CN103313800A - 静电磨粒涂布装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种将粒子施用至背衬的方法，所述背衬在其相背对的主表面中的一个主表面上具有底胶层。所述方法包括如下步骤：将粒子支撑于具有进料表面的进料构件上，使得所述粒子在所述进料表面上沉降为一个或多个层；所述进料表面和所述背衬以非平行的方式设置；以及将所述粒子从所述进料表面转移至所述背衬，并通过静电力将所述粒子附接至所述底胶层。

Description

静电磨粒涂布装置和方法

背景技术

使用静电场将磨料颗粒施加到磨料制品的带涂层背衬上是熟知的。例如，1945年授予明尼苏达矿业及制造公司（Minnesota Mining andManufacturing Company）的美国专利No.2,370,636公开了使用静电场影响磨料颗粒的取向，使得每个磨料颗粒的细长的维度相对于背衬表面基本竖立（直立）。

发明内容

在常规静电系统中，磨粒可通过在带涂层背衬下方水平输送磨粒而施用至带涂层背衬，所述带涂层背衬平行于传送带上的磨粒行进，并在传送带上的磨粒上方。传送带和带涂层背衬经过由连接至电势的底板和接地的上板静电充电的区域。然后，磨粒在静电场的力下并抵抗重力基本上竖直行进，从而附接至带涂层背衬，并获得相对于带涂层背衬竖立的取向。大量的磨粒在附接至带涂层背衬之前，平行于静电场排列它们的纵向轴线。

通常，这种构造效果较好，并已变成工业标准。然而，当磨粒变得过重，常常加入昂贵的磨粒涂料以提高磨粒的静电吸引，由此改进所得带涂层磨料制品的均匀性。在低的相对湿度期间，常常需要另外的加湿设备用于常规系统以可靠运行。物理尺寸大于约ANSI20粗粒的极重的磨粒无法通过现有的静电技术施用，必须滴涂至带涂层背衬。滴涂产生具有细长取向的少量磨粒，从而降低了所得带涂层磨料制品的研磨作用。在常规体系中的磨粒常常在传送带与带涂层背衬之间反复来回地弹跳直至变得附接至带涂层背衬，从而降低了带涂层磨料层的均匀性。

本发明人已确定，如上问题和另外的优点（包括易于将磨料涂层图案化的能力）可由新型静电涂布方法提供，其中磨粒在非竖直方向上，如基本上水平地被推动至带涂层背衬，而不是克服重力竖直提升。在一个实施例中，当磨粒施用至带涂层背衬时，带涂层背衬基本上竖直行进。与在传送带上支撑磨粒不同，磨粒由振动进料器移动，所述振动进料器具有进料托盘，所述进料托盘的至少一部分连接至电势，从而产生静电场。在一个实施例中，将接地棒与进料托盘的端部相对设置于带涂层背衬的后面。磨粒在托盘的振动和静电场的作用下在进料方向上水转移动进料托盘的长度。之后，粒子由静电场从进料托盘转移至带涂层背衬上。本发明人已发现，所述新型方法仍然产生磨粒的细长取向，即使磨粒水平地而不是竖直地移动。

由于在新型静电系统中磨粒需要克服更少的重力来附接至带涂层背衬，因此对于给定磨粒尺寸，可使用低得多的电压来产生静电场。另外，由于需要克服更少的重力并且由于使用振动进料托盘，可施用重得多的磨粒和/或可消除在磨粒上用以提高磨粒的静电吸引的外部涂层。所述新型静电系统也可在低湿度环境中操作而无需补充加湿。

此外，本发明人已出乎意料地发现，在带涂层磨料制品中粒子的z方向旋转取向可通过改变进料托盘的端部与带涂层背衬和/或导电构件之间的间隙而变化。当所述间隙小于3/8"时，当三角形磨粒经过进料托盘时，其往往更通常地以三角形的基底在带涂层背衬的纵向上排列而取向。当所述间隙大于3/8"时，当三角形磨粒经过进料托盘时，其往往更通常地以三角形的基底在带涂层背衬的横向上排列而取向。在带涂层磨料制品中成形的磨粒围绕它们的经过背衬的纵向轴线的选择性Z方向旋转取向可用于提高碾磨速率，降低磨粒破损，或改进由带涂层磨料制品所产生的所得整饰。所述新型静电系统不仅可竖立施用成形的磨粒，而且也可改变它们的z方向旋转取向，这在之前是不可能的。

所述新型静电系统也可用于制备具有图案化磨料层的带涂层磨料制品，而不使用掩模或图案化底胶层。在带涂层磨料制品中的横向磨料条可通过快速循环施加至振动进料器的电压、静电场或上述两者而容易地制得。当消除静电场时，在空气中无支撑的磨粒在重力下落下，不被施用至带涂层背衬。当降低或消除进料托盘振动时，磨粒不被施用至带涂层背衬。在带涂层磨料制品上的纵向磨料条可通过如下方式制得：将分立通道置于进料托盘中，使得磨粒仅施用至进料托盘中的特定横向位置处。棋盘磨料图案可通过使用分立通道并快速循环静电场而产生。线条、曲线或其他图案可通过如下方式施加：将进料托盘或整个振动进料器附接至定位机构，以在X、Y或Z方向或它们的组合上引导磨粒的移动流。

同时双面磨粒可通过所述新型静电方法而施用。在该方法中，在两个侧面上具有底胶层的带涂层背衬竖直贯穿两个振动进料器之间的间隙，所述两个振动进料器各自具有静电充电的进料托盘。两个振动进料器的进料托盘彼此相对。一个进料托盘连接至正电势，另一个进料托盘连接至负电势。在每个托盘中的磨粒被推动朝向相对的托盘，并附接至带涂层背衬的相对侧。

在一些实施例中，与在纵向上使带涂层背衬通过经充电的进料托盘不同，带涂层背衬可附接至接近进料托盘的放电设置的旋转圆盘。进料托盘的至少一部分充电，接地的碾磨目标设定在所需的间隙处。盘在已建立的静电场的存在下旋转。在旋转圆盘上的带涂层背衬与进料托盘之间的间隙，以及旋转圆盘的旋转速度可变化，以改变施用至带涂层背衬的成形磨粒的z方向旋转取向。

因此，在一个实施例中，本发明在于一种将粒子施用至背衬的方法，所述背衬在其相背对的主表面中的一个主表面上具有底胶层，所述方法包括：将粒子支撑于具有进料表面的进料构件上，使得所述粒子在所述进料表面上沉降为一个或多个层；所述进料表面和所述背衬以非平行的方式设置；以及将所述粒子从所述进料表面转移至所述背衬，并通过静电力将所述粒子附接至所述底胶层。

在另一实施例中，本发明在于一种改变带涂层磨料制品中的成型磨粒的z方向旋转取向的方法，所述方法包括：提供成型磨粒，所述成型磨粒各自具有至少一个基本上平面的粒子表面；将所述成型磨粒提供至进料表面上；沿着所述进料表面与导电构件之间的幅材路径引导背衬，所述背衬在其相背对的主表面中的一个主表面上具有底胶层，使得所述底胶层面向所述进料表面；在所述进料表面与所述导电构件之间产生静电场；通过所述静电场将所述成型磨粒从所述进料表面转移至所述底胶层上，以形成带涂层磨料制品；以及调节所述进料表面与所述导电构件之间的间隙，以改变在背衬上的成型磨粒的z方向旋转取向。

在另一实施例中，本发明在于一种将磨粒竖立施用至背衬的底胶层的方法，所述方法包括：选择ANSI粗粒尺寸小于20或FEPA粗粒尺寸小于P20的磨粒；将所选择的磨粒提供至进料表面上；沿着所述进料表面与导电构件之间的幅材路径引导背衬，所述背衬在其相背对的主表面中的一个主表面上具有底胶层，使得所述底胶层面向所述进料表面；在所述进料表面与所述导电构件之间产生静电场；在非竖直方向上将所选择的磨粒从所述进料表面转移至所述底胶层上，以将所选择的磨粒竖立施用至所述底胶层。

在另一实施例中，本发明在于一种装置，所述装置包括：振动进料器，所述振动进料器具有进料表面；导电构件，所述导电构件与进料表面相对；电势，所述电势充电所述进料表面，从而在所述进料表面与所述导电构件之间产生静电场；以及幅材路径，所述幅材路径用于在所述进料表面与所述导电构件之间引导幅材。

附图说明

本领域的普通技术人员应当了解，本发明的讨论仅是针对示例性实施例的描述，其并不旨在限制本发明的更广泛的方面，其中更广泛的方面体现在示例性构造中。

在说明书和附图中重复使用的参考标号旨在表示本发明相同或类似的特征或元件。

图1示出了用于将磨粒施用至带涂层背衬的静电系统。

图2示出了用于将磨粒施用至带涂层背衬的可选的静电系统的一部分。

图3A、3B、3C为在图1中的3-3处呈现的不同进料托盘的横截面。

图4示出了用于将磨粒同时施用至带涂层背衬的两侧的静电系统的另一实施例。

图5示出了用于将磨粒施用至旋转的带涂层背衬的静电系统的另一实施例。

图6-15为如实例所述制得的各种带涂层磨料制品的磨料层的照片。

在说明书和附图中重复使用的参考标号旨在表示本发明相同或类似的特征或元件。

定义

如本文所用，词语“包含”、“具有”和“包括”在法律上是具有等同含义的开放型术语。因此，除了列举的元件、功能、步骤或限制之外，还可以有其他未列举的元件、功能、步骤或限制。

在此所用的“成形磨粒”意指具有至少部分重复的形状的磨粒。制备成形磨粒的非限制性工艺包括：在具有预定形状的模具中使前体磨粒成形；通过具有预定形状的孔口挤出所述前体磨粒；通过在具有预定形状的印刷丝网中的开口印刷所述前体磨粒；或者将所述前体磨粒压印为预定形状或图案。成型磨粒的非限制性的例子包括成形磨粒，如美国专利No.RE35,570、No.5,201,916和No.5,984,998中公开的三角形板；或者由圣戈班磨料公司（Saint-Gobain Abrasives）生产的通常具有圆形横截面的细长陶瓷棒/细丝，在美国专利No.5,372,620中公开了其一个例子；或者包括粘结剂和形成诸如棱锥的形状的多个磨粒的成形磨料复合物。

如本文所用，“基本上水平”意指在完全水平的±10、±5或±2度内。

如本文所用，“基本上竖直”意指在完全竖直的±10、±5或±2度内。

如本文所用，“基本上正交”意指在90度的±20、±10、±5或±2度内。

如本文所用，“z方向旋转取向”指粒子围绕其纵向轴线的角旋。当粒子由静电力转移通过空气时，粒子的纵向轴线与静电场对齐。

具体实施方式

现在参见图1，示出了涂覆磨料底胶10的一部分。具有相背对的主表面的背衬20沿着幅材路径22前进，经过涂布机24，所述涂布机24将用于形成底胶层28的树脂26涂布至所述背衬的第一主表面30上，由此产生带涂层背衬32。带涂层背衬32由适当的导辊34沿着幅材路径22引导，使得当所述带涂层背衬经过充当进料构件的振动进料器36时，其基本上竖直地行进。传送机也充当进料构件。

振动进料器36包括具有进料表面的进料托盘38和诸如电磁驱动器或机械偏心驱动器的驱动器40。对于电磁驱动器，电枢42的一端直接或间接地连接至进料托盘38，所述进料托盘38由允许托盘侧向运动的一个或多个挠性构件44支撑。可变AC电源45提供电磁驱动器动力，从而控制由电枢传输的振动振幅。振动进料器可安装于振动阻尼器46上，所述振动阻尼器46提供振动进料器与地面的电隔离。或者，进料托盘38可安装于绝缘体50上，所述绝缘体50提供进料托盘与地面的电隔离。合适的振动托盘进料器可得自位于宾夕法尼亚州伊利的艺利制造有限公司（Eriez ManufacturingCo）。

进料托盘38的至少一部分可静电充电，且至少该部分连接至正电势或负电势52以产生静电场。例如，进料托盘可包括由绝缘材料制得的用于从料斗58接收磨粒56的非导电容器54，以及由导电材料制得的附接至非导电容器54的导电出口槽60。尽管有可能静电充电整个振动进料器36或仅静电充电进料托盘38，使由电势充电的表面积达到最小，使得更易于分隔充电表面与地面，从而降低了不希望的电弧放电，并提高了安全性。其也可通过集中静电场而提高磨粒对带涂层背衬的吸引。电势52可通过开关、PLC或振荡电路快速循环，以将静电场通电或断电。

在一个实施例中，诸如金属棒、撑杆、惰辊、金属板、转杆或其他导电构件的导电构件62与进料托盘38相对设置，并电连接至地面。导电构件的子集具有弯曲外表面，包括例如惰辊、撑杆、转杆或圆杆，且带涂层背衬包裹弯曲外表面的至少一部分（图1、2）。在其他实施例中，带涂层幅材不接触导电构件。

底胶层28面向振动进料器36的带涂层背衬32移动通过进料托盘38与导电构件62之间的间隙64。当电压施加至进料托盘38时，静电场63存在于充电的进料托盘与导电构件之间的间隙64中。在振动进料器36的作用下，从料斗58进入容器54的磨粒56被传输通过进料托盘38至充当进料表面的出口槽60，并进入间隙64。在不存在静电场下，磨粒56在重力下竖直下落至盘66中，在盘66处磨粒56可被收集并返回至料斗58。一旦静电场存在，则磨粒56被水平推动经过间隙64至背衬20上的底胶层28上，并变为嵌入所述底胶层中。出乎意料地，使用基本上水平的磨粒静电喷射(projection)方法仍然在背衬上产生磨粒的细长取向。据信重力往往在磨粒最初碰撞带涂层背衬之后翻转磨粒，使得它们“落下”，因为在现有技术系统中，重力往往竖直排列附接至带涂层背衬的粒子。在磨粒附接至底胶层28之后，使用常规加工在磨粒上施用复胶层，并固化底胶层和复胶层，从而产生带涂层磨料制品。

使用所述新型静电系统，施加用以产生静电场的电压可显著减小，因为磨粒无需克服那样多的重力以附接至带涂层背衬。特别地，在一个实施例中，已发现5-10千伏足以施用尺寸36+的包括三角形板的成形磨粒，而常规竖直施用的静电系统需要20-40千伏。此外，物理尺寸比约ANSI20或FEPA P20更大的陶瓷α氧化铝磨粒（如ANSI16、ANSI12、FEPA P16或FEPA P12）可易于通过新型静电系统进行施用，并同时在背衬上获得竖立取向。常规静电系统无法施用尺寸ANSI16粗粒的陶瓷α氧化铝磨粒。

为了提高静电施用，本发明人已确定，当相比于之前用于常规系统中的静电板的尺寸（其在纵向上通常1英尺至20英尺长）时，导电构件62的纵向长度和出口槽的高度可相对较短。在一些实施例中，导电构件可在纵向方向上具有小于或等于4、2、1、0.75、0.5或0.25英寸的长度。类似地，在一些实施例中，出口槽在其出口处的高度H可具有小于或等于4、2、1、0.75、0.5或0.25英寸的尺寸。据信使产生静电场的间隙的相对侧上的导电结构的纵向长度达到最小集中了静电场线，由此提高了所得带涂层磨料层的均匀性，并可能有助于旋转取向成形磨粒。

当带涂层幅材包裹导电构件62时，在所示实施例中施用磨粒之处的间隙64处的幅材路径22基本上竖直。在施用磨粒之前幅材路径22从竖直偏离而倾斜，并远离振动进料器36，以防止磨粒在不存在静电场和磨粒的连续振动进料下接触带涂层背衬。从竖直偏离的角度θ可为约10度至约135度，或约20度至约90度，或约20度至约45度。在其他实施例中，如果带涂层幅材以180度的量包裹导电构件62，则围绕诸如惰辊的导电构件的包角可为0度至180度，使得幅材可基本上水平地行进至图1中的导电构件62或远离导电构件62。

本发明人已出乎意料地发现，在带涂层磨料制品中成型磨粒或其他粒子的z方向旋转取向可通过所述新型静电系统操纵。特别地，诸如出口槽60的进料表面可定向基本上平面的粒子表面57或粒子上的三个点，从而形成具有特定z方向旋转取向的虚平面。之后，不同于常规系统，在将粒子附接至带涂层背衬之前，粒子仅需要线性转移通过间隙64而无任何进一步的粒子旋转。这样，有可能将粒子施用至带涂层背衬，并同时基本上保持粒子的z方向旋转取向，所述z方向旋转取向在粒子由进料表面支撑时建立。类似的是将硬币快速滑出桌子顶面至空气中。25美分硬币往往飞过空气而不会围绕z轴线旋转，并以其平面表面中的一者面向上而冲击地板。

因此，粒子的至少30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或95%可附接至带涂层背衬，所述带涂层背衬具有与粒子停留在进料表面上时所具有的z方向旋转取向基本上相同的z方向旋转取向，或者具有与粒子附接至背衬之后相对于背衬的取向相同的取向，因为背衬仅在粒子离开进料表面之前经过间隙。在常规系统中，粒子的z方向旋转取向是不可控和随机的。当粒子水平停留在传送带上时受到静电场影响最大的任意粒子边缘、侧面或点将首先被提升离开传送带，由此将粒子旋转90度至竖直取向。该“提升”旋转是不可控的，并在粒子附接至底胶层时导致粒子相对于背衬的随机取向。这样，在新型系统中，粒子可通过静电场在非竖直方向上转移，以在将粒子附接至背衬之前控制粒子的z方向旋转。

在一个实施例中，当施用具有至少一个基本上平面的粒子表面或具有限定虚平面表面的三个点的粒子时，使粒子在进料表面上沉降成一个或多个层，使得基本上平面的粒子表面平行于进料表面。在一些实施例中，该沉降在进料表面的振动过程中在重力下实现。这在预定取向上相对于背衬预取向基本上平面的粒子表面。如果进料表面上的粒子过快施用至进料表面，可能存在在沉降过程中不允许基本上平面的粒子表面旋转至所需取向的大量粒子。因此，在特定实施例中，进料表面上的粒子可包括少于或等于5、4、3、2或1个层。在一些实施例中，进料表面上的粒子形成粒子的基本上单层。

另外，可控制进料表面的振动以提高或保持基本上平面的粒子表面的预取向的位置。特别地，振动振幅或频率不应过大而使得进料表面上的粒子反复从该表面发射，从而旋转至空气中，然后以不同的z方向旋转取向落在进料表面上。相反，希望粒子沿着进料表面轻轻振动，从而以在进料表面上最少跳跃和跳动而线性转移。这样，在一些实施例中，进料表面可成角度，从而在粒子被施用至底胶层之前，粒子趋于在重力下沿着进料表面滑动。

本发明人已出乎意料地发现，在带涂层磨料制品中成型磨粒或其他粒子的z方向旋转取向可通过改变进料托盘的端部与导电构件之间的间隙64而变化。因此，停留在进料表面上的粒子的预选择的z方向旋转取向可进一步通过改变间隙而变化。特别地，可改变在新型静电系统中的间隙，以在粒子被静电场转移通过空气时引起粒子的另外的z方向旋转。当间隙D小于3/8"时，包括三角形板的三角形磨粒往往更通常以如下方式定向：如图1所示，当磨粒穿过进料托盘时，最初与进料表面接触的三角形的基底和基本上平面的粒子表面在带涂层背衬的纵向上排列（当粒子穿过间隙时，粒子转移加上大约90度的旋转）。当间隙大于3/8"时，三角形磨粒往往更通常以如下方式定向：当磨粒穿过进料托盘时，最初与进料表面接触的三角形的基底和基本上平面的粒子表面在带涂层背衬的横向上排列（当粒子穿过间隙时，转移并且粒子最小的进一步旋转）。

因此，使用所述新型静电系统，间隙64变化以改变粒子的z方向旋转取向。特别地，减小间隙已显示为在纵向方向上排列更多的包括板的成形磨粒，增加间隙已显示为在横向方向上排列更多的板。成形磨粒围绕它们的通过带涂层背衬的z轴线的旋转取向可用于提高碾磨速率、降低磨粒破损，或改进带涂层磨料制品的所得整饰。常规静电系统无法控制成形磨粒的旋转取向。

在本发明的各种实施例中，通过底胶层附接至背衬的粒子的等于或大于20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或95%可具有相对于背衬预选择的z方向旋转取向。如果成型磨粒具有基本上平面的粒子表面，则在常规系统中基本上平面的粒子表面将相对于背衬随机取向。在本发明的各个实施例中，通过底胶层附接至背衬的成型磨粒的等于或大于20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或95%具有相对于背衬预选择的z方向旋转取向，如具有在纵向或横向上排列的基本上平面的粒子表面。

所述新型静电系统也可通过使用成型进料托盘或转杆而控制成形磨粒56或其他粒子的z方向旋转取向。现在参照图2，在俯视平面图中，带涂层背衬32沿着幅材路径22向转杆68传送，所述转杆68具有弯曲外表面，并充当导电构件62。带涂层背衬32包裹转杆68大约180度，所述转杆相对于进入的幅材路径成45度角。这样，带涂层背衬与进入的幅材路径22正交而再定向。包括薄的三角形板的成形磨粒的磨粒56通过振动进料，并通过来自振动进料器36的出口槽60的静电吸引而转移，并在带涂层背衬32包裹转杆时变得附接至带涂层背衬32。由于在施用磨粒时带涂层背衬32现在为45度角，因此成形磨粒从通过图1的静电系统所获得的取向旋转45度而附接至带涂层背衬。用以增加由转杆68所提供的固定的45度旋转或从由转杆68所提供的固定的45度旋转减去的进一步的旋转取向F，可通过改变出口槽60与转杆之间的间隙64而获得。

参照图3C，显示了图1的3-3所呈现的出口槽60的一个实施例的横截面。出口槽60包括多个分立通道70，所述分立通道各自具有以角度α与出口槽的水平基底相交的CD倾斜的平面的支撑表面72。所述CD倾斜的平面的支撑表面成角度，使得粒子往往在重力下横向滑下支撑表面。当包括三角形板的成形磨粒56存在于出口槽60中时，它们往往以它们的基本上平面的粒子表面平坦停留在倾斜支撑表面72上。包括三角形板，并具有倾斜侧壁（截头三棱锥）的成形磨粒的一个例子显示和描述于2010年6月17日公布的美国专利公布2010/0151196中，如该公布的图1和2中可见。如果CD倾斜的平面的支撑表面以角度α（例如30度）倾斜，则在不存在通过改变间隙64所提供的进一步的旋转下，施用至带涂层背衬的成形磨粒往往从由图3A所示的出口槽60所获得的取向旋转30度。CD倾斜的平面的支撑表面的角度α可为1至89度之间，或20至70度之间，如30度、45度或60度。

正如所述，所述新型静电系统具有产生如图10-15所示的图案化磨料层的能力。图案可通过改变出口槽60的进料表面，或改变施用方法而产生。特别地，可通过循环施加至静电场（图12、13）、振动进料器（图10、11）或上述两者的电压而以横向条施用磨料颗粒。当出口槽60包括多个间隔的分立通道70（其各自具有连接至相对竖直壁78的水平平面的支撑表面74（图3B））时，可施用磨料颗粒的纵向条（图14、15）。之后，当使用图3B的出口槽时循环施加至静电场、振动进料器或上述两者的电压可在带涂层背衬上产生磨料颗粒的棋盘图案（图11和15的组合）。如前所述，如图3C所示的CD倾斜的平面的支撑表面可用于在将成形磨粒施用至带涂层背衬之前z方向旋转所述成形磨粒。前述的组合是可能的。

线条、曲线或其他图案也有可能通过如下方式施加：将出口槽或整个振动进料器附接至定位机构，以在X、Y或Z方向或它们的组合上引导磨粒的移动流。合适的定位机构包括线性致动器、伺服液压致动器、滚珠螺杆致动器、气动式制动器和本领域技术人员已知的其他定位机构。除了如上出口槽设计之外，出口槽60和进料表面可为U形、V形、半圆形、管状或其他轮廓，以在将粒子推动通过间隙进入底胶层之前将粒子支撑于出口槽内。

在本发明的各种实施例中，在粒子穿过间隙时以非平行的方式设置进料表面和背衬。在其他实施例中，在进料方向上的进料表面与设置于所述进料表面与导电构件之间的间隙中的背衬基本上正交。在其他实施例中，进料表面基本上水平，且背衬在间隙处基本上竖直。在各种实施例中，粒子在非竖直的方向上从进料表面转移至背衬。另外，在各种实施例中，当背衬经过进料表面时，背衬抵抗重力向上行进。在一些实施例中，背衬经过进料表面基本上竖直向上行进。据信该行进方向产生更多的具有相对于背衬竖立取向的粒子。例如，当粒子从进料表面自由落下时，由于重力，其前缘可低于开始离开表面的粒子的后缘。在底胶层中抓住该前缘并抵抗重力向上转移该前缘可有助于获得竖立取向，并减少粒子相对于背衬的倾斜。

适于使用静电系统的磨粒包括任何已知的磨粒，且静电系统特别有效用于施用成型磨粒。合适的磨粒包括熔融氧化铝基材，例如氧化铝、陶瓷氧化铝（其可以包括一种或多种金属氧化物改性剂和/或促结晶剂或成核剂）、和经过热处理氧化铝、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、碳化硼、石榴石、燧石、金刚砂、陶瓷α氧化铝、由溶胶-凝胶得到的磨粒、和它们的共混物。该磨粒可以是（例如）单独的粒子、聚集体、磨料复合粒子、以及它们的混合物的形式。

现在参见图1，示出了示例性的成形磨粒56。在制造过程中成形磨粒模制成总体上三角形，并包括具有两个相对的基本上平面的粒子表面和三角形周边的板。在具体实施例中，成形磨粒可包括三棱柱（90度或直棱）或具有倾斜侧壁的截头三棱锥。在许多实施例中，所述成型磨粒的各面包括等边三角形。合适的成形磨粒及其制备方法公开于如下专利申请公布中：US2009/0169816；US2009/0165394；US2010/0151195；US2010/0151201；US2010/0146867；和US2010/0151196。

磨粒通常选择为符合磨料工业所公认的标称等级，例如，美国国家标准学会(ANSI)的标准、欧洲研磨产品制造商联合会(FEPA)的标准和日本工业标准(JIS)的标准。示例性的ANSI等级名称（即，指定的标称等级）包括：ANSI4、ANSI6、ANSI8、ANSI16、ANSI24、ANSI36、ANSI40、ANSI50、ANSI60、ANSI80、ANSI100、ANSI120、ANSI150、ANSI180、ANSI220、ANSI240、ANSI280、ANSI320、ANSI360、ANSI400和ANSI600。示例性FEPA等级名称包括：P8、P12、P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P180、P220、P320、P400、P500，P600、P800、P1000和P1200。示例性JIS等级名称包括：JIS8、JIS12、JIS16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、JIS8000、和JIS10,000。

所述新型静电系统也可用于将填料粒子施用至带涂层背衬。可用的填料粒子包括：二氧化硅，诸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维；硅酸盐，诸如滑石、粘土（例如蒙脱石）长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝酸钠、硅酸钠；金属硫酸盐，例如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝；石膏；蛭石；木粉；三水合铝；炭黑；氧化铝；二氧化钛；冰晶石；锥冰晶石；和金属亚硫酸盐，例如亚硫酸钙。

所述新型静电系统也可用于将助磨剂粒子施用至带涂层背衬。示例性的助磨剂可以是有机的或无机的，包括蜡、卤化有机化合物，例如氯化蜡，如四氯化萘、五氯化萘、和聚氯乙烯；卤化物盐，例如氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾、氯化镁；和金属及它们的合金，例如锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁、和钛；等等。其他助磨剂的例子包括硫、有机硫化合物、石墨、和金属硫化物。可使用不同助磨剂的组合。助磨剂可成型为粒子或具有如U.S6,475,253中公开的特定形状的粒子。

施用磨粒的合适的背衬20包括用于制备带涂层磨料制品的本领域已知的那些。通常，背衬具有两个相背对的主表面。背衬的厚度通常为约0.02至约5毫米，约0.05至约2.5毫米，或约0.1至约0.4毫米，但是也可使用在这些范围之外的厚度。示例性背衬包括非织造织物（例如，包括针刺、熔纺、纺粘、水刺缠结或熔喷的非织造织物）、针织物、缝编织物和织造织物；稀松布；两种或更多种这些材料的组合；和它们的处理过的形式。

用于所述装置中的合适的涂布机24包括能够将底胶层施用至背衬上的任何涂布机：刮刀涂布机、气刀涂布机、凹版印刷涂布机、逆转辊涂布机、计量杆涂布机、挤出模头涂布机、喷雾涂布机和浸渍涂布机。

可通过将可固化底胶层前体涂布至背衬的主表面上来形成底胶层28。所述底胶层前体可以包括例如胶水、酚醛树脂、氨基塑料树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚氨酯树脂、可自由基聚合的多官能(甲基)丙烯酸酯（例如具有侧链α,β-不饱和基团的氨基塑料树脂、丙烯酸酯化聚氨酯、丙烯酸酯化环氧树脂、丙烯酸酯化异氰脲酸酯）、环氧树脂（包括双-马来酰亚胺和芴-改性的环氧树脂）、异氰脲酸酯树脂，以及它们的混合物。

现在参照图4，显示了静电涂布系统的可选的实施例。同时双面粒子层可通过所述新型静电方法而施用。在该方法中，在两个主表面上具有底胶层28的带涂层背衬20基本上竖直地穿过两个振动进料器36之间的间隙64，所述两个振动进料器36各自具有静电充电的进料托盘38。两个振动进料器的进料托盘基本上彼此相对；虽然据信在一些实施例中它们可在纵向上略微错开。第一振动进料器的第一进料表面连接至正电势，第二振动进料器的第二进料表面连接至负电势。在每个进料表面上的磨粒被推动朝向相对的进料表面，并附接至带涂层背衬的相对侧上。

现在参照图5，显示了静电涂布系统的另一可选的实施例。带涂层背衬可附接至接近振动进料器36的静电充电的进料托盘38的放电设置的旋转圆盘80的平面圆形表面。进料托盘的至少一部分被充电，盘接地以产生静电场。在旋转圆盘上的带涂层背衬与进料托盘之间的间隙64，以及盘的旋转速度可变化，以改变施用至带涂层背衬的成形磨粒的z方向旋转。特别地，为了确保更多的粒子竖立施用，旋转圆盘应旋转，使得当粒子转移经过间隙时，背衬基本上竖直向上转移经过进料表面。在一些实施例中，进料表面的宽度可等于或小于盘的半径，使得在盘不旋转时，成型磨粒仅施用至盘的直径的一部分。

实例

本发明的目的和优点通过下面的非限制性实例进一步说明；但是，这些实例中叙述的具体材料及其量以及其它条件和细节，不应解释为是对本发明的不当的限制。除非另外指明，否则实例以及说明书其余部分中的所有份数、百分数、比例等均按重量计。

实例1-5

实例1-5显示了本发明的各种实施例。对于所有实例，使用标准酚醛底胶层涂料和标准背衬。对于所有实例，将包括三角形板的成形磨粒的疏涂层喷射至经底胶涂布的背衬上。成形磨粒根据美国专利公布2010/0151196的公开内容而制得。成形粒子通过如下方式制得：从侧面长度为0.054英寸(1.37mm)且模具深度为0.012英寸(0.3mm)的等边三角形聚丙烯模具腔体成形氧化铝溶胶凝胶。在干燥和烧制之后，所得成形磨粒为约570微米（最长维度），并经过30目筛网。静电涂布装置的机器设置为：12.5ft/min(3.81m/min)的线速度；200-350（“SYNTRON型FT01”，得克萨斯州休斯敦的FMC技术公司（FMC Technologies,Houston,Texas））的振动进料器设置；5kv±1kv的施加电势；0.375英寸±0.125英寸(0.95±0.32cm)的出口槽与导电构件接地棒之间的间隙；出口槽的底边与接地棒的中心对齐；且接地棒的直径为0.375英寸(0.95cm)。当施用次生粒子时，所述次生粒子为80等级的压碎的氧化铝粒子。进行机器设置中的各种变化，以产生实例1-5的示例性实施例，如下表1所示。

表1

在不脱离本发明的精神和范围的前提下，更具体地讲，在不脱离所附权利要求书中所示出的精神和范围的前提下，本领域的普通技术人员可以实践本发明的其他修改形式和变型形式。应当理解，多种实施例的方面可以整体地或部分地与多种实施例的其他方面互换或结合。以上获得专利证书的专利申请中所有引用的参考文献、专利或专利申请的全文通过一致的方式以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本专利申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本发明而给定的前述说明不应理解为是对本发明的范围的限制，本发明的范围由权利要求书及其所有等同形式所限定。

Claims (30)

1.一种将粒子施用至背衬的方法，所述背衬在其相背对的主表面中的一个主表面上具有底胶层，所述方法包括：

将所述粒子支撑于具有进料表面的进料构件上，使得所述粒子在所述进料表面上沉降为一个或多个层；

将所述进料表面和所述背衬以非平行的方式设置；和

将所述粒子从所述进料表面转移至所述背衬，并通过静电力将所述粒子附接至所述底胶层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述进料表面包括至少一个平面表面。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述静电力通过如下方式产生：由电势充电所述进料表面，从而在所述进料表面与导电构件之间产生静电场，所述导电构件位于所述背衬的与所述底胶层相反的侧面上。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述导电构件包括弯曲外表面，且所述背衬包裹所述弯曲外表面的至少一部分。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述导电构件选自转杆、惰辊、撑杆或圆杆。

6.根据权利要求3所述的方法，其中所述导电构件包括旋转圆盘，所述旋转圆盘具有面向所述进料表面的平面圆形表面，所述背衬附接至所述平面圆形表面，且所述底胶层面向所述进料表面。

7.根据权利要求3所述的方法，其中所述导电构件包括第二进料表面，所述背衬在其相背对两个主表面上都包括底胶层，且所述粒子从所述进料表面和第二进料表面转移至在所述背衬的所述两个主表面上的所述底胶层上。

8.根据权利要求3所述的方法，其包括通过调节所述进料表面与所述导电构件之间的间隙而改变附接至所述底胶层的粒子的z方向旋转取向。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述粒子包括至少一个基本上平面的粒子表面，所述基本上平面的粒子表面平行于所述进料表面，并且在将所述粒子附接至所述底胶层之前，所述粒子被转移但不通过所述静电场进一步z方向旋转所述基本上平面的粒子表面。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述粒子包括至少一个基本上平面的粒子表面，所述基本上平面的粒子表面平行于所述进料表面，转移并且在将所述粒子附接至所述底胶层之前，所述粒子被转移并通过所述静电场进一步z方向旋转所述基本上平面的粒子表面。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述粒子在所述进料表面上的沉降包括在重力下沉降。

12.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述进料构件包括振动进料器，且所述进料表面包括出口槽。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述出口槽包括连接至相对侧壁的平面基底。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述出口槽包括多个间隔开的分立通道，所述分立通道各自具有连接至相对侧壁的平面基底。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述出口槽包括多个间隔开的分立通道，所述分立通道各自具有与所述出口槽的基底相交的CD倾斜的平面的支撑表面。

16.根据权利要求1、2、3或12所述的方法，其中所述粒子在所述进料表面上形成单层。

17.根据权利要求1、2、3或12所述的方法，其中在进料方向上的所述进料表面与设置于所述进料表面与导电构件之间的间隙中的所述背衬基本上正交。

18.根据权利要求17所述的方法，其中在进料方向上的所述进料表面基本上水平，且所述背衬基本上竖直。

19.一种改变带涂层磨料制品中的成型磨粒的z方向旋转取向的方法，所述方法包括：

提供成型磨粒，所述成型磨粒各自具有至少一个基本上平面的粒子表面；

将所述成型磨粒提供至进料表面上；

沿着所述进料表面与导电构件之间的幅材路径引导在其相背对的主表面中的一个主表面上具有底胶层的背衬，使得所述底胶层面向所述进料表面；

在所述进料表面与所述导电构件之间产生静电场；

通过所述静电场将所述成型磨粒从所述进料表面转移至所述底胶层上，以形成所述带涂层磨料制品；和

调节所述进料表面与所述导电构件之间的间隙，以改变在所述背衬上的所述成型磨粒的z方向旋转取向。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述调节所述进料表面与所述导电构件之间的间隙包括减小所述间隙，从而当沿着所述幅材路径引导所述背衬时，更多的所述成型磨粒取向成使所述基本上平面的粒子表面位于所述背衬的纵向上。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述调节所述进料表面与所述导电构件之间的间隙包括增加所述间隙，从而当沿着所述幅材路径引导所述背衬时，更多的所述成型磨粒取向成使所述基本上平面的粒子表面位于所述背衬的横向上。

22.根据权利要求19、20或21所述的方法，其中所述成型磨粒包括板。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述板包括三角形周边。

24.一种将磨粒竖立施用至背衬的底胶层的方法，所述方法包括：

选择ANSI粗粒尺寸小于20或FEPA粗粒尺寸小于P20的磨粒；

将所选择的磨粒提供至进料表面上；

沿着所述进料表面与导电构件之间的幅材路径引导在其相背对的主表面中的一个主表面上具有底胶层的背衬，使得所述底胶层面向所述进料表面；

在所述进料表面与所述导电构件之间产生静电场；

在非竖直方向上将所选择的磨粒从所述进料表面转移至所述底胶层上，以将所选择的磨粒竖立施用至所述底胶层。

25.根据权利要求24所述的方法，其中在进料方向上的所述进料表面与设置于所述进料表面与导电构件之间的间隙中的所述背衬基本上正交。

26.根据权利要求25所述的方法，其中在进料方向上的所述进料表面基本上水平，且所述背衬基本上竖直。

27.一种装置，其包括：

振动进料器，所述振动进料器具有进料表面；

导电构件，所述导电构件与所述进料表面相对；

电势，所述电势充电所述进料表面，从而在所述进料表面与所述导电构件之间产生静电场；和

幅材路径，所述幅材路径用于在所述进料表面与所述导电构件之间引导幅材。

28.根据权利要求27所述的方法，其中在进料方向上的所述进料表面与引导幅材通过在所述进料表面与所述导电构件之间的间隙的所述幅材路径基本上正交。

29.根据权利要求25所述的方法，其中在进料方向上的所述进料表面基本上水平，且所述幅材路径引导所述幅材基本上竖直向上地经过所述进料表面。

30.根据权利要求27所述的方法，其中所述导电构件接地，且负电势充电所述进料表面。

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