专利名称：有硬的防填塞胶接涂层的弹性磨料制品的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及弹性制品如砂磨海绵。具体而言，本发明涉及具有柔性初始接合涂层(make coating)和薄的硬的防填塞胶接涂层的磨料制品。
背景技术：
涂敷磨料产品一般通过在基底至少一面涂布第一粘合剂层，一般称之为“初始接合”涂层来制造。在涂布后的基底上施加磨粒，施加后，磨粒部分嵌埋在初始接合涂层中。第二粘合剂层(一般称之为“胶接涂层”)施用在磨粒和初始接合涂层上。常规的磨料涂层一般包括初始接合涂层、磨粒和胶接涂层。在另一任选层中包含防填塞材料，称作“上胶接涂层”，可防止磨料表面的聚集，因此，可延长制品的使用寿命。
本领域中已知有弹性或顺应性磨料制品如砂磨海绵。这类磨料制品对清洁、抛光、研磨和加工材料为要求尺寸，如木材、金属、塑料等有用，尤其当这些材料具有和有达到不规则、有凹凸的或其它复杂的表面轮廓时，或要求人工控制磨料制品与工件间的压力时如研磨内部干壁表面时。
要保持磨料制品的弹性，常使用柔性弹性体粘合剂，将磨粒粘合固定在泡沫基底的主表面上。除了使用弹性体粘合剂外，最常用的弹性磨料制品的结构是各涂层具有至少和下层涂层一样的柔性。因此，对具有施用在弹性泡沫基底上的初始接合涂层的常规弹性磨料制品，磨粒嵌埋在初始接合涂层中，胶接涂层施用在初始接合涂层和磨粒上，胶接涂层具有至少和初始接合涂层一样的柔性。这样的结构可以使磨料制品保持其柔性，当磨料制品运行超过工作表面的尖角或边缘时，可防止磨料涂层开裂或碎裂。然而，柔性初始接合涂层和胶接涂层为柔软的，因此不能提供磨粒足够的侧面支撑。结果，在挤压磨料制品和沿工作表面移动时，颗粒会相对泡沫基底翘起，从而极大地降低磨料制品的效力。另外，软的胶接涂层会迅速聚集碎屑，缩短磨料制品的使用寿命。
需要硬质或刚性胶接涂层，因为它们可提供磨粒的侧面支撑，增加切削，还因为它们可减少聚集，增加制品的寿命。然而，将硬的非弹性体粘合剂如苯酚-甲醛缩合物涂布在泡沫基底上时，泡沫基底的弹性很快被这些粘合剂的物理性质压倒，使制成的磨料制品发脆，在正常使用中易于开裂、撕裂和穿孔。磨料制品的开裂和撕裂在工作表面产生不均匀的面层，导致磨料制品过早损坏。为避免与硬的胶接涂层有关的问题，市场上最普通的弹性磨料制品，要么没有胶接涂层，即使有它也具有至少和初始接合涂层同样的柔性。
美国专利4,629,473(Ruid等)公开一种弹性磨料抛光产品，包括一主背衬、层叠在该主背衬上的弹性层、以及嵌埋在弹性体初始接合涂层中的磨粒，弹性体初始接合涂层在主背衬反面的弹性层上。该产品还包括在弹性层和弹性初始接合涂层之间的中间涂层、以及酚醛树脂胶接涂层。主背衬可由经整饰的布、纸、硫化纤维、非织造卷材或塑料薄膜制成。这些材料较为刚性，因此可防止弹性层、弹性体初始接合涂层和胶接涂层拉伸和伸长。还可以防止胶接涂层开裂和弹性层撕裂。然而，这种背衬明显增加了产品的总成本。另外，弹性层是由1.44-2.41毫米厚的网状薄泡沫层形成。薄的弹性层会进一步增加产品的非柔性，使其不适合许多整饰应用。
因此，需要提供一种弹性磨料制品，它具有足以顺应轮廓表面厚度的可伸长弹性泡沫基底、用柔性初始接合涂层粘合固定在基底上的磨粒、以及施涂在磨粒和柔性初始接合涂层上为较为刚性的硬胶接涂层。更具体而言，需要提供具有硬胶接涂层的磨料制品，硬胶接涂层提供对磨粒的侧面支撑，阻止碎屑聚集，但不会出现与常规有硬胶接涂层的弹性磨料制品有关的开裂问题。还要求提供不需要非弹性背衬以防止这类开裂的弹性磨料制品。
发明概述在本发明的描述中，“弹性”指材料的一种性质，即材料在弯曲、扭曲、拉伸或压缩后基本上能恢复其原来形状的性质。
“弹性磨料制品”指在磨料表面向外的情况下将其折起时，磨料涂层不产生刀口的磨料制品。当磨料涂层开裂和与泡沫基底分层时磨料制品产生刀口，从而产生锐利刀状边缘，划伤工作表面。
“初始接合涂料前体”指可涂布的树脂状粘合材料，施涂在泡沫基底的可涂布的开孔表面，在其上固定磨粒。“初始接合涂层”指通过硬化初始接合涂料前体，在泡沫基底的可涂布开孔表面形成的硬化树脂层。
“胶接涂料前体”指可涂布的树脂状粘合材料，施涂到在泡沫基底可涂布开孔表面上的初始接合涂层上面。“胶接涂层”指通过硬化胶接涂层前体，在初始接合涂层上形成硬化的树脂层。
关于初始接合涂料和胶接涂料的粘合剂组合物，“不稳定的”指粘合剂材料(如初始接合涂料前体或胶接涂料前体)的液体分散液的发泡或泡沫条件，使粘合剂分散液的泡沫状态为暂时的。术语“泡沫”指气泡分散在整个液体中，每个气泡封闭在液体薄膜内。本发明中利用的不稳定泡沫因此还包括由相当大的气泡组成的不稳定泡沫。
碎屑指研磨过程中产生的细颗粒。防填塞指涂层防碎屑集聚的能力。
本发明提供的弹性磨料制品包括弹性、顺应性、可伸长的，并有外表面的基底，施涂在该基底的至少部分外表面上的柔性初始接合涂层，至少部分嵌埋在初始接合涂层中的磨粒，从而将磨粒粘合固定在基底上，以及涂覆在磨粒和柔性初始接合涂层上的硬的胶接涂层。要使泡沫基底被撕裂的可能性最小，可形成很薄的硬胶接涂层，其干重量增加小于约15格令/24英寸2(63克/米2)。
磨料制品还可包括靠近基底的柔性隔离层。或者，磨料制品可包括用柔性粘合剂初始涂料粘合固定在基底上的磨粒、施涂在磨粒和初始接合涂层上的柔性胶接涂层、和施涂在柔性胶接涂层上的硬的上胶接涂层。另一个实施方案则包括施涂在泡沫基底上的柔性初始接合涂层、嵌埋在柔性初始接合涂层之上的硬胶接涂层中的磨粒、和施涂在硬胶接涂层和磨粒上面的柔性上胶接涂层。
用于形成基底的合适材料包括聚氨酯泡沫材料、泡沫橡胶、有机硅和天然海绵。用于形成初始接合涂料或柔性胶接涂料的合适材料包括丁腈橡胶、丙烯酸类、环氧、氨基甲酸酯、聚氯乙烯和丁二烯橡胶。磨粒可以是氧化铝、碳化硅、氧化铝氧化锆(alumina zirconia)、金刚石、铈土、立方氮化硼、石榴石、磨砂玻璃、石英、它们的混合物。用于形成硬的胶接涂层的合适材料包括酚醛树脂、有α,β-不饱和羰基侧基的氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、烯键不饱和树脂、丙烯酸化异氰脲酸酯树脂、脲-甲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸化聚氨酯树脂、丙烯酸化环氧树脂、二马来酰亚胺树脂(bismaleimide resin)、芴改性环氧树脂、和它们的混合物。
附图简述参考附图进一步描述本发明，其中
图1是本发明磨料制品的放大的剖面图；图2是本发明第二个实施方案的放大剖面图；图3是本发明第三个实施方案的放大剖面图；图4是施涂初始接合涂料的设备示意图；图5是施用颗粒设备的示意图；图6是施涂胶接涂料设备的示意图。
本发明详细描述参考图1，所示为一种弹性磨料制品2，它包括弹性、顺应性的可伸长基底4，基底4具有涂布了柔性初始接合涂层8的第一主表面6、许多至少部分嵌埋在初始接合涂层8中的磨粒10、以及施涂在初始接合涂层8和磨粒10上面的薄的硬胶接涂层12。所示的磨料制品有一个主表面涂布了磨料，基底的任一表面或所有表面都可涂布。下面详细描述基底4、初始接合涂层8、颗粒10和胶接涂层12。
图2所示为类似于图1制品的磨料制品，不同之处是，图2的制品还包括位于基底4和初始接合涂层8之间的中间隔离层114。和图1相同的图2和图3中的部件标以相同的参考数字。隔离层114提供光滑表面，其上施涂初始接合涂层8。可由和初始接合涂层8(下面详细描述)相同的材料形成隔离层114。
图3所示为类似于图1制品的另一种弹性磨料制品，其不同之处是，该磨料制品还包括在初始接合涂层8和硬胶接涂层12之间的第一柔性胶接涂层116，硬胶接涂层现称作“上胶接”涂层。这样的制品可易于通过在通常包括弹性泡沫基底、用柔性初始接合涂料粘合固定在基底上的磨粒和柔性胶接涂层的常规弹性磨料海绵上简单地涂布硬的上胶接涂层制得。具有柔性胶接涂层116，不会影响加入硬的上胶接涂层12所获得的改进性能。柔性胶接涂层116可由和初始接合涂层8(下面详细描述)相同的材料形成。
可以理解，还可以使用其他结构的磨料制品。例如，磨料制品可包括柔性初始接合涂层、薄的硬胶接涂层和柔性上胶接涂层。此外，制成的上述磨料制品可包括另外的涂层。
基底本发明磨料制品一般使用在其至少一个表面有可涂布面的任何弹性基底。这些基底包括开孔泡沫材料、闭孔泡沫材料、网状泡沫材料，它们各自还可包括一外表层。合适的泡沫基底可由合成聚合物材料制成，例如聚氨酯、泡沫橡胶、有机硅和天然海绵材料。这样的泡沫基底的伸长范围为50-300％(即泡沫材料的拉伸长度减去泡沫材料未拉伸的长度除以泡沫材料未拉伸的长度，再乘以100等于50-300％)。本发明的一个具体实施方案包括由伸长约为90％的聚氨酯海绵制成的泡沫基底。泡沫基底厚度仅受磨料制品要求的最终用途限制。尽管也可以使用更厚的基底，但泡沫基底的厚度约为1-50毫米为佳。
初始接合涂层通过将初始接合涂料前体施涂在基底上，形成柔性初始接合涂层。合适的初始接合涂料前体包括丁腈橡胶、丙烯酸类、环氧、氨基甲酸酯、聚氯乙烯、和丁二烯橡胶。初始接合涂料前体在基底上的施涂重量为，固化后提供确保将磨粒固定在泡沫基底上所需的粘合。对常规的初始接合涂料，其干增重在15-50格令/24英寸2(63-210克/米2)范围。完全固化后初始接合涂层的伸长大于泡沫基底的伸长，一般在50-800％范围。
胶接涂层根据本发明的特点，通过在初始接合涂层和磨粒上面施用一层薄的胶接涂料前体，形成胶接涂层，形成的薄的硬胶接涂层的干增重小于约15格令/24英寸2(63克/米2)。更具体而言，薄的硬胶接涂层的干增重为2-3格令/24英寸2(8.4-12.6克/米2)。惊奇地发现当这样的薄的硬胶接涂层施用在可伸长的泡沫基底上时，薄的硬胶接涂层具有降低泡沫基底挠曲时的撕裂可能性，并还能保持与厚的硬胶接涂层有关的改进性能，即延长寿命、增加切削，提高耐磨性。因此，薄的硬胶接涂层提供与厚的胶接涂层同样的侧面支撑，达到增加切削，并减小在磨料表面的填塞和集聚，延长制品的寿命。然而，更未预料到的情况是薄的硬胶接涂层不仅获得上述益处，同时还降低可伸长泡沫基底挠曲时撕裂的可能性。据信，这种降低泡沫基底的撕裂倾向是因为薄的硬胶接涂层产生许多比厚的胶接涂层中的裂纹更易形成的微裂纹，因此，在微裂纹区可降低施加在泡沫基底上的应力。即，薄的胶接涂层中的微裂纹不会将应力集中在会撕裂泡沫基底位置。另外，据信，薄的胶接涂层产生的大量微裂纹可分散与较大面积上开裂有关的应力，从而进一步降低撕裂泡沫基底的可能性。
开裂时在泡沫基底上产生撕裂的胶接涂层的干增重，一定程度上取决于施用在磨料制品中的磨粒的大小和量。因此，胶接涂层干增重对不同制品结构会有所不同。
大多数聚合物包括酚醛树脂，在玻璃化温度与伸长之间存在关系。一般，随聚合物玻璃化温度提高，伸长降低，该聚合物变得更玻璃态。适用于本发明的完全固化的胶接涂料，玻璃化温度一般高于70°F(21℃)，更具体的高于122°F(50℃)。这样的胶接涂料其相应的伸长一般小于10％，更具体的小于5％。因此，按其伸长测定，固化的胶接涂层的柔性小于固化后的初始接合涂层的柔性。此外，根据本发明，固化后的胶接涂层的莫氏硬度大于固化后的初始接合涂层的莫氏硬度。
适用于本发明的胶接涂料前体包括可涂布、可硬化的粘合剂，可包括一种或多种热塑性或较好为热固性树脂状粘合剂。适用于本发明的树脂状粘合剂包括酚醛树脂、有α,β-不饱和羰基侧基的氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、烯键不饱和树脂、丙烯酸化异氰脲酸酯树脂、脲-甲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸化聚氨酯树脂、丙烯酸化环氧树脂、二马来酰亚胺树脂、芴改性环氧树脂、或它们的混合物。粘合剂前体中可加入催化剂和/或固化剂，引发和/或加速聚合反应。
环氧树脂具有一个环氧乙烷，可通过开环聚合。这样的环氧树脂包括单体环氧树脂和聚合物环氧树脂。这些树脂的骨架和取代基性质可以有很大变化。例如，其骨架可以是普通环氧树脂的任何类型，其取代基可以是没有能在室温下与环氧乙烷环反应的活性氢原子的任何基团。合适的取代基的代表例包括卤素、酯基、醚基、磺酸盐基、硅氧烷基、硝基和磷酸盐基。较好的环氧树脂的例子包括2,2-二[4-((2,3-环氧丙氧基)-苯基)丙烷(双酚A二缩水甘油醚)]和市售的材料，如Shell Chemical Co.的商品名为“EPON 828”、“EPON 1004”和“EPON 1001F”，Dow Chemical Co.的“DER-331”、“DER-332”和“DER-334”。其它合适的环氧树脂包括Dow Chemical Co.销售的苯酚甲醛线型酚醛清漆的缩水甘油醚(如“DEN-431”和“DEN-428”)。
烯键不饱和粘合剂前体的例子包括有α,β-不饱和羰基侧基的氨基塑料单体或低聚物、烯键不饱和单体或低聚物、丙烯酸化异氰脲酸酯单体、丙烯酸化氨基甲酸酯低聚物、丙烯酸化环氧单体或低聚物、烯键不饱和单体或稀释剂、丙烯酸分散体或它们的混合物。
氨基塑料粘合剂前体其每一分子或低聚物具有至少一个α,β-不饱和羰基侧基。在美国专利4,903,440(Larson等)和5,236,472(Kirk等)中进一步描述了这些物质。
烯键不饱和单体或低聚物可以是单官能、双官能、三官能或四官能，或甚至更多官能的。术语丙烯酸酯包括丙烯酸酯和取代的丙烯酸酯，如甲基丙烯酸酯和乙基丙烯酸酯。烯键不饱和粘合剂前体包括含碳原子、氢原子和氧原子，和任选的氮原子和卤原子的单体化合物或聚合化合物。在醚、酯、氨基甲酸酯、酰胺和脲基中一般存在氧原子或氮原子，或两者都有。较好的烯键不饱和化合物分子量小于约4,000，宜为由含脂族单羟基或脂族多羟基的化合物与不饱和羧酸如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸、马来酸等反应形成的酯。烯键不饱和单体的代表性例子包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、二乙烯基苯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟丁酯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、三甲基丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯和四甲基丙烯酸季戊四醇酯。其它的烯键不饱和树脂包括单烯丙基、多烯丙基和多甲基烯丙基酯和羧酸的酰胺，如邻苯二酸二烯丙基酯、己二酸二烯丙基酯和N,N-二烯丙基己二酰二胺。其它的含氮化合物包括三(2-丙烯酰氧基乙基)异氰脲酸酯、1,3,5-三(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-s-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基-丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基-吡咯烷酮和N-乙烯基-哌啶酮。
在美国专利4,652,274(Boettcher等)中进一步描述了有至少一个侧基丙烯酸基的异氰脲酸酯衍生物和有至少一个侧基丙烯酸基的异氰酸酯衍生物。较好的异氰脲酸酯是三(羟乙基)异氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
丙烯酸化氨基甲酸酯是端羟基的异氰酸酯的聚酯或聚醚的二丙烯酸酯类。市售的丙烯酸化氨基甲酸酯的例子包括UVITHANE 782(Morton Thiokol Chemical得到)和CMD 6600、CMD 8400和CMD 8805(可从UCB Radcure Specialties购得)。丙烯酸化环氧化物是环氧树脂的二丙烯酸酯，如双酚A环氧树脂的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸化环氧化物例子包括CMD 3500、CMD 3600和CMD 3700(可从UCBRadcure Specialties购得)。
美国专利5,236,472(Kirk等)中可找到烯键不饱和稀释剂或单体的一个例子。一些情况下，这些烯键不饱和稀释剂由于能和水相容而可使用。
在美国专利5,378,252(Follensbee)中可发现有关丙烯酸酯分散体的另一些细节。
在粘合剂前体中使用部分聚合的烯键不饱和单体也属于本发明范围。例如，一种丙烯酸酯单体可以部分聚合，加到胶接涂料前体中。应控制部分聚合程度，使产生的部分聚合的烯键不饱和单体的粘度不会过高，使粘合剂前体为可涂布的材料。可部分聚合的丙烯酸酯单体的一个例子是丙烯酸异辛酯。使用部分聚合的烯键不饱和单体与另一种烯键不饱和单体和/或可缩合固化粘合剂的混合物也属于本发明范围。
可用作本发明的胶接涂料前体的粘合剂材料还包括热固性酚醛树脂如酚醛树脂A和线型酚醛树脂，如Kirk-Othmer,Encyclopedia of Chemical Technology,3dEd.John Wiley＆Sons,1981,New York,Vol.17,pp.384-399中所述。用碱催化剂和超过1摩尔的甲醛，甲醛与苯酚的摩尔比值一般为1.0∶1.0至3.0∶1.0，可制成酚醛树脂A。线型酚醛树脂可在酸催化下，甲醛与苯酚的摩尔比值小于1.0∶1.0条件下制备。对制造本发明制品有用的常规酚醛树脂A含有约0.75-1.4％(重量)的游离甲醛；约6-8％(重量)的游离苯酚；约78％固体和余量的水。这类树脂的pH约为8.5，粘度约2400-2800厘泊。适用于本发明的市售酚醛树脂包括已知的商品名为“Durez”和“Varcum”(可从Occidental ChemicalsCorporation(N.Tonawonda,N.Y.)购得)；“Resinox”(可从Monsanto Corporation购得)；和“Arofene”和“Arotap”(皆可从Ashland Chemical Company购得)；以及酚醛树脂A预缩合物(可从Neste Resins,a Division od Neste Canada,Inc.,Mississauga,Ontario,Canada以“BB077”商品名购得)的酚醛树脂。按照需要或要求，在酚醛树脂中可加入有机溶剂。
胶接涂料在施涂到泡沫基底之前，宜发泡或为泡沫状。粘合剂组合物可以是含水分散液，在干燥时硬化。其中最好的粘合剂组合物是可发泡、可涂布、可硬化的酚醛树脂A，它包含表面活性剂，有助于泡沫的形成和提高泡沫的稳定性。表面活性剂的一个市售产品例子是已知商品名为“SULFOCHEM SLS”产品(来自Chemron Corporation of Paso Robles,California)。在胶接涂料树脂中可加入这类发泡剂(乳化剂)或表面活性剂，采用适合于液体涂料的涂布法，将其施涂在泡沫基底上。其用量约为湿组分总量的1.0-6.0％，较好的约为3％。
磨粒适合包含在本发明磨料制品中的有用磨粒包括所有已知的中值粒径约为1-600微米(2000-30grit)，较好约为10-100微米的细的和较大磨粒。这样细的磨粒提供的粒径分布为中值粒径约为60微米或更小。在对本发明有用的各种磨料中可包括氧化铝颗粒，氧化铝颗粒包括陶瓷氧化铝、热处理后的氧化铝和白色-熔凝氧化铝；以及碳化硅、氧化铝氧化锆、金刚石、铈土、立方氮化硼、石榴石、研磨玻璃、石英、和它们的混合物。有用的磨料还可包括较软的、腐蚀性小的材料如热固性或热塑性聚合物以及粉碎的天然产品如坚果壳。
本领域的技术人员可以理解颗粒组成和粒度的选择取决于完成的磨料制品要求的最终用途，需考虑用该制品处理的工件表面的性质和要求的研磨效果。本发明制品中包含细的磨粒，宜包括莫氏硬度至少约为5的材料，尽管较软颗粒适合于某些应用，本发明对任何颗粒硬度没有限制。在泡沫基底的第一或第二主表面的至少一面加入颗粒，提供满足成品最终用途要求的颗粒负载量。
添加剂初始接合涂料前体或胶接涂料前体，或两者可包含任选的添加剂，如填料、纤维、润滑剂、研磨助剂、润湿剂、增稠剂、防填塞剂、表面活性剂、颜料、染料、偶合剂、光引发剂、增塑剂、悬浮剂、抗静电剂等。可能的填料包括碳酸钙、氧化钙、硅酸钙、氧化铝三水合物、冰晶石、氧化镁、高岭土、石英和玻璃。可起研磨助剂作用的填料包括冰晶石、氟硼酸钾、长石和硫。以初始接合涂料或胶接涂料前体为100份，填料的用量最多约为400份，较好的约为30-150份，使固化后的涂层保持良好的柔性和韧性。按本领域技术人员所知，选择这些物质的量，提供所需性质。
在前体组合物中可加入有机溶剂和/或水来改变粘度。相信本领域的技术人员会选择具体的有机溶剂和/或水，其选择取决于粘合剂前体中热固性树脂用量以及使用的这些树脂的用量。
方法图1的弹性磨料制品可通过在泡沫基底4上施涂初始接合涂料前体，在初始接合涂层8上施用磨粒10，在磨粒和初始接合涂层上面施涂胶接涂料前体，并适当固化后制得。制造图1制品的具体方法示于图4-6。具体描述制造图1所示制品的方法，就可以理解制造图3和4所示制品的类似方法。
参考图4，所示为在泡沫基底上施涂初始接合涂料的设备220。在树脂料斗224中投入初始接合涂料前体树脂222。通过泵228和树脂软管230，将初始接合涂料前体222从树脂料斗224泵出至流体承载模头226。流体承载模头226将初始接合涂料前体树脂222施涂到移动的泡沫基底232上，泡沫基底232在一对辊236上传送，形成初始接合涂层。或者，可使用本领域已知的合适涂布器如喷涂器、辊涂器、浸涂器、辊涂器上的刮刀等，施涂初始接合涂料前体。
之后，使用图5所示的设备施用磨粒。使用通过空气进管242通入床层240的流化空气，使磨粒238在流化床240中流化。文丘里泵224接受来自合适气源(未图示)经空气进口246的空气，并通过吸管248吸入流化的颗粒和空气的混合物。颗粒238和空气的混合物经颗粒软管252传送到颗粒喷射器250。颗粒喷射器包括安装在出口256的折流板254，用于改变流化磨粒/空气混合物的流动方向，使该混合物不是直接喷射在泡沫基底232上。或者，在有液体初始接合涂料前体222的泡沫基底232上面形成均匀分布的磨粒云，达到均匀分布磨粒238的要求。然后该云以要求的均匀方式沉降，较好的通过重力沉降在泡沫基底上。在颗粒喷射室258中，磨粒238施用到泡沫基底232上，喷射室258用于包容、收集和循环过量的磨粒。泡沫基底232经在喷射室前后拥有的带(未图示)进出喷射室258，并通过类似于图4所示的辊，传送通过该室。还可以采用另一些己知的施用磨粒的方法，如降落涂布(drop coating)或静电涂布。在泡沫基底上施用磨粒后，采用本领域已知的合适方法固化初始接合涂料。
然后，采用图6所示的设备，在初始接合涂层222和磨粒238上面施涂胶接涂料。施涂胶接涂料的设备260包括树脂料斗262，将胶接涂料前体264送入泵266。胶接涂料前体264经软管270泵入发泡机268。在发泡机中，胶接涂料前体用压缩空气源272提供的空气发泡，形成不稳定的泡沫。发泡胶接涂料前体，可以在泡沫基底上形成具有干增重低的特点的薄胶接涂层。在泡沫基底上形成足够薄的胶接涂层时，胶接涂层可开裂，而不会撕裂泡沫基底。已发现，干增重小于15格令/24英寸2(63克/米2)的胶接涂层可以开裂而不会撕裂泡沫基底。然后使用泡沫模头274，将发泡的胶接涂料前体264施涂在磨粒238和初始接合涂层222上。提供一空转辊276，以控制发泡胶接涂料前体278的施涂。一种合适的发泡机是SKG Industries,West Lawn,Pennsylvania销售的“F2S-8”型发泡机。还可以采用其它已知的方法，将发泡的胶接涂料树脂施涂在泡沫基底上。另外，通过稀释胶接涂料前体并且在泡沫基底上直接喷射该前体，可形成足够薄的胶接涂层。施涂胶接涂料后，立刻完全固化初始接合涂料和胶接涂料，确保将磨粒固定在基底上。
实施例使用下面的物质制造本发明的弹性磨料制品泡沫基底 聚氨酯海绵初始接合涂料 丙烯酸类磨粒 Al2O3胶接涂料 酚醛树脂将泡沫基底以约6英尺/分钟的速度传送通过各设备，制造制品。泡沫基底是从Woodbridge Foam Corporation,Mississauga,Ontario,Canada购得的垫在地毯下面的泡沫坯料。该泡沫基底厚度为0.197英寸(5毫米)，宽为12英寸(30.48毫米)，密度为3.0磅/英尺3(48.1千克/米3)，其伸长约为90％。初始接合涂料组合物包括下列组分
HyCar 2679是丙烯酸类乳液，购自BF Goodrich,Cleveland,Ohio，其伸长为366-630％，取决于固化条件。水用作稀释剂，EZ-1溶液为聚丙烯酸，也购自BF Goodrich,Cleveland,Ohio，用作增稠剂，氢氧化铵用作EZ-1溶液的活化剂。使用由Moyno progressing cavity泵(购自Moyno Industrial Products,Springfield,Ohio)提供的在一个辊上的缝形模头，将初始接合涂料施涂在泡沫基底上。制得的初始涂层的干增重为28格令/24英寸2(1.76克/米2)。
然后，采用上述方法，在初始接合涂层上施用氧化铝(Al2O3)磨粒，施用粒度120grit磨料。磨料的干增重为22格令/24英寸2。施用磨料后，于300°F(149℃)固化该初始接合涂料4分钟。然后在初始接合涂层和磨料上施涂胶接涂料。
胶接涂料是BB077酚醛树脂，购自Neste Resins Canada,a Division of NesteCanada Inc.,Mississauga,Ontario,Canada。这种酚醛树脂胶接涂料前体还包括Sulfochem SLS表面活性剂(购自Chemron Corporation,Paso Robles,CA)；46％氮的颗粒状的工业级脲(购自BP Chemicals,Gardena,CA)；AMP 95,2-氨基-2-甲基-1-丙醇的95％水溶液(购自Ashland Chemical,Co.,Dublin,OH)；和水。这种酚醛树脂的总固含量约为70％。胶接涂料前体发泡至吹胀比为8∶1(即原料发泡后的体积与未发泡时的比值)。混合器在约330RPM下操作，空气流速约为1.2升/分钟。使用Moyno progressing cavity泵提供胶接涂料前体树脂，通过转动泡沫基底上的空转辊，施涂发泡的胶接涂料树脂。然后于300°F(149℃)固化该胶接涂层4分钟。制得的胶接涂层的干增重为6格令/24英寸2，伸长小于10％。
本领域的技术人员可以理解，在不偏离上面所述本发明概念下，可以对本发明进行各种变动和修改。因此，本发明范围不受本申请中所述的结构的限制，仅受权利要求书所述结构和其等价结构的限制。
权利要求
1．一种弹性磨料制品，包括(a)有一外表面的弹性柔性基底；(b)在所述外表面的至少部分表面上的粘合剂初始接合涂层，所述初始接合涂层具备预定的柔性；(c)各自部分嵌埋在所述初始接合涂层中的磨粒；(d)在所述初始接合涂层和所述磨粒上面的防填塞胶接涂层，所述胶接涂层具有预定的柔性，该柔性小于所述初始接合涂层的预定柔性。
2．如权利要求1所述的弹性磨料制品，其特征在于所述弹性基底是由至少3毫米厚的泡沫材料形成。
3．如权利要求1所述的弹性磨料制品，所述磨料制品还包括在所述初始接合涂层和所述防填塞胶接涂层之间的柔性中间胶接涂层，所述中间胶接涂层具有大于所述防填塞胶接涂层的预定柔性。
4．如权利要求2所述的弹性磨料制品，所述磨料制品还包括靠近所述泡沫基底的隔离层。
5．如权利要求2所述的弹性磨料制品，其特征在于所述泡沫基底是由选自聚氨酯、泡沫橡胶、有机硅或天然海绵的材料形成。
6．如权利要求1所述的弹性磨料制品，其特征在于所述初始接合涂料选自丁腈橡胶、丙烯酸类、环氧、氨基甲酸酯、聚氯乙烯、或丁二烯橡胶。
7．如权利要求1所述的弹性磨料制品，其特征在于所述磨粒包括选自氧化铝、碳化硅、氧化铝氧化锆、金刚石、铈土、立方氮化硼、石榴石、研磨玻璃、石英、或它们的混合物的材料。
8．如权利要求1所述的弹性磨料制品，其特征在于所述胶接涂料为可涂布的、可硬化的树脂状粘合剂。
9．如权利要求1所述的弹性磨料制品，其特征在于所述胶接涂料选自酚醛树脂、有α,β-不饱和羰基侧基的氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、烯键不饱和树脂、丙烯酸化异氰脲酸酯树脂、脲-甲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸化聚氨酯树脂、丙烯酸化环氧树脂、二马来酰亚胺树脂、芴改性环氧树脂、或它们的混合物。
10．一种弹性磨料制品，包括(a)有一外表面的弹性柔性基底；(b)在所述外表面的至少部分表面上的粘合剂初始接合涂层，所述初始接合涂层具备已知硬度；(c)各自部分嵌埋在所述初始接合涂层中的磨粒；(d)在所述初始接合涂层和所述磨粒上面的防填塞胶接涂层，所述胶接涂层具有已知硬度，该硬度大于所述初始接合涂层的已知硬度。
11．一种弹性磨料制品，包括(a)有一外表面的弹性基底；(b)在所述外表面的至少部分表面上的粘合剂初始接合涂层；(c)各自部分嵌埋在所述初始接合涂层中的磨粒；(d)在所述初始接合涂层和所述磨粒上面的防填塞胶接涂层，所述胶接涂层的干增重小于15格令/24英寸2。
12．一种弹性磨料制品，包括(a)有一外表面的基底，所述基底的伸长一般在50-200％范围；(b)在所述外表面的至少部分表面上的粘合剂初始接合涂层，所述初始接合涂层的伸长大于所述泡沫基底伸长，且初始接合涂层干增重一般在15-50格令/24英寸2范围；(c)各自部分嵌埋在所述初始接合涂层中的磨粒；(d)在所述初始接合涂层和所述磨粒上面的胶接涂层，所述胶接涂层的伸长小于10％，干增重小于15格令/24英寸2。
全文摘要
一种弹性磨料制品,包括弹性可伸长的基底、用柔性初始接合涂料粘合固定在基底上的磨粒、以及施涂在磨粒和柔性初始接合涂层上面的硬的胶接涂层。胶接涂层提供防填塞层,其厚度很薄,足以防止使用期间胶接涂层开裂和基底撕裂。
文档编号B24D3/34GK1309596SQ99808639
公开日2001年8月22日 申请日期1999年2月18日 优先权日1998年7月15日
发明者J·M·利瑟, C·A·米尼克 申请人:美国3M公司