專利名稱：磨料制品及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及磨料制品，更具體地說，本發(fā)明涉及可允許空氣和塵粒通過的多孔磨料制品。

背景技術：
磨料制品在工業(yè)中被用于研磨、磨削以及拋光應用。它們可以以諸如砂帶、砂盤、砂片等多種變換的形式以及多種不同的尺寸而得到。
通常，當使用“片狀物”(即砂盤和砂片)形式的磨料制品時，采用支承墊將磨料制品安置或附著到研磨工具上。將砂盤和砂片附著到支承墊上的一種方法涉及到兩件式機械接合系統(tǒng)，例如鉤環(huán)緊固件(hook and loop fastener)。當附著裝置為鉤環(huán)系統(tǒng)時，磨料制品的與磨料涂層相背的背襯表面上會帶有環(huán)或鉤部件，而支承墊會帶有與之互補的配合部件(即鉤或環(huán))。
一種類型的支承墊具有通過一系列溝槽相連的粉塵收集孔，以幫助控制細屑在磨料制品的研磨表面上的聚集。粉塵收集孔通常與真空源相連。粉塵收集溝槽和孔提供了用于從研磨表面除去諸如細屑、粉塵和碎屑之類的顆粒的通道。該通道也可用于從研磨表面除去諸如水或油之類的研磨流體。
在一些構造中，上述顆粒和流體穿過磨料制品中的切孔而從磨料制品的研磨表面轉移到支承墊處。由于這種孔是間斷存在的，所以這些設計方式的除塵能力是有限的。關于其它的構造，如Hoglund等人的美國專利No.6,024,634所記載的那樣，磨料制品由具有一體式的環(huán)的多孔針織布制成。
Hoglund等人所記載的磨料制品的性能至少部分地受到以下這些因素的限制用于生產(chǎn)磨料制品用針織布的針織設備的性能、以及用于將磨料層施加到針織布所選區(qū)域上的磨料涂敷工藝的性能。
人們一直需要有可供選用的方式來獲得帶有機械緊固系統(tǒng)并且具有除塵能力的成本有效型磨料制品。人們尤其希望獲得多孔磨料制品，其中可以獨立于附著裝置來設計和制造磨料層。
發(fā)明概述 本發(fā)明總體上涉及磨料制品，更具體地說，本發(fā)明涉及可允許空氣和塵粒通過的多孔磨料制品。
在一個方面，本發(fā)明提供一種具有網(wǎng)狀磨料(screen abrasive)和多孔附著界面的磨料制品。網(wǎng)狀磨料具有開口網(wǎng)眼背襯，該網(wǎng)眼背襯具有第一主表面、第二主表面和從第一主表面延伸到第二主表面的多個開口。具有多個垂直定向的磨粒和至少一種粘結劑的磨料層被固定在背襯的第一主表面的至少一部分上。多孔附著界面包括兩件式機械接合系統(tǒng)中的環(huán)部分、并與網(wǎng)狀磨料相配合從而使得顆粒可以從磨料制品中流過。
在一些實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯是織造織物。在一些實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯可包括玻璃纖維、尼龍、聚酯、聚丙烯或鋁。在另外的實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯是穿孔薄膜。
在一些實施方案中，位于開口網(wǎng)眼背襯中的各個開口的平均開口面積為至少0.3平方毫米。在一些實施方案中，所有這些開口的總的開口面積為第一主表面面積的至少50％。
在一些實施方案中，多孔附著界面包括非織造織物。在一些實施方案中，多孔附著界面包括格利孔隙度(Gurley porosity)為不大于3秒/300立方厘米空氣的非織造織物。在一些實施方案中，磨料制品的格利孔隙度為不大于3秒/300立方厘米空氣。
在一些實施方案中，使用粘合劑(例如熱熔型或噴涂型)將多孔附著界面固定到開口網(wǎng)眼背襯上。
在另一方面，本發(fā)明提供制備磨料制品的方法，所述磨料制品具有網(wǎng)狀磨料和多孔附著界面，該多孔附著界面與網(wǎng)狀磨料相配合從而使得顆?？梢詮哪チ现破分辛鬟^。
在另一方面，本發(fā)明提供可供選用的方式來得到帶有機械緊固系統(tǒng)并且具有除塵能力的成本有效型磨料制品。該磨料制品可用于研磨各種表面，包括(例如)涂料、底漆、木材、塑料、玻璃纖維和金屬的表面。在一些實施方案中，可以獨立于多孔附著界面來設計和制造磨料層，從而使得制造者可以在基本上與多孔附著界面的選擇無關的條件下使網(wǎng)狀磨料的性能最優(yōu)化，反之亦然。
本發(fā)明的以上概述部分并非試圖描述本發(fā)明的每一個公開的實施方案或每一種實施方式。附圖和下面的詳述部分更具體地舉例說明了示例性的實施方案。
在本發(fā)明中 術語“垂直定向”是指這樣的特征其中大部分磨粒的較長維度被設置成與背襯基本上垂直(例如夾角在60°至120°之間)。
附圖的簡要說明

圖1是部分被切掉以示出多孔附著界面的本發(fā)明的示例性磨料制品的立體圖； 圖2是部分被切掉以示出磨料層構成的示例性的開口網(wǎng)眼型網(wǎng)狀磨料的立體圖； 圖3是部分被切掉以示出磨料層構成的示例性的織造開口網(wǎng)眼型網(wǎng)狀磨料的立體圖； 圖4是本發(fā)明示例性磨料制品的剖視圖； 圖5是磨粒未垂直定向的網(wǎng)狀磨料制品的研磨表面放大100倍的SEM顯微照片； 圖6是磨粒垂直定向的本發(fā)明網(wǎng)狀磨料的研磨表面放大100倍的SEM顯微照片。
發(fā)明詳述 圖1是部分被切掉的示例性磨料制品110的立體圖。如圖1所示，磨料制品110具有網(wǎng)狀磨料112(位于該磨料制品的上表面上)和附著到網(wǎng)狀磨料112上的多孔附著界面116。多孔附著界面116與網(wǎng)狀磨料112相配合從而使得顆?？梢詮哪チ现破?10中流過。
多孔附著界面形成兩件式機械接合系統(tǒng)的環(huán)部分。多孔附著界面通常用于將本發(fā)明的磨料制品固定到支承墊上。支承墊通常具有帶鉤的大體平坦的主表面，磨料制品(例如砂盤或砂片)的多孔附著界面可附著到該主表面上。
盡管支承墊可用手握持，但更通常的是，將支承墊與諸如電動或氣動砂輪磨光機之類的動力研磨裝置結合使用。多孔附著界面可被設計為帶有環(huán)，所述的環(huán)使得使用較小的力就可以將磨料制品從支承墊上取下來。此外，所述的環(huán)還可被設計成在使用過程中可以防止磨料制品相對于支承墊移動。所述環(huán)的所需尺寸取決于所提供的鉤柄的形狀和類型、以及磨料制品所需的接合特征。
適合用于多孔附著界面的材料既包括織造材料，也包括非織造材料。在機織和針織的多孔附著界面材料中，織物結構中包含形成環(huán)的長絲或紗線，以形成用于與鉤接合的直立的環(huán)。在非織造的附著界面材料中，可由互鎖纖維形成環(huán)。在一些非織造的附著界面材料中，可以由穿過非織造纖維網(wǎng)的縫線形成環(huán)，由此形成直立的環(huán)。
適合用作多孔附著界面的有用的非織造織物包括(但不限于)氣流成網(wǎng)法非織造織物、紡粘型非織造織物、射流噴網(wǎng)法非織造織物、粘合型熔噴纖維網(wǎng)和粘合型梳理纖維網(wǎng)?？赏ㄟ^本領域技術人員已知的各種方法將非織造材料粘合，所述方法包括(例如)針刺法、縫編法、水刺法、化學粘合法和熱粘合法。所用的織造或非織造材料可由天然纖維(例如木或棉纖維)、合成纖維(例如聚酯或聚丙烯纖維)、或天然纖維與合成纖維并用而制成。在一些實施方案中，多孔附著界面可由尼龍、聚酯或聚丙烯制成。
在一些實施方案中，多孔附著界面具有開口結構，其中該開口結構不會顯著地干擾穿過其中的氣流或顆粒流。在一些實施方案中，至少部分地基于材料的孔隙度來選擇多孔附著界面材料。
使用Gurley Densitometer Model 4410來測量本發(fā)明的多孔附著界面的孔隙度。Gurley Densitometer測量在使用1.39焦耳/米的力的條件下使300立方厘米的空氣穿過面積為0.65平方厘米的多孔附著界面所需要的以秒計的時間值。這種Gurley裝置及其使用步驟在紡織工業(yè)中是已知的。就本發(fā)明的目的而言，假如某材料或復合物的格利孔隙度為小于5秒/300立方厘米空氣，則應當認為它是“多孔的”。
在一些實施方案中，多孔附著界面的格利孔隙度為不大于3秒/300立方厘米空氣。在另一些實施方案中，多孔附著界面的格利孔隙度為不大于1秒/300立方厘米空氣。在又一些實施方案中，多孔附著界面的格利孔隙度為不大于0.5秒/300立方厘米空氣。
除了測量用于本發(fā)明磨料制品結構中的材料(例如，多孔附著界面)的格利孔隙度之外，還可測量磨料制品的格利孔隙度。在一些實施方案中，本發(fā)明磨料制品的格利孔隙度為不大于5秒/300立方厘米空氣。在另一些實施方案中，本發(fā)明磨料制品的格利孔隙度為不大于1.5秒/300立方厘米空氣。在又一些實施方案中，磨料制品的格利孔隙度為不大于1秒/300立方厘米空氣。
多孔附著界面無論為織造織物還是非織造織物，均可被制成為具有多種不同的織物單位重量?？捎糜诒景l(fā)明的多孔附著界面的平均織物單位重量通常為至少約30克/平方米。在一些實施方案中，多孔附著界面的平均織物單位重量為至少約40克/平方米。在又一些實施方案中，多孔附著界面的平均織物單位重量為至少約50克/平方米。
可用于本發(fā)明的多孔附著界面的平均織物單位重量通常為不大于約100克/平方米。在一些實施方案中，多孔附著界面的平均織物單位重量為不大于約90克/平方米。在又一些實施方案中，多孔附著界面的平均織物單位重量為不大于約85克/平方米。
多孔附著界面無論是織造織物還是非織造織物，均可被制成為具有多種不同的厚度。就本發(fā)明的目的而言，使用10克其面積為10平方厘米的圓形壓盤來測定多孔附著界面的厚度?？捎糜诒景l(fā)明的多孔附著界面的平均厚度通常為小于約3毫米。在一些實施方案中，多孔附著界面的平均厚度為小于約1.5毫米。在又一些實施方案中，多孔附著界面的平均厚度為小于約1毫米。
可用于本發(fā)明的多孔附著界面的平均厚度通常為至少約0.2毫米。在一些實施方案中，多孔附著界面的平均厚度為至少約1毫米。在又一些實施方案中，多孔附著界面的平均厚度為至少約1.5毫米。
圖2是部分被切掉以示出磨料層構成的示例性的開口網(wǎng)眼型網(wǎng)狀磨料212的立體圖。網(wǎng)狀磨料212具有被磨料層覆蓋的開口網(wǎng)眼背襯218。開口網(wǎng)眼背襯218具有多個開口224。磨料層具有底漆涂層(make coat)232、磨粒230和面漆涂層(size coat)234。多個開口214延伸穿過網(wǎng)狀磨料212。
開口網(wǎng)眼背襯可由任意多孔材料制成，所述多孔材料包括(例如)穿孔薄膜、或者機織織物或針織織物。在圖2所示的實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯218是穿孔薄膜。用于背襯的膜可由金屬、紙張或塑料(包括模制的熱塑性材料和模制的熱固性材料)制成。在一些實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯由玻璃纖維、尼龍、聚酯、聚丙烯或鋁制成。
開口網(wǎng)眼背襯218中的開口224可為圖2中示出的大體正方形的形狀。在另一些實施方案中，開口的形狀可以為另一些幾何形狀，包括(例如)矩形、圓形、橢圓形、三角形、平行四邊形、多邊形或這些形狀的組合。開口網(wǎng)眼背襯218中的開口224可以如圖2所示具有相同的尺寸和一致的定位。在另一些實施方案中，通過(例如)采用隨機的開口定位圖案、變化的開口尺寸或形狀、或者隨機定位和隨機形狀以及隨機尺寸的任意組合來以不一致的方式布置開口。在一些實施方案中，在選擇開口網(wǎng)眼背襯中開口的形狀、尺寸和定位方式時，要考慮支承墊中的真空孔的構造。
圖3是部分被切掉以示出磨料層構成的示例性的織造開口網(wǎng)眼型網(wǎng)狀磨料的立體圖。如圖3所示，網(wǎng)狀磨料312具有織造型開口網(wǎng)眼背襯318和磨料層。磨料層具有底漆涂層332、磨粒330和面漆涂層334。多個開口314延伸穿過網(wǎng)狀磨料312。
織造型開口網(wǎng)眼背襯318具有多個經(jīng)紗單元338和多個緯紗單元336，其中所述的多個經(jīng)紗單元338大體上平行并且在第一方向上延伸，所述的多個緯紗單元336大體上平行并且在第二方向上延伸。開口網(wǎng)眼背襯318中的經(jīng)紗單元338和緯紗單元336形成多個開口324?？扇芜x的鎖定層326可用于改善開口網(wǎng)眼背襯的一體性或改善磨料層對開口網(wǎng)眼背襯的附著作用。
如圖3所示，上述第二方向垂直于上述第一方向從而在織造型開口網(wǎng)眼背襯318中形成正方形的開口324。在一些實施方案中，第一方向和第二方向相交而形成菱形圖案。開口的形狀可為其它幾何形狀，包括(例如)矩形、圓形、橢圓形、三角形、平行四邊形、多邊形或這些形狀的組合。在一些實施方案中，經(jīng)紗單元和緯紗單元是以一上一下的交織方式織在一起的紗線。
經(jīng)紗單元和緯紗單元可通過現(xiàn)有技術中已知的任意方法而結合在一起，所述方法包括(例如)織造法、縫編法或粘合劑粘結法。經(jīng)紗單元和緯紗單元可以為纖維、長絲、絲、紗線或它們的組合。經(jīng)紗單元和緯紗單元可由本領域技術人員已知的各種材料制成，所述材料包括(例如)合成纖維、天然纖維、玻璃纖維和金屬。在一些實施方案中，經(jīng)紗單元和緯紗單元包括由熱塑性材料或金屬線構成的單根長絲。在一些實施方案中，織造型開口網(wǎng)眼背襯包括尼龍、聚酯或聚丙烯。
開口網(wǎng)眼背襯318中的開口324可以如圖3所示具有相同的尺寸和一致的定位。在另一些實施方案中，通過(例如)采用隨機的開口定位圖案、變化的開口尺寸或形狀、或者隨機定位和隨機形狀以及隨機尺寸的任意組合來以不一致的方式布置開口。
開口網(wǎng)眼背襯無論是織造的還是穿孔的，均可包括其開口面積不同的開口。在網(wǎng)眼背襯中，開口的“開口面積”是指在網(wǎng)眼背襯的厚度上測得的開口面積(即，由開口(三維物體可通過其中)形成材料的周邊所限定的面積)?？捎糜诒景l(fā)明的開口網(wǎng)眼背襯的平均開口面積通常為至少約0.3平方毫米/開口。在一些實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯的平均開口面積為至少約0.5平方毫米/開口。在又一些實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯的平均開口面積為至少約0.75平方毫米/開口。
通常，可用于本發(fā)明的開口網(wǎng)眼背襯的平均開口面積為小于約3.5平方毫米/開口。在一些實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯的平均開口面積為小于約2.5平方毫米/開口。在又一些實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯的平均開口面積為小于約0.95平方毫米/開口。
開口網(wǎng)眼背襯無論是織造的還是穿孔的都具有一個總開口面積，所述的總開口面積會影響可穿過開口網(wǎng)眼背襯的空氣的量、以及有效面積和磨料層的性能。網(wǎng)眼背襯的“總開口面積”是指在網(wǎng)眼背襯的單位面積上測得的開口的累積開口面積?？捎糜诒景l(fā)明的開口網(wǎng)眼背襯的總開口面積為至少約0.5平方厘米/平方厘米背襯(即，50％的開口面積)。在一些實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯的總開口面積為至少約0.6平方厘米/平方厘米背襯(即，60％的開口面積)。在又一些實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯的總開口面積為至少約0.75平方厘米/平方厘米背襯(即，75％的開口面積)。
通常，可用于本發(fā)明的開口網(wǎng)眼背襯的總開口面積為小于約0.95平方厘米/平方厘米背襯(即，95％的開口面積)。在一些實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯的總開口面積為小于約0.9平方厘米/平方厘米背襯(即，90％的開口面積)。在又一些實施方案中，開口網(wǎng)眼背襯的總開口面積為小于約0.82平方厘米/平方厘米背襯(即，82％的開口面積)。
如上文所討論的那樣，網(wǎng)狀磨料的磨料層包含多個磨粒和至少一種粘結劑。在一些實施方案中，磨料層具有底漆涂層、面漆涂層、上部面漆涂層(supersize coat)、或它們的組合。在一些實施方案中，可對開口網(wǎng)眼背襯進行處理，所述處理例如為施加預涂面漆涂料(presize)、背部面漆涂料(backsize)、次面漆涂料(subsize)或浸漬劑。
通常，經(jīng)涂敷的磨料的底漆涂層是通過在開口網(wǎng)眼背襯(經(jīng)處理或未經(jīng)處理)的至少一部分上涂敷底漆涂層前體而制得的。接著將磨粒至少部分地嵌入(例如，通過靜電涂敷來實現(xiàn))到包含第一粘結劑前體的底漆涂層前體中，并且使底漆涂層前體至少部分地固化。對磨粒進行靜電涂敷通常可提供垂直定向的磨粒。也可以采用使磨粒垂直定向的其它技術。
圖6是磨粒垂直定向的本發(fā)明網(wǎng)狀磨料的研磨表面放大100倍的SEM顯微照片。圖5是磨粒未垂直定向的網(wǎng)狀磨料制品的研磨表面放大100倍的SEM顯微照片。
接下來，通過以下方法制備面漆涂層用其中含有第二粘結劑前體(其可以與第一粘結劑前體相同或不同)的面漆涂層前體涂敷至少一部分底漆涂層和磨粒，并將該面漆涂層前體至少部分地固化。在一些涂附磨料制品中，將上部面漆涂料施加到面漆涂層的至少一部分上。如果存在上部面漆涂層的話，上部面漆涂層通常包含助磨劑和/或抗填充材料。
通常，通過使粘結劑前體固化(例如，通過熱的方式、或者通過使用電磁輻射或微粒輻射的方式來實現(xiàn))而形成粘結劑?？捎玫牡谝缓偷诙辰Y劑前體在磨料技術領域中是公知的，其包括(例如)自由基聚合性單體和/或低聚物、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、氨基塑料樹脂、氰酸酯樹脂、或其組合?？捎玫恼辰Y劑前體包括可通過(例如)受熱和/或受輻照而固化的熱固化型樹脂和輻射固化型樹脂。
適合用于本發(fā)明磨料制品的網(wǎng)狀磨料中的磨?？梢允侨魏我阎哪チ；蛲ǔＳ糜谀チ现破分械牟牧??？捎糜诮?jīng)涂敷的磨料的磨粒的例子包括(例如)熔融氧化鋁、熱處理氧化鋁、熔融白剛玉、黑色碳化硅、綠色碳化硅、二硼化鈦、碳化硼、碳化鎢、碳化鈦、金剛石、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化鋁氧化鋯、溶膠-凝膠磨粒、二氧化硅、氧化鐵、氧化鉻、二氧化鈰、氧化鋯、二氧化鈦、硅酸鹽、金屬碳酸鹽(例如碳酸鈣(例如，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)、二氧化硅(例如，石英、玻璃小珠、玻璃泡和玻璃纖維)、硅酸鹽(例如，滑石、粘土(蒙脫土)、長石、云母、硅酸鈣、偏硅酸鈣、鋁硅酸鈉、硅酸鈉)、金屬硫酸鹽(例如，硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈉、硫酸鋁鈉、硫酸鋁)、石膏、三水合鋁、石墨、金屬氧化物(例如，氧化錫、氧化鈣、氧化鋁、二氧化鈦)和金屬亞硫酸鹽(例如，亞硫酸鈣)、金屬顆粒(例如，錫、鉛、銅)、由熱塑性材料(例如，聚碳酸酯、聚醚酰亞胺、聚酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、縮醛聚合物、聚氯乙烯、聚氨酯、尼龍)形成的塑料磨粒、由交聯(lián)聚合物(例如，酚醛樹脂、氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、三聚氰胺-甲醛、丙烯酸酯樹脂、丙烯酸改性異氰尿酸酯樹脂、脲醛樹脂、異氰尿酸酯樹脂、丙烯酸改性聚氨酯樹脂、丙烯酸改性環(huán)氧樹脂)形成的塑料磨粒、及其組合。磨粒還可以為其中含有附加成分(例如粘結劑)的團塊或復合物。具體研磨應用所用磨粒的選擇標準通常包括研磨壽命、切削速率、基底表面光潔度、研磨效率和生產(chǎn)成本。
經(jīng)涂敷的網(wǎng)狀磨料可進一步包含可任選的添加劑，例如磨粒表面改性添加劑、偶聯(lián)劑、增塑劑、填料、膨脹劑、纖維、抗靜電劑、引發(fā)劑、懸浮劑、光敏劑、潤滑劑、潤濕劑、表面活性劑、顏料、染料、UV穩(wěn)定劑和懸浮劑。選擇這些材料的量從而提供所需的性能。添加劑還可被摻和到粘結劑中、被施加成單獨的涂層、被保持在團塊的孔隙中、或上述方式的組合。
經(jīng)涂敷的網(wǎng)狀磨料制品可被制成(例如)砂帶、砂卷、砂盤(包括有孔砂盤)和/或砂片?？捎糜趻伖獠僮髦械慕?jīng)涂敷的網(wǎng)狀磨料的一種形式是砂盤。砂盤常用于汽車車身和木材的終飾層的維護和修復。砂盤可被構造為與包括(例如)電動或氣動砂輪磨光機在內的多種工具一起使用。用于支承該砂盤的所述工具可具有自帶的真空系統(tǒng)、或者可以與真空管線相連，以有助于容納粉塵。
圖4是本發(fā)明的示例性磨料制品410的剖視圖。如圖4所示，磨料制品410具有通過使用粘合劑440而固定到開口網(wǎng)眼背襯416上的網(wǎng)狀磨料412。網(wǎng)狀磨料412可通過使用任何合適的接合形式而貼附到多孔附著界面416上，所述的接合形式例如為膠合、壓敏粘合、熱熔粘合、噴涂粘合、熱粘結和超聲焊接。
以不妨礙顆粒從磨料制品中流過的方式將網(wǎng)狀磨料固定到多孔附著界面上。在一些實施方式中，以不抑制顆粒從磨料制品中流過的方式將網(wǎng)狀磨料附著到多孔附著界面上。顆粒從磨料制品中流過時的順暢程度會至少部分地受到被引入網(wǎng)狀磨料和多孔附著界面之間的粘合劑的制約?？梢酝ㄟ^以諸如離散的粘合區(qū)域(例如噴霧的方式或者采用貧料擠出模頭(starved extrusion die))或分開的粘合線(例如熱熔旋渦噴涂的方式或者采用圖案化的輥式涂布機)之類的非連續(xù)方式將粘合劑施加到網(wǎng)狀磨料上，從而使顆粒從磨料制品中流過時受制約的程度達到最小化。
在一些實施方案中，可從本發(fā)明的磨料制品中流過的細屑、粉塵或碎屑之類的顆粒具有至少為10微米的顆粒尺寸。在一些實施方案中，至少30微米的顆?？纱┻^磨料制品。在又一個實施方案中，至少45微米的顆粒可穿過磨料制品。
在一些實施方案中，通過以下方式將網(wǎng)狀磨料粘附到多孔附著界面上將噴涂型粘合劑(例如“3M BRAND SUPER 77 ADHESIVE”，可得自位于美國明尼蘇達州St.Paul市的3M公司)施加到網(wǎng)狀磨料的一側上。在另外的實施方案中，使用熱熔噴槍或帶有梳形墊片的擠出機，將熱熔型粘合劑施加到網(wǎng)狀磨料的一側上。在又一些實施方案中，把預成型的涂有粘合劑的多孔網(wǎng)放置在網(wǎng)狀磨料和多孔附著界面之間。
可用于本發(fā)明中的粘合劑既包括壓敏粘合劑，又包括非壓敏型的粘合劑。壓敏粘合劑在室溫下通常為粘性的，并且可通過施加至多為輕輕指壓的力量而被粘結到表面上，而非壓敏型的粘合劑包括溶劑活化、熱活化或輻射活化的粘合劑體系。可用于本發(fā)明的粘合劑的實例包括那些基于一般組分的聚丙烯酸酯、聚乙烯基醚、含二烯的橡膠(例如天然橡膠、聚異戊二烯和聚異丁烯)、聚氯丁二烯、丁基橡膠、丁二烯-丙烯腈聚合物、熱塑性彈性體、嵌段共聚物(例如苯乙烯-異戊二烯和苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯-二烯聚合物和苯乙烯-丁二烯聚合物)、聚α-烯烴、無定形的聚烯烴、硅酮、含乙烯的共聚物(例如乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸乙酯和乙烯-甲基丙烯酸乙酯)、聚氨酯、聚酰胺、聚酯、環(huán)氧樹脂、聚乙烯吡咯烷酮和乙烯吡咯烷酮共聚物、以及上述物質的混合物。另外，粘合劑可含有諸如增粘劑、增塑劑、填料、抗氧劑、穩(wěn)定劑、顏料、散射顆粒、固化劑和溶劑之類的添加劑。
以下例子將進一步說明本發(fā)明的優(yōu)點和其它實施方案，但這些例子中列舉的具體材料及其用量、以及其它條件和細節(jié)不應被解釋為是用來過度限制本發(fā)明。例如，多孔附著界面的織物單位重量、厚度和組成可發(fā)生變化。除非另外指明，否則所有的份數(shù)和百分數(shù)都是以重量計。
除非另外指明，否則在下列例子中記載的所有的份數(shù)、百分數(shù)和比率都是以重量計，例子中使用的所有試劑都得自或可得自普通化學品供應商(如位于美國密蘇里州Saint Louis市的Sigma-AldrichChemical公司)，或者可以通過常規(guī)技術合成。
例子 砂磨試驗#1 將5英寸(12.7cm)的測試砂盤附著到5英寸(12.7cm)的泡沫界面墊(可得自位于美國明尼蘇達州St.Paul市的3M公司，商品名為“HOOKIT II SOFT INTERFACE PAD”)上，然后將所得物附著到5孔的、5英寸(12.7cm)×1.25英寸(3.18cm)厚的、乙烯樹脂覆面的泡沫支承墊(可得自3M公司，商品名為“3M HOOKIT IIBACKUP PAD”)上。將該支承墊安裝到精細拋光用定軌砂輪磨光機(得自位于美國伊利諾伊州Rockford市的National Detroit公司)上。
以手動方式使磨料層與14英寸×15英寸(35.6cm×38.1cm)的經(jīng)底涂的板狀工件相接觸。然后在3英寸/秒(7.6cm/s)、66磅/平方英寸(455千帕)以及與工件表面成10°角的條件下將工件研磨45秒。將這種45秒的研磨周期另外重復4次，記錄在第一、第二至第四和第五周期后被切削的材料的量，由此確定總的平均切削量/樣品。平均切削率由三個樣品的平均值來確定。切削壽命是最后(第五周期)的切削量與初始(第一周期)的切削量之比。
砂磨試驗#2 將5英寸(12.7cm)的測試砂盤附著到5孔的、帶有Hookit V-通道的、5英寸(15.2cm)×1.25英寸(3.18cm)厚的、乙烯樹脂覆面的泡沫支承墊(可得自3M公司，商品名為“3M HOOKIT BACKUPPAD”(零件編號為84226))上。將該支承墊安裝到精細拋光用雙功能定軌砂輪磨光機(可得自位于美國紐約州Lawrence市的Dynabrade公司，商品名為“MODEL 21038”)上。把帶有5微米過濾膜的集塵袋附著到砂輪磨光機上以收集粉塵。
以手動方式使磨料層與18英寸×30英寸(45.7cm×76.2cm)的帶膠衣的測試板相接觸。使砂輪磨光機在空氣管路壓力為90磅/平方英寸(620.5千帕)以及下壓力為0.53磅/平方英寸(3.65千帕)的條件下運轉60秒。采用與工件表面成0°的角度。將這種60秒的研磨周期另外重復2次，使得總研磨時間為3分鐘，由此確定總的平均切削量/樣品。平均切削率由三個樣品的平均值來確定。
砂磨試驗#3 將5英寸(12.7cm)的測試砂盤附著到5孔的、5英寸(12.7cm)×1.25英寸(3.18cm)厚的、帶有V-通道的泡沫支承墊(可得自3M公司，商品名為“3M HOOKIT BACKUP PAD”(零件編號為84226))上。將該支承墊安裝到精細拋光用雙功能定軌砂輪磨光機(商品名為“MODEL 21038”，得自Dynabrade公司)上。把帶有5微米過濾膜的集塵袋附著到砂輪磨光機上以收集粉塵。
以手動方式使磨料層與18英寸×24英寸(45.7cm×61.0cm)的經(jīng)涂敷的測試板相接觸。使砂輪磨光機在空氣管路壓力為90磅/平方英寸(620.5千帕)以及下壓力為0.53磅/平方英寸(3.65千帕)的條件下運轉51秒。采用與工件表面成0°的角度。將這種51秒的研磨周期另外重復7次，使得總研磨時間為6.8分鐘，記錄在8個周期后粉塵袋中收集到的細屑的重量。用收集到的細屑的重量除以總的切削重量，將所得值定義為粉塵收集效率。
砂磨試驗#4 將5英寸(12.7cm)的測試砂盤附著到5孔的、帶有Hookit V-通道的、5英寸(12.7cm)×1.25英寸(3.18cm)厚的、乙烯樹脂(鉤)覆面的泡沫支承墊(可得自3M公司，商品名為“3M HOOKITBACKUP PAD”(零件編號為84226))上。將該支承墊安裝到精細拋光用雙功能定軌砂輪磨光機(商品名為“MODEL 21038”，得自Dynabrade公司)上。把帶有5微米過濾膜的集塵袋附著到砂輪磨光機上以收集粉塵。
以手動方式使磨料層與18英寸×30英寸(45.7cm×76.2cm)的帶有Sikken Colorbuild底漆涂層的測試板相接觸。使砂輪磨光機在空氣管路壓力為90磅/平方英寸(620.5千帕)以及下壓力為0.53磅/平方英寸(3.65千帕)的條件下運轉30秒。采用與工件表面成2.5°的角度。將這種30秒的研磨周期另外重復5次，使得總研磨時間為3.0分鐘，由此確定總的平均切削量/樣品。平均切削率由兩個樣品的平均值來確定。
孔隙度測試 使用Gurley Densitometer Model 4410來測量本發(fā)明多孔附著界面的孔隙度。Gurley Densitometer測量在使用1.39焦耳/米的力的條件下使300立方厘米的空氣穿過面積為0.65平方厘米的多孔附著界面所需要的以秒計的時間值。
在以下例子中采用下列縮寫。
AI1尼龍織物，可得自位于意大利Busto Arsizio市的Sitip Industirl公司，商品名為“TRICOT”； AI2尼龍織物，可得自位于美國南卡羅來那州Spartanburg市的Milliken公司，商品名為Millilock； AI3樹脂粘結的聚對苯二甲酸乙二醇酯非織造織物，43克/平方米，得自位于美國俄亥俄州Cincinnati市的Stearns Technical Textiles公司； AI4經(jīng)乙基丙烯酸底涂的4密耳(101.6微米)的聚對苯二甲酸乙二醇酯膜，得自3M公司； “BUP1”5孔支承墊，可得自3M公司，商品名為“3MHOOKIT 05113184226 BACKUP PAD”； “BUP2”21孔支承墊，可得自位于芬蘭Jeppo市的KWHMirka有限公司； “TP1”涂敷有底漆的軟鋼測試板，可得自位于美國密歇根州Detroit市的Dupont Automotive公司，商品名為“URO1140S”； “TP2”涂敷有底漆的軟鋼測試板，可得自位于美國佐治亞州Norcross市的Akzo Nobel Coatings公司，商品名為“SIKKENS COLORBUILD BLACK”； “TP3”涂敷有eCoat(ED6060)Primer(764204)、Basecoat(542AB921黑色)和Clear涂層(RK8148)的軟鋼測試板，可得自位于美國密歇根州Hillsdale市的ACT Laboratories公司； “TP4”板，可得自位于美國明尼蘇達州Bloomington市的Seelye-Eiler Plastics公司，商品名為“BUTYRATEBLUE”； “TP5”涂敷有聚酯/乙烯基酯膠衣的玻璃纖維板，由位于美國明尼蘇達州White Bear Lake市的White BearBoat Works公司提供； “TP6”板，可得自Seelye-Eiler Plastics公司，商品名為“ACRYLIC PLASTIC”。
樣品制備 實施例1 將酚醛樹脂(可得自位于美國佐治亞州Augusta市的BakeliteEpoxy Polymer公司，商品名為“BAKELITE PHENOLIC RESIN”)分散到重量比為90∶10的水∶polysolve介質中，使得固體含量為56％，然后使用乙醇稀釋，使得固體含量為35重量％。將所得的樹脂分散物作為底漆涂料施加到平紋組織的玻璃纖維稀松布(可得自位于美國南卡羅來那州Anderson市的Hexcel Reinforcements公司，商品名為“1620”)上。將P320級的礬土研磨礦物(得自位于奧地利Villach市的Triebacher Schleifmittel AG公司，商品名為“FSX”)靜電涂敷到上述樹脂上，在205(96℃)下固化2小時。接著將35重量％的面漆涂料施加在所述底漆涂層和所述礦物之上，然后將所得的涂層在212(100℃)下固化16小時。將重量比為85∶15的硬脂酸鋅∶聚丙烯酸酯的30重量％的水分散物施加在所述的面漆涂層上。
實施例2 根據(jù)實施例1的方法制備網(wǎng)狀磨料，其中用等效量的FSX型P80級的礦物代替FSX P320級的礬土磨料。
實施例3 把得自3M公司的“3M 77 SPRAY ADHESIVE”型的粘合劑輕輕地噴涂到實施例1樣品的無磨料的那一側上、以及AI1的其中一側上，然后將這兩種材料層疊在一起。
實施例4 把得自3M公司的“3M 77 SPRAY ADHESIVE”型的粘合劑輕輕地噴涂到實施例1樣品的無磨料的那一側上、以及AI3的其中一側上，然后將這兩種材料層疊在一起。
實施例5 把得自3M公司的“3M 77 SPRAY ADHESIVE”型的粘合劑輕輕地噴涂到實施例2樣品的無磨料的那一側上、以及AI1的其中一側上，然后將這兩種材料層疊在一起。
實施例6 把“3M 77 SPRAY ADHESIVE”輕輕地噴涂到實施例1樣品的無磨料的那一側上、以及AI4的其中一側上，然后將這兩種材料層疊在一起。
實施例7 將酚醛樹脂(可得自位于美國佐治亞州Augusta市的BakeliteEpoxy Polymer公司，商品名為“BAKELITE PHENOLIC RESIN”)分散到重量比為90∶10的水∶polysolve介質中，使得固體含量為56％，然后使用乙醇稀釋，使得固體含量為35重量％。將所得的樹脂分散物作為底漆涂料施加到平紋組織的玻璃纖維稀松布(可得自位于美國南卡羅來那州Anderson市的Hexcel Reinforcements公司，商品名為“1620-12”)上。將P400級的礬土研磨礦物(得自位于奧地利Villach市的Triebacher Schleifmittel AG公司，商品名為“FSX”)靜電涂敷到上述樹脂上，在205(96℃)下固化2小時。接著將35重量％的面漆涂料施加在所述底漆涂層和所述礦物之上，然后將所得的涂層在212(100℃)下固化16小時。將重量比為85∶15的硬脂酸鋅∶聚丙烯酸酯的30重量％的水分散物施加在所述的面漆涂層上。把得自3M公司的“3M 77 SPRAY ADHESIVE”型的粘合劑輕輕地噴涂到所得樣品的無磨料的那一側上、以及AI1的其中一側上，然后將這兩種材料層疊在一起。
比較例 比較例A其附著背襯帶有一體式環(huán)的P320級網(wǎng)狀磨料，可得自位于芬蘭Jeppo市的KWH Mirka有限公司，商品名為“ABRANETP320”； 比較例B其附著背襯帶有一體式環(huán)的P80級網(wǎng)狀磨料，可得自位于芬蘭Jeppo市的KWH Mirka有限公司，商品名為“ABRANETP80”； 比較例C經(jīng)P320級礬土涂敷的研磨膜片，可得自3M公司，商品名為“334U P320”； 比較例D經(jīng)P80級礬土涂敷的研磨膜片，可得自3M公司，商品名為“734U P80”； 比較例E其附著背襯帶有一體式環(huán)的P400級網(wǎng)狀磨料，可得自位于芬蘭Jeppo市的KWH Mirka有限公司，商品名為“ABRANETP400”；以及 比較例FP400級砂盤，可得自位于日本東京市的Koyo-Sha株式會社，商品名為“POLINET”，其中磨粒沒有垂直定向。
使用Gurley Densitometer對多種背襯和樣品進行孔隙度試驗。結果列于表1中。
表1 根據(jù)砂磨試驗#3使用帶膠衣的試驗板TP1來評價實施例1、3和6?？偳邢髁亢统龎m結果列于表2中。
表2 按照表3所列的砂磨試驗和試驗板來評價實施例3、5和比較例A-D的切削壽命。
表3 根據(jù)砂磨試驗#3，使用帶膠衣的試驗板TP5來評價實施例3、4和比較例A。結果列于表4中。
表4 根據(jù)砂磨試驗#4來評價實施例7、比較例E和比較例F。結果列于表5中。
表5 應該理解的是，盡管在上述說明和例子中闡述了本發(fā)明的多種特征和優(yōu)點、以及本發(fā)明的結構和功能上的詳細情況，但上述公開僅僅是說明性的?？蓪Ω鱾€細節(jié)進行改變，特別是可以根據(jù)所附權利要求中的措詞所表達的意思以及那些結構和方法的等同形式對涉及網(wǎng)狀磨料和多孔附著界面的尺寸和組成、以及在本發(fā)明的原理范圍內使用的方法進行充分的改變。
權利要求
1.一種磨料制品，其具有
網(wǎng)狀磨料，該網(wǎng)狀磨料具有開口網(wǎng)眼背襯和磨料層，該開口網(wǎng)眼背襯具有第一主表面、第二主表面和從所述第一主表面延伸到所述第二主表面的多個開口，并且所述第一主表面具有一定的面積，該磨料層被固定到所述背襯的所述第一主表面的至少一部分上，并且該磨料層包含多個垂直定向的磨粒和至少一種粘結劑；和
多孔附著界面，該多孔附著界面與所述開口網(wǎng)眼背襯的所述第二主表面相連、并且具有兩件式機械接合系統(tǒng)中的環(huán)部分，該多孔附著界面與所述網(wǎng)狀磨料相配合從而使得顆?？梢詮乃瞿チ现破分辛鬟^。
2.權利要求1所述的磨料制品，其中所述的開口網(wǎng)眼背襯是織造織物。
3.權利要求2所述的磨料制品，其中所述的開口網(wǎng)眼背襯包含玻璃纖維、尼龍、聚酯、聚丙烯或鋁中的至少一種。
4.權利要求1所述的磨料制品，其中所述的開口網(wǎng)眼背襯是穿孔薄膜。
5.權利要求1所述的磨料制品，其中所述開口網(wǎng)眼背襯中的所述開口的平均開口面積為至少0.3平方毫米。
6.權利要求1所述的磨料制品，其中所述開口的總開口面積為所述第一主表面面積的至少50％。
7.權利要求1所述的磨料制品，其中所述顆粒包括尺寸為至少10微米的顆粒。
8.權利要求1所述的磨料制品，其中所述的多孔附著界面包括非織造織物。
9.權利要求8所述的磨料制品，其中所述非織造織物的格利孔隙度為不大于3秒/300立方厘米空氣。
10.權利要求9所述的磨料制品，該磨料制品的格利孔隙度為不大于3秒/300立方厘米空氣。
11.權利要求1所述的磨料制品，該磨料制品還包含粘合劑，該粘合劑將所述多孔附著界面固定到所述開口網(wǎng)眼背襯的所述第二主表面上。
12.權利要求11所述的磨料制品，其中所述粘合劑包括熱熔型粘合劑。
13.權利要求11所述的磨料制品，其中所述粘合劑包括噴涂型粘合劑。
14.一種磨料制品，其具有
織造背襯，該織造背襯具有第一主表面、第二主表面和從所述第一主表面延伸至所述第二主表面的多個開口；
磨料層，該磨料層被固定到所述背襯的所述第一主表面的至少一部分上，并且該磨料層包含多個垂直定向的磨粒和至少一種粘結劑；以及
多孔附著界面，該多孔附著界面被貼附到所述背襯的所述第二主表面上，并且該多孔附著界面具有兩件式機械接合系統(tǒng)中的環(huán)部分；
其中所述磨料制品是多孔的。
15.權利要求14所述的磨料制品，其中所述的多孔附著界面包括非織造織物。
16.權利要求14所述的磨料制品，該磨料制品的格利孔隙度為不大于3秒/300立方厘米空氣。
17.權利要求14所述的磨料制品，其中所述開口的總開口面積為所述第一主表面面積的至少50％。
18.一種制備磨料制品的方法，其包括
提供網(wǎng)狀磨料，該網(wǎng)狀磨料具有開口網(wǎng)眼背襯和磨料層，該開口網(wǎng)眼背襯具有第一主表面、第二主表面和從所述第一主表面延伸到所述第二主表面的多個開口，該磨料層被貼附到所述背襯的所述第一主表面的至少一部分上，并且該磨料層包含多個垂直定向的磨粒和至少一種粘結劑；以及
將多孔附著界面貼附到所述開口網(wǎng)眼背襯的所述第二主表面的至少一部分上，所述的多孔附著界面具有兩件式機械接合系統(tǒng)中的環(huán)部分、并且與所述網(wǎng)狀磨料相配合從而使得顆粒可以從所述磨料制品中流過。
19.權利要求18所述的方法，該方法還包括將所述磨料層固定到所述開口網(wǎng)眼背襯上。
20.權利要求18所述的方法，該方法還包括將粘合劑施加到所述開口網(wǎng)眼背襯的所述第二主表面的至少一部分上和所述多孔附著界面上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可允許空氣和塵粒穿過的多孔磨料制品。所述磨料制品具有網(wǎng)狀磨料和多孔附著界面。該網(wǎng)狀磨料具有磨料層，該磨料層包含多個垂直定向的磨粒和至少一種粘結劑。該多孔附著界面與網(wǎng)狀磨料相配合從而使得顆?？梢詮脑撃チ现破分辛鬟^。
文檔編號B24D11/02GK101115584SQ200580048028
公開日2008年1月30日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權日2004年12月30日
發(fā)明者愛德華·J·烏, 托馬斯·W·蘭博塞克, 柯蒂斯·J·施密特 申請人:3M創(chuàng)新有限公司