CN103476979B - 含有由弹性体粘合的成形磨粒团聚物的非织造磨料制品 - Google Patents

含有由弹性体粘合的成形磨粒团聚物的非织造磨料制品 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种非织造磨料制品，所述非织造磨料制品由以下各项形成：非织造幅材，和包括通过第一柔性粘合剂粘合在一起的成形陶瓷磨粒团聚物，以及将所述团聚物粘合到所述非织造纤维幅材的第二粘合剂。

Description

含有由弹性体粘合的成形磨粒团聚物的非织造磨料制品
背景技术
非织造磨料制品通常具有非织造幅材（如膨松有弹性的开口纤维幅材）、磨粒和粘合材料（通常称为“粘合剂”），所述粘合剂将非织造幅材内的纤维彼此粘合并将所述磨粒固定到非织造幅材上。非织造磨料制品的实例包括非织造磨料手垫，例如由明尼苏达州圣保罗的3M公司（3MCompanyofSaintPaul,Minnesota）以商品名“SCOTCH-BRITE”出售的那些。
非织造磨料制品的其他实例包括回旋磨轮和成套磨轮。非织造磨轮通常具有穿过用粘合剂粘合在一起的非织造幅材层分布的磨粒，所述粘合剂将非织造幅材层粘合在一起，同样将磨粒粘合到非织造幅材上。成套磨轮具有以平行方式排列的各个非织造幅材盘，以形成具有中空轴芯的圆柱体。或者，回旋磨轮具有绕着芯构件螺旋地卷绕并固定到芯构件上的非织造幅材。
发明内容
在工件上使用非织造磨料制品时它们的切削和所得光洁度为导入性能属性。对于一些应用而言，非常期望降低工件的所得表面粗糙度（光洁度）同时维持或甚至增加使用中非织造磨料制品的切削。令人惊讶地发现，如根据所公开的测试方法所评估，根据本发明的非织造磨料制品当与如实例中所示的可供选择的非织造磨料制品相比时在表面光洁度方面表现出显著改进。
具体地讲，当制备成形陶瓷磨粒的团聚物时使用柔性粘合剂（例如聚氨酯粘合剂），发现工件的所得表面光洁度得到显著改进。这一发现相当令人惊讶，这是因为此前认为用于制备团聚物的粘合剂不是非织造磨料制品的所得光洁度的显著促成因素。此前，当在每个轮中使用相同磨粒尺寸和量时，所得表面光洁度归因于在磨轮中将非织造层固定在一起的粘合剂类型（氨基甲酸酯对比酚醛）。另外，令人惊讶地发现，成形磨粒的柔性粘合团聚物产生比使用未团聚的相同的成形磨粒制备的非织造磨料制品更好的光洁度。此前，认为使成形磨粒团聚将只是增加磨料制品的寿命，且所得光洁度将与具有相同尺寸的未团聚磨粒相同。
因此，在一个方面，本发明在于一种非织造磨料制品，所述非织造磨料制品包括非织造幅材；团聚物，所述团聚物包括通过第一柔性粘合剂粘合在一起的成形陶瓷磨粒；以及将所述团聚物粘合到所述非织造纤维幅材的第二粘合剂。
附图说明
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是根据本发明的示例性非织造磨料制品的透视图；
图2是根据本发明的一个方面的示例性回旋磨轮的透视示意图；和
图3是根据本发明的另一个方面的示例性成套磨轮的透视示意图。
图4是由成形磨粒制成的磨料团聚物的一个实施例的显微照片。
图5是由成形磨粒制成的磨料团聚物的另一个实施例的显微照片。
图6是由成形磨粒制成的磨料团聚物的另一个实施例的显微照片。
定义
如本文所用，词语“包含”、“具有”和“包括”的变型形式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。
如本文所用，术语“固化”意指通过干燥（即蒸发溶剂）、聚合（如提供可固化聚氨酯预聚物的充足链延伸度）或冷却熔融材料来使材料硬化。
如本文所用，术语“柔性粘合剂”意指固化的粘合剂材料具有一定的弹性模量使得固化的粘合剂材料能够大幅度弯曲而不断裂，不同于会断裂的酚醛粘合剂。在本发明的各个实施例中，如通过ASTMD882测试，弹性模量可以小于28,000；或小于25,000或小于23,000psi。合适的柔性粘合剂的实例包括聚氨酯、聚脲、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁二烯、丁基橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物和腈橡胶的那些。
如本文所用，“成形陶瓷磨粒”意指具有至少部分地复制的形状的磨粒。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陶瓷磨粒成形以制备成形陶瓷磨粒；使所述前体陶瓷磨粒通过具有预定形状的孔口挤出；通过具有预定形状的印刷丝网中的开口印刷所述前体陶瓷磨粒，或者将所述前体陶瓷磨粒压印为预定形状或图案。成形陶瓷磨粒的非限制性实例包括成形陶瓷磨粒，例如以下文献中公开的三角片：美国专利RE35,570、5,201,916和5,984,998；美国专利公布2009/0169816、2009/0165394、2010/0151195、2010/0151201、2010/0146867、2010/0151196和2010/0319269，或由圣戈班磨料公司（Saint-GobainAbrasives）生产的通常具有圆形横截面的细长陶瓷棒/细丝，其实例在美国专利号5,372,620中公开。
如本文所用，术语“矿物”意指磨粒或磨粒与填料的混合物。
具体实施方式
根据本发明的各种示例性磨料制品，包括膨松有弹性的开口非织造磨料制品（如幅材和片材）、成套磨轮和回旋磨轮，可以通过包括例如以下步骤的工艺制造：在非织造幅材上涂布通常呈浆液形式的可固化组合物。该可固化组合物包含：可固化聚氨酯预聚物；有效量的胺固化剂；阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、氟化非离子表面活性剂或基于硅树脂的非离子表面活性剂中的至少一种；和双齿氨基硅烷。在形成回旋磨轮或成套磨轮的过程中，通常相对于膨松有弹性的开口非织造纤维制品中所用的非织造幅材压缩非织造幅材（即，使其致密）。
非织造幅材
适用于上述磨料制品中的非织造幅材为磨料领域中所熟知。通常，非织造幅材包含缠结的纤维幅材。纤维可以包括连续纤维、短纤维或其组合。举例来说，非织造幅材可以包括长度为至少约20毫米（mm）、至少约30mm或至少约40mm以及小于约110mm、小于约85mm或小于约65mm的短纤维，但也可以使用更短和更长的纤维（例如连续细丝）。纤维的细度或线密度可以为至少约1.7分特（dtex，即，克/10000米）、至少约6dtex，或至少约17dtex，以及小于约560dtex、小于约280dtex，或小于约120dtex，但也可以使用具有更小和/或更大线密度的纤维。具有不同线密度的纤维的混合物可以适用于例如提供一种磨料制品，所述磨料制品在使用时将会产生特别优选的表面光洁度。如果使用的是纺粘非织造物，则长丝可以具有大得多的直径，例如，直径高达2mm或更大。
可以例如通过常规的气流成网、梳理、缝编、纺粘、湿法成网和/或熔喷程序制造非织造幅材。可以使用例如可以商品名“RANDOWEBBER”从纽约马其顿的兰多机械公司（RandoMachineCompany,Macedon,NewYork）商购获得的设备制备气流成网非织造幅材。
通常选择这样的非织造幅材：所述非织造幅材与粘附粘合剂和磨粒适宜地相容、同时还可与制品的其他组件组合地加工，并且通常可以承受加工条件（例如温度），例如涂覆和固化可固化组合物的过程中采用的那些条件。可以选择纤维，使其影响磨料制品的特性，例如，柔性、弹性、耐用性或保质期、研磨性和光洁度特性。可能适用的纤维的实例包括天然纤维、合成纤维以及天然和/或合成纤维的混合物。合成纤维的实例包括利用聚酯（如，聚对苯二甲酸乙二醇酯）、尼龙（如，六亚甲基己二酰胺、聚己内酰胺）、聚丙烯、丙烯腈（例如，丙烯酸类树脂）、人造丝、醋酸纤维素、聚偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物以及氯乙烯-丙烯腈共聚物制备的那些。合适的天然纤维的实例包括棉花、羊毛、黄麻和大麻。纤维可以是天然的材料或从（例如）衣服碎料、地毯制备、纤维制备或纺织物加工中回收的再循环材料或废料。纤维可以是均匀的或可以是复合材料，如，双组分纤维（例如，共纺的皮/芯型纤维）。这些纤维可以是拉伸的和卷曲的，但也可以是连续长丝，例如通过挤出法形成的那些。也可以使用纤维组合。
在注入可固化组合物之前，当进行任何涂覆（例如，用具有可固化组合物或可选的预粘合树脂涂覆）之前测量时，非织造纤维幅材每单位面积的重量（即，基重）通常为：至少约50克/平方米(gsm)，至少约100gsm，或至少约200gsm，和/或小于约400gsm、小于约350gsm或小于约300gsm，尽管也可以使用更大和更小的基重。另外，在注入可固化组合物之前，纤维幅材的厚度通常为至少约5mm、至少约6mm或至少约10mm和/或小于约200mm、小于约75mm，或小于约30mm，尽管也可以使用更大和更小的厚度。
与非织造磨料制品、磨轮和它们的制造方法相关的其他细节可见于例如美国专利号2,958,593（Hoover等人）、5,591,239（Larson等人）、6,017,831（Beardsley等人）和美国专利申请公布2006/0041065A1（Barber,Jr.）中。
很多情况下，在用可固化组合物涂布之前将预粘合树脂涂覆到非织造幅材上是有用的。预粘合树脂用于例如在处理过程中帮助保持非织造幅材的完整性，且还可以促进氨基甲酸酯粘合剂与非织造幅材的粘合。预粘合树脂的实例包括酚醛树脂、氨基甲酸酯树脂、皮胶、丙烯酸类树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂及其组合。通常将以此方式使用的预粘合树脂的量调节为符合在纤维的交叉接触点处将纤维粘合在一起的最小量。如果非织造幅材包括可热粘合的纤维，那么非织造幅材的热粘合也可以有助于在加工过程中保持幅材的完整性。
磨粒
可用于并入到本发明的团聚物中的磨粒是成形陶瓷磨粒，且具体地讲是成形陶瓷磨粒。根据共同未决的美国专利公布2010/0151196的公开内容制备成形陶瓷磨粒。通过使氧化铝溶胶凝胶从例如边长为0.054英寸（1.37mm）且模具深度为0.012英寸（0.3mm）的等边三角形形状的聚丙烯模具腔成形来制备成形陶瓷磨粒。在干燥并烧制之后，这些所得成形陶瓷磨粒构成约570微米（最长尺寸）的三角片且将通过30目筛网。
除成形陶瓷磨粒之外，本发明制品还可以含有常规的（如压碎的）磨粒。可用于与成形陶瓷磨粒共混的常规的磨粒的实例包括磨料领域中已知的任何磨粒。示例性可用磨粒包括基于熔融氧化铝的材料，例如氧化铝、陶瓷氧化铝（它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、碳化硼、石榴石、燧石、金刚砂、由溶胶-凝胶得到的磨粒、和它们的混合物。这些磨粒可以是（例如）单独的粒子、聚集体、复合粒子以及它们的混合物的形式。
常规的磨粒可以（例如）具有至少约0.1微米、至少约1微米或至少约10微米以及小于约2000微米、小于约1300微米或至少约1000微米的平均直径，但也可以使用更大和更小的磨粒。举例来说，常规的磨粒可以具有磨粒行业指定的标称等级。此类磨料行业认可的级配标准包括称为美国国家标准协会(AmericanNationalStandardsInstitute,Inc.，ANSI)标准、欧洲研磨产品制造商联合会(FederationofEuropeanProducersofAbrasiveProducts，FEPA)标准以及日本行业标准(JapeneseIndustrialStandards,JIS)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。示例性的FEPA牌号名称包括P8、P12、P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P150、P180、P220、P320、P400、P500、600、P800、P1000、和P1200。示例性的JIS牌号名称包括HS8、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JIS10000。
磨粒团聚物
本发明团聚物包括第一柔性粘合剂。合适的柔性粘合剂的实例包括聚氨酯、聚脲、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁二烯、丁基橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物和腈橡胶的那些。
用于制备包括成形陶瓷磨粒的团聚物的典型的柔性粘合剂是聚氨酯粘合剂。可用的氨基甲酸酯预聚物的实例包括聚异氰酸酯以及其嵌段形式。通常，在环境条件（例如，温度范围为约20℃至约25℃）下，嵌段聚异氰酸酯基本与异氰酸酯活性化合物（例如，胺、醇、硫醇等）不反应，但在施加足够的热能时，阻断剂被释放，从而产生异氰酸酯官能团，该官能团与胺固化剂反应，形成共价键。
可用的聚异氰酸酯包括(例如)脂族聚异氰酸酯（例如，六亚甲基二异氰酸酯或三甲基六亚甲基二异氰酸酯）、脂环烃聚异氰酸酯(例如，氢化亚二甲苯基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯）、芳族聚异氰酸酯(例如，甲代亚苯基二异氰酸酯或4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯)、任何上述聚异氰酸酯与多元醇的加合物（例如，二醇、含低分子量含羟基聚酯树脂、水等）、上述聚异氰酸酯的加合物（例如，异氰脲酸酯、缩二脲）以及它们的混合物。
可用的可商购获得的聚异氰酸酯包括（例如）可得自康涅狄格州米德柏利的科聚亚公司（ChemturaCorporation,Middlebury,Connecticut）的商品名为“ADIPRENE”（例如“ADIPRENEL0311”、“ADIPRENEL100”、“ADIPRENEL167”、“ADIPRENEL213”、“ADIPRENEL315”、“ADIPRENEL680”、“ADIPRENELF1800A”、“ADIPRENELF600D”、“ADIPRENELFP1950A”、“ADIPRENELFP2950A”、“ADIPRENELFP590D”、“ADIPRENELW520”和“ADIPRENEPP1095”）的那些；可得自宾西法尼亚州匹兹堡的拜耳公司(BayerCorporation,Pittsburgh,Pennsylvania)的商品名为“MONDUR”（例如，“MONDUR1437”、“MONDURMP-095”或“MONDUR448”）的聚异氰酸酯；以及可得自宾西法尼亚州阿伦敦的空气化工产品公司（AirProductsandChemicals,Allentown,Pennsylvania）的商品名为“AIRTHANE”和“VERSATHANE”（例如“AIRTHANEAPC-504”、“AIRTHANEPST-95A”、“AIRTHANEPST-85A”、“AIRTHANEPET-91A”、“AIRTHANEPET-75D”、“VERSATHANESTE-95A”、“VERSATHANESTE-P95”、“VERSATHANESTS-55”、“VERSATHANESME-90A”和“VERSATHANEMS-90A”）的聚异氰酸酯。
为了延长适用寿命，例如，可以根据本领域内已知的各种技术使用阻断剂阻断聚异氰酸酯，例如，上述的聚异氰酸酯。示例性的阻断剂包括酮肟（例如，2-丁酮肟）、内酰胺(例如，ε-己内酰胺)、丙二酸酯(例如，丙二酸二甲酯和丙二酸二乙酯）、吡唑（例如，3,5-二甲基吡唑）、包括叔醇在内的醇（例如，叔丁醇或2,2-二甲基戊醇）、酚（例如，烷基化酚）以及上述醇的混合物。
示例性可用的可商购获得的嵌段聚异氰酸酯包括科聚亚公司销售的商品名为“ADIPRENEBL11”、“ADIPRENEBL16”、“ADIPRENEBL31”的那些，以及由英格兰阿克林顿的巴辛顿化学有限公司（BaxendenChemicals,Ltd.,Accrington,England）销售的商品名为“TRIXENE”（如“TRIXENEBL7641”、“TRIXENEBL7642”、“TRIXENEBL7772”和“TRIXENEBL7774”）的嵌段聚异氰酸酯。
通常，在可固化组合物中存在的氨基甲酸酯预聚物的量占可固化组合物总重量的10重量%至40重量%，更典型地15重量%至30重量%，并且甚至更典型地20重量%至25重量%，尽管也可以使用这些范围之外的量。
合适的胺固化剂包括芳香族、烷基-芳香族或烷基多官能胺，优选地为伯胺。可用的胺固化剂的实例包括4,4'-亚甲基双苯胺；具有2.1至4.0个官能团的聚合物亚甲基双苯胺，其包括已知的可从陶氏化工公司(DowChemicalCompany)商购获得的商品名为“CURITHANE103”的那些，以及可从宾西法尼亚州匹兹堡的拜耳公司商购获得的商品名为“MDA-85”的那些；1,5-二胺-2-甲基戊烷；三(2-氨乙基)胺；3-氨基甲基-3,5,5-三甲基环己胺(即，异佛尔酮二胺)、1,3-亚丙基二醇二-对-氨基苯甲酸盐、双(氧-氨基苯硫基)乙烷、4,4'-亚甲基双(二甲基邻氨基苯甲酸盐)、双(4-氨基-3-乙基苯基)甲烷(例如，如日本东京的日本化药株式会社(NipponKayakuCompany,Ltd.,Tokyo,Japan)以商品名“KAYAHARDAA”销售的)以及双(4-氨基-3,5-二乙基苯基)甲烷(例如，如瑞士巴塞尔的龙沙有限公司（Lonza,Ltd.,Basel,Switzerland）以商品名“LONZACUREM-DEA”销售的）以及它们的混合物。如果需要，例如，为了根据预期用途所需改变（例如，延迟）固化速率，可以向固化组合物添加多元醇（一种或多种）。
胺固化剂必须占有一定的能使其发挥作用的量（即，有效量），以将嵌段聚异氰酸酯固化至预期应用所需的程度；例如，在胺固化剂中，固化剂与异氰酸酯（或嵌段异氰酸酯）的化学计量比在0.8至1.35的范围内、例如在0.85至1.20的范围内或者在0.90至0.95的范围内，尽管也可以使用这些范围之外的化学计量比。
通常，可固化组合物将包括至少一种有机溶剂（例如，异丙醇或甲基乙基酮），以便于在非织造纤维幅材上涂覆固化组分，尽管这不是必须的。可选地，可固化组合物可以与一种或多种添加剂混合，和/或可以包括一种或多种添加剂。示例性的添加剂包括填料、增塑剂、表面活性剂、润滑剂、着色剂（例如，颜料）、杀菌剂、杀真菌剂、助磨剂和抗静电剂。通常，被涂覆在非织造纤维幅材上的可固化分（包括可能存在的任何溶剂）的量为1120gsm至2080gsm，更典型地1280gsm至1920gsm，甚至更典型地1440gsm至1760gsm，尽管也可以使用这些范围之外的值。
除常规的磨粒之外的填料材料可以与成形陶瓷磨粒共混于本发明团聚物中。可用于本发明的填料的实例包括金属碳酸盐（例如碳酸钙、碳酸镁钙、碳酸钠、碳酸镁）、二氧化硅（诸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维）、硅酸盐（例如滑石、粘土、蒙脱石、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、硅铝酸钠、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、糖、木粉、三水合铝、炭黑、金属氧化物（例如氧化钙、氧化铝、氧化锡、二氧化钛）、金属亚硫酸盐（例如亚硫酸钙）、热塑性颗粒（例如聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚(氯乙烯)、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、乙缩醛聚合物、聚氨酯、尼龙颗粒）、以及热固性颗粒（例如酚醛泡、酚醛珠、聚氨酯泡沫颗粒等）。该填料还可以是盐，例如卤化物盐。卤化物盐的实例包括氯化钠、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。金属填料的实例包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁和钛。其他杂类填料包括硫、有机硫化合物、石墨、硬脂酸锂和金属硫化物。
为了获得最佳结果，团聚物的尺寸具有介于0.8mm到5mm或1.4mm到4mm或1.8到3mm范围内的最大直径（如果总体上是球形的话）或最大侧边长（如果总体上是圆柱形、卵形或其他几何形状的话），且可以是球形、卵形、圆柱形、锥形、圆锥形或任何多边柏拉图立体（Platonicsolid）（四面体、八面体等）。为了获得最佳结果，成形磨粒尺寸（测量成形磨粒的边长）除以团聚物尺寸（测量团聚物的最大直径或最大侧边长）的比值是0.0033到0.5（在整个团聚物中有大约300到2个成形磨粒）或0.01到0.33（在整个团聚物中有大约100到3个成形磨粒）或0.05到0.25（在整个团聚物中有大约20到4个成形磨粒）。为了获得最佳结果，如果使用填料颗粒（常规的压碎磨粒或稀释剂），那么它们的平均粒度小于成形陶瓷磨粒的平均粒度，或填料颗粒尺寸（最大直径）除以成形磨粒尺寸（测量团聚物的最大直径或最大侧边长）的比值是0.001到1.0或0.003到0.5或0.01到0.1。典型的本发明团聚物可以包括不超过30重量%（wt.%）第一柔性粘合剂，不超过20重量%第一柔性粘合剂，不超过15重量%第一柔性粘合剂，或甚至不超过10重量%第一柔性粘合剂。典型的本发明团聚物包括至少50重量%成形陶瓷磨粒。为了获得最佳结果，成形陶瓷磨粒含量是50重量%到98重量%、75重量%到96重量%或80重量%到94重量%；树脂含量是2重量%到20重量%、4重量%到10重量%或5重量%到8重量%；且填料颗粒含量是0重量%到40重量%、10重量%到35重量%或15重量%到30重量%。应理解，可以将各种性质的上述范围组合或以任何方式进行选择以规定团聚物的属性。
非织造磨料幅材
通过用可固化的第二粘合剂将本发明的团聚物粘附到非织造幅材来制备非织造磨料幅材。通常，磨料团聚物的涂层重量（不依赖于可固化组合物中的其它成分）可能取决于（例如）所使用的具体的第二粘合剂、涂覆磨料团聚物的工艺和磨料团聚物的尺寸。举例来说，非织造幅材上磨料团聚物的涂层重量（进行任何压缩之前）可以是至少200克/平方米（g/m）、至少600g/m或至少800g/m，和/或小于2000g/m、小于约1600g/m或小于约1200g/m，但也可以使用更大或更小的涂层重量。
可用于将团聚物粘附到非织造纤维幅材的第二粘合剂在本领域中已知，且根据最终产品需求进行选择。典型的粘合剂包括包含聚氨酯、酚醛树脂、丙烯酸酯和酚醛树脂与丙烯酸酯的共混物的那些。可用于将团聚物粘附到非织造幅材的聚氨酯粘合剂材料和它们的前体已经在上文进行了描述。
酚醛材料由于它们的热特性、可用性、成本和处理简易性而是可用的粘合剂前体。甲阶酚醛树脂中甲醛与酚的摩尔比大于或等于1，通常在1.5:1.0至3.0:1.0之间。酚醛清漆酚醛树脂中甲醛与酚的摩尔比是小于1.0:1.0。可商购获得的酚醛树脂的实例包括以西方化学公司（OccidentalChemicalsCorp.）的商品名DUREZ和VARCUM、孟山都（Monsanto）的RESINOX、阿诗兰化学公司（AshlandChemicalCo.）的AROFENE和阿诗兰化学公司的AROTAP已知的那些。
交联丙烯酸类树脂颗粒的乳液也可以用于本发明中。
一些粘合剂前体包括与乳胶混合的酚醛树脂。这些乳胶的实例包括含有丙烯腈丁二烯、丙烯酸树脂、丁二烯、丁二烯-苯乙烯和它们的组合的材料。这些乳胶可从多种不同来源商购获得，且包括可从罗门哈斯公司（RohmandHaasCompany）商购获得的商品名为RHOPLEX和ACRYLSOL；可从空气化工产品有限公司（AirProducts&ChemicalsInc.）商购获得的商品名为FLEXCRYL和VALTAC；可从赖希奥尔德化学公司（ReicholdChemicalCo.）商购获得的商品名为SYNTHEMUL、TYCRYL和TYLAC；可从百路驰（B.F.Goodrich）商购获得的商品名为HYCAR和GOODRITE；可从固特异轮胎与橡胶公司（GoodyearTireandRubberCo.）商购获得的商品名为CHEMIGUM；可从帝国化学工业（ICI）商购获得的商品名为NEOCRYL；可从巴斯夫（BASF）商购获得的商品名为BUTAFON；和可从联合碳化物（UnionCarbide）商购获得的商品名为RES的那些。
非织造磨料制品
本发明的非织造磨料制品可以呈任何多种常规的形式。图1示出了一种非织造磨料制品100，所述非织造磨料制品包括非织造幅材；团聚物，所述团聚物包括通过第一柔性粘合剂粘合在一起的成形陶瓷磨粒；和将所述团聚物粘合到所述非织造纤维幅材的第二粘合剂。图4-6示出了磨料团聚物，所述磨料团聚物包括成形陶瓷磨粒和第一柔性粘合剂。成形陶瓷磨粒包括如所见的三角片。
优选的非织造磨料制品呈轮形式。非织造磨轮通常呈盘或直圆柱体形式，尺寸可以是非常小的，如圆柱体高度接近数微米，或非常大的，如一米或更大，且直径可以是非常小的，如接近数厘米，或非常大的，如数十厘米。轮通常具有用于支承体的中心开口，通过适当心轴或其他机械固定装置使得轮能够在使用中旋转。轮尺寸、构形、支承装置和旋转装置在本领域中都是熟知的。
可以例如通过以下方式提供回旋磨轮：在张力作用下绕着芯构件（例如，管状或杆形的芯构件）卷绕已经被可固化组合物浸渍的非织造幅材，使得被浸渍过的非织造层变成被压缩的，并接着使可固化组合物固化，从而在一个实施例中，提供将磨料团聚物粘合到分层的非织造幅材并使分层的非织造幅材的各个层彼此粘合的聚氨酯粘合剂。图2中示出了示例性回旋磨轮200，其中，涂布有粘合剂的分层的非织造纤维幅材210被螺旋地绕着芯构件230设置并固定到芯构件上，所述粘合剂将磨料团聚物粘合到分层的非织造纤维幅材并将分层的非织造纤维幅材的各个层彼此粘合。如果需要，在使用之前可以例如使用磨料领域已知的方法打磨回旋磨轮，以去除表面不平整的地方。
图3中示出了示例性成套磨轮，且可以例如通过以下方式提供成套磨轮：使被浸渍过的以上提供的非织造幅材310分层（如为分层的连续幅材或为片材的叠堆），压缩非织造层，使可固化组合物固化（如使用热），和模切所得磨料制品以提供具有中空轴芯320的成套磨轮。在压缩经过浸渍的非织造幅材的层时，通常压缩所述层以形成块（bun），所述块的密度是这些层在它们未被压缩状态下的密度的1到20倍。接着，所述块通常在高温下（如在135℃下）经受热模铸（如2到20小时），这通常取决于氨基甲酸酯预聚物和块尺寸。
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。这些实例中所提到的具体材料及其量以及其他条件和细节，均不应被解释为对本发明的不当限制。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。
以下缩写用于全部实例中。
制备团聚物粘合剂
通过将如下文所述的组分混合来制备实例的团聚的粘合剂溶液。
粘合剂AR1是72.3%BL16、26.8%K-450S和0.9%D-1122。
粘合剂AR2是63.9%酚醛树脂、27.7%自来水、7.8%SR511和0.6%D-1122。
粘合剂AR3是87%的从丙烯酸类树脂1到丙烯酸类树脂7（包括它们在内）中选出的自由基固化树脂和13%引发剂S。
粘合剂AR4是61.4%BL16、22.7%K4-450S、15.3%PMA和0.6%D-1122。
制备团聚物
团聚物前体组合物包括用手用刮刀混合的矿物（具有任选填料的磨粒）和粘合剂。用AR1、AR2和AR4制备的团聚物基于固体含量计是94重量%矿物。用AR3制备的团聚物基于固体含量计是90重量%矿物。
方法1
使用不锈钢油灰刀迫使团聚物前体组合物进入微复制型聚丙烯模具的15cm×86cm片材的腔中。模具具有2.2mm的总厚度，由1.5mm厚的壁分隔的4.0mm见方且1.6mm深的多个精确成形的微复制型腔。模具总体上根据Hoopman等人的美国专利号6,076,248的程序，通过相应的母辊制备而成。
在鼓风烘箱中加热经填充的聚丙烯模具片材以使团聚物固化。使氨基甲酸酯团聚物在260℉（127℃）下固化20分钟。使酚醛树脂团聚物在200℉（91℃）下固化90分钟，然后在215℉（102℃）下固化16小时。使含有自由基固化树脂的团聚物在280℉（138℃）下固化30分钟。通过超声能量将固化的团聚物从模具中移出。更具体地讲，在张力下将模具的后部拉过向一边渐缩的超声变幅杆的前向边。使变幅杆在19,100HZ的频率下以约130微米的振幅振动。变幅杆由6-4钛构成并且用与2:1Booster802压电转化器耦合的900瓦特184VBranson电源驱动。所得磨料团聚物的实例在图4中示出。
方法2
将3000克磨粒与250克AR1充分混合，产生易碎的粘性团聚物前体组合物。借助于以商品名“QUADROCOMIL”（“型号197”，加拿大安大略省滑铁卢的科卓工程公司（QuadroEngineeringIncorporated,Waterloo,Ontario,Canada）获得的尺寸减小机将团聚物前体组合物加工为磨料团聚物颗粒。尺寸减小机的操作细节可见于Culler等人的WO02/32832A1中。使用在50rpm到3500rpm的范围内驱动的叶轮迫使预混物穿过锥形筛网的75密耳（1.9mm）圆形开口。获得临界长度时，细丝形状的团聚物前体颗粒分开并且在重力作用下落到铝收集盘中。在盘中收集单层或双层的前体颗粒，然后将它们放置于设定为320℉（160℃）的烘箱中15分钟以使粘合剂树脂固化。冷却到室温之后，通过使磨料团聚物颗粒穿过设有由95密耳（2.4mm）圆洞穿通的锥形筛网的尺寸减小机（“QUADROCOMIL”）一次使它们尺寸减小。在14目（1400微米）筛网上筛选尺寸减小的颗粒。使用留在筛网上的那些颗粒来制备成套磨轮。磨料团聚物的实例在图5中示出。
方法3
通过将AR4液滴施加到矿物床上达到1到2厘米厚度来制备磨粒或磨粒与填料的团聚物。通过经由在矿物床上方大约七厘米的竖直位置处支承的钝尖22号皮下注射用针馈送溶液来产生液滴。树脂小滴在施加的10秒内吸到矿物床中，润湿一定体积的材料，这取决于矿物或矿物/填料共混物的表面积。使团聚物在302℉（150℃）下固化30分钟，然后筛选出未团聚矿物，将未团聚矿物再循环回到团聚物形成工艺中。或者，以类似方式将AR2滴到矿物或矿物/填料床上，并且在200℉（91℃）下固化90分钟，然后在215℉（102℃）下固化16小时。各个团聚物重量在0.033与0.076克之间，并且按重量计含有12到4%树脂。所得磨料团聚物的实例在图6中示出。
成套磨轮制备
在可以商品名“RANDO-WEBBER”从纽约马其顿的兰多机械公司获得的气流成网纤维幅材形成机上形成非织造幅材。由短长度为1.5英寸的70旦尼尔尼龙卷曲集纤维（可从特拉华州威尔明顿的杜邦·德·尼摩尔公司（E.I.duPontdeNemours&Company,Wilmington,Delaware）获得）形成纤维幅材。幅材的重量是大约105克/平方米（gsm），并且厚度是大约0.4英寸（10mm）。将幅材传送到水平的双辊涂布机，在此以89gsm的湿添加重量涂覆预粘合树脂。预粘合树脂具有以下组成（所有百分比都相对于组分重量）：54.1%BL16、19.9%K450S、26%PMA。通过使经过涂布的幅材通过330℉（166℃）下的对流烘箱4.5分钟使预粘合树脂固化为非粘性状态，得到具有大约6mm厚度并且具有168gsm基重的预粘合非织造幅材。
如下由预粘合非织造幅材制备成套磨轮。从预粘合的非织造幅材切取9英寸（23cm）的方形片段，并且用两种轮粘合剂中的一种使其饱和。轮粘合剂1（WA1）是44%BL16、16.4%K-450S、15.8%PMA、7%MP-22VF、6%苯氧基树脂、9.9%高岭土和0.4%D-1122。轮粘合剂2（WA2）是60.8%酚醛树脂、31.2%水、7.4%SR511和0.6%D-1122。然后使饱和预粘合幅材通过具有计示硬度是85肖氏硬度A的4英寸（10cm）直径橡胶辊的辊涂布机的辊隙以移除过量树脂，直到获得以下所需树脂添加重量：0.49±0.035oz（14±1g）（对于WA1而言）或0.60±0.035oz（17±1g）（对于WA2而言）。通常，需要在11fpm（3.35mpm）下在10-21psi（69-145kPa）压力下多次通过辊隙以达到目标重量。对于每个轮而言，以上述方式涂布预粘合幅材的七个片段。将经过涂布的预粘合幅材片段放置于设定在260℉（127℃）下的鼓风烘箱中一分钟以移除大部分溶剂。为了形成非织造磨料的单一成套块，预粘合幅材的六个片段各自用42克随机均一分布的矿物或矿物团聚物覆盖。然后将六个经过涂布的片段叠堆，并且用第七个预粘合幅材片段覆盖。然后将防粘衬垫施加到叠堆的顶部和底部，接着将其放置于液压式加热台板压机中。向台板施加5,000psi（34.5MPa）压力。通过在台板的每个角放置0.25英寸（0.635cm）厚的金属垫片来维持成套块的一致厚度。将含有WA1（氨基甲酸酯）的叠堆留在设定在260℉（127℃）下的压机中30分钟。将含有WA2（酚醛树脂）的叠堆留在设定在200℉（93℃）下的压机中五个小时。当打开压机时，各幅材片段已经熔融在一起成为单一成套块。然后将块放置于设定在260℉（127℃）下的鼓风烘箱中两个小时（WA1）或设定在215℉（102℃）下的鼓风烘箱中16小时（WA2）。从烘箱中移出之后，将块冷却到室温，并且使用由德国法兰克福的德国联合制鞋机械有限公司（DeutscheVereinigteSchuhmaschinenGmbH&Co.,Frankfurt,Germany）制造的SAMCOSB-25摆动横梁压机由其模切具有1.25英寸（3.2cm）中心洞的8.0英寸（20cm）直径成套磨轮。
磨轮性能测试
将待测试的预称重的0.25英寸（6.4mm）厚的成套磨轮按竖直取向安装在机械式驱动的可变速度车床的心轴上，所述车床经过调节以在轮的边缘处产生大约3500英尺（1065米）/分钟的表面速度。用大约5英镑（22.2牛顿）力持续20秒使水平地固定在心轴的高度下的0.0625英寸（1.59mm）厚的2英寸×11英寸（5.08cm×27.9cm）的冷轧碳钢或T304不锈钢面板的边缘陷入到轮的旋转边缘中。将在测试序列期间从面板移除的材料的量指定为“切削量”，并且定义为面板在测试序列之前与之后的重量之间的差值。将在测试序列期间从轮移除的材料的量指定为“磨损量”，并且定义为轮在测试序列之前与之后的重量之间的差值。
成套磨轮光洁度测试
通过将6.4mm厚的轮放置在退料架（backstand）上，并且调节速度以产生大约3500英尺（1065米）/分钟的表面速度来制备光洁度样品。在施加大约五英镑（22.2牛顿）压力的同时研磨0.0625英寸（1.59mm）厚的2英寸×11英寸（5.08cm×27.9cm）的冷轧碳钢或T304不锈钢面板的表面。通过使面板通过轮八次，在每次通过之间步进大约0.25英寸（6.4mm），并且每秒移动面板大约2英寸（5.04cm）来对4英寸（10.2cm）长度的面板进行抛光。使用PerthometerPRK轮廓曲线仪（德国哥廷根的费恩普鲁夫有限公司（FeinprufGmbH;Gottingen,Germany））测量光洁度。在每个表面上都取十个测量值。去掉最高和最低值，并且将剩余的八个数据点取平均值。
测量树脂弹性模量
通过将16克AR1放置在具有5.5英寸（14cm）直径和0.12英寸（3mm）高的侧壁的圆形不锈钢模板上来制备用于测量弹性模量的膜。将样品放置于设定在180℉（82℃）下的鼓风烘箱中一小时以驱除大部分溶剂。然后将烘箱设定在260℉（127℃）下两小时以完成固化。从钢模中移出所产生的大约0.027in（0.69mm）厚的膜。从膜切取尺寸为1in×4in（2.54cm×10.2cm）的试样，并且根据ASTMD882-10“StandardTestMethodforTensilePropertiesofThinPlasticSheeting”（薄塑料片材的拉伸特性的标准测试方法）使用可从明尼苏达州伊甸草原的MTS系统公司（MTSSystemsCorporation,EdenPrairie,Minnesota）获得的装备有AdvantageTM2000N容量气动式样品夹具的MTS型号QTestElite100拉伸测试机测量。
实例1-3和比较例A-L
根据上文在制备团聚物和成套磨轮制备部分中阐述的程序，使用表1中报告的组分来制备由氨基甲酸酯粘合的成套磨轮。根据成套磨轮性能测试和成套磨轮光洁度测试来测试成套磨轮。结果报告于表2中。对于比较例G到L而言，不收集切削量和磨损量数据，这是因为较小的磨粒尺寸产生的切削量非常低。呈现比较例G到L以示出所获得的比较光洁度。
结果显示，在可贴合（由氨基甲酸酯粘合的）非织造磨轮中，成形陶瓷磨粒在用柔性粘合剂（氨基甲酸酯）团聚时，相对于相同构造中的未团聚的相同成形陶瓷磨粒产生更细的光洁度。此外，具有类似粒度的标准压碎粒（无论是陶瓷的还是氧化铝的）在用相同氨基甲酸酯粘合剂团聚时都产生更粗糙的光洁度。所测试的所有磨粒在用刚性粘合剂（酚醛粘合剂）团聚时，相对于其未团聚对照物都产生更粗糙的光洁度。最后，除了更细的光洁度之外，制备为团聚物的成形陶瓷磨粒还提供预期来自团聚磨粒的性能改进（切削量和磨损量）。
表1
矿物 团聚的 团聚方法 团聚物粘合剂 轮粘合剂
实例1 SAP1 没有 -- -- 1(U)
实例2 SAP1 是 1 1(U) 1(U)
实例3 SAP1 是 1 2(P) 1(U)
比较例A 36粒度Cubitron321 没有 -- -- 1(U)
比较例B 36粒度Cubitron321 是 1 1(U) 1(U)
比较例C 36粒度Cubitron321 是 1 2(P) 1(U)
比较例D 36粒度AlOx 没有 -- -- 1(U)
比较例E 36粒度AlOx 是 1 1(U) 1(U)
比较例F 36粒度AlOx 是 1 2(P) 1(U)
比较例G 120粒度Cubitron321 没有 -- -- 1(U)
比较例H 120粒度Cubitron321 是 1 1(U) 1(U)
比较例I 120粒度Cubitron321 是 1 2(P) 1(U)
比较例J 120粒度AlOx 没有 -- -- 1(U)
矿物 团聚的 团聚方法 团聚物粘合剂 轮粘合剂
比较例K 120粒度AlOx 是 1 1(U) 1(U)
比较例L 120粒度AlOx 是 1 2(P) 1(U)
表2
1n.d.=未测定
实例4-6和比较例M-R
根据上文在制备团聚物和成套磨轮制备部分中阐述的程序，使用表3中报告的成分来制备由酚醛粘合的成套磨轮。根据成套磨轮性能测试和成套磨轮光洁度测试来测试成套磨轮。结果记录于表4中。
结果显示，对于用酚醛第二粘合剂粘合的不可贴合轮而言，光洁度数据（对于未团聚/氨基甲酸酯团聚/酚醛树脂团聚而言）也具同样趋势。氨基甲酸酯团聚物提供比对照物更细的光洁度，而酚醛团聚物提供更粗糙的光洁度。
表3
表4
实例7a、7b和7c以及比较例S-Y
根据上文测量树脂弹性模量部分中的程序测量AR1的弹性模量。根据上文制备团聚物和成套磨轮制备部分中阐述的程序，使用表5中报告的成分来制备含有由多种自由基固化树脂粘合的团聚物的由氨基甲酸酯粘合的成套轮。根据成套磨轮光洁度测试来测试成套磨轮。结果报告于表6中。
结果显示，数据表明，出于将团聚物粘合剂树脂定义为‘柔性’或‘刚性’的目的，在如通过ASTMD882测量的弹性模量值降低到小于30,000psi时，出现过渡。
表5
表6
1值由树脂供应商提供；使用ASTMD882测定。
实例8和&9以及实例Z和&AA
制备实例8和9以及实例Z和AA来证明填料对由精确成形粒的团聚物产生的光洁度的影响。根据上文在制备团聚物和成套磨轮制备部分中阐述的程序，使用表7中报告的成分来制备由氨基甲酸酯粘合的成套磨轮。根据成套磨轮性能测试和成套磨轮光洁度测试来测试成套磨轮。结果报告于表8中。
结果显示，在成形陶瓷磨粒的柔性粘合剂团聚物中添加填料（除成形陶瓷磨粒之外的颗粒）产生更细的光洁度。
表7
矿物 团聚方法 团聚物粘合剂 轮粘合剂
实例8 SAP2 2 1(U) 1(U)
实例9 SAP1 2 1(U) 1(U)
实例Z 70%SAP2；30%120粒度Alox 2 1(U) 1(U)
实例AA 70%SAP1；30%120粒度Alox 2 1(U) 1(U)
表8
实例10和&11
制备实例10和11来证明意想不到的改进的光洁度结果与团聚物制备方法无关。根据上文在制备团聚物和成套磨轮制备部分中阐述的程序，使用表9中报告的变量来制备由氨基甲酸酯粘合的成套磨轮。根据成套磨轮性能测试和成套磨轮光洁度测试来测试成套磨轮。结果报告于表10中。
结果显示，通过用柔性树脂使成形陶瓷磨粒团聚所提供的令人惊讶的光洁度改进与团聚物的形状无关。实例1-7和比较例A-Y是模制的方形。实例10&和11是无规形状。
表9
矿物 团聚方法 团聚物粘合剂 轮粘合剂
实例10 SAP1 3 4(U) 1(U)
实例11 SAP1 3 2(P) 1(U)
表10
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 (10)

1.一种非织造磨料制品，所述非织造磨料制品包括：
非织造幅材；
团聚物，所述团聚物包括通过第一柔性粘合剂粘合在一起的成形陶瓷磨粒，其中所述第一柔性粘合剂的弹性模量小于28,000psi；和
将所述团聚物粘合到所述非织造纤维幅材的第二粘合剂。
2.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，其中所述成形陶瓷颗粒包括含三角片的成形陶瓷磨粒。
3.根据权利要求1或2所述的非织造磨料制品，其中所述第一柔性粘合剂包括聚氨酯，并且所述第二粘合剂包括聚氨酯。
4.根据权利要求1或2所述的非织造磨料制品，其中所述第一柔性粘合剂包括聚氨酯，并且所述第二粘合剂包括酚醛树脂。
5.根据权利要求1或2所述的非织造磨料制品，其中所述第一柔性粘合剂的弹性模量小于23,000psi。
6.根据权利要求1或2所述的非织造磨料制品，其中所述团聚物包括填料颗粒，所述填料颗粒的平均粒度小于所述成形陶瓷磨粒的平均粒度，并且所述填料颗粒占所述团聚物中的总颗粒的5重量%到40重量%。
7.根据权利要求1或2所述的非织造磨料制品，其中如果所述团聚物总体上是球形，则所述团聚物具有包括1.8mm至3mm的最大直径的尺寸；或如果所述团聚物为非球形，则所述团聚物具有包括1.8mm至3mm的最大侧边长度的尺寸。
8.根据权利要求1或2所述的非织造磨料制品，其中所述成形陶瓷磨粒尺寸除以所述团聚物尺寸的比值是0.0033到0.5。
9.根据权利要求1或2所述的非织造磨料制品，其中所述团聚物包括填料颗粒，并且其中所述成形陶瓷磨粒含量是75重量%至96重量%，所述第一柔性粘合剂含量是4重量%至10重量%，并且所述填料颗粒含量是10重量%至35重量%；其中所述团聚物的各组分含量之和为100重量%。
10.根据权利要求1或2所述的非织造磨料制品，包括回旋磨轮或成套磨轮。
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