CN103747919B

CN103747919B - 用于研磨工具的微纤维增强件

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Publication number: CN103747919B
Application number: CN201280039625.8A
Authority: CN
Inventors: M·W·克莱特; K·M·康利; S·F·帕森; H·张; A·K·卡伍德
Original assignee: Saint Gobain Abrasifs SA; Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasifs SA; Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: SI2747942T1; ES2578064T3; US20120100784A1; KR20140061445A; BR112014003365A2; RU2014109686A; KR101602639B1; EP2747942A4; JP5734522B2; MX2014002042A; EP2747942B1; CA2844499A1; CN103747919A; EP2747942A1; JP2014524358A; PL2747942T3; WO2013028945A1

Abstract

本发明公开了一种研磨制品，其包含有机粘结材料；分散于所述有机粘结材料中的研磨材料；均匀分散于所述有机粘结材料中的矿物棉微纤维，所述矿物棉微纤维为单独的长丝；分散于所述有机粘结材料中的一个或多个增强件和／或短切原丝纤维；以及一种或多种活性填料，所述一种或多种活性填料包括例如锰化合物。所述研磨制品可用于工件的研磨加工中。

Description

用于研磨工具的微纤维增强件

背景技术

短切原丝纤维(chopped sand fiber)用于增强树脂基研磨轮。短切原丝纤维通常为3-4mm长，并且为多个长丝。长丝的数量可取决于制造过程而不同，但通常由每束400至6000个长丝组成。长丝通过称为胶粘剂、粘结剂或涂料的粘合剂保持在一起，所述粘合剂应该最终与树脂基体可相容。短切原丝纤维的一个例子称为可得自欧文斯康宁公司(OwensComing)的183

将短切原丝纤维引入干燥研磨轮混合物中通常通过如下方式完成：共混短切原丝纤维、树脂、填料和磨粒达指定时间，然后将混合物模制、固化或者加工成最终研磨轮。

在任何这种情况中，经短切原丝纤维增强的轮通常遭受多种问题，包括更低的强度、较差的研磨性能以及不足的轮寿命，这可能是由于长丝在短切原丝纤维束内的不完全分散造成的。

因此，需要改进的增强技术用于研磨加工工具而不损害研磨性能。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种组合物，其包含有机粘结材料(例如热固性树脂、热塑性树脂或橡胶)、分散于所述有机粘结材料中的研磨材料、和均匀分散于所述有机粘结材料中的微纤维。所述微纤维为单独的长丝，并可包括例如矿物棉纤维、渣棉纤维、岩棉纤维、石质棉纤维、玻璃纤维，且特别是碾磨玻璃纤维、陶瓷纤维、碾磨玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维和聚酰胺纤维，以及它们的组合。所述微纤维可具有例如小于约1000μm的平均长度。在一个特定情况中，所述微纤维具有约100至500μm范围内的平均长度和小于约10微米的直径。在一些实施例中，也存在短切原丝纤维，例如玻璃纤维短切原丝纤维。在许多情况中，所述组合物还包含一种或多种填料，且至少一种填料为能够在研磨过程中所出现的温度下与所述微纤维化学反应的活性填料。活性填料与微纤维的这些化学反应提供了多种研磨过程益处(例如改进的轮寿命，更高的G-比率，和／或研磨工具面的抗负载)。合适的活性填料的例子包括锰化合物、银化合物、硼化合物、磷化合物、以及它们的组合。在一个具体的这种情况中，所述一种或多种活性填料包括二氯化锰。也可掺入不与所述微纤维化学反应的其他填料。

所述组合物可包含，例如，10体积％至50体积％的有机粘结材料、30体积％至65体积％的研磨材料、和1体积％至20体积％的微纤维。在另一特定情况中，所述组合物包含25体积％至40体积％的有机粘结材料、50体积％至60体积％的研磨材料、和2体积％至10体积％的微纤维。在另一特定情况中，所述组合物包含30体积％至40体积％的有机粘结材料、50体积％至60体积％的研磨材料、和3体积％至8体积％的微纤维。在一些情况中，所述组合物也含有例如在约0.1至约10体积％(例如约2至约8体积％)范围内的量的短切原丝纤维。

在另一实施例中，所述组合物为用于工件的研磨加工中的研磨制品的形式。在一个这种情况中，所述研磨制品为轮或用于研磨加工的其他合适的形式。通常，所述组合物为粘结研磨制品，例如轮或另一类型的工具，其中磨粒保持于三维有机粘结基体中。

在一个方面，一种研磨制品包括有机粘结材料；分散于所述有机粘结材料中的研磨材料；分散于所述有机粘结材料中的短切原丝纤维；均匀分散于所述有机粘结材料中的矿物棉微纤维，其中所述微纤维为单独的长丝；以及一种或多种填料。在具体实施中，所述一种或多种填料包括锰化合物。在一些情况中，一种研磨制品含有短切原丝纤维、矿物棉微纤维、锰化合物和任选的其他填料(例如石灰、黄铁矿和其他)，然而其不包含钾盐(例如硫酸钾和／或氯化钾)。

本发明的另一实施例提供了一种研磨加工工件的方法。所述方法包括将工件安装至能够促进研磨加工的机器上，以及将研磨制品可操作地联接至所述机器。所述研磨制品包括有机粘结材料、分散于所述有机粘结材料中的研磨材料、和均匀分散于所述有机粘结材料中的微纤维，其中所述微纤维为例如具有例如小于约1000μm的平均长度的单独的长丝。所述研磨制品还可包含分散于所述有机粘结材料中的短切原丝纤维。在具体实施中，所述研磨制品含有一种或多种填料，所述一种或多种填料例如包括锰化合物。在一些情况中，所述研磨制品不包含钾盐。通过使所述研磨制品与所述工件的表面接触而继续所述方法。

所述研磨制品可被增强，例如内部增强，含有例如一种或多种玻璃纤维增强件。例如，一种研磨制品包含有机粘结材料；分散于所述有机粘结材料中的研磨材料；均匀分散于所述有机粘结材料中的矿物棉微纤维，其中所述微纤维为单独的长丝；一种或多种填料，所述一种或多种填料包括锰化合物；以及至少一种玻璃网增强件。

本发明的方面提供了显示出改进的强度(如由例如表征工具的破裂速度所反映)和耐冲击性的研磨制品形式的组合物，所述研磨制品例如研磨轮或其他粘结研磨工具，且根据本发明的实施例的工具为坚固的且不易于破裂。根据本发明的实施例的研磨制品也显示出改进的轮磨损速率、G-比率和更长的工具寿命。本文公开的粘结制品的例子可显示出良好的耐热冲击性，且观察到极少的热裂化或未观察到热裂化。含有玻璃网增强件和任选的短切原丝纤维的研磨制品通常显示出改进的冲击性质。

本文描述的特征和优点并非全包括的，特别地，根据附图、说明书和权利要求书，许多另外的特征和优点对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。此外，应注意，说明书中所用的语言主要选择用于可读性和指导性的目的，并非用于限制本发明的主题的范围。

附图说明

图1为表示根据本发明的各个实施例构造的组合物的强度分析的图。

图2为表示根据本文描述的实施例的工具的研磨性能的图。

具体实施方式

如前所述，短切原丝纤维可用于致密的树脂基研磨轮中以增加强度和耐冲击性，其中将短切原丝纤维引入干燥研磨轮混合物中通常通过共混短切原丝纤维、树脂、填料和磨粒达指定时间而完成。然而，共混或混合时间对于获得可用的混合物品质起到显著作用。不充分的混合产生非均匀的混合物，使得模具填充和铺展困难，并产生具有更差的性质和高变化性的非均匀的复合材料。在另一方面，过度的混合导致形成不能再分散至混合物中的“绒毛球”(多个短切原丝纤维的簇)。此外，短切原丝纤维本身有效地为粘结在一起的长丝束。在任一情况中，这种簇或束有效地减小研磨混合物的均匀性，并使其更难以转移和铺展至模具中。此外，这种簇或束在复合材料内的存在降低了复合材料性质(如强度和模量)并增加了性质变化性。另外，高浓度的玻璃(如其短切股或簇)对研磨轮寿命具有不利影响。增加轮中的短切原丝纤维的水平也可降低研磨性能(例如，如通过G-比率和／或WWR所测得)。

在本发明的一个特定实施例中，制备经微纤维增强的复合材料涉及单独的长丝在合适的粘结材料(例如有机树脂)和填料的干混物内的完全分散。完全分散可例如由在微纤维、粘结材料和填料的充分共混／混合的组合的模制和固化之后的最大复合材料性质(如强度)所定义。例如，较差的混合产生低强度，但良好的混合产生高强度。评价分散的另一方式是使用筛分技术分离和称重未分散的物质(例如类似于在混合之前的初始微纤维的材料)。在实践中，微纤维增强件的分散可经由在模制和固化之前混合物的视觉检查(例如使用或不使用显微镜)而评价。如根据本公开显而易见的，不完全或不充分的微纤维分散通常导致更差的复合材料性质和研磨性能。

根据本发明的各个实施例，微纤维为具有高拉伸模量的小且短的单独的长丝，并可为无机的或有机的。在一个实例中，微纤维为矿物棉微纤维，其也称为渣棉微纤维或岩棉微纤维。可使用的其他微纤维的例子包括但不限于碾磨玻璃纤维、碾磨玄武岩纤维、陶瓷纤维、碳纤维、芳纶或浆化芳纶纤维、聚酰胺或芳族聚酰胺纤维。

本发明的一个特定实施例使用如下微纤维：所述微纤维为平均长度小于或等于约4,000微米、长丝直径小于或等于40微米且增强纵横比(长度比直径或者L／d)为至少10的无机单独长丝。例如，约100微米的平均长度和约10微米的长丝直径产生为10的增强纵横比。约50微米的长丝长度以及约5微米的长丝直径具有为10的增强纵横比。类似地，约20的长丝长度以及约2微米的长丝直径具有为10的增强纵横比。

另外，该示例微纤维具有高的熔融或分解温度(例如超过800℃)，大于约50GPa的拉伸模量，且不具有或具有极少的粘合剂涂层。优选地，微纤维可作为离散的长丝高度分散，并抵抗纤维束形成。通常，微纤维化学粘结至所用的粘结材料(例如有机树脂)。

相比之下，短切原丝纤维及其变体包括由粘合剂保持在一起的多个长丝，并具有小于10的纵横比。然而，一些短切原丝纤维可碾磨或者破碎成离散的长丝，且这种长丝可用作根据本发明的实施例的微纤维。在一些这种情况中，所得长丝可通过碾磨／破碎过程而被显著弱化(例如由于去除在短切股或束中将长丝保持在一起的粘合剂或粘结剂而需要的加热过程)。因此，在粘结组合物中所用的微纤维的类型将取决于即将到来的应用和所需的强度品质。

单独长丝的形式的矿物棉微纤维可以以约0.4体积％至数体积％范围内、例如约0.4至约12体积％范围内的量存在于本文描述的组合物和／或工具中。根据本发明的方面的一些研磨制品含有约0.5至约10体积％的量的矿物棉微纤维。在具体实施中，研磨制品含有约0.8至约8体积％范围内、例如约0.8至约4体积％范围内的量的矿物棉微纤维。

在一个这种实施例中，适用于本发明中的微纤维为矿物微纤维，如可得自阿拉巴马州的斯洛斯工业公司(Sloss Industries Corporation，AL)并以名称销售的那些。类似的矿物棉纤维可以以产品名Mineral Wool FLM得自马萨诸塞州的纤维技术公司(Fibertech Inc，MA)。纤维技术公司也销售玻璃纤维(例如Microglass9110和Microglass9132)。也可使用这些玻璃纤维以及其他天然存在或合成矿物纤维或玻化单独长丝纤维，如具有类似属性的石质棉纤维、玻璃纤维和陶瓷纤维。矿物棉通常包括由矿物质或金属氧化物制得的纤维。根据本发明一个实施例的可用于经增强的研磨工具的粘结中的微纤维的示例性组成和性质组分别总结于表1和2中。根据本公开，许多其他微纤维组成和性质组将是显而易见的，且本发明不旨在受限于任何特定的一种或子集。

氧化物	重量％
		SiO2	34—52
A12O3	5—15
		CaO	20-23
MgO	4—14
		Na2O	0-1
K2O	0-2
		TiO2	0-1
Fe2O3	0-2
		其他	0-7

表1：纤维的组成

硬度	7.0莫氏
		纤维直径	平均4—6微米

纤维长度	平均0.1—4.0mm
		纤维拉伸强度	506,000psi
比重	2.6
		熔点	1260℃
失透温度	815.5℃
		膨胀系数	54.7E-7℃
退火点	638℃
		张力点	612

表2：纤维的物理性质

组成还可包括短切原丝纤维，例如玻璃纤维短切原丝纤维，如以上描述的那些。短切原丝纤维可具有例如3-4mm的长度，每股由多个长丝形成，所述多个长丝由称为胶粘剂、粘结剂或涂料的粘合剂保持在一起。长丝数量和长丝直径可取决于制造过程而不同，但通常由每束400至6000个长丝组成，且长丝直径为10微米或更大。平均增强纵横比小于3。可使用的短切原丝纤维材料的一个例子称为可得自欧文斯康宁公司(Owens Corning)的183

基于组合物或研磨制品的总体积，短切原丝纤维可以以表示数体积％的水平添加。可例如基于最终研磨制品中所需的性质(例如耐冲击性)而选择更高或更低的水平。在一些实施例中，研磨制品含有确定用以提供一个或多个这种所需性质的最小水平的短切原丝纤维。在具体实施中，短切原丝纤维以约0至约10体积％，例如约0.1至约10体积％，例如约2至约8体积％，如约3至约6体积％的量存在。

可用于根据本发明的实施例构造的研磨工具的粘结中的粘结材料包括有机树脂，如环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂和氰酸酯树脂，以及其他合适的热固性或热塑性树脂。在一个特定实施例中，使用多酚树脂(例如酚醛清漆(Novolac)树脂)。可使用的树脂的具体例子包括如下：以如下类别／产品号由德克萨斯州的杜勒兹公司(Durez Corporation，TX)销售的树脂：29722、29344和29717；以商标名和以类别／产品号8522G、8723G和8680G由芬兰的蒂尼阿公司(Dynea Oy,Finland)销售的树脂；以及以商标名和以类别／产品号9507P、8686SP和8431SP由俄亥俄州合雄专业化学公司(Hexion SpecialtyChemicals，OH)销售的树脂。根据本公开，许多其他合适的粘结材料将是显而易见的(例如橡胶)，且本发明不旨在受限于任何特定的一种或子集。

可用于制备根据本发明的实施例构造的研磨工具的研磨材料包括市售材料，如氧化铝(例如挤出矾土、烧结和溶胶凝胶烧结的氧化铝、熔融氧化铝)、碳化硅和氧化铝-氧化锆颗粒。取决于给定应用，也可使用诸如金刚石和立方氮化硼(cBN)的超磨粒。在一个特定实施例中，磨粒具有1600至2500kg／mm2之间的Knoop硬度，并具有约10毫米至3000微米之间、或甚至更具体地约5毫米至约2000微米之间的尺寸。也可使用两类或更多类磨粒的组合。在一种情况中，制备研磨工具的组合物包含大于或等于约50重量％的研磨材料。

在具体实施例中，组合物还包含一种或多种活性填料，且至少一种填料能够在研磨过程中所出现的温度下与微纤维化学反应。在一个这种情况中，微纤维反应性活性填料选自：锰化合物、银化合物、硼化合物、磷化合物和它们的任意组合。在具体实施中，所用的活性填料为锰化合物(例如卤化锰，例如二氯化锰)、含有锰的金属化合物络合物盐、含有一种或多种锰化合物的组合等等。存在于组合物和／或研磨制品中的锰化合物活性填料的量可在约1至约10体积％范围内，例如在约2至约4体积％范围内。可使用其他量。

因此，提供了一种包含微纤维(例如矿物棉微纤维)和活性填料的混合物的研磨制品组合物。组合物的益处包括例如改进强度和研磨性能两者。

也可掺入不与所述微纤维化学反应的其他填料。可添加这些另外的填料，以通过本领域技术人员已知的常规机制(如树脂降解、工件降解、研磨剂降解、抗负载品质和润滑)而促进微纤维的分散或提高研磨性能。合适的例子包括黄铁矿、硫化锌、冰晶石、氟化钙、氟化铝钾、氟硼酸钾、硫酸钾、氯化钾和它们的组合。

在研磨制品的制造过程中，填料通常提供为填料“包”(在本文也称为填料“组分”)，所述填料“包”含有充当加工助剂的化合物的组合以分散微纤维、在压制循环过程中提供润滑、在固化过程中吸收湿气或挥发物等等。这种填料可例如减少最终研磨制品与工件之间的摩擦、保护所用的磨粒、和／或提供其他益处，如本领域已知。可用于本文描述的组合物和／或制品中的填料组分包括例如石灰、黄铁矿、硫酸钾(K2SO4)、氯化钾(KCl)、硫化锌、冰晶石、氟化钙、氟化铝钾、氟硼酸钾、它们的组合，以及诸如上述锰化合物的活性填料等等。在本文描述的一些方面，填料包不包含钾盐。

在一个实施中，组合物和／或研磨制品包含磨粒、有机粘结剂、均匀分散于有机粘结剂中的矿物棉微纤维(所述矿物棉微纤维为单独的长丝)、短切原丝纤维、锰化合物和任选的其他填料。然而，组合物和／或研磨制品不包含钾盐，例如硫酸钾和／或氯化钾。已发现从本文描述的组合物和／或研磨制品中的一些中去除钾盐可产生相对于含有硫酸钾和／或其他钾盐的对比工具提高的工具研磨性能。如本文所用，术语“对比”指在除了量、性质和／或所研究的化合物或组分之外的所有方面类似于实验制品或组合物的制品或组合物。

在具体实施中，组合物或研磨制品包含(以组合物或研磨制品的总体积计)约10至约50体积％、例如约38至约41体积％的有机粘结剂；约30至约65体积％、例如约49至约59体积％的磨粒；约0.4至约12体积％、例如0.8至约8体积％的矿物棉微纤维；约0至约10体积％、例如约0.1至约10体积％、例如约2至约8体积％或约3至约6体积％的短切原丝纤维；和约1至约10体积％、例如约2至约4体积％的锰化合物活性填料。

任选地，也存在诸如上述的一种或多种其他填料，例如石灰、黄铁矿(ironpyrite)、硫酸钾、氯化钾等等。可如本领域已知而选择所用的合适的量。在一些情况中，钾盐的体积％为0。

也任选地，组合物或研磨制品还可包含能够充当填料的第二磨粒。例子包括碳化硅、棕刚玉和其他，如本领域已知。

本文描述的研磨制品中的一些可含有磨粒、粘结剂、作为单独的长丝的微纤维(例如矿物棉微纤维)、活性填料(例如锰化合物)、一种或多种增强件和任选的短切原丝纤维。如本文所用，诸如“增强的”或“增强件”的术语指与用于制备粘结的研磨工具的粘结剂和研磨材料不同的增强材料的分立的层或插入物或其他这种组分。诸如“内部增强件”或“内部增强的”的术语表示这些组分在工具的本体内或嵌入工具的本体中。涉及增强技术和材料的背景细节描述于例如1974年10月1日授权给Lakhani的美国专利No.3,838,543中，所述专利以全文引用的方式并入本文。经增强的轮也描述于2004年6月15日授权给Mota等人的美国专利No.6,749,496和2005年9月13日授权给Mota等人的美国专利No.6,942,561中，所述两个专利以全文引用的方式并入本文。

在许多情况中，经内部增强的研磨轮包括从尼龙、碳、玻璃或棉布上切削的盘。在具体实施中，研磨制品包含网的形式的玻璃纤维增强件，例如来自玻璃的极细纤维的材料织造物，本文也称为玻璃布。可使用一个、两个或超过两个的这种玻璃纤维网，且它们可以以任何合适的方式在粘结的研磨工具中设置。

所用的玻璃纤维可为E-玻璃(具有少于1重量％的碱金属氧化物的硼硅酸铝玻璃)。也可使用其他类型的玻璃纤维，例如，A-玻璃(具有极少或不具有氧化硼的碱石灰玻璃)、E—CR-玻璃(具有高耐酸性的具有少于1重量％的碱金属氧化物的硅酸铝-石灰)、C-玻璃(例如用于玻璃短纤维的具有高氧化硼含量的碱石灰玻璃)、D-玻璃(具有高介电常数的硼硅酸盐玻璃)、R-玻璃(具有高机械要求的不含MgO和CaO的硅酸铝玻璃)和S-玻璃(具有高拉伸强度的不含CaO但具有高MgO含量的硅酸铝玻璃)、玻璃纤维网等等。

研磨制品形式的组合物可包括例如在适于给定应用水平下的孔隙率。在具体实例中，孔隙率小于30体积％，例如在约2体积％至约8体积％范围内。

不希望受限于任何特定解释，据信锰化合物与矿物棉微纤维化学相互作用，从而提供多个研磨过程益处，例如增加的工具强度和研磨性能和／或轮寿命益处。相比于短切原丝纤维，微纤维(例如矿物棉纤维、碾磨玻璃纤维或碾磨玄武岩纤维)的高纵横比提供了增加的表面积，从而产生与所用的一种或多种活性填料的协同反应。相比于具有高涂布水平的纤维束，具有极低涂布水平的离散的长丝结合一种或多种锰化合物的存在提供了最佳的复合材料和研磨益处。此外，已观察钾盐(如氯化钾或硫酸钾)的存在干扰锰盐与离散的长丝的所述“协同”相互作用。含有玻璃网增强件和／或短切原丝纤维的研磨制品通常显示出改进的冲击性质。优选在活性填料(例如锰化合物)的存在下的作为单独的长丝(相比于纤维束)的矿物棉微纤维与(成束)的短切原丝纤维和／或纤维网产品(增强件)的组合提供了增加的工具强度、增加的研磨性能和／或改进的工具寿命，以及提高的耐冲击性，从而减小研磨制品的破裂趋势。

现在提供经微纤维增强的研磨复合材料的多个实例以进一步说明根据本发明的实施例构造的研磨工具复合材料的特征和益处。特别地，实例1示出了在具有和不具有矿物棉的情况下粘结剂棒(bond bar)和混合物棒(mix bar)的复合材料性质；实例2示出了随混合物品质而变化的复合材料性质；实例3示出了随混合物品质而变化的研磨性能数据；且实例4示出了在具有或不具有矿物棉的情况下随活性填料而变化的研磨性能。实例5比较了相对于将锰化合物活性填料添加至短切原丝纤维，通过将锰化合物活性填料添加至矿物棉微纤维而获得的对研磨性能的协同作用。实例6示出了在矿物棉微纤维与玻璃短切原丝纤维结合使用的情况下，随活性填料而变化的研磨性能。

实例1

包括表3、4和5的实例1示出了在具有和不具有矿物棉纤维的情况下，粘结剂棒和复合材料棒(composite bar)的性质。应注意粘结剂棒不含研磨剂，而复合材料棒包含研磨剂，并反映研磨轮组合物。如表3中可以看出，提供了八个样品粘结组合物的组分(以体积百分比或体积％计)。粘结样品中的一些不包含增强件(样品号1和5)，一些包含碾磨玻璃纤维或短切原丝纤维(样品号3、4、7和8)，且一些包含根据本发明的一个实施例的矿物棉(样品号2和6)。如根据本公开显而易见地，也可使用其他类型的单独长丝纤维(例如陶瓷或玻璃纤维)。应注意粘结剂中的棕刚玉(220号粒度(grit))在这些粘结剂样品中用作填料，但也可用作第二研磨剂(第一研磨剂可为例如挤出矾土，16号粒度)。还应注意SaranTM506为由陶氏化学公司(Dow Chemical Company)生产的聚偏二氯乙烯粘结剂，棕刚玉获自华盛顿磨料公司(Washington Mills)。

表3：具有和不具有矿物棉的示例粘结剂

对于表3的样品粘结剂1至4的组，除了所用的增强件类型之外，组合物为等同的。在不具有增强件的样品1和5中，填料(在此情况中为棕刚玉)的体积％相应地增加。同样，对于表3的样品5至8的组，除了所用的增强件类型之外，组合物为等同的。

表4示出了粘结剂棒(无研磨剂)的性质，包括表3的八个样品中的每一个的应力和弹性模量(E-Mod)。

样品→	#1	#2	#3	#4	#5	#6	#7	#8
									应力(MPa)	90.1	115.3	89.4	74.8	103.8	118.4	97	80.7
标准偏差(MPa)	8.4	8.3	8.6	17	8	6.5	8.6	10.8
									E-Mod(MPa)	17831	17784	17197	16686	21549	19574	19191	19131
标准偏差(MPa)	1032	594	1104	1360	2113	1301	851	1242

表4：粘结剂棒性质(3-点弯曲)

表5示出了复合材料棒(其包含表3的粘结剂加上研磨剂，如挤出矾土)的性质，包括表3的八个样品中的每一个的应力和弹性模量(E-Mod)。如表4和5中的每一个可以看出，由矿物棉增强的粘结剂／复合材料(样品2和6)相对于所示的其他样品具有更大的强度。

样品→	#1	#2	#3	#4	#5	#6	#7	#8
									应力(MPa)	59.7	66.4	61.1	63.7	50.1	58.2	34	34
标准偏差(MPa)	8.1	10.2	8.5	7.2	9.8	4.6	4.4	4.1
									E-Mod(MPa)	6100	6236	6145	6199	5474	5544	4718	4427
标准偏差(MPa)	480	424	429	349	560	183	325	348

表5：复合材料棒性质(3-点弯曲)

在研磨复合材料样品1至8中的每一个中，约44体积％为粘结剂(包括所述的粘结剂组分，少于研磨剂)，且约56体积％为研磨剂(例如挤出矾土或其他合适的磨粒)。另外，使用少但足够量的糠醛(全部研磨剂的约1体积％或更少)来润湿磨粒。在模制之前，将样品组合物1至8与老化2小时的经糠醛润湿的磨粒共混。每个混合物预称重，然后转移至3孔模具(26mm x102.5mm)(1.5mm x114.5mm)并在140kg／cm2下在160℃下热压45分钟，之后在200℃下的对流烘箱中固化18小时。使用ASTM工序D790-03以三点弯曲(5：1跨高比)测试所得复合材料棒。

实例2

包括表6、7和8的实例2示出了随混合物品质而变化的复合材料性质。如表6中可以看出，提供了八个样品组合物的组分(以体积％计)。样品A不包含增强件，样品B至H包含根据本发明的一个实施例的矿物棉。如前所述，也可使用其他类型的单个长丝微纤维(例如陶瓷或玻璃纤维)。样品A的粘结剂材料包含碳化硅(220号粒度)作为填料，样品B至H的粘结剂使用棕刚玉(220号粒度)作为填料。如前所述，这种填料有助于分散，也可用作第二研磨剂。在样品A至H中的每一个中，所用的第一研磨剂为60号粒度和80号粒度的棕刚玉的组合。应注意，取决于诸如所需去除速率和表面涂饰的因素，单个第一研磨剂颗粒也可与粘结剂混合，且其粒度可不同(例如6号粒度至220号粒度)。

表6：具有和不具有矿物棉的示例复合材料

如可以看出，样品B至H的组成等同。在不含增强件的样品A中，其他粘结剂组分的体积％如所示相应地增加。

表7：随混合工序而变化的复合材料性质

表7显示了用于样品中的每一个的混合工序。样品A和B各自用使用桨叶的Hobart型混合器混合30分钟。样品C用使用维斯克的Hobart型混合器混合30分钟。样品D用使用桨叶的Hobart型混合器混合30分钟，然后在6500rpm下通过Interlator(或其他合适的锤磨机装置)加工。样品E用Eirich型混合器混合15分钟。样品F在3500rpm下通过Interlator加工。样品G在6500rpm下通过Interlator加工。样品H用Eirich型混合器混合15分钟，然后在3500rpm下通过Interlator加工。使用分散测试测量样品B至H中的每一个的未分散的矿物棉的量。分散测试如下：在使用Rototap法摇动100克混合物达1分钟并随后筛分通过#20筛子之后，所得的残余物量。如可以看出，观察到样品B具有0.9克矿物棉残余物留在筛子的筛网上，样品C具有0.6克残余物，且样品E具有0.5克残余物。样品D、F、G和H中的每一个没有明显的残余纤维留在筛子筛网上。因此，取决于所需的矿物棉的分散，可使用各种混合技术。

在模制之前，将样品组合物A至H与老化2小时的经糠醛润湿的磨粒共混。每个混合物预称重，然后转移至3孔模具(26mm x102.5mm)(1.5mm x114.5mm)并在140kg／cm2下在160℃下热压45分钟，之后在200℃下的对流烘箱中固化18小时。使用ASTM工序D790—03在三点弯曲(5：1跨高比)中测试所得复合材料棒。

表8：平均值和标准偏差

图1为样品A至H中的每一个的复合材料强度的单路ANOVA分析。表8显示了平均值和标准偏差。标准误差使用误差方差的合并估计。如可以看出，样品B至H中的每一个的复合材料强度(根据本发明的一个实施例，各自用矿物棉增强)明显优于未经增强的样品A。

实例3

包括表9和10的实例3示出了随混合物品质而变化的研磨性能。如表9中可以看出，提供了两个样品配方的组分(以体积％计)。配方为相同的，不同的是配方1混合45分钟，配方2混合15分钟(除了所述的混合时间之外，所用的混合方法也相同)。每个配方包含根据本发明的一个实施例的矿物棉。如前所述，也可使用其他类型的单个长丝微纤维(例如玻璃或陶瓷纤维)。

表9：随混合物品质而变化的研磨性能

如从表9中还可以看出，根据本发明的一个实施例构造的经微纤维增强的研磨复合材料的制造顺序包括五个步骤：粘结剂制备；混合、复合材料制备；填模和冷压；以及固化。在粘结剂制备和混合步骤之后进行粘结剂品质评估。如前所述，评价粘结剂品质的一种方式是进行分散测试以确定来自Rototap法的未分散的矿物棉的重量百分比。在此特定情况中，Rototap法包括将50g-100g粘结剂样品添加至40目筛，然后在5分钟的Rototap搅拌之后测量在40目筛上的残余物的量。在步骤3中在两个配方中所用的研磨剂为挤出矾土(16号粒度)。棕刚玉(220号粒度)在步骤1的粘结剂制备中用作填料，但可充当第二研磨剂，如前所述。应注意，Varcum94—906为可得自杜勒兹公司(Durez Corporation)的糠醛基甲阶酚醛树脂。

表10显示了在各种切削速率(包括0.75、1.0和1.2秒／切)下，由配方1和配方2两者制得的经增强的研磨轮的研磨性能。

表10：研磨性能的说明

如可以看出，配方1的以立方英寸／分钟测得的材料去除速率(MRR)相对类似于配方2的材料去除速率。然而，配方1的以立方英寸／分钟测得的轮磨损速率(WWR)始终低于配方2的轮磨损速率。还应注意，配方1的由MRR除以WWR计算得到的G-比率始终高于配方2的G-比率。回顾表9，配方1的示例粘结剂混合45分钟，配方2混合15分钟。因此，混合时间与研磨性能直接相关。在该特定实例中，相比于配方1的改进的性能及其45分钟的混合时间，配方2所用的15分钟的混合时间实际上过短。

实例4

包括表11、12和13的实例4显示了在具有和不具有矿物棉的情况下，随活性填料而变化的研磨性能。如表11中可以看出，提供了四个样品复合材料的组分(以体积％计)。复合材料样品A和B相同，不同的是样品A包含短切原丝纤维，且不包含棕刚玉(220号粒度)或矿物棉。在另一方面，样品B包含矿物棉和棕刚玉(220号粒度)，且不包含短切原丝纤维。相对于样品A，样品B的复合材料密度(以克／立方厘米测得)略微更高。复合材料样品C和D相同，不同的是样品C包含短切原丝纤维，且不包含矿物棉。在另一方面，样品D包含矿物棉.且不和含短切原丝纤维。相对于样品D.样品C的复合材料密度略微更高。另外，使用少但足够量的糠醛(全部研磨剂的约1体积％或更少)来润湿磨粒，在此情况中，样品C和D的磨粒为氧化铝颗粒，样品A和B的磨粒为氧化铝-氧化锆颗粒。

表11：随活性填料而变化的研磨性能

表12显示了用以比较样品B和D(两者用矿物棉和示例活性填料二氯化锰(MKC—S，可得自华盛顿磨料公司(Washington Mills))的混合物制得)与样品A和C(其用短切原丝而非矿物棉制得)之间的研磨性能而进行的测试。

表12：研磨性能的说明

如可以看出，使用由每个样品制得的研磨轮来研磨各种工件(称为板坯)。更详细地，样品A和B在由奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢制得的板坯上测试，样品C和D在由奥氏体不锈钢和碳钢制得的板坯上测试。如还可在表12中看出，相对于样品A和C(由短切原丝而非矿物棉制得)，使用矿物棉和二氯化锰的混合物的样品B和D提供约27％至36％的改进。

这清楚显示了由于矿物棉和填料(在此情况中为二氯化锰)之间的正反应而产生的研磨性能的改进。短切原丝和二氯化锰组合不发生这种正反应。表13列出了测试复合材料A至D的条件。

测试号	研磨功率(kw)	板坯材料	板坯条件
				1	第一次为120，随后为85	奥氏体不锈钢	冷
2	第一次为120，随后为85	铁素体不锈钢	冷
				3	105	奥氏体不锈钢	热
4	105	碳钢	热

表13：研磨条件的说明

实例5

进行实验以研究纤维类型和MKCS的水平对轮研磨性能的作用。如实例4制备轮，不同仅在于纤维类型和所存在的MKCS的水平。具体地，轮包含8体积％的(玻璃)短切原丝纤维(CSF)或8体积％的矿物棉(MW)的微纤维。对于每一类，MKCS的水平为0或3.42体积％。

如表14可以看出，当添加MKCS时，含有8体积％的CSF的轮的G-比率减小约10％(由不具有任何MKCS的330kg／dm3至具有MKCS的296kg／dm3)。使用矿物棉制得的轮观察到相反的趋势，其中添加MKCS导致G-比率增加约20％(由MKCS的0水平的311kg／dm3至添加3.42体积％的MKCS时的385kg／dm3)。这清楚表明MKCS与两种纤维类型的相互作用不同，通过组合MW微纤维与MKCS而获得协同作用。使用MKCS—CSF组合未观察到这种作用。相反，将MKCS添加至含有CSF的组合物对G-比率具有负面作用。

表14：MKCS水平和纤维类型对G-比率的作用

实例6

包括表15和图2的实例6显示了随着与矿物棉和短切原丝纤维组合的活性填料而变化的研磨性能。如表15中可以看出，提供了八个样品复合材料的组分(以体积％计)。

所有样品(实例1至实例8)均包含相同类型和量的磨粒。使用两种玻璃纤维短切原丝纤维(CSF)的水平：6体积％的高水平(实例1、实例2、实例5和实例6)和4体积％的低水平(实例3、实例4、实例7和实例8)。

在所有情况中，粘结剂包含(有机)树脂、矿物棉(MW)微纤维、铁化合物(黄铁矿)、石灰和活性填料二氯化锰(MKCS)。实例5至实例8样品也包含硫酸钾填料，而其余样品(实例1至实例4)不包含硫酸钾填料。

矿物棉微纤维与锰化合物活性填料之间的协同性在具有低水平的(玻璃纤维)CSF的样品中特别显著。当玻璃纤维水平增加时，MKCS／MW优点的显著性减小。这些结果说明，相对于玻璃CSF，锰化合物活性填料不像其与MW微纤维那样提供相同的益处。

数据也显示，添加硫酸钾(实例5至实例8)对累积G-比率具有不利作用。通常，对于不含硫酸钾的样品观察到最高的累积Q-比率(定义为去除的金属(1bs)／轮磨损(1bs))值，这在低水平的(玻璃纤维)CSF下特别明显。(参见例如实例3和实例4)。相比于MKCS的作用，硫酸钾不提供研磨性能的提高，或者提供降低的研磨性能。

结果说明，随着MKCS和MW增加，研磨性能提高，且使用这两种成分所观察到的协同作用不延及玻璃纤维短切原丝纤维或其他填料(例如硫酸钾)。实验显示，当在研磨轮中使用MW和MKCS的组合时存在出乎意料的性能优点。

数据也表明，钾盐对包含更高水平的玻璃短切原丝纤维、矿物棉微纤维和锰化合物的组合物的性能具有提高的作用，对包含矿物棉微纤维、锰化合物和更低水平的短切原丝纤维的组合物的作用更小。

表15：具有组合的MW、CSF和填料的工具的性能

对本发明的实施例的在前描述是为了说明和描述的目的而提供。其不旨在为穷举的或将本发明限制为所公开的精确形式。根据本公开，许多修改和变化是可能的。本发明的范围不旨在受限于该详细说明，而是受限于所附的权利要求书。

Claims

1.一种研磨制品，其包含：

有机粘结材料；

分散于所述有机粘结材料中的研磨材料；

分散于所述有机粘结材料中的短切原丝纤维，所述短切原丝纤维占所述研磨制品的0.1体积％至10体积％；

均匀分散于所述有机粘结材料中的矿物棉微纤维，其中所述微纤维为单独的长丝；以及

一种或多种填料，所述一种或多种填料包括锰化合物。

2.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述锰化合物为二氯化锰，且2体积％至8体积％的短切原丝纤维在所述研磨制品中。

3.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述锰化合物以1至10体积％范围内的量存在于所述研磨制品中。

4.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述矿物棉微纤维以0.5至10体积％范围内的量存在于所述研磨制品中。

5.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述研磨制品不包含钾盐。

6.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述短切原丝纤维为玻璃纤维玻璃短切原丝纤维，且所述研磨制品包括一个或多个玻璃网增强件。

7.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述矿物棉微纤维具有至少为10的增强纵横比，且所述短切原丝纤维具有小于3的纵横比。

8.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述研磨制品包含：25体积％至40体积％的有机粘结材料；50体积％至60体积％的研磨材料；0.5体积％至10体积％的微纤维；3体积％至6体积％的短切原丝纤维；和1体积％至10体积％的锰化合物。

9.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述短切原丝纤维占所述研磨制品的至少0.1体积％且小于6.0体积％。

10.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述短切原丝纤维占所述研磨制品的3.0体积％至6.0体积％。

11.一种研磨加工工件的方法，所述方法包括：

将所述工件安装至能够促进研磨加工的机器上；

将研磨制品可操作地联接至所述机器，所述研磨制品包含有机粘结材料；

分散于所述有机粘结材料中的研磨材料；

占所述研磨制品的0.1体积％至10体积％的分散于所述有机粘结材料中的短切原丝纤维；

均匀分散于所述有机粘结材料中的微纤维，其中所述微纤维为单独的长丝；和

一种或多种填料，所述一种或多种填料包括锰化合物；以及

使所述研磨制品接触所述工件的表面。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述锰化合物为二氯化锰，且所述研磨制品不包含钾盐。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述锰化合物以1至10体积％范围内的量存在于所述研磨制品中，且2体积％至8体积％的短切原丝纤维在所述研磨制品中。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述微纤维以0.5至10体积％范围内的量存在于所述研磨制品中。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述短切原丝纤维为玻璃纤维玻璃短切原丝纤维，且所述研磨制品包括一个或多个玻璃网增强件。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述微纤维具有至少为10的增强纵横比，且所述短切原丝纤维具有小于3的纵横比。

17.根据权利要求11所述的方法，其中所述研磨制品包含：25体积％至40体积％的有机粘结材料；50体积％至60体积％的研磨材料；0.5体积％至10体积％的微纤维；3体积％至6体积％的短切原丝纤维；和1体积％至10体积％的锰化合物。