CN109475998B - 成形玻璃化磨料团聚物、磨料制品和研磨方法 - Google Patents

成形玻璃化磨料团聚物、磨料制品和研磨方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109475998B
CN109475998B CN201780044819.XA CN201780044819A CN109475998B CN 109475998 B CN109475998 B CN 109475998B CN 201780044819 A CN201780044819 A CN 201780044819A CN 109475998 B CN109475998 B CN 109475998B
Authority
CN
China
Prior art keywords
abrasive
abrasive article
agglomerate
workpiece
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780044819.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109475998A (zh
Inventor
马克·A·卢科夫斯基
布赖恩·D·格斯
尼格斯·B·艾德弗里斯
斯科特·W·彼得森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3M Innovative Properties Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 3M Innovative Properties Co filed Critical 3M Innovative Properties Co
Publication of CN109475998A publication Critical patent/CN109475998A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109475998B publication Critical patent/CN109475998B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/34—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties
    • B24D3/346—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties utilised during polishing, or grinding operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D11/00—Constructional features of flexible abrasive materials; Special features in the manufacture of such materials
    • B24D11/001—Manufacture of flexible abrasive materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D11/00—Constructional features of flexible abrasive materials; Special features in the manufacture of such materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/001—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as supporting member
    • B24D3/002—Flexible supporting members, e.g. paper, woven, plastic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/14—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic ceramic, i.e. vitrified bondings
    • B24D3/18—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic ceramic, i.e. vitrified bondings for porous or cellular structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/20—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
    • B24D3/28—Resins or natural or synthetic macromolecular compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/20—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
    • B24D3/28—Resins or natural or synthetic macromolecular compounds
    • B24D3/32—Resins or natural or synthetic macromolecular compounds for porous or cellular structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

本发明提供了一种磨料团聚颗粒，其包含在玻璃状基质中粘结的熔凝氧化铝矿物。基于磨料团聚颗粒的重量计，熔凝氧化铝矿物以70重量％至95重量％的范围存在，并且玻璃状基质以至少5重量％存在。熔凝氧化铝矿物的平均粒度为至多300微米，并且磨料团聚颗粒具有带侧壁的截头棱锥形状，所述侧壁的锥角在2度至15度的范围内，并且尺寸为至少400微米。磨料团聚颗粒可用于磨料制品。该方法包括使工件与磨料制品接触，并且使工件和研磨制品相对于彼此移动以研磨该工件。

Description

成形玻璃化磨料团聚物、磨料制品和研磨方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年7月20日提交的美国临时申请62/364,495的优先权，其公开内容以引用方式全文并入本文。
背景技术
在陶瓷基质中包含金刚石磨粒的成形磨料团聚物已在美国专利5,975,988(Christianson)、6,319,108、6,702,650和6,951,504(各自授予Adefris)和国际专利申请公布2015/088953(Kasai)中公开。
发明内容
在研磨工具的寿命期间不一致的切割速率是研磨工件时遇到的问题。与现有技术的单层结构相比，根据本公开的成形团聚物可用于提供磨料制品，该磨料制品在延长的寿命期间可表现出意想不到的延长寿命和稳定的切割速率。有利地，根据本公开的成形团聚物不需要包含超级磨料晶粒，并且可用于研磨各种工件，包括洛氏C硬度为20或更小的那些工件。
在一个方面，本公开提供一种磨料团聚颗粒，该磨料团聚颗粒包括在玻璃状基质中粘结的熔凝氧化铝矿物。基于磨料团聚颗粒的重量计，熔凝氧化铝矿物以70重量％至95重量％的范围存在，并且玻璃状基质以至少5重量％存在。熔凝氧化铝矿物的平均粒度为至多300微米，并且磨料团聚颗粒具有带侧壁的截头棱锥形状，所述侧壁的锥角在2度至15度的范围内，以及尺寸为至少400微米。
在另一方面，本公开提供一种包含多个磨料团聚颗粒的研磨制品。
在另一方面，本公开提供一种研磨工件的方法。该方法包括使工件与包含多个磨料团聚颗粒的磨料制品接触，并且使工件和磨料制品相对于彼此移动以研磨该工件。
在另一方面，本公开提供一种研磨工件的方法。该方法包括使工件与磨料制品接触，并且使工件和磨料制品相对于彼此移动以研磨该工件。工件的洛氏C硬度为20或更小。磨料制品包括背衬和用聚合物粘结剂附接到背衬的多个成形磨料团聚颗粒，该聚合物粘结剂的努普硬度小于60。成形磨料团聚颗粒包括粘结在玻璃状基质中的努普硬度为至多3000的磨粒。
在本申请中，术语诸如“一个”、“一种”和“该/所述”并非旨在仅指单一实体，而是包括可用于例示的具体示例的一般类别。术语“一个”、“一种”和“该/所述”可与术语“至少一个(种)”互换使用。后接列表的短语“......中的至少一个(种)”和“包含......中的至少一个(种)”是指列表中项目中的任一项以及列表中两项或更多项的任何组合。除非另行指出，否则所有数值范围都包括其端值以及在端值之间的非整数值(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。本文所用的术语“陶瓷”是指玻璃、结晶陶瓷、玻璃-陶瓷以及它们的组合。如本文所用，术语“玻璃状基质”是指玻璃基质。玻璃基质可包含一些晶畴(例如，在玻璃陶瓷中)。
本公开的上述概述并非旨在描述本公开的每个公开实施方案或每种实现方式。以下描述更为具体地举例说明了例示性实施方案。因此，应当理解，以下描述不应被理解为是对本公开范围的不当限制。
附图说明
图1是根据本公开的磨料团聚物的实施方案的局部剖视图；并且
图2是根据本公开的包含磨料团聚物的磨料制品的实施方案的局部剖视图。
虽然以上说明的附图和图片示出了本公开的实施方案，但正如具体实施方式中所指出的那样，还可以想到其它的实施方案。在所有情况下，本公开通过示例性而非限制性的方式介绍本发明。应当理解，本领域的技术人员可设计出许多其它修改形式和实施方案，这些修改形式和实施方案均落在本公开的范围内。附图可不按比例绘制。
具体实施方式
对于许多研磨工艺而言，在研磨工具的寿命期间一致的材料去除率是期望的。然而，研磨工具的使用寿命可能受到使用开始时所需的磨合时间和/或在显著磨损后达到特定材料去除率的较高所需力所限制，这可能导致不合格的表面处理或工件烧伤。
为了获得一致的材料去除率，可以通过影响晶粒内的微观结构和二次相来确定磨料矿物的特定硬度、化学性质和破坏/破裂行为。然而，这种方法并不总能导致材料去除率的期望一致性。
下文实施例中实施例1至实施例5的磨削结果表明，与现有技术的单层构造相比，包含根据本公开的成形团聚物的涂覆的磨料制品在该寿命期间可表现出意想不到的延长寿命和稳定的切割速率。使用根据本公开的团聚颗粒实现稳定的切割速率，所述团聚颗粒包含传统的熔凝氧化铝颗粒，而不是更硬、更昂贵的超级磨料晶粒。
根据本公开的成形团聚物包含熔凝氧化铝。熔凝氧化铝磨粒通常通过如下来制备：将氧化铝源(诸如铝矿石或矾土)以及其它期望添加剂装入加热炉，将材料加热至高于其熔点，将熔体冷却以提供硬化块体，将硬化块体压碾成颗粒，并且然后对颗粒进行筛选和分级以提供期望的磨料粒度分布。
可用于根据本公开的团聚物中的熔凝铝氧化物(氧化铝)颗粒的平均粒度为至多300微米，在一些实施方案中为至多200微米，或至多100微米。可用的熔凝氧化铝颗粒的平均粒度的范围可以为约1微米至300微米，1微米至200微米，1微米至100微米，10微米至100微米，15微米至100微米，或大于25微米至100微米。可以对期望的氧化铝粒度进行选择，以例如在工件上提供期望的切割速率和/或期望的表面粗糙度。磨粒尺寸有时报道为“目”或“等级”，两者均为通常已知的磨粒定径方法。在一些实施方案中，熔凝氧化铝颗粒具有至少P50的FEPA(欧洲生产者磨料联合会(Federation of European Producers ofAbrasives))等级。例如，FEPA P50、FEPA P60、FEPA P80、FEPA P100、FEPA P120、FEPAP150、FEPA P180、FEPA P220、FEPA P320、FEPA P400、FEPA P500、FEPA P600、FEPA P800、FEPA P1000和FEPA P1200等级可能是可用的。
熔凝氧化铝可从各种商业来源的多个磨料工业认可的指定标称等级商购获得，所述商业来源例如纽约州尼亚加拉瀑布城的华盛顿米尔斯电子矿业公司(Washington MillsElectro Minerals Company,Niagara Falls,New York)和奥地利菲拉赫的TreibacherSchleifmittel公司(Treibacher Schleifmittel GmbH,Villach,Austria)。
可用于根据本公开的方法的成形磨料团聚颗粒可包括努普硬度为至多3000的磨粒。此类颗粒包括熔凝氧化铝颗粒，其努普硬度为约2000。努普硬度为至多3000的其它颗粒包括碳化硅和溶胶-凝胶衍生的磨料晶粒(例如，以商品名“CUBITRON 321”从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,Minn.)获得)。本领域的技术人员将理解，3000的努普硬度大约等于约30GPa的维氏硬度。
根据本公开的成形团聚颗粒包含玻璃状基质。玻璃状基质可以是玻璃或玻璃陶瓷。各种类型的玻璃和玻璃陶瓷可以用于制作玻璃状基质。例如，适用于氧化铝磨轮的玻璃状基质将是合适的。在下面的实施例中使用的玻璃料提供了此种玻璃状基质。
玻璃状基质可由包含一种或多种原料的混合物或组合的前体组合物制备，所述原料在加热至高温时熔化和/或熔融以形成整体的玻璃状基质相。玻璃状基质可由例如玻璃料形成。玻璃料是在其用于玻璃状粘结前体组合物之前已经预烧制的组合物，用于形成磨料团聚颗粒的玻璃状基质。如本文所用，术语“玻璃料”是材料的通用术语，所述材料通过充分共混包含一种或多种玻璃料形成组分的混合物，然后将混合物加热(也称为预烧制)到至少高到足以将其熔化的温度；冷却所得的玻璃并将其压碎。然后可将压碎的材料筛分至非常细的粉末。
用于玻璃状基质的合适玻璃和用于制作玻璃状基质的玻璃料的示例包括二氧化硅玻璃、硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃以及它们的组合。二氧化硅玻璃通常由100重量％的二氧化硅构成。在一些实施方案中，玻璃状基质是包含金属氧化物或准金属氧化物的玻璃，例如氧化铝、氧化硅、氧化硼、氧化镁、氧化钠、氧化锰、氧化锌、氧化钙、氧化钡、氧化锂、氧化钾、氧化钛、可以表征为颜料的金属氧化物(例如，氧化钴、氧化铬和氧化铁)、以及它们的混合物。
玻璃状基质、玻璃状基质前体组合物和/或玻璃料的合适范围的示例包括基于玻璃状材料的总重量计25重量％至90重量％，任选地35至85重量％的SiO2；基于玻璃状材料的总重量计0重量％至40重量％，任选地0重量％至30重量％的B2O3；基于玻璃状材料的总重量计0重量％至40重量％，任选地5重量％至30重量％的Al2O3；基于玻璃状材料的总重量计0重量％至5重量％，任选地0重量％至3重量％的Fe2O3,；基于玻璃状材料的总重量计0重量％至5重量％，任选地0重量％至3重量％的TiO2；基于玻璃状材料的总重量计0重量％至20重量％，任选地0重量％至10重量％的CaO；基于玻璃状材料的总重量计0重量％至20重量％，任选地1重量％至10重量％的MgO；基于玻璃状材料的总重量计0重量％至20重量％，任选地0重量％至10重量％的K2O；基于玻璃状材料的总重量计0重量％至25重量％，任选地0重量％至15重量％的Na2O；基于玻璃状材料的总重量计0重量％至20重量％，任选地0重量％至12重量％的Li2O；基于玻璃状材料的总重量计0重量％至10重量％，任选地0重量％至3重量％的ZnO；基于玻璃状材料的总重量计0重量％至10重量％，任选地0重量％至3重量％的BaO；以及基于玻璃状材料的总重量计0重量％至5重量％，任选地0重量％至3重量％的金属氧化物(例如CoO、Cr2O3或其它颜料)。
基于玻璃料的总重量计，合适的硅酸盐玻璃组合物的示例包含约70重量％至约80重量％的二氧化硅、约10％至约20％的氧化钠、约5％至约10％的氧化钙、约0.5％至约1％的氧化铝、约2％至约5％的氧化镁和约0.5％至约1％的氧化钾。基于玻璃料的总重量计，合适的硅酸盐玻璃组合物的另一示例包含约73重量％的二氧化硅、约16重量％的氧化钠、约5重量％的氧化钙、约1重量％的氧化铝、约4重量％的氧化镁、以及约1重量％的氧化钾。在一些实施方案中，玻璃基质包括含有SiO2、B2O3和Al2O3的氧化铝-硼硅酸盐玻璃。基于玻璃料的总重量计，合适的硼硅酸盐玻璃组合物的示例包含约50重量％至约80重量％的二氧化硅、约10重量％至约30重量％的氧化硼、约1重量％至约2重量％的氧化铝、约0重量％至约10重量％的氧化镁、约0重量％至约3重量％的氧化锌、约0重量％至约2重量％的氧化钙、约1重量％至约5重量％的氧化钠、约0重量％至约2重量％的氧化钾、以及约0重量％至约2重量％的氧化锂。基于玻璃料的总重量计，合适的硼硅酸盐玻璃组合物的另一示例包含约52重量％的二氧化硅、约27重量％的氧化硼、约9重量％的氧化铝、约8重量％的氧化镁、约2重量％的氧化锌、约1重量％的氧化钙、约1重量％的氧化钠、约1重量％的氧化钾、以及约1重量％的氧化锂。其它示例性合适硼硅酸盐玻璃组合物包含基于重量计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、6.3％的Na2O、7.5％的K2O和10％的B2O3。在一些实施方案中，可用的氧化铝-硼硅酸盐玻璃组合物可包含按重量计约18％的B2O3、8.5％的Al2O3、2.8％的BaO、1.1％的CaO、2.1％的Na2O、1.0％的Li2O，剩余为Si2O。此种氧化铝-硼硅酸盐玻璃可从佛罗里达州奥德马尔的特种玻璃股份有限公司(Specialty Glass Incorporated,Oldsmar,FL)商购获得。
用于制造玻璃-陶瓷的玻璃粉可选自铝硅酸镁、铝硅酸锂、铝硅酸锌、铝硅酸钙、以及它们的组合。可在上文列出的系统内形成玻璃的已知晶体陶瓷相包括：堇青石(2MgO.2Al2O3.5SiO2)、钙铝黄长石(2CaO.Al2O3.SiO2)、钙长石(2CaO.Al2O3.2SiO2)、锌黄长石(2CaO.ZnO.2SiO2)、镁黄长石(2CaO.MgO.2SiO2)、锂辉石(2Li2O.Al2O3.4SiO2)、硅锌矿(2ZnO.SiO2)和锌尖晶石(ZnO.Al2O3).用于制造玻璃-陶瓷的玻璃粉可包含成核剂。已知成核剂促进玻璃-陶瓷中结晶陶瓷相的形成。作为具体加工技术的结果，玻璃材料不具有结晶陶瓷所具有的长程有序。玻璃陶瓷是受控热处理的结果，在一些情况下产生超过90％的一个或多个结晶相，其余的非结晶相填充晶界。玻璃陶瓷组合了陶瓷和玻璃两者的优点，并提供持久的机械和物理性能。
可用于形成玻璃状基质的玻璃料还可含有玻璃料粘结剂(例如，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)和其它矿物(例如，粘土、高岭土、硅灰石、石灰石、白云石、白垩以及它们的组合)。
根据本公开的团聚颗粒中的玻璃状基质可例如基于所需的热膨胀系数(CTE)来选择。一般来讲，它可用于玻璃状基质和熔凝氧化铝颗粒以具有类似的CTE，例如，彼此为±100％、50％、40％、25％或20％。熔凝氧化铝的CTE通常为约8×10-6/开尔文(K)。玻璃状基质可被选择成具有4×10-6/K至16×10-6/K范围内的CTE。据信以下实施例中使用的玻璃料具有约7.7×10-6/K的CTE。用于制备合适的玻璃状基质的玻璃料的示例可以商品名“F245”从例如俄亥俄州卡罗顿的熔融陶瓷公司(Fusion Ceramics,Carrollton,Ohio)商购获得。
基于所述团聚颗粒的总重量计，所述团聚颗粒包含约70重量％至95重量％的氧化铝颗粒和30重量％至5重量％的玻璃状基质。在一些实施方案中，基于团聚颗粒的总重量计，团聚颗粒包含约70重量％至85重量％的氧化铝颗粒和30重量％至15重量％的玻璃状基质。在一些实施方案中，基于团聚颗粒的总重量计，团聚颗粒包含约70重量％至80重量％的氧化铝颗粒和30重量％至20重量％的玻璃状基质。在根据本公开的团聚颗粒中，玻璃状基质的量相对较小(例如，至多30％、20％、15％或5％)，这可用于促进团聚颗粒的所需侵蚀，例如，在用于无心磨削应用的涂层带中。
团聚颗粒还可包含其它添加剂，诸如填料、助磨剂、颜料(例如金属氧化物颜料)、粘合促进剂和其它加工材料。填料的示例包括小玻璃泡、固体玻璃球体、氧化铝、氧化锆、二氧化钛和金属氧化物填料，其可改善团聚物的可蚀性。助磨剂的示例包括蜡、有机卤化物化合物、卤化物盐、以及金属及其合金。有机卤化物化合物将通常在研磨期间分解，并且释放卤酸或气态卤化物。此类材料的示例包括氯化蜡，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、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。其它助磨剂的示例包括硫、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。颜料的示例包括氧化铁、二氧化钛和炭黑。加工材料即加工助剂的示例包括液体和临时有机粘结剂前体。液体可以是水、有机溶剂或它们的组合。有机溶剂的示例包括烷烃、醇类诸如异丙醇、酮类诸如甲乙酮、酯和醚。
根据本公开的团聚颗粒的形状为截头棱锥形，其也可被称为截棱锥。在一些实施方案中，团聚颗粒具有正方形截头体的形状。图1示出了具有基部63、顶表面62和侧壁66的团聚颗粒61。虚线和侧壁66之间的角度限定团聚颗粒61的锥角α。在一些实施方案中，团聚颗粒61的锥角α小于20度。在一些实施方案中，团聚颗粒61的锥角α在2度至15度的范围内。在一些实施方案中，团聚颗粒61的锥角α是8度。在一些实施方案中，小于20度、从2度至15度或8度的锥角α被认为引起团聚颗粒61的均匀磨损，这通过下面实施例1至实施例5所示的不断循环的一致切割来证明。大于零度的锥形也有助于从用于模塑团聚颗粒的模具中去除团聚颗粒。图1中还示出半径r，其是侧壁66与顶表面62相遇的拐角的内半径。具有略微圆形或圆角的拐角以用材料彻底填充模具并从模具中去除团聚颗粒可能是有用的。团聚颗粒61的高度H从基部61至顶表面62测量。
根据本公开的团聚颗粒具有至少400微米，在一些实施方案中，至少500微米，或至少600微米的面尺寸。面尺寸可以是截头棱锥的六个面中的一个面的宽度、长度或对角线。团聚颗粒的最大面尺寸将通常为图1所示的基部63的对角线。在一些实施方案中，根据本公开的团聚颗粒的最大面尺寸为至多1.5毫米(mm)、小于1.5mm、至多1.4mm、1.25mm、1mm或0.9mm。在一些实施方案中，团聚颗粒的面尺寸在约400微米至1.5毫米、400微米至1000微米、500微米至1000微米、500微米至900微米、或600微米至900微米的范围内。一般来讲，团聚颗粒的面尺寸(在一些实施方案中，最大面尺寸)是团聚颗粒中熔凝氧化铝的平均尺寸的至少约3、5或10倍。
可用于根据本公开的方法中的成形团聚颗粒可具有其它形状和尺寸。成形团聚颗粒的可用形状的示例包括三角形、圆形、矩形、正方形、倒棱锥形、截头锥形、截头球形、截头类球形、圆锥形和截头圆锥形。
多种方法可用于制备根据本公开的团聚颗粒，例如模塑、挤出和模切。用于制备团聚颗粒的一种方法包括例如将包含玻璃状基质前体(例如，玻璃料)、熔凝氧化铝和临时有机粘结剂的起始物质混合。临时有机粘结剂允许混合物更容易成形，并且在进一步加工期间保持这种形状。合适的临时有机粘结剂的示例包括糊精和甲基纤维素。任选地，可使用其它添加剂和加工助剂，如上所述，例如无机填料、助磨剂和/或液体介质(例如水或有机溶剂)。起始物质可通过产生均匀混合物的任何常规技术混合在一起。例如，熔凝氧化铝晶粒可以在机械混合装置诸如行星式混合器中与临时有机粘结剂混合。然后可以将玻璃状基质前体(例如玻璃料)加入到所得的混合物中并共混直至获得均匀的混合物，通常为10至30分钟。
在一些实施方案中，将起始物质在液体介质(例如水或有机溶剂)中混合以制备浆料。一些无机填料诸如热解法二氧化硅填料可用作例如流变改性剂。
然后可使混合物成形并加工以形成团聚物前体。混合物可通过例如模制、挤出和冲切来成形。通常将存在一些与临时有机粘结剂的损失相关联的收缩，并且当确定初始形状和尺寸时应考虑到该收缩。成形工艺可以分批工艺或以连续方式完成。在一些实施方案中，通过将已经组合并形成均匀混合物的起始物质放入具有团聚颗粒的截头棱锥形的相反形状的模具中来进行使团聚物成形。模具可以是允许颗粒释放的任何模具，例如有机硅模具或聚丙烯模具。另外，模具可包含脱模剂以帮助去除。然后可以将包含混合物的模具放入烘箱中并加热以至少部分地除去任何液体。温度取决于所用的临时有机粘结剂，并且通常在35℃至200℃之间，在一些实施方案中，在70℃至150℃之间。然后将至少部分干燥的混合物从模具中取出。还可以毁坏(例如，完全烧掉)模具以释放团聚物。
然后将团聚物前体加热以烧掉用于制备团聚物前体的有机材料，例如临时有机粘结剂，并使玻璃状粘结剂熔化或玻璃化，其可以单独发生或作为一个连续步骤发生，从而适应任何必要的温度变化。可以选择烧掉有机材料的温度以控制团聚颗粒中的孔隙率。所选择的温度可取决于临时有机粘合剂和其它任选成分的化学性质。通常，用于烧掉有机材料的温度的范围为约50℃至600℃，在一些实施方案中为75℃至500℃，但更高的温度也是可能的。用于使玻璃状粘结剂熔化或玻璃化的温度的范围通常在650℃至1150℃之间，在一些实施方案中，在650℃至950℃之间。
团聚颗粒可包括无机颗粒的涂层，该无机颗粒的涂层可用于使团聚颗粒在其制造期间彼此之间的团聚最小化。然而，并不认为涂层是团聚颗粒的一部分，因为它们未掺入在基质内或粘结在基质中。根据本公开的团聚颗粒包括粘结在玻璃状基质中的熔凝氧化铝颗粒。玻璃状基质内的熔凝氧化铝由基质粘结，并且不能通过简单的冲洗或筛分来去除。
适用于涂覆根据本公开的团聚颗粒的无机颗粒的示例包括填料和磨料晶粒，例如金属碳酸盐、二氧化硅、硅酸盐、金属硫酸盐、金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、石膏、金属氧化物、石墨和金属亚硫酸盐。无机颗粒可包含熔凝氧化铝，包括上述实施方案的任一个中所述的熔凝氧化铝。适用于涂层的无机颗粒可具有与团聚颗粒中的熔凝氧化铝颗粒相同、更大或更小的粒度。在一些实施方案中，无机颗粒的尺寸范围为约10微米至500微米，在一些实施方案中为25微米至250微米。无机颗粒的涂层可以通过在用无机颗粒成形(例如，从模具中取出)团聚颗粒之后混合团聚颗粒来制备。也可加入少量的以下物质中的至少一种：水、溶剂或临时有机粘结剂前体(例如，基于团聚物前体的重量计，范围为5重量％至15重量％或6重量％至12重量％的量)，以有助于将无机颗粒固定到团聚物前体的表面。
然后可对所得团聚颗粒进行热加工以优化粘结性能。热加工包括在范围为300℃至900℃的温度下加热，在一些实施方案中，在范围为350℃至800℃或400℃至700℃的温度下加热。
团聚颗粒可以是多孔的或无孔的。孔隙率可通过促进所用氧化铝的释放来影响研磨过程期间团聚物的侵蚀。如上所述，团聚物中的孔隙率可由临时有机粘结剂产生。也可通过使用填料生成经设计的孔隙率。例如，玻璃料可包含有玻璃泡以将孔结合到玻璃状基质中。可用于形成孔的其它填料包括软木、压碎的壳或聚合物材料。如本文所用，术语“经设计的孔隙率”是指通过使用填料或其它成孔剂进行设计而结合到团聚颗粒中的孔隙率。经设计的孔隙率不包括例如在玻璃状基质的形成期间将固有地发生的孔隙率。在一些实施方案中，通过扫描电子显微镜观察，团聚物包括按体积计约0％至约60％的孔，在一些情况下包括按体积计约0％至约25％的孔。
根据本公开的团聚颗粒可用于例如涂覆的磨料和非织造磨料中。涂覆的磨料可包含粘结到背衬的多个团聚颗粒。非织造磨料可包含粘结到蓬松的多孔非织造基底上和粘结到其中的多个团聚颗粒。用于涂覆的和非织造的磨料的粘结材料通常为有机粘结剂。
包含根据本公开的团聚颗粒的涂覆的磨料的一个实施方案示于图2中。在图2所示的实施方案中，涂覆的磨料制品10包括背衬11，该背衬11具有存在于背衬的第一主表面18上的底胶层12。多个团聚颗粒13粘附在底胶层中。底胶层用于将团聚颗粒粘结到背衬。团聚颗粒包含多个熔凝氧化铝颗粒14和玻璃状基质15。团聚颗粒13的形状为截头棱锥形。在所示的实施方案中，研磨团聚物呈截头四面棱锥形(即方形截头体)。在团聚颗粒13上方是复胶层16。复胶层的一个目的是增强团聚颗粒13在背衬11上的粘附。底胶层、复胶层和涂覆的磨料中的团聚颗粒形成磨料层17。
多种背衬11适用于根据本公开的涂覆的磨料制品。合适的背衬11的示例包括聚合物膜、涂底漆的聚合物膜、坯布、布、纸、硫化纤维、非织造织物、这些的经处理形式，以及它们的组合。背衬11可包含任选的添加剂，例如填料、纤维、抗静电剂、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、偶联剂、增塑剂和悬浮剂。这些任选材料的量取决于所需的性质。背衬可被选择成使得其具有足够的强度和耐热性，以承受其在研磨下的工艺和使用条件。另外，如果磨料制品旨在用于湿或润滑环境中，则背衬可被选择成使得其具有足够的耐水性和/或耐油性，通过用热固性树脂处理背衬来获得，使得其在研磨期间不会劣化。可用的树脂包括可任选地用橡胶改性的酚醛树脂；可任选地用芴化合物改性的环氧树脂；和双马来酰亚胺树脂。
在涂覆的磨料中，底胶层12和复胶层16可统称为粘结剂，并且它们可由相同或不同的粘结剂前体制成。在制造涂覆的磨料制品期间，粘结剂前体暴露于能量源，该能量源有助于引发粘结剂前体的聚合或固化。能量源的示例包括热能和辐射能(例如电子束、紫外光和可见光)。在所述聚合过程中，将粘结剂前体聚合或固化，并转化成固化粘结剂。
粘结剂可由可固化(例如，经由能量诸如紫外光或热量)有机材料形成。示例包括氨基树脂、烷基化脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂和烷基化苯并胍胺-甲醛树脂；丙烯酸酯树脂(包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)，诸如丙烯酸乙烯酯、丙烯酸酯化环氧树脂、丙烯酸酯化聚氨酯、丙烯酸酯化聚酯、丙烯酸酯化丙烯酸树脂、丙烯酸酯化聚醚、乙烯基醚、丙烯酸酯化油和丙烯酸酯化有机硅；醇酸树脂，诸如氨基甲酸酯醇酸树脂、聚酯树脂、反应性氨基甲酸乙酯树脂；酚醛树脂，诸如可溶酚醛树脂和线型酚醛树脂、酚醛/胶乳树脂；环氧树脂，诸如双酚环氧树脂、异氰酸酯、异氰脲酸酯；聚硅氧烷树脂(包括烷基烷氧基硅烷树脂)、反应性乙烯基树脂、和酚醛树脂(可溶酚醛树脂和线型酚醛树脂)。所述树脂可作为单体、低聚物、聚合物或它们的组合而提供。
粘结剂前体可为缩合可固化树脂、加成可聚合树脂、自由基可固化树脂，和/或此类树脂的组合和共混物。一种粘结剂前体为经由自由基机制聚合的树脂或树脂混合物。通过将粘结剂前体以及适当的催化剂暴露于能量源(诸如热能或辐射能)来引发聚合过程。辐射能的示例包括电子束、紫外光或可见光。
合适的粘结剂前体的示例包括酚醛树脂、脲醛树脂、氨基塑料树脂、氨基甲酸乙酯树脂、三聚氰胺甲醛树脂、氰酸酯树脂、异氰脲酸酯树脂、(甲基)丙烯酸酯树脂(例如，(甲基)丙烯酸酯化聚氨酯、(甲基)丙烯酸酯化环氧树脂、烯键式不饱和自由基可聚合化合物、具有α,β-不饱和羰基侧基的氨基塑料衍生物、具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰脲酸酯衍生物、以及具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰酸酯衍生物)、乙烯基醚、环氧树脂，以及它们的混合物和组合。如本文所用，术语“(甲基)丙烯酰基”涵盖丙烯酰基或甲基丙烯酰基。烯键式不饱和单体或低聚物、或者(甲基)丙烯酸酯单体或低聚物可为单官能、双官能、三官能或四官能、或甚至更高官能。
酚醛树脂具有良好的热特性、可得性和相对较低的成本，而且易于处理。酚醛树脂有两种类型：可溶酚醛树脂和线型酚醛树脂。可溶酚醛树脂中甲醛与酚的摩尔比大于或等于1:1，通常在1.5:1.0至3.0:1.0的范围内。线型酚醛树脂中甲醛与酚的摩尔比小于1:1。可商购获得的酚醛树脂的示例包括：以已知商品名“DUREZ”和“VARCUM”得自德克萨斯州达拉斯的奥克西化学公司(Occidental Chemicals Corp.,Dallas,Texas)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；以及以商品名“AEROFENE”和“AROTAP”得自俄亥俄州都柏林的亚什兰专用化学品公司(Ashland Specialty Chemical Co.,Dublin,Ohio)的酚醛树脂。
(甲基)丙烯酸酯化聚氨酯包括羟基封端的NCO扩链的聚酯或聚醚的二(甲基)丙烯酸酯。可商购获得的丙烯酸酯化聚氨酯的示例包括可以CMD 6600、CMD 8400和CMD 8805得自新泽西州西帕特森的氰特工业公司(Cytec Industries,West Paterson,New Jersey)的那些。
(甲基)丙烯酸酯化环氧树脂包括环氧树脂的二(甲基)丙烯酸酯，诸如双酚A环氧树脂的二丙烯酸酯。可商购获得的丙烯酸酯化环氧树脂的示例包括可以CMD 3500、CMD3600和CMD 3700得自氰特工业公司(Cytec Industries)的那些。
烯键式不饱和自由基可聚合化合物包括含有碳原子、氢原子和氧原子以及任选氮和卤素的单体和聚合物化合物。氧原子或氮原子或两者通常存在于醚、酯、聚氨酯、酰胺和脲基中。烯键式不饱和自由基可聚合化合物通常具有低于约4,000克/摩尔的分子量，并且通常为由含有单个脂族羟基基团或多个脂族羟基基团的化合物与不饱和羧酸(诸如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸和马来酸等)反应制成的酯。(甲基)丙烯酸酯树脂的代表性示例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和季戊四醇四硬脂酸酯。其它烯键式不饱和树脂包括单烯丙基、聚烯丙基和聚甲基烯丙基酯和羧酸的酰胺，例如二烯丙基邻苯二甲酸酯、二烯丙基己二酸酯和N,N-二烯丙基己二酰二胺。还有其它烯键式不饱和化合物是含氮化合物，诸如三(2-丙烯酰-氧乙基)异氰脲酸酯、1,3,5-三(2-甲基丙烯酰氧乙基)均三嗪、丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮。
可用的氨基塑料树脂的每个分子或每个低聚物具有至少一个α,β-不饱和羰基侧基基团。这些不饱和羰基基团可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺型基团。此类材料的示例包括N-羟甲基丙烯酰胺、N,N'-氧基二亚甲基双丙烯酰胺、邻位丙烯酰胺甲基化苯酚及对位丙烯酰胺甲基化苯酚、丙烯酰胺甲基化线型酚醛树脂、以及它们的组合。这些材料在美国专利4,903,440和5,236,472(均授予科克(Kirk)等人)中进一步描述。
具有至少一个丙烯酸酯侧基基团的异氰脲酸酯衍生物。具有至少一个丙烯酸酯侧基基团的异氰酸酯衍生物在美国专利4,652,274(Boettcher等人)进一步描述。一种异氰脲酸酯材料的示例为三(羟乙基)异氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
环氧树脂具有一个或多个环氧基基团，并且可以通过环氧基基团的开环反应聚合。此类环氧树脂包括单体环氧树脂和低聚环氧树脂。可用的环氧树脂的示例包括2,2-双[4-(2,3-环氧丙氧基)-苯丙烷](双酚的二缩水甘油醚)和以EPON 828、EPON 1004和EPON1001F得自俄亥俄州哥伦布的迈图特种化学品公司(Momentive Specialty Chemicals,Columbus,Ohio)；以及以DER-331、DER-332和DER-334得自密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical Co.,Midland,Michigan)的材料。其它合适的环氧树脂包括以商品名DEN-431和DEN-428从陶氏化学公司(Dow Chemical Co.)商购获得的苯酚甲醛酚醛清漆的缩水甘油醚。
环氧树脂可通过添加合适阳离子固化剂的阳离子机理来聚合。阳离子固化剂产生酸源以引发环氧树脂的聚合。这些阳离子固化剂可包括具有鎓阳离子的盐和包含金属或准金属的络合物阴离子的卤素。还可使用用于环氧树脂和酚醛树脂的其它固化剂(例如，胺硬化剂和胍)。
其它阳离子固化剂包括具有有机金属络合物阳离子的盐和包含金属或准金属的络合物阴离子的卤素，所述固化剂在美国专利4,751,138(Tumey等人)中进一步描述。其它示例包括有机金属盐和鎓盐，如在美国专利4,985,340(Palazzotto等人)；5,086,086(Brown-Wensley等人)；和5,376,428(Palazzotto等人)中有所描述。其它阳离子固化剂包括有机金属络合物的离子型盐，其中金属选自在美国专利5,385,954(Palazzotto等人)中描述的元素周期表中第IVB、VB、VIB、VIIB和VIIIB族元素。
自由基可聚合烯键式不饱和化合物在暴露于通过自由基热引发剂和/或光引发剂的分解而形成的自由基时、或通过暴露于微粒(电子束)或高能辐射(γ射线)而聚合。在暴露于光化电磁辐射(例如，紫外线或可见光电磁辐射)的情况下，产生自由基源的化合物通常称为光引发剂。
自由基热引发剂的示例包括过氧化物，例如，过氧化苯甲酰和偶氮化合物。
光引发剂的示例包括苯偶姻及其衍生物诸如α-甲基苯偶姻；α-苯基苯偶姻；α-烯丙基苯偶姻；α-苄基苯偶姻；苯偶姻醚，诸如苯偶酰二甲基缩酮(可以IRGACURE 651从纽约州塔里敦的汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals,Tarrytown,NY)商购获得)、苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻正丁基醚；苯乙酮及其衍生物，诸如，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(可以DAROCUR 1173得自汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals))和1-羟基环己基苯基酮(可以IRGACURE 184得自汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals))；2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮(可以IRGACURE 907得自汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals))；2-苄基-2-(二甲基氨基)-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮(可以IRGACURE 369得自汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals))；其它可用的光引发剂包括例如新戊偶姻乙醚、茴香偶姻乙醚、蒽醌(例如，蒽醌、2-乙基蒽醌、1-氯蒽醌、1,4-二甲基蒽醌、1-甲氧基蒽醌或苯并蒽醌)、卤代甲基三嗪、二苯甲酮及其衍生物、碘鎓盐和锍盐、钛络合物诸如双(η5-2,4-环戊二烯-1-基)-双[2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)苯基]钛(例如以CGI 784DC得自汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals))；卤代硝基苯(例如，4-溴甲基硝基苯)、单-和双-酰基膦(例如，均来自汽巴精化公司(Ciba SpecialtyChemicals)的IRGACURE 1700、IRGACURE 1800、IRGACURE 1850、DAROCUR 4263和DAROCUR4265)，以及可以LUCIRIN TPO得自北卡罗来纳州夏洛特的巴斯夫公司(BASF Corporation,Charlotte,North Carolina)的2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基膦)。可使用光引发剂的组合。
通常，基于粘结剂材料前体的重量计，固化剂(例如，自由基引发剂(光或热)或阳离子固化催化剂)以0.1重量％至10重量％、优选地2重量％至4重量％的量使用，但也可使用其它量。另外，优选的是在加入任何微粒材料(诸如磨料颗粒和/或填料颗粒)之前将引发剂均匀地分散或溶解在粘结剂基质前体中。可与光引发剂一起使用一种或多种光谱敏化剂(例如，染料)，例如，以便提高光引发剂对具体光化辐射源的灵敏度。合适的敏化剂的示例包括噻吨酮和9,10-蒽醌。通常，基于粘结剂材料前体的重量计，光敏剂的量可从约0.01重量％变为10重量％、更优选地从0.25重量％变为4.0重量％。光敏剂的示例包括可以QUANTICURE ITX、QUANTICURE QTX、QUANTICURE PTX、QUANTICURE EPD购自纽约州纽约市的比德索耶公司(Biddle Sawyer Corp.,New York,New York)的那些。
为了促进粘结剂和团聚颗粒之间的联接，可以在磨粒和粘结剂前体的浆料中包含硅烷偶联剂；通常，量为约0.01重量％至5重量％，更典型地量为约0.01重量％至3重量％，更典型地量为约0.01重量％至1重量％，虽然也可使用其它量，例如取决于磨粒的尺寸。合适的硅烷偶联剂的示例包括例如甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3,4-环氧环己基甲基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三甲氧基硅烷(例如，分别以商品名A-174、A-151、A-172、A-186、A-187和A-189购自康涅狄格州格林威治的维特克公司(Witco Corp.of Greenwich,Connecticut))、烯丙基三乙氧基硅烷、二烯丙基二氯硅烷、二乙烯基二乙氧基硅烷和间、对-苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷(例如，分别以商品名A0564、D4050、D6205和S1588从宾夕法尼亚州布里斯托尔的联合化学工业公司(United Chemical Industries,Bristol,Pennsylvania)商购获得)、二甲基二乙氧基硅烷、二羟基二苯基硅烷、三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷醇、3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、甲基三乙氧硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、乙基三乙氧基硅烷、戊基三乙氧基硅烷、乙基三氯硅烷、戊基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、苯基三乙氧基硅烷、甲基三氯硅烷、甲基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷、二甲基二乙氧基硅烷，以及它们的组合。
粘结剂和/或粘结剂前体可任选地包含添加剂，诸如，例如着色剂、助磨剂、填料、粘度调节剂、润湿剂、分散剂、光稳定剂和抗氧化剂。
可用于粘结剂中的填料通常具有0.1微米至50微米，通常1微米至30微米的平均粒度范围。可用的填料的示例包括金属碳酸盐(例如碳酸钙，诸如白垩、方解石、泥灰岩、石灰华、大理石和石灰石；碳酸钙镁；碳酸钠；和碳酸镁)、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、粘土如蒙脱石、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、硅铝酸钠、硅酸钠、锂硅酸盐、含水和无水硅酸钾)、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、金属氧化物(例如氧化钙诸如石灰、氧化铝、氧化锡诸如二氧化锡、二氧化钛)、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、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、缩醛聚合物、聚氨酯、尼龙颗粒)和热固性颗粒(例如酚醛气泡、酚醛珠、聚氨酯泡沫颗粒)。该填料还可为盐，诸如卤化物盐。卤化物盐的示例包括氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、氯化铵、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、四氟化硅、氯化钾和氯化镁。金属填料的示例包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁和钛。其它杂类填料包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物。
在一些实施方案中，聚合物粘结剂的努普硬度小于60。例如，通过选择填料和偶联剂可以影响聚合物粘结剂的努普硬度。在一些实施方案中，基于所述聚合物粘结剂组合物的总重量计，该聚合物粘合剂包含小于50重量％的上述填料中的任一种。在一些实施方案中，基于聚合物粘结剂组合物的总重量计，聚合物粘结剂不包含填料或包含少于上述填料中的任一种的5重量％、4重量％、3重量％、2重量％或1重量％。不含填料的聚合物粘结剂的努普硬度值通常在20至50的范围内。考虑到下面实施例中提供的细节，努普硬度可以使用ASTM D 1474-85(方法A)测量。在一些实施方案中，基于聚合物粘结剂组合物的总重量计，聚合物粘结剂不包含硅烷偶联剂或包含小于0.5重量％、0.2重量％或0.1重量％的硅烷偶联剂。
多种方法可适于制造根据本公开的涂覆的磨料制品。再次参见图2，可以通过任何合适的技术，诸如喷涂、辊涂、模涂、粉末涂覆、热熔涂覆或刮涂，将包含第一有机基粘结剂前体的底胶层12施加到背衬11的第一主表面18。可以如上所述制备的团聚颗粒13可以投射在底胶层前体上并粘附在底胶层前体中。在一些实施方案中，团聚颗粒是滴涂的。在一些实施方案中，团聚颗粒13在背衬11上形成单层。
所得构造然后暴露于第一能量源，诸如如上所述的热或辐射，以至少部分地固化第一粘结剂前体，以形成不流动的底胶层。例如，所得的构造可被暴露以在50℃至130℃之间的温度下进行加热，在一些实施方案中在80℃至110℃之间的温度下进行加热，持续范围为30分钟至3小时的一段时间。在此之后，通过任何常规技术，例如通过喷涂、辊涂和幕涂，将包含可与第一粘结剂前体相同或不同的第二粘结剂前体的复胶层施加在团聚颗粒上。最后，将所得磨料制品暴露于第二能量源，该第二能量源可与第一能量源相同或不同，以使底胶层和第二粘结剂前体完全固化或聚合成热固性聚合物。
根据本公开的非织造磨料包括适用于磨料的非织造幅材。术语“非织造”是指具有单独纤维或纺丝的结构的材料，这些纤维或纺丝是夹层的，但不是以可识别方式诸如以针织织物进行夹层的。图2所示的局部剖视图还可示出根据本公开的非织造磨料制品的实施方案，其中参考标号11是指非织造磨料制品的单个纤维。通常，非织造幅材包括缠结的纤维幅材。纤维可包括连续纤维、短纤维或它们的组合。例如，非织造幅材可以包括长度为至少约20mm、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)。纤维可以具有至少约1.7分特(dtex，即，克/10000米)、至少约6dtex或至少约17dtex，并且小于约560dtext、小于约280dtex或小于约120dtex的细度或线密度，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用于例如提供磨料制品，所述磨料制品在使用时将会产生尤其优选的表面光洁度。如果使用的是纺粘非织造物，那么细丝可以具有大得多的直径，例如，直径为至多2mm或更大。
可例如通过常规的气流成网、梳理、缝编、纺粘、湿法成网和/或熔喷过程制造非织造幅材。可使用设备，诸如，例如以商品名“RANDOWEBBER”从纽约州马其顿的兰多机器公司(Rando Machine Company,Macedon,New York)商购获得设备的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它组件组合地加工，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。可挑选该纤维，以影响磨料制品的特性，诸如例如为柔韧性、弹性、耐久性或保质期、磨损性以及精加工特性。可为合适的纤维的示例包括天然纤维、合成纤维以及天然纤维和/或合成纤维的混合物。合成纤维的示例包括由聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、尼龙(例如，六亚甲基己二酰胺、聚己内酰胺)、聚丙烯、丙烯腈(即，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-丙烯腈共聚物制成的那些。合适的天然纤维的示例包括棉花、羊毛、黄麻和大麻。纤维可为天然的材料或例如从服装碎料、地毯制造、纤维制造或纺织物加工中回收的再循环材料或废料。纤维可以是均一化的或可以是复合材料，诸如双组分纤维(例如，共纺的皮-芯纤维)。这些纤维可以是拉伸的和卷曲的，但是也可为连续长丝，诸如通过挤出工艺形成的那些长丝。也可以使用纤维的组合。
可用于将根据本公开的团聚颗粒粘结到非织造幅材上和粘结到非织造幅材中的粘结剂可包括上述中的任一种。在用粘结剂前体浸渍之前，当进行任何涂覆(例如，用具有可固化组合物或可选的预粘结树脂涂覆)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，在浸渍粘结剂前体之前，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它细节可见于例如美国专利2,958,593(Hoover等人)、美国专利5,591,239(Larson等人)；美国专利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，在用粘结剂前体涂覆之前将预粘结树脂施加到非织造幅材是可用的。预粘结树脂用于例如在处理期间帮助保持非织造幅材的完整性，并且还可以促进粘结剂与非织造幅材的粘结。预粘结树脂的示例包括酚醛树脂、聚氨基甲酸酯树脂、皮胶、丙烯酸类树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂以及它们的组合。通常将以这种方式使用的预粘结树脂的量朝符合在纤维的交叉接触点处将纤维粘结在一起的最小量进行调节。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。
根据本公开的磨料制品可例如被转换成带、带卷、盘或片材。它们可以手工使用或与诸如带式磨削机的机器组合使用。对于带应用，将磨料片材的两个自由端接合在一起并拼接，从而形成环形带。也可使用无接头皮带，例如，如WO 93/12911中所述。一般来讲，环形磨料带可横贯至少一个惰辊和压板或接触轮。调整压板或接触轮的硬度以获得所需的切割速率和工件表面光洁度。磨料带速度取决于所需切割速率和表面光洁度，并且通常范围在约20表面米/秒至100表面米/秒的任何位置，通常在30表面米/秒至70表面米/秒之间。带尺寸的范围可以是约0.5cm至100cm宽或1.0cm至30cm宽，以及约5cm至1,000cm长或50cm至500cm长。磨料带是磨料制品的连续长度，并且其宽度范围可为约1mm至1,000mm或约5mm至250mm。磨料带通常是展开的，横贯支撑垫，该支撑垫迫使带抵靠工件，然后重绕。磨料带可以连续地通过研磨界面进给并且可以被分度。磨料盘也可以包括在磨料领域中称为“菊花”形状的磨料盘，其直径的范围可以为约50mm至1,000mm或约50mm至约100mm。通常，磨料盘通过连接装置固定到支撑垫上，并且可以在100转/分钟至20,000转/分钟之间，通常在1,000转/分钟至15,000转/分钟之间旋转。
磨料制品可被用于研磨工件。工件可以是任何类型的材料，诸如金属、金属合金、异金属合金、陶瓷、玻璃、木材、木材类材料、复合材料、涂漆表面、塑料、增强塑料、石头以及它们的组合。工件可为平坦的或可具有与其相关联的形状或轮廓。工件的示例包括玻璃眼镜、塑料眼镜、塑料镜片、玻璃电视屏幕、金属汽车部件(例如，离合器片和其它平坦汽车部件)、不锈钢线圈、塑料部件、刨花板、涂漆汽车部件、磁性介质、管道、板、液压杆和电梯井。
在研磨期间，磨料制品和工件相对于彼此移动，使得磨料制品磨损工件。磨料制品相对于工件移动，或反之亦然。根据应用情况，研磨界面处力的范围可以为约0.1kg至超过1000kg。一般来讲，此研磨界面处力的范围在1kg至500kg之间。此外，研磨可在湿条件下进行。湿条件可包括水和/或液体有机化合物。典型的液体有机化合物的示例包括润滑剂、油、乳化有机化合物、切割流体和皂。这些液体还可以包含其它添加剂，诸如消泡剂，脱脂剂和抗蚀剂。磨料制品在使用期间可在研磨界面处振荡，这可导致工件上的精细表面被研磨。
根据本公开的方法可用于研磨洛氏C硬度小于约20的工件。洛氏C硬度值小于约20的材料的示例包括不锈钢、碳钢和钛。硬度测量可根据ASTM标准号A370-90进行。
本公开的一些实施方案
在第一实施方案中，本公开提供一种磨料团聚颗粒，所述磨料团聚颗粒包含粘结在玻璃状基质中的熔凝氧化铝矿物，其中基于所述磨料团聚颗粒的重量计，所述熔凝氧化铝矿物以70重量％至95重量％的范围存在，并且所述玻璃状基质以至少5重量％存在，其中所述熔凝氧化铝矿物的平均粒度为至多300微米，并且其中所述磨料团聚颗粒具有带侧壁的截头棱锥形状，所述侧壁的锥角在2度至15度的范围内，并且尺寸为至少400微米。
在第二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案所述的磨料团聚颗粒，其中所述磨料团聚颗粒的最大面尺寸小于1.5毫米。
在第三实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案或第二实施方案所述的磨料团聚颗粒，其中所述熔凝氧化铝矿物的平均粒度为至少10微米。
在第四实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第三实施方案中任一项所述的磨料团聚颗粒，其中所述磨料团聚颗粒具有经设计的孔隙率。
在第五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第三实施方案中任一项所述的磨料团聚颗粒，其中所述玻璃状基质的热膨胀系数在4×10-6/K至16×10-6/K的范围内。
在第六实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第五实施方案中任一项所述的磨料团聚颗粒，其中基于所述磨料团聚颗粒的重量计，所述熔凝氧化铝矿物以70重量％至85重量％的范围存在，并且所述玻璃状基质以至少15重量％存在。
在第七实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第六实施方案中任一项所述的磨料团聚颗粒，其中所述熔凝氧化铝矿物的平均粒度为至多200微米。
在第八实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第七实施方案中任一项所述的磨料团聚颗粒，其中所述磨料团聚颗粒的尺寸为至少500微米。
在第九实施方案中，本公开提供了包含多个根据第一实施方案至第八实施方案中任一项所述的磨料团聚颗粒的制品。
在第十实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案所述的磨料制品，其中所述磨料制品是涂覆的磨料制品。
在第十一实施方案中，本公开提供了根据第十实施方案所述的磨料制品，其中所述涂覆的磨料制品包括背衬和所述多个磨料团聚颗粒，所述多个磨料团聚颗粒用聚合物粘结剂附着到所述背衬。
在第十二实施方案中，本公开提供了根据第十一实施方案所述的磨料制品，其中所述聚合物粘结剂包括酚醛树脂粘结剂。
在第十三实施方案中，本公开提供了根据第十一实施方案或第十二实施方案所述的磨料制品，其中所述聚合物粘合剂的努普硬度小于60。
在第十四实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案所述的磨料制品，其中所述磨料制品是非织造磨料制品。
在第十五实施方案中，本公开提供了根据第十四实施方案所述的膜制品，其中所述非织造磨料包含聚合物粘结剂。
在第十六实施方案中，本公开提供了根据第十五实施方案所述的磨料制品，其中所述聚合物粘结剂包括酚醛树脂粘结剂。
在第十七实施方案中，本公开提供了第十五实施方案或第十六实施方案所述的磨料制品，其中所述聚合物粘结剂的努普硬度小于60。
在第十八实施方案中，本公开提供了一种研磨工件的方法，所述方法包括：
使所述工件与根据第九实施方案至第十七实施方案中任一项所述的磨料制品接触，以及
使所述工件和所述磨料制品相对于彼此移动以研磨所述工件。
在第十九实施方案中，本公开提供了根据第十八实施方案所述的方法，其中所述工件的洛氏C硬度为20或更小。
在第二十实施方案中，本公开提供了根据第十八实施方案或第十九实施方案所述的方法，其中所述工件包含不锈钢、碳钢或钛中的至少一种。
在第二十一实施方案中，本公开提供了一种研磨工件的方法，所述方法包括：
使所述工件与磨料制品接触，其中所述工件的洛氏C硬度为20或更小，以及
使所述工件和所述磨料制品相对于彼此移动以研磨所述工件，其中所述磨料制品包括背衬和多个成形磨料团聚颗粒，所述多个成形磨料团聚颗粒用努普硬度小于60的聚合物粘结剂附接到所述背衬，并且其中成形磨料团聚颗粒包含粘结在玻璃状基质中的努普硬度为至多3000的磨粒。
在第二十二实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案所述的方法，其中所述工件包含不锈钢、碳钢或钛中的至少一种。
在第二十三实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案或第二十二实施方案所述的方法，其中所述磨粒包括熔凝氧化铝颗粒。
在第二十四实施方案中，本公开提供了根据第二十三实施方案所述的方法，其中所述熔凝氧化铝颗粒的平均粒度为至多300微米。
在第二十五实施方案中，本公开提供了根据第二十三实施方案或第二十四实施方案所述的方法，其中所述熔凝氧化铝矿物的平均粒度为至少15微米。
在第二十六实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第二十五实施方案中任一项所述的方法，其中基于所述成形磨料团聚颗粒的总重量计，所述磨粒以70重量％至95重量％的范围存在，并且所述玻璃状基质以至少5重量％存在。
在第二十七实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第二十六实施方案中任一项所述的方法，其中基于所述成形磨料团聚颗粒的总重量计，所述磨粒以70重量％至85重量％的范围存在，并且所述玻璃状基质以至少15重量％存在。
在第二十八实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第二十七实施方案中任一项所述的方法，其中所述成形磨料团聚颗粒具有经设计的孔隙率。
在第二十九实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第二十七实施方案中任一项所述的方法，其中所述玻璃状基质的热膨胀系数在4×10-6/K至16×10-6/K的范围内。
在第三十实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第二十九实施方案中任一项所述的方法，其中所述成形磨料团聚颗粒具有截头棱锥形状。
在第三十一实施方案中，本公开提供了根据第三十实施方案所述的方法，其中所述成形磨料团聚颗粒具有锥角在2度至15度范围内的侧壁。
在第三十二实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第三十一实施方案中任一项所述的方法，其中所述成形磨料团聚颗粒的尺寸为至少400微米。
在第三十三实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第三十二实施方案中任一项所述的方法，其中所述成形磨料团聚颗粒的尺寸为至少500微米。
在第三十四实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第三十二实施方案中任一项所述的方法，其中所述成形磨料团聚颗粒的最大尺寸小于1.5毫米。
在第三十五实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第三十四实施方案中任一项所述的方法，其中所述磨料制品是涂覆的磨料。
在第三十六实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第三十四实施方案中任一项所述的方法，其中所述磨料制品是非织造磨料。
在第三十七实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第三十六实施方案中任一项所述的方法，其中所述聚合物粘结剂是酚醛树脂粘结剂。
在第三十八实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第三十七实施方案中任一项所述的方法，其中所述磨料制品是带、带卷、盘或片材。
在第三十九实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案至第三十七实施方案中任一项所述的方法，其中所述工件包括电梯井的至少一部分。
为了可以更全面地理解本公开，给出以下实施例。应当理解，这些实施例仅为了进行示意性的说明，而不应被理解为是以任何方式限制本公开。例如，这些实施例中所提到的具体材料及其量以及其它条件和细节，均不应被解释为对本公开的不当限制。
实施例
除非另有说明，否则实施例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。除非另外说明，否则所有其它试剂均得自或购自精细化学品供应商诸如密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Company,St.Louis,Missouri)，或者可通过已知的方法合成。在示例中，使用以下单位缩写：℃表示摄氏度，cm表示厘米，g/m2表示克/平方米，以及mm表示毫米。
实施例中使用的材料描述于下表1中。
表1
Figure BDA0001950005220000241
Figure BDA0001950005220000251
制备团聚物
对于实施例1至实施例5中的每个中使用的团聚物，通过混合表2中列出的组分来制备浆料。使用高剪切混合器将组分混合在一起。将所得浆料涂覆到聚丙烯模具中，所述模具具有长和宽约0.87mm的正方形开口与长和宽约0.65mm的正方形基部；这些空腔的深度(图1中的H)为0.77mm。模具的锥角为8度。将浆料在110℃的烘箱中干燥20分钟以形成成形的团聚物。
表2
Figure BDA0001950005220000252
Figure BDA0001950005220000261
使用超声变幅杆将干燥成形团聚物从工具中释放，并随后与细级氧化铝粉末(以商品名“P172”得自法国加尔达讷的Alteo Alumina公司(Alteo Alumina,Gardanne,France))混合，然后在箱式窑中的耐火段中在更高温度下烧制(条件如表3中所计划)。
表3
片段 加热坡度(℃/分钟) 温度(℃) 停留时间(小时)
1 2.0 420 2
2 2.0 700 0.5
3 3.0 880 4
烧制后，使耐火段自然冷却至接近室温。所得的烧制团聚物包含表4中列出的组分。然后使用U.S.A.筛选团聚物。标准测试筛-18+25。
表4
Figure BDA0001950005220000262
实施例1
使用刀将以“ERATEX QUALITY N859 P39 YB1700”从德国赫福德的GustavErnstmeier公司(Gustav Ernstmeier GmbH&Co.KG,Herford,Germany)获得的布背衬涂覆有272.0g/m2的酚醛底胶树脂，该酚醛底胶树脂由52份可溶酚醛树脂(以商品名“GP 8339R-23155B”从佐治亚州亚特兰大的佐治亚太平洋化学品公司(Georgia PacificChemicals,Atlanta,Georgia)获得)，45份偏硅酸钙(以商品名“WOLLASTOCOAT”从纽约州威尔士伯勒的NYCO公司(NYCO Company,Willsboro,NY)获得)和2.5份水组成，以填充背衬编织物并去除多余的树脂。
通过滴涂将团聚物1施加到底胶树脂涂覆的背衬。相对于样品，团聚物1的涂层重量为606.8g/m2。将磨料涂覆的背衬置于65.5℃的烘箱中15分钟，并然后置于98.9℃下65分钟以使底胶树脂部分固化。将由45.76份可溶酚醛树脂(以商品名“GP 8339 R-23155B”从佐治亚州太平洋化学品公司获得)、4.24份水、24.13份冰晶石(德克萨斯州休斯顿的苏威氟化盐公司(Solvay Fluorides,LLC,Houston,Texas))、24.13份偏硅酸钙(以商品名“WOLLASTOCOAT”从纽约州威尔士伯勒的NYCO公司获得)以及1.75份红色氧化铁组成的复胶树脂以661.2g/m2的基重施加至背衬材料的每个条带，并且将涂覆的条带置于87.8℃的烘箱中100分钟，然后在102.8℃下12小时。固化之后，将涂覆的磨料条带转变成本领域已知的带。
使用购自纽约州宾厄姆顿的威尔逊仪器公司(Wilson Instruments ofBinghampton,N.Y.)的Tukon硬度测试仪200型测量底胶树脂和复胶树脂的努普硬度为47。有机/聚合物涂层的压痕硬度测定描述于ASTM D 1474-85(方法A)中。将大约15密耳的涂层施加到玻璃显微镜载片。随后，将涂层干燥并利用热固化。该方法由以下构成：借助于具有特定面角的棱锥形金刚石将100克载荷施加到涂层表面，并将所得永久压痕的长度测量值转换为努普硬度值是。
实施例2至实施例5
对于实施例2至实施例5中的每个，重复实施例1中大体描述的过程，不同之处在于使用表5中列出的团聚物、团聚物的涂层重量、底胶树脂和复胶树脂。
表5
实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
矿物 团聚物2 团聚物3 团聚物4 团聚物5
团聚物涂层重量 619.4g/m<sup>2</sup> 619.4g/m<sup>2</sup> 631.9g/m<sup>2</sup> 627.7g/m<sup>2</sup>
底胶层添加 272.0g/m<sup>2</sup> 272.0g/m<sup>2</sup> 276.2g/m<sup>2</sup> 267.8g/m<sup>2</sup>
复胶层添加 657.0g/m<sup>2</sup> 590.1g/m<sup>2</sup> 631.9g/m<sup>2</sup> 640.3g/m<sup>2</sup>
比较例A
涂覆的磨料带以商品名“KK718X”玻璃料P600从密苏里州奥法伦的VSM磨料公司(VSM Abrasives Corporation,O’Fallon Missouri)获得。
比较例B
涂覆的磨料带以商品名“KK718X”玻璃料P400从VSM磨料公司获得。
比较例C
涂覆的磨料带以商品名“KK718X”玻璃料P320从VSM磨料公司获得。
比较例D
涂覆的磨料带以商品名“KK718X”玻璃料P240从VSM磨料公司获得。
比较例E
涂覆的磨料带以商品名“KK718X”玻璃料P180从VSM磨料公司获得。
比较例F
涂覆的磨料带以商品名“359F”玻璃料P400从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,Saint Paul,Minnesota)获得。
比较例G
涂覆的磨料带以商品名“359F”玻璃料P320从3M公司获得。
比较例H
涂覆的磨料带以商品名“359F”玻璃料P180从3M公司获得。
性能评估
通过模切最终固化带，从实施例1至实施例5和比较例A至比较例H中的每个制备直径为2英寸(5.08cm)的涂覆的磨料盘。使用粘合剂(以商品名“LOCTITE 406”从俄亥俄州西湖的亨克尔股份公司(Henkel Corporation,Westlake,Ohio)获得)将ROLOC(TR型)快速更换附件(在美国专利6,817,935的公开中描述)附连到盘的中心背面。将待测试的盘安装在电动旋转工具上，该电动旋转工具设置在X-Y台上，该台具有固定到X-Y台的尺寸为2英寸×18英寸×0.5英寸(50.8mm×457.2mm×12.7mm)的1018钢条。将工具设定为沿着条的长度在X方向上以6英寸/秒(152.4mm/sec)的速度移动。该旋转工具然后被激活从而在无负载下以7500rpm旋转。将自来水流引导到盘下的待研磨表面上的杆上。然后以9磅(4.08千克)的载荷将磨料制品以5度的角度推向杆。然后激活工具以沿着杆的长度移动。然后将该工具提起，并返回到杆的相对端。在每个循环中完成十次此种沿着杆长度的磨削和返回过程，总共6个循环。在每个循环之前和之后测量杆的质量，以确定每个循环后的总质量损失，以克为单位。在6个循环结束时确定累积质量损失。在测试完成之前和之后(6个循环)对盘称重以确定磨耗。表6中示出了每个实施例的测试结果。
表6
Figure BDA0001950005220000291
本公开不限于上述实施方案，但应受以下权利要求书和权利要求书的任何等同物中示出的限制条件的约束。本公开可在不存在本公开中未具体公开的任何要素的情况下以适当方式实施。

Claims (12)

1.一种磨料制品，所述磨料制品包括背衬以及用努普硬度为47或更低的聚合物粘结剂附接到所述背衬的多个磨料团聚颗粒，其中所述磨料团聚颗粒包含粘结在玻璃状基质中的熔凝氧化铝矿物，其中基于所述磨料团聚颗粒的重量计，所述熔凝氧化铝矿物以70重量％至95重量％的范围存在，并且所述玻璃状基质以至少5重量％存在，其中所述熔凝氧化铝矿物的平均粒度为至多300微米，并且其中所述磨料团聚颗粒具有带侧壁的截头棱锥形状，所述侧壁的锥角在2度至15度的范围内，并且尺寸为至少400微米。
2.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料团聚颗粒的最大尺寸小于1.5毫米。
3.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述熔凝氧化铝矿物的平均粒度为至少10微米。
4.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述熔凝氧化铝矿物的平均粒度为至多200微米。
5.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料团聚颗粒具有经设计的孔隙率。
6.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述聚合物粘结剂包括酚醛树脂粘结剂。
7.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述聚合物粘结剂的努普硬度为20到47。
8.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料制品是非织造磨料制品。
9.一种研磨工件的方法，所述方法包括：
使所述工件与根据权利要求1所述的磨料制品接触，以及
使所述工件和所述磨料制品相对于彼此移动以研磨所述工件。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述工件的洛氏C硬度为20或更小。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述聚合物粘结剂具有20到47的努普硬度。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述工件包含不锈钢、碳钢或钛中的至少一种。
CN201780044819.XA 2016-07-20 2017-07-19 成形玻璃化磨料团聚物、磨料制品和研磨方法 Active CN109475998B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662364495P 2016-07-20 2016-07-20
US62/364,495 2016-07-20
PCT/US2017/042825 WO2018017695A1 (en) 2016-07-20 2017-07-19 Shaped vitrified abrasive agglomerate, abrasive articles, and method of abrading

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109475998A CN109475998A (zh) 2019-03-15
CN109475998B true CN109475998B (zh) 2021-12-31

Family

ID=59485453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780044819.XA Active CN109475998B (zh) 2016-07-20 2017-07-19 成形玻璃化磨料团聚物、磨料制品和研磨方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11607776B2 (zh)
EP (1) EP3487664B1 (zh)
JP (1) JP2019527148A (zh)
CN (1) CN109475998B (zh)
WO (1) WO2018017695A1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018081246A1 (en) 2016-10-25 2018-05-03 3M Innovative Properties Company Shaped vitrified abrasive agglomerate with shaped abrasive particles, abrasive articles, and related methods
WO2019167022A1 (en) * 2018-03-01 2019-09-06 3M Innovative Properties Company Shaped siliceous abrasive agglomerate with shaped abrasive particles, abrasive articles, and related methods
EP3663042A1 (en) 2018-12-05 2020-06-10 3M Innovative Properties Company Abrasive article comprising agglomerates and method of making thereof
KR20210124337A (ko) 2019-02-11 2021-10-14 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 연마 물품
EP4081369A4 (en) * 2019-12-27 2024-04-10 Saint-Gobain Ceramics & Plastics Inc. GRINDING ARTICLES AND METHODS OF FORMING SAME
WO2021186326A1 (en) 2020-03-18 2021-09-23 3M Innovative Properties Company Abrasive article
JP2023537084A (ja) 2020-08-10 2023-08-30 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 研磨システム、及びその使用方法
CN115533770A (zh) * 2021-06-30 2022-12-30 圣戈班磨料磨具有限公司 磨料制品及其形成方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5975988A (en) * 1994-09-30 1999-11-02 Minnesota Mining And Manfacturing Company Coated abrasive article, method for preparing the same, and method of using a coated abrasive article to abrade a hard workpiece
US6319108B1 (en) * 1999-07-09 2001-11-20 3M Innovative Properties Company Metal bond abrasive article comprising porous ceramic abrasive composites and method of using same to abrade a workpiece

Family Cites Families (72)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1694594C3 (de) 1960-01-11 1975-05-28 Minnesota Mining And Manufacturing Co., Saint Paul, Minn. (V.St.A.) Reinigungs- und Polierkörper
US4314827A (en) 1979-06-29 1982-02-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Non-fused aluminum oxide-based abrasive mineral
US4518397A (en) 1979-06-29 1985-05-21 Minnesota Mining And Manufacturing Company Articles containing non-fused aluminum oxide-based abrasive mineral
US5191101A (en) 1982-11-22 1993-03-02 Minnesota Mining And Manufacturing Company Energy polymerizable compositions containing organometallic initiators
US4623364A (en) 1984-03-23 1986-11-18 Norton Company Abrasive material and method for preparing the same
CA1254238A (en) 1985-04-30 1989-05-16 Alvin P. Gerk Process for durable sol-gel produced alumina-based ceramics, abrasive grain and abrasive products
US4652275A (en) * 1985-08-07 1987-03-24 Minnesota Mining And Manufacturing Company Erodable agglomerates and abrasive products containing the same
US4652274A (en) 1985-08-07 1987-03-24 Minnesota Mining And Manufacturing Company Coated abrasive product having radiation curable binder
US4770671A (en) 1985-12-30 1988-09-13 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive grits formed of ceramic containing oxides of aluminum and yttrium, method of making and using the same and products made therewith
US4751138A (en) 1986-08-11 1988-06-14 Minnesota Mining And Manufacturing Company Coated abrasive having radiation curable binder
US4799939A (en) * 1987-02-26 1989-01-24 Minnesota Mining And Manufacturing Company Erodable agglomerates and abrasive products containing the same
US4960441A (en) 1987-05-11 1990-10-02 Norton Company Sintered alumina-zirconia ceramic bodies
AU604899B2 (en) 1987-05-27 1991-01-03 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive grits formed of ceramic, impregnation method of making the same and products made therewith
US4881951A (en) 1987-05-27 1989-11-21 Minnesota Mining And Manufacturing Co. Abrasive grits formed of ceramic containing oxides of aluminum and rare earth metal, method of making and products made therewith
US4950696A (en) 1987-08-28 1990-08-21 Minnesota Mining And Manufacturing Company Energy-induced dual curable compositions
US5086086A (en) 1987-08-28 1992-02-04 Minnesota Mining And Manufacturing Company Energy-induced curable compositions
US4985340A (en) 1988-06-01 1991-01-15 Minnesota Mining And Manufacturing Company Energy curable compositions: two component curing agents
US4903440A (en) 1988-11-23 1990-02-27 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive product having binder comprising an aminoplast resin
US5011513A (en) 1989-05-31 1991-04-30 Norton Company Single step, radiation curable ophthalmic fining pad
US5139978A (en) 1990-07-16 1992-08-18 Minnesota Mining And Manufacturing Company Impregnation method for transformation of transition alumina to a alpha alumina
US5236472A (en) 1991-02-22 1993-08-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive product having a binder comprising an aminoplast binder
RU2116186C1 (ru) 1991-12-20 1998-07-27 Миннесота Майнинг Энд Мэнюфекчуринг Компани Лента с абразивным покрытием
TW307801B (zh) 1992-03-19 1997-06-11 Minnesota Mining & Mfg
US5366523A (en) 1992-07-23 1994-11-22 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive article containing shaped abrasive particles
US5201916A (en) 1992-07-23 1993-04-13 Minnesota Mining And Manufacturing Company Shaped abrasive particles and method of making same
RU95105160A (ru) 1992-07-23 1997-01-10 Миннесота Майнинг энд Мануфакчуринг Компани (US) Способ приготовления абразивной частицы, абразивные изделия и изделия с абразивным покрытием
US5213591A (en) 1992-07-28 1993-05-25 Ahmet Celikkaya Abrasive grain, method of making same and abrasive products
WO1994007970A1 (en) 1992-09-25 1994-04-14 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method of making abrasive grain containing alumina and ceria
JP3560341B2 (ja) 1992-09-25 2004-09-02 ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニー アルミナおよびジルコニアを含む砥粒
WO1994007969A1 (en) 1992-09-25 1994-04-14 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive grain including rare earth oxide therein
ATE178298T1 (de) 1993-11-12 1999-04-15 Minnesota Mining & Mfg Schleifkorn und verfahren zur herstellung desselben
BR9408462A (pt) 1993-12-28 1997-08-26 Minnesota Mining & Mfg Tipo nominal especificado de grão abrasivo e artigo abrasivo
US5551959A (en) 1994-08-24 1996-09-03 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive article having a diamond-like coating layer and method for making same
US5591239A (en) 1994-08-30 1997-01-07 Minnesota Mining And Manufacturing Company Nonwoven abrasive article and method of making same
US6054093A (en) 1994-10-19 2000-04-25 Saint Gobain-Norton Industrial Ceramics Corporation Screen printing shaped articles
US5725162A (en) 1995-04-05 1998-03-10 Saint Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Firing sol-gel alumina particles
US5679067A (en) 1995-04-28 1997-10-21 Minnesota Mining And Manufacturing Company Molded abrasive brush
US5903951A (en) 1995-11-16 1999-05-18 Minnesota Mining And Manufacturing Company Molded brush segment
EP0912294B1 (en) 1996-05-03 2003-04-16 Minnesota Mining And Manufacturing Company Nonwoven abrasive articles
AU3295699A (en) 1998-02-19 1999-09-06 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive article and method for grinding glass
US6458018B1 (en) 1999-04-23 2002-10-01 3M Innovative Properties Company Abrasive article suitable for abrading glass and glass ceramic workpieces
US6277161B1 (en) 1999-09-28 2001-08-21 3M Innovative Properties Company Abrasive grain, abrasive articles, and methods of making and using the same
KR100733948B1 (ko) * 2000-04-28 2007-07-02 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니 유리 연삭을 위한 연마 제품 및 방법
WO2001085393A1 (en) 2000-05-09 2001-11-15 3M Innovative Properties Company Porous abrasive article having ceramic abrasive composites, methods of making, and methods of use
US6609951B1 (en) 2000-06-30 2003-08-26 3M Innovative Properties Company Method of making a surface treating article
AU2002213054A1 (en) 2000-10-06 2002-04-15 3M Innovative Properties Company Ceramic aggregate particles
US6645624B2 (en) 2000-11-10 2003-11-11 3M Innovative Properties Company Composite abrasive particles and method of manufacture
US6758734B2 (en) * 2002-03-18 2004-07-06 3M Innovative Properties Company Coated abrasive article
US6797023B2 (en) 2002-05-14 2004-09-28 Saint-Gobain Abrasives Technology Company Coated abrasives
US6979713B2 (en) 2002-11-25 2005-12-27 3M Innovative Properties Company Curable compositions and abrasive articles therefrom
US6951504B2 (en) 2003-03-20 2005-10-04 3M Innovative Properties Company Abrasive article with agglomerates and method of use
US7344574B2 (en) 2005-06-27 2008-03-18 3M Innovative Properties Company Coated abrasive article, and method of making and using the same
US7399330B2 (en) 2005-10-18 2008-07-15 3M Innovative Properties Company Agglomerate abrasive grains and methods of making the same
JP5414694B2 (ja) 2007-12-27 2014-02-12 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 成形され断裂された研磨粒子及びこの研磨粒子を使用する研磨物品、並びにそれらの作製方法
US8123828B2 (en) 2007-12-27 2012-02-28 3M Innovative Properties Company Method of making abrasive shards, shaped abrasive particles with an opening, or dish-shaped abrasive particles
WO2010025003A2 (en) 2008-08-28 2010-03-04 3M Innovative Properties Company Structured abrasive article, method of making the same, and use in wafer planarization
EP2174751B1 (de) 2008-10-10 2014-07-23 Center for Abrasives and Refractories Research & Development C.A.R.R.D. GmbH Schleifkornagglomerate, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung zur Herstellung von Schleifmitteln
US8142531B2 (en) 2008-12-17 2012-03-27 3M Innovative Properties Company Shaped abrasive particles with a sloping sidewall
US8142891B2 (en) 2008-12-17 2012-03-27 3M Innovative Properties Company Dish-shaped abrasive particles with a recessed surface
US10137556B2 (en) 2009-06-22 2018-11-27 3M Innovative Properties Company Shaped abrasive particles with low roundness factor
CN102317038B (zh) 2008-12-17 2014-02-05 3M创新有限公司 带凹槽的成形磨粒
US8142532B2 (en) 2008-12-17 2012-03-27 3M Innovative Properties Company Shaped abrasive particles with an opening
JP6000333B2 (ja) 2011-04-14 2016-09-28 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 成形砥粒のエラストマー結合凝集塊を含有する不織布研磨物品
BR112014024937B1 (pt) 2012-04-04 2021-01-12 3M Innovative Properties Company partícula abrasiva conformada de cerâmica, pluralidade de partículas abrasivas, artigo abrasivo e método para produzir partículas abrasivas conformadas de cerâmica
DE102012017969B4 (de) 2012-09-12 2017-06-29 Center For Abrasives And Refractories Research & Development C.A.R.R.D. Gmbh Agglomerat-Schleifkorn mit eingelagerten Mikrohohlkugeln
CA2888733A1 (en) 2012-10-31 2014-05-08 3M Innovative Properties Company Shaped abrasive particles, methods of making, and abrasive articles including the same
WO2015088953A1 (en) 2013-12-09 2015-06-18 3M Innovative Properties Company Conglomerate abrasive particles, abrasive articles including the same, and methods of making the same
WO2015167899A1 (en) 2014-05-02 2015-11-05 3M Innovative Properties Company Interrupted structured abrasive article and methods of polishing a workpiece
JP6758780B2 (ja) 2014-11-21 2020-09-23 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 結合研磨物品及び製造方法
US11078345B2 (en) 2016-05-20 2021-08-03 3M Innovative Properties Company Pore inducer and porous abrasive form made using the same
WO2018081246A1 (en) 2016-10-25 2018-05-03 3M Innovative Properties Company Shaped vitrified abrasive agglomerate with shaped abrasive particles, abrasive articles, and related methods
WO2019167022A1 (en) 2018-03-01 2019-09-06 3M Innovative Properties Company Shaped siliceous abrasive agglomerate with shaped abrasive particles, abrasive articles, and related methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5975988A (en) * 1994-09-30 1999-11-02 Minnesota Mining And Manfacturing Company Coated abrasive article, method for preparing the same, and method of using a coated abrasive article to abrade a hard workpiece
US6319108B1 (en) * 1999-07-09 2001-11-20 3M Innovative Properties Company Metal bond abrasive article comprising porous ceramic abrasive composites and method of using same to abrade a workpiece

Also Published As

Publication number Publication date
EP3487664B1 (en) 2022-02-16
WO2018017695A1 (en) 2018-01-25
JP2019527148A (ja) 2019-09-26
US20190283216A1 (en) 2019-09-19
CN109475998A (zh) 2019-03-15
US11607776B2 (en) 2023-03-21
EP3487664A1 (en) 2019-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109890564B (zh) 具有成形磨粒的成形玻璃化磨料团聚物、磨料制品和相关方法
CN112055737B (zh) 具有成型磨料颗粒的成型硅质磨料团聚物、磨料制品及相关方法
CN109475998B (zh) 成形玻璃化磨料团聚物、磨料制品和研磨方法
US20190240808A1 (en) Conglomerate abrasive particles, abrasive articles including the same, and methods of making the same
JP6899219B2 (ja) 複数の研磨要素の異なるセットを有する研磨材
USRE35709E (en) Reduced viscosity slurries, abrasive articles made therefrom and methods of making said articles
KR100733948B1 (ko) 유리 연삭을 위한 연마 제품 및 방법
KR20190049783A (ko) 개방형 코트 연마 물품 및 연마 방법
JP2021534006A (ja) 構造化研磨物品及びそれを製造する方法
KR20010113890A (ko) 유리를 연삭하는 방법
US20210024799A1 (en) Structured abrasives containing polishing materials for use in the home

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant