磨料制品及其制造方法

专利名称：磨料制品及其制造方法
技术领域：
本发明总体上涉及磨料制品，更具体地说，本发明涉及可允许空气和尘粒通过的多孔磨料制品。

背景技术：
磨料制品在工业中被用于研磨、磨削以及抛光应用。它们可以以诸如砂带、砂盘、砂片等多种变换的形式以及多种不同的尺寸而得到。
通常，当使用“片状物”(即砂盘和砂片)形式的磨料制品时，采用支承垫将磨料制品安置或附着到研磨工具上。将砂盘和砂片附着到支承垫上的一种方法涉及到两件式机械接合系统，例如钩环紧固件(hook and loop fastener)。当附着装置为钩环系统时，磨料制品的与磨料涂层相背的背衬表面上会带有环或钩部件，而支承垫会带有与之互补的配合部件(即钩或环)。
一种类型的支承垫具有通过一系列沟槽相连的粉尘收集孔，以帮助控制细屑在磨料制品的研磨表面上的聚集。粉尘收集孔通常与真空源相连。粉尘收集沟槽和孔提供了用于从研磨表面除去诸如细屑、粉尘和碎屑之类的颗粒的通道。该通道也可用于从研磨表面除去诸如水或油之类的研磨流体。
在一些构造中，上述颗粒和流体穿过磨料制品中的切孔而从磨料制品的研磨表面转移到支承垫处。由于这种孔是间断存在的，所以这些设计方式的除尘能力是有限的。关于其它的构造，如Hoglund等人的美国专利No.6,024,634所记载的那样，磨料制品由具有一体式的环的多孔针织布制成。
Hoglund等人所记载的磨料制品的性能至少部分地受到以下这些因素的限制用于生产磨料制品用针织布的针织设备的性能、以及用于将磨料层施加到针织布所选区域上的磨料涂敷工艺的性能。
人们一直需要有可供选用的方式来获得带有机械紧固系统并且具有除尘能力的成本有效型磨料制品。人们尤其希望获得多孔磨料制品，其中可以独立于附着装置来设计和制造磨料层。
发明概述 本发明总体上涉及磨料制品，更具体地说，本发明涉及可允许空气和尘粒通过的多孔磨料制品。
在一个方面，本发明提供一种具有网状磨料(screen abrasive)和多孔附着界面的磨料制品。网状磨料具有开口网眼背衬，该网眼背衬具有第一主表面、第二主表面和从第一主表面延伸到第二主表面的多个开口。具有多个垂直定向的磨粒和至少一种粘结剂的磨料层被固定在背衬的第一主表面的至少一部分上。多孔附着界面包括两件式机械接合系统中的环部分、并与网状磨料相配合从而使得颗粒可以从磨料制品中流过。
在一些实施方案中，开口网眼背衬是织造织物。在一些实施方案中，开口网眼背衬可包括玻璃纤维、尼龙、聚酯、聚丙烯或铝。在另外的实施方案中，开口网眼背衬是穿孔薄膜。
在一些实施方案中，位于开口网眼背衬中的各个开口的平均开口面积为至少0.3平方毫米。在一些实施方案中，所有这些开口的总的开口面积为第一主表面面积的至少50％。
在一些实施方案中，多孔附着界面包括非织造织物。在一些实施方案中，多孔附着界面包括格利孔隙度(Gurley porosity)为不大于3秒/300立方厘米空气的非织造织物。在一些实施方案中，磨料制品的格利孔隙度为不大于3秒/300立方厘米空气。
在一些实施方案中，使用粘合剂(例如热熔型或喷涂型)将多孔附着界面固定到开口网眼背衬上。
在另一方面，本发明提供制备磨料制品的方法，所述磨料制品具有网状磨料和多孔附着界面，该多孔附着界面与网状磨料相配合从而使得颗粒可以从磨料制品中流过。
在另一方面，本发明提供可供选用的方式来得到带有机械紧固系统并且具有除尘能力的成本有效型磨料制品。该磨料制品可用于研磨各种表面，包括(例如)涂料、底漆、木材、塑料、玻璃纤维和金属的表面。在一些实施方案中，可以独立于多孔附着界面来设计和制造磨料层，从而使得制造者可以在基本上与多孔附着界面的选择无关的条件下使网状磨料的性能最优化，反之亦然。
本发明的以上概述部分并非试图描述本发明的每一个公开的实施方案或每一种实施方式。附图和下面的详述部分更具体地举例说明了示例性的实施方案。
在本发明中 术语“垂直定向”是指这样的特征其中大部分磨粒的较长维度被设置成与背衬基本上垂直(例如夹角在60°至120°之间)。
附图的简要说明

图1是部分被切掉以示出多孔附着界面的本发明的示例性磨料制品的立体图； 图2是部分被切掉以示出磨料层构成的示例性的开口网眼型网状磨料的立体图； 图3是部分被切掉以示出磨料层构成的示例性的织造开口网眼型网状磨料的立体图； 图4是本发明示例性磨料制品的剖视图； 图5是磨粒未垂直定向的网状磨料制品的研磨表面放大100倍的SEM显微照片； 图6是磨粒垂直定向的本发明网状磨料的研磨表面放大100倍的SEM显微照片。
发明详述 图1是部分被切掉的示例性磨料制品110的立体图。如图1所示，磨料制品110具有网状磨料112(位于该磨料制品的上表面上)和附着到网状磨料112上的多孔附着界面116。多孔附着界面116与网状磨料112相配合从而使得颗粒可以从磨料制品110中流过。
多孔附着界面形成两件式机械接合系统的环部分。多孔附着界面通常用于将本发明的磨料制品固定到支承垫上。支承垫通常具有带钩的大体平坦的主表面，磨料制品(例如砂盘或砂片)的多孔附着界面可附着到该主表面上。
尽管支承垫可用手握持，但更通常的是，将支承垫与诸如电动或气动砂轮磨光机之类的动力研磨装置结合使用。多孔附着界面可被设计为带有环，所述的环使得使用较小的力就可以将磨料制品从支承垫上取下来。此外，所述的环还可被设计成在使用过程中可以防止磨料制品相对于支承垫移动。所述环的所需尺寸取决于所提供的钩柄的形状和类型、以及磨料制品所需的接合特征。
适合用于多孔附着界面的材料既包括织造材料，也包括非织造材料。在机织和针织的多孔附着界面材料中，织物结构中包含形成环的长丝或纱线，以形成用于与钩接合的直立的环。在非织造的附着界面材料中，可由互锁纤维形成环。在一些非织造的附着界面材料中，可以由穿过非织造纤维网的缝线形成环，由此形成直立的环。
适合用作多孔附着界面的有用的非织造织物包括(但不限于)气流成网法非织造织物、纺粘型非织造织物、射流喷网法非织造织物、粘合型熔喷纤维网和粘合型梳理纤维网。可通过本领域技术人员已知的各种方法将非织造材料粘合，所述方法包括(例如)针刺法、缝编法、水刺法、化学粘合法和热粘合法。所用的织造或非织造材料可由天然纤维(例如木或棉纤维)、合成纤维(例如聚酯或聚丙烯纤维)、或天然纤维与合成纤维并用而制成。在一些实施方案中，多孔附着界面可由尼龙、聚酯或聚丙烯制成。
在一些实施方案中，多孔附着界面具有开口结构，其中该开口结构不会显著地干扰穿过其中的气流或颗粒流。在一些实施方案中，至少部分地基于材料的孔隙度来选择多孔附着界面材料。
使用Gurley Densitometer Model 4410来测量本发明的多孔附着界面的孔隙度。Gurley Densitometer测量在使用1.39焦耳/米的力的条件下使300立方厘米的空气穿过面积为0.65平方厘米的多孔附着界面所需要的以秒计的时间值。这种Gurley装置及其使用步骤在纺织工业中是已知的。就本发明的目的而言，假如某材料或复合物的格利孔隙度为小于5秒/300立方厘米空气，则应当认为它是“多孔的”。
在一些实施方案中，多孔附着界面的格利孔隙度为不大于3秒/300立方厘米空气。在另一些实施方案中，多孔附着界面的格利孔隙度为不大于1秒/300立方厘米空气。在又一些实施方案中，多孔附着界面的格利孔隙度为不大于0.5秒/300立方厘米空气。
除了测量用于本发明磨料制品结构中的材料(例如，多孔附着界面)的格利孔隙度之外，还可测量磨料制品的格利孔隙度。在一些实施方案中，本发明磨料制品的格利孔隙度为不大于5秒/300立方厘米空气。在另一些实施方案中，本发明磨料制品的格利孔隙度为不大于1.5秒/300立方厘米空气。在又一些实施方案中，磨料制品的格利孔隙度为不大于1秒/300立方厘米空气。
多孔附着界面无论为织造织物还是非织造织物，均可被制成为具有多种不同的织物单位重量。可用于本发明的多孔附着界面的平均织物单位重量通常为至少约30克/平方米。在一些实施方案中，多孔附着界面的平均织物单位重量为至少约40克/平方米。在又一些实施方案中，多孔附着界面的平均织物单位重量为至少约50克/平方米。
可用于本发明的多孔附着界面的平均织物单位重量通常为不大于约100克/平方米。在一些实施方案中，多孔附着界面的平均织物单位重量为不大于约90克/平方米。在又一些实施方案中，多孔附着界面的平均织物单位重量为不大于约85克/平方米。
多孔附着界面无论是织造织物还是非织造织物，均可被制成为具有多种不同的厚度。就本发明的目的而言，使用10克其面积为10平方厘米的圆形压盘来测定多孔附着界面的厚度。可用于本发明的多孔附着界面的平均厚度通常为小于约3毫米。在一些实施方案中，多孔附着界面的平均厚度为小于约1.5毫米。在又一些实施方案中，多孔附着界面的平均厚度为小于约1毫米。
可用于本发明的多孔附着界面的平均厚度通常为至少约0.2毫米。在一些实施方案中，多孔附着界面的平均厚度为至少约1毫米。在又一些实施方案中，多孔附着界面的平均厚度为至少约1.5毫米。
图2是部分被切掉以示出磨料层构成的示例性的开口网眼型网状磨料212的立体图。网状磨料212具有被磨料层覆盖的开口网眼背衬218。开口网眼背衬218具有多个开口224。磨料层具有底漆涂层(make coat)232、磨粒230和面漆涂层(size coat)234。多个开口214延伸穿过网状磨料212。
开口网眼背衬可由任意多孔材料制成，所述多孔材料包括(例如)穿孔薄膜、或者机织织物或针织织物。在图2所示的实施方案中，开口网眼背衬218是穿孔薄膜。用于背衬的膜可由金属、纸张或塑料(包括模制的热塑性材料和模制的热固性材料)制成。在一些实施方案中，开口网眼背衬由玻璃纤维、尼龙、聚酯、聚丙烯或铝制成。
开口网眼背衬218中的开口224可为图2中示出的大体正方形的形状。在另一些实施方案中，开口的形状可以为另一些几何形状，包括(例如)矩形、圆形、椭圆形、三角形、平行四边形、多边形或这些形状的组合。开口网眼背衬218中的开口224可以如图2所示具有相同的尺寸和一致的定位。在另一些实施方案中，通过(例如)采用随机的开口定位图案、变化的开口尺寸或形状、或者随机定位和随机形状以及随机尺寸的任意组合来以不一致的方式布置开口。在一些实施方案中，在选择开口网眼背衬中开口的形状、尺寸和定位方式时，要考虑支承垫中的真空孔的构造。
图3是部分被切掉以示出磨料层构成的示例性的织造开口网眼型网状磨料的立体图。如图3所示，网状磨料312具有织造型开口网眼背衬318和磨料层。磨料层具有底漆涂层332、磨粒330和面漆涂层334。多个开口314延伸穿过网状磨料312。
织造型开口网眼背衬318具有多个经纱单元338和多个纬纱单元336，其中所述的多个经纱单元338大体上平行并且在第一方向上延伸，所述的多个纬纱单元336大体上平行并且在第二方向上延伸。开口网眼背衬318中的经纱单元338和纬纱单元336形成多个开口324。可任选的锁定层326可用于改善开口网眼背衬的一体性或改善磨料层对开口网眼背衬的附着作用。
如图3所示，上述第二方向垂直于上述第一方向从而在织造型开口网眼背衬318中形成正方形的开口324。在一些实施方案中，第一方向和第二方向相交而形成菱形图案。开口的形状可为其它几何形状，包括(例如)矩形、圆形、椭圆形、三角形、平行四边形、多边形或这些形状的组合。在一些实施方案中，经纱单元和纬纱单元是以一上一下的交织方式织在一起的纱线。
经纱单元和纬纱单元可通过现有技术中已知的任意方法而结合在一起，所述方法包括(例如)织造法、缝编法或粘合剂粘结法。经纱单元和纬纱单元可以为纤维、长丝、丝、纱线或它们的组合。经纱单元和纬纱单元可由本领域技术人员已知的各种材料制成，所述材料包括(例如)合成纤维、天然纤维、玻璃纤维和金属。在一些实施方案中，经纱单元和纬纱单元包括由热塑性材料或金属线构成的单根长丝。在一些实施方案中，织造型开口网眼背衬包括尼龙、聚酯或聚丙烯。
开口网眼背衬318中的开口324可以如图3所示具有相同的尺寸和一致的定位。在另一些实施方案中，通过(例如)采用随机的开口定位图案、变化的开口尺寸或形状、或者随机定位和随机形状以及随机尺寸的任意组合来以不一致的方式布置开口。
开口网眼背衬无论是织造的还是穿孔的，均可包括其开口面积不同的开口。在网眼背衬中，开口的“开口面积”是指在网眼背衬的厚度上测得的开口面积(即，由开口(三维物体可通过其中)形成材料的周边所限定的面积)。可用于本发明的开口网眼背衬的平均开口面积通常为至少约0.3平方毫米/开口。在一些实施方案中，开口网眼背衬的平均开口面积为至少约0.5平方毫米/开口。在又一些实施方案中，开口网眼背衬的平均开口面积为至少约0.75平方毫米/开口。
通常，可用于本发明的开口网眼背衬的平均开口面积为小于约3.5平方毫米/开口。在一些实施方案中，开口网眼背衬的平均开口面积为小于约2.5平方毫米/开口。在又一些实施方案中，开口网眼背衬的平均开口面积为小于约0.95平方毫米/开口。
开口网眼背衬无论是织造的还是穿孔的都具有一个总开口面积，所述的总开口面积会影响可穿过开口网眼背衬的空气的量、以及有效面积和磨料层的性能。网眼背衬的“总开口面积”是指在网眼背衬的单位面积上测得的开口的累积开口面积。可用于本发明的开口网眼背衬的总开口面积为至少约0.5平方厘米/平方厘米背衬(即，50％的开口面积)。在一些实施方案中，开口网眼背衬的总开口面积为至少约0.6平方厘米/平方厘米背衬(即，60％的开口面积)。在又一些实施方案中，开口网眼背衬的总开口面积为至少约0.75平方厘米/平方厘米背衬(即，75％的开口面积)。
通常，可用于本发明的开口网眼背衬的总开口面积为小于约0.95平方厘米/平方厘米背衬(即，95％的开口面积)。在一些实施方案中，开口网眼背衬的总开口面积为小于约0.9平方厘米/平方厘米背衬(即，90％的开口面积)。在又一些实施方案中，开口网眼背衬的总开口面积为小于约0.82平方厘米/平方厘米背衬(即，82％的开口面积)。
如上文所讨论的那样，网状磨料的磨料层包含多个磨粒和至少一种粘结剂。在一些实施方案中，磨料层具有底漆涂层、面漆涂层、上部面漆涂层(supersize coat)、或它们的组合。在一些实施方案中，可对开口网眼背衬进行处理，所述处理例如为施加预涂面漆涂料(presize)、背部面漆涂料(backsize)、次面漆涂料(subsize)或浸渍剂。
通常，经涂敷的磨料的底漆涂层是通过在开口网眼背衬(经处理或未经处理)的至少一部分上涂敷底漆涂层前体而制得的。接着将磨粒至少部分地嵌入(例如，通过静电涂敷来实现)到包含第一粘结剂前体的底漆涂层前体中，并且使底漆涂层前体至少部分地固化。对磨粒进行静电涂敷通常可提供垂直定向的磨粒。也可以采用使磨粒垂直定向的其它技术。
图6是磨粒垂直定向的本发明网状磨料的研磨表面放大100倍的SEM显微照片。图5是磨粒未垂直定向的网状磨料制品的研磨表面放大100倍的SEM显微照片。
接下来，通过以下方法制备面漆涂层用其中含有第二粘结剂前体(其可以与第一粘结剂前体相同或不同)的面漆涂层前体涂敷至少一部分底漆涂层和磨粒，并将该面漆涂层前体至少部分地固化。在一些涂附磨料制品中，将上部面漆涂料施加到面漆涂层的至少一部分上。如果存在上部面漆涂层的话，上部面漆涂层通常包含助磨剂和/或抗填充材料。
通常，通过使粘结剂前体固化(例如，通过热的方式、或者通过使用电磁辐射或微粒辐射的方式来实现)而形成粘结剂。可用的第一和第二粘结剂前体在磨料技术领域中是公知的，其包括(例如)自由基聚合性单体和/或低聚物、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、氨基塑料树脂、氰酸酯树脂、或其组合。可用的粘结剂前体包括可通过(例如)受热和/或受辐照而固化的热固化型树脂和辐射固化型树脂。
适合用于本发明磨料制品的网状磨料中的磨粒可以是任何已知的磨粒或通常用于磨料制品中的材料。可用于经涂敷的磨料的磨粒的例子包括(例如)熔融氧化铝、热处理氧化铝、熔融白刚玉、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、溶胶-凝胶磨粒、二氧化硅、氧化铁、氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、硅酸盐、金属碳酸盐(例如碳酸钙(例如，白垩、方解石、泥灰岩、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、二氧化硅(例如，石英、玻璃小珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(例如，滑石、粘土(蒙脱土)、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐(例如，硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、三水合铝、石墨、金属氧化物(例如，氧化锡、氧化钙、氧化铝、二氧化钛)和金属亚硫酸盐(例如，亚硫酸钙)、金属颗粒(例如，锡、铅、铜)、由热塑性材料(例如，聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、缩醛聚合物、聚氯乙烯、聚氨酯、尼龙)形成的塑料磨粒、由交联聚合物(例如，酚醛树脂、氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺-甲醛、丙烯酸酯树脂、丙烯酸改性异氰尿酸酯树脂、脲醛树脂、异氰尿酸酯树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂、丙烯酸改性环氧树脂)形成的塑料磨粒、及其组合。磨粒还可以为其中含有附加成分(例如粘结剂)的团块或复合物。具体研磨应用所用磨粒的选择标准通常包括研磨寿命、切削速率、基底表面光洁度、研磨效率和生产成本。
经涂敷的网状磨料可进一步包含可任选的添加剂，例如磨粒表面改性添加剂、偶联剂、增塑剂、填料、膨胀剂、纤维、抗静电剂、引发剂、悬浮剂、光敏剂、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、UV稳定剂和悬浮剂。选择这些材料的量从而提供所需的性能。添加剂还可被掺和到粘结剂中、被施加成单独的涂层、被保持在团块的孔隙中、或上述方式的组合。
经涂敷的网状磨料制品可被制成(例如)砂带、砂卷、砂盘(包括有孔砂盘)和/或砂片。可用于抛光操作中的经涂敷的网状磨料的一种形式是砂盘。砂盘常用于汽车车身和木材的终饰层的维护和修复。砂盘可被构造为与包括(例如)电动或气动砂轮磨光机在内的多种工具一起使用。用于支承该砂盘的所述工具可具有自带的真空系统、或者可以与真空管线相连，以有助于容纳粉尘。
图4是本发明的示例性磨料制品410的剖视图。如图4所示，磨料制品410具有通过使用粘合剂440而固定到开口网眼背衬416上的网状磨料412。网状磨料412可通过使用任何合适的接合形式而贴附到多孔附着界面416上，所述的接合形式例如为胶合、压敏粘合、热熔粘合、喷涂粘合、热粘结和超声焊接。
以不妨碍颗粒从磨料制品中流过的方式将网状磨料固定到多孔附着界面上。在一些实施方式中，以不抑制颗粒从磨料制品中流过的方式将网状磨料附着到多孔附着界面上。颗粒从磨料制品中流过时的顺畅程度会至少部分地受到被引入网状磨料和多孔附着界面之间的粘合剂的制约。可以通过以诸如离散的粘合区域(例如喷雾的方式或者采用贫料挤出模头(starved extrusion die))或分开的粘合线(例如热熔旋涡喷涂的方式或者采用图案化的辊式涂布机)之类的非连续方式将粘合剂施加到网状磨料上，从而使颗粒从磨料制品中流过时受制约的程度达到最小化。
在一些实施方案中，可从本发明的磨料制品中流过的细屑、粉尘或碎屑之类的颗粒具有至少为10微米的颗粒尺寸。在一些实施方案中，至少30微米的颗粒可穿过磨料制品。在又一个实施方案中，至少45微米的颗粒可穿过磨料制品。
在一些实施方案中，通过以下方式将网状磨料粘附到多孔附着界面上将喷涂型粘合剂(例如“3M BRAND SUPER 77 ADHESIVE”，可得自位于美国明尼苏达州St.Paul市的3M公司)施加到网状磨料的一侧上。在另外的实施方案中，使用热熔喷枪或带有梳形垫片的挤出机，将热熔型粘合剂施加到网状磨料的一侧上。在又一些实施方案中，把预成型的涂有粘合剂的多孔网放置在网状磨料和多孔附着界面之间。
可用于本发明中的粘合剂既包括压敏粘合剂，又包括非压敏型的粘合剂。压敏粘合剂在室温下通常为粘性的，并且可通过施加至多为轻轻指压的力量而被粘结到表面上，而非压敏型的粘合剂包括溶剂活化、热活化或辐射活化的粘合剂体系。可用于本发明的粘合剂的实例包括那些基于一般组分的聚丙烯酸酯、聚乙烯基醚、含二烯的橡胶(例如天然橡胶、聚异戊二烯和聚异丁烯)、聚氯丁二烯、丁基橡胶、丁二烯-丙烯腈聚合物、热塑性弹性体、嵌段共聚物(例如苯乙烯-异戊二烯和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯-二烯聚合物和苯乙烯-丁二烯聚合物)、聚α-烯烃、无定形的聚烯烃、硅酮、含乙烯的共聚物(例如乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸乙酯和乙烯-甲基丙烯酸乙酯)、聚氨酯、聚酰胺、聚酯、环氧树脂、聚乙烯吡咯烷酮和乙烯吡咯烷酮共聚物、以及上述物质的混合物。另外，粘合剂可含有诸如增粘剂、增塑剂、填料、抗氧剂、稳定剂、颜料、散射颗粒、固化剂和溶剂之类的添加剂。
以下例子将进一步说明本发明的优点和其它实施方案，但这些例子中列举的具体材料及其用量、以及其它条件和细节不应被解释为是用来过度限制本发明。例如，多孔附着界面的织物单位重量、厚度和组成可发生变化。除非另外指明，否则所有的份数和百分数都是以重量计。
除非另外指明，否则在下列例子中记载的所有的份数、百分数和比率都是以重量计，例子中使用的所有试剂都得自或可得自普通化学品供应商(如位于美国密苏里州Saint Louis市的Sigma-AldrichChemical公司)，或者可以通过常规技术合成。
例子 砂磨试验#1 将5英寸(12.7cm)的测试砂盘附着到5英寸(12.7cm)的泡沫界面垫(可得自位于美国明尼苏达州St.Paul市的3M公司，商品名为“HOOKIT II SOFT INTERFACE PAD”)上，然后将所得物附着到5孔的、5英寸(12.7cm)×1.25英寸(3.18cm)厚的、乙烯树脂覆面的泡沫支承垫(可得自3M公司，商品名为“3M HOOKIT IIBACKUP PAD”)上。将该支承垫安装到精细抛光用定轨砂轮磨光机(得自位于美国伊利诺伊州Rockford市的National Detroit公司)上。
以手动方式使磨料层与14英寸×15英寸(35.6cm×38.1cm)的经底涂的板状工件相接触。然后在3英寸/秒(7.6cm/s)、66磅/平方英寸(455千帕)以及与工件表面成10°角的条件下将工件研磨45秒。将这种45秒的研磨周期另外重复4次，记录在第一、第二至第四和第五周期后被切削的材料的量，由此确定总的平均切削量/样品。平均切削率由三个样品的平均值来确定。切削寿命是最后(第五周期)的切削量与初始(第一周期)的切削量之比。
砂磨试验#2 将5英寸(12.7cm)的测试砂盘附着到5孔的、带有Hookit V-通道的、5英寸(15.2cm)×1.25英寸(3.18cm)厚的、乙烯树脂覆面的泡沫支承垫(可得自3M公司，商品名为“3M HOOKIT BACKUPPAD”(零件编号为84226))上。将该支承垫安装到精细抛光用双功能定轨砂轮磨光机(可得自位于美国纽约州Lawrence市的Dynabrade公司，商品名为“MODEL 21038”)上。把带有5微米过滤膜的集尘袋附着到砂轮磨光机上以收集粉尘。
以手动方式使磨料层与18英寸×30英寸(45.7cm×76.2cm)的带胶衣的测试板相接触。使砂轮磨光机在空气管路压力为90磅/平方英寸(620.5千帕)以及下压力为0.53磅/平方英寸(3.65千帕)的条件下运转60秒。采用与工件表面成0°的角度。将这种60秒的研磨周期另外重复2次，使得总研磨时间为3分钟，由此确定总的平均切削量/样品。平均切削率由三个样品的平均值来确定。
砂磨试验#3 将5英寸(12.7cm)的测试砂盘附着到5孔的、5英寸(12.7cm)×1.25英寸(3.18cm)厚的、带有V-通道的泡沫支承垫(可得自3M公司，商品名为“3M HOOKIT BACKUP PAD”(零件编号为84226))上。将该支承垫安装到精细抛光用双功能定轨砂轮磨光机(商品名为“MODEL 21038”，得自Dynabrade公司)上。把带有5微米过滤膜的集尘袋附着到砂轮磨光机上以收集粉尘。
以手动方式使磨料层与18英寸×24英寸(45.7cm×61.0cm)的经涂敷的测试板相接触。使砂轮磨光机在空气管路压力为90磅/平方英寸(620.5千帕)以及下压力为0.53磅/平方英寸(3.65千帕)的条件下运转51秒。采用与工件表面成0°的角度。将这种51秒的研磨周期另外重复7次，使得总研磨时间为6.8分钟，记录在8个周期后粉尘袋中收集到的细屑的重量。用收集到的细屑的重量除以总的切削重量，将所得值定义为粉尘收集效率。
砂磨试验#4 将5英寸(12.7cm)的测试砂盘附着到5孔的、带有Hookit V-通道的、5英寸(12.7cm)×1.25英寸(3.18cm)厚的、乙烯树脂(钩)覆面的泡沫支承垫(可得自3M公司，商品名为“3M HOOKITBACKUP PAD”(零件编号为84226))上。将该支承垫安装到精细抛光用双功能定轨砂轮磨光机(商品名为“MODEL 21038”，得自Dynabrade公司)上。把带有5微米过滤膜的集尘袋附着到砂轮磨光机上以收集粉尘。
以手动方式使磨料层与18英寸×30英寸(45.7cm×76.2cm)的带有Sikken Colorbuild底漆涂层的测试板相接触。使砂轮磨光机在空气管路压力为90磅/平方英寸(620.5千帕)以及下压力为0.53磅/平方英寸(3.65千帕)的条件下运转30秒。采用与工件表面成2.5°的角度。将这种30秒的研磨周期另外重复5次，使得总研磨时间为3.0分钟，由此确定总的平均切削量/样品。平均切削率由两个样品的平均值来确定。
孔隙度测试 使用Gurley Densitometer Model 4410来测量本发明多孔附着界面的孔隙度。Gurley Densitometer测量在使用1.39焦耳/米的力的条件下使300立方厘米的空气穿过面积为0.65平方厘米的多孔附着界面所需要的以秒计的时间值。
在以下例子中采用下列缩写。
AI1尼龙织物，可得自位于意大利Busto Arsizio市的Sitip Industirl公司，商品名为“TRICOT”； AI2尼龙织物，可得自位于美国南卡罗来那州Spartanburg市的Milliken公司，商品名为Millilock； AI3树脂粘结的聚对苯二甲酸乙二醇酯非织造织物，43克/平方米，得自位于美国俄亥俄州Cincinnati市的Stearns Technical Textiles公司； AI4经乙基丙烯酸底涂的4密耳(101.6微米)的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，得自3M公司； “BUP1”5孔支承垫，可得自3M公司，商品名为“3MHOOKIT 05113184226 BACKUP PAD”； “BUP2”21孔支承垫，可得自位于芬兰Jeppo市的KWHMirka有限公司； “TP1”涂敷有底漆的软钢测试板，可得自位于美国密歇根州Detroit市的Dupont Automotive公司，商品名为“URO1140S”； “TP2”涂敷有底漆的软钢测试板，可得自位于美国佐治亚州Norcross市的Akzo Nobel Coatings公司，商品名为“SIKKENS COLORBUILD BLACK”； “TP3”涂敷有eCoat(ED6060)Primer(764204)、Basecoat(542AB921黑色)和Clear涂层(RK8148)的软钢测试板，可得自位于美国密歇根州Hillsdale市的ACT Laboratories公司； “TP4”板，可得自位于美国明尼苏达州Bloomington市的Seelye-Eiler Plastics公司，商品名为“BUTYRATEBLUE”； “TP5”涂敷有聚酯/乙烯基酯胶衣的玻璃纤维板，由位于美国明尼苏达州White Bear Lake市的White BearBoat Works公司提供； “TP6”板，可得自Seelye-Eiler Plastics公司，商品名为“ACRYLIC PLASTIC”。
样品制备 实施例1 将酚醛树脂(可得自位于美国佐治亚州Augusta市的BakeliteEpoxy Polymer公司，商品名为“BAKELITE PHENOLIC RESIN”)分散到重量比为90∶10的水∶polysolve介质中，使得固体含量为56％，然后使用乙醇稀释，使得固体含量为35重量％。将所得的树脂分散物作为底漆涂料施加到平纹组织的玻璃纤维稀松布(可得自位于美国南卡罗来那州Anderson市的Hexcel Reinforcements公司，商品名为“1620”)上。将P320级的矾土研磨矿物(得自位于奥地利Villach市的Triebacher Schleifmittel AG公司，商品名为“FSX”)静电涂敷到上述树脂上，在205(96℃)下固化2小时。接着将35重量％的面漆涂料施加在所述底漆涂层和所述矿物之上，然后将所得的涂层在212(100℃)下固化16小时。将重量比为85∶15的硬脂酸锌∶聚丙烯酸酯的30重量％的水分散物施加在所述的面漆涂层上。
实施例2 根据实施例1的方法制备网状磨料，其中用等效量的FSX型P80级的矿物代替FSX P320级的矾土磨料。
实施例3 把得自3M公司的“3M 77 SPRAY ADHESIVE”型的粘合剂轻轻地喷涂到实施例1样品的无磨料的那一侧上、以及AI1的其中一侧上，然后将这两种材料层叠在一起。
实施例4 把得自3M公司的“3M 77 SPRAY ADHESIVE”型的粘合剂轻轻地喷涂到实施例1样品的无磨料的那一侧上、以及AI3的其中一侧上，然后将这两种材料层叠在一起。
实施例5 把得自3M公司的“3M 77 SPRAY ADHESIVE”型的粘合剂轻轻地喷涂到实施例2样品的无磨料的那一侧上、以及AI1的其中一侧上，然后将这两种材料层叠在一起。
实施例6 把“3M 77 SPRAY ADHESIVE”轻轻地喷涂到实施例1样品的无磨料的那一侧上、以及AI4的其中一侧上，然后将这两种材料层叠在一起。
实施例7 将酚醛树脂(可得自位于美国佐治亚州Augusta市的BakeliteEpoxy Polymer公司，商品名为“BAKELITE PHENOLIC RESIN”)分散到重量比为90∶10的水∶polysolve介质中，使得固体含量为56％，然后使用乙醇稀释，使得固体含量为35重量％。将所得的树脂分散物作为底漆涂料施加到平纹组织的玻璃纤维稀松布(可得自位于美国南卡罗来那州Anderson市的Hexcel Reinforcements公司，商品名为“1620-12”)上。将P400级的矾土研磨矿物(得自位于奥地利Villach市的Triebacher Schleifmittel AG公司，商品名为“FSX”)静电涂敷到上述树脂上，在205(96℃)下固化2小时。接着将35重量％的面漆涂料施加在所述底漆涂层和所述矿物之上，然后将所得的涂层在212(100℃)下固化16小时。将重量比为85∶15的硬脂酸锌∶聚丙烯酸酯的30重量％的水分散物施加在所述的面漆涂层上。把得自3M公司的“3M 77 SPRAY ADHESIVE”型的粘合剂轻轻地喷涂到所得样品的无磨料的那一侧上、以及AI1的其中一侧上，然后将这两种材料层叠在一起。
比较例 比较例A其附着背衬带有一体式环的P320级网状磨料，可得自位于芬兰Jeppo市的KWH Mirka有限公司，商品名为“ABRANETP320”； 比较例B其附着背衬带有一体式环的P80级网状磨料，可得自位于芬兰Jeppo市的KWH Mirka有限公司，商品名为“ABRANETP80”； 比较例C经P320级矾土涂敷的研磨膜片，可得自3M公司，商品名为“334U P320”； 比较例D经P80级矾土涂敷的研磨膜片，可得自3M公司，商品名为“734U P80”； 比较例E其附着背衬带有一体式环的P400级网状磨料，可得自位于芬兰Jeppo市的KWH Mirka有限公司，商品名为“ABRANETP400”；以及 比较例FP400级砂盘，可得自位于日本东京市的Koyo-Sha株式会社，商品名为“POLINET”，其中磨粒没有垂直定向。
使用Gurley Densitometer对多种背衬和样品进行孔隙度试验。结果列于表1中。
表1 根据砂磨试验#3使用带胶衣的试验板TP1来评价实施例1、3和6。总切削量和除尘结果列于表2中。
表2 按照表3所列的砂磨试验和试验板来评价实施例3、5和比较例A-D的切削寿命。
表3 根据砂磨试验#3，使用带胶衣的试验板TP5来评价实施例3、4和比较例A。结果列于表4中。
表4 根据砂磨试验#4来评价实施例7、比较例E和比较例F。结果列于表5中。
表5 应该理解的是，尽管在上述说明和例子中阐述了本发明的多种特征和优点、以及本发明的结构和功能上的详细情况，但上述公开仅仅是说明性的。可对各个细节进行改变，特别是可以根据所附权利要求中的措词所表达的意思以及那些结构和方法的等同形式对涉及网状磨料和多孔附着界面的尺寸和组成、以及在本发明的原理范围内使用的方法进行充分的改变。
权利要求
1.一种磨料制品，其具有
网状磨料，该网状磨料具有开口网眼背衬和磨料层，该开口网眼背衬具有第一主表面、第二主表面和从所述第一主表面延伸到所述第二主表面的多个开口，并且所述第一主表面具有一定的面积，该磨料层被固定到所述背衬的所述第一主表面的至少一部分上，并且该磨料层包含多个垂直定向的磨粒和至少一种粘结剂；和
多孔附着界面，该多孔附着界面与所述开口网眼背衬的所述第二主表面相连、并且具有两件式机械接合系统中的环部分，该多孔附着界面与所述网状磨料相配合从而使得颗粒可以从所述磨料制品中流过。
2.权利要求1所述的磨料制品，其中所述的开口网眼背衬是织造织物。
3.权利要求2所述的磨料制品，其中所述的开口网眼背衬包含玻璃纤维、尼龙、聚酯、聚丙烯或铝中的至少一种。
4.权利要求1所述的磨料制品，其中所述的开口网眼背衬是穿孔薄膜。
5.权利要求1所述的磨料制品，其中所述开口网眼背衬中的所述开口的平均开口面积为至少0.3平方毫米。
6.权利要求1所述的磨料制品，其中所述开口的总开口面积为所述第一主表面面积的至少50％。
7.权利要求1所述的磨料制品，其中所述颗粒包括尺寸为至少10微米的颗粒。
8.权利要求1所述的磨料制品，其中所述的多孔附着界面包括非织造织物。
9.权利要求8所述的磨料制品，其中所述非织造织物的格利孔隙度为不大于3秒/300立方厘米空气。
10.权利要求9所述的磨料制品，该磨料制品的格利孔隙度为不大于3秒/300立方厘米空气。
11.权利要求1所述的磨料制品，该磨料制品还包含粘合剂，该粘合剂将所述多孔附着界面固定到所述开口网眼背衬的所述第二主表面上。
12.权利要求11所述的磨料制品，其中所述粘合剂包括热熔型粘合剂。
13.权利要求11所述的磨料制品，其中所述粘合剂包括喷涂型粘合剂。
14.一种磨料制品，其具有
织造背衬，该织造背衬具有第一主表面、第二主表面和从所述第一主表面延伸至所述第二主表面的多个开口；
磨料层，该磨料层被固定到所述背衬的所述第一主表面的至少一部分上，并且该磨料层包含多个垂直定向的磨粒和至少一种粘结剂；以及
多孔附着界面，该多孔附着界面被贴附到所述背衬的所述第二主表面上，并且该多孔附着界面具有两件式机械接合系统中的环部分；
其中所述磨料制品是多孔的。
15.权利要求14所述的磨料制品，其中所述的多孔附着界面包括非织造织物。
16.权利要求14所述的磨料制品，该磨料制品的格利孔隙度为不大于3秒/300立方厘米空气。
17.权利要求14所述的磨料制品，其中所述开口的总开口面积为所述第一主表面面积的至少50％。
18.一种制备磨料制品的方法，其包括
提供网状磨料，该网状磨料具有开口网眼背衬和磨料层，该开口网眼背衬具有第一主表面、第二主表面和从所述第一主表面延伸到所述第二主表面的多个开口，该磨料层被贴附到所述背衬的所述第一主表面的至少一部分上，并且该磨料层包含多个垂直定向的磨粒和至少一种粘结剂；以及
将多孔附着界面贴附到所述开口网眼背衬的所述第二主表面的至少一部分上，所述的多孔附着界面具有两件式机械接合系统中的环部分、并且与所述网状磨料相配合从而使得颗粒可以从所述磨料制品中流过。
19.权利要求18所述的方法，该方法还包括将所述磨料层固定到所述开口网眼背衬上。
20.权利要求18所述的方法，该方法还包括将粘合剂施加到所述开口网眼背衬的所述第二主表面的至少一部分上和所述多孔附着界面上。
全文摘要
本发明提供一种可允许空气和尘粒穿过的多孔磨料制品。所述磨料制品具有网状磨料和多孔附着界面。该网状磨料具有磨料层，该磨料层包含多个垂直定向的磨粒和至少一种粘结剂。该多孔附着界面与网状磨料相配合从而使得颗粒可以从该磨料制品中流过。
文档编号B24D11/02GK101115584SQ200580048028
公开日2008年1月30日 申请日期2005年12月29日 优先权日2004年12月30日
发明者爱德华·J·乌, 托马斯·W·兰博塞克, 柯蒂斯·J·施密特 申请人:3M创新有限公司