CN103108928A - 用来增强粘结磨料制品的玻璃丝束结构 - Google Patents

用来增强粘结磨料制品的玻璃丝束结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于用树脂组合物涂覆的玻璃丝束的结构，其以指出的比例包含以下组分，以固体物质的重量百分比表示：75-98%的至少一种具有低于或者等于60℃的玻璃化转变温度的酚醛清漆和至少一种具有高于60℃的玻璃化转变温度的酚醛清漆的混合物，0.5-10%至少一种蜡，1-15%至少一种选自亚胺和式(I)的改性三聚氰胺的交联剂：(I)其中R1、R2、R3、R4、R5和R6，其是相同的或者不同的，表示氢原子或者-CH2OH、-CH2OCH3或-CH2OCH2OCH3基团，基团R1至R6至少一个不同于H，0-10%至少一种增塑剂。本发明还涉及适合制备增强结构的树脂组合物和包括这种结构的粘结磨料制品，特别地研磨砂轮。

Description

用来增强粘结磨料制品的玻璃丝束结构
本发明涉及磨料领域。更确切地说，它涉及基于用树脂组合物涂覆的玻璃丝束的结构，该结构用来增强粘结磨料制品，特别地砂轮，用于涂覆这种结构的树脂组合物和包括这种结构的粘结磨料制品。
磨料制品包含许多通过粘结剂彼此牢固粘结的磨粒。这些制品广泛地用于机械加工由不同材料制成的部件，特别用在切割、修边、磨削和抛光操作中。
传统地，区分以下：
-涂敷磨料制品(“coated abrasives”)，其包含柔韧性载体，在其表面上分布着嵌在粘结剂中的磨粒。柔韧性载体可以是纸片或者纤维网络，例如，垫、毡或者织造物。这些制品可以采用不同形式：片、圆盘、带、锥形物等等；
-粘结磨料制品(“bonded abrasives”)，其从磨粒和粘结剂的混合物获得、成型和通过在压力下模制压实。它们主要地涉及研磨砂轮。
本发明更特别地涉及的粘结磨料制品是用于切割硬材料，特别地钢的研磨砂轮。这些砂轮在以高圆周速度运行的机器上使用，并且由此它们必须能够经受由后者产生的高机械应力。
特别地，满足以下要求是重要的：
-磨粒必须适于待加工的材料的性质：它们必须是足够坚固的以便与所述材料接触时不破碎，并且保存锐利的边缘使得可以切割它；
-粘结剂必须具有优良的拉伸断裂强度使得磨粒保持与它粘结并且在离心力的作用下不被拔出。而且，该粘结剂必须能经受由与待加工材料高摩擦产生的高温；该粘结剂必须在热量作用下不流动也不退化，
-研磨砂轮不应该过早地磨损和破裂；它必须尽可能长地保持它的初始尺寸特征使得在良好状态下进行切割。
通常，通过在其中引入至少一种基于增强丝束如玻璃丝束(其可以是例如呈织造物形式)的结构而加强研磨砂轮。
然而，已知裸露玻璃丝束几乎对粘结剂没有粘合性，需要使用在玻璃和粘结剂之间提供粘结的树脂组合物涂覆该玻璃丝束结构。
已知地，增强结构(structure de renforcement)通过使玻璃丝束穿过树脂组合物浴、然后进入两个辊之间以便除去过量树脂、最后在被加热到大约100至145℃的温度的腔室中持续最多几分钟以便相对于树脂使溶剂量减少至大约5%至12%的值而获得，其中该树脂组合物由包含大约70重量%树脂的醇溶液组成。如此获得的增强结构以绕组，例如卷盘形式进行收集，或者切割为片或者直接地切为该最终砂轮的所希望的形状和尺寸，例如借助于冲头进行。
在随后步骤中，根据这种方法获得研磨砂轮，该方法由交替地将一方面数个磨粒和粘结剂混合物层和另一方面增强结构层置于模型中，和通过热或者冷压缩来模制该装配件组成。在脱模之后，获得的制品在允许粘结剂能够交联并且最后获得研磨砂轮的温度条件下进行热处理。
最通常用于制备上述增强结构的树脂组合物包含至少一种热固性树脂，其选自：
- 脲-醛树脂，例如脲甲醛树脂(GB-A-419812)，
-酚醛树脂，例如一种或多种酚醛清漆(GB-A-1151174和WO-A-2009/004250)或者与固体酚醛清漆结合的溶液形式的可熔酚醛树脂(US-A-4338357)，和
- 脲-醛树脂和酚醛树脂的混合物，例如在A期(au stade A)的脲-甲醛预聚合物和酚醛树脂(US-A-4038046)或者在酸催化剂存在时的脲甲醛树脂和可熔酚醛树脂(US-A-5551961)。
上述的树脂组合物能够获得增强结构，其显示出优良的性质，特别在柔韧性和粘附力方面。
事实上重要的是，该结构可具有足够高的柔韧性，即该树脂不是过于“硬的”，使得如先前描述的切割操作可以在可接受的条件下进行(产生尽可能最少的粉尘并且使得在该结构的切边附近的树脂不被除去(玻璃不被暴露))。
然而，对于该结构还需要具有不过高的粘附力(还被称为“发粘的”)使得该树脂不污染切割工具，而且在储存期间，该结构不粘在一起和粉尘不粘附于所述结构上。以这种方法，避免在被绕组之前不得不在结构上或者在被切割结构之间放置防粘材料。
该结构还必须具有可接受的机械性质，特别地足够高的拉伸强度以使得最终磨料制品，特别地砂轮，在标准工作条件下不破裂。
最后，关于规则方面，需要保证该树脂组合物是非污染性的，即它们包含——在施用至增强结构期间或者随后，特别地当使用最终磨轮时——尽可能最少的可以有害于人体健康或者环境的化合物。
本发明的目的是提供可用于增强粘结磨料制品的玻璃丝束结构(structure de fils de verre)，特别地磨轮，其提供优良的在不同上述性质之间折衷。
根据本发明的增强结构用以指出的比例包含以下组分的树脂组合物涂覆，以固体物质的重量百分比表示：
- 75-98%的至少一种具有低于或者等于60℃的玻璃化转变温度的酚醛清漆和至少一种具有高于60℃的玻璃化转变温度的酚醛清漆的混合物，
- 0.5-10%至少一种蜡，
- 1-15%至少一种选自亚胺和以下式的改性三聚氰胺的交联剂：
Figure 48530DEST_PATH_IMAGE001
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6，其是相同的或者不同的，表示氢原子或者-CH2OH、-CH2OCH3或-CH2OCH2OCH3基团，基团R1至R6至少一个不同于H，
- 0-10%至少一种增塑剂。
具有较低玻璃化转变温度的酚醛清漆为该结构提供柔韧性并且使得可以具有高柔韧性水平。它使得可以补偿具有较高玻璃化转变温度的酚醛清漆的过高刚度，并且由此将柔韧性调节至希望的水平。
如已经提到的，重要的是具有高柔韧性使得该结构可以被恰当地切割，特别地在边缘处无树脂组合物可以“剥离”，使玻璃裸露。
优选地，具有较低玻璃化转变温度，即低于或者等于60℃的酚醛清漆占该酚醛清漆混合物的10至50重量%。
有利地，具有较低玻璃化转变温度的酚醛清漆的玻璃化转变温度高于20℃。相似地，具有较高玻璃化转变温度的酚醛清漆的玻璃化转变温度高于或者等于80℃，有利地低于或者等于100℃。
根据本发明的酚醛清漆可以选自本领域的技术人员已知的通过在酸催化剂(pH大约4至7)存在时使酚化合物，优选地苯酚，和醛，优选地甲醛反应获得的酚醛清漆。优选地，甲醛/苯酚摩尔比为0.75至0.85。根据希望的玻璃化转变温度选择酚醛清漆。
在本发明范围内可以使用的酚醛清漆包含低于0.1重量%，优选地低于0.05重量%的游离甲醛。
蜡用作“防粘”(“anti-blocking”)试剂并且使得可以补偿具有较低玻璃化转变温度的酚醛清漆的高粘附力。如已经所提到的，不过高的粘附力允许一方面使切割的增强结构保持在很有利的清洁状态中，其避免粉尘污染，另一方面可以在最小的在中等压力下(尤其在储存期间)它们彼此粘附的风险时处理这些切割的结构。
蜡选自石蜡，例如聚乙烯蜡或者聚丙烯蜡，和亚乙基双酰胺蜡，尤其N,N’-亚乙基双(乙酰磺胺)。有利地，该蜡是微晶的。
优选地，蜡含量不超过该树脂组合物的固体物质的3重量%，有利地小于或等于2重量%。
该交联剂改善形成该结构的丝束的机械性质，特别地通过提高它们的拉伸强度。如先前指出地，交联剂选自亚胺，特别地六亚甲基四胺和对应于上述式的改性三聚氰胺，其中优选地基团R1至R6至少一个等于-CH2OCH3和有利地这些基团的4至6个等于-CH2OCH3。特别优选地，该改性三聚氰胺是六甲氧基甲基三聚氰胺。改性三聚氰胺是优选的因为它们具有与酚醛清漆反应而不释放甲醛的能力。
交联剂的含量优选地占该树脂组合物的固体物质的3至9重量%，有利地7至8重量%。
增塑剂有助于改善该树脂组合物的柔性。作为这种试剂的实例，可以提到烷基磷酸酯、邻苯二甲酸酯、三乙醇胺、油和多元醇，尤其丙三醇和乙二醇。
优选地，增塑剂含量不超过该树脂组合物的固体物质的3重量%。
因为涂覆根据本发明的增强结构的树脂组合物随着时间是相对稳定的，可以保持增强结构持续长时间，特别地直到90天而没有显著的性质损失。
增强结构可以由连续玻璃丝束组成，优选地为非织造物，如网幅(voile)或者垫(mat)、网孔物(grille)或者织造物，或者切断丝束垫。
玻璃丝束是被所谓的“增强”丝束，其工业上由从模具的多个孔口流出的熔融玻璃线进行制备，这些线被机械地拉长为连续长丝的形式，它们被集合为基础丝束(fils de base)，然后通过在旋转支持体上绕组进行收集。
根据本发明的玻璃丝束因此是基础丝束，和由这些丝束得到的产品，特别地这些基础丝束为层压丝束形式的集合体。这种集合体通过同时地退绕数个基础丝束绕组然后将它们集合为网孔物(其盘卷在旋转支持体上)获得。该玻璃丝束可以经受捻操作以制备用于制备织造物的织造物丝束。
玻璃丝束由玻璃长丝组成，玻璃长丝的直径可以在宽范围内变化，例如9至24微米，优选地9至17微米。有利地，玻璃丝束具有34-4800特，优选地34-1200特的支数(titre)(或者单位长度质量)。
该丝束可以由任何类型玻璃，特别地E、C和AR(耐碱的)类型玻璃组成。优选地，它们由E玻璃组成。
根据优选实施方案，该结构是由具有100至1000g/m2的克数的玻璃丝束组成的织造物。
该树脂组合物本身，在它被施用于增强结构前，也构成本发明的目的。因此，树脂组合物包含以下化合物，用重量百分比表示：
- 25至55%至少一种具有高于或者等于60℃的玻璃化转变温度的酚醛清漆，
- 10至30%至少一种具有低于60℃的玻璃化转变温度的酚醛清漆，
- 0.5-6.5%至少一种蜡，
- 0.5至9%的至少一种交联剂，其选自亚胺，特别地六亚甲基四胺和对应于上述式的改性三聚氰胺，特别地六甲氧基甲基三聚氰胺，
- 0-3%至少一种增塑剂，
- 25至45%的至少一种醇，
- 0至15%的水。
作为根据本发明的醇，可以提到甲醇、乙醇、异丙醇和这些醇的混合物。
该树脂组合物可以通过在适合的有利地装备有搅拌装置的容器中简单地混合组分进行制备。该酚醛清漆优选地呈在乙醇或者乙醇和甲醇的混合物中的溶液形式，蜡是在水中的分散体，交联剂为在水中的溶液和增塑剂是液体。
视情况而定，树脂组合物可以包含添加剂，如乳化剂、颜料、填料、防迁移剂、聚结剂、润湿剂、杀生物剂、有机硅烷、消泡剂、着色剂和抗氧化剂。添加剂含量不超过该树脂组合物的固体物质的3重量%。
涂覆的增强结构的制备连续地通过使它首先穿过由液态树脂组合物组成的浸渍浴中，然后穿过由两个辊组成的压延装置的间隙(这允许将树脂组合物含量调节至接近于30重量%固体物质的值)，最后穿过被加热的腔室以便除去部分溶剂进行实施。优选地，该腔室包含被加热到大约130℃的温度的第一区域和至少一个被加热至大约110℃的温度的第二区域，增强结构在两个区域整体中的停留时间通常低于十分钟，优选地为30秒至3分钟。优选地，在增强结构中的溶剂百分比低于13%，有利地低于10%。获得的增强结构然后以盘绕形式进行收集，并且切割为片或者直接地切割为该最终研磨砂轮的形状和尺寸，这些切割结构然后以堆叠体形式进行保存。
根据本发明的增强结构特别地可以用于制备呈粘结磨料形式的制品，如研磨砂轮，这些制品因此构成本发明的目的。
这些磨料制品可以特别地根据本领域的技术人员已知的压塑技术进行制备。例如，研磨砂轮可以通过在模型内部沉积数个交替的粒状磨粒和联结剂混合物的层和预先切割为砂轮尺寸的增强结构的层。增强结构的数目根据对研磨砂轮所希望的性能水平而变化；通常，该数目不超过10。
将该模型置于足以形成“生”(英语为“green”)部件的压力下，该部件显示出内聚力，使得它可以在下面步骤中进行加工和处理而不明显改变形状和尺寸。砂轮可以在压缩期间在通常低于170℃，甚至150℃的温度下进行加热(热塑模)。粘结剂在这个阶段为非交联状态。
从模型移出“生”部件并且在能够使粘结剂交联并且得到硬化聚合物网络的温度的烘箱中进行加热，该硬化的聚合物网络为该部件提供它的最后形状。交联根据传统烘烤周期进行实施，该传统烘烤周期由使生部件升至大约100℃的温度和使它保持在该温度达30分钟至数小时的持续时间(使得可以除去形成的挥发性产物)组成。然后将部件加热到大约200至250℃的温度持续10至35小时。
以这种方法获得的研磨砂轮可以使用在任何类型的要求研磨性质的应用中，例如打磨、修边、磨削，更特别硬材料如钢的切割。
在下文给出的实施例能够举例说明本发明而不限制它。
在这些实施例中，在以下条件下评价该增强结构的性质：
?柔韧性：将增强结构的样品(4mm×12mm)放置于刚度试验机中，该刚度试验机在不同的弯曲角测量弯曲强度(mN)。弯曲强度，当它的值最多等于250mN时，是可接受的。  
?粘附力：将四个呈10至12厘米直径圆盘形式的增强结构重叠并且施加500N的压力一分钟。粘附力通过评价能被操作员用手彼此分离的能力根据1至5的值的尺度进行测量：1=无粘结；3=平均粘结，容易分离；5=强粘结，不能分离。  
?经线丝或者纬线丝的拉伸强度在适用于直到2000特的玻璃丝束的ISO 3341标准的条件下进行测量。拉伸强度的值用N/5cm表示。  
?粉尘量：称重增强结构的样品(8cm×8cm)并且用手折叠三次以便具有45±1cm的折叠物总长度。展开样品并且称重。样品的重量损失百分比对应于粉尘量。粉尘量是使得可以评价切割能力的参数：当它的值低于2%时，它被认为是可接受的。  
?烧失量(%)在ISO 1887标准的条件下进行测量。
实施例1至7
制备包含列在表1中的组分的树脂组合物。
每种树脂组合物用来浸渍由玻璃丝束组成的织造物((纱罗组织(armure leno)；经线丝EC 204特s/z；纬线丝RO 408特；No.COUNTS(10cm)：纬线23±5%，经线24±5% (×2))，其然后在烘箱中在140℃干燥1分钟。
玻璃织造物的性质列在表1中。
实施例8
该实施例举例说明树脂组合物在工业生产设备中的应用。
从绕组退绕的在实施例1至7中描述的玻璃丝束织造物(0.5m宽)设置在连续运行的工业涂胶线上。在它的行程上，织造物通过包含实施例1的树脂组合物的浸渍浴中，然后在烘箱中进行处理，该烘箱包括被加热到135℃的第一区域和被加热到115℃的第二区域，然后以绕组形式进行收集。
玻璃丝束织造物具有以下性质：
· 粉尘量：0.8%
· 拉伸强度:经线:3100N/5cm；纬线:3500N/5cm
· 在30天时的粘附力：1.5
· 烧失量：30%。
Figure 870993DEST_PATH_IMAGE002

Claims (20)

1.用树脂组合物涂覆的玻璃丝结构，尤其可用于增强粘结磨料制品的玻璃丝结构，特征在于树脂组合物以指出的比例包含以下组分，以固体物质的重量百分比表示：
- 75-98%的至少一种具有低于或者等于60℃的玻璃化转变温度的酚醛清漆和至少一种具有高于60℃的玻璃化转变温度的酚醛清漆的混合物，
- 0.5-10%至少一种蜡，
- 1-15%至少一种选自亚胺和以下式的改性三聚氰胺的交联剂：
                                                
Figure 882264DEST_PATH_IMAGE002
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6，其是相同的或者不同的，表示氢原子或者-CH2OH、-CH2OCH3或-CH2OCH2OCH3基团，基团R1至R6至少一个不同于H，
- 0-10%至少一种增塑剂。
2.根据权利要求1的结构，特征在于具有较低玻璃化转变温度的酚醛清漆占该酚醛清漆混合物的10至50重量%。
3.根据权利要求1或2的结构，特征在于具有较低玻璃化转变温度的酚醛清漆具有低于20℃的玻璃化转变温度。
4.根据权利要求1-3任一项的结构，特征在于具有较高玻璃化转变温度的酚醛清漆具有高于或者等于80℃，有利地低于或者等于100℃的玻璃化转变温度。
5.根据权利要求1-4任一项的结构，特征在于酚醛清漆通过使苯酚和甲醛以0.75至0.85甲醛/苯酚摩尔比反应获得。
6.根据权利要求1-5任一项的结构，特征在于蜡选自石蜡，优选聚乙烯蜡或者聚丙烯蜡，和亚乙基双酰胺蜡，尤其N,N’-亚乙基双(乙酰磺胺)。
7.根据权利要求1-6任一项的结构，特征在于蜡含量不超过该树脂组合物的固体物质的3重量%，优选小于或等于2重量%。
8.根据权利要求1-7任一项的结构，特征在于交联剂对应于上述式，其中基团R1至R6至少一个等于-CH2OCH3，优选地这些基团的4至6个等于-CH2OCH3。
9.根据权利要求1-8任一项的结构，特征在于交联剂是六亚甲基四胺和六甲氧基甲基三聚氰胺。
10.根据权利要求1-9任一项的结构，特征在于交联剂的含量占该树脂组合物的固体物质的3至9重量%，优选7至8重量%。
11.根据权利要求1-10任一项的结构，特征在于增塑剂选自烷基磷酸酯、邻苯二甲酸酯、三乙醇胺、油和多元醇。
12.根据权利要求1-11任一项的结构，特征在于增塑剂含量不超过该树脂组合物的固体物质的3重量%。
13.根据权利要求1-12任一项的结构，特征在于它由连续玻璃丝组成，优选地为非织物，如网幅或者垫、网孔物或者织物，或者切断丝束垫。
14.根据权利要求13的结构，特征在于所述丝的直径为9至24微米，优选地9至17微米。
15.根据权利要求13或14的结构，特征在于所述丝具有34-4800特，优选地34-1200特的支数(或者单位长度质量)。
16.根据权利要求1-15任一项的结构，特征在于该结构是具有100至1000g/m2的克数的织造物形式。
17.适合涂覆根据权利要求1-16任一项的结构的树脂组合物，特征在于它包含以下化合物，用重量百分比表示：
- 25至55%至少一种具有高于或者等于60℃的玻璃化转变温度的酚醛清漆，
- 10至30%至少一种具有低于60℃的玻璃化转变温度的酚醛清漆，
- 0.5-6.5%至少一种蜡，
- 0.5至9%的至少一种交联剂，其选自亚胺和下式的改性三聚氰胺，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6，其是相同的或者不同的，表示氢原子或者-CH2OH、-CH2OCH3或-CH2OCH2OCH3基团，基团R1至R6至少一个不同于H，
- 0-3%至少一种增塑剂，
- 25至45%的至少一种醇，
- 0至15%的水。
18.根据权利要求17的树脂组合物，特征在于醇选自甲醇、乙醇、异丙醇和这些醇的混合物。
19.基于用粘结剂粘结的磨粒的粘结磨料制品，特征在于它包含根据权利要求1-16任一项的增强结构。
20.根据权利要求19的制品，特征在于它是研磨砂轮。
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