用于研磨工具的微纖維增強(qiáng)件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種研磨制品，其包含有機(jī)粘結(jié)材料；分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料；均勻分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的礦物棉微纖維，所述礦物棉微纖維為單獨(dú)的長絲；分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的一個或多個增強(qiáng)件和／或短切原絲纖維；以及一種或多種活性填料，所述一種或多種活性填料包括例如錳化合物。所述研磨制品可用于工件的研磨加工中。
【專利說明】用于研磨工具的微纖維增強(qiáng)件【背景技術(shù)】
[0001]短切原絲纖維(chopped sand fiber)用于增強(qiáng)樹脂基研磨輪。短切原絲纖維通常為3-4mm長，并且為多個長絲。長絲的數(shù)量可取決于制造過程而不同，但通常由每束400至6000個長絲組成。長絲通過稱為膠粘劑、粘結(jié)劑或涂料的粘合劑保持在一起，所述粘合劑應(yīng)該最終與樹脂基體可相容。短切原絲纖維的一個例子稱為可得自歐文斯康寧公司(OwensComing)的 183 Cratee?。
[0002]將短切原絲纖維引入干燥研磨輪混合物中通常通過如下方式完成:共混短切原絲纖維、樹脂、填料和磨粒達(dá)指定時間，然后將混合物模制、固化或者加工成最終研磨輪。
[0003]在任何這種情況中，經(jīng)短切原絲纖維增強(qiáng)的輪通常遭受多種問題，包括更低的強(qiáng)度、較差的研磨性能以及不足的輪壽命，這可能是由于長絲在短切原絲纖維束內(nèi)的不完全分散造成的。 [0004]因此，需要改進(jìn)的增強(qiáng)技術(shù)用于研磨加工工具而不損害研磨性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個實(shí)施例提供了一種組合物，其包含有機(jī)粘結(jié)材料(例如熱固性樹月旨、熱塑性樹脂或橡膠)、分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料、和均勻分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的微纖維。所述微纖維為單獨(dú)的長絲，并可包括例如礦物棉纖維、渣棉纖維、巖棉纖維、石質(zhì)棉纖維、玻璃纖維，且特別是碾磨玻璃纖維、陶瓷纖維、碾磨玄武巖纖維、碳纖維、芳綸纖維和聚酰胺纖維，以及它們的組合。所述微纖維可具有例如小于約1000 μ m的平均長度。在一個特定情況中，所述微纖維具有約100至500 μ m范圍內(nèi)的平均長度和小于約10微米的直徑。在一些實(shí)施例中，也存在短切原絲纖維，例如玻璃纖維短切原絲纖維。在許多情況中，所述組合物還包含一種或多種填料，且至少一種填料為能夠在研磨過程中所出現(xiàn)的溫度下與所述微纖維化學(xué)反應(yīng)的活性填料?；钚蕴盍吓c微纖維的這些化學(xué)反應(yīng)提供了多種研磨過程益處(例如改進(jìn)的輪壽命，更高的G-比率，和/或研磨工具面的抗負(fù)載)。合適的活性填料的例子包括錳化合物、銀化合物、硼化合物、磷化合物、以及它們的組合。在一個具體的這種情況中，所述一種或多種活性填料包括二氯化錳。也可摻入不與所述微纖維化學(xué)反應(yīng)的其他填料。
[0006]所述組合物可包含，例如，10體積％至50體積％的有機(jī)粘結(jié)材料、30體積％至65體積％的研磨材料、和I體積％至20體積％的微纖維。在另一特定情況中，所述組合物包含25體積％至40體積％的有機(jī)粘結(jié)材料、50體積％至60體積％的研磨材料、和2體積％至10體積％的微纖維。在另一特定情況中，所述組合物包含30體積％至40體積％的有機(jī)粘結(jié)材料、50體積％至60體積％的研磨材料、和3體積％至8體積％的微纖維。在一些情況中，所述組合物也含有例如在約0.1至約10體積％ (例如約2至約8體積％ )范圍內(nèi)的量的短切原絲纖維。
[0007]在另一實(shí)施例中，所述組合物為用于工件的研磨加工中的研磨制品的形式。在一個這種情況中，所述研磨制品為輪或用于研磨加工的其他合適的形式。通常，所述組合物為粘結(jié)研磨制品，例如輪或另一類型的工具，其中磨粒保持于三維有機(jī)粘結(jié)基體中。
[0008]在一個方面，一種研磨制品包括有機(jī)粘結(jié)材料；分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料；分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的短切原絲纖維；均勻分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的礦物棉微纖維，其中所述微纖維為單獨(dú)的長絲；以及一種或多種填料。在具體實(shí)施中，所述一種或多種填料包括錳化合物。在一些情況中，一種研磨制品含有短切原絲纖維、礦物棉微纖維、錳化合物和任選的其他填料(例如石灰、黃鐵礦和其他)，然而其不包含鉀鹽(例如硫酸鉀和/或氯化鉀)。
[0009]本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種研磨加工工件的方法。所述方法包括將工件安裝至能夠促進(jìn)研磨加工的機(jī)器上，以及將研磨制品可操作地聯(lián)接至所述機(jī)器。所述研磨制品包括有機(jī)粘結(jié)材料、分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料、和均勻分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的微纖維，其中所述微纖維為例如具有例如小于約1000 μ m的平均長度的單獨(dú)的長絲。所述研磨制品還可包含分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的短切原絲纖維。在具體實(shí)施中，所述研磨制品含有一種或多種填料，所述一種或多種填料例如包括錳化合物。在一些情況中，所述研磨制品不包含鉀鹽。通過使所述研磨制品與所述工件的表面接觸而繼續(xù)所述方法。
[0010]所述研磨制品可被增強(qiáng)，例如內(nèi)部增強(qiáng)，含有例如一種或多種玻璃纖維增強(qiáng)件。例如，一種研磨制品包含有機(jī)粘結(jié)材料；分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料；均勻分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的礦物棉微纖維，其中所述微纖維為單獨(dú)的長絲；一種或多種填料，所述一種或多種填料包括錳化合物；以及至少一種玻璃網(wǎng)增強(qiáng)件。
[0011]本發(fā)明的方面提供了顯示出改進(jìn)的強(qiáng)度(如由例如表征工具的破裂速度所反映)和耐沖擊性的研磨制品形式的組合物，所述研磨制品例如研磨輪或其他粘結(jié)研磨工具，且根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的工具為堅固的且不易于破裂。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的研磨制品也顯示出改進(jìn)的輪磨損速率、G-比率和更長的工具壽命。本文公開的粘結(jié)制品的例子可顯示出良好的耐熱沖擊性，且觀察到極少的熱裂化或未觀察到熱裂化。含有玻璃網(wǎng)增強(qiáng)件和任選的短切原絲纖維的研磨制品通常顯示出改進(jìn)的沖擊性質(zhì)。
[0012]本文描述的特征和優(yōu)點(diǎn)并非全包括的，特別地，根據(jù)附圖、說明書和權(quán)利要求書，許多另外的特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。此外，應(yīng)注意，說明書中所用的語言主要選擇用于可讀性和指導(dǎo)性的目的，并非用于限制本發(fā)明的主題的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施例構(gòu)造的組合物的強(qiáng)度分析的圖。
[0014]圖2為表示根據(jù)本文描述的實(shí)施例的工具的研磨性能的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如前所述，短切原絲纖維可用于致密的樹脂基研磨輪中以增加強(qiáng)度和耐沖擊性，其中將短切原絲纖維引入干燥研磨輪混合物中通常通過共混短切原絲纖維、樹脂、填料和磨粒達(dá)指定時間而完成。然而，共混或混合時間對于獲得可用的混合物品質(zhì)起到顯著作用。不充分的混合產(chǎn)生非均勻的混合物，使得模具填充和鋪展困難，并產(chǎn)生具有更差的性質(zhì)和高變化性的非均勻的復(fù)合材料。在另一方面，過度的混合導(dǎo)致形成不能再分散至混合物中的“絨毛球”(多個短切原絲纖維的簇)。此外，短切原絲纖維本身有效地為粘結(jié)在一起的長絲束。在任一情況中，這種簇或束有效地減小研磨混合物的均勻性，并使其更難以轉(zhuǎn)移和鋪展至模具中。此外，這種簇或束在復(fù)合材料內(nèi)的存在降低了復(fù)合材料性質(zhì)(如強(qiáng)度和模量)并增加了性質(zhì)變化性。另外，高濃度的玻璃(如其短切股或簇)對研磨輪壽命具有不利影響。增加輪中的短切原絲纖維的水平也可降低研磨性能(例如，如通過G-比率和/或WffR所測得)。
[0016]在本發(fā)明的一個特定實(shí)施例中，制備經(jīng)微纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料涉及單獨(dú)的長絲在合適的粘結(jié)材料(例如有機(jī)樹脂)和填料的干混物內(nèi)的完全分散。完全分散可例如由在微纖維、粘結(jié)材料和填料的充分共混/混合的組合的模制和固化之后的最大復(fù)合材料性質(zhì)(如強(qiáng)度)所定義。例如，較差的混合產(chǎn)生低強(qiáng)度，但良好的混合產(chǎn)生高強(qiáng)度。評價分散的另一方式是使用篩分技術(shù)分離和稱重未分散的物質(zhì)(例如類似于在混合之前的初始微纖維的材料)。在實(shí)踐中，微纖維增強(qiáng)件的分散可經(jīng)由在模制和固化之前混合物的視覺檢查(例如使用或不使用顯微鏡)而評價。如根據(jù)本公開顯而易見的，不完全或不充分的微纖維分散通常導(dǎo)致更差的復(fù)合材料性質(zhì)和研磨性能。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施例，微纖維為具有高拉伸模量的小且短的單獨(dú)的長絲，并可為無機(jī)的或有機(jī)的。在一個實(shí)例中，微纖維為礦物棉微纖維，其也稱為渣棉微纖維或巖棉微纖維?？墒褂玫钠渌⒗w維的例子包括但不限于碾磨玻璃纖維、碾磨玄武巖纖維、陶瓷纖維、碳纖維、芳綸或漿化芳綸纖維、聚酰胺或芳族聚酰胺纖維。
[0018]本發(fā)明的一個特定實(shí)施例使用如下微纖維:所述微纖維為平均長度小于或等于約4，000微米、長絲直徑小于或等于40微米且增強(qiáng)縱橫比(長度比直徑或者L / d)為至少10的無機(jī)單獨(dú)長絲。例如，約100微米的平均長度和約10微米的長絲直徑產(chǎn)生為10的增強(qiáng)縱橫比。約50微米的長絲長度以及約5微米的長絲直徑具有為10的增強(qiáng)縱橫比。類似地，約20的長絲長度以及約2微米的長絲直徑具有為10的增強(qiáng)縱橫比。
[0019]另外，該示例微纖維具有高的熔融或分解溫度(例如超過800°C )，大于約50GPa的拉伸模量，且不具有或具有極少的粘合劑涂層。優(yōu)選地，微纖維可作為離散的長絲高度分散，并抵抗纖維束形成。通常，微纖維化學(xué)粘結(jié)至所用的粘結(jié)材料(例如有機(jī)樹脂)。
[0020]相比之下，短切原絲纖維及其變體包括由粘合劑保持在一起的多個長絲，并具有小于10的縱橫比。然而，一些短切原絲纖維可碾磨或者破碎成離散的長絲，且這種長絲可用作根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微纖維。在一些這種情況中，所得長絲可通過碾磨/破碎過程而被顯著弱化(例如由于去除在短切股或束中將長絲保持在一起的粘合劑或粘結(jié)劑而需要的加熱過程)。因此，在粘結(jié)組合物中所用的微纖維的類型將取決于即將到來的應(yīng)用和所需的強(qiáng)度品質(zhì)。
[0021]單獨(dú)長絲的形式的礦物棉微纖維可以以約0.4體積％至數(shù)體積％范圍內(nèi)、例如約0.4至約12體積％范圍內(nèi)的量存在于本文描述的組合物和/或工具中。根據(jù)本發(fā)明的方面的一些研磨制品含有約0.5至約10體積％的量的礦物棉微纖維。在具體實(shí)施中，研磨制品含有約0.8至約8體積％范圍內(nèi)、例如約0.8至約4體積％范圍內(nèi)的量的礦物棉微纖維。
[0022]在一個這種實(shí)施例中，適用于本發(fā)明中的微纖維為礦物微纖維，如可得自阿拉巴馬州的斯洛斯工業(yè)公司(Sloss Industries Corporation, AL)并以名稱PMF?銷售的那些。類似的礦物棉纖維可以以產(chǎn)品名Mineral Wool FLM得自馬薩諸塞州的纖維技術(shù)公司(Fibertech Inc, MA)。纖維技術(shù)公司也銷售玻璃纖維(例如Microglass9110和Microglass9132)。也可使用這些玻璃纖維以及其他天然存在或合成礦物纖維或玻化單獨(dú)長絲纖維，如具有類似屬性的石質(zhì)棉纖維、玻璃纖維和陶瓷纖維。礦物棉通常包括由礦物質(zhì)或金屬氧化物制得的纖維。根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的可用于經(jīng)增強(qiáng)的研磨工具的粘結(jié)中的微纖維的示例性組成和性質(zhì)組分別總結(jié)于表1和2中。根據(jù)本公開，許多其他微纖維組成和性質(zhì)組將是顯而易見的，且本發(fā)明不旨在受限于任何特定的一種或子集。
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種研磨制品，其包含: 有機(jī)粘結(jié)材料； 分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料； 分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的短切原絲纖維，所述短切原絲纖維占所述研磨制品的約0.1體積％至約10體積％ ； 均勻分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的礦物棉微纖維，其中所述微纖維為單獨(dú)的長絲；以及 一種或多種填料，所述一種或多種填料包括錳化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨制品，其中所述錳化合物為二氯化錳，且2體積％至8體積％的短切原絲纖維在所述研磨制品中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨制品，其中所述錳化合物以約I至約10體積％范圍內(nèi)的量存在于所述研磨制品中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨制品，其中所述礦物棉微纖維以約0.5至約10體積％范圍內(nèi)的量存在于所述研磨制品中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨制品，其中所述研磨制品不包含鉀鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨制品，其中所述短切原絲纖維為玻璃纖維玻璃短切原絲纖維，且所述研磨制品包括一個或多個玻璃網(wǎng)增強(qiáng)件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨制品，其中所述礦物棉微纖維具有至少為10的增強(qiáng)縱橫t匕，且所述短切原絲纖維具有小于3的縱橫比。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨制品,其中所述研磨制品包含:25體積％至40體積％的有機(jī)粘結(jié)材料；50體積％至60體積％的研磨材料；0.5體積％至10體積％的微纖維；3體積％至6體積％的短切原絲纖維；和I體積％至10體積％的錳化合物。
9.一種研磨加工工件的方法，所述方法包括: 將所述工件安裝至能夠促進(jìn)研磨加工的機(jī)器上； 將研磨制品可操作地聯(lián)接至所述機(jī)器，所述研磨制品包含有機(jī)粘結(jié)材料； 分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的研磨材料； 占所述研磨制品的0.1體積％至10體積％的分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的短切原絲纖維； 均勻分散于所述有機(jī)粘結(jié)材料中的微纖維，其中所述微纖維為單獨(dú)的長絲；和 一種或多種填料，所述一種或多種填料包括錳化合物；以及 使所述研磨制品接觸所述工件的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述錳化合物為二氯化錳，且所述研磨制品不包含鉀鹽。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述錳化合物以約I至約10體積％范圍內(nèi)的量存在于所述研磨制品中，且2體積％至8體積％的短切原絲纖維在所述研磨制品中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述礦物棉微纖維以約0.5至約10體積％范圍內(nèi)的量存在于所述研磨制品中。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述短切原絲纖維為玻璃纖維玻璃短切原絲纖維，且所述研磨制品包括一個或多個玻璃網(wǎng)增強(qiáng)件。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述礦物棉微纖維具有至少為10的增強(qiáng)縱橫比，且所述短切原絲纖維具有小于3的縱橫比。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述研磨制品包含:25體積％至40體積％的有機(jī)粘結(jié)材料；50體積％至60體積％的研磨材料；0.5體積％至10體積％的微纖維；3體積％至6體積％的短切原絲纖維；和1體積％至10體積％的錳化合物。
【文檔編號】C09K3/14GK103747919SQ201280039625
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月24日
【發(fā)明者】M·W·克萊特, K·M·康利, S·F·帕森, H·張, A·K·卡伍德 申請人:圣戈班磨料磨具有限公司, 法國圣戈班磨料磨具公司