带涂层磨料制品及制备带涂层磨料制品的方法与流程

本公开广义地涉及包含助磨剂的团聚颗粒以及包含该团聚颗粒的磨料制品。

背景技术：

带涂层磨料制品可在物品的制造规程中广泛用于研磨、修整或磨削各种材料和表面。一般来讲，带涂层磨料制品包括背衬、施加在背衬的一个主表面上的第一层固化树脂粘合剂层(底胶层)、磨料颗粒、第二固化树脂粘合剂层(复胶层)和任选的第三固化树脂粘合剂层(顶胶层)。在一些情况下，助磨剂用于改善研磨性能，并且通常用作形成前述树脂粘合剂层中的至少一者的添加剂。

技术实现要素：

通常，在带涂层磨料制品的寿命期间，实际上仅利用存在于该制品中的一小部分磨料颗粒。例如，在带涂层磨料制品磨损之前，许多磨料颗粒可能不接触工件。希望以一定方式将磨料颗粒布置在带涂层磨料制品中，以便提高磨料颗粒的使用效率并延长制品的寿命。

因此，在一个方面，本公开提供了一种带涂层磨料制品，该带涂层磨料制品包括：

背衬，该背衬具有相反的第一主表面和第二主表面；底胶层，该底胶层粘结到第一主表面；团聚物助磨剂颗粒，该团聚物助磨剂颗粒直接粘结到底胶层，其中团聚物助磨剂颗粒包括保持在粘结剂中的助磨剂颗粒，并且其中团聚物助磨剂颗粒的至少一部分根据预定开放图案布置；磨料颗粒，该磨料颗粒直接粘结到底胶层，其中磨料颗粒设置在团聚物助磨剂颗粒之间的空间中；复胶层，该复胶层直接粘结到底胶层、团聚物助磨剂颗粒和磨料颗粒。

有利的是，与先前类似的带涂层磨料制品相比，根据本公开的带涂层磨料制品可表现出优异的研磨性能。

在第二个方面，本公开提供了一种制备带涂层磨料制品的方法，该方法按顺序包括：将可固化底胶层前体沉积在背衬的主表面上；将团聚物助磨剂颗粒沉积到可固化底胶层前体上，其中团聚物助磨剂颗粒包括保持在粘结剂中的助磨剂颗粒；将磨料颗粒沉积到可固化底胶层前体上，其中磨料颗粒设置在团聚物助磨剂颗粒之间的空间中；至少部分地固化可固化底胶层前体，从而得到至少部分固化的底胶层前体；将可固化复胶层前体沉积到团聚物助磨剂颗粒、磨料颗粒和至少部分固化的底胶层前体的至少一部分上；以及至少部分地固化可固化复胶层前体。

如本文所用，术语“团聚物”是指通过使用一种或多种粘结剂将颗粒粘结在一起而形成的团块。

如本文所用，根据定义，磨料颗粒由莫氏硬度为至少6.5的材料组成，并且助磨剂颗粒由莫氏硬度小于6.5的材料组成。因此，没有颗粒可同时为磨料颗粒和助磨剂颗粒。

术语“固化的”、“固化”和“可固化”是指通过共价化学键将聚合物链连接在一起(通常通过使分子或基团交联)以形成网络。因此，在本公开中，术语“固化的”和“交联的”可以互换使用。

在考虑具体实施方式以及所附权利要求书时，将进一步理解本公开的特征和优点。

附图说明

图1a是根据本公开的示例性带涂层磨料制品100的示意性俯视图。

图1b是沿图1a的线条1b-1b截取的示意性剖视图。

图2是示例性带涂层磨料制品200的示意性侧视图，其示出了成型团聚物助磨剂颗粒对磨料颗粒取向的影响。

图3是成型团聚物助磨剂颗粒230的示意性透视图。

图4是示例性成型磨料颗粒340的示意性透视图。

在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。应当理解，本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其它修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。

具体实施方式

现在参见图1b，带涂层磨料制品100包括背衬110，该背衬具有第一主表面112和与第一主表面112相反的第二主表面114。底胶层120设置在第一主表面112上并粘结到该第一主表面。团聚物助磨剂颗粒130和磨料颗粒140粘结到底胶层120。复胶层150设置在底胶层120、团聚物助磨剂颗粒130和磨料颗粒140上方并粘结到底胶层、团聚物助磨剂颗粒和磨料颗粒。任选的顶胶层160设置在复胶层150上方并粘结到复胶层。

现在参见图1a，团聚物助磨剂颗粒130根据预定图案170布置，其中磨料颗粒140驻留在团聚物助磨剂颗粒130之间的空间中。

用于背衬的示例性合适材料包括聚合物膜、金属箔、织造织物、针织织物、纸、硫化纤维、非织造织物、泡沫、丝网、层合物、它们的组合以及它们的经处理型式。带涂层磨料制品可为片、盘、带、垫或卷的形式。背衬可为刚性的、半刚性的或柔性的。在一些实施方案中，背衬应是足够柔性的以允许带涂层磨料制品形成为环以制备可在合适的磨削设备上运行的研磨带。对于需要背衬的硬度的应用，也可通过将柔性背衬固定到安装于磨削工具的刚性支撑垫上来使用柔性背衬。对于考虑硬度和成本的脱手磨削应用，通常优选硫化纤维背衬。在一些实施方案中，背衬可为圆形的并且可包括连续的不间断的盘，而在其它实施方案中，其可具有用于安装的中心芯轴孔。同样，圆形背衬可为平坦的，或者其可具有凹陷的中心毂，例如类型为27的凹陷的中心盘。在一些实施方案中，背衬具有牢固地附接到与磨料层相反的主表面的机械紧固件或粘合紧固件。

底胶层、复胶层和任选的顶胶层包含可能相同或不同的树脂粘结剂。示例性合适的粘结剂可由对应的粘结剂前体诸如热固化树脂、辐射固化树脂以及它们的组合制得。

粘结剂前体(例如，底胶层前体和/或复胶层前体)可包含例如胶水、酚醛树脂、氨基塑料树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、氨基甲酸乙酯树脂、可以自由基的方式聚合的多官能(甲基)丙烯酸酯(例如，具有侧链α,β-不饱和基团的氨基塑料树脂、丙烯酸酯化氨基甲酸乙酯、丙烯酸酯化环氧树脂、丙烯酸酯化异氰脲酸酯)、环氧树脂(包括双-马来酰亚胺和芴-改性的环氧树脂)、异氰脲酸酯树脂以及它们的混合物。在这些材料中，酚醛树脂是优选的，尤其是当与硫化纤维背衬结合地使用时。

一般来讲，酚醛树脂通过酚和甲醛的缩合形成，并且通常归类为甲阶酚醛树脂或酚醛清漆酚醛树脂。酚醛清漆酚醛树脂为酸催化的并且甲醛与酚的摩尔比为小于1:1。甲阶(resole/resol)酚醛树脂可用碱性催化剂催化，并且甲醛与酚的摩尔比为大于或等于一，通常在1.0和3.0之间，因此存在羟甲基侧基。适用于催化甲阶酚醛树脂的醛和酚组分之间的反应的碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钾、氢氧化钙、有机胺、和碳酸钠，所有这些都作为溶解在水中的催化剂溶液。

甲阶酚醛树脂通常被涂覆为具有水和/或有机溶剂(例如醇)的溶液。通常，溶液包含的固体为约70重量％至约85重量％，但可使用其它浓度。如果固体含量非常低，则需要更多的能量来除去水和/或溶剂。如果固体含量非常高，则所得酚醛树脂的粘度过高，这通常导致加工问题。

酚醛树脂是公知的，并且可容易地从商业来源获得。可用于实施本公开的可商购获得的甲阶酚醛树脂的示例包括以商品名varcum(例如，29217、29306、29318、29338、29353)由杜雷兹公司(durezcorporation)销售的那些；以商品名aerofene(例如，aerofene295)由美国佛罗里达州巴托的阿施兰德化学公司(ashlandchemicalco.,bartow,florida)出售的那些；和以商品名phenolite(例如，phenolitetd-2207)由韩国首尔的江南化学有限公司(kangnamchemicalcompanyltd.ofseoul,southkorea)销售的那些。

粘结剂前体还可包含任选的添加剂，诸如例如填料(包括助磨剂)、纤维、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、偶联剂、树脂固化剂、增塑剂、抗静电剂和悬浮剂。适用于本发明的填料的示例包括：木浆、蛭石以及它们的组合；金属碳酸盐，诸如碳酸钙(例如白垩、方解石、泥灰岩、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠和碳酸镁；硅石，诸如无定形硅石、石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维；硅酸盐，诸如滑石、粘土(蒙脱石)、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、硅铝酸钠、硅酸钠；金属硫酸盐，诸如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝；石膏；蛭石；木粉；三水合铝；金属氧化物，诸如氧化钙(石灰)、氧化铝、二氧化钛；以及金属亚硫酸盐，诸如亚硫酸钙。

粘结剂前体可通过任何己知的涂布方法来施加，这些方法包括例如辊涂、挤出模头涂布、帘式涂布、刮涂、凹面涂布和喷涂。

所用的底胶层的基重可取决于例如预期用途、磨料颗粒的类型和等级以及所制备的带涂层研磨盘的性质，但通常将在1克/平方米(gsm)、2gsm、5gsm、10gsm或15gsm至20gsm、25gsm、100gsm、200gsm、300gsm、400gsm或甚至600gsm的范围内。

团聚物助磨剂颗粒包括保持在粘结剂中的助磨剂颗粒。粘结剂可为例如无机的(例如，玻璃质粘结剂或干燥无机溶胶)或更通常地为有机的。就交联粘结剂而言，该粘结剂通常由固化对应的粘结剂前体产生。示例性有机粘结剂包括压敏粘合剂、胶水和热熔性粘合剂。示例性压敏粘合剂包括乳胶绉、松香、某些丙烯酸类聚合物和共聚物(包括聚丙烯酸酯(例如，聚(丙烯酸丁酯))、聚乙烯醚(例如，聚(正丁基乙烯基醚)))、聚(α-烯烃)、有机硅、醇酸粘合剂、橡胶粘合剂(例如，天然橡胶、合成橡胶、氯化橡胶)以及它们的混合物。示例性热固性粘结剂前体包括酚醛树脂(例如，甲阶酚醛树脂和酚醛清漆树脂)、氨基塑料树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、单组分和双组分聚氨酯、丙烯酸类树脂(例如，丙烯酸类单体和低聚物、丙烯酸酯化聚醚、具有α、β-不饱和侧基的氨基塑料树脂、丙烯酸酯化聚氨酯)、环氧树脂(包括双马来酰亚胺和芴改性的环氧树脂)、异氰尿酸酯树脂、湿固化有机硅以及它们的混合物。

助磨剂被定义为颗粒材料，该颗粒材料添加到磨料制品对研磨的化学过程和物理过程具有显著影响。具体地讲，据信助磨剂可：(1)减小磨料颗粒与被研磨的工件之间的摩擦；(2)防止磨料颗粒“封堵”，即，防止金属颗粒被熔焊到磨料颗粒的顶部；(3)降低磨料颗粒与工件之间的界面温度；(4)减小磨削力；以及/或者(5)具有上述机制的协同效应。一般来讲，助磨剂的添加可延长带涂层磨料制品的使用寿命。助磨剂涵盖各种各样不同的材料，并且可以为无机物或有机物。

示例性助磨剂可包括无机卤化物盐、卤化化合物和聚合物、以及有机和无机含硫材料。示例性的助磨剂可以是有机的或无机的，包括蜡、卤化有机化合物，例如氯化蜡，如四氯化萘、五氯化萘、和聚氯乙烯；卤化物盐，诸如氯化钠、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、氯化镁；以及金属及其合金，诸如锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁和钛。其它助磨剂的示例包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物、含有机和无机磷酸盐的材料。可使用不同助磨剂的组合。

优选的助磨剂包括卤化物盐，尤其是四氟硼酸钾(kbf4)、冰晶石(na3alf6)和铵冰晶石[(nh4)3alf6]。可用作助磨剂的其它卤化物盐包括氯化钠、钾冰晶石、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾和氯化镁。其它优选的助磨剂为美国专利5,269,821(helmin等人)中的那些，该专利描述了由水溶性和水不溶性助磨剂颗粒构成的助磨剂团聚物。其它可用的助磨剂团聚物为其中多个助磨剂颗粒用粘结剂粘结一起形成团聚物的那些。这种类型的团聚物在美国专利5,498,268(gagliardi等人)中有所描述。

可用作助磨剂的卤化聚合物的示例包括：聚乙烯基卤化物(例如聚氯乙烯)和聚乙二烯基卤化物，诸如美国专利3,616,580(dewell等人)中公开的那些；高度氯化石蜡，诸如美国专利3,676,092(buell)中公开的那些；完全氯化烃类树脂，诸如美国专利3,784,365(caserta等人)中公开的那些；以及氟碳化合物，诸如美国专利3,869,834(mullin等人)中公开的聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯。

可用作助磨剂的无机含硫材料包括元素硫、硫化亚铁、硫化铜、硫化钼、硫酸钾等，如美国专利3,833,346(wirth)、3,868,232(sioui等人)和4,475,926(hickory)中各种公开的。用于本发明的有机含硫材料(例如硫脲)包括美国专利3,058,819(paulson)中提及的那些。

本公开还涵盖使用不同助磨剂的组合，并且在某些情况下，这可产生协同效应。以上提及的助磨剂的示例旨在作为助磨剂的代表性描述，并且它们并非旨在涵盖所有助磨剂。

在一些实施方案中，团聚物助磨剂颗粒不含磨料颗粒；然而，这不是必需的。

包括在团聚物助磨剂颗粒中的助磨剂颗粒可具有在约1微米至约100微米范围内并且更优选在约5微米至约50微米范围内的平均粒度，但也可使用其它尺寸。

团聚物助磨剂颗粒还可包含其它组分和/或添加剂，诸如磨料颗粒、填料、稀释剂、纤维、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、偶联剂、树脂固化剂、增塑剂、抗静电剂和悬浮剂。适用于本发明的填料的示例包括：木浆、蛭石以及它们的组合；金属碳酸盐，诸如碳酸钙(例如白垩、方解石、泥灰岩、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠和碳酸镁；硅石，诸如无定形硅石、石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维；硅酸盐，诸如滑石、粘土(蒙脱石)、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、硅铝酸钠、硅酸钠；金属硫酸盐，诸如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝；石膏；蛭石；木粉；三水合铝；金属氧化物，诸如氧化钙(石灰)、氧化铝、二氧化钛；以及金属亚硫酸盐，诸如亚硫酸钙。

可通过本领域已知的各种涂布方法将团聚物助磨剂颗粒设置到底胶层上，包括滴涂、静电涂布、单独放置(例如，使用取放机器人)和转移涂布。

在一些实施方案中，使用符合astme-11“针对测试目的的筛布和筛的标准规格(standardspecificationforwireclothandsievesfortestingpurposes)”的美国标准测试筛，根据标称筛分等级对团聚物助磨剂颗粒进行分级。astme-11规定了试验筛的设计和构造需求，所述试验筛利用安装在框架中的织造筛布为介质根据指定的粒度对材料进行分类。典型名称可表示为-18+20，其意指团聚物助磨剂颗粒通过符合18目筛的astme-11规范的试验筛，并且保持在符合20目筛的astme-11规范的试验筛上。在一个实施方案中，所形成的陶瓷磨料颗粒具有这样的粒度，使得大多数团聚物助磨剂颗粒通过18目试验筛并且保持在20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目试验筛上。在本发明的各种实施方案中，所形成的陶瓷磨料颗粒可具有包括以下的标称筛选等级：-18+20、-20+25、-25+30、-30+35、-35+40、-40+45、-45+50、-50+60、-60+70、-70+80、-80+100、-100+120、-120+140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325、-325+400、-400+450、-450+500或-500+635。

优选地，团聚物助磨剂颗粒的至少一部分以预定图案设置在底胶层上。可通过本领域已知的各种图案化涂布方法将团聚物助磨剂颗粒设置到底胶层上，包括图案化滴涂、单独放置(例如，使用取放机器人)以及使用其中具有图案化腔的工具的转移涂布。在一些实施方案中，图案化滴涂可使用对准工具通过类似于pct专利申请公开2016/205133(wilson等人)、2016/205267(wilson等人)、2017/007703(wilson等人)、2017/007714(liu等人)中描述的方法来实现，不同的是使用团聚物助磨剂颗粒代替磨料颗粒。使用具有图案化腔的工具的转移涂布可类似于美国专利申请公开2016/0311081a1(culler等人)中描述的方法，不同的是使用团聚物助磨剂颗粒代替磨料颗粒。在一些实施方案中，可通过图案化网或筛将团聚物助磨剂颗粒施加到底胶层上。

带涂层磨料制品可包括无规地、以单个预定图案或以多个不同图案排列的团聚物助磨剂颗粒。可将团聚物助磨剂颗粒的至少一部分定位成使得由这些团聚物助磨剂颗粒形成的图案包括多条平行线和/或网格图案。又如，可将团聚物助磨剂颗粒的至少一部分定位成使得由这些团聚物助磨剂颗粒形成的图案包括多个圆形(中空的或填充的)。同样，可将团聚物助磨剂颗粒的至少一部分布置成螺旋形、棋盘形或条状(以任何取向)。

将团聚物助磨剂颗粒设置在可固化底胶层前体上，然后沉积磨料颗粒，然后至少部分地固化底胶层前体以粘结它们。由于存在团聚物助磨剂颗粒，因此磨料颗粒(并且尤其是磨料片)的至少一部分被沉积成使得它们接触至少一个团聚物助磨剂颗粒。这样，磨料颗粒中的至少一些以向外升高的取向抵靠相应的团聚物助磨剂颗粒倾斜设置，并且如此倾斜的量通常将大于通过同时或以相反顺序沉积磨料颗粒和团聚物助磨剂颗粒将实现的量。

现在参见图2，示例性带涂层磨料制品200具有背衬110、底胶层120、复胶层150、成型磨料颗粒140和成型团聚物助磨剂颗粒230。由于成型团聚物助磨剂颗粒230的存在，磨料颗粒140的至少一部分以升高的取向倾斜定位。成型磨料团聚物助磨剂颗粒230单独定位，使得在相应的成型磨料团聚物助磨剂颗粒230的至少一个侧壁240与背衬120之间形成锐角θ。在此上下文中，侧壁是接触底胶层并从背衬向外延伸的平坦表面。该升高的取向产生更好的研磨性能(例如，切削速率)。一般来讲，升高的磨料颗粒的数量越多，研磨性能越好。为了最佳地发挥功能，磨料颗粒优选地比团聚物助磨剂颗粒延伸得更远离背衬(更高)；然而，由于团聚物助磨剂颗粒容易被侵蚀，因此磨料颗粒可以更短，但有类似的效果。

为了增加磨料颗粒接触并向上取向的机会，希望用团聚物助磨剂颗粒覆盖底胶层前体(以及由此所得的底胶层)的表面的大部分。基于垂直于背衬观察的投影表面，底胶层前体(和/或所得的底胶层)的被团聚物助磨剂颗粒覆盖的表面的百分比可为任何量，但优选地为至少5％、至少10％、至少15％或甚至至少20％。然而，表面覆盖范围不应太高，以至于没有足够的空间供足够的磨料颗粒粘附从而获得实际的带涂层磨料制品。因此，基于例如垂直于背衬观察的投影表面，底胶层前体(和/或所得的底胶层)的被团聚物助磨剂颗粒覆盖的表面的百分比可小于40％、小于30％或甚至小于20％。在一些优选的实施方案中，团聚物助磨剂颗粒根据预定开放图案布置。在一些优选的实施方案中，团聚物助磨剂颗粒和磨料颗粒以足以形成封闭涂层的量共同存在。

除了在制造带涂层磨料制品期间在沉积磨料颗粒之前将团聚物助磨剂颗粒沉积在底胶层前体上之外，制备带涂层磨料制品的方法与本领域已知的方法基本上相同。关于例如包括固定到背衬上的磨料层的带涂层磨料制品的制造的细节，其中磨料层包括磨料颗粒和底胶层、复胶层以及任选的顶胶层，这些细节是熟知的并且可见于例如以下美国专利中：4,734,104(broberg)、4,737,163(larkey)、5,203,884(buchanan等人)、5,152,917(pieper等人)、5,378,251(culler等人)、5,417,726(stout等人)、5,436,063(follett等人)、5,496,386(broberg等人)、5,609,706(benedict等人)、5,520,711(helmin)、5,954,844(law等人)、5,961,674(gagliardi等人)、4,751,138(bange等人)、5,766,277(devoe等人)、6,077,601(devoe等人)、6,228,133(thurber等人)和5,975,988(christianson)。

团聚物助磨剂颗粒的形状可为无规的或几何形状的。为了提高磨料颗粒的有利取向的机会，团聚物助磨剂颗粒以3或更小、优选地小于2、并且更优选地小于1.5的纵横比优选地成型，更优选地精确地成型，但这不是必需的。在一些优选的实施方案中，团聚物助磨剂颗粒是精确成型的并且具有从用于形成团聚物助磨剂颗粒的模具腔复制的预定形状。在这些实施方案中的一些实施方案中，成型团聚物助磨剂颗粒具有三维形状，诸如棱锥(例如，3面、4面、5面或6面棱锥)、锥体、块、立方体、球体、圆柱体、棒、棱柱(例如，3面、4面、5面或6面棱柱)以及这些形状的截头型式等。优选地，根据本公开的成型团聚物助磨剂颗粒中的至少一种为截头棱锥形，其也可称为截棱锥。在一些实施方案中，团聚物助磨剂颗粒或团聚颗粒中的至少一者具有三角形截头棱锥形状、正方形截头棱锥形状或六边形截头棱锥形状。在一些其它实施方案中，成型团聚物助磨剂颗粒的可用形状的示例包括三角形棱柱、矩形棱柱、正方形棱柱、五边形棱柱和六边形棱柱。

图3示出了由通过粘结剂270粘结在一起的助磨剂颗粒280构成的成型团聚物助磨剂颗粒230的放大视图。

无论是粉碎的还是成型的，磨料颗粒都应具有足够的硬度和表面粗糙度以在研磨过程中用作磨料颗粒。优选地，磨料颗粒具有的莫氏(mohs)硬度为至少4、至少5、至少6、至少7或甚至至少8。

可用的研磨材料包括例如熔融氧化铝、热处理氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料(诸如可作为3mceramicabrasivegrain从明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany,st.paul,minnesota)商购获得的那些)、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、溶胶凝胶衍生陶瓷(例如掺杂氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、二氧化硅和/或氧化锡的氧化铝陶瓷)、二氧化硅(例如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、长石或燧石。溶胶-凝胶法制备的粉碎陶瓷颗粒的示例可见于美国专利4,314,827(leitheiser等人)、4,623,364(cottringer等人)、4,744,802(schwabel)、4,770,671(monroe等人)和4,881,951(monroe等人)中。

如前所述，磨料颗粒可以是成型的(例如，精确成型的)或无规的(例如，粉碎的)。成型磨料颗粒和精确成型磨料颗粒可通过例如使用如美国专利5,201,916(berg)、5,366,523(rowenhorst(re35,570))、和5,984,988(berg)中所述的溶胶-凝胶技术的模制工艺来制备。美国专利8,034,137(erickson等人)描述了这样的氧化铝颗粒，该氧化铝颗粒已成形为特定形状，然后被粉碎以形成保持其初始形状特征结构的一部分的碎片。磨料颗粒的示例性形状包括粉碎的棱锥(例如，3面、4面、5面或6面棱锥)、截棱锥(例如，3面、4面、5面或6面截棱锥)、锥体、截锥体、杆(例如，圆柱形、蠕虫状)和棱柱(例如，3面、4面、5面或6面棱柱)。

磨料颗粒可根据磨料行业公认的规定标称等级被独立地按尺寸分类。示例性磨料行业公认的分级标准包括由ansi(美国国家标准学会)、fepa(欧洲磨料制造者联盟)和jis(日本工业标准)颁布的那些标准。ansi等级标号(即规定的标称等级)包括例如：ansi4、ansi6、ansi8、ansi16、ansi24、ansi36、ansi46、ansi54、ansi60、ansi70、ansi80、ansi90、ansi100、ansi120、ansi150、ansi180、ansi220、ansi240、ansi280、ansi320、ansi360、ansi400、和ansi600。fepa等级标号包括f4、f5、f6、f7、f8、f10、f12、f14、f16、f20、f22、f24、f30、f36、f40、f46、f54、f60、f70、f80、f90、f100、f120、f150、f180、f220、f230、f240、f280、f320、f360、f400、f500、f600、f800、f1000、f1200、f1500、f2000、p12、p16、p20、p24、p30、p36、p40、p50、p60、p80、p100、p120、p150、p180、p220、p240、p280、p320、p360、p400、p500、p600、p800、p1000、p1200、p1500、p2000和p2500。jis等级标号包括：jis8、jis12、jis16、jis24、jis36、jis46、jis54、jis60、jis80、jis100、jis150、jis180、jis220、jis240、jis280、jis320、jis360、jis400、jis600、jis800、jis1000、jis1500、jis2500、jis4000、jis6000、jis8000和jis10,000。

成型磨料颗粒的示例可见于美国专利5,201,916(berg)、5,366,523(rowenhorst(re35,570))、和5,984,988(berg)中。美国专利8,034,137(erickson等人)描述了这样的氧化铝粉碎磨料颗粒，该氧化铝粉碎磨料颗粒已成形为特定形状，然后被粉碎以形成保持其初始形状特征结构的一部分的碎片。在一些实施方案中，成型的α氧化铝颗粒为精确成型颗粒(即，颗粒具有的形状至少部分地由用于制备它们的生产工具中的腔的形状决定)。关于此类精确成型磨料颗粒及其制备方法的细节可见于例如美国专利8,142,531(adefris等人)、8,142,891(culler等人)、和8,142,532(erickson等人)；以及美国专利申请公开2012/0227333(adefris等人)、2013/0040537(schwabel等人)和2013/0125477(adefris)中。

图4示出了可根据上述方法制备的代表性成型磨料颗粒140。

在磨料颗粒被成型为三角形片(或三角形截头棱锥)的那些实施方案中，它们可具有顶点为90度的主表面(对应于直角三角形)，或者它们可具有顶点大于90度的主表面(对应于钝角三角形)，但这不是必需的。示例包括至少91度、至少95度、至少100度、至少110度、至少120度或甚至至少130度。

在一些优选的实施方案中，磨料颗粒包括板状粉碎磨料颗粒。此类磨料颗粒可通过已知的方法从商业供应商获得，和/或按形状分选此类粉碎磨料颗粒获得；例如，使用本领域已知的形状分选表。

合适的磨料颗粒的示例包括包含以下的粉碎磨料颗粒：熔融氧化铝、热处理氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料(诸如可作为3mceramicabrasivegrain从明尼苏达州圣保罗的3m公司商购获得的那些)、棕色氧化铝、蓝色氧化铝、碳化硅(包括绿色碳化硅)、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、石榴石、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、熔融锆刚玉、氧化铁、氧化铬、氧化锆、二氧化钛、石英、长石、燧石、金刚砂、溶胶-凝胶法制备的陶瓷(例如α氧化铝)以及它们的组合。另外的示例包括粘结剂基质中磨料颗粒(这些磨料颗粒可以是板状的或者不是板状的)的粉碎磨料复合物，诸如美国专利5,152,917(pieper等人)中所述的那些。许多此类磨料颗粒、团聚物和复合物在本领域中是已知的。

优选地，粉碎磨料颗粒包括陶瓷粉碎磨料颗粒，诸如例如溶胶-凝胶法衍生的多晶α氧化铝颗粒。可根据例如美国专利5,213,591(celikkaya等人)和美国公开专利申请2009/0165394a1(culler等人)和2009/0169816a1(erickson等人)中描述的方法，使用溶胶-凝胶α氧化铝颗粒来制备由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六铝酸盐的微晶构成的陶瓷粉碎磨料颗粒。

可从其中分离粉碎磨料颗粒的溶胶-凝胶法制备的磨料颗粒的示例及其制备方法可见于美国专利4,314,827(leitheiser等人)、4,623,364(cottringer等人)、4,744,802(schwabel)、4,770,671(monroe等人)和4,881,951(monroe等人)中。还设想，粉碎磨料颗粒可包括磨料团聚物，诸如例如美国专利4,652,275(bloecher等人)或4,799,939(bloecher等人)中所述的那些。在一些实施方案中，粉碎磨料颗粒可用偶联剂(例如，有机硅烷偶联剂)或其它物理处理(例如，氧化铁或氧化钛)进行表面处理以增强粉碎磨料颗粒与粘结剂的粘附性。粉碎磨料颗粒可以在它们与粘结剂组合之前进行处理，或者它们可以通过将偶联剂包括到粘结剂进行原位表面处理。

关于制备溶胶-凝胶法制备的磨料颗粒的方法的另外细节可见于例如美国专利4,314,827(leitheiser)、5,152,917(pieper等人)、5,435,816(spurgeon等人)、5,672,097(hoopman等人)、5,946,991(hoopman等人)、5,975,987(hoopman等人)和6,129,540(hoopman等人)；以及美国公开专利申请2009/0165394al(culler等人)中。

各种磨料颗粒上的表面涂层可以用于改善磨料制品中磨料颗粒与粘结剂之间的粘附性，或者可用于帮助静电沉积。在一个实施方案中，可以相对于磨料颗粒的重量的0.1％至2％的表面涂层的量使用在美国专利5,352,254(celikkaya)中所述的表面涂层。此类表面涂层在美国专利5,213,591(celikkaya等人)、5,011,508(wald等人)、1,910,444(nicholson)、3,041,156(rowse等人)、5,009,675(kunz等人)、5,085,671(martin等人)、4,997,461(markhoff-matheny等人)和5,042,991(kunz等人)中有所描述。另外，表面涂层可防止成型磨料颗粒封堵。“封堵”这一术语用来描述来自正在研磨的工件的金属颗粒被熔焊在粉碎磨料颗粒的顶部的现象。执行上述功能的表面涂层对本领域的技术人员而言是已知的。

在本公开的实践中使用的粉碎磨料颗粒优选地被选择为具有在0.1微米至3500微米的范围内的长度和/或宽度，更通常地在100微米至3000微米的范围内，并且更通常地在100微米至2600微米的范围内，但也可使用其它长度和宽度。

粉碎磨料颗粒可被选择为具有在0.1微米至1600微米、更通常1微米至1200微米的范围内的厚度，但可使用其它厚度。在一些实施方案中，板状粉碎磨料颗粒可以具有至少2、3、4、5、6或更大的纵横比(长度与厚度之比)。

磨料颗粒的长度、宽度和厚度可根据需要在单个或平均的基础上确定。合适的技术可包括检查和测量单个颗粒，以及使用自动图像分析技术(例如使用动态图像分析仪，诸如得自德国哈恩的莱弛科技有限公司(retschtechnologygmbh,haan,germany)的camsizerxt图像分析仪)，根据测试方法iso13402-2:2006“粒度分析-图像分析方法-第2部分：动态图形分析方法”。

根据本公开的一个实施方案，带涂层磨料制品可根据包括以下顺序步骤的以下方法制备，该顺序步骤在一些实施方案中是连续步骤。

在第一步骤中，将可固化底胶层前体沉积在背衬的主表面上，如上文所述。涂布可通过任何合适的方法实现，包括例如喷涂、帘式涂布、槽式涂布、辊涂和/或刮刀涂布。涂层重量将取决于应用，并且对于本领域的技术人员将是显而易见的。

在第二步骤中，将团聚物助磨剂颗粒优选成型团聚物助磨剂颗粒沉积到可固化底胶层前体上。它们可通过任何合适的方法沉积，包括例如滴涂、机器人放置和静电涂布。在一些优选的实施方案中，可根据预定图案沉积团聚物助磨剂颗粒中的至少一些。图案的示例包括矩形网格、平行条、六边形网格、平行波浪线、棋盘、螺旋和部分填充的圆形的阵列。如本文所用，术语“图案”是指由团聚物助磨剂颗粒形成的总体图案，而不是组成图案的单个团聚物助磨剂颗粒。一般来讲，团聚物助磨剂颗粒的涂布密度应足够低，使得所得的带涂层区域和图案是开放的，从而允许紧邻团聚物助磨剂颗粒涂布磨料颗粒。这样，它们的取向将受到团聚物助磨剂颗粒的影响；例如，如在上文中讨论的。

在第三步骤中，将磨料颗粒沉积到可固化底胶层前体上，使得它们的至少一部分设置在团聚物助磨剂颗粒之间的空间中。可使用用于沉积磨料颗粒的任何合适技术。

在第四步骤中，将可固化底胶层前体充分固化(例如，使用热和/或电磁辐射)，使得团聚物助磨剂颗粒和磨料颗粒固定到背衬以用于施加可固化复胶层前体。

在第五步骤中，将可固化复胶层前体沉积到团聚物助磨剂颗粒、磨料颗粒和至少部分固化的底胶层前体的至少一部分上。涂布可通过任何合适的方法实现，包括例如喷涂、帘式涂布、槽式涂布、辊涂和/或刮刀涂布。涂层重量将取决于应用，并且对于本领域的技术人员将是显而易见的。

在第六步骤中，固化可固化复胶层前体；例如，使用热和/或电磁辐射。

任选地，带涂层磨料制品还可包括例如背胶(即，在背衬的与具有磨料涂层的主表面相反的主表面上的涂层)、预胶层或接合层(即，磨料涂层与磨料涂层所固定到的主表面之间的涂层)和/或覆盖背衬的两个主表面的浸渍剂。带涂层磨料制品还可包括覆盖磨料涂层的顶胶。当存在时，顶胶通常包括助磨剂和/或抗填充材料。

用于制备带涂层磨料制品的技术和材料的进一步描述可见于例如美国专利4,314,827(leitheiser等人)、4,518,397(leitheiser等人)、4,623,364(cottringer等人)、4,652,275(bloecher等人)、4,734,104(broberg)、4,737,163(larkey)、4,744,802(schwabel)、4,770,671(monroe等人)、4,799,939(bloecher等人)、4,881,951(wood等人)、4,927,431(buchanan等人)、5,498,269(larmie)、5,011,508(wald等人)、5,078,753(broberg等人)、5,090,968(pellow)、5,108,463(buchanan等人)、5,137,542(buchanan等人)、5,139,978(wood)、5,152,917(pieper等人)、5,203,884(buchanan等人)、5,227,104(bauer)、和5,328,716(buchanan)中。

根据本公开的方法制备的带涂层磨料制品可用于例如研磨工件。工件材料的示例包括金属、金属合金、异金属合金、陶瓷、玻璃、木材、仿木材料、复合材料、涂漆表面、塑料、增强塑料、石材和/或它们的组合。工件可以是平坦的或具有与之关联的形状或轮廓。示例性工件包括金属部件、塑料部件、颗粒板、凸轮轴、曲柄轴、家具和涡轮叶片。研磨过程中所施用的力通常在约1千克至约100千克的范围内。

根据本公开的方法制备的带涂层磨料制品可手动使用和/或与机器结合地使用。进行研磨时，使带涂层磨料制品和工件中的至少一者相对于另一者移动。可在湿润或干燥条件下进行研磨。用于润湿研磨的示例性液体包括水、含有常规防锈化合物的水、润滑剂、油、肥皂和切削液。液体还可含有例如消泡剂、去油剂。

本公开的选择实施方案

在第一方面，本公开提供了一种带涂层磨料制品，所述带涂层磨料制品包括：

背衬，所述背衬具有相反的第一主表面和第二主表面；

底胶层，所述底胶层粘结到所述第一主表面；

团聚物助磨剂颗粒，所述团聚物助磨剂颗粒直接粘结到所述底胶层，其中所述团聚物助磨剂颗粒包括保持在粘结剂中的助磨剂颗粒，并且其中所述团聚物助磨剂颗粒的至少一部分根据预定开放图案布置；

磨料颗粒，所述磨料颗粒直接粘结到所述底胶层，其中所述磨料颗粒设置在所述团聚物助磨剂颗粒之间的空间中；

复胶层，所述复胶层直接粘结到所述底胶层、所述团聚物助磨剂颗粒和所述磨料颗粒。

在第二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案所述的带涂层磨料制品，其中所述团聚物助磨剂颗粒是成型的。

在第三实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案或第二实施方案所述的带涂层磨料制品，其中所述团聚物助磨剂颗粒是精确成型的。

在第四实施方案中，本公开提供了根据第二实施方案或第三实施方案所述的带涂层磨料制品，其中所述团聚物助磨剂颗粒的至少50％各自定位为至少一个侧壁与所述背衬之间呈锐角。

在第五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第四实施方案中任一项所述的带涂层磨料制品，其中所述磨料颗粒是成型的。

在第六实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第五实施方案中任一项所述的带涂层磨料制品，其中所述磨料颗粒是精确成型的。

在第七实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第六实施方案中任一项所述的带涂层磨料制品，其中所述团聚物助磨剂颗粒不含磨料颗粒。

在第八实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第七实施方案中任一项所述的带涂层磨料制品，其中所述磨料颗粒的长度与所述团聚物助磨剂颗粒的高度的比率介于1:2和2:1之间。

在第九实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第八实施方案中任一项所述的带涂层磨料制品，其中所述团聚物助磨剂颗粒和所述磨料颗粒以足以形成封闭涂层的量存在。

在第十实施方案中，本公开提供了一种制备带涂层磨料制品的方法，所述方法按顺序包括：

将可固化底胶层前体沉积在背衬的主表面上；

将团聚物助磨剂颗粒沉积到所述可固化底胶层前体上，其中所述团聚物助磨剂颗粒包括保持在粘结剂中的助磨剂颗粒；

将磨料颗粒沉积到所述可固化底胶层前体上，其中所述磨料颗粒设置在所述团聚物助磨剂颗粒之间的空间中；

至少部分地固化所述可固化底胶层前体，从而得到至少部分固化的底胶层前体；

将可固化复胶层前体沉积到所述团聚物助磨剂颗粒、所述磨料颗粒和所述至少部分固化的底胶层前体的至少一部分上；以及

至少部分地固化所述可固化复胶层前体。

在第十一实施方案中，本公开提供了根据第八实施方案所述的制备带涂层磨料制品的方法，其中所述团聚物助磨剂颗粒根据预定开放图案沉积在所述可固化底胶层前体上。

在第十二实施方案中，本公开提供了根据第十实施方案或第十一实施方案所述的制备带涂层磨料制品的方法，其中所述团聚物助磨剂颗粒是成型的。

在第十三实施方案中，本公开提供了根据第十实施方案至第十二实施方案中任一项所述的制备带涂层磨料制品的方法，其中所述团聚物助磨剂颗粒是精确成型的。

在第十四实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案或第十三实施方案所述的制备带涂层磨料制品的方法，其中所述团聚物助磨剂颗粒的至少50％各自定位为至少一个侧壁与所述背衬之间呈锐角。

在第十五实施方案中，本公开提供了根据第十实施方案至第十四实施方案中任一项所述的制备带涂层磨料制品的方法，其中所述磨料颗粒是成型的。

在第十六实施方案中，本公开提供了根据第十实施方案至第十五实施方案中任一项所述的制备带涂层磨料制品的方法，其中所述磨料颗粒是精确成型的。

在第十七实施方案中，本公开提供了根据第十实施方案至第十六实施方案中任一项所述的制备带涂层磨料制品的方法，其中所述团聚物助磨剂颗粒不含磨料颗粒。

在第十八实施方案中，本公开提供了根据第十实施方案至第十七实施方案中任一项所述的制备带涂层磨料制品的方法，其中所述磨料颗粒的长度与所述团聚物助磨剂颗粒的高度的比率介于1:2和2:1之间。

通过以下非限制性实施例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在这些实施例中引用的具体材料及其量以及其它条件和细节不应视为对本公开的不当限制。

实施例

除非另有说明，否则实施例及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。

除非另外说明，否则所有其它试剂均得自或购自精细化学品供应商诸如密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(sigma-aldrichcompany,st.louis,missouri)，或者可通过已知的方法合成。

实施例中使用的单位缩写：℃＝摄氏度；cm＝厘米；μm＝微米。

实施例中使用的材料记录在下表1中：

表1

实施例1

通过以下步骤制备本实施例：(1)将vfb模切成具有7/8英寸(2.22cm)直径中心孔的7英寸(17.8cm)直径盘；(2)将4.5克mr1均匀地涂布在vfb盘上；(3)通过19目筛(符合astme-11“针对测试目的的筛布和筛的标准规格”的美国标准测试筛)将5.8克ga1滴涂在mr1层上；(4)通过传统静电涂布将4.0克sap涂布在mr1层上；(5)将盘放入烘箱中，在90℃下预固化45分钟，在105℃下预固化3小时；(6)将13克sr1均匀地涂布在晶粒层的顶部上；(7)将整个盘放入烘箱中，在90℃下预固化45分钟，在105℃下预固化12小时。

实施例2

大致根据实施例1中所述的规程来制备实施例2，步骤(3)除外。在实施例2中，将5.8克ga1无规地滴涂在mr1层上，不使用任何网片。

比较例a

通过以下步骤制备该样品：(1)将vfb模切成具有7/8英寸(2.22cm)直径中心孔的7英寸(17.8cm)直径盘；(2)将4.5克mr1均匀地涂布在vfb盘上；(3)将4.0克sap以静电方式涂布在mr1层上；(4)将整个盘放入烘箱中，在90℃下预固化45分钟，在105℃下预固化3小时；(5)将6.5克sr1均匀地涂布在晶粒层的顶部上；(6)将整个盘放入烘箱中，在90℃下预固化45分钟，在105℃下预固化3小时；(7)将6克ss2均匀地涂布在复胶层的顶部上；(8)将整个盘放入烘箱中，在90℃下预固化45分钟，在105℃下预固化12小时。

比较例b

通过以下步骤制备该样品：(1)将vfb模切成具有7/8英寸(2.22cm)直径中心孔的7英寸(17.8cm)直径盘；(2)将4.5克mr1均匀地涂布在vfb盘上；(3)将4.0克sap以静电方式涂布在mr1层上；(4)将5.8克ga1无规地滴涂在mr1层上；(5)将整个盘放入烘箱中，在90℃下预固化45分钟，在105℃下预固化3小时；(6)将13克sr1均匀地涂布在晶粒层的顶部上；(7)将整个盘放入烘箱中，在90℃下预固化45分钟，在105℃下预固化12小时。

实施例3

通过以下步骤制备该样品：(1)用涂布刀将mr2涂布在4英寸宽的yfb上以将厚度控制在10密耳(0.0254cm)；(2)通过mgt将ga2滴涂在mr2底胶层上，并且涂层重量为0.625格令/平方英寸(62.8克/平方米)；(3)将sap以静电方式涂布在mr2层上，并且涂层重量为约4.58格令/平方英寸(460.0克/平方米)；(4)将带放入烘箱中，在90℃下预固化1分钟，在105℃下预固化2小时；(5)将40克sr1均匀地涂布在矿物层的顶部上；(6)将带放入烘箱中，在90℃下预固化1分钟，在105℃下预固化2小时；(7)将20克ss2均匀地涂布在复胶层的顶部上；(8)将带放入烘箱中，在90℃下预固化45分钟，在105℃下预固化12小时。

实施例6

大致根据实施例5中所述的规程制备该样品，不同的是不应用步骤(6)和步骤(7)。

比较例c

通过以下步骤制备该样品：(1)用涂布刀将mr2涂布在4英寸宽的yfb上以将厚度控制在10密耳(0.0254cm)；(2)将sap以静电方式涂布在mr2层上，并且涂层重量为约4.58格令/平方英寸(460.0克/平方米)；(3)将带放入烘箱中，在90℃下预固化1分钟，在105℃下预固化2小时；(4)将40克sr1均匀地涂布在晶粒层的顶部上；(5)将带放入烘箱中，在90℃下预固化1分钟，在105℃下预固化2小时；(6)将20克ss2均匀地涂布在复胶层的顶部上；(7)将带放入烘箱中，在90℃下预固化45分钟，在105℃下预固化12小时。

比较例d

大致根据比较例c中所述的规程制备该样品，不同的是不应用步骤(6)和步骤(7)。

性能测试

用一致的扭矩控制(设置为3.4安培)测试由实施例1至实施例2和比较例a至比较例b制成的样品。对于每个测试，将测得为1英寸(2.54cm)×1英寸(2.54cm)的304不锈钢条用作具有待研磨表面的测试基体(工件)。将盘样品(具有7/8英寸(2.22cm)直径中心孔的7英寸(17.8cm)直径盘)与7英寸extrahardredribbed支撑垫(得自明尼苏达州圣保罗的3m公司)一起安装在盘磨削机上。盘以5000转/分钟(rpm)运行。将工件压入盘中并从接近中心(距离中心约6.35cm)处移至边缘四次，然后在接近磨削时间结束时抵靠盘的边缘快速地来回摆动。该磨削过程持续15秒，这被定义为一个循环。然后将工件冷却并再次测试。每个循环后记录切削量(单个循环后工件的重量损失)和累积切削量(工件的累积重量损失)，单位为克。测试的终点是50个循环或单个循环的切削量降至5克以下时。实施例1至实施例2和比较例a至比较例b的测试结果(累积切削量以克计)示于下表2中。

表2

对从样品转变而来的10.16cm×91.44cm的带进行性能测试，该样品由实施例3至实施例4以及比较例c至比较例d制得。工件是304不锈钢条，在其上待研磨表面经测量为1.9cm×1.9cm。使用直径为20.3cm、70硬橡胶、台面与凹槽比为1:1的锯齿状接触轮。带以2750rpm运行。以45牛顿的法向力将工件施加到带的中心部分。测试包括测量工件在被定义为一个循环的15秒磨削后的重量损失。然后将工件冷却并再次测试。每个循环后记录切削量(单个循环后工件的重量损失)和累积切削量(工件的累积重量损失)，单位为克。在100个循环后或当单个循环的切削量降至第一个循环的切削量的10％以下时结束测试。实施例3至实施例4和比较例c至比较例d的测试结果示于下表3中。

表3

本申请中以引用方式并入的所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式并入。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以本申请中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。