CN103649395B - 具有延长的寿命的非织造磨料制品 - Google Patents

具有延长的寿命的非织造磨料制品 Download PDF

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Abstract

包括短纤维的非织造网的磨料制品，所述短纤维的非织造网形成没有短纤维的非织造网的任何附加层的单层。所述磨料制品包括粘结至非织造网的磨料颗粒。磨料制品可以是包括短纤维的非织造网的压缩的磨料制品，包括具有第一线密度的第一部分纤维和具有第二线密度的第二部分纤维的短纤维的混合物。

Description

具有延长的寿命的非织造磨料制品
技术领域
本发明总体上涉及一种包括磨料颗粒的非织造单层磨料。
背景技术
磨料制品(诸如涂覆的磨料以及粘结的磨料)被用在不同的工业中以便诸如通过精研、研磨或抛光来加工工件。利用磨料制品的机加工跨越了从光学行业、汽车补漆行业到金属制造行业的广阔工业范围。在这些实例的每一个中，制造设施使用磨料去除成块材料或影响产品的表面特性。
表面特性包括光泽、质地以及均匀性。例如，金属部件的制造商们使用磨料制品清理、去毛刺、调和和抛光表面。磨料制品也可以用于涂层的去除。例如，用于这些应用的磨料产品在使用寿命方面有限制。因此，改进的磨料产品是所期望的。
发明内容
在一个具体实施方案中，磨料制品包括单层材料。单层材料包括短纤维的非织造网。非织造网包括粘结至非织造网的磨料颗粒。
在一个实施方案中，压缩的磨料制品包括单层非织造网。非织造网包括短纤维。短纤维可以包括具有第一线密度的第一部分纤维和具有第二线密度的第二部分纤维的混合物。非织造网还包括粘合剂和磨料颗粒。压缩的磨料制品还具有至少约10％的压缩率。
在另一个实施方案中，用于制造磨料制品的方法包括混合至少两部分短纤维以及形成纤维网。所述方法还包括混合纤维网和颗粒以产生磨料网。此外，所述方法包括用饱和剂制剂饱和磨料网以及压缩饱和的磨料网，其中所述方法包括在压缩过程中固化饱和的磨料网以形成磨料制品。
附图说明
通过参考附图可以更好地理解本公开，并且使其许多特征和优点对于本领域技术人员变得清楚。
图1包括示例性磨料制品的图示。
图2包括示例性磨料制品的横截面视图。
图3包括磨料制品的横截面的详细视图。
图4包括制造磨料制品的工艺方案的图示。
图5包括制造磨料制品的一些方法步骤的图示。
图6至图8包括来自磨料制品的测试性能的结果的图示。
在不同图中使用相同的附图标记来表示类似或相同的项目。
详细说明
在一个具体实施方案中，磨料制品可以包括单层材料。单层材料可以包括短纤维的非织造网。非织造网可以包括粘结至非织造网的磨料颗粒。
图1示出了磨料制品10。磨料是盘的形式。盘10包括单层非织造网和磨料颗粒(图1中未示出)，所述磨料颗粒通过粘合剂或粘结剂(图1中未示出)粘结至非织造网。
图2是磨料制品10的横截面视图。单层非织造网是短纤维12和14的非织造网。短纤维可以是天然纤维或聚合物纤维。在一个实施方案中，天然纤维可以选自洋麻纤维、大麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维或其任意组合。在另一个实施方案中，聚合物纤维可以选自聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯、聚乙烯或其组合。在图2中，短纤维还包括短纤维的混合物。在一个实施方案中，混合物包括不同来源的短纤维，诸如天然和聚合物纤维的混合物。在另一个实施方案中，混合物可以包括不同天然纤维的混合物，诸如洋麻纤维和亚麻纤维的混合物。在又一个实施方案中，混合物可以包括不同聚合物纤维的混合物，诸如聚酰胺纤维和聚酯纤维的混合物。在另一个实施方案中，混合物可以包括不同聚酰胺纤维的混合物。例如，聚酰胺纤维可以选自尼龙纤维或芳族聚酰胺纤维。尼龙纤维可以是尼龙6或者尼龙-6,6。不同聚酰胺纤维的混合物可以包括尼龙-6和尼龙-6,6纤维的混合物。混合物可以包括两类或更多类不同类型的纤维。例如，混合物可以包括两种或更多种天然纤维和一种或更多种聚合物纤维。在另一个实施方案中，混合物可以包括三种或更多种聚合物纤维。
每类短纤维可以以约1重量％至约99重量％，诸如约5重量％，约10重量％，约20重量％，约30重量％，约40重量％，约50重量％，约60重量％，约70重量％，约80重量％，约90重量％，或甚至约95重量％的任何部分存在。两类短纤维的混合物可以具有约1:99至约50:50，诸如约5:95，约10:90，约20:80，约30:70，或约40:60的任意比例。比例可以基于各类纤维的重量或体积。
在另一个实施方案中，混合物还包括不同物理特性的纤维。在一个实施方案中，混合物可以包括不同线密度的短纤维。在一个实施方案中，混合物可以包括不同组成的纤维，即天然和聚合物纤维，其可以具有相同或不同的线密度。线密度以旦尼尔衡量。旦尼尔是每9,000米长的单纤维以克计的质量。例如，具有200旦尼尔的尼龙纤维指9,000米的该纤维重量为200克。在一个实施方案中，一类纤维的线密度可以为约50旦尼尔至约1200旦尼尔。在另一个实施方案中，短纤维的混合物包括一部分线密度为至少约50旦尼尔，诸如至少约60旦尼尔，至少约80旦尼尔，至少约100旦尼尔，至少约200旦尼尔，至少约250旦尼尔，至少约300旦尼尔，至少约320旦尼尔，至少约350旦尼尔，或至少约400旦尼尔的短纤维。在另一个实施方案中，短纤维的混合物包括一部分线密度不大于约250旦尼尔，诸如不大于约280旦尼尔，不大于约300旦尼尔，不大于约400旦尼尔，不大于大约500旦尼尔，不大于约600旦尼尔，不大于约800旦尼尔，不大于大约900旦尼尔，不大于约1000旦尼尔，或不大于约1200旦尼尔的短纤维。
在另一个实施方案中，混合物包括短纤维的双峰混合物。一部分短纤维具有第一方式平均线密度。第二部分短纤维具有第二方式平均线密度。第一方式和第二方式的最大值的差异可以为至少约50旦尼尔，至少约75旦尼尔，至少约100旦尼尔，至少约125旦尼尔，至少约150旦尼尔，至少约175旦尼尔，至少约200旦尼尔，至少约225旦尼尔，至少约250旦尼尔，至少约275旦尼尔，至少约300旦尼尔，至少约325旦尼尔，至少约350旦尼尔，至少约375旦尼尔，至少约400旦尼尔，至少约425旦尼尔，至少约450旦尼尔，至少约475旦尼尔，或至少约500旦尼尔。
仍然参照图2，短纤维12具有与短纤维14不同的线密度。在一个实施方案中，纤维12的线密度可以为约50旦尼尔至约400旦尼尔，诸如约60旦尼尔至约350旦尼尔，或约80旦尼尔至约300旦尼尔。在另一个实施方案中，纤维14的线密度可以为约250旦尼尔至约1200旦尼尔，诸如约300旦尼尔至约1100旦尼尔，或约320旦尼尔至约1000旦尼尔。
在一个实施方案中，非织造网可以是致密化的。致密化可以通过针刺、梳理、水刺或其组合实现。
图2还描述了磨料颗粒16。磨料颗粒可以选自氧化铝、碳化硅、碳化硼、氮化硼、金刚石、团聚式颗粒及其任意组合。术语“团聚式颗粒”是指包括磨料颗粒以及粘合材料的三维粒料，所述料粒的孔隙率为至少35体积％。除非单纤维颗粒被描述为构成了这些料粒中的全部或部分的颗粒，否则这些团聚式磨料颗粒的料粒由块状的或球形的具有约1.0长径比的磨料颗粒组成。这些团聚式磨料颗粒的料粒通过在2004年1月20日发布的、授予Bright等人的题为Porous Abrasive Articles with Agglomerated Abrasives的美国专利号6,679,758 B2中说明的团聚体进行例证，其全部内容以引用方式并入本文。
在一个实施方案中，磨料颗粒可以均匀地分布在非织造网中。在另一个实施方案中，磨料颗粒可以施加至非织造网的一侧，因此磨料颗粒更多地集中于该侧。在另一个实施方案中，磨料颗粒可以施加至非织造网的一侧并且随后施加至非织造网的相对表面，其中较高浓度的颗粒在网的表面上而非中心。
磨料颗粒的平均颗粒尺寸可以为根据美国涂覆磨料制造协会(“CAMI”)分级系统的约24粒度至约150粒度。在另一个实施方案中，磨料颗粒的平均颗粒尺寸可以为约30粒度至约120粒度。在又一个实施方案中，磨料颗粒的平均颗粒尺寸可以为约36粒度至约100粒度。在另一个实施方案中，磨料颗粒的平均颗粒尺寸为至少约93微米，至少约116微米，或至少约141微米。在又一个实施方案中，磨料颗粒的平均颗粒尺寸为不大于约715微米，不大于约745微米，或不大于约764微米。磨料颗粒的莫氏硬度可以为至少约8.0，诸如至少约8.5，甚至至少约9.0。
在一个实施方案中，磨料颗粒可以进行表面处理。在一个实施方案中，磨料是甲硅烷基化的。在另一个实施方案中，表面处理可以通过偶合剂进行。偶合剂可以是包括硅烷的偶合剂，选自氨基烷基硅烷、异氰酸酯硅烷、氯代烷基硅烷或其任意组合。
图3还描绘了图2的横截面的局部细节。聚合物粘合剂18粘合短纤维12和14与磨料颗粒16。聚合物粘合剂18可以包括可固化的聚合物粘合剂。可固化的聚合物粘合剂18可以包括有机聚合物，所述有机聚合物选自聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、纤维素、聚醚、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯、聚脲、聚酯、苯氧基、胶乳、氟化聚合物、氯化聚合物、硅氧烷、甲硅烷基化合物、硅烷及其任意组合。此外，可固化的聚合物粘合剂可以包括嵌段树脂。聚合物粘合剂18可以是强的和柔性的聚合物粘合剂。在磨削过程中，聚合物粘合剂18可以保持非织造网聚拢，同时使得支承足够柔软以适应工件的形状。
在一个实施方案中，聚合物粘合剂18可以由饱和剂制剂形成，所述饱和剂制剂还可以包括诸如分散的填料、溶剂、增塑剂、链转移剂、催化剂、稳定剂、分散剂、固化剂、反应介质或影响分散体的流体性的试剂的组分。除了上述成分外，还可以添加其他组分至饱和剂制剂中，包括例如，防静电剂，诸如石墨，炭黑等；悬浮剂，诸如烟熏硅石；防堵塞剂，诸如硬脂酸金属盐，包括硬脂酸锂，锌，钙或镁；润滑剂诸如蜡；润湿剂；染料；填料，诸如碳酸钙，滑石，粘土等；粘度调节剂诸如合成聚酰胺蜡；消泡剂；或其任意组合。
在一个具体实施方案中，聚合物粘合剂18的聚合物粘合剂材料可以位于短纤维12或14与磨料颗粒16之间。在一个实施方案中，聚合物粘合剂18可以覆盖磨料颗粒16。在另一个实施方案中，磨料颗粒可以用粘结剂粘合至非织造网。粘结剂可以选自环氧粘结剂、多硫化物粘结剂、聚氨酯粘结剂、酚醛粘结剂、聚酯粘结剂、聚乙烯醇缩丁醛粘结剂、聚烯烃粘结剂、乙烯基酯粘结剂或其组合。
图4描绘了将颗粒施加至短纤维的单层非织造网的工艺40的一个选项。单层非织造网4022辊轧自辊402并且用饱和剂制剂饱和。饱和溶液包括聚合物树脂，并且还可以包括固化剂和/或润滑剂。聚合物树脂可以选自酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、聚脲树脂、聚酯树脂、苯氧基树脂、胶乳树脂、环氧树脂或其组合。固化剂可以是任何常规的引发、催化或以其他方式促进聚合物树脂固化的试剂。润滑剂可以是任何常规的润滑剂。在实施方案中，润滑剂可以是蜡、脂肪酸或脂肪酸盐。在一个实施方案中，润滑剂可以是硬脂酸碱金属盐，诸如硬脂酸锂。可以通过如图4的元件42描绘的浸渍和挤压工艺完成饱和。如图4的元件44所示，将磨料颗粒施加至饱和的非织造网的一侧，随后是如元件46所示的粘结剂的喷射施加。在通过三段烘箱48的最低级482的一次运行中将所述部分处理过的网固化。在退出烘箱后将部分处理过的网旋转，相反侧用磨料(44)处理并且用粘结剂(46)喷射，接着是穿过烘箱48的中级484和第三级486的两次运行，在将未压缩的磨料非织造网4024(即包括磨料颗粒的非织造网)辊轧至辊404上之前。
在一个具体实施方案中，磨料制品是压缩的。图5描绘了用于制备压缩的磨料制品的方法步骤。将如图2和3所描述的包括磨料的短纤维的饱和单层非织造网用包括聚合物树脂并且还可以包括固化剂和/或润滑剂的饱和溶液饱和。聚合物树脂可以选自酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、聚脲树脂、聚酯树脂、苯氧基树脂、胶乳树脂或其组合。固化剂可以是任何常规的引发、催化或以其他方式促进聚合物树脂固化的试剂。润滑剂可以是任何常规的润滑剂。在各个实施方案中，润滑剂可以是蜡、合成石蜡、脂肪酸、脂肪酸盐或聚四氟乙烯(Teflon)粉末。在一个实施方案中，润滑剂可以是硬脂酸碱金属盐，诸如硬脂酸锂。
仍然参照图5，然后压缩饱和单层非织造磨料网。例如可以通过将在金属板之间的饱和单层非织造磨料网的板坯压缩至所期望的厚度来进行压缩。在实施方案中，压缩的饱和单层非织造磨料网的厚度可以为约1/4英寸，约1cm，约1/2英寸，约1.5cm，约2.0cm，或约1英寸厚。在其他实施方案中，压缩可以用压缩率来表示。压缩率为1-(d(压缩)/d(未压缩))以百分比表示的结果，其中d(压缩)和d(未压缩)指压缩的或未压缩的磨料制品的厚度或以g/cm3表示的密度。通过固化压缩的饱和单层非织造磨料网来实现压缩的完成，即在固化过程中金属板保持网的板坯就位。
在一个实施方案中，压缩率可以为至少约10％。在另一个实施方案中，压缩率可以为至少约20％。在又一个实施方案中，压缩率可以为至少约50％。在另一个实施方案中，压缩率为不大于约90％。
在一个实施方案中，当通过用25.4mm半球形探针施加力以将磨料制品沿厚度方向压缩25％测量时，磨料制品的硬度可以为20kgf/25％压缩比至90kgf/25％压缩比，诸如30kgf/25％压缩比至80kgf/25％压缩比，甚至40kgf/25％压缩比至70kgf/25％压缩比。在一个具体实施方案中，硬度可以为50至60kgf/25％压缩比。
G-比率是材料去除的量与磨料轮磨损的量的比率。将厚度为6.35mm的样品磨料轮切割成76mm外径和6.35mm内径。通过样品盘研磨金属板(铝)。用保持与表面垂直的样品盘进行研磨，使得样品盘的总厚度与金属板接触并且被放置以避免边缘研磨。使用0.9千克的负载迫使盘抵靠金属板。将板研磨5个1分钟的周期，每个周期之间有15秒的冷却时间。
在一个实施方案中，根据本发明的磨料制品或压缩的磨料制品的G-比率为至少约10。在另一个实施方案中，G-比率为至少约15。在又一个实施方案中，G-比率为至少约19。
对于形成磨料制品的方法，可以提供包括两部分或更多部分短纤维的混合物的单层非织造网。例如，短纤维的混合物可以随机地沉积并且用聚合物粘合剂粘合在一起，所述聚合物粘合剂诸如丙烯酸或聚氨酯胶乳。在一个实施方案中，混合物可以是不同线密度的纤维。线密度的差异可以为约100旦尼尔，约200旦尼尔，约300旦尼尔，或约400旦尼尔。在一个实施例中，可以使用200g/m2至800g/m2的短纤维的混合物。可以针刺、梳理或水刺网。可以施加包括粘合剂树脂的粘合剂制剂并且可以将所述处理过的粘合剂固化形成半成品非织造网。在一个实施方案中，半成品非织造网的厚度为至少约1/2英寸，诸如至少约1.5cm，甚至至少约2.0cm。此外，非织造层的重量可以为约400g/m2至700g/m2。
具有第一饱和剂制剂的第一饱和剂可以施加至非织造层。第一饱和剂制剂可以包括可固化的粘合剂，诸如聚氨酯树脂、苯氧基树脂、聚酯树脂或其任意组合。粘合剂可以嵌段成在不施加热的情况下基本上防止固化。可以通过将支承浸入第一饱和剂制剂来施加第一饱和剂。浸泡后，可以挤压非织造层以去除过量的粘合剂树脂。
磨料颗粒可以施加至饱和的非织造层，诸如通过将磨料颗粒滴加至支承上或将磨料颗粒射进非织造层。例如，可以将约500g/m2至2000g/m2滴加至非织造层的层的每侧以将磨料颗粒分布在整个层。可以将粘结剂施加覆盖磨料颗粒，诸如通过喷射，并且可以干燥粘结剂。粘结剂可以用于在随后的加工过程中保持磨料颗粒。在一个可选实施方案中，磨料颗粒和饱和剂制剂可以在浆料中结合并且一起施加，第二聚合物粘合剂可以不存在。
在一个实施方案中，可以施加饱和剂制剂的第二饱和剂。可以通过将支承浸入饱和剂制剂来施加第二饱和剂。浸泡后，可以挤压非织造层以去除过量的粘合剂。在又一个实施方案中，可以进行磨料颗粒的第二次负载和粘结剂的第二次施加，随后在烘箱中干燥和固化饱和剂制剂的粘结剂和粘合剂。所得的非织造磨料网的重量可以为1kg/m2至3kg/m2。
然后可以压缩非织造磨料网。在饱和剂制剂中用非织造磨料网的饱和板坯开始压缩。可以通过在双辊式涂布机上的浸渍和挤压工艺进行饱和。板坯可以是边长为至少30cm，至少35cm，至少40cm或至少50cm的正方形。板坯可以放置在两个金属板之间并且压缩至期望的厚度。压缩的板坯在烘箱中固化。
实施例
样品盘1和2由包括50重量％的500旦尼尔的短纤维长度为约2.5英寸的尼龙纤维和50重量％的200旦尼尔的短纤维长度为约2.0英寸的尼龙纤维的短尼龙纤维的混合物制备。混合物的重量为约530g/m2。将网在针织机上进一步针刺。将粘合剂施加至混合物。粘合剂制剂包括约59.3％的水，1.5％的三聚氰胺树脂(来自Momentive Specialty ChemicalsInc.的部分甲基化的三聚氰胺树脂)，0.2％的Triton 100X(来自The Dow ChemicalCompany的非离子型辛基苯酚乙氧基化物表面活性剂)和39.0％的Hycar26138(来自Lubrizol Advanced Materials Inc.的热反应性丙烯酸乳胶)。将粘合剂制剂喷射在混合物的一侧并且在三段烘箱的级1固化。固化后，将粘合剂喷射在相对侧上并且通过三段烘箱的级2和3固化混合物。所得的非织造网的重量为约590g/m2，宽度为约1.34m，厚度为约2.3cm。在一个实施方案中，固化前粘合剂的施加可以重复。
通过浸渍和挤压工艺用聚氨酯树脂混合物饱和非织造网。聚氨酯树脂混合物包括56％的聚氨酯树脂(BLM500，基于用异氰酸酯固化位点嵌段的氨基甲酸乙酯预聚物的MDI，来自Chemtura Corporation)，6.0％的固化剂(来自Air Products的Ancamine DL-50)，30.5％的甲基异丁基酮(溶剂)，3.5％的硬脂酸锂(来自Chemtura的防堵塞润滑剂)和4％的着色剂。
将氧化铝的固聚体形式的平均颗粒尺寸为60粒度或100粒度的磨料颗粒从送料斗通过重力在约800g/m2滴加至饱和非织造网的一侧上。之后将粘合剂喷射到该侧。粘合剂制剂包括56％的水，6.0％的Hycar 26138(丙烯酸乳胶)，3.5％的Triton X100(表面活性剂)和2.5％的着色剂。所述材料通过三段固化烘箱的级1。在第二级，在进入烘箱的级2之前，相反侧用氧化铝的固聚体形式的平均颗粒尺寸为60粒度或100粒度的磨料颗粒通过重力处理，并且用粘合剂固定。所述材料在级2和级3返回烘箱以固化。在实施方案中，磨料颗粒的施加、粘合剂的固定和固化可以重复。磨料非织造网的宽度为1.43m，厚度为2.3cm，重量为约2.71kg/m2。将磨料非织造网切割成43×43cm板的板坯。
板坯在聚氨酯树脂混合物中通过浸渍和挤压工艺饱和。饱和剂制剂包括66％的聚氨酯树脂(BLM500)，7.0％的固化剂(Ancamine DL-50)，17％的甲基异丁基酮(溶剂)，4.3％的硬脂酸锂(润滑剂)和5.7％的着色剂。可以将饱和的板坯堆叠以及在两个金属板之间压缩至厚度为0.63cm(压缩率～73％)。将架子放置在烘箱中并在126℃至99℃的降温斜率下固化18小时，而将空气强制通过架子以提高热传导和去除挥发性化学物质。
将金属板移去，将板坯分离并且进一步加工成商业产品，诸如磨料盘。包括100粒度的氧化铝团聚体的样品1是中等磨料盘。包括60粒度的氧化铝团聚体的样品2是粗磨料盘。
实施例1：性能
将样品进行测试以确定切削率、轮磨损和G-比率。G-比率是材料去除的量与轮磨损的量的比率。将厚度为6.35mm的样品轮切割成76mm外径和6.35mm内径。通过样品盘研磨金属板诸如铝或不锈钢。用保持与表面垂直的样品盘进行研磨，使得样品盘的总厚度与金属板接触并且被放置以避免边缘研磨。使用0.9千克的负载迫使盘抵靠金属板。将板研磨5个1分钟的周期，每个周期之间有15秒的冷却时间。轮以9,000rpm旋转。从板在研磨之前和之后的重量之差确定切削率。从轮在研磨之前和之后的重量之差确定轮磨损。表1总结了与来自3M,3M SC CRS Surface Conditioning Disc的商品比较的样品1(中等磨料盘，也命名为Vortex RB MED)，样品2(粗磨料盘，也命名为Vortex RB CRS)在铝上的性能值。
表1
样品1和2(即Vortex RB MED和Vortex RB CRS)表现出更好的性能，切削率(去除的材料)是3M产品切削的多于两倍以及样品1的寿命以系数2.5超出3M产品的寿命，样品2的寿命以系数4超出3M产品的寿命。
图6描绘了样品1(Vortex RB MED)、样品2(Vortex RB CRS)和3M SC CRS对铝的切削率随时间的变化。在任何给定的时间间隔中，样品1和2的切削优于3M产品的切削。此外，在3M产品的寿命内，即在第一个45分钟内，两种Vortex盘已经切削了比3M产品更多的材料。这表明Vortex优于3M产品，不仅由于延长的寿命，而且由于内在的更高的质量。
图7描绘了样品1(Vortex RB MED)、样品2(Vortex RB CRS)和3M SC CRS对不锈钢的切削率随时间的变化。即使使用更硬的不锈钢工件，在任何给定的时间间隔中，样品1和2的切削优于3M产品的切削。在3M产品的寿命内，即在第一个50分钟内，两种Vortex盘已经切削了比3M产品更多的材料。这表明Vortex优于3M产品，不仅对于诸如铝的软材料，而且对于诸如钢的硬材料。
图8描绘了三种盘的总不锈钢切削率。Vortex RB MED盘具有比商业3M产品高约78％的性能，并且Vortex RB CRS具有比商业3M产品好超过100％的性能。
磨料制品包括短纤维的非织造网。短纤维的非织造纤维网可以形成没有短纤维的非织造网的任何附加层的单层。非织造网还包括粘结至非织造网的磨料颗粒。在一个实施方案中，非织造网还包括粘合剂。在另一个实施方案中，粘合剂可以由有机聚合物组成，所述有机聚合物选自聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、纤维素、聚醚、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯、聚脲、聚酯、苯氧基、胶乳、氟化聚合物、氯化聚合物、硅氧烷、甲硅烷基化合物、硅烷或其任意组合。
在磨料制品的另一个实施方案中，非织造网可以包括短纤维的混合物。混合物可以包括具有至少约80旦尼尔并且不大于约300旦尼尔，诸如约100旦尼尔至约250旦尼尔，诸如约125旦尼尔至约250旦尼尔，诸如约150旦尼尔至约225旦尼尔，诸如约180旦尼尔至约220旦尼尔的线密度的第一部分短纤维。混合物还可以包括具有至少约320旦尼尔并且不大于约1000旦尼尔，诸如约350旦尼尔至约800旦尼尔，诸如约400旦尼尔至约600旦尼尔，诸如约450旦尼尔至约550旦尼尔的线密度的第二部分短纤维。
在磨料制品的另一个实施方案中，混合物包括短纤维的双峰混合物，其中第一方式是具有第一线密度的第一部分短纤维以及第二方式是具有第二线密度的第二部分短纤维，其中第一方式和第二方式间的最大值的差异为至少50旦尼尔。在另一个实施方案中，第一方式和第二方式间的差异为至少100旦尼尔，诸如至少150旦尼尔，诸如至少200旦尼尔，诸如至少250旦尼尔，诸如至少300旦尼尔，诸如至少350旦尼尔，诸如至少400旦尼尔，诸如至少450旦尼尔，诸如至少500旦尼尔。
在磨料制品的一个实施方案中，混合物包括第一部分短纤维和第二部分短纤维，比例为约5:95至约95:5。在一个实施方案中，比例为约20:80至约80:20。在另一个实施方案中，比例为约30:70至约70:30。在又一个实施方案中，比例为约40:60至约60:40。在另一个实施方案中，比例为约40:60。在又一个实施方案中，比例为约50:50。在又一个实施方案中，比例为约60:40。
在又一个实施方案中，非织造网是致密化的。在另一个实施方案中，磨料制品具有包括聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、洋麻纤维、大麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维或其任意组合的短纤维。在另一个实施方案中，聚酰胺选自尼龙、芳族聚酰胺或其组合。在又一个实施方案中，尼龙选自尼龙-6、尼龙-6,6或其组合。
在磨料制品的另一个实施方案中，磨料颗粒均匀地分布在非织造网中。磨料颗粒的平均颗粒尺寸为美国涂覆磨料制造协会分级系统的约24粒度至约150粒度。在另一个实施方案中，磨料颗粒的平均颗粒尺寸为至少约93微米，至少约116微米，或至少约141微米。在又一个实施方案中，磨料颗粒的平均颗粒尺寸为不大于约715微米，不大于约745微米，或不大于约764微米。
在磨料制品的又一个实施方案中，磨料颗粒选自氧化铝、碳化硅、碳化硼、氮化硼、金刚石、团聚式颗粒或其任意组合。在一个实施方案中，磨料是甲硅烷基化的。
在一个实施方案中，磨料颗粒通过粘结剂粘合至非织造网。粘结剂选自环氧粘结剂、多硫化物粘结剂、聚氨酯粘结剂、酚醛粘结剂、聚酯粘合剂、聚乙烯醇缩丁醛粘结剂、聚烯烃粘结剂或乙烯基酯粘结剂。
在一个实施方案中，磨料制品，单层材料以至少约10％的压缩率压缩。压缩率是未压缩的和压缩的制品的厚度的差异除以未压缩的制品的厚度。在另一个实施方案中，压缩率为至少约20％。在另一个实施方案中，压缩率为至少约50％。在又一个实施方案中，压缩率为不大于约90％。
在磨料制品的一个实施方案中，单层材料的G-比率为至少约10。G-比率是工件(诸如铝或不锈钢)的切削材料的质量与单层材料磨损的质量的比率。在另一个实施方案中，G-比率为至少约15。在另一个实施方案中，G-比率为至少约17。在又一个实施方案中，G-比率为至少约19。
压缩的磨料制品包括短纤维的非织造网。短纤维包括具有第一线密度的第一部分纤维和具有第二线密度的第二部分纤维的混合物。压缩的磨料制品还包括粘合剂和磨料颗粒。在一个实施方案中，混合物可以是双峰混合物并且第一部分和第二部分的线密度间的最大值的差异为至少约50旦尼尔，诸如约75旦尼尔，诸如约100旦尼尔，诸如约125旦尼尔，诸如约150旦尼尔，诸如约175旦尼尔，诸如约200旦尼尔，诸如约250旦尼尔，诸如约300旦尼尔，诸如约350旦尼尔，诸如约400旦尼尔，诸如约450旦尼尔，诸如约500旦尼尔。
压缩的磨料制品的压缩率为至少约10％。在另一个实施方案中，压缩率为至少约20％。在又一个实施方案中，压缩率为至少约50％。在又一个实施方案中，压缩率为不大于约90％。
在一个实施方案中，压缩的磨料制品具有包括聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、洋麻纤维、大麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维或其任意组合的短纤维。聚酰胺可以选自尼龙、芳族聚酰胺或其组合。在一个实施方案中，尼龙可以选自尼龙-6、尼龙-6,6或其组合。
在一个实施方案中，第一部分和第二部分的比例为30:70至70:30。在另一个实施方案中，比例为约40:60。在另一个实施方案中，比例为约50:50。在又一个实施方案中，比例为约60:40。
在压缩的磨料制品的一个实施方案中，第一线密度为约80旦尼尔至约300旦以及第二线密度为约320至约1000旦尼尔。在另一个实施方案中，第一线密度为约200旦尼尔以及第二线密度为约500旦尼尔。
在压缩的磨料制品的另一个实施方案中，粘合剂由有机聚合物组成，所述有机聚合物选自聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、纤维素、聚醚、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯、胶乳、氟化聚合物、氯化聚合物、硅氧烷、甲硅烷基化合物、硅烷或其任意组合。
在一个实施方案中，磨料颗粒选自氧化铝、碳化硅、碳化硼、氮化硼、金刚石、团聚式颗粒或其任意组合。
在另一个实施方案中，压缩的磨料制品的G-比率为至少约10。在又一个实施方案中，G-比率可以为至少约15。在又一个实施方案中，G-比率可以为至少约17。在又一个实施方案中，G-比率为至少约19。
用于制造磨料制品的方法包括混合至少两部分短纤维；形成纤维网；混合纤维网和颗粒以产生磨料网；用饱和剂制剂饱和磨料网；压缩饱和的磨料网；以及在压缩过程中固化饱和的磨料网以形成磨料制品。
在所述方法的一个实施方案中，混合还可以包括致密化两部分或更多部分的短纤维。在一个实施方案中，致密化可以包括针刺、梳理、水刺或其组合。
在所述方法的一个实施方案中，每部分短纤维的线密度可以为约80旦尼尔至约1000旦尼尔，并且没有两种线密度是相同的。在一个实施方案中，短纤维可以包括选自聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯、聚乙烯或其任意组合的聚合物。聚酰胺可以选自尼龙、芳族聚酰胺或其组合。尼龙可以选自尼龙-6、尼龙-6,6或其组合。
在所述方法的另一个实施方案中，纤维网的形成可以包括将粘合剂施加至短纤维的混合部分。粘合剂可以由有机聚合物组成，所述有机聚合物选自聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、纤维素、聚醚、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯、胶乳、氟化聚合物、氯化聚合物、硅氧烷、甲硅烷基化合物、硅烷或其任意组合。
在一个实施方案中，粘合剂可以通过以下施加：将粘合剂喷射至短纤维的混合部分；将混合部分浸入粘合剂制剂；将混合部分浸入粘合剂制剂并且在浸渍后挤压混合部分；将粘合剂涂刷至短纤维的混合部分；或者将粘合剂辊轧至短纤维的混合部分；或其任意组合。在又一个实施方案中，纤维网的形成还可以包括固化短纤维的混合部分。
在所述方法的又一个实施方案中，短纤维的混合可以包括将颗粒用粘结剂粘结至纤维网。粘结剂可以选自环氧粘结剂、多硫化物粘结剂、聚氨酯粘结剂、酚醛粘结剂、聚酯粘结剂、聚乙烯醇缩丁醛粘结剂、聚烯烃粘结剂或乙烯基酯粘结剂。
在所述方法的另一个实施方案中，磨料颗粒可以选自氧化铝、碳化硅、碳化硼、氮化硼、金刚石、团聚式颗粒及其任意组合。在一个实施方案中，在混合之前可以用偶合剂处理颗粒。偶合剂可以选自氨基烷基硅烷、异氰酸酯硅烷、氯代烷基硅烷或其任意组合。在一个实施方案中，颗粒的平均颗粒尺寸可以为美国涂覆磨料制造协会分级系统的约24粒度至约150粒度。在另一个实施方案中，颗粒的平均颗粒尺寸可以为至少约93微米，至少约116微米，或至少约141微米。在又一个实施方案中，颗粒的平均颗粒尺寸为不大于约715微米，不大于约745微米，或不大于约764微米。
在所述方法的一个实施方案中，饱和剂制剂包括聚氨酯树脂、聚乙烯醇树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、聚酯树脂或其任意组合。在一个实施方案中，压缩包括压缩至压缩率为至少约10％。在另一个实施方案中，压缩率为至少约20％。在又一个实施方案中，压缩率为至少约50％。在又一个实施方案中，压缩率为不大于约90％。
应注意，并非要求在总体说明或这些实例中的以上说明的所有这些活动，也许不要求一项特定活动的一个部分、并且除了所描述的那些之外可以进行一种或多种另外的活动。仍进一步地，将这些活动列出的顺序并不必须是进行它们的顺序。
在以上的说明书中，参照多个具体的实施方案对这些概念进行了说明。然而，本领域技术人员应理解无需脱离如在以下的权利要求中所给出的本发明的范围既可做出不同的修改和变化。因此，应该在一种解说性的而非一种限制性的意义上看待本说明书和附图，并且所有此类改变均旨在包括于本发明的范围之内。
当提及一个数值时，术语“平均化的”旨在表示一个平均值、一个几何平均数、或一个中间值。
如本文所用的，术语包括“(comprises)”、“包括了(comprising)”、“包括(includes)”、“包括了(including)”、“具有(has)”、“具有了(having)”或它们的任何其他变形均旨在覆盖一种非排他性的涵盖意义。例如，包括一系列特征的一种工艺、方法、制品或装置并非必须仅限于那些特征，而是可以包括对于该工艺、方法、制品或装置的未明确列出或固有的其他特征。另外，除非有相反意义的明确陈述，“或者”指的是一种包含性的或者而不是一种排他性的或者。例如，条件A或B是通过以下的任一项而得到满足：A是真(或者存在)且B是假(或者不存在)，A是假(或者不存在)且B是真(或者存在)，并且A和B均为真(或者存在)。
同样，使用“一种/个(a)”或者“一种/个(an)”来描述本文所述的元件和部件。这样做仅是为了方便并且给出本发明范围的一般性意义。这种说法应该被阅读为包括一个或至少一个，并且单数还包括复数、除非它显而易见是另有所指。
以上对于多个具体的实施方案说明了多种益处、其他的优点、以及对问题的解决方案。然而，这些益处、优点、对于问题的解决方案、以及任何一项或多项特征(它们可以致使任何益处、优点、对于问题的解决方案发生或变得更突出)不得被解释为是任何或所有权利要求中的一个关键性的、所要求的、或者必要特征。
在阅读本说明书之后，熟练的技术人员将理解为了清楚起见在多个分离的实施方案的背景下在此描述的某些特征也可以组合在一起而提供在一个单一的实施方案中。与此相反，为了简洁起见，在一个单一的实施方案的背景中描述的多个不同特征还可以分别地或以任何子组合的方式来提供。另外，所提及的以范围来说明的数值包括在该范围之内的每一个值。

Claims (39)

1.一种磨料制品，包括：
短纤维的非织造网，所述短纤维的非织造网形成没有短纤维的非织造网的任何附加层的单层；以及
粘结至所述非织造网的磨料颗粒；
其中所述非织造网包括短纤维的混合物；
其中所述短纤维的混合物包括第一方式和第二方式，所述第一方式是具有第一平均线密度的第一部分短纤维，所述第二方式是具有第二平均线密度的第二部分短纤维；
其中所述第一方式和所述第二方式的最大值之间的差异为至少50旦尼尔；
其中所述第一部分短纤维具有至少80旦尼尔并且不大于300旦尼尔的线密度；并且
其中所述第二部分短纤维具有至少320旦尼尔并且不大于1000旦尼尔的线密度。
2.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述第一部分短纤维具有至少100旦尼尔并且不大于350旦尼尔的线密度。
3.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述第二部分短纤维具有至少350旦尼尔并且不大于800旦尼尔的线密度。
4.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述混合物包括短纤维的双峰混合物。
5.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述第一方式和所述第二方式的最大值之间的差异为至少100旦尼尔。
6.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述混合物包括比例为5:95至95:5的第一部分短纤维和第二部分短纤维。
7.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述非织造网是致密化的。
8.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述短纤维包括下列中的任一个或下列的任意组合：聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、洋麻纤维、大麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维和剑麻纤维。
9.根据权利要求8所述的磨料制品，其中所述聚酰胺选自尼龙、芳族聚酰胺或其组合。
10.根据权利要求9所述的磨料制品，其中所述尼龙选自尼龙-6、尼龙-6,6或其组合。
11.根据权利要求1所述的磨料制品，其中磨料颗粒均匀地分布在非织造网中。
12.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒的平均颗粒尺寸为美国涂覆磨料制造协会分级系统的24粒度至150粒度。
13.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒的平均颗粒尺寸为至少93微米。
14.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒的平均颗粒尺寸为不大于764微米。
15.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒是甲硅烷基化的。
16.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒通过粘结剂粘合至非织造网。
17.根据权利要求16所述的磨料制品，其中所述粘结剂选自环氧粘结剂、多硫化物粘结剂、聚氨酯粘结剂、酚醛粘结剂、聚酯粘结剂、聚乙烯醇缩丁醛粘结剂、聚烯烃粘结剂或乙烯基酯粘结剂。
18.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述单层材料以至少10％的压缩率压缩。
19.权利要求18所述的磨料制品，其中，所述压缩率为不大于90％。
20.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述单层材料的G-比率为至少10。
21.一种压缩的磨料制品，包括：
短纤维的非织造网，其中所述短纤维包括具有第一线密度的第一部分纤维和具有第二线密度的第二部分纤维的混合物，其中所述第二线密度不同于所述第一线密度；
粘合剂；以及
磨料颗粒，
其中所述混合物是双峰混合物并且所述第一部分纤维和所述第二部分纤维的线密度的最大值之间的差异为至少50旦尼尔，
其中所述第一线密度为80旦尼尔至300旦以及所述第二线密度为320至1000旦尼尔。
22.根据权利要求21所述的压缩的磨料制品，其中所述第一部分纤维和所述第二部分纤维的线密度的最大值之间的差异为至少75旦尼尔。
23.根据权利要求21所述的压缩的磨料制品，还包括至少10％的压缩率。
24.根据权利要求23所述的压缩的磨料制品，其中所述压缩率为不大于90％。
25.根据权利要求21所述的压缩的磨料制品，其中所述短纤维包括下列中的任一个或下列的任意组合：聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、洋麻纤维、大麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维和剑麻纤维。
26.根据权利要求25所述的压缩的磨料制品，其中所述聚酰胺选自尼龙、芳族聚酰胺或其组合。
27.根据权利要求26所述的压缩的磨料制品，其中所述尼龙选自尼龙-6、尼龙-6,6或其组合。
28.根据权利要求21所述的压缩的磨料制品，其中所述第一部分和所述第二部分的比例为5:95至95:5。
29.根据权利要求21所述的压缩的磨料制品，其中所述第一线密度为约200旦尼尔以及所述第二线密度为约500旦尼尔。
30.根据权利要求21所述的压缩的磨料制品，其中所述粘合剂由有机聚合物组成，所述有机聚合物选自聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、纤维素、聚醚、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯、胶乳、氟化聚合物、氯化聚合物、硅氧烷、甲硅烷基化合物、硅烷及其任意组合。
31.根据权利要求21所述的压缩的磨料制品，其中所述磨料颗粒选自氧化铝、碳化硅、碳化硼、氮化硼、金刚石、团聚式颗粒及其任意组合。
32.根据权利要求21所述的压缩的磨料制品，还具有至少10的G-比率。
33.一种用于制造磨料制品的方法，包括：
混合至少两部分短纤维以形成短纤维的混合物；
由所述短纤维的混合物形成纤维网；
将磨料颗粒粘结至所述纤维网以产生磨料网；
用饱和剂制剂饱和所述磨料网以形成饱和的磨料网；
压缩所述饱和的磨料网；
在所述压缩过程中固化所述饱和的磨料网以形成所述磨料制品，
其中所述短纤维的混合物包括与第一部分短纤维的平均线密度相应的第一方式和与第二部分短纤维的平均线密度相应的第二方式；
其中所述第一方式和所述第二方式的最大值之间的差异为至少50旦尼尔；
其中所述第一部分短纤维具有至少80旦尼尔并且不大于300旦尼尔的线密度；并且
其中所述第二部分短纤维具有至少320旦尼尔并且不大于1000旦尼尔的线密度。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述混合还包括致密化所述至少两部分短纤维。
35.根据权利要求33所述的方法，其中形成所述纤维网包括将粘合剂施加至所述短纤维的混合部分。
36.根据权利要求33所述的方法，还包括在所述粘结之前用偶合剂处理所述颗粒。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述偶合剂选自氨基烷基硅烷、异氰酸酯硅烷、氯代烷基硅烷或其任意组合。
38.根据权利要求33所述的方法，其中所述饱和剂制剂包括下列中的任一个或下列的任意组合：聚氨酯树脂、聚乙烯醇树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂和聚酯树脂。
39.根据权利要求33所述的方法，其中所述压缩包括压缩至压缩率为至少10％。
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