低脱落非织造磨料制品的制作方法

总体上，本公开涉及与低脱落非织造磨料有关的制品和方法，所述低脱落非织造磨料实现了高磨削比并且包括设置在非织造网的纤维上的多个第一磨料颗粒与多个第二磨料颗粒的共混物，其中多个第一磨料颗粒具有大于平均纤维直径的平均粒度，多个第二磨料颗粒具有小于平均纤维直径的平均粒度。

磨料制品(诸如非织造磨料制品)在各种行业中使用以研磨工件，诸如通过研磨、擦光或抛光，以将工件表面调理至所需的条件(例如，去除涂层、表面粗糙度、光泽度、透明度等)。使用非织造磨料制品的研磨的范围横跨从航空航天至光学器件的广泛工业范围，在金属制造行业中起着特别重要的作用。此类制造操作可以使用非织造磨料来去除松散材料并获得工件所需的表面特性。

表面特性包括光泽度、纹理和均匀性。例如，各种类型组件的制造商使用非织造磨料制品将表面研磨和抛光成所需的均匀光滑表面。另外，非织造磨料制品用于在涂覆涂层材料，诸如聚合物涂层(例如，清漆或油漆)或陶瓷涂层(例如，热喷涂涂层)之前和之后制备工件表面。在一些情况下，工件可能具有复杂的形状，常规的磨料无法在物理性能和磨料性能之间取得适当的平衡，从而无法提供令人满意的光洁度。因此，仍然需要改进的磨料产品，包括改进的非织造磨料产品。

附图简要说明

通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且让本公开的众多特征和优点对于本领域的技术人员显而易见。

图1是根据一个实施例的非织造网的图示。

图2是根据一个实施例的图1的非织造网的放大部的图示。

图3是根据一个实施例的非织造磨料的照片，其示出了设置在涂覆有粘结剂组合物的非织造基底的纤维上并且粘附在纤维上的初级磨料颗粒与增强磨料颗粒的共混物。

图4是根据一个实施例的非织造磨料的照片，其示出了设置在非织造基底上的初级磨料颗粒与增强磨料颗粒的共混物。

图5是根据一个实施例的非织造磨料的显微照片，其示出了设置在非织造基底上的初级磨料颗粒与增强磨料颗粒的共混物。

图6是根据一个实施例的卷紧轮的图示。

图7是根据一个实施例的叠合轮的图示。

图8是根据一个实施例的制备磨料制品的方法的工艺流程图。

图9是示出通过样品实施例和对照磨料制品从工件去除材料(“切下”)的箱线图。

图10是示出从样品实施例和对照磨料制品损失的材料(“脱落”)的箱线图。

图11是示出样品实施例和对照磨料制品的磨削比(“g比率”)的箱线图。

图12是示出根据样品实施例和对照磨料制品的密度和增强类别从工件中去除的材料(“切下”)的多变量图。

图13是示出根据密度和增强类别从样品实施例和对照磨料制品损失的材料(“脱落”)的多变量图。

图14是示出根据密度和增强类别的样品实施例和对照磨料制品的磨削比(“g比率”)的多变量图。

图15是示出根据密度和增强类别使用样品实施例和对照磨料制品磨蚀的工件的算术平均粗糙度(“ra”)的多变量图。

图16是示出根据密度和增强类别使用样品实施例和对照磨料制品磨蚀的工件的平均峰值宽度(“rsm”)的多变量图。

图17a是根据一个实施例的非织造磨料的显微照片，其示出了设置在涂覆有粘结剂组合物的非织造基底的纤维上并且粘附在纤维上的100重量％初级磨料颗粒(ansi46)。

图17b是示出图17a的实施例的放大倍率(“放大”)的显微照片。

图18a是根据一个实施例的非织造磨料的显微照片，示出了设置在涂覆有粘结剂组合物的非织造基底的纤维上并且粘附在纤维上的65重量％初级磨料颗粒(ansi46)与35重量％增强磨料颗粒(ansi120)的共混物。

图18b是示出图18a的实施例的放大倍率(“放大”)的显微照片。

图19a是根据一个实施例的非织造磨料的显微照片，示出了设置在涂覆有粘结剂组合物的非织造基底的纤维上并且粘附在纤维上的65重量％初级磨料颗粒(ansi46)与35重量％增强磨料颗粒(ansi150)的共混物。

图19b是示出图19a的实施例的放大倍率(“放大”)的显微照片。

图20a是根据一个实施例的非织造磨料的显微照片，示出了设置在涂覆有粘结剂组合物的非织造基底的纤维上并且粘附在纤维上的65重量％初级磨料颗粒(ansi46)与35重量％增强磨料颗粒(ansi240)的共混物。

图20b是示出图20a的实施例的放大倍率(“放大”)的显微照片。

在不同附图中，使用相同的参考符号来表示相似或相同的项。

具体实施方式

图1示出了非织造磨料制品100的实施例。非织造磨料制品100包括基底，该基底包括膨松非织造纤维102，以及设置在非织造纤维上的第一磨料颗粒104与第二磨料颗粒106的共混物。

图2示出了图1的磨料制品的放大部。如图2中所示，第一聚合物粘结剂206(本文中也称为“底胶层”)组合物设置在非织造纤维202上，并且磨料颗粒(210、212)的共混物设置在第一聚合物粘结剂206上。纤维202具有平均纤维直径(fdia)。共混物包括多个第一磨料颗粒210(本文中也称为“初级颗粒”或者“初级磨料颗粒”)和多个第二磨料颗粒212(本文中也称为“增强颗粒”或者“增强磨料颗粒”)，所述多个第一磨料颗粒具有等于或大于平均纤维直径的平均粒度(p1d50)，所述多个第二磨料颗粒具有小于平均纤维直径的平均粒度(p2d50)。第二聚合物粘结剂208(本文中也称为“复胶层”)组合物设置在磨料颗粒与第一粘结剂组合物的共混物上。在某些实施例中，第三聚合物粘结剂204(本文中也称为“网粘结剂”)组合物设置在纤维202上的第一聚合物粘结剂之下，从而将纤维粘附在一起以形成蓬松非织造纤维网。可选地，第四聚合物粘结剂(复胶层)(未示出)可以设置在第二聚合物粘结剂208上。

图3是根据一个实施例的非织造磨料的照片，示出了设置在涂覆有粘结剂组合物的非织造基底的纤维上并且粘附在纤维上的85重量％初级磨料颗粒(ansi60)与15重量％增强磨料颗粒(ansi120)的共混物。

图4是根据一个实施例的非织造磨料的照片，示出了设置在涂覆有粘结剂组合物的非织造基底的纤维上并且粘附在纤维上的75重量％初级磨料颗粒(ansi60)与25重量％增强磨料颗粒(ansi120)的共混物。

图5是根据一个实施例的非织造磨料的照片，示出了设置在涂覆有粘结剂组合物的非织造基底的纤维上并且粘附在纤维上的65重量％初级磨料颗粒(ansi60)与35重量％增强磨料颗粒(ansi120)的共混物。

图6为根据一个实施例的卷紧磨料轮的图示。

图7是根据一个实施例的加权(本文中也称为“叠合”)磨料轮的图示。

图8是根据一个实施例的产生非织造磨料制品的方法的过程流程图。在步骤802中，发生非织造纤维网的形成。非织造纤维网的形成可以通过任何适当的技术，诸如通过纤维网的气流成网来完成。非织造纤维网的形成可以包括纤维网的“固化”，可以进一步包括下列步骤，诸如涂覆网粘结剂，或者纤维网的可选针刺，以及网粘结剂的固化。在步骤804中，发生将第一聚合物粘结剂前体(本文中也称为“底胶层”组合物)设置在非织造纤维网上。在步骤806中，发生将初级磨料颗粒与增强磨料颗粒的共混物设置在第一粘结剂前体上。如果需要，可以通过喷洒(本文中也称为“喷涂层”)和固化来涂覆附加的聚合物树脂涂层。在步骤808中，发生将第二聚合物粘结剂前体(也称为“复胶层”组合物)设置在磨料颗粒与第一粘结剂前体的共混物上。在步骤810中，发生复胶层的固化。可选地，可以将诸如助磨剂或其他聚合物配制物的顶胶层设置在复胶层上并固化。然后，固化的网可以经过进一步处理，诸如转化(即，切割)成任何期望的形状。可替代地，可以根据本领域已知的方法将平板缠绕在中心芯体上，然后切割以形成卷紧轮，诸如图6中所示。可替代地，可以根据本领域中的已知方法将多个平板堆叠，结合在一起并切割，以形成加权(也称为“叠合”)轮，如图7中所示。

磨料制品可以是叠合磨料轮。在一个实施例中，加权轮盘可以由非织造磨料片形成，该非织造磨料片包括由聚合物预粘合层粘合的膨松纤维网，然后涂覆粘结剂前体和磨料颗粒。非织造磨料片在高温高压下堆叠、叠合并固化，以形成“平板”。然后可以从平板上切割出加权磨料轮，以及一个中心孔，以安装至研磨工具上。

磨料制品也可以是卷紧轮。在一个实施例中，卷紧轮可以由非织造磨料片形成，该非织造磨料片包括由聚合物预粘合层粘合的膨松纤维网，然后涂覆粘结剂前体和磨料颗粒。非织造磨料片附接在中空孔上，并绕芯体螺旋形缠绕以形成卷绕筒。芯体通过在高温下固化而粘合。卷紧盘可以从粘合筒的边缘切割。

粒度与纤维尺寸的比率

磨料制品包括磨料颗粒的有利共混物。共混物包括多个第一磨料颗粒(本文中也称为“初级颗粒”)，所述多个第一磨料颗粒具有等于或大于非织造纤维的平均纤维直径的平均粒度(p1d50)。共混物包括进一步多个第二磨料颗粒(本文中也称为“增强颗粒”)，所述多个第二磨料颗粒具有小于非织造纤维的平均纤维直径的平均粒度(p2d50)。

磨料制品可以具有初级颗粒的平均粒度(p1d50)对平均纤维直径(fdia)的有利比率。在一个实施例中，初级颗粒的平均粒度对平均纤维直径的比率(p1d50∶fdia)可以为至少1.0∶1.0，诸如至少1.2∶1.0、至少1.4∶1.0、至少1.6∶1.0、至少1.8∶1.0、至少2.0∶1.0、至少2.2∶1.0、至少2.25∶1.0、至少2.4∶1.0、至少2.6∶1.0、至少2.8∶1.0、至少3.0∶1.0、至少3.2∶1.0、至少3.4∶1.0、至少3.6∶1.0、至少3.8∶1.0或至少4.0∶1.0。在另一个实施例中，初级颗粒的平均粒度对平均纤维直径的比率(p1d50∶fdia)可以不大于8.0∶1.0，诸如不大于7.5∶1.0、不大于7.0∶1.0、不大于6.5∶1.0、不大于6.0∶1.0、不大于5.5∶1.0、不大于5.0∶1.0、不大于4.8∶1.0、不大4.6∶1.0、不大于4.4∶1.0、不大于4.2∶1.0、不大于4.0∶1.0、不大于3.8∶1.0、不大于3.6∶1.0、不大于3.4∶1.0或不大于3.2∶1.0。初级颗粒的平均粒度对平均纤维直径的比率(p1d50∶fdia)可以在包括前述上限和下限的任一对的范围内。在一个特定实施例中，初级颗粒的平均粒度对平均纤维直径的比率(p1d50∶fdia)在至少1.0∶1.0至不大于8.0∶1.0，诸如至少1.2∶1.0至不大于8.0∶1.0的范围内。

磨料制品可以具有增强颗粒的平均粒度(p2d50)对平均纤维直径(fdia)的有利比率。在一个实施例中，增强颗粒的平均粒度对平均纤维直径的比率(p2d50∶fdia)可以为至少0.1∶1.0，诸如至少0.2∶1.0、至少0.3∶1.0、至少0.4∶1.0、至少0.5∶1.0、至少0.6∶1.0或至少0.65∶1.0。在另一个实施例中，增强颗粒的平均粒度对平均纤维直径的比率(p2d50∶fdia)可以不大于0.99∶1.0，诸如不大于0.98∶1.0、不大于0.97∶1.0，不大于0.96∶1.0。增强颗粒的平均粒度对平均纤维直径的比率(p2d50∶fdia)可以在包括前述上限和下限的任一对的范围内。在一个特定实施例中，增强颗粒的平均粒度对平均纤维直径的比率(p2d50∶fdia)可以在至少0.1∶1.0至不大于0.99∶1.0的范围内。

纤维尺寸

磨料制品包括具有蓬松非织造纤维网的基底。纤维可以具有有利的平均纤维尺寸，诸如平均纤维直径(fdia)。在一个实施例中，平均纤维直径(fdia)可以为至少10微米，诸如至少20微米、至少30微米、至少40微米、至少50微米、至少60微米、至少70微米、至少80微米、至少90微米或至少100微米。在另一个实施例中，平均纤维直径(fdia)可以不大于500微米，诸如不大于450微米、不大于400微米、不大于350微米、不大于300微米、不大于275微米、不大于250微米、不大于240微米、不大于220微米、不大于200微米、不大于190微米、不大于180微米、不大于170微米、不大于160微米、不大于150微米、不大于140微米、不大于130微米或不大于120微米。平均纤维直径(fdia)可以在包括前述上限和下限的任一对的范围内。在一个特定实施例中，平均纤维直径(fdia)在10微米至500微米，诸如50微米至250微米的范围内。

可替代地，平均限制尺寸可以通过线性密度的测量值——平均旦数表达，该旦数等于每9,000米长单丝的质量(克)。例如，一根200旦的尼龙纤维意味着9,000米的此纤维重200克。在一个实施例中，纤维可以具有的平均线性密度为至少1旦，诸如至少5旦、至少10旦、至少20旦、至少30旦、至少40旦、至少50旦、至少60旦、至少70旦、至少80旦、至少90旦、至少100旦或至少110旦。在另一个实施例中，纤维可以具有的平均线性密度不大于300旦，诸如不大于280旦、不大于260旦、不大于240旦、不大于220旦、不大于200旦、不大于180旦、不大于160旦、不大于140旦或不大于120旦。平均线性密度可以在包括前述上限和下限的任一对的范围内。在一个特定实施例中，平均线性密度在1旦至2000旦，诸如40旦至250旦的范围内。

平均粒度

初级颗粒可以具有有利的平均粒度。在一个实施例中，初级颗粒的平均粒度(p1d50)可以为至少10微米，诸如至少25微米、至少50微米、至少75微米、至少100微米、至少125微米、至少150微米、至少175微米、至少200微米、至少225微米、至少250微米、至少275微米或至少300微米。在另一个实施例中，初级颗粒的平均粒度(p1d50)可以不大于1000微米，诸如不大于950微米、不大于900微米、不大于850微米、不大于800微米、不大于750微米、不大于700微米、不大于650微米、不大于600微米、不大于550微米、不大于500微米、不大于450微米或不大于400微米。初级颗粒的平均粒度(p1d50)可以在包括前述上限和下限的任一对的范围内。在一个特定实施例中，初级颗粒的平均粒度(p1d50)在50微米至1000微米的范围内。

增强颗粒可以具有有利的平均粒度。在一个实施例中，增强颗粒的平均粒度(p2d50)可以为至少5微米，诸如至少10微米、至少20微米、至少30微米、至少40微米、至少45微米、至少50微米、至少65微米、至少70微米、至少75微米、至少80微米、至少85微米、至少90微米、至少95微米或至少100微米。在另一个实施例中，增强颗粒的平均粒度(p2d50)可以不大于250微米，诸如不大于225微米、不大于220微米、不大于200微米、不大于190微米、不大于180微米、不大于170微米、不大于160微米、不大于150微米、不大于140微米、不大于130微米、不大于120微米、不大于115微米或不大于110微米。增强颗粒的平均粒度(p2d50)可以在包括前述上限和下限的任一对的范围内。在一个特定实施例中，增强颗粒的平均粒度(p2d50)在5微米至250微米的范围内。

磨料颗粒共混物组成

磨料制品包括磨料颗粒的有利共混物。共混物包括一定量的多个初级磨料颗粒和一定量的多个增强磨料颗粒。在一个实施例中，磨料颗粒共混物可以包括：0重量％至85重量％的初级磨料颗粒；以及15重量％至100重量％的增强磨料颗粒。在另一个实施例中，磨料颗粒共混物可以包括：60重量％至85重量％的初级磨料颗粒；以及15重量％至40重量％的增强磨料颗粒。在一个特定实施例中，磨料颗粒可以包括：60重量％至70重量％的初级磨料颗粒；以及30重量％至40重量％的增强磨料颗粒。

固体体积分数

磨料制品可以包括有利的固体体积分数。在一个实施例中，固体体积分数可以包括：1.0％至40％的磨料制品；诸如1.1％至20％，诸如1.2％至10％的磨料制品；诸如1.5％至6％。在一个特定实施例中，固体体积分数可以包括：1.3％至8％，诸如1.5％至5.5％的磨料制品。

密度

磨料制品可以包括有利密度。在一个实施例中，磨料制品的密度可以不小于0.5lb./100in³，诸如不小于0.75lb./100in³、不小于0.9lb./100in³、不小于0.95lb./100in³、不小于1.0lb./100in³或不小于1.05lb./100in³。在另一个实施例中，磨料制品的重量可以不大于5lb./100in³，诸如不大于4lb./100in³、不大于3.5lb./100in³、不大于3.0lb./100in³、不大于2.5lb./100in²、不大于2.45lb./100in³、不大于2.4lb./100in³或不大于2.38lb./100in³。磨料制品的重量可以在包括前述上限和下限的任一对的范围内。在一个特定实施例中，磨料制品的重量在不小于0.8lb./100in³至不大于2.5lb./100in³的范围内，诸如不小于1lb./100in³至不大于1.3lb./100in³或不小于2lb./100in³至不大于2.4lb./100in³。

磨料制品组成

磨料制品可以具有有利的整体组分成分。在一个实施例中，磨料制品可以包括：30重量％至70重量％磨料颗粒(即，磨料颗粒的共混物)；5重量％至35重量％基底(即，蓬松非织造纤维网)；以及25重量％至55重量％总聚合物粘结剂组合物(即，底胶层、复胶层以及如果存在的任何网粘结剂和/或顶胶层的总和)。在另一个实施例中，磨料制品可以包括：30重量％至70重量％磨料颗粒；5重量％至35重量％基底；0重量％至10重量％网粘结剂；5重量％至15重量％底胶层；20重量％至40重量％复胶层，以及0重量％至15重量％顶胶层。

磨料颗粒组成

增强磨料颗粒可以在化学组成、结构、形状和/或表面处理方面与初级磨料颗粒相同或不同。因而，初级磨料颗粒和增强磨料颗粒之间的不同基于平均粒度，特别是关于非织造网基底的纤维的平均尺寸。因此，应当理解，下文对“磨料颗粒”的提及应用于“初级磨料颗粒”以及“增强磨料颗粒”两者。

磨料颗粒可以是个别颗粒或聚集颗粒。磨料颗粒可以由磨料材料中的任一者或它们的组合形成，所述磨料材料包括二氧化硅、氧化铝(熔融或烧结)、氧化锆、氧化锆/氧化铝、碳化硅、石榴石、金刚石、立方氮化硼、氮化硅、二氧化铈、二氧化钛、二硼化钛、碳化硼、氧化锡、碳化钨、碳化钛、氧化铁、氧化铬、燧石、金刚砂。例如，磨料颗粒可选自由以下项构成的组：二氧化硅、氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化硼、石榴石、金刚石、共熔氧化铝-氧化锆、二氧化铈、二硼化钛、碳化硼、燧石、金刚砂、氮化铝以及它们的共混物。

在一个特定实施例中，磨料颗粒可以包括碳化硅、氧化铝或它们的组合。

在一个特定实施例中，磨料颗粒可以包括通过熔融过程生产的氧化铝磨料颗粒(通常称为“alo”磨料颗粒或“熔融氧化铝”磨料颗粒)。alo磨料颗粒包括氧化铝-氧化锆熔融磨料颗粒、布朗易碎氧化铝磨料颗粒、半脆性氧化铝磨料颗粒以及白色易碎氧化铝磨料颗粒。可以对alo磨料颗粒进行热处理，以改变磨料颗粒的物理和磨料性能。此类经热处理的alo磨料颗粒通常称为颗粒的“经热处理”形式(例如，经热处理的棕色易碎氧化铝磨料颗粒)。

在一个特定实施例中，磨料颗粒可以包括陶瓷磨料颗粒，诸如陶瓷氧化铝磨料颗粒。陶瓷氧化铝磨料颗粒(也称为溶胶-凝胶氧化铝)可以通过溶胶-凝胶形成工艺来生产。溶胶-凝胶工艺包括晶种凝胶氧化铝形成工艺。晶种凝胶氧化铝磨料颗粒是通过烧结工艺制造的陶瓷氧化铝颗粒，并且具有非常精细的微观结构。晶种凝胶磨料颗粒往往比常规磨料颗粒更尖锐，该常规磨料颗粒会因平坦部分在磨料摩擦的工作点磨损而变钝。陶瓷氧化铝颗粒包括陶瓷氧化铝成形的磨料颗粒、陶瓷氧化铝粉碎的磨料颗粒和陶瓷氧化铝分解颗粒。陶瓷磨料颗粒可以是掺杂的陶瓷磨料颗粒或未掺杂(即无掺杂)的陶瓷磨料颗粒。掺杂的磨料颗粒可以通过不同的量掺杂。

磨料颗粒可以具有特定形状，诸如棒形、三角形、锥体、锥形、实心球、空心球等等。可替代地，磨料颗粒可以为随机形状。

在一个实施例中，磨料颗粒可以经表面处理。在一个实施例中，初级磨料颗粒可以被甲硅烷基化。在另一个实施例中，表面处理可以通过偶联剂完成。偶联剂可以是选自氨基烷基硅烷、异氰酸根合硅烷、氯代烷基硅烷或它们的任意组合的含硅烷的偶联剂。

非织造基底组成

在一个实施例中，非织造基底材料是由膨松短纤维形成的三维非织造开放网材料。短纤维可以通过一种或多种粘结剂涂层组合物(网粘结剂)粘合在一起。可替代地，网可以自发形成，而不需要网粘结剂，诸如通过熔融粘合形成。熔融粘合可以包括使用熔融在一起形成粘合的低熔点纤维和高熔点纤维的组合。在另一替代方案中，纤维的机械粘合可以通过针刺、梳理或它们的组合来实现。短纤维可以相同或不同，并且可以包括具有不同线性密度的纤维的共混物，诸如多种线性密度的共混物。

非织造基底材料每单位面积可以具有特定质量，诸如g/m²(gsm)，通常称为非织造材料的“重量”。在一个实施例中，非织造材料的重量可以不少于75gsm，诸如不少于80gsm、不少于100gsm、不少于150gsm、不少于200gsm、不少于250gsm、不少于300gsm或不少于350gsm。在另一个实施例中，非织造材料的重量可以不大于750gsm，诸如不大于700gsm、不大于650gsm、不大于600gsm、不大于550gsm、不大于500gsm、不大于450gsm、不大于400gsm或不大于390gsm。非织造材料的重量可以在包括前述上限和下限的任一对的范围内。在一个特定实施例中，非织造材料的重量在不小于50gsm至不大于750gsm，诸如不小于80gsm至不大于700gsm的范围内。

非织造网的纤维可以是有机材料、无机材料、天然材料、半合成材料、合成材料或它们的组合。纤维可以是柔性的、刚性的或它们的组合。纤维可以包括单一类型的纤维或多种不同类型的纤维。纤维可以包括香蕉纤维、纤维素纤维、棉纤维、亚麻纤维、大麻纤维、黄麻纤维、洋麻纤维、剑麻纤维、粘胶纤维、人造丝纤维、聚棉纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维(例如，)、聚酰胺纤维(尼龙6(聚(己酸-6-内酰胺))；尼龙6，6(聚[亚氨基(1，6-二氧六亚甲基)亚氨基六亚甲基])、聚胺纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、金属纤维、陶瓷纤维或它们的组合。纤维可以包括原始纤维或回收纤维。

非织造纤维网的纤维长度可以变化。在一个实施例中，纤维的长度可以不小于10mm，诸如不小于20mm、不小于30mm、不小于40mm或不小于45mm。在另一个实施例中，纤维的长度可以不大于90mm，诸如不大于80mm、不大于70mm、不大于60mm、不大于50mm或不大于45mm。纤维的长度可以在包括前述上限和下限的任一对的范围内。在一个特定实施例中，纤维的长度范围在不小于10mm至不大于90mm的范围内。

第一粘结剂组合物-底胶层

在一个特定方面，第一聚合物粘结剂组合物206(常称为底胶层)可以由单一聚合物或聚合物的共混物形成。第一粘结剂组合物可以由环氧树脂组合物、丙烯酸组合物、酚类组合物、聚氨基甲酸酯组合物、脲甲醛组合物、聚硅氧烷组合物或它们的组合形成。此外，粘结剂组合物可包含活性填料颗粒、添加剂或它们的组合，如本文所述。

第一粘结剂组合物通常包括聚合物基体，其将磨料颗粒粘结至背衬或柔顺涂层(如果存在此类柔顺涂层)上。通常，第一粘结剂组合物由固化的粘结剂配制物形成。在一个实施例中，第一粘结剂配制物包括聚合物组分和分散相。

第一粘结剂组合物可以包括用于制备聚合物的一种或多种反应成分或聚合物成分。聚合物成分可包括单体分子、聚合物分子或它们的组合。第一粘结剂配制物可以进一步包括选自由以下项构成的组的组分：溶剂、增塑剂、链转移剂、催化剂、稳定剂、分散剂、固化剂、反应介质以及用于影响分散体流动性的试剂。

聚合物成分可形成热塑性塑料或热固性塑料。以举例的方式，聚合物成分可包括用于形成聚氨基甲酸酯、聚脲、聚合环氧树脂、聚酯、聚酰亚胺、聚硅氧烷(硅树脂)、聚合醇酸树脂、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、聚丁二烯的单体和树脂，或通常用于生产热固性聚合物的反应性树脂。另一个实例包括丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物成分。前体聚合物成分通常为可固化的有机材料(即，聚合物单体或材料，其能够在暴露于热或其他能源时发生聚合或交联，所述能源为诸如电子束、紫外线、可见光等，或者在加入化学催化剂、水分或使聚合物固化或聚合的其他试剂时随时间推移而发生聚合或交联)。前体聚合物成分实例包括用于形成氨基聚合物或氨基塑料聚合物的反应性成分，诸如烷基化脲-甲醛聚合物、三聚氰胺-甲醛聚合物和烷基化苯并胍胺-甲醛聚合物；丙烯酸酯聚合物，包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物、烷基丙烯酸酯、丙烯酸酯化环氧树脂、丙烯酸酯化氨基甲酸酯、丙烯酸酯化聚酯、丙烯酸酯化聚醚、乙烯醚、丙烯酸酯化油、丙烯酸酯化硅树脂；醇酸树脂聚合物，诸如氨基甲酸酯醇酸树脂聚合物；聚酯聚合物；反应性氨基甲酸酯聚合物；酚类聚合物，诸如甲阶酚醛树脂和酚醛清漆聚合物；酚醛/乳胶聚合物；环氧树脂聚合物，诸如双酚环氧树脂聚合物；异氰酸酯；异氰脲酸酯；聚硅氧烷聚合物，包括烷基烷氧基硅烷聚合物；或反应性乙烯基聚合物。粘结剂配制物可包含单体、低聚物、聚合物或它们的组合。在一个具体实施例中，粘结剂配制物包含至少两种类型的聚合物的单体，其在固化时可交联。例如，粘结剂配制物可以包括环氧树脂成分和丙烯酸成分，其在固化时形成环氧树脂/丙烯酸聚合物。

在一个实施例中，底胶层不包括填料。在另一个实施例中，底胶层可以包括填料颗粒。在一个特定实施例中，底胶层包括聚合物酚组合物、聚合物聚酯组合物或它们的组合。在一个特定实施例中，底胶层包括聚合物酚组合物和聚合物聚酯组合物。在一个特定实施例中，底胶层包括聚合物聚酯组合物。

第二粘结剂-复胶层

如上所述，磨料制品100可以包括设置在第一粘结剂组合物206(底胶层)与磨料颗粒(210、212)的共混物上的第二粘结剂组合物208(复胶层)。第二粘结剂组合物208可以与第一粘结剂组合物相同或不同。第二粘结剂组合物可以包括一种或多种添加剂或填料。

在一个实施例中，第二粘结剂组合物(复胶层)不包括填料。在另一个实施例中，复胶层可以包括填料颗粒。在一个特定实施例中，复胶层包括聚合物酚组合物、聚合物聚酯组合物、聚合物环氧树脂组合物或它们的组合。在一个特定实施例中，复胶层包括聚合物环氧树脂组合物和聚合物聚酯组合物。在一个特定实施例中，底胶层包括聚合物聚酯组合物。

第三粘结剂-网粘结剂

如上所述，磨料制品100可以包括设置在纤维202上的第一粘结剂组合物206(底胶层)之下的第三粘结剂组合物204(网粘结剂)。第三粘结剂组合物202可以与第一粘结剂组合物和第二粘结剂组合物相同或不同。第三粘结剂组合物可以包括一种或多种添加剂或填料。

在一个实施例中，第三粘结剂组合物(网粘结剂)不包括填料。在另一个实施例中，复胶层可以包括填料颗粒。在一个特定实施例中，网粘结剂包括聚合丙烯酸组合物，诸如乳胶丙烯酸组合物、聚合三聚氰胺甲醛组合物或它们的组合。

第四粘结剂组合物-顶胶层

如上所述，磨料制品100可以可选地包括设置在复胶层208上的顶胶层(未示出)。顶胶层可以与底胶层206以及设置在该底胶层上的复胶层208相同或不同。在另一方面，顶胶层可以包括硬脂酸盐，诸如金属硬脂酸盐，诸如硬脂酸锌。

第五粘结剂组合物-喷洒混合胶层

如上所述，磨料制品100可以可选地包括设置在底胶层206上的喷洒混合胶层(未示出)。可替代地，当底胶层尚未固化时，可以将喷洒混合胶层涂覆在底胶层上，固化后会产生混合相(稍微完全散布)或分离相(分离层)。喷洒混合胶层可以与底胶层206和复胶层208相同或不同。在一个特定实施例中，喷洒混合胶层包括聚合物丙烯酸组合物，诸如乳胶丙烯酸组合物、聚合物三聚氰胺甲醛组合物或它们的组合。

添加剂

在一个特定方面，第一粘结剂组合物206(底胶层)、第二粘结剂组合物208(复胶层)或顶胶层122可以包括一种或多种添加剂。合适的添加剂例如可以包括助磨剂、纤维、润滑剂、润湿剂、触变性材料、表面活性剂、增稠剂、颜料、染料、抗静电剂、偶联剂、增塑剂、悬浮剂、ph调节剂、粘合促进剂、润滑剂、杀菌剂、杀真菌剂、阻燃剂、脱气剂、防尘剂、双功能材料、引发剂、链转移剂、稳定剂、分散剂、反应介质、着色剂和消泡剂。这些添加剂材料的量可被选择为提供所需的特性。这些任选的添加剂可存在于根据本公开的实施例的涂覆磨料产品的整个体系的任何部分中。合适的助磨剂可为无机材料，诸如卤化物盐，例如冰晶石、硅灰石和氟硼酸钾；或有机材料，诸如十二烷基硫酸钠或氯化蜡诸如聚氯乙烯。在某个实施例中，助磨剂可为环境可持续的材料。

实施例

实施例1.一种磨料制品，包括：

基底，该基底包括蓬松非织造纤维网；

第一聚合物粘结剂(“底胶”)组合物，该第一聚合物粘结剂组合物

设置在非织造纤维上；以及

磨料颗粒的共混物，该磨料颗粒的共混物设置在聚合物粘结剂上，

其中纤维具有平均纤维直径(fdia)，

其中共混物包括多个第一磨料颗粒(“初级颗粒”)，所述多个第一磨料颗粒具有等于或大于平均纤维直径的平均粒度(p1d50)，并且

其中共混物包括多个第二磨料颗粒(“增强颗粒”)，所述多个第二磨料颗粒具有小于平均纤维直径的平均粒度(p2d50)。

实施例2.根据实施例1所述的磨料制品，进一步包括第二聚合物粘结剂(“复胶层”)，该第二聚合物粘结剂设置在磨料颗粒与纤维的共混物上。

实施例3.根据实施例2所述的磨料制品，进一步包括第三聚合物粘结剂(“网粘结剂”)，该第三聚合物粘结剂设置在纤维上并且将纤维粘附在一起以形成蓬松非织造纤维网，其中第三聚合物粘结剂设置在纤维和第一聚合物粘结剂(“底胶”)组合物之间。

实施例4.根据实施例1所述的磨料制品，其中初级颗粒的平均粒度(p1d50)对平均纤维直径(fdia)的比率为至少1.0∶1.0。

实施例5.根据实施例1所述的磨料制品，其中初级颗粒的平均粒度(p1d50)对平均纤维直径(fdia)的比率不大于8.0∶1.0。

实施例6.根据实施例1所述的磨料制品，其中初级颗粒的平均粒度(p1d50)对平均纤维直径(fdia)的比率在1.0∶1.0至8.0∶1.0的范围内。

实施例7.根据实施例1所述的磨料制品，其中增强颗粒的平均粒度(p2d50)对平均纤维直径(fdia)的比率为至少0.1∶1.0。

实施例8.根据实施例1所述的磨料制品，其中增强颗粒的平均粒度(p2d50)对平均纤维直径(fdia)的比率不大于0.99∶1.0。

实施例9.根据实施例1所述的磨料制品，其中增强颗粒的平均粒度(p2d50)对平均纤维直径(fdia)的比率在0.1∶1.0至0.99∶1.0的范围内。

实施例10.根据实施例1所述的磨料制品，其中平均纤维直径(fdia)为至少10微米。

实施例11.根据实施例1所述的磨料制品，其中平均纤维直径(fdia)不大于500微米。

实施例12.根据实施例1所述的磨料制品，其中平均纤维直径(fdia)在10微米至500微米的范围内。

实施例13.根据实施例1所述的磨料制品，其中平均纤维直径(fdia)为至少1旦。

实施例14.根据实施例1所述的磨料制品，其中平均纤维直径(fdia)不大于300旦。

实施例15.根据实施例1所述的磨料制品，其中平均纤维直径(fdia)在1旦至300旦的范围内。

实施例16.根据实施例1所述的磨料制品，其中初级颗粒的平均粒度(p1d50)为至少30微米。

实施例17.根据实施例1所述的磨料制品，其中初级颗粒的平均粒度(p1d50)不大于1000微米。

实施例18.根据实施例1所述的磨料制品，其中初级颗粒的平均粒度(p1d50)在30微米至1000微米的范围内。

实施例19.根据实施例1所述的磨料制品，其中增强颗粒的平均粒度(p2d50)为至少5微米。

实施例20.根据实施例1所述的磨料制品，其中增强颗粒的平均粒度(p1d50)不大于250微米。

实施例21.根据实施例1所述的磨料制品，其中增强颗粒的平均粒度(p1d50)在5微米至250微米的范围内。

实施例22.根据实施例1所述的磨料制品，其中磨料颗粒共混物包括：

0重量％至85重量％的初级磨料颗粒；以及

15重量％至100重量％的增强磨料颗粒。

实施例22.5.根据实施例1所述的磨料制品，其中磨料颗粒共混物包括：

60重量％至85重量％的所述初级磨料颗粒；以及

15重量％至40重量％的所述增强磨料颗粒。

实施例23.根据实施例1所述的磨料制品，其中磨料制品包括：

30重量％至70重量％的磨料颗粒(即，磨料颗粒的共混物)；

5重量％至35重量％的基底(即，蓬松非织造纤维网)；以及25重量％至55重量％的总聚合物粘结剂组合物(即，底胶层、复胶层以及如果存在的任何网粘结剂和/或顶胶层的总和)。

实施例24.根据实施例3所述的磨料制品，其中磨料制品包括：

30重量％至70重量％的磨料颗粒(即，所述磨料颗粒的共混物)；

5重量％至35重量％的基底(即，蓬松非织造纤维网)；

0重量％至10重量％的网粘结剂；

5重量％至15重量％的底胶层；

20重量％至40重量％的复胶层，以及

0重量％至15重量％的顶胶层。

实施例25.根据实施例1所述的磨料制品，其中初级磨料颗粒包括氧化铝、氧化铝-氧化锆、碳化硅、立方氮化硼、金刚石或它们的组合。

实施例26.根据实施例1所述的磨料制品，其中增强磨料颗粒的组成与初级磨料颗粒的组成相同。

实施例27.根据实施例1所述的磨料制品，其中纤维包括香蕉纤维、纤维素纤维、棉纤维、亚麻纤维、大麻纤维、黄麻纤维、洋麻纤维、剑麻纤维、粘胶纤维、人造丝纤维、聚棉纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维(例如，)、聚酰胺纤维(尼龙6(聚(己酸-6-内酰胺))；尼龙6，6(聚[亚氨基(1，6-二氧六亚甲基)亚氨基六亚甲基])、聚胺纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、金属纤维、陶瓷纤维或它们的组合。

实施例28.根据实施例1所述的磨料制品，其中基底为气流成网。

实施例29.根据实施例1所述的磨料制品，其中纤维是长度在10-90nm的范围内的短纤维。

实施例30.根据实施例1所述的磨料制品，其中基底的重量为80-700gsm(6-46lb/ream)。

实施例31.一种制备磨料制品的方法，包括：

形成蓬松非织造纤维网；

在网上设置第一聚合物粘结剂前体；

发生在第一聚合物前体上设置初级磨料颗粒与增强磨料颗粒的共混物；

将第二聚合物粘结剂前体设置在磨料颗粒与第一粘结剂前体的共混物上；并且

固化粘结剂前体以形成磨料制品。

实施例32.根据实施例31所述的方法，其中初级磨料颗粒与增强磨料颗粒的共混物通过将多个初级磨料颗粒和多个增强磨料颗粒混合在一起形成。

实施例33.根据实施例32所述的方法，其中设置共混物包括通过重力设置。

实施例34.根据实施例1所述的磨料制品，其中磨料制品包括卷紧磨料轮、加权磨料轮或磨料手垫。

实例

a.磨料共混物制备

通过将多个两种磨料颗粒混合在一起制备磨料颗粒的样品共混物。下文在表1中描述样品共混物和对照样。粒度ansi60等于250微米直径，而ansi120等于106微米直径。

表1.样品磨料颗粒共混物

b.磨料轮制备

制备非织造基底(蓬松非织造纤维)。非织造基底包括气流成网(rando-webber机器)，聚酰胺(尼龙6，6)，0.5至2.5英寸长的短纤维的基底，平均直径为111微米，平均线密度为100旦。非织造网的气流成网纤维与丙烯酸网粘结剂组合物粘合在一起。非织造基底是多孔且柔性的，具有均匀的织物重量(纤维重量加上网粘结剂重量)：200-300gsm，固体体积分数(svf)在1.5至3.5的范围内。

将聚合物底胶层粘结剂组合物(聚氨酯组合物)设置于整个非织造网上。如上所述，通过重力涂覆将磨料颗粒的共混物(s1)置于非织造纤维网的底胶层和纤维上。值得注意的是，即使通过重力涂覆完成了磨料颗粒的沉积，也没有明显的粗细磨料颗粒的分离(即，磨料颗粒的共混物很好地分散在整个网上)。

将聚合物喷洒混合物组合物(酚类组合物)涂覆在底胶层和磨料颗粒上。然后固化底胶层和喷洒混合物组合物。

然后将复胶层组合物(聚氨酯组合物)涂覆在喷洒混合物组合物上。然后固化复胶层组合物，因而形成完整的单层片状非织造磨料制品。使经涂覆的网通过烘箱，固化底胶层和复胶层并形成完整的单层片状非织造磨料制品。

然后通过用粘合剂组合物(环氧树脂组合物)涂覆非织造磨料片的两面、将非织造磨料片以螺旋方式围绕中心芯体(“轮毂”)缠绕、固化粘合剂，然后切片以形成卷紧磨料轮，使单层片状的非织造磨料形成为卷紧磨料轮。

重复上述用于s1磨料轮的过程，以构造用于每个磨料颗粒共混物的磨料轮：对照样，s2、s3和s4，磨料轮之间仅有的差别在于磨料颗粒共混物的组成。

c.磨料性能测试

使用对照样磨料轮(对照样)和样品磨料轮s1、s2、s3和s4进行磨料性能测试。在钢制测试工件上以2700rpm的转速进行低压(7lb.自重)的手动研磨，持续10分钟。记录从工件上去除的材料总量(平均切除量)、从磨料轮损失的材料总量(平均脱落量)和磨削比(平均切除量/平均脱落量)。测试结果如下文表2和图9-11所示。

表2.磨料性能结果

令人惊讶的是，平均总切除量的趋势与共混物中较小尺寸的增强磨料颗粒(％ansi120)的百分比不相关。相反，如趋势线(图9)所示，虽然s1和s2的切除量开始下降，但s3和s4的平均切除量却令人惊讶地增加。此外，平均脱落量和较小尺寸的增强磨料颗粒的百分比之间存在间接关系。再次令人惊讶地是，所有样品s1-s4的磨削比均大于对照样。样品相对于对照样的磨削比从s1的低至129％变为s4的高至265％。

2a.附加磨料共混物制备

通过将多个两种不同尺寸的碳化硅磨料颗粒混合在一起制备碳化硅磨料颗粒的附加样品共混物。下文在表3中描述样品共混物和对照样。示出了ansi粒度和以微米为单位的等效平均直径。

表3.样品磨料颗粒共混物

2b.磨料轮制备“低”密度

使用实例2a的磨料共混物制备来制备非织造磨料轮。提供非织造基底(蓬松非织造纤维)。非织造基底包括气流成网(rando-webber机器)，聚酰胺(尼龙6，6)，0.5至2.5英寸长的短纤维，平均直径为111微米，平均线密度为100旦。非织造网的气流成网纤维与乳胶丙烯酸网粘结剂组合物粘合在一起。非织造基底是多孔且柔性的，具有在200-300gsm范围内的均匀织物重量(纤维重量加上网粘结剂重量)，并且具有在1.5至3.5的范围内的固体体积分数(svf)。

将聚合物底胶层粘结剂组合物(聚氨酯组合物)设置于整个非织造网上。如上所述，将磨料颗粒的共混物(对照样2)通过重力涂覆设置在底胶层和非织造网的纤维上。值得注意的是，即使通过重力涂覆完成了磨料颗粒的沉积，也没有明显的粗细磨料颗粒的分离(即，磨料颗粒的共混物很好地分散在整个网上)。然后固化底胶层粘结剂组合物。

将聚合物喷洒混合物组合物(酚类组合物)涂覆在底胶层和磨料颗粒上。然后固化底胶层和喷洒混合物组合物。

然后将复胶层组合物(聚氨酯组合物)涂覆在喷洒混合物组合物上。然后固化复胶层组合物，因而形成完整的单层片状非织造磨料制品。

然后通过用粘合剂组合物(环氧树脂组合物)涂覆非织造磨料片的两面、将非织造磨料片以螺旋方式围绕中心芯体(“轮毂”)缠绕、固化粘合剂，然后切片以形成卷紧磨料轮，使单层片状的非织造磨料形成为卷紧磨料轮。

重复上述用于对照样2磨料轮的过程以对每个磨料颗粒共混物都构造磨料轮：s5-s7，对照样3，s8-s10，对照样4以及s11-s13。磨料轮的构造之间仅有的差别在于磨料颗粒共混物的组成。所得的磨料轮都具有在1.0至1.2lb./100in³范围内的“低”密度。在表4中描述卷紧磨料轮的特性。

表4.磨料轮“低”密度

2c.磨料轮制备“高”密度

使用实例2a的磨料共混物制备来制备卷紧非织造磨料轮。使用上述实例2b的相同材料和程序制备这些非织造磨料轮，不同在于所得的磨料轮都具有在2.1至2.4lb./100in3的范围内的“高”密度。在表5中描述卷紧磨料轮的特性。

表5.磨料轮“高”密度

2d.磨料性能测试环形测试

使实例2b、表4和表5的对照样和样品磨料轮经过磨料性能测试。在每个磨料轮的不锈钢(ss304)工件上，以2700rpm在低压(7lb.)下进行了10分钟的环形测试。记录从工件上去除的材料总量(平均切除量)，从磨料轮损失的材料总量(平均脱落量)和磨削比(平均切除量/平均脱落量)，测试结果如下表6和图12-14所示。还测量了算术平均粗糙度(ra)的表面粗糙度测量值(环上的8个点)和平均峰宽(rsm)，测试结果如表7和图15-16所示。

表6.磨料性能结果“低”和“高”密度轮

表7.表面粗糙度结果ra和rsm

磨料性能和表面光洁度数据表明令人惊讶且有利的结果。磨料性能数据表明，增强晶粒(gr)倾向于减少切除量，但令人惊讶地将基底增强至一定程度，从而大大减少了磨削过程中从磨料轮上脱落的材料量，这出乎意料地产生了更高和有利的磨削性能(g比率)。可以看出，初级砂粒越大(即初级颗粒越大)，次级颗粒的增强作用就显得越显著。因而，通过添加小于网纤维直径的增强颗粒，可以产生g比率增加。关于表面光洁度数据，应注意的是，出乎意料地，增强砂粒不会中断表面光洁度性能，也不会影响成品的外观。这是出乎意料的，因为人预期引入较小的颗粒会中断由较大的初级磨料颗粒产生的粗糙度的均匀性(即，划痕的大小和深度)。换句话说，原来预料的是，较小的颗粒会产生细小的划痕深度/图案，该深度/图案会破坏大颗粒产生的平均划痕/粗糙度值(ra、rsm)，并与之大不相同，事实并非如此。