BR112012013346B1

BR112012013346B1 - partículas abrasivas com formato duplamente afunilado

Info

Publication number: BR112012013346B1
Application number: BR112012013346-2A
Authority: BR
Inventors: Negus B. Adefris; Ehrich J. Braunschweig; Steven J. Keipert
Original assignee: 3M Innovative Properties Company
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2020-06-30
Also published as: KR20120114276A; BR112012013346A2; US20120227333A1; WO2011068714A3; WO2011068714A2; CN102666017A; KR101863969B1; EP2507013A2; EP2507013B1; JP2013512788A; JP5651190B2; CN102666017B; US9447311B2; EP2507013A4

Abstract

A presente invenção refere-se a partículas abrasivas conformadas que compreen- dem alfa alumina e que têm um primeiro lado, um segundo lado, um comprimento máximo ao longo de um eixo longitudinal e uma largura máxima transversal ao eixo longitudinal. O primerio lado compreende um quadrilátero que tem quatro bordas e quatro vértices com o quadrilátero selecionados a partir do grupo que consiste em um losango, um romboide, uma pipa, ou uma supereliipse. As partículas abrasivas conformadas têm uma razão de aspecto do comprimento máximo dividido pela largura máxima de 1,3 ou mais.

Description

PARTÍCULAS ABRASIVAS COM FORMATO DUPLAMENTE AFUNILADO

[001] As partículas abrasivas e os artigos abrasivos produzidos a partir das partículas abrasivas são úteis para abrasão, acabamento ou trituração de uma ampla variedade de materiais e superfícies na fabricação de mercadorias. Como tal, continua a existir uma necessidade para melhorar o custo, o desempenho ou a vida da partícula abrasiva e/ou do artigo abrasivo.

[002] As partículas abrasivas em formato triangular e artigos abrasivos que usam as partículas abrasivas em formato triangular são reveladas nas patentes U.S. n° 5.201.916 para Berg; 5.366.523 para Rowenhorst (Re 35.570); e 5.984.988 para Berg. Em uma modalidade, o formato das partículas abrasivas compreende um triângulo equilátero. As partículas abrasivas com formato triangular são úteis na fabricação de artigos abrasivos que têm altas taxas de corte.

Sumário

[003] As partículas abrasivas conformadas podem, em geral, ter um desempenho superior ao das partículas abrasivas aleatoriamente trituradas. Através do controle do formato da partícula abrasiva, é possível controlar o desempenho resultante do artigo abrasivo. Os inventores revelaram que através da produção das partículas abrasivas conformadas, tal que as partículas abrasivas conformadas se afunilem em direção a cada uma de suas extremidades opostas (duplamente afuniladas), os resultados do desempenho de trituração aprimoraram significativamente.

[004] Quando partículas abrasivas conformadas são usadas para produzir um artigo abrasivo revestido, tipicamente, é usado um campo eletrostático para captar e mover as partículas abrasivas conformadas para que entrem em contato com a resina que compreende o revestimento artificialmente produzido a fim de que se adiram a um suporte. Uma vantagem das partículas abrasivas conformadas presentemente reivindicadas é que quanto mais e mais partículas abrasivas conformadas são fixadas ao suporte, cada partícula abrasiva conformada tenderá a orientar para dentro do revestimento artificialmente produzido, tal que um ponto esteja presente na face de trituração do artigo abrasivo conforme mostrado nas figuras 6 e 7. Isso ocorre visto que as partículas abrasivas conformadas são mais longas que largas e se afunilam em direção a cada extremidade.

[005] Quando partículas abrasivas com formato triangular são revestidas, à medida que mais partículas são aplicadas, alguns dos triângulos começarão a preencher entre triângulos existentes com seus pontos fixados ao revestimento artificial mente produzido e a base do triângulo exposta à face de trituração conforme visto na figura 3 da patente U.S. n° 5.201.916. Esse efeito é especificamente pronunciado em construções de revestimento fechado do artigo abrasivo em que, na prática, a face de trituração inteira do artigo abrasivo está coberta com as partículas abrasivas conformadas. Para algumas aplicações, o desempenho de trituração reduzido ocorre quando superfícies horizontais, como a base do triângulo em vez dos pontos do triângulo, estão presentes na face de trituração.

[006] Acredita-se que outras vantagens das partículas abrasivas com formato duplamente afunilado são resistência a impacto aprimorada e bombardeamento reduzido. Visto que as partículas abrasivas conformadas são mais amplas próximas ao centro do que nas extremidades, as partículas podem ter dureza aprimorada sobre uma partícula que tem uma área em seção transversal consistente, como uma partícula abrasiva com formato de haste. As partículas abrasivas com formato de haste de alta razão de aspecto podem, simplesmente, se desprender da base que estão ancoradas para dentro do revestimento dimensionado e artificialmente produzido quando submetidas a impactos como a trituração de uma borda afiada mediante cargas elevadas. Em contrapartida, as partículas abrasivas conformadas atualmente reivindicadas podem ser enterradas até a metade para dentro dos revestimentos dimensionados e artificial mente produzidos deixando uma base muito mais larga onde a partícula abrasiva conformada emerge a partir dos revestimentos, aprimorando a resistência ao impacto. Além disso, visto que uma porção significativa da partícula abrasiva conformada pode ser enterrada para dentro dos revestimentos dimensionados e artificialmente produzidos, de modo similar à raiz de um dente, é possível o bombardeamento reduzido das partículas abrasivas a partir do artigo abrasivo.

[007] Uma outra vantagem em algumas modalidades é que as partículas abrasivas conformadas podem compreender um vértice e quatro facetas em um lado oposto. As facetas, em virtude de serem anguladas, podem inclinar a partícula abrasiva conformada em relação ao suporte mesmo quando a partícula abrasiva conformada cai após ser fixada ao revestimento artificial mente produzido ou ser diretamente fixada mais horizontalmente ao revestimento artificialmente produzido. Isso novamente ajuda a evitar a apresentação de uma superfície substancial mente horizontal da partícula abrasiva conformada em relação à face de trituração e, por meio disso, em relação ao material a ser raspado pelas partículas abrasivas conformadas. Conforme visto na figura 7, as partículas abrasivas conformadas que repousam mais horizontal mente do que vertical mente na face de trituração do artigo abrasivo revestido como as partículas identificadas, H, ainda têm bordas e pontas afiadas que, inicialmente, entram em contato com o material a ser raspado, em vez de uma superfície horizontal, desse modo, aprimorando o desempenho do corte.

[008] Por conseguinte, em uma modalidade, a invenção abrange partículas abrasivas conformadas que compreendem alfa alumina e que têm um primeiro lado, um segundo lado, um comprimento máximo ao longo de um eixo longitudinal e uma largura máxima transversal ao eixo longitudinal; sendo que o primeiro lado compreende um quadrilátero que tem quatro bordas e quatro vértices com o quadrilátero selecionado do grupo consistindo em um losango, um romboide, um deltoide ou uma superelipse; e sendo que uma razão de aspecto do comprimento máximo dividido pela largura máxima é 1,3 ou maior.

Breve Descrição dos Desenhos

[009] Deve ser compreendido pelo versado na técnica que a presente discussão é uma descrição de modalidades exemplificadoras apenas, e não pretende limitar os aspectos mais amplos da presente descrição, cujos aspectos amplos são incorporados na construção exemplificadora.

[0010] As figuras 1A, 1B e 1C ilustram um primeiro lado, um segundo lado e uma vista lateral de uma modalidade de uma partícula abrasiva conformada.

[0011] As figuras 2A, 2B e 2C ilustram um primeiro lado, um segundo lado e uma vista lateral de outra modalidade de uma partícula abrasiva conformada.

[0012] As figuras 3A, 3B e 3C ilustram um primeiro lado, um segundo lado e uma vista lateral de outra modalidade de uma partícula abrasiva conformada.

[0013] As figuras 4A, 4B e 4C ilustram um primeiro lado, um segundo lado e uma vista lateral de outra modalidade de uma partícula abrasiva conformada.

[0014] As figuras 5A, 5B e 5C ilustram um primeiro lado, um segundo lado e uma vista lateral de outra modalidade de uma partícula abrasiva conformada.

[0015] A figura 6 ilustra um artigo abrasivo revestido produzido a partir das partículas abrasivas conformadas da figura 1.

[0016] A figura 7 é uma fotomicrografia da face de trituração de um artigo abrasivo revestido produzido a partir das partículas abrasivas conformadas da figura 1.

[0017] Afigura 8 é uma fotomicrografia de partículas abrasivas com formato piramidal rômbico direitas de -50/+60 versus partículas esmagadas.

[0018] A figura 9 é um gráfico de taxa de corte como uma função de ciclos para partículas abrasivas com formato piramidal rômbico direitas de -70/+80 (figura 1) versus partículas esmagadas.

[0019] A figura 10 é um gráfico de corte cumulativo como uma função de ciclos de partículas abrasivas com formato piramidal rômbico direitas de -70/+80 (figura 1) versus partículas esmagadas.

[0020] A figura 11 é um gráfico de taxa de corte como uma função de ciclos para partículas abrasivas com formato piramidal rômbico direitas de -60/+70 (figura 1) versus partículas esmagadas.

[0021] A figura 12 é um gráfico de corte cumulativo como uma função de ciclos para partículas abrasivas com formato piramidal rômbico direitas de -60/+70 (figura 1) versus partículas esmagadas

[0022] A figura 13 é um gráfico de taxa de corte como uma função de ciclos para 30% de partículas abrasivas com formato piramidal rômbico direitas de -50/+60 (figura 1) com partículas esmagadas versus 100% de partículas esmagadas.

[0023] A figura 14 é um gráfico de taxa de corte como uma função de ciclo para as partículas abrasivas conformadas da figura 3 em aço inoxidável.

[0024] A figura 15 é um gráfico de taxa de corte como uma função de ciclo para as partículas abrasivas conformadas da figura 1 em aço inoxidável.

[0025] A figura 16 é um gráfico de taxa de corte como uma função de ciclo para partículas abrasivas conformadas que têm duas faces triangulares equiláteras paralelas em aço inoxidável.

[0026] A figura 17 é um gráfico de taxa de corte como uma função de ciclo para as partículas abrasivas conformadas da figura 3 em aço macio.

[0027] A figura 18 é um gráfico de taxa de corte como uma função de ciclo para as partículas abrasivas conformadas da figura 1 em aço macio.

[0028] A figura 19 é um gráfico de taxa de corte como uma função de corte cumulativo para partículas abrasivas conformadas que têm duas faces triangulares equiláteras paralelas em aço inoxidável.

[0029] O uso repetido de caracteres de referência no relatório descritivo e nos desenhos destina-se a representar as características ou elementos iguais ou análogos da revelação.

Definições

[0030] Para uso na presente invenção, as formas das palavras “compreender”, “ter” e “incluir” são legalmente equivalentes e não são limitadoras. Portanto, os elementos, funções, etapas ou limitações adicionais não citados podem estar presentes em adição aos elementos, funções, etapas, ou limitações citados.

[0031] Para uso na presente invenção, o termo “dispersão abrasiva” significa um precursor de alfa alumina que pode ser convertido em alfa alumina, que é introduzida em uma cavidade do molde. A composição é chamada de dispersão abrasiva até que componentes voláteis suficientes sejam removidos para causar a solidificação da dispersão abrasiva.

[0032] Para uso na presente invenção, o termo “partícula abrasiva conformada precursora” significa a partícula não-sinterizada produzida pela remoção de uma quantidade suficiente do componente volátil a partir da dispersão abrasiva, quando ela está na cavidade do molde, para formar um corpo solidificado que pode ser removido da cavidade do molde e substancial mente retém seu formato moldado em operações de processamento subsequentes.

[0033] Para uso na presente invenção, o termo “partícula abrasiva conformada”, significa uma partícula abrasiva de cerâmica com pelo menos uma porção da partícula abrasiva tendo um formato predeterminado que é replicado a partir de uma cavidade de molde usada para formar a partícula abrasiva precursora conformada. Exceto no caso de fragmentos abrasivos (por exemplo, conforme descrito no pedido provisório U.S. n° 61/016.965), a partícula abrasiva conformada irá, em geral, ter um formato geométrico predeterminado que substancialmente reproduz a cavidade do molde que foi usado para formar a partícula abrasiva conformada. A partícula abrasiva conformada, para uso na presente invenção, exclui partículas abrasivas obtidas por uma operação de esmagamento mecânico.

Descrição Detalhada Partículas abrasivas com formato duplamente afunilado

[0034] Com referência às figuras 1 a 5, as partículas abrasivas com formato duplamente afunilado exemplificadoras 20 são ilustradas. O material do qual a partícula abrasiva conformada 20 é produzida compreende alfa alumina. As partículas de alfa alumina podem ser produzidas a partir de uma dispersão de monoidrato de óxido de alumínio que é gelificada, moldada até um formato, seca para reter o formato, calcinada, e, então, sinterizada, conforme discutido mais adiante neste documento. O formato da partícula abrasiva conformada é retido sem que seja necessário um aglutinante para formar um aglomerado que compreende as partículas abrasivas em um aglutinante, que são então formadas em uma estrutura conformada.

[0035] Em geral, as partículas abrasivas conformadas 20 compreendem corpos delgados que têm um primeiro lado 24 e um segundo lado 26 e têm uma espessura T. Em algumas modalidades, a espessura T varia entre cerca de 5 micrômetros a cerca de 1 milímetro. Em algumas modalidades, o primeiro lado 24 e o segundo lado 26 estão conectados entre si por pelo menos uma parede lateral 28, que pode ser uma parede lateral de inclinação conforme mostrado na figura 3 que tem um ângulo de inclinação a diferente de 90 graus. Em algumas modalidades, mais de uma parede lateral de inclinação 28 pode estar presente e o coeficiente angular ou ângulo para cada parede lateral de inclinação 28 pode ser igual ou diferente conforme descrito mais completamente no pedido de patente pendente U.S. de número de série 12/337.075 depositado em 17 de dezembro de 2008 intitulado “Shaped Abrasive Particles With A Sloping Sidewall.” Em outras modalidades, a parede lateral 28 pode cruzar o primeiro lado 24 e o segundo lado 26 em um ângulo de 90 graus conforme mostrado na figura 5.

[0036] Em geral, o primeiro lado 24 da partícula abrasiva conformada compreende um quadrilátero que tem quatro bordas 30 e quatro vértices 32 com o quadrilátero selecionado do grupo consistindo em um losango, um romboide, um deltoide ou uma superelipse. Os vértices do quadrilátero podem ser classificados, ainda, como um par de vértices principais opostos 34 que são cruzados por um eixo longitudinal 36 e um par de vértices menores opostos 38 localizado em lados opostos do eixo longitudinal 36.

[0037] Um losango é um quadrilátero que tem quatro bordas de comprimento igual e em que os vértices opostos têm ângulos incluídos de graus iguais conforme visto nas figuras 1 e 3. Um romboide é um paralelogramo em que as duas bordas que se cruzam 30 em um lado do eixo longitudinal 36 têm comprimentos desiguais e o vértice 32 entre essas bordas tem um ângulo oblíquo incluído conforme visto na figura 4. Um deltoide, conforme visto na figura 5, é um quadrilátero em que as duas bordas opostas 30 acima de um eixo transversal 40 têm um comprimento igual e as duas bordas opostas 30 acima do eixo transversal 40 têm coprimento igual, mas têm um comprimento diferente em relação às bordas acima do eixo transversal. Pode-se tomar um losango e mover um dos seus vértices principais opostos 34 para próximo do ou adicionalmente na direção contrária ao eixo transversal 40 para que um deltoide seja formada. Uma superelipse é uma figura geométrica definida pela curva de Lam'e que tem a fórmula (x/a)ⁿ + (y/b)ⁿ = 1 onde n, a e b são números positivos. Quando n está entre 0 e 1, a superelipse se assemelha a uma estrela com quatro braços com bordas côncavas (sem as vieiras) conforme mostrado na figura 2. Quando n é igual a 1, um losango a=b ou um deltoide a≠b é formado. Quando n está entre 1 e 2, as bordas 30 se tornam convexas.

[0038] O formato do primeiro lado 24 é selecionado a partir dos grupos acima visto que esses formatos resultarão em uma partícula abrasiva conformada com vértices principais opostos 34 ao longo do eixo longitudinal 36 e em um formato que afunila a partir do eixo transversal 40 em direção a cada vértice principal oposto. Como tal, a partícula abrasiva conformada tenderá a ter um vértice principal 34 no revestimento artificialmente produzido e um segundo vértice principal 34 exposto à face de trituração quando um campo eletrostático é usado para aplicar as partículas abrasivas conformadas a um suporte revestido; especificamente, à medida que mais e mais partículas abrasivas conformadas são aplicadas ao suporte.

[0039] O grau de afunilamento pode ser controlado através da seleção de uma razão de aspecto específico para a partícula conforme definido pelo comprimento máximo, L, ao longo do eixo longitudinal 36 dividido pela largura máxima, W, ao longo do eixo transversal 40 que é perpendicular ao eixo longitudinal 36. As partículas abrasivas conformadas nas figuras 1, 2 e 3 têm todas uma razão de aspecto de aproximadamente 2,4. A partícula abrasiva conformada na figura 4 tem uma razão de aspecto de aproximadamente 6,2. A partícula abrasiva conformada da figura 5 tem uma razão de aspecto de aproximadamente 1,8. A razão de aspecto deve ser maior do que 1,0 para a partícula abrasiva conformada para um afunilamento conforme desejado a fim de obter um revestimento eletrostático aprimorado. Em várias modalidades da invenção, a razão de aspecto se situa entre cerca de 1,3 a cerca de 10, ou entre cerca de 1,5 a cerca de 8, ou entre cerca de 1,7 a cerca de 5. À medida que a razão de aspecto se torna grande demais, a partícula abrasiva conformada pode ser tornar muito frágil. Isso pode causar a quebra da partícula abrasiva conformada, de forma oposta a ser gradualmente desgastada, quando usada sob cargas pesadas para triturar objetos que têm bordas afiadas onde o carregamento de impacto sobre as partículas abrasivas conformadas pode ser grave. Desejavelmente, a razão de aspecto é selecionada tal que uma largura e/ou espessura suficiente da partícula abrasiva conformada seja enterrada para dentro dos revestimentos artificial mente produzidos e dimensionados a fim de evitar o desprendimento da extremidade da ponta da partícula abrasiva conformada e o bombardeamento da partícula a partir do artigo abrasivo revestido.

[0040] Em algumas modalidades, é possível truncar ligeiramente um ou mais dos vértices conforme mostrado pelas linhas tracejadas 42 na figura 1 e moldar as partículas abrasivas conformadas em tal configuração. Acredita-se que tais partículas terão um corte inicial reduzido e, de certa forma, se assemelharão ao formato das partículas abrasivas após o uso das mesmas durante um curto período de tempo para raspar materiais. Portanto, é possível projetar as partículas abrasivas conformadas com um ou mais vértices truncados para aplicações onde uma área de rolamento incial mais larga ou corte inicial reduzido são desejados. Nessas modalidades, se as bordas onde o truncamento ocorre puderem ser estendidas para formar um ou mais vértices imaginários que, então, completam o quadrilátero reivindicado, o primeiro lado 24 é considerado como sendo o formato reivindicado. Por exemplo, se ambos os vértices opostos principais 34 fossem truncados conforme mostrado pelas linhas tracejadas 42, o formato resultante ainda seria considerado como sendo um losango devido ao fato de que quando as bordas são estendidas além do truncamento, essas formam dois vértices imaginários, desse modo, completando o formato de losango para o primeiro lado 24.

[0041] Em algumas modalidades, o segundo lado 26 compreende um vértice 44 e quatro facetas 46 que formam uma pirâmide conforme mostrado nas figuras 1 e 2. Em tais modalidades, a espessura, T, das partículas abrasivas conformadas pode ser controlada para selecionar um ângulo, β, entre o primeiro lado 24 e as facetas 46. As facetas 46, em virtude de serem anguladas, podem inclinar a partícula abrasiva conformada em relação ao suporte mesmo quando a partícula abrasiva conformada cai após ser fixada ao revestimento artificial mente produzido ou ser diretamente fixada mais horizontal mente ao revestimento artificial mente produzido. Isso novamente ajuda a evitar a apresentação de uma superfície substancialmente horizontal da partícula abrasiva conformada em relação à face de trituração e, por meio disso, em relação ao material a ser raspado pelas partículas abrasivas conformadas. Conforme visto na figura 7, as partículas abrasivas conformadas que repousam mais horizontalmente do que verticalmente na face de trituração do artigo abrasivo revestido como as partículas identificadas, H, ainda têm bordas afiadas e vértices meores opostos 38 que, inicialmente, entram em contato com o material a ser raspado, em vez de uma superfície horizontal, desse modo, aprimorando o desempenho do corte. Essa modalidade para o segundo lado 26 pode ser usada com qualquer um dos formatos referidos para o primeiro lado 24.

[0042] Em várias modalidades da invenção, o ângulo β entre o primeiro lado 24 e as facetas 46 pode estar entre 20 graus a cerca de 50 graus, ou entre cerca de 10 graus a cerca de 60 graus, ou entre cerca de 5 graus a cerca de 65 graus.

[0043] Em algumas modalidades, o segundo lado 26 pode compreender uma linha de crista 47 e quatro facetas 46 que formam uma estrutura similar a um telhado de quatro águas conforme visto na figura 4. Então, duas facetas opostas terão um formato triangular e duas facetas opostas terão um formato trapezoidal. As variações similares para o ângulo β entre o primeiro lado e as facetas 46 podem ser usadas nessa modalidade. Essa modalidade para o segundo lado 26 pode ser usada com qualquer um dos formatos referidos para o primeiro lado 24.

[0044] Em algumas modalidades, o segundo lado 26 compreende uma segunda face 48 e quatro facetas que formam uma parede lateral 28 (ângulo de inclinação a entre a parede lateral 28 e a segunda face 48 é igual a 90 graus conforme visto na figura 5) ou uma parede lateral de inclinação 28 (ângulo de inclinação a entre a parede lateral 28 e a segunda face 48 maior que 90 graus conforme visto na figura 3). À medida que a espessura, T, dessa partícula abrasiva conformada se torna maior, a partícula abrasiva conformada se assemelha a uma pirâmide truncada quando o ângulo de inclinação a é maior do que 90 graus. O ângulo de inclinação a entre a segunda face 48 e a parede lateral 28 da partícula abrasiva conformada 20 ode ser variado para alterar o tamanho relativo da segunda face 48. Em várias modalidades da invenção, o ângulo de inclinação a pode estar entre aproximadamente 90 graus a aproximadamente 135 graus, ou entre aproximadamente 95 graus a aproximadamente 130 graus, ou entre cerca de 95 graus a cerca de 125 graus ou entre cerca de 95 graus a cerca de 120 graus ou entre cerca de 95 graus a cerca de 115 graus ou entre cerca de 95 graus a cerca de 110 graus ou entre cerca de 95 graus a cerca de 105 graus ou entre cerca de 95 graus a cerca de 100 graus. Conforme discutido no pedido de patente U.S. de número de série 12/337.075 intitulado “Shaped Abrasive Particles With A Sloping Sidewall” depositado em 17 de dezembro de 2008, variações específicas para o ângulo de inclinação a foram reveladas por produzir aumentos surpreendentes no desempenho de trituração de artigos abrasivos revestidos produzidos a partir das partículas abrasivas conformadas com uma parede lateral de inclinação. Em particular, os ângulos de saída de 98 graus, 120 graus ou 135 graus foram revelados por ter desempenho de trituração aprimorado em relação a um ângulo de inclinação de 90 graus. O aprimoramento no desempenho de trituração é particularmente pronunciado nos ângulos de saída de 98 graus ou 120 graus conforme visto nas figuras 6 e 7 do pedido de patente U.S. de número de série 12/337.075. Essa modalidade para o segundo lado 26 pode ser usada com qualquer um dos formatos referidos para o primeiro lado 24.

[0045] Em algumas modalidades, o primeiro lado 24 é substancial mente plano, a segunda face 48 é substancialmente plana, ou ambos são substancialmente planos. Alternativamente, o primeiro lado 24 poderia ser côncavo ou rebaixado 50 conforme discutido em maiores detalhes no pedido de patente U.S. copendente de número de série 12/336.961 intitulado “Dish-Shaped Abrasive Particles With A Recessed Surface”, depositado em 17 de dezembro de 2008. Afigura 5 mostra uma partícula abrasiva conformada que tem um primeiro lado 24 côncavo 50. Uma superfície côncava ou rebaixada 50 pode ser criada através da seleção de condições de secagem para o sol-gel, enquanto permanece na cavidade do molde que forma um menisco no sol- gel que tende a deslocar as bordas do sol-gel para cima dos lados do molde conforme discutido em pedido de patente U.S. de n° de série 12/336.961. Uma superfície côncava 50 no primeiro lado 24 pode ajudar a aumentar o desempenho de corte em algumas aplicações similares a uma lâmina de cinzel moída oca. Embora a reentrância 50 seja apenas mostrada na modalidade da figura 5, esse recurso pode ser usado com qualquer um dos recursos ou combinações de recursos ou modalidades mostradas ou descritas nesse pedido de patente.

[0046] Adicionalmente, uma ou mais aberturas 52 através da partícula abrasiva conformada que passam através do primeiro lado 24 e do segundo lado 26 poderiam estar presentes conforme discutido em maiores detalhes no pedido de patente U.S. copendente n° de série 12/337.112 intitulado “Shaped Abrasive Particles With An Opening”, depositado em 17 de dezembro de 2008. A figura 2 mostra duas aberturas 52 que passam através da partícula abrasiva conformada. Uma abertura 52 através da partícula abrasiva conformada pode reduzir a densidade aparente das partículas abrasivas conformadas, aumentando assim, a porosidade do artigo abrasivo resultante em algumas aplicações, como uma roda de trituração, onde a porosidade aumentada é frequentemente desejada. Alternativamente, a abertura pode reduzir o bombardeamento através do ancoramento da partícula no revestimento dimensionado de modo mais firme ou a abertura pode agir como um reservatório para um auxílio de trituração. Uma abertura pode ser formada dentro da partícula abrasiva conformada através da seleção de condições de secagem que exageram o fenômeno de menisco discutido acima, ou produzindo um molde que tem um ou mais postes estendendo- se a partir do fundo similar a uma fôrma de bolo Bundt. Os métodos de produção de partículas abrasivas conformadas com uma abertura são discutidos em pedido de patente U.S. de n° de série 12/337.112. Embora a abertura 52 seja apenas mostrada na modalidade da figura 2, esse recurso pode ser usado com qualquer um dos recursos ou combinações de recursos ou modalidades mostradas ou descritas nesse pedido de patente.

[0047] Adicionalmente, as partículas abrasivas conformadas pode ter uma pluralidade de sulcos 53 (figura 3) no segundo lado 26 conforme descrito no pedido provisório copendente U.S. n° de série 61/138.268 intitulado “Shaped Abrasive Particles With Grooves” depositado em 17 de dezembro de 2008. Os sulcos são formados por uma pluralidade de cristas na superfície inferior da cavidade do molde que se mostraram como facilitadores na remoção das partículas abrasivas conformadas precursoras a partir do molde. Acredita-se que uma crista que tem uma seção transversal com formato triangular atua como uma cunha que levanta a partícula abrasiva conformada precursora para fora da superfície de fundo do molde sob condições de secagem que promove o encolhimento do sol-gel durante a permanência na cavidade do molde. Ao visualizar proximamente as partículas abrasivas conformadas na figura 6, a pluralidade de sulcos 53 no segundo lado 26 pode ser vista. Embora os sulcos 53 sejam apenas mostrados na modalidade da figura 3, esse recurso pode ser usado com qualquer um dos recursos ou combinações de recursos ou modalidades mostradas ou descritas nesse pedido de patente.

[0048] Adicionalmente, a partícula abrasiva conformada pode ter uma pluralidade de cristas que se estendem a partir do segundo lado 26 conforme visto na figura 8. As cristas podem ser colocadas sobre as facetas 46 (ou sobre a segunda face 48) tal que uma aparência de degrau de escada seja formada no segundo lado 26 por cristas concêntricas. Em outras modalidades, as cristas podem formar linhas não-intersectantes paralelas ou linhas intersectantes paralelas (padrão de hachura cruzada). Em uma modalidade, as cristas concêntricas compreendem uma seção transversal triangular equilateral que surge acima das superfícies de faceta no segundo lado e que têm uma dimensão de base entre 8 a 10 micrômetros, uma altura entre 3 a 5 micrômetros e que são espaçadas linearmente aproximadamente a cada 40 a 45 micrômetros. Em outras modalidades, a seção transversal das cristas pode ser quadrada, retangular, trapezoidal, triangular ou ter outros formatos geométricos. Acredita-se que as cristas aumentam a área superficial do segundo lado 26, desse modo, promovendo a adesão aprimorada no revestimento de resina do artigo abrasivo revestido. A pluralidade de cristas pode ser formada por uma pluralidade de sulcos cortada na superfície de fundo da cavidade do molde. Embora as cristas sejam apenas mostradas na modalidade da figura 8, esse recurso pode ser usado com qualquer um dos recursos ou combinações de recursos ou modalidades mostradas ou descritas nesse pedido de patente.

[0049] As partículas abrasivas conformadas 20 podem ter várias razões de aspecto volumétrico. A razão de aspecto volumétrica é definida como a razão entre a área em seção transversal máxima passando através do centroide de um volume e a área em seção transversal mínima passando através do centróide. Para alguns formatos, a área em seção transversal máxima ou mínima pode ser um plano tombado, angular, ou inclinado em relação à geometria externa do formato. Por exemplo, uma esfera teria uma razão de aspecto volumétrica de 1,000, enquanto um cubo teria uma razão de aspecto volumétrica de 1,414. Uma partícula abrasiva conformada sob a forma de um triângulo equilátero, que tem cada lado igual ao comprimento A e uma espessura uniforme igual a A, terá uma razão de aspecto volumétrica de 1,54, e se a espessura uniforme é reduzida para 0,25A, a razão de aspecto volumétrica aumenta para 2,64. Acredita-se que as partículas abrasivas com formato duplamente afunilado que têm uma razão de aspecto volumétrico maior têm um desempenho de corte acentuado. Em várias modalidades da invenção, a razão de aspecto volumétrico para as partículas abrasivas conformadas pode ser maior que cerca de 1,15 ou maior que cerca de 1,50 ou maior que cerca de 2,0 ou entre cerca de 1,15 a cerca de 10,0 ou entre cerca de 1,20 a cerca de 5,0 ou entre cerca de 1,30 a cerca de 3,0.

[0050] As partículas abrasivas conformadas 20 produzidas de acordo com a presente descrição podem ser incorporadas em um artigo abrasivo ou usadas na forma solta. As partículas abrasivas são, em geral, classificadas para uma dada distribuição de tamanho de partícula antes do uso. Tais distribuições têm tipicamente uma faixa de tamanhos de partícula, desde partículas ásperas a partículas finas. Na técnica abrasiva, essa faixa algumas vezes é chamada de frações “ásperas”, de “controle” e “finas”. As partículas abrasivas classificadas de acordo com os padrões de classificação aceitos pela indústria de abrasivos especificam a distribuição de tamanho da partícula para cada classificação nominal dentro de limites numéricos. Tais padrões de classificação aceitos pela indústria (isto é, classificação nominal especificada pela indústria de abrasivos) incluem aqueles conhecidos como os padrões do American National Standards Institute, Inc. (ANSI), padrões da Federation of European Producers of Abrasive Products (FEPA) e padrões da Japanese Industrial Standard (JIS).

[0051] As designações de classificação da ANSI (isto é, classificações nominais especificadas) incluem: ANSI 4, ANSI 6, ANSI 8, ANSI 16, ANSI 24, ANSI 36, ANSI 40, ANSI 50, ANSI 60, ANSI 80, ANSI 100, ANSI 120, ANSI 150, ANSI 180, ANSI 220, ANSI 240, ANSI 280, ANSI 320, ANSI 360, ANSI 400 e ANSI 600. As designações de classificação da FEPA incluem P8, P12, P16, P24, P36, P40, P50, P60, P80, P100, P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, P600, P800, P1000 e P1200. As designações de classificação da JIS incluem 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 e JIS10.000.

[0052] Alternativamente, as partículas abrasivas conformadas 20 podem ser classificadas por uma classificação de triagem nominal com o uso de U.S.A. Standard Test Sieves em conformidade com a ASTM E-11 “Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes.” A ASTM E-11 proscreve os requerimentos para o projeto e construção de peneiras de teste com o uso de um meio de pano de fio tecido montado sobre uma armação para a classificação de materiais de acordo com um tamanho de partícula designado. Uma designação típica pode ser representada como -18+20, o que significa que as partículas abrasivas conformadas 20 passam através de uma peneira de teste que atende às especificações da E-11 para a peneira de número 18 e são retidas em uma peneira de teste que atende às especificações da ASTM E-11 para a peneira de número 20. Em uma modalidade, as partículas abrasivas conformadas 20 têm um tamanho de partícula tal que a maioria das partículas passe através de uma peneira de teste de rede 18 e fiquem retidas em uma peneira de teste de rede 20,25,30,35,40,45 ou 50. Em várias modalidades da invenção, as partículas abrasivas conformadas 20 podem ter uma classificação de triagem nominal que compreende: -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 ou -500+635. Alternativamente, um tamanho de rede adaptado poderia ser usado como -90+100.

[0053] Em um aspecto, a presente descrição apresenta uma pluralidade de partículas abrasivas conformadas que têm uma classificação nominal especificada pela indústria de abrasivos ou classificação tríada nominal, sendo que pelo menos uma porção da pluralidade de partículas abrasivas são partículas abrasivas conformadas 20. Em um outro aspecto, a descrição apresenta um método que compreende a classificação das partículas abrasivas conformadas 20 produzidas de acordo com a presente descrição para fornecer uma pluralidade de partículas abrasivas conformadas 20 que têm uma classificação nominal especificada pela indústria de abrasivos ou uma classificação de triagem nominal.

[0054] Se for desejado, as partículas abrasivas conformadas 20 que têm uma classificação nominal especificada pela indústria de abrasivos ou uma classificação de triagem nominal podem ser misturadas com outras partículas abrasivas ou não abrasivas conhecidas. Em algumas modalidades, pelo menos 5,10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, ou mesmo 100 por cento, em peso, da pluralidade de partículas abrasivas, que têm uma classificação nominal especificada pela indústria de abrasivos ou uma classificação de triagem nominal, é de partículas abrasivas conformadas 20 produzidas de acordo com a presente descrição, com base no peso total da pluralidade de partículas abrasivas.

[0055] As partículas adequadas para a mistura com as partículas abrasivas conformadas 20 incluem grãos abrasivos convencionais, grãos diluentes ou aglomerados passíveis de erosão, como aqueles descritos nas patentes U.S. n° 4.799.939 e 5.078.753 Exemplos representativos de grãos abrasivos convencionais incluem óxido de alumínio fundido, carbureto de silício, granada, zircônia alumina fundida, nitreto de boro cúbico, diamante e similares. Exemplos representativos de grãos diluentes incluem mármore, gesso natural e vidro. As mesclas de diferentes partículas abrasivas conformadas 20 (losango, deltoide ou triângulo, por exemplo) ou mesclas de partículas abrasivas conformadas 20 com paredes laterais de inclinação que têm diferentes ângulos de saídas (por exempo, partículas que têm um ângulo de inclinação de 98 graus misturadas com partículas que têm um ângulo de inclinação de 120 graus) podem ser usadas nos artigos dessa invenção.

[0056] Para algumas aplicações, as mesclas de partículas abrasivas conformadas e grãos abrasivos convencionais foram reveladas por funcionarem de maneira satisfatória. Nesses pedidos de patente, conforme mostrado nos exemplos, mesmo uma quantidade pequena das partículas abrasivas conformadas, como 10%, em peso, apresenta significativamente desempenho. Nas mesclas de partículas abrasivas conformadas com grãos abrasivos convencionais ou grãos diluentes, o peso das partículas abrasivas conformadas na mescla pode ser menor ou igual a 50, 40, 30, 25, 20, 15 ou 10% e ainda fornecer um aumento de desempenho significativo.

[0057] As partículas abrasivas conformadas 20 também podem ter um revestimento superficial. Os revestimentos superficiais são conhecidos por otimizar a adesão entre grãos abrasivos e o aglutinante nos artigos abrasivos, ou podem ser usados para auxiliar na deposição eletrostática das partículas abrasivas conformadas 20. Em uma modalidade, os revestimentos de superfície conforme descritos na patente U.S. n° 5.352.254 em uma quantidade de 0,1% a 2% de produtos inorgânicos para o peso da partícula abrasiva conformada foram usados. Tais revestimentos de superfície são descritos nas patentes U.S. de números 5.213.591; 5.011.508; 1.910.444; 3.041.156; 5.009.675; 5.085.671; 4.997.461; e 5.042.991. Adicionalmente, o revestimento superficial pode evitar a soldagem ou aderência da partícula abrasiva conformada no topo do grão abrasivo (capping). “Capping” é o termo usado para descrever o fenômeno onde partículas de metal da peça de trabalho sendo desbastada são soldadas aos topos das partículas abrasivas conformadas. Revestimentos de superfície que executam as funções acima são conhecidos dos versados na técnica.

Artigo abrasivo que tem partículas abrasivas com formato duplamente afunilado

[0058] Com referência à figura 6, um artigo abrasivo revestido 54 compreende um suporte 56 que tem uma primeira camada de aglutinante, deste ponto em diante no presente documento chamada de o revestimento artificialmente produzido 58, aplicada sobre uma primeira superfície principal 60 do suporte 56. Fixada ou parcialmente incorporada no revestimento artificialmente produzido 58 está uma pluralidade de partículas abrasivas conformadas 20 que forma uma camada abrasiva. Sobre as partículas abrasivas conformadas 20 está uma segunda camada de ligante, mais adiante neste documento chamada de revestimento dimensionado 62. O propósito do revestimento artificial mente produzido 58 é prender as partículas abrasivas conformadas 20 no substrato 56 e o propósito do revestimento dimensionado 62 é reforçar as partículas abrasivas conformadas 20. Um revestimento superdimensionado opcional, Cconforme é de conhecimento dos versados na técnica, pode também ser aplicado. A maior parte (maior que 50%) das partículas abrasivas conformadas 20 é orientada, tal que um dos vértices principais opostos 34 apontem para longe do suporte 56 e um dos vértices principais opostos 34 seja incorporado ao revestimento artificial mente produzido 58.

[0059] Para otimizar adicionalmente o uso das partículas abrasivas com formato duplamente afunilado, uma camada abrasiva de revestimento fechado pode ser usada. Uma camada abrasiva de revestimento fechado é definida como o peso máximo de partículas abrasivas ou uma blenda de partículas abrasivas que pode ser aplicado em uma única passagem a um revestimento primário (de ancoragem) de um artigo abrasivo. Um revestimento aberto é uma quantidade de partículas abrasivas, ou uma blenda de partículas abrasivas, pesando menos que o peso máximo em gramas que pode ser aplicado, que é aplicada a um revestimento primário de um artigo abrasivo revestido. Uma camada abrasiva de revestimento aberto resultará em menos que 100% de cobertura do revestimento artificial mente produzido com partículas abrasivas, deste modo, deixando áreas abertas e uma camada de resina visível entre as partículas.

[0060] O revestimento artificialmente produzido 58 e o revestimento dimensionado 62 compreendem um adesivo resinoso. O adesivo resinoso do revestimento artificial mente produzido 58 pode ser igual ou diferente daquele do revestimento dimensionado 62. Exemplos de adesivos resinosos que são adequados para esses revestimentos incluem resinas fenólicas, resinas epóxi, resinas de ureia-formaldeído, resinas de acrilato, resinas aminoplásticas, resinas de melamina, resinas epóxi acriladas, resinas de uretano e combinações das mesmas. Além do adesivo resinoso, o revestimento artificial mente produzido 58 ou o revestimento dimensionado 62, ou ambos os revestimentos, podem compreender, ainda, aditivos que são conhecidos na técnica, como, por exemplo, cargas (fillers), auxiliares de trituração, agentes umectantes, tensoativos, corantes, pigmentos, agentes de ligação, promotores de adesão, e combinações dos mesmos. Exemplos de cargas incluem carbonato de cálcio, sílica, talco, argila, metassilicato de cálcio, dolomita, sulfato de alumínio e combinações dos mesmos.

[0061] Um auxiliar de trituração pode ser aplicado ao artigo abrasivo revestido. Um auxiliar de trituração é definido como material em partículas, a adição do qual tem um efeito significativo nos processos químicos e físicos da abrasão, resultando assim em um desempenho aprimorado. Os auxiliadores de trituração abrangem uma ampla variedade de materiais diferentes e podem ser inorgânicos ou orgânicos. Exemplos de grupos químicos de auxiliares de trituração incluem ceras, compostos de haleto orgânico, sais de haleto, e metais e suas ligas. Os compostos de haleto orgânico tipicamente se decomporão durante a abrasão e liberarão um ácido halogênio ou um composto de haleto gasoso. Exemplos destes materiais incluem ceras cloradas, como tetracloronaftaleno, pentacloronaftaleno e cloreto de polivinila. Os exemplos de sais de haleto incluem cloreto de sódio, criolita de potássio, criolita de sódio, criolita de amônio, tetrafluoroborato de potássio, tetrafluoroborato de sódio, fluoretos de silício, cloreto de potássio, cloreto de magnésio. Os exemplos de metais incluem estanho, chumbo, bismuto, cobalto, antimônio, cádmio, ferro e titânio. Outros auxiliares de trituração incluem enxofre, compostos de enxofre orgânico, grafite, e sulfetos metálicos. Também se encontra dentro do escopo desta invenção o uso de uma combinação de auxiliares de trituração diferentes; em alguns casos, isto pode produzir um efeito sinérgico. Em uma modalidade, o auxiliar de trituração era criolita ou tetrafluoroborato de potássio. A quantidade de tais aditivos pode ser ajustada em função das propriedades desejadas. Também está dentro do escopo desta invenção utilizar um revestimento superior. O revestimento superior contém, tipicamente, um ligante e um auxiliador de trituração. Os ligantes podem ser formados a partir de materiais como resinas fenólicas, resinas de acrilato, resinas epóxi, resinas de ureia- formaldeído, resinas de melamina, resinas de uretano e combinações das mesmas. Em algumas modalidades, um revestimento superdimensionado que compreende uma resina epóxi endurecida por calor, um curativo, uma resina de hidrocarboneto termoplástica, um auxílio de trituração, um agente dispersante, e um pigmento é usado conforme apresentados na patente N° U.S. 5.441.549 (Helmin).

[0062] Também está incluído no escopo dessa invenção que as partículas abrasivas conformadas 20 podem ser utilizadas em um artigo abrasivo ligado, um artigo abrasivo não tecido ou escovas abrasivas. Um abrasivo ligado pode compreender uma pluralidade de partículas abrasivas conformadas 20 ligadas por meio de um aglutinante para formar uma massa conformada. O aglutinante para um abrasivo ligado pode ser metálico, orgânico, ou vítreo. Um abrasivo não tecido compreende uma pluralidade de partículas abrasivas conformadas 20 ligadas a uma manta fibrosa não tecida por meio de um aglutinante orgânico.

Método de produção partículas abrasivas com formato duplamente afunilado

[0063] A primeira etapa do processo envolve fornecer tanto uma dispersão abrasiva semeada quanto não semeada que pode ser convertida em alfa alumina. A composição precursora de alfa alumina frequentemente compreende um líquido que é um componente volátil. Em uma modalidade, o componente volátil é água. A dispersão abrasiva deve compreender uma quantidade suficiente de líquido para que a viscosidade da dispersão abrasiva seja suficientemente baixa, permitindo preencher as cavidades do molde e replicar as superfícies do molde, mas não tanto líquido que ocasione a remoção subsequente do líquido da cavidade do molde, tornando-se proibitivamente caro. Em uma modalidade, a dispersão abrasiva compreende de 2 por cento a 90 por cento em peso de partículas que podem ser convertidas em alfa alumina, como partículas de monoidrato de óxido de alumínio (boemita), e pelo menos 10 por cento, em peso, ou de 50 por cento a 70 por cento, ou de 50 por cento a 60 por cento, em peso, de um componente volátil como água. Adversamente, a dispersão abrasiva, em algumas modalidades, contém de 30 por cento a 50 por cento, ou de 40 por cento a 50 por cento, em peso, de sólidos.

[0064] Os hidratos de óxido de alumínio além da boemita podem também ser usados. A boemita pode ser preparada por técnicas conhecidas ou pode ser comercial mente obtida. Exemplos de boemita comercial mente disponíveis incluem produtos que têm as marcas registradas “DISPERAL” e “DISPAL”, ambas estão disponíveis junto à Sasol North America, Inc. ou “HiQ-40” disponível junto à BASF Corporation. Esses monoidratos de óxido de alumínio são relativamente puros, isto é, incluem relativamente poucas, se houver, fases de hidrato, além de monoidratos e têm uma alta área de superfície. As propriedades físicas das partículas abrasivas conformadas 20 resultantes irão, em geral, depender do tipo de material usado na dispersão abrasiva.

[0065] Em uma modalidade, a dispersão abrasiva está em um estado de gel. Para uso na presente invenção, um “gel” é uma rede tridimensional de sólidos dispersos em um líquido. A dispersão abrasiva pode conter um aditivo de modificação ou precursor de um aditivo de modificação. O aditivo de modificação pode funcionar para melhorar alguma propriedade desejável das partículas abrasivas ou aumentar a eficácia da etapa de sinterização subsequente. Os aditivos de modificação ou precursores de aditivos de modificação podem estar na forma de sais solúveis, tipicamente sais solúveis em água. Eles consistem tipicamente em um composto contendo metal e podem ser um precursor de óxido de magnésio, zinco, ferro, silício, cobalto, níquel, zircônio, háfnio, cromo, ítrio, praseodímio, samário, itérbio, neodímio, lantano, gadolínio, cério, disprósio, érbio, titânio e misturas dos mesmos. As concentrações particulares desses aditivos que podem estar presentes na dispersão abrasiva podem ser variadas dependendo do versado na técnica. Tipicamente, a introdução de um aditivo de modificação ou precursor de um aditivo de modificação induzirá a dispersão abrasiva para gel. A dispersão abrasiva pode também ser induzida para gel através da aplicação de calor ao longo de um período de tempo.

[0066] A dispersão abrasiva pode também conter um agente de nucleação (semeadura) para acentuar a transformação de óxido de alumínio calcinado ou hidratado para alfa alumina. Agentes de nucleação adequados para essa descrição incluem partículas finas de alfa alumina, óxido férrico alfa ou seu precursor, óxidos de titânio e titanatos, óxidos de cromo ou qualquer outro material que irá nuclear a transformação. A quantidade de agente de nucleação, se usada, deve ser suficiente para efetuar a transformação de alfa alumina. A nucleação como dispersões abrasivas é apresentada na patente U.S. n° 4.744.802 de Schwabel.

[0067] Um agente de peptização pode ser adicionado à dispersão abrasiva para produzir uma dispersão abrasiva hidrossol ou coloidal mais estável. Agentes de peptização adequados são ácidos monopróticos ou compostos de ácidos como ácido acético, ácido clorídrico, ácido fórmico e ácido nítrico. Ácidos multipróticos também podem ser usados, mas eles podem rapidamente tornar a dispersão abrasiva em gel, fazendo com que seja difícil manusear ou introduzir componentes adicionais no mesmo. Algumas fontes comerciais de boemita contêm uma titulação ácida (como ácido fórmico ou ácido nítrico absorvidos) que auxiliará na formação de uma dispersão abrasiva estável.

[0068] A dispersão abrasiva pode ser formada por quaisquer meios adequados, como, por exemplo, simplesmente pela mistura de monoidrato de óxido de alumínio com água contendo um agente peptizante ou pela formação de uma pasta aquosa de monoidrato de óxido de alumínio a qual o agente peptizando é adicionado. Os eliminadores de espuma ou outros produtos químicos adequados podem ser adicionados para reduzir a tendência à formação de bolhas ou entrada de ar sob misturação. Produtos químicos adicionais como agentes umectantes, alcoóis ou agentes de ligação podem ser adicionados se for desejado. O grão abrasivo de alfa alumina pode conter óxido de ferro e sílica conforme apresentado na patente U.S n° 5.645.619 de Erickson et al. em 8 de julho de 1997. O grão abrasivo de alfa alumina pode conter zircônia conforme apresentado na patente U.S. n° 5.551.963 de Larmie em 3 de setembro de 1996. Alternativamente, o grão abrasivo de alfa alumina tem uma microestrutura ou aditivos conforme apresentado na patente U.S. n° 6.277.161 de Castro em 21 de agosto de 2001.

[0069] A segunda etapa do processo envolve o fornecimento de um molde que tem pelo menos uma cavidade do molde, e de preferência uma pluralidade de cavidades. O molde pode ter uma superfície inferior genericamente plana e uma pluralidade de cavidades de molde. A pluralidade de cavidades pode ser formada em uma ferramenta de produção. A ferramenta de produção pode ser uma correia, uma lâmina, uma manta contínua, um cilindro de revestimento como um cilindro de rotogravura, uma luva montada sobre um cilindro de revestimento ou matriz. Em uma modalidade, a ferramenta de produção compreende material polimérico. Exemplos de materiais poliméricos adequados incluem termoplásticos como poliésteres, policarbonatos, poli(éter sulfona), poli(metacrilato de metila), poliuretanos, cloreto de polivinila, poliolefina, poliestireno, polipropileno, polietileno ou combinações dos mesmos, ou materiais endurecidos por calor. Em uma modalidade, toda a ferramenta é feita de um material polimérico ou termoplástico. Em outra modalidade, as superfícies da ferramenta em contato com o sol-gel sob secagem, como as superfícies da pluralidade de cavidades, compreendem materiais poliméricos ou termoplásticos e outras porções da ferramenta podem ser produzidas a partir de outros materiais. Um revestimento polimérico adequado pode ser aplicado a uma ferramenta metálica para alterar suas propriedades de tensão de superfície a título de exemplo.

[0070] Uma ferramenta polimérica ou termoplástica pode ser copiada de uma ferramenta mestra de metal. A ferramenta mestra terá um padrão inverso ao desejado para a ferramenta de produção. A ferramenta mestra pode ser produzida da mesma maneira que a ferramenta de produção. Em uma modalidade, a ferramenta mestra é feita de metal, por exemplo níquel, e é torneada por diamante. O material de lâmina polimérica pode ser aquecido junto com a ferramenta mestra de modo que o material polimérico é gofrado com a ferramenta mestra padrão através do pressionamento de ambos. Um material polimérico ou termoplástico pode também ser extrudado ou moldado na ferramenta mestra e então prensado. O material termoplástico é resfriado para solidificar e produzir a ferramenta de produção. Se uma ferramenta de produção termoplástica for utilizada, deve-se então tomar cuidado de não gerar calor excessivo que possa distorcer a ferramenta de produção termoplástico, limitando sua vida. Mais informações concernentes ao projeto e fabricação de ferramental de produção ou ferramentas mestra podem ser encontradas nas patentes n° U.S. 5.152.917 (Pieper et al.); 5.435.816 (Spurgeon et al.); 5.672.097 (Hoopman et al.); 5.946.991 (Hoopman et al.); 5.975.987 (Hoopman et al.); e 6.129.540 (Hoopman et al.).

[0071] O acesso às cavidades pode se dar sob a forma de uma abertura da superfície de topo ou na superfície inferior do molde. Em alguns casos, a cavidade pode se estender por toda a espessura do molde. Alternativamente, a cavidade pode se estender apenas por uma porção da espessura do molde. Em uma modalidade, a superfície de topo é substancial mente paralela à superfície inferior do molde, com as cavidades tendo uma profundidade substancial mente uniforme. Pelo menos um lado do molde, isto é, o lado em que a cavidade é formada, pode permanecer exposto à atmosfera circundante durante a etapa em que o componente volátil é removido.

[0072] A cavidade tem um formato tridimensional específico para produzir as partículas abrasivas conformadas ilustradas nas figuras 1 a 5. A dimensão de profundidade é igual à distância perpendicular da superfície de topo até o ponto mais baixo na superfície inferior. A profundidade de uma dada cavidade pode ser uniforme ou pode variar ao longo de seu comprimento e/ou largura. As cavidades de um dado molde podem ser de um mesmo formato ou de formatos diferentes.

[0073] A terceira etapa do processo envolve preencher as cavidades no molde com a dispersão abrasiva através de qualquer técnica convencional. Em algumas modalidades, um dispositivo de aplicação de revestimento de cilindro de faca ou dispositivo de aplicação de revestimento por matriz com fenda a vácuo pode ser usado. Um liberador de molde pode ser usado para auxiliar na remover das partículas do molde, se desejado. Agentes de liberação de molde típicos incluem óleos como óleo de amendoim ou óleo mineral, óleo de peixe, silicones, politetrafluoro etileno, estearato de zinco, e grafite. Em geral, entre cerca de 0,1% a cerca de 5%, em peso de agente de liberação de molde, como óleo de amendoim, em um líquido, como água ou álcool, é aplicado às superfícies do ferramental de produção em contato com o sol-gel de tal maneira que entre cerca de 0,016 mg/cm² (0,1 mg/pol²) a cerca de 0,47 mg/cm² (3,0 mg/pol²), ou entre cerca de 0,016 mg/cm² (0,1 mg/pol²) a cerca de 0,78 mg/cm²(5,0 mg/pol²) do agente de liberação de molde está presente por unidade de área do molde quando uma liberação de molde é desejada. Em uma modalidade, a superfície de topo do molde é revestida com a dispersão abrasiva. A dispersão abrasiva pode ser bombeada até a superfície de topo. Em seguida, um raspador ou barra niveladora pode ser usado para forçar a dispersão abrasiva totalmente para dentro da cavidade do molde. A porção restante de dispersão abrasiva que não entra na cavidade pode ser removida a partir da superfície de topo do molde e reciclada. Em algumas modalidades, uma porção pequena da dispersão abrasiva pode permanecer na superfície de e, em outras modalidades, a superfície de topo é substancial mente livre da dispersão. A pressão aplicada pelo raspador ou pela barra niveladora é tipicamente menor que 689,5 kPa (100 psi), ou menor que 344,7 kPa (50 psi), ou menor que 68,9 kPa (10 psi). Em algumas modalidades, nenhuma superfície exposta da dispersão abrasiva se estende substancial mente além da superfície de topo para assegurar uniformidade na espessura das partículas abrasivas conformadas 20 resultantes.

[0074] A quarta etapa do processo envolve remoção do componente volátil para secar a dispersão. Desejavelmente, o componente volátil é removido por taxas de evaporação rápidas. Em algumas modalidades, a remoção do componente volátil através de evaporação ocorre a temperaturas acima do ponto de ebulição do componente volátil. Um limite superior para a temperatura de secagem muitas vezes depende do material do qual o molde é feito. Para a ferramenta de polipropileno, a temperatura deve ser menor que o ponto de fusão do plástico.

[0075] Em uma modalidade, para uma dispersão de água dentre cerca de 40 a 50 por cento de sólidos e um molde de polipropileno, as temperaturas de secagem podem ser entre cerca de 90 graus Celsius a cerca de 165 graus Celsius, ou entre cerca de 105 graus Celsius a cerca de 150 graus Celsius, ou entre cerca de 105 graus Celsius a cerca de 120 graus Celsius. Temperaturas mais elevadas podem levar a velocidades de produção aprimoradas, mas pode também levar à degradação do ferramental de polipropileno que limita sua vida útil como um molde.

[0076] A quinta etapa de processamento envolve remoção das partículas abrasivas conformadas precursoras com a partir das cavidades do molde. As partículas abrasivas conformadas precursoras podem ser removidas das cavidades através do uso dos seguintes processos sozinhos ou em combinação no molde: gravidade, vibração, vibração ultrassônica, vácuo, ou ar pressurizado, para se remover as partículas das cavidades do molde.

[0077] As partículas abrasivas precursoras podem ser adicionalmente secas fora do molde. Caso a dispersão abrasiva seja seca até o nível desejado no molde, essa etapa de secagem adicional não será necessária. Entretanto, em alguns casos, pode ser mais econômico empregar essa etapa de secagem adicional para minimizar o tempo que a dispersão abrasiva permanece no molde. Tipicamente, as partículas abrasivas conformadas precursoras serão secas entre 10 a 480 minutos, ou entre 120 a 400 minutos, a uma temperatura de 50 graus C a 160 graus C, ou de 120 graus C a 150 graus C.

[0078] A sexta etapa do processo envolve a calcinação de partículas abrasivas conformadas precursoras. Durante a calcinação, essencialmente todo o material volátil é removido e os vários componentes que estão presentes na dispersão abrasiva são transformados em óxidos metálicos. As partículas abrasivas conformadas precursoras são, em geral, aquecidas até uma temperatura de 400 graus C a 800 graus C, e mantidas dentro desta faixa de temperatura até que a água livre e mais de 90 por cento, em peso, de qualquer material volátil ligado sejam removidos. Em uma etapa adicional, pode ser desejável introduzir o aditivo de modificação através de um processo de impregnação. Um sal solúvel em água pode ser introduzido pela impregnação nos poros das poros das partículas abrasivas conformadas precursoras calcinadas. Então, as partículas abrasivas conformadas precursoras são novamente pré-queimadas. Essa opção é adicionalmente descrita no Pedido de Patente Europeu n° 293.163.

[0079] A sétima etapa do processo envolve sinterização das partículas abrasivas conformadas precursoras calcinadas, para formar partículas de alfa alumina. Antes da sinterização, as partículas abrasivas conformadas precursoras calcinadas não são completamente densificadas e, portanto, não contêm o teor de dureza desejado a ser usado como partículas abrasivas. Sinterização ocorre através do aquecimento das partículas abrasivas conformadas precursoras calcinadas a uma temperatura de 1.000 graus C a 1.650 graus C e mantendo-se os mesmos dentro desta faixa de temperatura, até que substancial mente todo o monoidrato de alfa alumina (ou equivalente) é convertido em alfa alumina e a porosidade é reduzida para menos que 15%, por volume. A quantidade de tempo a qual as partículas abrasivas conformadas precursoras calcinadas devem ser expostas à temperatura de sinterização para alcançar este nível de conversão depende de vários fatores, mas é geralmente de cinco segundos a 48 horas, tipicamente. Em outra modalidade, a duração para a etapa de sinterização situa-se na faixa de um minuto a 90 minutos. Após a sinterização, as partículas abrasivas conformadas podem ter um teor de dureza Vickers de 10 GPa, 16 GPa, 18 GPa, 20 GPa, ou mais.

[0080] Outras etapas podem ser usadas para modificar o processo descrito, como aquecer rapidamente o material a partir da temperatura de calcinação para a temperatura de sinterização, centrifugar a dispersão abrasiva para remover lama, refugo, etc. Ademais, o processo pode ser modificado ao combinar duas ou mais das etapas do processo caso desejado. As etapas do processo convencional que podem ser usadas para modificar o processo dessa descrição são mais completamente descritas na patente n° U.S. 4.314.827 concedido a Leitheiser.

[0081] Maiores informações concernentes aos métodos para produzir as partículas abrasivas conformadas são apresentadas no pedido de patente copendente número de série U.S. 12/337.001 intitulado “Method Of Making Abrasive Shards, Shaped Abrasive Particles With An Opening, Or Dish-Shaped Abrasive Particles”, depositado no dia 17 de dezembro de 2008.

Exemplos

[0082] Os objetivos e vantagens dessa descrição são adicionalmente ilustrados pelos exemplos não-limitadores a seguir. Os materiais específicos e quantidades dos mesmos recitados nesses exemplos bem como outras condições e detalhes, não devem ser interpretados como limitantes indevidos dessa descrição. Exceto onde especificado em contrário, todas as partes, porcentagens, razões, etc. nos exemplos e no resto do relatório descritivo são expressas em peso.

Exemplos 1 a 3: Preparação de partículas abrasivas conformadas

[0083] Os Exemplos 1 a 3 são partículas abrasivas em formato piramidal rômbico direitas conforme mostrado na figura 8. Um sol-gel de boemita foi produzido com o uso da seguinte receita: pó de monoidrato de óxido de alumínio (4.824 partes) que tem a designação comercial “DISPERAL” (Sasol North America, Houston, TX, EUA) foi disperso através de misturação de alto cisalhamento de uma solução que contém água (7.087 partes) e 70% de ácido nítrico aquoso (212 partes) durante 13 minutos. O sol-gel resultante foi envelhecido durante 1 hora antes do revestimento. O sol-gel foi forçado em um ferramental de produção que tem cavidades de molde com formato piramidal rômbico direitas de dimensões conforme mostrado na Tabela 1. Durante a construção do ferramental de produção, as superfícies das cavidades de molde foram fabricadas para ter uma série de sulcos com seção transversal triangular. Os sulcos tinham 6 micron de profundidade e tinham 110 graus de dimensão de ângulo de ponta. O espaçamento entre tais recursos foi 0,065 mm. Um agente de liberação de molde, 2% de óleo de amendoim em água foi revestido no ferramental de produção para aplicar cerca de 1,55 g/metros quadrados (1 mg/polegadas quadradas) de óleo de amendoim. O sol-gel foi forçado nas cavidades por uma estação de revestimento por matriz por fenda de vácuo, de modo que todas as aberturas da ferramenta de produção estavam completamente cheias. O ferramental de produção revestido com sol-gel foi passado através de um forno de ar de convecção de 8,2 metros (27 pés) a 3 metros por minuto (10 pés por minuto) configurado para 135 graus Celsius em 60% de velocidade do ar na seção da zona 1 de 4,1 m (13,5 pés) e 121 graus Celsius em 40% de velocidade do ar na seção de zona 2 de 4,1 m (13,5 pés). As partículas abrasivas conformadas precursoras foram removidas da ferramenta de produção passando-se a mesma sobre uma corneta ultra-sônica. As partículas abrasivas conformadas precursoras foram calcinadas a, aproximadamente, 650 graus Celsius e, então, foram saturadas com uma solução de nitrato misturada com a concentração a seguir (relatada como óxidos): 1,8% de cada um de MgO, Y₂O₃ Nd₂O₃ e La₂O₃. O excesso de solução de nitrato foi removido e as partículas abrasivas conformadas precursoras saturadas foram deixadas secando após as partículas terem sido calcinadas novamente a 650 graus C e sinterizadas a, aproximadamente, 1400 graus C. Ambas, a calcinação e a sinterização, foram realizadas usando-se calcinação por tubo giratório. Partículas abrasivas conformadas representativas conforme mostrado na figura 8.

Tratamento de revestimento de superfície

[0084] Algumas das partículas abrasivas conformadas foram tratadas para intensificar a aplicação eletrostática das partículas abrasivas conformadas de maneira similar ao método usado para produzir partículas abrasivas esmagadas CUBITON 324AV conforme apresentado na patente n° U.S. 5.352.254. As partículas abrasivas conformadas precursoras calcinadas são impregnadas com uma solução de óxido de terra rara (REO) que compreende 1,4% de MgO, 1,7% de Y₂O₃, 5,7% de La₂O₃ e 0,07% de CoO. Em 70 gramas da solução REO, 1,4 gramas de pó de Revestimento Hydral 5 disponível junto à Almatis de Pittsburg, PA. (aproximadamente 0,5 micron de tamanho médio de partícula) é disperso através de agitação em um béquer aberto. Cerca de 100 gramas de partículas abrasivas conformadas precursoras calcinadas é então impregnadas com os 71,4 gramas da dispersão de pó de Revestimento Hydral 5 em solução REO. As partículas abrasivas conformadas precursoras calcinadas, impregnadas, são então novamente calcinadas antes da sinterização até o teor de dureza final.
Tabela 1: Descrição de partícula abrasiva

¹A notação de grau “-X/+Y” indica que as partículas passarão através de uma peneira de tamanho X, mas serão retidas em uma peneira de tamanho Y
²n/a significa “não aplicável”

Exemplos comparativos A a C

[0085] Os Exemplos Comparativos A a C foram partículas abrasivas esmagadas derivadas de sol gel comercialmente disponíveis peneiradas em cortes de tela comparáveis àqueles dos Exemplos 1 a 3. Essas partículas são comercial mente disponíveis junto à empresa 3M sob o nome comercial de “CUBITRON 321”. Na Tabela 1 -70/+80 indica que as partículas podem passar através do tamanho de trama 70, mas são retidas no tamanho de trama 80.

Exemplos 4 a 6 e exemplos comparativos D a F

[0086] Os Exemplos 4 a 6 e Exemplos Comparativos D a F foram artigos abrasivos preparados a partir das partículas abrasivas preparadas conforme os Exemplos 1 a 3 e Exemplos Comparativos A a C. Essas partículas foram revestidas com 17,8 cm (7 polegadas) de diâmetro de disco de fibra com um orifício de 2,2 cm (7/8 polegadas). As composições de revestimento dimensionado e artificialmente produzido são mostradas na Tabela 2. O suporte de fibra vulcanizada que tem uma espessura de 0,83 mm (33 mils) (obtida sob a designação comercial de “DYNOS VULCANIZED FIBRE” disponível junto à DYNOS Gmbh, Troisdorf, Alemanha) foi revestido com 3,0 gramas/disco da composição do revestimento artificial mente produzido, eletrostaticamente revestido com 5,0 gramas/disco de partículas abrasivas, e, então, 10,0 gramas/disco da composição de revestimento dimensionado foram aplicados. No caso do Exemplo 6, as partículas abrasivas foram uma mistura de 30% de partículas abrasivas conformadas do Exemplo 3 e 70% de partículas de óxido de alumínio castanhas (grau P100 “FSX”, obtido a partir de Treibacher Schleifmittel North America, Inc., Niagra Falls, N.Y.) Em seguida à cura a 102 graus centígrados durante 10 horas, os discos foram flexionados e, então, testados de acordo com o Teste De Trituração 1. Os resultados do teste são mostrados nas figuras 9 a 19.
Tabela 2: Resinas de revestimento dimensionado e artificialmente produzidas

[0087] Os discos abrasivos foras testados utilizando o seguinte procedimento. Para avaliação, discos abrasivos de 17,8 cm (7 polegadas) de diâmetro foram fixados a um moedor giratório fornecido com uma placa de face de bloco de disco dotado de nervuras de 17,8 cm (7 polegadas) (“45193 Medium Gray” obtido junto à 3M Company, St. Paul, Minn., EUA). O esmeril foi então ativado e impulsionado contra uma face final de uma barra de aço de carbono médio 1045 pré-pesada de 1,9 x 1,9 cm (0,75 x 0,75 pol) sob uma carga de 3,6 kg (8 lb). A velocidade de rotação resultante do esmeril sob essa carga e em relação a essa peça de trabalho foi de 5.000 rpm. A peça de trabalho foi raspada nessas condições para um total de cinquenta (50) intervalos de trituração de 15 segundos (passagens). Após cada intervalo de 15 segundos, a peça de trabalho foi deixada resfriar até a temperatura ambiente e pesada para determinar o corte da operação abrasiva. Os resultados do teste foram relatados como o corte cumulativo e a taxa de cortes para os Exemplos 4 e 5, e como corte incremental para cada intervalo para o Exemplo 6. Se for desejado, a realização de testes pode ser automatizada com o uso de equipamento adequado.

Resultados

[0088] Os discos produzidos com grau -70/+80 de partículas abrasivas conformadas de geometria com formato piramidal rômbico, superaram o desempenho daqueles produzidos com partículas similares obtidas a partir de esmagamento de cilindro convencional. A taxa de corte e corte cumulativo para os discos produzidos com partículas abrasivas conformadas foi significativamente maior do que discos produzidos com partículas esmagadas. Esses resultados são apresentados na figura 9 como Taxa De Corte como uma função de Ciclos e a figura 10 como Corte Total como uma função de Tempo para partículas com tamanho de trama -70/+80.

[0089] Os discos produzidos com partículas de grau -60/+70 de geometria com formato piramidal superaram o desempenho daqueles produzidos com partículas similares obtidas a partir de esmagamento de cilindro convencional. A taxa de corte e corte cumulativo para os discos produzidos com partículas conformadas foi também significativamente maior do que discos produzidos com partículas esmagadas. Esses resultados são apresentados na figura 11 como Taxa De Corte como uma função de Ciclos e a figura 12 como Corte Total como uma função de Tempo para partículas com tamanho de trama -60/+70.

[0090] O corte para os discos produzidos com 30% de partículas abrasivas conformadas piramidais rômbicas de grau -50/+60 mescladas com as mesmas partículas abrasivas esmagadas com tamanho de tela foi significativa mente maior do que discos produzidos com 100% de partículas esmagadas no grau -50/+60. Esses resultados são apresentados na figura 13 como corte por Ciclo como uma função de Ciclos. Desse modo, apenas uma pequena quantidade das partículas abrasivas com formato afunilado duplo é necessária para exibir significativamente o desempenho.

Exemplos 7 a 10 e exemplo comparativo G

[0091] Os Exemplos 7 a 10 e Exemplo Comparativo G demonstra a eficácia das partículas abrasivas conformadas da invenção quando implantadas como uma minoria em mesclas com partículas esmagadas comercial mente disponíveis. Mesclas foram preparadas a partir das partículas abrasivas conformadas do Exemplo 2 e partículas esmagadas comercial mente disponíveis de um tamanho similar (grau de óxido de alumínio castanho P80 “FSX”, obtido junto à Treibacher Schleifmittel North America, Inc., Niagra Falls, N.Y.) As composições dessas mesclas abrasivas são identificadas na Tabela 3. Essas mesclas de partícula foram usadas para preparar lâminas abrasivas.

[0092] O Exemplo 7 foi preparado a partir de um suporte de papel de 40,6 x 61,0 cm (16 x 24 pol) com peso C convencional (120 gsm) com uma camada de barreira lateral de revestimento que foi revestida com um revestimento artificial mente produzido que compreende resina fenólica resolica dispersa em 55% de água que contém 0,5% de um tensoativo não-iônico (“Interwet 33” disponível junto à Interstab Chemicals de New Brunswick, New Jersey, EUA) com o uso de uma haste de revestimento dotada de nervuras. Uma quantidade de 25 gramas da mescla mineral foi ponderada e espalhada uniformemente em uma bandeja mineral em preparação para revestimento eletrostático. O suporte revestido foi eletrostaticamente revestido durante 10 segundos. A lâmina revestida de partícula foi a curada em fornos de convecção forçada durante 50 minutos a 99°C (210 graus Fahrenheit) seguido de 60 minutos a 104°C (220 graus Fahrenheit). Um revestimento de tamanho da mesma composição que o revestimento artificial mente produzido foi, então, aplicado através de escovação até que uma aparência uniformemente úmida foi obtida. O artigo revestido de dimensionamento foi, então, curado em etapas sequenciais a 85°C (185 graus Fahrenheit) durante 60 minutos, 99°C (210 F) durante 60 minutos, 104°C (220 graus Fahrenheit) durante 30 minutos, e a 113°C (235 graus Fahrenheit) durante 30 minutos. Um revestimento superdimensionado de uma dispersão de estearato de cálcio aquosa a 50%, comercialmente disponível sob a designação comercial “E-1058”, junto à E-Chem, Leeds, Inglaterra foi aplicado através da escovação e deixada para secar de um dia para o outro. O artigo agora completamente abrasivo foi preparado para avaliação ao aplicar uma camada de anexação ao lado não abrasivo e cortar um disco circular com 12,7 cm (5 polegadas) de diâmetro

[0093] Os discos dos Exemplos 8 a 10 e Exemplo Comparativo G foram preparados de modo idêntico ao disco do Exemplo 7 com a exceção de que a composição da mescla de partícula abrasiva foi variada conforme mostrado na Tabela 3. Os discos dos Exemplos 7 a 10 e Exemplo Comparativo G foram avaliados de acordo com o Corpo de Prova.

Corpo de prova

[0094] Os discos foram fixados a uma superfície de suporte de espuma de 12,7 cm (5,0 polegadas) de diâmetro por 0,95 cm (3/8 polegadas) de espessura, disponível sob a designação comercial “3M STIKIT ou HOOKIT BACKUP PAD, #20206” disponível junto à 3M Company, St. Paul, Minnesota, EUA. O suporte e o conjunto de disco foram, então, montados sobre uma lixadeira orbital de ação dupla para acabamento médio com 12,7 cm (5 polegadas) de diâmetro, Modelo 050237, obtida a partir de Air Vantage Tools, El Monte, Califórnia, EUA. Um dispositivo de coleta de poeira pré-pesado (11,43 cm x 15,24 cm) foi fixado à porta de saída de poeira da lixadeira. A face abrasiva do disco foi manualmente posicionada em contato com um corpo de teste de madeira de bordo rígida pré-pesado com 40,6 cm por 40,6 cm (16 polegadas por 16 polegadas), obtido junto à Woodcrafts Industrial, S Cloud, MN, EUA. A lixadeira foi operada a 620 kPa (90 psi) de pressão de linha de ar e uma força descendente de 44 N (15 libras força) por 8 ciclos de 150 segundos cada. Utilizou-se um ângulo de zero graus em relação à superfície da peça de trabalho a ser usinada. Cada ciclo consistiu em 48 passagens transversais sobrepostas, para um comprimento de rota total combinado de 25,16 metros (1008 polegadas), a uma velocidade de ferramenta de 17 cm por segundo (6,7 polegadas por segundo) através da superfície de painel, resultando em uma área uniformemente lixada do painel de teste. “Corte”: o peso, em gramas, que foi removido do painel de madeira foi registrado. Dados relatados com base na média de 3 amostras de teste. Os resultados de teste comparativo são mostrados na Tabela 3.

[0095] A adição de tão pouco quanto 10 por cento, em peso, de partículas abrasivas conformadas do Exemplo 2 (Tabela 1) quase duplica o desempenho de corte cumulativo do artigo abrasivo. Aumentos adicionais na quantidade relativa das partículas abrasivas conformadas do Exemplo 2 aumenta, ainda, o desempenho do corte, mas de modo menos dramático.

Exemplos 11 e 12 e exemplo comparativo H

[0096] As partículas abrasivas dos Exemplos 11 e 12 e Exemplo Comparativo H foram preparadas de modo idêntico às partículas do Exemplo 1 com a exceção de que as cavidades de molde no ferramental foram modificadas.

[0097] As cavidades de molde do Exemplo 11 foram uma abertura que é conformadas como um losango alongado e também uma base com formato de losango no molde. A base com formato de losango é ligeiramente menor para fornecer um ângulo de inclinação de oito graus nas paredes da cavidade para produzir partículas abrasivas conformadas conforme mostrado na figura 3.

[0098] As cavidades de molde do Exemplo 12 foram uma abertura que é conformada como um losango alongado. Os quatro lados do formato de losango se afunilam para um ápice em um ângulo de inclinação de quarenta e cinco graus nas paredes da cavidade para produzir partículas abrasivas conformadas conforme mostrado na figura 1.

[0099] As cavidades de molde do Exemplo Comparativo H foram uma abertura que é conformada como um triângulo equilátero e também uma base com formato triangular equilátero. A base triangular é ligeiramente menor para fornecer um ângulo de inclinação de oito graus nas paredes da cavidade.

Exemplos 13 e 14 e exemplo comparativo J

[00100] Os artigos abrasivos dos Exemplos 13 a 14 e Exemplo Comparativo J foram produzidos de forma idêntica àqueles do Exemplo 4 com as exceções de que 1) as partículas do Exemplo 11 (losango alongado mostrado na figura 3), Exemplo 12 (pirâmide romboédrica alongada mostrada na figura 1) e Exemplo Comp. H (prisma triangular equilátero) foram substituídas; 2) uma camada superdimensionada que compreende KBF4 em resina fenólica foi aplicada em cada disco; e 3) tanto a versão de 10 gramas/disco abrasivo de peso de revestimento aberto quanto de revestimento 100% fechado (34 gramas/disco para o Exemplo 11, 22 gramas/disco para o Exemplo 12 e 22 gramas por disco para o Exemplo Comparativo J) foram preparadas. O desempenho de trituração dos Exemplos 13 a 14 e Exemplo Comp. J foi avaliado em aço inoxidável de acordo com o Teste De Trituração 2 (resultados mostrados nas figuras 14 a 16) e em aço de carbono médio 1045 de acordo com o Teste De Trituração 1, mas limitado aos 42 a 45 ciclos ao invés de 50 (resultados mostrados nas figuras 17 a 19). O desempenho de corte dos Exemplos 13 e 14 aprimora com o crescente teor de grão abrasivo. Os discos de revestimento fechado nos Exemplos 13 e 14 superam o desempenho dos discos de revestimento aberto. Os discos do Exemplo Comparativo J mostram o comportamento oposto, cujo desempenho de corte diminui a partir de um revestimento aberto para um fechado.

Teste de trituração 2

[00101] Os discos abrasivos foras testados utilizando o seguinte procedimento. Para avaliação, discos abrasivos de 17,8 cm (7 polegadas) de diâmetro foram fixados a um moedor giratório fornecido com uma placa de face de bloco de disco dotado de nervuras de 17,8 cm (7 polegadas) (“45193 Medium Gray” obtido junto à 3M Company, St. Paul, Minn., EUA). O esmeril foi então ativado e impulsionado contra uma face final de uma barra de aço inoxidável pré-pesada 304 de 1,9 x 1,9 cm (0,75 x 0,75 pol) sob uma carga de 5,4 kg (12 lb). A velocidade de rotação resultante do esmeril sob essa carga e em relação à essa peça de trabalho foi de 5.000 rpm. A peça de trabalho foi raspada nessas condições para um total dentre 6 e 12 intervalos de trituração de 15 segundos (passagens). Após cada intervalo de 15 segundos, a peça de trabalho foi deixada resfriar até a temperatura ambiente e pesada para determinar o corte da operação abrasiva. Os resultados do teste foram relatados como o corte cumulativo e a taxa de cortes para os Exemplos 4 e 5, e como corte incremental para cada intervalo para o Exemplo 6. Se for desejado, a realização de testes pode ser automatizada com o uso de equipamento adequado.

[00102] A figura 14 apresenta o desempenho de partículas abrasivas conformadas com duas faces paralelas rômbicas alongadas (figura 3) e a figura 15 apresenta o desempenho de partículas abrasivas conformadas com uma face rômbica alongada (figura 1) em aço inoxidável. Os tamanhos médios dessas partículas são rede 40. Pode-se notar que em ambos os casos há um aumento na taxa de corte inicial a partir de uma construção de revestimento aberto para uma construção de revestimento fechado. Por outro lado, na figura 16, em que partículas abrasivas conformadas comparativas com duas faces paralelas de triângulo equilátero de tamanho de partícula de rede 40 é mostrado, o desempenho de trituração cai de um revestimento aberto para um revestimento fechado. Desse modo, as partículas abrasivas conformadas da invenção desempenham melhor em construções de revestimento fechado do que partículas abrasivas conformadas prévias.

[00103] A figura 17 apresenta o desempenho de partículas abrasivas conformadas com duas faces paralelas rômbicas alongadas (figura 3) e a figura 18 apresenta o desempenho de partículas abrasivas conformadas com uma face rômbica alongada (figura 1) em aço macio. Os tamanhos médios dessas partículas são rede 40. Pode-se notar que em ambos os casos há um aumento na taxa de corte inicial a partir de uma construção de revestimento aberto para uma construção de revestimento fechado. Por outro lado, na figura 19em que partículas abrasivas conformadas comparativas com duas faces paralelas de triângulo equilátero de tamanho de partícula de rede 40 são mostradas, o desempenho de trituração cai de um revestimento aberto para um revestimento fechado. Desse modo, as partículas abrasivas conformadas da invenção desempenham melhor em construções de revestimento fechado do que partículas abrasivas conformadas prévias.

[00104] Esses resultados mostram que essas geometrias da invenção podem ser aprimoradas para aplicações de trituração de baixa pressão. Anteriormente, a fim de se ter uma boa taxa de corte de trituração, uma construção de revestimento aberto com as partículas triangulares foi necessária. Em comparação, nessas condições de trituração, há um aumento no desempenho de trituração com abertura reduzida do mineral para as partículas conformadas com pelo menos uma face com formato de losango alongado.

Desempenho de lixação de tinta

[00105] Os artigos abrasivos dos Exemplos 9, 10, e Exemplo Comp. G foram comparados de acordo com o Teste De Lixação De Tinta. Os resultados são mostrados na Tabela 4.

Teste de lixação de tinta

[00106] Os discos foram fixados a uma superfície de suporte de espuma de 12,7 cm (5,0 polegadas) de diâmetro por 0,95 cm (3/8 polegadas) de espessura, disponível sob a designação comercial “3M STIKIT ou HOOKIT BACKUP PAD, #20206” disponível junto à 3M Company. O bloco de suporte e conjunto de disco foi, então, montado em uma lixadeira orbital de ação dupla e acabamento médio de 12,7 cm (5 polegadas) de diâmetro, “MODEL 050237”, obtida junto à Air Vantage Tools, El Monte, CA. A face abrasiva do disco foi manualmente colocada em contato com painéis de aço pulverizados com Tinta, Iniciador, e E-Coat pré-pesados, de 46 cm por 76 cm (18 polegadas por 30 polegadas) disponível junto à ACT Laboratories, Inc., Hillsdale, Ml. A lixadeira foi executada em pressão de linha de ar de 620 kPa (90 psi) e uma força descendente de 44 N (15 libras força) em um ângulo de 2,5 graus para a superfície da peça de trabalho durante aproximadamente 6 ciclos de 150 segundos cada foi usada. Cada ciclo de lixamento incluiu 48 passagens transversais sobrepostas, para um comprimento de rota total combinado de aproximadamente 25,16 metros (1008 polegadas), a uma velocidade de ferramenta de aproximadamente 17 cm por segundo (6,7 polegadas por segundo) através da superfície de painel resultando em uma área uniformemente lixada do painel de teste. Um ciclo representa o tempo de lixação total acima e movimento através de um operador antes de encerrar a lixação para inspecionar o trabalho e, então, repetir o mesmo até alcançar o metal. Comumente 6 ciclos foram necessários para os painéis de aço.

[00107] Após o primeiro ciclo de lixamento, o painel de teste foi limpo aplicando-se ar comprimido na parte superior do painel lixado para remover a poeira visível. O painel foi ponderado e o acabamento medido com o uso do perfilômetro Taylor Hobson Co.. Dados relatados são uma média de 3 amostras de teste. Os dados mostram que as partículas abrasivas conformadas da invenção não apenas tinham um maior desempenho de corte, mas também alcançaram uma aspereza de superfície inferior. Ambos os atributos são desejáveis.

Claims

Partículas abrasivas conformadas, CARACTERIZADAS pelo fato de que compreendem alfa alumina, em que a alfa alumina compreende uma pequena quantidade de um aditivo de modificação para gelificação de uma dispersão de precursor para a alfa alumina, um agente de nucleação para a formação da alfa alumina a partir da dispersão de precursor, um agente de peptização para melhorar a estabilidade da dispersão de precursor de alfa alumina, solvente residual da dispersão de precursor de alfa alumina, um agente de liberação, um auxiliar de deposição eletrostática, ou uma combinação dos mesmos, as partículas abrasivas conformadas tendo um primeiro lado, um segundo lado, um comprimento máximo ao longo de um eixo longitudinal e uma largura máxima transversal ao eixo longitudinal; o primeiro lado compreendendo um quadrilátero tendo quatro bordas e quatro vértices com o quadrilátero selecionado do grupo que consiste em um losango, um romboide, um deltoide, e uma superelipse; e em que uma razão de aspecto do comprimento máximo dividido pela largura máxima é 1,3 ou maior.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que o segundo lado compreende um vértice e quatro facetas que formam uma pirâmide.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADAS pelo fato de que as facetas cruzam o primeiro lado em um ângulo p de 5 a 65 graus.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que o segundo lado compreende uma segunda face e quatro facetas que cruzam a segunda face em um ângulo de inclinação a que forma uma pirâmide truncada.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADAS pelo fato de que o ângulo de inclinação a é de 95 a 135 graus.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que o segundo lado compreende uma segunda face e quatro facetas que cruzam a segunda face em um ângulo de inclinação a de 90 graus.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que o segundo lado compreende uma linha de crista e quatro facetas.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADAS pelo fato de que as facetas cruzam o primeiro lado em um ângulo p de 5 a 65 graus.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que a razão de aspecto é de 1,7 a 5.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que um ou mais dos vértices estão truncados.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que o segundo lado compreende uma pluralidade de sulcos.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que o primeiro lado é côncavo.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que compreende uma abertura que passa pelo primeiro lado e pelo segundo lado.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que a partícula abrasiva conformada consiste em alfa alumina.
Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que a partícula abrasiva conformada consiste em alfa alumina compreendendo nenhum dos componentes opcionais.