BR112013001831B1

BR112013001831B1 - partículas abrasivas formatadas

Info

Publication number: BR112013001831B1
Application number: BR112013001831-3A
Authority: BR
Inventors: Negus B. Adefris
Original assignee: 3M Innovative Properties Company
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2020-10-27
Also published as: EP2601014A2; BR112013001831A2; EP2601014B1; WO2012018903A2; US8728185B2; KR20130105816A; BR112013001831B8; CN103025490A; WO2012018903A3; JP5774105B2; JP2013533128A; US20130125477A1; KR101879884B1; EP2601014A4; CN103025490B

Abstract

PARTÍCULAS ABRASIVAS FORMATADAS A presente invenção se refere a partículas abrasivas formatadas qie compreendem uma cerâmica e que compreendem uma primeira placa integralmente unida a uma segunda placa a um ângulo (Beta) predeterminado.

Description

Antecedentes

[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 aperfeiçoar o custo, desempenho ou vida da partícula abrasiva e/ou do artigo abrasivo.

[002] As partículas abrasivas com formato triangular e os artigos abrasivos que usam as partículas abrasivas com formato triangular são apresentados nas patentes US 5.201.916 de Berg; 5.366.523 de Rowenhorst (Re 35.570); e 5.984.988 de 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 formatadas 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 descobriram que por fazer partículas abrasivas formatadas compreendendo uma primeira placa e uma segunda placa que se cruzam em um ângulo predeterminado, o ângulo de inclinação de uma das placas em relação à peça de trabalho pode ser controlado precisamente em um artigo abrasivo revestido uma vez que uma placa pode agir como uma base para ancorar a partícula abrasiva formatada ao suporte enquanto a outra placa entra em contato com a peça de trabalho no ângulo de inclinação predeterminado.

[004] Outras vantagens podem incluir: 1. Usar o tamanho da placa de fundo aderida ao revestimento básico para controlar o espaçamento e a densidade dos pontos abrasivos em contato com a peça de trabalho. Esta técnica pode controlar o grau de abertura da camada abrasiva, o que pode ser ajustado para abrasão de diferentes materiais. 2. Formação de canais para remoção de limalha de ferro. Uma vez que os pontos abrasivos podem ser espaçados de modo controlável pelo tamanho e formato da base, canais na camada abrasiva podem ser formados para conduzir fluido de resfriamento ou para remoção de limalha de ferro. 3. Criação de partículas abrasivas formatadas que possuem mais pontos e menos superfícies planas. As partículas abrasivas em formato triangular de RE 35.570 têm duas superfícies planas opostas e três vértices que poderiam entrar em contato com a peça de trabalho. As partículas em formato de placas que se cruzam da figura 3 têm apenas uma superfície plana e 5 vértices que poderiam entrar em contato com a peça de trabalho aumentando significativamente as chances de que um vértice entre em contato com a peça de trabalho ao invés de uma superfície plana. Isto pode ser uma vantagem particular em uma construção de não tecidos onde o controle da orientação da partícula abrasiva formatada é mais difícil do que em um artigo abrasivo revestido.

[005] Portanto, em uma modalidade, a invenção se refere a partículas abrasivas formatadas que compreendem uma cerâmica e que compreendem uma primeira placa integralmente unida à segunda placa em um ângulo β predeterminado.

Breve descrição dos desenhos

[006] 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.

[007] As figuras 1A e 1B ilustram uma modalidade das partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam compreendendo uma primeira placa e uma segunda placa.

[008] As figuras 2A e 2B ilustram uma outra modalidade das partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam compreendendo uma primeira placa e uma segunda placa.

[009] As figuras 3A e 3B ilustram uma outra modalidade das partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam compreendendo uma primeira placa e uma segunda placa.

[0010] As figuras 4A e 4B ilustram uma outra modalidade das partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam compreendendo uma primeira placa e uma segunda placa.

[0011] A figura 5 ilustra um artigo abrasivo revestido contendo as partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam que compreendem uma primeira placa e uma segunda placa.

[0012] A figura 6 ilustra um outro artigo abrasivo revestido contendo as partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam que compreendem uma primeira placa e uma segunda placa.

[0013] A figura 7 ilustra um artigo abrasivo de não tecido contendo as partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam compreendendo uma primeira placa e uma segunda placa.

[0014] A figura 8 ilustra outra partícula abrasiva em formato de placas que se cruzam compreendendo uma primeira placa e uma segunda placa.

[0015] As figuras 9A-9C ilustram as dimensões do molde usado para fazer a partícula abrasiva em formato de placas que se cruzam da figura 8.

[0016] A figura 10 mostra partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam produzidas pelo exemplo 1.

[0017] A figura 11 mostra um artigo abrasivo de não tecido feito pelo exemplo 2.

[0018] 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

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] Para uso na presente invenção, o termo “integralmente unido” significa que o mesmo material que forma a primeira e a segunda placas une as duas placas. Um aglutinante separado que tem uma composição química diferente não é usado para fixar as duas placas.

[0022] Para uso na presente invenção, o termo “partícula abrasiva formatada 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 substancialmente retém seu formato moldado em operações de processamento subsequentes.

[0023] Para uso na presente invenção, o termo “partícula abrasiva formatada”, 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 formatada. Exceto no caso de fragmentos abrasivos (por exemplo, conforme descrito no pedido provisório US 61/016.965), a partícula abrasiva formatada irá, em geral, ter um formato geométrico predeterminado que reproduz substancialmente a cavidade do molde que foi usado para formar a partícula abrasiva formatada. A partícula abrasiva formatada, para uso na presente invenção, exclui partículas abrasivas obtidas por uma operação de esmagamento mecânico.

Descrição detalhada Partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam

[0024] Com referência às figuras 1 a 4, são ilustradas partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam 20 exemplificadoras. Em uma modalidade, o material a partir do qual a partícula abrasiva formatada 20 é produzido compreende alfa alumina. As partículas de alfa alumina podem ser produzidas a partir de uma dispersão de hidróxido de óxido de alumínio ou mono-hidrato de alumínio que é gelificada, moldada até um formato, seca para reter o formato, calcinada, e, então, sinterizada, conforme discutido mais adiante neste documento. A geometria da partícula abrasiva em formato de placas que se cruzam é retida sem a necessidade de um aglutinante para formar um aglomerado compreendendo partículas abrasivas mantidas juntas por um aglutinante.

[0025] Em geral, as partículas abrasivas formatadas 20 compreendem pelo menos duas placas que se cruzam que têm uma primeira placa 21 integralmente unida (em uma modalidade, quando a partícula abrasiva formatada é moldada) a uma segunda placa 23 em um ângulo β predeterminado medido entre o plano central (linha tracejada) de cada placa. Cada placa compreende uma primeira superfície principal e uma segunda superfície principal oposta à primeira superfície principal. Uma ou ambas as placas podem ser afuniladas, plano- côncavas (uma superfície plana com uma superfície côncava), plano-convexo (uma superfície plana com uma superfície convexa), ambas as superfícies convexas, ambas as superfícies côncavas, curvas com superfícies paralelas ou afuniladas ou possuem duas superfícies substancialmente planas e paralelas. Em algumas modalidades, as superfícies principais são unidas por placas que se formam na parede lateral com uma espessura ao longo do perímetro e, em outras modalidades, a primeira e/ou segunda superfície(s) principal(is) pode(m) se afunilar formando uma borda fina ou linha, onde elas são unidas como a intersecção entre duas superfícies convexas. As placas podem se cruzar abruptamente formando uma linha distinta, ou um raio pode ser utilizado na intersecção formando uma transição mais gradual entre as placas. Em outras modalidades, três, quatro, cinco ou mais placas podem se cruzar para formar a partícula abrasiva formatada.

[0026] Em algumas modalidades, a primeira placa 21 age como uma base para prender a partícula abrasiva formatada a um suporte 56 em um artigo abrasivo revestido 54 enquanto a segunda placa 23 age como o elemento de trituração para erodir uma peça de trabalho 64 conforme se pode observar melhor na figura 5. Pelo fato de a primeira placa e a segunda placa se cruzarem em um ângulo β predeterminado, o ângulo de inclinação da segunda placa 23 em relação à peça de trabalho pode ser controlado precisamente melhorando, assim, a taxa de corte, o acabamento ou ambos, do artigo abrasivo revestido. A primeira placa plana e grande que age como uma base também ajuda a prender de forma mais segura as partículas abrasivas formatadas ao suporte em comparação a apenas usar uma borda de uma das placas.

[0027] A primeira e a segunda placas (21, 23) podem compreender corpos finos que possuem uma primeira superfície principal 24, e uma segunda superfície principal 26 e que tem uma espessura T. Em algumas modalidades, a espessura T varia entre cerca de 5 micrômetros a cerca de 1 milímetros. As placas podem compreender uma espessura uniforme ou a espessura das placas pode se afunilar ou variar. Em algumas modalidades, a primeira superfície principal 24 e a segunda superfície principal 26 são conectadas uma à outra por pelo menos uma parede lateral 28, que pode ser uma parede lateral inclinada, conforme mostrado na figura 1 que tem um ângulo de saída α entre a segunda superfície principal 26 e a parede lateral 28 de mais que 90 graus. Em algumas modalidades, mais de uma parede lateral inclinada 28 pode estar presente e o coeficiente angular ou ângulo para cada parede lateral inclinada 28 pode ser igual ou diferente conforme descrito mais completamente no pedido de patente pendente US 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 a primeira superfície principal 24 e a segunda superfície principal 26 em um ângulo de 90 graus.

[0028] Em uma modalidade, a primeira e a segunda superfícies principais (24, 26) da primeira e da segunda placas (21, 23) compreendem um formato geométrico selecionado como um círculo, um formato oval, um triângulo, uma quadrilátero (retângulo, quadrado, trapezoide, losango, romboide, pipa, superelipse), ou outro formato geométrico com várias bordas (pentágono, hexágono, octógono, etc). Alternativamente, a primeira e a segunda superfícies principais (24, 26) podem compreender um formato repetível irregular (replicado pela cavidade do molde) ou um formato que combina segmentos de linha e segmentos arqueados para formar o contorno ou perímetro. Dependendo do ângulo de saída α, as áreas da primeira e da segunda superfícies principais de cada placa podem ser iguais ou diferentes. Em muitas modalidades, a primeira placa e a segunda placa compreendem um prisma (ângulo de saída de 90 graus) ou uma pirâmide truncada (ângulo de saída não igual a 90 graus) tal como um prisma triangular, uma pirâmide triangular truncada, um prisma romboide, ou uma pirâmide romboide truncada, para citar algumas possibilidades.

[0029] Em uma modalidade mostrada na figura 1, a primeira placa 21 compreendia uma pirâmide triangular truncada e a segunda placa 23 compreendia uma pirâmide triangular truncada cruzando a primeira placa em um ângulo β predeterminado. Em outras modalidades, ambas as placas podem ser prismas ou uma placa pode ser um prisma enquanto a outra placa é uma pirâmide truncada. Em uma modalidade, as superfícies principais de cada placa compreendiam triângulos equiláteros com uma segunda placa tendo um tamanho ligeiramente menor para que sua borda se adapte dentro da segunda superfície principal 26 da primeira placa 21, conforme mostrado na figura 1. A segunda placa 23 pode estar situada na segunda superfície principal 26 da primeira placa 21 com uma de suas bordas (parede lateral) sendo cortadas por uma linha imaginária na segunda superfície principal 26 da primeira placa 21 que se cruza com o perímetro da segunda superfície principal em um ângulo de 90 graus e que corta um dos vértices da segunda superfície principal. Em uma modalidade específica, o ângulo β predeterminado era de 82 graus e o ângulo de saída α para cada placa era de 98 graus.

[0030] Em outra modalidade mostrada na figura 2, a primeira placa 21 compreendia uma pirâmide triangular truncada (alternativamente, um prisma) e a segunda placa 23 compreendia um prisma retangular (trapezoide) (alternativamente, uma pirâmide truncada) cruzando a primeira placa em um ângulo β predeterminado. Em outras modalidades, ambas as placas podem ser prismas ou ambas as placas podem ser pirâmides. A segunda placa 23 pode estar situada na segunda superfície principal 26 da primeira placa 21 com uma de suas bordas (parede lateral) sendo cortadas por uma linha imaginária na segunda superfície principal 26 da primeira placa 21 que se cruza com o perímetro da segunda superfície principal em um ângulo de 90 graus e que corta um dos vértices da segunda superfície principal. Em uma modalidade específica, o ângulo β predeterminado era de 90 graus e o ângulo de saída α para a primeira placa era de 98 graus e para a segunda placa era de 90 graus.

[0031] Em outra modalidade mostrada na figura 3, a primeira placa 21 compreendia um prisma romboide (diamante) e a segunda placa 23 compreendia um prisma triangular. Em outras modalidades, ambas as placas podem ser pirâmides truncadas ou uma das placas pode ser um prisma enquanto a outra placa é uma pirâmide truncada. A segunda placa 23 pode estar situada na segunda superfície principal 26 da primeira placa 21 com uma de suas bordas (parede lateral) sendo cortada por uma linha imaginária sobre a segunda superfície principal 26 da primeira placa 21 que conecta dois de seus vértices opostos. Em uma modalidade específica, o prisma triangular compreendia um triângulo equilátero e o losango foi cortado pela segunda placa em dois triângulos de tamanho e formato similares ao triângulo equilátero da segunda placa e visto na figura 3. Em uma modalidade específica, o ângulo β predeterminado era de 90 graus e o ângulo de saída α para a primeira placa era de 90 graus e para a segunda placa era de 90 graus.

[0032] Em outra modalidade mostrada na figura 4, a primeira placa 21 compreendia um prisma romboide (diamante) e a segunda placa 23 compreendia um prisma retangular (trapezoide). Em outras modalidades, ambas as placas podem ser pirâmides truncadas ou uma das placas pode ser um prisma enquanto a outra placa é uma pirâmide truncada. A segunda placa 23 pode estar situada na segunda superfície principal 26 da primeira placa 21 com uma de suas bordas (parede lateral) sendo cortada por uma linha imaginária sobre a segunda superfície principal 26 da primeira placa 21 que conecta dois de seus vértices opostos. Em uma modalidade específica, o ângulo β predeterminado era de 90 graus e o ângulo de saída α para a primeira placa era de 90 graus e para a segunda placa era de 90 graus.

[0033] Em várias modalidades da invenção, a segunda placa 23 (placa menor) pode ser dimensionada para que a borda que se cruza da segunda placa esteja inteiramente contida dentro do perímetro da primeira ou segunda superfície principal na primeira placa 21 que ela corta. Alternativamente, a segunda placa 23 pode ser dimensionada ou localizada para que a borda que se cruza da segunda placa se estenda após o perímetro da primeira ou segunda superfície principal na primeira placa 21 que ela cruza. A extensão pode ser feita por fazer as placas com o mesmo tamanho e formato e simplesmente deslocar sua interseção, ou uma placa pode ser feita maior (mais longa) que a placa com a qual ela cruza para ressaltar o perímetro da superfície sobre uma ou mais bordas.

[0034] Em várias modalidades da invenção, o ângulo de saída α 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 US n° 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 saída α foram reveladas por produzir aumentos surpreendentes no desempenho de trituração de artigos abrasivos revestidos produzidos a partir das partículas abrasivas formatadas 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 saída 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 US n° de série 12/337.075. Ângulos diferentes ou o mesmo ângulo para o ângulo de saída α podem ser usados com qualquer uma das placas que formam a partícula abrasiva formatada. Quando as partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam são incorporadas ou presas de outro modo ao artigo abrasivo por uma das paredes laterais inclinadas ao invés de pela primeira superfície principal 24 da primeira placa 21, os ângulos nos intervalos acima podem aumentar o desempenho de trituração de uma forma similar.

[0035] De maneira similar, acredita-se que um ângulo β predeterminado diferente de 90 graus resulte em desempenho de corte intensificado das partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam; contudo, um ângulo de 90 graus também pode ser usado. Em várias modalidades da invenção, o ângulo β predeterminado pode estar entre cerca de 20 graus e cerca de 85 graus, ou entre cerca de 55 graus e cerca de 85 graus, ou entre cerca de 60 graus e cerca de 85 graus, ou entre cerca de 65 graus e cerca de 85 graus, ou entre cerca de 70 graus e cerca de 85 graus, ou entre cerca de 75 graus e cerca de 85 graus, ou entre cerca de 80 graus e cerca de 85 graus. O controle do ângulo β predeterminado pode controlar o ângulo de inclinação da segunda placa em relação à peça de trabalho em um artigo abrasivo revestido, conforme se pode observar melhor na Figura 5.

[0036] Em várias modalidades da invenção, a primeira e a segunda placas (21, 23) podem incluir recursos adicionais. Em algumas modalidades, a primeira superfície principal 24 é substancialmente plana, a segunda superfície principal 26 é substancialmente plana, ou ambas são substancialmente planas. Alternativamente, um lado poderia ser côncavo ou rebaixado, conforme discutido em maiores detalhes no pedido de patente copendente número de série US 12/336.961 intitulado “Dish-Shaped Abrasive Particles With A Recessed Surface”, depositado em 17 de dezembro de 2008. 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 US de n° de série 12/336.961. Uma superfície côncava pode ajudar a aumentar o desempenho de corte em algumas aplicações similares a uma lâmina de cinzel moída oca.

[0037] Adicionalmente, uma ou mais aberturas que passam através da primeira superfície principal 24 e da segunda superfície principal 26 poderiam estar presentes nas placas, conforme discutido em mais detalhes no pedido de patente copendente US n° de série 12/337.112 intitulado “Shaped Abrasive Particles With An Opening”, depositado em 17 de dezembro de 2008. Uma abertura através da(s) placa(s) pode reduzir a densidade aparente das partículas abrasivas formatadas, 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 de encolamento 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 formatada 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 da superfície do molde. Os métodos de preparo das partículas abrasivas formatadas com uma abertura são discutidos no pedido de patente US n° de série 12/337.112.

[0038] Adicionalmente, as partículas abrasivas formatadas podem ter uma pluralidade de sulcos sobre a primeira ou segunda superfície principal, conforme descrito no pedido provisório copendente US 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 da cavidade do molde que se mostraram como facilitadores na remoção das partículas abrasivas formatadas 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 formatada 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.

[0039] As partículas abrasivas formatadas 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).

[0040] 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.

[0041] Alternativamente, as partículas abrasivas formatadas 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 formatadas passam através de uma peneira de teste que atende às especificações da ASTM 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 formatadas 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 formatadas 20 podem ter uma classificação triada 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.

[0042] Em um aspecto, a presente descrição apresenta uma pluralidade de partículas abrasivas formatadas que têm uma classificação nominal especificada pela indústria de abrasivos ou classificação triada nominal, sendo que pelo menos uma porção da pluralidade de partículas abrasivas são partículas abrasivas formatadas 20. Em um outro aspecto, a descrição apresenta um método que compreende a classificação das partículas abrasivas formatadas 20 produzidas de acordo com a presente descrição para fornecer uma pluralidade de partículas abrasivas formatadas 20 que têm uma classificação nominal especificada pela indústria de abrasivos ou uma classificação de triagem nominal.

[0043] Se for desejado, as partículas abrasivas formatadas 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 formatadas 20 produzidas de acordo com a presente descrição, com base no peso total da pluralidade de partículas abrasivas.

[0044] As partículas adequadas para a mistura com as partículas abrasivas formatadas 20 incluem grãos abrasivos convencionais, grãos diluentes ou aglomerados passíveis de erosão, como aqueles descritos nas patentes US n°s 4.799.939 e 5.078.753. Os exemplos representativos de grãos abrasivos convencionais incluem óxido de alumínio fundido, carbureto de silício, granada de carbureto de boro, zircônia alumina fundida, nitreto de boro cúbico, diamante e similares. Os exemplos representativos de grãos diluentes incluem mármore, gesso natural e vidro. Mesclas de diferentes partículas abrasivas formatadas geometricamente 20 ou mesclas de partículas abrasivas formatadas 20 com paredes laterais inclinadas tendo diferentes ângulos de saída diferentes ou ângulos β predeterminados diferentes podem ser usadas nos artigos desta invenção.

[0045] Para algumas aplicações, as mesclas de partículas abrasivas formatadas e grãos abrasivos convencionais foram reveladas por funcionarem de maneira satisfatória. Nestas aplicações, mesmo uma quantidade pequena das partículas abrasivas formatadas, como 10%, em peso, reforça significativamente o desempenho. Nas mesclas de partículas abrasivas formatadas com grãos abrasivos convencionais ou grãos diluentes, o peso das partículas abrasivas formatadas na mescla pode ser menor ou igual a 50, 40, 30, 25, 20, 15 ou 10% e ainda fornecer um aumento de desempenho significativo.

[0046] As partículas abrasivas formatadas 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 formatadas 20. Em uma modalidade, os revestimentos de superfície conforme descritos na patente US n° 5.352.254 em uma quantidade de 0,1% a 2% de produtos inorgânicos para o peso da partícula abrasiva formatada foram usados. Tais revestimentos de superfície são descritos nas patentes US n°s 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 formatada 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 formatadas. Os revestimentos de superfície para executarem as funções acima são conhecidos daqueles versados na técnica.

Artigos abrasivos que têm partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam

[0047] Com referência à figura 5, 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 básico 58, aplicada sobre uma primeira superfície principal 60 do suporte 56. Fixada ou parcialmente incorporada no revestimento básico 58 está uma pluralidade de partículas abrasivas formatadas 20 que forma uma camada abrasiva. Sobre as partículas abrasivas formatadas 20 está uma segunda camada de aglutinante, mais adiante neste documento chamada de revestimento de encolamento 62. O propósito do revestimento básico 58 é prender as partículas abrasivas formatadas 20 no substrato 56 e o propósito do revestimento de encolamento 62 é reforçar as partículas abrasivas formatadas 20. Um revestimento de superencolamento opcional, conforme é de conhecimento dos versados na técnica, pode também ser aplicado.

[0048] Conforme pode ser visto, as partículas abrasivas formatadas 20 podem ser ligadas ao suporte 56 pela primeira placa 21. Uma vez que a segunda placa 23 é unida à primeira placa 21 em um ângulo β predeterminado, o ângulo de inclinação da segunda placa 23 a uma peça de trabalho 64 enquanto faz a abrasão da peça de trabalho pode ser controlado precisamente. A capacidade de controlar o ângulo de inclinação pode aumentar o desempenho de corte do artigo abrasivo ou do acabamento do artigo abrasivo.

[0049] Em outra modalidade mostrada na figura 6, as partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam (figura 1) são revestidas por imersão para formar a partícula abrasiva revestida. Mesmo quando o revestimento por imersão é usado, ao contrário do revestimento eletrostático, as partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam tendem a se orientar para que um vértice de uma das placas triangulares está presente para entrar cm contato com a peça de trabalho durante a trituração. O resultado é especialmente pronunciado se uma camada aberta de revestimento abrasivo for usada e partículas abrasivas formatadas em excesso não forem adicionadas de modo a cair sobre as partículas abrasivas formatadas aplicadas anteriormente.

[0050] Para otimizar a orientação, as partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam podem ser aplicadas ao suporte em uma camada aberta de revestimento abrasivo nas figuras 5 e 6. Uma camada aberta de revestimento abrasivo resultará em menos que 100% de cobertura do revestimento básico com partículas abrasivas, deste modo, deixando áreas abertas e uma camada de resina visível entre as partículas abrasivas. Em várias modalidades da invenção, a porcentagem de área aberta na camada abrasiva pode ser de 10% a cerca de 90% ou de cerca de 30% a cerca de 80%.

[0051] O revestimento básico 58 e o revestimento de encolamento 62 compreendem um adesivo resinoso. O adesivo resinoso do revestimento básico 58 pode ser igual ou diferente daquele do revestimento de encolamento 62. Os 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 básico 58 ou o revestimento de encolamento 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.

[0052] 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 auxiliares 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. Os exemplos de tais materiais incluem ceras cloradas, como tetracloronaftaleno, pentacloronaftaleno; e cloreto de polivinila. Exemplos de sais de haleto incluem cloreto de sódio, criolita de potássio, criolita de sódio, criolita de amónio, tetrafluoroborato de potássio, tetrafluoroborato de sódio, fluoretos de silício, cloreto de potássio, e cloreto de magnésio. 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 está incluído no escopo dessa invenção o uso de uma combinação de diferentes auxiliares de trituração; em alguns casos, isso pode produzir um efeito sinérgico. Em algumas modalidades, o auxiliar de trituração é, de preferência, criolita ou tetrafluorborato 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 de superencolamento. O revestimento de superencolamento contém, tipicamente, um ligante e um auxiliar de trituração. Os aglutinantes 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 de superencolamento que compreende uma resina epóxi endurecida por calor, um curativo, uma resina de hidrocarboneto termoplástica, um auxiliar de trituração, um agente dispersante, e um pigmento é usado conforme apresentado na patente US n° 5.441.549 (Helmin).

[0053] Também está incluído no escopo dessa invenção que as partículas abrasivas formatadas 20 podem ser utilizadas em um artigo abrasivo ligado, um artigo abrasivo não tecido ou escovas abrasivas. Um abrasivo ligado compreende uma pluralidade de partículas abrasivas formatadas 20 ligadas por meio de um aglutinante para formar uma massa formatada. O aglutinante para um abrasivo ligado pode ser metálico, orgânico, cerâmico ou vítreo. Um abrasivo não tecido compreende uma pluralidade de partículas abrasivas formtadas 20 ligadas a uma manta fibrosa não tecida por meio de um aglutinante orgânico.

[0054] Com relação especificamente à figura 7, um artigo abrasivo não tecido compreende uma manta fibrosa 100 formada por filamentos entrelaçados 110 presos juntos por um aglutinante 120 como um aglutinante de poliuretano. As partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam 20 são dispersas por toda a manta fibrosa 100 sobre as superfícies expostas dos filamentos 110. O aglutinante 120 reveste pelo menos uma porção dos filamentos 110 e se adere as partículas abrasivas formatadas à manta de não tecido. Para algumas das partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam, pelo menos uma porção do filamento 110 entra em contato com a primeira placa 21 e com a segunda placa 23 simultaneamente. Uma vez que uma área maior das partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam pode entrar em contato com os filamentos, uma adesão melhor das partículas abrasivas formatadas aos filamentos pode ocorrer.

Método de produção das partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam

[0055] Os materiais que podem ser produzidos como objeto cerâmicos formatados usando o processo da invenção incluem precursores físicos, como partículas finamente divididas de materiais cerâmicos conhecidos como alfa alumina, carbureto de silício, alumina/zircônia e carbureto de boro. Também estão incluídos precursores químicos e/ou morfológicos, como tri-hidrato de alumínio, boemita, gama alumina e outras aluminas de transição e bauxita. Os mais úteis dos acima são tipicamente baseados em alumina e seus precursores físicos ou químicos. Deve ser compreendido, entretanto, que a invenção não é limitada a isso, mas pode ser adaptada para uso com uma pluralidade de materiais precursores diferente.

[0056] Outros componentes que são desejáveis em determinadas circunstâncias para a produção de partículas à base de alumina incluem agentes de nucleação como alfa alumina finamente dividida, óxido férrico, óxido de cromo e outros materiais capazes de nuclear a transformação das formas precursoras para a forma de alfa alumina; magnésia; óxido de titânio; zircônia; ítria; e óxidos de metais terrosos raros. Tais aditivos frequentemente agem como limitadores do crescimento do cristal ou modificadores de fase de limite. A quantidade de tais aditivos no precursor é geralmente menor que cerca de 10% e frequentemente menor que 5%, em peso (com base nos sólidos).

[0057] Também é possível usar, ao invés de um precursor químico ou morfológico de alfa alumina, uma tira de alfa alumina finamente dividida em si junto com um composto orgânico que irá mantê-la em suspensão e agir como um aglutinante temporário enquanto a partícula está sendo aquecida até densificação essencialmente completa. Nestes casos, frequentemente é possível incluir na suspensão materiais que irão formar uma fase separada mediante aquecimento ou que podem agir como um auxiliar na manutenção da integridade estrutural das partículas formatadas durante a secagem e aquecimento ou após o aquecimento. Tais materiais podem estar presentes como impurezas. Se, por exemplo, o precursor for bauxita finamente dividida, haverá uma pequena proporção de material vítreo presente que irá formar uma segunda fase após os grãos de pó serem sinterizados juntos para formar a partícula formatada.

[0058] A dispersão que é empregada no processo da invenção pode ser qualquer dispersão de um precursor cerâmico, tal como um material finamente disperso que, após ser submetido ao processo da invenção, está sob a forma de um artigo cerâmico formatado. A dispersão pode ser quimicamente um precursor, como por exemplo, a boemita é um precursor químico da alfa alumina; um precursor morfológico como, por exemplo, gama alumina é um precursor morfológico de alfa alumina; assim como (ou alternativamente), fisicamente um precursor no sentido em que uma forma finamente dividido de alfa alumina pode ser formada em um formato e sinterizada para reter este formato.

[0059] Quando a dispersão compreender um precursor físico ou morfológico conforme o termo usado no presente documento, o precursor está sob a forma de grãos de pó finamente divididos que, quando sinterizados, formam um artigo de cerâmica, como uma partícula abrasiva de utilidade em aplicações abrasivas revestidas e ligadas convencionais. Tais materiais compreendem geralmente grãos de pó com um tamanho médio menor que cerca de 20 microns, de preferência, menos que cerca de 10 microns e, com a máxima preferência, menor que cerca de 1 micron.

[0060] A dispersão usada em um processo preferencial é mais convenientemente um sol-gel de boemita. O sol-gel pode ser um sol-gel semeado que compreende partículas de semente finamente dispersas capazes de nuclear a conversão de precursores de alumina em alfa alumina ou um sol-gel não semeado que se transforma em alfa alumina quando sinterizado.

[0061] O teor de sólidos da dispersão de um precursor físico ou morfológico é, de preferência, de cerca de 40 a 65% embora teores de sólidos maiores de até cerca de 80% podem ser usados. Um composto orgânico é frequentemente usado junto com grãos finamente divididos em tais dispersões como um agente de suspensão ou talvez um aglutinante temporário até a partícula formada ter sido suficientemente seca para manter seu formato. Este pode ser qualquer um daqueles de conhecimento geral para tais propósitos, como polietileno glicol, ésteres de sorbitano e similares.

[0062] O teor de sólidos de um precursor que muda para a forma cerâmica estável final mediante aquecimento pode precisar levar em consideração a água que pode ser liberada do precursor durante a secagem e aquecimento para sinterizar as partículas abrasivas. Nestes casos, o teor de sólidos é tipicamente um pouco menor, tal como cerca de 75% ou menos ou mesmo entre cerca de 30% e cerca de 50%. Com um sol gel de boemita, um teor de sólidos máximo de cerca de 60% ou mesmo 40% pode ser usado e um sol gel com um teor de sólidos mínimo peptizado de cerca de 20% pode também ser usado.

[0063] As partículas abrasivas produzidas a partir de precursores físicos precisarão tipicamente ser aquecidas em temperaturas mais elevadas que aquelas formadas a partir de um precursor químico semeado. Por exemplo, enquanto que as partículas de um sol- gel de boemita semeado formam um alfa alumina essencial e completamente densificado em temperaturas abaixo de cerca de 1250 graus C, as partículas produzidas a partir de sol-géis de boemitas não semeadas podem requerer uma temperatura de queima acima de cerca de 1400 graus C para densificação completa.

[0064] Em uma modalidade de fazer as partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam, sete etapas de processo podem ser utilizadas. 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 mono-hidrato 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.

[0065] Os hidratos de óxido de alumínio além da boemita podem também ser usados. A boemita pode ser preparada por técnicas conhecidas ou pode ser comercialmente obtida. Os exemplos de boemita comercialmente 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 mono-hidratos de óxido de alumínio são relativamente puros, isto é, incluem relativamente poucas, se houver, fases de hidrato, além de mono-hidratos e têm uma alta área de superfície. As propriedades físicas das partículas abrasivas formatadas 20 resultantes irão, em geral, depender do tipo de material usado na dispersão abrasiva.

[0066] 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 baseadas nos versados 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.

[0067] 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. Os 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 US n° 4.744.802 de Schwabel.

[0068] Um agente de peptização pode ser adicionado à dispersão abrasiva para produzir uma dispersão abrasiva hidrossol ou coloidal mais estável. Os agentes de peptização adequados são ácidos monopróticos ou compostos de ácido como ácido acético, ácido clorídrico, ácido fórmico e ácido nítrico. Os 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.

[0069] A dispersão abrasiva pode ser formada por quaisquer meios adequados, como, por exemplo, simplesmente pela mistura de mono-hidrato de óxido de alumínio com água contendo um agente peptizante ou pela formação de uma pasta aquosa de mono-hidrato 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. Os 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 sílica e óxido de ferro, conforme apresentado na patente US 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 US 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 US n° 6.277.161 de Castro em 21 de agosto de 2001.

[0070] 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. A cavidade tem um formato tridimensional específico para produzir as partículas abrasivas formatadas ilustradas nas figuras 1 a 4. O molde pode ter uma primeira cavidade do molde que corresponde ao formato da primeira placa 2 e uma segunda cavidade do molde que corresponde ao formato da segunda placa 23 que se cruzam em um ângulo predeterminado com a primeira cavidade do molde. Em geral, a primeira cavidade do molde será adjacente à superfície superior do molde com o perímetro da cavidade na superfície superior formando o perímetro da primeira superfície principal 24 da primeira placa 21. A segunda cavidade do molde cruzará e se estenderá para dentro da espessura do molde a partir do fundo da primeira cavidade do molde que forma a segunda superfície principal 26 da primeira placa 21.

[0071] 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 um ferramental metálico para alterar suas propriedades de tensão de superfície a título de exemplo.

[0072] Uma ferramenta polimérica ou termoplástica pode ser replicada a partir de uma ferramenta mestra metálica. 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 tal 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, então, deve-se tomar cuidado para não gerar calor excessivo que possa distorcer a ferramenta de produção termoplástica, limitando sua vida. Maiores informações concernentes ao projeto e fabricação de ferramental de produção ou ferramentas mestras podem ser encontradas nas patentes US n°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.).

[0073] O acesso às cavidades pode ser de uma abertura da superfície de topo. Em uma modalidade, a superfície de topo é substancialmente paralela à superfície inferior do molde, com as cavidades tendo uma profundidade substancialmente uniforme. 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.

[0074] 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 de matriz de fenda de 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 das ferramentas de produção em contato com o sol-gel de tal maneira que entre cerca de 0,015 mg/cm2 (0,1 mg/polegadas2) a cerca de 0,46 mg/cm2 (3,0 mg/polegadas2), ou entre cerca de 0,015 mg/cm2 (0,1 mg/polegadas2) a cerca de 0,78 mg/cm2 (5,0 mg/polegadas2) do agente de liberação do molde está presente por unidade de área do molde quando a liberação do molde for desejada. Em uma modalidade, a superfície de topo do molde é revestida com a dispersão abrasiva. A dispersão abrasiva pode ser bombeada ou aplicada sobre 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 substancialmente livre da dispersão. A pressão aplicada pelo raspador ou barra niveladora é tipicamente menor que 0,69 MPa (100 psi) ou menos que 0,34 MPa (50 psi) ou menos que 0,06 MPa (10 psi). Em algumas modalidades, nenhuma superfície exposta da dispersão abrasiva se estende substancialmente além da superfície de topo para assegurar uniformidade na espessura das partículas abrasivas formatadas 20 resultantes.

[0075] 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 à 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 o ferramental de polipropileno a temperatura deve ser menor que o ponto de fusão do plástico.

[0076] 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.

[0077] A quinta etapa de processamento envolve a remoção das partículas abrasivas formatadas precursoras a partir das cavidades do molde. As partículas abrasivas precursoras formatadas podem ser removidas das cavidades através do uso dos processos a seguir, sozinhos ou em combinação no molde: gravidade, vibração, vibração ultrassónica, vácuo, ou ar pressurizado para remover as partículas das cavidades do molde.

[0078] 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 a fim de minimizar o tempo que a dispersão abrasiva permanece no molde. Tipicamente, as partículas abrasivas formatadas 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.

[0079] A sexta etapa do processo envolve a calcinação de partículas abrasivas formatadas 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 formatadas 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 formatadas precursoras calcinadas. Então, as partículas abrasivas formatadas precursoras são calcinadas novamente. Essa opção é adicionalmente descrita no pedido de patente europeia n° 293.163.

[0080] A sétima etapa do processo envolve sinterização das partículas abrasivas formatadas precursoras calcinadas, para formar partículas de alfa alumina. Antes da sinterização, as partículas abrasivas formatadas precursoras calcinadas não são completamente densificadas e, portanto, não contêm o teor de dureza desejado a ser usado como partículas abrasivas formatadas. A sinterização ocorre através do aquecimento das partículas abrasivas formatadas precursoras calcinadas a uma temperatura de 1.000 graus C a 1.650 graus C e mantendo-se as mesmas dentro desta faixa de temperatura, até que substancialmente todo o mono-hidrato 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 formatadas precursoras calcinadas devem ser expostas à temperatura de sinterização para alcançar este nível de conversão depende de vários fatores, mas é tipicamente de cinco segundos a 48 horas. Em outra modalidade, a duração da etapa de sinterização situa-se na faixa de um minuto a 90 minutos. Após a sinterização, as partículas abrasivas formatadas podem ter um teor de dureza Vickers de 10 GPa, 16 GPa, 18 GPa, 20 GPa, ou mais.

[0081] 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 US n° 4.314.827 de Leitheiser.

[0082] Maiores informações com relação aos métodos para produzir as partículas abrasivas formatadas são apresentadas no pedido de patente copendente US n° de série 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 Exemplo 1 e exemplo comparativo A

[0083] O exemplo 1 e o exemplo comparativo A foram preparados para demonstrar os atributos aprimorados das partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam. As novas partículas abrasivas do exemplo 1 são formatadas para ter uma geometria específica, conforme mostrado na figura 8 para fornecer a elas o afiamento necessário para uma aplicação abrasiva desejada. Tais partículas abrasivas possuem a forma de uma placa de base triangular com uma placa plana se projetando de uma das superfícies triangulares. Este abrasivo é projetado para ter múltiplas bordas muito afiadas.

Exemplo 1

[0084] Um sol de alumina foi preparado por combinar 2316 gramas de água deionizada e 66 gramas de ácido nítrico em um misturador de alto cisalhamento (misturador Scott Turbon, Adelanto, Califórnia, EUA) operando a 1601 RPM. 1600 gramas de mono-hidrato de óxido de alumínio (“Disperal”, Sasol North America, Houston, Texas, EUA) foram adicionados ao longo de um minuto. Após 5 minutos, foram adicionados mais 6 gramas de ácido nítrico e após sete minutos de mistura, 12 gramas de óleo de amendoim (“óleo de amendoim, n.f.”, Alnor Oil Company, Valley Stream, New York, EUA) (0,75% com base no conteúdo de Disperal) foram adicionados à misturar e incorporados durante 2 minutos. O tamanho do lote foi de 4000 gramas. O sol foi deixado gelificar e envelhecer durante 24 horas antes do uso.

[0085] O sol gel foi forçado dentro das cavidades da ferramenta microrreplicada usando uma espátula de aço inoxidável com 12,7 cm (5 polegadas) de largura. O sol gel foi forçado dentro de um pedaço de 23 cm x 33 cm (9 pol x 13 pol) de ferramentas de produção tendo cavidades com as dimensões mostradas nas figuras 9A a 9C. O sol gel em excesso foi cuidadosamente removido da ferramenta com a espátula. A ferramenta revestida foi, então, colocada em um forno de convecção de ar a 45 graus C durante 1,5 horas para remover água e secar o sol gel em partículas formatadas. As partículas foram removidas da ferramenta com o auxílio de uma corneta ultrassónica. As partículas abrasivas formatadas precursoras com 0,75% de óleo de amendoim foram calcinadas a aproximadamente 650 graus Celsius (15 minutos) e, então, foram saturadas com uma solução de nitrato mista com a concentração a seguir (relatada como óxidos): 1,0% de MgO, 1,2% de Y2O3, 4,0% de La2Ü3 e 0,05% de CoO. A solução de nitrato em excesso foi removida e as partículas abrasivas formatadas precursoras saturadas que se cruzam foram deixadas para secar e depois disso foram novamente calcinadas a 650 graus C e sinterizadas (15 minutos) a aproximadamente 1.400 graus C (5 minutos). Ambas, a calcinação e a sinterização, foram realizadas usando-se calcinação por tubo giratório. As partículas abrasivas produzidas usando os processos acima são mostradas na figura 10. Devido ao aprisionamento de ar, a ponta do triângulo em projeção tendeu a ser truncado resultando nas partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam tridimensionais mostradas.

Exemplo comparativo A

[0086] O exemplo comparativo A foi preparado de forma idêntica ao exemplo 1 com a exceção de que um molde que tem uma cavidade de molde triangular plana com cada lado da face maior do triângulo com 2,794 mm de comprimento, uma profundidade de molde de 0,711 mm, e um ângulo de saída de 97 graus foi substituído pelo molde de placas que se cruzam usado no exemplo 1. As partículas abrasivas formatadas produzidas eram iguais ou similares às partículas abrasivas formatadas apresentadas na publicação de patente US 2010/0151196.

Exemplo 2 e exemplo comparativo B

[0087] Os abrasivos de não tecido do exemplo 2 e do exemplo comparativo B foram preparados com as partículas abrasivas do exemplo 1 e do exemplo comparativo A, respectivamente.

Exemplo 2

[0088] O exemplo 2 foi preparado por revestimento por cilindro de um tecido de não tecido preparado convencionalmente de 126 g/m2 de fibras têxteis de náilon 6,6 com 70 denier (78dtex) x 38 mm (1,5 polegada) que foi ligeiramente ligado com uma resina à base de poliuretano com as partículas abrasivas em formato de placas que se cruzam do exemplo 1. A um pedaço de 10,2 x 15,2 cm (4 x 6 polegadas) do tecido pré-ligado não tecido, uma resina básica de 49,15% de resina fenólica resolica, 10,19% de água, 40,56% de carga de carbonato de cálcio, 0,10% de emulsificante EMUUXN A (BASF, Florham Park, New Jersey, EUA), e uma quantidade-traço de criolita foi aplicada para obter um acréscimo úmido de 200 g/metro quadrado. 323 gramas por metro quadrado das partículas abrasivas do exemplo 1 foram revestidas por imersão sobre o revestimento básico. O compósito foi, então, aquecido até 90 graus C e mantido a essa temperatura durante 90 minutos. Um revestimento de encolamento de 50,56% de DOCANOL PMA 484431 (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, EUA), 36,2% de ADEPRINE BL-16 (Chemutra Group, Middlebury, CT, EUA) resina à base de poliuretano e 13,24% de curativo LAPOX K450 (42,33% em PMA) (Royce International, East Rutherford, CT, EUA) foi aplicado por revestimento por cilindro para obter um acréscimo úmido de 96 gramas por metro quadrado. O compósito resultante foi, então, aquecido a 330 graus C e mantido a essa temperatura durante 5 minutos. O artigo abrasivo resultante é mostrado na figura 11.

Exemplo comparativo B

[0089] O exemplo comparativo B foi preparado de forma idêntica ao exemplo 2 com a exceção de que as partículas abrasivas do exemplo comparativo A foram substituídas pelas partículas abrasivas do exemplo 1.

Teste do artigo abrasivo de não tecido

[0090] Discos abrasivos de não tecido foram cortados a partir do exemplo 2 e do exemplo comparativo B e foram fixados a blocos de reserva 3M Blue Vinyl Foam n° 02345 (obtidos junto à 3M Company of Maplewood, Minnesota, EUA) e montados sobre uma lixadeira orbital aleatória. A lixadeira orbital aleatória foi ativada para operar a 3450 rpm e impulsionada contra um molde de corte em aço (45 Rockwell) sob uma carga de 2,72 kg (6 lb) sobre uma transversal de 25,4 cm (10 polegadas) a 0,61 m/min (2 pés/min).

[0091] A taxa de corte inicial (o corte durante a primeira transversal) da amostra do exemplo 2 foi três vezes mais alta que a da amostra do exemplo comparativo B. O corte total após três ciclos foi de cerca de 0,09 gramas de aço para a amostra do exemplo 2 e 0,04 gramas para a amostra do exemplo comparativo B. Julgou-se que a amostra do exemplo 2 tem um desempenho de trituração significativamente aprimorado em comparação ao exemplo comparativo B.

Claims

1. Partículas abrasivas formatadas, CARACTERIZADAS pelo fato de que compreendem uma cerâmica e compreendem uma primeira placa integralmente unida a uma segunda placa a um ângulo β predeterminado, em que o ângulo β predeterminado está entre 20 graus a 90 graus incluindo 90 graus, em que a primeira placa ou a segunda placa compreende uma primeira superfície principal e uma segunda superfície principal conectadas por pelo menos uma parede lateral, e em que um ângulo de saída α entre a segunda superfície principal e a pelo menos uma parede lateral está entre 95 graus a 135 graus.

2. Partículas abrasivas formatadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que o ângulo de saída α entre a segunda superfície principal e a parede lateral está entre 95 graus a 120 graus.

3. Partículas abrasivas formatadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que a primeira placa compreende uma pirâmide triangular truncada e a segunda placa compreende uma pirâmide triangular truncada.

4. Partículas abrasivas formatadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que a primeira placa compreende um prisma triangular e a segunda placa compreende um prisma triangular.

5. Partículas abrasivas formatadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que a primeira placa compreende um prisma romboide e a segunda placa compreende um prisma triangular.

6. Partículas abrasivas formatadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADAS pelo fato de que a primeira placa compreende uma pirâmide romboide truncada e a segunda placa compreende uma pirâmide triangular truncada.

7. Partículas abrasivas formatadas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADAS pelo fato de que o ângulo β predeterminado é 90 graus.

8. Partículas abrasivas formatadas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADAS pelo fato de que o ângulo β predeterminado está entre 20 graus a 85 graus.

9. Partículas abrasivas formatadas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADAS pelo fato de que as partículas abrasivas formatadas compreendem alfa alumina e são formadas por moldagem de um sol- gel de alumina boemita.