專利名稱：含有反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物的研磨材料的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種研磨材料，特別是涉及一種用于研磨諸如金屬、塑料和木材之類材料的表面的非織造織物研磨材料。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)知道這樣一種非織造織物研磨材料，該非織造織物研磨材料具有基材，例如非織造織物；粘合劑，其被設(shè)置在所述基材的表面上；以及磨粒，其以至少部分埋入所述粘合劑中的方式設(shè)置在所述基材的表面上。
專利文獻(xiàn)1描述了一種地面拋光墊，該拋光墊是采用稀松結(jié)構(gòu)的低密度非織造織物(其具有較高的百分比空隙率)作為基材、以及采用酚醛樹脂溶液作為粘合劑而制成的。專利文獻(xiàn)2描述了一種表面處理墊，該表面處理墊是通過將多層非織造織物研磨材料層疊到一起而制成的，當(dāng)該表面處理墊在使用過程中隨著時間的推移而出現(xiàn)其工作面被磨損的情況的時候，其能夠通過剝掉一層的方式來實(shí)現(xiàn)工作面的自我更新。
專利文獻(xiàn)3描述了一種磨輪，該磨輪是通過使用粘合劑將磨粒固定于低密度的非織造織物上的方式而制成的，其中所述粘合劑是由聚酯、聚氨酯以及可與它們混溶的聚合物形成的混合物。專利文獻(xiàn)4描述了一種水分散型組合物，該組合物包含聚氨酯預(yù)聚物和胺基官能化物質(zhì)作為這種粘合劑的前體。專利文獻(xiàn)5描述了一種表面精加工用產(chǎn)品，該表面精加工用產(chǎn)品包含非織造織物、抗拉伸的多孔型增強(qiáng)用織造織物和可被拉伸的粘合劑。
專利文獻(xiàn)6描述了一種非織造織物研磨材料的制造方法，在該方法中，首先將溶劑型粘合劑溶液(其包含可固化樹脂、固化劑和揮發(fā)性溶劑)以及磨粒涂敷在非織造織物上，干燥所述粘合劑溶液，并獲得可進(jìn)行加工的研磨材料中間體；將所述研磨材料中間體成形為諸如疊層型、瓣型和螺旋型之類的結(jié)構(gòu)；然后對成形后的研磨材料中間體進(jìn)行加熱以便使粘合劑固化。
專利文獻(xiàn)7描述了一種阻燃型非織造織物研磨材料，該研磨材料是通過使用含有磷系阻燃劑的酚醛樹脂粘結(jié)劑將磨粒粘著到非織造織物上、并將所得物成形為圓柱狀而制成的。所述的非織造織物研磨材料具有良好的自阻燃性能，即使是在由于研磨金屬而產(chǎn)生火星的情況下，它也很少著火。
專利文獻(xiàn)8和9描述了一種非織造織物研磨材料，該研磨材料至少含有非織造織物、樹脂粘結(jié)劑和磨粒。其中描述了多種無機(jī)物作為可供使用的軟磨粒和填料的例子。
非織造織物研磨材料的基材或粘合劑是由有機(jī)物制成的，并且受熱會降解。因此一個重要的問題是控制研磨加工中產(chǎn)生的熱量。特別是表面超精加工或鏡面加工工作會產(chǎn)生大量的摩擦熱，從而導(dǎo)致那些形成非織造織物研磨材料的有機(jī)物容易降解。當(dāng)降解后的有機(jī)物與待研磨的表面接觸時，該有機(jī)物會粘著到該表面上并使該表面上產(chǎn)生污點(diǎn)。這種污點(diǎn)通常被稱為污跡。污跡的產(chǎn)生使人必須在研磨加工過程中采用另外的步驟來去除污跡，這會使研磨加工復(fù)雜化。
在進(jìn)行研磨時，通常使用潤滑劑作為抑制熱量產(chǎn)生的方法。一方面，潤滑劑會減少摩擦熱的產(chǎn)生，另一方面，潤滑劑還起到介質(zhì)的作用，從而將熱從被研磨的部分導(dǎo)出。然而，液體潤滑劑由于有可能會使被研磨的表面發(fā)生改變，因此在研磨后必須將其從被研磨的表面除去，這會使研磨加工復(fù)雜化。而固體潤滑劑則沒有足夠的減少摩擦熱的能力。


圖1為各自具有中心孔的典型結(jié)構(gòu)類型的圓柱形研磨刷的立體圖。
圖2為研磨材料中間體的制備方法的示例性示圖，該研磨材料中間體用于三維形狀的非織造織物研磨材料制造過程。
圖3為使用研磨材料中間體制造三維形狀的非織造織物研磨材料的方法的示例性示圖。
圖4為使用本發(fā)明的研磨材料研磨后的ABS樹脂板的被研磨表面的特寫照片。
圖5為使用本發(fā)明的研磨材料研磨后的PP樹脂板的被研磨表面的特寫照片。
圖6為使用常規(guī)的研磨材料研磨后的ABS樹脂板的被研磨表面的特寫照片。
圖7為使用常規(guī)的研磨材料研磨后的PP樹脂板的被研磨表面的特寫照片。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個方面涉及解決本領(lǐng)域中的上述問題并且提供一種控?zé)嵝阅艿玫礁纳频姆强椩炜椢镅心ゲ牧?，其中該研磨材料在進(jìn)行干式研磨時不會產(chǎn)生污跡。
發(fā)明詳述總的來說，本發(fā)明提供一種含有反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物的研磨材料。該研磨材料的一個示例性的實(shí)施方案包括非織造織物研磨材料，該非織造織物研磨材料具有由纖維制成的非織造織物；粘合劑，該粘合劑粘著到該非織造織物的纖維的表面上；和反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物，該反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物由該粘合劑粘著到該非織造織物上。
本發(fā)明的非織造織物研磨材料在進(jìn)行研磨操作時具有優(yōu)良的控?zé)嵝阅?。因此，即使在干燥模式下進(jìn)行表面超精加工或鏡面加工時，也不會產(chǎn)生污跡。另外，該非織造織物研磨材料不會使被研磨的物體因?yàn)槭軣岫到?，因此，它可用于研磨樹脂，特別是一直以來都難于被研磨的熱塑性樹脂。
本發(fā)明中所使用的非織造織物是由無規(guī)則排列的纖維制成的膨松的片狀材料。作為非織造織物研磨材料基材的合適的非織造織物是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。日本待審專利申請公開No.H3(1991)-55270(第10欄第10行至第11欄第25行)描述了典型的非織造織物。
優(yōu)選的非織造織物包括由熱塑性有機(jī)纖維制成的那些，所述的熱塑性有機(jī)纖維例如為由聚酰胺制成的纖維(例如由聚己內(nèi)酰胺和聚己二酰己二胺制備的尼龍6纖維和尼龍6，6纖維)；聚烯烴(例如聚乙烯和聚丙烯)纖維；聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二醇酯)纖維和聚碳酸酯纖維等。通常使用的非織造織物是由尼龍纖維和聚酯纖維制成的。這些纖維的厚度值(直徑)通常在19到250微米的范圍內(nèi)。非織造織物的厚度通常在2到50毫米的范圍內(nèi)。
粘合劑是將非織造織物與磨粒粘接到一起的材料。這種材料只有具有足夠的強(qiáng)度才能在研磨過程中維持非織造織物與磨粒之間的粘接作用。一般來說，粘合劑含有粘結(jié)劑樹脂成分和添加劑成分。粘結(jié)劑樹脂是這樣一種有機(jī)樹脂，該有機(jī)樹脂由于會發(fā)生從可涂敷的液體到剛性固體的相轉(zhuǎn)變而起到使物質(zhì)彼此粘接的作用。在粘結(jié)劑樹脂為液態(tài)時，將粘結(jié)劑前體特稱為粘合劑。
可用作粘結(jié)劑樹脂的例子為酚醛樹脂、脲醛樹脂、蟲膠、環(huán)氧樹脂、異氰尿酸酯樹脂、聚氨酯、皮膠等。
用于本發(fā)明的非織造織物研磨材料中的粘結(jié)劑樹脂優(yōu)選為相對較具剛性的有機(jī)樹脂。這種粘結(jié)劑樹脂的參數(shù)如下粘結(jié)劑樹脂固化后的拉伸強(qiáng)度通常為3000psi或更高，優(yōu)選為3000到11000psi；百分比伸長率通常為180％或更高，優(yōu)選為180％到800％；肖氏D硬度通常為40或更高，優(yōu)選為40到80；彈性模量為1MPa或更高，優(yōu)選為10到50MPa。
如果粘結(jié)劑樹脂的拉伸強(qiáng)度小于20MPa(3000psi)，則粘合劑固化后的強(qiáng)度和剛度都太低，以至于不符合非織造織物研磨材料的要求。如果粘結(jié)劑樹脂的百分比伸長率小于180％，則粘合劑固化后的韌性太低，以至于不符合非織造織物研磨材料的要求。如果粘結(jié)劑樹脂的肖氏D硬度小于40，則磨粒在研磨過程中容易從非織造織物研磨材料上脫落。如果粘結(jié)劑樹脂的彈性模量小于1MPa，則粘合劑固化后的強(qiáng)度和剛度都太低，以至于不符合非織造織物研磨材料的要求。
這種樹脂的一個具體的例子為聚氨酯樹脂。例如，參見日本專利公開No.61-37064，第10欄第4-32行。這種樹脂的市售可得的例子為Adiprene L型樹脂(例如L-42、L-83、L-100、L-167、L-200、L-213、L-300、L-315等)，由Uniroyal Chemical公司生產(chǎn)；ADEKABONTIGHTER型樹脂(例如HUX-232、HUX-240、HUX-260、HUX-320、HUX-350、HUX-380、HUX-381、HUX-380A、HUX-386、HUX-401、HUX-670、HUX-290H、HUX-260N、HUX-394、HUX-680等)，由Asahi Denka有限公司生產(chǎn)；以及其它樹脂。
在這種聚氨酯樹脂的制備過程中，通常使用多元醇成分、其固化劑成分等。所述固化劑的例子為異氰酸酯，例如4，4’-亞甲基雙-2-氯苯胺(MOCA)；用酮肟封端的異氰酸酯；p，p’-亞甲基二苯胺，其為用4，4’-亞甲基雙苯胺對端基處理的酚；三聚氰胺型樹脂(例如，Hitachi Chemical有限公司生產(chǎn)的“MELAN 5100”)等。優(yōu)選的例子是其中固化劑的含量以NCO含量或三聚氰胺含量計(jì)算為3重量％到10重量％的聚氨酯樹脂。
本發(fā)明中可使用水性粘合劑前體。水性粘合劑前體是主要用水作為溶劑的粘合劑前體。水性粘合劑前體通常呈現(xiàn)一種其中粘結(jié)劑樹脂均勻分散于水中的狀態(tài)，該狀態(tài)被稱作乳液或懸浮液狀態(tài)。能夠均勻分散于水中的樹脂被稱作水分散型樹脂。
優(yōu)選的是，未固化的粘結(jié)劑樹脂必須是水分散型和熱固化型的。因?yàn)檫@樣容易通過成形而獲得非織造織物研磨材料。粘結(jié)劑樹脂的固化溫度優(yōu)選為100到300℃，特別優(yōu)選為100到200℃。如果粘結(jié)劑樹脂的固化溫度低于100℃，則固化可能會變得不充分，因而磨粒變得容易脫落并且研磨比會變低。另一方面，如果固化溫度超過300℃，則粘結(jié)劑樹脂可能會分解，因而磨粒變得容易脫落并且研磨比會變低。
優(yōu)選的是，未固化的粘結(jié)劑樹脂在室溫下的環(huán)境中即使與手指等接觸也沒有粘性。因?yàn)檫@樣便于對研磨材料中間體進(jìn)行加工，其中該研磨材料中間體是通過將粘合劑前體涂敷于非織造織物上、然后干燥位于該非織造織物上的所述粘合劑而獲得的。
優(yōu)選的粘結(jié)劑樹脂為熱固化型樹脂并且其具有水分散性，該熱固化型樹脂包含具有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物、具有羥基的熱固化型丙烯酸類聚合物、以及三聚氰胺系交聯(lián)劑。為了將磨粒粘著到非織造織物上，可以通過作為軟段的異氰酸酯聚合物和作為硬段的丙烯酸類聚合物的組合來優(yōu)化調(diào)節(jié)粘結(jié)劑樹脂的性能。
結(jié)果，本發(fā)明中使用的水性粘合劑前體對磨粒的粘附強(qiáng)度等于或者高于溶劑型粘合劑前體對磨粒的粘附強(qiáng)度，從而可防止磨粒從非織造織物上脫落并且能夠使非織造織物具有合適的自我更新的功能，以便在任何時候都能有效地用新的研磨表面進(jìn)行研磨。
可以把具有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物、具有羥基的熱固化型丙烯酸類聚合物和三聚氰胺系交聯(lián)劑以各自為乳液或水分散體的狀態(tài)而混合到一起。
單獨(dú)使用其分子中具有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物，或者是使用其分子中沒有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物和其分子中具有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物這二者的混合物，優(yōu)選使用這樣一種樹脂成分(分子中具有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物和分子中不具有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物這二者的混合物)，其中在100g樹脂總量中陰離子基團(tuán)的量相當(dāng)于為0.001到0.5g，這種樹脂成分具有良好的水分散性，因此不使用乳化劑或分散劑就可獲得該樹脂成分的水分散體。陰離子基團(tuán)的例子為羧基、砜基及其組合，其中羧基是優(yōu)選的。
其分子中具有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物可以由常規(guī)已知的方法獲得，以引入羰基的情況作為例子，可以通過使多元異氰酸酯與作為多元醇成分的、其中具有包含羧基的二醇單元的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇反應(yīng)而獲得該聚合物，其中該二醇單元例如為2，2-二羥甲基丙酸、2，2-二羥甲基丁酸、2，2-二羥甲基戊酸等單元。
理想的情況是，用于制備其分子中具有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物和其分子中不具有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物的由聚醚多元醇和/或聚酯多元醇構(gòu)成的多元醇成分的平均分子量為500到4000，其中，對多異氰酸酯成分沒有特別限定，其例子包括脂肪族多元異氰酸酯，例如四亞甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、賴氨酸二異氰酸酯等；脂環(huán)族多元異氰酸酯，例如1，4-亞環(huán)己基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、4，4’-二環(huán)己基二異氰酸酯等；芳香族多元異氰酸酯，例如甲苯二異氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯等，其中脂肪族或脂環(huán)族多元異氰酸酯是優(yōu)選的。
上述異氰酸酯封端聚合物也可以是用二烷基胺、二烷基酰肼等擴(kuò)鏈而得到的異氰酸酯封端聚合物，可根據(jù)應(yīng)用來可任選地選擇二烷基胺、二烷基酰肼等，只要可以得到水分散體即可。分子中具有陰離子基團(tuán)的聚合物的水分散體在市場上也有銷售，其例子包括上述的由Asahi Denka有限公司生產(chǎn)的“BONTIGHTER”型聚合物。
具有羥基的熱固化型丙烯酸類聚合物優(yōu)選為通過均勻分散于水中而獲得的丙烯酸類聚合物乳液。丙烯酸類聚合物的羥基值為40到100。如果羥基值小于40，則反應(yīng)部位的量較少，從而導(dǎo)致反應(yīng)不充分，并且不能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。另一方面，如果羥基值超過100，則會使粘合劑固化后的防水性降低。丙烯酸類聚合物的酸值為1到30。如果酸值小于1，則難以獲得穩(wěn)定的乳液，而如果酸值超過30，則聚合物的親水性提高，因此，乳液會具有較高的粘度并且會使粘合劑的防水性降低。丙烯酸類聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-40到10℃。如果丙烯酸類聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于-40℃，則粘合劑在物理強(qiáng)度和耐久性方面存在缺陷，而如果丙烯酸類聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度超過10℃，則粘合劑的硬度會增加并且其在低溫下的韌性會降低。
丙烯酸類聚合物乳液由下述不飽和單體制備而成1.各自具有羥基的丙烯酸類單體，其例子包括各自具有羥基的烯鍵式不飽和單體，例如丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸2-羥丙酯、丙烯酸2-羥丙酯、內(nèi)酯改性的丙烯酸2-羥乙酯和內(nèi)酯改性的甲基丙烯酸2-羥乙酯。
2.丙烯酸烷醇酯或甲基丙烯酸烷醇酯，其例子包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸環(huán)己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸月桂酯等。
3.α，β-烯鍵式不飽和羧酸，其例子包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、衣康酸、馬來酸、馬來酸酐、富馬酸等。
4.乙烯基芳香族化合物，其例子包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、對氯苯乙烯、乙烯基吡啶等。
5.其它的乙烯基化合物，其例子包括二丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸三甘醇酯、二甲基丙烯酸四甘醇酯、二丙烯酸1，6-己二醇酯、二乙烯基苯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯等。
可以使用混合物形式的不飽和單體，其中所述混合物含有作為必要成分的含有羥基的丙烯酸類單體和α，β-烯鍵式不飽和羧酸單體；以及按需存在的丙烯酸烷醇酯或甲基丙烯酸烷醇酯和其它的乙烯基化合物等，其中各種成分的種類和混合比例可根據(jù)所需的樹脂物理性能來恰當(dāng)?shù)丶右赃x擇。
用于調(diào)節(jié)分子量的鏈轉(zhuǎn)移劑的優(yōu)選的例子包括甲硫醇、乙硫醇、異丙硫醇、丁硫醇、戊硫醇、己硫醇、辛硫醇、癸硫醇、十一烷硫醇、十二烷硫醇、叔十二烷基硫醇等。
根據(jù)已知的方法來制備本發(fā)明的丙烯酸類聚合物乳液中所包含的共聚物，并且可采用(例如)溶液聚合法、乳液聚合法或懸浮聚合法來實(shí)現(xiàn)，其中乳液聚合法是優(yōu)選的。聚合過程通常是按如下方式進(jìn)行在諸如表面反應(yīng)性劑之類的分散穩(wěn)定劑和聚合引發(fā)劑的存在下、在反應(yīng)溫度優(yōu)選為60到95℃的條件下，使單體在三維方向上交聯(lián)一段時間(優(yōu)選為4到8小時)，然后使用胺中和反應(yīng)混合物，從而能夠得到目標(biāo)物，即丙烯酸類聚合物乳液，其中所述的聚合引發(fā)劑例如為用于自由基聚合的自由基引發(fā)劑，例如過硫酸銨等。所得到的丙烯酸類聚合物乳液中的細(xì)顆粒的直徑優(yōu)選為50到200納米。
市場上已經(jīng)有這樣的微乳液，其例子包括“Hitaloid type”(產(chǎn)品No.AE8200，由Hitachi Chemical有限公司生產(chǎn))等。
關(guān)于三聚氰胺系交聯(lián)劑，人們僅僅已知的是，三聚氰胺系交聯(lián)劑是用于合成樹脂的交聯(lián)劑。如果必要的話，可使用乳化劑或分散劑將該交聯(lián)劑分散于水中，或者不使用乳化劑或分散劑。對三聚氰胺系交聯(lián)劑沒有特別限定，其例子為“Melan 5100”(由Hitachi Chemical有限公司生產(chǎn))等。
熱固化型的水性粘合劑前體中的各種成分的混合比通常為100重量份的具有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物；1到50重量份的具有羥基的熱固化型丙烯酸類聚合物；以及0.01到20重量份的三聚氰胺系交聯(lián)劑。如果具有羥基的熱固化型丙烯酸類聚合物的量少于1重量份，則由于具有陰離子基團(tuán)的異氰酸酯封端聚合物的特性所起的作用，而使得粘合劑固化后的韌性過高，以至于不符合非織造織物研磨材料的要求，而如果具有羥基的熱固化型丙烯酸類聚合物的量超過50重量份，則粘合劑固化后的韌性過低，以至于不符合非織造織物研磨材料的要求。如果三聚氰胺系交聯(lián)劑的量少于0.01重量份，則粘合劑固化后的韌性過高，以至于不符合非織造織物研磨材料的要求，而如果三聚氰胺系交聯(lián)劑的量超過20重量份，則粘合劑固化后的韌性過低，以至于不符合非織造織物研磨材料的要求。
用于本發(fā)明的非織造織物研磨材料中的反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物是固態(tài)無機(jī)物，其中該固態(tài)無機(jī)物在研磨加工進(jìn)行過程中產(chǎn)生的熱的作用下會發(fā)生反應(yīng)，并且轉(zhuǎn)化為金屬氧化物，該反應(yīng)過程吸熱。反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物的反應(yīng)溫度優(yōu)選為不超過300℃。這是因?yàn)橹T如尼龍6，6之類的聚酯可用作非織造織物的纖維，而聚酯纖維的耐熱溫度為約300℃。反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物的反應(yīng)溫度優(yōu)選為不超過100℃到250℃，更優(yōu)選為150℃到230℃。
反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物的具體實(shí)例包括氫氧化鋁、氫氧化鈣、鋁酸鈣、氫氧化鎂、纖維狀氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、硼酸鋅、多磷酸銨、碳鈉鋁石、水滑石等。反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物的優(yōu)選的例子包括氫氧化鋁、水滑石、鋁酸鈣和堿式碳酸鎂，特別優(yōu)選為氫氧化鋁和水滑石。
以100重量份的粘合劑來計(jì)算，反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物的用量為10到300重量份，優(yōu)選為10到200重量份，更優(yōu)選為30到100重量份。反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物的用量較低(例如不超過10重量份)會降低吸熱功能，而其用量超過300重量份則會削弱粘合強(qiáng)度，以至于不適合非織造織物研磨材料。
根據(jù)預(yù)期的目的，可在本發(fā)明的非織造織物研磨材料中使用磨粒。用于本發(fā)明的磨粒是在本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中常規(guī)使用的那些。磨粒的平均直徑通常為4到2000微米，并且優(yōu)選為20到1000微米；其莫氏硬度通常為4到10Mohs，優(yōu)選為6到9Mohs。具體的可用的例子為浮石顆粒、黃晶顆粒、石榴石顆粒、礬土顆粒、剛玉顆粒、碳化硅顆粒、氧化鋯顆粒、金剛石顆粒等。本發(fā)明所用的顆粒可以是由不同直徑的單一一種顆粒形成的混合物，也可以是由不同種類的顆粒形成的混合物。
可在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法的基礎(chǔ)上制備本發(fā)明的非織造織物研磨材料。例如，將針狀填料加入液態(tài)粘結(jié)劑樹脂中并使其充分均勻地分散于該樹脂中，由此制成粘合劑前體。該液態(tài)粘結(jié)劑樹脂可以為溶液形式或水分散體形式。將粘合劑前體涂敷到非織造織物的纖維的表面上。將磨粒散布于粘合劑前體上作為涂層，并使其與粘合劑前體粘著。將有機(jī)溶劑、水等從粘合劑前體中蒸發(fā)出來，以使粘合劑前體干燥。然后使粘合劑前體固化。在使用熱固化型塑料作為粘結(jié)劑樹脂的情況中，將粘合劑前體加熱一段預(yù)定的時間而使之固化。通常，將粘合劑前體在100到300℃的溫度下保持10到30分鐘的時間而使之固化。
在制備粘合劑前體的過程中預(yù)先加入磨粒，則粘合劑前體和磨?？梢员煌瑫r涂敷于非織造織物上。而且，粘合劑前體的干燥和熱固化型樹脂的固化可以在相同的加熱步驟中進(jìn)行，也可以在不同的加熱步驟中進(jìn)行。即使是在粘合劑前體的干燥和熱固化型樹脂的固化在不同的步驟中進(jìn)行的情況中，熱固化型樹脂也可以在所述的干燥步驟中部分固化，而不會引起任何問題。
如上所述，用作基材的非織造織物為膨松的纖維材料并且具有優(yōu)異的彈性，因此可確?；囊子诎l(fā)生變形并且易于恢復(fù)。從而，具有多個非織造織物層的疊層體在壓力的作用下易于發(fā)生變形并且可相對較為自由地成形。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，借助于可以容易地成形的非織造織物來制備三維形狀的非織造織物研磨材料。三維形狀的非織造織物研磨材料的一個典型的例子為具有中心孔的圓柱形研磨刷。圖1為各自具有中心孔的典型結(jié)構(gòu)類型的圓柱形研磨刷的立體圖(a)疊層型示意圖，(b)瓣型，(c)螺旋型。
圖2為制造三維形狀的非織造織物研磨材料中所用的研磨材料中間體的制備方法的模式圖。首先由非織造織物卷100輸出非織造織物10。然后用由粘合劑前體和磨粒形成的混合物浸漬非織造織物10。對浸漬后的非織造織物進(jìn)行加熱，以固定位于非織造織物的纖維的表面上的熱固化型樹脂和磨粒。將粘合劑前體噴涂于所述表面上。
然后，在干燥箱中將有機(jī)溶劑、水等從粘合劑前體中蒸發(fā)出來，以使粘合劑前體干燥。以不使熱固化型樹脂完全固化為前提條件，將干燥操作在一定的溫度下進(jìn)行一定的時間，從而使得粘合劑前體在室溫下沒有粘性。這是因?yàn)槿绻澈蟿┣绑w在干燥步驟之后在室溫下仍然具有粘性，則難以對所獲得的研磨材料中間體進(jìn)行處理和加工，另一方面，如果熱固化型樹脂在干燥步驟之后完全固化，則難以在干燥之后使該研磨材料中間體成形。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，干燥步驟在100到120℃的溫度下進(jìn)行1到10分鐘。在干燥步驟之后，所得的研磨材料中間體20失去粘性，從而可以對其進(jìn)行加工。因此，可以以卷狀物200的形式將研磨材料中間體20收卷和儲存。
圖3為使用研磨材料中間體制造三維形狀的非織造織物研磨材料的方法的模式圖。首先，由研磨材料中間體卷狀物200輸出研磨材料中間體20。然后，將研磨材料中間體20沖壓成合適的形狀以獲得中間體部件25。使用夾具6、7和8將多個中間體部件25彼此疊加，并且將疊加后的中間體部件25壓制成具有較高的密度。此后，對處于被壓狀態(tài)的中間體部件25進(jìn)行加熱以使粘合劑前體完全固化，從而固定其形狀。在一個優(yōu)選實(shí)施方案中，熱固化步驟在100到200℃的溫度下進(jìn)行10到60分鐘。在這種熱固化步驟中，可獲得具有中心孔的圓柱形研磨刷(參見圖1(a))。
本發(fā)明的非織造織物研磨材料適合用在需要進(jìn)行超精加工而不是需要研磨力的應(yīng)用中。所述應(yīng)用的例子包括表面超精加工，例如鏡面加工。本發(fā)明的非織造織物研磨材料也適合用于對耐熱性較差的材料進(jìn)行研磨。這種材料的例子包括樹脂，特別是熱塑性樹脂和塑料材料。
本發(fā)明的非織造織物研磨材料的使用方法與常規(guī)的非織造織物研磨材料的使用方法相同。即，使非織造織物研磨材料與待研磨材料的表面接觸，并且在施加壓力的條件下使它們相對移動。這種研磨方法通常以如下方式實(shí)施在使非織造織物研磨材料的主表面與待研磨材料的表面接觸的條件下，旋轉(zhuǎn)該非織造織物研磨材料?？梢郧‘?dāng)?shù)卮_定諸如研磨載荷、研磨速度和研磨時間之類的研磨條件。
盡管以下將采用例子來詳細(xì)地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于該詳細(xì)描述，并且除非例子中有明確的描述，否則術(shù)語“份”均表示重量份。
例1使用氫氧化鋁(“B103”，由Nippon Keikinzoku K.K.公司生產(chǎn))作為反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物。使用Asahi Denka有限公司生產(chǎn)的“BONTIGHTER HUX-380”聚氨酯樹脂乳液作為粘結(jié)劑樹脂。該聚氨酯樹脂(固化后)的物理性能如下拉伸強(qiáng)度為38MPa(5500psi)，百分比伸長率為500％，肖氏D硬度為45，彈性模量為8.4MPa。使用其平均粒度為1微米的氫氧化鋁(“WA8000”，由Fujimi有限公司生產(chǎn))作為磨粒。另外，制備一種由6旦×38毫米的尼龍6，6纖維構(gòu)成的環(huán)形非織造織物作為非織造織物，該環(huán)形非織造織物的定重為440g/m2、厚度為10毫米、直徑為10厘米。
將50份作為反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物的氫氧化鋁和300份磨粒加入100份聚氨酯樹脂中，對所得的混合物進(jìn)行捏合以得到涂布液。通過噴涂法將該涂布液涂敷于非織造織物的正反兩面上。涂布液的涂敷量(以干態(tài)計(jì)算)為880g/m2。此后，將所得的材料放入烘箱中在110℃下加熱20分鐘，以使粘合劑前體至少部分固化。由此得到非織造織物研磨盤。
將非織造織物研磨盤推靠到不銹鋼板的主表面上，并使該非織造織物研磨盤旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行研磨試驗(yàn)。使用不銹鋼板(SS#304)作為工件。研磨條件如下載荷為2000g/m2，研磨速度為10000rpm，研磨時間為5秒。
研磨后，在距離研磨盤10mm的位置處使用輻射溫度計(jì)(“THERMOMETER TR-0510b”，由Minolta K.K.公司生產(chǎn))測量工件的表面溫度，測量結(jié)果為150℃。檢查工件的被研磨表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其經(jīng)鏡面加工后不帶污跡。
例2除了不使用磨粒以外，按照與例1所述類似的方式制備非織造織物研磨盤，并進(jìn)行研磨試驗(yàn)。檢查工件的被研磨表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沒有產(chǎn)生污跡。其它結(jié)果如表1所示。
例3除了使用100份水滑石(“DHT-6”，由Kyowa Chemical Industry有限公司生產(chǎn))代替氫氧化鋁以外，按照與例1所述類似的方式制備例3的非織造織物研磨盤。經(jīng)測定，研磨后工件的溫度為130℃。工件經(jīng)鏡面加工后不帶污跡。
例4除了不加入磨粒以外，按照與例3所述類似的方式制備例4的非織造織物研磨盤。對比性的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
比較例1除了不使用反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物以外，按照與例1所述類似的方式制備非織造織物研磨盤，并進(jìn)行研磨試驗(yàn)。檢查工件的被研磨表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其經(jīng)鏡面加工后部分地帶有污跡。其它結(jié)果如表1所示。
比較例2按照與例1所述類似的方式制備非織造織物研磨盤，不同之處在于a)不使用反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物；以及b)不使用磨粒。在進(jìn)行研磨試驗(yàn)時，檢查工件的被研磨表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沒有產(chǎn)生污跡。其它結(jié)果如下表1所示。
表1

*水滑石類化合物DHT-6，由Kyowa Chemical Industry有限公司生產(chǎn)，分子式為Mg6Al2(OH)18CO3·4H2O。
表1所示的結(jié)果表明，即使是在通過干式研磨的方式進(jìn)行表面超精加工或鏡面加工的時候，本發(fā)明的非織造織物研磨盤也會使產(chǎn)熱受到抑制，并且使污跡得到控制。
例5準(zhǔn)備厚度分別為約25mm的ABS樹脂板(“ABS-NWN”，由Shin-Kobe Denki K.K.公司生產(chǎn))和PP樹脂板(“PP-NBN”，由Shin-Kobe Denki K.K.公司生產(chǎn))。ABS樹脂和PP樹脂都是軟化溫度為約100℃的熱塑性樹脂。使用與例1制備的研磨盤相同的研磨盤進(jìn)行研磨，但是使用上述樹脂板作為工件。
檢查工件的被研磨表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沒有產(chǎn)生由于摩擦熱而熔融形成的痕跡。圖4為ABS樹脂板的被研磨表面的照片。圖5為PP樹脂板的被研磨表面的照片。
比較例3使用如比較例1所述的研磨盤進(jìn)行研磨，但是使用厚度分別為約25毫米的AB S樹脂板(“ABS-NWN”，由Shin-Kobe Denki K.K.公司生產(chǎn))和PP樹脂板(“PP-NBN”，由Shin-Kobe Denki K.K.公司生產(chǎn))作為工件。
檢查工件的被研磨表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樹脂由于受到摩擦熱而熔融形成黑色的污跡和磨屑。圖6為ABS樹脂板的被研磨表面的照片。圖7為PP樹脂板的被研磨表面的照片。
非織造織物研磨材料的這種性能上的改善不僅在上述疊層型研磨盤中觀察到了，而且在螺旋型和瓣型以及其它類型的研磨刷中也觀察到了。
權(quán)利要求
1.一種研磨材料，該研磨材料含有反應(yīng)性無機(jī)化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨材料，其中所述研磨材料為非織造織物研磨材料，該非織造織物研磨材料具有非織造織物；粘合劑，該粘合劑粘著在所述非織造織物的纖維的表面上；和反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物，該反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物通過所述粘合劑粘著到所述非織造織物的所述纖維上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的研磨材料，該研磨材料還具有通過所述粘合劑粘著到所述非織造織物的所述纖維上的磨粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的研磨材料，其中所述反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物的反應(yīng)溫度不超過300℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任意一項(xiàng)所述的研磨材料，其中所述的反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物為選自氫氧化鋁、鋁酸鈣、堿式碳酸鎂中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任意一項(xiàng)所述的非織造織物研磨材料，其中以100重量份的所述粘合劑來計(jì)算，所述反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物的含量為10到300重量份。
7.一種研磨塑料材料的方法，該方法包括使根據(jù)權(quán)利要求1到6中任意一項(xiàng)所述的非織造織物研磨材料與塑料材料的表面摩擦性地接觸，以及使所述非織造織物研磨材料或所述塑料材料中的至少一者相對于另一者移動，以研磨所述塑料材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非織造織物研磨材料，該非織造織物研磨材料含有反應(yīng)性無機(jī)吸熱化合物。
文檔編號B24D11/00GK101094749SQ200580045636
公開日2007年12月26日 申請日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者山原通宏 申請人:3M創(chuàng)新有限公司