BR112012014910B1 - artigo de tratamento de superfície e método para formar um artigo de tratamento de superfície - Google Patents
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Abstract
ARTIGO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE E MÉTODO PARA FORMAR UM ARTIGO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE Trata-se de um artigo de tratamento de superfície que inclui uma matriz orgânica substancialmente submersa por um ligante que inclui um produto de reação de um pré-polímero de poliuretano bloqueado e uma mistura de animais aromáticas. As aminas aromáticas incluem polianilina de polimetileno que tem uma funcionalidade igual a ou maior do que 4.
Description
Abrasivos compósitos não tecidos são comumente empregados para polir ou finalizar uma ampla faixa de superfícies metálicas. Visto que são adequados para polir a maioria dos metais abrasivos não tecidos convencionais tem uma tendência a deixar um resíduo visível na superfície de metal de ligas de alta temperatura, como ligas à base de titânio. Esse resíduo é tipicamente conhecido como "mancha" e sua presença é considerada deletéria. A quantidade de mancha presente é, de modo característico, diretamente proporcional à densidade do abrasivo compósito não tecido empregado para polir o metal.
A mancha foi identificada como sendo composta primeiramente de resina de poliuretano, muitas vezes com quantidades de traço de náilon, A resina de poliuretano é um adesivo de ligação comum usado em abrasivos não tecidos, enquanto que o náilon é uma fibra que é empregada como um substrato para abrasivos compósitos.
Para reduzir manchas, lubrificantes externos como talco, caulim, estearatos metálicos (como estearato de zinco, estearato de cálcio ou estearato de lítio) e tetrafluoroetileno (como em forma de pó) são frequentemente adicionados ao adesivo de poliuretano. A quantidade desses lubrificantes externos, contudo, tem tipicamente um efeito limitado em reduzir a presença da mancha e reduz, de maneira significativa, a vida do produto do abrasivo compósito não tecido como uma consequência do espalhamento de produto crescente concominante.
Dessa forma, existe uma necessidade de reduzir ou eliminar significantemente os problemas referenciados acima associados com abrasivos compósitos não tecidos.
A presente invenção, em geral, é direcionada a um artigo de tratamento de superficie, um método de formar o artigo de tratamento de superficie, e a um método usado para desgastar uma peça de trabalho.
Em uma modalidade, a invenção é um artigo de tratamento de superficie que inclui uma matriz orgânica substancialmente submersa por um ligante. O ligante inclui um produto de reação de um pré-polimero de poliuretano bloqueado e uma mistura de aminas aromáticas. As aminas aromáticas contêm polianilina de polimetileno que tem uma funcionalidade maior do que 4.
Em outra modalidade, a invenção é um método de formar um artigo de tratamento de superficie. O método de formar o artigo inclui combinar um pré-polimero de poliuretano bloqueado e uma mistura de aminas aromáticas, em que as aminas aromáticas contêm polianilina de polimetileno que tem uma funcionalidade maior do que 4 para então formar um precursor de ligante. O precursor de ligante é combinado com partículas abrasivas e então curado para então formar o artigo de tratamento de superficie.
Em outra modalidade, um método de desgastar a pega de trabalho inclui aplicar a uma peça de trabalho um artigo de tratamento de superfície que inclui uma matriz orgânica substancialmente submersa por um ligante formado de um produto de reação de um pré-polímero de poliuretano bloqueado e uma mistura de aminas aromáticas, em que as aminas aromáticas contêm polianilina de polimetileno que tem uma funcionalidade maior do que 4.
A presente invenção tem muitas vantagens. Por exemplo, o artigo de tratamento de superfície da invenção permanece essencialmente livre de mancha. Além disso, o artigo de tratamento de superfície fornece um equilíbrio de taxa de corte e espalhamento que aumenta significantemente a vida do produto do artigo de tratamento de superfície. O artigo de tratamento de superfície aprimorou a resistência térmica de forma que o usuário final não encontrou fusão prematura do artigo de tratamento de superfície.
Os recursos e detalhes da invenção serão agora mais particularmente descritos com referência aos desenhos anexos e apontados nas reivindicações. Será entendido que as modalidades particulares da invenção são mostradas a título de ilustração e não como limitações da invenção. Os novos recursos desta invenção podem ser empregados em várias modalidades sem se afastar do escopo da invenção.
A invenção, em geral, é direcionada a um artigo de tratamento de superfície para uso em polimento e finalização de uma ampla faixa de superfícies metálicas, como superfícies de ligas com base de titânio. A invenção também é direcionada a métodos de formar e métodos de uso do artigo de tratamento de superficie da invenção.
Em uma modalidade, a invenção é direcionada a um artigo de tratamento de superficie que inclui uma matriz orgânica substancialmente submersa por um ligante. Os componentes de matriz orgânica incluem resina fenóxi, antioxidante, modificador reológico, plastificante, e carga. O ligante inclui um produto de reação de um pré-polímero de poliuretano bloqueado e uma mistura de aminas aromáticas. Exemplos de pré-polímero de poliuretano bloqueado adequado incluem pelo menos um membro selecionado a partir do grupo que consiste em tolueno diisocianato ou metileno diisocianato, éter glicólico de polibutila ou poliol poliéster, policaprolactona, e metil-etil-cetoxima.
Aminas aromáticas adequadas incluem aquelas que são conhecidas a elementos versados na técnica de artigos de tratamento de superfície. Exemplos de aminas aromáticas adequadas incluem aminas aromáticas que têm uma mistura da seguinte fórmula estrutural: 
Metilenodianilina (MDA)
e
Polianilinas de polimetileno
Quando n > 2, o composto químico é considerado para ter funcionalidade maior do que 4, visto que o composto químico tem mais do que quatro grupos aminofuncionais que reagirão com o pré-polímero de poliuretano. Em uma modalidade, n é maior do que 2. Em outra modalidade, n pode ser maior do que 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10.
e
Quando n > 2, o composto químico é considerado para ter funcionalidade maior do que 4, visto que o composto químico tem mais do que quatro grupos aminofuncionais que reagirão com o pré-polímero de poliuretano. Em uma modalidade, n é maior do que 2. Em outra modalidade, n pode ser maior do que 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10.
Exemplos de polianilinas de polimetileno adequadas são aquelas que são conhecidas a elementos versados na técnica dos artigos de tratamento de superfície, como polianilinas de polimetileno comercialmente disponíveis feitas por Air Products que têm a seguinte fórmula estrutural:
1. Ancamine DL-50 que é uma mistura de 50%
Metilenodianilina (MDA)
e 50% de polianilinas de polimetileno
2. Ancamine 1482 que é uma mistura de < 36% 
Metilenodianilina (MDA)
< 20% de polianilinas de polimetileno
e 45% de 1,3-fenilenodiamina 
3. Ancamine Y que é uma mistura de < 45% 
Metilenodianilina (MDA)
< 30% de polianilinas de polimetileno
< 20% de 3,4-diaminotolueno 
< 15% de 2,3-diaminotolueno 
< 1% de 2,4-diaminotolueno 
1. Ancamine DL-50 que é uma mistura de 50%
e 50% de polianilinas de polimetileno
< 20% de polianilinas de polimetileno
< 30% de polianilinas de polimetileno
Em uma modalidade, a razão de pré-polímero de poliuretano bloqueado para aminas aromáticas está em uma faixa dentre cerca de 6,5 A e cerca de 10,5 A. Preferencialmente, a razão de taxa de pré-polimero de poliuretano bloqueado para aminas aromáticas está em uma faixa dentre cerca de 9,1:1 e cerca de 10,1:1.
Componentes adequados da matriz orgânica são conhecidos a elementos versados na técnica de artigos de tratamento de superficie. Exemplos de componentes adequados de matriz orgânica para inclusão em artigos de tratamento de superficie da invenção incluem resina fenóxi, antioxidante, modificador reológico, e plastificante. Tipicamente, a razão de matriz orgânica para ligante em um artigo de tratamento de superficie da invenção está em uma faixa dentre cerca de 0,34:1 e cerca de 0,43:1.
Em uma modalidade, esse artigo de tratamento de superficie da invenção ainda inclui pelo menos um lubrificante. Exemplos de lubrificantes adequados incluem pelo menos um membro do grupo que consiste em talco, caulim, um estearato metálico e tetrafluoroetileno (como pó de tetrafluoroetileno). Exemplos de estearatos metálicos adequados incluem pelo menos um membro selecionado a partir do grupo que consiste em estearato de zinco, estearato de cálcio e estearato de lítio.
A quantidade de lubrificante no ligante do artigo de tratamento de superfície da invenção geralmente está em uma faixa dentre cerca de 7% e cerca de 12% em peso do ligante. Mais especificamente, a faixa pode estar entre cerca de 10 % e cerca de 11%.
Em outra modalidade, a invenção é um método para formar um artigo de tratamento de superfície. O método inclui combinar um pré-polímero de poliuretano bloqueado e uma mistura de aminas aromáticas, em que as aminas aromáticas contêm polianilina de polimetileno que tem uma funcionalidade maior do que 4, para então formar o precursor de ligante. O pré-polímero de poliuretano bloqueado e aminas aromáticas adequadas para uso no método são as mesmas daquelas descritas acima.
As aminas aromáticas ocorrem como a mistura de MDA puro e polianilinas de polimetileno. Um misturador industrial equipado com pá de alto cisalhamento é usado para preparar a mistura do pré-polímero de poliuretano bloqueado e aminas aromáticas. A sequência de adição é mostrada na formulação do topo para o fundo. A pá de alto cisalhamento tem um diâmetro de 40,64 cm (16 polegadas) e gira em 150 a 200 RPM. O tempo suficiente é fornecido para assegurar que a final mistura seja homogênea.
As razões de pré-polímero de poliuretano bloqueado e aminas aromáticas estão na faixa discutida acima, conforme é a razão de precursor de ligante para a matriz orgânica.
O precursor de ligante é combinado com a matriz orgânica por um método adequado, como por adicionar ao precursor de ligante na sequência como mostrado na formulação sob agitação.
O precursor de ligante é combinado com partículas abrasivas adequadas para formar uma pasta aquosa abrasiva curável. Exemplos de partículas adequadas incluem carboneto de silício, óxido de alumina, abrasivos de cerâmica, aglomerados abrasivos de tamanho de grão entre ANSI 60 e ANSI 800. A razão entre o peso de partículas abrasivas para precursor de ligante abrange de 1,5:1 a 2,5:1.
Em outra modalidade, o método é direcionado a uma peça de trabalho desgastada que emprega um artigo de tratamento de superficie como descrito acima.
O artigo de tratamento de superficie pode ser uma roda abrasiva unitizada. Em uma modalidade, os discos de roda unificados são formados de chapas finas abrasivas não tecidas que compreendem uma manta de fibra eminente ligada por uma pré-ligação de polímero seguida por uma pasta aquosa abrasiva curável que compreende um precursor de ligante e partículas abrasivas. As chapas finas abrasivas não tecidas são empilhadas, unitizadas e curadas sob pressão em uma temperatura elevada, como uma temperatura em uma faixa dentre cerca de 90°C e cerca de 130°C, para formar uma placa. Modalidades específicas de temperatura elevada incluem exposição a uma temperatura de 126,7°C por 2 horas, ou 98,9°C por 15 horas. Discos de roda unificados são então cortados a partir da placa- junto com um orifício centralizado para encaixar na ferramenta abrasiva.
O artigo de tratamento de superfície pode também ser uma roda convoluta. Em uma modalidade, as rodas convolutas são formadas a partir de uma chapa fina abrasiva não tecida que compreende uma manta de fibra eminente ligada por uma pré-ligação de polímero seguida por uma pasta aquosa abrasiva curável que compreende um precursor de ligante e partículas abrasivas. A chapa fina é fixada a um núcleo oco e bobinada em espiral ao redor do núcleo para formar um cilindro enrolado. O núcleo é ligado por meio de cura em temperatura elevada, como descrito acima, e discos convolutos são cortados a partir da borda do cilindro ligado.
Um substrato não tecido que consiste em fibras têxteis de náilon franzidas de 15 denier é preparado em uma linhagem de formação de manta por fluxo de ar, como aquele vendido por DOA (Dr. Otto Angleitner, Ges.m.b.H. & Co.KG, Austria), no peso de cerca de 124,4 gsm (gramas por metro quadrado). O substrato não tecido é aspergido com látex acrilico nos dois lados em um peso seco total de 44,4 gsm. O substrato é então passado através de um forno para curar o ligante acrilico por cerca de 2,4 minutos em 143,33°C (290°F). O substrato não tecido é então cortado em chapas finas quadradas de 43,2 x 43,2 cm.
O precursor de ligante e a pasta aquosa abrasiva são preparados como descrito acima e têm uma viscosidade de 2.500 a 3.000 cps em 25°C. O solvente de MIBK pode ser usado para ajustar a viscosidade da pasta aquosa abrasiva. Um dispositivo de aplicação de revestimento de duas voltas é usado para impregnar o substrato não tecido com a pasta aquosa abrasiva por passar a chapa fina quadrada através da prensa de dispositivo de aplicação de revestimento. A pressão da prensa de dispositivo de aplicação de revestimento é ajustada, e então a aplicação da pasta aquosa abrasiva é de cerca de 197 gsm.
As chapas finas revestidas são empilhadas no topo umas das outras entre duas placas de metal. Os números de chapas finas são determinados pela densidade do produto final. A pilha é então colocada em um forno em 125,7°C por 2 horas e 98,9°C por 15 horas para completar a cura do precursor de ligante, formando então uma placa curada. A placa curada é então cortada em discos de roda unificados que têm um orifício centralizado.
Um substrato não tecido que consiste em fibras têxteis de náilon franzidas de denier definido é preparado em uma linhagem de formação de manta por fluxo de ar como aquele vendido por DOA (Dr. Otto Angleitner, Ges.m.b.H. & Co.KG, Austria) no peso definido. O substrato não tecido é aspergido com látex acrílico nos dois lados. O substrato é então passado através de um forno para curar o ligante acrílico por cerca de 2,4 minutos em 143,33°C (290°F). O substrato não tecido é então enrolado em jumbos de 91,44 m (100 jardas) de comprimento aproximadamente.
O substrato não tecido pode ser usado diretamente para produzir os barrotes convolutos ou pode seguir para um processo adicional para ser pré-dimensionado antes de ser usado para criar barrotes convolutos.
No processo de pré-dimensionamento, o substrato não tecido é impregnado com um precursor de ligante por processo de imersão e compressão em um dispositivo de aplicação de revestimento de duas voltas. O substrato impregnado é então revestido com grão nos dois lados usando um depósito alimentador de gravidade. Após o revestimento de grão, um revestimento por aspersão com base em resina fenólica é aplicado para prender o grão no substrato. Ele é então passado através de um forno para curar a resina de poliuretano e fenólica por cerca de 15 minutos em 148,88°C (300 ° F) .
Um dispositivo de aplicação de revestimento de duas voltas é usado para impregnar o substrato não tecido ou pré-dimensionar com a pasta aquosa abrasiva de poliuretano por passar o substrato não tecido ou de pré-dimensionamento através da prensa de dispositivo de aplicação de revestimento. A pressão da prensa de dispositivo de aplicação de revestimento é ajustada para cumprir a aplicação de pasta aquosa abrasiva predefinida para o material especifico. O substrato revestido é então bobinado em espiral na máquina para formar os barrotes convolutos de vários diâmetros e densidades. A densidade de barrotes convolutos pode ser variada por ajustar a quantidade de material bobinado no barrote. O material convoluto é então colocado em um forno em 126,7°C por 2 horas e 98,9°C por 15 horas para completar a cura do precursor de ligante.
Um disco de 7,62 cm em diâmetro é montado em um esmeril a ar portátil que gira em 18.000 rpm, disponível a partir de Dynabrade, modelo 52257. A velocidade de superfície no perímetro dos discos é de 71,8 metros por segundo. Uma peça de trabalho de metal de aço inoxidável ou titânio de espessura entre 0,254 cm (0,1 polegada) e 0,635 cm (0,25 polegada) é presa em uma bancada com um dispositivo de aperto. A área de superfície da peça de trabalho deve ser grande o suficiente para permitir uma trajetória de esmerilhamento de pelo menos 17,78 cm (7 polegadas) em comprimento. Antes do teste de mancha, os discos são condicionados por esmerilhamento por aproximadamente 60 segundos na peça de trabalho com movimento de ida e volta. A força de esmerilhamento estará na faixa de 1,814 kgf (4 lbf) a 2,721 kgf (6 lbf) , emulando esmerilhamento de mão normal. Usar uma área limpa na peça de trabalho de metal, livre de quaisquer resíduos de mancha deixado pelo teste anterior, e esmerilhar em um ponto por 10 segundos. Cursar de 7,62 cm (3 polegadas) a 12,7 cm (5 polegadas) em comprimento com uma pressão levemente mais alta e movimentos rápidos logo após o início da esmerilhamento. Pelo menos 5 cursos são executados em diferentes áreas do metal. A mancha é reportada se quaisquer resíduos do material de disco forem transferidos para a peça de trabalho na forma de uma película de material de cor preta.
Para discos de 15,24 cm em diâmetro, um esmeril de bancada Baldor é usado, com a rotação do disco em 3.600 rpm. A velocidade de superfície no perímetro dos discos é de 28,7 metros por segundo. Nesse caso, a peça de trabalho é levada em direção ao disco em rotação. Semelhante ao Procedimento de Teste de mancha 1, o disco será preparado por esmerilhar uma peça de trabalho de peça metal por 60 segundos. Uma área limpa na peça de trabalho é selecionada e esmerilhada por 10 segundos em uma área. Cursos rápidos de 7,62 cm (3 polegadas) a 12,7 cm (5 polegadas) em comprimento são realizados, com pressão constante após o teste de mancha ser iniciado. Pelo menos 5 cursos são executados, e a mancha é então reportada.
Embora esta invenção tenha sido particularmente mostrada e descrita com referência às modalidades preferidas da mesma, será entendido por elementos versados na técnica que várias alterações em forma e detalhes podem ser feitas na mesma sem se afastar do escopo da invenção abrangido pelas reivindicações anexas.
Claims (18)
- Artigo de tratamento de superfície caracterizado por compreender uma matriz orgânica compreendendo uma manta de fibra eminente de polímero não tecida e um ligante, em que a manta de fibra eminente de polímero não tecida é submersa pelo ligante, em que o ligante inclui um produto de reação de um pré-polímero de poliuretano bloqueado e uma mistura de aminas aromáticas, em que a razão entre o peso do pré-polímero de poliuretano bloqueado para as aminas aromáticas está na faixa entre 6,5:1 e 10,5:1, em que o pré-polímero de poliuretano bloqueado inclui pelo menos um membro do grupo consistindo de metil-etil-cetoxima, tolueno diisocianato ou metileno diisocianato, éter glicólico de polibutila, poliol poliéster ou policaprolacton, e em que as aminas aromáticas incluem polianilinas de polimetileno que têm uma funcionalidade igual a ou superior à 4, em que a polianilina de polimetileno inclui pelo menos um composto que tem a fórmula:n≥2 para assim formar um precursor de ligante; e em que o precursor de ligante é combinado com partículas abrasivas e, em seguida, curado para formar, assim, o artigo de tratamento de superfície.
- Artigo de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a razão entre o peso de pre-polímero de poliuretano bloqueado para aminas aromáticas está na faixa entre 9,1:1 e 10,1:1.
- Artigo de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a amina aromática incluir pelo menos um composto selecionado a partir da fórmula:
- Artigo de tratamento de superficie, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a manta de fibra eminente de polímero não tecida incluir pelo menos um membro do grupo que consiste em resina fenóxi, modificador reológico, plastificante e antioxidante.
- Artigo de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ainda incluir pelo menos um lubrificante do grupo que consiste em talco, caulim, um estearato metálico e pó de tetrafluoroetileno.
- Artigo de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o estearato metálico ser pelo menos um membro selecionado a partir do grupo que consiste em estearato de zinco, estearato de cálcio e estearato de lítio.
- Artigo de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a quantidade de lubrificante no ligante estar na faixa entre 7% e 10% em peso do ligante.
- Artigo de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o artigo de tratamento de superfície ser uma roda abrasiva unitizada ou uma roda convoluta.
- Método para formar um artigo de tratamento de superfície, caracterizado por compreender as etapas de:
a) combinar um pré-polimero de poliuretano bloqueado e uma mistura de aminas aromáticas, em que o pre-polimero de poliuretano bloqueado inclui pelo menos um membro do grupo consistindo de metil-etil-cetoxima, tolueno diisocianato, éter glicólico de poli butila, em que as aminas aromáticas incluem pelo menos um de polianilinas de polimetileno que têm uma funcionalidade igual a ou superior à 4, e em que a polianilina de polimetileno inclui pelo menos um composto que tem a fórmula:em que n ≥ 2, formando assim um precursor de ligante;
b) combinar o precursor de ligante com uma matriz orgânica compreendendo uma manta de fibra eminente de polímero não tecida;
c) combinar o precursor de ligante e matriz orgânica com partículas abrasivas; e
d) curar o precursor de ligante para então formar o artigo de tratamento de superfície. - Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a razão entre o peso de pre-polimero de poliuretano bloqueado para aminas aromáticas está na faixa entre 9:1 e 10:1.
- Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o pré-polímero de poliuretano bloqueado incluir pelo menos um membro do grupo que consiste de metil-etil-cetoxima, tolueno diisocianato e éter glicólico de butila.
- Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a amina aromática incluir pelo menos um composto selecionado a partir da formula:
- Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por ainda incluir pelo menos um lubrificante do grupo que consiste de talco, caulim, um estearato metálico e tetrafluoroetileno.
- Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o estearato metálico ser pelo menos um membro selecionado a partir do grupo que consiste de estearato de zinco, estearato de cálcio e estearato de lítio.
- Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por a quantidade de lubrificante no ligante estar na faixa entre 7% e 10% em peso do ligante.
- Método para desgastar uma peça de trabalho, caracterizado por compreender a etapa de aplicar à peça de trabalho um artigo de tratamento de superfície conforme definido pela reivindicação 1.
- Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a manta de fibra eminente ser uma chapa fina não tecida compreendendo uma manta de fibra eminente ligada por uma pré-ligação de polímero seguida por uma pasta aquosa abrasiva curável que compreende o precursor de ligante e partículas abrasivas, e em que o artigo abrasivo é formado em chapas finas que são empilhadas, unitizadas e curadas sob pressão a uma temperatura na faixa entre 90°C e 130°C, para formar uma placa, e em que a placa é cortada em discos de roda unificados que têm um orifício centralizado.
- Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a manta de fibra eminente ser uma chapa fina não tecida compreendendo uma manta de fibra eminente ligada por uma pré-ligação de polímero seguida por uma pasta aquosa abrasiva curável que compreende o precursor de ligante e partículas abrasivas, e em que o artigo abrasivo é formado em chapa fina que é fixada a um núcleo oco e bobinado em espiral ao redor do núcleo para formar um cilindro enrolado, e em que o cilindro enrolado é ligado por meio de cura a uma temperatura na faixa entre 90°C e 130°C, para formar um cilindro de ligação e discos convolutos são cortados a partir de uma borda do cilindro ligado.
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