CN102666770B - 防污非纺织复合磨料 - Google Patents

Abstract

一种表面处理物品，该物品包含被一种粘合剂充分淹没的一种有机基质，该粘合剂包括一种嵌段聚氨酯预聚物的反应产物以及芳香胺的一种混合物。该芳香胺包括官能度等于或大于4的聚亚甲基聚苯胺。

Description

防污非纺织复合磨料

相关申请

本申请要求了2009年12月29日提交的美国临时申请号61／290,669的权益。

以上申请的全部传授内容通过引用结合在此。

背景技术

非纺织的复合磨料通常用于抛光或磨光各种金属的表面处理。尽管适合抛光大多数金属，常规非纺织的磨料易于在高温合金(如钛基合金)的金属表面上留下可见的残留物。该残留物典型地被称为“污点”并且其存在被认为是有害的。存在的污点量值通常与所使用的抛光金属的非纺织的复合磨料的密度成正比。

污点已经被确定为主要由聚氨酯树脂组成，通常含有痕量的尼龙。聚氨酯是一种用于非纺织磨料的常见粘合剂，而尼龙是一种用作复合磨料底物的纤维。

为了减少弄脏，通常在聚氨酯粘合剂中加入外部润滑剂如滑石、高岭土、硬脂酸金属盐(如硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸锂)和四氟乙烯(如以粉状形式存在)。然而，这些外部润滑剂的量对减少污点存在的作用典型地是有限的，并且由于相伴的增加的产品流出(shed)的结果而显著降低了非纺织复合磨料的产品寿命。

因此，存在一种需要来显著地减少或消除上述引用的与非纺织复合磨料相关的问题。

发明概述

本发明总体上是针对一种表面处理物品，一种用于形成该表面处理物品的方法，以及一种用于研磨工件的方法。

在一个实施方案中，本发明是包括基本上被一种粘合剂淹没的有机基质的表面处理物品。该粘合剂包括封闭型聚氨酯预聚物和一种芳香胺的混合物的反应产物。该芳香胺包含具有官能度大于4的聚亚甲基聚苯胺。

在另一个实施方案中，本发明是一种用于形成表面处理物品的方法。该形成物品的该方法包括将一种封闭型聚氨酯预聚物与一种芳香胺混合物结合，其中该芳香胺包含具有官能度大于4的聚亚甲基聚苯胺，从而形成一种粘合剂前体。将该粘合剂前体与磨料颗粒结合并且然后进行固化从而形成该表面处理物品。

在另一个实施方案中，一种用于磨光工件的方法包括向该工件上施用一种处理物品，该物品包括基本上被一种粘合剂淹没的有机基质，该粘合剂是从封闭型聚氨酯预聚物和芳香胺混合物的反应产物形成的，其中该芳香胺包含具有官能度大于4的聚亚甲基聚苯胺。

本发明具有许多优点。例如，本发明的表面处理物品实质上是防污的。此外，该表面处理物品提供了切割速率和流出之间的平衡，这显著增加了该表面处理物品的寿命。该表面处理物品具有改进的热阻，这样最终用户不会遭遇表面处理物品的过早融化。

发明的披露内容

本发明的特征和细节将会更加具体地参照附图进行说明并且在权利要求书中指出。应理解的是本发明的具体实施方案通过插图示出但是不作为对本发明限制。本发明的新颖的特征可在不同的实施方案中使用而不脱离本发明的范围。

本发明总体上是针对一种用于抛光并且磨光广泛的金属表面(如钛基合金的表面)的表面处理物品。本发明还针对一种用于形成并且使用本发明的表面处理物品的方法。

在一个实施方案中，本发明是针对一种包括被粘合剂充分淹没的有机基质的表面处理物品。该有机基质成分包括苯氧基树脂、抗氧化剂、流变改性剂、增塑剂及填料。该粘合剂包括封闭型聚氨酯预聚物和一种芳香胺的混合物的反应产物。合适的封闭型聚氨酯预聚物的实例包括至少一种选自下组的成员，该组由以下各项组成：甲苯二异氰酸酯或亚甲基二异氰酸酯、聚丁二醇醚或聚酯型多元醇、聚己酸内酯和甲基乙基甲酮肟。

合适的芳香胺包括表面处理物品领域技术人员熟知的那些。合适的芳香胺的实例包括具有下列结构式的混合物的芳香胺：

以及

当n>2时，该化合物被认为具有大于4的官能度，因为会与该聚氨酯预聚物进行反应的化合物具有超过4个氨基官能团。在一个实施方案中，n大于2.在另一个实施方案中，n可以是大于3、4、5、6、7、8、9或10。

合适的聚亚甲基聚苯胺的实例是表面处理物品领域技术人员熟知的那些，如市售的由空气产品公司(Air Products)制造的聚亚甲基聚苯胺，其结构式如下：

1.Ancamine-50，其是50％的

和50％聚亚甲基聚苯胺的混合物。

2.Ancamine1482，它是<36％的

亚甲基二苯胺(MDA)

<20％的聚亚甲基聚苯胺

和45％的1，3-苯二铵的混合物

3.Ancamine Y是<45％的

<30％的聚亚甲基聚苯胺

<20％的3,4-二氨基甲苯

<15％的2,3-二氨基甲苯

<1％的2,4-二氨基甲苯的混合物

在一个实施方案中，封闭型聚氨酯预聚物与芳香胺的比例范围在约6.5∶1和约10.5∶1之间。优选地，封闭型聚氨酯预聚物与芳香胺的比例范围在9.1∶1和10.1∶1之间。

该有机基质的合适成分是表面处理物品领域技术人员所熟知的。用以包含本发明表面处理物品在内的合适的有机基质成分的实例包括苯氧基树脂、抗氧化剂、流变改性剂和增塑剂。典型地，在本发明的表面处理物品中有机基质与粘合剂的比例是在约0.34∶1和约0.43∶1之间。

在一个实施方案中，本发明的这种表面处理物品进一步包括至少一种润滑剂。合适的润滑剂的实例包括至少一个选自下组的成员：该组由以下各项组成：滑石、高岭土、金属硬脂酸盐和四氟乙烯(如四氟乙烯粉体)。合适的金属硬脂酸盐的实例包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成：硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸锂。

本发明表面处理物品中的粘合剂的量值按粘合剂的重量计通常在约7％和约12％范围之间。更特别的，该范围可以在约10％和约11％之间。

在一个实施方案中，本发明是一种用于形成表面处理物品的方法。该方法包括将封闭型聚氨酯预聚物和芳香胺的混合物进行结合，其中该芳香胺包含官能度大于4的聚亚甲基聚苯胺，由此形成该粘合剂前体。适用于该方法的封闭型聚氨酯预聚物和芳香胺与上述的那些相同。

该芳香胺是纯MDA和聚亚甲基聚苯胺的混合物。装有高速剪切叶片的工业混合器被用来制备封闭型聚氨酯预聚物和芳香胺的混合物。按配方中所示按照从上到下的顺序加入。该高速剪切叶片的直径为16英寸转速在150RPM-200RPM之间。提供足够的时间以确保最终的混合物是均一的。

封闭型聚氨酯预聚物和芳香胺的比例是在上述讨论的范围内，如粘合剂前体与有机基质的比率。

该粘合剂前体与该有机基质通过合适的方法(如在搅拌的情况下按照配方中所示的顺序加入到该粘合剂前体中)结合。

将该粘合剂前体与合适的磨料粒子结合以形成一种可固化的磨料浆。合适粒子的实例包括碳化硅、氧化铝、陶瓷磨料、大小在ANSI60和ANSI800之间的磨料附聚物。磨料粒子与粘合剂前体的重量比范围从1.5∶1到2.5∶1。

在一个实施方案中，该方法是针对一种如上述的使用一种表面处理物品的磨光工件。

该表面处理物品可以是组合的研磨轮。在一个实施方案中，该统一的轮盘是从非纺织的研磨片形成的，该研磨片包含一种用聚合物预粘合剂接着用包含粘合剂前体和磨料粒子的固化磨料浆结合的弹性纤维网片。将该非纺织研磨片堆叠，组合并且在压力和高温下(如温度范围在约90℃和约130℃之间)固化以形成一个厚片。高温的具体实施方案包括在126.7℃下曝露2个小时，或者在98.9℃下曝露15个小时.组合的轮盘随后连同一个用于安装到在磨料工具上的中心孔从该厚片上切下来。

该表面处理物品还可以是回旋轮。在一个实施方案中，该回旋轮可以从一种非纺织研磨片形成，该磨料片包含一种用聚合物预粘合剂接着用包含粘合剂前体和磨料粒子的固化磨料浆结合的弹性纤维网片。该研磨片附接到一个中空的内芯上并且绕着该内芯呈螺旋状回转从而形成一个滚压的柱体。如上所述该内芯通过在高温下固化结合，并且这些回旋盘从该结合的柱体的边缘切下。

实例

实例1

在气流成网形成线上制备一种由15旦尼尔的褶皱尼龙人造短纤维组成的非纺织底物，如由DOA(Dr.Otto Angleitner，Ges.m.b.H.＆Co.KG，奥地利)销售的那些，重量约124.4gsm(克每平方米)。非纺织底物的两侧用丙烯酸乳胶喷涂，其干重为44.4gsm。然后将该底物通过加热炉在290°F将丙烯酸粘合剂固化约2.4分钟。随后将该非纺织底物切成43.2x43.2cm的方形片。

该粘合剂前体和磨料浆如上所述制备，并且具有在25℃2,500cps-3,000cps的粘度。MIBK溶剂可以用来调整该磨料浆的粘度。

采用一个双辊涂布机通过使该方形片穿过该浸压式涂布机夹部(nip)用磨料浆浸透该非纺织底物。将该涂布机夹部的压力进行调整，从而磨料浆的使用约为197gsm。

将这些涂覆的片在两个金属板之间每个在彼此之上堆叠。片的数目由最终产品的密度决定。随后将堆叠物置于加热炉中在126.7℃下2小时并且在98.9℃下15小时以完成粘合剂前体的固化，从而形成一个固化的厚片。随后将该固化厚片切割成统一的具有中心孔的轮盘。

实例2

在气流成网形成线上制备一种由定义的旦尼尔的褶皱尼龙人造短纤维组成的非纺织底物，如像DOA(Dr.Otto Angleitner，Ges.m.b.H.＆Co.KG，Austria)销售的重量为定义的那些。该非纺织底物的两侧用丙烯酸的乳胶喷涂。随后将该基质通过加热炉在290°F将该丙烯酸的粘合剂固化约2.4分钟。随后将该非纺织底物滚动到成长度约为100码的大型物(jumbo)。

该非纺织底物可以用来直接生产回旋原木(convolute log)或进入另外的工序在其被用于制造回旋原木前预上胶。

在预上胶工序，该非纺织底物用粘合剂前体通过浸渍进行浸透并在辊涂布机中进行挤压处理。随后将该浸渍的底物的两侧采用重力料斗用颗粒涂覆。颗粒涂覆后，施用一个酚醛树脂基喷涂层以确保该颗粒进入该底物中。随后使其通过加热炉在300°F下对聚氨酯和酚醛树脂固化约15分钟。

采用辊涂布机通过使该非纺织底物或预上胶底物穿过该浸压式涂布机而用聚氨酯磨料浆将该非纺织底物浸渍或预上胶。该浸压式涂布机的压力依照预定义的磨料浆应用的特殊材料来调整。随后将该涂覆的底物螺旋式缠绕到该机器上以形成不同直径和密度的回旋原木。该回旋原木密度可以通过调整缠绕成的原木的材料的量值而变化。该回旋原木随后置于加热炉中在126.7℃保持2小时并且98.9℃保持15小时以完成粘合剂前体的固化。

去污测试

去污测试程序1

将直径为7.62cm的盘安在便携式气动研磨器上(转速18,000rpm，从丹纳布雷公司(Dynabrade)获得，型号52257)。在该盘在周边处的表面速度是每秒71.8米。将厚度在0.1英寸和0.25英寸之间的不锈钢或钛金属工件用夹具安放在一个工作台上。工件的表面积应该足够大，以便允许研磨路径长度为至少7英寸。在污点测试前，将该盘于工件上前后移动研磨约60秒而进行调节。研磨力在4到6磅力范围内，从而模仿正常的手工研磨。利用金属工件上的清洁区(在前述测试中没有任何污点残留物遗留)在一个点上研磨10秒。在稍微更高的压力下在3到5英寸的长度内轻击并且在开始研磨后即刻迅速离开。在该金属不同区域内至少轻击5次。如果盘材料的任何残留物以深色材料薄膜的形式转到工件上即报告有污点。

去污测试程序2

对于直径为15.24cm的盘来说采用Baldor台式研磨器，盘片以3,600rpm旋转。在该盘片周长处的表面速度是每秒28.7米每秒。在此情况下将工件置于该转盘上。与去污测试步骤1类似，通过对一件金属工件研磨60秒而对该盘片进行修整。在该工件上选择一个清洁区并在一个区域内研磨10秒。在3英寸到5英寸的长度内快速轻击，在去污测试开始后保持恒压。至少轻击5下，随后报告污点。

等效物

虽然已参考本发明的优选实施方案具体示出并描述了本发明，但本领域的普通技术人员将会理解，无须脱离所附的权利要求所涵盖的本发明的范围即可在其中进行形式和细节中的不同的修改。

Claims (18)

1.一种表面处理物品，该物品包含：

有机基质；和

粘合剂，

其中该有机基质包含非纺织的研磨片，该研磨片包含用该粘合剂结合的弹性纤维网片，

其中该有机基质被该粘合剂淹没，

其中该粘合剂包括封闭型聚氨酯预聚物和芳香胺的混合物的反应产物，

其中封闭型聚氨酯预聚物与芳香胺的重量比在6.5∶1和10.5∶1的范围内，

其中该封闭型聚氨酯预聚物包括由以下所组成的群组的至少一个成员：甲乙酮肟、甲苯二异氰酸酯或亚甲基二异氰酸酯、聚丁二醇醚、聚酯多元醇或聚己酸内酯，

其中该芳香胺包括至少一种选自下式的化合物：

其中该芳香胺包括官能度等于或大于4的聚亚甲基聚苯胺，且

其中该聚亚甲基聚苯胺包括至少一种具有下式的化合物：

2.如权利要求1所述的表面处理物品，其中封闭型聚氨酯预聚物与芳香胺的重量比在9.1∶1和10.1∶1的范围内。

3.如权利要求2所述的表面处理物品，其中该有机基质包括选自下组的至少一个成员，该组由以下各项组成：苯氧树脂、流变改性剂、增塑剂和抗氧化剂。

4.如权利要求3所述的表面处理物品，进一步包括下组的至少一种润滑剂，该组由以下各项组成：滑石、高岭土、金属硬脂酸盐和四氟乙烯粉末。

5.如权利要求4所述的表面处理物品，其中该金属硬脂酸盐是选自下组的至少一个成员，该组由以下各项组成：硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸锂。

6.如权利要求5所述的表面处理物品，其中该粘合剂中的润滑剂的量值按该粘合剂的重量计范围在7％和10％之间。

7.如权利要求1所述的表面处理物品，其中该表面处理物品是组合的研磨轮或回旋轮。

8.一种用于形成表面处理物品的方法，该方法包含以下步骤：

a)将一种封闭型聚氨酯预聚物和芳香胺的混合物结合，其中封闭型聚氨酯预聚物与芳香胺的重量比在6.5∶1和10.5∶1的范围内，其中该封闭型聚氨酯预聚物包括由以下所组成的群组的至少一个成员：甲乙酮肟、甲苯二异氰酸酯或亚甲基二异氰酸酯、聚丁二醇醚、聚酯多元醇或聚己酸内酯，其中该芳香胺包括至少一种具有等于或大于4的官能度的聚亚甲基聚苯胺，从而形成粘合剂前体；

b)将该粘合剂前体与有机基质结合，其中该有机基质包含非纺织的研磨片，该研磨片包含用粘合剂结合的弹性纤维网片；

c)将该粘合剂前体和有机基质与磨料粒子结合；并且

d)将该粘合剂前体固化由此形成该表面处理物品。

9.如权利要求8所述的方法，其中封闭型聚氨酯预聚物与芳香胺的重量比在9∶1和10∶1的范围内。

10.如权利要求9所述的方法，其中该封闭型聚氨酯预聚物包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成：甲乙酮肟、甲苯二异氰酸酯和聚丁二醇醚。

11.如权利要求10所述的方法，其中该聚亚甲基聚苯胺包括具有下式的至少一种化合物：

12.如权利要求11所述的方法，其中该芳香胺包括选自至少一种具有下式的化合物：

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括至少一种下组的润滑剂，该组由以下各项组成：滑石、高岭土、金属硬脂酸盐和四氟乙烯。

14.如权利要求13所述的方法，其中该金属硬脂酸盐是选自下组的至少一个成员，该组由以下各项组成：硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸锂。

15.如权利要求14所述的方法，其中该粘合剂中润滑剂的量值按该粘合剂的重量计在7％和10％的范围内。

16.一种用于研磨工件的方法，包括在该工件上施用一种根据权利要求1所述的表面处理物品的步骤。

17.如权利要求8所述的方法，其中该弹性纤维网片通过聚合物预粘结接着通过用该粘合剂粘结而结合，并且其中将该非纺织的研磨片形成堆叠的、组合的且在压力下和在90℃和130℃之间的温度范围内固化的片，以形成厚片，并且其中该厚片被切成具有中心孔的联合的轮盘。

18.如权利要求8所述的方法，其中该弹性纤维网片通过聚合物预粘结接着通过用该粘合剂粘结而结合，且其中该非纺织的研磨片形成附接到空心的内芯上并绕着该内芯呈螺旋状回转以形成一个滚压的柱体的片，并且其中该滚压的柱体通过在90℃和130℃之间的温度范围内固化而结合以形成结合的柱体，并且将回旋盘从该结合的柱体的边缘切下。