CN101400481B - 柔性磨料制品 - Google Patents

Abstract

一种有回弹力的柔性磨料制品，其包括连续背衬层，所述连续背衬层包括被泡沫涂覆的支承层，所述连续背衬层具有相对的主表面，至少一个所述主表面包括三维表面外形，所述三维表面外形包括凸起区域和凹陷区域，并且其中所述凸起区域和凹陷区域至少部分地用磨粒涂覆，由此限定研磨表面。

Description

柔性磨料制品

背景技术

本发明整体涉及磨料制品，并且更具体地讲，涉及具有不平的研磨表面且柔性有回弹力的磨料制品。

片状磨料(诸如传统的砂纸)常用于多种磨砂操作，包括木制表面的手工磨砂。手砂时，使用者直接将磨料制品握持在手中，或将其附着在砂磨工具上(例如砂块)，然后在整个工作表面上移动磨料制品。当然，手工磨砂是比较费力的。传统的砂纸通常是通过将磨料矿石附着在相对较薄、通常不可延展、非弹性的、无孔的背衬上(例如纸张、薄膜等)来制备的。

弹性片状磨料制品在已获得专利的现有技术中也是已知的。例如，美国专利No.6,613,113(米尼克(Minick)等人)公开了具有柔性片状加强层的柔性磨料产品，该柔性片状加强层包括多个分开的弹性体，这些弹性体相互连接形成大致呈平面的阵列，在所述阵列模式中，连接的相邻弹性体之间有畅开空间，每个弹性体具有第一表面和相对的第二表面，以及使至少第一表面成为研磨表面的磨粒。

期望提供一种耐用的、柔性有回弹力的磨料制品，其与具有可比性粒度的砂纸相比，产生更加均匀的刮擦图案、简便易用、具有改善的切削而且产生更加精细的刮擦。

发明内容

本发明通过提供柔性有回弹力的磨料制品，克服了在本领域中的上述限制，该柔性有回弹力的磨料制品与具有可比性粒度的砂纸相比，产生大致均匀的刮擦图案，简便易用、具有改善的切削而且产生更加精细的刮擦。

本发明提供有回弹力的磨料制品，其包括具有相对的第一主表面和第二主表面的连续背衬层。背衬层包括被泡沫层涂覆的支承层和至少一个具有三维表面外形的所述主表面，所述三维表面外形具有凸起区域和凹陷区域。磨粒被布置在所述至少一个具有三维表面外形的表面上，从而限定研磨表面。

在本发明更具体的方面，凸起区域包括峰并且凹陷区域包括谷。在一个实施例中，峰是穹顶形的。

磨粒可以仅仅布置在三维表面的凸起区域或布置在凸起区域和凹陷区域。

在本发明的其他方面，可以以规则排列的重复图案提供凸起区域；并且可以以直线栅格提供谷。

在一个实施例中，支承层包括稀松布。该稀松布可以由天然纤维、合成纤维构成，或者可以包括非织造层或织造物。在具体的方面，稀松布含有开口，所述开口的面积小于约10mm²。

在其他方面，背衬层的最小厚度通常至少为约2mm和最大厚度不大于约7mm。在甚至更具体的方面，具有三维表面外形的表面的平均高度差从约0.5mm到约2mm，以及平均峰到峰距离从约3mm到约7mm。

与具有可比性粒度的砂纸相比，本发明的某些实施例的优点包括：具有改善的耐用性、降低了原材料成本和制造成本、具有改善的刮擦图案、简便易用、具有改善的切削而且产生更加精细的刮擦。

附图说明

结合附图，将对本发明进一步进行描述，其中：

图1为根据本发明实施的柔性磨料制品之透视图；

图2为沿着图1的直线2-2截取的、放大后的示意性剖视图；

图3为沿着图1的直线3-3截取的、放大后的示意性剖视图；

为了示出支承层，图4是部分切除磨料制品而得的图1所示磨料制品的透视图；

图5为根据本发明一个实施例实施的柔性磨料制品之研磨表面放大后的俯视图照片(放大率约5倍)；和

图6为根据本发明一个实施例实施的柔性磨料制品之非研磨表面放大后的底视图照片(放大率约5倍)。

具体实施方式

现在参见附图，其中类似的附图标记是指在此数张视图中类似的或对应的部件，图1和图2示出有回弹力的片状磨料制品10，其具有相对的第一主表面12和第二主表面14。磨料制品10包括：背衬层16、布置在背衬层16上的支承层18、布置在第一主表面12上的集成涂层20，以及至少部分地嵌入集成涂层20，从而限定研磨表面的多个磨粒22。下面分别详细描述背衬层16、支承层18、集成涂层20和磨粒22。

背衬层

背衬层16由有回弹力的柔性材料构成，其为使用者提供了舒适的抓握表面，改善了磨料制品的贴合性，并因此使磨料制品10能更有效地砂磨弯曲和起伏的工作表面。背衬层16具有支承层18或被泡沫19涂覆的稀松布。

这样的背衬层16可以根据在美国专利No.5,707,903(肖滕弗尔德(Schottenfeld))中大致描述的方法制得，该专利因此以引用方式全文并入本文。例如，这类材料可以这样形成，即将稀松布18浸入可固化的、形成聚氯乙烯(PVC)泡沫的液体组合物中。

根据磨料制品10的表征方面，背衬层16是连续的，意即制成背衬层16时，背衬层16不包含任何在Z-方向(即背衬层的厚度尺寸或高度尺寸方向)贯穿其中的开口、洞、空隙或通道，它们比在材料本身中无规则形成的空间大。将在下文中说明，通过提供连续背衬层制成更耐用的磨料制品。

作为另外一种选择，背衬层16可以是基本上连续的，意即制成背衬层16时，背衬层16包含很少或很小的、在Z-方向(即背衬层的厚度尺寸或高度尺寸方向)贯穿其中的开口，它们比在材料本身中无规则形成的空间大，这些开口不会对背衬层16的耐用性产生明显的影响。基本上连续的背衬层，例如，典型的开口面积将不大于背衬层总表面积的约15％，更典型的是不大于约10％。并且甚至更典型的是不大于约5％。

在图示的实施例中，背衬层16包括稀松布18，该稀松布包括平行线24和交叉平行线26，它们排列成类似于栅格的图案，从而限定多个开口28。通常，开口28要足够小，以使得在构成背衬层16的涂覆和固化过程中，稀松布18中的所有开口28被完全涂覆或填充，因此在此被涂覆的产品中有很少的洞(如果有的话)，或者作为另外一种选择，以使得这种洞非常小。如果在被涂覆的背衬层14中存在开口，开口的数量和大小使得它们不会对背衬层12的耐用性造成有害的影响。

稀松布18可以由天然的或合成的线制成，这些线可以被针织或织造在具有沿着稀松布18长度方向间隔分布的间歇开口的网络中。该稀松布18不必织成一致的图案，而且还可包括无规则的图案。因此，开口28可以呈现图案或者是无规则的间隔。稀松布18中的开口28可以为矩形，或者它们也可以具有其他形状，诸如菱形、三角形、八边形或这些形状的组合。

稀松布18嵌入背衬层16(即被泡沫19完全包裹)。支承层18起增加磨料制品10耐用性的作用。也就是说，支承层18起增加连续背衬层16强度的作用。

在图示的实施例中，稀松布18包含沿第一方向布置的第一组分隔的线行24和沿第二方向布置的第二组线列26以形成限定多个相邻开口28的栅格。该稀松布18也可包括畅开式网片，该畅开式网片选自由下列材料组成的组：织造或针织纤维网片、合成纤维网片、天然纤维网片、金属纤维网片、模制热塑性聚合物网片、模制热固性聚合物网片、打孔薄片材料、切开且拉伸的薄片材料以及它们的组合。

支承层18可由多种材料构成。适合的材料包括(例如)针织材料或织造物材料、布或者薄膜(例如热塑性薄膜)。具体的支承层18的材料要具有足够的强度以经受住加工过程中的处理，以及具有足够强度以用于预期的最终应用。

包围稀松布18的材料19可以是泡沫状或非泡沫状的，并且可以包含多种弹性材料中的任何一种，这些弹性材料包括但不限于：聚氨酯树脂、聚氯乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯树脂、合成或天然的橡胶组合物、丙烯酸树脂以及其他适合的弹性体树脂组合物。

根据磨料制品10的另一个表征特点，磨料制品10的研磨第一主表面12包括宏观三维表面外形，其包括凸起区域30和凹陷区域32。术语“宏观三维”是指观察者眼睛和薄片平面之间的垂直距离为约12英寸时，磨料制品10的三维表面外形易于被肉眼观察到。换句话讲，磨料制品的三维结构使得磨料制品的一个或两个相对的主表面存在于多个平面中，当从约12英寸的距离观察该结构时，这些平面之间的距离是肉眼可以观察到的。与此相反，具有平表面的磨料制品在一侧或两侧上会有细小尺度的表面畸变，当观察者眼睛和网状结构之间的垂直距离为约12英寸或更大时，肉眼不容易观察到该表面畸变。换句话讲，在宏观尺度上，观察者不会观察到薄片的一个或两个表面存在于多个平面中，因而也观察不到三维的结构。

在图示的实施例中，磨料制品10的第一主表面12和第二主表面14包括三维表面外形。第一主表面12用磨粒22涂覆以限定研磨表面，并且相对的第二主表面14未被涂覆。未涂覆的第二主表面14会构成易于处理的磨料制品10背面，其容易与使用者的手贴合，从而提供方便的、可以变形的产品，容易应用于具有复杂外形的研磨表面。可选的是，第二主表面14也可以是研磨表面，因此形成双面的磨料制品。在图示的实施例中，在研磨第一主表面12上，每个凸起区域30都具有大致凸起或穹顶形的形状。凸起区域30可以具有其他形状。

磨料制品的宏观三维表面外形可以用“平均高度差”和“平均峰到峰距离”来表征。高度差是凸起区域的最高点(或者如果没有可识别的高点，则使用凸起区域的中心点)和给定表面最近的邻近凹陷区域之间的距离。“峰到峰”是凸起区域的最高点(或者如果没有可识别的高点，则使用凸起区域的中心点)和给定表面最近的、邻近峰的最高点(或者如果没有可识别的高点，则使用凸起区域的中心点)之间的距离。通过测量磨料制品表面上十个随机位置处的高度差和峰到峰距离来测定平均值。这些测量可以(例如)使用装有Z-方向测量设备的视频显微镜或光学显微镜进行。本发明磨料制品的研磨第一主表面12通常有小于约3mm的平均高度差，并且更典型的是小于约2mm。本发明磨料制品的研磨第一主表面12典型的最小平均峰到峰距离至少为约3mm，更典型的是至少为约4mm，并且甚至更典型的是至少为约5mm，并且最大平均峰到峰距离不大于约20mm，更典型的是不大于约15mm，并且甚至更典型的是不大于约10mm。

背衬层16的厚度足以使其便于手持并且提供轻松的抓握，和/或让其能安装在砂磨工具上。磨料制品10的厚度定义为连接第一主表面12上各高点的假想平面和连接第二主表面14上各高点的假想平面之间的距离。磨料制品10的最小厚度通常为至少为约2mm，更典型的是至少为约3mm，并且甚至更典型的是至少为约4mm；并且磨料制品10的最大厚度通常为不大于约8mm，更典型的是不大于约7mm，并且甚至更典型的是不大于约6mm。

虽然凸起区域30可以是正方形或矩形，但它们可以有任何适宜的几何形状，包括但不限于：正方形、矩形、三角形、圆形、椭圆形以及多边形。凸起区域30的形状通常是一致的，但并非必需如此。凸起区域30可以纵向和/或横向成排对齐。凸起区域30可以是离散区域或峰，或者它们可以包含在磨料制品10的整个长度和/或宽度上延伸的细长脊。凹陷区域32可以包含离散区域或者它们可以包含细长的谷。在图示的实施例中，凹陷区域32包含谷的直线阵列，这些阵列形成x-y栅格，在这些栅格中，谷在磨料制品10的整个长度方向和宽度方向上延伸。

对离散的凸起区域30，凸起区域30的尺寸可以从约2mm到约25mm，优选的是从5mm到10mm之间变化。每一个“尺寸”是指：矩形的边的尺寸、圆形的直径或不规则形状的最大尺寸。凸起区域30的形状不必是限定的形状，而且还可以是无规则成型的。当提到凸起区域30的尺寸时，其尺寸旨在包括纵向或横向的宽度，或者从一边到另一边测得的主体最大尺寸(不管任何方向)。作为另外一种选择，每个凸起区域30都可以有不大于约25mm²的面积(由一个或多个凹陷区域和/或磨料制品10末端所限定的面积)，更典型的是不大于约20mm²，并且甚至更典型的是不大于约15mm²。

在一个优选的实施例中，背衬层16为由聚氯乙烯(PVC)泡沫19涂覆的稀松布18构成的类型。稀松布18可以由天然的或合成的纤维制成，所述纤维被针织或织造在具有沿稀松布18表面间隔分布的间歇开口28的网络中。开口28通常为沿着稀松布18均匀间隔分布的重复图案。开口28也可以无规则间隔分布。此外，开口28也可以是如图所示的矩形或者其他形状，包括：菱形、三角形、八边形或这些形状的组合。

通过将稀松布18浸入液体PVC中并在烘箱中固化来构成合适的背衬层16。在固化的同时，随着它的固化，化学反应使空气被夹带在PVC中，从而在PVC中生成空隙。当PVC完全固化时，这些空隙保留在PVC中，以产生柔软的、有回弹力的、弹性体的泡沫材料。适于背衬层16的材料可得自北卡罗莱纳州斯威普尚维尔的贝叶科蒂纳针织公司(Bayeux Cortina Fabrics，Inc.，Swepsonville，NC)。这类材料在本领域中广为人知，因此将不做进一步描述。

图5为放大的照片，示出了根据本发明一个实施例实施的柔性磨料制品之研磨顶部表面12。背衬层16为被PVC泡沫涂覆的稀松布所构成的类型。在图5中示出的上表面12上，用集成涂层粘合剂涂覆，并且之后将磨粒沉积在该集成涂层上，以形成研磨表面。研磨顶部表面12具有三维表面外形，其包括由凹陷的谷组成的栅格分隔的离散凸起区域。凸起区域具有大致为正方形的基底和大致为穹顶形的上部区域，所述基底的面积范围从约20mm²到约30mm²。如图2、图3和图5所示，研磨表面12的高度差H-按点P₁和点V₁之间的垂直距离(即Z-方向距离)所测得的-为约1.5mm；而且在峰P₂和峰P₃之间测得的峰到峰距离D为约4.5mm。背衬层16的厚度T为约5mm。

图6为放大的照片，示出了柔性磨料制品的底部未涂覆表面14。底部表面14具有三维表面外形，其包括由凹陷的谷组成的栅格分隔的离散凸起区域。凸起区域具有大致为方形的基底和大致为穹顶形的上部区域，所述基底的面积范围从约20mm²到约30mm²。如图2、图3和图6所示，底部表面14的高度差H-按点P₁和点V₁之间的垂直距离(即Z-方向距离)所测得的-为约1.5mm；而且在峰P₂和峰P₃之间测得的峰到峰距离D为约4.5mm。

集成涂层

一般来讲，任何集成涂层20都可用于将磨粒22粘附在背衬层16上。优选的集成涂层是酚醛树脂。可以通过任何传统技术将集成涂层20涂覆到背衬层16上，例如刮涂、喷涂、辊涂、轮转影印涂覆、帘式涂覆等。磨料制品10还可以包括在磨粒22上可选的胶结涂层。

磨粒

一般来讲，本发明可使用任何磨粒。合适的磨粒包括熔融氧化铝、经热处理的氧化铝、氧化铝基陶瓷、碳化硅、氧化锆、氧化铝-氧化锆、石榴石、金刚石、二氧化铈、立方氮化硼、磨砂玻璃、石英、二硼化钛、溶胶凝胶磨料以及它们的组合物。磨粒可以是成型的(如杆状、三角形或锥体)或未成型的(即不规则的)。术语“磨粒”涵盖磨粒、团聚物或多砂目磨料颗粒。可以通过任何传统技术将磨粒沉积在集成涂层上，例如静电涂覆或滴液涂覆。

本发明的磨料制品10可以具有任何尺寸的磨粒22。然而，当磨料制品10包含粗糙级磨粒时，提供具有连续背衬层16的磨料制品10的有益效果显而易见，也就是说，如果背衬层16不是连续的或不是基本上连续的，那么粗糙级磨粒更有可能损坏背衬层16。根据本发明的具体方面，磨粒22通常是粗糙级磨粒，其粒度为约20至约100，并且更典型的为约30至约90，并且甚至更典型的为约40至约80。

添加剂

集成涂层或胶结涂层或这两者都可以包含可选的添加剂，例如填充剂、纤维、润滑剂、助磨剂、润湿剂、增稠剂、抗负载(antiloading)剂、表面活性剂、颜料、染料、偶联剂、光引发剂、增塑剂、悬浮剂、抗静电剂等。可用的填充剂包括碳酸钙、氧化钙、偏硅酸钙、氧化铝三水合物、冰晶石、氧化镁、高岭土、石英和玻璃。可作为助磨剂的填充剂包括：冰晶石、硼氟化钾、长石和硫。正如本领域的技术人员所周知的，可选择这些材料的数量以提供所需的特性。

本领域内的普通技术人员可以理解，在不偏离本发明概念的情况下可以对上述本发明进行各种更改和修改。因此，本发明的范围不应限于本专利申请中所描述的结构，而只应受权利要求中的语言描述的结构和其等同结构的限制。

Claims (11)

1.一种有回弹力的磨料制品，包括：

(a)连续背衬层，具有相对的第一主表面和第二主表面，所述背衬层包括被泡沫层涂覆的支承层，其中所述主表面中的至少一个包括三维表面外形，所述三维表面外形包括凸起区域和凹陷区域；和

(b)磨粒，被布置在具有三维表面外形的所述至少一个表面上，从而限定研磨表面。

2.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述凸起区域包括峰。

3.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述凹陷区域包括谷。

4.根据权利要求2所述的磨料制品，其中所述峰是穹顶形的。

5.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述磨粒被布置在所述凸起区域和所述凹陷区域上。

6.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述凸起区域以规则的重复图案提供。

7.根据权利要求3所述的磨料制品，其中所述谷以直线栅格提供。

8.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述支承层包含稀松布。

9.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述背衬层的最小厚度为2mm，最大厚度为6mm。

10.根据权利要求1所述的磨料制品，其中具有三维表面外形的所述表面的平均高度差至少为0.5mm。

11.根据权利要求1所述的磨料制品，其中具有三维表面外形的所述表面的平均峰到峰距离至少为3mm。

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