CN101180159A - 磨料制品及其制造方法和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有增强的钢纸背衬(212)的经涂敷的磨料制品(200)及其制作方法和使用方法，其中在该钢纸背衬上固定有磨料层(230)。所述增强的钢纸背衬(212)上具有背部面漆，所述背部面漆包含由选自可固化的胶乳乳液、酚醛树脂及其组合中的成分形成的反应产物。

Description

磨料制品及其制造方法和使用方法
背景技术
从十九世纪开始钢纸就用于商业上。术语“钢纸”有时也称作“刚纸”或“青壳纸”，是一种类似于皮革的材料，一般是通过压缩经化学处理(例如，用金属氯化物处理)后的纤维素层而由纤维素形成的，该纤维素来源于纸、纸浆、人造丝或织物。由于钢纸具有亲水性，所以钢纸一般易于吸收水分。
经涂敷的磨料制品一般在背衬上附有磨料层。钢纸用作经涂敷的磨料制品的背衬材料已经有60多年的历史。在磨料制品中使用钢纸背衬的一个公认的问题是：由于环境水分含量(例如湿度)的变化会引起经涂敷的磨料制品的形状发生变形(例如，卷曲或翘曲)。例如，可能在制造过程、贮藏过程、或使用过程中发生形状变形。而且，可能会在朝向磨料层的方向或背离磨料层的方向上发生所述形状变形。图1示出的是现有技术中具有钢纸背衬的经涂敷的磨料制品发生如此变形的例子，其中该经涂敷的磨料制品向背离磨料层的方向卷曲。如果在制造经涂敷的磨料制品的过程中发生过量的形状变形，那么该磨料制品一般作为废料而被丢弃。另外，如果在贮藏或使用的过程中经涂敷的磨料制品发生过量的形状变形，一般会导致产品被投诉、产品销量下降、和/或产品性能的降低。
尝试解决这种形状变形问题的努力可以回溯到50多年以前。例如，参见H.P.Kirchner的于1946年2月5日提交的并于1947年11月18日授权的美国专利No.2,431,258，在第2栏第23-30行中写到“尽管通过这种方法可以制备起初具有所期望的曲率的研磨盘，但是由于钢纸很容易受到大气中水分含量变化的影响，特别是当该材料的一面被涂敷时，例如在本发明的研磨盘的情况下，磨料制品生产者会遇到很多麻烦”。在上述专利中，通过下述方法解决这个问题：使磨料制品干燥以得到所期望的曲率，然后用一张不能透过水蒸气的材料覆盖在钢纸背衬上。从那时候起直至现在，已经开发了多种其它的可供选用的对水分不敏感的、尺寸稳定的背衬，该背衬用于那些结合有钢纸的经涂敷的磨料制品。
尽管有这些不同的产品，但是主要是由于经济上的原因，钢纸背衬目前仍还主要用于经涂敷的磨料制品的商业生产中。尽管已经知道了可供选用的对水分不敏感并且尺寸稳定的用于经涂敷磨料制品的背衬，但是(例如)主要的涂敷磨料生产商均销售具有易受湿度问题影响的带有钢纸背衬的涂敷磨料制品。所以，在涂敷磨料行业中仍存在一种需求：需要有一种具有钢纸背衬的涂敷磨料产品，该钢纸背衬在生产上是经济的、而且在湿度水平发生变化时不会发生令人难以接受的形状变形。
发明概述
在一个方面，本发明提供一种经涂敷的磨料制品，其包括具有相背的第一主表面和第二主表面的钢纸背衬、固定在所述第一主表面上的磨料层和固定在所述第二主表面上的背部面漆(backsize)，其中所述经涂敷的磨料制品上的所述背部面漆的干燥基本重量为每平方米8-90克，所述背部面漆包含由选自可固化的胶乳乳液、酚醛树脂及其组合中的成分形成的反应产物。
另外一个方面，本发明提供一种研磨工件表面的方法，该方法包括：提供根据本发明的经涂敷的磨料制品，将磨料层与工件表面摩擦接触，使磨料层和工件表面这两者中的至少一者相对于另一者移动，以研磨工件表面的至少一部分。
另外一个方面，本发明还提供一种制造经涂敷的磨料制品的方法，该方法包括：
提供具有相背的第一主表面和第二主表面的钢纸背衬；
将可固化的背部面漆前体涂敷在钢纸背衬的第二主表面上，使背部面漆前体固化以得到背部面漆，其中所述经涂敷的磨料制品上的所述背部面漆的干燥基本重量为每平方米8-90克，所述背部面漆前体包含选自可固化的胶乳乳液、酚醛树脂及其组合中的至少一种材料；以及
将磨料层固定在钢纸背衬的第一主表面上。
本发明的经涂敷的磨料制品由于湿度的变化而产生的形状变形的程度在工业上一般是可接受的。令人惊讶的是，此外还发现这样的磨料制品使得可以通过焊接工序将机械紧固件附加在背部面漆上，从而将机械紧固件附加在钢纸背衬上，这一点在本发明之前是不可能的。
附图简要说明
图1是现有技术中经涂敷的研磨盘的照片。
图2是根据本发明的一个实施方案的示例性经涂敷的磨料制品的截面侧视图。
图3是根据本发明的一个实施方案的示例性经涂敷的磨料制品的截面侧视图。
图4是根据本发明的一个实施方案的具有焊接的机械紧固件的示例性经涂敷的研磨盘的立体图。
图5是根据实施例1所制造的经涂敷的研磨盘的照片。
发明详述
一般来说，经涂敷的磨料制品具有固定在背衬上的磨粒。更一般的是，经涂敷的磨料制品包含具有两个相背的主表面的背衬和固定在背衬的其中一个主表面上的磨料层。磨料层一般含有磨粒和粘结剂，其中粘结剂用于将磨粒固定到背衬上。
在一个实施方案中，所述经涂敷的磨料制品具有磨料层，所述磨料层包括底漆层(make layer)、面漆层(size layer)和磨粒。在制造这样的经涂敷的磨料制品时，将含有第一粘结剂前体的底漆层施加在所述背衬的一个主表面上，并可任选地部分固化。然后使磨粒至少部分地嵌入底漆层中(例如通过静电涂敷)，并使第一粘结剂前体充分固化(即，交联)，以使颗粒固定于底漆层。然后在底漆层和磨粒上施加包含第二粘结剂前体的面漆层，随后使该粘结剂前体固化。这样的经涂敷的磨料制品还可以包含布置在磨料层的至少一部分上的可任选的超面漆层(supersize layer)。如果存在的话，该超面漆层通常包含助磨剂和/或抗填充材料。
在另外一个实施方案中，经涂敷的磨料制品具有固定于背衬的一个主表面上的磨料层，其中通过将由粘结剂前体和磨粒组成的浆料施加于背衬的主表面上，然后使粘结剂前体固化，来形成磨料层。
背衬包括钢纸，该钢纸是一种由部分再生的纤维素形成的致密材料，其中依然具有纤维结构，并且该材料通常被砑光以形成相对光滑的表面。钢纸可以广泛地得自商业来源，如Franklin Fibre-Lamitex公司(位于美国特拉华州Wilmington市)或者Yangmin IND贸易有限公司(位于中国河南省三门峡市)。
一般来说，可用于制造本发明的经涂敷的磨料制品的钢纸背衬的厚度在0.02-5毫米的范围内，例如为0.05-2.5毫米或0.1-1毫米，但是，也可以使用较薄一些和较厚一些的钢纸背衬。另外，所述钢纸的密度一般在0.9-1.5克/立方厘米的范围内，但是，也可以使用密度较大一些和较小一些的钢纸。
所述钢纸背衬的一个主表面的至少一部分(一般来说基本上所有的部分)涂敷有可固化的树脂，然后(例如)通过干燥和加热使其至少部分固化，从而在钢纸背衬上形成背部面漆。可通过任何合适的涂敷方法包括(例如)辊涂、棒涂、刮涂、接触涂布或喷涂将可固化材料涂敷到钢纸背衬上。
可固化材料一般应该被涂敷到钢纸上，这样它一般以基本上均一的方式在钢纸主体的至少主要部分上分布，但是这不是必需的。例如，在分布时可以容许有少量的局部差异或中断(例如涂敷空隙)，这不会造成显著的副作用。
经背部面漆处理后的钢纸背衬还可以任选地含有附加的背衬处理材料：预涂面漆(presize)(即，固定在背衬的具有磨料层的那个主表面上的层)、粘结层(即，在磨料层和固定有该磨料层的主表面之间的涂层)、浸渍剂(即，通过一种包括采用浸渍剂来浸渍背衬的工序而施加的背衬处理材料)和/或次面漆(subsize)处理材料。除了次面漆是被施加于预先处理过的背衬这点不同之外，次面漆类似于浸渍剂。可在任何这些背衬处理材料中加入抗静电材料。抗静电材料的加入可以降低在对木材或木材样材料进行打磨时经涂敷的磨料制品聚集静电的倾向。关于抗静电背衬和背衬处理材料的其它细节可以在例如美国专利No.5,108,463(Buchanan)、5,137,542(Buchanan等人)、5,328,716(Buchanan)和5,560,753(Schnabel等人)中找到。
背部面漆的干燥基本重量为8-90克/平方米，一般来说根据背部面漆的组成对此进行选择。例如，在一个实施方案中，增强用材料是由含有可固化的胶乳乳液的成分形成的反应产物，一般来说，这种背部面漆的干燥基本重量为8-25克/平方米、或为10-20克/平方米、或者干燥基本重量甚至为12-17克/平方米。在另外一个实施方案中，增强用材料是由含有酚醛树脂的成分形成的反应产物，一般来说，这种背部面漆的干燥基本重量为15-90克/平方米、或为45-55克/平方米、或者干燥基本重量甚至为50-55克/平方米。
一般来说，经背部面漆处理后的钢纸背衬的厚度在0.15-2.0毫米的范围内，例如为0.5-1.3毫米、或者甚至为0.8-0.9毫米，但是，也可以使用较厚一些和较薄一些的经背部面漆处理后的钢纸背衬。
所述背部面漆包含至少一种材料，该材料是由选自酚醛树脂、可固化的胶乳乳液及其组合中的至少一种可固化材料形成的反应产物。而且，增强用材料还可以含有一种或多种可任选的添加剂，如填料、抗静电剂、抗氧化剂或者着色剂。
术语“酚醛树脂”包括苯酚甲醛树脂以及含有其它的苯酚衍生化合物单元和醛单元的树脂。例如，部分苯酚可以被一种或多种其它的酚(如间苯二酚、间甲苯酚、3，5-二甲苯酚、叔丁基苯酚和对苯基苯酚)所代替。同样，部分甲醛也可以被其它的醛基基团(如乙醛、三氯乙醛、丁醛、糠醛或丙烯醛)所代替。
酚醛树脂的例子包括甲阶酚醛树脂和酚醛清漆树脂。甲阶酚醛树脂中甲醛单元与苯酚单元的摩尔比大于等于1∶1，一般在1.5∶1.0-3.0∶1.0的范围内。酚醛清漆树脂中甲醛单元与苯酚单元的摩尔比小于1∶1。
一般的甲阶酚醛树脂中含有碱催化剂。碱催化剂的存在会使酚醛树脂的反应速度或聚合速度加快。甲阶酚醛树脂的pH通常为6-12，更通常为7-10、甚至更通常为7-9。合适的碱催化剂的例子包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钡及其组合。用于甲醛与苯酚反应的一般的催化剂选自I族和II族金属的盐，这一般是由于它们具有高反应性以及它们的成本低。胺也可以用来催化酚/醛的反应。碱催化剂的量通常为酚醛树脂重量的5重量％或更低、更通常为2重量％或更低、甚至更通常为1重量％或更低。甲阶酚醛树脂通常是由苯酚和甲醛形成的。
所述酚醛树脂通常作为采用了水和/或有机溶剂(如醇)的溶液来涂敷。通常，所述溶液含有70％-85％的固体，但是也可以使用其它的浓度。如果固体含量太低，那么就需要更多的能量以除去水和/或溶剂。如果固体含量太高，那么会导致酚醛树脂的粘度太高，这样一般会引起操作上的问题。
有用的可固化胶乳乳液的例子包括那些衍生自苯乙烯、丁二烯、丙烯腈、氯丁橡胶、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸酯、丙烯酰胺、及其共聚物的可固化胶乳乳液。也可以使用这些可固化胶乳乳液的混合物。
市售的可固化胶乳乳液包括(例如)：可得自Rohm and Haas公司(位于美国宾夕法尼亚州Philadelphia市)的商品名为“RHOPLEX”和“ACRYSOL”的产品；可得自Air Products&Chemicals公司(位于美国宾夕法尼亚州Allentown市)的商品名为“FLEXCRYL”和“VALTAC”的产品；可得自Dow Reichold SpecialtyLatex LLC公司(位于美国北卡罗来纳州Research Triangle Park)的商品名为“SYNTHEMUL”、“TYCRYL”和“TYLAC”的产品；可得自NOVEON公司(位于美国俄亥俄州Cleveland市)的商品名为“HYCAR”、“CARBOCURE”、“GOOD-RITE”、“SANCURE”和“VYCAR”的产品；可购自Goodyear Tire and Rubber公司(位于美国俄亥俄州Akron市)的商品名为“CHEMIGUM”的产品；可购自ICI公司的商品名为“NEOCRYL”的产品；以及可购自BASF的商品名为“BUTAFON”的产品。除非所述胶乳乳液是自固化的(即，自交联的)，否则该可固化胶乳乳液通常与至少一种能够促进固化的添加剂(如交联剂)并用，或者与另外的可固化材料并用。
市售的自固化型胶乳例如包括：商品名为“CARBOCURE TSR-72”和“CARBOCURE TSR-201”的乳液；商品名为“GOOD-RITESB-1168”、“GOOD-RITE SB-0706”、“GOOD-RITE1800x73”的苯乙烯丁二烯乳液；商品名为“SANCURE AU-4010”(丙烯酸聚氨酯合成物)的聚氨酯分散体；商品名为“VYCAR VA-0450”的聚醋酸乙烯酯乳液；以及商品名为“VYCAR TN-810”的PVC-丙烯酸共聚物，以上商品均由位于美国俄亥俄州Cleveland市的Noveon公司销售。
可固化材料可任选含有一种或多种例如如上文所述的或其它的固化剂。一般根据所选择的可固化材料来决定固化剂的选择，该固化剂可包括(例如)酸、碱、光催化剂、硬化剂、交联剂(例如，聚环氧化物、蜜胺树脂、聚氮丙啶、多价金属离子、双氰胺、脲甲醛树脂、及其混合物)。可任选添加的固化剂(如果存在的话)的量一般低于要固化(即，交联)的胶乳干重的5％，但是也可以使用更多的量。用于多种胶乳的固化剂的例子可以在(例如)美国专利No.6,306,514(Weikel等人)中找到。
市售的用于胶乳的固化剂包括(例如)：诸如可得自位于美国新泽西州West Paterson市的Cytec Industries公司的商品名为“AEROTEX”(如，“AEROTEX M-3”、“AEROTEX 3730”和“AEROTEX 3030”)的产品之类的蜜胺树脂；可得自Cytec Industries公司的商品名为“CYMEL 1172”和“CYMEL 1171”的甘脲；以及诸如可得自Cytec Industries公司的商品名为“CYMEL 300”、“CYMEL303”、“CYMEL 373”和“CYMEL 350”的产品之类的烷基化蜜胺树脂；诸如可得自位于美国宾夕法尼亚州Pittsburgh市的Bayer公司的商品名为“XAMA”(如，“XAMA-7”和“XAMA-2”)的产品之类的聚氮丙啶；诸如可得自位于美国德克萨斯州休斯顿市的Resolution Performance Products公司的商品名为“EPI-REZ”的产品之类的水性脂肪族环氧树脂；以及诸如可得自Cytec Industries公司的商品名为“BEETLE 65”的产品之类的三聚氰胺甲醛树脂。
如上所述，经涂敷的磨料制品一般具有固定在背衬上的磨料层。通常，所述磨料层含有底漆层、面漆层和磨粒，或者可供选用的另一种方式是所述磨料层含有由分散于粘结剂中的磨粒形成的层。
根据本发明的一个实施方案，例如，如图2所示，经涂敷的磨料制品具有磨料层，其中磨料层含有底漆层、面漆层和磨粒。现在参考图2，示例性的经涂敷的磨料制品200含有钢纸背衬212，该背衬具有相背的第一主表面231和第二主表面232。背部面漆213固定在第二主表面232上。磨料层230覆盖可任选的预涂面漆215并固定在背衬212上，该磨料层230包括嵌入有研磨用砂粒218的底漆层216、覆盖并固定在底漆层216上的面漆层217、和研磨用砂粒218。可任选的超面漆层219覆盖面漆层217。
使用的底漆层的基本重量可随着例如预期用途、磨粒类型和所制备的经涂敷的磨料制品的性质的不同而不同，但是通常为每平方米1克、2克或5-20克、25克、400克、乃至600克。底漆层通常是以底漆层前体的形式施加的，所述底漆层前体经后续的凝固作用(例如，通过固化或冷却)后形成具有足够强度的粘结剂材料层，使磨粒固定于背衬上。底漆层前体可通过任何已知用于将底漆层前体施加于背衬的涂敷方法而被施加，这些方法包括(例如)辊涂、挤出模头涂敷、幕涂、刮涂、凹版涂敷和喷涂。所述底漆层前体的例子包括可固化的材料，其包括酚醛树脂、氨基塑料、聚(甲基)丙烯酸酯、聚环氧化物、多异氰酸酯、皮胶及其组合。
在将底漆层前体施加于经背部面漆处理后的钢纸背衬之后，并且在使底漆层前体凝固(例如，通过固化)之前，将磨粒沉积在底漆层上。
示例性的可使用的磨粒包括：熔融氧化铝系材料，如氧化铝、陶瓷氧化铝(其可包含一种或多种金属氧化物改性剂和/或晶种或成核剂)，以及热处理过的氧化铝、碳化硅、共熔融的氧化铝-氧化锆、金刚石、二氧化铈、二硼化钛、立方氮化硼、碳化碱、石榴石、燧石、金刚砂、衍生自溶胶-凝胶的磨粒、及其混合物。溶胶-凝胶磨粒的例子包括在美国专利No.4,314,827(Leitheiser等人)、4,518,397(Leitheiser等人)、4,623,364(Cottringer等人)、4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等人)、4,881,951(Wood等人)、5,011,508(Wald等人)、5,090,968(Pellow)、5,139,978(Wood)、5,201,916(Berg等人)、5,227,104(Bauer)、5,366,523(Rowenhorst等人)、5,429,647(Larmie)、5,498,269(Larmie)以及5,551,963(Larmie)中描述的那些。磨粒可为例如单个的颗粒、团块、磨料复合颗粒及其混合物的形式。
示例性的团块在例如美国专利No.4,652,275(Bloecher等人)和4,799,939(Bloecher等人)中有描述。使用稀释的易蚀性团块颗粒，例如如美国专利No.5,078,753(Broberg等人)中所述，也在本发明的范围内。磨料复合颗粒在粘结剂中包含磨料粒。
示例性的磨料复合颗粒在例如美国专利No.5,549,962(Holmes等人)中有描述。
磨粒的涂敷重量可随着例如所需的特定的经涂敷的磨料制品、施加磨粒的方法和磨粒的尺寸的不同而不同，但是通常为1g/m2到2000g/m2。
面漆层的基本重量也必须随着预期用途、磨粒类型和要制备的经涂敷的磨料制品的性质的不同而不同，但是通常为1g/m2或5g/m2到300g/m2或乃至800g/m2，或更高。
面漆层通常是以面漆层前体的形式施加的，所述面漆层前体经后续的凝固作用(例如，通过固化或冷却)后形成具有足够强度的粘结剂材料层，以使磨粒固定于底漆层上。面漆层前体可通过任何已知用于将面漆层前体施加于背衬的涂敷方法而被施加，这些方法包括(例如)辊涂、挤出模头涂敷、幕涂、刮涂、凹版涂敷和喷涂。所述面漆层前体的例子包括可固化的材料，其包括酚醛树脂、氨基塑料、聚(甲基)丙烯酸酯、聚环氧化物、多异氰酸酯、皮胶、脲甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂及其组合中的至少一种。
有关具有磨粒、底漆层、面漆层和可任选的超面漆层的经涂敷的磨料制品的细节是公知的，并且在例如美国专利No.4,734,104(Broberg)、4,737,163(Larkey)、5,203,884(Buchanan等人)、5,152,917(Pieper等人)、5,378,251(Culler等人)、5,417,726(Stout等人)、5,436,063(Follett等人)、5,496,386(Broberg等人)、5,609,706(Benedict等人)、5,520,711(Helmin)、5,954,844(Law等人)、5,961,674(Gagliardi等人)、4,751,138(Tumey等人)、5,766,277(DeVoe等人)、6,077,601(DeVoe等人)、6,228,133(Thurber等人)和5,975,988(Christianson)中有所描述。
根据本发明的另一个实施方案，如图3所示，经涂敷的磨料制品具有磨料层，其中磨料层含有由分散于粘结剂中的磨粒形成的层。现在参考图3，示例性的经涂敷的磨料制品300含有钢纸背衬312，该背衬具有相背的第一主表面331和第二主表面332。背部面漆313固定在第二主表面332上。可任选的预涂面漆315固定在主表面331上。磨料层330覆盖可任选的预涂面漆315并固定在背衬312上，该磨料层330含有多个分布于全部粘结剂309中的研磨用砂粒318。
在本发明的经涂敷的磨料制品的一些实施方案中，磨料层具有磨粒在粘结剂中的分散体(通常以在粘结剂前体中的磨粒浆料形式进行涂敷)。浆料涂敷技术是磨料领域中公知的，其包括在例如美国专利No.5,378,251(Culler等人)、5,942,015(Culler等人)和6,277,160(Stubbs等人)中描述的那些。合适的粘结剂前体的例子包括可固化的材料，其包括酚醛树脂、氨基塑料、聚(甲基)丙烯酸酯、聚环氧化物、多异氰酸酯及其组合。本实施方案中所用的磨粒包括上文中所罗列出的所有那些磨粒。
本发明的经涂敷的磨料制品可以转化为例如条、带、卷、盘(包括有孔的盘)和/或片。
根据本发明，可以发现：由于吸收水分而引起的翘曲和/或卷曲的问题一般会显著降低至不再令使用者感到不能接受的程度。这令人感到非常惊讶，因为本发明的经涂敷的磨料制品所吸收的水分(例如，在重量上)一般与现有技术中相应的经涂敷的磨料制品所吸收的水分实质上一样。
另外还令人惊讶地发现：与现有技术中相应的经涂敷的磨料制品相比，本发明的经涂敷的磨料制品通常至少在某些情况下(例如，在湿度升高的条件下)的切削力提高。
对于带的应用，可以通过用于形成拼接带的已知方法将磨料片的两个自由端连接在一起。也可如例如美国专利No.5,573,619(Benedict等人)中所述形成无拼接的带材。
在一个实施方案中，本发明的经涂敷的研磨盘可具有固定在钢纸背衬上的机械紧固件。例如，现在参考图4，示例性的经涂敷的研磨盘400具有固定在研磨盘420的钢纸背衬412的涂敷有背部面漆的主表面432上的机械紧固件490。研磨盘420例如可以是由经涂敷的磨料制品200或300制成的盘。
用于附加所述机械紧固件的合适的技术包括(例如)粘合剂、铆钉、焊接。示例性的焊接技术包括(例如)超声波焊接、红外焊接、振动焊接和摩擦熔焊(包括旋转焊接)。也可以采用分步的工序来进行焊接，其中对热塑性塑料的至少一部分进行加热直至其至少部分软化或熔融，然后将该软化的或熔融的热塑性塑料粘结到磨料制品上。在上述技术中，至少旋转焊接技术一般是简单的、有效的、方便的。令人惊讶地发现：机械紧固件可以成功地旋转焊接到涂敷有背部面漆的钢纸背衬上，而在采用钢纸背衬时一般来说这是不可能的。关于机械紧固件和焊接技术的进一步详情例如可以在2004年4月20日提交的共同转让的美国专利申请No.10/828,119(Fritz等人)中找到。
本发明的经涂敷的磨料制品可用于研磨工件。这种方法之一包括使经涂敷的磨料制品的磨料层的至少一部分与工件表面的至少一部分进行摩擦接触，并将经涂敷的磨料制品或工件这两者中的至少一者相对于另一者移动以研磨所述表面的至少一部分。
工件材料的例子包括金属、金属合金、特种金属合金、陶瓷、玻璃、木材、木材样材料、复合材料、涂漆表面、塑料、增强塑料、石材和/或其组合。工件可为平坦的或具有与其相关的形状或轮廓。示例性的工件包括金属部件、塑料部件、颗粒板、凸轮轴、曲轴、家具和涡轮叶片。
本发明的经涂敷的磨料制品可手动使用和/或与机器组合使用。在研磨时，通常使经涂敷的磨料制品和工件这两者中的至少一者相对于另一者移动或每一者都相对于另一者移动。研磨可在湿润或干燥条件下进行。用于湿磨的示例性流体包括水、含有常规防锈化合物的水、润滑剂、油、肥皂和切削液。该流体也可包含消泡剂、脱脂剂等等。
通过以下非限制性例子进一步说明本发明的目的和优点，但是不应将在这些例子中叙述的特定材料及其量、以及其它条件和细节理解为是对本发明进行不适当的限定。
例子
除非另作说明，否则以下例子和说明书的其它部分中记载的所有的份数、百分比和比例等都是以重量计的，并且例子中使用的所有试剂都得自或可得自普通化学品供应商，如位于美国密苏里州Saint Louis市的Sigma-Aldrich Chemical公司，或可以通过常规技术合成。
例子中所用的钢纸研磨盘的直径为7英寸(18cm)，并有一个7/8英寸的中心孔。
在所有例子中使用以下缩写：
缩写 描述
VF 钢纸料片，33.5密耳厚，得自位于德国Troisdorf市的H.T.Troplast公司，商品名为“DYNOS FIBRE”。该产品具有绿色的背面和褐色的前表面。
AR1 丙烯酸聚合物乳液，35重量％的固体，得自位于美国俄亥俄州Cleveland市的Noveon公司，商品名为“CARBOCURE TSR 72”
SBR 苯乙烯/丁二烯/丙烯腈共聚物，得自位于德国Ludwigshafen市的BASF公司，商品名为“STYRONAL NX 4681”
AR2 丙烯酸乳液，49重量％的固体，得自位于美国俄亥俄州Cleveland市的Noveon公司，商品名为“HYCAR 2679”
PR1 甲阶酚醛树脂，75重量％的固体，得自位于美国乔治亚州Atlanta市的Georgia-Pacific公司，商品名为“GP387D51”
PR2 苯酚-甲醛树脂，苯酚与甲醛的比例为1.5-2.1∶1，用2.5％的氢氧化钾催化
AP 陶瓷氧化铝磨粒，50号粒度，ANSI 50级，得自位于美国明尼苏达州Saint Paul市的3M公司，商品名为“CUBITRON”
AP2 陶瓷氧化铝磨粒，36号粒度，ANSI 36级，得自3M公司，商品名为“CUBITRON”
CACO 碳酸钙填料，得自位于美国乔治亚州Fairmount市的J.M.Huber
公司，商品名为“HUBERCARB Q325”
CRY 填料，得自位于美国宾夕法尼亚州Pittsburgh市的KoppersTrading公司，商品名为“CRYOLITE TYPE RTN-C”
RIO 氧化铁红，得自位于美国伊利诺伊州East St.Louis市的ElementisPigments公司
PM1 由31.9％的AR2、53.9％的PR1和14.2％的水混合所制备的预混合料
PM2 由59.6％的PR2、38.3％的CACO和2.1％的水混合所制备的预混合料
PM3 由35.2％的PR2、54.4％的CRY、1.7％的RIO和8.7％的水混合所制备的预混合料
PM4 由35.7％的PR2、55.3％的CRY、1.7％的RIO和7.3％的水混合所制备的预混合料
测定方法
形状测定过程A
把要评价的研磨盘去除捆绑材料后各自平放(磨料层一侧朝下)在RH(相对湿度)控制在15％、温度控制为24℃的室的架子上达48小时。对每个例子的材料研究4个盘。用能够测量最近距离为10微米的激光测高计(得自位于美国明尼苏达州Minneapolis市的BannerEngineering公司，LG10型)测量每个盘的形状。用该激光装置来测定每个盘在以下四个点处的高度：两个最低点和两个最高点。记录最高点平均值与最低点平均值的差作为每个盘的Δ高度。朝向背衬一侧的面外净形状记为正(+)、朝向磨料层一侧的面外净形状记为负(-)。在30％、45％、60％和75％RH的环境下重复该过程，温度都保持在24℃。每种条件下所报告的数值是对4个同样的盘测量的差值的平均值。
形状测定过程B
将8个研磨盘去除捆绑材料后各自平放(磨料层一侧朝下)在预处理条件控制为45％RH、24℃的室中。经48小时预处理后，如上面“形状测定过程A”所述用激光来测定每个盘的形状。然后将其中的4个盘放在控制在20％RH、24℃的室中，另外4个盘放在控制在60％RH、24℃的室中。48小时后，将这8个盘同时从室中取出，用激光测高计测定。每种条件下所报告的数值为对4个同样的盘测量的平均值。再每隔48小时测定一次，共再测定4次，总的试验持续时间为10天。
形状测定过程C
把要评价的研磨盘去除捆绑材料，用能够测量最近距离为10微米的激光测高计(得自位于美国明尼苏达州Minneapolis市的BannerEngineering公司，LG10型)测量每个盘的形状(即，与面的偏离)。每个盘放在桌面上，使中心孔离桌面最远。用激光测高计来测量中心孔到桌面的高度。朝向背衬一侧的面外净形状记为正(+)。朝向磨料层一侧的面外净形状记为负(-)。初次测量之后，将每组10个共3组盘由其中心孔悬挂在水平杆上，并分别放置在控制在20％RH(相对湿度)、24℃的室、控制在45％ RH、24℃的室和控制在70％ RH(相对湿度)、24℃的室中2周。然后测定每个盘的形状，起始状态与经湿度处理后的最终状态之间的变化的绝对值(即高度变化)记录为10个盘的平均值。
研磨试验
设计研磨试验以测定经涂敷的研磨盘的切削率。将试验盘放在45％RH、24℃的条件下2天。在试验之前，将这些经预处理后的盘中的一半放在20％RH、24℃的环境中一周，将另一半放在60％RH、24℃的环境中一周。如此处理后的每个研磨盘用于研磨1.25cm×18cm的、1018低碳钢工件的表面。所用的研磨机为恒载液压盘式研磨机。工件与研磨盘之间的恒定负载由负荷弹簧(load spring)来施加。研磨机的支承垫是铝支承垫，以约7度的角度倾斜，并从边缘延伸到中心3.5cm处。用固定螺母将盘固定在铝支承垫上，并以5,500rpm的转速驱动。支承垫与盘及工件之间的负荷为约6.8kg。每个盘以60秒的时间段来研磨一个单用的工件15次。把在第一个60秒的研磨操作中所除去的金属的量作为起始切削量。把在第15个60秒的时间段内所除去的金属的量作为最终切削量。除非另有说明，否则把整个试验过程中所除去的金属的累积量作为总切削量。起始切削量、最终切削量和总切削量以克数报告。
研磨试验2
设计研磨试验2也是为了测定经涂敷的研磨盘的切削率。将试验盘放在45％RH、24℃的条件下2天。每个研磨盘用于研磨1.25cm×18cm的、1018低碳钢工件的表面。所用的研磨机为恒载液压盘式研磨机。工件与研磨盘之间的恒定负载由负荷弹簧来施加。研磨机的支承垫是铝支承垫，以约7度的角度倾斜，并从边缘延伸到中心3.5cm处。用固定螺母将盘固定在铝支承垫上，并以5,500rpm的转速驱动。支承垫与盘及工件之间的负荷为约5.9kg。每个盘以60秒的时间段来研磨一个工件。每个时间段结束时更换工件。在每个60秒的研磨操作结束时测定切削量(所除去的金属的量)。当一个60秒钟的时间段内的切削量小于40克时试验结束。除非另有说明，否则把整个试验过程中所除去的金属的累积量作为总切削量。总切削量以克数(6个盘的平均值)报告。
旋转焊接过程
根据美国专利No.5,931,729(Penttila等人)中的过程，用旋转焊接仪(得自位于美国明尼苏达州Shoreview市的Powell，McGeeAssociates公司，商品名为“PMA SPINWELD 90”)来进行旋转焊接试验。该仪器的可调参数包括进气压力(以psi(kPa)表示)和焊接时间(以任意单位表示)。该过程的评价标准如下表I所示。
表I
等级 描述 破坏方式
失败 凸件(button)从未被粘附 粘附破坏
P/F 有时候凸件会被粘附 粘附破坏
最低限度 凸件很弱地粘附在料片上 粘附破坏
合格 凸件牢固地粘附在料片上 纤维料片内聚破坏
实施例1-4和比较例A
实施例1-4和比较例A用于说明不同的背部面漆组合物的组成和湿增重对所得到的研磨盘的形状稳定性的作用。这些例子中的背部面漆的组成和湿增重如下表II所报告。
表II
    例子     AR1     SBR     PM1
    1     35.6     0     0
    2     21.6     0     0
    3     0     24.5     0
    4     0     0     38.9
    比较例A     0     0     0
通过用三辊涂敷机将AR1涂敷到305mm宽的VF料片的一面上来制备实施例1。将背部面漆涂层放在温度设置为85℃的烘箱中干燥3分钟，使其干重为约12.4克/平方米(gsm)。将经背部面漆处理后的料片缠成卷，放在50％RH的环境中处理7-10天。将由184gsm的底漆涂层(PM2)、552gsm的颗粒涂层(AP)和339gsm的面漆涂层(PM3)所形成的磨料涂层涂敷到在上述条件下处理后的这种经背部面漆处理过的料片上，并固化。将该固化的磨料料片的短片缠成松散的卷，在65℃下蒸1小时。用冲床从该潮湿的料片上切削下带有22mm中心孔的直径为178mm的研磨盘。然后使该研磨盘两次通过与研磨盘表面垂直的3.8cm(1.5英寸)的棒式挠曲试验装置。将该经挠曲的盘堆叠起来并置于木质凸缘之间打成捆，然后在100℃下再固化24小时。将该打成捆的盘放在45％RH、24℃的环境中处理10天。
与实施例1一样制备实施例2，不同之处在于AR1的重量为21.6gsm(干燥后降至约7.5gsm)。
与实施例1一样制备实施例3，不同之处在于将重量为24.5gsm(干燥后降至约12.5gsm)的SBR施加到钢纸料片上。
与实施例1一样制备实施例4，不同之处在于将重量为38.9gsm(干燥后降至约20.8gsm)的PM1施加到钢纸料片上。烘箱温度提高至121℃。
比较例A为对照例，根据实施例1一样来制备，但是没有任何被施加到钢纸料片上的背部面漆。
根据形状测定过程A来评价实施例1-4和比较例A的形状变化。结果如下表III所报告(用mm来表示)。根据实施例1所制备的经涂敷的研磨盘如图5所示。
表III
    例子     Δ高度(mm)
    1     13.88
    2     24.16
    3     23.15
    4     19.63
    比较例A     25.25
实施例5-11和比较例B
实施例5-11和比较例B用于说明不同的背部面漆组合物的组成和湿增重对所得到的研磨盘的形状稳定性的作用。这些例子中的背部面漆的组成和湿增重如下所报告。
与实施例4一样制备实施例5，不同之处在于将重量为105gsm(干燥后降至约86.3gsm)的PM2施加到钢纸料片上。烘箱温度为121℃。
与实施例5一样制备实施例6，不同之处在于将重量为62.4gsm(干燥后降至约51.8gsm)的PM2施加到钢纸料片上。
与实施例5一样制备实施例7，不同之处在于将重量为20.8gsm(干燥后降至约17.3gsm)的PM2施加到钢纸料片上。
与实施例1一样制备实施例8，不同之处在于AR1的重量为62.3gsm(干燥后降至约21.8gsm)。
与实施例1一样制备实施例9，不同之处在于AR1的重量为37.4gsm(干燥后降至约13.1gsm)。
与实施例1一样制备实施例10，不同之处在于AR1的重量为18.5gsm(干燥后降至约6.5gsm)。
与实施例1一样制备实施例11，不同之处在于分三次将AR1涂敷到钢纸料片的同一面上。这3次涂敷的总增重为约178gsm(干燥后为62.3gsm)。当从所得的材料上切下研磨盘并将其挠曲时，其背部面漆容易剥落，不再能形成均匀的背部涂层。与未处理的比较例相比，这些盘卷曲得更厉害。
根据实施例1制备比较例B，不同之处在于没有任何被施加到背衬上的背部面漆。
根据形状测定过程B来评价实施例5-11和比较例B的形状变化。
比较例C和D均为ANSI 50级钢纸研磨盘，其直径为7英寸(18cm)，并带有7/8英寸(2.2cm)的中心孔，分别得自位于美国伊利诺伊州芝加哥市的Marvel Abrasives公司(商品名为“50 GRIT CGCERAMIC RESIN BOND FIBRE DISC”)以及美国马萨诸塞州Worcester市的Norton公司(商品名为“50 GRIT F986 GREENLYTEPLUS”)。形状测试的结果如下表IV所报告(以mm来表示)。
表IV
例子 20％RH，Δ高度(mm) 60％RH，Δ高度(mm)
5     3.17     -9.66
6     4.80     -3.80
7     3.97     -31.48
8     5.75     -5.53
9     3.45     1.95
10 1.39 -25.00
比较例B     10.08     -17.76
比较例C     6.55     -21.63
比较例D     19.45     未测定
根据研磨试验来评价实施例10和比较例B及C的研磨盘。试验结果如下表V所报告。
表V
例子  最终湿度条件，％RH 盘 起始切削量，g 最终切削量，g 总切削量，g 总切削量平均值，g
比较例B  20  1  88.7  25.4  985.6  902.9
比较例B  20  2  91.3  14.7  854.3
比较例B  20  3  88.2  18.1  868.8
实施例10  20  1  91.0  26.9  1004.6  926.6
实施例10  20  2  90.1  20.0  891.5
实施例10  20  3  93.1  14.1  883.8
比较例C  20  1  73.3  13.9  712.6  650.3
比较例C  20  2  72.0  15.5  588.0
比较例B  60  1  79.8  17.7  864.1  841.8
比较例B  60  2  84.0  13.4  824.8
比较例B  60  3  81.7  16.3  875.5
比较例B  60  4  81.5  7.6  802.9
实施例10  60  1  80.5  18.8  904.7  919.8
实施例10  60  2  87.1  12.1  887.3
实施例10  60  3  87.1  23.9  982.4
实施例10  60  4  86.5  19.8  904.9
比较例C  60  1  67.1  8.1  473.8  494.1
比较例C  60  2  67.3  3.5  492.1
比较例C  60  3  68.0  5.1  460.3
比较例C  60  4  65.5  18.3  550.3
实施例12-14和比较例E(旋转焊接)
使用从根据实施例1制备的研磨盘上切下来的直径为51mm的盘来制备实施例12。采用表VI所示的机械设置条件，根据旋转焊接过程将尼龙凸件施加到料片上。
根据实施例12制备实施例13并进行试验，不同之处在于研磨盘来自实施例4。
根据实施例12制备实施例14并进行试验，不同之处在于研磨盘来自实施例5。
根据实施例12制备比较例E并进行试验，不同之处在于研磨盘来自比较例A。
实施例12-14和比较例E的旋转焊接评价结果如下表VI所报告。
表VI
   例子  压力，psi(kPa)     焊接时间(控制面板上的单位)
    50     70     90
    12     60(410)     最低限度     合格     合格
    13     60(410)     合格     合格     合格
    14     60(410)     合格     合格     合格
    E     60(410)     失败     失败     失败
实施例15
通过用双辊涂敷机将PM2涂敷到305mm宽的VF料片的一面上来制备实施例15。将背部面漆涂层放在温度设置为116℃的烘箱中干燥3分钟，使干增重为约8.8gsm。将该背部面漆处理后的料片翻过来，重复所述涂敷和干燥步骤，得到经预涂面漆处理过的(即，具有预涂面漆的)和经背部面漆处理过的(即，具有背部面漆的)料片。将该具有预涂面漆并具有背部面漆的料片缠成卷，放在50％RH的环境中处理7-10天。将由188gsm的底漆涂层(PM2)、799gsm的颗粒涂层(AP2)和448gsm的面漆涂层(PM3)所构成的磨料涂层涂敷到在上述条件下处理后的这种具有预涂面漆和背部面漆的料片上，并固化。将该固化的磨料料片的短片缠成松散的卷，在65℃下蒸1小时。用冲床从该潮湿的料片上切下带有22mm中心孔的直径为178mm的研磨盘。然后使该研磨盘两次通过与盘表面垂直的2.5cm(1.0英寸)的棒式挠曲试验装置。将该经挠曲的盘堆叠起来并置于木质凸缘之间打成捆，然后在100℃下再固化24小时。将该打成捆的盘放在70％RH、24℃的环境中处理5天，再放在45％RH、24℃的环境中处理5天。
比较例F
与实施例15一样来制备比较例F，不同之处在于没有背部面漆涂层和预涂面漆涂层。
根据形状测定过程C和研磨试验2来对实施例15和比较例F进行试验。结果如下表VII所报告。
表VII
    湿度条件下的高度变化 总切削量(克)
    20％RH，Δ高度(mm)   45％RH，Δ高度(mm)  70％RH，Δ高度(mm)
实施例15     5.12   1.40   29.65   1715.5
比较例F     5.50   2.96   35.55   1511.8
实施例16
与实施例4一样制备实施例16，不同之处在于另加有一个步骤：按照与实施例4所述的施加背部面漆的工序一样，将预涂面漆(PM1，湿增重为38.9gsm(干增重为20.8gsm))施加到VF料片的前表面上。
根据形状测定过程A来测试实施例16。其Δ高度为16.65mm。

Claims (23)

1.一种经涂敷的磨料制品，该磨料制品包括具有相背的第一主表面和第二主表面的钢纸背衬、固定在所述第一主表面上的磨料层、以及固定在所述第二主表面上的背部面漆，其中所述经涂敷的磨料制品上的所述背部面漆的干燥基本重量为每平方米8-90克，所述背部面漆包含由选自可固化的胶乳乳液、酚醛树脂及其组合中的成分形成的反应产物。
2.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中，预涂面漆固定在所述钢纸背衬的所述第一主表面上。
3.根据权利要求2所述的经涂敷的磨料制品，其中，所述预涂面漆含有与所述背部面漆相同的成分。
4.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中，所述磨料制品包括研磨盘或者环形带。
5.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中，所述背部面漆含有可固化的胶乳乳液，并且所述经涂敷的磨料制品上的所述背部面漆的干燥基本重量为每平方米8-25克。
6.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中，所述背部面漆含有酚醛树脂，并且所述经涂敷的磨料制品上的所述背部面漆的干燥基本重量为每平方米15-90克。
7.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中，所述钢纸背衬的厚度在0.5-1.3毫米的范围内。
8.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中，所述磨料层包括底漆层和面漆层。
9.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中，所述磨料层包括磨粒在粘结剂中形成的分散体。
10.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中，所述磨料层含有由包含至少一种下列物质的成分形成的反应产物，所述物质为聚环氧化物、聚(甲基)丙烯酸酯、脲甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、或其组合。
11.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中，所述磨料制品还具有预涂面漆、次面漆、浸渍剂、粘结层或超面漆中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中，所述磨料制品包括盘，并且该磨料制品还具有被焊接到所述背部面漆上的机械紧固件。
13.一种研磨工件的表面的方法，该方法包括：
提供权利要求1所述的经涂敷的磨料制品；
使所述磨料层与所述工件的表面摩擦式接触；并且
将所述磨料层和所述工件的所述表面这两者中的至少一者相对于另一者移动，以研磨所述工件的所述表面的至少一部分。
14.一种经涂敷的磨料制品的制造方法，该方法包括：
提供具有相背的第一主表面和第二主表面的钢纸背衬；
将可固化的背部面漆前体涂敷在所述钢纸背衬的所述第二主表面上，并使所述背部面漆前体固化从而得到背部面漆，其中所述经涂敷的磨料制品上的所述背部面漆的干燥基本重量为每平方米8-90克，所述背部面漆前体包含选自可固化的胶乳乳液、酚醛树脂及其组合中的至少一种材料；以及
将磨料层固定在所述钢纸背衬的所述第一主表面上。
15.根据权利要求14所述的经涂敷的磨料制品的制造方法，该方法还包括将所述经途敷的磨料制品转化为研磨盘或环形带。
16.根据权利要求14所述的经涂敷的磨料制品的制造方法，其中，所述背部面漆含有可固化的胶乳乳液，并且所述经涂敷的磨料制品上的所述背部面漆的干燥基本重量为每平方米8-25克。
17.根据权利要求14所述的经涂敷的磨料制品的制造方法，其中，所述背部面漆含有酚醛树脂，并且所述经涂敷的磨料制品上的所述背部面漆的干燥基本重量为每平方米15-90克。
18.根据权利要求14所述的经涂敷的磨料制品的制造方法，其中，所述钢纸背衬的厚度在0.5-1.3毫米的范围内。
19.根据权利要求14所述的经涂敷的磨料制品的制造方法，其中，所述磨料层包括底漆层和面漆层。
20.根据权利要求19所述的经涂敷的磨料制品的制造方法，该方法还包括将超面漆施加到所述面漆层上。
21.根据权利要求14所述的经涂敷的磨料制品的制造方法，其中，所述磨料层包含分散于粘结剂中的磨粒。
22.根据权利要求14所述的经涂敷的磨料制品的制造方法，其中，所述磨料层含有由包含至少一种下列物质的成分形成的反应产物，所述物质为聚环氧化物、聚(甲基)丙烯酸酯、脲甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、或其组合。
23.根据权利要求14所述的经涂敷的磨料制品的制造方法，该方法还包括将机械紧固件焊接到所述背部面漆上。
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