非织造磨料制品及其制备方法与流程

本公开广泛涉及非织造磨料制品及其制造方法和用途。

背景技术：

非织造磨料制品通常具有非织造幅材(例如，膨松有弹性的开孔式纤维非织造幅材)、磨料颗粒和粘结剂材料(通常称为“粘结剂”)，粘结剂将非织造幅材内的纤维互相粘结并将磨料颗粒固定到非织造幅材。非织造磨料制品的示例包括非织造磨料手垫与表面调理研磨盘和带，诸如由明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany,saintpaul,minnesota)以商品名scotch-brite出售的那些。

非织造磨轮是非织造磨料制品的另一种类型。非织造磨轮的示例包括回旋磨轮(围绕芯螺旋地卷绕非织造磨料幅材)以及一体式磨轮(形成叠堆的一个或多个单独的圆盘状非织造幅材)。非织造磨轮也可以商品名scotch-brite得自明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany,saintpaul,minnesota)。

在一种制造方法中，非织造纤维幅材用粘结剂前体材料涂覆。接下来，磨料颗粒粘附到粘结剂前体材料，然后将其固化以将磨料颗粒固定到纤维幅材。

历史上，使用各种涂覆技术制造了膨松有弹性的开孔式非织造磨料制品。例如，在美国专利2,958,593(hoover等人)，通过喷雾施加包含粘结剂、溶剂和磨料颗粒的溶液的相对稀释的浆料制造非织造磨料制品。在另一种方法中，磨料颗粒可通过如在pct国际公布号wo2014/137972a1(kaur等人)中所述的滴涂法施加。

u.s.6,017,831(beardsley等人)描述了另一涂覆技术，其中将细磨料颗粒的均匀分散的云沉积(优选地通过重力沉降)到粘结剂前体涂覆的纤维上。在u.s.7,393,371(o'gary等人)中描述了使用静电涂覆使磨料颗粒取向并将它们粘结到膨松有弹性的非织造材料。

技术实现要素：

尽管有上述公开内容，但是本发明人出人意料地发现，在合适的条件下，可沿非织造纤维幅材的纤维连续涂覆磨料片状物，使得所述磨料片状物被布置为单层(优选地密集堆积)，其中磨料颗粒在所有方向上绕纤维轴线垂直地延伸。

在第一方面，本公开提供了一种非织造磨料制品，该非织造磨料制品包括：

非织造磨料制品，该非织造磨料制品包括：

膨松有弹性的开孔式非织造纤维幅材，该幅材包含缠结纤维；以及

磨料片状物，该磨料片状物通过至少一种粘结剂材料而被固定到该缠结纤维，并且

其中将大部分磨料片状物分别以沿边方式粘结至缠结纤维中的至少一者。

根据本公开的非织造磨料制品可具有手垫、地板垫、表面调理垫、片轮、盘、带的形式；或转化成一体式或回旋磨轮。

在第二方面，本公开提供一种制备磨料制品的方法，该方法包括以下步骤：

i)提供包含多个缠结纤维的膨松有弹性的开孔式非织造纤维幅材；

ii)用第一可固化粘结剂前体涂覆膨松有弹性的开孔式非织造纤维幅材的至少一部分以提供经涂覆的纤维幅材；

iii)在第一可固化粘结剂前体的至少一部分上静电沉积多个磨料片状物；以及

iv)至少部分地固化第一可固化粘结剂前体，

其中大部分磨料片状物分别以沿边方式各自粘结至缠结纤维中的至少一者。

在某些优选实施方案中，该方法还包括用第二可固化粘结剂前体涂覆第一可固化粘结剂前体和磨料片状物的至少一部分，并且至少部分地固化第二粘结剂前体。

出人意料地和有利地，根据本公开的非织造磨料制品与磨料领域中典型的常规非织造磨料制品相比表现出优异的研磨性能。

如本文所用：

关于粘结到纤维的磨料片状物的术语“以沿边方式粘结”意指磨料片状物主要通过其外围边缘粘结到纤维。

关于粘结到纤维的磨料片状物的术语“密集堆积”意指大部分磨料片状物(例如，至少50％、至少60％，或甚至至少75％)与相邻的磨料片状物间隔开小于相邻的磨料片状物的宽度的距离。

术语“正交”意指形成75度至105度(优选地80度至100度，并且更优选地85度至95度)的角度。

术语“磨料片状物”是指类似于微小扁平体和/或薄片的磨料颗粒(无论是随机压碎、有意地成型和/或模制(例如，薄截顶三棱锥)或其它)，其特征在于厚度基本上小于宽度和长度。磨料片状物通常具有限定磨料片状物的长度和宽度的两个相对的主侧面，并且其中厚度设置在两个相对的主侧面之间，沿包括至少一条线和/或至少一个表面的外围边缘连接。例如，厚度可以小于长度和/或宽度的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9，或甚至小于1/10。

术语“长度”是指物体的最长尺寸。

术语“宽度”是指垂直于长度的物体的最长尺寸。

术语“厚度”是指垂直于长度和宽度的剩余的尺寸。

在考虑具体实施方式以及所附权利要求书之后，将进一步理解本公开的特征和优点。

附图说明

图1a为示例性非织造磨料制品100的透视图。

图1b为在图1a中示出的非织造磨料制品100的区域1b的放大视图。

图2为示例性回旋磨轮200的透视图。

图3为示例性一体式磨轮300的透视图。

图4至图15为在下文实施例部分中制备的非织造磨料制品的显微照片。

在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开相同或类似的特征或元素。应当理解，本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其它的修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。

具体实施方式

可以用含有超级磨粒(诸如，金刚石或立方晶硝化硼磨粒)的膨松有弹性的、纤维状的、粘结的非织造片材或幅材来制备非织造磨轮，诸如，一体式磨轮和回旋磨轮。可通过包括在非织造纤维幅材上或贯穿整个非织造纤维幅材涂覆通常为浆液形式的可固化粘结剂前体的方法来制造此类片材或幅材。在一体式磨轮或回旋磨轮的形成中，通常相对于在膨松有弹性的开孔式非幅材制品中使用的非织造纤维幅材压缩非织造纤维幅材(即，使其致密)。

在磨料领域已知的是适于使用的非织造纤维幅材。通常，非织造纤维幅材包括缠结的纤维幅材。该纤维可包括连续纤维、短纤维或它们的组合。例如，纤维幅材可包括长度为至少约20毫米(mm)、至少约30mm或至少约40mm并且小于约110mm、小于约85mm或小于约65mm的短纤维，尽管也可使用更短和更长的纤维(例如，连续原丝)。纤维可具有至少约1.7分特(dtex，即，克/10000米)、至少约6dtex，或至少约17dtex，并且小于约560dtext、小于约280dtex，或小于约120dtex的细度或线密度，尽管也可以使用具有更小和/或更大线密度的纤维。具有不同线密度的纤维的混合物可用于例如提供磨料制品，所述磨料制品在使用时将会产生尤其优选的表面光洁度。如果使用纺粘非织造物，那么原丝可以具有大得多的直径，例如，直径高达2mm或更大。

可以使用例如常规的气纺、梳理成网、缝编、纺粘、湿法成网和/或熔喷工序制成纤维幅材。气纺纤维幅材可使用诸如例如以商品名randowebber购自纽约州马其顿的兰多机械公司(randomachinecompany,macedon,newyork)的设备来制备。

通常选择如下的非织造纤维幅材：与粘附粘合剂和磨粒相容，同时还与制品的其它组分相容，并且通常可经受加工条件(例如，温度)，诸如，施用和固化可固化粘结剂前体期间采用的那些加工条件。可挑选该纤维，以影响磨料制品的特性，诸如例如为柔韧性、弹性、耐久性或保质期、磨损性以及精加工特性。可为合适的纤维的示例包括天然纤维、合成纤维以及天然纤维和/或合成纤维的混合物。合成纤维的示例包括由聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、尼龙(例如，六亚甲基己二酰胺、聚己内酰胺)、聚丙烯、丙烯腈(即，丙烯酸类树脂)、人造丝、醋酸纤维素、聚偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物、以及氯乙烯-丙烯腈共聚物制成的那些。合适的天然纤维的示例包括棉花、羊毛、黄麻和大麻。纤维可为天然的材料或例如从服装碎料、地毯制造、纤维制造或纺织物加工中回收的再循环材料或废料。纤维可为同质的或复合的，诸如，双组分纤维(例如，共纺皮-芯型纤维)。这些纤维可以是拉伸的和卷曲的，但是也可为连续原丝，诸如通过挤出工艺形成的那些原丝。也可以使用纤维的组合。

在用粘结剂前体组合物涂覆和/或浸渍之前，当任何涂覆(例如，用可固化粘结剂前体或任选的预粘结树脂涂覆)之前测量时，非织造纤维幅材通过具有至少约50克/平方米(gsm)、至少约100gsm，或至少约150gsm；和/或小于约600gsm、小于约500gsm或小于约400gsm的单位面积重量(即，基重)，尽管也可以使用更大和更小的基重。此外，在用可固化粘结剂前体浸渍之前，纤维幅材通常具有至少约3mm、至少约6mm或至少约10mm；和/或小于约100mm、小于约50mm或小于约25mm的厚度，但更大和更小的厚度也是可用的。

很多情况下，如磨料领域已知的，在用可固化粘结剂前体涂覆之前向非织造纤维幅材施用预粘结树脂是可用的。例如，预粘结树脂用于在处理期间帮助保持非织造纤维幅材的完整性，并且也可有利于氨基甲酸酯基料粘结到非织造纤维幅材。预粘结树脂的示例包括酚醛树脂、聚氨基甲酸酯树脂、皮胶、丙烯酸类树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂以及它们的组合。通常将以此方式使用的预粘结树脂的量调节为符合在纤维的交叉接触点处将纤维粘结在一起的最小量。在其中非织造纤维幅材包括可热粘结纤维的那些情况下，非织造纤维幅材的热粘结也可在加工期间有助于保持幅材的整体性。

在包括膨松有弹性的开孔式非织造纤维幅材的那些非织造磨料制品中(例如，手垫与表面调理盘和带、片轮或用于制备一体式或回旋磨轮的非织造磨料幅材)，基本上未由粘结剂和磨料颗粒填充的在相邻纤维之间的许多间隙，导致极低密度的复合结构在许多相对大的连通空隙上具有网络。所得的轻质、膨松有弹性的、非常开放的纤维构造实质上是基本上不堵塞并且非填充的，特别是当与液体诸如水和油一起使用时。这些结构也可在用清洁液体简单的冲洗时容易地清洁，干燥并且放置相当长的一段时间，然后再利用。为了达到这些目的，这些非织造磨料制品中的空隙可由复合结构占总空间的至少约75％，并且优选地更多。

合适的可固化粘结剂前体(例如，适用于第一可固化粘结剂前体和/或第二可固化粘结剂前体)的示例包括甲阶酚醛树脂、酚醛环氧树脂、环氧树脂、可聚合丙烯酸单体低聚物和聚合物、醇酸树脂、氰酸酯树脂、氨基塑料树脂、尿素甲醛树脂、氨基甲酸酯树脂(单组分和双组分)以及它们的组合。根据所选择的可固化粘结剂前体体系，还可存在适当的固化剂(例如，交联剂、催化剂或引发剂)。合适的此类固化剂的选择和量在磨料领域是众所周知的。

可固化粘结剂组合物可含有各种添加剂。例如，一种或多种常规树脂填料(例如，碳酸钙或细纤维)、一种或多种润滑剂(例如，硬脂酸的碱金属盐和轻质石油)、一种或多种助磨剂(例如，氟硼酸钾)、一种或多种润湿剂或一种或多种表面活性剂(例如，月桂基硫酸钠)、一种或多种消泡剂、一种或多种颜料、一种或多种染料、一种或多种杀生物剂、一种或多种偶联剂(例如，有机硅烷)、一种或多种增塑剂(例如，聚亚烷基多元醇或邻苯二甲酸酯)、增稠剂以及它们的组合。通常，可固化粘结剂前体将包括至少一种溶剂(例如，异丙醇、甲基乙基酮、水)，以便于在非织造纤维幅材上的可固化粘结剂前体的涂覆，但这不是必须的。

在一些实施方案中，可固化粘结剂前体为氨基甲酸酯预聚物。可用的氨基甲酸酯预聚物的示例包括多异氰酸酯及其封端形式。通常，在环境条件(例如，在约20℃至约25℃范围内的温度)下，封端多异氰酸酯基本上不与异氰酸酯反应性化合物(例如，胺、醇、硫醇等)反应，但在施加足够的热能时，封端剂被释放，从而产生异氰酸酯官能团，该官能团与胺固化剂反应以形成共价键。

可用的多异氰酸酯包括：例如脂族多异氰酸酯(例如，六亚甲基二异氰酸酯或三甲基六亚甲基二异氰酸酯)；脂环族多异氰酸酯(例如，氢化苯二亚甲基二异氰酸酯或异佛乐酮二异氰酸酯)；芳族多异氰酸酯(例如，甲苯二异氰酸酯或4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯)；前述多异氰酸酯中的任何多异氰酸酯与多元醇(例如，二元醇、低分子量的含羟基集团的聚酯树脂和/或水)的加合物；前述多异氰酸酯(例如，异氰脲酸酯、缩二脲)的加合物；以及它们的混合物。

可用的市售多异氰酸酯包括例如以商品名adiprene从康涅狄格州米德伯的科聚亚公司(chemturacorporation,middlebury,connecticut)商购获得的那些(例如，adiprenel0311、adiprenel100、adiprenel167、adiprenel213、adiprenel315、adiprenel680、adiprenelf1800a、adiprenelf600d、adiprenelfp1950a、adiprenelfp2950a、adiprenelfp590d、adiprenelw520和adiprenepp1095)；以商品名mondur购自宾夕法尼亚州匹兹堡的拜耳公司(bayercorporation,pittsburgh,pennsylvania)(例如，mondur1437、mondurmp-095或mondur448)的多异氰酸酯；以及以商品名airthane和versathane购自宾夕法尼亚州阿伦敦的空气化工产品公司(airproductsandchemicals,allentown,pennsylvania)(例如，airthaneapc-504、airthanepst-95a、airthanepst-85a、airthanepet-91a、airthanepet-75d、versathaneste-95a、versathaneste-p95、versathanests-55、versathanesme-90a和versathanems-90a)的多异氰酸酯。

为延长适用期，多异氰酸酯诸如例如上面提及的那些可根据本领域已知的各种技术用封端剂封端。示例性封端剂包括：酮肟(例如，2-丁酮肟)；内酰胺(例如，ε-己内酰胺)；丙二酸酯(例如，丙二酸二甲酯和丙二酸二乙酯)；吡唑(例如，3,5-二甲基吡唑)；包括叔醇的醇类(例如，叔丁醇或2,2-二甲基戊醇)、酚类(例如，烷基化苯酚)，以及如前述的醇类的混合物。

示例性的可用的可商购获得的封端多异氰酸酯包括以商品名adiprenebl11、adiprenebl16、adiprenebl31、adiprenebl46和adiprenebl500由科聚亚公司(chemturacorporation)销售的那些；以及以商品名trixene(例如，trixenebl7641、trixenebl7642、trixenebl7772和trixenebl7774)由英格兰阿克林顿的巴辛顿化学有限公司(baxendenchemicals,ltd.,accrington,england)销售的封端多异氰酸酯。

通常，基于可固化粘结剂前体的总重量计，在可固化粘结剂前体中存在的任何氨基甲酸酯预聚物的量为10重量％至40重量％，更典型地为15重量％至30重量％，并且甚至更典型地为20重量％至25重量％，尽管也可以使用这些范围之外的量。

用于氨基甲酸酯预聚物的示例性固化剂包括芳族、烷基-芳族或烷基多官能胺，优选伯胺。可用的胺固化剂的示例包括：4,4'-亚甲基二苯胺；具有2.1至4.0的官能度的聚合亚甲基二苯胺，其包括以商品名curithane103从陶氏化学公司(dowchemicalcompany)和以商品名mda-85从宾夕法尼亚州匹兹堡的拜耳公司(bayercorporation,pittsburgh,pennsylvania)商购获得的那些已知的聚合亚甲基二苯胺；1,5-二胺-2-甲基戊烷；三(2-胺乙基)胺；3-氨甲基-3,5,5-三甲基环己胺(即，异佛乐酮二胺)、三亚甲基二醇二-对氨基苯甲酸酯、双(邻氨基苯硫基)乙烷、4,4'-亚甲基双(二甲基邻氨基苯甲酸盐)、双(4-氨基-3-乙基苯基)甲烷(例如，以商品名kayahardaa由日本东京的日本化药株式会社(nipponkayakucompany,ltd.,tokyo,japan)销售)，以及双(4-氨基-3,5-二甲基苯基)甲烷(例如，以商品名lonzacurem-dea由瑞士巴塞尔的龙沙有限公司(lonza,ltd.,basel,switzerland)销售)；以及它们的混合物。如果需要，例如可将一种或多种多元醇添加至可固化粘结剂前体以如预期用途所要求更改(例如，延迟)固化速率。胺固化剂应以有效固化封端多异氰酸酯至预期应用需要的程度的量(即，有效量)存在；例如，胺固化剂可以以固化剂与异氰酸酯(或封端异氰酸酯)的化学计量比在0.8至1.35的范围内存在；例如，在0.85至1.20的范围内，或者在0.90至0.95的范围内，尽管也可使用这些范围以外的化学计量比。

根据本发明制备非织造磨料制品的一种方法包括以下顺序的步骤：将预粘结涂层施用到非织造纤维幅材(例如，通过辊涂或喷涂)、固化预粘结涂层、用具有第一可固化粘结剂前体的底漆层前体(例如，通常称为“底胶”，通过辊涂或喷涂)浸渍非织造纤维幅材、将磨料颗粒施用到可固化粘结剂前体，任选地在底漆层前体和磨料颗粒(通常称为“面涂层”或“面漆层前体”)上施用第二可固化粘结剂前体(其可相同或不同)，并且然后固化一种或多种可固化的粘结剂前体。

在底漆层前体(和任选的面漆层前体)中的可固化粘结剂前体的量通常应足以使磨料片状物牢固地粘附到在最终制品中的非织造纤维幅材，但不会如此大，以致可观量的磨料片状物(例如，小于10％、小于5％、小于2％)沉积在其它磨料片状物的顶部上以形成双层。在一些实施方案中，一种或多种可固化粘结剂前体(不包括可能存在的任何溶剂)优选地以25克/平方米(gsm)至1000gsm，更优选地100gsm至1000gsm，并且甚至更优选地75gsm至750gsm的量涂覆到非织造纤维幅材上，尽管也可以使用这些范围之外的值。

可用的磨料片状物可以是压碎操作的结果(例如，已经对形状和尺寸进行分类的压碎的磨料颗粒)或成型操作的结果(即，成型的磨料片状物)，其中磨料前体材料成型(例如，模制)、干燥并转化成陶瓷材料。还可使用由压碎产生的磨料片状物与由成型操作产生的磨料片状物的组合。磨料片状物可为例如单个颗粒、凝聚物、复合颗粒以及它们的混合物的形式。

磨料片状物应具有足够的硬度和表面粗糙度以在研磨工艺中用作压碎的磨料颗粒。优选地，磨料片状物具有至少4、至少5、至少6、至少7或甚至至少8的莫氏硬度。

压碎的磨料片状物可通过已知方法从商业来源获得，和/或通过形状分类压碎的磨料颗粒获得；例如，使用如本领域已知的形状分类表。

可包括在根据本公开的非织造磨料制品中的合适的磨料颗粒(包括磨料片状物和任选的块状或针状磨料颗粒)包括压碎的磨料颗粒，其包含：熔融氧化铝、经热处理的氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料，诸如以3mceramicabrasivegrain从美国明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany,st.paul,minnesota)商购获得的那些、棕色氧化铝、蓝色氧化铝、碳化硅(包括绿色碳化硅)、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、石榴石、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、锆刚玉、氧化铁、氧化铬、氧化锆、二氧化钛、氧化锡、石英、长石、燧石、金刚砂、溶胶-凝胶法来源的磨料颗粒(例如，α-氧化铝)，以及它们的组合。磨料片状物可与其分离的溶胶-凝胶法来源的磨料颗粒及其制备方法的示例可见于美国专利4,314,827(leitheiser等人)；4,623,364(cottringer等人)；4,744,802(schwabel)；4,770,671(monroe等人)和4,881,951(monroe等人)中。还可以设想，磨料颗粒可包括磨料团聚物，诸如例如在美国专利4,652,275(bloecher等人)或4,799,939(bloecher等人)中描述的那些。在一些实施方案中，磨料颗粒可用偶联剂(例如，有机硅烷偶联剂)进行表面处理或进行其它物理处理(例如，氧化铁或氧化钛)以提高压碎的磨料颗粒与粘结剂的粘附性。磨料颗粒可在它们与粘结剂结合之前进行处理，或者它们可通过将偶联剂包括到粘结剂中进行原位表面处理。

优选地，磨料颗粒(并且尤其磨料片状物)包含陶瓷磨料颗粒，诸如例如溶胶-凝胶法来源的多晶α-氧化铝颗粒。由α-氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六铝酸盐的微晶构成的陶瓷磨料颗粒可根据在例如美国专利5,213,591(celikkaya等人)和美国公布专利申请2009/0165394a1(culler等人)和2009/0169816a1(erickson等人)中描述的方法使用溶胶-凝胶前体α-氧化铝颗粒来制备。

关于制备溶胶-凝胶法来源的磨料颗粒的方法的更多详细信息可见于例如美国专利4,314,827(leitheiser)、5,152,917(pieper等人)、5,435,816(spurgeon等人)、5,672,097(hoopman等人)、5,946,991(hoopman等人)、5,975,987(hoopman等人)和6,129,540(hoopman等人)；以及美国公布专利申请2009/0165394al(culler等人)中。

大部分磨料颗粒为磨料片状物。磨料片状物优选地包含在非织造磨料制品中包括的磨料颗粒的总重量的至少50重量％，优选地至少55重量％、至少60重量％、至少65重量％、至少70重量％、至少75重量％、至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％、至少95重量％、至少99重量％，或甚至100重量％，尽管这不是必须的。

在一些优选的实施方案中，可用的磨料颗粒(尤其就磨料片状物而言)可为成型的磨料颗粒，可见于美国专利5,201,916(berg)、5,366,523(rowenhorst(re35,570))和5,984,988(berg)中。美国专利8,034,137(erickson等人)描述了已形成特定形状的氧化铝磨料颗粒，然后将其压碎以形成碎片，该碎片保持其初始形状特征的一部分。在一些实施方案中，成型的α-氧化铝颗粒为精确成型颗粒(即，颗粒具有的形状至少部分地由用于制备它们的生产工具中的腔体的形状确定)。关于此类磨料颗粒及其制备方法的详细信息可见于例如美国专利8,142,531(adefris等人)、8,142,891(culler等人)和8,142,532(erickson等人)；以及美国专利申请公布2012/0227333(adefris等人)、2013/0040537(schwabel等人)和2013/0125477(adefris)中。

在磨料颗粒上的表面涂层可用于改善磨料制品中压碎的磨粒和粘结剂之间的粘附力，或可用于帮助磨料颗粒的静电沉积。在一个实施方案中，可使用如美国专利5,352,254(celikkaya)中描述的表面涂层，相对于磨料颗粒的重量，表面涂层的量为0.1％至2％。此类表面涂层在美国专利5,213,591(celikkaya等人)；5,011,508(wald等人)；1,910,444(nicholson)；3,041,156(rowse等人)；5,009,675(kunz等人)；5,085,671(martin等人)；4,997,461(markhoff-matheny等人)和5,042,991(kunz等人)中有所描述。另外，表面涂层可以防止成型的磨粒被封堵。“封堵”这一术语用来描述来自正在研磨的工件的金属磨料颗粒被焊接到磨料颗粒顶部的现象。执行上述功能的表面涂层对本领域的技术人员而言是已知的。

可选择磨料片状物以具有在0.1微米至3.5毫米(mm)，更典型地0.05mm至3.0mm，并且更典型地0.1mm至2.6mm的范围内的长度和/或宽度，尽管也可使用其它长度和宽度。

可选择磨料片状物以具有在0.1微米至1.6mm，更典型地1微米至1.2mm的范围内的厚度，尽管也可使用其它厚度。在一些实施方案中，薄片状压碎的磨料颗粒可具有至少2、3、4、5、6或更大的纵横比(长度对厚度)。

在一些优选的实施方案中，磨料片状物包括由两者间设置有多个侧壁的上表面和下表面界定的成型的磨料片状物。示例包括成型为截头三棱柱或截头三角锥的片状物。

磨料片状物的长度、宽度和厚度可根据需要基于单个或平均来测定。合适的技术可包括根据测试方法iso13322-2：2006“粒度分析-图像分析方法-第2部分：动态图像分析法(particlesizeanalysis--imageanalysismethods--part2:dynamicimageanalysismethods)”检测和测量单个颗粒，以及使用自动图像分析技术(例如，使用动态图像分析仪，诸如来自德国哈恩的莱驰技术公司(retschtechnologygmbh,haan,germany)的camsizerxt图像分析仪)。

优选地，磨料片状物标称具有相同的尺寸和形状，尽管这不是必须的。

合适的磨料颗粒(包括磨料片状物以及其它形状)可根据磨料行业公认的规定标称等级被独立地按尺寸大小分类。示例性磨料行业认可的分级标准包括由ansi(美国国家标准学会)、fepa(欧洲磨料制造者联盟)和jis(日本工业标准)颁布的那些标准。ansi等级名称(即规定的标称等级)包括例如：ansi4、ansi6、ansi8、ansi16、ansi24、ansi36、ansi46、ansi54、ansi60、ansi70、ansi80、ansi90、ansi100、ansi120、ansi150、ansi180、ansi220、ansi240、ansi280、ansi320、ansi360、ansi400和ansi600。fepa等级名称包括f4、f5、f6、f7、f8、f10、f12、f14、f16、f16、f20、f22、f24、f30、f36、f40、f46、f54、f60、f70、f80、f90、f100、f120、f150、f180、f220、f230、f240、f280、f320、f360、f400、f500、f600、f800、f1000、f1200、f1500和f2000。jis等级名称包括jis8、jis12、jis16、jis24、jis36、jis46、jis54、jis60、jis80、jis100、jis150、jis180、jis220、jis240、jis280、jis320、jis360、jis400、jis600、jis800、jis1000、jis1500、jis2500、jis4000、jis6000、jis8000和jis10,000。

另选地，压碎的磨料颗粒可使用符合astme-11“针对测试目的的筛布和筛的标准规格”(standardspecificationforwireclothandsievesfortestingpurposes)的美国标准试验筛被分级为标称筛选等级。astme-11规定了测试筛的设计和构造需求，所述测试筛利用安装在框架中的织造筛布为介质根据指定的颗粒尺寸对材料进行分类。典型名称可以表示为-18+20，其意指压碎的磨料颗粒通过符合18目筛的astme-11规范的试验筛，并且保留在符合20目筛的astme-11规范的试验筛上。在一个实施方案中，压碎的磨料颗粒具有这样的粒度：使得大部分颗粒通过18目试验筛并且可保留在20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目试验筛上。在各种实施方案中，压碎的磨料颗粒可具有下列标称筛选等级：-18+20、-20/+25、-25+30、-30+35、-35+40、5-40+45、-45+50、-50+60、-60+70、-70/+80、-80+100、-100+120、-120+140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325、-325+400、-400+450、-450+500或-500+635。另选地，可以使用诸如-90+100的定制目尺寸。

通常，对于磨料颗粒的涂覆量(与可固化粘结剂前体中的其它成分无关)可取决于(例如)所使用的具体粘结剂、施用磨料颗粒的工艺以及磨料颗粒的尺寸。例如，非织造纤维幅材上的磨料颗粒的涂覆量(在任何压缩之前)可为至少100克/平方米(gsm)、至少600gsm或至少800gsm；和/或小于3000gsm、小于约2000gsm或小于约1000gsm，尽管也可使用较大或较小的涂覆量。静电涂覆用于将磨料片状物施用到底胶处理的非织造纤维幅材。在静电涂覆期间，静电荷被施用到磨料颗粒，并且这在颗粒和电接地的非织造幅材之间产生电势差。电势差将磨料颗粒吸引到非织造幅材。静电涂覆趋于使磨料颗粒取向，这趋于引起更好的研磨性能。

一种可用的静电涂覆设备具有通过静电场移动的传送带。涂覆机将底漆层前体涂层施用到非织造纤维幅材上，非织造纤维幅材沿引导非织造幅材的幅材路径通过传送带上方的静电场。颗粒喂料机施用磨料颗粒以在传送带上形成磨料颗粒的层。在传送带将颗粒层移动通过静电场时，磨料颗粒从传送带向上传递到底漆层前体涂覆的非织造纤维幅材。关于如施用以制造涂覆的磨料颗粒的此类型的颗粒涂覆工艺的其它细节可见于美国专利us8,869,740b2(moren等人)，不同的是非织造纤维幅材应被背衬取代。

所得构造暴露于足以硬化底漆层前体的条件。关于对于特定粘结剂前体涂覆的非织造纤维幅材的电压和沉积速率的细节可由本领域技术人员容易地确定。可朝向粘结剂前体涂覆的非织造纤维幅材的一侧或两侧进行静电涂覆。还可使用静电涂覆的其它方法，诸如使用常规喷涂方法将颗粒朝向非织造幅材喷射，然后通过施用的静电荷使颗粒在纤维上取向。

此时，面漆层前体可任选地施用在底漆层前体和磨料颗粒(例如，磨料片状物)片状物的至少一部分上。面漆层前体包含可与底漆层前体相同或不同的第二可固化粘结剂前体。例如，用于底漆层前体中的任何材料还可用于面漆层前体中。同样，用于底漆层前体的工艺条件还可用于涂覆和固化面漆层前体以形成在底漆层和磨料颗粒的至少一部分上设置的面漆层。所得构造暴露于足以硬化面漆层前体的条件。

由于静电涂覆工艺(其通常与控制粘结剂前体的量组合以避免过量)，磨料片状物可取向使得磨料片状物与其所粘结的相应的至少一个纤维正交。此外，在至少一些实施方案中，磨料片状物可被布置成使得磨料片状物基本上正交于其所粘结的至少一个纤维(即，与纤维形成70度至110度，优选地80度至100度的角度)。

本发明人已经发现，常规的电喷雾方法对于实践本公开通常是低效的。

非织造磨料制品100的示例性实施方案在图1a和图1b中示出。膨松有弹性的开孔式低密度纤维幅材110由通过粘结剂120保持在一起的缠结的原丝115形成。磨料片状物140通过粘结剂120而被固定到在原丝115的暴露表面上的纤维幅材110。大部分磨料片状物140与其所粘结的至少一个纤维正交取向，引起切割点150相对于纤维向外取向。

可例如在面漆层前体已经施用到底漆层和磨料颗粒并且部分地固化之后，通过在张力下围绕芯构件(例如，管状或棒状芯构件)卷绕非织造纤维幅材，由此使得浸渍的非织造纤维层变得压缩，然后完全固化面漆层前体，来制备回旋磨轮。回旋磨轮200在图2中示出，其中非织造纤维幅材210涂覆有粘结剂，该粘结剂将磨料颗粒(例如，如在图1a和图1b中)固定到分层的非织造纤维幅材，并且将分层的非织造纤维幅材210的层彼此粘结。非织造纤维幅材210围绕芯构件230螺旋地设置并且附接于芯构件230。如果需要，在使用之前可以例如使用磨料领域已知的方法打磨回旋磨轮，以去除表面不平整的地方。

相似地，一体式磨轮可例如与回旋轮一样制成，不同的是代替卷绕面漆层前体涂覆的幅材，其在固化之前堆叠并压缩。在图3中示出了一体式非织造磨轮300，其具有已被压缩并固化的多个非织造磨料层310。在固化可固化粘结剂前体之后，可以冲切所得的熔融块，以形成具有中心孔320的磨轮。

当在制造磨轮的过程中压缩已被浸渍过的非织造纤维幅材的层时，一个或多个层通常被压缩，以形成密度为各层在其未被压缩状态下的密度的1至10倍的块。然后，所述块通常在高温下(例如，在135℃下)经受热模铸(例如，持续2小时至20小时)，这通常根据所选择的可固化粘结剂前体和块/卷尺寸。

除上述磨轮之外，根据本公开制备非织造磨料制品的方法可用于制备例如手垫、地板垫、片轮、表面调理垫、盘和带。

与非织造磨料制品、磨轮以及它们的制造方法相关的其它细节可见于例如美国专利2,958,593(hoover等人)；5,591,239(larson等人)；6,017,831(beardsley等人)；以及美国专利申请公布2006/0041065a1(barber,jr.)中。

本公开的精选实施方案

在第一实施方案中，本公开提供了一种非织造磨料制品，所述非织造磨料制品包括：

膨松有弹性的开孔式非织造纤维幅材，所述幅材包含缠结纤维；以及

磨料片状物，所述磨料片状物通过至少一种粘结剂材料而被固定到所述缠结纤维，并且

其中将大部分所述磨料片状物分别以沿边方式粘结至所述缠结纤维中的至少一者。

在第二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案所述的非织造磨料制品，其中所述磨料制品包括三角形成型的磨料片状物。

在第三实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案或第二实施方案所述的非织造磨料制品，其中将所述磨料片状物沿所述缠结纤维的长度密集堆积。

在第四实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第三实施方案中任一项所述的非织造磨料制品，其中所述非织造磨料制品包括：手垫；地板垫；片轮；或表面调理垫、盘或带。

在第五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第四实施方案中任一项所述的非织造磨料制品，其中所述磨料片状物标称具有相同的尺寸和形状。

在第六实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第五实施方案中任一项所述的非织造磨料制品，其中大部分所述磨料片状物被布置成使得所述磨料片状物与其所粘结的所述缠结纤维正交。

在第七实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第六实施方案中任一项所述的非织造磨料制品，其中所述磨料片状物包括成型的磨料片状物，所述成型的磨料片状物由上表面和下表面以及设置在所述上表面和所述下表面之间的多个侧壁界定。

在第八实施方案中，本公开提供了一种回旋非织造磨轮，所述回旋非织造磨轮包括螺旋地卷绕的和压缩的根据第一实施方案至第七实施方案中任一项所述的非织造磨料制品。

在第九实施方案中，本公开提供了一种制备磨料制品的方法，所述方法包括以下步骤：

i)提供包含多个缠结纤维的膨松有弹性的开孔式非织造纤维幅材；

ii)用第一可固化粘结剂前体涂覆所述膨松有弹性的开孔式非织造纤维幅材的至少一部分以提供经涂覆的纤维幅材；

iii)在所述第一可固化粘结剂前体的至少一部分上静电沉积多个磨料片状物；以及

iv)至少部分地固化所述第一可固化粘结剂，

其中大部分所述磨料片状物分别以沿边方式各自粘结至所述缠结纤维中的至少一者。

在第十实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案所述的方法，所述方法还包括用第二可固化粘结剂前体涂覆所述第一可固化粘结剂前体和所述磨料片状物的至少一部分，并且至少部分地固化所述第二粘结剂前体。

在第十一实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案或第十实施方案所述的方法，所述方法还包括将所述非织造磨料幅材转化成下列中的至少一个：至少一个手垫；至少一个地板垫；至少一个片轮；或至少一个表面调理垫、盘或带。

在第十二实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案或第十实施方案所述的方法，所述方法还包括：

v)将所述非织造磨料制品转化成回旋磨轮或一体式磨轮中的至少一个。

在第十三实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案至第十二实施方案中任一项所述的方法，其中所述磨料片状物包括三角形成型的磨料片状物。

在第十四实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案至第十三实施方案中任一项所述的方法，其中将所述磨料片状物沿所述缠结纤维的长度密集堆积。

在第十五实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案至第十四实施方案中任一项所述的方法，其中大部分所述磨料片状物被布置成使得所述磨料片状物与其所粘结的所述缠结纤维正交。

在第十六实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案至第十五实施方案中任一项所述的方法，其中所述磨料片状物包括成型的磨料片状物。

通过以下非限制性实施例，进一步说明了本公开的目的和优点，但是这些实施例中引用的具体材料及其量以及其它条件和细节不应被视为对本公开的不当限制。

实施例：

除非另外指明，否则在实施例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比率等均为以重量计。

材料

表1

取向测试

拍摄颗粒涂覆的幅材的表面的代表性区域的三张100x显微照片。然后检测显微照片以确定颗粒相对于幅材的纤维的定性取向。如果颗粒通过点或边缘粘结到纤维表面，则将其计数为径向取向的。如果颗粒在主面上粘结到纤维表面，则将其计数为切线取向的。此外，在每个颗粒的附接点，测量从纤维的中心到颗粒的远侧端部的距离。

轮磨损测试

将6英寸(15.24cm)直径0.5英寸(1.27cm)厚的测试轮安装在固定baldor三马力马达的心轴上。将2.0英寸(5.08cm)直径乘0.125英寸(3.175mm)厚的不锈钢管工件安装到附接到可移动滑架的slo-syn单相同步马达(ss700)上。使用slo-syn马达将工件设定为绕其纵向轴线以32rpm旋转，并使用baldor马达将磨轮设定为以3450rpm旋转。在8lb(3.6kg)或10lb(4.5kg)的可选择的负载下，将工件的端部抵靠圆周磨轮推压，同时围绕其纵向轴线旋转。在测试期间，预先称重的旋转管的端部在选择的测试负载下抵靠预先称重的轮推压持续15秒的间隔，接着是15秒的非接触时间。每次磨损测试总共运行30分钟，其中工件接触轮的总时间为15分钟。总切削量由工件的重量损失确定，并且轮磨损由磨轮的重量损失确定。对于在每个测试负载下每个测试轮，结果报告为以克计的切削量和磨损。

盘磨损测试

将待测试的3英寸(7.62cm)直径的非织造磨料盘安装在设置于x-y工作台上的3马力电动伺服马达，该工作台具有被固定到x-y工作台的测量为6英寸×14英寸×1/2英寸(150mm×360mm×13mm)的1018碳钢板。然后旋转工具被激活从而在无负载下以9000rpm旋转。然后以3lbs(1.4kg)负载相对于平板以5度角度推压磨料制品。所述工具然后设定为在-x方向上以4.7英寸/秒(120mm/s)的速率横贯12.53英寸(318.3mm)路径；接着在-y方向上以14.0英寸/秒(356mm/s)的速率横贯0.290英寸(7.35mm)路径；接着在+x方向上以4.7英寸/秒(120mm/s)的速率横贯12.53英寸(318.3mm)路径；接着在-y方向上以14.00英寸/秒(355.6mm/s)的速率横贯0.290英寸(7.35mm)路径。在x方向上该顺序被重复10次，总共20次穿过。在每个循环中完成20次此类沿着平板长度的穿过，总共8个循环。在每个循环之前和之后测量板的质量，并加在一起以计算8个循环结束时的累积质量损失(切削量)。在测试完成之前和之后称重盘(8个循环)以确定磨损。每个实施例的测试的样品的数目在表3中报告。

非织造纤维幅材的制备

在以商品名rando-webber从纽约州马其顿的兰多机器公司(randomachinecorporation,macedon,newyork)获得的气流成网纤维幅材成形机上形成非织造幅材。纤维幅材由25％64分特(58d)尼龙6,6纤维和75％78分特(70d)尼龙6纤维形成。幅材的重量为约415克/平方米(gsm)(99格令/24平方英寸)。非织造幅材通过针缝而被固定到织造织稀松布(16×16平织尼龙style6713531，北卡罗来纳州格林斯博罗的highlandindustries公司(highlandindustries,inc.,greensboro,nc)。将幅材传送到双辊涂覆机，在此以586gsm(140格令/24平方英寸)的干添加重量施用预粘结树脂。预粘结树脂具有以下组成(所有百分比都相对于组分重量)：54.1％pu3、19.9％cur2和26％pma。通过使经涂覆的幅材通过330℉(166℃)下的对流烘箱4.5分钟使预粘结树脂固化为非粘性状态，得到大约5.8mm厚度并且具有1147gsm(274格令/24平方英寸)基重的预粘结非织造幅材组合物。

比较例a

将由51％pr、46.8％水、2.1％pol和0.1％dyn组成的粘合剂喷雾到上述预粘结剂上，喷雾到210gsm湿添加。然后施用402gsm的sap1磨料颗粒以通过滴涂进行湿涂覆。然后在对流烘箱中将颗粒涂覆的幅材在88℃(190℉)下加热15分钟，在107℃(225℉)下加热15分钟，并且最终在163℃(325℉)下加热15分钟。通过取向测试评估所得的组合物。制备三个复制品。取向测试结果在表2和表3中报告。

比较例b

与比较例a相同地制备比较例b，不同的是粘合剂被喷雾到420gsm湿添加。取向测试结果在表2和表3中报告。

实施例1

与比较例a相同地制备实施例1，不同的是磨料颗粒通过静电涂覆施用。使颗粒与板接触，然后将其充电至11kv的电位。将颗粒抵抗重力静电转移到附接至接地板的幅材的粘合剂涂覆的表面。颗粒在静电场的力下垂直行进并沉积且径向取向到非织造幅材的单个纤维上。取向测试结果在表2和表3中报告。

实施例2

与实施例1相同地制备实施例2，不同的是，50％的磨料颗粒通过滴涂(首先)施用并且随后50％的磨料颗粒静电涂覆。取向测试结果在表2和表3中报告。

表2

表3

比较例c以及实施例3至实施例4

研磨盘

将由21.4重量％的pr、13.2重量％的pme、4.6重量％的ca、2.5重量％的al、0.9重量％的bc和57.4重量％的min组成的复胶层喷雾，以实现在比较例a以及实施例1和实施例2上的741gsm(177格令/24平方英寸)的湿添加，然后在163℃下固化15分钟。研磨盘分别被认为是比较例c以及实施例3和实施例4。通过盘磨损测试评估所得的组合物。制备两个复制品。测试结果记录在下表4中。

表4

如表2和表3所示，与比较例a和实施例1相比，用静电涂覆的颗粒的取向大于滴涂。实施例2示出了通过由每种方法施用一半的颗粒的滴涂和静电涂覆之间的取向量。比较例b示出了如何可通过提高树脂添加水平来影响取向百分比的益处，这允许由于大量的涂覆使颗粒落在纤维上。表4示出了碳钢上的对应的盘切割性能。在实施例3和实施例4中看到的高于比较例c的增加的取向转化成盘的增加的切削量。

实施例5至实施例6和比较例d至比较例e

在使用和不使用静电喷雾的情况下制备一体式非织造磨轮和回旋非织造磨轮。干燥喷雾矿物工艺仅使用空气将磨料颗粒推进到幅材上。静电工艺还使用空气推动磨料，但还经由喷枪(以商品名easyselectmanualpowdergunusingagemavolstaticcontrolbox从印第安那州印第安那波利斯的金马美国有限公司(gemausa,inc.,indianapolis,indiana)获得)出口端处的电极将电荷施加到颗粒上。

实施例5和比较例d

实施例5的一体式磨轮通过以下步骤制备：喷涂119g/m²24旦尼龙纤维气流法非织造幅材，其中30g/m²(干)的丙烯酸/聚氨酯粘结剂由38.9份a1、35.86份水、21.51份wu、3.07份a2、0.39份green、0.26份black、0.0002份df组成，随后在285华氏度加热6分钟。然后通过辊涂施用174g/m²(干)的底漆，其由57.8份pu1、12.14份cur、2.89份er1、15.03份kbf4、5.78份pma、2.89份list、2.31份silica和1.16份peg组成。然后通过静电喷雾施用593g/m²的sap2，随后在300华氏度下加热5分钟。然后通过辊涂机施用474g/m²的面漆树脂，其由55.59份pu2、7.73份cur、2.78份er1、22.79份pma、3.34份list、1.95份silica、1.11份peg、3.34份cast、0.56份er2和0.83份uva组成。将8层所得磨料组合物堆叠并放入模具中并压缩至0.5英寸(1.27cm)的厚度。将模具放置到240华氏度的烘箱中6小时，并且在取出后，将所得磨料块切割成最终密度为12g/英寸³(0.74g/cm³)的6英寸(15.24cm)直径的一体式轮。

与实施例5相同地制备比较例d，不同的是sap2通过气喷代替静电喷雾被施用。

实施例6和比较例e

与实施例5相同地制备实施例6，不同的是磨料幅材组合物通过在足够的张力下围绕1英寸(2.54cm)直径的酚醛芯缠绕432英寸(11m)而转化成回旋轮，以产生最终密度为12g/英寸³(0.74g/cm³)的6英寸(15.24cm)直径的轮。

与实施例6相同地制备比较例e，不同的是sap2通过气喷代替静电喷雾被施用。

使用上述轮磨损测试来测量性能。测试结果在表5中示出。和实施例5比较，比较例d的所得切削量对于8lb测试的切削量为1.3×高，对于10lb测试的切削量为1.7×高。与比较例e比较，实施例6的结果对于8lb测试的切削量为1.6×高，并且对于10lb测试的切削量为1.2×高。照片示出，当使用干矿物喷雾器施用时，在一体式构造中的sap2的尖端取向到不锈钢工件，并且当用静电工艺施用时，用于回旋构造的sap2的尖端取向到工件。

表5

以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。