专利名称：用干态粒子材料制造无纺摩擦物的方法
技术领域：
本发明涉及无纺摩擦物的制造。
背景技术：
由无纺纤维网构成的无纺摩擦物广为人知并广泛用于多种表面上的清洁、研磨、修整和抛光应用，磨料粒子附着于无纺纤维网上。美国专利申请案2,958,593描述了这种无纺摩擦物的实例及其制造方法。其中一种方法包括以下步骤形成膨松的气流法纤维网，将树脂-磨料淤浆喷到纤维网的一面上，树脂-磨料淤浆随后固化。然后将同样的树脂-磨料淤浆喷到纤维网的另一面上，树脂-磨料淤浆也会固化。美国专利申请案2,958,593提到用辊涂法和浸涂法作为可相互替代的施加树脂-磨料淤浆的方法，该专利还提到可以分别施加树脂和磨料粒子。该专利进一步提出希望使用一类粘合剂(例如，光处理的弹性体)把网纤维粘附在一起，使网结合为整体，并使用成分与之不同的砂粒粘合剂把矿物颗粒粘接到已经结合成为整体的网上。
美国文献US-A-2,327,199、2,375,585、3,175,331、4,227,350、4,355,489、4,486,200、4,991,362和5,363,604描述了其他无纺摩擦物及其制造方法。
美国专利申请案5,681,361描述了一种制造无纺摩擦物的方法，其中粘合剂材料和磨料粒子以干态粒子材料的形式施加到无纺网上，从而在制造过程中减少使用液态有机溶剂，因此解决了由于释放挥发性有机化合物(VOCs)而带来的环境问题。可选地，在施加磨料粒子和粒子粘合剂材料之前，成网纤维在其相互接触的交点处预粘结在一起。预粘结可通过下述方式实现(i)通过将液态的预粘结树脂施加到网上，然后使其固化来实现；或者(ii)通过在网结构中含有熔粘纤维，并使熔粘纤维熔化然后使之再凝固来实现。
本发明也涉及无纺摩擦物制造时带来的环境方面的问题(包括使用液态有机溶剂以及伴随而来的VOCs逸入大气中的危险，制造过程中的能量需求和生成的废弃物)，此外还涉及使以前认为不适合于制造无纺摩擦物的替代材料也能够用来制成无纺摩擦物。
发明内容
本发明提供了一种制造摩擦物的方法，包括以下步骤(i)形成三维的无纺纤维网，纤维网与含有易熔粘合剂粒子的干态粒子材料接触；(ii)将网暴露于这样的条件下，即，使得粘合剂粒子形成可流动的液态粘合剂的条件，然后使液态粘合剂凝固，以在成网纤维之间形成粘结，从而提供预粘结的网；以及(iii)将磨料粒子施加到预粘结的网上，并把磨料粒子粘结到预粘结网的纤维上，以提供摩擦物。
在根据本发明的方法中，仅使用干态材料制成预粘结的网，所以，在此方法的这一部分不需要释放任何VOCs，并且所需能量低于使用液态预粘结树脂所需的能量。任何过量施加到网上的粘合剂粒子都不会废弃，而且可以被回收再利用。在预粘结阶段，与使用辊涂法或喷涂法把液态预粘结树脂涂到网上所需的量相比，本发明方法中膨松的弹性网可以使用较少量纤维或较低弹性的纤维制成，该网具有用于无纺摩擦物的足够结构强度。
术语“膨松”和“弹性”指预粘结网密度相当低，预粘结网具有许多较大的互通孔洞形成的网状物，互通孔洞构成该网所占体积的较大部分(50％以上，优选远高于50％)。在本发明的上下文中，该术语指粘结网的密度不超过50千克/立方米，优选不超过30千克/立方米(特别是网由合成纤维构成时)。
下文仅通过实例来描述根据本发明制造无纺摩擦物的方法。
根据本发明的第一种方法包括以下步骤(i)(a)将纤维制成三维的无纺网，然后(b)将该网与含有易熔粘合剂粒子的干态粒子材料接触；
(ii)将网暴露于这样的条件下，即，使得粘合剂粒子形成可流动的液态粘合剂的条件，然后使液态粘合剂凝固，以在成网纤维之间形成粘结，从而提供预粘结的网；以及(iii)将磨料粒子施加到预粘结的网上，并把磨料粒子粘结到预粘结网的纤维上，以提供摩擦物。
现在对这些步骤分别进行更详细的描述。
步骤(i)(a)将纤维制成三维的、膨松的弹性无纺网可用于形成无纺网的纤维包括天然纤维、合成纤维及其混合物。纤维通常为短纤维形式并且可以拉伸。纤维可以是卷缩的、卷曲的或笔直的。适用的合成纤维包括由聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二酯)、聚酰胺(例如已二酰己二胺、聚己内酰胺和芳族聚酰胺)、聚丙烯、丙烯酸(由丙烯腈聚合物形成)、人造丝、乙酸纤维素、聚偏1，1-二氯乙烯-氯乙烯共聚物和氯乙烯-丙烯腈共聚物制成的纤维，以及碳纤维和玻璃纤维。适用的天然纤维包括棉花、羊毛、黄麻、椰子、剑麻、亚麻和大麻纤维。选择纤维时主要考虑纤维能否经受住加工温度，随后纤维将暴露在该温度下(见下文)。所用纤维可以是初次使用的纤维或是从服装剪裁、地毯制造、纤维制造或纺织加工等过程中回收的废弃纤维。
所用纤维的细度或线密度根据所需结果而可以广泛变化。粗纤维通常更有利于制成粗糙的研磨工作所需的摩擦物，而细纤维通常更适合于擦力较低(less aggressive)的洗涤应用。可使用的纤维通常具有大约6～300旦(特别是10～200旦)的线密度，但是，例如根据成品摩擦物的应用情况，也可以使用较细或较粗的纤维(或其混合物)。
如果纤维以成捆的形式提供，则使用前应将成捆的纤维开松。然后可以用任何适宜的方法把所选纤维干法成网(dry-laid)为膨松的、弹性的、三维无纺纤维网。例如，可以用气流成网(air-laid)或者梳理后交叉重叠成网，还可以用针刺成网(needle-tacked)。这种网的生产工艺广为人知。优选的无纺网类型是如美国文献US-A-2,958,593所述的气流成网型。
可以用“Rando-Webber”机器制造气流成网的无纺网，该机器可由纽约马其顿的Rando机械公司购得。利用这种加工设备，尽管最常用的是平均长度约10厘米的纤维，但可以使用长度在某一范围内的纤维。然而，这种设备和其他类型的常用成网设备还可以使用不同长度的纤维或其组合物以制成无纺网。如前所述，只要充分考虑到成品网最终所需的弹性和强度，纤维粗细并没有特别的限制(除了工艺考虑所规定的纤维粗细)。
在这一阶段，网的物理特性应该考虑到所制摩擦物所需性能而进行选择。在有些情况下，可能需要非常膨松的、低密度的网(例如，摩擦物为家用擦洗片时)在这种情况下，可优选使用细纤维制成的气流成网。在其他情况下，可能需要较不膨松的、密度较高的网在这种情况下，可优选使用较粗纤维经梳理、交叉重叠和针刺制成的网。在各种情况下，网的厚度取决于制网方法并且还取决于纤维的本性和每单位面积纤维的用量。
步骤(i)(b)将网与含有易熔粘合剂粒子的干态粒子材料接触然后，把按以上步骤(i)(a)所述方法制成的无纺网与含有易熔粘合剂粒子的干态粒子材料接触。如下所述，随后使粘合剂活化，以在成网纤维之间形成粘结，这样就形成了预粘结的网，随后将磨料粒子施加于该网上。因此，粘合剂粒子的选择应该考虑到成网纤维的本性和预粘结网将经受的后续加工步骤，还应该考虑到所制摩擦物所需性能。
适合用于粘结无纺网的粒子材料广为人知，该材料包括受热活化的热固性和热塑性粉末，以及用其他方式(例如，用水汽)活化的粉末。例如，美国文献US-A-4,053,674、4,457,793、5,668,216、5,886,121、5,804,005、5,9767,244、6,039,821、6,296,795、6,458,299和6,472,462描述了适用于不同目的来粘结无纺网的粒子材料。最适合用于制造摩擦物的粒子粘合剂材料是可以制成强度高、耐水/耐热性好的摩擦物的材料，为了用于如上所述的无纺网，粒子粘合剂材料还应该能够活化而不会损伤成网纤维。
建议用于制造无纺摩擦物的热固性粒子粘合剂材料包括含甲醛的树脂，例如苯酚甲醛、线型酚醛清漆酚醛树脂(novolac phenolics)以及特别是加有交联剂(例如六亚甲基四胺)的线型酚醛清漆酚醛树脂、酚醛塑料和氨基塑料；不饱和聚酯树脂；乙烯基酯树脂；醇酸树脂、烯丙基树脂；呋喃树脂；环氧树脂；聚氨酯；聚酰亚胺；以及热固性丙烯酸酯树脂。
建议用于制造无纺摩擦物的热塑性粒子粘合剂材料包括聚烯烃树脂，例如聚乙烯和聚丙烯；聚酯和共聚酯树脂；乙烯基树脂，例如聚氯乙烯和氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；聚乙烯醇缩丁醛；乙酸纤维素；丙烯酸树脂，包括聚丙烯酸和丙烯酸共聚物，例如丙烯腈-苯乙烯共聚物；聚酰胺(例如己二酰己二胺，聚己内酰胺)和共聚酰胺。
还可以使用上述热固性和热塑性粒子粘合剂材料的混合物。
用于将粒子粘合剂材料施加到无纺网的方法和设备可以从任何已知的、适于从这样的方法和设备中进行选择即，其能使所需量粘合剂材料在整个网上达到均匀分布。适用的方法包括粉末分散法或滴涂法以及粉末喷射法或过筛法(sifting)。在有些情况下，将粒子粘合剂材料施加到无纺网后，接着会进行浸渍步骤，该步骤中使网通过交流电场，从而使粘合剂材料遍布网的厚度而分布。将粒子粘合剂材料施加到无纺网的优选方法是使用静电粉末喷枪，使充电的粘合剂粒子向下冲到网上，而该网由接地并导电的稀网眼传送装置承载，其中静电粉末喷枪类型是粉末涂覆应用中所公知的类型。在静电吸引、喷枪喷出的雾状气流和重力的共同作用下，粘合剂粒子会穿透网的整个厚度；可以在传送装置下面收集穿过该网的过量粘合剂材料并再利用。在有些情况下，可以使网预湿润，以提高保留在网中的粘合剂粒子的量。
选择粘合剂粒子的尺寸，以使之适应将粘合剂材料施加到无纺网的方法，并确保粒子足够小，以使之能够穿透到成网纤维之间的缝隙空间中。通常，粘合剂粒子的颗粒尺寸约小于1毫米，优选约小于500微米。在使用静电粉末喷枪将粘合剂粒子施加到网上的情况下，粘合剂粒子的颗粒尺寸优选为不超过200微米。为了使损耗最小，应该将施加到无纺网上的粘合剂材料的量调整到提供充分的网粘结所需要的最小量，并且要考虑该网随后所经受的加工处理以及将使用粘结网的摩擦物的本性。
可以将粘合剂材料与不含树脂的粉末物质混合施加到网上，不含树脂的粉末物质例如填料、催化促进剂、助流剂、颜料粉末、助磨剂和抗污剂。
步骤(ii)粘结成网纤维然后，将以上步骤(i)(a)和(b)所述方法制成的含有粘合剂粒子的无纺网暴露在这样的条件下，使粘合剂粒子形成可流动的液体。研究发现粘合剂液体容易沿着成网纤维流动并涂覆成网纤维，因此，当粘合剂液体随后凝固时，成网纤维会在其相互接触的交点处粘结在一起。
例如，当粘合剂材料是受热活化的热固性粉末(例如，粉末状的环氧树脂)时，将含有粘合剂材料的无纺网至少加热到树脂的固化温度。为了防止网受热损伤或变形，树脂的固化温度应该低于成网纤维的熔点(适用点)。温度充分升高到树脂的玻璃化转变温度以上的第一个效果是使粘合剂材料软化成为可以流动的类流体状态，使树脂可以润湿或接触成网纤维的表面。持续暴露于足够高的高温下会在树脂中引发化学反应，形成相当于硬塑料的交联的三维分子网状物，并使成网纤维在其相互接触的交点处粘结在一起。
例如，当粘合剂材料由半晶质的热塑性粒子(例如，聚烯烃、己二酰己二胺，聚己内酰胺)构成时，优选将含有粘合剂材料的无纺网至少加热到粘合剂材料的熔点，使热塑性粒子熔化并形成可流动的流体。为了防止网受热损伤或变形，粘合剂材料的熔点应该低于成网纤维的熔点(适用点)(或加入增塑剂使粘合剂材料的熔点在此范围内)。当使用非晶性的热塑性粒子作为粘合剂材料时(例如，乙烯树脂、丙烯酸树脂)，将含有粘合剂材料的无纺网加热到粘合剂材料的玻璃化转变温度和橡胶区温度以上，直到达到流体的流动区。在这两种情况下，在生成可流动的粘合剂流体后，可以使无纺网冷却，从而使粘合剂流体凝固，并使成网纤维在其相互接触的交点处粘结在一起。
例如，当使用水汽活化的粘合剂材料时(例如，基于乙烯酯类共聚物的材料)，将水喷到含有粒子粘合剂材料的无纺网上，以产生可以流动的粘合剂流体。然后，将网加热到足够高的温度，除去水汽而不损伤纤维，从而使纤维在其相互接触的交点处粘结在一起。
希望在此阶段的预粘结网具有某一最小厚度。例如，当网由天然纤维构成，并且将用于制成家用擦洗片时，网的最小厚度可优选为5毫米。
步骤(iii)将磨料粒子施加并粘结到预粘结的网上在考虑到预粘结网和所制摩擦物的本性后，可使用任何适宜的方法将磨料粒子施加并粘结到预粘结的网上，该网用以上步骤(ii)所述方法制成。
适合施加到预粘结网上的磨料粒子包括所有公知的磨料粒子材料，以及这些材料的组合物和附聚物(agglomerates)。磨料粒子的大小可以是从1微米以下到2毫米或更大的任何尺寸。合适的磨料包括无机材料粒子，例如氧化铝，包括陶瓷氧化铝、热处理的氧化铝和白刚玉；金刚砂；碳化钨；氧化铝氧化锆；钻石；二氧化铈；立方氮化硼；氮化硅；石榴石；及其组合物。预计也可使用例如美国专利4,652,275和4,799,939所述的磨料附聚物。例如，合适的磨料粒子还包括较软、擦力较低的材料，例如热固性或热塑性聚合物粒子，以及粉碎的天然产物，例如粉碎的坚果壳。适用于磨料粒子的聚合材料包括聚酰胺、聚酯、聚(氯乙烯)、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯和三聚氰胺甲醛缩合物。粒子成分和颗粒尺寸的选择取决于成品摩擦物预期的最终用途，还要考虑接受摩擦物处理的加工件表面的本性和所需的摩擦效果。磨料粒子应该具有足够小的颗粒尺寸，使粒子可以渗入预粘结无纺网的缝隙中。还可以将化学活性粒子和上述磨料粒子结合使用，化学活性粒子包括已知的作为高效助磨剂使用的粒子，例如由聚氯乙烯构成的粒子，以及在成品摩擦物中提供高效润滑性能的粒子，例如由硬脂酸锂和硬脂酸锌、硬脂酸等构成的粒子。
磨料粒子可以与液态粘合剂组分混合而形成淤浆，然后以任何适宜的方法(例如，通过喷射法或辊涂法)施加到预粘结的无纺网上。可以将淤浆仅施加到无纺网的一面上或者同时或依次施加于双面。然后，使粘合剂组分固化，从而将磨料粒子粘结到成网纤维上。
作为替代方法，可以将液态粘合剂组分单独施加到预粘结网上(例如，通过喷射法或辊涂法)，随后，在网表面上，磨料粒子可以在干态条件下被滴涂、撒布、喷射等，例如可以在磨料粒子分配器下传送该网。然后，使粘合剂组分固化，从而将磨料粒子粘结到成网纤维上。
作为另一种替代方法，可以将磨料粒子和粉末树脂粘合剂混合，然后以干态形式将混合物施加到预粘结的无纺网上。
用于将磨料粒子粘结到预粘结的无纺网上的粘合剂可以是任何已知的适合在摩擦物生产过程中用作结构涂料(make coat)的树脂或粘合剂，包括水基树脂。文献US-A-5,591,239、US-A-5,919,549、EP-A-0,776,733和WO01/62442描述了适用于生产无纺摩擦材料的结构涂料组分的实例。优选的粘合剂包括酚醛树脂(更适合于耐磨的摩擦物)和乳胶树脂(更适合于较软的摩擦物，例如浴室清洁用的无刮痕摩擦物)，粘合剂中还可以加入添加剂，例如填料、润滑剂、助磨剂、润湿剂或表面活性剂、消泡剂和颜料或染料。
如果需要，可以在磨料粒子附着后把另一层树脂施加到网上。这个可选的树脂层(也称之为底漆)可用以强化无纺摩擦产品并提高其耐磨性。
根据上述内容，在此将参照附图描述本发明的实施方式，其中图1是一种制造摩擦物的方法的示意图；以及图2示出图1的方法的局部改造。
具体实施例方式
在图1所示的方法中，把纤维1装入例如“Rando Webber”机器的成网设备2中，制成无纺纤维网3，再把纤维网3装入粉末涂料箱4中，纤维网3在此与粒子预粘结树脂5接触，粒子预粘结树脂5由流化料斗6提供。在此阶段，可以在料斗6中把可选的干态粒子添加剂(例如颜料粉末和助流剂)与预粘结树脂5预混合后施加到无纺网上。用稀网眼的金属传送带7传送无纺网3使之通过粉末涂料箱4，传送带7已接地，用静电粉末喷枪8将粒子树脂从上面喷到网上。在箱4的底部收集任何穿过网3和传送带7的树脂并能对其进行再利用。
如果需要，可将网3翻面并再次传送使之通过粉末涂料箱4，从而在此阶段提高网中所加载的树脂粉末5的量。
然后，把含该粉末的无纺网9暴露于这样的条件下，即，使得树脂粒子液化形成可流动的状态的条件，随后使树脂固化，以在成网纤维之间形成粘结。在此实例中，网通过烘箱10，在此首先加热该网以使树脂液化，这样使得其涂覆成网纤维，然后固化树脂，这样树脂就在纤维相互接触的交点上将纤维粘结在一起。预粘结的网11离开烘箱10，并可使该网冷却。
然后预粘结的网11通过第一喷射箱12，在此把淤浆13喷到网的一面上，淤浆13由磨料粒子和液态结构涂料粘合剂树脂混合而成，随后该网通过烘箱14使树脂固化。然后该网通过第二喷射箱15，在此把相同的磨料-树脂淤浆13喷到该网的另一面上。然后在第二烘箱16中固化第二次喷涂的树脂涂料。
在上述方案的替代方案中，省略第二喷射箱15和第二烘箱16，取而代之的方法是在网11离开烘箱14时，把网11翻面，并再次传送该网使之通过喷射箱12，从而能把淤浆13喷到网的另一面上。然后，该网再次通过烘箱14。
在任一方案中，所得到的无纺摩擦网17都可以随后被转化为摩擦物(如果需要在储存后)，例如在我们同一天的相应专利申请中(申请人案号为57906GB002)所述的手用摩擦片或家用擦洗片。
在此方法的改进方案中，在制成无纺网之前，粒子预粘结树脂5可以在成网设备2中与成网纤维1混合。在此方案中，省略了粉末涂料箱4。在另一个改进方案中，粉末涂料箱4可以用图2所示设备代替，该设备由粉末分散单元20和粉末浸渍单元21构成。在此方案中，从成网设备2出来的网3进入单元20，在单元20中，来自分配器22的粒子预粘结树脂5(与任何可选的干态粒子添加剂一起)均匀分布到网的整个上表面上。在单元20的底部收集任何偶然穿过网的树脂并可以对其进行再利用。然后，网进入浸渍单元21，在此单元中，该网通过两块电极板23之间，在这两块电极板之间施加交流电压结果使树脂粉末5分布到网的整个厚度上，随后该网到达如图1所示的烘箱10。刷子24位于浸渍单元21的下游，并与网的上表面和下表面接触以除去任何过量的树脂粉末，可以收集这些树脂粉末并对其进行再利用。
欧洲专利申请案0,914,916描述了图2所示类型的方法，而欧洲专利0,025,543描述了粉末接触纤维网的另一种可替代方法。
实例在以下非限制性的实例中描述了本发明的实施例，其中所有的份数和百分数都是以重量计的，除非另外指明。
实例使用了以下材料、设备和测试方法材料环氧树脂粉末法国Montbrison的杜邦公司的“BeckrypoxAF4”，一种低温固化的黑色热固性粉末(平均颗粒尺寸35微米)。
共聚酰胺树脂粉末德国Marl的Degussa公司的“Vestamelt 350P1”，一种0～80微米的热塑性粉末。
粉末助流剂德国Marl的Degussa公司的“Aerosil 200”，一种亲水性的蒸气沉积二氧化硅粉末。
20分特的尼龙短纤维德国Neumunster的Rhodia公司的“RT174MT”，一种中等强度的尼龙6.6短纤维类型。
80分特的尼龙短纤维法国Arras的Rhodia公司的“R130”，一种尼龙6.6短纤维类型。
剑麻纤维德国Ebersdorf的Caruso公司的短纤维(cut fibre)。
椰子纤维德国Ebersdorf的Caruso公司的短纤维。
聚氯乙烯粒子西班牙Aiscondel公司的“Etinox 631”。
金刚砂粒子法国Pechiney公司的极细等级(平均颗粒尺寸约50微米)的褐色熔融氧化铝。
乳胶树脂西班牙BASF公司的“Styrofan ED609”。
交联剂挪威Dyno Cytec公司的(i)Cymel303和(ii)Cymel307。
酚醛树脂德国Iserlohn-Letmathe的Bakelite AG公司的“7983SW”。
填料碳酸钙。
颜料红色或黑色，视需要而定。
设备纤维开松机(fiber opener)来自于法国Cours La Ville的Laroche公司。
“Rando Webber”来自于美国纽约Macedon的Rando机械公司，一种气流法无纺网的制造机器。
网加湿器可从法国Chanteloup les Vignes的Hydrofog公司购得，一种用于房间加湿的水喷头型的加湿器。
粉末涂覆设备美国俄亥俄州Westlake的Nordson公司的“Versaspray II”静电喷枪(一支或多支)，安装在粉末涂料箱(也可从Nordson公司购得)中并向下指向30厘米宽的水平的稀网眼金属传送带，该传送带已接地。该/各喷枪装有2.5毫米的扁平喷嘴。粉末涂料箱带有容纳粉末的流化料斗(流化料斗装有文丘里泵，以为喷枪提供粉末)；在箱体底部收集废弃粉末的回收鼓；气流控制单元，用于调节供给料斗的流化空气的供给量，并调节供给泵和喷枪(一支或多支)的流体和喷雾空气的供给量。料斗、泵和回收鼓都可以从Nordson公司购得。粉末箱具有如下特征能够安全地操作细粉末(包括从粉盒和HEPA过滤器分离空气，以及火灾检测系统)。
红外烘箱从英国Tyne和Wear Sunderland的Trisk公司购得的“Curemaster Super”烘箱，带有三个1千瓦的短波红外加热器。
热风烘箱(through-air ovens)从瑞士Munchwilen的Cavitec公司购得的气体烘箱(4米长)和电烘箱(2米长)。
磨料喷射装置从法国Grenoble的Charvot公司购得的喷射箱，装有一支往复喷枪；从美国Illinois的Binks制造公司购得的21型喷射箱，装有两只喷枪。
测试方法Schiefer切削试验本试验提供了在湿态条件下摩擦物切削效果(从加工件除去材料)的测量方法。从摩擦材料切下一块直径为10.16厘米的圆形样品用于试验，用压敏粘合剂将样品粘到支撑片上，支撑片已经用水浸泡进行了预处理。摩擦材料也已经预润湿了。将支撑片固定到Schiefer磨耗试验机(从Md.Gaithersburg的Frazier Precision公司购得)的驱动板上，试验机已调垂直用以进行湿态测试。使用直径为10.16厘米、厚1.27厘米的圆形丙烯酸塑料加工件，该加工件从Min.Bloomington Seelye塑料厂购得，名称为“POLYCAST”丙烯酸塑料。在把加工件安装到磨耗试验机的加工件夹持器之前，首先记录各加工件的起始重量，精确到毫克。水滴速度设为每分钟60±6滴。把4.55公斤的负荷放到磨耗试验机的重量平台上，并把安装好的磨耗样品放低到加工件上。机器设定运转5000转，然后自动停止。每次完成5000转的试验后，擦掉加工件上的水和碎屑并称重。各5000转试验的累积切削量是初始重量和每次试验后的重量之差。撕裂试验本试验提供摩擦物撕裂强度的测量方法，按美国专利1,423,841和1,423,842中所述方法在ELMENDORF机器上进行试验。
断裂负荷本试验提供使51×135毫米的摩擦材料样品断裂所需力(机器方向)的测量方法，使用从美国Massachusetts的Instron公司购得的“1101型测力仪”进行试验。
实例130厘米宽的气流法无纺网重130克/平方米，由20分特的尼龙短纤维构成，该网以2米/分钟钟的速度在“Rando Webber”机器上形成。成捆纤维预先用Laroche纤维开松机预开松。该网在水平金属稀网眼传送带上以直线传送，并通过粉末涂料箱，在此用单支“Versaspray II”喷枪把环氧树脂粉末喷到网上，喷枪位于该网之上30厘米处。粉末从料斗供给喷枪，在料斗中用压力为0.5巴的气流流化粉末，直到轻微起泡。用流体(或初始空气)时，喷枪气压设定值为2～3巴，用喷雾空气(或二次空气)时，喷枪气压设定值为1～1.5巴，并使用最大电压(10万伏)。树脂粉末大约以58克/平方米的重量沉积在网中，在回收鼓中收集任何穿过网的环氧树脂粉末，回收鼓位于稀网眼的传送带之下。然后在170℃的气体烘箱中把粉末化的网加热2分钟，使树脂熔融并固化，烘箱中所使用的循环空气设定为低速，以免把树脂粉末带走。
然后以下述方式把磨料粒子施加到已粘结的网上。把金刚砂粒子(55％)、酚醛树脂(20％)、水(20％)、填料(4％)和颜料(1％)充分混合制成磨料树脂淤浆。然后将淤浆转移到喷射箱的供料箱中，喷射箱中装有一支往复喷枪。粘结的网以2米/分钟的速度通过喷射箱，该网的一面上喷有重量大约在180～220克/平方米范围内的淤浆。然后该网通过气体烘箱，在此其在180℃被加热约2分钟，使酚醛树脂固化。然后把网翻面，使网的另一面在最上面，并再次传送该网通过喷射箱和气体烘箱。把所得到的无纺摩擦网切成尺寸大约为150×225毫米的摩擦手片。
实例2除了用20分特和80分特的尼龙短纤维(各占50％)的混合物制成气流成网之外，重复实例1，并且网上所沉积的树脂粉末的量是47克/平方米。
实例3重复实例2，但是用共聚酰胺树脂粉末代替环氧树脂粉末。添加0.5％的助流剂粉末并使用振动台振动料斗，以提高树脂粉末的流量和均匀性。把流化空气以1巴的压力供给料斗，在使用流动空气时，喷枪气压设定为3巴，在使用喷雾空气时，喷枪气压设定为4巴。网上所沉积的树脂粉末的量是28克/平方米。
实例430厘米宽的气流法成网的无纺网重190克/平方米，由剑麻纤维制成，该网以2米/分钟的速度在“Rando Webber”机器上形成。成捆纤维预先用Laroche纤维开松机预开松。该网在稀网眼的传送带上以直线传送，并通过粉末涂料箱，在此用两支“Versaspray II”喷枪把共聚酰胺树脂粉末(混有以重量计0.5％的助流剂)喷到网上，两支喷枪前后排列，固定在该网之上30厘米处，并且在垂直面的相反两侧上以20°～30°范围内的角度倾斜。树脂粉末从料斗供给喷枪，在料斗中用压力为1.5巴的气流流化粉末，直到轻微起泡。用流动空气时，喷枪气压设定值为2巴，用喷雾空气时，喷枪气压设定值为1巴，并使用最大电压(10万伏)。树脂粉末大约以60克/平方米的重量沉积在网中，在回收鼓中收集任何穿过网的树脂粉末，回收鼓位于稀网眼的传送带之下。然后在线(in line)加热粉末化的网，首先在150～160℃温度范围内的红外烘箱中加热，烘箱加热器位于该网之上3厘米处，使树脂粉末预定形，然后在160℃温度的电烘箱中加热，烘箱使用设定为低速的循环空气。网在烘箱中的总停留时间为1分钟。
然后把网翻面，使网的另一面在最上面，并再次传送该网使之通过粉末涂料箱和烘箱。
然后以下述方式把聚氯乙烯粒子施加到粘结的网上。把聚氯乙烯粒子(25％)、乳胶树脂(68.5％)和交联剂(1.2％的(i)和5.3％的(ii))充分混合制成磨料树脂淤浆。然后将淤浆转移到喷射箱的供料箱中，喷射箱中有一支喷枪。粘结的网以2米/分钟的速度通过喷射箱，该网的一面上喷有涂料重量大约为300克/平方米的淤浆，淤浆由喷枪喷出，喷枪往复横越该网以确保淤浆均匀覆盖该网。然后该网通过气体烘箱，在此以180℃被加热2分钟，使乳胶树脂固化。然后把网翻面，并再次传送该网通过喷射箱，从而以相同的方式把网的另一面喷上淤浆。然后使该网再次通过气体烘箱。
所得到的无纺摩擦网含有150克/平方米的聚氯乙烯粒子，将该网切成尺寸大约为75×90毫米的家用擦洗片。
实例5重复实例4，但作以下改进无纺网重150～170克/平方米，由椰子纤维制成，该网以较低速度(1米/分钟)在“Rando Webber”机器上形成，以使得能够延长树脂粉末的固化时间(见下文)。在进入粉末涂布机(coater)之前，网被加湿以提高其导电率，从而提高其对树脂粉末的吸收。使用水喷头对网加湿，水以1巴的压力、喷雾空气以2.5巴的压力供给水喷头。粉末涂布机使用单支“Versaspray II”喷枪从30厘米距离处把环氧树脂粉末喷到网上。树脂粉末在粉末涂布机的料斗中用压力为1.8巴的空气流化。用流动空气时，喷枪气压设定值为1巴，用喷雾空气时，喷枪气压设定值为0.8巴。树脂粉末以250克/平方米的重量沉积在网中。省略了红外加热器，并且粉末化的网仅在电烘箱中加热，在170℃温度加热2分钟，烘箱使用设定为低速的循环空气。
然后以下述方式把金刚砂粒子施加到粘结的网上。把金刚砂粒子(25％)和酚醛树脂(75％)充分混合制成磨料树脂淤浆。然后将淤浆转移到喷射箱的供料箱中，喷射箱中有四支喷枪。粘结的网以2米/分钟的速度通过喷射箱，该网的一面上喷有涂料重量大约为230～260克/平方米的淤浆，淤浆由喷枪喷出，以用淤浆均匀覆盖该网。然后该网通过气体烘箱，在此其在180℃被加热2分钟，以使酚醛树脂固化。然后把网翻面，并再次传送该网通过喷射箱，从而以相同的方式把网的另一面喷上淤浆。然后使该网再次通过气体烘箱，以制成无纺的洗涤网，将洗涤网切成家用的擦洗片。
结果(实例1～3)由实例1～3制成的擦手片样品(分别为样品1～3)进行了磨耗性能试验。结果示于下表中，该表还一起示出参比样品(REF)的结果，参比样品用例1所述方法制成，但预粘结网不是施加例1所述的环氧树脂粉末，而是使用液态酚醛树脂制成的，液态酚醛树脂用辊涂法施加。
上表结果表明，样品1～3具有优异的物理/功能特性，并与参比样品形成鲜明的对比。样品1～3的撕裂强度特别优良，约为参比样品的两倍。与样品2和3相比，样品1的切削试验结果较低，其原因认为是所用纤维使该样品柔性较高。
该表结果还表明样品1～3的密度低于参比样品(即样品更膨松)，这是因为虽然初始纤维重量基本相同，但样品1～3比参比样品大约厚20％。这又表明可以使用用量减少的纤维制成高效摩擦产品。此外，样品1～3的结构越疏松，意味着使用时越不容易堵塞。我们认为疏松结构是由以下事实造成的样品1~3由预粘结的网制成，而该网所用的预粘结方式不会使网承受压力(例如，辊接触的结果)。
结果(例4和5)
由例4和5制成的家用擦洗片样品用于在模拟的家庭环境中清洗脏盘子，根据视觉评价，我们发现该样品至少和常规的合成擦洗片完成的同样好，一般来说，其还优于由天然纤维制成的传统擦洗片。
由例4和5的工艺方法制成的擦洗片提供了如下优点因为擦洗片由天然植物纤维制成，所以它们使用后能更容易再生。不仅如此，与传统天然纤维擦洗物相比，本发明擦洗片的均匀性更高，因此可以为用户提供一种环境友好但比较标准的产品。此外，该擦洗片表现出传统天然纤维擦洗物和常规合成擦洗物的疏松结构的优点，同时还具有常规合成擦洗物的耐磨性能。我们认为这些优点是由以下事实造成的擦洗片由机械成网(干法成网)的天然纤维网构成，天然纤维网预先粘结，其预粘结方式不会使网承受压力(例如，辊接触的结果)，而受压会不可逆地压缩或损伤成网纤维。
上述所有实例所述方法的优点是在制成预粘结的网时，不产生挥发性有机化合物(VOCs)，随后把树脂/磨料淤浆施加到预粘结的网上。此外，在这些方法中制造预粘结网所需的能量可低于使用液态预粘结树脂时所需的能量。因此，本发明方法对环境的影响可远低于制造合成擦洗材料所常用的方法。
应该理解的是，虽然以上实例描述了擦手片和家用擦洗片的制备，但只要按需合理改变所用的材料和加工步骤，根据本发明的方法也可以用于制造其他摩擦物，例如包括用于研磨机中的研磨盘和底垫。
权利要求
1.一种制造摩擦物的方法，包括以下步骤(i)形成三维的无纺纤维网，所述纤维网与含有易熔粘合剂粒子的干态粒子材料接触；(ii)将所述网暴露于这样的条件下即，使得所述粘合剂粒子形成可流动的液态粘合剂的条件，然后使所述液态粘合剂凝固，以在成网纤维之间形成粘结，从而提供预粘结的网；以及(iii)将磨料粒子施加到所述预粘结的网上，并把所述磨料粒子粘到所述预粘结网的纤维上，以提供摩擦物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(i)包括将纤维制成三维的无纺网，然后将所述网与干态粒子材料接触。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(i)包括将纤维和所述干态粒子材料混合，然后把所述混合物制成三维的无纺网。
4.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述成网纤维包括合成纤维或天然纤维或其混合物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述成网纤维包括聚酰胺纤维。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述成网纤维包括椰子纤维、剑麻纤维及/或大麻纤维。
7.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述易熔粘合剂粒子包括热固性材料或热塑性材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述粘合剂粒子选自由环氧树脂、共聚酰胺和共聚酯组成的群组。
9.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述粘合剂粒子具有小于200微米的颗粒尺寸。
10.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中不用对所述网施加压力就可把所述粘合剂粒子施加到所述网上。
11.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述粘合剂粒子在静电力的作用下贯穿所述网的整个厚度而沉积。
12.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中把静电电荷施加到所述粘合剂粒子上，然后在所述网位于电接地的支撑表面上时将所述粘合剂粒子导向所述网。
13.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述网暴露于加热及/或水汽条件下，以使所述粘合剂粒子形成可流动的液态粘合剂。
14.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中至少用结构涂料粘合剂树脂把所述磨料粒子粘到所述预粘结网的纤维上。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述结构涂料粘合剂树脂以液体形式施加到所述预粘结的网上。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述磨料粒子与所述结构涂料粘合剂树脂同时施加到所述预粘结的网上。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述磨料粒子和所述结构涂料粘合剂树脂作为淤浆一起施加到所述预粘结的网上。
18.根据权利要求17所述的方法，其中把所述淤浆喷到所述预粘结的网上。
19.根据权利要求14～18中的任何一项所述的方法，其中所述结构涂料粘合剂树脂选自由乳胶树脂和酚醛树脂组成的群组。
20.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述预粘结的网具有50千克/立方米的最大密度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述预粘结的网具有30千克/立方米的最大密度。
22.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述预粘结的网具有5毫米的最小厚度。
23.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述无纺纤维网用干法成网工艺制成。
全文摘要
一种制造无纺摩擦物(17)的方法，包括以下步骤形成三维的无纺纤维网(3)，该纤维网与含有易熔粘合剂粒子(5)的干态粒子材料接触；将网暴露于这样的条件下，即，使得粘合剂粒子形成可流动的液态粘合剂的条件，然后使液态粘合剂凝固，在成网纤维之间形成粘结，从而提供预粘结的网(11)；将磨料粒子施加到预粘结的网上，并把磨料粒子粘到预粘结网的纤维上，以提供摩擦物。可以在制成无纺纤维网(3)之后，把易熔粘合剂粒子(5)施加到无纺纤维网上，例如使用静电粉末喷枪(8)把粘合剂粒子喷到网上。磨料粒子可以以淤浆(13)形式施加到预粘结的网上，淤浆由磨料粒子和结构涂料粘合剂树脂混合而成，树脂随后固化，使磨料粒子粘到预粘结网的纤维上。
文档编号B24D11/00GK1802238SQ200480011162
公开日2006年7月12日 申请日期2004年4月8日 优先权日2003年4月25日
发明者居伊·M·波劳德, 桑德兰·马尔让, 卡门·马丁里韦拉, 埃斯特雷拉·卡夫雷罗·戈麦斯 申请人:3M创新有限公司