BRPI0710788B1 - Artigo abrasivo estruturado e método de abrasão e fabricação do mesmo - Google Patents

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BRPI0710788B1
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Edward J. Woo
Craig F. Lamphere
Gregory A. Koehnle
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Abstract

<b>artigo abrasivo estruturado e método de abrasão e fabricação do mesmo <d>trata-se de um artigo abrasivo estruturado que compreende uma camada de suporte, uma camada abrasiva estruturada presa à camada de suporte, sendo que a camada abrasiva estruturada compreende: uma pluralidade de regiões abrasivas em relevo, cada umaconsistindo essencialmente em uma pluralidade de compósitos abrasivos piramidais compactados; e uma rede consistindo essencialmente em compósitos abrasivos piramidais truncados compactados, sendo que a rede une e separa as regiões abrasivas em relevo umas das outras de forma coffitínua. a altura dos compósitos abrasivos piramidais é maior que a altura dos compositos abrasivos piramidais truncados. são apresentados métodos de prepa-ro e uso destes artigos abrasivos.

Description

ARTIGO ABRASIVO ESTRUTURADO E MÉTODO DE ABRASÃO E FABRICAÇÃO DO MESMO
Antecedentes
Por anos, uma classe de artigos abrasivos conhecidos genericamente como artigos abrasivos estruturados têm sido vendida comercialmente para uso em acabamento de superfícies. Os artigos abrasivos estruturados têm uma camada abrasiva estruturada afixada a uma camada de suporte e são tipicamente usados em conjunto com um líquido, por exemplo água, opcionalmente contendo um tensoativo. A camada abrasiva estruturada tem uma pluralidade de compósitos abrasivos modelados (tipicamente de tamanho muito pequeno), cada um contendo-partículas abrasivas dispersas em um aglutinante. Em muitos casos, os compósitos abrasivos modelados são precisamente formados, por exemplo de acordo com vários formatos geométricos (por exemplo, pirâmides). Exemplos de tais artigos abrasivos estruturados incluem aqueles comercializados pela 3M Company, St. Paul, Minnesota, EUA, sob a designação comercial TRIZACT.
Artigos abrasivos estruturados são frequentemente usados em combinação com uma superfície de suporte montada em uma ferramenta (por exemplo, um lixadeira de disco ou uma lixadeira orbital). Em tais aplicações, os artigos abrasivos estruturados têm tipicamente uma camada de interface de ligação (por exemplo, uma película com ganchos, tecido em forma de laço, ou adesivo) que os fixa à superfície de suporte, durante o uso.
Os artigos abrasivos estruturados convencionais têm freqüentemente problemas de atrito estático, a tendência da superfície abrasiva de grudar em uma peça de trabalho quando usada nos processos de lixamento a úmido típicos da indústria. Para reduzir o atrito estático, uma solução foi fornecer regiões não-revestidas na parte posterior que separam as regiões de compósitos abrasivos moldados compactados; entretanto, durante a fabricação, esta abordagem pode levar a aberrações na camada abrasiva estruturada (por exemplo, materiais abrasivos estranhos fixados fracamente aos compósitos abrasivos moldados, conforme mostrado, por exemplo, na figura 6) que podem resultar em arranhões desordenados na peça de trabalho, duFante o uso.
Sumário
Em um aspecto, a presente invenção refere-se a um artigo abrasivo estruturado que compreende:
uma camada de suporte contendo duas superfícies principais opostas; e uma camada abrasiva estruturada contendo um contorno externo e afixada à primeira superfície principal da camada de suporte, e compreendendo:
uma pluralidade de regiões abrasivas em relevo, consistindo essencialmente em compósitos abrasivos piramidais compactados tendo uma primeira altura;
uma rede consistindo essencialmente em compósitos abrasivos piramidais compac2 tados truncados tendo uma segunda altura, sendo que a rede une e separa as regiões abrasivas em relevo uma da outra de forma contínua e é coextensiva com o contorno externo;
sendo que os compósitos abrasivos piramidais e os compósitos abrasivos piramidais truncados compreendem partículas abrasivas e um aglutinante, e sendo que a primeira altura é maior que a segunda altura.
Em outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método de abrasão de uma peça de trabalho, sendo que o dito método compreende:
a) fornecer um artigo abrasivo estruturado gofrado de acordo com a presente invenção;
b) fornecer uma peça de trabalho;
c) colocar em contato friccional ao menos uma porção da camada abrasiva estruturada com ao menos uma porção da peça de trabalho; e
d) mover pelo menos uma dentre a peça de trabalho e a camada abrasiva estruturada em relação à outra para lixar ao menos uma porção da superfície da peça de trabalho.
Em outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método para fabricação de um artigo abrasivo estruturado, com o método compreendendo:
fornecer uma camada de suporte contendo duas superfícies principais opostas; fornecer uma pasta fluida abrasiva compreendendo uma pluralidade de partículas abrasivas dispersas em um precursor de aglutinante;
fornecer uma ferramenta de produção tendo uma superfície principal e um contorno externo, com a superfície principal compreendendo:
uma pluralidade de regiões rebaixadas, com cada região rebaixada consistindo essencialmente em cavidades piramidais compactadas tendo uma primeira profundidade; e uma rede consistindo essencialmente em cavidades piramidais truncadas compactadas tendo uma segunda profundidade, sendo que a rede toca continuamente e separa as regiões rebaixadas uma da outra e é coextensiva com o contorno externo, e sendo que a profundidade das cavidades piramidais é maior que a profundidade das cavidades piramidais abrasivas truncadas;
impelir a pasta fluida abrasiva contra a superfície principal, de modo que a pasta fluida abrasiva preencha ao menos uma porção das cavidades piramidais e das cavidades piramidais truncadas;
colocar a primeira superfície principal da camada de suporte em contato com a pasta fluida abrasiva das cavidades piramidais e das cavidades piramidais truncadas;
curar, pelo menos parcialmente, o precursor de aglutinante para formar um aglutinante e, por conseguinte, formar uma pluralidade de compósitos abrasivos piramidais e compósitos abrasivos piramidais truncados, presos à camada de suporte; e separar a primeira superfície principal da camada de suporte da ferramenta de produção.
Os artigos abrasivos estruturados, de acordo com a presente invenção, exibem, tipicamente, um atrito estático relativamente baixo durante os processos de abrasão, têm características de desgaste desejáveis e são prontamente fabricáveis através de métodos contínuos com baixa taxa de defeitos.
Para uso na presente invenção:
compósito abrasivo refere-se a partículas de grãos abrasivos dispersas em um aglutinante orgânico;
compactado significa que a base de cada compósito abrasivo piramidal (ou a abertura de cada cavidade) faz fronteira com compósitos abrasivos piramidais (ou cavidades) adjacentes, truncados ou não, ao longo de toda a circunferência, exceto no perímetro da camada ou molde abrasivo onde, sem dúvida, isto não seria possível;
consistindo essencialmente em compósitos abrasivos compactados (por exemplo, compósitos abrasivos piramidais truncados ou compósitos abrasivos piramidais) significa que, enquanto um grau de variação (por exemplo, na altura, no formato ou na densidade) é levado em consideração (por exemplo, como resultado do processo de fabricação usado), esta variação não pode afetar substancialmente as propriedades abrasivas do artigo abrasivo estruturado (por exemplo, corte, vida útil ou uniformidade da superfície final resultante): θ consistindo essencialmente em cavidades compactadas (por exemplo, cavidades piramidais truncadas ou cavidades piramidais) significa que, enquanto um grau de variação (por exemplo, na profundidade, formato, ou densidade) é abrangido (por exemplo, aparecendo a partir do processo de fabricação usado), esta variação não pode afetar materialmente as propriedades abrasivas do artigo abrasivo estruturado resultante (por exemplo, corte, vida útil, ou lisura da superfície final resultante).
Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1A é uma vista em perspectiva de um disco abrasivo estruturado exemplificador, de acordo com a presente invenção;
A figura 1B é uma vista ampliada de uma porção do disco abrasivo estruturado 100, mostrado na figura 1A, que apresenta a camada abrasiva estruturada com mais detalhes;
A figura 1C é uma vista em seção transversal mais ampliada de uma porção do disco abrasivo estruturado 100, mostrado na figura 1B, que apresenta a camada abrasiva estruturada com mais detalhes;
A figura 2 é um micrógrafo digital do molde de polipropileno usado para preparar o Exemplo 1;
A figura 3 é um micrógrafo digital do artigo abrasivo estruturado preparado de acordo com o Exemplo 1;
A figura 4 é um micrógrafo digital do artigo abrasivo estruturado preparado de acordo com o Exemplo Comparativo A; e
A figura 5 é um micrógrafo digital do molde de polipropileno usado para preparar o Exemplo Comparativo C; e
A figura 6 é um micrógrafo digital de um artigo abrasivo estruturado do Exemplo Comparativo C.
Descrição Detalhada
Artigos abrasivos estruturados, de acordo com a presente invenção, compreendem uma camada abrasiva estruturada afixada a uma primeira superfície principal de uma camada de suporte. Um artigo abrasivo estruturado exemplificador é mostrado nas figuras 1A - 1C. Agora com referência à figura 1A, o disco abrasivo estruturado 100 exemplificador tem uma camada de suporte 110 com uma primeira e uma segunda superfície principal, 115 e 117, respectivamente. Uma camada adesiva 120 opcional entra em contato e é afixada de maneira coextensiva a primeira superfície principal 115. A camada abrasiva estruturada 130 tem um contorno externo 150 e, entra em contato e é afixada de maneira coextensiva a primeira superfície principal 115 da camada de suporte 110 (se a camada adesiva 120 opcional não estiver presente) ou a camada adesiva 120 opcional (caso ela esteja presente). Conforme mostrado na figura 1B, a camada abrasiva estruturada 130 compreende uma pluralidade de regiões abrasivas em relevo 160 e a rede 166. Cada região abrasiva em relevo 160 consiste essencialmente em uma pluralidade de compósitos abrasivos piramidais 162 compactados, tendo uma primeira altura 164. A rede 166 consiste essencialmente em compósitos abrasivos piramidais truncados 168 compactados, tendo uma segunda altura 170. A rede 166 toca continuamente e separa as regiões abrasivas em relevo 160 uma da outra e é coextensiva com o contorno externo 150. A altura 164 dos compósitos abrasivos piramidais 162 é maior que a altura 170 dos compósitos abrasivos piramidais truncados 168. Uma camada de interface de ligação mecânica 140 opcional é afixada à segunda superfície principal 117. Agora com referência à figura 1C, compósitos abrasivos piramidais 162 e compósitos abrasivos piramidais truncados 168, com cada um compreendendo partículas abrasivas 137 e um aglutinante 138.
Descobriu-se que a combinação entre compósitos abrasivos piramidais e uma rede de compósitos abrasivos piramidais truncados, de acordo com a presente invenção, tipicamente facilita a remoção de sujeira (por exemplo, limalha de ferro) e captura eficazmente fragmentos de poeira, aumenta a proporção de pressão friccional distribuída aos compósitos piramidais durante processos de abrasão (particularmente útil em processos manuais de abrasão), reduz o atrito estático, e facilita a fabricação, evitando partículas estranhas de pastas fluidas abrasivas curadas, que podem levar a arranhões desarranjados em uma peça de trabalho, durante os processos de abrasão.
As camadas de suporte adequadas incluem, por exemplo, películas poliméricas (in5 cluindo película polimérica primária), tecido, papel, espumas poliméricas porosas e nãoporosas, fibras vulcanizadas, forros termoplásticos reforçados com fibra, não-tecidos de fiação por fusão ou produzidos por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade, versões tratadas dos mesmos (por exemplo, com um tratamento impermeabilizante), e combinações dos mesmos. Polímeros termoplásticos adequados para uso em películas poliméricas incluem, por exemplo, poliolefinas (por exemplo, polietileno e polipropileno), poliésteres (por exemplo, tereftalato de polietileno), poliamidas (por exemplo, náilon-6 e náilon-6,6), poliimidas, policarbonatos, mesclas dos mesmos, e combinações dos mesmos.
Tipicamente, ao menos uma superfície principal da camada de suporte é lisa (por exemplo, para servir como a primeira superfície principal).
A segunda superfície principal da camada de suporte pode compreender um revestimento anti-derrapante ou friccional. Exemplos de tais revestimentos incluem um particulado inorgânico (por exemplo, carbonato de cálcio ou quartzo) disperso em um adesivo.
A camada de suporte pode conter vários aditivos. Exemplos de aditivos adequados incluem corantes, elementos auxiliares ao processamento, fibras de reforço, estabilizantes de calor, estabilizantes UV e antioxidantes. Exemplos de enchimentos úteis incluem argilas, carbonato de cálcio, microesferas de vidro, talco, mica, farinha de madeira; e carbono negro. Em algumas modalidades, a camada de suporte pode ser uma película compósita como, por exemplo, uma película coextrudada contendo duas ou mais camadas distintas.
A camada abrasiva estruturada tem compósitos abrasivos piramidais dispostos em matriz em uma disposição compactada, para formar regiões abrasivas em relevo. As regiões abrasivas em relevo têm, tipicamente, formatos idênticos e são dispostas na camada de suporte de acordo com um padrão de repetição, apesar do fato de que nenhum destes é um requisito.
O termo compósito abrasivo piramidal refere-se a um compósito abrasivo com o formato de uma pirâmide, ou seja, uma figura sólida com uma base poligonal e faces triangulares que se encontram em um ponto comum (ápice). Exemplos de tipos de formatos de pirâmide adequados incluem pirâmides de três lados, quatro lados, cinco lados, seis lados, e combinações das mesmas. As pirâmides podem ser regulares (ou seja, todos os lados são iguais) ou irregulares. A altura de uma pirâmide é a menor distância do ápice até a base.
O termo compósito abrasivo piramidal truncado refere-se a um compósito abrasivo com o formato de uma pirâmide truncada, ou seja, uma figura sólida com uma base poligonal e faces triangulares que se encontram em um ponto comum, sendo que o ápice é cortado e é substituído por um plano que é paralelo à base. Exemplos de tipos de formatos de pirâmide truncada adequados incluem pirâmides truncadas de três lados, quatro lados, cinco lados, seis lados, e combinações das mesmas. As pirâmides truncadas podem ser regulares (ou seja, com todos os lados iguais) ou irregulares. A altura de uma pirâmide truncada é a menor distância do ápice até a base.
Para aplicações de acabamento fino, a altura dos compósitos abrasivos piramidais (ou seja, não truncados) é geralmente maior ou igual a 25,4 micrômetros (1 mil) e menor que ou igual a 510 micrômetros (20 mils); por exemplo, menor que 380 micrômetros (15 mils), 250 micrômetros (10 mils), 130 micrômetros (5 mils), 50 micrômetros (2 mils), apesar do fato de que alturas maiores e menores também podem ser usadas.
Uma rede contínua consistindo essencialmente em compósitos abrasivos piramidais truncados compactados toca continuamente e separa as regiões abrasivas em relevo uma do outra. Para uso na presente invenção, o termo toca continuamente significa que a rede é proximal a cada uma das porções abrasivas em relevo, por exemplo em uma disposição compactada de compósitos abrasivos piramidais truncados e compósitos abrasivos piramidais. A rede pode ser formada ao longo de linhas retas, linhas curvas, ou segmentos dos mesmos, ou uma combinação dos mesmos. Tipicamente, a rede se estende através da camada abrasiva estruturada; mais tipicamente, a rede tem uma disposição regular (por exemplo, uma rede de linhas paralelas que se cruzam ou um padrão hexagonal). Em algumas modalidades, a rede tem uma largura mínima de pelo menos duas vezes a altura dos compósitos abrasivos piramidais.
A razão entre a altura dos compósitos abrasivos piramidais truncados e a altura dos compósitos abrasivos piramidais é menor que um, tipicamente na faixa de pelo menos 0,05, 0,1, 0,15, ou mesmo até, e incluindo, 0,20, e incluindo 0,25, 0,30, 0,35, 0,40, 0,45, 0,5 ou mesmo 0,8, apesar do fato de que outras razões podem ser usadas. Mais tipicamente, a razão está na faixa de pelo menos 0,20 até, e incluindo, 0,35.
Para aplicações de acabamento fino, a densidade de área dos compósitos abrasivos piramidais e/ou piramidais truncados na camada abrasiva estruturada situa-se, tipicamente, na faixa de pelo menos 1.000, 10.000, ou mesmo pelo menos 20.000 compósitos abrasivos por polegada quadrada (por exemplo, pelo menos 150, 1.500, ou mesmo 7.800 compósitos abrasivos por centímetro quadrado) até, e incluindo, 50.000, 70.000, ou mesmo tanto quanto 100.000 compósitos abrasivos por polegada quadrada (até, e incluindo, 7.800, 11.000, ou mesmo tanto quanto 15.000 compósitos abrasivos por centímetro quadrado), apesar do fato de que densidades maiores ou menores de compósitos abrasivos também podem ser usadas.
A razão base entre piramidal e piramidal truncada, ou seja, a razão entre a área combinada das bases dos compósitos abrasivos piramidais e a área combinada das bases dos compósitos abrasivos piramidais truncados pode afetar a performance de corte e/ou acabamento dos artigos abrasivos estruturados da presente invenção. Para aplicações de acabamento fino, a razão base entre a piramidal e a piramidal truncada situa-se, tipicamente, na faixa de 0,8 a 9, por exemplo, na faixa de 1 a 8, 1,2 a 7, ou 1,2 a 2, apesar do fato de que as razões fora dessas faixas também podem ser usadas.
Compósitos abrasivos individuais (sejam eles piramidais ou piramidais truncados) compreendem grãos abrasivos dispersos em um aglutinante polimérico.
Qualquer granulado abrasivo conhecido na técnica abrasiva podem estar incluído nos compósitos abrasivos. Exemplos de grãos abrasivos úteis incluem óxido de alumínio, óxido de alumínio fundido, óxido de alumínio termo-tratado (que inclui óxido de alumínio castanho, óxido de alumínio termo-tratado, e óxido de alumínio branco), óxido de alumínio cerâmico, carbureto de silício, carbureto de silício verde, alumina-zircônia, óxido de cromo, céria, óxido de ferro, granada, diamante, nitreto de boro cúbico, e combinações dos mesmos. Para aplicações de reparação e acabamento, tamanhos de granulados abrasivos úteis situam-se, tipicamente, na faixa de um tamanho médio de partícula de pelo menos 0,01, 0,1, 1, 3 ou mesmo 5 micrômetros até, e incluindo, 35, 50, 100, 250, 500, ou mesmo tanto quanto 1.500 micrômetros, apesar do fato de que tamanhos de partícula fora desta faixa também podem ser usados.
As partículas abrasivas podem ser ligadas uma a outra (por outro elemento além do aglutinante), para formar um aglomerado, conforme descrito, por exemplo, nas Patentes US. n° 4.311.489 (Kressner); e 4.652.275 e 4.799.939 (ambas atribuídas à Bloecher et al.).
As partículas abrasivas podem ter um tratamento de superfície nas mesmas. Em alguns casos, o tratamento de superfície pode aumentar a adesão ao aglutinante, alterar as características de abrasão da partícula abrasiva, ou similares. Exemplos de tratamentos de superfície incluem agentes de ligação, sais de haleto, óxidos metálicos incluindo sílica, nitretos de metal refratário, e carburetos de metal refratário.
Os compósitos abrasivos (sejam eles piramidais ou piramidais truncados) podem, também, compreender partículas diluentes, tipicamente na mesma ordem de magnitude das partículas abrasivas. Exemplos de tais partículas diluentes incluem gesso natural, mármore, calcário, sílex, sílica, bolhas de vidro, microesferas de vidro e silicato de alumínio.
As partículas abrasivas são dispersas em um aglutinante para formar o compósito abrasivo. O aglutinante pode ser um aglutinante termoplástico, entretanto, ele é, tipicamente, um aglutinante termofixo. O aglutinante é formado a partir de um precursor de aglutinante. Durante a fabricação do artigo abrasivo estruturado, o precursor de aglutinante termofixo é exposto a uma fonte de energia que auxilia na iniciação do processo de polimerização ou cura. Exemplos de fontes de energia incluem energia térmica e energia de radiação, que inclui feixe de elétrons, luz ultravioleta e luz visível.
Após este processo de polimerização, o precursor de aglutinante é convertido em um aglutinante solidificado. Alternativamente, para um precursor de aglutinante termoplástico, durante a fabricação do artigo abrasivo, o precursor de aglutinante termoplástico é resfriado até um grau que resulta na solidificação do precursor de aglutinante. Após a solidifica8 ção do precursor de aglutinante, o compósito abrasivo é formado.
Existem duas classes principais de resinas termofixas, resinas curáveis por condensação e polimerizáveis por adição. Resinas polimerizáveis por adição são vantajosas, pois elas são prontamente curadas mediante a exposição à energia de radiação. Resinas polimerizadas por adição podem ser polimerizadas através de um mecanismo catiônico ou um mecanismo de radical livre. Dependendo da fonte de energia que é utilizada e a química do precursor de aglutinante, um agente de cura, iniciador, ou catalisador é, às vezes, preferencial para ajudar na iniciação da polimerização.
Exemplos de precursores de aglutinante típicos incluem resinas fenólicas, resinas de uréia-formaldeído, resinas aminoplásticas, resinas de uretano, resinas de melamina formaldeído, resinas de cianato, resinas de isocianurato, resinas de acrilato (por exemplo, uretanos acrilados, epóxis acrilados, compostos etilenicamente insaturados, derivados de aminoplástico contendo grupos carbonila alfa.beta-insaturados pendentes, derivados de isocianurato contendo ao menos um grupo acrilato pendente, e derivados de isocianato contendo pelo menos um grupo acrilato pendente) éteres de vinila, resinas epóxi, e misturas e combinações dos mesmos. O termo acrilato abrange acrilatos e metacrilatos. Em algumas modalidades, o aglutinante é selecionado do grupo consistindo em acrílicos, fenólicos, epóxis, uretanos, cianatos, isocianuratos, aminoplásticos, e combinações dos mesmos.
Resinas fenólicas são adequadas para esta invenção e têm boas propriedades térmicas, disponibilidade, custo relativamente baixo e facilidade de manuseio. Existem dois tipos de resinas fenólicas: resolica e novolaca. As resinas fenólicas resolicas têm uma razão molar entre formaldeído e fenol maior que ou igual a um para um, tipicamente entre 1,5:1,0 e 3,0:1,0. As resinas novolaca têm uma razão molar entre formaldeído e fenol menor que um para um. Exemplos de resinas fenólicas comercialmente disponíveis incluem aquelas conhecidas pelas designações comerciais DUREZ e VARCUM, disponíveis junto à Occidental Chemicals Corp., Dallas, Texas, E.U.A.; RESINOX, disponível junto à Monsanto Co., Saint Louis, Missouri, EUA; e AEROFENE e AROTAP, disponíveis junto à Ashland Specialty Chemical Co., Dublin, Ohio, E.U.A..
Uretanos acrilados são ésteres de diacrilato de poliésteres ou poliéteres estendidos de NCO terminados em hidroxi. Exemplos de uretanos acrilados comercialmente disponíveis incluem aqueles disponíveis sob a designação comercial UVITHANE 782, disponível junto à Morton Thiokol Chemical, e CMD 6600, CMD 8400 e CMD 8805, disponíveis junto à UCB Radcure, Smyrna, Geórgia.
Epóxis acrilados são ésteres de diacrilato de resinas de epóxi, como os ésteres de diacrilato de resina de epóxi bisfenol A. Exemplos de epóxis acrilados comercialmente disponíveis incluem aqueles disponíveis sob as designações comerciais CMD 3500, CMD 3600 e CMD 3700, disponíveis junto à UCB Radcure.
Resinas etilenicamente insaturadas incluem tanto compostos monoméricos como poliméricos, que contém átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio, e, opcionalmente, nitrogênio e seus halogênios. Átomos de oxigênio ou nitrogênio, ou ambos, geralmente estão presentes em grupos éter, éster, uretano, amida e uréia. Compostos etilenicamente insaturados têm, de preferência, um peso molecular menor que 4.000 g/mol e são, de preferência, ésteres produzidos a partir da reação de compostos contendo grupos monoidróxi alifáticos ou grupos poliidróxi alifáticos e ácidos carboxílicos insaturados, como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido itacônico, ácido crotônico, ácido isocrotônico, ácido maléico, e similares. Exemplos representativos de resinas de acrilato incluem metacrilato de metila, metacrilato de estireno etil, divinil benzeno, vinil tolueno, diacrilato de etileno glicol, metacrilato de etileno glicol, acrilato de hexano diol, diacrilato de trietileno glicol, triacrilato de trimetilol propano, triacrilato de glicerol, triacrilato de pentaeritritol, metacrilato de pentaeritritol, e tetraacrilato de pentaeritritol. Outras resinas etilenicamente insaturadas incluem monoalila, polialila, e ésteres de polimetalil, e amidas de ácidos carboxílicos, como ftalato de dialila, adipato de dialila e N,N-dialiladipamida. Ainda outros compostos contendo nitrogênio incluem tri(2-acriloil-oxietil) isocianurato, 1,3,5tri(2-metacriloxietil)-s-triazina, acrilamida, metilacrilamida, N-metilacrilamida, Ν,Ν-dimetil acrilamida, N-vinil pirrolidona, e N-vinil piperidona.
As resinas aminoplásticas têm ao menos um grupo carbonila alfa, beta-insaturado pendente por molécula ou oligômero. Esses grupos carbonila insaturados podem ser grupos do tipo acrilato, metacrilato, ou acrilamida. Exemplos desses materiais incluem N(hidróximetil)acrilamida, Ν,Ν'-oxidimetilenobisacrilamida, orto e para acrilamidometilada fenol, acrilamidometilada novolaca fenólica, e combinações dos mesmos. Esses materiais são descritos com mais detalhes nas Patentes US. n° 4.903.440 e 5.236.472 (ambas atribuídas à Kirk et al.).
Derivados de isocianurato contendo ao menos um grupo acrilato pendente e derivados de isocianato contendo ao menos um grupo acrilato pendente são descritos com mais detalhes na patente US. n° 4.652.274 (Boettcher et al.). Um exemplo de um material isocianurato é o triacrilato de tri(hidróxietil) isocianurato.
Resinas de epóxi têm um oxirano e são polimerizadas pela abertura do anel. Tais resinas epóxi incluem resinas de epóxi monoméricas e resinas de epóxi oligoméricas. Exemplos de resinas de epóxi úteis incluem 2,2-bis[4-(2,3-epoxipropóxi)-fenil propano] (diglicidila éter de bisfenol) e materiais disponíveis sob a designação comercial EPON 828, EPON 1004 e EPON 1001F, disponíveis junto à Shell Chemical Co., Houston, Texas, EUA; e DER-331, DER-332 e DER-334, disponíveis junto à Dow Chemical Co., Midland, Michigan, EUA. Outras resinas de epóxi adequadas incluem éteres de glicidila de novolaca fenol formaldeído, comercialmente disponíveis sob a designação comercial DEN431 e DEN-428, disponíveis junto à Dow Chemical Co.
As resinas de epóxi da invenção podem ser polimerizadas por meio de um mecanismo catiônico, com a adição de um agente de cura catiônico adequado. Agentes de cura catiônicos geram uma fonte de ácido para iniciar a polimerização de uma resina epóxi. Esses agentes de cura catiônicos podem incluir um sal contendo um cátion ônio e um halogênio contendo um ânion complexo de um metal ou metalóide.
Outros agentes de cura catiônicos incluem um sal contendo um cátion complexo organo-metálico e um halogênio contendo um ânion complexo de um metal ou metalóide, que são descritos com mais detalhes na patente US. n° 4.751.138 (Tumey et al.). Outro exemplo de um sal organo-metálico e um sal íon ônio, descrito nas Patentes US. n° 4.985.340 (Palazzotto et al.); 5.086.086 (Brown-Wensley et al.); e 5.376.428 (Palazzotto et al.). Ainda outros agentes de cura catiônicos incluem um sal aniônico de um complexo organo-metálico, em que o metal é selecionado a partir de elementos do Grupo Periódico IVB, VB, VIB, VIIB e VIIIB, que são descritos na patente US. n° 5.385.954 (Palazzotto et al.).
Com relação às resinas curáveis por radical livre, em alguns casos, é preferencial que a pasta fluida abrasiva compreenda, ainda, um agente de cura de radical livre. Entretanto, no caso de uma fonte de energia de feixe de elétrons, o agente de cura não é sempre necessário, por que o próprio feixe de elétrons gera radicais livres.
Exemplos de iniciadores térmicos de radical livre incluem peróxidos, por exemplo, peróxido de benzoila, compostos azo, benzofenonas e quinonas. Tanto para fontes de energia ultravioleta ou de luz visível, este agente de cura é, às vezes, chamado de fotoiniciador. Exemplos de iniciadores, que quando expostos à luz ultravioleta geram uma fonte de radical livre, incluem, mas não se limitam a aqueles selecionados do grupo consistindo em peróxidos orgânicos, compostos azo, quinonas, benzofenonas, compostos nitrosos, haletos de acrila, hidrozonas, compostos mercapto, compostos pirilium, triacrilimidazol, bisimidazol, cloroalquitriazinas, éteres benzoínicos, benzil cetal, tioxantonas, e derivados de acetofenona, e misturas dos mesmos. Exemplos de iniciadores que, se expostos à radiação visível, geram uma fonte de radical livre, podem ser encontrados na patente US. n° 4.735.632 (Oxman et al.). Um iniciador adequado para uso com luz visível está disponível sob a designação comercial IRGACURE 369, junto à Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown, New York, E.U.A..
Artigos abrasivos estruturados são, tipicamente, preparados através da formação de uma pasta fluida de grãos abrasivos e um precursor solidificável ou polimerizável da resina aglutinante mencionado acima (ou seja, um precursor de aglutinante), colocando-se a pasta fluida em contato com a camada de suporte e solidificando-se e/ou polimerizando-se o precursor de aglutinante (por exemplo, mediante a exposição a uma fonte de energia), de tal maneira que o artigo abrasivo estruturado resultante tenha uma pluralidade de compósitos abrasivos moldados afixados à camada de suporte. Os exemplos de fontes de energia incluem energia térmica e energia radiante (inclusive feixe de elétrons, luz ultravioleta e luz visível).
A pasta fluída abrasiva é feita combinando-se, através de qualquer técnica de misturação adequada, o precursor de aglutinante, os grãos abrasivos e os aditivos opcionais. Exemplos de técnicas de misturação incluem misturação de baixo cisalhamento e alto cisalhamento, com a misturação de alto cisalhamento sendo mais preferencial. Energia ultra-sônica também pode ser utilizada em combinação com a etapa de misturação para baixar a viscosidade da pasta fluida abrasiva. Tipicamente, as partículas abrasivas são gradualmente adicionadas ao precursor de aglutinante. A quantidade de bolhas de ar na pasta fluida abrasiva pode ser minimizada através de puxamento a vácuo ou durante, ou após a etapa de misturação. Em alguns casos, é útil aquecer, geralmente na faixa de 30 a 70°C, a pasta fluida abrasiva para diminuir a viscosidade.
Por exemplo, em uma modalidade, a pasta fluída pode ser revestida diretamente na ferramenta de produção contendo cavidades moldadas (correspondentes às camadas abrasivas estruturadas desejadas) na mesma, e colocada em contato com a camada de suporte, ou revestida na camada de suporte e colocada em contato com a ferramenta de produção. Por exemplo, a superfície da ferramenta pode consistir essencialmente em uma matriz compactada de cavidades que compreendem: cavidades piramidais (por exemplo, selecionadas do grupo consistindo em cavidades piramidais de três lados, cavidades piramidais de quatro lados, cavidades piramidais de cinco lados, cavidades piramidais de seis lados, e combinações das mesmas); e cavidades piramidais truncadas (por exemplo, selecionadas do grupo consistindo em cavidades piramidais truncadas de três lados, cavidades piramidais truncadas de quatro lados, cavidades piramidais truncadas de cinco lados, cavidades piramidais truncadas de seis lados, e combinações das mesmas). Em algumas modalidades, a razão entre a profundidade das cavidades piramidais truncadas e a profundidade das cavidades piramidais situa-se na faixa de 0,2 a 0,35.
Em algumas modalidades, a profundidade das cavidades piramidais situa-se na faixa de 1 a 10 micrômetros. Em algumas modalidades, as cavidades piramidais e piramidais truncadas têm uma densidade de área maior que ou igual a 150 cavidades por centímetro quadrado.
Nesta modalidade, a pasta fluida é então, tipicamente, solidificada (por exemplo, pelo menos parcialmente curada) ou curada enquanto ela está presente nas cavidades da ferramenta de produção, e a camada de suporte é separada da ferramenta, formando, assim, um artigo abrasivo estruturado.
A ferramenta de produção pode ser uma esteira, uma lâmina, uma lâmina ou manta contínua, um cilindro de revestimento como um cilindro de rotogravura, uma capa montada em um cilindro de revestimento, ou matriz. A ferramenta de produção pode ser composta por metal, (por exemplo, níquel), ligas metálicas, ou plástico. A ferramenta de produção metálica pode ser fabricada através de qualquer técnica convencional como, por exemplo, gravação, prensagem, eletroformação, ou torneamento com diamante.
Uma ferramenta termoplástica pode ser copiada a partir de uma ferramenta mestra de metal. A ferramenta mestra terá um padrão inverso ao desejado para a ferramenta de produção. A ferramenta mestra pode ser produzida da mesma maneira que a ferramenta de produção. A ferramenta mestra é, de preferência, feita de metal, por exemplo, níquel, e é torneada com diamante. O material laminar termoplástico pode ser aquecido e, opcionalmente, junto com a ferramenta mestra, de modo que o material termoplástico é gofrado com o padrão da ferramenta mestra, prensando-se os dois juntos. O termoplástico pode, também, ser extrudado ou colocado em uma ferramenta mestra e, então, prensado. O material termoplástico é resfriado para solidificar e produzir a ferramenta de produção. Exemplos de materiais termoplásticos preferenciais para ferramentas de produção incluem poliéster, policarbonatos, cloreto de polivinila, polipropileno, polietileno e combinações dos mesmos. Se uma ferramenta de produção termoplástica é utilizada, então, deve-se tomar cuidado para não gerar calor excessivo que possa distorcer a ferramenta de produção termoplástica.
A ferramenta de produção pode conter, também, um revestimento para liberação, para permitir a liberação mais fácil do artigo abrasivo da ferramenta de produção. Exemplos de tais revestimentos para liberação para metais incluem carbureto sólido, nitretos ou revestimentos de boreto. Exemplos de revestimento para liberação para termoplásticos incluem silicones e fluoroquímicos.
Detalhes adicionais a respeito de artigos abrasivos estruturados contendo compósitos abrasivos precisamente moldados, e métodos para sua fabricação, podem ser encontrados, por exemplo, nas Patentes US. n° 5.152.917 (Pieper et al.); 5.435.816 (Spurgeon et al.); 5.672.097 (Hoopman); 5.681.217 (Hoopman et al.); 5.454.844 (Hibbard et al.); 5.851.247 (Stoetzel et al.); e 6.139.594 (Kincaid et al.).
Em outra modalidade, uma pasta fluida que compreende um precursor de aglutinante polimerizável, grãos abrasivos, e um agente de ligação silano pode ser depositada em uma camada de suporte de uma maneira padronizada (por exemplo, através de projeção ou impressão por gravura), parcialmente polimerizada para fazer com que pelo menos a superfície da pasta fluída revestida se torne plástica mas não flua, um padrão impresso sobre a formulação da pasta fluída parcialmente polimerizada, e, subseqüentemente, ser ainda mais polimerizada (por exemplo, por exposição a uma fonte de energia) para formar uma pluralidade de compósitos abrasivos moldados afixados à camada de suporte. Tais artigos abrasivos estruturados gofrados preparados por este método e métodos relacionado são descritos, por exemplo, nas Patentes US. n° 5.833.724 (Wei et al.); 5.863.306 (Wei et al.); 5.908.476 (Nishio et al.); 6.048.375 (Yang et al.); 6.293.980 (Wei et al.); e a Publicação de Pedido de Patente US. N° 2001/0041511 (Lack et al.).
A parte posterior do artigo abrasivo pode ser estampada com informações pertinen13 tes, de acordo com práticas convencionais para revelar informações como, por exemplo, número de identificação do produto, número de grau, e/ou fabricante. Alternativamente, a superfície frontal da camada de suporte pode ser estampada com o mesmo tipo de informação. A superfície frontal pode ser estampada, se o compósito abrasivo for translúcido o bastante para que a impressão seja legível através dos compósitos abrasivos.
Artigos abrasivos estruturados, de acordo com a presente invenção, podem, opcionalmente, ter uma camada de interface de ligação afixada à segunda superfície principal da camada de suporte, para facilitar ligação do artigo abrasivo estruturado à placa de suporte ou superfície de suporte afixada a uma ferramenta, como, por exemplo, uma lixadeira de órbita aleatória. Acamada de interface de ligação opcional pode ser uma camada adesiva (por exemplo, um adesivo sensível à pressão) ou uma fita adesiva de dupla-face. A camada de interface de ligação opcional pode ser adaptada para trabalhar com um ou mais elementos complementares afixados à placa de suporte ou superfície de suporte, de modo a funcionar corretamente. Por exemplo, a camada de interface de ligação opcional pode compreender um tecido em forma de laço para uma ligação do tipo gancho e laço (por exemplo, para uso com uma placa ou superfície de suporte contendo uma estrutura em forma de gancho afixada ao mesmo), uma estrutura em forma de gancho para uma ligação gancho e laço (por exemplo, para uso com uma placa ou superfície de suporte contendo um tecido em forma de laço afixado ao mesmo), ou uma camada de interface de ligação entrelaçada (por exemplo, fechos por encaixe do tipo cogumelo projetados para se ligarem à um fecho por encaixe do tipo cogumelo similar na placa ou superfície de suporte). Detalhes adicionais a respeito de tais camadas de interface de ligação podem ser encontrados, por exemplo, nas Patentes US. n° 4.609.581 (Ott); 5.152.917 (Pieper et al.); 5.254.194 (Ott); 5.454.844 (Hibbard et al.); 5.672.097 (Hoopman); 5.681.217 (Hoopman et al.); e nas Publicações de Pedido de Patente US. N° 2003/0143938 (Braunschweig et al.) e 2003/0022604 (Annen et al.).
Da mesma forma, a segunda superfície principal da camada de suporte pode ter uma pluralidade de ganchos formados integralmente, ressaltados a partir da mesma, por exemplo, conforme descrito na patente US. N° 5.672.186 (Chesley et al.). Essas ganchos irão, então, fornecer a ligação entre o artigo abrasivo estruturado e a superfície de suporte que tem o tecido em forma de laço afixado a mesma.
Artigos abrasivos estruturados, de acordo com a presente invenção, podem ser de qualquer formato, por exemplo, redondos (por exemplo, um disco), ovais, com bordas recortadas, ou retangulares (por exemplo, uma lâmina) dependendo do formato em particular de qualquer superfície de suporte que pode ser usada em conjunto com o mesmo, ou eles podem ter a forma de uma esteira sem fim. Os artigos abrasivos estruturados podem ter fendas ou aberturas no mesmo e podem ser dotados de perfurações (por exemplo, um disco perfurado).
Artigos abrasivos estruturados, de acordo com a presente invenção, são, geralmente, úteis para abrasão de uma peça de trabalho, e especialmente peças de trabalho contendo uma camada polimérica rígida nas mesmas.
A peça de trabalho pode compreender qualquer material e pode ter qualquer forma. Exemplos de materiais incluem metal, ligas metálicas, ligas metálicas exóticas, cerâmicas, superfícies pintadas, plásticos, revestimentos poliméricos, pedra, silicone policristalino, madeira, mármore, e combinações dos mesmos. Exemplos de peças de trabalho incluem artigos moldados e/ou modelados (por exemplo, lentes ópticas, painéis de carroceria de automóveis, cascos de navio, balcões, e pias), pastilhas, lâminas, e blocos.
Artigos abrasivos estruturados, de acordo com a presente invenção, são, tipicamente, úteis para reparar e/ou polir revestimentos poliméricos como tintas e resinas de acabamento de veículos motorizados (por exemplo, resinas de acabamento automotivas), exemplos dos quais incluem: composições poliacrílico-poliol-poliisocianato (por exemplo, conforme descrito na patente US. N° 5.286.782 (Lamb, et al.); composições de função hidroxila acrílico-poliol-poliisocianato (por exemplo, conforme descrito na patente US. N° 5.354.797 (Anderson, et al.); composições de poliisocianato-carbonato-melamina (por exemplo, conforme descrito na patente US. N° 6.544.593 (Nagata et al.); e composições de altos sólidos de polisiloxano (por exemplo, conforme descrito na patente US. N° 6.428.898 (Barsotti et al·))·
Dependendo da aplicação, a força da interface de abrasão pode situar-se na faixa de 0,1 kg até acima de 1000 kg. Geralmente, esta faixa está entre 1 kg e 500 kg de força na interface de abrasão. Além disso, dependendo da aplicação, pode haver um líquido presente durante a abrasão. Este líquido pode ser água e/ou um composto orgânico. Exemplos de compostos orgânicos típicos incluem lubrificantes, óleos, compostos orgânicos emulsionados, fluidos cortantes, tensoativos (por exemplo, sabões, organosulfatos, sulfonatos, organofosfonatos, organofosfatos), e combinações dos mesmos. Estes líquidos podem conter, também, outros aditivos como eliminadores de espuma, desengraxantes, inibidores de corrosão, e combinações dos mesmos.
Artigos abrasivos estruturados, de acordo com a presente invenção, podem ser usados, por exemplo, com uma ferramenta giratória que gira ao redor de um eixo central geométrico genericamente perpendicular à camada abrasiva estruturada, ou com uma ferramenta tendo uma órbita aleatória (por exemplo, uma lixadeira de órbita aleatória), e pode oscilar na superfície de interface de abrasão durante o uso. Em alguns casos, essa oscilação pode resultar em uma superfície mais fina na peça de trabalho sendo lixada.
Os objetivos e vantagens desta invenção são ilustrados com mais detalhes através dos exemplos não-limitadores a seguir, porém os materiais e as quantidades precisas destes relatados nestes exemplos, bem como outras condições e detalhes, não devem ser indevidamente interpretados como limitadores desta invenção.
Exemplos
Ressalvadas as especificações contrárias, todas as partes, porcentagens, razões, etc., citadas nos exemplo e nas demais partes deste relatório descritivo são dadas em peso e todos os reagentes usados nos exemplos foram obtidos ou estão disponíveis junto a fomece5 dores para produtos químicos em geral como, por exemplo, a Sigma-Aldrich Company, Saint Louis, Missouri, EUA, ou podem ser sintetizados por métodos convencionais.
As seguintes abreviações são usadas nos Exemplos abaixo:
ACRI: acrilato de 2-fenóxi, comercialmente disponível sob a designação comercial SR339, junto à Sartomer Company, Inc., Exton, Pensilvania, EUA;
ACR2: triacrilato de trimetilol propano, comercialmente disponível sob a designação comercial SR351, junto à Sartomer Company, Inc.;
ACR3: uma .resina de uretano-acrilato, comercialmente disponível sob a designação comercial CN973J75, junto à Sartomer Company, Inc.;
BUP1: uma superfície de suporte com uma face de vinil de 31,8 mm (1,25polegadas) de diâmetro tendo um teor de dureza de 40-60 Shore 00, comercialmente disponível sob a designação comercial 3M FINESSEIT STIKIT BACKUP PAD, PART No. 02345, junto à 3M Company;
BUP2: BUP1 na qual a face da superfície de suporte foi diminuída para 22,2 mm (7/8-polegadas) de diâmetro, depois que HK1 foi laminado à face de vinil com um adesivo sensível à pressão (PSA);
BUP3: uma superfície de suporte produzida de acordo com o método descrito em BUP2, exceto pelo fato de que a superfície de suporte tinha 19,1 mm (3/4-polegadas) de diâmetro;
BUP4: uma superfície de suporte produzida de acordo com o método descrito em BUP2, exceto pelo fato de que o teor de dureza foi reduzido para 2040 Shore 00;
BUP5: uma superfície de suporte produzida de acordo com o método descrito em BUP2, exceto pelo fato de que o teor de dureza foi aumentado para 50 Shore A;
CPA1: gama-metacriloxipropiltrimetoxisilano, comercialmente disponível sob a designação comercial A-174, junto à Crompton Corporation, Middlebury, Connecticut;
DSP1: dispersante aniônico de poliéster, obtido sob a designação comercial
HYPERMER KD-10, junto à Uniqema, New Castle, Delaware, EUA;
EPM1: microesferas poliméricas expansíveis, comercialmente disponíveis sob a designação comercial MICROPEARL F80-SD1, junto à Pierce16
Stevens Corp., Buffalo, New York, E.U.A.;
HK1: material de gancho de náilon para um fecho de gancho e laço, comercialmente disponível sob a designação comercial MOLDED J-HOOK (CFM22), disponível junto à Velcro USA, Inc., Manchester, New Hampshire;
LP1: um material de tecido para laço com 70 gramas/metro2 (g/m2), comercialmente disponível sob a designação comercial 100% POLYAMIDE DAYTONA BRUSHED NYLON LOOP, disponível junto à Sitip SpA Industrie, Cene, Itália;
MIN1: carbureto mineral de silício verde, comercialmente disponível sob a designação comercial GC 4000 GREEN SILICON CARBIDE, disponível junto à Fujimi Corporation, Elmhurst, Illinois, EUA;
SF1: uma solução aquosa de 0,25% de um tensoativo, 1,4-bis(2-etil-hexil) sulfossuccinato de sódio, obtido sob a designação comercial TRITON GR-5M, disponível junto à Dow Chemical Company;
TP1: um painel de teste automotivo com resina de acabamento, comercialmente disponível sob a designação comercial PPG 5002U DIAMOND COAT, disponível junto à ACT Laboratories, Hillsdale, Michigan, EUA;
TP2: um painel de teste automotivo com resina de acabamento, comercialmente disponível sob a designação comercial PPG CERAMIC CLEAR, disponível jusnto à PPG Industries; Alison Park, Pensilvania, EUA;
TP3: um painel de teste automotivo com resina de acabamento, comercialmente disponível sob a designação comercial DUPONT GEN IV, disponível junto à ACT Laboratories; e
UVI1: óxido de acilfosfina, comercialmente disponível sob a designação comercial LUCERIN TPO-L, disponível junto à BASF Corporation, Florham Park, New Jersey, EUA.
Exemplo 1
Uma pasta fluida abrasiva definida, em partes, por peso, foi preparada da seguinte forma: 13,2 partes de ACR1, 20,0 partes de ACR2, 0,5 partes de DSP1, 2,0 partes de CPA1, 1,1 partes de UVI1 e 63,2 partes de MIN1 foram dispersos de maneira homogênea por aproximadamente 15 minutos a 20°C, usando-se um misturador a ar de laboratório. A pasta fluida foi aplicada por meio de revestimento por corte a um molde de polipropileno microrreplicado de 30,5 cm (12-polegadas) de largura, distribuindo de maneira uniforme matrizes piramidais compactadas, com um corte helicoidal alternando entre 34 graus, tendo 11 por 11 fileiras com uma largura de base de 83,8 por 83,8 micrômetros (3.3 mils por
3,3 mils) por 63,5 micrômetros (2,5 mils) de profundidade, separadas por 3 por 3 fileiras da mesma matriz piramidal truncada a uma profundidade de 21 micrômetros (0,83 mil), conforme mostrado na figura 2. A ferramenta foi preparada a partir de uma ferramenta mestra correspondente, geralmente de acordo com o procedimento da patente US. n° 5.975.987 (Hoopman et al.). O molde de polipropileno preenchido com pasta fluida foi, então, colocado em uma manta de película de poliéster preparada com ácido acrílico etileno de 30,5-cm (12-polegadas) de largura, com 94,2 micrômetros (3,71 mil) de espessura, obtida sob a designação comercial MA370M, disponível junto à 3M Company, passada através de um cilindro de estrangulamento (com pressão na linha de contato de 620,5 kPa (90 libras por polegada quadrada (psi)) para uma manta de 25,4 cm (10 polegadas) de extensão), e foi irradiada com uma lâmpada ultravioleta (UV), lâmpada tipo D, disponível junto à Fusion Systems Inc., Gaithersburg, Maryland, a 236 Watts/cm (600 Watts/polegada), movendo-se a manta a 9,14 metros/minuto (30 pés/minuto). O molde de polipropileno foi separado da película de poliéster preparada com ácido acrílico etileno, resultando em uma camada abrasiva totalmente curada, precisamente moldada aderida à película de poliéster preparada com ácido acrílico etileno, conforme mostrado na figura 3. Adesivo sensível à pressão foi laminado à parte posterior (oposta à camada abrasiva) da película, então, a lâmina de LP1 foi laminada ao adesivo sensível à pressão. Vários tamanhos de disco, numa faixa de diâmetro de 1,91-cm (0,75-polegadas) a 3,18-cm (1,25-polegadas), foram, então, cortados por matriz a partir do material abrasivo.
Exemplo Comparativo A
Um disco abrasivo estruturado de 3,18-cm (1,25-polegadas) contendo uma camada abrasiva composta por uma matriz deslocada compactada de compósitos abrasivos tetraédricos, cada um tendo uma largura de base de 92 micrômetros, uma altura de 63 micrômetros, e compostos por grãos abrasivos de carbureto de silício verde (3,0 micrômetros de tamanho médio de partícula) dispersos em um aglutinante polimérico, obtido sob a designação comercial 3M TRIZACT FILM 466LA, A3 DISC, disponível junto à 3M Company. Um micrógrafo digital do artigo abrasivo estruturado resultante é mostrado na figura 4.
Exemplo Comparativo B
Um disco abrasivo estruturado, conforme descrito no Exemplo Comparativo A, sendo que o disco foi cortado por matriz até 2,54 cm (1-polegada) de diâmetro, depois que o material de laço LP1 foi laminado no disco, usando-se um adesivo sensível à pressão.
Exemplo Comparativo C
Uma pré-mistura de resina foi preparada combinando-se, 36,4 partes de ACR1, 60,8 partes de ACR3 e 2,8 partes de UVI1, à 20°C, em um misturador DISPERSATOR, obtido junto à Premier Mill Corp., Reading, Pensilvania, EUA, até que todas as bolhas se dissipassem. 3,4 partes de EPM1 foram, então, adicionadas à pré-mistura de resina e combinadas para formar uma pasta fluida homogênea, e a pasta fluida foi aquecida a 160°C por 60 minutos. A pasta fluida foi, então, aplicada, por meio de revestimento por corte, ao molde de polipropileno microrreplicado contendo colunas quadradas de 1,58 mm por 1,58 mm e com uma profundidade de 0,36 mm, e contendo uma área de rolamento de 45 por cento (ou seja, a porcentagem da área superficial total projetada, ocupada pelo topo das colunas). A pasta fluida preencheu o molde que foi, então, laminado com a face para baixo no lado liso de uma película de poliéster preparada com ácido acrílico etileno de 80-micrômetros (3-mil) e passou através de um conjunto de rolos mordentes de borracha a uma taxa de 26 cm/min e uma pressão na linha de contato de 280 kPa (40 psi). A pasta fluida foi, então, curada, passando-a duas vezes através de um processador UV, disponível junto à American Ultraviolet Company, Murray Hill, N.J., usando dois bulbos em V em seqüência operando a 157,5 Watts/cm (400 Watts/polegada) e uma velocidade da manta de 9 m/min (3 pés por minuto (pés/minuto)). Um molde de polipropileno foi, então, separado da película de poliéster preparada com ácido acrílico etileno, resultando em uma camada de suporte polimérica macroestruturada, tendo uma imagem em espelho do molde.
Uma pasta abrasiva, conforme descrito no Exemplo 1, foi preparada e aplicada por meio de revestimento por corte a um molde de polipropileno microrreplicado de 30-cm (12polegadas) de extensão, contendo uma matriz piramidal distribuída de maneira uniforme, compactada, contendo uma largura de base quadrada de 92 por 92 micrômetros e uma profundidade de 63 micrômetros, conforme mostrado na figura 5. O molde de polipropileno preenchido com pasta fluida abrasiva foi, então, colocado na superfície texturizada da camada de suporte polimérica macroestruturada e foi passado através de um cilindro de estrangulamento (com pressão na linha de contato de 620 kPa (90 psi) para uma manta de 25-cm (10polegadas) de comprimento e irradiado com uma lâmpada ultravioleta (UV), tipo bulbo D, disponível junto à Fusion Systems Inc., Gaithersburg, Maryland, a 236 Watts por cm (600 Watts por polegada) enquanto a manta foi movida a 9,14 metros/minuto (30 pés/minuto). O molde de polipropileno foi removido, resultando em um revestimento abrasivo curado precisamente moldado, aderido à face texturizada da camada de suporte polimérica macroestruturada, conforme mostrado na figura 6. Um adesivo sensível à pressão foi laminado do lado oposto, plano, da camada de suporte polimérica estruturada, e discos de 3,18-cm (1,25polegadas) diâmetro foram, então, cortados por matriz a partir do material abrasivo.
Avaliação do Alisamento Manual
O Exemplo 1 e o Exemplo Comparativo A foram avaliados com referência à sua habilidade de remover fragmentos de poeira em um painel de teste automotivo com resina de acabamento TP1, sem nivelamento concomitante da camada circundante laranja. Partículas de poeira na resina de acabamento curada foram identificadas visualmente e foram levemente aspergidas ou com água ou com SF1. Uma amostra de 3,18 cm (1,25-polegadas) do artigo abrasivo estruturado que será avaliada, foi fixada a uma superfície de suporte (conforme registrado na Tabela 1), que foi, então, fixada a uma lixadeira de órbita aleatória movida a ar, número de modelo 57502, obtido junto à Dynabrade, Inc., Clarence, New York, E.U.A.. Uma dada partícula de poeira (<1 mm de diâmetro externo) no painel de teste foi lixada em intervalos de abrasão de 3 segundos, usando-se uma pressão de linha de ar de 620 kPa (90 libras por polegada quadrada), com o centro do artigo abrasivo usando o peso da ferramenta para gerar a força de aplicação. Após cada intervalo de abrasão, o painel de teste foi, então, limpo a seco com isopropanol. O resultado do exame visual do painel de teste lixado no local do fragmento de poeira foi anotado. Os resultados estão descritos na Tabela 1 (abaixo).
Tabela 1
Amostra Teor de dureza da superfície de suporte Meio de umedecimento Painel de teste com resina de acabamento Eficácia da remoção de partículas
Exemplo Comparativo B BUP4 Água TP1 Parcialmente removidas
Exemplo 1 BUP4 Água TP1 Completamente removidas
Exemplo Comparativo B BUP2 SF1 TP2 Parcialmente removidas
Exemplo 1 BUP2 SF1 TP2 Completamente removidas
Exemplo Comparativo B BUP5 SF1 TP2 Parcialmente removidas
Exemplo 1 BUP5 SF1 TP2 Completamente removidas
Exemplos 2-3
O Exemplo 2 foi preparado de acordo com o método descrito no Exemplo 1, exceto pelo fato de que o material de ligação de laço LP1 não foi aplicado à parte posterior da película de suporte. O Exemplo 3 foi preparado de acordo com o Exemplo 2, exceto pelo fato de que o material finalizado foi cortado com uma matriz de corte de 10-pontos fendidos contendo um diâmetro interno de 3,18 cm (1,25 polegadas) e um diâmetro de ápice de 3,65 cm (1,44 polegadas).
Aspereza e Corte Total Médio
Amostras dos Exemplos 2 e 3, e do Exemplo Comparativo A, foram fixados a uma superfície de suporte BUP1 e foram avaliados em uma seção do painel de teste TP3 de 5-cm por 46-cm (2-polegadas por 18-polegadas), de acordo com as condições usadas no Exemplo 1 acima. A força de aplicação da lixadeira foi de 2,3 kg (5 libras). O corte total médio foi a redução na espessura, em micrômetros, após abrasão por 3 segundos, repetida 10 vezes em seções frescas do mesmo painel de teste. A SF1 foi automaticamente aspergida por aproximadamente 1-2 segundos na superfície do disco de teste entre cada repetição. A espessura do revestimento no painel de teste foi medida usando-se um ELCOMETER modelo 256F medidor de espessura de revestimento, disponível junto à Elcometer Inc., Rochester Hills, Michigan, EUA. A aspereza superficial do revestimento no painel de teste foi medida usando-se um PERTHOMETER, disponível junto à Feinpruf GmbH, Gottingen, Alemanha, e é registrada como Rz, a média aritmética da profundidade dos arranhões. Os resultados estão descritos na Tabela 2 (abaixo).
Tabela 2
Amostra Média de corte total, micrômetros Rz, micrômetros
Exemplo 2 0,75 18,0
Exemplo 3 0,85 17,8
Exemplo Comparativo A 0,66 18,0
O Exemplo 1 e o Exemplo Comparativo B foram submetidos ao mesmo procedimento de abrasão, conforme descrito na avaliação de remoção manual de partículas acima, exceto pelo fato de que a vida útil de corte e acabamento foram medidos ao invés da remoção de partículas. A vida útil de corte é definida como o número de áreas de teste circulares lixadas uniformemente. Ο TP2 foi usado como o painel de teste e a SF1 foi usada como meio de lixamento. Os resultados estão descritos na Tabela 3 (abaixo).
Tabela 3
Amostra Coxim de apoio Tamanho do disco, cm (polegadas) Vida útil de corte Número de locais de lixamento Rz, micrômetros
Exemplo Comparativo B BUP4 2,54(1,0) 1 15
Exemplo 1 BUP4 2,54(1,0) 1 15
Exemplo Comparativo B BUP2 2,54(1,0) 1 12
Exemplo 1 BUP2 2,54(1,0) 9 10
Exemplo Comparativo B BUP3 1,91 (0,75) 5 12
Exemplo 1 BUP3 1,91 (0,75) 8 11
Exemplo Comparativo B BUP5 2,54(1,0) 5 12
Exemplo 1 BUP5 2,54(1,0) 9 12
Amostras do Exemplo 1 e dos Exemplos Comparativos B e C foram submetidas à vida útil de corte manual e avaliação acima descritos, exceto pelo fato de que a água foi substituída por SF1 enquanto o meio de lixamento e o tamanho do disco eram de 3,18 cm (1,25 polegadas). Os resultados estão descritos na Tabela 4 (abaixo)
Tabela 4
Amostra Coxim de apoio Painel de teste com resina de acabamento Vida útil de corte Número de locais de lixamento Rz, micrômetros
Exemplo Comparativo A BUP1 TP3 5 15
Exemplo Comparativo C BUP1 TP3 4 14
Exemplo 2 BUP1 TP3 4 14
Os versados nessas técnicas podem realizar inúmeras modificações e alterações nesta invenção, sem que se abandonem o escopo e o espírito da presente. Além disso, devese compreender que esta invenção não deve limitar-se indevidamente às modalidades ilustrativas ora apresentadas.

Claims (10)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Artigo abrasivo estruturado, CARACTERIZADO por compreender: uma camada de suporte contendo duas superfícies principais opostas: e uma camada abrasiva estruturada contendo um contorno externo e afixada à primeira superfície principal da camada de suporte, e compreendendo:
    uma pluralidade de regiões abrasivas em relevo, consistindo essencialmente em compósitos abrasivos piramidais compactados tendo uma primeira altura;
    uma rede consistindo essencialmente em compósitos abrasivos piramidais compactados truncados tendo uma segunda altura, sendo que a rede une e separa as regiões abrasivas em relevo umas das outras de forma contínua e é coextensiva com o contorno externo;
    sendo que os compósitos abrasivos piramidais e os compósitos abrasivos piramidais truncados compreendem partículas abrasivas e um aglutinante, e sendo que a primeira altura é maior que a segunda altura.
  2. 2. Artigo abrasivo estruturado, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão entre a segunda altura e a primeira altura situa-se na faixa de 0,2 a 0,35. _
  3. 3. Artigo abrasivo estruturado, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por compreender, ainda, uma camada de interface de ligação afixada à segunda superfície principal da camada de suporte.
  4. 4. Artigo abrasivo estruturado, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas abrasivas têm tamanho médio na faixa de 0,01 a 1.500 micrômetros.
  5. 5. Método de abrasão de uma peça de trabalho, CARACTERIZADO pelo fato de compreender:
    a) fornecer um artigo abrasivo estruturado gofrado conforme definido na reivindicação 1;
    b) fornecer uma peça de trabalho;
    c) colocar em contato friccional ao menos uma porção da camada abrasiva estruturada com ao menos uma porção da peça de trabalho; e
    d) mover pelo menos uma dentre a peça de trabalho e a camada abrasiva estruturada em relação à outra para provocar abrasão em ao menos uma porção da superfície da peça de trabalho.
  6. 6. Método para fabricação de um artigo abrasivo estruturado, CARACTERIZADO pelo fato de compreender:
    fornecer uma camada de suporte contendo duas superfícies principais opostas; fornecer uma pasta fluida abrasiva compreendendo uma pluralidade de partículas abrasivas dispersas em um precursor de aglutinante;
    fornecer uma ferramenta de produção tendo uma superfície principal e um contorno externo, com a superfície principal compreendendo:
    uma pluralidade de regiões rebaixadas, com cada região rebaixada consistindo essencialmente em cavidades piramidais compactadas tendo uma primeira profundidade; e uma rede consistindo essencialmente em cavidades piramidais truncadas compactadas tendo uma segunda profundidade, sendo que a rede une e separa as regiões rebaixadas umas das outras de forma contínua e é coextensiva com o contorno externo, e sendo que a profundidade das cavidades piramidais é maior que a profundidade das cavidades piramidais abrasivas truncadas;
    impelir a pasta fluida abrasiva contra a superfície principal, de modo que a pasta fluida abrasiva preencha ao menos uma porção das cavidades piramidais e das cavidades piramidais truncadas;
    colocar a primeira superfície principal da camada de suporte em contato com a pasta fluida abrasiva nas cavidades piramidais e nas cavidades piramidais truncadas;
    curar, pelo menos parcialmente, o precursor de aglutinante para formar um aglutinante e, por conseguinte, formar uma pluralidade de compósitos abrasivos piramidais e compósitos abrasivos piramidais truncados, presos à camada de suporte; e separar a primeira superfície principal da camada de suporte da ferramenta de produção.
  7. 7. Método para fabricação de um artigo abrasivo estruturado, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão entre a segunda profundidade e a primeira profundidade situa-se na faixa de 0,2 a 0,35.
  8. 8. Método para fabricação de um artigo abrasivo estruturado, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO por compreender, ainda, a afixação de uma camada de interface de ligação à segunda superfície principal da camada de suporte.
  9. 9. Método para fabricação de um artigo abrasivo estruturado, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo abrasivo estruturado tem uma razão entre a área combinada das bases dos compósitos abrasivos piramidais e a área combinada das bases dos compósitos abrasivos piramidais truncados na faixa de 0,8 a 9.
  10. 10. Método para fabricação de um artigo abrasivo estruturado, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a rede tem uma largura mínima de pelo menos duas vezes a altura dos compósitos abrasivos piramidais.
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