DE60209573T2

DE60209573T2 - Verfahren zur herstellung eines schleifgegenstands

Info

Publication number: DE60209573T2
Application number: DE60209573T
Authority: DE
Inventors: J. Michael Saint Paul ANNEN
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: DE60209573D1; WO2003057410A1; JP2005514217A; AU2002356909A1; ATE318677T1; CA2469808A1; KR100940953B1; US6949128B2; US20030150169A1; CN100491078C; CA2469808C; EP1458524A1; ES2261792T3; JP4291695B2; KR20040068359A; EP1458524B1; BRPI0215335B1; CN1767926A; BR0215335A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifprodukts durch Prägen eines schaumhinterlegten, beschichteten Feinschleif- oder dreidimensionalen Schleifmittels mit einem bemusterten Prägewerkzeug.
In der Schleifindustrie besteht ein Trend zur ständig feineren Oberflächenbeschaffenheit. Natürlich werden im Schleifgegenstand immer kleinere Schleifteilchen angewendet, um diese feinen Oberflächenbeschaffenheiten zu erreichen. In einigen Fällen beträgt die Teilchengröße dieser kleinen Schleifteilchen weniger als 50 μm, typischerweise weniger als 25 μm und manchmal weniger als 10 μm. In einigen Fällen werden lose Schleifaufschlämmungen verwendet, anstatt fixierte Schleifgegenstände anzuwenden, bei denen die Schleifteilchen miteinander verbunden (um ein gebundenes Schleifprodukt bereitzustellen) oder auf einem Träger befestigt (um ein beschichtetes Schleifprodukt bereitzustellen). Vor vielen Jahren waren diese losen Schleifaufschlämmungen in der Lage, Oberflächenbeschaffenheiten zu erreichen, die vorher mit fixierten Schleifmitteln nicht erreichbar waren. Im Laufe der letzten Jahre haben Fortschritte bei fixierten Schleifmitteln, insbesondere beschichteten Schleifmitteln, es möglich gemacht, dass beschichtete Schleifmittel lose Schleifaufschlämmungen bei gewissen Anwendungen auf wirksame Weise ersetzen und dadurch die Geräte zur Handhabung von Flüssigkeit, die bei der Verwendung von Aufschlämmungen erforderlich sind, sowie die damit verbundenen Probleme der Entsorgung von Ausschussprodukten vermeiden.
Um eine feine Oberflächenbeschaffenheit zu erreichen, wird der Poliervorgang in vielen Fällen in Gegenwart eines Fluids, typischerweise Wasser oder irgendeines anderen Typs von Gleitmittel durchgeführt. Das Fluid dient mehreren Zwecken, einschließlich dem Minimieren der Wärmeansammlung und dem Dienen als Medium zum Entfernen der während des Polierens gebildeten feinen Späne oder Trümmer. Wenn die feinen Späne während des Polierens nicht auf wirksame Weise entfernt werden, ist es möglich, dass die feinen Späne auf der Schleifbeschichtung erneut abgesetzt werden und dadurch raue und unerwünschte Kratzer verursachen können. So ist es unerlässlich, dass die feinen Späne entfernt werden, um einen effizienten Fluidfluss an der Grenzfläche zwischen der Schleifmittelbeschichtung und der Oberfläche des Arbeitsstücks, das poliert wird, bereitzustellen.
Bei allen Vorteilen des Fluids bestehen jedoch manchmal auch Nachteile. Beispielsweise kann bei sehr kleinen Schleifteilchen die dabei entstehende Außenfläche der Schleifbeschichtung relativ glatt sind. Von der Kombination des Fluids und einer glatten Schleifbeschichtung ist bekannt, dass sie zu einer in der Industrie sogenannten „Klebrigkeit" führt, wodurch das Fluid wie ein Klebstoff zwischen der Schleifbeschichtung und der Oberfläche des Arbeitsstücks wirkt und diese Oberflächen mit unerwünschten Ergebnissen zum Zusammenkleben bringt.
Typischerweise kommt diese Klebrigkeit in beschichteten Schleifprodukten vom Feinschleiftyp vor. Es gibt zwei häufige Typen beschichteter Schleifprodukte. Beim ersten Typ sind die Schleifteilchen auf den Träger durch eine Grundbeschichtung aufgeklebt. Über den Schleifkörnern befindet sich eine Deckbeschichtung, die die Schleifkörner noch verstärkt. Bei diesem ersten Typ liegt bzw. liegen im Wesentlichen eine oder zwei Schichten Schleifteilchen vor. Bei den feinen Qualitäten sind die Schleifteilchen so klein, dass das dabei gebildete beschichtete Schleifmittel eine relativ kurze Gebrauchsfähigkeitsdauer aufweisen kann. Bei der zweiten beschichteten Schleifmittelkonstruktion sind die Schleifteilchen im Bindemittel dispergiert, typischerweise gleichförmig dispergiert. Diese zweite Konstruktion wird manchmal als „Feinschleifschicht" bezeichnet. Die Feinschleifschicht kann eine längere Nutzungsdauer aufweisen, weil dort typischerweise mehrere Lagen von Schleifteilchen vorliegen, im Vergleich mit der Konstruktion mit den Grund- und Deckbeschichtungen. Desgleichen kann die Feinschleifschicht eine feinere Oberflächenbeschaffenheit erzeugen, weil die Schleifteilchen stärker in einem Bindemittel eingebettet sind. Andererseits neigen Feinschleifschichten dazu, geringere Schneideraten aufzuweisen, da der erste Typ Konstruktion dazu neigt, dass mehr Schleifteilchen hervorstehen.
Die Klebrigkeit kommt häufiger bei Konstruktionen vom Feinschleiftyp vor, weil die Schleifteilchen in dem Bindemittel eingebettet sind, um eine glatte Oberfläche bereitzustellen. Verschiedene Produkte vom Feinschleiftyp sind mit einer Schleifbeschichtung versehen worden, die geformt oder strukturiert ist, das heißt erhöhte Teile und vertiefte Teile aufweist. Diese Produkte werden von Minnesota Mining and Manufacturing (3M) Company unter der Handelsbezeichnung „TRIZACT^WZ ^„-Schleifprodukte verkauft. Sie sind allgemein in der US-Patentschrift Nr. 5,152,917 (Pieper et al.) beschrieben. Andere Feinschleifprodukte sind ebenfalls in der US-Patentschrift Nr. 5,489,235 (Gagliardi et al.) beschrieben.
Die US-Patentschrift Nr. 2,115,897 (Wooddell et al.) lehrt einen Schleifgegenstand, auf den ein Träger aufgebracht ist, an dem durch einen Klebstoff mehrere miteinander verbundene Schleifsegmente befestigt sind. Diese verbundenen Schleifsegmente können in einem angegebenen Muster auf dem Träger durch Klebstoff befestigt werden.
Die US-Patentschrift Nr. 2,242,877 (Albertson) lehrt ein Verfahren für das Herstellen einer komprimierten Schleifscheibe. Mehrere Schichten von beschichteten Schleiffaserscheiben werden in eine Form eingebracht und dann Wärme und Druck unterworfen, um die komprimierte Mittelscheibe zu bilden. Die Form weist ein spezifisches Muster auf, das dann auf die komprimierte Mittelscheibe übertragen wird, wodurch ein mit einem Muster versehener beschichteter Schleifgegenstand gebildet wird.
Die US-Patentschrift Nr. 2,755,607 (Haywood) lehrt ein beschichtetes Schleifmittel, in dem flache hervorstehende Teile und Rillen abrasiver Teile vorliegen. Eine Schleifbeschichtung wird auf die Vorderseite eines Trägers aufgebracht und diese Schleifbeschichtung wird dann gekämmt, um Gipfel und Täler zu bilden. Daraufhin werden Schleifkörner auf den Klebstoff aufgeschleudert, gefolgt vom Verfestigen der Klebstoffbeschichtung.
Die US-Patentschrift Nr. 3,048,482 (Hurst) offenbart einen Schleifgegenstand, umfassend einen Träger, ein Bindesystem und Schleifgranulate, die durch das Bindesystem auf dem Träger befestigt sind. Das Schleifgranulat besteht aus einem Verbund von Schleifkörnern und einem Bindemittel, der vom Bindesystem getrennt ist. Das Schleifgranulat ist dreidimensional und bevorzugt pyramidenförmig. Um diesen Schleifgegenstand herzustellen, werden zuerst Schleifkörner durch einen Formvorgang hergestellt. Als Nächstes wird ein Träger in eine Form eingegeben, gefolgt vom Bindesystem und dem Schleifgranulat. Die Form weist bemusterte Hohlräume auf, was dazu führt, dass das Schleifgranulat ein spezifisches Muster auf dem Träger aufweist.
Die US-Patentschrift Nr. 3,605,349 (Anthon) betrifft einen Schleifgegenstand vom Feinschleiftyp. Das Bindemittel und Schleifkörner werden miteinander vermischt und daraufhin auf den Träger durch ein Gitter hindurch gespritzt. Das Vorliegen des Gitters führt zur Bildung einer bemusterten Schleifbeschichtung.
Die US-Patentschrift Nr. 4,055,029 (Kalbow) beschreibt ein offenzelliges Schaumpolierkissen, das mehrere Vorsprünge mit einer Reibefläche aufweist. Die Vorsprünge werden durch periphere Oberflächen definiert, die im Allgemeinen zur oberen Reibefläche der Vorsprünge senkrecht sind und allgemein scharfe Kanten damit bilden. Die Reibefläche kann des Weiteren Schleifteilchen umfassen, die in eine Schleifbeschichtung auf der Oberfläche eingebettet sind.
Die US-Patentschrift Nr. 4,111,666 (Kalbow), eine teilweise Kontinuierung der US-Patentschrift Nr. 4,055,029, offenbart ein Polierkissen mit einer verbesserten Reibefläche, die mit absorbierten reaktiven Mitteln wie beispielsweise einem Zweikomponenten-Polyurethan verstärkt ist. Die verstärkte Oberfläche ist steifer als das Schaummaterial des Kissens.
Die britische Patentanmeldung Nr. 2,094,824 (Moore) betrifft eine bemusterte Feinschleifschicht. Die Aufschlämmung von Schleifmittel/Bindemittelharz wird zubereitet und die Aufschlämmung durch eine Maske unter Bildung einzelner Inseln aufgebracht. Als Nächstes wird das Bindemittelharz ausgehärtet. Bei der Maske kann es sich um ein Seidensieb, eine Schablone, einen Draht oder ein Maschenwerk handeln.
Die US-Patentschriften Nr. 4,644,703 (Kaczmarek et al.) und 4,773,920 (Chasman et al.) betreffen einen Feinschleifgegenstand umfassend einen Träger und eine Schleifbeschichtung, die auf dem Träger befestigt ist. Die Schleifbeschichtung umfasst eine Suspension von Schleifkörnern einer Feinschleifgröße und ein Bindemittel, das durch Radikalpolymerisation ausgehärtet wird. Die Schleifbeschichtung kann durch eine Tiefdruckwalze zu einem Muster geformt werden.
Die US-Patentschrift Nr. 4,930,266 (Calhoun et al.) lehrt eine bemusterte Schleifbahn, bei der das Schleifgranulat stark gebunden und im Wesentlichen in einer Ebene in einem vorbestimmten seitlichen Abstand liegen. Bei dieser Erfindung wird das Schleifgranulat durch eine Aufpralltechnik derart aufgebracht, dass jedes Korn im Wesentlichen einzeln auf den Schleifmittelträger aufgebracht wird. Das führt zu einer Schleifbahn, die genau eingestellte Abstände zwischen den Schleifkörnern aufweist.
Die US-Patentschrift Nr. 5,014,468 (Ravipati et al.) betrifft Feinschleifschichten, die für ophthalmische Anwendungen bestimmt sind. Die Feinschleifschicht umfasst eine bemusterte Oberflächenbeschichtung von Schleifkörnern, die in einem strahlungsausgehärteten Klebstoffbindemittel dispergiert sind. Um die bemusterte Oberfläche herzustellen, wird eine Aufschlämmung von Schleifmittel/aushärtbarem Bindemittel auf der Oberfläche einer Tiefdruckwalze geformt, die geformte Aufschlämmung wird von der Walzenoberfläche abgenommen und daraufhin Strahlungsenergie zum Aushärten unterworfen.
Die US-Patentschrift Nr. 5,015,266 (Yamamoto) betrifft eine Schleifstoffbahn durch gleichförmiges schichtförmiges Aufbringen einer Schleifmittel-/Klebstoffaufschlämmung auf einer geprägten Bahn unter Bereitstellung einer Schleifmittelbeschichtung, die nach dem Aushärten hohe und niedrige Schleifteile aufweist, die durch die Oberflächenspannung der Aufschlämmung gebildet werden und den Unregelmäßigkeiten der Grundbahn entsprechen.
Die US-Patentschrift Nr. 5,107,626 (Mucci) lehrt ein Verfahren zum Bereitstellen einer bemusterten Oberfläche auf einem Substrat durch Schleifen mit einem beschichteten Schleifmittel enthaltend mehrere genau geformte Schleifverbundstoffe. Die Schleifverbundstoffe liegen in einer nicht willkürlichen Anordnung vor und jeder Verbundstoff umfasst mehrere Schleifkörner, die in einem Bindemittel dispergiert sind.
Die japanische Patentanmeldung Nr. 02-083172 (Tsukada et al., am 23. März 1990 veröffentlicht) lehrt ein verfahren zum Herstellen einer Feinschleifschicht mit einem spezifizierten Muster. Eine Schleifmittel-/Bindemittelaufschlämmung wird schichtförmig in Vertiefungen in einem Werkzeug eingebracht. Ein Träger wird dann auf das Werkzeug aufgebracht und das Bindemittel in der Schleifmittelaufschlämmung wird ausgehärtet. Als Nächstes wird das dabei gebildete beschichtete Schleifmittel von dem Werkzeug entfernt. Das Bindemittel kann durch Strahlungs- oder Wärmeenergie ausgehärtet werden.
Die japanische Patentanmeldung Nr. JP 4-159084 (Nishio et al., am 2. Juni 1992 veröffentlicht) lehrt ein Verfahren zum Herstellen eines Feinschleifbands. Eine Schleifmittelaufschlämmung, die Schleifmittelkörner und ein durch Elektronenstrahl aushärtbares Harz umfasst, wird auf die Oberfläche einer Intagliowalze oder Platte mit Vertiefungen aufgebracht. Daraufhin wird die Schleifstoffaufschlämmung einem Elektronenstrahl ausgesetzt, der das Bindemittel aushärtet und das dabei entstehende Feinschleifband wird von der Walze entfernt.
Die US-Patentschrift Nr. 5,437,754 (Calhoun), die dem gleichen Rechtsnachfolger wie die vorliegende Anmeldung übertragen worden ist, lehrt ein Verfahren zum Herstellen eines Schleifgegenstands. Eine Schleifmittelaufschlämmung wird schichtförmig in die Vertiefungen eines geprägten Substrats eingebracht. Die dabei gebildete Konstruktion wird auf einen Träger auflaminiert und das Bindemittel in der Schleifmittelaufschlämmung ausgehärtet. Das geprägte Substrat wird entfernt und die Schleifmittelaufschlämmung haftet an dem Träger.
Die US-Patentschrift Nr. 5,219,462 (Bruxvoort et al.), die dem gleichen Rechtsnachfolger wie die vorliegende Anmeldung übertragen worden ist, lehrt ein Verfahren für das Herstellen eines Schleifgegenstands. Eine Aufschlämmung von Schleifmittel/Bindemittel/Streckmittel wird im Wesentlichen ausschließlich in die Vertiefungen eines geprägten Trägers schichtförmig eingebracht. Nach dem schichtförmigen Einbringen wird das Bindemittel ausgehärtet und das Streckmittel inaktiviert. Das verursacht, dass die Aufschlämmung sich über der Oberfläche des geprägten Trägers ausdehnt.
Die US-Patentschrift Nr. 5,435,816 (Spurgeon et al.), die dem gleichen Rechtsnachfolger wie die vorliegende Anmeldung übertragen worden ist, lehrt ein Verfahren zum Herstellen eines Schleifgegenstands. Bei einer Ausgestaltung dieses Patents wird eine Schleifmittel-/Bindemittelaufschlämmung schichtförmig in die Vertiefungen eines geprägten Substrats eingebracht. Strahlungsenergie wird durch das geprägte Substrat hindurch und in die Schleifmittelaufschlämmung hineingeschickt, um das Bindemittel auszuhärten.
Die US-Patentschrift Nr. 5,658,184 (Hoopman et al.) beschreibt ein Nagelwerkzeug. Das Nagelwerkzeug umfasst mehrere Schleifverbundstoffe auf einem Substrat. Das Substrat ist an einem Schaumträger befestigt.
Die US-Patentschrift Nr. 5,672,097 (Hoopman), die dem gleichen Rechtsnachfolger wie die vorliegende Anmeldung übertragen worden ist, lehrt einen Schleifgegenstand, bei dem die charakteristischen Merkmale genau gestaltet sind, jedoch untereinander variieren.
Die US-Patentschrift Nr. 5,692,950 (Rutherford et al.) beschreibt eine Schleifmittelkonstruktion umfassend mehrere dreidimensionale Verbundstoffe auf einem Träger. Ein elastisches Schaumelement wird auf dem Träger befestigt.
Die US-Patentschrift Nr. 5,714,259 (Holmes et al.) offenbart ein Schleifprodukt mit genau gestalteten Schleifverbundstoffen. Die Verbundstoffe sind auf ein Substrat aufgeklebt, bei dem es sich um einen polymeren Schaum handeln kann.
Die US-Patentschrift Nr. 5,910,471 (Christianson et al.) beschreibt einen Schleifgegenstand umfassend mehrere Schleifverbundstoffe auf einem Träger, wobei der Träger an einem Trägerkissen befestigt ist, das auf einem Schaumkissen befestigt ist, das ein Kissen für den Schleifgegenstand während des Polierens bietet. Der Träger kann auch als Stützkissen dienen. Beispielsweise kann der Träger ein Schaumträger wie beispielsweise ein Polyurethanschaumträger sein.
Die US-A-2002/090901 betrifft ein biegsames Schleifprodukt umfassend einen offenzelligen Schaumträger, eine durchlöcherte Barrierebeschichtung und eine geformte Schleifmittelbeschichtung.
Was in der Industrie erwünscht ist, ist ein schaumgestützter Schleifgegenstand, der irgendwelche Ansammlung feiner Späne oder von Trümmern an der Schleifgrenzfläche minimiert, schnell eine feine Oberflächenbeschaffenheit erzeugt, eine lange Nutzungsdauer besitzt und die Klebrigkeit minimiert.
Die Erfindung bietet ein Verfahren zur Herstellung eines geprägten schaumhinterlegten Schleifprodukts, das gewisse der oben aufgeführten Probleme bewältigt.
Spezifisch bietet die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines geprägten Schleifgegenstands, umfassend:

a. das Bereitstellen eines bahnförmigen Schaumträgers mit einer ersten Oberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche,
b. das Bereitstellen einer Schleifbeschichtung umfassend Schleifteilchen und Bindemittel auf der ersten Oberfläche unter Bereitstellung eines Schleifgegenstands; und
c. das Aufbringen unter Druck eines bemusterten Prägewerkzeugs mit einer Prägefläche enthaltend mindestens ein Muster von erhöhten Bereichen auf die Schleifbeschichtung des Schleifgegenstands unter Bereitstellung eines geprägten Musters, das mindestens vertiefte Bereiche enthält, die den erhöhten Bereichen der Prägefläche in der Schleifbeschichtung und dem Schaumträger entsprechen, um einen geprägten Schleifgegenstand bereitzustellen.

Die geprägte Oberfläche kann auch vertiefte Bereiche enthalten und das geprägte Muster würde auch erhöhte Bereiche enthalten, die den vertieften Bereichen der Prägefläche entsprechen. Das geprägte Muster kann entweder ein gleichförmiges oder ein willkürliches Muster sein.
Die Schleifbeschichtung kann durch Anwenden einer fließfähigen aushärtbaren Bindemittelgrundbeschichtung hergestellt werden, in die Schleifteilchen derart abgesetzt werden, dass sie mindestens teilweise in der unausgehärteten Grundbeschichtung eingebettet sind, gefolgt von mindestens teilweisem Aushärten der Grundbeschichtung, um einen handhabungsfähigen Gegenstand bereitzustellen, der dann gegebenenfalls mit einer fließfähigen Bindemitteldeckbeschichtung beschichtet wird. Daraufhin werden die Beschichtungen vollständig ausgehärtet, um den beschichteten Schleifgegenstand bereitzustellen.
Die Schleifbeschichtung kann auch durch Aufbringen einer Mischung von fließfähigem aushärtbarem Bindemittel und Schleifteilchen auf die erste Oberfläche und Aushärten des fließfähigen aushärtbaren Bindemittels unter Bereitstellen der Schleifbeschichtung bereitgestellt werden. Bevorzugt wird die auf diese Weise aufgebrachte Schleifbeschichtung mit einem Gerät in Kontakt gebracht, das eine Oberfläche aufweist, die der Schleifbeschichtung ein Muster verleiht, um erhöhte Bereiche und vertiefte Bereiche in der Schleifbeschichtung, jedoch nicht in dem Schaumträger vor dem Aushärten bereitzustellen. Daraufhin wird die bemusterte oder strukturierte Schleifbeschichtung auf eine Art und Weise ausgehärtet, dass die bemusterte Schleifoberfläche beibehalten wird.
Das bevorzugte Prägewerkzeug ist eine Prägewalze, die eine Oberfläche aufweist, die Vertiefungen geeigneter Größe und erhöhte Teile enthält, um ein erwünschtes Muster zu bilden. Bevorzugt wird das Prägen derart durchgeführt, dass die vertieften Bereiche sich mindestens ca. 200 μm in den Schaumträger hinein erstrecken.
Die bevorzugten Schaumträger besitzen eine Dicke von mindestens 0,2 mm, bevorzugt liegt die Dicke im Bereich von ca. 1 mm bis ca. 6 mm. Der Schaum kann entweder ein offenzelliger Schaum oder ein geschlossenzelliger Schaum sein.
Typischerweise führt das Prägen zu Vertiefungen im Schaum, wobei die Entfernung zwischen der niedrigen Stelle in der Vertiefung und der hohen Stelle der distalen Enden der erhobenen Bereiche im Größenmaßstab von ca. 200 Mikrometern, bevorzugt mindestens ca. 500 Mikrometern, liegt.
Irgendeine Art verschiedener prägbarer Schaumträger können als Schaumträger verwendet werden. Ein bevorzugter Schaumträger besteht aus einem Polyethylenschaumträger, der von Minnesota Mining and Manufacturing Company (3M) unter der Produktbezeichnung 4496W erhältlich ist.
Nützliche Schaumträger weisen eine Dicke im Größenmaßstab von 0,2 bis 25 mm, eine Dichte im Größenmaßstab von 0,02 bis 0,5 g/cm³ und eine Durometerhärte (Shore 00) von bevorzugt im Größenmaßstab von 15 bis 100 auf, obwohl Schäume mit einer Durometerhärte von weniger als 15 bei einigen Anwendungen nützlich sein können.
Die Prägetemperatur hängt vom Typ des Schaums ab, beispielsweise können druckverformte Schäume mit einem Prägewerkzeug geprägt werden, das nicht über die Raumtemperatur erhitzt werden muss. Bevorzugt wird das Prägewerkzeug für andere Typen Schaum erhitzt, um das Prägen bei einer Temperatur von mindestens ca. 30°C zu erlauben, bevorzugt erfolgt das Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich von ca. 80°C bis ca. 210°C.
Das Prägewerkzeug wird bevorzugt bei einem Druck im Bereich von ca. 1,5 bis 200 N/cm Bahnbreite aufgebracht, obwohl dies je nach der Zusammensetzung und der Konstruktion des Schaumträgers variieren kann.
Der Begriff „Schaum" soll sich sowohl auf offenzellige als auch geschlossenzellige Schäume beziehen.
Der Begriff „Träger" soll Schaumbahnmaterialien bedeuten.
Der Begriff „geformte Schleifbeschichtung" soll eine Beschichtung aus einem ausgehärteten Bindemittel und Schleifmaterial bedeuten, das eine bloßgelegte oder Arbeitsoberfläche aufweist, die erhöhte Teile und vertiefte Teile einschließt.
Der Begriff „mindestens teilweise ausgehärtet" soll „einen Teil" oder „das Gesamte" aushärtbare Vorläufermaterial bedeuten, das bis zu einem derartigen Grad ausgehärtet worden ist, dass es gehandhabt und aufgefangen werden kann.
Der Begriff „mindestens teilweise ausgehärtet" bedeutet nicht, dass ein Teil oder der gesamte aushärtbare Bindemittelvorläufer immer vollständig ausgehärtet ist, er ist jedoch ausreichend ausgehärtet, nachdem er mindestens teilweise ausgehärtet worden ist, um handhabbar und auffangbar zu sein.
Der Ausdruck „handhabbar und auffangbar", wie er hier verwendet wird, betrifft Material, das nicht wesentlich fließt oder eine wesentliche Änderung seiner Gestalt durchmacht, wenn es einer aufgebrachten Kraft unterworfen wird, die dazu neigt, einen Körper zu dehnen oder zu verformen.
Der Ausdruck „vollständig ausgehärtet" soll bedeuten, dass der Bindemittelvorläufer ausreichend ausgehärtet ist, so dass das dabei gebildete Produkt als Schleifgegenstand, z.B. beschichteter Gegenstand, funktionieren wird.
Das erfindungsgemäße Schleifprodukt besitzt eine lange und nützliche Nutzungsdauer aufgrund des Vorliegens des geprägten Musters, das vorgeformte Bereiche bereitstellt, die durch geprägte Vertiefungslinien getrennt sind, die einen Auffangbereich für feine Späne und Trümmer bieten, die während Schleifarbeiten mit dem Produkt gebildet werden. So kann das Schleifprodukt sehr feine Schleifkörner enthalten, die äußerst feine Oberflächenbeschaffenheiten bei irgendeiner Art von Arbeitsflächen bieten. Das erfindungsgemäße Produkt bietet einen brauchbaren Ersatz für die Anwendung loser Schleifaufschlämmungen und umgeht die Notwendigkeit von Flüssigkeitshandhabungsgeräten, die normalerweise mit Aufschlämmungen verbunden sind, und die Notwendigkeit des Auffindens geeigneter Entsorgungsstellen für verbrauchte Aufschlämmungen. Das Vorliegen der vertieften Bereiche, die von den geprägten Linien zwischen den Mustern von Körpern geboten werden, die mit Schleifmittel beschichtet werden, bietet einen effizienten Fluidfluss an der Arbeitsfläche des erfindungsgemäßen Schleifprodukts ohne unerwünschte „Klebrigkeit", das normalerweise bei glattflächigen Feinschleifschichten auf glattflächigen Arbeitsstückoberflächen anzutreffen ist.
1 ist eine gezeichnete Darstellung eines vergrößerten schematischen Querschnitts eines Teils eines Schleifprodukts, das durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist.
2 ist eine Draufsicht auf eine geprägte Schleifscheibe, die durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist.
3 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines Schleifgegenstands, der dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend geprägt werden kann.
4 ist eine Draufsicht auf eine Walze zum Herstellen eines Produktionswerkzeugs, das zum Herstellen eines Schleifgegenstands nützlich ist, der durch das erfindungsgemäße Verfahren geprägt werden kann.
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Segments der in 4 gezeigten Walze, die der Linie 5-5 entlang genommen worden ist, um Einzelheiten der Oberfläche zu zeigen.
6 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines anderen Segments der bemusterten Oberfläche der in 4 gezeigten Walze, der Linie 6-6 entlang genommen.
7 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen des geprägten erfindungsgemäßen Schleifgegenstands.
1 ist eine gezeichnete Darstellung eines vergrößerten schematischen Querschnitts eines Teils eines Schleifprodukts 10, das durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist. Das Schleifprodukt 10 umfasst einen Schaumträger 11, der eine erste Oberfläche 12 und eine gegenüberliegende Oberfläche 13 aufweist. Vor dem Prägen wird eine Schleifbeschichtung auf der ersten Oberfläche 12 bereitgestellt.
Die Schleifbeschichtung kann entweder mit einer Grundbeschichtung hergestellt werden, die teilweise eingebettete Schleifteilchen enthält, welche Beschichtung und Teilchen bevorzugt mit einer Deckbeschichtung überschichtet werden, oder einen Schleifverbundstoff, in dem Schleifteilchen gleichförmig in einem ausgehärteten Bindemittel dispergiert sind. Die in 1 gezeigte Schleifbeschichtung 14 wird durch Aufbringen einer Mischung von Schleifteilchen und eines aushärtbaren Bindemittels auf eine Trägeroberfläche 12 vor dem Aushärten, Aufbringen einer Oberfläche eines Produktionswerkzeugs auf die unausgehärtete Beschichtung, um eine texturierte Oberflächenbeschaffenheit zu verleihen, die vertiefte Bereiche 15 und erhöhte Bereiche 16 enthält, um eine strukturierte Schleifoberfläche bereitzustellen, hergestellt.
Die Herstellung dieses Typs von Produkt kann durch das in 3 schematisch gezeigte Gerät erreicht werden. 3 veranschaulicht einen Apparat 23 für das Aufbringen einer geformten Beschichtung auf die erste Hauptfläche des Schaumträgers 25. Ein Produktionswerkzeug 24 liegt in Form eines Bands mit einer Hohlräume enthaltenden Kontaktfläche 30, einer gegenüberliegenden Trägerfläche 38 und entsprechend dimensionierten Hohlräumen innerhalb der Kontaktfläche 30 vor. Der Träger 25 mit einer ersten Hauptfläche 26 und einer zweiten Hauptfläche 27 wird von einer Rolle 28 abgewickelt. Zu gleicher Zeit, wie der Träger 25 von der Rolle 28 abgewickelt wird, wird das Produktionswerkzeug 24 von der Rolle 29 abgewickelt. Die Kontaktfläche 30 des Produktionswerkzeugs 24 wird mit einer Mischung von Schleifteilchen und Bindemittelvorläufer in der Beschichtungsstation 31 beschichtet. Die Mischung kann erhitzt werden, um die Viskosität vor oder während des Beschichtungsschritts zu reduzieren. Die Beschichtungsstation kann irgendeine herkömmliche Beschichtungsvorrichtung, wie einen Rakelbeschichter, einen Falldüsenbeschichter, Gardinenbeschichter, Vakuumdüsenbeschichter oder Extrusionsdüsenbeschichter umfassen. Nach dem Beschichten der Kontaktfläche 30 des Produktionswerkzeugs 24 werden der Träger 25 und das Produktionswerkzeug 24 derart zusammengebracht, dass die Mischung die erste Hauptfläche 26 des Trägers 25 benetzt. In 3 wird die Mischung in den Kontakt mit dem Träger 25 durch eine Kontaktabquetschwalze 33 gedrückt, die auch die Produktionswerkzeugs-/Mischungs-/Trägerkonstruktion gegen eine Stützwalze 35 drückt. Als Nächstes wird eine ausreichende Dosis von Strahlungsenergie durch eine Strahlungsenergiequelle 37 durch die Rückenfläche 38 des Produktionswerkzeugs 24 und in die Mischung hinein übertragen, um den Bindemittelvorläufer zumindest teilweise unter Bildung einer geformten handhabbaren Struktur 39 auszuhärten. Das Produktionswerkzeug 24 wird dann von der geformten handhabbaren Struktur 39 entfernt. Die Trennung des Produktionswerkzeugs 24 von der geformten, handhabbaren Struktur 39 findet auf einer Walze 40 statt. Der Winkel, Alpha, zwischen der geformten handhabbaren Struktur 39 und dem Produktionswerkzeug 24 ist direkt nach dem Hinübergehen über die Walze 40 bevorzugt ein steiler Winkel, d.h. von über 30 Grad, um eine rückstandslose Trennung der geformten handhabbaren Struktur 39 vom Produktionswerkzeug 24 herbeizuführen. Das Produktionswerkzeug 24 wird als Rolle 41 erneut aufgewickelt, so dass es wiederverwendet werden kann. Die geformte handhabbare Struktur 39 wird als Rolle 43 aufgewickelt. Wenn der Bindemittelvorläufer nicht vollständig ausgehärtet ist, kann er durch Aussetzen einer zusätzlichen Energiequelle gegenüber, wie beispielsweise einer Quelle von Wärmeenergie oder einer zusätzlichen Quelle von Strahlungsenergie, unter Bildung des beschichteten Schleifgegenstands vollständig ausgehärtet werden. Als Alternative kann eine vollständige Aushärtung schließlich ohne Verwendung einer zusätzlichen Energiequelle unter Bildung des beschichteten Schleifgegenstands erfolgen. Der Ausdruck „vollständig ausgehärtet", wie er hier verwendet wird, bedeutet, dass der Bindemittelvorläufer ausreichend ausgehärtet ist, dass das dabei entstehende Produkt als Schleifgegenstand, z.B. beschichteter Schleifgegenstand, funktionieren kann.
Der ausgehärtete schaumgestützte Schleifgegenstand, der durch Verwendung des in 3 dargestellten Geräts hergestellt worden ist, hat eine relativ glatte Oberfläche, mit Ausnahme der Oberflächenwellungen, die durch das Produktionswerkzeug 24 verliehen worden sind. Wie in 7 gezeigt, wird die Oberfläche des Schleifgegenstands 39 dann einem Kontakt mit einem Prägewerkzeug in Form einer bemusterten Prägewalze 70 unterworfen, die erhöhte Bereiche 71 aufweist. Die Walze 70 wird neben der glatten unerhitzten Entlastungswalze 72 derart eingesetzt, dass erhöhte Bereiche 71 auf der Prägewalze 70 ein geprägtes Muster in die Schleifbeschichtung und in die Schaumbeschichtung einbringen, die sich bevorzugt mindestens 200 μm in den Schaumträger hinein erstreckt. Die geprägten Linien, wie sie in 2 dargestellt sind, definieren Schleifinseln, die durch in Maschinenrichtung geprägte Linien 21 und geprägte Querlinien 22 unter Bildung von Vertiefungen 18, wie in 1 gezeigt, gekennzeichnet sind.
Die Komponenten des Schleifprodukts, das dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend geprägt ist, werden hier beschrieben.
Schleifteilchen
Ein erfindungsgemäßer Schleifgegenstand umfasst typischerweise mindestens eine Schleifverbundstoffschicht, die mehrere Schleifteilchen enthält, die in Vorläuferpolymeruntereinheiten dispergiert sind. Das Bindemittel wird aus einem Bindemittelvorläufer gebildet, der Vorläuferpolymeruntereinheiten umfasst. Die Schleifteilchen können in einem Bindemittel gleichmäßig dispergiert sein oder als Alternative können die Schleifteilchen nicht gleichmäßig darin dispergiert sein. Es wird vorgezogen, dass die Schleifteilchen in dem Bindemittel gleichmäßig dispergiert sind, so dass der dabei gebildete Schleifgegenstand ein gleichmäßigeres Schneidevermögen besitzt.
Die durchschnittliche Teilchengröße der Schleifteilchen kann im Bereich von ca. 0,01 bis 1500 Mikrometern, typischerweise zwischen 0,01 und 500 Mikrometern, im Allgemeinsten zwischen 1 und 100 Mikrometern liegen. Die Größe der Schleifteilchen wird typischerweise so spezifiziert, dass es sich um die längste Dimension der Schleifteilchen handelt. In den meisten Fällen wird ein Verteilungsbereich der Teilchengrößen vorliegen. In einigen Fällen wird es vorgezogen, dass die Teilchengrößenverteilung derart streng unter Kontrolle gehalten wird, dass der dabei gebildete Schleifgegenstand eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit auf dem Arbeitsstück, das geschliffen wird, bietet.
Beispiele herkömmlicher harter Schleifteilchen umfassen geschmolzenes Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid, weißes geschmolzenes Aluminiumoxid, schwarzes Siliciumcarbid, grünes Siliciumcarbid, Titandiborid, Borcarbid, Wolframcarbid, Titancarbid, Diamant (sowohl natürlicher als auch synthetischer), Siliciumdioxid, Eisenoxid, Chrom(III)oxid, Cer(IV)oxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Silicate, Zinnoxid, kubisches Bornitrid, Granat, geschmolzenes Aluminiumoxid-Zirconiumdioxid, Sol-Gel-Schleifteilchen und dergleichen. Beispiele von Sol-Gel-Schleifteilchen sind in den US-Patentschriften Nr. 4,314,827 (Leitheiser et al.); 4,623,364 (Cottringer et al); 4,744,802 (Schwabel); 4,770,671 (Monroe et al.) und 4,881,951 (Wood et al.) zu finden.
Der Ausdruck Schleifteilchen, wie er hier verwendet wird, umfasst auch einzelne Schleifteilchen, die mit einem Polymer unter Bildung eines Schleifagglomerats miteinander verbunden sind. Schleifagglomerate sind in den US-Patentschriften Nr. 4,311,489 (Kressner); 4,652,275 (Bloecher et al.); 4,799,939 (Bloecher et al.) und 5,500,273 (Holmes et al.) noch näher beschrieben. Als Alternative können die Schleifteilchen durch Anziehungskräfte zwischen den Teilchen miteinander verbunden sein.
Das Schleifteilchen kann auch eine damit verbundene Gestalt aufweisen. Beispiele derartiger Gestalten umfassen Stäbe, Dreiecke, Pyramiden, Kegel, massive Kugeln, Hohlkugeln und dergleichen. Als Alternative können die Schleifteilchen willkürlicher Gestalt sein.
Die Schleifteilchen können mit Materialien beschichtet werden, um den Teilchen die erwünschten charakteristischen Eigenschaften zu verleihen. Beispielsweise haben sich Materialien, die auf die Oberfläche eines Schleifteilchens aufgebracht werden, als dahingehend erwiesen, die Haftung zwischen dem Schleifteilchen und dem Polymer zu verbessern. Außerdem kann ein Material, das auf die Oberfläche eines Schleifteilchen aufgebracht wird, die Dispergierfähigkeit der Schleifteilchen in den Vorläuferpolymeruntereinheiten verbessern. Alternativ können Oberflächenbeschichtungen die Schneidecharakteristiken des dabei gebildeten Schleifteilchen ändern und verbessern. Derartige Oberflächenbeschichtungen sind beispielsweise in den US-Patentschriften Nr. 5,011,508 (Wald et al.); 1,910,444 (Nicholson); 3,041,156 (Rowse et al.); 5,009,675 (Kunz et al.); 4,997,461 (Markhoff-Matheny et al.); 5,213,591 (Celikkaya et al.); 5,085,671 (Martin et al.) und 5,042,991 (Kunz et al.) beschrieben.
Füllstoffe
Ein erfindungsgemäßer Schleifgegenstand kann eine Schleifbeschichtung umfassen, die des Weiteren einen Füllstoff umfasst. Ein Füllstoff ist ein teilchenförmiges Material mit einer durchschnittlichen Teilchengröße im Bereich zwischen 0,1 bis 50 Mikrometern, typischerweise zwischen 1 und 30 Mikrometern. Beispiele nützlicher Füllstoffe für diese Erfindung umfassen Metallcarbonate (wie beispielsweise Calciumcarbonat, Calciummagnesiumcarbonat, Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat), Siliciumdioxid (wie beispielsweise Quarz, Glasperlen, Glaskugeln und Glasfasern), Silicate (wie beispielsweise Talk, Tonarten, Montmorillonit, Feldspat, Glimmer, Calciumsilicat, Calciummetasilicat, Natriumaluminosilicat, Natriumsilicat), Metallsulfate (wie beispielsweise Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat), Gips, Vermiculit, Zucker, Holzmehl, Aluminiumtrihydrat, Ruß, Metalloxide (wie beispielsweise Calciumoxid, Aluminiumoxid, Zinnoxid, Titandioxid), Metallsulfite (wie beispielsweise Calciumsulfit), thermoplastische Teilchen (wie beispielsweise Polycarbonat, Polyetherimid, Polyester, Polyethylen, Polysulfon, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrolblockcopolymer, Polypropylen, Acetalpolymere, Polyurethane, Nylonteilchen) und duroplastische Teilchen (wie beispielsweise Phenolkugeln, Phenolperlen, Polyurethanschaumteilchen und dergleichen). Der Füllstoff kann auch ein Salz wie beispielsweise ein Halogenidsalz sein. Beispiele von Halogenidsalzen umfassen Natriumchlorid, Kaliumcryolit, Natriumcryolit, Ammoniumcryolit, Kaliumtetrafluorborat, Natriumtetrafluorborat, Siliciumfluoride, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid. Beispiele von Metallfüllstoffen umfassen Zinn, Blei, Wismuth, Kobalt, Antimon, Cadmium, Eisen, Titan. Andere verschiedene Füllstoffe umfassen Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit und Metallsulfide und Suspensionsmittel.
Ein Beispiel eines Suspensionsmittels ist ein amorphes Siliciumdioxidteilchen mit einem Oberflächenbereich von weniger als 150 Quadratmetern/Gramm, das im Handel von Degussa Corp., Rheinfelden, Deutschland, unter der Handelsbezeichnung „OX-50" erhältlich ist. Der Zusatz des Suspensionsmittels kann die Viskosität der Schleifaufschlämmung insgesamt reduzieren. Die Verwendung von Suspensionsmitteln ist in der US-Patentschrift Nr. 5,368,619 (Culler) noch näher beschrieben.
Schleifverbundstoffbindemittel
Die erfindungsgemäße Schleifbeschichtung wird aus einer aushärtbaren Schleifverbundstoffschicht gebildet, die eine Mischung von Schleifteilchen und Vorläuferpolymeruntereinheiten umfasst. Die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht umfasst bevorzugt organische Vorläuferpolymeruntereinheiten. Die Vorläuferpolymeruntereinheiten sind bevorzugt dazu fähig, ausreichend zu fließen, um eine Oberfläche beschichten zu können. Das Verfestigen der Vorläuferpolymeruntereinheiten kann durch Aushärten (z.B. Polymerisieren und/oder Vernetzen), durch Trocknen (z.B. Abtreiben einer Flüssigkeit) und/oder einfach durch Kühlen erreicht werden. Die Vorläuferpolymeruntereinheiten können eine organische Zusammensetzung auf Lösungsmittelbasis, auf Wasserbasis oder mit 100 %igem Feststoffgehalt (d.h. eine im Wesentlichen lösungsmittelfreie Zusammensetzung) sein. Sowohl Thermoplast- als auch Duroplastpolymere oder – materialien sowie Kombinationen derselben können als Vorläuferpolymeruntereinheiten verwendet werden. Auf das Aushärten der Vorläuferpolymeruntereinheiten hin wird der aushärtbare Schleifverbundstoff in den ausgehärteten Schleifverbundstoff umgewandelt. Die bevorzugten Vorläuferpolymeruntereinheiten können entweder ein kondensationsaushärtbares Harz oder ein additionspolymerisierbares Harz sein. Die additionspolymerisierbaren Harze können ethylenisch ungesättigte Monomere und/oder Oligomere sein. Beispiele nützlicher vernetzbarer Materialien umfassen phenolische Harze, Bismaleimidbindemittel, Vinyletherharze, Aminoplastharze, die Alpha-, Beta-ungesättigte Carbonylseitengruppen aufweisen, Urethanharze, Epoxidharze, Acrylatharze, acrylierte Isocyanuratharze, Harnstoffformaldehydharze, Isocyanuratharze, acrylierte Urethanharze, acrylierte Epoxidharze oder Mischungen derselben.
Eine Schleifverbundstoffschicht kann, auf das Gewicht bezogen, ca. 1 Teil Schleifteilchen bis 90 Teile Schleifteilchen und 10 Teile Vorläuferpolymeruntereinheiten bis 99 Teile Vorläuferpolymeruntereinheiten umfassen. Bevorzugt kann eine Schleifverbundstoffschicht ca. 30 bis 85 Teile Schleifteilchen und ca. 15 bis 70 Teile Vorläuferpolymeruntereinheiten umfassen. Noch bevorzugter kann eine Schleifverbundstoffschicht ca. 40 bis 70 Teile Schleifteilchen und ca. 30 bis 60 Teile Vorläuferpolymeruntereinheiten umfassen.
Die Vorläuferpolymeruntereinheiten bestehen bevorzugt aus einem aushärtbaren organischen Material (d.h. einer Polymeruntereinheit oder einem Material, das in der Lage ist, sich nach dem Aussetzen Wärme und/oder anderen Energiequellen wie Elektronenstrahl, Ultraviolettlicht, sichtbarem Licht usw. oder im Laufe der Zeit auf den Zusatz eines chemischen Katalysators, von Feuchtigkeit oder anderem Mittel, das das Polymer zum Aushärten oder Polymerisieren bringt) zu polymerisieren und/oder zu vernetzen). Beispiele von Vorläuferpolymeruntereinheiten umfassen Aminopolymere oder Aminoplastpolymere wie beispielsweise alkylierte Harnstoff-Formaldehydpolymere, Melamin-Formaldehydpolymere und alkylierte Benzoguanamin-Formaldehydpolymer, Acrylatpolymere einschließlich Acrylate und Methacrylate, Alkylacrylate, acrylierte Epoxide, acrylierte Urethane, acrylierte Polyester, acrylierte Polyetter, Vinylether, acrylierte Öle und acrylierte Silicone, Alkydpolymere wie beispielsweise Urethanalkydpolymere, Polyesterpolymere, reaktive Urethanpolymere, Phenolpolymere wie beispielsweise Resole und Novolakpolymere, Phenol-Latexpolymere, Epoxypolymere wie beispielsweise Bisphenolepoxypolymere, Isocyanate, Isocyanurate, Polysiloxanpolymere einschließlich Alkylalkoxysilanpolymere oder reaktive Vinylpolymere. Die dabei gebildeten Bindemittel können in Form von Monomeren, Oligomeren, Polymeren oder Kombinationen derselben vorliegen.
Die Aminoplastvorläuferuntereinheiten weisen mindestens eine alpha-, beta-ungesättigte Carbonylseitengruppe pro Molekül oder Oligomer auf. Diese Polymermaterialien sind in den US-Patentschriften Nr. 4,903,440 (Larson et al.) und 5,236,472 (Kirk et al.) noch näher beschrieben.
Bevorzugte ausgehärtete Schleifbeschichtungen werden aus radikalaushärtbaren Vorläuferpolymeruntereinheiten gebildet. Diese Vorläuferpolymeruntereinheiten sind in der Lage, sich auf die Exposition Wärmeenergie und/oder Strahlungsenergie gegenüber schnell zu polymerisieren. Eine bevorzugte Untergruppe von radikalaushärtbaren Vorläuferpolymeruntereinheiten umfasst ethylenisch ungesättigte Vorläuferpolymeruntereinheiten. Beispiele derartiger ethylenisch ungesättigter Vorläuferpolymeruntereinheiten umfassen Aminoplastmonomere oder -oligomere, die alpha-, betaungesättigte Carbonylseitengruppen aufweisen, ethylenisch ungesättigte Polymere oder Oligomere, acrylierte Isocyanuratmonomere, acrylierte Urethanoligomere, acrylierte Epoxymonomere oder -oligomere, ethylenisch ungesättigte Monomere oder Verdünnungsmittel, acrylierte Dispersionen und Mischungen derselben. Der Ausdruck Acrylat umfasst sowohl Acrylate als auch Methacrylate.
Ethylenisch ungesättigte Vorläuferpolymeruntereinheiten umfassen sowohl monomere als auch polymere Verbindungen, die Atome von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff und wahlweise Stickstoff und den Halogenen enthalten. Sauerstoff- oder Stickstoffatome oder beide liegen im Allgemeinen in Form von Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harngruppen vor. Die ethylenisch ungesättigten Monomere können monofunktionell, difunktionell, trifunktionell, tetrafunktionell sein oder sogar eine höhere Funktionalität aufweisen und Monomere sowohl auf Acrylat- als auch auf Methacrylatbasis umfassen. Geeignete ethylenisch ungesättigte Verbindungen sind bevorzugt Ester, die durch die Reaktion von Verbindungen hergestellt werden, die aliphatische Monohydroxygruppen oder aliphatische Polyhydroxygruppen und ungesättigte Carbonsäuren wie beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure oder Maleinsäure enthalten. Repräsentative Beispiele ethylenisch ungesättigter Monomere umfassen Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Styrol, Divinylbenzol, Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Hydroxybutylacrylat, Hdyroxybutylmethacrylat, Laurylacrylat, Octylacrylat, Caprolactonacrylat, Caprolactonmethacrylat, Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Cyclohexylacrylat, Stearylacrylat, 2-Phenoxyethylacrylat, Isooctylacrylat, Isobornylacrylat, Isodecylacrylat, Polyethylenglycolmonoacrylat, Polypropylenglycolmonoacrylat, Vinyltoluol, Ethylenglycoldiacrylat, Polyethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylat, propoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glycerintriacrylat, Pentaerythrittriacrylat, Pentaerythrittrimethacrylat, Pentaerythrittetraacrylat und Pentaerythrittetramethacrylat. Andere ethylenisch ungesättigte Materialien umfassen Monoallyl-, Polyallyl- oder Polymethallylester und -amide von Carbonsäuren wie beispielsweise Diallylphthalat, Diallyladipat oder N,N-Diallyladipamid. Noch andere stickstoffhaltige ethylenisch ungesättigte Monomere umfassen Tris(2-acryloxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-methylacryloxyethyl)-s-triazin, Acrylamid, Methylacrylamid, N-Methylacrylamid, N,N- Dimethylacrylamid, N-Vinylpyrrolidon oder N-Vinylpiperidon.
Eine bevorzugte Vorläuferpolymeruntereinheit enthält eine Mischung von zwei oder mehr Acrylatmonomeren. Beispielsweise können die Vorläuferpolymeruntereinheiten eine Mischung von dreifunktionellen Acrylat- und monofunktionellen Acrylatmonomeren sein. Ein Beispiel einer Vorläuferpolymeruntereinheit ist eine Mischung von propoxyliertem Trimethylolpropantriacrylat und 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylat. Die Gewichtsverhältnisse multifunktioneller Acrylat- und monofunktioneller Acrylatpolymere können im Bereich von ca. 1 Teil bis ca. 90 Teile multifunktionelles Acrylat zu ca. 10 Teile bis ca. 99 Teile monofunktionellem Acrylat liegen.
Es ist auch möglich, Vorläuferpolymeruntereinheiten aus einer Mischung eines Acrylats und eines Epoxypolymers, z.B. wie in der US-Patentschrift Nr. 4,751,138 (Tumey et al.) beschrieben, zu formulieren.
Andere Vorläuferpolymeruntereinheiten umfassen Isocyanuratderivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe und Isocyanatderivate, die mindestens eine Acrylatseitengruppe aufweisen, sind in der US-Patentschrift Nr. 4,652,274 (Boettcher et al.) noch näher beschrieben. Das bevorzugte Isocyanuratmaterial ist ein Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat.
Noch andere Vorläuferpolymeruntereinheiten umfassen Diacrylaturethanester sowie Polyacrylat- oder Polymethacrylaturethanester von hydroxybeendeten durch Isocyanat verlängerten Polyestern oder Polyethern. Beispiele im Handel erhältlicher acrylierter Urethane umfassen diejenigen, die unter der Handelsbezeichnung „UVITHANE 782" von Morton Chemical, Moss Point, MS erhältlich sind; „CMD 6600", „CMD 8400" und „CMD 8805" von UCB Radcure Specialties, Smyrna, Ga. erhältlich sind; „PHOTOMER"-Harze (z.B. PHOTOMER 6010) von Henkel Corp., Hoboken, N.J.; „EBECRYL 220" (hexafunktionelles aromatisches Urethanacrylat), „EBECRYL 284" (aliphatisches Urethandiacrylat von 1200, mit 1,6-Hexandioldiacrylat verdünnt), „EBECRYL 4827" (aromatisches Urethandiacrylat), „EBECRYL 4830" (aliphatisches Urethandiacrylat, mit Tetraethylenglycoldiacrylat verdünnt), „EBECRYL 6602" (dreifunktionelles aromatisches Urethanacrylat, mit Trimethylolpropanethoxytriacrylat verdünnt), „EBECRYL 840" (aliphatisches Urethandiacrylat) und „EBECRYL 8402" (aliphatisches Urethandiacrylat) von UCB Radcure Specialties; und „SARTOMER"-Harze (z.B. „SARTOMER" 9635, 9645, 9655, 963-B80, 966-A80, CN980M50 usw.) von Sartomer Co., Exton, Pa, erhältlich.
Noch andere Vorläuferpolymeruntereinheiten umfassen Diacrylatepoxyester sowie Polyacrylat- oder Polymethacrylatepoxyester wie beispielsweise die Diacrylatester von Bisphenol A-Epoxypolymer. Beispiele von im Handel erhältlichen acrylierten Epoxyprodukten umfassen diejenigen, die unter der Handelsbezeichnung „CMD 3500", „CMD 3600" und „CMD 3700" von UCB Radcure Specialties erhältlich sind.
Andere Vorläuferpolymeruntereinheiten können auch acrylierte Polyesterpolymere sein. Acrylierte Polyester sind die Reaktionsprodukte von Acrylsäure mit einer zweibasigen Säure/aliphatischem Polyester auf Diolbasis. Beispiele im Handel erhältlicher acrylierter Polyester umfassen diejenigen, die unter den Handelsbezeichnungen „PHOTOMER 5007" (hexafunktionelles Acrylat) und „PHOTOMER 5018" (tetrafunktionelles Tetraacrylat) von Henkel Corp bekannt sind und „EBECRYL 80" (tetrafunktionelles modifiziertes Polyesteracrylat), „EBECRYL 450" (Fettsäuremodifiziertes Polyesterhexaacrylat) und „EBECRYL 830" (hexafunktionelles Polyesteracrylat) von UCB Radcure Specialties.
Eine andere bevorzugte Vorläuferpolymeruntereinheit ist eine Mischung von ethylenisch ungesättigtem Oligomer und Monomeren. Beispielsweise kann die Vorläuferpolymeruntereinheit eine Mischung eines acrylfunktionellen Urethanoligomers und von einem oder mehreren monofunktionellen Acrylatmonomeren umfassen. Dieses Acrylatmonomer kann ein pentafunktionelles Acrylat, tetrafunktionelles Acrylat, trifunktionelles Acrylat, difunktionelles Acrylat, monofunktionelles Acrylatpolymer oder Kombinationen derselben sein.
Die Vorläuferpolymeruntereinheiten können auch eine Acrylatdispersion sein, wie diejenige, die in der US-Patentschrift Nr. 5,378,252 (Follensbee) beschrieben ist.
Außer den Duroplastpolymeren können auch Thermoplastbindemittel verwendet werden. Beispiele geeigneter Thermoplastpolymere umfassen Polyamide, Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polyurethane, Polyetherimid, Polysulfon, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrolblockcopolymer, Styrol-Butadien-Styrolblockcopolymere, Styrol-Isopren-Styrolblockcopolymere, Acetalpolymere, Polyvinylchlorid und Kombinationen derselben.
Wasserlösliche Vorläuferpolymeruntereinheiten, wahlweise mit einem Duroplastharz gemischt, können verwendet werden. Beispiele wasserlöslicher Vorläuferpolymeruntereinheiten umfassen Polyvinylalkohol, Hautleim oder wasserlösliche Celluloseether wie beispielsweise Hydroxypropylmethylcellulose, Methylcellulose oder Hydroxyethylmethylcellulose. Diese Bindemittel sind in der US-Patentschrift Nr. 4,255,164 (Butzke et al.) berichtet.
Grund- und Deckbeschichtungsbindemittel
Das in den beschichteten Schleifmitteln, wie beispielsweise Grund-, Deck- oder Überdeckbeschichtung, verwendete Bindemittel, wird im Allgemeinen aus einem harzhaltigen Bindemittel oder Klebstoff gebildet. Der harzhaltige Klebstoff wird im Allgemeinen so gewählt, dass er die für ein Bindemittel für einen Schleifgegenstand erforderlichen Eigenschaften besitzt. Beispiele typischer harzhaltiger Klebstoffe, die bei der Erfindung nützlich sind, umfassen Duroplastharze wie beispielsweise Phenolharze, Aminoplastharze mit α,β-ungesättigten Carbonylseitengruppen, Urethanharze, Epoxidharze, ethylenisch ungesättigte Harze, acrylierte Isocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Isocyanuratharze, acrylierte Urethanharze, acrylierte Epoxidharze, Bismaleimidharze, fluormodifizierte Epoxidharze und Mischungen derselben.
Epoxidharze, die als Bindemittel nützlich sind, weisen einen Oxiranring auf und werden durch die Ringöffnung polymerisiert. Derartige Epoxidharze umfassen monomere Epoxidharze und polymere Epoxidharze. Diese Harze können bezüglich der Natur ihrer Rückgratketten und Substituentengruppen sehr unterschiedlich sein. Beispielsweise kann die Rückgratkette von irgendeinem Typ sein, der normalerweise mit Epoxidharzen assoziiert ist, und die Substituentengruppen darauf können irgendeine Gruppe sein, die von einem aktiven Wasserstoffatom frei ist, das mit einem Oxiranring bei Raumtemperatur reaktiv ist. Repräsentative Beispiele akzeptabler Substituentengruppen umfassen Halogene, Estergruppen, Ethergruppen, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen, Nitrogruppen und Phosphatgruppen. Beispiele einiger bevorzugter Epoxidharze umfassen 2,2-Bis[4-(2,3-epoxypropoxy)phenyl]propan(diglycidylether von Bisphenol) und Harze, die im Handel von Shell Chemical Co., Houston, TX, unter den Handelsbezeichnungen „EPON 828", „EPON 1004" und „EPON 1001F"; und von Dow Chemical Co., Midland, MI, unter den Handelsbezeichnungen „DER 331", „DER 332" und „DER 334" erhältlich sind. Wässrige Emulsionen des Diglycidylethers von Bisphenol A weisen ca. 50 bis 90 Gew.-% Feststoffe, bevorzugt 50 bis 70 Gew.-% Feststoffe auf und umfassen des Weiteren einen nichtionischen Emulgator. Eine Emulsion, die dieser Beschreibung entspricht, ist von Shell Chemical Co., Louisville, KY, unter der Handelsbezeichnung „CMD 35201" erhältlich. Andere geeignete Epoxidharze umfassen Glycidylether von Phenolformaldehydnovolak (die von Dow Chemical Co., Midland, MI, unter den Handelsbezeichnungen „DEN 431" und „DEN 438" erhältlich sind).
Phenolharze finden in Bindemitteln für Schleifgegenstände wegen ihrer thermischen Eigenschaften, Verfügbarkeit, Kosten und leichten Handhabungsfähigkeit weit verbreitete Anwendung. Es gibt zwei Typen von Phenolharzen, Resol und Novolak, und sie können bei dieser Erfindung verwendet werden. Resolphenolharze weisen ein Molverhältnis von Formaldehyd zu Phenol von mehr als oder gleich 1:1, typischerweise 1,5:1,0 bis 3,0:1,0 auf. Novolakharze weisen ein Molverhältnis von Formaldehyd zu Phenol von weniger als eins zu eins auf. Beispiele von Phenolharzen umfassen diejenigen, die im Handel von Occidental Chemical Corp., Tonawanda, NY, unter den Handelsbezeichnungen „DUREZ" und „VARCUM"; von Monsanto Co., St. Louis, MO, unter der Handelsbezeichnung „RESINOX"; und von Ashland Chemical Inc., Columbus, OH, unter den Handelsbezeichnungen „AROFENE" und „AROTAP" erhältlich sind.
Die Aminoplastharze, die als Bindemittel verwendet werden können, weisen mindestens eine α,β-ungesättigte Carbonylseitengruppe pro Molekül oder Oligomer auf. Diese Materialien sind in den US-Patentschriften Nr. 4,903,440 und 5,236,472 noch näher beschrieben.
Ethylenisch ungesättigte Harze, die bei dieser Erfindung verwendet werden können, umfassen sowohl monomere als auch polymere Verbindungen, die Atome von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff und wahlweise Stickstoff und den Halogenen enthalten. Sauerstoff und/oder Stickstoffatome liegt bzw. liegen beide im Allgemeinen in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harngruppen vor. Die ethylenisch ungesättigten Verbindungen weisen bevorzugt eine Molmasse von weniger als ca. 4.000 auf und sind bevorzugt Ester, die durch die Reaktion von Verbindungen gebildet werden, die aliphatische Monohydroxygruppen oder aliphatische Polyhydroxygruppen enthalten und ungesättigten Carbonsäuren wie beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Maleinsäure und dergleichen. Repräsentative Beispiele ethylenisch ungesättigter Harze umfassen diejenigen, die durch Polymerisieren von Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Styrol, Divinylbenzol, Vinyltoluol, Ethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Trimethylpropantriacrylat, Glycerintriacrylat, Pentaerythrittriacrylat, Pentaerythrittrimethacrylat, Pentaerythrittetraacrylat oder Pentaerythrittetramethacrylat und Mischungen derselben gebildet werden. Andere ethylenisch ungesättigte Harze umfassen diejenigen von polymerisierten Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethallylestern und -amiden von Carbonsäuren wie Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid. Noch andere polymerisierbare stickstoffhaltige Verbindungen umfassen Tris(2-acryloxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-methacryloxyethyl)-s-triazin, Acrylamid, Methylacrylamid, N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-Vinylpyrrolidon und N-Vinylpiperidon.
Acrylierte Urethane sind Diacrylatester von hydroxybeendeten, isocyanatverlängerten Polyestern oder Polyettern. Beispiele von acrylierten Urethanen, die in erfindungsgemäßen Grundbeschichtungen verwendet werden können, umfassen diejenigen, die im Handel von Radcure Specialties, Inc., Atlanta, GA, unter den Handelsbezeichnungen „UVITHANE 782", „CMD 6600", „CMD 8400" und „CMD 8805" erhältlich sind. Acrylierte Epoxidprodukte, die in den Grundbeschichtungen verwendet werden können, sind diacrylierte Ester von Epoxidharzen wie beispielsweise Diacrylatester von Bisphenol A-Epoxidharz. Beispiele von acrylierten Epoxidprodukten umfassen diejenigen, die von Radcure Specialties, Inc., Atlanta, GA, unter den Handelsbezeichnungen „CMD 3500", CMD 3600" und „CMD 3700" erhältlich sind.
Bismaleimidharze, die als Bindemittel ebenfalls verwendet werden können, sind in der US-Patentschrift 5,314,513 (Miller et al.) noch näher beschrieben.
Initiatoren
Im Falle von Vorläuferpolymeruntereinheiten, die ethylenisch ungesättigte Monomere und Oligomere enthalten, können Polymerisationsinitiatoren verwendet werden. Beispiele umfassen organische Peroxide, Azoverbindungen, Chinone, Nitrosoverbindungen, Acylhalogenide, Hyrdazone, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen, Imidazole, Chlortriazine, Benzoin, Benzoinalkylether, Diketone, Phenone oder Mischungen derselben. Beispiele geeigneter im Handel erhältlicher ultraviolett aktivierter Photoinitiatoren haben Handelsbezeichnungen wie „IRGACURE 651", „IRGACURE 184" und „DAROCUR 1173", die im Handel von Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown, NY, erhältlich sind. Ein anderer durch sichtbares Licht aktivierter Photoinitiator hat die Handelsbezeichnung „IRGACURE 369", der im Handel von Ciba Geigy Company erhältlich ist. Beispiele geeigneter durch sichtbares Licht aktivierter Initiatoren sind in den US-Patentschriften Nr. 4,735,632 (Oxman et al.) und 5,674, 122 (Krech et al.) berichtet.
Ein geeignetes Initiatorsystem kann einen Photosensibilisator umfassen. Repräsentative Photosensibilisatoren können Carbonylgruppen oder tertiäre Aminogruppen oder Mischungen derselben aufweisen. Bevorzugte Photosensibilisatoren, die Carbonylgruppen aufweisen, sind Benzophenon, Acetophenon, Benzyl, Benzaldehyd, o-Chlorbenzaldehyd, Xanthon, Thioxanthon, 9,10-Anthrachinon oder andere aromatische Ketone. Bevorzugte Photosensibilisatoren, die tertiäre Amine aufweisen, sind Methyldiethanolamin, Ethyldiethanolamin, Triethanolamin, Phenylmethylethanolamin oder Dimethylaminoethylbenzoat. Im Handel erhältliche Photosensibilisatoren umfassen „QUANTICURE ITX", „QUANTICURE QTX", „QUANTICURE PTX", „QUANTICURE EPD" von Biddle Sawyer Corp., New York, NY.
Im Allgemeinen kann die Menge des Photosensibilisator- oder Photoinitiatorsystems zwischen ca. 0,01 und 10 Gew.-%, noch bevorzugter 0,25 und 4,0 Gew.-%, auf die Komponenten der Vorläuferpolymeruntereinheiten bezogen, variieren.
Außerdem wird es vorgezogen, den Initiator in den Vorläuferpolymeruntereinheiten (bevorzugt gleichmäßig) zu dispergieren, bevor irgendein teilchenförmiges Material wie beispielsweise die Schleifteilchen und/oder Füllstoffteilchen zugesetzt werden.
Im Allgemeinen wird es vorgezogen, dass die Vorläuferpolymeruntereinheiten Strahlungsenergie, bevorzugt Ultraviolettlicht oder sichtbarem Licht, ausgesetzt werden, um die Vorläuferpolymeruntereinheiten auszuhärten oder zu polymerisieren. In einigen Fällen absorbieren gewissen Schleifteilchen und/oder gewisse Zusatzmittel Ultraviolett- und sichtbares Licht, was das richtige Aushärten der Vorläuferpolymeruntereinheiten hindern kann. Das findet beispielsweise bei Cer(IV)-Schleifteilchen statt. Die Verwendung phosphathaltigen Photoinitiatoren, insbesondere Photoinitiatoren, die Acylphosphinoxid enthalten, kann dieses Problem minimieren. Ein Beispiel eines derartigen Acylphosphatoxids ist 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid, das im Handel von BASF Corporation, Ludwigshafen, Deutschland, unter der Handelsbezeichnung „LUCERIN TPO-L" erhältlich ist. Andere Beispiele im Handel erhältlicher Acylphosphinoxide umfassen „DAROCUR 4263" und „DAROCUR 4265", die im Handel von Ciba Specialty Chemicals erhältlich sind.
Kationische Initiatoren können zum Initiieren der Polymerisation verwendet werden, wenn das Bindemittel auf einem Epoxid- oder Vinylether basiert. Beispiele kationischer Initiatoren umfassen Salze von Oniumkationen wie beispielsweise Arylsulfoniumsalze sowie Organometallsalze wie beispielsweise Ionenarensysteme. Andere Beispiele sind in den US-Patentschriften Nr. 4,751,138 (Tumey et al.); 5,256,170 (Harmer et al.); 4,985,340 (Palazotto) und 4,950,696 berichtet.
Doppelaushärtungs- und Hybridaushärtungs-Photoinitiatorsysteme können ebenfalls verwendet werden. Bei Doppelaushärtungsphotoinitiatorsystemen findet das Aushärten oder die Polymerisation in zwei getrennten Stufen entweder durch die gleichen oder verschiedene Reaktionsmechanismen statt. Bei Hybridaushärtungsphotoinitiatorsystemen erfolgen zwei Aushärtungsmechanismen gleichzeitig auf die Exposition Ultraviolett-/sichtbarer oder Elektronenstrahlstrahlung statt.
Träger
Bei dem Träger kann es sich um irgendeine Art elastischer Schaumbahnmaterialien handeln, die für den Schleifgegenstand geeignet sind, der dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß hergestellt wird. Beispiele umfassen offenzellige Schäume, geschlossenzellige Schäume und Kombinationen derselben. Nützliche verstärkte Schaumsubstrate weisen im Wesentlichen keine Bahnrichtungs- oder Querbahndehnung auf, wenn sie beispielsweise mit einem Trägergewebe oder anderem Stützmaterial wie beispielsweise gewebtem oder nichtgewebtem Material verstärkt sind. Unverstärkte Schaumsubstrate können eine Dehnung (d.h. die Dehnung ist die gestreckte Länge des Schaums minus der ungestreckten Länge des Schaums, geteilt durch die ungestreckte Länge des Schaums und dann mit 100 multipliziert) von bis zu 150 % oder mehr aufweisen. Die Dicke des Schaumträgers kann im Bereich von ca. 0,2 bis 25 mm und bevorzugt zwischen 1 und 6 mm liegen.
Die Materialien, die sich im Allgemeinen als nützlich erwiesen haben, um zu offen- oder geschlossenzelligen Schäumen verarbeitet zu werden, sind organische Polymere, die unter Bildung poröser organischer Strukturen geschäumt oder geblasen werden, die typischerweise als Schäume bezeichnet werden. Derartige Schäume können beispielsweise aus Natur- oder synthetischem Kautschuk oder anderen thermoplastischen Elastomeren wie Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden, Polyurethanen und Copolymeren derselben hergestellt werden. Geeignete synthetische thermoplastische Elastomere umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Chloroprenkautschukarten, vernetzte Polyolefine, Ethylen-Propylenkautschukarten, Butylkautschukarten, Polybutadiene, Polyisoprene, EPDM-Polymere, Polyvinylchloride, Polychloroprene oder Styrol-Butadiencopolymere. Beispiele nützlicher geschlossenzelliger Schäume sind Polyethylenschäume, die im Handel von 3M Company, St. Paul, MN, unter der Handelsbezeichnung 4496W erhältlich sind. Beispiele nützlicher offenzelliger Schäume sind Polyesterpolyurethanschäume, die im Handel von Illbruck, Inc., Minneapolis, MN, unter den Handelsbezeichnungen R 200U, R 400U, R 600U und EF3-700C erhältlich sind.
Der Träger kann auf andere Bahnmaterialien beispielsweise zur Verstärkung oder zum Aufbringen eines Teils eines zweiteiligen Befestigungssystems auflaminiert werden. Beispielsweise kann ein verstärkendes Textilgewebe auf die Oberfläche 13 des Trägers aufgebracht werden, um dem Schleifprodukt Reißfestigkeit zu verleihen. Außerdem kann ein Teil eines zweiteiligen mechanischen Befestigungssystems auf eine Oberfläche 13, wie beispielsweise ein Schlingengewebe, aufgebracht werden, das auf seiner Oberfläche einhakbare Schlingen zum Befestigen entweder von Haken aufweist, die auf der Oberfläche, auf der es befestigt werden soll, festgehalten werden, oder Stiele mit abgeflachten distalen Enden, die ebenfalls auf der Oberfläche, auf die das Schleifprodukt aufgebracht werden soll, befestigt sind. Zusätzliche Informationen über geeignete Schlingengewebe sind in den US-Patenten Nr. 4,609,581 (Ott) und 5,254,194 (Ott) zu finden. Als Alternative kann der Träger eine bahnähnliche Struktur sein, die Befestigungshaken aufweist, die aus der entgegengesetzten zweiten Hauptfläche hervorstehen. Beispiele derartiger Bahnstrukturen mit Eingriffshaken sind in den US-Patentschriften Nr. 5,505,747 (Chesley), 5,667,540 (Chesley), 5,672,186 (Chesley) und 6,197,076 (Braunschweig) zu finden.
Barrierebeschichtung
In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, den Schaum vor dem Beschichten mit einer Schleifschicht mit einer Barriereschicht zu beschichten. Bevorzugte Barrierebeschichtungszusammensetzungen umfassen ein geeignetes beschichtbares Material, wie beispielsweise ein Polymer, das in einem geeigneten flüssigen Trägermaterial, wie beispielsweise einem Lösungsmittel, gelöst oder als Latex dispergiert ist. Bevorzugt sind derartige Zusammensetzungen ohne Weiteres auf eine Hauptfläche des Schaumsubstrats schichtförmig aufzubringen und nach dem schichtförmigen Aufbringen werden sie ausgehärtet, um eine durchlöcherte Beschichtung oder eine nichtdurchlöcherte Barrierebeschichtung bereitzustellen. Geeignete Materialien für das Bilden der Barrierebeschichtung sind Acryllatexemulsionen. Eine bevorzugte Zusammensetzung für das Bilden der Barrierebeschichtung ist eine Acrylemulsion, die von BF Goodrich, Cleveland, OH, unter der Handelsbezeichnung „HYCAR" 2679-Latex erhältlich ist. Das trockene Beschichtungsgewicht der Barrierebeschichtung, die auf den Schaum aufgebracht ist, beträgt bevorzugt mindestens 50 Gramm pro Quadratmeter (g/m) und kann typischerweise zwischen 65 g/m und 250 g/m liegen. Die Acryllatexemulsion kann auch vor dem schichtförmigen Aufbringen auf die Schaumoberfläche verdickt werden. Die Acrylemulsion kann durch Zusatz eines Verdickungsmittels, wie beispielsweise einer Polyacrylsäure, verdickt werden, die unter der Handelsbezeichnung „CARBOPOL" EZ-1 von BF Goodrich erhältlich und durch Zusatz einer wässrigen Ammoniumhydroxidlösung verdickt worden ist, die als Aktivator für die „CARBOPOL" EZ-1-Polyacrylsäurelösung dient. Beschichtungstechniken, die für das Barrierebeschichten des Schaumsubstrats geeignet sind, umfassen Walzenbeschichten, Spritzbeschichten und Gardinenbeschichten. Das Aushärten der Barrierebeschichtungszusammensetzung kann z.B. in einem Druckluftofen erfolgen, der auf die Aushärtungstemperatur der Barrierebeschichtungszusammensetzung erhitzt ist, um den eine Barrierebeschichtung tragenden beschichteten Träger bereitzustellen.
Das geprägte Produkt
Wie in 2 gezeigt, ist das geprägte Produkt durch Einbringen von durch Prägelinien getrennten Strukturen oder Inseln 20, deren distale Enden mit Schleifmittel bedeckt sind, gekennzeichnet.
Wie in 1. gezeigt, ist die Höhe der Insel, die durch Prägen gebildet wird, vom niedrigsten Punkt der Vertiefung 18 innerhalb des geprägten Schaums bis zur ursprünglichen Oberfläche 12 des Schaums gemessen, als Höhe des erhöhten Teils des Schaums gekennzeichnet. Diese Höhe kann im Bereich von ca. 0,2 mm bis ca. 20 mm, typischerweise von ca. 0,25 mm bis ca. 10 mm und bevorzugt ca. 0,3 mm bis ca. 5 mm liegen. Die Höhe der erhöhten Teile der Schleifbeschichtung kann im Bereich von ca. 5 Mikrometern bis ca. 1000 Mikrometern, typischerweise ca. 25 Mikrometer bis ca. 500 Mikrometern und bevorzugt ca. 25 Mikrometern bis ca. 250 Mikrometern liegen.
Das geprägte Muster in der Oberfläche des mit Schleifmittel beschichteten Schaums kann irgendeine von einer Reihe von Gestalten annehmen, einschließlich willkürliche Gestalten oder gleichförmige Muster. Das geprägte Muster kann eine sechseckige Anordnung, eine rechteckige Anordnung, eine viereckige Anordnung sein oder es kann vertiefte Bereiche aufweisen, die erhöhte Bereiche einer runden Konfiguration zurücklassen.
Eine Schleifverbundstoffschicht
Eine Schleifverbundstoffschicht des geprägten schaumhinterlegten erfindungsgemäßen Produkts umfasst typischerweise mehrere Schleifteilchen, die in ausgehärteten Vorläuferpolymeruntereinheiten fixiert und dispergiert sind, sie kann jedoch andere Zusatzmittel wie Haftvermittler, Füllstoffe, Blähmittel, Fasern, Antistatikmittel, Initiatoren, Suspensionsmittel, Photosensibilisatoren, Gleitmittel, Benetzungsmittel, Tenside, Pigmente, Farbstoffe, UV-Stabilisatoren und Suspensionsmittel enthalten. Die Mengen dieser Zusatzmittel werden so ausgewählt, dass sie die erwünschten Eigenschaften bereitstellen.
Der Schleifverbundstoff kann wahlweise einen Weichmacher umfassen. Im Allgemeinen erhöht der Zusatz des Weichmachers die Erosionsfähigkeit des Schleifverbundstoffs und erweicht die Bindemittelzusammensetzung insgesamt. In einigen Fällen wirkt der Weichmacher als Verdünnungsmittel für die Vorläuferpolymeruntereinheiten. Der Weichmacher ist bevorzugt mit den Vorläuferpolymeruntereinheiten verträglich, um die Phasentrennung zu minimieren. Beispiele geeigneter Weichmacher umfassen Polyethylenglycol, Polyvinylchlorid, Dibutylphthalat, Alkylbenzylphthalat, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Celluloseester, Siliconöle, Adipat- und Sebacatester, Polyole, Polyolderivate, tert. Butylphenyldiphenylphosphat, Tricresylphosphat, Rizinussöl oder Kombinationen derselben. Phthalatderivate sind ein Typ bevorzugter Weichmacher.
Das Schleifteilchen oder die Schleifbeschichtung kann des weiteren Oberflächenmodifizierzusatzmittel, einschließlich Benetzungsmittel (die manchmal auch als Tenside bezeichnet werden) und Haftungsverbesserungsmittel umfassen. Ein Haftungsverbesserungsmittel kann eine Assoziationsbrücke zwischen den Vorläuferpolymeruntereinheiten und den Schleifteilchen bereitstellen. Außerdem kann das Haftungsverbesserungsmittel eine Assoziationsbrücke zwischen dem Bindemittel und den Füllstoffteilchen bereitstellen. Beispiele von Haftungsverbesserungsmitteln umfassen Silane, Titanate und Zircoaluminate.
Außerdem kann Wasser und/oder organisches Lösungsmittel in den Schleifverbundstoff eingearbeitet werden. Die Menge an Wasser und/oder organischem Lösungsmittel wird so ausgewählt, um die erwünschte Beschichtungsviskosität der Vorläuferpolymeruntereinheiten und Schleifteilchen zu erreichen. Im Allgemeinen sollte das Wasser und/oder organische Lösungsmittel mit den Vorläuferpolymeruntereinheiten verträglich sein. Das Wasser und/oder Lösungsmittel kann auf die Polymerisation des Vorläufers hin entfernt werden oder es kann bei dem Schleifverbundstoff bleiben. Geeignete wasserlösliche und/oder wasserempfindliche Zusatzmittel umfassen Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat oder Teilchen auf Cellulosebasis.
Beispiele ethylenisch ungesättigter Verdünnungsmittel oder Monomere sind in der US-Patentschrift Nr. 5,236,472 (Kirk et al.) zu finden. In einigen Fällen sind diese ethylenisch ungesättigten Verdünnungsmittel nützlich, weil sie dazu neigen, mit Wasser verträglich zu sein. Zusätzliche reaktive Verdünnungsmittel sind in der US-Patentschrift Nr. 5,178,646 (Barber et al.) offenbart.
Konfiguration der Schleifverbundstoffstruktur
Ein erfindungsgemäßer Schleifgegenstand enthält eine Schleifbeschichtung mit mindestens einer Schleifverbundstoffschicht, die mehrere geformte, bevorzugt genau geformte Schleifverbundstoffstrukturen umfasst. Der Ausdruck „geformt" in Kombination mit dem Ausdruck „Schleifverbundstoffstruktur" bezieht sich sowohl auf „genau geformte" und „unregelmäßig geformte" Schleifverbundstoffstrukturen. Ein erfindungsgemäßer Schleifgegenstand kann mehrere derartige geformte Schleifverbundstoffstrukturen in einer vorbestimmten Anordnung auf einem Träger enthalten. Die geformten Schleifverbundstoffe können sich in willkürlicher oder unregelmäßiger Position auf dem Träger befinden. Eine Schleifverbundstoffstruktur kann beispielsweise durch Aushärten der Vorläuferpolymeruntereinheiten gebildet werden, während sie auf dem Träger und in den Hohlräumen des Herstellungswerkzeugs getragen werden.
Die Gestalt der Schleifverbundstoffstrukturen kann irgendeine einer Reihe verschiedener geometrischer Konfigurationen sein. Typischerweise weist der untere Teil der Gestalt, die sich in Kontakt mit dem Träger befindet, einen größeren Oberflächenbereich auf als das distale Ende der Verbundstruktur. Die Gestalt der Schleifverbundstoffstruktur kann unter einer Reihe von geometrischen Feststoffen ausgewählt werden, wie beispielsweise kubischen, zylindrischen, prismatischen, parallelipeden, pyramidalen, stumpfpyramidalen, kegelförmigen, halbkugelförmigen, stumpfkegelförmigen oder Pfosten, die irgendeinen Querschnitt aufweisen. Im Allgemeinen weisen geformte Verbundstoffe, die eine pyramidale Struktur aufweisen, drei, vier, fünf oder sechs Seiten, von der Grundseite abgesehen, auf. Die Querschnittsgestalt der Schleifverbundstoffstruktur an der Unterseite kann von der Querschnittsgestalt am distalen Ende verschieden sein. Der Übergang zwischen diesen Gestalten kann glatt und kontinuierlich sein oder in einzelnen Schritten erfolgen. Die Schleifverbundstoffstrukturen können auch eine Mischung von verschiedenen Gestalten aufweisen. Die Schleifverbundstoffstrukturen können in Reihen, einer Spirale, einer Schnecke oder in Gitterform angeordnet sein oder sie können willkürlich positioniert sein.
Die Seiten, die die Schleifverbundstoffstrukturen bilden, können senkrecht mit Bezug auf den Träger, geneigt mit Bezug auf den Träger oder sich verjüngend mit einer abnehmenden Breite auf das distale Ende hin sein. Eine Schleifverbundstoffstruktur mit einem Querschnitt, der an dem distalen Ende größer ist als hinten, kann ebenfalls verwendet werden, obwohl die Herstellung schwieriger sein kann.
Die Höhe jeder Schleifverbundstoffstruktur ist bevorzugt die gleiche, es ist jedoch möglich, Verbundstoffstrukturen verschiedener Höhen in einem einzigen fixierten Schleifgegenstand zu haben. Die Höhe der Verbundstoffstrukturen kann im Allgemeinen weniger als ca. 2000 Mikrometer betragen und noch spezifischer im Bereich von ca. 25 bis 1000 Mikrometern liegen. Der Durchmesser oder die Querschnittsbreite der Schleifverbundstoffstruktur kann im Bereich von ca. 5 bis 500 Mikrometern und typischerweise zwischen ca. 10 bis 250 Mikrometern liegen.
Die Unterseite der Schleifverbundstoffstrukturen kann aufeinander auftreffen oder als Alternative können die Unterseiten nebeneinander liegender Schleifverbundstoffe durch einen spezifizierten Abstand voneinander getrennt sein.
Der lineare Abstand der Schleifverbundstoffstrukturen kann im Bereich von ca. 1 bis 24.000 Verbundstoffe/cm² und bevorzugt mindestens ca. 50 bis 1.500 Schleifverbundstoffstrukturen/cm² liegen. Der lineare Abstand kann derart variieren, dass die Konzentration der Verbundstoffstrukturen an einer Stelle größer ist als an einer anderen. Der Bereichsabstand von Verbundstoffstrukturen liegt im Bereich von ca. 1 Schleifverbundstoffstruktur pro linearem cm bis ca. 100 Schleifverbundstoffstrukturen pro linearem cm und bevorzugt zwischen 5 Schleifverbundstoffstrukturen pro linearem cm bis ca. 80 Schleifverbundstoffstrukturen pro linearem cm.
Der Prozentsatz des tragenden Bereichs kann im Bereich von ca. 5 bis ca. 95 %, typischerweise ca. 10 % bis ca. 80 %, bevorzugt ca. 25 bis ca. 75 % und noch bevorzugter ca. 30 % bis ca. 70 % liegen. Der tragende Bereich ist der Gesamtbereich der Oberflächen an den distalen Enden der Inseln. Der Prozentsatz des tragenden Bereichs ist der tragende Bereich durch den Gesamtbereich des Trägers geteilt und mit 100 multipliziert.
Die geformten Schleifverbundstoffstrukturen sind bevorzugt auf einem Träger oder einer vorher ausgehärteten Schleifverbundstoffschicht in einem vorbestimmten Muster angeordnet. Im Allgemeinen entspricht das vorbestimmte Muster der Schleifverbundstoffstrukturen dem Muster der Hohlräume auf dem Herstellungswerkzeug. Das Muster ist so von Gegenstand zu Gegenstand reproduzierbar.
Bei einer Ausführungsform kann der erfindungsgemäße Schleifgegenstand Schleifverbundstoffstrukturen in einer Anordnung enthalten. Bezüglich einer einzigen Schleifverbundstoffschicht betrifft eine regelmäßige Anordnung ausgerichtete Reihen und Kolonnen von Schleifverbundstoffstrukturen. Bei einer anderen Ausführungsform können die Schleifverbundstoffstrukturen in einer „willkürlichen" Anordnung oder einem willkürlichen Muster angeordnet sein. Damit ist gemeint, dass die Schleifverbundstoffstrukturen nicht in spezifischen Reihen und Kolonnen ausgerichtet sind. Beispielsweise können die Schleifverbundstoffstrukturen auf eine Art und Weise, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,681,217 (Hoopman et al.) beschrieben ist, angeordnet sein. Man sollte sich jedoch im Klaren darüber sein, dass diese „willkürliche" Anordnung ein vorbestimmtes Muster ist, indem die Position der Verbundstoffe vorbestimmt ist und der Position der Hohlstellen im Produktionswerkzeug entspricht, das zum Herstellen des Schleifgegenstands verwendet worden ist. Der Begriff „Anordnung" betrifft sowohl „willkürliche" als auch "„regelmäßige Anordnungen.
Herstellungswerkzeug
4 zeigt eine Walze, die zum Herstellen des Produktionswerkzeugs 24, wie in 3 gezeigt, verwendet worden ist. Die folgende spezifische Ausführungsform der Walze 50 wurde zum Herstellen des Produktionswerkzeugs 24 verwendet, das dann zum Herstellen der erfindungsgemäßen Schleifverbundstoffstruktur verwendet wurde. Die Walze 50 weist eine Welle 51 und eine Rotationsachse 52 auf. In diesem Fall umfasst die bemusterte Oberfläche einen ersten Satz 53 nebeneinanderliegender um die Walze herumlaufender Rillen und einen zweiten Satz 54 von Rillen in gleichmäßigem Abstand, die in einem Winkel von 30° bezüglich der Rotationsachse 52 eingesetzt werden.
5 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Segments der bemusterten Oberfläche der Walze 50, an der Linie 5-5 in 5 senkrecht zu den im Satz 53 vorliegenden Rillen genommen. 5 zeigt, dass die bemusterte Oberfläche Gipfel aufweist, die durch die Entfernung x voneinander entfernt sind, wobei die Gipfel 54,8 μm voneinander entfernt liegen, und eine Gipfelhöhe, y, von der Tiefe bis zum Gipfel von 55 μm bei einem Winkel z, der 53° beträgt.
6 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Segments der bemusterten Oberfläche der Walze 50, an der Linie 6-6 in 5 genommen, senkrecht zu den Rillen in Satz 54. 6 zeigt die Rillen 55 mit einem Winkel w, der ein Winkel von 99,5° ist zwischen nebeneinanderliegenden Spitzenneigungen und Tälern, die durch einen Abstand t getrennt sind, der 250 μm beträgt und eine Taltiefe s, die 55 μm beträgt.
Ein Produktionswerkzeug wird verwendet, um eine Schleifverbundstoffschicht mit einer Anordnung von entweder genau oder unregelmäßig geformten Schleifverbundstoffstrukturen bereitzustellen. Ein Produktionswerkzeug weist eine Oberfläche auf, die mehrere Hohlräume enthält. Diese Hohlräume weisen im Wesentlichen die umgekehrte Gestalt der Schleifverbundstoffstrukturen auf und sind für das Erzeugen der Gestalt und der Position der Schleifverbundstoffstrukturen verantwortlich. Diese Hohlräume können irgendeine geometrische Gestalt aufweisen, die die umgekehrte Gestalt der geometrischen Gestalten ist, die für die Schleifverbundstoffe geeignet sind. Bevorzugt wird die Gestalt der Hohlräume derart ausgewählt, dass der Oberflächenbereich der Schleifverbundstoffstruktur von dem Träger hinweg abnimmt.
Das Produktionswerkzeug kann ein Band, eine Bahn, eine kontinuierliche Bahn oder Endlosbahn, eine Beschichtungswalze wie beispielsweise eine Tiefdruckwalze, eine auf einer Beschichtungswalze montierte Muffe oder eine Düse sein. Das Produktionswerkzeug kann aus Metall (z.B. Nickel), Metalllegierungen oder Kunststoff bestehen. Das Metallproduktionswerkzeug kann durch irgendeine herkömmliche Technik wie beispielsweise Photolithografie, Rändeln, Gravieren, Verzahnen, Galvanoformung, Diamantdrehen und dergleichen hergestellt werden. Bevorzugte Verfahren zum Herstellen von Originalmetallwerkzeugen sind in der US-Patentschrift Nr. 5,975,987 (Hoopman et al.) beschrieben.
Ein thermoplastisches Werkzeug kann von einem Originalmetallwerkzeug repliziert werden. Das Originalwerkzeug weist das umgekehrte Muster des für das Produktionswerkzeug erwünschten auf. Das Originalwerkzeug besteht bevorzugt aus Metall, z.B. einem vernickelten Metall wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Bronze. Ein thermoplastisches Bahnmaterial kann wahlweise zusammen mit dem Originalwerkzeug erhitzt werden, so dass das thermoplastische Material mit dem Muster des Originalwerkzeugs durch Zusammenpressen der beiden geprägt wird. Das thermoplastische Material kann auch auf das Originalwerkzeug aufextrudiert oder gegossen und dann gepresst werden. Das thermoplastische Material wird zu einem nicht fließbaren Zustand gekühlt und dann von dem Originalwerkzeug unter Bildung eines Produktionswerkzeugs getrennt. Das Produktionswerkzeug kann auch eine Trennbeschichtung enthalten, um das leichtere Abtrennen des Schleifgegenstands von dem Produktionswerkzeug zu erlauben. Beispiele derartiger Trennungsbeschichtungen umfassen Silicone und Fluorchemikalien.
Von geeigneten thermoplastischen Produktionswerkzeugen wird in der US-Patentschrift Nr. 5,435,816 (Spurgeon et al.) berichtet. Beispiele thermoplastischer Materialien, die zum Bilden des Produktionswerkzeugs nützlich sind, umfassen Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polyamide, Polyurethane, Polycarbonate oder Kombinationen derselben. Es wird vorgezogen, dass das thermoplastische Produktionswerkzeug Zusatzmittel wie Antioxidationsmittel und/oder UV-Stabilisatoren enthält. Diese Zusatzmittel können die Gebrauchsfähigkeitsdauer des Produktionswerkzeugs verlängern.
Verfahren zum Herstellen eines Schleifgegenstands
Es gibt eine Anzahl verschiedener Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Schleifgegenstands. Bei einer Ausgestaltung umfasst die Schleifbeschichtung mehrere genau geformte Schleifverbundstoffe. Bei einer anderen Ausgestaltung umfasst die Schleifbeschichtung nicht genau geformte Schleifverbundstoffe, die manchmal als unregelmäßig geformte Schleifverbundstoffe bezeichnet werden. Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines Schleifgegenstands mit einer Schleifverbundstoffschicht, die genau geformte Schleifverbundstoffstrukturen aufweist, ist in den US-Patentschriften Nr. 5,152,917 (Pieper et al.) und 5,435,816 (Spurgeon et al.) beschrieben. von anderen Beschreibungen geeigneter Verfahren wird in den US-Patentschriften Nr.: 5,454,844 (Hibbard et al.); 5,437,754 (Calhoun) und 5,304,223 (Pieper et al.) berichtet.
Ein geeignetes Verfahren für das Herstellen einer Schleifverbundstoffschicht mit mehreren geformten Schleifverbundstoffstrukturen umfasst das Herstellen einer aushärtbaren Schleifverbundstoffschicht, umfassend Schleifteilchen, Vorläuferpolymeruntereinheiten und wahlweise Zusatzmittel; das Bereitstellen eines Produktionswerkzeugs mit einer Vorderfläche; das Einführen der aushärtbaren Schleifverbundstoffschicht in Hohlräume eines Produktionswerkzeugs mit mehreren Hohlräumen; das Einbringen eines Trägers oder einer vorher ausgehärteten Schleifverbundstoffschicht eines Schleifgegenstands auf die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht; und das Aushärten der aushärtbaren Schleifverbundstoffschicht bevor der Gegenstand die Hohlräume des Produktionswerkzeugs verlässt, um eine ausgehärtete Schleifverbundstoffschicht zu bilden, die Schleifverbundstoffstrukturen umfasst. Der aushärtbare Schleifverbundstoff wird auf das Produktionswerkzeug so aufgebracht, dass die Dicke der aushärtbaren Schleifverbundstoffschicht geringer als ihre oder gleich ihrer praktischen Dickengrenze ist.
Eine Schleifverbundstoffschicht, die im Wesentlichen frei von mehreren genau geformten Schleifverbundstoffstrukturen ist, wird durch Aufbringen einer aushärtbaren Schleifverbundstoffschicht auf einen Träger oder vorher ausgehärtete Schleifverbundstoffschichten, unabhängig von einem Produktionswerkzeug, und Aushärten der Schleifverbundstoffschicht unter Bildung einer ausgehärteten Schleifverbundstoffschicht hergestellt. Die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht wird derart auf eine Oberfläche aufgebracht, dass die Dicke der Schleifverbundstoffschicht geringer als ihre oder gleich ihrer praktischen Dickengrenze ist. Zusätzliche Schleifverbundstoffschichten können durch Wiederholen der obigen Schritte einem Schleifgegenstand zugesetzt werden.
Die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht wird durch Kombinieren, durch irgendeine geeignete Mischtechnik, der Vorläuferpolymeruntereinheiten, Schleifteilchen und wahlweisen Zusatzmittel hergestellt. Beispiele von Mischtechniken umfassen das Mischen bei niedriger und hoher Schergeschwindigkeit, wobei das Mischen bei hoher Schergeschwindigkeit bevorzugt wird. Ultraschallenergie kann ebenfalls in Kombination mit dem Mischschritt zum Reduzieren der Viskosität des aushärtbaren Schleifverbundstoffs (wobei die Viskosität bei der Herstellung von Schleifgegenständen wichtig ist) und/oder Beeinflussen der Rheologie der dabei gebildeten aushärtbaren Schleifverbundstoffschicht verwendet werden. Als Alternative kann die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht im Bereich von 30 bis 70°C erhitzt, mikrofluidisiert oder in einer Kugelmühle gemahlen werden, um den aushärtbaren Schleifverbundstoff zu mischen.
Typischerweise werden die Schleifteilchen den Vorläuferpolymeruntereinheiten langsam zugegeben. Es wird bevorzugt, dass die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht eine homogene Mischung von Vorläuferpolymeruntereinheiten, Schleifteilchen und wahlweisen Zusatzmitteln ist. Falls notwendig, wird Wasser und/oder Lösungsmittel zugegeben, um die Viskosität zu reduzieren. Die Bildung von Luftblasen kann durch Anlegen eines Vakuums entweder während oder nach dem Mischschritt minimiert werden.
Die Beschichtungsstation kann irgendeine herkömmliche Beschichtungsvorrichtung wie beispielsweise ein Falldüsenbeschichter, Rakelbeschichter, Gardinenbeschichter, Vakuumdüsenbeschichter oder Düsenbeschichter sein. Eine bevorzugte Beschichtungstechnik ist eine in den US-Patentschriften Nr. 3,594,865; 4,959,265 (Wood) und 5,077,870 (Melbye et al.) beschriebene Vakuumfluid tragende Düse. Während des Beschichtens wird die Bildung von Luftblasen bevorzugt minimiert.
Nach Beschichten des Produktionswerkzeugs werden der Träger oder die vorher ausgehärtete Schleifverbundstoffschicht eines Schleifgegenstands und die nächste Schicht von aushärtbarem Schleifverbundstoff miteinander durch irgendeine Methode derart in Kontakt gebracht, dass die nächste Schicht aushärtbarer Schleifverbundstoff eine Oberfläche des Trägers oder der vorher ausgehärteten Schleifverbundstoffschicht benetzt. Die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht wird mit dem Träger oder der vorher ausgehärteten Schleifverbundstoffschicht durch Kontaktieren der Quetschrolle in Kontakt gebracht, die die dabei gebildete Konstruktion zusammendrückt. Die Quetschwalze kann aus irgendeinem Material bestehen; jedoch ist die Quetschrolle bevorzugt aus Konstruktionsmaterial wie beispielsweise Metall, Metalllegierungen, Kautschuk oder Keramikmaterialien hergestellt. Die Härte der Quetschrolle kann zwischen ca. 30 und 120 Durometern, bevorzugt ca. 60 und 100 Durometern variieren und bevorzugt bei ca. 90 Durometer liegen.
Als Nächstes wird Energie in die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht durch eine Energiequelle hindurchgeschickt, um die Vorläuferpolymeruntereinheiten zumindest teilweise auszuhärten. Die Auswahl der Energiequelle hängt teilweise von der Chemie der Vorläuferpolymeruntereinheiten, dem Typ Produktionswerkzeug sowie anderen Verarbeitungsbedingungen ab. Die Energiequelle sollte das Produktionswerkzeug oder den Träger nicht wesentlich abbauen. Das teilweise Aushärten der Vorläuferpolymeruntereinheiten bedeutet, dass die Vorläuferpolymeruntereinheiten bis zu einem derartigen Zustand polymerisiert werden, dass die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht nicht fließt, wenn sie im Produktionswerkzeug umgedreht wird. Nötigenfalls können die Vorläuferpolymeruntereinheiten unter Anwendung herkömmlicher Energiequellen vollständig ausgehärtet werden, nachdem sie von dem Produktionswerkzeug entfernt worden sind.
Nach zumindest teilweisem Aushärten der Vorläuferpolymeruntereinheiten werden das Produktionswerkzeug und der Schleifgegenstand getrennt. Wenn die Vorläuferpolymeruntereinheiten nicht im Wesentlichen vollständig ausgehärtet sind, können die Vorläuferpolymeruntereinheiten im Wesentlichen entweder im Laufe der Zeit und/oder durch Exposition einer Energiequelle gegenüber im Wesentlichen vollständig ausgehärtet werden. Schließlich wird das Produktionswerkzeug wieder auf einen Dorn derart aufgewickelt, dass das Produktionswerkzeug wiederverwendet werden kann und der fixierte Schleifgegenstand wird auf einen anderen Dorn aufgewickelt.
Bei einer anderen Variation dieses ersten Verfahrens wird eine aushärtbare Schleifverbundstoffschicht schichtförmig auf den Träger anstatt in die Hohlräume des Produktionswerkzeugs aufgetragen. Der mit aushärtbarer Schleifverbundstoffschicht beschichtete Träger wird dann mit dem Produktionswerkzeug derart in Kontakt gebracht, dass die Aufschlämmung in die Hohlräume des Produktionswerkzeugs hineinfließt. Die übrigen Schritte zum Herstellen des Schleifgegenstands sind die gleichen wie oben im Einzelnen angegeben.
Es wird vorgezogen, dass die Vorläuferpolymeruntereinheiten durch Strahlungsenergie ausgehärtet werden. Die Strahlungsenergie kann durch den Träger oder durch das Herstellungswerkzeug hindurch geschickt werden. Der Träger und das Produktionswerkzeug sollten die Strahlungsenergie nicht wesentlich absorbieren. Außerdem sollte die Strahlungsenergiequelle den Träger oder das Produktionswerkzeug nicht wesentlich abbauen. Beispielsweise kann ultraviolettes Licht durch einen Polyesterträger hindurchgeschickt werden. Als Alternative kann, wenn das Produktionswerkzeug aus gewissen thermoplastischen Materialien wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polycarbonat, Poly(ethersulfon), Poly(methylmethacrylat), Polurethanen, Polyvinylchlorid oder Kombinationen derselben hergestellt ist, ultraviolettes oder sichtbares Licht durch das Produktionswerkzeug hindurch und in die Aufschlämmung geschickt werden. Bei Produktionswerkzeugen auf der Basis von Thermoplasten sollten die Arbeitsbedingungen für das Herstellen des fixierten Schleifgegenstands derart eingestellt werden, dass keine übermäßige Wärme gebildet wird. Wenn übermäßige Wärme gebildet wird, kann dies das thermoplastische Werkzeug verzerren oder schmelzen.
Bei der Energiequelle kann es sich um eine Quelle von Wärmeenergie oder Strahlungsenergie wie Elektronenstrahl, Ultraviolettlicht oder sichtbares Licht handeln. Die Menge an erforderlicher Energie hängt von der chemischen Natur der reaktiven Gruppen in den Vorläuferpolymeruntereinheiten sowie der Dicke und Dichte der Bindemittelaufschlämmung ab. Bei der thermischen Energie ist eine Ofentemperatur von ca. 50°C bis ca. 250°C und eine Dauer von ca. 15 Minuten bis ca. 16 Stunden im Allgemeinen ausreichend. Elektronenstrahlstrahlung oder ionisierende Strahlung kann bei einem Energieniveau von ca. 0,1 bis ca. 10 MRad, bevorzugt bei einem Energieniveau von ca. 1 bis ca. 10 MRad angewendet werden. Ultraviolettstrahlung umfasst Strahlung mit einer Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von ca. 200 bis ca. 400 Nanometern, bevorzugt innerhalb eines Bereichs von ca. 250 bis 400 Nanometern. Sichtbare Strahlung umfasst Strahlung mit einer Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von ca. 400 bis ca. 800 Nanometern, bevorzugt in einem Bereich von ca. 400 bis ca. 550 Nanometern.
Die dabei gebildete ausgehärtete Schleifverbundstoffschicht weist ein umgekehrtes Muster als das Produktionswerkzeug auf. Durch mindestens teilweises Aushärten oder Aushärten auf dem Produktionswerkzeug weist die Verbundstoffschicht ein genaues und vorbestimmtes Muster auf.
Es gibt viele Verfahren zum Herstellen von Schleifverbundstoffen mit unregelmäßig geformten Schleifverbundstoffen. Während sie zwar unregelmäßig geformt sein können, können diese Schleifverbundstoffe trotzdem in einem vorbestimmten Muster angeordnet sein, in dem die Position der Verbundstoffe vorbestimmt ist. Bei einem Verfahren wird der aushärtbare Schleifverbundstoff derart schichtförmig in die Hohlräume eines Produktionswerkzeugs eingeführt, dass die Dicke der Schleifverbundstoffschicht innerhalb der praktischen Dickengrenzen des Verbundstoffs liegt, um die Schleifverbundstoffe zu bilden. Das Produktionswerkzeug kann das gleiche Produktionswerkzeug wie dasjenige sein, das oben im Falle genau geformter Verbundstoffe beschrieben worden ist. Jedoch wird die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht von dem Produktionswerkzeug entfernt, bevor die Vorläuferpolymeruntereinheiten ausreichend ausgehärtet sind, um ihre Gestalt nach dem Entfernen von dem Produktionswerkzeug im Wesentlichen beizubehalten. Daraufhin werden die Vorläuferpolymeruntereinheiten ausgehärtet. Da die Vorläuferpolymeruntereinheiten nicht ausgehärtet werden, während sie sich in den Hohlräumen des Produktionswerkzeugs befinden, führt dies dazu, dass die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht fließt und die Gestalt des Schleifverbundstoffs verzerrt.
Bei einem anderen Verfahren zum Herstellen unregelmäßig geformter Verbundstoffe kann der aushärtbare Schleifverbundstoff schichtförmig auf die Oberfläche einer Tiefdruckwalze aufgebracht werden. Der Träger kommt mit der Tiefdruckwalze in Kontakt und der aushärtbare Schleifverbundstoff benetzt den Träger. Die Tiefdruckwalze bringt dann ein Muster oder eine Textur in den aushärtbaren Schleifverbundstoff ein. Als nächstes wird die Kombination von Aufschlämmung/Träger von der Tiefdruckwalze entfernt und die dabei entstehende Konstruktion wird Bedingungen ausgesetzt, um die Vorläuferpolymeruntereinheiten derart auszuhärten, dass ein Schleifverbundstoff gebildet wird. Eine Variation dieses Vorgangs besteht darin, den aushärtbaren Schleifverbundstoff schichtförmig auf den Träger aufzubringen und den Träger mit der Tiefdruckwalze in Kontakt zu bringen.
Die Tiefdruckwalze kann erwünschte Muster wie beispielsweise eine sechseckige Anordnung, Gräte, Gitter, Kugeln, Pyramiden, abgestumpfte Pyramiden, Kegel, Würfel, Blöcke oder Stäbe aufbringen. Die Tiefdruckwalze kann auch ein Muster derart aufbringen, dass zwischen nebeineinanderliegenden Schleifverbundstoffen ein hervorstehender Teil vorliegt. Dieser hervorstehende Teil kann eine Mischung von Schleifteilchen und Bindemittel umfassen. Als Alternative kann die Tiefdruckwalze ein Muster derart aufbringen, dass der Träger zwischen nebeneinanderliegenden Schleifverbundstoffformen bloßgelegt ist. Desgleichen kann die Tiefdruckwalze ein Muster derart aufbringen, dass eine Mischung von Schleifverbundstoffgestalten vorliegt.
Ein anderes Verfahren besteht darin, die aushärtbare Schleifverbundstoffschicht durch ein Sieb hindurchzuspritzen oder schichtförmig aufzubringen, um ein Muster und die Schleifverbundstoffe zu bilden. Dann werden die Vorläuferpolymeruntereinheiten unter Bildung der Schleifverbundstoffstrukturen ausgehärtet. Das Sieb kann irgendein erwünschtes Muster wie beispielsweise eine rechteckige Anordnung, Gräte, Gitter, Kugeln, Pyramiden, abgestumpfte Pyramiden, Kegel, Würfel, Blöcke oder Stäbe aufbringen. Das Sieb kann auch ein Muster derart aufbringen, dass ein hervorstehender Teil zwischen nebeneinanderliegenden Schleifverbundstoffstrukturen vorliegt. Dieser hervorstehende Teil kann eine Mischung von Schleifteilchen und Bindemittel umfassen. Als Alternative kann das Sieb ein Muster derart aufbringen, dass der Träger zwischen nebeneinanderliegenden Schleifverbundstoffstrukturen bloßgestellt ist. Desgleichen kann das Sieb ein Muster derart aufbringen, dass eine Mischung von Schleifverbundstoffgestalten vorliegt. Dieses Verfahren ist in der US-Patentschrift Nr. 3,605,349 (Anthon) berichtet.
Geprägtes Schleifschaummaterial kann erfindungsgemäß durch Umwandeln in irgendeine von verschiedenen Gestalten wie Bahnen, Bänder oder Scheiben umgewandelt werden. Geprägte Schleifschaumscheiben für Oberflächenvergütungsanwendungen sind besonders nützliche Gegenstände, die durch die vorliegende Erfindung hergestellt werden. Derartige Scheiben können mit einem Schmirgelgerät wie beispielsweise einem Doppelwirkungsschmirgler verwendet werden, der von Dynabrade Inc., Clarence, NY, unter der Handelsbezeichnung „DYNORBITAL"-Schmirgler, Modell-Nr. 56964 verkauft wird. Schmirgler erfordern typischerweise ein Stützkissen mit einer Oberfläche, auf die die Schleifscheibe montiert wird. Es ist ziemlich häufig, dass eine Beschichtung aus einer druckempfindlichen Klebstoff-(DEK) Zusammensetzung entweder auf die nichtabschleifende Seite der Schleifscheibe oder auf das Stützkissen des Schmirglers aufgebracht wird. Andere mechanische Befestigungssysteme sind bekannt. Beispielsweise kann die Rückseite des Schleifgegenstands ein Schleifensubstrat enthalten. Der Zweck des Schleifensubstrats liegt darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, um ein Schleifprodukt, wie beispielsweise eine Scheibe, fest mit Haken auf einem Stützkissen zu befestigen. Außerdem kann auch eine Bahn, die aufrechtstehende Filamentstämme enthält, deren distales Ende abgeflacht ist, ebenfalls als Eingreifgerät für das Eingreifen in ein Schleifensubstrat verwendet werden. Das Schleifensubstrat kann entweder auf die Rückseite des Schleifbahnmaterials oder auf den Träger aufgebracht werden, an dem dieses befestigt ist, wobei die andere Seite der eingreifende Teil ist, d.h. eine Bahn, die mehrere Haken oder Stengel mit abgeflachten Distalenden umfasst.
Prüfverfahren
Folgende Prüfverfahren wurden zum Beurteilen von Harzzusammensetzungen und erfindungsgemäßen beschichteten Schleifgegenständen angewendet.
Nass-SCHIEFER-Test
Schleifbeschichtungen wurden auf einen bahnartigen Träger auflaminiert, der abgeflachte Greifvorsprünge trug und von Minnesota Mining and Manufacturing Company (3M) unter der Handelsbezeichnung HOOK-IT II^WZ-Träger erhältlich und zu 10,16 cm (4 Zoll) großen Scheiben umgewandelt worden ist. Das Stützkissen wurde auf der Antriebsplatte eines SCHIEFER-Schleiftesters befestigt, der von Frazier Precision Company, Gaithersburg, MD, erhältlich ist und für das Nasstesten angeschlossen worden war. Scheibenförmige Acrylkunststoffarbeitsstücke eines Außendurchmessers von 10,16 cm (4 Zoll) auf eine Dicke von 1,27 cm (0,5 Zoll), die unter der Handelsbezeichnung „POLYCAST"-Acrylkunststoff erhältlich waren, wurden von Sielye Plastics (Bloomington, MN) erhalten. Die Wasserfließrate wurde auf 60 Gramm pro Minute eingestellt. Ein Gewicht von 454 Gramm (ein Pfund) wurde auf die Schleifprüfergewichtsplattform aufgesetzt und das montierte Schleifprüfstück auf das Arbeitsstück gesenkt und die Maschine angestellt. Die Maschine wurde für den Betrieb für 90 Zyklen in Intervallen von 30 Zyklen eingestellt. Die Oberflächenvergütungswerte R_z wurden an vier Stellen an dem Arbeitsstück für jedes 30 Zyklusintervall gemessen, wobei jede Testprobe dreimal durchgeführt wurde.
Plattentest
Runde Proben eines Durchmessers von 15,2 cm (6 Zoll) wurden von dem Schleiftestmaterial ausgeschnitten und an einen DYNABRADE-Feinvergütungsschmirgler, Modell 56964, der von Dynabrade Co., Clarence, NY, erhältlich ist, befestigt. Es wurden Schleiftests über insgesamt eine Minute in Intervallen von 10, 20 und 30 Sekunden über drei nebeneinanderliegende Abschnitte der Prüfplatte bei einem Luftdruck von 344 kPa (50 psi) durchgeführt. Die Prüfplatten waren kaltgewalzte Stahlplatten, die mit einer schwarzen Grundschicht/klaren Schicht angestrichen waren (E-Schicht: ED5000; Grundiermittel: 764-204; Grundschicht: 542AB921; Klarschicht: RK8010A) von ACT Laboratories, Inc., Hillsdale, MI, erhalten. Die Oberflächenvergütungswerte R_z wurden an fünf Stellen jedes Prüfplatteabschnitts gemessen, wobei jedes Prüfmuster dreimal behandelt wurde.
Oberflächenvergütung
Rz ist die durchschnittliche einzelne Rauigkeitstiefe einer gemessenen Länge, wobei eine einzelne Rauigkeitstiefe der senkrechte Abstand zwischen dem höchsten Punkt und dem niedrigsten Punkt ist. Die Oberflächenvergütung eines abgeschliffenen Arbeitsstücks, das durch den Nass-SCHIEFER-Test und den Plattentest erhalten worden war, wurde mit Hilfe eines Profilmesser gemessen, das unter der Handelsbezeichnung „PERTHOMETER MODEL M4P" von Marh Corporation, Cincinnati, OH, erhältlich ist.
Beispiele
Folgende Abkürzungen wurden in den Beispielen angewendet. Alle Teile, Prozentsätze und Verhältnisse in den Beispielen beziehen sich auf das Gewicht, es sei denn, es wird etwas anderes angegeben.

A-174: γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Handelsbezeichnung „SILQUEST A-174", von Crompton Corp., Friendly, WV, erhältlich.
AMOX: Di-tert.-amyloxalat
CHDM: CHDM ist die Handelsbezeichnung für Cyclohexandimethanol, das von Eastman Chemical Company, Kingsport, CT, erhältlich ist.
COM: η-[Xylole (gemischte Isomere)]-η-cyclopentadienyleisen(II)-hexafluorantimonat
DAROCUR 1173: 2-Hydroxy-2-methylpropiophenon, Handelsbezeichnung „DAROCUR 1173", von Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown, NY, erhältlich.
EPON 828: ein Bisphenol-A-Epoxidharz, Handelsbezeichnung „EPON 828", das ein Epoxyäquivalenzgewicht von 185-192 aufweist und von Shell Chemical, Houston, TX, erhältlich ist.
EPON 1001F: Ein Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol-A-Epichlorhydrin, Handelsbezeichnung „EPON10D1F", das ein Epoxyäquivalenzgewicht von 525-550 aufweist und von Shell Chemical, Houston, TX, erhältlich ist.
ERL 4221: ist die Handelsbezeichnung für 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexylcarboxylat, das von Union Carbide Corp., gegenwärtig im Handel von Dow Chemical Co. (Midland, MI) erhältlich.
GC2500: grünes Siliciumcarbidmineral, Qualität JIS2500, von Fujimi Corp., Elmhurst, IL, erhältlich.
GC3000: grünes Siliciumcarbidmineral, Qualität JIS3000, von Fujimi Corp., Elmhurst, IL, erhältlich ist.
IRGACURE 651: 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenyl-1-ethanon, Handelsbezeichnung „IRGACURE 651", das von Ciba Geigy Company, Ardsley, NY, erhältlich ist.
P400 FSX: Aluminiumoxid, Handelsbezeichnung ALUDOR BFRPL, das im Handel von Treibacher Chemische Werke AG, Villach, Österreich, erhältlich ist.
PD9000: Anionisches Polyesterdispergiermittel, Handelsbezeichnung „ZEPHRYM PD 9000", von Uniqema, Wilmington, DE, erhältlich.
S-1227: Ein hochmolekularer Polyester mit der Handelsbezeichnung „DYNAPOL S-1227", von Creanova, Piscataway, NJ, erhältlich.
SR339: SR339 ist die Handelsbezeichnung für 2-Phenoxyethylacrylat, erhältlich von Sartomer, Inc., Exton, PA.
TMPTA: TMPTA ist Trimethylolpropantriacrylatharz, Handelsbezeichnung „SR351", von Sartomer, Inc., Exton, PA, erhältlich.
TPO-L: Phosphinoxid, Handelsbezeichnung „LUCIRIN TPO-L", von BASF Chemicals, Ludwigshafen, Deutschland, erhältlich.
UVI-6974: UVI-6974 ist die Handelsbezeichnung für Triarylsulfoniumhexafluorantimonat, 50 % in Propylencarbonat, das von Union Carbide Corp, Hahnville, LA, erhältlich ist.

Beispiel 1
Vormischung #1: 33,6 Teile SR339 wurden von Hand mit 50,6 Teilen TMPTA gemischt, zu denen 8 Teile PD 9000 hinzugegeben und bei 60°C bis zum Lösen gehalten wurden. Die Lösung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Dieser wurden 2,8 Teile TPO-L und 5 Teile A-174 hinzugegeben und die Mischung wurde gerührt, bis sie homogen war.
Aufschlämmung #1: 61,5 Teile GC2500 wurden in 38,5 Teile der Vormischung #1 unter Anwendung des DISPERSATOR-Mischers von Premier Mill Corp., Reading, PA, eingearbeitet.
Die Schleifaufschlämmung wurde dann durch Ausbreiten von Hand auf ein mikrorepliziertes Polypropylenwerkzeug aufgebracht, das durch Anwendung einer Originalwalze hergestellt worden war, die in den 5 und 6 aufgezeigt ist, wobei s = 55 μm, t = 250 μm; w = 99,53°, x = 54,84 μm, y = 55 μm, z = 53,00°. Das mit Schleifaufschlämmung gefüllte Werkzeug wurde dann mit der Oberseite nach unten auf ein 60 cm × 30,5 cm großes Polyethylenschaumband auflaminiert, das von Minnesota Mining and Manufacturing Company (3M) unter der Handelsbezeichnung 3M 4496W erhältlich ist, indem das Schaumband durch einen Satz von Kautschukquetschwalzen bei 26 cm/min und einem Quetschdruck von 275 kPa (40 psi) hindurchgeführt wurde. Die Aufschlämmung wurde dann durch zweimaliges Hindurchführen durch einen UV-Prozessor, der von American Ultraviolet Company, Murray Hill, NJ, erhältlich ist, unter Anwendung von zwei V-Birnen, die in Sequenz bei 157,5 Watt/cm (400 W/Zoll) arbeiten, und bei einer Bahngeschwindigkeit von 9,1 m/min ausgehärtet. Beim ersten Durchgang wurde eine Quarzplatte von 6 mm auf dem Laminat positioniert, um den Druck auf das Laminat beizubehalten. Das Werkzeug wurden dann von dem Träger getrennt, um eine ausgehärtete dreidimensionale Schleifbeschichtung oben auf dem Polyethylenschaumträger zu enthüllen. Mehrere 30,5 cm × 35 cm große Bahnen des dreidimensionalen Schleifstoffs auf Polyethylenschaum wurden thermisch geprägt, indem der Schaum durch einen Satz von Quetschrollen, wie in 7 gezeigt, mit einer Geschwindigkeit von 61 cm/Minute und 70 N/cm Bahnbreite hindurchgeführt wurde. Eine der Quetschwalzen war eine unerhitzte glatte Stahlwalze. Die zweite Stahlwalze wurde auf 121°C erhitzt und mit linearen Kreuzbahnrillen (wie in 7 gezeigt) bemustert, was zu 3 Bindungspunkten pro 2,54 cm führte. Um ein sich überschneidendes Netzwerk von Rillen in den Schaumschleifstoff einzuprägen, wurde der geprägte Schleifstoff um 90° gedreht und durch die Quetschwalzen ein zweites Mal hindurchgeführt. Auf diese Weise wurden lineare Rillen in zwei senkrechten Richtungen in den Schleifstoff eingeprägt.
Beispiel 2
Polyurethanetherschaum, R600U-125 (von Illbruck, Minneapolis, MN, erhältlich) wurde mit Hycar-Latex 2679 auf Wasserbasis (von BF Goodrich, Cleveland, OH, erhältlich) spritzbeschichtet, um ein Trockenbeschichtungsgewicht von 8,6 Gramm/1000 cm² zu erzielen. Die Aufschlämmung #2 wurde durch Einarbeiten von 61,5 Teilen GC3000 in 38,5 Teile der Vormischung #1 unter Anwendung des DISPERSATOR-Mixers von Premier Mill Corp., Reading, PA, hergestellt. Eine strukturierte Schleifmittelbeschichtung wurde auf den dabei gebildeten Schaum durch Rakelbeschichten der Aufschlämmung #2 auf ein Polypropylenwerkzeug mit einem kleinen Feature, wie in 6 und 7 gezeigt, aufgebracht, wobei: s = 55 μm, t = 250 μm; w = 99,53°, x = 54,84 μm, y = 55 μm, z = 53,00°. Das beschichtete Werkzeug wurde dann auf den mit Latex beschichteten Schaum auflaminiert und einmal durch den UV-Prozessor unter Anwendung einer D-Birne bei einer Exposition von 236 W/cm (600 W/Zoll) einer Bahngeschwindigkeit von 9,1 m/min (30 Fuß/min) und einem Quetschdruck von 344 kPa (50 psi) hindurchgeführt, woraufhin das Werkzeug entfernt wurde. Bahnen des dreidimensionalen Schleifstoffs auf Polyurethanetherschaum wurden thermisch, wie oben in Beispiel 1 beschrieben, geprägt.
Jedoch betrug die Temperatur der bemusterten Walze 204°C und die Liniengeschwindigkeit betrug 30 cm/min.
Beispiel 3
Ein Grundbeschichtungsharz wurde wie folgt hergestellt: EPON 1001F-Granulat (25 %) und DYNAPOL S-1227-Granulat (28 %) wurden mit einer Vormischung compoundiert. Die Vormischung enthält Folgendes: EPON 828-Harz (34,5 %), IRGACURE 651 (1 %), CHDM (2,8 %), TMPTA (7,5 %), AMOX (0,6 %) und COM (0,6 %). Die Materialien (Epon 1001F, Dynapol S1227 und die Vormischung) wurden in einem Doppelschneckenextruder kombiniert.
Bahnen von doppelseitigem Polyethylenschaumband (4496W, von 3M Company, St Paul, MN, erhältlich), 25,4 cm breit auf 61 cm lang auf 1,6 mm dick, wurden auf einer einzigen Seite auf 267 mm breites JE-Gewicht-Rayontuch (von Milliken, Spartanburg, SC) auflaminiert. Das Grundbeschichtungsharz wurde bei 105°C mit einer Geschwindigkeit von 20 Gramm/m² auf eine Oberfläche des dabei gebildeten Schaum/Tuchverbundstoffs durch Extrusion schichtförmig aufgebracht und durch einmaliges Hindurchführen durch einen UV-Prozessor, Handelsbezeichnung „EPIQ 6000", von Fusion Systems Corp., Rockville MD, erhältlich, mit einer FUSION V-Birne bei 0,9 J/cm² und 30 m/min teilweise ausgehärtet. P400 FSX-Aluminiumoxid wurde daraufhin elektrostatisch in 36 g/m² aufgebracht und innerhalb eines Temperaturbereichs von 77-122°C noch weiter ausgehärtet.
Die Deckbeschichtung wurde wie folgt hergestellt: TMPTA (28, 8 %), ERL 4221 (67, 2 %), UVI-6974 (3 %) und DAROCUR 1173 (1,0 %) wurden einander zugegeben. Die Deckbeschichtung wurde in 25 g/m² durch eine Walze schichtförmig aufgebracht und durch Hindurchführen durch den UV-Prozessor bei 30 m/min unter Anwendung einer FUSION D-Birne bei 0,9 J/cm² ausgehärtet und daraufhin innerhalb eines Temperaturbereichs von 110-120°C thermisch ausgehärtet.
Einzelne Bahnen von 25 cm × 35 cm des dabei gebildeten schichtförmig aufgebrachten Schleifmittels auf Polyethylenschaum wurden wie in Beispiel 1 beschrieben thermisch geprägt. Jedoch betrug die Temperatur der bemusterten Walze 121°C.
Die ungeprägten Originalschleifmittel und die daraufhin geprägten Schleifmittel aus Beispiel 1 und 2 wurden unter Anwendung der Nass-SCHIEFER- und Plattentests geprüft. Die Vergleichsprobe 1 bestand aus einem im Handel erhältlichen beschichteten Schleifprodukt, das mit der Handelsbezeichnung TRIZACT^WZ HOOKIT^WZ II Schaumscheibe, Qualität P3000, PN 02075, von 3M Company, St. Paul, MN, erhältlich, identifiziert wird.
Die Ergebnisse sind jeweils in Tabelle 1 und Tabelle 2 aufgezeigt.
Tabelle 1 – Nass-SCHIEFER-Test
Tabelle 2 – Plattentest
Die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse veranschaulichen, dass während des Nass-Abschmirgelns ein Zusammenziehen erfolgt, wenn dem dreidimensionalen Schleifgegenstand nicht die Mittel zur Verfügung stehen, Fluid entweder durch den durchlöcherten Körper des Schleifmittels oder durch Strukturen hindurch zu transportieren, die direkt in das Schleifmittel hinein konstruiert worden sind. Die Ergebnisse in Tabelle 1 können auch durch Zusammenziehungsprobleme beeinflusst werden, jedoch ist es schwierig, da der SCHIEFER-Test maschinell durchgeführt wird, klarzustellen, ob das Phänomen stattfindet. Während das Zusammenziehen ein Schleifmittel im Wesentlichen für das Nassabschmirgeln unbrauchbar macht, neigt es auch dazu, das Schleifmittel enger an das Arbeitsstück anzuziehen, wodurch der Druck des Schleifmittels auf das Arbeitsstück erhöht wird und zu einer stärkeren Schleifwirkung führt. Das ist aus den Oberflächenvergütungszahlen in den Tabellen 1 & 2 ersichtlich.
Die Beispiele zeigen auch, dass ein nichtdurchlöcherter dreidimensionaler Schleifgegenstand, der auf ein billiges geschlossenzelliges Polyethylenschaumband schichtförmig aufgebracht worden ist, beispielsweise durch Prägen konstruiert werden kann, um Probleme des Zusammenziehens zu eliminieren und im Wesentlichen gleich zu funktionieren wie ein teurerer, durchlöcherter, dreidimensionaler Schleifgegenstand. Der Ansatz des Prägens eines durchlöcherten dreidimensionalen Schleifgegenstands auf einem geschlossenzelligen Schaumträger bietet eine billigere Alternative zu einem durchlöcherten dreidimensionalen Schleifgegenstand auf einem offenzelligen Schaumträger. Außerdem wird gezeigt, dass Schleifmittel auf Polyurethanetherschaum ebenfalls thermisch geprägt werden können, wie in Beispiel 2 veranschaulicht. Beispiel 3 zeigt, dass herkömmliche Schleifmittel auf Schaumträgern ebenfalls ohne Weiteres geprägt werden können.
Die vorliegende Erfindung ist nun unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen derselben beschrieben worden. Die obige genaue Beschreibung und die obigen Beispiele sind ausschließlich zur Klarheit des Verständnisses angegeben worden. Es dürfen keine unnötigen Einschränkungen daraus hergeleitet werden. Es wird denjenigen, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, offensichtlich sein, dass viele Änderungen in den beschriebenen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines geprägten Schleifgegenstands 10 umfassend: a. das Bereitstellen eines bahnförmigen Schaumträgers 11 mit einer ersten Oberfläche 12 und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 13, b. das Bereitstellen einer Schleifbeschichtung 14 umfassend Schleifteilchen und Bindemittel auf der ersten Oberfläche 12 unter Bereitstellung eines Schleifgegenstands; und c. Aufbringen unter Druck eines bemusterten Prägewerkzeugs mit einer Prägefläche enthaltend mindestens ein Muster von erhöhten Bereichen auf die Schleifbeschichtung des Schleifgegenstands unter Bereitstellung eines geprägten Musters unter Bereitstellung eines geprägten Schleifgegenstands, dadurch gekennzeichnet, dass das geprägte Muster mindestens vertiefte Bereiche 15 enthält, die den erhöhten Bereichen der Prägefläche in der Schleifbeschichtung und dem Schaumträger entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Prägefläche auch eingedrückte Bereiche enthält und das geprägte Muster auch erhöhte Bereiche 16 enthält, die den eingedrückten Bereichen der Prägefläche entsprechen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei das Muster aus einem gleichförmigen und einem willkürlichen Muster ausgewählt ist.
Verfahren nach Ansprüchen 1–3, wobei die Schleifbeschichtung 14 durch Aufbringen einer fließfähigen aushärtbaren Bindemittelgrundbeschichtung auf die erste Oberfläche, das mindestens teilweise Einbetten von Schleifteilchen darin und das mindestens teilweise Aushärten der Grundbeschichtung und gegebenenfalls das Aufbringen über der Grundbeschichtung und der Schleifteilchen einer fließfähigen Bindemittel-Deckbeschichtung und Aushärten der Deckbeschichtung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Ansprüchen 1–4, wobei die Schleifbeschichtung 14 durch Aufbringen einer Mischung von fließfähigem aushärtbarem Bindemittel und Schleifteilchen auf die erste Oberfläche und Aushärten des fließfähigen aushärtbaren Bindemittels unter Bereitstellen der Schleifbeschichtung 14 bereitgestellt wird.
Verfahren nach Ansprüchen 4 und 5, wobei das fließfähige aushärtbare Bindemittel ein strahlungsaushärtbares Bindemittel umfasst und das Aushärten durch Strahlungsaushärten erfolgt.
Verfahren nach Ansprüchen 5 und 6, wobei nach Aufbringen der Beschichtungsmischung aus fließfähigem aushärtbarem Bindemittel und Schleifteilchen auf die erste Oberfläche 12 und vor dem Aushärten die Beschichtung mit einem Gerät mit einer Oberfläche kontaktiert wird, die der Schleifbeschichtung 14 ein Muster verleiht unter Bereitstellen von erhöhten Bereichen 16 und eingedrückten Bereichen 15 in der Schleifbeschichtung 14, jedoch nicht in dem Schaumträger 11 und mindestens teilweises Aushärten der bemusterten Schleifbeschichtung 14.
Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, wobei die eingedrückten Bereiche 15 sich bis zu einer Tiefe von mindestens 200 μm in den Schaumträger 11 hinein erstrecken.
Verfahren nach Ansprüchen 1–8, wobei der Schaumträger 11 eine Dicke im Bereich von ca. 1 Millimeter bis ca. 6 Millimeter aufweist.
Verfahren nach Ansprüchen 1–9, wobei der Schaumträger 11 aus einem offenzelligen Schaum und einem geschlossenzelligen Schaum ausgewählt wird.