由不连续纤维增强的研磨制品的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总的设及磨轮，特别是设及用于具有改善的断裂功性质的研磨制品的系 统、方法和装置。
【背景技术】
[0002] 用来制造砂轮的酪醒基树脂是固有地脆性的材料，其因件内缺陷的可能性而容易 发生断裂。因此在大多数轮中使用增强材料来排除脆性和灾难性失效。
[0003] -种运样的增强材料为各种重量和式样的玻璃纤维幅材或织物。幅材设计为增大 轮的断裂初性或断裂功，运最终将防止使用过程中轮破裂的情况下轮碎片的爆炸性释放。 幅材包含多根织造成0°/90°开放结构织物的一根一根的纱线或原丝。一旦形成织物，将其 浸在酪醒树脂中并随后干燥和固化W形成热固性涂层。一旦涂层被固化至所需的水平，将 幅材卷绕成卷W便易于胆存直至需要。制备用于轮中的幅材的最后步骤是展开卷并切割具 有所需尺寸的一个一个的盘。此过程是劳动密集的且耗费时间，生成相当多的废料并因此 而昂贵。此基本过程已被使用超过50年。
[0004] 还已使用短切原丝纤维来增强树脂基砂轮。短切原丝纤维可包含纤维束或股，长 通常3至4mm并包括许多单独的长丝。长丝的数量可随制造工艺而异，但通常在每束或股约 400至6000根长丝的范围内。长丝由称为胶料、粘结剂或涂料的粘合剂固持于一起，所述粘 合剂应最终与树脂基质相容。胶料占纤维的不到2重量％。胶料或涂料的量受用来制造直接 上胶纱线或短切原丝产品的纤维制造工艺的限制。短切原丝纤维的一个例子被称为183 Cratec取，其可得自OwensComing。
[0005] 短切原丝纤维向砂轮干混合料中的引入通常通过将短切原丝纤维、树脂、填料和 研磨颗粒共混指定的时间并然后将混合料模制、固化或W其它方式加工成成品砂轮来实 现。
[0006] 常规的短切原丝纤维增强轮可能容易发生许多问题，包括较低的强度、差的研磨 性能和较短的轮寿命，推测起来是由于短切原丝纤维束内长丝的不完全分散、轮基质树脂 与短切原丝束之间的不良粘合、纤维长度降级或所有运些的组合。然而，短切原丝增强的另 一不足可能在于相对于玻璃纤维幅材而言其对复合材料或轮低的断裂初性贡献。因此需要 不削弱性能的针对研磨加工工具的改进的增强技术。
【发明内容】
[0007] 本文公开了由不连续纤维增强的砂轮的实施例。例如，研磨制品可包含具有有机 结合剂和研磨颗粒的研磨部分。研磨制品可具有增强材料，其包括涂布有烧失量化01)为至 少约2.4重量％的热塑性涂层的短切原丝纤维(SCF)。在其它实施例中，研磨制品可具有增 强材料，其包括涂布有第一涂层和在所述第一涂层上的第二涂层的CSF。在还其它的实施例 中，研磨制品可具有增强材料，其包括至少一些具有至少约6.3mm的长度的CSF。
[000引鉴于下面结合附随的权利要求及附图所作的详细描述，运些实施例的前述及其它 目的和优势对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
【附图说明】
[0009] 为使其中取得实施例的特征和优势的方式可得到更详细的理解，可结合附图中示 意的其实施例作更具体的描述。然而，附图仅示意了一些实施例并因此不视为限制范围，因 为可有其它同样有效的实施例。
[0010] 图1和2为研磨制品的一个实施例的示意性侧视图和边视图。
[0011] 图3A和3B分别为常规和CSF轮组件的图像。
[0012] 图4-6为研磨制品的替代实施例的边视图。
[0013] 图7为不连续纤维的原丝的一个实施例的示意性等轴视图。
[0014] 图8和9为常规研磨制品及研磨制品的实施例的性能的图。
[0015] 不同附图中相同参考符号的使用指相似或相同的项目。
【具体实施方式】
[0016] 本文公开了用于由不连续纤维增强的砂轮的系统、方法和装置的实施例。例如，研 磨制品11(图1和2)可包含具有轴15的研磨体13。在一些变型中，研磨体13可具有外径(OD) 和轴向厚度(AT)。
[0017] 研磨体13的实施例可包含研磨混合料17,其包含有机结合剂和研磨颗粒。研磨体 可还包含增强材料19,其包含不连续纤维21(图3B)。例如，不连续纤维21可包含短切原丝纤 维(CSF)O
[0018] 不连续纤维21可分散在研磨体13中（图4)。在一个例子中，不连续纤维21可分散在 整个研磨体13中，使得不连续纤维21基本无规地分配在整个研磨体13中而不形成单独的 层。
[0019] 如图2和3B中所绘制，不连续纤维21还可形成为离散层的一部分或形成为离散层 19。例如，不连续纤维21可包含预制短切原丝纤维垫。或者，所述纤维可直接短切到模具中 或预先短切并然后添加到模具。研磨制品11可包含研磨部分13,其包含有机结合剂材料和 分散于有机结合剂材料中的研磨颗粒。短切原丝纤维(CSF)的离散层19可至少部分地位于 有机结合剂材料中并联接(例如，化学或机械结合巧Ij研磨部分13W实现其增强。在一些变 型中，离散层可为CSF的烧结垫W便CSF为整体的。
[0020] 在其它例子中，离散层19可包含多个由研磨混合料17的部分或层彼此轴向分离的 离散层19(图5)。研磨部分17可包含至少两个研磨层，使得一个或多个离散层19位于所述至 少两个研磨层之间并在所述至少两个研磨层之间轴向延伸。
[0021] 在一些变型中，研磨体13不具有连续纤维增强幅材，使得研磨体13仅由不连续纤 维21增强。研磨制品11的其它变型可还在研磨体13中包含至少一个连续纤维增强幅材23 (图6)，使得研磨体13由不连续纤维21和连续纤维增强幅材23增强。
[0022] 图7示意性地示出了不连续纤维21的原丝的实施例。事实上，原丝、长丝和涂层的 形状、数量和相对尺寸可随应用而异。原丝可包含大致圆筒形或圆形的截面形状，如卵形或 楠圆形形状。原丝可包含一根一根的长丝71。每一根长丝可包含涂层73,如本文中其它地方 描述的第一涂层。总的来说，一根一根的经涂布的长丝71的原丝可包含第二涂层75,如本文 中其它地方所示意和描述。
[0023] 不连续纤维21的原丝可包含宽度W对厚度T的截面纵横比。截面纵横比可在约1:1 至约3:1的范围内。例如，截面纵横比可为约1.75:1至约2.75:1，或甚至约2:1至约2.5:1。
[0024] 在一些实施例中，不连续纤维21的原丝可包含至少约0.1mm的宽度W(例如，径向宽 度）。例如，径向宽度可为至少约0.2mm，如至少约0.3mm。在其它变型中，径向宽度可不大于 约0.5mm，如不大于约0.4mm、不大于约0.3mm或甚至不大于约0.2mm。所述宽度可在任何运些 最小值和任何运些最大值之间的范围内。
[0025] 不连续纤维21的原丝的实施例可包含至少约6mm的轴向长度AL。在其它变型中，AL 可为至少约7mm，如至少约8mm、至少约10mm、至少约15mm或甚至至少约20mm。AL的还其它的 变型可不大于约150mm，如不大于约100mm、不大于约75mm、不大于约50mm、不大于约40mm或 甚至不大于约SOmniDAL可在任何运些最小值和任何运些最大值之间的范围内。
[0026] 不连续纤维21的原丝的实施例可具有至少约10的轴向长度AL对径向宽度W的纵横 比。例如，所述纵横比可为至少约12,如至少约25,如至少约50、至少约75、至少约100、至少 约250或甚至至少约500。在其它变型中，所述纵横比可不大于约1500,如不大于约1000、不 大于约750、不大于约500、不大于约250、不大于约200或甚至不大于约150。所述纵横比可在 任何运些最小值和任何运些最大值之间的范围内。
[0027] 在一个例子中，研磨制品可包含热固性酪醒树脂和纵横比（Vd)等于或大于约10 的增强填料。
[0028] 研磨体13的实施例可包含至少约1体积％的体积百分数的不连续纤维21。例如，不 连续纤维的体积百分数可为至少约2体积％，如至少约3体积％、至少约4体积％、至少约5体 积％、至少约6体积％或甚至至少约9体积％。在其它变型中，不连续纤维的体积百分数可不 大于约25体积％，如不大于约20体积％或甚至不大于约15体积％。不连续纤维的体积百分 数可在任何运些最小值和任何运些最大值之间的范围内。
[0029] 在其它例子中，研磨制品可包含约25体积％至约50体积％的有机结合剂材料。在 另一例子中，研磨制品可包含约40体积％至约70体积％的研磨颗粒。在还另一例子中，研磨 制品可包含约6体积％至约12体积％的不连续纤维。
[0030] 研磨制品的其它实施例可在研磨制品中包含增强材料。例如，增强材料可包含涂 布有涂层的CSF。涂层可W是交联的，例如在低水平上交联的。在其它变型中，少于约10%或 甚至少于约5%的涂层可为交联的。涂层可包括热塑性涂层。热塑性涂层可包含高的氨键结 合能力。例如，用单体A和B制成的热塑性聚合物-(A-B)-，其中聚合物的B链段含至少一个 X血官能，其中X=O或N或S，并且n=l或2。涂层可包含热塑性材料、热塑性酪醒树脂、苯氧树 月旨、聚氨醋和酪醒清漆中的一者或多者。
[0031] 在另一变型中，热塑性涂层可使用常规的交联剂部分交联。此类交联剂可包括六 亚甲基四胺、甲醒、环氧化物、异氯酸醋等。交联的程度可能小，如可使少于约10%的涂层交 联。
[0032] CSF21(图7)可具有第一涂层73和热塑性涂层，所述热塑性涂层可为第一涂层73 上的第二涂层75。例如，CSF可具有直接上胶涂层73,热塑性涂层可为直接上胶涂层73上的 第二涂层75。直接上胶涂层可具有烧失量化01)，其可定义为涂层相对于CSF的总重量的重 量％。例如，LOI可小于约2重量％，如小于或等于约1重量％。
[0033] 增强材料的其它实施例可具有至少约2重量％的11)1。在一些实例中，LOI可为至少 约3重量％，如至少约5重量％、至少约7重量％、至少约9重量％、至少约12重量％或甚至至 少约15重量％ "L0I的替代实施例可不大于约25重量％，如不大于约20重量％、不大于约15 重量％或甚至不大于约12重量％dLOI可在任何运些最小值和任何运些最大值之间的范围 内。
[0034] 研磨制品的另一个实施例可包含增强材料，其包含CSF，其至少一些可具有至少约 6.3mm(0.25英寸）的初始长度（即，在研磨制品的最终加工之前）。或者，CSF的长度可为至少 约6.3mm，如至少约7mm、至少约8mm、至少约10mm、至少约12mm、至少约15mm或甚至至少约 2