專利名稱：回旋砂輪及制造方法
回旋砂輪及制造方法
背景技術(shù)：
通過繞芯螺旋形地卷繞非織造研磨幅材并然后固化粘結(jié)劑以將螺旋形地卷繞的層彼此粘附來(lái)制造回旋砂輪。回旋砂輪可用于修整不同類型的工件，如建筑商的硬件和管件固定裝置。

發(fā)明內(nèi)容
通常，用來(lái)制造回旋砂輪的磨粒為常規(guī)的較低成本的材料如棕剛玉。雖然通常已知高級(jí)磨粒如源自溶膠-凝膠的α氧化鋁在涂覆的磨料制品或粘結(jié)的磨料制品中提供改進(jìn)的切割性能，但高級(jí)磨粒在非織造磨料制品中的使用尚未被制造商采納。不使用此類磨粒的主要原因在于，在使用高級(jí)磨粒時(shí)，切割性能未得到增強(qiáng)；然而，回旋砂輪的成本顯著增加。因此，由于與使用棕剛玉的較低成本的回旋砂輪相比制造成本更高但性能一樣，故使用高級(jí)磨粒的回旋砂輪在商業(yè)上不可行。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，通過在制造回旋砂輪時(shí)使用兩種不同的復(fù)膠層，使用高級(jí)磨粒的回旋砂輪的性能得到顯著提高。因使用高級(jí)磨粒而提高的性能遠(yuǎn)使得增加的成本合理化，讓回旋砂輪將為最終客戶提供顯著的價(jià)值主張。具體地講，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，通過在非織造研磨幅材上方施加包含酚醛樹脂的第一復(fù)膠層、然后部分地固化酚醛樹脂、再施加包含聚氨酯樹脂的第二復(fù)膠層，高級(jí)磨粒在回旋砂輪中的性能優(yōu)勢(shì)將展現(xiàn)出來(lái)。據(jù)信，固化的酚醛樹脂復(fù)膠層將增強(qiáng)磨粒的保持，從而提高回旋磨料制品的修整性能。在施加聚氨酯樹脂后，螺旋形地卷繞非織造磨料制品并固化以形成回旋磨料制品。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種回旋砂輪，所述回旋砂輪包含螺旋形地卷繞的非織造磨料幅材，所述非織造磨料幅材包含:底膠層和磨料粒子，所述磨料粒子的維氏壓痕硬度為至少16GPa、且韌度為至少3.0Mpa m1/2 ;底膠層和磨料粒子上方的包含酚醛樹脂的第一復(fù)膠層；和第一復(fù)膠層上方的包含聚氨酯的第二復(fù)膠層。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種制造回旋砂輪的方法，所述方法包括以下步驟:向非織造幅材的第一主表面施加底膠層；向底膠層施加磨料粒子，所述磨料粒子的維氏壓痕硬度為至少16Gpa、且韌度為至少3.0Mpa m1/2 ;在底膠層和磨料粒子上方施加包含酚醛樹脂的第一復(fù)膠層；部分地固化至少第一復(fù)膠層以制得非織造磨料幅材；在固化的第一復(fù)膠層上方施加包含聚氨酯預(yù)聚物樹脂的第二復(fù)膠層；將具有第二復(fù)膠層的非織造磨料幅材螺旋形地卷繞成卷；固化第一復(fù)膠層和第二復(fù)膠層以形成回旋砂輪。


本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明的討論僅是針對(duì)示例性實(shí)施例的描述，其并不旨在限制本發(fā)明的更廣泛的方面，其更廣泛的方面體現(xiàn)在示例性構(gòu)造中。在說明書和附圖中重復(fù)使用的參考標(biāo)號(hào)旨在表示本發(fā)明相同或類似的特征或元件。
圖1和IA示出了一種非織造磨料制品，其具有施加于非織造磨料制品的包含酚醛樹脂的固化的第一復(fù)膠層和施加于第一復(fù)膠層上方的包含聚氨酯的第二復(fù)膠層。圖2示出了一種回旋磨料制品。如本文所用，詞語(yǔ)“包含”、“具有”和“包括”是法律上等同的并且是開放型的。因此，除了列舉的元件、功能、步驟或限制之外，還可以有其他未列舉的元件、功能、步驟或限制。
具體實(shí)施例方式參考圖1和1A，示出了非織造磨料制品10。所述非織造磨料制品包含非織造幅材14，非織造幅材14具有第一主表面16和第二主表面18。在許多實(shí)施例中，非織造幅材是膨松、開放、低密度的纖維幅材。向第一或第二主表面(16、18)或兩個(gè)表面二者施加包含可固化樹脂的底膠層或第一樹脂層20。然后在施加底膠層20后或者與施加底膠層20同時(shí)，施加磨料粒子22。在底膠層20和磨料粒子22上方施加包含酚醛樹脂的第一復(fù)膠層24。其后，或部分地一起固化底膠層20和第一復(fù)膠層24直至樹脂不再濕且發(fā)粘，或通過單獨(dú)施加并加熱每個(gè)層而依次部分地固化，然后施加包含聚氨酯的第二復(fù)膠層26。通過繞芯構(gòu)件(例如，管或棒形芯構(gòu)件)在張力下卷繞圖1的非織造磨料制品使得非織造層被壓縮，而將包含部分地固化的第一復(fù)膠層24和未固化的第二復(fù)膠層26的非織造磨料制品制成回旋砂輪。然后固化第二復(fù)膠層26，從而彼此粘結(jié)回旋砂輪的螺旋形纏繞物。圖2示出了一種示例性回旋砂輪200，其中非織造磨料制品210繞芯構(gòu)件230螺旋形地卷繞并固定到芯構(gòu)件230上，并且第二復(fù)膠層26已經(jīng)固化。如果需要，在使用之前可以例如使用磨料領(lǐng)域已知的方法打磨回旋砂輪，以去除表面不平整的地方。在卷繞過程中壓縮經(jīng)浸潰的非織造幅材的層時(shí)，通常壓縮所述層以形成塊，所述塊的密度為非織造層在其未被壓縮狀態(tài)下的密度的I至20倍。然后通常使所述塊在高溫(例如，135°C)下經(jīng)受間歇式熱固化(例如，2至20小時(shí))，這通常取決于聚氨酯第二復(fù)膠層和塊的大小。適用于回旋磨料制品中的非織造幅材是磨料領(lǐng)域中已知的。通常，非織造幅材包含纏結(jié)的纖維幅材。纖維可以包括連續(xù)纖維、短纖維或者其組合。例如，纖維幅材可包含長(zhǎng)度為至少約20毫米(mm)、至少約30mm或至少約40mm以及小于約110mm、小于約85mm或小于約65mm的短纖維，但也可使用更短和更長(zhǎng)的纖維(例如，連續(xù)長(zhǎng)絲)。纖維的細(xì)度或線密度可以為至少約1.7分特(dtex,即，克/10000米)、至少約6dtex,或至少約17dtex,以及小于約560dtext、小于約280dtex,或小于約120dtex,盡管也可以使用具有更小和/或更大線密度的纖維。可以使用具有不同線性密度的纖維的混合物，例如，根據(jù)用途生產(chǎn)磨料制品將會(huì)導(dǎo)致特別優(yōu)選的表面光潔度。如果使用的是紡粘非織造物，則長(zhǎng)絲可以為大得多的直徑，例如，直徑高達(dá)2mm或更大。可例如通過常規(guī)的氣流成網(wǎng)、梳理、縫編、紡粘、濕法成網(wǎng)和/或熔噴程序制成非織造幅材?？墒褂美缈梢陨唐访癛ANDO WEBBER”自紐約馬其頓的蘭多機(jī)械公司(RandoMachine Company, Macedon, New York)商購(gòu)獲得的設(shè)備制備氣流成網(wǎng)纖維非織造幅材。通常選擇這樣的非織造幅材:所述非織造幅材與粘附粘結(jié)劑和磨料粒子相容、同時(shí)與制品的其他組分組合地加工，并且通?？沙惺芗庸l件(例如，溫度)如施加和固化粘結(jié)劑組合物的過程中采用的那些?？梢赃x擇纖維，使其影響磨料制品的特性，例如，柔韌性、彈性、耐用性或保質(zhì)期、研磨性和光潔度特性?？蛇m用的纖維的例子包括天然纖維、合成纖維以及天然和/或合成纖維的混合物。合成纖維的例子包括利用聚酯(如，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、尼龍(如，六亞甲基己二酰胺、聚己內(nèi)酰胺)、聚丙烯、丙烯腈(例如，丙烯酸類樹脂)、人造絲、醋酸纖維素、聚偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物以及氯乙烯-丙烯腈共聚物制備的那些。合適的天然纖維的例子包括棉花、羊毛、黃麻和大麻。纖維可以是天然的材料或從(例如)衣服碎料、地毯制備、纖維制備或紡織物加工中回收的再循環(huán)材料或廢料。纖維可以是均勻的或可以是復(fù)合材料，如，雙組分纖維(例如，共紡的皮/芯型纖維)。所述纖維可以是拉伸的和卷曲的，并且也可以是連續(xù)長(zhǎng)絲，例如通過擠出法形成的那些。也可以使用纖維組
口 O在浸潰以底膠層之前，在任何涂覆(例如，涂覆底膠層或任選的預(yù)粘合樹脂)之前所測(cè)得，非織造幅材的每單位面積重量(即，基重)通常為至少約50克每平方米(gsm)、至少約IOOgsm或至少約200gsm ;和/或小于約400gsm、小于約350gsm或小于約300gsm,但也可使用更大和更小的基重。此外，在浸潰以底膠層之前，纖維幅材的厚度通常為至少約5_、至少約6mm或至少約IOmm ;和/或小于約200mm、小于約75mm或小于約30mm，但也可使用更大和更小的厚度。關(guān)于非織造磨料制品、回旋砂輪及它們的制造方法的更多細(xì)節(jié)可見于例如美國(guó)專利號(hào) 2,958,593 (Hoover 等人)、4，486，200 (Heyer 等人)、5，591，239 (Larson 等人)、5，919，549 (Van 等人)、6，017，831 (Beardsley 等人)；美國(guó)專利申請(qǐng)公開 2006/0041065A1(Barber, Jr.)和美國(guó)專利申請(qǐng)公開 2008/0127572A1 (Ludwig)0很多情況下，可用的是在涂覆底膠層之前向非織造幅材施加預(yù)粘合樹脂。預(yù)粘合樹脂用于例如在處理過程中幫助保持非織造幅材的完整性，并且還可促進(jìn)底膠層與非織造幅材的粘合。預(yù)粘合樹脂的例子包括酚醛樹脂、氨基甲酸酯樹脂、皮膠、丙烯酸類樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環(huán)氧樹脂以及它們的組合。通常將以此方式使用的預(yù)粘合樹脂的量調(diào)節(jié)為符合在纖維的交叉點(diǎn)處將纖維粘合在一起的最小量。在一些實(shí)施例中，通過在施加底膠層之前用時(shí)3.4分鐘穿過345 °F下的隧道式爐來(lái)固化預(yù)粘合樹脂。在非織造幅材包含可熱粘合的纖維的情況下，非織造幅材的熱粘合也可有助于在加工過程中保持幅材的完整性?？捎玫哪チ狭Ｗ拥睦影ㄆ骄S氏壓痕硬度為至少16、至少17、至少18或至少19Gpa的任何高級(jí)磨料粒子。維氏壓痕硬度可如授予Monroe的標(biāo)題為“Abrasive Grain(磨粒)”的美國(guó)專利5，593，467中第23列第39-48行處所述進(jìn)行測(cè)試。此外，磨料粒子的平均韌度為至少3.0、至少3.2、至少3.5、至少3.8或至少4.0Mpa ml/2。平均韌度按論文Lawn 和 Fuller, “Equilibrium Penny-like Cracks in Indention Fracture (壓痕斷裂中的平衡便士樣裂紋)”，Journal of Material Science (材料科學(xué)雜志),第10卷,(1975),第2016-24頁(yè)中給出的測(cè)試程序進(jìn)行測(cè)量，所述論文以引用方式并入本文中?？捎玫母呒?jí)磨料粒子包括金剛石磨料粒子、立方氮化硼磨料粒子和源自溶膠-凝膠制備方法的α氧化鋁磨料粒子以及它們的混合物。該磨粒可以是(例如)單獨(dú)的粒子、聚集體、復(fù)合粒子以及它們的混合物的形式?？墒褂酶呒?jí)磨料粒子與常規(guī)磨料粒子的共混物；但共混物的至少15%、至少30%、至少50%、至少70%或至少90%應(yīng)為高級(jí)磨料粒子。在一些實(shí)施例中，回旋砂輪中使用的磨料粒子100%為高級(jí)磨料粒子。磨粒可以(例如)具有至少約0.1微米、至少約I微米或至少約10微米以及小于約2000微米、小于約1300微米或至少約1000微米的平均直徑，盡管也可以使用更大和更小的磨粒。例如，磨?？梢跃哂心チＰ袠I(yè)指定的標(biāo)稱牌號(hào)。此類磨料行業(yè)認(rèn)可的級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)包括稱為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(American National Standards Institute, Inc., ANSI)標(biāo)準(zhǔn)、歐洲研磨產(chǎn)品制造商聯(lián)合會(huì)(Federation of European Producers of AbrasiveProducts,FEPA)標(biāo)準(zhǔn)以及日本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Japenese Industrial Standards, JIS)標(biāo)準(zhǔn)。不例性的ANSI牌號(hào)名稱(即，規(guī)定的標(biāo)稱牌號(hào))包括:ANSI4、ANSI6、ANSI8、ANSI 16、ANS124,ANS136, ANS140, ANS150,ANS160,ANS180,ANSI100、ANSI120、ANSI150、ANSI180,ANSI220、ANS1240, ANSI280、ANSI320、ANSI360、ANS1400 和 ANSI600。示例性的 FEPA 牌號(hào)名稱包括P8、P12、P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P150、P180、P220、P320、P400、P500、600、？800、卩1000、以及卩1200。示例性的了15牌號(hào)名稱包括邯8、了1512、了1516、了1524、了1536、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、JIS8000 和 JIS10000。通常，磨料粒子的涂覆重量可取決于例如所用的具體的可固化底膠層、用于施加磨料粒子的工藝以及磨料粒子的粒度。例如，非織造幅材上磨料粒子的涂覆重量(任何壓縮之前)可為至少200克每平方米(g/m)、至少600g/m或至少800g/m ;和/或小于2000g/m、小于約1600g/m或小于約1200g/m,但也可使用更大或更小的涂覆重量?？捎玫牡啄z層樹脂的例子包括堿催化并且甲醛與苯酚的摩爾比大于或等于1:1、通常在約1.5:1至約3:1范圍內(nèi)的甲階酚醛樹脂。第一復(fù)膠層24包含甲階酚醛樹脂。市售甲階酹醒樹脂的例子包括以商品名“Durez”自住友林業(yè)株式會(huì)社(Sumitomo BakeliteC0.)、以商品名“Durite”自澈森化工公司(Hexion Specialty C0.)和以商品名“Prefere”自阿克林加拿大公司(Arclin Canada C0.)已知的那些。通常，第一復(fù)膠層的涂覆重量為磨料粒子涂覆重量的至少6%、為磨料粒子涂覆重量的至少10%或?yàn)槟チ狭Ｗ又亓康闹辽?4% ；和/或小于磨料粒子涂覆重量的28%或小于磨料粒子涂覆重量的約20%。在施加第二復(fù)膠層26之前，第一復(fù)膠層24經(jīng)部分地固化直至涂層不再發(fā)粘。在一個(gè)實(shí)施例中，第一復(fù)膠層的部分固化通過使經(jīng)涂覆的非織造幅材用時(shí)2.7分鐘穿過121°C (250 °F)下的隧道式爐實(shí)現(xiàn)。第二復(fù)膠層26在固化后包含聚氨酯樹脂?？捎玫木郯滨ヮA(yù)聚物樹脂含有介于
4.0%至8.0%之間的游離異氰酸酯含量并用二胺固化劑固化。市售預(yù)聚物聚氨酯樹脂的例子有以商品名“Adiprene”自科聚亞公司(Chemtura Corp.)以及以商品名“Desmodur”自拜耳材料科技公司(Bayer Materials Science)已知的那些。通常，在將非織造磨料幅材卷繞成卷之前干燥或部分地固化第二復(fù)膠層26。在一個(gè)實(shí)施例中，這通過使經(jīng)涂覆的幅材用時(shí)2.7分鐘穿過41°C (105 T)下的隧道式爐來(lái)完成。在繞芯螺旋形地卷繞非織造磨料幅材之后將第二復(fù)膠層26完全固化。在一個(gè)實(shí)施例中，螺旋形地卷繞的幅材的固化通過牽引熱空氣從螺旋形地卷繞的經(jīng)涂覆非織造幅材的一個(gè)軸端穿過螺旋形地卷繞的經(jīng)涂覆非織造幅材并從相對(duì)的軸端出去來(lái)進(jìn)行。通過使用介于820C (180°F)和92°C (200 °F)之間的熱空氣6小時(shí)、然后提高溫度至113°C (235 °F)保持另外9小時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)固化。實(shí)魁本發(fā)明的目的和優(yōu)勢(shì)通過下面的非限制性實(shí)例進(jìn)一步說明。這些實(shí)例中所提到的具體材料及其量以及其他條件和細(xì)節(jié)，均不應(yīng)被解釋為對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限制。除非另外指明，否則實(shí)例以及說明書其余部分中的所有份數(shù)、百分?jǐn)?shù)、比率等均按重量計(jì)。實(shí)例I和比較例A-C制備實(shí)例I和比較例A-C以證實(shí)本發(fā)明的在施加聚氨酯第二復(fù)膠層之前具有高級(jí)磨粒和固化的酚醛樹脂第一復(fù)膠層的回旋砂輪的有效性。實(shí)例I和比較例A-C的非織造磨料幅材用表I和表2中標(biāo)示的材料以表3中所示的順序制備。將所得帶有部分地干燥但尚未固化的第二復(fù)膠層26的非織造磨料幅材繞直徑8.57cm (3.375英寸)、壁厚0.476cm(0.1875英寸)、帶有未固化的粘合劑的玻璃纖維圓柱形芯的圓周纏繞。將經(jīng)涂覆非織造幅材的螺旋形纏繞物繞芯卷繞，卷繞在張力下進(jìn)行并使用壓力輥促使每個(gè)纏繞物在適當(dāng)?shù)奈恢蒙现敝晾p繞的非織造磨料幅材和芯(后文稱為“塊”)的外徑為大約17.8cm(7.0英寸)。然后將塊置于間歇式爐中并如表3中所述固化第二復(fù)膠層26。將塊安裝到車床上并用金剛石尖頭車刀將塊的外徑減小至大約16.5cm(6.5英寸)。然后用垂直于芯的軸的金剛石鋸切割該塊，以形成若干直徑大約16.5cm (6.5英寸)、寬大約2.5cm (1.0英寸)、具有7.6cm (3.0英寸)中心孔的回旋砂輪。所得磨料制品(排除玻璃纖維芯之外)的材料密度介于0.61g/cm3(0.221b/in3)和 0.73g/cm3 (0.261b/in3)之間。材料表I
權(quán)利要求
1.一種回旋砂輪，所述回旋砂輪包含螺旋形地卷繞的非織造磨料幅材，所述非織造磨料幅材包含:底膠層和磨料粒子，所述磨料粒子的維氏壓痕硬度為至少16Gpa、且韌度為至少3.0Mpa m1/2 ;在所述底膠層和磨料粒子上方的包含酚醛樹脂的第一復(fù)膠層；和在所述第一復(fù)膠層上方的包含聚氨酯的第二復(fù)膠層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回旋砂輪，其中所述磨料粒子包含陶瓷α氧化鋁。
3.—種制造回旋砂輪的方法，所述方法包括以下步驟: 向非織造幅材的第一主表面施加底膠層； 向所述底膠層施加磨料粒子，所述磨料粒子的維氏壓痕硬度為至少16Gpa、且韌度為至少 3.0Mpa m1/2 ； 在所述底膠層和磨料粒子上方施加包含酚醛樹脂的第一復(fù)膠層； 部分地固化至少所述第一復(fù)膠層以制得非織造磨料幅材； 在所述固化的第一復(fù)膠層上方施加包含聚氨酯預(yù)聚物樹脂的第二復(fù)膠層； 將具有所述第二復(fù)膠層的所述非織造磨料幅材螺旋形地卷繞成卷；和 固化所述第一復(fù)膠層和所述第二復(fù)膠層以形成所述回旋砂輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在向所述非織造幅材施加底膠層之前，向所述非織造幅材施加預(yù)粘合涂層，并且在施加所述底膠層之前固化所述預(yù)粘合涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在向所述底膠層施加磨料粒子后，在施加所述第一復(fù)膠層之前部分地固化所述底膠層。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在向所述非織造磨料幅材施加所述第二復(fù)膠層后，在螺旋形地卷繞所述非織造磨料幅材之前部分地固化所述第二復(fù)膠層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自螺旋形地卷繞的非織造磨料幅材形成的回旋砂輪。所述非織造磨料幅材包含底膠層和磨料粒子，所述磨料粒子的維氏壓痕硬度為至少16Gpa、且韌度為至少3.0Mpa m1/2。在所述底膠層和磨料粒子上方施加包含酚醛樹脂的第一復(fù)膠層。在所述第一復(fù)膠層上方施加包含聚氨酯預(yù)聚物的第二復(fù)膠層。
文檔編號(hào)B24D18/00GK103189163SQ201180053286
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者迪安·S·霍姆斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司