CN107073686A - 磨料预成型件、制备磨料制品的方法以及粘结磨料制品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磨料预成型件，该磨料预成型件包括具有彼此相对并平行的第一主表面和第二主表面的框架。第一主表面具有形成于其中的多个第一腔。第二主表面任选地具有形成于其中的多个第二腔。框架包含粘结剂前体材料。磨料颗粒设置在多个第一腔和任选的多个第二腔的至少一部分中。本发明还公开了使用磨料预成型件来制备磨料制品的方法以及由此制备的粘结磨料制品。
Description
技术领域
本公开广义地涉及制备磨料制品的方法以及粘结磨料制品。
背景技术
磨料制品诸如带涂层磨料制品和粘结磨料制品包含保留在粘结剂(或粘结材料)中的磨料颗粒。磨料制品的各种研磨特性的效果可能部分地取决于磨料颗粒的取向和/或放置。这可在磨料颗粒具有非随机预定形状的情况下尤其如此。拥有制备磨料制品的新方法将是有用的，该方法能够有效地取向和定位磨料颗粒。
磨料颗粒相对于切削方向的取向也是重要的。切削效率和磨料颗粒碎裂机制随着取向而变化。对于三角形磨料颗粒，为改善切削和破碎，一般优选磨料制品和/或工件的相对运动使得三角形的边缘而不是三角形的面参与切削运动。如果三角形的面呈现于切削方向，通常三角形将在靠近基部和磨削平面外碎裂。
磨料制品中的磨料颗粒的间距也可以是重要的。常规方法诸如滴涂和静电沉积提供随机分布的间距，并且粒子聚集通常导致其中两个或更多个成形磨料颗粒最终在靠近成形磨料颗粒的尖端或上表面处彼此接触。聚集导致较差的切削性能，原因是在那些区域中支承面积被局部放大并且聚集区中的成形磨料颗粒由于相互机械强化而无法在使用过程中正确地碎裂和分解。与具有更一致间距的成形磨料颗粒的带涂层磨料制品相比，聚集造成不可取的热量积聚。
发明内容
基于上述原因，希望拥有可用于简单且经济有效地定位和取向带涂层磨料制品和粘结磨料制品中的磨料颗粒(尤其是成形磨料颗粒)的另选方法和设备。
本公开通过以下方式提供针对上述需求的切实可行的解决方案：提供由框架中的至少部分填充的腔制备的可固化预成型件，框架由尺寸上稳定但可软化的热固性材料制成，然后用磨料颗粒(如，陶瓷磨料颗粒)填充腔的至少一部分。在施加热量和/或压力时，框架变形和/或流动，粘结到磨料颗粒，然后通过形成共价化学交联而固定。可执行该过程，使得磨料颗粒的取向和位置基本上保持不变。
在一个方面，本公开提供一种磨料预成型件，该磨料预成型件包括：
具有彼此相对并平行的第一主表面和第二主表面的框架，其中第一主表面具有形成于其中的多个精确成形的腔，其中框架包含粘结剂前体材料；和
设置在多个精确成形的腔的至少一部分中的陶瓷磨料颗粒，其中陶瓷磨料颗粒包含至少一种金属的氧化物或碳化物。
在另一方面，本公开提供一种磨料预成型件，该磨料预成型件包括：
具有彼此相对并平行的第一主表面和第二主表面的框架，其中第一主表面具有形成于其中的多个第一腔，其中第二主表面具有形成于其中的多个第二腔，并且其中框架包含粘结剂前体材料；
设置在多个第一腔的至少一部分中的第一磨料颗粒；和
设置在多个第二腔的至少一部分中的第二磨料颗粒。
根据本公开的磨料预成型件可用于例如制备磨料制品。因此，在另一方面，本公开提供一种制备磨料制品的方法，该方法包括以下步骤：
i)提供根据本公开的第一磨料预成型件；以及
ii)加热磨料预成型件，从而硬化框架。
在一些实施方案中，制备磨料制品的方法还包括：
提供背衬；以及
在执行步骤ii)时，将第一磨料预成型件和背衬推压在一起，使得背衬和第一预成型件永久性地接合在一起。
在一些实施方案中，制备磨料制品的方法还包括：
提供根据本公开的第二磨料预成型件，其可以与第一磨料预成型件相同或不同；以及
在执行步骤ii)时，将第一磨料预成型件和第二磨料预成型件推压在一起，使得第一磨料预成型件和第二磨料预成型件永久性地接合在一起。
在另一方面，本公开提供一种粘结磨料制品，该粘结磨料制品包括：
保留在粘结剂材料中的多个陶瓷磨料颗粒，其中陶瓷磨料颗粒包含至少一种金属的氧化物或碳化物，并且其中陶瓷磨料颗粒的至少一部分根据包括至少两层陶瓷磨料颗粒的预定三维图案设置在粘结剂材料中。
如本文所用，术语“B阶段”表示固化热固性组合物的中间阶段，其中已发生一些共价交联(即，共价键形成)，但过程还未完成，并且组合物可被加热并导致流动，然后最终固化为既定形状。
如本文所用，术语“陶瓷”是指包含至少90重量％、优选地至少95重量％、更优选地至少99重量％、或甚至100重量％的陶瓷和/或玻璃-陶瓷材料的任何材料。
如本文所用，关于组合物的术语“熔融可流动”是指组合物在高于环境温度的温度下加热时软化并流动(在重力和/或以其它方式施加的压力下)。就热固性组合物而言，高于环境温度的温度优选地低于热固性组合物的固化温度。熔融可流动热固性组合物包括例如B阶段热固性组合物。
如本文所用，术语“标称”意指：具有、作为或涉及可能与实际情况不同的指定或理论大小和/或形状，例如根据制造公差的大小和/或形状。
如本文所用，术语“酚醛树脂”是指通过使酚与醛发生反应而获得的合成热固性树脂。例如，酚的一部分可被一种或多种其它酚诸如间苯二酚、间甲酚、3,5-二甲苯酚、叔丁基苯酚和对苯基苯酚取代。同样，甲醛的一部分可被其它醛基团诸如乙醛、三氯乙醛、丁醛、糠醛或丙烯醛取代。
如本文所用，术语“成形磨料颗粒”是指其中至少一部分磨料颗粒具有专门形成的形状的磨料颗粒，该专门形成的形状通过制造期间的成形工艺来赋予。如本文所用的成形磨料颗粒不包括通过机械粉碎操作获得的随机大小的磨料颗粒。制备成形磨料颗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料颗粒成形；通过具有预定形状的孔口挤出前体磨料颗粒；通过具有预定形状的印刷丝网中的开口印刷前体磨料颗粒；或者将前体磨料颗粒压印成预定形状或图案。成形磨料颗粒的非限制性示例包括在模具中形成的成形磨料颗粒，例如如美国专利RE 35,570(Rowenhorst等人)、5,201,916(Berg等人)以及5,984,988(Berg等人)中所公开的三角形板；或由圣戈班磨料公司(Saint-GobainAbrasives)生产的通常具有圆形横截面的挤出的细长陶瓷棒/细丝，其示例在美国专利5,372,620(Rowse等人)中有所公开。如本文所用的成形磨料颗粒不包括通过机械粉碎操作获得的随机大小的磨料颗粒。
如本文所用，关于生产工具或框架中的磨料颗粒或腔的术语“精确成形”是指具有由表面相对光滑的侧面限定的三维形状的磨料颗粒或腔，这些侧面通过明确限定的尖锐边缘来界定和接合，这些尖锐边缘的长度不同并且具有由各侧面相交所限定的不同端点。因此，术语“精确成形的陶瓷磨料颗粒”不包括通过常规机械粉碎操作获得的陶瓷磨料颗粒。
如本文所用，“硅”被视为短语“至少一种金属的氧化物或碳化物”的含义内的金属。因此，碳化硅陶瓷将包括在内。
如本文所用，术语“热固性组合物”是指可以通过施加能量(例如，热能或电磁辐射)以形成共价化学键的方式固化的组合物。
在考虑具体实施方式以及所附权利要求书之后，将进一步理解本公开的特征和优点。
附图说明
图1A为根据本公开的一个实施方案的示例性磨料预成型件100的示意性透视图。
图1B为图1A中所示磨料预成型件100的示意性分解切开透视图。
图1C为精确成形的陶瓷磨料颗粒120的示意性透视图。
图2A为根据本公开的一个实施方案的示例性磨料预成型件200的示意性透视图。
图2B为磨料预成型件200的示意性底视图。
图2C为图2A和图2B中所示磨料预成型件200的示意性分解切开透视图。
图3A为根据本公开的一个实施方案的示例性磨料预成型件300的示意性透视图。
图3B为沿平面3B-3B截取的图3A所示的磨料预成型件300的示意性剖视图。
图4为通过在与背衬420接触时加热示例性预成型件300而制备的带涂层磨料制品400的示意性侧视图。
图5A为可用于制造粘结磨料制品的示例性组件500的示意性局部分解透视图。
图5B为图5A中所示的组件500的示意性侧视图。
图6为由组件500制备的粘结磨料轮600的示意性透视图。
图7为在实施例1中用于制备框架800的硅树脂工具的数字照片。
图8为在实施例1中制备的框架800的数字照片。
图9为在实施例5中用于制备图10所示框架1000的硅树脂工具900的顶视图。
图10为在实施例5中制备的磨料预成型件1100的数字照片。
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开相同或类似的特征或元件。应当理解，本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其它修改形式和实施方案。附图可能未按比例绘制。
具体实施方式
图1A和图1B示出了根据本公开的示例性磨料预成型件的一个示例性实施方案。现在参见图1A，磨料预成型件100包括框架110和精确成形的陶瓷磨料颗粒120。框架110具有彼此相对并平行的第一主表面112和第二主表面114。第一主表面112具有形成于其中的多个精确成形的腔125。框架100包含粘结剂前体材料，在施加热量和/或压力之后，框架110变形和/或流动，粘结到精确成形的陶瓷磨料颗粒120，然后通过形成共价化学交联而固定。精确成形的陶瓷磨料颗粒120包含至少一种金属的氧化物或碳化物，并且被成形为截头三棱锥。现在参见图1C，每个精确成形的陶瓷磨料颗粒120具有顶部表面184和基部表面186，这两个表面通过三个侧壁188a,188b和188c隔开并邻接这三个侧壁。在图1A和图1B所示的实施方案中，顶部表面184和基部表面186在设置于精确成形的腔125内时平行于第一主表面112标称对齐。
图2A-2C示出了根据本公开的示例性磨料预成型件的另一个示例性实施方案。现在参见图2A，磨料预成型件200包括框架210和磨料颗粒220a,220b。框架210具有彼此相对并平行的第一主表面212和第二主表面214。第一主表面212具有形成于其中的多个精确成形的腔225a。同样，第二主表面214也具有形成于其中的多个精确成形的腔225b，其可以与腔225a相同或不同(参见图2B)。可为相同或不同的磨料颗粒220a,220b分别设置在腔225a和225b中的至少一些腔中(参见图2C)。在施加热量和/或压力时，框架210变形和/或流动，粘结到磨料颗粒220a,220b，然后通过形成共价化学交联而固定。在该实施方案中，磨料颗粒220a,220b可例如根据需要包括成形的陶瓷磨料颗粒120(例如，精确成形的陶瓷磨料颗粒)、粉碎的磨料颗粒(例如，粉碎的α氧化铝)或其它磨料颗粒(例如，金刚石或立方氮化硼)。
图3A和图3B示出了根据本公开的示例性磨料预成型件的一个实施方案。现在参见图3A，磨料预成型件300包括框架310和精确成形的陶瓷磨料颗粒120。框架310具有彼此相对并平行的第一主表面312和第二主表面314。第一主表面312具有形成于其中的多个精确成形的腔325。在施加热量和/或压力时，框架310变形和/或流动，粘结到精确成形的陶瓷磨料颗粒120，然后至少部分固化(例如，通过形成共价化学交联而固定)。在该实施方案中，精确成形的陶瓷磨料颗粒120的顶部表面184和基部表面186在设置于精确成形的腔325内时，以相对于第一主表面112大于45度的角(参见图1C)标称对齐。
通常，框架中的腔由框架在所有侧上界定，当然框架表面处的开口除外，然而其它构型也是可允许的。例如，腔可在框架的两个(相背对)主表面处具有开口。在一些实施方案中，腔适于以锁定和键类型布置来接合磨料颗粒。在这些实施方案中，腔和磨料颗粒的尺寸被设定成使得单个磨料颗粒可部分或全部设置在单个腔内，优选地导致由腔的尺寸和位置预先确定的磨料颗粒的唯一取向。
在一些实施方案中，例如，那些涉及具有倾斜侧壁的截头三棱锥的可用实施方案可能适于接收处于两种构型的磨料颗粒。例如，具有竖直侧壁和三角形基部的三角形腔可接收具有倾斜侧壁的三角形磨料颗粒，其中顶部或基部接触腔的底部。在一些优选的实施方案中，腔的至少一部分适于接收处于唯一取向的相应单个磨料颗粒。该实施方案提供对磨料颗粒的定位和取向的最佳控制，但对于许多应用可能是不必要的限制。
一般来讲，腔的尺寸被设定成使得其大于(优选地略大于)旨在被接收的单个磨料颗粒的部分。这样，无需施加机械力，磨料颗粒即可沉积在腔中。
框架具有两个相背对的主表面。其可为片材、带、盘或幅材(例如，就辊分配而言)的形式。框架可为平面的或非平面的(例如，弯曲的或波纹状的)。优选的是，框架为贯穿其整体具有基本上均匀的组合物的一体结构。
在一些优选的实施方案中，可用水、溶剂、增塑剂和/或反应物(例如，就酚醛树脂/糠基粘结剂材料前体而言，为糠醇)润湿框架，以有利于磨料颗粒粘附到框架。
任选地，框架可支撑在或者包括加固稀松布或如本文所述的其它背衬上。旨在用于制备有机树脂粘结磨料和带涂层磨料的磨料预成型件的可用稀松布和背衬包括例如本领域中已知用于那些用途的那些背衬。具体示例包括由合成和/或天然纤维制成的织造和非织造织物、织造和/或非织造玻璃纤维稀松布和陶瓷纤维稀松布、聚合物膜、硫化纤维以及它们的组合。
框架可通过以下工艺制备：使粘结剂前体组合物接触表面具有框架所需的反向形貌的生产工具。在一个示例性工艺中，粘结剂前体和生产工具穿过辊隙，其中间隙被设置成提供框架的不间断的第二主表面和框架的第一主表面，该第一主表面包括设置于其上的模制(例如，精确成形的)腔。这样，可以调整框架的第一主表面与第二主表面之间的间距。
在框架的相背对主表面上存在腔的情况下，这可在单个压印步骤或顺序压印步骤中实现。例如，在一个实施方案中，腔形成于框架的第一主表面上，以第一磨料颗粒填充，并且用稀松布或其它覆盖物覆盖，然后腔被压印到第二主表面中并以第二磨料颗粒填充。
可用的生产工具优选地具有在其中形成有腔的工作表面，腔根据预定图案和取向布置在工作表面上。在一些优选的实施方案中，工作表面中的腔具有沿着尖锐边缘交汇的平面，并且形成截头棱锥(例如，截头三棱锥)的侧面和顶部。
聚合物生产工具可由金属母模工具复制而成。母模工具将具有生产工具所需的反向图案。母模工具可按照与生产工具相同的方式制成。在一个实施方案中，母模工具由金属(例如，镍)制成，并且经过金刚石车削。母模工具和/或生产工具可为带、片材、连续幅材、涂布辊(诸如轮转凹版辊)、安装在涂布辊上的套管或模具。
可将聚合物片材材料与母模工具一起加热，使得通过将两者压制在一起而对聚合物材料压印出母模工具的反向图案。也可将聚合物材料挤出或浇注在母模上，然后对其进行压制。聚合物材料可被冷却(就熔融的热塑性塑料而言)或固化(例如，就热固性硅树脂而言)，以硬化并制备生产工具。如果利用热塑性生产工具，那么应当注意不要生成过多热量，这些热量可以使热塑性生产工具变形，从而限制其寿命。
合适的聚合物材料的示例包括热塑性材料，诸如聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚烯烃(例如，聚乙烯和聚丙烯)、聚苯乙烯、热固性材料以及它们的组合。热固性有机硅树脂(例如，RTV硅树脂，一部分和两部分两者)尤其合适，因为所得产品通常非常柔韧并且易于从框架分离，同时保持框架的形状。RTV硅树脂在本领域中是已知的并且可得自许多商业来源。
在一个实施方案中，整个生产工具由聚合物材料制成。在另一个实施方案中，在干燥时与溶胶-凝胶(例如，勃姆石溶胶-凝胶)接触的生产工具的表面(诸如，多个腔的表面)包括聚合物材料，并且生产工具的其它部分可由其它材料制成。
关于生产工具和母模工具的设计和制造的更多信息可见于美国专利5,152,917(Pieper等人)、5,435,816(Spurgeon等人)、5,672,097(Hoopman等人)、5,946,991(Hoopman等人)、5,975,987(Hoopman等人)，和6,129,540(Hoopman等人)。
旨在用于制备玻璃质粘结磨料的磨料预成型件的可用稀松布包括例如本领域中已知用于该用途的那些背衬。具体示例包括例如织造和/或非织造玻璃纤维稀松布和陶瓷纤维稀松布。
要形成磨料预成型件，通常将各种磨料颗粒置于框架中的至少一部分腔中。在一些实施方案中，仅一部分腔被填充(例如，由于制造限制和/或按照预定图案的设计)，而在其它实施方案中，所有腔都填充有磨料颗粒。只要一些磨料颗粒为包含至少一种金属的氧化物或碳化物(优选氧化铝)的陶瓷磨料颗粒，即可使用多于一种类型的磨料颗粒。
粘结剂材料前体可为用于有机粘结剂材料(例如，树脂粘结系统)、玻璃质粘结剂材料或金属粘结剂(金属粘结)的前体。粘结剂前体组合物可包括至少一种热塑性聚合物(其可在固化期间燃烧掉或保留为所得固化粘结剂材料的整体部分)，以帮助保持组合物的形状，但赋予一定程度的可流动性以响应热量和/或压力。合适的热塑性材料的示例包括聚烯烃、聚酰胺、聚(乙烯基酯)、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、丙烯酸类聚合物、前述材料的共聚物、以及它们的组合。可包括任何量的热塑性材料，但如果存在的话，基于粘结剂前体组合物的总重量计，优选地以约0.1重量％至约20重量％、更优选地以约1重量％至约10重量％并且更优选地以约1重量％至约5重量％的量存在。
用于有机粘结剂材料的粘结剂材料前体通常包括一种或多种有机热固性化合物，这些化合物通常包含一种或多种添加剂，诸如填料、固化剂(例如，催化剂、硬化剂、自由基引发剂(光引发剂或热引发剂)、助磨剂(例如，冰晶石)、增塑剂、抗负荷化合物、润滑剂、偶联剂、抗氧化剂、光稳定剂和/或抗静电剂。合适的有机热固性化合物的示例包括酚醛树脂(例如，线型酚醛树脂和/或甲阶酚醛树脂)、丙烯酸类单体(例如，聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酰胺)、环氧树脂、氰酸酯树脂、异氰酸酯树脂(包括聚脲和聚氨酯树脂)、醇酸树脂、脲醛树脂、氨基塑料树脂以及它们的组合。在固化期间，这些热固性化合物形成将所得有机粘结剂材料硬化和强化的共价交联粘结网络。
可用的酚醛树脂包括线型酚醛树脂和甲阶酚醛树脂。线型酚醛树脂的特征在于被酸催化，并且甲醛与苯酚的比率小于1，通常介于0.5:1和0.8:1之间。甲阶酚醛树脂的特征在于被碱性催化，并且甲醛与酚的比率大于或等于一，通常从1:1至3:1。可对线型酚醛树脂和甲阶酚醛树脂化学改性(例如，通过与环氧化合物反应)，或者可不对它们进行改性。适于固化酚醛树脂的示例性酸性催化剂包括硫酸、盐酸、磷酸、草酸和对甲苯磺酸。适于固化酚醛树脂的碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钾、氢氧化钙、有机胺和/或碳酸钠。
可商购获得的酚醛树脂的示例包括以商品名“DUREZ”和“VARCUM”得自密歇根州诺维的Durez公司(Durez Corporation,Novi,Michigan)的酚醛树脂；以商品名“RESINOX”得自密苏里州圣路易斯的孟山都公司(Monsanto Co.,Saint Louis,Missouri)的酚醛树脂；以商品名“AROFENE”和“AROTAP”得自俄亥俄州哥伦布的亚仕兰化学品公司(AshlandChemical Co.,Columbus,Ohio)的酚醛树脂；以及以商品名“RUTAPHEN”得自俄亥俄州哥伦布的迈图公司(Momentive,Columbus,Ohio)的酚醛树脂；以及以商品名“PHENOLITE”得自韩国首尔的江南化学公司(Kangnam Chemical Company Ltd.,Seoul,South Korea)的酚醛树脂。可商购获得的线型酚醛树脂的示例包括从Durez公司(Durez Corporation)以DUREZ1364和VARCUM 29302出售的那些。可商购获得的甲阶酚醛树脂的示例包括等级为29217、29306、29318、29338和29353的VARCUM甲阶酚醛树脂；AEROFENE 295；以及PHENOLITE TD-2207。
可用的氨基塑料的示例包括可以CYMEL 373和CYMEL 323得自康涅狄格州斯坦福德的氰特公司(Cytec Inc.,Stamford,Connecticut)的那些。
可用的脲醛树脂的示例包括从俄亥俄州哥伦布的波顿化学公司(BordenChemical,Columbus,Ohio)以AL3029R出售的那些，以及从乔治亚州亚特兰大的乔治亚太平洋公司(Georgia Pacific Corp.,Atlanta,Georgia)以AMRES LOPR、AMRES PR247HV和AMRES PR335CU出售的那些。
可用的多异氰酸酯的示例包括单体多异氰酸酯、低聚多异氰酸酯和聚合多异氰酸酯(例如，二异氰酸酯和三异氰酸酯)以及它们的混合物和封端型式。多异氰酸酯可为脂族、芳族和/或它们的混合物。
可用的聚环氧化合物的示例包括单体聚环氧化合物、低聚聚环氧化合物、聚合聚环氧化合物以及它们的混合物。聚环氧化合物可为脂族、芳族或它们的混合物。
脂环聚环氧化合物单体的示例包括环氧环己烷-羧酸酯(例如，3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己烷羧酸酯(例如，如可以商品名“ERL-4221”得自密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical Co.,Midland,Michigan))；3,4-环氧-2-甲基环己基甲基3,4-环氧-2-甲基环己烷-羧酸酯，双(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)己二酸酯，3,4-环氧-6-甲基环己基甲基3,4-环氧-6-甲基环己烷羧酸酯(可以ERL-4201得自陶氏化学公司(Dow ChemicalCo.))；乙烯基环己烯二氧化物(可以ERL-4206得自陶氏化学公司(Dow Chemical Co.))；双(2,3-环氧环戊基)醚(可以ERL-0400得自陶氏化学公司(Dow Chemical Co.))，双(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)己二酸酯(可以ERL-4289得自陶氏化学公司(Dow Chemical Co.))，浸肠道二氧化物(dipenteric dioxide)(可以ERL-4269得自陶氏化学公司(Dow ChemicalCo.))；2-(3,4-环氧环己基-5,1'-螺-3',4'-环氧环己烷-1,3-二氧己环；以及2,2-双(3,4-环氧环己基)丙烷，以及衍生自表氯醇的聚环氧化合物树脂。
芳族聚环氧化合物的示例包括多元酚的多缩水甘油醚，诸如：双酚A型树脂及其衍生物，包括以商品名“EPON”得自德克萨斯州休斯顿的锐意卓越高性能产品公司(Resolution Performance Products,Houston,Texas)的这类环氧树脂；环氧甲酚线型酚醛树脂；双酚F型树脂及其衍生物；环氧苯酚线型酚醛树脂；以及芳族羧酸的缩水甘油酯(例如，邻苯二甲酸二缩水甘油酯、间苯二甲酸二缩水甘油酯、偏苯三甲酸三缩水甘油酯和苯均四酸四缩水甘油酯)，以及它们的混合物。可商购获得的芳族聚环氧化合物包括例如可以商品名“ARALDITE”得自纽约州塔里敦的汽巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals，Tarrytown，N.Y.)的那些；以商品名“EPON”得自锐意卓越高性能产品公司(ResolutionPerformance Products)的芳族聚环氧化合物；以及以商品名“DER”、“DEN”和“QUATREX”得自陶氏化学公司(Dow Chemical Co.)的芳族聚环氧化合物。
聚环氧化合物通常与固化剂诸如聚胺(例如，双(咪唑))、聚酰胺(例如，双氰胺)、多硫醇或酸性催化剂混合，但固化剂并非固化所必需的。
可用的丙烯酸类树脂可包括至少一种(甲基)丙烯酸酯(术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯)单体或低聚物(具有至少为2，例如至少为3、4或甚至是5的平均丙烯酸酯官能度)，并且可为不同(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)丙烯酸酯低聚物和/或(甲基)丙烯酸酯聚合物的共混物。多种(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)丙烯酸酯低聚物和(甲基)丙烯酸酯聚合物易于从供应商例如宾夕法尼亚州埃克斯顿的沙多玛公司(SartomerCompany,Exton,Pennsylvania)和乔治亚州士麦那的UCB Radcure公司(UCB Radcure,Smyrna,Georgia)处商购获得。示例性丙烯酸酯单体包括乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、山梨糖醇三(甲基)丙烯酸酯、山梨糖醇六(甲基)丙烯酸酯、双酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯以及它们的混合物。另外的可用的多官能(甲基)丙烯酸酯低聚物包括聚醚低聚物，诸如沙多玛公司(Sartomer Company)以SR 259出售的聚乙二醇200二丙烯酸酯；以及沙多玛公司(Sartomer Company)以SR 344出售的聚乙二醇400二丙烯酸酯。
诸如上述的聚合性丙烯酸类单体和低聚物通常借助至少一种自由基热引发剂(例如，有机过氧化物)或光引发剂(例如，噻吨酮、酰基膦、酰基膦氧化物、安息香缩酮、α-羟基酮和α-二烷基氨基酮)固化。基于有机粘结剂材料前体的重量计，典型量在0.1重量％至10重量％的范围内，优选在1重量％至3重量％的范围内。
有机热固性化合物以及任选的热塑性聚合物(如果存在)通常以足以得到基于所得粘结磨料制品的总重量计总含量在约5重量％至约30重量％、更典型地约10重量％至约25重量％、并且更典型地约15重量％至约24重量％内的有机粘结剂材料的量使用，但也可使用其它量。
在优选的实施方案中，粘结剂材料前体包括与糠醇和填料组合的线型酚醛树脂。线型酚醛树脂在室温下通常为固体，但是通过添加糠醇和填料(以及任何其另外的组分)，它们被优选地配制以形成延展性和/或类似油灰的组合物，该组合物可模压，但是除非受热和/或受到机械力(例如，拉伸或挤压)，否则将保持其形状。可商购获得的线型酚醛树脂的示例包括：以GP 2074、GP 5300、GP 5833、RESI-FLAKE GP-2049、RESI-FLAKE GP-2050和RESI-FLAKE GP-2211得自乔治亚州亚特兰大的乔治亚太平洋公司(Georgia PacificResins,Atlanta,Georgia)的那些；以RUTAPHEN8656F得自德国弗里伦多尔夫的巴特利克公司(Bakelite AG,Frielendorf,Germany)的那些；以及以DURITE 423A和DURITE SD 1731得自俄亥俄州哥伦布的波顿化学公司(Borden Chemical,Inc.,Columbus,Ohio)的那些。
可用的填料的示例包括：金属碳酸盐(例如，碳酸钙(例如白垩、方解石、泥灰土、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、二氧化硅(例如，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、铝硅酸钠、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、碳黑、金属氧化物(例如，氧化钙(石灰)、氧化铝、二氧化钛)和金属亚硫酸盐(例如，亚硫酸钙)。
用于玻璃质粘结剂材料的粘结剂材料前体通常包括玻璃料、陶瓷颗粒和/或前述材料的一种或多种前体，但任选地优选与临时性有机粘结剂(例如，聚合物、淀粉和/或糖)结合，临时性有机粘结剂将粘结剂材料前体保持在一起并提供流动性，同时保持形状，除非组合物被加热和/或受到机械力(例如，被拉伸或压扁)。玻璃质粘结剂前体还可任选地包括添加剂，诸如填料、造孔剂和助磨剂(例如，冰晶石)。
合适的无机玻璃质粘结剂前体组分的示例可包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁、二氧化钛、氧化镁、氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化锰、氧化硼、氧化磷等。基于重量计，玻璃质粘结剂的具体示例包括例如：47.61％的SiO2、16.65％的Al2O3、0.38％的Fe2O3、0.35％的TiO2、1.58％的CaO、0.10％的MgO、9.63％的Na2O、2.86％的K2O、1.77％的Li2O、19.03％的B2O3、0.02％的MnO2和0.22％的P2O5；以及63％的SiO2、12％的Al2O3、1.2％的CaO、63％的Na2O、7.5％的K2O和10％的B2O3。基于摩尔比计，玻璃质粘结剂的另一些示例包括3.77％的SiO2、0.58％的Al2O3、0.01％的Fe2O3、0.03％的TiO2、0.21％的CaO、0.25％的MgO、0.47％的Na2O和0.07％的K2O。在制造玻璃质粘结磨料制品期间，粉末形式的玻璃质粘结剂可以与暂时粘结剂(通常为有机粘结剂)混合。玻璃化粘结剂还可由玻璃料形成，例如从约1％至100％的任何量的玻璃料，但通常是20％至100％的玻璃料。玻璃料粘结剂中使用的普通材料的一些示例包括长石、硼砂、石英、苏打灰、氧化锌、白垩、三氧化锑、二氧化钛、氟硅酸钠、燧石、冰晶石、硼酸以及它们的组合。这些材料通常作为粉末混合在一起，燃烧以熔合该混合物，然后冷却熔合的混合物。冷却的混合物被粉碎并筛分至非常细的粉末，以便随后用作玻璃料粘结剂。这些玻璃料粘结剂的熔融温度取决于其化学性质，但该温度可在约600℃至约1800℃之间的任何温度范围内。
根据本公开的粘结磨料制品可包含诸如填料颗粒的附加组分，但要受其它成分所要满足的重量范围要求的限制。可以添加填料颗粒来占据空间和/或提供多孔性。多孔性使得粘结磨料轮能够以剥落的方式被使用，或者磨损磨料颗粒以暴露新的或新鲜的磨料颗粒。根据本公开的粘结磨具制品具有任何范围的多孔性；例如，从约1体积％至50体积％，通常地为1体积％至40体积％。填料的示例包括气泡和小珠(例如，玻璃、陶瓷(氧化铝)、粘土、聚合物、金属)、石膏、大理石、石灰岩、燧石、二氧化硅、硅酸铝以及它们的组合。
用于金属粘结剂材料的粘结剂材料前体通常包括金属颗粒(例如，粉末)，但任选地优选与临时性有机粘结剂(如前文所述)结合，该临时性有机粘结剂将粘结剂材料前体保持在一起并提供可流动性，同时保持形状，除非组合物被加热和/或受到机械力(例如，被拉伸或压扁)。金属粘结剂的示例包括锡、铜、铝、镍以及它们的组合。粘结剂材料前体还可任选地包含添加剂，诸如硬钎焊化合物和耐热填料(例如，陶瓷颗粒和/或纤维)。
一般来讲，助磨剂的添加可增加磨料制品的使用寿命。助磨剂是一种显著影响研磨的化学过程和物理过程的材料，其使性能得到改善。助磨剂涵盖众多不同的材料，并且可以是基于无机或基于有机的。助磨剂的示例包括蜡、有机卤化化合物、卤化物盐和金属以及它们的合金。有机卤化化合物将通常在研磨过程中分解，并且释放卤酸或气态卤化化合物。此类材料的示例包括氯化石蜡，如四氯化萘、五氯化萘、和聚氯乙烯。卤化物盐的示例包括氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、四氟化硅、氯化钾和氯化镁。金属的示例包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁和钛。其他杂项助磨剂包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物。可以使用不同助磨剂的组合，并且在一些情况下，这可产生协同增强效应。
根据本公开的磨料预成型件包括陶瓷磨料颗粒，优选地为成形的陶瓷磨料颗粒，其包含至少一种金属的氧化物或碳化物。合适的陶瓷金属氧化物的示例包括氧化铝、镁铝氧化物(例如，尖晶石)、氧化锆、钠铝氧化物、锶铝氧化物、锂铝氧化物、铁铝氧化物、镁铝氧化物和/或锰铝氧化物。合适的陶瓷金属碳化物的示例包括碳化硅、碳化钛和碳化钨。
根据本公开的磨料预成型件和制品可任选地包含除成形的陶瓷磨料颗粒之外的其它磨料颗粒。
基于α氧化铝的陶瓷磨料颗粒可根据熟知的工艺制备，例如美国专利4,314,827(Leitheiser)、No.5,152,917(Pieper等人)、5,213,591(Celikkaya等人)、5,435,816(Spurgeon等人)、5,672,097(Hoopman等人)、5,946,991(Hoopman等人)、5,975,987(Hoopman等人)和6,129,540(Hoopman等人)以及美国公布专利申请2009/0165394A1(Culler等人)和2009/0169816A1(Erickson等人)中所述的工艺。
可用的陶瓷磨料颗粒可包括例如：熔融氧化铝；热处理的氧化铝；白色熔融氧化铝；陶瓷氧化铝材料，诸如以商品名3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,Minnesota)商购获得的那些；棕色氧化铝；蓝色氧化铝；以及溶胶-凝胶法制备的磨料颗粒(例如，包括成形形式和粉碎形式)；以及它们的组合。
陶瓷磨料颗粒上的表面涂层可用于改善陶瓷磨料颗粒与粘结剂材料之间的粘附力，或者可用于协助陶瓷磨料颗粒的沉积。在一个实施方案中，可使用如美国专利5,352,254(Celikkaya)中描述的表面涂层，相对于成形磨料颗粒的重量，该表面涂层的量为0.1％至2％。此类表面涂层在美国专利5,213,591(Celikkaya等人)、5,011,508(Wald等人)、1,910,444(Nicholson)、3,041,156(Rowse等人)、5,009,675(Kunz等人)、5,085,671(Martin等人)、4,997,461(Markhoff-Matheny等人)和5,042,991(Kunz等人)中有所描述。另外，表面涂层可防止成形磨料颗粒封堵。“封堵”这一术语用来描述来自正被研磨的工件的金属颗粒被焊接到成形陶瓷磨料颗粒顶部的现象。执行上述功能的表面涂层对本领域的技术人员而言是已知的。
由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六铝酸盐的晶粒构成的陶瓷磨料颗粒可根据例如美国专利5,213,591(Celikkaya等人)以及美国公布专利申请2009/0165394A1(Culler等人)和2009/0169816A1(Erickson等人)中描述的方法制备。
溶胶-凝胶法制备的磨料颗粒及其制备方法的示例可见于美国专利4,314,827(Leitheiser等人)、4,623,364(Cottringer等人)、4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等人)和4,881,951(Monroe等人)，以及美国公布专利申请2009/0165394Al(Culler等人)中。还设想，磨料颗粒可包括研磨团聚物，例如在美国专利4,652,275(Bloecher等人)或4,799,939(Bloecher等人)中描述的那些。在一些实施方案中，磨料颗粒可用偶联剂(例如，有机硅烷偶联剂)进行表面处理或进行其它物理处理(例如氧化铁或二氧化钛)以增强磨料颗粒与粘结剂的附着力。磨料颗粒可在它们与粘结剂结合之前进行处理，或者它们可通过将偶联剂包括到粘结剂中进行原位表面处理。
虽然对成形陶瓷磨料颗粒的形状没有特别限制，但是磨料颗粒优选地通过利用模具将包括陶瓷前体材料(例如，勃姆石溶胶-凝胶)的前体颗粒成形然后通过烧结而形成为预定形状。成形陶瓷磨料颗粒可成形为例如棱柱、棱锥、棒、圆柱体、截头棱锥(例如，截头三棱锥或截头四棱锥)和/或一些其它规则或不规则的多边形。磨料颗粒可包括一种磨料颗粒或通过两种或更多种磨料或两种或更多种磨料的磨料混合物形成的磨料聚集体。在一些实施方案中，成形陶瓷磨料颗粒是精确成形的，因为各个成形陶瓷磨料颗粒将具有如下形状，该形状基本上为其中颗粒前体在可选煅烧和烧结之前干燥的模具或生产工具的腔的一部分的形状。
本公开中使用的成形陶瓷磨料颗粒通常可以使用工具(即，模具)制成，并使用精密加工切割，从而提供比其它制造替代方法(诸如，压印或冲压)更高的结构特征清晰度。通常，工具表面中的腔具有沿着尖锐边缘交汇的平面，并形成截棱锥的侧面和顶部。所得的成形陶瓷磨料颗粒具有对应于工具表面中的腔的形状(例如，截头棱锥)的对应标称平均形状；然而，在制造过程中可发生标称平均形状的变型(例如，无规变型)，并且表现出此类变型的成形陶瓷磨料颗粒包括在本文所用的成形陶瓷磨料颗粒的定义中。
在一些实施方案中，成形陶瓷磨料颗粒的基部和顶部基本上平行，得到棱柱或截头棱锥形状，但是这不是必需的。在一些实施方案中，截头三棱锥的侧部具有相等的尺寸并且与基部形成约82度的二面角。然而，将认识到，也可使用其他二面角(包括90度)。例如，基部和每个侧部之间的二面角可独立地在45至90度的范围内变化，通常在70至90度的范围内变化，更通常在75至85度的范围内变化。
在一些优选的实施方案中，陶瓷磨料颗粒包括成形陶瓷磨料颗粒(例如，溶胶-凝胶法制备的成形多晶α氧化铝颗粒)，其一般为三角形形状(例如，三棱柱或截头三棱锥)。在一些实施方案中，溶胶-凝胶法制备的成形α氧化铝颗粒为精确成形的颗粒(即，颗粒具有的形状至少部分地由用于制备它们的生产工具中的腔的形状决定)。溶胶-凝胶法制备的成形α氧化铝(即，陶瓷)磨料颗粒的示例可见于美国专利5,201,916(Berg)、5,366,523(Rowenhorst(Re 35,570))和5,984,988(Berg)中。美国专利8,034,137(Erickson等人)描述了已形成特定形状的氧化铝磨料颗粒，然后将其粉碎以形成保持其初始形状特征结构的一部分的碎片。在一些实施方案中，溶胶-凝胶法制备的成形α氧化铝颗粒为精确成形的颗粒(即，颗粒具有的形状至少部分地由用于制备它们的生产工具中的腔的形状决定)。关于此类磨料颗粒及其制备方法的细节可见于例如美国专利8,142,531(Adefris等人)、8,142,891(Culler等人)和8,142,532(Erickson等人)；以及美国专利申请公布2012/0227333(Adefris等人)、2013/0040537(Schwabel等人)和2013/0125477(Adefris)中。
虽然对成形陶瓷磨料颗粒的形状没有特别限制，但是磨料颗粒优选地通过利用模具将包括陶瓷前体材料(例如，勃姆石溶胶-凝胶)的前体颗粒成形然后通过烧结而形成为预定形状。成形的陶瓷磨料颗粒可成形为例如棱柱、棱锥、截头棱锥(例如，截头三棱锥或截头四棱锥)和/或一些其它规则或不规则的多边形。磨料颗粒可包括一种磨料颗粒或通过两种或更多种磨料或两种或更多种磨料的磨料混合物形成的磨料聚集体。在一些实施方案中，成形陶瓷磨料颗粒是精确成形的，因为各个成形陶瓷磨料颗粒将具有如下形状，该形状基本上为其中颗粒前体在可选煅烧和烧结之前干燥的模具或生产工具的腔的一部分的形状。
本公开中使用的成形陶瓷磨料颗粒通常可以使用工具(即，模具)制成，并使用精密加工切割，从而提供比其它制造替代方法(诸如，压印或冲压)更高的特征清晰度。通常，工具表面中的腔具有沿着尖锐边缘交汇的平面，并形成截棱锥的侧面和顶部。所得的成形陶瓷磨料颗粒具有对应于工具表面中的腔的形状(例如，截头棱锥)的相应标称平均形状；然而，在制造过程中可发生标称平均形状的变型(例如，无规变型)，并且表现出此类变型的成形陶瓷磨料颗粒包括在本文所用的成形陶瓷磨料颗粒的定义中。
在一些实施方案中，成形陶瓷磨料颗粒的基部表面和顶部表面基本上平行，得到棱柱或截头棱锥形状，但是这不是必需的。在一些实施方案中，截头三棱锥的侧部具有相等的尺寸并且与基部形成约82度的二面角。然而，将认识到，也可使用其他二面角(包括90度)。例如，基部和每个侧部之间的二面角可独立地在45至90度的范围内变化，通常在70至90度的范围内变化，更通常在75至85度的范围内变化。
如本文所用，在涉及成形陶瓷磨料颗粒时，术语“长度”指成形磨料颗粒的最大尺寸。“宽度”指与长度垂直的成形磨料颗粒的最大尺寸。术语“厚度”或“高度”指与长度和宽度垂直的成形磨料颗粒的尺寸。
在一些优选的实施方案中，磨料颗粒包括成形陶瓷磨料颗粒(例如，溶胶-凝胶法制备的成形的多晶α氧化铝颗粒)，其一般为三角形形状(例如，三棱柱或截头三棱锥)。
通常选择的成形陶瓷磨料颗粒具有1微米至15000微米、更通常10微米至约10000微米、并且仍更通常150微米至2600微米范围内的长度，但是也可使用其它长度。在一些实施方案中，长度可表示为其中包含磨料的粘结磨料轮的厚度的一部分。例如，成形磨料颗粒可具有大于粘结磨料轮的厚度的一半的长度。在一些实施方案中，长度可大于粘结磨料轮(例如，切割轮)的厚度。
优选地，成形陶瓷磨料颗粒具有0.1微米至3500微米、更优选100微米至3000微米、并且更优选100微米至2600微米范围内的宽度，但是也可使用其它宽度。优选地，成形陶瓷磨料颗粒具有0.1微米至1600微米、更优选1微米至1200微米范围内的厚度，但是可使用其它厚度。在一些实施方案中，成形陶瓷磨料颗粒可具有至少2、3、4、5、6或更大的纵横比(长度与厚度之比)。
根据本公开的磨料预成型件和制品可任选地包含除成形陶瓷磨料颗粒之外的其它磨料颗粒。
可用的其它磨料颗粒可包括例如：熔融氧化铝；经热处理的氧化铝；白色熔融氧化铝；陶瓷氧化铝材料，诸如以商品名3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，St.Paul，MN)商购获得的那些；棕色氧化铝；蓝色氧化铝；碳化硅(包括绿色碳化硅)；二硼化钛；碳化硼；碳化钨；石榴石；碳化钛；金刚石；立方氮化硼；石榴石；锆刚玉；氧化铁；氧化铬；氧化锆；二氧化钛；氧化锡；石英；长石；燧石；金刚砂；溶胶-凝胶法制备的磨料颗粒(例如，包括成形和粉碎形式)；以及它们的组合。另外的示例包括粘结剂基质中磨料颗粒的成形的磨料复合物，诸如美国专利5,152,917(Pieper等人)中描述的那些。许多此类磨料颗粒、团聚物和复合物在本领域中是已知的。
另外的磨料颗粒可为粉碎的磨料颗粒或成形磨料颗粒或它们的组合。可用的另外的磨料颗粒可包括例如：熔融氧化铝；经热处理的氧化铝；白色熔融氧化铝；陶瓷氧化铝材料，诸如以商品名3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany，St.Paul，MN)商购获得的那些；棕色氧化铝；蓝色氧化铝；碳化硅(包括绿色碳化硅)；二硼化钛；碳化硼；碳化钨；石榴石；碳化钛；金刚石；立方氮化硼；石榴石；锆刚玉；氧化铁；氧化铬；氧化锆；二氧化钛；氧化锡；石英；长石；燧石；金刚砂；溶胶-凝胶法制备的磨料颗粒(例如，包括成形和/或粉碎形式)；以及它们的组合。另外的示例包括粘结剂基质中的磨料颗粒的成形磨料复合物，诸如美国专利5,152,917(Pieper等人)中描述的那些。许多此类磨料颗粒、团聚物和复合物在本领域中是已知的。
可使用任何合适的技术将磨料颗粒(例如，陶瓷磨料颗粒或其它)置于框架的腔内。示例包括将磨料颗粒掉落到框架上，同时其取向为使第一主表面中的腔朝上，然后充分搅拌颗粒以使得它们落入腔中。合适的搅拌方法的示例可包括刷涂、吹风、振动、施加真空(例如，对于具有从第一主表面延伸贯穿至第二主表面处的开口的腔的框架)以及它们的组合。
在典型的使用中，磨料颗粒可移除地设置在框架中的腔的至少一部分中、优选地框架中的腔的至少50％、60％、70％、80％、90％或甚至100％中。优选地，磨料颗粒可移除地并且完全置于至少一部分腔内，更优选地磨料颗粒可移除地并且完全置于至少80％的腔内。在一些实施方案中，磨料颗粒从腔突出或完全容纳于其中，或它们的组合。
磨料颗粒(例如，粉碎的磨料颗粒)可根据磨料行业公认的规定标称等级独立地按大小分类。示例性磨料行业公认的分级标准包括由ANSI(美国国家标准学会)、FEPA(欧洲磨料制造者联盟)和JIS(日本工业标准)颁布的标准。此类行业公认的分级标准包括例如：ANSI 4、ANSI6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI 24、ANSI 30、ANSI 36、ANSI 40、ANSI50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI 100、ANSI 120、ANSI 150、ANSI 180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI320、ANSI 360、ANSI 400和ANSI 600；FEPA P8、FEPA P12、FEPA P16、FEPA P24、FEPA P30、FEPA P36、FEPA P40、FEPA P50、FEPA P60、FEPA P80、FEPA P100、FEPA P120、FEPA P150、FEPA P180、FEPA P220、FEPA P320、FEPA P400、FEPA P500、FEPA P600、FEPA P800、FEPAP1000、FEPA P1200；FEPA F8、FEPA F12、FEPA F16和FEPA F24；以及JIS 8、JIS 12、JIS 16、HS 24、JIS 36、JIS 46、JIS 54、JIS 60、JIS 80、JIS 100、JIS 150、JIS 180、JIS 220、JIS240、JIS 280、JIS 320、JIS 360、JIS 400、JIS 400、JIS 600、JIS 800、JIS 1000、JIS1500、JIS 2500、JIS 4000、JIS 6000、JIS 8000和JIS 10,000。更通常的是，将粉碎的氧化铝颗粒和无晶种溶胶-凝胶衍生的氧化铝基磨料颗粒的大小独立地确定为ANSI 60和80或者FEPA F36、F46、F54和F60或者FEPA P60和P80分级标准。
另选地，磨料颗粒(例如，成形陶瓷磨料颗粒)可利用符合ASTM E-11“针对测试目的的筛布和筛的标准规格”(Standard Specification for Wire Cloth and Sieves forTesting Purposes)的美国标准试验筛被分级为标称筛选等级。ASTME-11规定了试验筛的设计和构造需求，该试验筛利用安装在框架中的织造筛布为介质根据指定的颗粒大小对材料进行分类。典型标号可以表示为-18+20，其意指成形陶瓷磨料颗粒通过符合ASTM E-11规范的18目试验筛，并且保留在符合ASTM E-11规范的20目试验筛上。在一个实施方案中，磨料颗粒具有颗粒大小，使得大多数磨料颗粒通过18目试验筛并且可保留在20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目试验筛上。在各种实施方案中，陶瓷成形磨料颗粒可具有的标称筛分等级包括：-18+20、-20/+25、-25+30、-30+35、-35+40、5-40+45、-45+50、-50+60、-60+70、-70/+80、-80+100、-100+120、-120+140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325、-325+400、-400+450、-450+500或-500+635。或者，可使用诸如-90+100的定制网目大小。
在一些优选的实施方案中，磨料颗粒(例如，精确成形的陶瓷磨料颗粒或其它)在与框架组合之前涂覆有粘结剂材料前体的颗粒。这可能有利于在固化时良好地粘结到框架。粘结剂材料前体的固化条件(例如，温度和压力)将随着所选粘结剂材料前体和轮设计而变化。可例如使用烘箱或受热的模具或任何其它合适的装置来实现加热。就辐射固化性树脂而言，可使用光化学光源。合适条件的选择在本领域普通技术人员的能力范围内。
根据本公开的方法也可用于例如制备带涂层磨料制品和粘结磨料制品。
根据本公开制备的带涂层磨料制品的示例性实施方案在图4中示出。参见图4，带涂层的磨料制品400具有背衬420和磨料层430。磨料层430包括通过底漆层450固定到背衬420(基底)的主表面470的成形(精确成形的)陶瓷磨料颗粒120。优选地，带涂层磨料制品进一步包括覆盖并固定到底漆层450和成形陶瓷磨料颗粒420的任选面漆层460。如果需要，还可以包括另外的层，诸如叠覆在面漆层上的任选顶胶层(未示出)，或背衬抗静电处理层(未示出)。带涂层磨料制品400的制备方式为：使图3A和图3B中示出的磨料预成型件300接触背衬420，然后致使框架的粘结剂材料前体流动并固化(例如，通过加热)，从而致使磨料颗粒变成以与磨料预成型件中基本上相同的位置和取向牢固地附接到背衬。优选地，在此时将传统面漆涂层施用到框架310和精确成形的陶瓷磨料颗粒120上，然后固化以形成面漆层460。
合适的背衬材料的示例包括织造织物、聚合物膜、硫化纤维、非织造织物、针织织物、纸材、它们的组合及其经过处理的型式。粘结剂可以是任何合适的粘结剂，包括无机或有机粘结剂(包括热固化性树脂和辐射固化性树脂)。
关于带涂层磨料制品的更多细节(例如，背衬、面漆层和构造)可见于，例如，美国专利4,734,104(Broberg)；4,737,163(Larkey)；5,203,884(Buchanan等人)；5,152,917(Pieper等人)；5,378,251(Culler等人)；5,436,063(Follett等人)；5,496,386(Broberg等人)；5,609,706(Benedict等人)；5,520,711(Helmin)；5,961,674(Gagliardi等人)以及5,975,988(Christianson)。
根据本公开的磨料预成型件和方法也可用于制备粘结磨料制品。
粘结磨料制品通常包括通过粘结剂材料(例如，基于有机树脂的粘结剂、玻璃质粘结剂或金属粘结剂)保持在一起的磨料颗粒的成型块体。此类成型块体可以为例如轮的形式，诸如磨削轮或切割轮。磨削轮的直径通常为约1cm至超过1m；切割轮的直径为约1cm至超过200cm(更通常为3cm至约50cm)。切割轮的厚度通常为约0.5mm至约5cm，更通常为约0.5mm至约2cm。成型块体还可以为例如珩磨石、砂瓦、磨头、圆盘或其他常规粘结磨料形状的形式。粘结磨料制品通常包含约3体积％至50体积％的粘结材料，约30体积％至90体积％的磨料颗粒(或磨料颗粒共混物)，至多50体积％的添加剂(包括助磨剂)，和至多70体积％的孔隙，所述体积％是基于粘结磨料制品的总体积计算的。
在一些实施方案中，根据本公开制备的粘结磨料制品包括根据预定三维图案定位和取向的单层磨料颗粒。在该实施方案中，磨料颗粒包括陶瓷磨料颗粒(优选地为精确成形的陶瓷磨料颗粒)和任选的辅助磨料颗粒，如前文所述。如果包括精确成形的陶瓷磨料颗粒，则它们优选地在粘结磨料制品的平面中对齐，并且如果为盘的形式，则它们优选地对齐使得每个精确成形的陶瓷磨料颗粒的一个点径向向外对齐。此类构造可能非常适于制造某些超薄磨料切割轮。磨料颗粒可均匀分布在磨料制品中，或集中在磨料制品的所选择的区域或部分中。
在其它实施方案中，根据本公开的粘结磨料制品的制备方式可为：层铺多个磨料预成型件，任选地结合一种或多种稀松布(例如，制造磨削轮)，稀松布可设置在磨料预成型件与粘结磨料制品的外侧面之间或设置在粘结磨料制品的外侧面上。在该方法中，磨料预成型件可以相同或不同(例如，相对于磨料颗粒的组成和/或布置和取向)。
然而经过构造后，装配的预成型件和任选的稀松布被加热，以致使粘结剂材料前体固化(树脂粘合粘结剂材料)和/或烧结(玻璃质和金属粘合粘结剂材料)。加热可以在施加或不施加外部压力(例如，在热压机或热模机中)的情况下进行。加热条件将取决于粘结剂材料前体和预期粘结磨料制品的性质。
例如，具有有机树脂粘结剂的粘结磨料通常在最高至约220℃的温度(但也可使用更高的温度)下受热足够时间以固化热固性材料并形成耐用的粘结剂材料。
对于具有玻璃质粘结剂的粘结磨料而言，典型的焙烧温度通常在约500℃至约1400℃的范围内，但是这不是必需的。应当理解，为焙烧步骤选择的温度以及玻璃质粘结相的组成必须选择为不对磨料制品中包含的高密度溶胶-凝胶氧化铝基磨料颗粒和任何其它磨料颗粒的物理性质和/或组成产生不利影响。
具有金属粘结剂的粘结磨料通常在约500℃至约1100℃的范围内加热，但也可使用更高的温度。
在加热期间可任选地施加的典型压力范围可最高至约300kg/cm2(29MPa)或更高。
针对具体粘结剂前体材料的固化条件的选择在本领域普通技术人员的能力范围内。
现在参见图5A和图5B，组件500包括多个磨料预成型件500a,500b,500c和任选的加固稀松布540a,540b,540c的叠堆561。该叠堆经过压缩和/或加热(例如，在热模机中)，从而导致框架变形(例如，流动)，并永久性地接合在一起，并形成一体的粘结磨料制品(例如，磨削轮或切割轮)。
现在参见图6，示例性粘结磨料制品600(可分别由图1B、图2B或图3B所示的层铺的磨料预成型件100,200和/或300制备而成)包括保留在粘结剂材料630中的多个磨料颗粒620(例如，粉碎的磨料颗粒、金刚石、立方氮化硼、成形的陶瓷磨料颗粒和/或精确成形的陶瓷磨料颗粒)。磨料颗粒620的至少一部分根据包括磨料颗粒620的基本上平行层的预定三维图案设置在粘结磨料制品的主体内。
尽管图6示出了多层磨料颗粒，但根据本公开也可以制备具有单层或至少2层、至少3层、至少4层或甚至至少10层基本上平行的磨料颗粒620的粘结磨料制品，其中单个层可包括不同的磨料颗粒。
可存在粘结磨料制品的两个或更多个不同部分。例如，就磨削轮而言，轮的径向最外侧部分可包括根据本公开布置的成形陶瓷磨料颗粒，而最内侧部分则不包括。另选地，磨料颗粒可均匀分布在整个粘结磨料制品中。
根据本公开的粘结磨料制品可用作例如油石、磨削轮和切割轮。
磨削轮的厚度通常为0.5cm至100cm，更通常地为1cm至10cm，并且其直径通常在约1cm和100cm之间，更通常地在约10cm和100cm之间，但也可以使用其他尺寸。例如，粘结磨料制品可为直径通常在10cm和15cm之间的杯形轮形式，或可为直径最大至100cm的荒磨轮形式。可以使用任选的中心孔来将磨削轮附接至动力驱动的工具。如果存在的话，中心孔的直径通常为0.5cm至2.5cm，但可使用其它大小。任选的中心孔可以是经过强化的；例如，通过金属凸缘强化。另选地，可以将机械紧固件沿轴向固定至切割轮的一个表面。示例包括螺杆。
典型切割轮的厚度为0.80毫米(mm)至16mm，更通常为1mm至8mm，并且直径通常在2.5cm与100cm(40英寸)之间，更通常地在约7cm和13cm之间，但最高达数米的直径是已知的。可以使用任选的中心孔(可压缩该中心孔)来将切割轮附接至动力驱动的工具。如果存在的话，中心孔的直径通常为0.5cm至2.5cm，但可使用其它大小。任选的中心孔可以是经过强化的；例如，通过金属凸缘强化。另选地，可以将机械紧固件沿轴向固定至切割轮的一个表面。示例包括螺杆、螺母、Tinnerman螺母和卡口固定杆。
可选地，根据本公开的粘结磨具制品还可以包括用于强化粘结磨具制品的稀松布；例如，该稀松布设置在粘结磨具制品的一个或两个主表面上，或者设置在粘结磨具制品内。稀松布的示例包括织造布或针织布。稀松布中的纤维可以由玻璃纤维(例如玻璃丝(fiberglass))、有机纤维(诸如聚酰胺、聚酯或聚酰亚胺)制成。在某些情况下，可能期望在粘结介质内包括强化短纤维，使得纤维均匀地分散在整个粘结磨料制品上。
根据本发明的粘结磨具制品可用于例如研磨工件。例如，可将它们形成磨削轮或切割轮，该磨削轮或切割轮具有良好的磨削特性，同时保持可避免对工件造成热损坏的相对低的工作温度。
根据本公开的磨料制品可用于例如研磨工件。在使用中，方法通常包括：将磨料制品中的磨料颗粒与工件表面进行摩擦接触，以及使磨料制品和工件表面中的至少一个相对于另一个移动，以研磨工件表面的至少一部分。用根据本公开的磨料颗粒进行研磨的方法包括例如荒磨(即，高压高切削)到抛光(例如，用涂覆磨带抛光医用植入物)，其中后者通常采用更细等级(例如，ANSI 220及更细)的磨料颗粒来完成。磨料颗粒还可用于精密研磨应用，诸如用玻璃化粘结轮来磨削凸轮轴。用于特定研磨应用的磨料颗粒的尺寸对于本领域的技术人员将是显而易见的。
粘结磨料轮可安装在磨削工具(例如，直角磨削工具)上使用。该工具可通常以约1000至50000转/分钟(rpm)的速度被电力或气压驱动。
研磨可以干法或湿法进行。对于湿法研磨，所引入的液体可以按轻雾到完全水流的形式提供。常用液体的示例包括：水、水溶性油、有机润滑剂和乳液。这些液体可用来减少与研磨相关联的热和/或作为润滑剂使用。液体可包含微量添加剂，诸如杀菌剂、消泡剂等。
工件的示例包括铝金属、碳钢、低碳钢(例如1018低碳钢和1045低碳钢)、工具钢、不锈钢、硬化钢、钛、玻璃、陶瓷、木材、木材类材料(例如胶合板和刨花板)、油漆、涂漆面、有机物涂覆表面等。在研磨期间施加的力通常在约1至约100千克(kg)的范围内，但也可以使用其他压力。
本公开的精选实施方案
在第一实施方案中，本公开提供一种磨料预成型件，其包括：
具有彼此相对并平行的第一主表面和第二主表面的框架，其中第一主表面具有形成于其中的多个精确成形的腔，其中框架包含粘结剂前体材料；和
设置在多个精确成形的腔的至少一部分中的陶瓷磨料颗粒，其中陶瓷磨料颗粒包含至少一种金属的氧化物或碳化物。
在第二实施方案中，本公开提供根据第一实施方案所述的磨料预成型件，其中粘结剂前体材料包括玻璃或陶瓷材料或它们的前体中的至少一种。
在第三实施方案中，本公开提供根据第一实施方案或第二实施方案所述的磨料预成型件，其中粘结剂前体材料基本上不含金属颗粒。
在第四实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第三实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中陶瓷磨料颗粒包含α氧化铝。
在第五实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第四实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中陶瓷磨料颗粒为精确成形的。
在第六实施方案中，本公开提供根据第五实施方案所述的磨料预成型件，其中精确成形的陶瓷磨料颗粒中的每一个陶瓷磨料颗粒分别具有被至少三个侧壁隔开并邻接该至少三个侧壁的顶部表面和基部表面。
在第七实施方案中，本公开提供根据第五实施方案或第六实施方案所述的磨料预成型件，其中精确成形的陶瓷磨料颗粒为三角形。
在第八实施方案中，本公开提供根据第五实施方案至第七实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中大部分精确成形的陶瓷磨料颗粒分别设置在多个精确成形的腔中的对应腔内，使得陶瓷磨料颗粒的基部表面与框架的第一主表面对齐。
在第九实施方案中，本公开提供根据第五实施方案至第七实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中大部分精确成形的陶瓷磨料颗粒分别设置在多个精确成形的腔中的对应腔内，使得陶瓷磨料颗粒的基部表面与框架的第一主表面形成至少45度的二面角。
在第十实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第九实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中框架包括片材或幅材。
在第十一实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第十实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中粘结剂前体材料包括熔融可流动组合物。
在第十二实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第十一实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中粘结剂前体材料包括酚醛树脂和糠醇。
在第十三实施方案中，本公开提供一种磨料预成型件，其包括：
具有彼此相对并平行的第一主表面和第二主表面的框架，其中第一主表面具有形成于其中的多个第一腔，其中第二主表面具有形成于其中的多个第二腔，并且其中框架包含粘结剂前体材料；
设置在多个第一腔的至少一部分中的第一磨料颗粒；和
设置在多个第二腔的至少一部分中的第二磨料颗粒。
在第十四实施方案中，本公开提供根据第十三实施方案所述的磨料预成型件，其中粘结剂前体材料包括玻璃或陶瓷材料或它们的前体中的至少一种。
在第十五实施方案中，本公开提供根据第十三实施方案或第十四实施方案所述的磨料预成型件，其中粘结剂前体材料基本上不含金属颗粒。
在第十六实施方案中，本公开提供根据第十三实施方案至第十五实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中磨料颗粒包含α氧化铝。
在第十七实施方案中，本公开提供根据第十三实施方案至第十六实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中第一磨料颗粒包括精确成形的陶瓷磨料颗粒。
在第十八实施方案中，本公开提供根据第十七实施方案所述的磨料预成型件，其中精确成形的陶瓷磨料颗粒中的每一个陶瓷磨料颗粒分别具有被至少三个侧壁隔开并邻接该至少三个侧壁的顶部表面和基部表面。
在第十九实施方案中，本公开提供根据第十七实施方案或第十八实施方案所述的磨料预成型件，其中精确成形的陶瓷磨料颗粒为三角形。
在第二十实施方案中，本公开提供根据第十三实施方案至第十九实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中大部分精确成形的陶瓷磨料颗粒分别设置在多个精确成形的腔中的对应腔内，使得陶瓷磨料颗粒的基部表面与框架的第一主表面对齐。
在第二十一实施方案中，本公开提供根据第十三实施方案至第二十实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中粘结剂前体材料包括熔融可流动组合物。
在第二十二实施方案中，本公开提供根据第十三实施方案至第二十一实施方案中任一项所述的磨料预成型件，其中粘结剂前体材料包括酚醛树脂和糠醇。
在第二十三实施方案中，本公开提供一种制备磨料制品的方法，该方法包括以下步骤：
i)提供根据第一实施方案至第二十二实施方案中任一项所述的第一磨料预成型件；以及
ii)软化并固化第一磨料预成型件，从而硬化框架。
在第二十四实施方案中，本公开提供根据第二十三实施方案所述的制备磨料制品的方法，还包括：
提供背衬；以及
在执行步骤ii)时，将第一磨料预成型件和背衬推压在一起，使得背衬和第一磨料预成型件永久性地接合在一起。
在第二十五实施方案中，本公开提供根据第二十四实施方案所述的制备磨料制品的方法，还包括：
提供根据第一实施方案至第二十二实施方案中任一项所述的第二磨料预成型件，并且该第二磨料预成型件可与第一磨料预成型件相同或不同；以及
在执行步骤ii)时，将第一磨料预成型件和第二磨料预成型件推压在一起，使得第一磨料预成型件和第二磨料预成型件永久性地接合在一起。
在第二十六实施方案中，本公开提供包括保留在粘结剂材料中的多个陶瓷磨料颗粒的粘结磨料制品，其中陶瓷磨料颗粒各自包含至少一种金属的氧化物或碳化物，并且其中陶瓷磨料颗粒的至少一部分根据包括至少两层陶瓷磨料颗粒的预定三维图案设置在粘结剂材料中。
在第二十七实施方案中，本公开提供根据第二十六实施方案所述的粘结磨料制品，其中陶瓷磨料颗粒的至少两层是平行的。
在第二十八实施方案中，本公开提供根据第二十六实施方案所述的粘结磨料制品，其中包含在至少两层陶瓷磨料颗粒中的陶瓷磨料颗粒根据相同的预定图案定位在其相应层内。
在第二十九实施方案中，本公开提供根据第二十六实施方案至第二十八实施方案中任一项所述的粘结磨料制品，其中粘结剂材料为玻璃质的。
在第三十实施方案中，本公开提供根据第二十六实施方案至第二十九实施方案中任一项所述的粘结磨料制品，其中陶瓷磨料颗粒为精确成形的陶瓷磨料颗粒，并且其中精确成形的陶瓷磨料颗粒根据预定方向取向。
通过以下非限制性实施例进一步说明本公开的对象和优点，但这些实施例中引用的具体材料及其量以及其它条件和细节不应视为对本公开的不当限制。
实施例：
除非另外指明，否则在实施例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分数、比率等均以重量计。
磨料颗粒的制备
实施例中的精确成形的α氧化铝磨料颗粒SAP1根据美国专利8,142,531(Adefris等人)中实施例1的公开内容通过在等边三角形聚丙烯模具腔中模制氧化铝溶胶-凝胶制备而成，不同的是浸渍溶液包含93.1重量％的Mg(NO2)3、6.43重量％的去离子水以及0.47重量％的Co(NO3)2。
下表1列出了实施例中所使用的各种材料。
表1
切割测试方法
将1/8英寸(3.2mm)厚、40英寸(1m)长的不锈钢片材固定，使其主表面相对于水平面以35度角倾斜。沿着倾斜片材的向下倾斜顶部表面固定导轨。将DeWalt D28114型4.5英寸(11.4cm)/5英寸(12.7cm)切割轮角磨机固定至导轨，使得工具在重力下沿向下路径引导。将用于评估的切割轮安装在工具上，使得在切割轮工具被释放以在重力下沿着轨道向下行进时，切割轮经过不锈钢片材的整个厚度。激活切割轮工具以在10000rpm下旋转切割轮，释放该工具以开始其下降，并且在60秒后测量不锈钢片材的所得切割的长度。在切割测试之前和之后测量切割轮的尺寸以确定磨损情况。
实施例1
实施例1描述树脂粘结磨料轮的制备。
聚丙烯定位工具的腔具有3612个水平的等边三角形腔，该腔具有0.075英寸(1.9mm)长的尺寸、相对于每个腔底部的98度侧壁角以及0.0138英寸(0.35mm)的模具腔深度，其以径向阵列(所有顶点都指向周边)布置，以IM填充腔，并且允许对IM固化。经固化的IM随后以IM过量填充至30密耳(762微米)。IM的顶部表面在玻璃板的重量下变平，并且允许对IM固化。去除玻璃板，并且从丙烯片材上去除经固化的IM并切割成一定大小。将经固化的IM置于玻璃板上，光滑面朝下，从而得到具有聚丙烯定位工具的反向图案的硅树脂工具700，示于图7中。
将PP的混合物(20克)与5克异丙醇组合，并通过手用不锈钢刮刀混合。混合组合的混合物以形成具有光滑厚度蜂蜜状稠度的浆液，然后通过两个步骤将浆液涂覆在硅树脂工具中。
在第一步中，使用刮板填充工具中的腔。在第二步中，以20密耳(0.51mm)的标称厚度将顶层刮刀涂布在填充的腔和工具表面上。然后将直径为125mm的SCRIM盘置于混合物的顶部，用于增强支撑。
然后将经涂布的硅树脂工具于热板上在40℃下干燥24小时以蒸发异丙醇，然后将其从热板上去除并冷却。从工具上去除所得模制酚醛树脂框架800，示于图8中。
随后通过振动类型的喂料机将SAP1振动到框架的腔中。将除了容纳到酚醛树脂预成型件腔中的成形磨料颗粒之外的多余成形磨料颗粒通过刷动和晃动去除。总共3.2克的SAP1填充了腔。将直径为125mm的SCRIM盘置于SAP1填充的酚醛树脂框架的顶部上。以50吨(45公吨)的负载在室温下按压叠堆2秒钟。从压机上去除叠堆，然后从酚醛树脂框架叠堆上冲出23mm的内径。第二酚醛树脂框架以同样方式制备并填充SAP1。将第一酚醛树脂框架-SAP1-稀松布叠堆置于填充有SAP1的第二酚醛树脂框架的顶部上，稀松布面朝下。以50吨(45公吨)的负载在室温下按压该5层叠堆2秒钟。从压机上去除叠堆，并从最终酚醛树脂预成型件叠堆上冲出内径为23mm的心轴孔，从而得到切割轮雏形。
然后从压机上去除切割轮雏形，并在叠堆中以30小时的固化周期固化：升温速率为在75℃下保持2小时，在90℃下保持2小时，在110℃下保持5小时，在135℃下保持3小时，在188℃下保持3小时，在188℃下保持13小时，然后冷却2小时使温度降至60℃。轮的最终厚度为0.072英寸(1.83mm)。最终的轮被修整到125mm的直径。
实施例2
以与实施例1相同的方式制备实施例2，不同的是酚醛树脂预成型件以如下方式由PP和FA制成。将196g的PP置于CUISINART食物处理机中，其中速度设置为低速。将16g的FA逐滴加入PP中。总混合时间为3分钟。将所得的PP和FA的块状混合物从食物处理机上去除，然后用手配混以制成增塑树脂球。将增塑树脂球置于两个带有防粘纸内衬的平铝板之间，并于150℉(66℃)下以5psi(34kPa)按压2秒钟以形成增塑树脂薄片。将该片材再次配混成球，并重复按压工艺以获得更加均匀的增塑树脂薄片。
然后将增塑树脂片材(20g)置于硅橡胶模具(如实施例1中所制备)下方，并在热液压平压机中于150℉(66℃)下以5psi(34kPa)按压2秒钟。将防粘纸置于硅模具的顶部上和增塑树脂的下方，以避免粘附到压机。打开压机，并从模制的树脂框架上去除硅树脂模具。用剪刀剪除超出图案化腔阵列的125mm直径的多余增塑树脂。
辅以轻敲和晃动，用3.2g的SAP1填充酚醛树脂预成型件的腔。将除了容纳到工具腔中的成形磨料颗粒之外的多余成形磨料颗粒通过刷动和晃动去除。
将直径为125mm的SCRIM盘置于SAP1填充的酚醛树脂预成型件框架的顶部。以50吨(45公吨)的负载于150℉(66℃)下在防粘纸之间按压叠堆2秒钟，以将网片和颗粒固定到框架。从压机上去除叠堆，并从酚醛树脂预成型件叠堆上冲出内径为23mm的心轴孔。
第二酚醛树脂框架以同样方式制备并填充3.2g的SAP1。将第一酚醛树脂框架-SAP1-稀松布叠堆置于填充有SAP1的第二酚醛树脂框架的顶部上，稀松布面朝下。以50吨(45公吨)的负载于室温下在防粘纸之间按压该5层叠堆2秒钟。从压机上去除该酚醛树脂框架-SAP1-稀松布-SAP1-酚醛树脂框架的5层叠堆，并从所得磨料主体上冲出内径为23mm的心轴孔。
随后用剃刀刀片将所得主体修剪成外径为127mm(5英寸)的最终尺寸以去除多余的材料。将金属凸缘(28mm×22.45mm×1.2mm，购自波兰亚斯沃的Lumet PPUH公司(LumetPPUH inPoland))置于叠堆的顶部上，然后将经修剪的主体置于PTFE片材之间并置于模具中。闭合模具，并以50吨(45公吨)的负载于室温下按压组件2秒钟。随后从模具上去除切割轮雏形并按实施例1中的方式固化。轮的最终厚度为0.065英寸(1.65mm)。
实施例3
以与实施例2相同的方式制备实施例3，不同的是酚醛树脂预成型件以如下方式由PP和FA制成。将1028g的PAF(氟化钾铝，购自荷兰代尔夫宰尔的KBM Affilips母合金公司(KBM Affilips Master Alloys,Delfzijl,Netherlands))与160g碳化硅(以SIKA(75％-99％碳化硅CAS 409-21-2)购自法国科隆的圣戈班陶瓷材料公司(Saint-Gobain CeramicMaterials AS,Cologne,France))在Eirich搅拌器(型号RV02E)的搅拌钵中混合，以75RPM的水平转速和977RPM的转子电机轴速度混合2分钟。Eirich搅拌器以逆时针方向旋转使用，并且工具直径为185mm。将159g的FA添加到PAF和SiC中并混合5分钟。加入800g的线型酚醛树脂(以HEXION0224P购自俄亥俄州哥伦布的迈图特种化学品公司(Momentive SpecialtyChemicals Columbus,Ohio))，并将全部混合物再混合3分钟。
从Eirich搅拌器上去除所得PAF、SiC、FA和线型酚醛树脂的块状混合物，然后用手配混以形成增塑树脂球。将增塑树脂球置于两个带有防粘纸内衬的平铝板之间，并于150℉(66℃)下以5psi(34kPa)压2秒钟以形成增塑树脂薄片。将该片材再次配混成球，并重复按压工艺以获得更加均匀的增塑树脂薄片。
然后将增塑树脂片材(20g)置于硅橡胶模具(如实施例1中所制备)下方，并在热液压平压机中于150℉(66℃)下以5psi(34kPa)压2秒钟。将防粘纸置于硅模具的顶部上和增塑树脂的下方，以避免粘附到压机。打开压机，并从模制的树脂框架上去除硅树脂模具。用5英寸的冲模冲压增塑树脂，以去除超出图案化腔阵列的125mm直径的多余增塑树脂。
辅以轻敲和晃动，用4g的SAP1填充树脂框架的腔。将除了容纳到框架腔中的成形磨料颗粒之外的多余成形磨料颗粒通过刷动和晃动去除。
将直径为125mm的SCRIM盘置于SAP1填充的酚醛树脂框架的顶部上。以50吨(45公吨)的负载于150℉(66℃)下在防粘纸之间压叠堆2秒钟，以将网片和颗粒固定到框架。从压机上去除叠堆，并从酚醛树脂框架叠堆上冲出内径为23mm的心轴孔。
然后将酚醛树脂框架叠堆翻转并随后置于硅橡胶模具(如实施例1中所制备)下方，并在热液压平压机中于150℉(66℃)下以5psi(34kPa)压2秒钟。将防粘纸置于硅模具的顶部上和增塑树脂的下方，以避免粘附到压机。打开压机，并从模制的树脂框架上去除硅树脂模具。用5英寸的冲模冲压增塑树脂，以去除超出图案化腔阵列的125mm直径的多余增塑树脂。所得酚醛树脂框架叠堆在来自SCRIM的反向面上具有腔。
辅以轻敲和晃动，用4g的SAP1填充酚醛树脂预成型件的腔。将除了容纳到工具腔中的成形磨料颗粒之外的多余成形磨料颗粒通过刷动和晃动去除。将SCRIM置于顶部上，并以50吨(45公吨)的负载于室温下将5层叠堆于防粘纸之间压2秒钟。将该稀松布-SAP1-酚醛树脂预成型件-SAP1-稀松布的5层叠堆从压机上去除，并使用冲模修剪成5英寸的直径并冲出内径为23mm的心轴孔。
将金属凸缘(28mm×22.45mm×1.2mm，购自波兰亚斯沃的Lumet PPUH公司(LumetPPUH inPoland))置于叠堆的顶部和底部上，然后将经修剪的主体置于PTFE片材之间并按实施例1中的方式固化。轮的最终厚度为0.05英寸(1mm)。
比较例A
将SCA(1.1克)添加至55克RP并通过手用压舌板混合。将SCA和RP混合物添加至650克的SAP1中，并在商用搅拌器(KitchenAid，型号KSM C50S)中以3级速度混合7分钟。然后将所得RP/SCA涂覆的SAP1缓慢添加到295g的PP中，在商用搅拌器中以1级速度混合7分钟。然后使用14目的网筛筛选所得填充混合物，以去除较大的混合聚集体。
将直径为125mm的SCRIM2盘置于5英寸(127mm)直径×1英寸(2.5cm)深的金属模具腔的底部中，稀松布面朝上。模具的内径为23mm。然后将填充混合物(39.7g)置于带涂层稀松布的顶部上并使用旋转水平仪展开。接着将SCRIM2的第二盘置于填充混合物的顶部上，稀松布面朝下。将金属凸缘(28mm×22.45mm×1.2mm，购自波兰亚斯沃的Lumet PPUH公司(Lumet PPUH inPoland))置于SCRIM2的顶部上。闭合模具，并以50吨(45公吨)的负载于室温下将稀松布-填料-稀松布夹层压2秒钟，得到切割轮雏形。然后从模具上去除切割轮雏形，并在叠堆中以30小时(hr)固化周期固化：在75℃下保持2小时，在90℃下保持2小时，在110℃下保持5小时，在135℃下保持3小时，在188℃下保持3小时，在188℃下保持13小时，然后冷却2小时使温度降至60℃。轮的最终厚度为0.07英寸(1.78mm)。
下表2列出了以上各个实施例根据切割测试方法得到的结果。
表2
与标准轮构造相比，实施例2的轮具有25％的粒子含量(6.46g)。所得性能非常类似含100％SAP1粒子含量(25.8g)的轮的轮性能。
实施例4
以与实施例2相同的方式制备实施例4的磨料制品，不同的是置于腔中的磨料颗粒完全由AP1组成。
实施例5
实施例5的磨料制品通过类似于实施例1中所述的方式构造硅树脂工具制备而成，不同的是该工具(如图9所示的900)由聚丙烯片材(其具有333个腔/平方英寸(52个腔/平方厘米)的矩形阵列，顶部尺寸为0.0295英寸×0.0295英寸(0.75×0.75mm))制成，在所有侧以18度的角向内渐缩至0.0300英寸(0.76mm)的深度，得到的腔在从距其顶部开口0.0300英寸(0.76mm)的深度处具有0.0200英寸×0.0200英寸(0.51×0.51mm)的底部尺寸。
使用具有30密耳(762微米)刮刀间隙的小刮刀片将MB涂覆到硅树脂工具中。随后将润湿的MB浆液和模具置于热板上，于40℃下保持10分钟，以除去溶剂。从工具上去除所得金属框架1000，并且然后将0.16克/平方英寸(25mg/平方厘米)的AP2振动到腔中，得到如图10所示的磨料预成型件1100。
然后用常规方式堆叠、按压并烧结这些预填充的框架的复制品，以形成三维金属粘结轮。
实施例6
将VB1添加到HDPE容器中。然后将混合物置于辊磨中4小时，以将粉末共混物与粘结剂彻底混合至无气泡，以形成浆液。
使用刮刀间隙可调的小刮粉刀将浆液涂覆至模具中，如实施例5中所述。随后将润湿的浆液和模具置于热板上，于40℃下保持10分钟，以蒸发掉溶剂。然后将AP2振动到所得框架的腔中。
随后复制上述填充的框架，并将所得磨料填充的框架堆叠在一起以形成三维结构。然后将叠堆冷压在一起，置于加热炉中，并使用常规技术进行烧结。
实施例7
实施例7的磨料制品如实施例6所述的那样制备，不同的是用VB2取代VB1。
以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本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现受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。
Claims (30)
1.一种磨料预成型件，所述磨料预成型件包括：
框架，所述框架具有彼此相对并平行的第一主表面和第二主表面，其中所述第一主表面具有形成于其中的多个精确成形的腔，其中所述框架包括粘结剂前体材料；和
陶瓷磨料颗粒，所述陶瓷磨料颗粒设置在所述多个精确成形的腔的至少一部分中，其中所述陶瓷磨料颗粒包含至少一种金属的氧化物或碳化物。
2.根据权利要求1所述的磨料预成型件，其中所述粘结剂前体材料包括玻璃或陶瓷材料或它们的前体中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的磨料预成型件，其中所述粘结剂前体材料基本上不含金属颗粒。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磨料预成型件，其中所述陶瓷磨料颗粒包含α氧化铝。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的磨料预成型件，其中所述陶瓷磨料颗粒为精确成形的。
6.根据权利要求5所述的磨料预成型件，其中所述精确成形的陶瓷磨料颗粒中的每一个陶瓷磨料颗粒分别具有通过至少三个侧壁隔开并邻接所述至少三个侧壁的顶部表面和基部表面。
7.根据权利要求5或6所述的磨料预成型件，其中所述精确成形的陶瓷磨料颗粒为三角形。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的磨料预成型件，其中大部分所述精确成形的陶瓷磨料颗粒分别设置在所述多个精确成形的腔中的对应腔内，使得所述陶瓷磨料颗粒的基部表面与所述框架的所述第一主表面对齐。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的磨料预成型件，其中大部分所述精确成形的陶瓷磨料颗粒分别设置在所述多个精确成形的腔中的对应腔内，使得所述陶瓷磨料颗粒的基部表面与所述框架的所述第一主表面形成至少45度的二面角。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的磨料预成型件，其中所述框架包括片材或幅材。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的磨料预成型件，其中所述粘结剂前体材料包括熔融可流动组合物。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的磨料预成型件，其中所述粘结剂前体材料包括酚醛树脂和糠醇。
13.一种磨料预成型件，所述磨料预成型件包括：
框架，所述框架具有彼此相对并平行的第一主表面和第二主表面，其中所述第一主表面具有形成于其中的多个第一腔，其中所述第二主表面具有形成于其中的多个第二腔，并且其中所述框架包含粘结剂前体材料；
第一磨料颗粒，所述第一磨料颗粒设置在所述多个第一腔的至少一部分中；和
第二磨料颗粒，所述第二磨料颗粒设置在所述多个第二腔的至少一部分中。
14.根据权利要求13所述的磨料预成型件，其中所述粘结剂前体材料包括玻璃或陶瓷材料或它们的前体中的至少一种。
15.根据权利要求13至14所述的磨料预成型件，其中所述粘结剂前体材料基本上不含金属颗粒。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的磨料预成型件，其中所述磨料颗粒包含α氧化铝。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的磨料预成型件，其中所述第一磨料颗粒包括精确成形的陶瓷磨料颗粒。
18.根据权利要求17所述的磨料预成型件，其中所述精确成形的陶瓷磨料颗粒中的每一个陶瓷磨料颗粒分别具有通过至少三个侧壁隔开并邻接所述至少三个侧壁的顶部表面和基部表面。
19.根据权利要求17或18所述的磨料预成型件，其中所述精确成形的陶瓷磨料颗粒为三角形。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的磨料预成型件，其中大部分所述精确成形的陶瓷磨料颗粒分别设置在所述多个精确成形的腔中的对应腔内，使得所述陶瓷磨料颗粒的基部表面与所述框架的所述第一主表面对齐。
21.根据权利要求13至20中任一项所述的磨料预成型件，其中所述粘结剂前体材料包括熔融可流动组合物。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的磨料预成型件，其中所述粘结剂前体材料包括酚醛树脂和糠醇。
23.一种制备磨料制品的方法，所述方法包括以下步骤：
i)提供根据权利要求1至22中任一项所述的第一磨料预成型件；以及
ii)软化并固化所述第一磨料预成型件，从而硬化所述框架。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括：
提供背衬；以及
在执行步骤ii)时，将所述第一磨料预成型件和所述背衬推压在一起，使得所述背衬和所述第一磨料预成型件永久性地接合在一起。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括：
提供根据权利要求1至12中任一项所述的第二磨料预成型件，并且所述第二磨料预成型件能够与所述第一磨料预成型件相同或不同；以及
在执行步骤ii)时，将所述第一磨料预成型件和所述第二磨料预成型件推压在一起，使得所述第一磨料预成型件和所述第二磨料预成型件永久性地接合在一起。
26.一种粘结磨料制品，所述粘结磨料制品包括：保留在粘结剂材料中的多个陶瓷磨料颗粒，其中所述陶瓷磨料颗粒各自包含至少一种金属的氧化物或碳化物，并且其中所述陶瓷磨料颗粒的至少一部分根据包括至少两层所述陶瓷磨料颗粒的预定三维图案设置在所述粘结剂材料中。
27.根据权利要求26所述的粘结磨料制品，其中所述至少两层所述陶瓷磨料颗粒是平行的。
28.根据权利要求26所述的粘结磨料制品，其中包含在所述至少两层所述陶瓷磨料颗粒中的所述陶瓷磨料颗粒根据相同的所述预定图案定位在其相应层内。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的粘结磨料制品，其中所述粘结剂材料为玻璃质的。
30.根据权利要求26至29中任一项所述的粘结磨料制品，其中所述陶瓷磨料颗粒包括精确成形的陶瓷磨料颗粒，并且其中所述精确成形的陶瓷磨料颗粒根据预定方向取向。
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