具有17，500-141，000Kg/Cm2的撓曲模量。
用于本發(fā)明的磨料組合物的優(yōu)選的復(fù)合背層也顯示出足夠的撓曲韌性，經(jīng)得住嚴(yán)厲的研磨條件?！白銐虻膿锨g性”是指背層足夠剛挺能經(jīng)受嚴(yán)厲的磨削條件，而沒有不希望的脆性以致在背層中形成碎裂，并由此降低其結(jié)構(gòu)完整性。
通過測量復(fù)合背層的沖擊強(qiáng)度，也可證實(shí)用于本發(fā)明的優(yōu)選復(fù)合背層具有所需要的韌性。用ASTM D256或D3029試驗方法中所述的試驗程序可測得沖擊強(qiáng)度。這些方法包括確定使一指定尺寸的標(biāo)準(zhǔn)試驗樣品斷裂所需的力。較好地，在室溫下，以Gardner沖擊值計，用于本發(fā)明的復(fù)合背層沖擊強(qiáng)度為至少0.4焦耳(樣品厚度為0.89mm)。更好地，在室溫下，對于厚為0.89mm的樣品，用于本發(fā)明的復(fù)合背層的Garduer沖擊值至少為0.9焦耳，至少為1.6焦耳最好。
用于本發(fā)明優(yōu)選的復(fù)合背層也具有所希望的拉伸強(qiáng)度。拉伸強(qiáng)度是物質(zhì)不撕裂而能經(jīng)得住的最大縱向應(yīng)力的度量。它證實(shí)了由在操作中粘合磨料制品可能接觸的工件的不連續(xù)處具有的高阻力而產(chǎn)生的不能轉(zhuǎn)動和“絆住”的阻力。在約150℃，對于厚0.75-1.0mm的樣品所希望至少17.9Kg/Cm寬。
用于本發(fā)明優(yōu)選的復(fù)合背層還顯示出適宜的形狀控制力及對如濕度和溫度等環(huán)境條件是足夠的遲鈍。這意味著，用于本發(fā)明的優(yōu)選復(fù)合背層在很寬的環(huán)境條件下具有上述特性。較好地，復(fù)合背層在約10-30℃、相對濕度30-50%(RH)范圍內(nèi)具有上述特性。更好地，背層在很寬的溫度濕度范圍內(nèi)，即低于0℃至高于100℃和低于10%RH至高于90%RH，具有上述特性。
纖維增強(qiáng)材料的“有效量”是指背層所含纖維增強(qiáng)材料的量足以使背層在前面討論的耐熱性、韌性、撓曲性，剛度、形狀控制、粘結(jié)性等方面至少得到改進(jìn)。
以背層重量計，用于本發(fā)明復(fù)合背層中的熱塑性粘合材料的用量宜為60-99%，為65-95%更好，為70-85%最好。通常優(yōu)選的復(fù)合背層的剩余物主要是在整個硬化的背層組合物中的纖維增強(qiáng)材料及(如果有的話)很少空隙。盡管粘合組合物中可有添加的其它組分，但用于本發(fā)明的復(fù)合背層主要含有熱塑性粘合材料和有效量的纖維增強(qiáng)材料。
用于本發(fā)明制品的復(fù)合背層中的優(yōu)選粘合劑是熱塑性材料。熱塑性粘合材料被限定為在高溫下變軟融熔，并當(dāng)冷卻到室溫時通常又回復(fù)到原來的狀態(tài)即其原來的物理狀態(tài)的那些聚合物材料(優(yōu)選有機(jī)聚合物材料)。在制作過程中，熱塑性粘合材料被加熱到高于其軟化溫度，優(yōu)選為高于其融熔溫度，使它流動以形成復(fù)合背層所需要的形狀。形成背層后，將熱塑性粘合材料冷卻使其固化。用這種方法，熱塑性粘合材料可模塑成各種各樣的形狀和尺寸。
適于制備本發(fā)明制品中的復(fù)合背層的熱塑性材料的實(shí)例包括聚碳酸酯，聚醚酰亞胺，聚酯，聚砜，聚苯乙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，縮醛聚合物，聚酰胺，或它們的結(jié)合。其中，優(yōu)選聚酰胺和聚酯。聚酰胺材料是最好的熱塑性粘合材料，這至少是由于它們固有的韌性和耐熱性，通常能對不帶底漆的優(yōu)選粘結(jié)性樹脂提供良好的粘結(jié)能力，并且它們不太昂貴。
用于形成本發(fā)明復(fù)合背層的最好的熱塑性材料是聚酰胺樹脂材料，其特征在于它有酰胺基，即-(C＝O)NH-。各種類型的聚酰胺樹脂材料都可以使用，即如尼龍6/6或尼龍6或尼龍類。如果使用酚醛為基質(zhì)的材料做涂層，即為第一粘結(jié)層，則其中尼龍6是最好的。這是因為在尼龍6與酚醛為基的粘結(jié)劑之間可獲得優(yōu)異的粘結(jié)特性。
用作本發(fā)明制品中背層的市售尼龍樹脂的實(shí)例包括以下這些已知商品名的產(chǎn)品，如密蘇里州圣路易斯的孟山都公司的“Vydyne”;特拉華州威明頓的杜邦公司的“Zytel”和“Minlon”;新澤西州皮斯卡特威的Huls America有限公司的“Trogamid T”;新澤西州英利斯頓的Allied化學(xué)公司的“Caprou”;賓尼法尼亞州彼斯堡的Mobay有限公司的“Nydur”;及新澤西州帕斯帕尼的BASF公司的“Ultramid”。盡管用礦物填充的熱塑性材料如用礦物填充的尼龍6樹脂“Minlon”可以使用，但是其中的礦物沒有此處所限定的“纖維”或“纖維材料”的特征;而礦物是顆粒狀的，這些顆粒具有通常低于100∶1的縱橫比。
除了熱塑性粘合材料以外，用于本發(fā)明的復(fù)合背層還包括有效量的纖維增強(qiáng)材料。此處，纖維增強(qiáng)材料的“有效量”是指其用量足以使硬化背層的耐熱性，韌性，撓曲性，剛度，形狀控制，粘結(jié)性等物理特性至少得到改進(jìn)，但又不是太多以致于產(chǎn)生任何明顯數(shù)量的空隙，使背層的結(jié)構(gòu)完整性受到有害的影響。以背層重量計，背層中纖維增強(qiáng)材料的優(yōu)選用量在1-40%范圍內(nèi)，在5-35%更好，為15-30%最好。
纖維增強(qiáng)材料可以為單一纖維或纖維束條，或為纖維墊或網(wǎng)。增強(qiáng)材料宜為單一纖維或纖維束條以利于制造通常纖維被限定為細(xì)線狀碎段，其縱橫比至少為100∶1。纖維的縱橫比是纖維較長尺寸與較短尺寸之比。纖維墊或網(wǎng)即可以是織物基片，也可以是非織物基片形式。非織物墊是用機(jī)械、熱、或化學(xué)方法將纖維粘合或纏結(jié)制得的纖維無規(guī)分布的基片。
在本發(fā)明中有用的增強(qiáng)材料的實(shí)例包括金屬纖維或非金屬纖維。非金屬纖維包括玻璃纖維，碳纖維，礦物纖維，由耐熱有機(jī)物質(zhì)形成的合成或天然纖維，或從陶瓷材料制得的纖維。用于本發(fā)明優(yōu)選纖維包括非金屬纖維，更好的包括耐熱性有機(jī)纖維、玻璃纖維、或陶瓷纖維。
“耐熱性”有機(jī)纖維是指在本發(fā)明粘合磨料背層制作和使用的條件下，可用的有機(jī)纖維必須能抗熔化，否則就會斷裂。有用的天然有機(jī)纖維的實(shí)例包括木頭，絲綢，棉花，或纖維素。有用的合成有機(jī)纖維的實(shí)例包括聚乙烯醇纖維，聚酯纖維，人造絲纖維，聚酰胺纖維，丙烯酸纖維，芳族聚酰胺纖維，或酚醛纖維。適于本發(fā)明應(yīng)用的優(yōu)選有機(jī)纖維是芳族聚酰胺纖維。這種纖維可從特拉華州威明頓的杜邦公司購得，商品名“Kevlar”或“Nomex”。
一般說來，任何陶瓷纖維都是適用于本發(fā)明。適于本發(fā)明陶瓷纖維的一個實(shí)例是從明尼蘇達(dá)州圣、波爾的3M公司購得的“Nextel”。
適用于本發(fā)明的最好的增強(qiáng)材料是玻璃纖維，這至少是因為它們使粘合磨料制品具有所希望的特性，而且它們較便宜。此外，加入合適的界面粘合劑，能提高玻璃纖維與熱塑性材料之間的粘結(jié)性能。通常用字母等級使玻璃纖維分類。例如，E玻璃(指電)和S玻璃(指強(qiáng)度)。字母碼也指定直徑范圍，例如尺寸“D”表示直徑為6μm的細(xì)絲，尺寸“G”表示直徑為10μm的細(xì)絲。適用等級的玻璃纖維包括直徑從D至U細(xì)絲的E玻璃和S玻璃。優(yōu)選的玻璃纖維等級包括直徑G細(xì)絲的E玻璃和直徑G細(xì)絲的S玻璃。市售玻璃纖維是從佛羅里達(dá)州奧茲瑪?shù)奶貏e玻璃公司，俄亥俄州托里多的歐文-康寧纖維玻璃公司，及密蘇里州羅拉的Mo-Sci公司購得的。
如果使用了玻璃纖維，就宜將玻璃纖維與界面粘合劑即偶合劑如硅烷偶合劑一起使用，以改善玻璃纖維對熱塑性材料的粘結(jié)性。硅烷偶合劑的實(shí)例包括那些已知的從密執(zhí)安州米蘭德的陶化康寧公司購得的商品名為“Z-6020”和“Z-6040”的產(chǎn)品。
通過使用短至100μm，或長至一個連續(xù)纖維所需的長度的纖維材料，可得到許多優(yōu)勢。纖維的長度宜為0.5-50mm，為1-25mm更好，為1.5-10mm最好。優(yōu)選纖維的增強(qiáng)纖維的纖細(xì)度為1-5000旦尼爾，典型的是1-1000旦尼爾。纖維纖度為5-300旦尼爾更好，為5-200旦尼爾最好。可以理解的是，纖維強(qiáng)烈地受到所用的特殊類型的增強(qiáng)纖維的影響。
用于本發(fā)明的復(fù)合背層，還可包括有效量的增韌劑，以背層總量計，通常為1-15%。優(yōu)選增韌劑即橡膠增韌劑和增塑劑的實(shí)例包括甲苯磺酰胺衍生物(如伊利諾易州芝加哥的阿克佐化學(xué)公司出售的商品名為“Ketjenflex 8”的N-丁基對甲苯磺酰胺與N-乙基對甲苯磺酰胺的混合物)，苯乙烯-丁二烯共聚物;聚醚骨架聚酰胺(新澤西州格林羅克的Atochem公司出售的商品名為“Pebax”的產(chǎn)品);橡膠-聚酰胺共聚物(特拉華州威明頓的杜邦公司出售的“Zytel FN”);及官能化的苯乙烯-(乙烯丁烯)-苯乙烯三段共聚物(得克薩斯州赫斯頓的殼牌化學(xué)公司出售的“Kratou FG 1901”);及這些材料的混合物。在這一組物質(zhì)中，橡膠-聚酰胺共聚物和苯乙烯-(乙烯丁烯)-苯乙烯三段共聚物是更好的，這至少是由于它們使本發(fā)明的背層及制作方法具有有益的特性。橡膠-聚酰胺共聚物是最好的，這至少是由于它們使本發(fā)明的背材具有有益的沖擊特性和研磨特性。
如果背層是用注射模塑法制作的，通常以增韌劑丸與其它組分的干混物形式加入增塑劑。此方法通常使用增韌劑的翻滾共混丸及含纖維的熱塑性材料的丸劑。更好的方法是將熱塑性材料，增強(qiáng)纖維和增韌劑在合適的擠出機(jī)中混合，將該共混物做成丸粒，然后送進(jìn)注射模塑機(jī)。增韌劑與熱塑性材料的市售組合物可從新澤西州帕斯帕尼的BASF公司買到“Ultramid”。特別是，“Ultramid B3ZG6”是適用于本發(fā)明的含有增塑劑與玻璃纖維的尼龍樹脂。
根據(jù)所希望的最終特性，除了上述材料外，本發(fā)明背層材料可含有有效量的其它材料或組分。例如，背層可含有形狀穩(wěn)定劑即其熔點(diǎn)高于上述熱塑性粘合材料熔點(diǎn)的熱塑性聚合物。合適的形狀穩(wěn)定劑包括(但不限于)聚(苯硫)，聚酰亞胺，及聚芳族酰胺。優(yōu)選的形狀穩(wěn)定劑的實(shí)例是馬薩諸塞州彼茲菲爾德的通用電氣公司出售的商品名為“Noryl GTX910”的聚苯氧尼龍共混物。
為某些應(yīng)用目的可加入到本發(fā)明背層中的其它材料包括無機(jī)或有機(jī)填料。無機(jī)填料也稱為礦物填料。填料被限定的粒徑小于100μm(小于50μm更好)的顆粒材料。適用于本發(fā)明填料的實(shí)例包括炭黑，碳酸鈣，硅石，硅膠鈣，冰晶石，酚醛填料，或聚乙烯醇填料。如果使用了填料，從理論上講填料填在增強(qiáng)纖維之間可以防止碎裂在整個背層蔓延。以背層重量計，通常填料的用量不超過20%宜采用至少有效量的填料。此處，本文中“有效量”一詞是指其用量足以填充，但又不會使硬化背層的拉伸強(qiáng)度明顯降低的量。
為某些應(yīng)用目的可加入到背層中的其它材料或組分包括(但不限于)顏料，油類，抗靜電劑，阻燃劑，熱穩(wěn)定劑，紫外穩(wěn)定劑，內(nèi)潤滑劑，抗氧化劑，及加工助劑。人們在使用這些組分中的部分組分時，通常不會比就希望得到的結(jié)果所需要的品種用得更多。
磨料粘合制品的制備(整體模塑背襯)根據(jù)本發(fā)明，可用各種方法制備耐磨制品。通過注塑法用許多優(yōu)選的組合物(或成分)來形成整體模塑背襯是優(yōu)選的。因此，不要過多實(shí)驗，就很易得到對制備條件和產(chǎn)品的形狀精確控制。用于本發(fā)明的背襯的注塑準(zhǔn)確條件依賴于所用注模的類型和型號。
為了生產(chǎn)具有整體模塑背襯的耐磨制品，首先按上述步驟和下面實(shí)施例制備本發(fā)明粘合耐磨組合物。然后將粘合耐磨組合物充分熟化以作為背襯的備用。
一般形成背襯的成份首先加熱到200-400℃，優(yōu)選250-300℃，即足夠的流動溫度。簡體溫度一般為200-350℃，優(yōu)選260-280℃。準(zhǔn)確的模溫度為50-150℃，優(yōu)選90-110℃。循環(huán)時間為0.5-30秒，優(yōu)選1秒。從經(jīng)濟(jì)上講，優(yōu)選更快的循環(huán)時間。
有許多同樣有效的方法可用于注模本發(fā)明制品所用基材，如可在注模前將纖維增強(qiáng)物料，如增強(qiáng)纖維與熱塑性物料共混合，這可通過將纖維和熱塑性物料在共混，擠出顆粒而完成。
若用這種辦法，則增強(qiáng)纖維尺寸或長度常為0.5-50mm，優(yōu)選1-25mm，更優(yōu)選1.5-10mm。用該法時，加工過程中長纖維有被剪成短纖維的傾向。若基材中除了熱塑性粘合劑和增強(qiáng)纖維而外還包括其它成分或物料，就可在送入注模機(jī)之前將其與顆粒相混。應(yīng)用該法的結(jié)果是，構(gòu)成基材的成分可優(yōu)選基本上均勻地分散在基材內(nèi)的粘合劑之中。
另外，還可在模中放入增強(qiáng)纖維的編織席，無紡席或縫制席。并用熱塑性物料和任何選擇性成分注模而填入席中增強(qiáng)纖維之間的縫隙內(nèi)。在本發(fā)明的這方面，增強(qiáng)纖維易在要求方向上取向。此外，增強(qiáng)纖維可為連續(xù)纖維，長度由模和/或待制成的制品的尺寸和形狀決定。
在某些情況下，為有利于加工，可將常見脫模劑涂到模上，但若熱塑性物料為尼龍，則模一般不必涂脫模劑。
另外，可一次擠出二或多層而制成適用于本發(fā)明制品的復(fù)合基材，例如，將兩臺常見擠出機(jī)裝在雙層膜模上就可制成雙層基材，其中一層提高粘合劑和磨料顆粒的粘結(jié)性，而另一層可含大量填料等，以在不降低性能的情況下降低費(fèi)用。
本發(fā)明其它耐磨制品。
本發(fā)明粘合磨料組合物可滌(即灌注或刷涂到)到預(yù)制基材上并與之粘結(jié)，從而制成粘合耐磨制品，預(yù)制基材選自剛性金屬，剛性和柔性聚合物，復(fù)合材料，織物等物料。將磨料組合物與預(yù)制基材粘合的粘合體系可與將聚集顆粒結(jié)合起來的聚脲粘合劑或粘合體系相同或不同。
下述非限制性實(shí)施例詳述本發(fā)明，其中另有說明而外，所有份數(shù)和百分比均以重量計，有關(guān)這些例中所用物料的其它細(xì)節(jié)見于以下的“材料說明”部分。至于磨料粒徑，除了有字頭P說明粒徑符合FEPA-Standard 43-GB-1984而外，其它均符合ANSI Standard B74.18。下表1列出了組成，表明實(shí)施例1-14和比較例A-C中每一砂輪中的各成分和用量。這些實(shí)施例不應(yīng)被理解為是對本發(fā)明范圍的限制。
下面的文字說明了用于實(shí)施例和比較例的所有物料。
材料說明ADIPRENE BL16-商名，為聚(四亞甲基二醇)聚合物與2mol甲苯二異氰酸酯反應(yīng)而制成雙官能異氰酸酯預(yù)聚物后再與甲·乙酮肟嵌段聚合，并具有當(dāng)量757，可從Uniroyal Chemical Co，Inc.購得。
ADIPRENE BL-90-商名，為聚(六亞甲基己二酸酯)聚合物與2mol甲苯二異氰酸酯反應(yīng)而制成雙官能異氰酸酯預(yù)聚物后再與甲·乙酮肟嵌段聚合并具有當(dāng)量801，以從Uniroyal Chemical Co，Inc.購得。
CAYTUR31-商名，為亞甲二苯胺氯化鈉混合物在苯二甲酸二辛酯中的50%分散體，當(dāng)量230，可從Uniroyal Chemical Co，Inc，購得。
CURITHANE 103-商名，為70%亞甲二苯胺和30%聚合亞甲二苯胺的混合物，官能度為約2.3，當(dāng)量約101，可從美國DOW公司購得。
DESMODUR N3200-商名，為聚合六亞甲基二異氰酸酯，官能度3，當(dāng)量180，可從Mobay Corporation購得。
DYTEK A-商名，為1，5-二氨基-2-甲基戊烷，可從Du Pont Co.購得，當(dāng)量58。
ISONATE143L-商名，為聚合MDI(亞甲二異氰酸酯)異氰酸酯當(dāng)量約145，官能度2.1，可從美國Dow Chemical公司，購得。
MONDUR MRS-5-商名，為聚合亞甲二異氰酸酯，官能度2.4，當(dāng)量140，可從Mobay Corporation購得。
PAPI2020-商名，為聚合MDI(亞甲二異氰酸酯)，異氰酸酯當(dāng)量140，官能度3.0，可從美國Dow Chemicel公司購得。
POLAMINE650-商名，為類似于商名為POLAMINE 1000的氨基苯甲酸酯的胺，但平均分子量約650，當(dāng)量約375，可從Air Products and Chemicals Co.購得，以前可從Polaroid Corporation購得。
POLAMINE 1000-商名，為聚四亞甲基氧化二對氨基苯甲酸酯，平均分子量約1240，當(dāng)量約620，可從Air Products and Chemicals Co.購得(以前可從Polaroid Corporation購得)。
POLYMEG 1000-商名，為聚(四氫呋喃)聚合物，端基為兩個羥基，可從Qo Chemical，Inc.購得，當(dāng)量485。
POLY THF 750-商名，為雙(3-氨基丙基)聚四氫呋喃，可從BASF Corporation購得，當(dāng)量375。
QUADAOL-商名，為N，N，N′，N′-四(2-羥丙基)乙二胺，可從BASF Corporation購得，當(dāng)量73。
TREN-商名，為三(2-氨乙基)胺，可從W.R.Grace & Co.購得，當(dāng)量49。
POLYMEG 2000-商名，為聚四亞甲基醚二醇，平均活性氫官能度2，平均分子量約2000，可從QO Chemical Inc.購得(長鏈飽和預(yù)聚脲)。
Polybd R-45HT-商名，為端基為羥基的聚丁二烯(長鏈二烯預(yù)聚脲)，平均活性氫官能度為2.4-2.6，平均分子量約2800，可從Atochem Inc.購得。
L-562-商名，為硅氧烷表面活性劑，可從Umion Carbide Corporation購得。
KR-55-商名，為四(2，2-二烯丙氧甲基)丁基，二(雙十三烷基)亞磷酸酯基鈦酸酯(鈦酸酯偶聯(lián)和分散劑)，可從Kenrich Petrochemicals Inc.購得。
PALATINOL 711-P-商名，為苯二酸C7，C9和C10二烷基酯混合物(增塑劑和降粘劑)，可從BASF Corporation購得。
TRIGONOX 21-OP50-商名，為過氧-2-乙基己酸叔丁酯(交聯(lián)引發(fā)劑)，可從AK20 Chemical Co.購得。
MOLECULAR SIEVG 3A-商名，為K12〔(AlO2)12(SiO2)12〕·xH2O，“A”型晶體結(jié)構(gòu)鉀，是堿金屬硅鋁酸鹽，可從UOP Molecular Sieve Absorbents Co.購得。
試驗方法1穿孔板研磨試驗每種情況下，砂輪固定在適宜的側(cè)法點(diǎn)之間并裝在轉(zhuǎn)速1200rpm的軸上。試驗前，砂輪用金剛石頭工具整理。其中將金屬件靠緊轉(zhuǎn)動砂輪，用力2625N/m，金屬件由尺寸為50×280mm的16軌1008CRS穿孔板組成，其中沖有4mm直徑孔，46%開度，貨型號041，可從Harrington& King，Chicago，Illinois購得。試驗金屬穿孔帶以每分鐘12周速率上下移動(一周)，上下移動距離140mm。穿孔試驗金屬帶在轉(zhuǎn)動砂輪上緊壓1分鐘，之后測量穿孔金屬帶和砂輪的重量損失，砂輪重量損失除以砂輪總重的商再乘100而得砂輪磨損百分?jǐn)?shù)(表2)。表2中還列出了效率值，為穿孔金屬被切削量或重量損失除以砂輪磨損百分值。表2也注明了是否可觀察到任何砂輪粘合劑粘到或轉(zhuǎn)移到試驗帶上。其中若有可肉眼觀察到的砂輪粘合劑粘到試驗工件上就記為粘污。優(yōu)選是在磨損百分?jǐn)?shù)和高效率值之間尋求平衡，但視要求工件性能，該平衡可向低磨損百分?jǐn)?shù)或高效率值方向移動。
試驗方法2鋼環(huán)研磨試驗鋼環(huán)研磨試驗提供在各種應(yīng)用情況下自動評價本發(fā)明磨料制品的手段。在該試驗中，試件為外徑30.5cm，內(nèi)徑28.0cm，厚5-11cm的中碳鋼環(huán)，裝在轉(zhuǎn)速45rpm的轉(zhuǎn)動臺上。待試驗的磨料盤裝在17.8cm直徑的硬質(zhì)支撐墊上，轂為10.2cm，可從Minnesota Mining and Manufacturing Company，St.Paul，Minnesota購得，商名分別為3M Part Nos.05144-45192和51144-45190盤/支撐墊組合體裝在可使盤以5000rpm轉(zhuǎn)動(零負(fù)菏)的電動研磨機(jī)上。再將研磨機(jī)裝在恒定負(fù)荷機(jī)上，其商名為“MECHANITRON CFD 2100”，可從Mechanitron Corporation，Roseville，Minnesota購得，該負(fù)荷機(jī)可保證對粘在環(huán)形工件上的磨料盤施加4.54kg的負(fù)荷。磨料盤/支撐墊/恒定負(fù)荷機(jī)組合體裝在預(yù)先從Cincinnati Milacron，Industrial Robot Division，Greenwood，South Carolina購得的商名為“Type T3 Industrial Robot”的機(jī)器人上即可實(shí)現(xiàn)其定位。研磨組合體的位置應(yīng)使環(huán)在大致3點(diǎn)鐘的位置沿其表面磨削。
每一試驗開始時，將環(huán)稠重并對其表面光澤(磨失深度的算數(shù)平均值(Ra))進(jìn)行測定，其中應(yīng)用表面光度儀，是從Taylor Hobson，Leicester，England以商名“Surtronic 3”購得的。然后將環(huán)送回轉(zhuǎn)動臺上。在將待試驗?zāi)チ媳P裝到支撐墊上之前，將該盤稱重。機(jī)器人將被驅(qū)動的磨料盤定位以使其在環(huán)平面上運(yùn)轉(zhuǎn)并且繞環(huán)半徑定義的軸與傾斜成大約6°角，從而使盤“后根著地”(Was heeled)并且通過與環(huán)平面接觸而稍為折曲。每個試驗盤在該位置上運(yùn)轉(zhuǎn)1分鐘。
然后每一試驗盤繞基本上平行于環(huán)切線的軸轉(zhuǎn)+10°以使環(huán)外邊緣被接觸并且再試驗30秒。
之后，每一試驗盤再轉(zhuǎn)-10°以再使平面接觸1分鐘，此后再轉(zhuǎn)-10°以使環(huán)內(nèi)邊緣被接觸30秒。
將盤再轉(zhuǎn)+10°又使環(huán)平面最后研磨1分鐘，從而每種情況下完成4分鐘試驗周期。在某些試驗中，每4分鐘周期后測定環(huán)重，磨料盤重和工件光澤。試驗總共持續(xù)20個4分鐘周期或直到盤不再能有效地磨擦工件而失效，即有更多的磨料留在盤上為止。
完成這些試驗周期后，工件稱重而確定工作中物料去除(切下)量，將磨料盤稱重而確定剩余磨料量及最終表面光澤。
實(shí)施例1將230商名POLAMINE1000(軟質(zhì)部分)的多官能胺，66g商名ISONATE143L(硬質(zhì)部分)的多官能異氰酸酯和1300g180級氧化鋁磨料顆粒制成的尺寸為16-32級磨料附聚物混合制成磨料砂輪。其中多官能胺和多官能異氰酸酯在大容器中用空氣驅(qū)動的推進(jìn)器型攪拌器預(yù)混1分鐘后，加磨料附聚物并在磨料附聚物共混后再持續(xù)攪拌1分鐘。這些實(shí)施例中所用耐磨塊由80%P180級氧化鋁，5%A段堿催化酚醛樹脂粘合劑(70%固體)，7%冰晶石和1%尺寸約5-75μm(平均約35μm)的玻璃珠組成，已見于USPat.No.4799939。
1200g上述混合物放入模中以制成外徑203mm，中心孔32mm和厚25mm的耐磨砂輪。封模后將模移入水壓機(jī)的加熱模板之間。壓力8.9×104N，將模板加熱到95℃，該壓力下模在壓力機(jī)中保持30分鐘。所得砂輪平均密度1.5g/cm3。
該砂輪從模中取出并按試驗方法1評價，結(jié)果列于表2。
實(shí)施例2同于實(shí)施例1制造并評價實(shí)施例2的砂輪，只是用多官能異氰酸酯PAPI2020代替多官能異氰酸酯ISONATE143L作為聚脲粘合劑的硬質(zhì)部分。
實(shí)施例3同于實(shí)施例1制造并評價實(shí)施例3的砂輪，所不同的是用200g(而不是230g)多官能胺POLAMINE1000，58g多官能異氰酸酯DESMODUR N3200(硬質(zhì)部分)和1118g(而不是1300g)耐磨塊。將1200g粘合劑和磨料混合物放入實(shí)施例1的模中，然后于95℃固化10小時，而不是如實(shí)施例1的30分鐘。
實(shí)施例4在此實(shí)施例，實(shí)施例5-8和比較例A及B中，軟質(zhì)部分為雙官能異氰酸酯。向1092g雙官能異氰酸酯嵌段預(yù)聚物ADIPRENE BL-16中加入84g二氨基甲基戊烷DYTEKA(硬質(zhì)部分)，雙官能胺，物料用實(shí)施例1的攪拌器持續(xù)攪拌10分鐘。向該樹脂混合物中加入1300g實(shí)施例1所述磨料塊，然后再攪拌1分鐘而制成稠密混合物。1200g粘合劑和磨料混合物放入模中并如實(shí)施例1壓制。壓制后拆除模頂，開模放入熱空氣對流箱中，于135℃放置2小時，所得砂輪從模中取出并135℃固化4小時，其評價方法同于實(shí)施例1。
實(shí)施例5
同于實(shí)施例4制造和評價砂輪，不同的是將1000g(而不是1092g)雙官能異氰酸酯嵌段預(yù)聚物ADIPRENE BL-16和65g胺TREN(而不是84gDYTEK A)充分混合約5分鐘。向300g該樹脂混合物中加入1300g磨料塊，混合約5分鐘后將1200g該混合物如實(shí)施例4放入模中并固化。
實(shí)施例6同于實(shí)施例4制造和評價砂輪，只是各成分為250g雙官能異氰酸酯嵌段預(yù)聚物ADIPRENE BL-16，86g二苯胺氯化鈉絡(luò)合物CAYTUR31和1456g磨料塊。將1200g該混合物在實(shí)施例1-5所述模中120℃固化18小時。
實(shí)施例7同于實(shí)施例4制造和評價該例的砂輪，只是各成分為317g二苯胺CURITHANE103(硬質(zhì)成分)，將其預(yù)熱到65℃使其熔化，接著加入2421g雙官能異氰酸酯嵌段預(yù)聚物ADIPRENE BL-16(軟質(zhì)部分)，之后攪拌1小時。向300g該樹脂混合物中混入1300g磨料塊，1200g磨料將在(實(shí)施例1所用)模中于135℃固化4小時后從模中取出模制砂輪并于135℃后續(xù)再固化4小時。
實(shí)施例8同于實(shí)施例4制造和評價該例的砂輪，只是各成分為34g二苯胺CURITHANE103，將其加熱到65℃后緩慢攪拌加入270g已預(yù)熱到60-70℃的雙官能異氰酸酯嵌段預(yù)聚物ADIPRENE BL-90中。然后加入1300g磨料塊并充分?jǐn)嚢杌旌稀?200g該混合物在實(shí)施例1所所模板壓力機(jī)中的模內(nèi)壓制，壓制后開模而取出砂輪，再于135℃后續(xù)加熱4小時。
比較例A類似于實(shí)施例2制造和評價比較例A的砂輪，只是用聚(四氫呋喃)聚合物POLYMEG1000多元醇代替氨基苯甲酸酯POLAMINE1000。在該比較例中將230g聚(四氫呋喃)聚合物(軟質(zhì)部分)與66g聚合亞甲基二異氰酸酯PAPI2020和1300g磨料塊混合。1200g磨料和樹脂粘合劑混合物放入實(shí)施例1所述模中并于135℃固化10小時(不加壓，這不同于實(shí)施例1)，然后于135℃后續(xù)固化4小時。與實(shí)施例2比較，該砂輪出現(xiàn)過度磨損。
比較例B類似于實(shí)施例4制造和評價比較例B的砂輪，只是比較例B中，各成分為1000g雙官能異氰酸酯嵌段預(yù)聚物ADIPRENE BL-16，將其與96g端基為羥基的二胺QUADROL(硬質(zhì)部分)和0.3g二月桂酸二丁基錫催化劑混合10分鐘。然后向300g該樹脂混合物中加入1300g磨料塊。
1200g樹脂/磨料塊混合物分別放入實(shí)施例1所述模中并于135℃分別固化4小時，之后在砂輪從模中取出后于135℃后續(xù)固化4小時。
實(shí)施例9低分子量多聚多胺(軟質(zhì)部分)與1，4-丁二醇(硬質(zhì)部分)混合并用多官能異氰酸酯PAPI2020(硬質(zhì)部分)固化而通過實(shí)施例1所述辦法將磨料顆粒塊粘合進(jìn)入砂輪中。該例中所用磨料塊由80%P120級氧化鋁，6%A段堿催化酚醛樹脂粘合劑(70%固體)，9%冰晶石和5%木漿組成，粒徑約為16-32級，其制造方法已見于USPat.No.4652275，組成詳見于表1。
實(shí)施例9的砂輪評價方法類似于上述試驗方法1所述，但輪胎轉(zhuǎn)速為2000rpm，結(jié)果列于表2，砂輪性能令人滿意，并且試驗工件上沒有砂輪粘合劑粘污或轉(zhuǎn)移。
實(shí)施例10將500g聚四亞甲基氧化二對氨基苯甲酸酯(商名POLAMINE 1000)，113g聚合亞甲二異氰酸酯PAPI2020和2452g如實(shí)施例9所述磨料塊混合制成耐磨砂輪。將氨基苯甲酸酯和二異氰酸酯在大容器中預(yù)混后，加入磨料顆粒塊。然后將容器中的混合物搖蕩5分鐘。
1200g該混合物放入實(shí)施例1所述模中。封模后將其置于水壓機(jī)的加熱模板之間，加壓8.9×104N。該模板加熱到95℃，并且使模在該壓力下在該壓力機(jī)中保持30分鐘。
該實(shí)施例的砂輪按實(shí)施例9所述方法評價。
實(shí)施例11該實(shí)施例的砂輪用如實(shí)施例1中的方法制造并如同實(shí)施例9評價，只是將250g聚四亞甲基氧化二對氨基苯甲酸酯(商名“POLAMINE 1000”)，60g聚合亞甲基二異氰酸(商名“PAPI2020”)和1240g粒徑16-32級磨料塊混合制成耐磨砂輪。磨料塊由80%240碳化硅磨料顆粒，9%A段堿催化酚醛樹脂粘合劑(70%固體)，11%冰晶石和1%平均直徑35μm的空心玻璃珠組成。其制造方法見于USPat.No 4799939。
實(shí)施例12在該實(shí)施例中，應(yīng)用非塊狀的磨料粒。向200g聚四亞甲基氧化二對氨基苯甲酸酯(商名POLAMINE 1000)中加入46g聚合亞甲基二異氰酸酯PAPI 2020，并攪拌5分鐘后，加入2214g80級氧化鋁磨料顆粒，之后再充分混合約10分鐘1800g該混合物同于實(shí)施例1放入模中并固化。該砂輪同于實(shí)施例9進(jìn)行評價，結(jié)果列于表2。
實(shí)施例13同于實(shí)施例1制造和評價該實(shí)施例的砂輪，只是在該例中各成分為400g聚四亞甲基氧化二對氨基苯甲酸酯POLAMINE 1000和93g聚合亞甲基二異氰酸酯MONDUR MRS-5。各成分充分預(yù)混后，再與1479g60級氧化鋁耐磨顆?；旌?。1700g該磨料/粘合劑混合物在實(shí)施例1所述模中于120℃固化30分鐘并在從模中取出后再于120℃后續(xù)固化1小時。
該實(shí)施例的砂輪評價方法同于試驗方法1，只是其轉(zhuǎn)速為2000rpm并且穿孔金屬件以每分鐘30周的速度上下移動。其它情況和結(jié)果列于表1和2。
實(shí)施例14該實(shí)施例的砂輪按實(shí)施例13制造和評價，只是用1500g60級碳化硅磨料顆粒代替氧化鋁。1500g磨料/粘合劑在模中固化。
比較例C該耐磨砂輪用聚氨酯彈性粘合劑制造，粘合劑的制造方法是將500g聚四氫呋喃聚合物POLYMEG 2000多元醇，72g聚合亞甲基二異氰酸酯PAPI 2020和0.2g二月桂酸二丁基錫催化劑混合。預(yù)混粘合劑與1288g60級碳化硅磨料顆?；旌?。1800g該磨料/粘合劑混合物同于實(shí)施例1在模中95℃固化30分鐘，然后從模中取出，并于95℃后續(xù)再固化1小時。所得砂輪按實(shí)施例13進(jìn)行評價。
實(shí)施例1，2，3和10的試驗結(jié)果表明含采用不同多官能團(tuán)的異氰酸酯硬嵌段生產(chǎn)的聚脲粘合劑基質(zhì)的砂輪與比較例A(其中粘質(zhì)劑基質(zhì)是聚氨酯聚合物)相比，它們是抗污的并且已明顯改善了磨損和效率性能。實(shí)施例4，5，6，7和8表明使用聚合中可形成軟嵌段的異氰酸酯預(yù)聚物與聚合中可形成硬嵌段的各種多官能基胺的反應(yīng)產(chǎn)物來形成的聚脲粘合劑基質(zhì)，當(dāng)其與比較例A的聚氨酯粘合劑比較時，明顯改善了產(chǎn)品性能。在比較例B中，硬嵌段是能產(chǎn)生聚氨酯的多官能未端羥基胺，所得砂輪的性能不令人滿意。實(shí)施例9表明使用了含少量(約2.5重量%)聚氨酯聚合物的聚脲粘合劑。實(shí)施例9，10和11表明使用了另一些耐磨附聚物，其中耐磨顆粒的粒徑是變化的。實(shí)施例12-14表明由聚脲粘合劑基質(zhì)和實(shí)施例13和14的單獨(dú)非附聚物的耐磨材料制成的砂輪顯示出更好的粘合。比較例C表明含聚氨酯粘合基質(zhì)和單獨(dú)非聚集耐磨材料的砂輪表現(xiàn)出低的且不令人滿意的效果。
實(shí)施例15-18實(shí)施例15-18描述了本發(fā)明另一實(shí)施方案的用途。在這些實(shí)施例中，制備了具有整體增強(qiáng)熱塑性背襯的各種級別的粘合耐磨盤并對其進(jìn)行了試驗。用鋼環(huán)研磨試驗(試驗方法2)檢測了性能，試驗結(jié)果見表3。
實(shí)施例15用注模背襯法粘合的耐磨盤無機(jī)物樹脂比6∶1的粘合耐磨盤是通過混合下面成份制備的33.0g多官能胺(商品名“Polamine 1000”，軟嵌段);7.7g多官能異氰酸酯(商品名“PAPI 2020”，硬嵌段);和248.0g粒徑范圍有16-32級的附聚磨料，是由50X氧化鋁耐磨晶粒(80%)，A-階段堿性催化的70%固體酚醛樹脂(5%)，冰晶石(7%)，和平均粒徑35μm，粒徑范圍5-75μm的鈉鈣硼硅酸鹽玻璃泡(商品名Minnesota Mining and Manufaturing Company的“3M”，st.Paul，MN)(1%)制備的。按美國專利No.4，799，939(在此用做參考)所述技術(shù)制備附聚物。在大容器中，用空氣驅(qū)動的螺旋漿型攪拌器將多官能胺和多官能異氰酸酯預(yù)混1分鐘，隨后加入耐磨附聚物顆粒，耐磨附聚物加完后，繼續(xù)攪拌1分鐘。將208.0g所得混合物置于一模具中以制備外徑17.8cm，中心孔2.2cm，厚度4.75mm的平衡盤。合上該模具，將其置于一壓力機(jī)中加熱到95℃，然后加壓到8.9×104N，持續(xù)30分鐘。然后從模具中取出該盤，所得盤的平均密度為1.83g/cm3然后通過注模技術(shù)將背襯涂覆到模制耐磨盤上。通過注模法制備盤的背襯的通常步驟如下。將由80℃預(yù)先干燥4小時的壓丸制備的下面混合材料通過葉片混合器混合1)含玻璃纖維的熱塑性尼龍樹脂(商品名“ULTRAMID B3EG3”，BASF Corp，Polymers Dicision，Parsippany，New Jersey(95%));2)苯乙烯共聚物變硬劑(2%)(商品名“KRATON FG1901X”，Shell chemical Company，Houoton，Texas);和3)灰色著色劑((常ササ(商品名“PANTENE 437U”，Spectrum Colors，minneapolis，minnesota)。干燥的壓丸混合物被載入300噸注模機(jī)(Van Dorn plestic Machinery Company，trongsville，Ohio)的筒體中。第一筒體溫度控制區(qū)位于約240℃，第二筒體溫度控制區(qū)位于約230℃，第三筒體溫度控制區(qū)位于約225℃，噴嘴溫度控制位于約250℃，模溫度控制位于約75℃。模有水冷卻裝置以保持控制溫度。
先制備的粘合磨盤置于模具中，熔融的熱塑性混合物通過中心門注入模具中，其中部分進(jìn)入到磨盤的一主表面的空隙。擠壓參數(shù)如下注入時間約2.5秒;螺旋速度約300rpm;注入壓約10.34MPa;注入速度約7.6cm/分鐘;漿料約40g;總循環(huán)時間約15秒。
然后從模具中取出完整粘合的磨料/背襯多層磨盤。該制品直徑為17.8cm，中心孔直徑2.2cm，厚度6.35mm。
實(shí)施例16除由80級氧化鋁代替50級氧化鋁制備附聚物磨料外，按實(shí)施例15所述制備粘合的磨盤并進(jìn)行評價。
實(shí)施例17除用P120級氧化鋁代替50級氧化鋁來制備附聚物磨料外，按與實(shí)施例15相同的方法制備實(shí)施例17的多層磨盤并評價。
實(shí)施例18除用P180級氧化鋁代替50級氧化鋁制備附聚物磨料外，按實(shí)施例15相同方法制備實(shí)施例18的多層磨盤并評價。
實(shí)施例15-18的性能結(jié)果見表3。
這些數(shù)據(jù)表明與商用的粘合盤比較，本發(fā)明制品具有極好的使用壽命。由本發(fā)明的盤生產(chǎn)的最初光澤和最終光澤間的差異也很低(約10或更高的Ra差異是可看到的)，這表明該磨料即使使用80分鐘也不會變純化。
實(shí)施例19-20和比較例D-E實(shí)施例19和20及比較例D和E表明在本發(fā)明磨料組合物與美國專利No.4，933，373組合物的比較中，產(chǎn)品得到了改善。除砂輪是以2000rpm旋轉(zhuǎn)及負(fù)載為44kg外，這些實(shí)施例的砂輪是按實(shí)施例1所述步驟評價的。砂輪的表現(xiàn)是令人滿意的且工件上無磨損沉積。配方見表4，試驗結(jié)果見表5。
實(shí)施例19除使用300g聚四亞甲基-氧化物-二氨苯POLAMINE1000，70g多官能異氰酸酯PAPI2020和1480g耐磨附聚物外，按實(shí)施例1方法制備耐磨砂輪。將1150g粘合劑和耐磨混合物置于實(shí)施例1的模具中，隨后于95℃固化30分鐘。所得耐磨砂輪的密度為1.42g/cc。
比較例D該耐磨砂輪是用含聚丁二烯/過氧化物交聯(lián)的聚合物的聚氨酯彈性粘合劑制備的。除使用的耐磨材料外，該砂輪與美國專利No.4，933，373(Moren)的實(shí)施例9-13的組成相似。
比較例D的砂輪是如下制備首先熔融聚四亞甲基二醇(“POLYMEG 2000”)直到爐中液體加熱到50℃，隨后，除聚合的亞甲基二異氰酸酯ISONATE 143L外，通過與表4中所列的所有成份結(jié)合形成聚合的液體混合物，這些成份充分混合，然后加入4，4-二苯基甲烷二異氰酸酯并將其分散入整個混合物。往該反應(yīng)活性聚合混合物中加入896gP120氧化鋁附聚物(其完全地均勻分散)，然后將反應(yīng)活性樹脂/無機(jī)物塊混合物傾入到鋼模中生產(chǎn)外徑203mm，中間孔32mm，厚度25mm的耐磨砂輪。合上模具并于66℃的液壓機(jī)加熱壓板上8.9×10N壓力下放置30分鐘。從模中取出砂輪并于230℃在爐中后續(xù)固化90分鐘。所得耐磨砂輪的密度為1.40g/cc。
實(shí)施例20按實(shí)施例19的相同方式制備并評價耐磨砂輪。在該實(shí)施例中，反應(yīng)活性成份是414.18g聚四亞甲基-氧化物-二氨基苯(POLAMINE 1000)和聚合的亞甲基二異氰酸酯(PAPI2020)。這些成份充分預(yù)混，然后與1594g 80級氧化鋁耐磨材料混合。1658g磨料/粘合劑混合物在實(shí)施例1模具中于120℃固化30分鐘，所得耐磨砂輪密度為2.0g/cc。
比較例E該耐磨砂輪是用含聚丁二烯/過氧化物交聯(lián)的聚合物的聚氨酯粘合劑制備的。其組成類似于美國專利No.4，933，373(Moren)的實(shí)施例14-15中組成。
按與比較例D相同的方法制備砂輪。多元醇混合物和聚異氰酸酯見表4。往反應(yīng)活性的聚合混合物中加入1263.1g 80級氧化鋁磨料(代替無機(jī)附聚物)，其在每批樹脂中完全分散。該砂輪于66℃固化30分鐘，從模具中取出砂輪，將其于113℃再固化90分鐘。所得耐磨砂輪的密度為1.90g/cc。
實(shí)施例21和比較例F實(shí)施例21和比較例F說明了以與整個背襯粘合的磨盤形式存在的本發(fā)明耐磨組合物的優(yōu)點(diǎn)。組成見表6。所得粘合整個背襯的磨盤外徑為17.8cm，內(nèi)徑2.2cm，背襯內(nèi)徑2.2cm，整個厚度為5.5cm。每種情況中，制品的耐磨成份密度為1.60g/cc。如這些尺寸所示，這些實(shí)施例的磨料成份的形狀如圖5所示為環(huán)狀。這些實(shí)施例用鋼環(huán)研磨試驗(試驗方法2)來評價。試驗結(jié)果見表7。
實(shí)施例21除附聚物磨料是由P120氧化鋁代替50級氧化鋁制備外，按實(shí)施例15的相同方式制備并評價實(shí)施例21的粘合磨盤。熱塑性背襯通過實(shí)施例15所述的注模法被直接注到該耐磨材料上。
比較例F除使用耐磨顆粒外，用于該粘合磨盤的聚氨酯粘合劑與美國專利No.4，933，373(Moren)中實(shí)施例14和15所用的相似。除聚合的亞甲基二異氰酸酯ISONATE143L(其被混入后面的組合物中)外，合并表6中所列的所有液體成份并充分混合。將116gP120級無機(jī)附聚物加到該聚合的混合物中并分散完全。將樹脂/無機(jī)附聚物混合物傾入鋼模具中以制備耐磨環(huán)，其外徑為17.78cm，中心孔為10.16cm，厚度為0.57cm。合上該模具后，將其置于49℃的液壓機(jī)的加熱壓板，8.9×10N4下30分鐘。從模具中取出該盤并置于113℃的爐中90分鐘。通過實(shí)施例15所述的注模法將熱塑背襯加到耐磨環(huán)上。
實(shí)施例19和20的試驗表明，具有聚脲粘合劑基質(zhì)的砂輪與比較例D和E(基質(zhì)是含USPN4，933，373實(shí)施例9-15中所述的聚丁二烯/過氧化物交聯(lián)的粘合劑的聚氨酯)相比，明顯改善了磨損和效率性能。實(shí)施例19和對照D說明含無機(jī)附聚物的耐磨砂輪比實(shí)施例20和比較例E中無附聚物耐磨顆粒有更好的切削。
表7實(shí)施例 切削, 時間 使用 最初光澤 最終光澤g/分鐘 分鐘 % Ra(/uin) Ra(/uin)21 9.5 80 29 51 50比較例F 9.1 80 38 46 47這些數(shù)據(jù)表明本發(fā)明耐磨顆粒在各種工件情況下保持好的切削同時，還具有卓越的耐磨損性。本發(fā)明耐磨組合物對效率(切削/磨損)有進(jìn)一步改善。
在不違背本發(fā)明范圍下，對本發(fā)明的各種修飾和改變對本領(lǐng)域人員都會是明顯的，應(yīng)了解，本發(fā)明不局限于這里所述的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種粘合的耐磨組合物，其特征為a)固化的含脲鍵的耐磨擦和耐磨損的彈性聚脲粘合基質(zhì)，該粘合基質(zhì)選自1)具有平均官能度為2且當(dāng)量重至少為300的多官能基胺與具有平均異氰酸酯官能度至少為2且當(dāng)量重至少為300的多官能基異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，所述第一多官能基胺能在聚合中形成第一軟嵌段，所述多官能基異氰酸酯能在聚合中形成第一硬嵌段；和2)具有官能度至少為2且當(dāng)量重至少為300的多官能基異氰酸酯預(yù)聚物和具有平均官能度至少為2且當(dāng)量重至少為300的第二多官能基胺的反應(yīng)產(chǎn)物，所述多官能基異氰酸酯預(yù)聚物能在聚合中形成第二軟嵌段，所述第二多官能基胺能在聚合中形成第二硬嵌段；和b)完全分散于所述粘合基質(zhì)的有效量耐磨顆粒。
2.權(quán)利要求1的粘合耐磨組合物，該組合物進(jìn)一步特征為含不多于20%的由尿烷鍵取代的所述脲鍵。
3.權(quán)利要求1粘合的耐磨組合物，其進(jìn)一步特征為所述第一多官能基胺是具有下式的低聚芳香多官能基胺
其中n為2-4的整數(shù);每個x為1或2;每個苯環(huán)可有對-氨基，間-氨基，或二-間-氨基取代;每個Z選自
每個R為氫或含4個碳原子或更少碳原子的低級烷基;G是n一價殘基，其可通過從具有當(dāng)量重300-3000的n一價多元醇或多胺中分別除去羥基或氨基得到。
4.權(quán)利要求1的粘合耐磨組合物，其進(jìn)一步特征為所述耐磨顆粒是預(yù)先形成的獨(dú)自耐磨顆粒的附聚物。
5.權(quán)利要求4的粘合耐磨組合物進(jìn)一步特征為其有足夠的空隙體積以便所述組合物密度為1.0-3.0g/cm3。
6.權(quán)利要求1的組合物為輪狀。
7.權(quán)利要求1的組合物包括附著到組合物上的背襯。
8.耐磨制品，特征為(A)粘合的耐磨組合物，其是1)固化的抗污和耐磨損的彈性聚脲粘合基質(zhì)，其具有脲鍵且選自a)具有平均官能度為2且當(dāng)量重至少為300的第一多官能基胺與具有平均異氰酸酯官能度至少為2且當(dāng)量重至少為300的多官能基異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，所述第一多官能基胺能在聚合中形成第一軟嵌段，所述多官能基異氰酸酯能在聚合中形成第一硬嵌段;和b)具有官能度至少為2且當(dāng)量重至少為300的多官能基異氰酸酯預(yù)聚物和具有官能度至少為2且當(dāng)量重至少為300的第二多官能基胺的反應(yīng)產(chǎn)物，所述多官能基異氰酸酯預(yù)聚物能在聚合中形成第二軟嵌段，所述第二多官能基胺能在聚合中形成第二硬嵌段;和，2)有效量耐磨顆粒完全分散于所述粘合劑基質(zhì)上，所述組合物完整地注模到一背襯上，背襯是B)堅韌，耐熱的熱塑性粘合劑材料和分布于整個堅韌，耐熱的熱塑性粘合劑材料中的有效量纖維增強(qiáng)材料;其中堅韌，耐熱的熱塑性粘合劑材料和纖維增強(qiáng)材料一起形成硬的組合物，其在磨擦條件下不會變形或分解。
全文摘要
基于聚氨酯粘合劑的已知粘合耐磨組合物，雖然可有效地用于許多耐磨用途，但會使工件上玷污。本發(fā)明粘合的耐磨組合物和含其的制品包括耐磨顆粒完全分散并粘附在彈性聚脲基質(zhì)中。聚脲基質(zhì)是通過聚合多官能基胺和多官能基異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物而形成的。本發(fā)明組合物顯示了極好的抗污和耐磨損性能，并可附著到各種背襯上。一種優(yōu)選的背襯被整個地模壓到粘合的耐磨組合物上。
文檔編號C08L75/12GK1072423SQ9211025
公開日1993年5月26日 申請日期1992年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月30日
發(fā)明者L·E·尼爾松, L·X·萬 申請人:明尼蘇達(dá)州采礦制造公司