一种涂附磨具的静电植砂方法及其应用与流程

本发明属于涂附磨具制造领域，具体涉及一种涂附磨具的稀植砂方法及其应用。

背景技术：

涂附磨具是将磨料用粘接剂均匀地涂覆在纸、布、化纤或其他复合材料等基底上的磨具。根据涂附磨具的形状可分为页状(如张页砂纸、砂布)、卷状(如砂带)、带状(如砂布套)、盘状(如钢纸砂盘)等。涂附磨具，如砂纸或砂带等，在磨削物品过程中会出现磨削屑堆积在磨具磨削表面，使得磨粒并没有严重磨损和脱落的情况下，磨具继续磨削加工能力下降，其原因是磨削屑的堵塞导致磨削效率下降。在加工易堵塞材料时，更是如此，往往导致一条完好的砂纸或砂带的使用寿命很短。

过去，解决上述问题的方法是在磨制过程中使用大量的冷却液，或用压缩空气吹，毛刷刷等。但有些材料的加工不宜用冷却液；冷却液在一些工作环境下易造成污染；压缩空气吹或毛刷刷等可能干扰磨制工作的连续性等。后来发展出了稀植砂型的磨料制品，尤其是针对机磨，可以制成各种规格的砂带或砂纸，粘贴、包辊或压附在一些特定的机床上进行磨加工。

目前砂纸或砂带等涂附磨具的涂覆方式主要是静电植砂，通过控制两极板间的电压，使磨料粘结到粘有胶液的基材上。图1示出了静电植砂的方法和装置示意图。植砂时，磨料颗粒落在光滑的皮带上，通过两极板之间的电压粘在具有底胶的基材上。对于静电植砂技术，通常会通过改变底胶层的量或组成、降低落砂量等方法实现稀植砂的效果。但是，实际生产中，落砂量是通过控制砂箱的间隙来实现的，当磨料颗粒粒径比较小时，单纯控制砂箱间隙的精度无法实现稀植砂，尤其是p1000以细的磨料。因此现有技术使用的植砂机控制落砂量的能力有限，采用该方法能够实现稀植砂的程度也有限。而通过控制底胶量来调整植砂量，则在底胶太少时，磨料粘结不牢，易掉砂，影响涂附磨具的品质。

因此，在涂附磨具领域，尤其是砂纸或砂带等的制造领域，仍然存在改进稀植砂技术的需求。

技术实现要素：

本发明提供一种涂附磨具的静电植砂方法，该方法包括如下步骤：

(1)以带有连续凹点的皮带作为植砂皮带，使磨料落在植砂皮带的凹点中且无溢出；

(2)静电植砂时，随皮带运动，凹点内的磨料在电场作用下分布在涂有底胶的基材上。

根据本发明的技术方案，所述凹点在皮带上规律连续分布呈阵列，使皮带上每个凹点都具有相同的周围环境，即，以一个向量来描述阵列中任意两个相邻凹点时，若将向量平行移动，则当向量一端落在阵列中某一凹点时，向量另一端必然落在阵列中另一相邻凹点上。例如，所述阵列的形式可以是正方形阵列、菱形阵列等。在本发明的一个实施方式中，所述阵列是正方形阵列，其中正方形的边长方向与皮带运行方向平行。在本发明的另一个实施方式中，所述阵列是正方形阵列，其中正方形的对角线方向与皮带运行方向平行。

优选，所述凹点阵列，使任一凹点到其相邻凹点的距离都是相同的。

所述凹点的横截面的形状不受限制，可以为圆形、多边形(例如：三角形、四边形、五边形、六边形等，可以是等边的，也可以是不等边的)或其它不规则形状。皮带上所有凹点可以是同一个形状，也可以是各种形状的集合。为皮带制造的便宜性，优选皮带上所有凹点的形状均为圆形或正方形或菱形等。

所述凹点的纵切面的形状可以是上下一样宽的，例如长方形或正方形，也可以是开口大底部小的，例如梯形，也可以是弧形的形状。

每个凹点的开口面积不做特别限定，只要保证皮带上所有凹点的开口面积的总面积，占皮带总面积的40-70％就能实现本发明的目的，例如可以为50-65％，示例性地占60％。本领域技术人员根据皮带总面积、凹点开口面积总和与皮带总面积的占比、凹点阵列密度，可以方便的计算并设计每个凹点的开口面积。当然，本领域技术人员可以理解，为了不妨碍静电植砂时，落在凹点内的磨料在电场中的运动，凹点的开口面积应至少大于所用磨料颗粒的投影面积。在本发明中，凹点的开口面积是指凹点开口在皮带表面的所述形状的面积。

所述凹点的开口尺寸根据使用的磨料粒度而定，但本领域技术人员可以理解，其应该至少大于所使用磨料的粒度，以使磨料能落入凹点内。当所用的磨料为混合磨料时，凹点的开口尺寸应能够容纳最大磨料的粒径。在本发明中，凹点的开口尺寸是指凹点开口在皮带表面的所述形状的最小径长。例如，如果凹点形状为圆形，则开口尺寸是所述圆形的直径；如果凹点形状为正方形，则开口尺寸是所述正方形的边长；如果凹点为不规则形状，则开口尺寸为该形状最窄处的长度。例如，对于粒度为p100的磨料，凹点的开口尺寸可以为150-200μm；对于p150的磨料，凹点的开口尺寸可以为90-120μm等。

根据本发明的技术方案，所述磨料可以选用任一常用粒度的磨料，优选细粒度磨料，例如p100及以细的磨料。在本发明的一些实施方式中，所述磨料是p320及以细的磨料，示例性地，磨料选用p320或p1000的磨料。凹点的开口尺寸与磨料的粒度相关，例如，p320-p600粒度的磨料，其优选凹点开口尺寸为48～60μm；p800-p1500粒度的磨料，其优选凹点开口尺寸为23～27μm；p2000以细的磨料，其优选凹点开口尺寸为12～15μm。

凹点的深度可以根据皮带的厚度或者磨料的粒径来设计，本领域技术人员可以理解，凹点的深度不能超过皮带的厚度。优选，凹点的深度不要太深，避免凹点里磨料堆积过厚。当然，凹点的深度也不能太浅，以致无法存留磨料。在一个实施方式中，所述凹点的深度可以略大于所用磨料的粒度。当所用的磨料为混合磨料时，凹点的深度应大于最大的磨料的粒径。

根据本发明的技术方案，步骤(1)中，当所述磨料溢出凹点时，可以通过刮去溢出部分的磨料，以保证除凹点外的皮带面上没有磨料。

本发明还提供了另一种替换方式，将步骤(1)中所述带有凹点的皮带替换为带有规律连续分布呈阵列状的贯通孔的皮带，使从砂箱中流出的磨料一部分从贯通孔中排出，一部分留在皮带面上，静电植砂时，随皮带运动，留在皮带面上的磨料在电场作用下分布到涂有底胶的基材上。

所述贯通孔在皮带上规律连续分布呈阵列，使皮带上每个贯通孔都具有相同的周围环境，即，以一个向量来描述阵列中任意两个相邻贯通孔时，若将向量平行移动，则当向量一端落在阵列中某一贯通孔时，向量另一端必然落在阵列中另一相邻贯通孔上，从而皮带面上实体部分的分布也是规律而连续的。例如，所述阵列的形式可以是正方形阵列、菱形阵列等。在本发明的一个实施方式中，所述阵列是正方形阵列，其中正方形的边长方向与皮带运行方向平行。在本发明的另一个实施方式中，所述阵列是正方形阵列，其中正方形的对角线方向与皮带运行方向平行。

优选，所述贯通孔阵列，使任一贯通孔到其相邻贯通孔的距离都是相同的。

所述贯通孔横截面的形状不受限制，可以为圆形、多边形(例如：三角形、四边形、五边形、六边形等，可以是等边的，也可以是不等边的)或其它不规则形状。皮带上所有贯通孔横截面可以是同一个形状，也可以是各种形状的集合。为皮带制造的便宜性，所述贯通孔横截面优选全部为圆形或正方形或菱形等。

所述贯通孔的纵切面的形状可以是上下一样宽的，例如长方形或正方形，也可以是上大下小的形状，例如梯形。为利于磨料排出，优选纵切面为上下一样宽的。

每个贯通孔的开口面积不做特别限定，只要保证皮带上贯通孔的开口总面积占皮带总面积的30-60％，例如35-50％，示例性地占40％。本领域技术人员根据皮带总面积、贯通孔开口总面积的占比、贯通孔阵列密度，可以方便的计算并设计每个贯通孔的开口面积。当然，本领域技术人员可以理解，为了不妨碍磨料从贯通孔中排出，贯通孔的开口面积应至少大于所用磨料颗粒的投影面积。其中，所述“贯通孔的开口总面积”指的是面对基材的所有贯通孔的开口面积之和；所述“贯通孔的开口面积”指的是单个贯通孔在面对基材的皮带表面开口形状的面积。

同样，所述贯通孔的开口尺寸根据使用的磨料粒度而定，但本领域技术人员可以理解，其应该至少大于所使用磨料的粒度，以使磨料能通过贯通孔排出。当所用的磨料为混合磨料时，贯通孔的开口尺寸应能够通过最大的磨料。在本发明中，贯通孔的开口尺寸是指贯通孔的最小孔径。例如，如果贯通孔是圆柱形孔，则开口尺寸是所述圆柱形的直径；如果贯通孔是圆台形，则开口尺寸是所述圆台形中小圆台面的圆形的直径；如果贯通孔为长方体孔，其横截面为正方形，则开口尺寸为正方形的边长。例如，对于粒度为p100的磨料，贯通孔的开口尺寸可以为150-200μm；对于p150的磨料，贯通孔的开口尺寸可以为90-120μm等。

根据本发明的技术方案，步骤(1)中，所述磨料从砂箱中落向植砂皮带的量可以根据皮带宽度进行调整，以砂箱宽度为0.1m为例，其落砂速度可以为1-9g/s，例如1.6-7g/s，作为示例，为8.7g/s、6.5g/s等。

根据本发明的技术方案，步骤(2)中，所述皮带的运动速度为3-8m/min。

根据本发明的技术方案，步骤(2)中，所述静电植砂的操作条件包括：电压为1-100kv，例如30-70kv、40-60kv。

进一步地，所述静电植砂的操作条件还包括：上下极板的间距1-100mm，例如70-100mm。

本领域技术人员具备相应的能力，根据所用磨料种类及其粒度、环境温湿度等条件进行电压范围、极板间距、皮带运动速度等条件的选择和调整。

根据本发明的技术方案，所述基材可以选自纸、棉布、化纤、塑料膜或其他复合材料。例如牛皮纸、耐水牛皮纸、钢纸、乳胶纸、pet薄膜、无纺布、纸布、夹层网格布等。

根据本发明的技术方案，所述底胶可以是本领域常用的底胶，包括但不限于动物胶(例如皮胶、明胶、骨胶等)、树脂(例如酚醛树脂、环氧树脂、醇酸树脂、脲醛树脂、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯等)。进一步地，所述底胶在基材上的涂覆量为5-20g/m²，例如6-10g/m²。本领域技术人员具备相应的能力，根据行业标准要求、所用磨料种类及其粒度等条件进行底胶量的选择和调整。

根据本发明，所述方法适用于各种磨料，包括但不限于棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆刚玉、黑色碳化硅、绿色碳化硅、氧化铁、人造金刚石、立方氮化硼等。

本发明的静电植砂方法适用于同向静电植砂、逆向静电植砂、侧面静电植砂和其他类型的包括使用到砂箱和皮带的静电植砂方式。

进一步地，本发明提供上述静电植砂方法在制备涂附磨具中的应用。

进一步地，本发明提供一种涂附磨具的制备方法，所述方法采用上述静电植砂方法得到植砂后的基材，经烘干、任选的复胶、固化后，得到所述涂附磨具。

根据本发明的技术方案，所述烘干和固化可以采用本领域已知操作进行。例如，烘干的温度为70-90℃，优选75-85℃，示例性地为80℃。

根据本发明的技术方案，所述固化后还可以包括成卷、切割等后处理。

进一步地，本发明提供一种采用上述静电植砂方法制备得到的涂附磨具。所述涂附磨具上磨料密度降低，有利于磨削时磨削屑的排出。

进一步地，本发明提供上述静电植砂方法所使用的植砂装置，所述装置包括：砂箱、上极板、下极板、承运磨料的皮带，其特征在于，所述皮带上具有规律连续分布的凹点或贯通孔，当所述皮带上为规律连续分布的凹点时，所述装置进一步包括刮除皮带上逸出凹点外磨料的刮除装置。

所述凹点(或贯通孔)在皮带上规律连续分布呈阵列，使皮带上每个凹点(或贯通孔)都具有相同的周围环境，即，以一个向量来描述阵列中任意两个相邻凹点(或贯通孔)时，若将向量平行移动，则当向量一端落在阵列中某一凹点(或贯通孔)时，向量另一端必然落在阵列中另一相邻凹点(或贯通孔)上。例如，所述阵列的形式可以是正方形阵列、菱形阵列等。在本发明的一个实施方式中，所述阵列是正方形阵列，其中正方形的边长方向与皮带运行方向平行。在本发明的另一个实施方式中，所述阵列是正方形阵列，其中正方形的对角线方向与皮带运行方向平行。

优选，所述凹点阵列或贯通孔阵列，使任一凹点(或贯通孔)到其相邻凹点(或贯通孔)的距离都是相同的。

所述凹点(或贯通孔)横截面的形状不受限制，可以为圆形、多边形(例如：三角形、四边形、五边形、六边形等，可以是等边的，也可以是不等边的)或其它不规则形状。皮带上所有凹点(或贯通孔)可以是同一个形状，也可以是各种形状的集合。为皮带制造的便宜性，优选皮带上所有凹点(或贯通孔)的形状均为圆形或正方形或菱形等。

所述凹点的纵切面的形状可以是上下一样宽的，例如长方形或正方形，也可以是开口大底部小的，例如梯形，也可以是弧形的形状。

所述贯通孔的纵切面的形状可以是上下一样宽的，例如长方形或正方形，也可以是开口大底部小的，例如梯形。为利于磨料排出，优选纵切面为上下一样宽的。

所述凹点的开口面积、开口面积的总面积、开口尺寸和深度如前文所述。

皮带上贯通孔的开口总面积、开口尺寸也如前文所述。

根据本发明的技术方案，所述植砂装置还包括基材卷和底胶槽，由基材卷提供的基材通过底胶槽，基材经传送部件传送至极板之间。

在本发明的一个实施方式中，所述刮除皮带上逸出凹点外磨料的刮除装置是设置于皮带上方与皮带上表面接触的刮板，所述刮板位于砂箱沿皮带运行方向的前方。

在本发明的一个实施方式中，所述刮除装置是设置于砂箱出砂口端，沿皮带运行方向前端边上的刮板，所述刮板下缘与皮带上表面接触。所述刮板可以与砂箱一体成型，也可以与砂箱本体可拆卸的连接。

所述刮板与皮带的夹角α的角度为：0°＜α＜180°，优选为10°≤α≤170°。

本发明的有益效果：

本发明以带有连续凹点或贯通孔的植砂皮带替换现有技术中光滑表面的皮带，使磨料可均匀、定量地分布在植砂皮带上，达到定量稀植砂的目的，且磨料能够牢固地固定在基材上，有效提升磨料制品的磨削能力，减少掉砂率，磨具磨削寿命长。

该植砂方法尤其适用于细号磨料。

附图说明

图1是现有技术中静电植砂设备的示意图。附图标记：1-基材卷，2-底胶槽，3-上极板，4-下极板，5-皮带，6-砂箱，8-烘箱。

图2是本发明植砂皮带上凹点(或贯通孔)形状和分布形式示例：(a)圆形，(b)四边形。

图3是本发明植砂皮带上凹点(或贯通孔)正方形矩阵形式的示例：图中箭头代表皮带运行方向，(a)正方形矩阵中正方形边长与皮带运行方向平行，(b)正方形矩阵中正方形对角线与皮带运行方向平行。

图4是本发明静电植砂设备的一个实施方式的示意图。附图标记：1-基材卷，2-底胶槽，3-上极板，4-下极板，5-皮带，6-砂箱，7-刮板，8-烘箱。

图5是本发明实施例中所使用的凹点皮带示意图，图中a和b分别是相邻凹点的水平间隔距离和垂直间隔距离，d是圆形凹点的直径。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

除非另有说明，以下实施例中使用的常规原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。

【植砂装置】

如图4所示的植砂装置，其包括：基材卷1、底胶槽2、上极板3、下极板4、承运磨料的皮带5、砂箱6，由基材卷提供的基材通过底胶槽，基材经传送部件传送至极板之间，皮带上具有规律连续分布的凹点(凹点排布特点如图5所示)。装置还包括刮除皮带上逸出凹点外磨料的刮板7，刮板7设置于皮带上方且与皮带上表面接触，刮板7位于砂箱6沿皮带5运行方向的前方。

以下实施例和对比例选用不同的皮带，实施例中选用具有本发明所述特征圆形凹点的皮带(凹点排布特点如图5所示)，对比例中选用常规光面皮带，但实施例和对比例中皮带的宽度均为1600mm，制备涂附磨具的方法相同：以涂附磨具适用的乳胶纸作为基材，在其上施涂酚醛底胶，磨料经由砂箱落到皮带上，静电植砂后，烘干，用酚醛胶液复胶，再烘干固化，得到产品。通过调整砂箱间隙改变落砂量。

对于采用粒度为p320磨料的实施例，其皮带上凹点及其分布数据如下：d＝50μm，a＝10μm，b＝5μm。凹点的开口总面积占皮带面积的60％。

对于采用粒度为p1000磨料的实施例，其皮带上凹点及其分布数据如下：d＝20μm，a＝5μm，b＝5μm，凹点的开口总面积占皮带面积的50％。

实施例中皮带运动方向与砂纸运动方向同向。

所有实施例和对比例中的乳胶纸、酚醛底胶、酚醛复胶液都是相同的，并且复胶量的涂覆量均为45g/m²。

所有实施例和对比例中静电植砂的电压均为25kv左右，皮带速度均为6m/min。

所用磨料分别为ap320(刚玉，粒度p320)和ap1000(刚玉，粒度p1000)。

对所获产品的植砂量及磨削效果进行测量和对比：

植砂量按中华人民共和国行业标准zbj43009-90测定。

磨削寿命测试方法：将样品背绒冲压成6寸圆盘，采用全自动磨削机，磨削汽车腻子，观察堵塞情况及磨削寿命。堵塞情况采用肉眼观察，出现堵塞时，砂纸上相应堵塞的地方会有大片腻子粘结在砂纸表面。磨削寿命通过记录相同的时间间隔内，被磨削工件的重量变化进行判断，当相同时间间隔内，被磨削工件的重量不再发生变化，即表明砂纸已完全不能磨削了，从开始磨削到出现该现象的时间记为磨削寿命。

表1、对磨料ap320的植砂条件及其产品性能测定

表2、对磨料ap1000的植砂条件及其产品性能测定

从表1和表2可见，采用本发明静电植砂方法得到的涂附磨具，与相同条件下采用光面皮带静电植砂得到的涂附磨具相比，植砂量降低，磨削过程中防堵塞，磨削寿命延长。

从表1的实施例1和对比例2对比可见，虽然降低底胶量可以实现一定程度的稀植砂，但一方面稀植砂降低程度有限，另一方面因底胶量减少，导致磨料易脱落，最终使磨具磨削寿命缩短。

从表1的实施例1和实施例3对比可见，对于粒度在p1000以粗的磨料，可以配合凹点皮带和调节落砂量两个手段，提高稀植砂的程度。当然过低的植砂量会降低砂纸磨削寿命，本领域技术人员可以根据需求对稀植砂的方法进行选择和配合。

从表2的对比例3和对比例4的对比可见，对于p1000以细的磨料，落砂量已不能通过砂箱调节，而降低底胶量并不能有效改善植砂密度，反而因底胶量降低，导致磨料易脱落，最终使磨具磨削寿命缩短。而采用本发明静电植砂方法的实施例2则能获得稀植砂的效果，同时保证磨具磨削寿命延长。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。