蜂窝状磨料制品的制作方法

专利名称：蜂窝状磨料制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含分散在蜂窝状聚合物材料中的烧结磨粒的磨料制品(如磨轮)以及该磨具的制造方法和用途。
相关技术介绍包含涂敷在和/或分散在有机蜂窝状或泡沫状基质(如聚氨酯)中的磨粒的磨具已经广为人知。这种磨具例子包括垫，片，盘和轮的形式(如美国专利2780533(Hurst)，2885276(Upton，Jr.)，2972527(Upton，Jr.)和3252775(TocciGuilbert))。这些磨具用来打磨各种工件，包括金属和木制工件。它们已经被用于从“打磨”等粗的尺寸加工到擦亮和磨光等精加工范围的研磨加工。
包含分散在聚氨酯蜂窝状或泡沫状基质中和/或粘附在其上的研磨颗粒的磨具已经被用来在各种应用中，使金属(如钢，不锈钢，铝，钛或钛合金)等基材上获得最后精细的表面修饰。在加工这种基片时，要求是使金属表面的每个部分都得到重复的处理，符合金属表面的设计要求，并且在加工后的金属表面上没有残留磨具材料(“沾污”)。目前的蜂窝状或泡沫状磨具不能同时满足以上各项要求。
发明简述本发明提供了一种磨具(如磨轮)。本发明的磨具包括由分散在蜂窝状(如具有整体上分布的空隙)聚合物材料中的附聚磨粒构成的磨粒，附聚磨粒包括磨粒和由辐射可固化的可聚合粘合剂前体形成的聚合物基质，其中附聚磨粒具有基本一致的截面积和大于1磅(0.454千克)的抗碎强度。优选的聚合物材料是聚氨酯。
本发明的研磨颗粒的空隙体积至少为25％为宜，较好至少45％，更好在50％到85％的范围内。
另一方面，本发明的磨具较好的进一步包含润滑剂(如脂肪酸的金属盐，脂肪酸酯，固体润滑剂和矿物油以及蜡，和聚(二甲基硅氧烷)树胶)。
还有一方面，本发明提供了一种研磨表面的方法，该方法包括提供本发明的磨具，该磨具具有一个外表面；
磨具的至少一部分外表面与工件表面摩擦接触；和将磨具的至少一个外表面或工件表面相对另一方移动，打磨工件的至少一部分表面。该方法包括使用磨光化合物，其中抛光化合物位于磨具的至少一部分外表面上。
本发明磨具的实施方案优选柔软的，均匀的和轻质的。本发明优选的磨轮可以平稳地转动，比传统磨轮具有更少的“刀震(chatter)”。而且，本发明的磨轮可以使用比传统磨轮更少的磨粒材料。本发明优选的磨轮在使用时不容易“沾污”。当与磨具接触的工件变得足够热时，部分磨具会变软并转移到工件上，发生通常不希望出现的沾污现象。


图1是本发明磨轮的透视图；图2是本发明磨料块的透视图；和图3是本发明磨盘的透视图。
详细说明磨具可以是本领域已知的任何形状和构型，包括轮，块，圆盘和带形。参照图1，本发明的磨轮10包括内环芯层12，蜂窝状聚合物材料14和磨料附聚物16。在图2和2A中，本发明的磨料块20包括蜂窝状聚合物材料24，磨料附聚物26和空隙28。而图3所示的本发明磨盘包括可固定背衬盘31，蜂窝状聚合物材料34和磨料附聚物36。
用于制造蜂窝状聚合物材料的物质包括本领域已知的蜂窝状聚氨酯材料。蜂窝状聚氨酯材料可以通过例如使异氰酸酯官能部分(官能度等于或大于2)(如多异氰酸酯)与对其反应活性物质(如羟基官能物质官能度等于或大于2，如多元醇)和发泡剂(如水)反应而制得。异氰酸酯官能物质和异氰酸酯官能活性物质的当量可在很大范围变化。因此，反应的化学计量比基于异氰酸酯指数(异氰酸酯官能部分的当量除以异氰酸酯活性化学官能部分(如多元醇或水)的当量，乘以100)，所以，异氰酸酯指数为100表示计量量平衡(即一个异氰酸酯官能度有一个与异氰酸酯反应的活性官能度)。
本发明较好的磨具中，通常是1重量份聚合物对应每2重量份附聚磨粒。
蜂窝状聚合物材料的空隙可以是孤立的(即“闭孔”)和/或内部连通的(即“开孔”)蜂窝状聚合物材料，可以是柔软的或刚性的。本发明磨具较好具有至少25％空隙体积，更好至少45％空隙体积，或甚至在50％-85％空隙体积范围内，该空隙体积百分率等于磨料制品体积和各组分的固体物质体积份数总和之间的差值，除以磨具体积，乘以100％的计算值。
另一方面，本发明的磨具较好进一步包含润滑剂(如，脂肪酸金属盐，固体润滑剂，脂肪酸酯，矿物油以及蜡，和聚(二甲基硅氧烷)树胶)。
蜂窝状聚合物材料较好的是聚氨酯。这里使用的术语“聚氨酯”包括真聚氨酯，真聚脲，聚脲氨基甲酸酯和聚氨酯-脲。聚氨酯可以通过将含有多元醇和多异氰酸酯的组分反应结合而制备。在一些实施方案中，较好聚氨酯是通过将含有饱和多元醇，饱和多异氰酸酯和自由基源(如，过氧化物)的组分混合后反应而制备的。
多元醇这里所称的“多元醇”是指羟基官能度至少为2的羟基官能物质。合适的多元醇包括聚酯多元醇，聚醚多元醇和聚二烯多元醇。可用的聚酯二醇包括基于二酸如己二酸、戊二酸和苯二甲酸与二醇如乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、二甘醇、新戊二醇、1，6-己二醇和二丙二醇的缩合物。可用的聚酯三醇包括基于以上多元酸物质与三醇和三羟甲基丙烷或丙三醇的缩聚而成的物质。其他可用的聚酯多元醇包括基于γ-己酸内酯与双官能和三官能的起始物质聚合而成的聚己内酯多元醇。
可用的聚醚多元醇包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚1，4-丁二醇和它们的共聚物及混合物和结合有丙三醇或三羟甲基丙烷等三官能起始物质的聚丙二醇三醇。
合适的多元醇还包括以少于二官能异氰酸酯化学计量量延长链以形成羟基官能的聚氨酯低聚物的多元醇。
多元醇其他例子包括短链二醇和三醇，如乙二醇、二甘醇、二丙二醇、1，4-丁二醇、1，4-环己烷二甲醇/新戊二醇、1，6-己二醇、对苯二酚双(2-羟基乙基)醚、间苯二酚双(2-羟基乙基)醚、三乙醇胺。这些短链二醇和三醇可以与较长链的多元醇结合，从而提高机械特性。此外多元醇中可以结合胺进行改性。这些胺例子包括可以从Albemarle Corp.，Baton Rouge，LA获得商品名为“ETHACURE 100”和“ETHACURE 300”的产品，以及可以从Air Products，Allentown，PA获得商品名为“VERSALINK1000”的产品。
多元醇包括饱和多元醇(或“非烯属多元醇”)。“饱和多元醇”是指羟基官能度至少是2且对经典不饱和度溴试验结果为负的羟基官能团物质，即溴试验中，将多元醇滴入溴溶液时不会产生迅速褪色。
制造本发明磨具的多元醇的来源在本领域是已知的，而且包括市售商品，如，将从Polyurethane Corporation of America(Polyurethane SpecialtiesCompany，Inc.)，Lyndhurst，NJ获得商品名为“MILLOXANE 7209A”的产品作为预配制的泡沫体系的一部分。(这个体系中还包括多异氰酸酯，同样得自于商品名为“MILLOXANE 7209B”的产品)。这里所称的“预配制”是指不仅包括主要反应组分，还包括添加剂如稳定剂，催化剂和发泡剂等优选能制得指定反应产物的组合物。
这里所称的“多异氰酸酯”是指异氰酸酯官能度至少是2的异氰酸酯官能团物质。合适的多异氰酸酯包括基于二苯甲烷4，4’-二异氰酸酯(4，4’MDI)，二苯甲烷2，4’-二异氰酸酯(2，4’MDI)，二苯甲烷2，2’-二异氰酸酯(4，4’MDI)和它们的混合物和低聚物，以及改性形式，如碳化二亚胺，脲基甲酸酯，以及与多元醇完全或部分反应所得孤立或与自由异氰酸酯结合的异氰酸酯官能团形成的低聚物形成的预聚物和假预聚物，以及基于甲苯2，4-二异氰酸酯(2，4TDI)，甲苯2，6-二异氰酸酯(2，6TDI)和这两种异氰酸酯的混合物；与多元醇完全或部分反应所得孤立或与自由异氰酸酯结合的异氰酸酯官能团氨基甲酸酯低聚物形成的预聚物和假预聚物。
多异氰酸酯包括饱和多异氰酸酯(或“非烯属多异氰酸酯”)。“饱和多异氰酸酯”是指异氰酸酯官能度至少是2且对经典不饱和度溴试验结果为负的异氰酸酯官能团物质，即溴试验中将多异氰酸酯滴入溴溶液时不会产生迅速褪色。异氰酸酯官能团与三甲胺和乙醇反应后，使异氰酸酯更不活泼。对本发明而言，芳香异氰酸酯不被视为不饱和。
用于制造本发明磨具的多异氰酸酯来源是本领域已知的，包括市售商品，如，将从Polyurethane Corporation of America(Polyurethane SpecialtiesCompany，Inc.)，Lyndhurst，NJ获得品名为“MILLOXANE7209B”的产品作为预配制泡沫体系的一部分。这个体系中还包括商品名为“MILLOXANE7209A”的饱和多元醇。
本发明磨具可任选包含自由基源。合适的自由基源包括有机过氧化物，偶氮化合物，过硫酸盐化合物和它们的组合。也可以采用由光化或电离化辐射产生的自由基，用于尺寸较小或有效透明度的磨具。
自由基源物质的优选量是饱和多元醇和饱和多异氰酸酯的聚合反应产物重量的约0.1％到约10％范围内(更优选在约1％到约5％范围内)。
合适的有机过氧化物包括过氧异丁酸叔丁酯、过氧化乙酰、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酰、过氧化p-氯苯甲酰、过氧化羟庚基、过氧化环己酮、双过邻苯二甲酸二-(叔丁)酯、过乙酸叔丁酯、过苯甲酸叔丁酯、过氧化二枯基、氢过氧化叔丁基、过氧化甲基乙基酮、过氧化二-(叔丁基)、氢过氧化蒎烷、氢过氧化枯烯、烯丁基过氧-2-乙基己酸酯、1，1’-二双(叔丁基过氧)-3，3，5-三甲基环己烷、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)己烷、2，5-二氢过氧化2，5-二甲基己烷、联十六烷基过氧二碳酸酯、二(4-叔丁基环己基)过氧二碳酸酯、过氧新戊酸叔丁酯。
合适的偶氮化合物包括2，2’-偶氮双(4-甲氧基-2，4-二甲基戊腈)、二氢氯化2，2’-偶氮双(2-脒基丙烷)、2，2’-偶氮双(2，4-二甲基戊腈)、2，2’-偶氮双(异丁腈)、2，2’-偶氮双(2-甲基丁腈)、1，1’-偶氮双(1-环己腈)、2，2’-偶氮双(甲基异丁酸酯)。合适的过硫酸盐引发剂包括孤立的或与亚硫酸氢盐等还原剂结合的钾、钠或氨的过硫酸盐。其他合适的自由基源对了解已公开内容的本领域技术人员而言是显而易见的。
附聚磨粒包括磨粒和由辐射可固化的可聚合粘合剂前体形成的聚合基质，其中附聚磨粒具有基本一致的截面积和大于1磅(0.454千克)的抗碎强度。附聚磨粒可以由附聚磨料前体颗粒固化后制成。附聚磨料前体颗粒较好是由使含有辐射可固化聚合的粘合剂前体和磨粒的组合物挤压通过一多孔基片而制成。将制得的附聚磨料前体颗粒从多孔基片上分离，用辐射能辐照，得到附聚磨粒。挤出，分离和辐照步骤优选空间上以垂直方向上的串联方式排列，并以连续方式按顺序进行。另一方面，附聚磨粒宜在辐照步骤后和收集步骤前进行固化使其易处理。
选择或改变磨粒和粘合剂的级别和种类，提供各种粘合剂硬度和附聚破裂特性。
辐射可固化聚合粘合剂前体也可以是热固化的。较好的辐射可固化聚合粘合剂前体包括环氧树脂，丙烯酸酯化的氨基甲酸酯树脂，丙烯酸酯化的环氧树脂，烯键不饱和树脂，具有不饱和羰基侧链的氨基塑料树脂，具有至少一个丙烯酸酯侧链的异氰脲酸酯衍生物，具有至少一个丙烯酸酯侧链的异氰酸酯衍生物或它们的组合。
附聚颗粒还可任选包含无机粘合剂前体和/或改性添加剂。这种无机粘合剂前体添加剂例子包括玻璃粉，玻璃料，粘土，熔剂矿物，二氧化硅溶胶和它们的组合。这种改性添加剂例子包括偶联剂，研磨助剂，填料，表面活性剂，润滑剂和它们的组合。用于制造附聚磨粒的润滑剂例子包括金属羧酸盐(如硬脂酸锂和硬脂酸锌)，固体润滑剂(如，(聚)四氟乙烯(PTFE)，石墨和二硫化钼)，聚(二甲基硅氧烷)树胶和它们的组合。
用于制造附聚磨粒的研磨助剂例子包括蜡，有机卤化物，卤盐和金属。这些研磨助剂和它们的市售来源为本领域已知。其他合适的研磨助剂对了解本公开内容的本领域技术人员而言是显而易见的。有机卤化物通常会在研磨时破裂，并释放出氢卤酸或气态卤化物。这类物质的例子包括氯化的蜡如四氯萘，五氯萘和聚氯乙烯。卤盐例子包括氯化钠，钾冰晶石，钠冰晶石，铵冰晶石，四氟硼酸钾，四氟硼酸钠，氟化硅，氯化钾和氯化镁。金属的例子包括锡，铅，铋，钴，锑，镉和铁钛。其他研磨助剂包括硫，有机硫化物，石墨和金属硫化物。使用不同研磨助剂的组合也在本发明范围内。优选的研磨助剂是冰晶石；最好的研磨助剂是四氟硼酸钾(KBF4)。
偶联剂的例子包括硅烷，如γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，N-β(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、三乙酰氧基乙烯基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3，4-环氧环己基甲基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷。硅烷偶联剂的市售来源包括Dow Corning，Midland MI.。其他可用的偶联剂包括钛酸酯，如异丙基三异硬脂酰基钛酸酯、异丙基三(月桂基-肉豆蔻烷基)钛酸酯、异丙基异硬脂酰基二甲基丙烯酰基钛酸酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、异丙基三(二异辛基磷酸)三(二辛基焦磷酸)钛酸酯(isoproply tri(diisooctylphosphato)tri(dioctyl pyrophosphatotitanate)、异丙基三丙烯酰基钛酸酯。钛酸酯偶联剂的市售来源包括KenrichPetrochemicals，Bayone，NJ。
填料的例子包括碳酸钙，二氧化硅，硫酸钡，二氧化钛，长石，高岭土，硅酸镁和滑石。
偶联剂，研磨助剂，填料，表面活性剂，润滑剂的来源包括市售来源是本领域公知的。其他合适的偶联剂，研磨助剂，填料，表面活性剂，润滑剂对了解本公开内容的本领域技术人员是显而易见的。
磨粒的粒度通常宜在约ANSI级60至约JIS级8000(约250微米到约1微米)范围内，尽管不过超过该范围的粒度和磨粒也是可用的。通常，研磨颗粒的莫氏硬度至少是5，6，7，8，9或甚至10。合适的磨粒包括熔凝氧化铝(包括白色熔凝氧化铝、热处理的氧化铝和棕色氧化铝)、碳化硅(包括绿色碳化硅)，碳化硼，碳化钛，金刚石，立方氮化硼，石榴石，硅藻岩(微晶二氧化硅)，氧化铬，氧化铈，熔凝氧化铝-氧化锆和溶胶凝胶制备的磨粒等。溶胶凝胶制备的磨粒可以是晶种结晶的或非晶种结晶的。同样，溶胶凝胶制备的磨粒可以是任意形状的或是类似如棒状或三角形的形状。溶胶凝胶磨粒的例子包括如美国专利4314827(Leitheiser等)，4518397(Leitheiser等)，4623364(Cottringer等)，4744802(Schwabel)，4770671(Monroe等)，4881951(Wood等)，5011508(Wald等)，5090968(Pellow)，5139978(Wood)，5201916(Berg等)，5227104(Bauer)，5366523(Rowenhorst等)，5429647(Larmie)，5498269(Larmie)和5551963(Larmie)所述。其他有关由氧化铝粉末作为原材料制备的烧结氧化铝研磨颗粒的详细情况，可在美国专利5259147(Falz)，5593467(Monroe)和5665127(Moltgen)找到。其他合适的磨粒对了解本公开内容的本领域技术人员是显而易见的。
磨料附聚物可以含有100％特定种类和/或级别的磨粒或它们的混合。如果是磨粒的混合，则构成混合物的磨粒种类可以是相同粒度的。或者这些磨粒种类具有不同的粒度。
磨料附聚物通常含有占磨料附聚物总重量的5％-95％，或更优选40％-95％的磨粒。
较好的含有辐射可固化聚合的粘合剂前体和磨粒的组合物具有较高粘度。另一方面，含有辐射可固化聚合的粘合剂前体和磨粒的组合物是100％的固体(即不含处理温度下的挥发性溶剂)。
将包含辐射可固化聚合粘合剂前体和磨粒的组合物挤压通过多孔基片的方法，包括挤出，混炼，压延和它们的组合。在一个优选实施方案中，用例如QuadroEngineering Incorporated，Waterloo，Ontario，Canada制造的粉碎机进行挤压操作。
在一个实施方案中，附聚磨料前体颗粒通过包含辐射源的第一固化区进行辐照。优选的辐射源包括电子束，紫外光，可见光，激光和它们的组合。在另一个实施方案中，附聚磨粒通过第二固化区进一步得到固化。第二固化区中优选的能量源包括热源，电子束，紫外光，可见光，激光，微波和它们的组合。
附聚磨粒优选是丝状的，其长度在约10微米到约20毫米范围内，较好在约20微米到约10毫米范围内，更好在约50微米到约2.5毫米范围内。较好的丝状附聚磨粒的直径在约0.61毫米(0.024英寸)到约1.9毫米(0.075英寸)范围内，并且其长度在约0.61毫米(0.024英寸)到约15毫米(0.5英寸)范围内。因此可以说这些附聚磨粒具有通常称为L/D的长径比，即长度对直径的比例来表示颗粒。附聚颗粒的截面积可以是任何形状的，包括圆形的或多边形的。附聚磨粒的截面为一致的为宜。
如果形成的附聚磨粒太大，例如可以在第一辐照步骤后或通过第二固化区后，减小粒度。减小缩度径的较好方法是使用粉碎机，如由Quadro EngineeringIncorported制造的机器。也可以通过控制附聚磨料前体颗粒的粒度，来控制附聚磨粒的粒度。也可以通过所用圆孔的尺寸来控制附聚磨料前体颗粒的粒度。
附聚磨粒抗碎强度的测定方法是，将5克附聚颗粒放置在小纸杯中，如果初始形状是丝状的话，则用手压裂以缩减长度。将压裂的附聚颗粒倒在玻璃盘上。只有长度小于100密耳(2.54毫米)的样品才被压裂。用从Chatillon获得的DPP-25型压裂测试仪(配备着平板式压合接头的测力计度)来测定压裂颗粒的力。测力计读数为0到25磅。测力计的平板式压脚水平放置在待压颗粒上，并用手施加恒定的力直到颗粒破裂(听到声音和/或感觉到)。记录使颗粒破裂需要的力，并对其他十一个样品重复该测试。压裂测试结果是使12个颗粒破裂的平均力。
有关制造本发明磨具的附聚磨粒的其他具体情况，可以参见2000年10月16日同时提交的序列号为09/688484，09/688486和09/688444(Culler等)的临时申请文件。
用于制备本发明磨具的润滑剂包括金属脂肪酸盐(如硬脂酸锂，硬脂酸锌)，固体润滑剂(如(聚)四氟乙烯(PTFE)，石墨和二硫化钼)，矿物油，蜡，脂肪酸酯(如硬脂酸丁酯)，聚(二甲基硅氧烷)树胶和它们的组合。这些润滑剂和它们的市售来源是本领域公知的。其他合适的润滑剂对了解本公开内容的本领域技术人员是显而易见的。
本发明的磨具可以进一步包含稀释颗粒，如云石，石膏，燧石，二氧化硅，氧化铁，硅酸铝和玻璃(包括玻璃泡和玻璃珠)。例如，磨具中稀释颗粒对磨粒的重量比在2％到50％之间。
发泡剂，也称为“起泡剂”，也有助于制成本发明的磨具。一般来说，预调配的多元醇中除了其他物质外，还含有足够的起泡剂使组合物产生泡沫。这时需要较高空隙体积泡沫，另外或其他起泡剂可以包括如水、低沸点液体(如环戊烷)和分解后会放出气体(如偶氮二碳酰亚胺等偶氮化合物)的化学品。或者，也可以通过湍动混合或发泡，使空气(或其他环境气体)被掺入或带入组合物中。
本发明磨具中除了特定的必需附聚磨粒之外，可以任选包含个别磨粒和/或附聚物，以及增强纤维，填料和颜料(如氧化铁和氧化钛)。其他任选的添加剂包括起泡助剂如水，可以用来制造较低密度的泡沫。有关其他附聚磨粒的具体情况可以参见，如美国专利4311489(Kressner)，4652275(Bloecher等)，4799939(Bloecher等)，5549962(Holmes等)和5975988(Christianson)。
一般说来，多元醇与任选添加剂如润滑剂混合，然后加入附聚磨粒和可任选添加剂如颜料并混合。最后添加并混合的组分通常是多异氰酸酯。不过也可以采用其他混合顺序。可以将特定必需的附聚磨粒与任选添加剂如润滑剂分散在多元醇中，例如，使用从Morehouse-COWLES，Fullerton，CA获得的商品名为DISCPERSERMIXER的混料机。
也可以使用连续混料机混合这些组分，这时用计量装置对物料流进行计量(如齿轮泵计量到混料机中的)。混料机中宜包括高切变混合叶片。连续混料机可以从例如Edge Sweets Company，Grand Rapids，MI获得，商品名为“FFHMIXER”。可以用例如从Zenith Products Division，Sanford，NC获得的商品名为ZENITH GEARPUMP的泵，将多元醇和任选非研磨性添加剂连续计量到连续混料机。或者用如从Moyno，Inc，Springfield，OH获得的商品名为MOYNO PROGRESSIVE CAVITY PUMP(FC2cSSE3 DAA型泵)，连续混料机所用的多元醇和润滑剂或任选添加剂和研磨添加剂连续计量到连续混料机中。可以选择研磨物质的添加方式，使其对泵部件的研磨接触最小。例如，可以用单螺杆或双螺杆式体积进料器，如从K-TronInternational，Inc.，Pitman NJ获得的商品名为K-TRON TWIN SCREW VOLUMETRICFEEDER(T35型)的产品，将磨料连续计量到连续混料机中，直接供给混料机而不是将其预分散在饱和多元醇中。可以用例如Zenith Products Division，Sanford，NC获得的商品名为ZENITH GEAR PUMP的泵，将多异氰酸酯连续计量到连续混料机中。
可选将多元醇和相对较细的研磨颗粒和/或填料混合成“预混合”组合物，其中研磨颗粒/填料起到使最终的泡沫变硬的作用，并增强泡沫的研磨性能。然后将附多研磨颗粒和多异氰酸酯同时加入到多元醇预混合组合物中，并剧烈和快速混合。当最终组分流按重量基准加入混合腔室中时，这种混合过程可以间歇方式进行，然后用高切变混料机混合。
当组分流是通过计量装置(如齿轮泵)对进入混料机的流体进行计量时，也可以使用连续混料机进行混合，该混料机具有高速混料叶片，混合好的物料以连续方式从混料机排出。用螺旋式体积进料器将干物料流加入连续混料机中。
可以使用公知的技术，包括用模具，制造磨具。例如，适于制造磨轮的模具包括具有要求的合适直径和高度的环行，具有一个顶部和底部密封面(模板)，和穿透顶板与底板的内芯。合适的模具，包括用于制造模具的材料(如金属，纸板，玻璃纤维，酚和塑料)都是本领域公知的。用脱模衬垫(如涂敷有硅酮的纸)能很容易地将磨具从模具中取出。
多元醇/多异氰酸酯混合物在固化时通常会膨胀。在选择和填充模具时，必须将这种膨胀考虑在内，还要考虑要求的磨具空隙体积或密度。
虽然不想拘泥于理论解释，但申请人认为磨具的硬度受到磨粒与聚合物比例(AG/P)的显著影响，其中AG包括内附聚粘合剂重量，这里所称聚合物是指蜂窝状聚合物材料。硬度计刻度范围为肖氏A级(对软性材料)至肖氏D级(对较硬的材料)。对本发明较好的磨具而言，肖氏A级是泡沫材料顺应性和硬度的指标。
一般说来，本发明磨具的柔软度，顺应性，柔韧性和研磨性能是可以通过例如改变AG/P比值而调整的。例如，随着磨粒/附聚物相对量的降低，研磨性能会降低，但磨轮的柔软度和顺应性提高。反之，随着磨粒/附聚物水平的提高，研磨性能会提高，但磨轮的柔软度和顺应性下降。
对使用附聚磨粒的本发明磨具而言，磨具的顺应性，柔软度和研磨性能一般高于含有相同重量非附聚磨粒的相同磨具的性质。附聚磨粒和泡沫材料都会磨蚀，并形成一个连续的切削表面，与含有相等重量非附聚磨粒(即孤立的磨粒)的类似磨具相比，切削表面上粘附的蜂窝状聚合物材料最少。通常，本发明磨具AG/P比值在约0.5到约3.5范围内。本发明磨具密度宜为至少4克/英寸3(0.24克/厘米3)，更好为4克/英寸3(0.24克/厘米3)到22克/英寸3(1.34克/厘米3)，肖氏A硬度计值至少为10，更较在10到95范围。
对于由闭合式压模(即加入泡沫前体后密封的模具)制造的磨具，过量填注模具往往会减少空隙量，从而增加腔壁厚度，通常会降低泡沫的顺应性。
根据蜂窝状聚合物材料的性质，可能需要固化步骤。例如，对优选的蜂窝状聚氨酯材料，多元醇/多异氰酸酯混合物通常加热进行固化。例如，将混合物加热到温度在约25到约100℃，在此温度范围并保持几分钟到几小时(更好约45到60分钟)。
使用一次性环形模具和防止泡沫粘连的脱模衬垫，如顶模板和底模板，也在本发明范围内。这种模具配置可以在室温下进行较短时间的部分固化，将一次性环形模具中的部分固化磨具从模具组件中取出，然后完成固化。
模腔中任选还含有增强纤维，纱布或网织物，与反应混合物整体模制，并嵌入模制磨具中。
在一些应用中，蜂窝状聚合物材料可能需要后固化步骤。例如，对蜂窝状聚氨酯材料，用自由基源与多元醇和多异氰酸酯的固化过程，通常两个不同的阶段进行，称为“固化”和“后固化”。首先，当模具被保持在第一温度时，混合物固化(即基本由多元醇和多异氰酸酯的反应形成)。随后，将磨具加热到超过第一温度的第二温度，完成第二固化阶段(即后固化)。在第二温度下，自由基源提供额外的固化步骤，使磨具更适于使用。第二温度足够高，并保持足够长的时间，使自由基源分解，这时第二阶段的固化才基本完成。例如，一般将混合物加热至约25℃到约100℃(或比自由基源分解温度低50℃，或更低)并在该温度范围保持几分钟到几小时(更好约45到60分钟)。
本发明范围还包括将磨具部分分段，提供要求的性质，如额外的顺应性。例如，可以采取在模具内两块模板间插入从外径向内径延伸到内芯的径向插片的形式进行分段。径向插片在制得的模制体中提供径向间隙。径向插片的长度可以改变磨具的弯曲特性。模制品中径向空隙间的磨轮分段可以通过形成磨具隔板，提高磨轮的顺应性。径向空隙的个数会增大顺应性。
另一种分段方法是对内芯附近的同心圆环采用不同的材料。例如，磨具内同心圆环是含非研磨性颗粒的蜂窝状聚合物材料，外同心圆环中含有研磨材料，结果是使磨轮获得更大的顺应性。例如蜂窝状聚合物材料的内同心圆环可以是嵌入模具的泡沫材料的模切片或是预模制蜂窝状聚合物材料环。
本发明的磨具通常在使用前经过修整(如，除去磨具外皮层)。
用本发明的磨具可以进行干磨也可以湿磨。湿磨时，所加液体可以从轻洒到完全浸没。通常使用的液体的例子包括水，水溶性油，有机润滑剂和乳剂。可以用液体来减少研磨时的热量和/或起润滑剂的作用。液体中可包含少量添加剂，如杀菌剂，消泡剂等。本发明的磨具可以与外加磨料化合物共同一起使用如上抛光化合物或磨光化合物等。
本发明的磨具可以用于研磨工件，如铝或铝合金，碳钢，软钢，工具钢，不锈钢，硬化钢，黄铜，钛，玻璃，陶瓷，木材，类木材料，塑料，油漆，油漆表面，有机涂层表面等。
本领域公知，对许多非织造磨轮，除非非织造磨轮的工作表面接触到尖锐的工件边缘时，磨轮的工作面才会失去光泽和变暗。也就是说，如果非织造磨轮只用于打磨平面，会产生热量和残余物，磨轮会失去光泽和变暗，切削速率会显著降低。如果存在尖锐的工件边缘，该边缘会使非织造表面磨蚀，露出新的研磨面。对磨轮而言，这种效应发生的程度较低。磨轮一般都是非常坚硬的，通常只适于平面研磨。调整的力度往往比非织造磨轮的更大，并往往在不同的时间段表现出更高的磨切速率。但是调整磨轮的活性表面只位于磨轮的圆周外围。这种研磨整形轮的圆周外围往往会很快磨损，使磨轮无法继续使用。
下面的一些实施例将进一步说明本发明的优点和实施方式，但这些实例中和数量以，及其他条件和细节，不应被解释为对发明的不多限制。除了特别说明以外，所有组分和百分比都以重量表示。
实施例实施例1按照以下方法制造磨轮。将80克预配制饱和多元醇(从PolyurethaneSpecialties Company Inc，Lyndhurst，NJ获得，商品名为MILLOXANE7209A)和4.8克细粉碎的硬脂酸锂润滑剂混合制得混合物。用常规实验室用三叶浆的空气马达混料机高速剧烈搅拌该混合物。
待硬脂酸锂均匀分散后，在不搅拌情况下，在该混合物中加入80克预调配的饱和多异氰酸酯(从Polyurethane Specialties Company Inc，Lyndhurst，NJ获得，商品名为MILLOXANE 7209B)；然后加入440克附聚磨粒。按照2000年10月16日同时提交的序列号为09/688444的临时美国专利申请所述方法制备该附聚物。
具体地说，将3865克三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(从Sartomer Co.，Exton，PA获得，商品名为“SR351”)，1658克三(羟乙基)异氰脲酸酯的三丙烯酸酯(从Sartomer Co.获得，商品名为“SR368”)，27克异丙基苯过氧化氢(从AldrichChemicalCompany，Inc，Milwaukee，WI获得)，189克硅烷偶联剂(3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，从Union Carbide(现为Dow Chemical)获得，商品名为A-174)，54克2-苄基-2-N，N-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮(从Ciba Specialty Chemicals Corp.，Terrytown，NY获得，商品名为“IRGACURE369”)，108克无定形二氧化硅填料(从Cabot Corp.，Alpharetta，GA获得，商品名为“CAB-O-SIL”)和3811克四氟硼酸钾(从Atotech USA，Inc.，Cleveland，OH获得，商品名为“SPEC102”)在Toledo混料机(从Toledo ScaleCo.，Rochester，NY获得，型号为TM60)中以#2混合速度彻底搅拌10分钟，形成预混合组合物，进而制成磨料附聚物。
用同样的混料机以#1混合速度将上述预混合组合物与37260克P-120氧化铝磨粒混和20分钟，制成磨料附聚浆料。用粉碎机(从Quadro EngineeringIncorporated，Waterloo，Ontario，Canada获得，商品名为“QUADRO COMIL”，型号为197)将上述磨料附聚浆料加工成附聚磨粒。粉碎机的构造包括叶轮和固定隔板。浆料被引入粉碎机的进料斗，同时叶轮以350转/分的速度旋转。浆料通过配备有锥形筛网的粉碎机进行加工，筛网上具有1.14毫米(0.045英寸)的圆孔，距离箭头叶轮5.1毫米(0.2英寸)。当浆料在叶轮的作用下通过筛网的孔时，达到临界长度后，丝状附聚物前体颗粒离开筛网，由于重力而掉落并通过紫外固化腔(由Fusion UV System，Inc.，Gaithersburg，MD设计和制造，型号为DRE410Q)，腔中配备有两个设定在高能量的600瓦“d”型聚变灯(fnsim lamp)。丝状附聚物前体颗粒暴露于紫外辐射下而部分固化，转变成可处理的固体形态。附聚磨粒在177℃(350°F)的烘箱中进一步固化6小时。热固化后附聚磨粒的长度为约13毫米(0.5英寸)。
制得的饱和多元醇，饱和多异氰酸酯，硬脂酸锂，磨料附聚物的组合物用空气马达混料机高速混合约20秒。该聚氨酯体系的乳化时间，即充分混合但不会发生中间反应的时间，是约21秒。
制得混合好的物料被迅速即尽可能完全地转移到直径20.6厘米(8.125英寸)，深2.5厘米(1英寸)的钢制模腔中。将直径7.6厘米(3英寸)，重约50克的玻璃纤维芯子放置在模具中心。将单层有机硅涂层纸放置在模具底部，将单层针织衬垫(从ApexMillsCorporation，Inwood，NY获得，商品名为TA84)放置在脱模纸顶部。将模具预加热到54℃(130°F)。“混合好的”物质平均分布在模具中，将另一张单层衬垫放置在模具顶部，将另一张脱模纸放置在衬垫上，将模具紧密地封闭，使聚氨酯体系反应时模具保持紧闭。填注了的模具置于加热到54℃(130°F)的炉子中。1小时后，从模具中取出磨具，并放回同一加热到54℃(130°F)的炉子中并再持续12小时。制得的磨轮厚2.5厘米(1英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.6厘米(8.125英寸)。磨轮重636克，AG/P比值2.75，密度为0.82克/厘米3(13.5克/英寸3)，肖氏A硬度值为30-40，空隙体积为62.0％。
先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
实施例2采用与实施例1所述相同方法制造实施例2中的磨轮，区别在于，使用有1.91毫米(0.075英寸)圆孔锥形成形筛网制备附聚磨粒。附聚磨粒长度约为1.3厘米(1/2英寸)。制得的磨轮厚2.5厘米(1英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.6厘米(8.125英寸)。磨轮重634克，AG/P比值为2.75，密度为0.82克/厘米3(13.4克/英寸3)，肖氏A硬度值为30-50，空隙体积为62.4％。先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
实施例3采用与实施例1所述相同方法制造实施例3中的磨轮，区别在于，使用有1.91毫米(0.075英寸)圆孔的锥形成形筛网制备附聚磨粒，未添加硬脂酸锂润滑剂，没有使用玻璃纤维芯子和针织衬垫。而且，混合物是用109克预调配饱和多元醇(“MILLOXANE7209A”)，109克预调配饱和多异氰酸酯(“MILLOXANE7209b”)和444克附聚磨粒制备的。附聚磨粒长度约1.3厘米(1/2英寸)。
制得的磨轮厚2.5厘米(1英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.6厘米(8.125英寸)。磨轮重552克，AG/P比值为2.04，密度为0.67克/厘米3(10.9克/英寸3)，肖氏A硬度值为30-50，空隙体积为67.4％。
先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
实施例4采用与实施例1所述相同方法制造实施例4中的磨轮，区别在于，使用有1.91毫米(0.075英寸)圆孔的锥形成形筛网制备附聚磨粒，添加较少量硬脂酸锂润滑剂，没有使用针织衬垫。而且，混合物是用100克预调配饱和多元醇(“MILLOXANE7209a”)，100克预调配饱和多异氰酸酯(“MILLOXANE7209b”)，2克硬脂酸锂润滑剂和400克附聚磨粒制备的。附聚磨粒长度约1.3厘米(0.5英寸)。
制得的磨轮厚2.5厘米(1英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.6厘米(8.125英寸)。磨轮重614克，AG/P比值为2.0，密度为0.80克/厘米3(13.1克/英寸3)，肖氏A硬度值为50-60，空隙体积为60.4％。
先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
实施例5采用与实施例1所述相同方法制造实施例5中的磨轮，区别在于附聚磨粒粒度较小。附聚磨粒粒度减小的方法如下使附聚磨粒通过在配备有109筛网，5.1毫米(0.2英寸)隔板和以252转/分速度旋转的箭头式叶片的粉碎机(QUADROCOMIL)一次，然后在配备有79G筛网，5.1毫米(0.2英寸)隔板和以252转/分速度旋转的箭头式叶片的粉碎机中粉碎两次。
附聚磨粒的L/D比值为约1-2。制得的磨轮厚2.5厘米(1英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.6厘米(8.125英寸)。磨轮重572克，AG/P比值为2.75，密度为0.80克/厘米2(13.1克/英寸3)，肖氏A硬度值为28-32，空隙体积为62.8％。
先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
实施例6采用与实施例1所述相同方法制造实施例6中的磨轮，区别在于，使用有1.91毫米(0.075英寸)圆孔的锥形成形筛网制备附聚磨粒，添加较少量硬脂酸锂润滑剂，使用不同的衬垫。使用的是织造衬垫(从Apex Mills Corporation，Inwood，NY获得，商品名为“H66”)。而且，混合物是用80克预调配饱和多元醇(“MILLOXANE7209a”)，80克预调配饱和多异氰酸酯(“MILLOXANE7209b”)，2.4克硬脂酸锂润滑剂和440克附聚磨粒制成。附聚磨粒长度约1.3厘米(0.5英寸)。
制得的磨轮厚2.5厘米(1英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.6厘米(8.125英寸)。磨轮重635克，AG/P比值为2.75，密度为0.82克/厘米3(13.4克/英寸3)，肖氏A硬度值为62-65，空隙体积为62.6％。
先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
实施例7实施例7的磨轮按以下方法制造。将9770克预调配饱和多元醇(“MILLOXANE7209a”)，1077克细粉碎的硬脂酸锂润滑剂，431克过辛酸叔丁酯(热活化自由基源；从AKZO Chemicals，Inc.，Pasedena，TX获得，商品名为“TRIGONOX21-OP050”)和72克去离子水混合制成混合物。用工业混料机(从Morehouse-COWLES，Fullerton，CA获得，商品名为“COWLES DISCPERSER”)以高速剧烈搅拌该混合物。将混合物用齿轮泵(从Zenith Products Division，Sanford，NC获得，商品名为“ZENITH GEAR PUMP”)以567克/分钟的速率送入混料机(从EdgeSweets Company，Grand Rapids，MI获得，商品名为“FFHMIXER”)的混合头的进料口中。将多异氰酸酯(“MILLOXANE7209b”)用另一台齿轮泵(“ZENITH GEARPUMP”)以585克/分钟的速率送入混料机混合头的另一个进料口中。
采用与实施例1所述相同方法制造本实施例中的附聚磨粒，区别在于，混合时没有使用无定形二氧化硅填料(“CAB-O-SIL”)，该预混合物中添加聚乙二醇，磨粒是绿色碳化硅(平均粒度11.9微米；用Multisizer测得Dv为50％；从FujimiCorporation，Elmhurst，IL获得，商品名为“GC1000”)。预混合物中含有588克三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(“SR351”)，251.7克三(羟乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯(SR368)，8.1克氢过氧化枯烯，47.5克硅烷偶联剂(A-174)，13.8克2-苄基-2-N，N-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮(“IRGACURE369”)，951.7克四氟硼酸钾和810克聚乙二醇(从Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI获得，商品名为“PEG600”)，并用4.7升(5夸脱)Hobart混料机在#1混合速度下混合10分钟制成预混合组合物。用同样的混料机以#1混合速度下将预混合组合物与6150克绿色碳化硅(GC1000)混合30分钟，制成研磨附聚物浆料。用配备有锥形筛网的粉碎机“QUADRO COMIL”加工研磨附聚物浆料，锥形筛网上的圆孔直径是0.61毫米(0.024英寸)且距离以300转/分钟速率旋转的箭头式叶片6.4毫米(0.25英寸)。热固化后附聚磨粒的长度为1.3到2.5毫米(0.050英寸到0.10英寸)。附聚磨粒的L/D比值是约2到4。
用双螺杆体积进料器(从K-Tron International，Inc.，Pitman，NJ获得，商品名为“K-TRON MODELT35”)以约1134克/分钟的速度将附聚磨粒加入混料机的第三个进料口。连上搅拌头并剧烈混合输入的物料流。
混合好的物料在60秒钟内被送入储料槽中，使混合物稳定。60秒钟后，在37.3秒内，将混合好的物料移入直径31.8厘米(12.5英寸)，深度5.1厘米(2英寸)的钢制模腔中。将直径12.7厘米(5英寸)，重约163克的玻璃纤维芯子放置在模具中心，将脱模纸放置在模具底部。模具预加热到54℃(130°F)。“混合好”的物料均匀分布在模具中，并在模具顶部放置脱模纸。将模具闭合，使其在聚氨酯体系反应期间仍能保持紧闭。填注了的模具置于加热到54℃(130°F)的炉子中。1小时后，从模具中取出磨具，并放入加热到110℃(230°F)炉子中再保持6小时。
制得的磨轮厚5.1厘米(2英寸)，内径12.7厘米(5英寸)，外径31.8厘米(12.5英寸)。磨轮重1540克，AG/P比值为0.42，密度为0.42克/厘米3(6.9克/英寸3)，肖氏A硬度值为42，空隙体积为74.2％。
先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
实施例8实施例8的磨轮按以下方法制造。将预调配饱和多元醇(“MILLOXANE7209a”)用齿轮泵(ZENITH GEAR PUMP)以304克/分钟的速度送入混料机(FFHMIXER)混合头的进料口中。将预调配的饱和多异氰酸酯(MILLOXANE7209B)用另一台齿轮泵(ZENITH GEAR PUMP)以304克/分钟的速度送入混料机混合头的另一个进料口中。
采用与实施例1所述相同方法制造本实施例中的附聚磨粒，区别在于，使用了具有1.91毫米(0.075英寸)圆孔的锥形成形筛网，而且磨料附聚物的粒径较小。将实施例2中的热固化颗粒通过配备有109筛，5.1毫米(0.2英寸)隔板和以252转/分速度旋转的箭头式叶片的粉碎机(QUADROCOMIL)一次，然后在配备有79G筛，5.1毫米(0.2英寸)隔板和以252转/分速度旋转的箭头式叶片的粉碎机中通过两次，使附聚磨粒的粒径减小。附聚磨粒的L/D比值是约1到2。用双螺杆体积给料器(K-TRONMODELT35)以约1504克/分钟的速度将附聚磨粒加入混料机的第三个进料口。连上混合头并剧烈搅拌输入的物料流。
混合好的物料在60秒钟内被送入储料槽中，使混合物稳定。60秒钟后，将混合好的物料在33.8秒内移入直径20.6厘米(8.125英寸)，深度5.1厘米(2英寸)的钢制模腔中。将直径7.6厘米(3英寸)，重约163克的玻璃纤维芯子放置在模具中心，将脱模纸放置在模具底部。模具预热到54℃(130°F)。将“混合好的”物料均匀分布在模具中，在模具顶部放置脱模纸。将模具闭合，使其在聚氨酯体系反应时仍能保持紧闭。
制得的磨轮厚5.1厘米(2英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.6厘米(8.125英寸)。磨轮重1295克，AG/P比值2.47，密度为0.85克/厘米3(13.9克/英寸3)，肖氏A硬度值为60-65，空隙体积为60.2％。
先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
实施例9实施例9按照与实施例8相同的方法制备，区别在于烧结研磨颗粒从连续混料机中流出的速度是1666克/分钟。向预加热的敞开的钢模中进行填注的时间为35.7秒。“混合好的”物料被均匀分布在模具中，在模具顶部放置脱模纸。将模具闭合，使其在聚氨酯体系反应时仍能保持紧闭。
填注了的模具置于加热到54℃(130°F)的炉子中。1小时后，从模具中取出磨具，并放入加热到54℃(130°F)炉子中再持续6小时。
制得的磨轮厚5.1厘米(2英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.6厘米(8.125英寸)。磨轮重1331克，AG/P比值2.74，密度为0.87克/厘米3(14.2克/英寸3)，肖氏A硬度值为65-70，空隙体积为60.0％。
先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
实施例10实施例10按照与实施例9相同的方法制备，区别在于，烧结研磨颗粒从连续混料机中流出的速率是1816克/分钟。
制得的磨轮厚5.1厘米(2英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.6厘米(8.125英寸)。磨轮重1492克，AG/P比值2.98，密度为0.99克/厘米3(16.2克/英寸3)，肖氏A硬度值为70-75，空隙体积为55.6％。
先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
实施例11实施例11按照与实施例9相同的方法制备，区别在于，烧结研磨颗粒从连续混料机中流出的速率是1976克/分钟。
制得的磨轮厚5.1厘米(2英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.6厘米(8.125英寸)。磨轮重1594克，AG/P比值是3.25，密度为1.06克/厘米3(17.4克/英寸3)，肖氏A硬度值为75-80，空隙体积为53.2％。
先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
实施例12实施例12的磨轮按以下方法制造。将平均活性氢官能度为2且平均分子量约2000的聚亚丁基乙二醚(从PennSpecialtyChemicalsInc，Conshohoken，PA获得，商品名为POLYMEG2000)在烘箱中加热到50℃熔化成流体。在配合料容器中，将以下组分制成混合物3391克熔化的聚亚甲基醚乙二醇，10951克羟基端基平均活性氢官能度为2.4到2.6和平均分子量约2800的聚丁二烯(从Atochem NorthAmerica Inc.，Philadephia，PA获得，商品名为“POLYBD R-45HT”)，2170克1，4-丁二醇(从BASF，Mount Oliver，NJ获得)，227克二乙基甲苯二胺DETDA(从Albemarle Corp.，Baton Rouge，LA获得)，91克去离子水，987克过辛酸叔丁酯(“TRIGONOX21-OP050”)，213克四(2，2二烯丙氧基甲基)丁基-二(二(十三烷基))亚磷酸根合钛酸酯(tetra(2，2diallyoxymethyl)butyl-di(ditridecyl)phosphito titanate)(从Kenrieh Petrochemicals，Inc.，Bayone，NJ获得，商品名为“KR-55”)，1762克混合的C7，C9和C11二烷基邻苯二甲酸酯(从BASF，Mount Olive，NJ获得，商品名为“PALATINOL711-P”)，564克有机硅表面活性剂(从Witco Corporation，Greenwich，CT获得，商品名为“L-603”)和分别为46克及16克的两种催化剂(从Air Productsand Chemicals，Inc.，Allentown，PA获得，商品名为“DABCODC-1”和“DABCODC-2”)。
用工业混料机(COWLES DISCPERSER)以高速剧烈搅拌制得的物料。用齿轮泵(“ZENITH GEAR PUMP”)以754克/分钟的速率将混合物送入混料机(FFHMIXER)混合头的进料口中。
用另一台齿轮泵(“ZENITH GEAR PUMP”)以422克/分钟的速度将改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(从Dow Chemical Company，Midland，MI获得，商品名为“ISONATE 143L”)送入混料机混合头的另一个进料口中。按照实施例1的方法制备附聚磨粒。用双螺杆体积给料器(K-TRON MODEL T35)将附聚磨粒以约2679克/分钟的速度送入混料机的第三个进料口。按上混合头并剧烈搅拌输入的物料流。
混合好的物料在60秒钟内被送入储料槽中，使混合物稳定。60秒钟后，将混合物移入外径20.3厘米(8.0英寸)，深度2.5厘米(1英寸)，内径3.2厘米(1.25英寸)的钢制模腔中，填注时间为17.2秒。在模具底部放置脱模纸。“混合好的”物料均匀分布在模具中，在模具顶部放置脱模纸。将模具闭合，使其在聚氨酯体系反应时仍能保持紧闭。20分钟后，从模具中取出磨具，放在加热到110℃(230°F)的炉子中再保持1.75小时。
制得的磨轮厚2.5厘米(1英寸)，内径3.18厘米(1.25英寸)，外径20.3厘米(8.0英寸)。磨轮重1540克，AG/P比值2.58，密度为1.3克/厘米3(21.3克/英寸3)，肖氏A硬度值为82-92。先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
对比例A采用与实施例3所述相同方法制造对比例A的磨轮，区别在于用相同AG/P的ANSI级P120砂状氧化铝研磨颗粒代替附聚磨粒；初始固化在54℃(130°F)进行1小时，后固化在54℃(130°F)进行12小时。磨轮重626克，密度13.4克/立方英尺(0.82克/厘米3)，肖氏A硬度值为52，空隙体积为58.7％。
先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
对比例B对比例B的磨轮是从3M Company，St.Paul，MN获得的商品名为3MSCOTCH-BRITE CPM WHEEL(9A中级)的市售磨轮。该磨轮厚2.5厘米(1英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.3厘米(8英寸)，重511克。该磨轮含有ANSI 100级的氧化铝磨料，密度为0.74克/厘米3(12.2克/英寸3)，肖氏A硬度值为75-85。一般建议这种磨轮用于去除毛刺和磨边修饰(grivnd-line condition)。先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
对比例C对比例C的磨轮是从3M Company获得的商品名为3M SCOTCH-BRITEEXL(8A中等整体式磨轮)的市售磨轮。这种磨轮厚2.5厘米(1英寸)，内径7.6厘米(3英寸)，外径20.3厘米(8英寸)，重481克。该磨轮含有ANSI 120/150级的氧化铝磨料，密度为0.84克/厘米3(13.8克/英寸3)，肖氏A硬度值为89-90。一般建议这种磨轮用于去除毛刺和抛光金属。先用磨具对磨轮的工作表面进行修整，除去表皮，然后进行评价。
对比例D对比例D的磨轮是由棉制磨光件制备的棉制磨轮(从JacksonLea，Conover，NC获得，商品名为CONCENTRICSTITCHEDFULLDISKBUFF)，包含叠成约13毫米(0.5英寸)厚度并缝合成5个同心圆环多层棉织物，每个缝合圆环相距约9.5毫米(0.375英寸)。该磨轮用热皮胶涂敷，在ANSI80级砂状氧化铝中轧制并固化。磨轮有一个3.3厘米(1.25英寸)的中心孔以容纳机器的机轴，磨轮直径为13.7厘米(5.375英寸)。
打磨性能评价实施例1和2以及对比例B，C和D磨轮的研磨性能评价如下。表面修整过的磨轮安装在马达驱动轴上。宽2英寸，长11英寸，厚1/16英寸(5.1厘米×27.9厘米×0.16厘米)的1008冷轧钢测试片在受控压力(用Chatillon测力计测量)和指定表面速度下，压在旋转待测磨轮表面与之接触。测试片以正切于旋转的磨轮做来回振荡式的运动。测试片与磨轮接触30秒，然后不接触30秒。测试片相对磨轮来回运动一次耗时6秒。按照这个顺序重复4次，为评价的一个测试周期。一个测试周期中与磨轮接触的总时间是2分钟。测试片来回运动的速度是每分钟36个来回，一个来回的长度为14.6厘米(5.75英寸)。每个周期后对测试片和实施例的磨轮进行称重。实施例1和实施例2的磨轮都能平滑进行没有颤痕或弹跳。结果列在以下的表1中。
表1

*磨轮不能承受研磨力。
实施例3和4以及对比例A的研磨性能也按照上述评价实施例1和2以及对比例B-D的方法进行评价。对比例A中发现一些细小的沾污。实施例3和4未观察到沾污。结果列在下表2中。
表2

实施例1磨轮的研磨性能按照以下方法评价。修整过的磨轮安装在马达驱动轴上。将金属测试片(宽1.5英寸，长11英寸，厚0.5英寸(3.8厘米×27.9厘米×1.27厘米))以62.4N(14lbs)的压力(用Chatillon测力计测量)按压在旋转待测磨轮表面与之接触。磨轮的表面速度是1150米/分钟(3770英尺/分钟)。测试片正切于旋转的磨轮做来回振荡式的运动。测试片与磨轮接触30秒，然后不接触30秒。使测试片相对磨轮来回运动一次耗时6秒，这个顺序为评价的一个测试周期。测试片来回运动的速度是每分钟36个来回，一个来回的长度为14.6厘米(5.75英寸)。每4，8，16，32和64个周期后都对测试片和磨轮进行称重。测试片重量的差值表示为“磨削”。磨轮重量的差值表示为“磨损”。将磨削值除以磨损值计算出研磨效率。在304不锈钢测试片和1008冷轧钢测试片上的评价结果分别列在下表3和4中。
表3

表4

实施例1和5的磨轮的研磨特性按照与上述实施例1和2及对比例B-D磨轮相同的方法进行评价，区别在于接触压力为89.3N(20lbs)。磨削速率以每个周期的克数(即每2分钟的磨削时间)列在下表5中。
表5

在不超过本发明范围和原理下作出的各种修改和变动对本领域技术人员是显而易见的，本发明并受限于以上说明性实施例。
权利要求
1.一种磨具，包含分散在蜂窝状聚合物材料中的附聚磨粒，该附聚磨粒包含磨粒和由辐射可固化聚合粘合剂前体形成的聚合基质，其特征在于所述附聚磨粒具有基本一致的截面积和大于1磅的抗碎强度。
2.如权利要求1所述磨具，其特征在于该磨具是磨轮。
3.如权利要求2所述磨轮，其特征在于该蜂窝状聚合物材料是蜂窝状聚氨酯。
4.如权利要求3所述磨轮，其特征在于该蜂窝状聚合物材料具有至少25％的空隙体积。
5.如权利要求3所述磨轮，其特征在于该蜂窝状聚合物材料的空隙体积为50％到85％。
6.如权利要求3所述磨轮，其特征在于所述磨轮进一步包含润滑剂。
7.如权利要求6所述磨轮，其特征在于，所述润滑剂选自金属盐，固体润滑剂，矿物油和它们的组合。
8.如权利要求6所述磨轮，其特征在于该润滑剂选自硬脂酸锂，硬脂酸锌，聚(四氟乙烯)，石墨，二硫化钼，硬脂酸丁酯，(聚)二甲基硅氧烷树胶和它们的组合。
9.如权利要求3所述磨轮，其特征在于减去任何驱动装置，所述组合物密度为22克/英寸3，肖氏A硬度值为10-95。
10.如权利要求3所述磨轮，其特征在于该附聚磨粒是丝状且长度为约10到约20,000微米。
11.如权利要求3所述磨轮，其特征在于该附聚磨粒长度为约20到约10,000微米。
12.如权利要求3所述磨轮，其特征在于该附聚磨粒长度为约50到约2500微米。
13.如权利要求3所述磨轮，其特征在于该附聚磨粒的粘合剂前体包含环氧树脂，丙烯酸酯化氨基甲酸酯树脂，丙烯酸酯化环氧树脂，烯键不饱和树脂，具有不饱和羰基侧链的氨基塑料树脂，具有至少一个丙烯酸酯侧链的异氰脲酸酯衍生物和具有至少一个丙烯酸酯侧链的异氰酸酯衍生物中的至少一种。
14.如权利要求3所述磨轮，其特征在于所述粘合剂前体进一步包含自由基引发剂。
15.如权利要求3所述磨轮，其特征在于大量磨粒占附聚磨粒组合物重量的40％到95％。
16.如权利要求2所述磨具，其特征在于该附聚磨粒是丝状的且长度为约10到约1500微米。
17.如权利要求1所述磨轮，其特征在于该附聚磨粒长度为约20到约800微米。
18.如权利要求1所述磨轮，其特征在于该附聚磨粒长度为约50到约400微米。
19.如权利要求1所述磨轮，其特征在于该附聚磨粒的粘合剂前体包含环氧树脂，丙烯酸酯化的氨基甲酸酯树脂，丙烯酸酯化的环氧树脂，烯键不饱和树脂，具有不饱和羰基侧链的氨基塑料树脂，具有至少一个丙烯酸酯侧链的异氰脲酸酯衍生物和具有至少一个丙烯酸酯侧链的异氰酸酯衍生物中的至少一种。
20.如权利要求1所述磨轮，其特征在于该粘合剂前体进一步包含自由基引发剂。
21.如权利要求1所述磨轮，其特征在于大量磨粒占附聚磨粒组合物重量的40％到95％。
22.一种研磨表面的方法，该方法包括提供一种含有分散在蜂窝状聚合物材料中的附聚磨粒的磨具，该附聚磨粒包含磨粒和由辐射可固化聚合粘合剂前体制成的聚合基质，其特征在于该附聚磨粒具有基本一致的截面积和大于1磅的抗碎强度，该磨具具有外表面；将该磨具的至少一部分外表面与工件表面摩擦接触；和将该磨具的至少一个外表面或工件表面相对另一方移动，研磨工件的至少一部分表面。
23.如权利要求21所述方法，其特征在于磨具的至少一部分外表面上具有磨光化合物。
全文摘要
含有分散在蜂窝状聚合物材料(14)中的附聚磨粒(16)的磨具(如磨轮)(10)，以及该磨具的制造方法和用途。
文档编号B24D3/32GK1524029SQ02810471
公开日2004年8月25日 申请日期2002年3月6日 优先权日2001年5月22日
发明者S·J·凯波特, J·S·卢克, D·G·维利甘, S J 凯波特, 卢克, 维利甘 申请人:3M创新有限公司