DE69814107T2

DE69814107T2 - Strukturierter schleifartikel zum abschleifen von einem werkstück aus weichstahl

Info

Publication number: DE69814107T2
Application number: DE69814107T
Authority: DE
Inventors: L. William STOETZEL; G. Eric LARSON
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2018-02-11
Also published as: JP2001512373A; US5851247A; DE69814107D1; AU6151698A; CA2282687A1; EP1015179B1; EP1015179A1; WO1998036872A1

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft einen strukturierten Schleifgegenstand und ein Verfahren zur Verwendung eines solchen Schleifgegenstands. Dieser strukturierte Schleifgegenstand stellt eine verbesserte Abtragungsgeschwindigkeit und eine verlängerte oder erhöhte Gebrauchsdauer beim Schleifen, Schmirgeln oder Feinstschleifen von Weichstahl ohne Verwendung oder in Abwesenheit eines Schleifhilfsmittels bereit.
Die Anwendungen von Schleifgegenständen und Schleiferzeugnissen sind nahezu zahllos. Schleifgegenstände werden zur Oberflächenbehandlung einer Vielzahl von Materialien verwendet, die beispielsweise von exotischen Metallturbinenblättern, die, in Düsenmaschinen verwendet werden, bis zu Lichtwellenleiterkabelverbindungen, die bei, modernen Kommunikationssystemen verwendet werden, reichen. Die zahllosen Anwendungen und Materialien, die von Schleifgegenständen während der Herstellungs- oder Oberflächenbehandlungsverfahren Gebrauch machen, erfordern eine permanente Verbesserung dieser Schleifgegenstände und Schleiferzeugnisse durch die Schleifindustrie.
Ein traditioneller Schleifpapierartikel ist ein Schichtmaterial, das im Prinzip einen Träger einschließt, der mit einer Schicht eines geeigneten Klebstoffs oder Harzes oder einer "Bindemittelschicht" beschichtet ist, die regellos verteilte Schleifpartikel an dem Träger fest klebt. Bekannte Verbesserungen dieses Grundaufbaus können ein oder mehrere über die festgeklebten Partikel aufgebrachte Materialien oder Schichten einschließen. Diese zusätzlichen Schichten werden in der Regel zur Verbesserung der Leistung des Schleifgegenstands, beispielsweise durch Festigung der Schleifpartikel am Träger oder zum Abstimmen des Artikels auf eine bestimmte Anwendung, hinzugefügt.
Eine bemerkenswerte Verbesserung bei Schleifpapierartikeln gegenüber den traditionellen Schleifpapierartikeln ist ein neuer Schleifpapieraufbau, der im Grunde genommen einen Träger einschließt, der mit einer Schicht von exakt geformten oder strukturierten Schleifkomposits beschichtet ist.
Diese Schleifkomposits enthalten Schleifpartikel, die in einer dreidimensionalen Harzstruktur dispergiert sind. Die Verwendung der exakt strukturierten Schleifkomposits stellt eine zum Teil gleichmäßige Verteilung von Schleifpartikeln auf der gesamten Oberfläche des Trägers (im Gegensatz zur regellosen Verteilung von Schleifpartikeln in den traditionellen Schleifpapierartikeln) bereit, die eine passende und reproduzierbare Produktleistung liefert. Ein Bericht über einen Schleifpapieraufbau mit exakt geformten Schleifkomposits findet sich in der US-A-5,152,917 von Pieper et al., und handelsübliche Ausführungsformen dieser Schleifgegenstände sind unter der Handelsbezeichnung TRIZACT Abrasives von der Firma Minnesota Mining und Manufacturing Company, St. Paul, MN (3M) im Handel.
Obwohl die Verwendung von exakt geformten Schleifkomposits eine passende und reproduzierbare Produktleistung bereitstellt, stellt dieser Aufbau für die Fachleute bei der Entwicklung neuer Artikel weiterhin eine nennenswerte Vielseitigkeit bereit. Beispielsweise werden die exakt geformten Schleifkomposits während des Gebrauchs unter kontinuierlicher Exposition frischer Schleifpartikel oder neuer Schleif- oder Schmirgelkanten abgebaut oder abgetragen. Bei einem weiteren Beispiel gestattet die Verwendung exakt geformter Schleifkomposits einem Fachmann die Modifikation der chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Schleifkomposits, um die Leistungsmerkmale der Schleifpartikel zu modifizieren. Insbesondere berichten US-A-5,342,419 und US-A-5,518,512 über die Verwendung von Tonpartikel zur Modifikation der Abtragungsgeschwindigkeit eines exakt geformten Schleifkomposits. Außerdem beschreibt US-A-5,368,619, daß ausgewählte Kieselsäurepartikel das Herstellungsverfahren der exakt geformten Schleifkomposits verbessern kann. Außerdem berichtet US-A-5,378,251, daß exakt geformte Schleifkomposits, die ausgewählte Schleifhilfen einschließen, auf metallischen Werkstücken ausgezeichnete Schleifmerkmale aufweisen.
Schleifpapierartikel mit Verdünnungspartikel und geformten Schleifpartikeln sind in EP-A-0 615 816 offenbart.
Trotz der bereits aufgeführten Verbesserungen an Schleifgegenständen unter Verwendung exakt geformter Schleifkomposits in ihrem Aufbau, besteht immer noch ein Bedarf an Schleifgegenständen, die für die nahezu unbegrenzten Arten der Schmirgel- und Schleifanwendungen, die mit strukturierten Schleifgegenständen erreicht werden können, verbesserte Leistungsmerkmale bereitstellen. Die vorliegende Erfindung ist besonders zum Schleifen von Weichstahl unter Anwendung von mäßigen Drücken unter Naßbedingungen, ohne daß eine Schleifhilfe verwendet werden muß, geeignet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Schleifgegenstände, die beim Schleifen von Weichstahl-Werkstücken eine verbesserte Abtraggeschwindigkeit bereitstellen. Dieser Schleifgegenstand beinhaltet einen Träger mit einer Oberfläche; die exakt geformte Schleifkomposits enthält. Bei der Erfindung beinhalten die Schleifkomposits ein Bindemittel, Schleifpartikel, wasserunlösliche Metallsilicatteilchen und ein Kupplungsmittel. Die Wahl der Kombination dieser Materialien stellt einen Schleifkomposit bereit, der bei Verwendung zum Schleifen von Weichstahl eine verbesserte Abtraggeschwindigkeit und eine längere Gebrauchsdauer bereitstellt, obwohl keine Schleifhilfe eingeschlossen ist oder in dem Schleifkomposit verwendet wird.
Bei einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Schleifgegenstand mit exakt geformten Schleifkomposits bereitgestellt, die "in situ" während der Herstellung des Schleifgegenstands gebildet werden. Typischerweise und bevorzugt sind die Schleifkomposits direkt auf dem Träger fest geklebt. Schleifgegenstände mit direkt auf den Träger aufgeklebten Schleifkomposits können durch die in US-A-5,152,917 (Pieper et al.) beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Bei einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Schleifgegenstand mit exakt geformten Schleifkompositpartikel, die, an einem Träger durch eine klebende Bindemittelschicht festgeklebt sind, bereitgestellt. Diese Ausführungsform wird hergestellt, indem zunächst einzelne exakt geformte Schleifkompositpartikel hergestellt werden. Demnach stellt ein dritter Aspekt der Erfindung exakt geformte Schleifkompositpartikel bereit. Exakt geformte Schleifpartikel beinhalten ein Bindemittel, in dem Schleifpartikel, wasserunlösliche Metallsilicatteilchen und ein Kupplungsmittel dispergiert sind. Die Partikel weisen eine exakte geometrische Form, wie beispielsweise Kegel, Dreieckprisma, Zylinder, Pyramide, Kugel oder Würfel, auf. Beim zweiten Aspekt der Erfindung werden die exakt geformten Schleifkompositpartikel durch eine Klebschicht, die typischerweise als "Bindemittelschicht" bezeichnet wird, auf der Oberfläche eines Trägers fest geklebt. Wie hier verwendet, bedeutet "Bindemittelschicht" eine Schicht, die auf den Träger zum Festkleben von Schleifpartikeln darauf aufgebracht ist. Gegebenenfalls können zusätzliche Schichten, wie eine Bindeschicht oder eine Binde-Deckschicht (das heißt eine über eine Bindeschicht aufgebrachte Schicht) aufgebracht werden, um die Schleifkomposits weiter an den Träger zu binden oder um weitere verbesserte Eigenschaften, wie Belastungsschutz, bereitzustellen. Die exakt geformten Schleifkompositpartikel können bezüglich des Trägers in nicht regelloser Weise orientiert sein, oder sie können bezüglich des Trägers regellos orientiert sein. Exakt geformte Schleifkompositpartikel und daraus hergestellte Schleifgegenstände können durch die in US-A-5,500,273 (Holmes et al.) beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Bei einem vierten Aspekt der Erfindung beinhalten die Schleifkomposits und die exakt geformten Schleifkompositpartikel etwa 20-40 Gewichtsteile Bindemittel, etwa 20-60 Gewichtsteile Schleifpartikel, etwa 10-40 Gewichtsteile wasserunlösliche Metallsilicatteilchen und etwas 0,01-2,5 Gewichtsteile Kupplungsmittel. Bei einer bevorzugten, Ausführungsform der Erfindung beinhaltet der Schleifkomposit etwa 30-35 Gewichtsteile Bindemittel, etwa 35-50 Gewichtsteile Schleifpartikel, etwa 15-30 Gewichtsteile wasserunlösliche Metallsilicatteilchen und etwa 1-2 Gewichtsteile Kupplungsmittel. Der Begriff "wasserunlösliche Metallsilicatteilchen" bedeutet wasserunlösliche anorganische Füllstoffpartikel aus Metallsilicaten, einschließlich Orthosilicaten und Metasilicaten, die mit den beschriebenen Bindemitteln, Schleifpartikeln und Kupplungsmitteln unter Bereitstellung der erfindungsgemäßen Schleifmittelzusammensetzung verwendet werden können.
Bei einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Schleifen eines Weichstahl-Werkstücks unter Verwendung der neuen strukturierten Schleifgegenstände, die oben eingeschlossen sind, bereitgestellt. Der Begriff "Weichstahl" bedeutet Kohlenstoffstahl mit maximal etwa 0,25 % Kohlenstoff. Dieses Verfahren stellt eine verbesserte Abtragungsgeschwindigkeit eines Weichstahl-Werkstücks bereit, wenn eine Oberfläche des Weichstahl-Werkstücks mit den vorstehend beschriebenen Schleifgegenständen unter Reibung in Kontakt kommt oder damit abgeschliffen wird. Die verbesserte Abtragungsgeschwindigkeit und die verlängerte oder ausgedehnte Gebrauchsdauer des Schleifgegenstands beim Schleifen, Oberflächenbehan dein oder Schmirgeln von Weichstahl-Werkstücken wird unter Naßbedingungen festgestellt. Typische Naßbedingungen umfassen das Schleifen, Oberflächenbehandeln oder Schmirgeln von Weichstahl-Werkstücken in Gegenwart von Wasser oder Wasser, das mit herkömmlichen Rostschutzmitteln behandelt worden ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifgegenstands.
2 ist eine bevorzugte Topographie für Schleifkomposits aus dem Schleifgegenstand von 1:
3 ist , eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifgegenstands.
4 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifgegenstands.
5 ist ein Schema eines Verfahrens zur Herstellung des Schleifgegenstands von 1.
6 ist ein Schema eines Verfahrens zur Herstellung exakt geformter Schleifkompositpartikel.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Erfindung stellt Schleifgegenstände bereit, die besonders zum Schleifen, Oberflächenbehandeln oder Schmirgeln von Weichstahl bei mittleren Drücken bei Verfahren unter Anwendung von Naßbedingungen geeignet sind. Bisher werden Schleifhilfen, wie Kaliumtetrafluorborat, in den Schleifkomposits strukturierter Schleiferzeugnisse eingesetzt, um höhere Abtragungsgeschwindigkeiten zu ergeben. Obwohl die erfmdungsgemäßen Schleifgegenstände keine Schleifhilfe, wie Kaliumtetrafluorborat, einschließen, ergeben die erfindungsgemäßen Schleifgegenstände verbesserte Abtragungsgeschwindigkeiten für strukturierte Schleiferzeugnisse.
Die verbesserte Abtragungsgeschwindigkeit und die längere Gebrauchsdauer der erfindungsgemäßen Schleifpartikel beruhen wahrscheinlich zum Teil auf der Einarbeitung von Metallsilicatteilchen in die Schleifkomposits. Bisher werden verschiedene Arten von Partikeln, die anders sind als die Schleifpartikel, sowohl in herkömmlichen als auch strukturierten Schleifpartikeln verwendet. US-A-4,871,376 berichtet beispielsweise, daß Füllstoffe oder Partikel, die anders sind als die Schleifpartikel, in Harzsystemen zur Herstellung herkömmlicher Schleifpapierartikel verwendet werden können. Diese Patentschrift beschreibt auch, daß eine Kombination aus Füllstoffen und Kupplungsmitteln die aufgeführten Harzsystemfestigkeiten und die verbesserte Beständigkeit gegenüber dem Zerfall bei Kontakt mit Wasser verbessern kann. Außerdem berichtet diese Patentschrift, daß Calciummetasilicatteilchen als Füllstoffe zur Bereitstellung solcher verbesserter Harzsysteme verwendet werden können.
Es sollte allerdings angemerkt werden, daß sich die herkömmlichen Schleifpapierartikel sehr von den erfindungsgemäßen Schleifgegenständen unterscheiden. Insbesondere binden herkömmliche Schleifpapierartikel Schleifpartikel über ein Harzsystem an einen Träger und wenden keine Herstellungstechnik auf der Grundlage der Verwendung exakt geformter Schleifkomposits an. Beispielsweise besteht einer der Vorteile eines Schleifkomposits in einem Schleifgegenstand in der Fähigkeit zur kontinuierlichen Bereitstellung neuer Schleifpartikel an der abgetragenen Grenzfläche bei Verschleiß des Schleifkomposites während des Gebrauchs. Für eine angemessenen Leistung eines solchen Schleifkomposits sollte sich der Schleifkomposit bei Gebrauch abbauen können oder abgetragen werden können. Wenn die Bindemittel in dem Schleifkomposit zu fest oder zu zäh sind, wird der Verbund nicht abgetragen und kann in der Tat ein Produkt mit schlechterer Leistung ergeben. Obwohl bereits Metallsilicate in Schleifgegenständen verwendet werden, sieht, kurz gesagt, nur die vorliegende Erfindung die Verwendung von Metallsilicaten in einem Schleifgegenstand, der exakt geformte Schleifkomposits aufweist, vor.
Exakt geformte Schleifkomposits können "in situ", während der Herstellung eines Schleifgegenstands, hergestellt werden, oder alternativ. können exakt geformte Schleifkompositpartikel in einem ersten Vorgang hergestellt und in einem zweiten Vorgang auf einem Träger festgeklebt werden. Schleifkomposits bestehen typischerweise im wesentlichen aus etwa 20-40 Gew.-% Bindemittel, etwa 20-60 Gew.-% Schleifpartikeln, etwa 10-40 % wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen und etwa 0,01-2,5 Gew.-% Kupplungsmittel. Stärker bevorzugt bestehen Schleifkomposits im wesentlichen aus etwa 30-35 Gew.-% Bindemittel, etwa 35-50 Gew.-% Schleifpartikeln, etwa 15-30 Gew.-% wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen und etwa 1-2 Gew.-% Kupplungsmittel.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein typischer Schleifpapierartikel mit exakt geformten, "in situ" gebildeten Schleifkomposits gezeigt. Der Schleifpapierartikel 10 umfaßt einen Träger 12, der auf einer Hauptoberfläche hiervon die Schleifkomposits 14 aufweist. Die Schleifkomposits bestehen im wesentlichen aus Bindemittel 16, Schleifpartikeln 18, wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen 19 und einem Kupplungsmittel (nicht gezeigt). Das Bindemittel 16 bindet den Schleifkomposit 14 an den Träger 12. 2 erläutert eine Draufsicht auf eine bevorzugte Topographie von erfindungsgemäßen exakt geformten Schleifkomposits. Die Überprüfung dieser Topographie ergibt, daß die Schleifkomposits eine Vielzahl von verschieden dimensionierten und geformten Pyramiden sind. Das heißt, Pyramide 20 in 2 ist eine verschieden dimensionierte und geformte rechteckige Pyramide im Vergleich zu Pyramide 22, die ihrerseits im Vergleich zu Pyramide 24 eine verschieden dimensionierte und geformte rechteckige Pyramide ist. Diese besondere Topographie und die Methodik zur Bildung dieser, Topographie ist in US-A-5,681,217 beschrieben.
Schleifgegenstände mit exakt geformten Schleifkomposits können auch durch Herstellung exakt geformter Schleifkompositpartikel in einem ersten Vorgang und Festkleben der exakt geformten Schleifkompositpartikel auf einem Träger in einem zweiten Vorgang hergestellt werden. Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 sind durch dieses Verfahren hergestellte Schleifgegenstände mit exakt geformten Schleifkomposits gezeigt. Der Schleifgegenstand 30 umfaßt den Träger 32, an dessen eine Oberfläche exakt geformte Schleifkompositpartikel 34 gebunden sind. Die Schleifpartikel 34 sind mittels zweier Schichten an den Träger 32 gebunden. Die Schicht 36, die im allgemeinen als Bindemittelschicht bezeichnet wird, wird auf den Träger 32 aufgetragen und bindet die exakt geformten Schleifpartikel 34 an den Träger 32. Die Schicht 38, die im allgemeinen als Bindeschicht bezeichnet wird, wird auf die Schleifpartikel 34 aufgetragen und verstärkt die Schleifpartikel 34. Gegebenenfalls kann eine dritte Schicht 40, die im allgemeinen als Binde-Deckschicht bezeichnet wird, auf die Bindeschicht 38 aufgetragen werden. Die exakt geformten Schleifkompositpartikel 34 bestehen im wesentlichen aus einem Bindemittel 42; den Schleifpartikeln 44, den wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen 45 und einem Kupplungsmittel (nicht gezeigt). Die Schleifpartikel können durch herkömmliche Techniken, wie Tauchbeschichten oder elektrostatisches Beschichten, auf den Träger aufgebracht werden. Je nach Beschichtungsverfahren können die Schleifpartikel bezüglich des Trägers in nicht regelloser Weise wie in 3 orientiert sein, oder sie können bezüglich des Trägers in regelloser Weise wie in 4 orientiert sein.
Die erfindungsgemäßen Schleifgegenstände bestehen im wesentlichen aus einem Träger, einem Bindemittel, Schleifpartikeln, wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen und einem Kupplungsmittel. Die exakt geformten Schleifkompositpartikel bestehen im wesentlichen aus einem Bindemittel, Schleifpartikeln, wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen und einem Kupplungsmittel.
Träger
Der erfindungsgemäße Träger besitzt eine Ober- und eine Unterseite und kann ein beliebiger herkömmlicher Schleifmittelträger sein. Beispiele für geeignete Träger beinhalten Polymerfilm, geprimten Polymerfilm, Tuch, Papier, vulkanisierte Faser, Vliese und Kombinationen hiervon. Weitere geeignete Träger umfassen einen faserigen verstärkten thermoplastischen Träger, wie in US-A-5,316,812 offenbart, und einen Endlosträger ohne Saum, wie in WO-A-93/12911 offenbart. Der Träger kann auch eine Behandlung oder Behandlungen zur Versiegelung des Trägers und/oder Modifizierung einiger physikalischer Eigenschaften des Trägers enthalten: Diese Behandlungen sind im Stand der Technik gut bekannt.
Der Träger kann auf seiner Unterseite auch Befestigungsmittel aufweisen, damit sich das resultierende beschichtete Schleifmittel an einem Trägerkissen oder einem Sicherungskissen befestigen läßt. Das Befestigungsmittel kann ein Haftklebstoff sein, eine Fläche eines Haken-und-Ösen-Befestigungssystem oder Gewindeprojektionen, die in US-A-5,316,812 beschrieben sind. Alternativ kann es ein ineinandergreifendes Befestigungssystem sein, wie in US-A-5,201,101 beschrieben.
Die Rückseite des Schleifgegenstands kann auch ein Antirutschmittel oder eine Friktionsbeschichtung enthalten. Beispiele für solche Beschichtungen umfassen ein anorganisches teilchenförmiges Material (z. B. Calciumcarbonat oder Quarz), das in einem Klebstoff dispergiert ist.
Bindemittel
Bindemittel werden aus fließfähigen oder flüssigen Bindemittel-Vorläufern, die in einen Feststoff übergeführt worden sind, gebildet. Während der Herstellung eines Schleifgegenstands wird der Bindemittel-Vorläufer zur Überführung des Bindemittelvorläufers in ein festes Bindemittel geeigneten Bedingungen (d. h. Wärme, UV-Strahlung, VIS-Strahlung oder Elektronenstrahlen) ausgesetzt. Die Überführung eines fließfähigen Bindemittel-Vorläufers in ein festes Bindemittel ist typischerweise das Ergebnis eines Härtungsverfahrens, wie Polymerisation oder Vernetzung, obwohl Verdampfen einer Flüssigkeit von einem in einer Flüssigkeit gelösten oder dispergierten Bindemittel (z. B. ein in einem Lösungsmittel gelöstes thermoplastisches Polymer) ebenfalls möglich ist.
Bindemittel-Vorläufer, die für die Erfindung geeignet sind, umfassen ein warmhärtendes Harz, das durch Strahlungsenergie oder Wärmeenergie gehärtet werden kann. Der Bindemittel-Vorläufer kann über einen Kondensationshärtungsmechanismus oder einen Additionsmechanismus polymerisieren. Bevorzugte Bindemittel-Vorläufer polymerisieren über einen Additionsmechanismus. Die Additionspolymerisation kann über einen radikalischen oder über einen kationischen Mechanismus oder über beide Mechanismen ablaufen.
Der Bindemittel-Vorläufer kann vorzugsweise durch Strahlungs- oder Wärmeenergie gehärtet werden. Strahlungsenergiequellen umfassen Elektronenstrahlenergie, UV-Licht, VIS-Licht und Laserlicht. Falls UV- oder VIS-Licht verwendet wird, wird vorzugsweise ein Fotostarter in das Gemisch eingeschlossen. Bei Exposition gegenüber UV- oder VIS-Licht erzeugt der Fotostarter eine Radikalquelle oder eine Kationenquelle. Diese Radikalquelle oder Kationenquelle startet die Polymerisation des Bindemittel-Vorläufers. Ein Fotostarter ist fakultativ, wenn eine Elektronenstrahl-Energiequelle eingesetzt wird.
Beispiele für Bindemittel-Vorläufer, die durch Strahlungsenergie gehärtet werden können, umfassen acrylierte Urethane, acrylierte Epoxide, ethylenisch ungesättigte Verbindungen, Aminoplast-Derivate mit angehängten ungesättigten Carbonylgruppen, Isocyanurat-Derivate mit mindestens einer angehängten Acrylatgruppe, Isocyanat-Derivate, mit mindestens einer angehängten Acrylatgruppe, Vinylether, Epoxyharze und Kombinationen hiervon. Der Begriff Acrylat umfaßt sowohl Acrylate als auch Methacrylate.
Acrylierte Urethane sind Diacrylatester von Hydroxy-terminierten, Isocyanat-verlängerten Polyestern oder Polyethern. Beispiele für die im Handel erhältlichen acrylierten Urethane umfassen "UVITHANE 782", das von der Firma Morton Thiokol Chemical erhältlich ist, und "EBECRYL 6600", "EBECRYL 8400" und "EBECRYL 8805", die von der Firma UCB Radcure Specialties erhältlich sind.
Acrylierte Epoxide sind Diacrylatester von Epoxyharzen, wie Diacrylatester von Bisphenol-A-Epoxyharz. Beispiele für im Handel erhältliche acrylierte Epoxide umfassen "EBECRYL 3500", "EBECRYL 3600" und "EBECRYL 3700", die von der Firma UCB Radcure Specialties im Handel sind.
Ethylenisch ungesättigte Verbindungen umfassen sowohl monomere als auch polymere Verbindungen, die Kohlenstoff-, Wasserstoff-, und Sauerstoffatome und gegebenenfalls Stickstoffatome und die Halogene enthalten. Sauerstoff- oder Stickstoffatome oder beides sind in der Regel in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harnstoffgruppen vorhanden. Ethylenisch ungesättigte Verbindungen weisen vorzugsweise ein Molekulargewicht von weniger als etwa 4000 g/mol auf und sind vorzugsweise Ester, die der Reaktion von Verbindungen, die aliphatische Monohydroxygruppen oder aliphatische Polyhydroxygruppen enthalten, und ungesättigten Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Maleinsäure, und dergleichen, entstammen. Repräsentative Beispiele für Acrylate umfassen Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Ethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycolmethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glycerintriacrylat, Pentaerythrittriacrylat, Pentaerythritmethacrylat und Pentaerythrittetraacrylat. Weitere, ethylenisch ungesättigte Verbindungen umfassen Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethylallylester und Amide von Carbonsäuren, wie Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid. Noch weitere ethylenisch ungesättigte Verbindungen umfassen Styrol, Divinylbenzol und Vinyltoluol. Weitere stickstoffhaltige ethylenisch ungesättigte Verbindungen umfassen Tris(2-acryloyl-oxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-methacryloxyethyl)-s-triazin, Acrylamid, Methylacrylamid, N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-Vinylpyrrolidon und N-Vinylpiperidon.
Aminoplastharze besitzen wenigsten eine angehängte α,β-ungesättigte Carbonylgruppe pro Molekül und können monomer oder oligomer sein. Diese α,β-ungesättigten Carbonylgruppen können Acrylat-, Methacrylat- oder Acrylamidgruppen sein. Beispiele für solche Harze umfassen N-Hydroxymethylacrylamid, N,N'-Oxydimethylenbisacrylamid, ortho- und para-acrylamidomethyliertes Phenol, acrylamidomethyliertes phenolisches Novolac und Kombinationen hiervon.
US-A-4,652,274 beschreibt ein strahlungshärtbares Bindemittel, das ein Copolymer ist, das aus (1) mindestens einem Monomer, das aus Isocyanuratderivaten mit mindestens einer terminalen oder angehängten Acrylatgruppe, und Isocyanatderivaten mit mindestens einer terminalen oder angehängten Acrylatgruppe ausgewählt ist, und (2) mindestens einem aliphatischen oder cycloaliphatischen Monomer mit mindestens einer terminalen oder angehängten Acrylatgruppe gebildet ist. Das bevorzugte Monomer der Isocyanurat/Isocyanatgruppen besitzt eine heterocyclische Ringkonfiguration, wobei das bevorzugte Monomer das Reaktions- produkt eines Gemisches von Acrylsäure und Methacrylsäure mit Tris(hydroxyalkyl)isocyanurat ist. Das bevorzugte aliphatische oder cycloaliphatische Monomer der Gruppe mit mindestens einer Acrylatgruppe ist Trimethylolpropantriacrylat.
Beispiele für Vinylether, die bei der Erfindung geeignet sind, umfassen Vinyletherfunktionalisierte Urethanoligomere, die von der Firma Allied Signal unter den Handelsbezeichnungen" VE 4010", "VE 4015", "VE 2010", "VE 2020" und "VE 4020" im Handel erhältlich sind.
Epoxide weisen einen Oxiranring auf und werden über die Ringöffnung polymerisiert. Epoxyharze umfassen monomere Epoxyharze und polymere Epoxyharze. Diese Harze können in der Art ihrer Hauptketten und Substituentengruppen stark variieren. Beispielsweise kann die Hauptkette von jedem Typ sein, der normalerweise mit Epoxyharzen assoziiert ist, und die Substituentenreste daran können jeder Rest sein, der frei von einem aktiven Wasserstoffatom ist, das mit einem Oxiranring bei Raumtemperatur reaktiv ist. Repräsentative Beispiele für Substituentenreste für Epoxyharze umfassen Halogene, Esterreste, Etherreste, Sulfonatreste, Siloxanreste, Nitrogruppen und Phosphatreste. Beispiele für Epoxyharze, die bei der Erfindung bevorzugt sind, umfassen 2,2-Bis[4-(2,3-epoxypropoxy)phenyl]propan, (Diglycidylether von Bisphenol A) und Materialien unter der Handelsbezeichnung "Epon 828", "Epon 1004" und "Epon 1001F", die von der Firma Shell Chemical Co. im Handel erhältlich sind, "DER-331", "DER-332" und "DER-334", die von der Firma Dow Chemical Co. im Handel erhältlich sind. Weitere geeignete Epoxyharze umfassen Glycidylether von Phenolformaldehyd-Novolac (z. B. "DEN-431" und "DEN-428", im Handel erhältlich von der Firma Dow Chemical Co.). Die erfindungsgemäßen Epoxyharze können unter Zugabe eines geeigneten Fotostarters über einen kationischen Mechanismus polymerisieren. Diese Harze werden in US-A-4,318,766 (Smith) und US-A-4,751,138 (Tumey et al.) beschrieben.
Beispiele für Fotostarter, die bei Exposition gegenüber UV-Licht eine Radikalquelle erzeugen, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, diejenigen, die aus organischen Peroxiden, Azoverbindungen, Chinonen, Benzophenonen, Nitrosoverbindungen, Acylhalogeniden, Hydrazonen, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen, Triacrylimidazolen, Bisimidazolen, Chloralkyltriazinen, Benzoinethern, Benzilketale, Thioxanthonen und Acetophenon-Derivaten, und Gemischen hiervon ausgewählt sind. Beispiele für Fotostarter, die bei Exposition gegenüber sichtbarer Strahlung eine Radikalquelle erzeugen, sind in US-A-4,735,632 beschrieben.
Kationische Fotostarter erzeugen eine Säurequelle, um die Polymerisation eines Epoxyharzes oder eines Urethans zu starten. Kationische Fotostarter können ein Salz mit einem Oniumkation und ein halogenhaltiges Komplexanion eines Metalls oder Metalloids umfassen. Weitere kationische Fotostarter umfassen ein Salz mit einem Organometallkomplex-Kation und einem halogenhaltigen Komplexanion eines Metalls oder Metalloids. Diese Fotostarter werden weiterhin in US-A-4,751,138 (Spalte 6, Zeile 65 bis Spalte 9, Zeile 45) beschrieben. Ein weiteres Beispiel ist ein Organometallsalz und ein Oniumsalz, die in US-A-4,985,340 (Spalte 4, Zeile 65 bis Spalte 14, Zeile 50); EP-A-306 161; EP-A-306 162 beschrieben sind. Noch weitere kationische Fotostarter beinhalten ein ionisches Salz eines Organometallkomplexes, in dem das Metall aus den Elementen der Gruppen IVB, VB, VIB, VIIB und VIIIB des Periodensystems ausgewählt ist. Dieser Fotostarter ist in EP-A-109 581 beschrieben.
Schleifpartikel
Die bei der Erfindung geeigneten Schleifpartikel weisen typischerweise eine mittlere Partikelgröße im Bereich von etwa 0,1 bis 1500 μm, vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 1300 μm, stärker bevorzugt von etwa 1 bis etwa 500 μm am stärksten bevorzugt von etwa 1 bis etwa 250 μm auf. Es ist bevorzugt, daß die Schleifpartikel eine Mohs-Härte von mindestens etwa 8, stärker bevorzugt von über 9 aufweisen. Beispiele solcher Schleifpartikel-Materialien beinhalten geschmolzenes Aluminiumoxid, keramisches Aluminiumoxid, geschmolzenes Weißaluminium oxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Siliciumkarbid, grünes Siliciumkarbid, Aluminiumoxid-Zirconiumoxid, Diamant, Ceroxid, kubisches Bornitrid, Granat, Tripelerde und Kombinationen hiervon. Das keramische Aluminiumoxid ist vorzugsweise durch ein Sol-Gelverfahren. hergestellt, wie in US-A-4,314,827; US-A-4,744,802; US-A-4,623,364; US-A-4,770,671; US-A-4,881,951; US-A-5,011,508 und US-A-5,213,591 beschrieben. Die keramischen Schleifpartikel umfassen α-Aluminiumoxid und gegebenenfalls einen Metalloxidmodifizierer, wie Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Zinkoxid, Nickeloxid, Hafniumoxid, Yttriumoxid, Siliciumdioxid, Fisenoxid, Titandioxid, Lanthanoxid, Ceroxid, Neodymoxid, und Kombinationen hiervon. Das keramische Aluminiumoxid kann gegebenenfalls auch ein Nukleierungsmittel, wie α-Aluminiumoxid, Eisenoxid, Eisenoxidvorläufer, Titanoxid, Chromoxid, oder Kombinationen hiervon umfassen. Das keramische Aluminiumoxid kann auch eine Form wie diejenige aufweisen, die in US-A-5,201,916 und US-A-5,090,968 beschrieben ist. Die keramischen Schleifpartikel können auch eine Oberflächenbeschichtung enthalten.
Die Schleifpartikel können auch eine Oberflächenbeschichtung aufweisen. Eine Oberflächenbeschichtung kann die Haftung zwischen den Schleifpartikeln und dem Bindemittel verbessern und/oder Schleifeigenschaften der Schleifpartikel verändern. Solche Oberflächenbeschichtungen sind in US-A-5,011,508; US-A-1,910,444; US-A-3,041,156; US-A-5,009,675; US-A-4,997,461; US-A-5,213,591 und US-A-5,042,991 beschrieben. Schleifpartikel können auf ihrer Oberfläche auch ein Kupplungsmittel, wie ein Silankupplungsmittel, enthalten.
Das Bindemittel kann einen einzigen Typ von Schleifpartikeln, zwei oder mehrere Typen verschiedener Schleifpartikel oder mindestens einen Typ von Schleifpartikeln mit mindestens einem Typ von Verdünnungsmaterial enthalten. Beispiele für Materialien für Verdünnungsmittel umfassen Calciumcarbonat, Glaskugeln, Glasperlen, Graustein, Marmor, Gips, Ton, SiO₂, KBF₄, Na₂SiF₆, Cryolit, organische Kugeln, organische Perlen und dergleichen.
Wasserunlösliche Metallsilicatteilchen
Wasserunlösliche Metallsilicatteilchen, die bei der Erfindung geeignet sind; umfassen Calciumsilicatteilchen, Zinksilicatteilchen, Bleisilicatteilchen, Aluminiumsilicatteilchen, Magnesiumsilicatteilchen, Eisensilicatteilchen und Cadmiumsilicatteilchen. Gemische dieser wasserunlöslichen Metallsilicate können ebenfalls in der vorliegenden Schleifinittelzusammenset zung verwendet werden. Ein besonders bevorzugtes wasserunlösliches Metallsilicat ist Calciummetasilicat. Calciummetasilicatteilchen sind im Handel erhältlich und werden unter der Handelsbezeichnung "WOLLOSTONITE" von der Firma NYCO Company, Willsboro, NY, vertrieben. Die Firma NYCO Company bringt auch mit einem Aminosilankupplungsmittel behandelte Calciummetasilicatteilchen in den Handel. Diese behandelten Caleiummetasilicatteilchen sind unter der Handelsbezeichnung "WOLLOSTAKUP" und "WOLLOSTACOAT" von der Firma NYCO Company im Handel erhältlich.
Kupplungsmittel
Kupplungsmittel, die bei der Erfindung geeignet sind, stellen eine Assoziationsbrücke zwischen dem Bindemittel-Vorläufer und den wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen oder Schleifpartikel bereit. Die Kupplungsmittel umfassen Silane, Titanate und Zircoaluminate. Ein Beispiel für ein Kupplungsmittel, das bei der Erfindung als geeignet betrachtet wird, ist das Methacryloxypropylsilan, das unter der Handelsbezeichnung "A-174" von der Firma Union Carbide Corporation bekannt ist. Weitere Beispiele, die die Verwendung von Silan, Titanat und Zircoaluminat-Kupplungsmitteln erläutern, sind in US-A-4,871,376 und UA-A-4,773,920 offenbart. Der Begriff "Kupplungsmittel" kann auch Gemische von Kupplungsmitteln umfassen.
Erfindungsgemäße Schleifkomposits können außerdem fakultative Hilfsstoffe, wie beispielsweise Füllstoffe, Fasern, Gleitmittel, Netzmittel, oberflächenaktive Mittel, Pigmente, Farbstoffe, Weichmacher, antistatische Mittel und Suspensionsmittel, einschließen. Beispiele für Füllstoffe, die bei der Erfindung geeignet sind, umfassen Holzpulpe, Vermiculit und Kombinationen hiervon, Metallcarbonate, wie Calciumcarbonat, z. B. Kalk, Calcit, Mergel, Travertin, Marmor und Kalkstein, Calciummagnesiumcarbonat, Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat; Siliciumdioxid, wie amorphes Siliciumdioxid, Quarz, Glasperlen, Glaskugeln und Glasfasern; Silicate, wie Talk, Tone (Montmorillonit), Feldspat, Glimmer, Calciumsilicat, Calciummetasilicat, Natriumalumosilicat, Natriumsilicat; Metallsulfate, wie Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat; Gips; Vermiculit; Sägemehl; Aluminiumtrihydrat; Metalloxide, wie Calciumoxid (Kalk), Aluminiumoxid, Titandioxid und Metallsulfite, wie Calciumsulfit.
Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands
Schleifmittelaufschlämmung
Ein wesentlicher Schritt bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifgegenstände ist die Herstellung einer Schleifmittelaufschlämmung. Die Aufschlämmung wird durch Zusammenbringen von einem Bindemittel-Vorläufer, Schleifpartikeln, wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen, Kupplungsmittel und fakultativen Hilfsstoffen durch jede geeignete Mischtechnik hergestellt. Beispiele für Mischtechniken umfassen scherkraftarmes und scherkraftstarkes Mischen, wobei das scherkraftstarke Mischen bevorzugt ist. Auch Ultraschallenergie kann in Kombination mit dem Mischschritt zur Senkung der Viskosität der Schleifinittelaufschlämmung angewandt werden. Typischerweise werden die Schleifpartikel, die wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen und das Kupplungsmittel schrittweise dem Bindemittel-Vorläufer zugefügt. Alternativ können die wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen mit dem Kupplungsmittel vor Zugabe zu dem Bindemittelvorläufer vorbehandelt werden. Die Menge an Luftblasen in der Aufschlämmung kann durch Ziehen eines Vakuums während des Mischschrittes minimiert werden. In einigen Fällen kann es bevorzugt sein, die Aufschlämmung zur Verminderung der Viskosität in der Regel im Bereich von 30 °C bis 70 °C zu erhitzen. Es ist wichtig, daß die Aufschlämmung solche rheologischen Eigenschaften aufweist, daß sich die Aufschlämmung gut auftragen läßt und daß sich die Schleifpartikel, die wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen und Füllstoffe nicht aus der Aufschlämmung absetzen.
Energiequelle
Nach dem Aufgingen wird die Schleifinittelaufschlämmung zur Überführung des Bindemittelvorläufers in ein festes Bindemittel typischerweise einer Energiequelle ausgesetzt. Die Überführung des Bindemittelvorläufers in das Bindemittel ist typischerweise das Ergebnis einer Polymerisation, einer Vernetzung oder eines Trocknungsverfahrens. Die Energiequelle kann eine Wärmeenergie- oder Strahlungsenergiequelle sein, wie Elektronenstrahl, UV-Licht oder VIS-Licht. Die zur Überführung des Bindemittelvorläufers in ein Bindemittel erforderliche Energie-Gesamtmenge ist von der chemischen Struktur des Bindemittel-Vorläufers und der Dicke und von der optischen Dichte der Schleifmittelaufschlämmung abhängig. Bei Anwendung von thermischer Energie reicht die Ofentemperatur typischerweise von etwa 50 °C bis etwa 250 °C, und die Expositionsdauer reicht typischerweise von etwa 15 min bis etwa 16 h.
Für Bindemittel-Vorläufer, die durch Radikalpolymerisation verfestigt worden sind, umfassen geeignete Energiequellen Elektronenstahlen, UV-Licht oder VIS-Licht. UV-Strahlung bedeutet eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 200 bis etwa 400 nm, vorzugsweise im Bereich von etwa 250 bis 400 nm. Sichtbare Strahlung bezieht sich auf elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 400 bis etwa 800 nm und vorzugsweise im Bereich von etwa 400 bis etwa 550 nm. Elektronenstrahlen sind eine Form von ionisierender Strahlung und können auf einem Energieniveau von etwa 0,1 bis etwa 10 Mrad, vorzugsweise auf einem Energieniveau von etwa 1 bis etwa 10 Mrad, bei einem Beschleunigungspotential im Bereich von etwa 150 bis etwa 300 keV angewandt werden. Das UV- oder VIS-Strahlungsenergieniveau (ohne Erhitzen) sollte mindestens von etwa 100 mJ/cm², stärker bevorzugt etwa 100 bis etwa 700 mJ/cm², und besonders bevorzugt von etwa 400 bis etwa 600 mJ/cm² reichen. Nach Abschluß des Polymerisationsverfahrens wird der Bindemittel-Vorläufer in ein festes Bindemittel übergeführt, und die Aufschlämmung wird in eine Schleifmittelschicht übergeführt..
Herstellungswerkzeug
Zur Bildung von Schleifgegenständen mit exakt geformten Schleifbeschichtungen oder zur Erzeugung exakt geformter Schleifkompositpartikel können Herstellungswerkzeuge verwendet werden. Ein Herstellungswerkzeug weist eine Fläche auf, die eine Hauptebene definiert, die eine Vielzahl von Hohlräumen enthält, die sich von der Hauptebene aus als Vertiefungen ausdehnen. Die Hohlräume definieren die umgekehrte Form des Schleifkomposits oder des Schleifkompositpartikels und sind für die Erzeugung von Form, Größe und Anordnung der Schleifkomposits verantwortlich. Die Hohlräume können in jeder geometrischen Form, das heißt, in der umgekehrten geometrischen Form, die, für einen Schleifkomposit oder ein Schleifkompositpartikel geeignet ist, wie kubisch, zylindrisch, prismatisch, halbkugelförmig, rechteckig, pyramidal, kegelstumpfförmig-pyramidal, konisch, kegelstumpfförmig-konisch und stabartig, mit einer flachen oberen Fläche, bereitgestellt sein. Die Dimensionen der Hohlräume sind so gewählt, daß die gewünschte Flächendichte der Schleifkomposits erreicht wird. Die Hohlräume können in einem punktartigen Muster vorhanden sein, wenn nebeneinander liegende Hohlräume aneinander stoßen. Vorzugsweise ist die Form der Hohlräume so gewählt, daß die spezifische Oberfläche des Schleifkomposits mit Abstand vom Träger abnimmt.
Das Herstellungswerkzeug kann die Form eines Bandes, einer Folie, einer Endlosfolie oder einer Bahn, einer Beschichtungswalze, wie einer Tiefdruckwalze, die auf eine Beschichtungswalze aufgesteckt ist, öder eines Stempels aufweisen. Das Herstellungswerkzeug kann aus Metall (z. B. Nickel), Metallegierungen oder Kunststoff bestehen. Das Metall-Herstellungswerkzeug kann durch jede herkömmliche Technik gefertigt sein, einschließlich jedoch nicht begrenzt auf, Fotolithografie, Rändeln, Stechen, Abwälzfräsen, Elektroformen und Diamantschleifen.
Ein aus thermoplastischem Material hergestelltes Herstellungswerkzeug kann von einem Werkzeug-Original repliziert werden. Wenn ein Herstellungswerkzeug von einem Werkzeug-Original repliziert wird, ist das Werkzeug-Original mit der Umkehr des für das Herstellungswerkzeug gewünschten Musters versehen. Das Werkzeug-Original ist vorzugsweise aus einem nickelplattierten Metall, wie nickelplattiertem Aluminium, nickelplattiertem Kupfer oder nickelplattierter Bronze hergestellt. Ein Herstellungswerkzeug kann durch Pressen einer Folie von thermoplastischem Material gegen das Werkzeug-Original unter Erhitzen des Werkzeug-Originals und/oder der thermoplastische Folie, derart, daß das thermoplastische Material durch das Werkzeug-Originalmuster eingedrückt wird, hergestellt werden. Alternativ kann das thermoplastische Material extrudiert oder direkt auf das Werkzeug-Original gegossen werden. Anschließend wird das thermoplastische Material zu einem festen Zustand abgekühlt und von dem Werkzeug-Original unter Erzeugung eines Herstellungswerkzeugs abgelöst. Das Herstellungswerkzeug kann gegebenenfalls eine Trennschicht enthalten, damit sich der Schleifgegenstand leichter ablösen läßt. Beispiele für solche Trennbeschichtungen umfassen Silicone und Fluorchemikalien. Bevorzugte Verfahren zur Erzeugung von Herstellungswerkzeugen sind in US-A-5,435,816 (Spurgeon et al.), US-A-5,658,184 (Hoopman et al.) und in U.S.-Serien-Nr. 08/923 862, eingereicht am 3. September 1997, offenbart.
Schleifgegenstände mit exakt geformten Schleifkomposits
"In situ" hergestellte Schleifgegenstände mit exakt geformten Schleifkomposits können durch das in 5 erläuterte Verfahren hergestellt werden. Der Träger 51 verläßt eine Abwickelstation 52, und die Aufschlämmung 54 wird mit der Beschichtungsstation 53 in die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs 55 eingebracht. Die Aufschlämmung kann durch eine beliebige der vielen Techniken, wie Tauchbeschichten, Walzenbeschichten, Rakelbeschichten, Vorhangbeschichten, Vakuumschmelzbeschichten oder Schmelzbeschichten, auf das Werkzeug aufge bracht werden. Die Aufschlämmung kann zur Verminderung der Viskosität erhitzt öder Ultraschallenergie ausgesetzt werden. Während des Beschichtens sollte die Bildung von Luftblasen minimiert werden. Der Träger und das Herstellungswerkzeug, die die Schleifinittelaufschlämmung enthalten, werden durch eine Quetschwalze 56 so in Kontakt gebracht, daß die Aufschlämmung die Oberseite des Trägers benetzt. Als nächstes wird der Bindemittelvorläufer in der Aufschlämmung durch Exposition gegenüber einer Energiequelle 57 mindestens teilweise gehärtet. Nach dieser mindestens teilweisen Härtung wird die Aufschlämmung in einen Schleifkomposit 59 umgewandelt, der an den Träger gebunden oder daran festgeklebt ist. Der resultierende Schleifgegenstand wird mittels der Quetschwalzen 58 vom Herstellungswerkzeug entfernt und auf eine Aufwickelstation 60 aufgewickelt. Bei diesem Verfahren kann, die Energiequelle thermische Energie oder Strahlungsenergie sein. Wenn die Energiequelle entweder UV-Licht oder VIS-Licht ist, ist es bevorzugt, daß der Trägergegenüber UV- oder VIS-Licht transparent ist.
Alternativ kann die Aufschlämmung direkt auf die Oberseite des Trägers aufgebracht werden. Anschließend wird der Aufschlämmungs-beschichtete Träger so mit dem Herstellungswerkzeug in Kontakt gebracht, daß die Aufschlämmung die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs benetzt. Die restlichen Schritte sind wie vorstehend ausgeführt.
Schleifgegenstände die aus exakt geformten Schleifkompositpartikel hergestellt sind
Erfindungsgemäß können Schleifpapierartikel mit exakt geformten Schleifkomposits hergestellt werden; indem zunächst exakt geformte Schleifkompositpartikel hergestellt werden, die sodann mit einer Klebschicht oder einer Reihe von Klebschichten an einem Träger festgeklebt werden.
Ein typisches Herstellungsverfahren zur Herstellung exakt geformter Schleifkompositpartikel ist in 6 erläutert. Vorrichtung 70 umfaßt eine Trägerbahn 72, die von einer Abwickelstation 74 gespeist wird. Die Abwickelstation 74 liegt in Form einer Walze vor. Die Trägerbahn 72 kann aus einem Material, wie Papier; Tuch, Polymerfilm, Vlies, vulkanisierte Faser; Kombinationen und behandelte Versionen hiervon hergestellt sein. Das für die Trägerbahn 72 bevorzugte Material ist ein Polymerfilm, wie beispielsweise ein Polyesterfilm. In 6 ist die Trägerbahn 72 gegenüber Strahlung durchlässig. Auf eine Hauptoberfläche der Trägerbahn 72 wird durch die Schwerkraft ein Bindemittelvorläufer 76 aus einem Vorratsbehälter 78 zuge führt. Die Hauptoberfläche der Trägerbahn 72, die den Bindemittel-Vorläufer 76 enthält, wird durch eine Quetschwalze 82 gegen die Oberfläche eines Herstellungswerkzeugs 80 gepreßt. Die Oberfläche des Herstellungswerkzeugs 80, die die Trägerbahn kontaktiert, enthält Öffnungen, die zu exakt geformten Hohlräumen führen. Die Hohlräume formen die exakt geformten Schleifkompositpartikel. Die Quetschwalze 82 unterstützt ferner das Einpressen des Bindemittel-Vorläufers 76 in die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs 80. Dann durchläuft der Bindemittel-Vorläufer eine Härtungszone 83, wo er unter wenigstens teilweiser Härtung des Bindemittel-Vorläufers 76 unter Bildung eines verfestigten handhabbaren Bindemittels einer Energiequelle 84 ausgesetzt wird. Als nächstes läuft die Trägerbahn 72, die das verfestigte handhabbare Bindemittel enthält, über eine Quetschwalze 86. Zwischen der Trägerbahn 72 und dem verfestigten handhabbaren Bindemittel muß eine ausreichende Haftung bestehen, damit sich das Bindemittel anschließend von den Hohlräumen des Herstellungswerkzeugs 80 ablösen läßt. Die Partikel aus dem Bindemittelmaterial 88 werden von der Trägerbahn 72 entfernt und in einem Behälter 90 gesammelt. Externe Mittel 91 (z. B. Ultraschallenergie) können zur Unterstützung der Ablösung der Partikel 88 von der Trägerbahn 72 verwendet werden. Anschließend wird die Trägerbahn 72 an der Aufwickelstation 92 zurückgewonnen, so daß sie wiederverwendet werden kann. Die Aufwickelstation 92 ist in Form einer Walze vorhanden. Weitere Verfahren zur Herstellung der exakt geformten Schleifpartikel sind in US-A-5,500,273 (Holmes et al.) beschrieben.
Typischerweise weisen die exakt geformten Schleifkompositpartikel keine Dimension von größer als 2500 μm auf. Es ist bevorzugt, daß die Größe der exakt geformten Schleifkompositpartikel von etwa 0,1 bis etwa 1500 μm, stärker bevorzugt von etwa 0,1 bis etwa 500 μm reicht. Wie zuvor angegeben, entspricht die exakte Form den Teilen der Oberfläche des Herstellungswerkzeugs, z. B. den in der Oberfläche des Herstellungswerkzeugs ausgebildeten Hohlräumen. Die erfindungsgemäßen Partikel weisen eine exakte Form auf. Diese exakte Form kann darauf zurückgeführt werden, daß der Bindemittel-Vorläufer mindestens teilweise in den Hohlräumen des Herstellungswerkzeugs gehärtet wird. Allerdings können in den Partikel kleinere Unzulänglichkeiten vorhanden sein, die beim Entfernen der Partikel aus den Hohl-räumen eingebracht werden. Wenn der Bindemittel-Vorläufer in den Hohlräumen nicht ausreichend gehärtet wird, fließt der Bindemittel-Vorläufer, und die resultierende Form entspricht nicht der Form der Hohlräume. Diese mangelnde Übereinstimmung verleiht dem Partikel eine unpräzise und unregelmäßige Form: Die präzise Form kann jede beliebige geometrische Form, wie Kegel, Dreieckprisma, Zylinder, Pyramide, Kugel, und ein Körper mit zwei gegenüberliegenden polygonalen Flächen, die durch einen konstanten oder variierenden Abstand getrennt sind, das heißt, ein polygonales Plättchen, sein. Pyramiden weisen vorzugsweise Grundflächen mit drei oder vier Seiten auf. Der Schleifgegenstand kann eine Vielzahl von Schleifpartikeln verschiedener Formen aufweisen.
Ein Schleifpapierartikel, der die exakt geformten Schleifkompositpartikel verwendet, kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Es wird ein Träger mit einer Vorder- und einer Rückseite bereitgestellt. Die Vorderseite des Trägers wird mit einer ersten härtbaren Beschichtung, die typischerweise als Bindemittelschicht bezeichnet wird, beschichtet. Dann werden die exakt geformten Schleifkompositpartikel aufgebracht oder auf die erste härtbare Schicht aufgetragen. Die exakt geformten Schleifkompositpartikel können durch Tauchen oder elektrostatisch aufgebracht werden. Die Schleifpartikel können auf dem Träger aufgebracht oder regellos angeordnet werden. Alternativ können die Schleifpartikel auf dem Träger in einer festgelegten Richtung orientiert sein. Im Falle von exakt geformten Schleifkompositpartikel in Form von Pyramiden, Kegeln und Prismen (z. B. dreieckig geformte Prismen) können die Partikel so orientiert sein, daß ihre Grundflächen in Richtung des Trägers und ihre Spitzen vom Träger weg zeigen, wie in 3, oder sie können so orientiert sein, daß ihre Spitzen zum Träger und ihre Grundflächen vom Träger weg zeigen, wie es bei vier der Partikel in 4 der Fall ist. Bezüglich Pyramiden und Kegeln ist die betreffende Spitze die gemeinsame Spitze. Sodann wird die erste härtbare Schicht verfestigt oder unter Haften der Partikel auf dem Träger gehärtet. Gegebenenfalls kann über den exakt geformten Schleifkompositpartikel eine zweite härtbare Beschichtung aufgebracht und dann unter Bildung einer Bindeschicht verfestigt oder gehärtet werden. Die zweite härtbare Beschichtung kann vor oder nach dem Verfestigen oder Härten der ersten härtbaren Beschichtung aufgebracht werden. Die Bindeschicht bindet die Schleifpartikel weiter an den Träger. Gegebenenfalls können zusätzliche Schichten, wie eine Binde-Deckschicht über Schleifpartikel und Bindeschicht aufgebracht werden.
Die erste und zweite härtbare Beschichtung umfassen ein härtbares Harz und fakultative Hilfs-stoffe. Beispiele für Harze, die bei der Erfindung geeignet sind, umfassen Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Epoxyharze, Acrylatharze, acrylierte Isocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Isocyanuratharze, acrylierte Urethanharze, Vinylether, acrylierte Epoxyharze und Kombinationen hiervon. Fakultative Hilfsstoffe umfassen Füllstoffe, Fasern, Gleitmittel, Netzmittel, oberflächenaktive Mittel, Pigmente, Farbstoffe, Kupplungsmittel, Weichmacher und Suspensionsmittel. Beispiele für Füllstoffe umfassen Talk, Calciumcarbonat, Calciummetasilicat, Kieselsäure und Kombinationen hiervon. Die Menge dieser Materialien wird zur Bereitstellung der gewünschten Eigenschaften gewählt. Bindemittelschicht und Bindeschicht können die gleiche oder eine unterschiedliche Formulierung sein.
Verfahren zum Schleifen eines Werkstücks
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen eines Weichstahl-Werkstücks. Dieses Verfahren umfaßt das in Friktionskontakt Bringen des erfindungsgemäßen Schleifgegenstands mit einem Werkstück mit einer Weichstahloberfläche. Der Begriff "Schleifen' bedeutet, daß ein Teil des metallischen Werkstücks durch den Schleifgegenstand abgetragen oder entfernt wird. Die erfindungsgemäßen Schleifgegenstände stellen ein verbessertes Abtragen bereit, wenn die Weichstahl-Werkstücke bei Verfahren in Naßbedingungen unter mäßigem Druck geschliffen werden.
Je nach Anwendung kann während des Schleifens eine Flüssigkeit zugegen sein. Die Flüssigkeit kann Wasser, Wasser, das herkömmliche Rostschutzverbindungen enthält, oder eine organische Verbindung, wie ein Gleitmittel, Öl oder ein Schleifluid, sein.
Je nach Anwendung kann die Kraft an der Schleifgrenzfläche von etwa 0,1 kg bis 1000 kg reichen. in der Regel beträgt dieser Bereich etwa 1 kg bis 500 kg Kraft an der Schleifgrenzfläche.
Die erfindungsgemäßen Schleifgegenstände. können manuell oder in Kombination mit einer Maschine eingesetzt werden. Mindestens eines oder beide von einem Schleifgegenstand und einem Werkstück werden während des Schleifens relativ zu dem anderen bewegt. Der Schleifgegenstand kann in ein Band, eine Bandrolle, eine Scheibe oder ein Blatt übergeführt werden. Für Bandanwendungen sind die beiden freien Enden des Schleifblattes miteinander verbunden, und es bildet sich ein Spalt.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele erläutern die speziellen Ausführungsformen der Erfindung weiter. Fachleute erkennen, daß die Erfindung auch Modifikationen und Änderungen der in den Beispielen ausgeführten Ausführungsformen einschließt und daß die erläuternden Beispiele den Umfang der beanspruchten Erfindung nicht einschränken.

In den Beispielen werden die folgenden Abkürzungen verwendet. Sämtliche Teile, Prozentangaben, Verhältnisse etc. beziehen sich in den Beispielen, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht.

AO	geschmolzene Aluminiumoxid-Schleifpartikel;
ASF	amorpher Siliciumdioxid-Füllstoff, von der Firma Degussa Corp. unter der Handelsbezeichnung "OX-50" im Handel;
CaCO3	Calciumcarbonat-Füllstoff;
CMSK	behandelter Calciummetasilicat-Füllstoff, von der Firma NYCO, Willsboro, NY unter der Handelsbezeichnung "WOLLOSTOKUP" im Handel;
CRY	Kaliumcryolit-Schleif-Hilfspartikel;
D111	Dispersionsmittel, von Byk Chemie, Wallingford CT, unter der Handelsbezeichnung "Disperbyk 111" im Handel;
DIW	deionisiertes Wasser;
KB1	2,2-Dimethoxy-l,2-diphenylethanon, von der Firma Lamberti S.P.A. (über Sartomer) unter der Handelsbezeichnung "ESACURE KB 1" im Handel;
KBF4	Kaliumtetrafluorborat;
PETA	Perttaerythrittriacrylat, von der Firma Sartomer Co. unter der Handelsbezeichnung "SR444" im Handel;
PH2	2-Benzyl-2-N,N-dimethylamino-l-(4-morpholinophenyl)-1-butarion, von der Firma Ciba Geigy Corp. unter der Handelsbezeichnung "Irgacure 369" im Handel;
PH3	2-Phenyl-2,2-dimethoxyacetophenon, von der Firma Ciba Geigy unter der Handelsbezeichnung "Irgacure 651" im Handel;
PRO	ein Gemisch von 60/40/1 TMPTA/TATHEIC/KB1;
Q2	Silikon-Antischaummittel, von der Firma Dow Corning Co., Midland Mi, unter der Handelsbezeichnung "1520" im Handel;

R23155	Metallhydroxid-katalysiertes phenolisches Resolharz, ca. 75 % Feststoffe in, Wasser;
SCA	Silankupplungsmittel, 3-Methacryloxypropyl-trimethoxysilan, von der Firma Union Carbide unter der Handelsbezeichnung "A-174" im Handel;
TATHEIL	Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat, von der Firma Sartomer Co. unter der Handelsbezeichnung-"SR368" im Handel;
TMPTA	Trimethylolpropantriacrylat, von der Firma Sartomer unter der Handelsbezeichnung "SR351" im Handel.

Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands mit exakt geformten Schleifkomposits
Herstellungsverfahren 1
Das folgende allgemeine, in US-A-5,152,917 und US-A-5,435,816 dargestellte Verfahren wurde zur Herstellung der in den Beispielen 1 bis 6 beschriebenen strukturierten Schleifgegenstände angewandt:
Zunächst wurde eine Schleifinittelaufschlämmung, die einen Bindemittel-Voräufer umfaßt, durch sorgfältiges Mischen der aufgeführten Rohmaterialien in einem scherkraftstarken Mischer hergestellt. Die Schleifmittelaufschlämmung wurde auf die Hohlräume eines Herstellungswerkzeugs mit einer Geschwindigkeit von etwa 15,24 m/min mit einer Rakel unter Verwendung eines Spalts von 76 μm aufgebracht, so daß die Schleifinittelaufschlämmung die Hohlräume ausfüllte.
Herstellungswerkzeug und Herstellungsverfahren zur Herstellung des Werkzeugs sind in US-A-5,681,217 beschrieben. Die durch das in den Beispielen 1-6 verwendete Herstellungswerkzeug geformten speziellen Schleifkomposits waren 355 μm (14 mit) hohe, vierseitige Pyramiden. Das Muster der durch das Herstellungswerkzeug gebildeten Pyramiden war so, daß keine zwei gegenüberliegenden Pyramiden die gleiche Form aufwiesen, das heißt, die Winkel zwischen gegenüberliegenden Pyramiden waren ebenso wie die Längen der Seiten der Pyramiden regellos: Die minimalen bzw. maximalen Winkel zwischen zwei gegenüberliegenden Pyramiden betrugen 30 bzw. 90°. Die minimale bzw. maximale Pyramiden-Seitenlänge betrugen 412 bzw. 711 μm (16,2 bzw. 28 mils).
Als nächstes wurde ein Phenol/Latex-behandeltes Polyester/Baumwolltuchträger, Gewicht ca. 350 g/m², mit, einer Walze gegen die aufschlämmungsgefüllten Hohlräume des Herstellungswerkzeugs gepreßt, so daß die Schleifmittelaufschlämmung die Vorderseite des Tuchs benetzte. UV/VIS-Strahlung in einer Dosis von etwa 236 Watt/cm (600 Watt/in.), erzeugt von 2 "D"-Birnen, von der Firma Fusion Systems erhältlich, wurde durch das Werkzeug und in die Schleifmittelaufschlämmung gelenkt. Die UV/VIS-Strahlung startete die Polymerisation des Bindemittel-Vorläufers und bewirkte in der Schleifinittelaufschlämmung die Bildung von Schleifkomposits, die an dem Gewebesubstrat fest klebten oder hafteten.
Schließlich wurde der Verbundschleifaufbau unter Bildung eines Schleifgegenstands von, dem Herstellungswerkzeug abgetrennt.
Testverfahren 1
Die durch das obige Verfahren hergestellten Schleifgegenstände wurden nach dem herkömmlichen Verfahren auf ein Endlosband von 7,62 cm auf 203 cm (3 × 80 in.) übergeführt und auf einer Einstechschleifmaschine getestet. Das Band wurde auf dem Flächenschleifer befestigt, der ein glattes, kontaktgetriebenes 45,72 cm (18 in.)-90-Shore D-Durometerhärte-Gummirad aufwies. Das Band wurde mit 1706 m/min (5600 ft/min) angetrieben. Ein 1018-Weichstahl-Werkstück wurde horizontal positioniert und parallel zum Band mit 6,09 m/min (20 ft/min) gekippt. Das Werkstück wurde mit 6,35 μm/Durchgang (0,25 mil/Durchgang) inkrementell (d. h. Tiefenvorschub) gegen das Band gepreßt. Der Test wurde unter Wasserspülung durchgeführt, und der Test war beendet, wenn die Schleifbeschichtung im wesentlichen vollständig von dem Träger abgetragen war.
Beispiel 1
Der Schleifgegenstand von Beispiel 1 wurde durch Mischen von 1595 Teilen PRO, 8 Teilen KB1, 80 Teilen SCA und 955 Teilen CMSK, und anschließende Zugabe von 45 Teilen AO (mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 45 μm) zu 55 Teilen des Gemisches hergestellt. Sodann wurde die Schleifinittelaufschlämmung weiter verarbeitet, wie in Produktionsverfahren 1 ausgeführt. Vergleichsbeispiel A war ein strukturiertes Schmirgelband mit einer KBF4-Schleifhilfe und einem ASF-Füllstoff, die in den Schleifkomposits vorhanden waren, und mit dergleichen Schleifkompositformulierung, wie ein von 3M, St. Paul, MN, unter der Handelsbezeichnung "TRIZACT 237AA" im Handel erhältliches Schmirgelband.
Die Schleifgegenstände von Beispiel 1 und von Vergleichsbeispiel A wurden nach dem Testverfahren 1 getestet. Der Test wurde unter Wasserspülung durchgeführt. Der Test war beendet, wenn die Schleifbeschichtung im wesentlichen vollständig von dem Träger abgetragen war. Der Schleifgegenstand von Beispiel 1 erreichte 178 Durchgänge, und der Schleifgegenstand von Vergleichsbeispiel A erreichte 97 Durchgänge.
Beispiel 2
Der Schleifgegenstand von Beispiel 2 wurde durch Mischen von 8820 Teilen PRO, 44 Teilen KBI, 441 Teilen SCA und 6615 Teilen CMSK und anschließende Zugabe von 39 Teilen AO (mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 45 μm) zu 61 Teilen des Gemisches hergestellt. Anschließend wurde die Schleifmittelaufschlämmung weiter verarbeitet, wie in Herstellungsverfahren 1 beschrieben.
Die Schleifgegenstände von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel A wurden nach dem Testverfahren 1 getestet. Der Schleifgegenstand von Beispiel 2 erreichte 166. Durchgänge, und der Schleifgegenstand von Vergleichsbeispiel A erreichte 145 Durchgänge.
Beispiele 3 und 4
Der Schleifgegenstand von Beispiel 3 wurde wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt, außer daß 42 Teile AO zu 58 Teilen des Gemisches gegeben wurden. Der Schleifgegenstand von Beispiel 4 wurde wie in Beispiel 3 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, daß 2205 Teile KBF4 und nur 4410 Teile CMSK verwendet wurden.
Die Schleifgegenstände der Beispiele 3 und 4 wurden nach dem Testverfahren 1 getestet. Der Schleifgegenstand von Beispiel 3 erreichte 172 Durchgänge, und der Schleifgegenstand von Beispiel 4 erreichte 138 Durchgänge.
Beispiele 5 und 6
Die Schleifgegenstände der Beispiele 5 und 6 wurden wie in den Beispielen 3 bzw. 4 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Schleifpartikel eine mittlere Partikelgröße von etwa 100 μm aufwiesen und die Topographie 455 μm (18 mit) hohe Pyramiden, statt 355 μm (14 mit) hohe Pyramiden zeigte. Die Pyramiden besaßen minimale und maximale Seitenlängen von 528 und 914 μm (20,8 und 36 mil).
Die Schleifgegenstände der Beispiele 5 und 6 wurden nach dem Testverfahren 1 getestet, mit der Ausnahme, daß der Tiefenvorschub auf 12,7 μm/Durchgang (0,5 mil/Durchgang) erhöht wurde. Beispiel s erreichte 256 Durchgänge und Beispiel 6 erreichte 140 Durchgänge.
Verfahren zur Herstellung von Schleifenständen die aus exakt geformten Schleifkomposit-partikel hergestellt sind
Herstellungsverfahren 2
Das nachstehende allgemeine Verfahren, das insbesondere in US-A-5,500,273 (Holmes et al.) beschrieben ist, wurde zur Herstellung der in den Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel B aufgeführten strukturierten Schleifpartikel, angewandt.
Das Herstellungswerkzeug und das Verfahren, zur Herstellung des Werkzeugs sind in US-A-5,435,816 (Spurgeon et al.) und in WO-A-97/12727 (Hoopman et al.) beschrieben. Die exakt geformten Schleifpartikel von Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel B waren 533 μm (21 mil) hohe vierseitige Pyramiden mit 1371 μm(54 mil)-Grundflächen, die in einem Herstellungswerkzeug hergestellt wurden, das unter Verwendung der Rändellehren von WO-A-97/12727 gebildet wurde.
Als erstes wurde eine Schleifinittelaufschlämmung, die einen Bindemittelvorläufer umfaßte, durch sorgfältiges Mischen der in Tabelle 1 aufgeführten Rohmaterialien mit einen scherkraftstarken Mischer gemischt. Die Schleifinittelaufschlämmung wurde unter Verwendung einer Rakel mit einem Spalt von 76 μm, der mit einer Geschwindigkeit von etwa 15,24 m/min (50 ft/min) betrieben wurde, in die Hohlräume eines Herstellungswerkzeugs eingebracht. Die Schleifinittelaufschlämmung füllte die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs aus.
Als nächstes wurde ein 75 μm (3 mil) dicker, mit einem Ethylenacrylsäurecopolymer geprimter Polyesterfilm mit einer Walze so gegen die aufschlämmungsgefüllten Hohlräume des Herstellungswerkzeugs gepreßt, daß die Schleifinittelaufschlämmung die Vorderseite des Films benetzte. UV/VIS-Strahlung in einer Dosis von etwa 236 Watt/cm (600 Watt/in.), erzeugt von 2 "D"-Birnen, die von der Firma Fusion Systems im Handel sind, wurde durch das Werkzeug und in die Schleifinittelaufschlämmung übertragen. Die UV/VIS-Strahlung startete die Polymerisation des Bindemittel-Vorläufers und bewirkte, daß die Schleifinittelaufschlämmung exakt geformte Schleifkompositpartikel bildete, die an dem Filmsubstrat hafteten.
Schließlich wurde der Schleifpartikelaufbau von dem Herstellungswerkzeug abgetrennt, und die exakt geformten Schleifkompositpartikel wurden von dem Träger durch ein Ultraschallhorn, das mit einer Frequenz von 19100 Hz bei einer Amplitude von etwa 130 μm oszillierte, abgelöst, so daß einzelne frei fließende Partikel erhalten wurden. Alle Partikel, die nicht einzeln waren, wurden durch eine Kautschukwalze passiert, um agglomerierte Partikel aufzubrechen.
Schleifpapierstreifen mit den Maßen 10 cm (4 in.) breit auf 111,76 cm (44 in.) lang wurden unter Anwendung des nachstehenden allgemeinen Verfahrens hergestellt. Eine herkömmliche Carbonatpartikel-gefüllte Phenolharz-Bindemittelschicht wurde mit einem Die-Coater in einem Gewicht von etwa 0,0266 g/cm² (2,75 g/16 in²) auf einen 350 g/m² Phenol/Latexbehandelten Polyester/Baumwolltuchträger aufgebracht. Als nächstes wurden die exakt geformten Schleifkompositpartikel auf die. Bindemittelschicht in einem Gewicht von etwa 0,0774 g/cm² (8 g/16 in²) unter Herstellung einer geschlossenen Schicht durch Tauchen aufgebracht. Über die Partikel wurde Phenolharz mit einem Malpinsel unter Bereitstellung einer Bindeschicht aufgebracht. Das ungefähre Gewicht der Bindeschicht ist in jedem Beispiel angegeben. Die Schleifpapierbänder wurden in einem Umluftofen bei 93 °C (200 °F) 90 min und dann bei 110 °C, (230 °F) 10 h erhitzt. Nach dem Aushärten wurden die Bänder auf 168 cm x 7,6 cm zugeschnitten und mit einem herkömmlichen Stoßspalt gespalten.
Testverfahren 2
Die Schleifpapierbänder wurden auf einer ELB-Hubbett-Schleifinaschine, die von der Firma ELB Grinders Corp., Mountainside, NJ, unter der Handelsbezeichnung "ELB Typ SPA 2030ND" im Handel ist, getestet. Die effektive Schleiffläche des Schmirgelbandes betrug 7,6 cm auf 168 cm. Das von den Bändern geschliffene Werkstück war ein 1018-Weichstahl-Werkstück mit den Dimensionen 1,3 cm (Breite) auf 35 cm (Länge) auf 10 cm (Höhe). Das Schleifen wurde entlang der 1,3 cm auf 35 cm-Kante durchgeführt. Das Werkstück wurde auf einem Kipptisch befestigt. Die Geschwindigkeit des Schmirgelbandes betrug 1676 m/min (5500 Oberflächenfuß pro min). Die Tischgeschwindigkeit, mit der das Werkstück querte, betrug 6,1 m/min (20 ft/min). Das angewandte Verfahren war herkömmliches Oberflächenschleifen, wobei das Werkstück mit inkrementellem Tiefenvorschub von 12,7 μm (0,5 mil) pro Durchgang des Werkstücks und 1,14 cm (0,45 in.) Quervorschub unter das rotierende Schmirgelband gekippt wurde. Das Schleifen wurde unter einer Wasserzufuhr von 22,8 l/min (6 gpm) durchgeführt. Der Endpunkt des Tests war der Punkt, bei dem im wesentlichen die gesamte Schleifbeschichtung vom Träger abgetragen war. Das Werkstück wurde sowohl zu Beginn als auch am Ende des Tests gewogen. Der Gewichtsunterschied des Werkstücks wurde als Abtrag angegeben.
Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel B
Die exakt geformten Schleifpartikel von Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel B wurden durch Mischen der in Tabelle 1 aufgeführten Bestandteile und Befolgen von Herstellungsverfahren 2 hergestellt. Die verwendeten AO waren von der Qualität P180 (mittlere Partikelgröße etwa 45 μm). Tabelle 1
Zwei Chargen von Schleifpapierbändern "A" und "B" wurden in jedem Beispiel hergestellt. Charge A verwendete ein Bindeharzgewicht von etwa 0,0543 g/cm² (0,35 g/in²) und Charge B verwendete ein Bindeharzgewicht von etwa 0,0636 g/cm² (0,41 g/in²). Mindestens zwei Bän der von jeder Charge wurden unter Anwendung des Testverfahrens 2 getestet, und der gemittelte Gesamtabtrag der Bänder ist in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2

Beispiel mittlerer Abtrag (g)

Vergleichsbeispiel B (Charge A) 185

Vergleichsbeispiel B (Charge B) 185

7 (Charge A) 310

7 (Charge B) 309
Beispiele 8-10
Die exakt geformten Schleifpartikel der Beispiele 8-10 wurden durch Mischen der in Tabelle 3 aufgeführten Bestandteile unter Herstellung einer Vormischung hergestellt. Dieser Vormischung wurden anschließend Schleifkörnchen in dem in Tabelle 4 aufgeführten Verhältnis zugefügt. Die AO besaßen eine mittlere Partikelgröße von etwa 45 μm. Tabelle 3
Tabelle 4
Die Partikelherstellung unterschied sich von dem allgemeinen Verfahren insofern, daß der verwendete Träger ein Korona-behandelter 75 μm dicker Polyesterfilm war, die Geschwindigkeit ungefähr 45,72 m/min (150 ft/min) betrug und die Aufschlämmung für die Beispiele 8 und 10 auf 33 °C (92 °F) und auf 43 °C (110 °F) für Beispiel 9 erhitzt wurde. Mit den Partikel von jedem Beispiel wurden vier Schmirgelpapierbänder hergestellt; ein Paar mit geringer Bindemittelkonzentration ("A' ) und ein Paar mit hoher Bindemittelkonzentration ("B"). Tabelle 5 zeigt das Bindeharzgewicht für jedes Band und den mittleren Abtrag. Die Bänder wurden getestet, wie in Testverfahren 2 beschrieben. Tabelle 5
Obwohl die ausgewählten Testverfahren Schwankungen unterliegen, die zum Teil mit den einzelnen verschiedenen Werkstücken und den Unterschieden in den Chargen der Schleifgegenstände zusammenhängen, zeigen die Testdaten, daß die erfindungsgemäßen Schleifkomposits Schleifgegenstände bereitstellen; die eine verbesserte Abtragungsgeschwindigkeit und eine längere Gebrauchsdauer aufweisen, wenn Weichstahl-Werkstücke unter Naßbedingungen geschliffen werden.

Claims

Schleifgegenstand, der exakt geformte Schleifkomposits enthält, die an einer Hauptoberfläche eines Trägers haften, wobei die exakt geformten Schleifkomposits im wesentlichen aus: einem Bindemittel, Schleifpartikeln, wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen; und einem Kupplungsmittel, das aus Silanen, Titanaten, Zircoaluminaten und Gemischen hiervon ausgewählt ist, bestehen.
Schleifgegenstand nach Anspruch 1, wobei die exakt geformten Schleifkomposits direkt auf dem Träger festgeklebt sind.
Schleifgegenstand nach Anspruch 1, wobei die exakt geformten Schleifkomposits exakt geformte Schleifkompositpartikel umfassen; die mittels einer Bindemittelschicht auf dem Träger haften.
Der Schleifkomposit nach Anspruch 1, im wesentlichen bestehend aus etwa 200. Gewichtsteilen Bindemittel, etwa 20-60 Gewichtsteilen Schleifpartikeln, etwa 100 Gewichtsteilen wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen und etwa 0,01-2,5 Gewichtsteilen Kupplungsmittel.
Der Schleifkomposit nach Anspruch 1, im wesentlichen bestehend aus etwa 30-35 Gewichtsteilen Bindemittel, etwa 35-50 Gewichtsteilen Schleifpartikeln, etwa 15-30 Gewichtsteilen wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen, und etwa 1-2 Gewichtsteilen Kupplungsmittel.
Der Schleifkomposit nach Anspruch 1, wobei die wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen aus Calciumsilicatteilchen, Zinksilicatteilchen, Bleisilicatteilchen, Aluminiumsilicatteilchen, Magnesiumsilicatteilchen, Eisensilicatteilchen, Cadmiumsilicatteilchen und Gemischen hiervon ausgewählt sind.
Der Schleifkomposit nach Anspruch 1, wobei die wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen Calciummetasilicatteilchen sind.
Der Schleifkomposit nach Anspruch 1, wobei die wasserunlöslichen Metallsilicatteilchen mit dem Kupplungsmittel beschichtet sind.
Verfahren zum Schleifen eines Weichstahl-Werkstücks, umfassend den Schritt des In-Kontaktbringens einer Oberfläche des Werkstücks mit einem Schleifgegenstand nach Anspruch 1 unter Reibung.
Exakt geformter Schleifkompositpartikel, umfassend: ein Bindemittel, Schleifpartikel, wasserunlösliche Metallsilicatteilchen, und ein Kupplungsmittel, ausgewählt aus Silanen, Titanaten, Zircoaluminaten und Gemischen hiervon.