CN109789537A - 磨料制品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
在一些示例中，本发明公开了一种磨料颗粒转移系统，该磨料颗粒转移系统包括：生产工具，该生产工具包括具有形成在在该生产工具中的多个腔的分配表面；磨料颗粒，该磨料颗粒可移除地设置在该腔的至少一些腔内；和非织造基底，该非织造基底具有与该生产工具的该分配表面相对的外表面，其中该生产工具的该分配表面被构造成能够向该非织造基底的该外表面施加压缩力以将该非织造基底从第一厚度压缩到第二厚度，其中，当该非织造基底被该生产工具压缩到该第二厚度时，该磨料颗粒从该多个腔被转移到该非织造基底。
Description
技术领域
本公开涉及包括磨料颗粒的磨料制品，以及制备该磨料制品的方法。
背景技术
磨料制品一般包括例如使用粘结剂附着到背衬或其它基底的磨料颗粒(也称为“粒子”)。在各种类型的磨料制品制造期间，磨料颗粒可以取向的方式(例如通过静电涂覆或通过一些机械放置技术)沉积在粘结剂前体上。在非织造磨料制品的情况下，可将粘结剂前体涂覆在膨松的开孔非织造纤维幅材上，将磨料颗粒附着到粘结剂前体，并且然后使粘结剂材料前体充分固化以在使用期间保持磨料颗粒。
发明内容
如本文所述，本公开的示例涉及用于制造磨料制品的系统和技术，该磨料制品包括附着到非织造基底的磨料颗粒。在一些示例中，系统可包括生产工具，该生产工具包括具有多个腔的分配表面。磨料颗粒可以所需的取向和图案可移除地设置在分配表面中的至少一些腔内。非织造基底可包括与分配表面相对的外表面。在将磨料颗粒转移到非织造基底之前，可将生产工具的分配表面与非织造基底的相对表面接触，使得基底从初始未压缩厚度被压缩到第二压缩厚度。当压缩非织造基底时，可将颗粒从生产工具的多个腔转移到非织造基底。在将颗粒转移到非织造基底之后，然后可释放所施加的压缩力以允许非织造基底回弹到大于第二厚度的第三厚度。在一些示例中，即使在已释放压缩力之后，转移到非织造基底的颗粒也可表现出来自生产工具中的腔的所需的取向和图案。
在一个示例中，本公开涉及一种磨料颗粒转移系统，该系统包括：
生产工具，该生产工具包括具有形成在该生产工具中的多个腔的分配表面；
磨料颗粒，该磨料颗粒可移除地设置在该腔的至少一些腔内；和
非织造基底，该非织造基底具有与该生产工具的分配表面相对的外表面，其中该生产工具的该分配表面被构造成能够向该非织造基底的该外表面施加压缩力以将该非织造基底从第一厚度压缩到第二厚度，其中，当该非织造基底被该生产工具压缩到该第二厚度时，该磨料颗粒从该多个腔被转移到该非织造基底。
在另一个示例中，本公开涉及一种将磨料颗粒转移到非织造基底的方法，该方法包括：
提供生产工具，该生产工具包括具有形成在该生产工具中的多个腔的分配表面，其中磨料颗粒可移除地设置在该腔的至少一些腔内；
经由该生产工具施加的压缩力压缩非织造基底，该非织造基底具有与该生产工具的该分配表面相对的外表面，其中该非织造基底从第一厚度被压缩到第二厚度；以及
在该非织造基底被生产工具压缩到该第二厚度时，将该磨料颗粒从该多个腔转移到该非织造基底。
在考虑具体实施方式以及所附权利要求书时，将进一步理解本公开的特征和优点。
附图说明
图1A-图1C为示出用于将磨料颗粒转移到非织造基底以形成磨料制品的示例性系统的概念图。
图2为示出用于将磨料颗粒转移到非织造基底以形成磨料制品的示例性生产工具的概念图。
图3A和3B为示出用于将磨料颗粒转移到非织造基底以形成磨料制品的另一种示例性系统的概念图。
图4-图7为制备用于评估本公开的方面的各种样品的光显微照片。
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本公开原理的范围内及符合本公开原理的实质的其它修改形式和实施方案。
具体实施方式
如上描述，本公开的示例涉及用于通过将颗粒从生产工具转移到非织造基底而在非织造基底上形成包括磨料颗粒的磨料制品的系统和技术。
成型磨料颗粒可被转移到平坦的带粘合剂树脂涂层的基底表面(例如，织造布)，使得颗粒相对于最佳切削构造保持特定的图案和取向。图案和取向可通过采用图案化转移模具(也称为“生产工具”)来实现，该模具包括填充有松散的磨料颗粒的腔。在一些示例中，可利用真空源将颗粒拉入模具中的各个单元中，以及提供填充工具的稳定性。然后可以倒置并真空释放该模具以使颗粒落到平坦的带树脂涂层的基底的相对表面上。这种系统的示例可包括PCT公布专利申请WO2015/100220中所述的示例中的一个或多个。然而，在一些示例中，将图案化和取向的颗粒转移到非织造基底上是特别具有挑战性的，因为例如非织造基底的膨松的三维性质会导致非平坦的表面。
根据本公开的一个或多个示例，为了将磨料颗粒从生产工具转移到非织造基底，可以首先通过生产工具的相对表面施加压力或其它力来压缩非织造基底，以产生例如基本上平坦或半平坦的非织造基底的表面。一旦通过压缩非织造基底实现基本上平坦或半平坦的非织造基底的表面，可以例如使用PCT公布专利申请WO2015/100220中所述的示例性系统和技术将磨料颗粒转移到非织造基底的表面。例如，如上所述，可释放将磨料颗粒保持在与非织造基底的压缩表面相对的生产工具的腔内的真空源，以允许磨料颗粒沉积在压缩的非织造基底上。然后，可释放由生产工具施加的压缩非织造基底的压力，从而允许基底的非织造纤维回弹到它们的初始位置或者与在施加压力压缩非织造基底时的位置不同的一些其它位置。
图1A-图1C为示出用于将磨料颗粒转移到非织造基底以形成磨料制品的示例性系统10和过程的概念图。如图1A-图1C所示，系统10包括生产工具12、磨料颗粒14(为了便于说明，在图1A-图1C中仅标记单个磨料颗粒)和非织造基底18。
在图1A所示的初始构造中，磨料颗粒14可移除地设置在形成于生产工具12的分配表面16中的至少一些腔15内(腔未在图1A-图1B中标记；空腔15在图1C中标出)。例如，如上所述，可采用真空源将磨料颗粒14暂时保持在生产工具12的腔15中。腔15可以具有与待包含在其中的预期磨料颗粒14互补的形状。生产工具12中的腔15的构造可提供磨料颗粒14所需的取向和图案。非织造基底18的外表面20与生产工具12的分配表面16分开并相对，并且非织造基底18表现出第一厚度22。
在图1B所示的系统10的后续构造中，生产工具12已相对于非织造基底18移动，使得分配表面16的全部或一部分接触非织造基底18的外表面20，并将压力24或其它压缩力施加到非织造基底18的外表面20中。在施加的压力24下，非织造基底18被压缩到第二厚度26。一旦非织造基底18被压缩到第二厚度24，如图1B所示，磨料颗粒14就可从分配表面16中的腔15转移到压缩的非织造基底18的外表面20，例如通过释放将磨料颗粒14保持在生产工具12的腔内的真空。如下文将进一步描述的，在一些示例中，非织造基底18可包括涂覆有粘合剂树脂的多个单个纤维，该粘合剂树脂将磨料颗粒附着到非织造基底18的纤维。
参考图1C，一旦磨料颗粒14已从生产工具12的腔15转移到非织造基底18，就可释放由生产工具12施加到非织造基底18的压力24或其它压缩力，并且分配表面16可与基底18的外表面20分开。一旦释放所施加的压力24或其它压缩力，非织造基底18就可在非织造基底18的纤维返回到未压缩构造时回弹到第三厚度28，该第三厚度28大于第二厚度26。
在被生产工具12压缩之前，如图1A所示，处于未压缩状态的非织造基底18的第一厚度22可以为至少约3mm、至少约6mm或至少约10mm；和/或小于约50mm或小于约25mm，但也可使用更大和更小的厚度。
当被生产工具12压缩时，如图1B所示，例如，非织造基底18的第二厚度26小于基底的第一厚度22。在一些示例中，第二厚度26可以为第一厚度22的至少约90％、至少约80％、至少约70％、至少约60％、在一些示例中优选至少约50％、至少约40％、至少约30％、至少约20％、至少约10％或至少约5％。在一些示例中，第二厚度26可以为第一厚度22的小于约90％、小于约80％、小于约70％、小于约60％、在一些示例中优选小于约50％、小于约40％、小于约30％、小于约20％、小于约10％或小于约5％。在一些示例中，第二厚度26可以为第一厚度22的约50％至约10％。在一些示例中，非织造基底18的第二厚度26可小于约50mm或小于约25mm，但也可使用更大和更小的厚度。就稀松布背衬的非织造基底而言，第二厚度26可以为第一厚度22的小于约65％，诸如例如大约60％。可设想其它值。
在压力24被生产工具12释放之后，如图1C所示，例如，非织造基底18可回弹到第三厚度28。一般来讲，第三厚度28可大于第二厚度26，使得非织造基底18的厚度可与被生产工具12压缩时的第二厚度26相比在厚度上增加至少一定的程度。在一些示例中，第三厚度26可大约等于或大于第一厚度22，可为第一厚度22的至少约99％、至少约95％、至少约90％、至少约80％、至少约70％、至少约70％、在一些示例中优选至少约50％、至少约40％、至少约30％、至少约20％、至少约10％或至少约5％。可设想其它值。
系统10可被构造成能够施加适于将非织造基底压缩(例如，沿着基本上负z方向)到所需厚度的一定量的压力24或其它压缩力。达到非织造基底18所需的压缩厚度所需的压力24的量可取决于许多因素，这些因素可包括但不限于非织造基底18的组成和取向，压缩厚度26与未压缩的初始厚度22相比的总体减小百分比，和/或基底18的总体压缩厚度26。在一些示例中，所施加的压力24可以为约0.1磅/平方英寸(psi)至约100psi，诸如例如约5psi至约10psi，或至少约2psi，诸如例如至少约1psi。
在一些示例中，如图1B所示，可以通过使生产工具12沿负z轴方向移动来施加压力34，同时非织造基底18的位置沿z轴方向基本上恒定。在一些示例中，如图1B所示，可以通过使非织造基底18沿正z轴方向移动来施加压力34，同时生产工具12的位置沿z轴方向基本上恒定。在一些示例中，如图1B所示，可以通过使非织造基底18和生产工具12二者都沿z轴方向移动来施加压力34，例如，通过使生产工具12沿负z轴方向移动，同时生产工具12的位置沿正z轴方向移动。相对刚性的支撑构件可定位在生产工具12的顶表面上和/或非织造基底18的底表面上以支撑允许非织造基底18的所需压缩。
如下文将进一步描述的，非织造基底18可包括在基底18的体积内的多个单个纤维。例如，与其中所有纤维沿x-y轴平面延伸以限定基本上平坦或平面的外表面的基底相比，至少一些纤维沿基底18的z轴方向延伸到一定程度。在一些示例中，当压缩到第二厚度26时，非织造基底18的体积内的单个纤维可暂时地重新排列成不沿z轴方向延伸，从而大体上更多地沿x-y轴平面延伸。在一些示例中，通过以这种方式重新排列非织造基底18的纤维，基底18的外表面20可以实质上限定平坦的或基本上平坦的表面，磨料颗粒14可被转移到该表面上。在一些示例中，当非织造基底被压缩时，非织造基底的体积内的内部纤维可暴露于外表面，使得与基底处于未压缩状态的情况相比，内部纤维与转移的磨料颗粒接触，在这种情况下，外纤维层将阻塞或以其它方式防止与内部纤维接触。
令人惊讶地发现，通过采用例如图1A-1C的过程，即使在非织造基底的纤维回弹到它们自然状态之后，已从生产工具转移到压缩非织造基底的磨料颗粒也基本上在基底的非织造纤维上保持所需的图案和取向。
可进行图1A-图1C中所示的过程，以使在使用连续或分批处理压缩到第二厚度26时，磨料颗粒14转移到非织造基底18。例如，在使用图1A-图1C的过程分批处理磨料制品的情况下，可采用具有两个相对的压板的液压机。可将包括设置在腔15内的磨料颗粒14的生产工具18放置在压板之间的非织造基底上，其中分配表面16与外表面20相对。然后可通过压力机施加压力34以将非织造基底18压缩到第二厚度26，如图1B所示。如上所述，一旦非织造基底18被压缩，可将颗粒14从分配表面16中的腔15转移到非织造基底18。然后可释放由压力机施加的压力34以允许非织造基底18回弹到第三厚度28。设想用于执行这种分批处理的其它系统。
在根据图1A-图1C的过程将磨料颗粒14转移到非织造基底18的连续过程的情况下，可采用任何合适的系统。合适的示例性系统可包括PCT公布专利申请WO2015/100220(该申请的全部内容并入本文)中所述的示例性系统中的一个或多个，这些系统被修改以压缩非织造基底并将磨料颗粒转移到压缩基底。
图3A和3B是示出连续制造系统的示例性部分的示意图，该连续制造系统用于在基底18被压缩时将磨料颗粒14(未示出)从生产工具12转移到非织造基底18。参考图3A，磨料颗粒14可被可移除地设置在生产工具12的腔15中，并且生产工具12可沿第一幅材路径被引导，使得工具12的与分配表面16相对的背部表面沿着辊32的外圆周的一部分接触第一转移辊32。生产工具12部分地缠绕围绕辊32，使得生产工具12在辊32和相对的辊34之间被引导。非织造基底18也沿着辊32和辊34之间的第二幅材路径52被引导，使得外表面20接触生产工具12在这些辊之间的分配表面。在辊32和辊34之间提供间隙，使得非织造基底18通过生产工具12被压缩到第二厚度28。当非织造基底18例如通过释放真空36被压缩时，磨料颗粒14从生产工具12的腔15被转移到非织造基底18，真空36最初被施加在辊32的一部分上以将磨料颗粒14固定在生产工具的腔15内。一旦磨料颗粒14被转移，在辊32和辊34之间不再压缩之后，非织造基底18沿着第二幅材路径52回弹到第三厚度28。生产工具12沿着第一幅材路径50继续，并且腔15不再填充有磨料颗粒14。
参考图3B，该构造类似于图3A的构造。磨料颗粒14可被可移除地设置在生产工具12的腔15中，并且生产工具12可沿第一幅材路径被引导，使得工具12的与分配表面16相对的背部表面沿着辊42的外圆周的一部分接触第一转移辊42。生产工具12部分地缠绕围绕辊42，使得生产工具12在辊42和相对的辊44之间被引导。非织造基底18也沿着辊46上的第二幅材路径52被引导，以在辊42的外圆周上与生产工具12的分配表面16接触，然后在辊42和辊42之间被引导，使得外表面20接触生产工具12在这些辊之间的分配表面。在辊42和辊44之间提供间隙，使得非织造基底18通过生产工具12被压缩到第二厚度28。当非织造基底18被压缩时，磨料颗粒14从生产工具12的腔15转移到非织造基底18。例如，颗粒14可通过重力和/或直接接触带树脂涂层的非织造基底进行转移。在一些示例中，可在从转移辊42出来时采用与图3B中的幅材路径50接触的超声装置，用于振动来辅助转移。在一些示例中，辊44优选位于辊42上的幅材缠绕物的末端，但不是必须的。辊44可沿辊42的幅材缠绕物位于任何位置，并且两个幅材不需要立即分开。
一旦磨料颗粒14被转移，在辊42和辊44之间不再压缩之后，非织造基底18沿第二幅材路径52回弹到第三厚度28。生产工具12沿着第一幅材路径50继续，并且腔15不再填充有磨料颗粒14。
图3A和3B的实施方案是示例性的。设想其它实施方案。
如本文所述，本公开的示例可采用生产工具，诸如例如生产工具12，该生产工具包括可移除地设置在生产工具的成型腔内的磨料颗粒以将磨料颗粒转移到压缩非织造基底。图2示出了可适用于本公开的实施方案的生产工具200的一个示例。然而，设想用于将颗粒转移到压缩非织造基底的其它示例性生产工具。
现在参考图2，示例性生产工具200包括具有分配表面212和背部表面214的载体构件210。分配表面212包括从分配表面212处的腔开口230延伸到载体构件210中的腔220。任选的可压缩弹性层240被固定到背部表面214。腔220被设置在阵列250中，该阵列250设置有主轴252，主轴252相对于生产工具200的纵轴202(对应于带或辊的情况的纵向)呈偏移角α。
通常，载体构件的分配表面处的腔的开口为矩形；然而，这不是必需的。载体构件中腔体的长度、宽度和深度通常将至少部分地由与其一起使用的磨料颗粒的形状和尺寸来决定。例如，如果磨料颗粒被成型为等边三角板，则单个腔的长度应优选地为磨料颗粒的最大边长的1.1-1.2倍，单个腔的宽度优选地为磨料颗粒的厚度的1.1-2.5倍，并且如果磨料颗粒容纳在腔内，腔的相应深度应优选地为磨料颗粒的宽度的1.0至1.2倍。
另选地，例如，如果磨料颗粒被成型为等边三角板，则单个腔的长度应小于磨料颗粒边缘的长度，并且/或者如果磨料颗粒从腔中突出，腔的相应深度应小于磨料颗粒宽度。类似地，腔的宽度应被选择成使得单个磨料颗粒适配在每个腔内。
类似地，腔的宽度应被选择成使得单个磨料颗粒适配在每个腔内。
任选的纵向取向的支架构件260沿分配表面212的相对边缘进行设置(例如，使用粘合剂或其它装置)。支架构件高度的设计变型形式允许调整腔开口230和接触生产工具的基底(例如，该基底上具有底胶层前体的背衬)之间的距离。
如果存在，则纵向取向的支架构件260可以具有任何高度、宽度和/或间距(优选地它们具有约0.1mm至约1mm的高度、约1mm至约50mm的宽度以及约7mm至约24mm的间距)。单独的纵向取向的支架构件可以为例如连续的(例如，肋)或不连续的(例如，片段肋或一系列柱形件)。在生产工具包括幅材或带的情况下，纵向取向的支架构件通常与纵向平行。
偏移角α的功能是将磨料颗粒布置在最终带涂层的磨料制品上，其图案将不使得工件中产生沟槽。偏移角α可具有0度至约30度的任意值，但是优选地在1度至5度的范围内，更优选地在1度至3度的范围内。
合适的载体构件可为刚性的或柔性的，但是优选地为柔性的，足以允许使用垂直幅材处理装置诸如辊。优选地，载体构件包含金属和/或有机聚合物。此类有机物聚合物优选地为可模塑的，具有低成本，并且在用于本公开的磨料颗粒沉积方法时相当耐用。适用于制造载体构件的有机聚合物的示例可为热固性塑料和/或热塑性塑料，包括：聚丙烯、聚乙烯、硫化橡胶、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、以及聚甲醛塑料(POM，缩醛)、聚(醚砜)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯、聚氯乙烯以及它们的组合。
生产工具可为例如环形带(例如，图1A所示的环形带200)、片材、连续片材或幅材、涂布辊、安装于涂布辊上的套筒、或模具的形式。如果生产工具为带、片材、幅材或套筒的形式，它将具有接触表面和非接触表面。如果生产工具为辊的形式，它将仅具有接触表面。由该方法形成的磨料制品的形貌将具有生产工具的接触表面的反向图案。生产工具的接触表面的图案一般特征在于多个腔或凹陷部。这些腔的开口可具有任何规则或不规则的形状，诸如例如矩形、半圆形、圆形、三角形、正方形、六边形或八边形。腔的壁可为竖直的或锥形的。由腔形成的图案可根据指定的计划进行布置或者可随机布置。有利地，腔可彼此邻接。
载体构件可例如按照下面的过程制备。首先提供母模工具。母模工具通常由金属(例如镍)制备。母模工具可通过任何常规的技术进行加工，诸如例如雕刻、滚铣、滚花、电铸、金刚石车削或激光加工。如果希望生产工具的表面上有图案，则母模工具应具有与生产工具的表面上的图案相反的图案。热塑性材料可用母模工具进行压印以形成图案。压印可在热塑性材料处于可流动状态下进行。压印之后，可将热塑性材料冷却以使实现大体凝固。
载体构件还可通过将图案压印到加热软化的已成形聚合物膜中而形成。在这种情况下，膜厚度可小于腔体深度。这对于改善具有深腔的载体的柔韧性是有利的。
载体构件还可由固化的热固性树脂制备。可根据下面的过程制备由热固性材料制得的生产工具。将未固化的热固性树脂施加至上述类型的母模工具。当未固化的树脂在母模工具的表面上时，该未固化的树脂可通过加热进行固化或发生聚合反应，使得该未固化的树脂固化成具有与母模工具表面的图案相反的形状。然后，从母模工具的表面移除固化的热固性树脂。生产工具可由固化的可辐射固化树脂制备，诸如例如丙烯酸酯化氨基甲酸酯低聚物。辐射固化的生产工具以与热固性树脂制成的生产工具相同的方式制备，不同的是通过暴露于辐射(例如，紫外线辐射)来进行固化。
载体构件可具有任何厚度，只要它具有足够的深度以容纳磨料颗粒并具有足够的柔韧性和耐用性以用于制造过程即可。如果载体构件包括环形带，则通常可采用厚度为约0.5至约10毫米的载体构件；然而，这不是必需的。
腔可具有任何形状，并且通常根据具体应用来选择。优选地，腔的至少一部分(并且更优选地为大部分、或者甚至全部)均被成形(即，单独被有意地工程化以具有特定的形状和尺寸)，并且更优选地经过精确成形。在一些实施方案中，腔具有平滑的壁和由模塑工艺形成的尖锐角，并且与接触的用于形成腔的母模工具(例如，金刚石车削的金属母模工具辊)具有相反的表面特征。腔可为封闭的(即，具有封闭的底部)。
优选地，侧壁中的至少一些随着腔深度的增加从载体构件的分配表面处它们相应的腔开口或背部表面处的腔开口向内渐缩。更优选地，所有侧壁随着腔深度的增加(即，随着与分配表面的距离的增加)从载体构件的分配表面处的开口向内渐缩。
在一些实施方案中，腔中的至少一些包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁。在此类实施方案中，第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁可以为连续且邻接的。
在其中腔不具有底部表面并且未延伸穿过载体构件到达背部表面的实施方案中，第一侧壁和第三侧壁可以相交于一条直线处，而第二侧壁和第四侧壁未彼此接触。
可采用各种方法将磨料颗粒从生产工具的腔转移到压缩的非织造基底。没有特定的顺序，各种示例方法可包括但不限于：
1.重力辅助，其中将生产工具和分配表面的纵向行进的部分反转，并且磨料颗粒在重力作用下从腔中落出到压缩的非织造基底上。
2.推动辅助，其中生产工具中的每个腔具有两个开放端，使得磨料颗粒可驻留在腔中并且磨料颗粒的一部分延伸穿过生产工具的背部表面214。借助推动辅助，生产工具无需再被反转，但是仍可以被反转。随着生产工具缠绕磨料颗粒转移辊，辊的外表面与每个腔中的磨料颗粒接合并且将磨料颗粒推出腔并进入带树脂涂层的背衬上的树脂层中。在一些实施方案中，磨料颗粒转移辊的外表面包括可弹性压缩的层，该层具有例如20-70的肖氏A硬度，用于随磨料颗粒推入带树脂涂层的背衬而提供附加的一致性。在推动辅助的另一个实施方案中，生产工具的背部表面可被可弹性压缩的层覆盖，以作为磨料颗粒转移辊的弹性外层的替代或补充。
3.振动辅助，其中例如磨料颗粒转移辊或生产工具被合适的源(诸如超声装置)振动，以将磨料颗粒从腔中摇出并到压缩的非织造基底上。
4.压力辅助，其中生产工具中的每个腔具有两个开放端，或者背部表面或整个生产工具具有合适的多孔结构，并且磨料颗粒转移辊具有多个孔和内部加压空气源。借助压力辅助，生产工具无需再被反转，但是仍可以被反转。磨料颗粒转移辊还可具有活动的内部隔离壁，使得可将加压空气可供应至辊的特定弧区段或圆周，以将磨料颗粒吹出腔体并吹到带树脂涂层的背衬的特定位置上。在一些实施方案中，磨料颗粒转移辊还可设置有不含相应的加压区域或与加压区域结合的内部真空源，该真空源在磨料颗粒转移辊旋转时通常位于加压区域之前。真空源或区域可具有可活动的隔离壁，以将该真空源或区域引导至磨料颗粒转移辊的特定区域或弧区段。在使磨料颗粒经受磨料颗粒转移辊的加压区域之前，在生产工具缠绕磨料颗粒转移辊时，真空可将磨料颗粒牢牢吸进腔中。此真空区域可与例如磨料颗粒移除构件一起使用以从分配表面去除过量磨料颗粒，或者可用于仅确保磨料颗粒在沿着磨料颗粒转移辊的外周到达特定位置之前不离开腔。
5.上文列出的各种实施方案不限于单独使用，并且它们可根据需要进行组合和匹配以更高效地将磨料颗粒从腔体转移至带树脂涂层的背衬。
在转移过程中，磨料颗粒的图案以及它们在生产工具中布置的特定取向可基本上复制到非织造基底上。
本文所述的示例性系统和技术可用于形成非织造磨料制品。在一些示例中，非织造磨料制品可包括开放多孔的膨松纤维幅材，该幅材具有分布在整个结构中并通过树脂粘结剂材料粘附在幅材中的磨料颗粒。非织造磨料制品的示例性实施方案包括由缠结的纤维形成的膨松开孔的低密度纤维幅材。磨料颗粒可通过粘结剂材料固定到纤维的暴露表面上的纤维幅材，粘结剂材料也在纤维彼此接触的点处将纤维粘结在一起。
在磨料领域已知的是适于使用的非织造纤维基底。通常，非织造纤维基底包括缠结的纤维的幅材。长丝的示例包括聚酯纤维、聚酰胺纤维和聚芳族聚酰胺纤维。纤维可包括连续纤维、短纤维或它们的组合。例如，纤维幅材可包括长度为至少约20毫米(mm)、至少约30mm或至少约40mm并且小于约110mm、小于约85mm或小于约65mm的短纤维，但也可使用更短和更长的纤维(例如，连续长丝)。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。
可以使用例如常规的气纺、梳理成网、缝编、纺粘、湿法成网和/或熔喷工序制成纤维幅材。气纺纤维幅材可使用以下设备来制备，诸如例如可以商品名称RANDO WEBBER购自纽约州马其顿的兰多机械公司(Rando Machine Company of Macedon,New York)的设备。
非织造纤维幅材通常被选择成与粘附粘结剂和磨料颗粒相容，同时还与制品的其它部件相容，并且通常可以承受一些工艺条件(例如，温度)，诸如在可固化粘结剂前体的应用和固化期间采用的那些条件。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)。纤维可为拉伸和卷曲的，但是也可为连续长丝，诸如由挤出工艺形成的那些长丝。也可以使用纤维的组合。
在用粘结剂前体组合物涂覆和/或浸渍之前，如在任何涂覆(例如，用可固化粘结剂前体或任选的预粘结树脂涂覆)之前所测量的，非织造纤维幅材的每单位面积的重量(即基重)通常为：约50克/平方米(gsm)、至少约100gsm或至少约150gsm；和/或小于约600gsm、小于约500gsm或小于约400gsm，但也可使用更大和更小的基重。
很多情况下，如磨料领域已知的，可用的是在用可固化粘结剂前体涂覆之前向非织造纤维幅材施加预粘结树脂。例如，预粘结树脂用于在处理期间帮助保持非织造纤维幅材的完整性，并且也可有利于氨基甲酸酯基料粘结到非织造纤维幅材。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。通常将以此方式使用的预粘合树脂的量调节为符合在纤维的交叉点处将纤维粘合在一起的最小量。在其中非织造纤维幅材包括可热粘结纤维的那些情况下，非织造纤维幅材的热粘结也可在加工期间有助于保持幅材的完整性。
在包括膨松开孔的非织造纤维幅材(例如，手垫、和表面修整盘和带、皮瓣刷或用于制造联合磨料轮或回旋磨料轮的非织造磨料幅材)的那些非织造磨料制品中，相邻纤维之间的许多间隙基本上未被粘结剂和磨料颗粒填充，导致具有许多相对较大的相互连通的空隙网络的极低密度的复合结构。所得的轻质膨松的极其开孔的纤维构造本质上是基本上不堵塞且不填充的，特别是当与诸如水和油的液体一起使用时。这些结构在用清洁液简单冲洗后也可容易地清洁，干燥并放置相当长的一段时间，并且然后重复使用。为了这些目的，这些非织造磨料制品中的空隙可构成复合结构占据的总空间的至少约75％，并且优选更多。
制备根据本发明的非织造磨料制品的一种方法包括以下顺序的步骤：将预粘结涂层施加到非织造纤维网(例如，通过辊涂或喷涂)；固化预粘结涂层；用底胶层前体浸渍非织造纤维网(例如，通过辊涂或喷涂)，该底胶层前体是根据本发明的可固化粘性粘结剂材料前体；将磨料颗粒施加到底胶层前体；至少部分固化底胶层前体，并且然后任选地施加复胶层前体(例如，如上所述)，并且如果需要，固化该复胶层前体和底胶层前体(例如，如上所述)。
关于非织造磨料制品以及它们的制造方法的更多细节可见于例如美国专利2,958,593(Hoover等人)、4,227,350(Fitzer)、4,991,362(Heyer等人)、5,712,210(Windisch等人)、5,591,239(Edblom等人)、5,681,361(Sanders)、5,858,140(Berger等人)5,928,070(Lux)、和美国专利6,017,831(Beardsley等人)。
磨料颗粒14可具有足够的硬度和表面粗糙度以在研磨工艺中用作磨料颗粒。优选地，磨料颗粒具有至少4、至少5、至少6、至少7或甚至至少8的Mohs硬度。示例性磨料颗粒包括压碎的磨料颗粒、成型磨料颗粒(例如，成型陶瓷磨料颗粒或成型磨料复合颗粒)以及它们的组合。
合适的磨料颗粒的示例包括：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，诸如可以商品名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；褐色氧化铝；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；熔融氧化铝氧化锆；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-凝胶制备的磨料颗粒(例如，包括成型的和粉碎的形式)；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型磨料复合物，诸如美国专利5,152,917(Pieper等人)中所述的那些。许多此类磨料颗粒、团聚物和复合物在本领域中是已知的。
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)中。还设想，磨粒可以包括研磨团聚物，例如，在美国专利4,652,275(Bloecher等人)或4,799,939(Bloecher等人)中描述的那些等。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(例如氧化铁或氧化钛)以提高磨料颗粒与粘结剂的粘附性。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。
优选地，磨料颗粒包含陶瓷磨料颗粒，诸如例如溶胶-凝胶法制备的多晶α氧化铝颗粒。磨料颗粒可为压碎的磨料颗粒或成型磨料颗粒或它们的组合。
可根据，例如，美国专利5,213,591(Celikkaya等人)和美国公布专利申请2009/0165394 A1(Culler等人)和2009/0169816 A1(Erickson等人)中描述的方法使用溶胶-凝胶前体α氧化铝颗粒来制备由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六铝酸盐的微晶构成的成型陶瓷磨料颗粒。
可根据熟知的多步骤工艺制备基于α-氧化铝的成型陶瓷磨料颗粒。简而言之，该方法包括如下步骤：制造可转变为α氧化铝的有晶种或无晶种的溶胶-凝胶α氧化铝前体分散体；用溶胶-凝胶填充具有理想外形的成形磨料颗粒的一个或多个模具腔体，将溶胶-凝胶干燥以形成前体成形陶瓷磨料颗粒；从模具腔体移除成形陶瓷磨料颗粒前体；煅烧成形陶瓷磨料颗粒前体以形成煅烧后的成形陶瓷磨料颗粒前体，然后烧结煅烧后的成形陶瓷磨料颗粒前体以形成成形陶瓷磨料颗粒。
关于制备溶胶-凝胶法制备的磨料颗粒的方法的更多细节可见于，例如，美国专利4,314,827(Leitheiser)、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)中，以及美国公布专利申请专利申请2009/0165394 Al(Culler等人)中。
虽然对成型陶瓷磨料颗粒的形状没有特别限制，但是磨料颗粒优选地例如通过利用模具将包含陶瓷前体材料(例如，水软铝石溶胶-凝胶)的前体颗粒成型，然后通过烧结而形成为预先确定形状。成型陶瓷磨料颗粒可成型为例如棱柱、棱锥、截头棱锥(例如，截头三棱锥)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者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，成型陶瓷磨料颗粒是精确成型的，单个成型陶瓷磨料颗粒将具有这样的形状，所述形状基本上为其中颗粒前体在任选煅烧和烧结之前干燥的模具或生产工具的腔体的一部分的形状。
本公开中使用的成型陶瓷磨料颗粒通常可以使用工具(即，模具)制成，并使用精确加工工具进行切削，从而提供比其它制造替代方法(诸如例如，压印或冲压等)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。所得的成型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，进行制造期间可能产生标称平均形状的变型形式(例如，无规变型形式)，并且表现出此类变型形式的成型陶瓷磨料颗粒包括在本文所用的成型陶瓷磨料颗粒的定义内。
在一些实施方案中，成型陶瓷磨料颗粒的基部和顶部基本上平行，得到棱柱或截棱锥形状，但是这不是必需的。在一些实施方案中，截头三方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，应当理解，也可使用其它二面角(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度至90度的范围内，通常在70度至90度的范围内，更通常在75至85度的范围内。
如本文所用，在涉及成型陶瓷磨料颗粒时，术语“长度”指成型磨料颗粒的最大尺寸。“宽度”是指成形磨粒的与长度垂直的最大尺寸。术语“厚度”或“高度”指成型磨料颗粒的与长度和宽度垂直的尺寸。
优选地，陶瓷磨料颗粒包括成型陶瓷磨料颗粒。溶胶-凝胶法制备的成型α氧化铝(即，陶瓷)磨料颗粒的示例可如美国专利5,201,916(Berg)、5,366,523(Rowenhorst(Re35,570))、和5,984,988(Berg)中所述。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，然后将这些磨料颗粒粉碎以形成碎片，这些碎片保持它们初始形状特征结构的一部分。在一些实施方案中，溶胶-凝胶法制备的成型α-氧化铝颗粒为精确成型颗粒(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体的形状决定)。关于此类磨粒及其制备方法的详细信息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)中，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。
在一些优选的实施方案中，磨料颗粒包括成型陶瓷磨料颗粒(例如，成型的溶胶-凝胶法制备的多晶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)。
成型陶瓷磨料颗粒通常被选择成具有1微米至15000微米、更通常10微米至约10000微米并且仍然更通常150微米至2600微米范围内的长度，但也可使用其它长度。在一些实施方案中，该长度可被表示为包含该成型陶瓷磨料颗粒的粘结磨料轮的厚度的一部分。例如，成形磨粒可具有大于所述粘结磨料轮的厚度的一半的长度。在一些实施例中，长度可大于粘结磨具切割轮的厚度。
成型陶瓷磨料颗粒通常被选为具有0.1微米至3500微米、更通常100微米至3000微米、并且更通常100微米至2600微米范围内的宽度，但是也可使用其它长度。
成型陶瓷磨料颗粒通常被选为具有0.1微米至1600微米、更通常1微米至1200微米的厚度，但是也可使用其它厚度。
在一些实施方案中，成型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)。
如果颗粒附着层(例如涂层)用于提供颗粒附着表面，则该层可具有任何合适的组成。例如，此涂层可为磨料领域中通常所说的“底胶层”。此底胶层可为例如酚醛树脂或其它已知的底胶层组合物中的任一种。底胶层涂覆器405可以是例如涂布机、辊涂机、喷涂系统或杆涂布机。
在一些示例中，底胶层或其它树脂粘合剂可以是酚醛压敏粘合剂，该粘合剂提供粘性表面，该粘性表面将颗粒从生产工具的腔附着到非织造基底，同时允许树脂(例如，基本上没有树脂)保留在生产工具的表面(例如分配表面)上。
在各种实施方案中，底胶层通过至少部分地固化底胶层前体来形成，该底胶层前体是可固化粘性粘合剂组合物。粘性可固化粘合剂组合物包括甲阶酚醛树脂和脂族粘性改性剂，并且甲阶酚醛树脂的量占甲阶酚醛树脂和脂族粘性改性剂的组合重量的60重量％至98重量％。
一般来讲，酚醛树脂通过酚和甲醛的缩合形成，并通常归类为甲阶酚醛树脂或酚醛清漆树脂。酚醛清漆树脂是酸催化的，并且甲醛与苯酚的摩尔比小于1:1。甲阶(也称可溶)酚醛树脂可通过碱性催化剂催化，并且甲醛与苯酚的摩尔比大于或等于1，通常在1.0和3.0之间，因此存在侧基羟甲基基团。适用于催化甲阶酚醛树脂的醛和酚组分之间的反应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、和碳酸钠，所有这些都作为溶解在水中的催化剂溶液。
甲阶酚醛树脂通常作为与水和/或有机溶剂(例如醇)的溶液进行涂覆。通常，溶液包含约70重量％至约85重量％的固体，但可使用其它浓度。
酚醛树脂是公知的，并且可容易地从商业来源获得。可用于实施本公开的可商购获得的甲阶酚醛树脂的示例包括以商品名VARCUM(例如，29217、29306、29318、29338、29353)由杜雷兹公司(Durez Corporation)销售的那些；以商品名AEROFENE由美国佛罗里达州巴托的阿施兰德化学公司(Ashland Chemical Co.,Bartow,FL)销售的那些(例如，AEROFENE 295)；以及以商品名“PHENOLITE”由韩国首尔的江南化学有限公司(KangnamChemical Company Ltd.,Seoul,South Korea)销售的那些(例如，PHENOLITE TD-2207)。
除了甲阶酚醛树脂之外，可固化粘性粘结剂前体含有脂族粘性改性剂。可固化粘性粘结剂前体含有基于甲阶酚醛树脂和脂族粘性改性剂的组合重量的60重量％至98重量％，或90重量％至98重量％的甲阶酚醛树脂。因此，可固化粘性粘结剂前体组合物含有基于甲阶酚醛树脂和脂族粘性改性剂的组合重量的2重量％至40重量％，或2重量％至10重量％的脂族粘性改性剂。脂族粘性改性剂具有改性甲阶酚醛树脂的粘着性的意料不到的效果，从而产生可固化粘性粘结剂前体组合物。
合适的脂族粘性改性剂的示例包括：脂族松香和它们的脂族衍生物；脂族液体烃树脂；脂族固体烃树脂；液体天然橡胶；氢化聚丁二烯；聚四亚甲基醚二醇；如美国专利4,418,120(Kealy等人)中所述的丙烯酸异辛酯丙烯酸共聚物；以及美国2014/0170362 A1(Ali等人)中所述的丙烯酸两性离子两亲性聚合物。如果需要，可使用多于一种甲阶酚醛树脂和/或多于一种脂族粘性改性剂的组合。
可用的脂族松香和它们的脂族衍生物包括，例如，天然松香和改性松香以及它们的氢化衍生物的脂族酯(例如，以PERMALYN2085出售的妥尔油松香的甘油酯和以FORAL5-E销售的氢化脂松香的甘油酯，二者均可商购自伊士曼化学公司(Eastman ChemicalCompany)，以及以AQUATAC 6085从佛罗里达州杰克逊维尔的亚利桑那化学(ArizonaChemical,Jacksonville,FL)获得的脂族松香酯分散体)，氢化松香树脂(例如，部分氢化松香由伊斯曼化学公司以STAYBELITE-E生产，并且完全氢化松香的商标名为FORAL AX-E)，二聚松香树脂(例如，POLY-PALE部分二聚松香是由伊士曼化学公司供应的部分二聚的松香产品)，以及脂族改性松香树脂(例如，以LEWISOL28-M或29-M销售的马来酸酐改性的松香树脂)。
脂族烃树脂增粘剂的示例包括通过路易斯酸催化的聚合反应从液体C5原料中衍生的增粘剂，以及它们的氢化衍生物。可商购获得的脂族烃树脂增粘剂包括由田纳西州金斯波特的伊士曼化学公司(Eastman Chemical Company,Kingsport,TN)以商品名PICCOTAC1020、PICCOTAC 1095、PICCOTAC 1098、PICCOTAC 1100和PICCOTAC 1115以及以氢化形式为EASTOTAC H-100E、EASTOTAC H-115E和EASTOCTAC H-130E销售的那些。
液体天然橡胶是具有较短的聚合物链的天然橡胶的改性形式。许多液体天然橡胶是可商购获得的。示例包括由宾夕法尼亚州科茨维尔的DPR工业(DPR industries,Coatesville,PA)以商品名DPR35、DPR40、DPR75和DPR400销售的液体天然橡胶。
氢化聚丁二烯可商购获得；例如，以KRATON LIQUID L1203从得克萨斯州休斯顿的科腾聚合物美国有限责任公司(Kraton Polymers US LLC,Houston,TX)，以及以POLYTAIL从新泽西州纽瓦克市的三菱国际聚合物/贸易公司(Mitsubishi International Polymer/Trade Corporation,Newark,NJ)商购获得。聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)为蜡质白色固体，该固体在室温下熔融成澄清无色的粘滞液体。PTMEG由四氢呋喃的催化聚合产生。示例性聚四亚甲基醚二醇包括可以商品名TETRATHANE从维吉尼亚州韦恩斯伯格的英威达公司(Invista,Waynesboro,VA)商购获得的那些(例如，TETRATHANE250、650、1000、1400、1800、2000和2900)。可用的丙烯酸异辛酯和丙烯酸的共聚物描述于美国专利4,418,120(Kealy等人)中。示例包括丙烯酸异辛酯(IOA)和丙烯酸(AA)的共聚物，其中IOA:AA的重量比在93:7至97:3的范围内；更优选地，为约95:5。
可用的脂族两性离子两亲性丙烯酸聚合物描述于美国2014/0170362 A1(Ali等人)中。可用的两性离子两亲性丙烯酸类聚合物的示例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、它们的盐或它们的共混物的阴离子单体；具有8和12个之间的碳的醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；以及具有烷基铵官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的阳离子单体的聚合产物。任选地，一种或多种附加单体被包括在本发明的两性离子聚合物中。在一些实施方案中，阴离子单体为丙烯酸或甲基丙烯酸，并且该酸在聚合反应之前或之后通过中和作用转化成相应的羧酸酯。在一些实施方案中，丙烯酸、甲基丙烯酸或它们的盐是它们中的两种或更多种的混合物。在一些实施方案中，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯是两种或多种此类酯的混合物；在一些实施方案中，阳离子单体是两种或更多种此类阳离子单体的混合物。
在一些实施方案中，丙烯酸、甲基丙烯酸、它们的盐或它们的共混物的聚合产物在两性离子聚合物中的存在量为：基于聚合物的总重量的约0.2重量％至5重量％；或者两性离子聚合物的约0.5重量％至5重量％；或者各种中等水平，诸如0.3重量％、0.4重量％、0.6重量％、0.7重量％以及0.2重量％和5.0重量％之间的以0.1重量％的增量表示的所有其它此类单个值；以及以0.1重量％的增量涵盖任一上述单个值的任何范围，诸如0.2重量％至0.9重量％、1.2重量％至3.1重量％等。
在一些实施方案中，具有8和12个之间的碳的醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯包括直链、支链或环状的醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。尽管不旨在限制，但可用于丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的醇的示例包括辛醇、异辛醇、壬醇、异壬醇、癸醇、十一醇和十二醇。在一些实施方案中，所述醇为异辛醇。在一些实施方案中，具有8和12个之间的碳的醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯为两种或更多种此类化合物的混合物。在一些实施方案中，具有8和12个之间的碳的醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的聚合产物在两性离子聚合物中的存在量为：聚合物总重量的约50重量％至95重量％、或聚合物总重量的约60重量％至90重量％、或聚合物总重量的约75重量％至85重量％；或各种中等水平，诸如51重量％、52重量％、53重量％、54重量％以及50重量％和95重量％之间的以1重量％的增量表示的所有其它此类单个值；以及以1重量％的增量涵盖任一上述单个值的任何范围，诸如约54重量％至81重量％、约66重量％至82重量％、约77重量％至79重量％等的范围。
在一些实施方案中，阳离子单体是包含烷基铵官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。在一些实施方案中，阳离子单体是丙烯酸2-(三烷基铵)乙酯或甲基丙烯酸2-(三烷基铵)乙酯。在此类实施方案中，烷基基团的性质没有特别限制；然而，成本和实用性限制了可用的实施方案的数量。在实施方案中，丙烯酸2-(三烷基铵)乙酯或甲基丙烯酸2-(三烷基铵)乙酯通过丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯或甲基丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯与烷基卤化物的反应形成；在此类实施方案中，丙烯酸2-(三烷基铵)乙酯或甲基丙烯酸2-(三烷基铵)乙酯的三个烷基基团中至少两个为甲基。在一些此类实施方案中，所有三个烷基基团均为甲基基团。在其他实施方案中，三个烷基中有两个为甲基，并且第三个烷基为具有2至24个碳原子、6至20个碳原子、8至18个碳原子、或者16个碳原子的直链基团、支链基团、环状基团或脂环基团。在一些实施方案中，阳离子单体是这些化合物中的两种或多种的混合物。
与阳离子单体的铵官能团相关联的阴离子没有特别限制，并且许多阴离子可结合本发明的各种实施方案使用。在一些实施方案中，阴离子是卤素阴离子，诸如氯离子、溴离子、氟离子或碘离子；在一些此类实施方案中，阴离子是氯离子。在其它实施方案中，阴离子为BF4-、-N(SO2CF3)2、-O3SCF3或-O3SC4F9。在其它实施方案中，阴离子是硫酸甲酯。在其它实施方案中，阴离子是氢氧根离子。在一些实施方案中，一种或多种阳离子单体包括这些阴离子中的两种或更多种的混合物。在一些实施方案中，使用丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯或甲基丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯来进行聚合，然后使聚合物中存在的氨基基团与合适的烷基卤化物反应形成相应的卤化铵官能团，来原位形成相应的铵官能团。在其它实施方案中，将铵官能化单体掺入阳离子聚合物中，并且然后交换阴离子以提供不同的阴离子。在此类实施方案中，使用本领域技术人员已知和常用的任何常规过程进行离子交换。
在一些实施方案中，阳离子单体的聚合产物在两性离子聚合物中的存在量为：基于两性离子聚合物的总重量的约2重量％至45重量％、或两性离子聚合物的约2重量％至35重量％、或两性离子聚合物的4重量％至25重量％、或两性离子聚合物的6重量％至15重量％、或两性离子聚合物的7重量％至10重量％；或各种中等水平，诸如3重量％、5重量％、6重量％、8重量％，以及2重量％和45重量％之间的以1重量％的增量表示的所有其它此类单个值，以及以1重量％的增量涵盖上述单个值的任何范围，诸如2重量％至4重量％、7重量％至38重量％、20重量％至25重量％等。
可固化粘性粘结剂前体材料也可含有添加剂，诸如纤维、润滑剂、润湿剂、触变材料、表面活性剂、颜料、染料、抗静电剂(例如，炭黑、氧化钒、石墨等)、偶联剂(例如，硅烷、钛酸盐、锆铝酸盐等)、增塑剂、助悬剂等。对这些任选添加剂的量进行选择，以提供优选的特性。偶联剂可以提高对磨料颗粒和/或填料的粘附力。粘结剂化学品可以是热固化的、辐射固化的或它们的组合。关于粘合剂化学性质的更多细节，可见于美国专利4,588,419(Caul等人)、美国专利4,751,138(Tumey等人)和美国专利5,436,063(Follett等人)。
可固化粘性粘结剂前体材料还可含有填料或助磨剂，通常为颗粒物质的形式。通常，颗粒物质为无机材料。可用于本公开的填料的示例包括：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)。
复胶层前体可以与底胶层前体相同或不同。可用于复胶层前体的合适的热固性树脂的示例包括，例如，可自由基聚合的单体和/或低聚物、环氧树脂、丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、氨基塑料树脂、氰酸酯或它们的组合。
可用的粘结剂前体包括热固化树脂和辐射固化树脂，这些树脂可例如通过热和/或暴露于辐射而被固化。复胶层前体也可被各种添加剂改性(例如，如上文相对于底胶层前体所述的)。例如，根据常规实践并取决于所使用的树脂，可将催化剂和/或引发剂加入热固性树脂中。
在一些实施方案中，施加热能以促进热固性树脂(例如，根据本公开的复胶层前体或可固化粘性粘结剂材料前体组合物)的固化。然而，也可使用其它能量源(例如，微波辐射、红外光、紫外光、可见光)。该选择一般将取决于所选择的特定树脂体系。
以下条款描述了本公开的选择实施方案：
条款1.一种磨料颗粒转移系统，该磨料颗粒转移系统包括生产工具，该生产工具包括具有形成在该生产工具中的多个腔的分配表面；磨料颗粒，该磨料颗粒可移除地设置在该腔的至少一些腔内；和非织造基底，该非织造基底具有与该生产工具的该分配表面相对的外表面，其中该生产工具的该分配表面被构造成能够向该非织造基底的该外表面施加压缩力以将该非织造基底从第一厚度压缩到第二厚度，其中，当该非织造基底被该生产工具压缩到该第二厚度时，该磨料颗粒从该多个腔被转移到该非织造基底。
条款2.根据条款1所述的磨料颗粒转移系统，其中该第二厚度小于或等于大约20毫米。
条款3.根据条款1和2中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中该第一厚度大于或等于大约50毫米。
条款4.根据条款1至3中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中该第二厚度在该第一厚度的范围是从大约5％至大约50％。
条款5.根据条款1至4中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中当该生产工具将该压缩力施加到该外表面时，该非织造基底限定基本上平坦的表面，并且在该生产工具施加压缩力之前，该非织造基底限定非平坦的表面。
条款6.根据条款1至5中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中该生产工具被构造成在将该磨料颗粒转移到该非织造基底之后释放该压缩力。
条款7.根据条款6所述的磨料颗粒转移系统，其中该非织造基底被构造成在将该压缩力释放到该外表面之后回弹到大于该第二厚度的第三厚度。
条款8.根据条款7所述的磨料颗粒转移系统，其中该第三厚度基本上等于该第一厚度。
条款9.根据条款1至8中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中该非织造基底包括多个纤维，其中在该非织造基底被压缩到该第二厚度时，该多个纤维基本上平行于该分配表面延伸，并且在该非织造基底从该第一厚度被压缩之前，该多个纤维的至少一部分在不平行于该分配表面的方向延伸。
条款10.根据条款6至9中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中在施加该压缩力时，转移到该非织造基底的该磨料颗粒表现出图案和颗粒取向，并且其中在由该生产工具施加的该压缩力释放之后，所转移的该磨料保持基本上相同的图案和颗粒取向。
条款11.根据条款1至10中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中该非织造基底包括将该磨料颗粒附着到该非织造基底的树脂粘合剂层。
条款12.根据条款11所述的磨料颗粒转移系统，其中该树脂粘合剂层被构造成使得该磨料颗粒从该生产工具附着到该非织造基底，而在释放由所述生产工具施加的所述压缩力之后基本上不会将树脂粘合剂转移到该生产工具上。
条款13.根据条款11和12中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中该树脂粘合剂层包含酚醛压敏粘合剂。
条款14.根据条款1至13中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中通过施加真空将该磨料颗粒保持在该多个腔中，其中释放该真空以将磨料颗粒转移到该非织造基底，同时该非织造基底被生产工具压缩到该第二厚度。
条款15.根据条款1至14中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中该非织造基底包括膨松开孔的非织造纤维幅材。
条款16.根据条款1至15中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中该生产工具沿着第一幅材路径被引导，并且该非织造基底沿着第二幅材路径被引导，使得该生产工具的该分配表面和该非织造基底的该外表面在相邻的转移辊之间接触，以将该非织造基底压缩到该第二厚度。
条款17.一种方法，该方法包括提供生产工具，该生产工具包括具有形成在该生产工具中的多个腔的分配表面，其中磨料颗粒可移除地设置在该腔的至少一些腔内；经由该生产工具施加的压缩力压缩非织造基底，该非织造基底具有与该生产工具的分配表面相对的外表面，其中该非织造基底从第一厚度被压缩到第二厚度；以及在该非织造基底被生产工具压缩到该第二厚度时，将该磨料颗粒从该多个腔转移到该非织造基底。
条款18.根据条款17所述的方法，其中该第二厚度小于或等于大约20毫米。
条款19.根据条款17和18中任一项所述的方法，其中该第一厚度大于或等于大约50毫米。
条款20.根据条款17至19中任一项所述的方法，其中该第二厚度在该第一厚度的范围是从大约5％至大约50％。
条款21.根据条款17至20中任一项所述的方法，其中当该生产工具将该压缩力施加到该外表面时，该非织造基底限定基本上平坦的表面，并且在该生产工具施加该压缩力之前，该非织造基底限定非平坦的表面。
条款22.根据条款17至21中任一项所述的方法，该方法还包括在将该磨料颗粒转移到该非织造基底之后释放该压缩力。
条款23.根据条款22所述的方法，其中该非织造基底被构造成在将该压缩力释放到该外表面之后回弹到大于该第二厚度的第三厚度。
条款24.根据条款23所述的方法，其中该第三厚度基本上等于第一厚度。
条款25.根据条款17至24中任一项所述的方法，其中该非织造基底包括多个纤维，其中该多个纤维在该非织造基底被压缩到该第二厚度时基本上平行于该分配表面延伸，并且该多个纤维的至少一部分在该非织造基底从该第一厚度被压缩之前在不平行于该分配表面的方向延伸。
条款26.根据条款22至25中任一项所述的方法，其中在施加该压缩力时，转移到该非织造基底的该磨料颗粒表现出图案和颗粒取向，并且其中在由该生产工具施加的该压缩力释放之后，所转移的该磨料保持基本上相同的图案和颗粒取向。
条款27.根据条款17至26中任一项所述的方法，其中该非织造基底包括将该磨料颗粒附着到该非织造基底的树脂粘合剂层。
条款28.根据条款27所述的方法，其中该树脂粘合剂层被构造成使得该磨料颗粒从该生产工具附着到该非织造基底，而在释放由所述生产工具施加的所述压缩力之后，基本上不会将树脂粘合剂转移到该生产工具上。
条款29.根据条款27和28中任一项所述的方法，其中该树脂粘合剂层包含酚醛压敏粘合剂。
条款30.根据条款17至29中任一项所述的方法，其中通过施加真空将该磨料颗粒保持在该多个腔中，其中释放该真空以将该磨料颗粒转移到该非织造基底，同时该非织造基底被该生产工具压缩到该第二厚度。
条款31.根据条款17至30中任一项所述的方法，其中该非织造基底包括膨松开孔的非织造纤维幅材。
条款32.根据条款1至31中任一项所述的方法，其中该生产工具沿着第一幅材路径被引导，并且该非织造基底沿着第二幅材路径被引导，使得该生产工具的该分配表面和该非织造基底的该外表面在相邻的转移辊之间接触，以将该非织造基底压缩到该第二厚度。
实施例
本公开的对象和优点通过下面的非限制性示例进一步说明。这些实施例中所提到的具体材料和它们的量以及其它条件和细节，均不应被解释为对本发明的不当限制。除非另有说明，否则实施例中的所有份数、百分比、比率等均按重量计。
在实施例中，代表性样品磨料非织造制品根据本公开的一些示例进行制备。对于每一个样品，根据美国专利8,142,531的公开内容制备成型磨料颗粒。通过在等边三角形聚丙烯模具中模制氧化铝溶胶凝胶来制备成型磨料颗粒。干燥和焙烧之后所得的成型磨料颗粒为约0.51毫米(基部长度)×0.44毫米(侧面高度)×0.096毫米(厚度)，并且拔模角为大约98度。
对于每个代表性样品，大约0.35英寸(8.89毫米)厚的125克/平方米的气纺非织造幅材由15旦尼尔(17分特)尼龙6,6短纤维在幅材形成机器上形成，该幅材形成机器可以商品名“RANDO-WEBBER”购自纽约州马其顿的兰多机械公司。此幅材涂覆有预粘结树脂，该预粘结树脂由以下组成：21.7％聚氨酯预聚物(以商品名“ADIPRENE BL-16”从康涅狄格州米徳尔伯里的科聚亚公司(Chemtura,Middlebury Connecticut)获得)，26.1％丙二醇单甲醚乙酸酯(从俄亥俄州哥伦布的阿施兰德化学公司(Ashland Chemical Company,Columbus,Ohio)获得)，3.969％芳族胺(以商品名“LAPOX K450”从新泽西州东卢瑟福的罗伊斯国际公司(Royce International,East Rutherford,New Jersey)获得)，6％碳酸钙(以商品名“Q325”从佐治亚州亚特兰大的邱博工程材料公司(Huber Engineered Materials,Atlanta,Georgia)获得)，0.1％硅酮消泡剂(以商品名“ANTIFOAM1520”从密歇根州米德兰的道康宁公司(Dow Corning,Midland,Michigan)获得)，1.2％红染料(以商品名“CIBACETRED DYE17 DISPERSE2G”从佐治亚州多尔顿的亨斯迈纺织染化公司(Huntsman TextileEffects,Dalton,Georgia)获得)，和32.6％褐色氧化铝(以商品名“DURALUM G52”，等级280/600，从纽约州尼亚加拉瀑布城的华盛顿米尔斯电子矿物公司(Washington MillsElectro Minerals Company,Niagra Falls,New York)获得)。然后将预粘结涂层在双区域转移烘箱中加热，两个区域分别设定在245华氏度(118摄氏度)和265华氏度(130摄氏度)。所得的预粘结涂层干燥添加量为159克/平方米。将预粘结幅材切成尺寸为4英寸×6英寸的部分。然后使用20密耳的缺口间隙将底胶层涂覆到聚酯衬件上。然后将4英寸×6英寸的非织造物直接放在20密耳的湿树脂上，并将4.6千克的钢板(6"×14")放在顶部上以使幅材挤压5秒钟，这将一些树脂转移到非织造物上。之后，从带涂层PET衬件中去除非织造物，并使用辊使涂层均匀地分散在整个非织造幅材中。底胶层树脂由以下组成：80％的甲阶酚醛树脂(用2.5％氢氧化钾催化的1.5-2.1:1(甲醛:苯酚)缩合物)，10％的脂族烃树脂(以商品名“PICCOTAC 1020”从田纳西州金斯波特的伊士曼化学公司获得)，和10％的松香酯增粘剂(以商品名“AQUATAC 6085”从佛罗里达州杰克逊维尔的亚利桑那化学获得的在水中的61％的固体)。
利用如PCT公布专利申请WO2015/100220中所述的转移模具，该转移工具保持具有预先确定的图案和取向的成型磨料颗粒。一旦此模具基本上填充有成型颗粒，则使用刷子去除模具表面上的多余颗粒，同时如PCT专利申请WO2015/100220中所述的真空驱动的工具防止正确定位的颗粒从模具中释放出来。
然后根据上文关于图1A-图1C所述的示例性过程使矿石填充的模具与粘性涂覆的幅材接触。将工具和幅材以约20.7千帕一起推动，由此将幅材压缩到约2.54毫米厚。此时，关闭模具真空源，这使得颗粒从图案化模具中释放。颗粒附着到幅材的带涂层纤维，从而形成图案化和取向的磨料颗粒的阵列。然后，将图案化模具从与幅材的接触中取出，从而使幅材膨胀回其初始厚度。因此，承载取向和图案化的颗粒的纤维在整个幅材厚度的各个层处恢复它们的松弛状态位置。来自两个样品(样品1和样品2)的幅材的代表性光显微照片分别在图4和图5中示出。矿石加载重量为大约158克/平方米。
还与代表性样品一起制备对比样品。在施加底胶层树脂之后，将磨料矿石从1英寸高度滴到带树脂涂层的非织造物上。对比样品的图像在图6和图7中示出。在复胶层涂覆之前使样品干燥至少12小时。使用喷雾瓶喷涂复胶层，该喷雾瓶由以商品名“PREFERE 805077A”从加拿大安大略省密西沙加阿克林公司(Arclin,Mississauga,Ontario,Canada)的酚醛树脂(215.6g)和Dowanol PME溶剂(170.4g)组成
席费尔切削测试(Schiefer Cut Test)(类似于美国专利5,681,361中所述的测
试)
这种测试提供了在干燥条件下非织造磨料制品的切削量(即，从工件上取出的材料)的量度。从待测试的磨料材料上切下4英寸直径的圆形标本，并通过钩环固定到支撑垫。备用垫被固定到席费尔磨损测试仪(Schiefer Abrasion Tester)(可购自马里兰州盖瑟斯堡的弗雷泽精密仪器公司(Frazier Precision Company,Gaithersburg,Md.))的驱动板。采用聚甲基丙烯酸甲酯盘，即来自明尼苏达州普利茅斯的克朗塑料公司(Crown Plastics,Inc.Plymouth,MN)的4"直径、1/8"厚、洛氏M球硬度为90-105的美国氰胺公司(AmericanCyanamid)的“聚丙烯酸脂塑料(Acrylite)”。在安装到磨损测试仪的工件支架上之前，将每个工件的初始重量记录到最接近的毫克。将5磅的负载放置在磨损测试仪重量平台上，并且将安装的磨料标本降低到工件上。将机器设定成运转100个循环，并且然后自动停止。在每100个测试循环之后，擦去工件上的水和碎屑，并将切削量称重。测试进行1000个总循环。测试结果汇总在下表中：
| 席费尔循环号： | 比较例 | 实施例1 |
| 0 | ||
| 100 | 0.021g | 0.044g |
| 200 | 0.017g | 0.045g |
| 300 | 0.018g | 0.044g |
| 400 | 0.017g | 0.045g |
| 500 | 0.015g | 0.039g |
| 600 | 0.015g | 0.039g |
| 700 | 0.015g | 0.042g |
| 800 | 0.014g | 0.044g |
| 900 | 0.013g | 0.043g |
| 1000 | 0.013g | 0.044g |
| 总切削量 | 0.158g | 0.429 |
本发明的各种实施方案已进行描述。这些实施方案以及其他实施方案均在如下权利要求书的范围内。
Claims (15)
1.一种磨料颗粒转移系统，包括：
生产工具，所述生产工具包括具有形成在所述生产工具中的多个腔的分配表面；
磨料颗粒，所述磨料颗粒可移除地设置在所述腔的至少一些腔内；和
非织造基底，所述非织造基底具有与所述生产工具的所述分配表面相对的外表面，其中所述生产工具的所述分配表面被构造成能够向所述非织造基底的所述外表面施加压缩力以将所述非织造基底从第一厚度压缩到第二厚度，其中，当所述非织造基底被所述生产工具压缩到所述第二厚度时，所述磨料颗粒从所述多个腔被转移到所述非织造基底。
2.根据权利要求1所述的磨料颗粒转移系统，其中所述第二厚度小于或等于大约20毫米。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中所述第一厚度大于或等于大约50毫米。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中所述第二厚度范围为所述第一厚度的大约5％至大约50％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中当所述生产工具将所述压缩力施加到所述外表面时，所述非织造基底限定基本上平坦的表面，并且在所述生产工具施加所述压缩力之前，所述非织造基底限定非平坦的表面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中所述生产工具被构造成在将所述磨料颗粒转移到所述非织造基底之后释放所述压缩力。
7.根据权利要求6所述的磨料颗粒转移系统，其中所述非织造基底被构造成在将所述压缩力释放到所述外表面之后回弹到大于所述第二厚度的第三厚度。
8.根据权利要求7所述的磨料颗粒转移系统，其中所述第三厚度基本上等于所述第一厚度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中所述非织造基底包括多个纤维，其中在所述非织造基底被压缩到所述第二厚度时，所述多个纤维基本上平行于所述分配表面延伸，并且在所述非织造基底从所述第一厚度被压缩之前，所述多个纤维的至少一部分在不平行于所述分配表面的方向延伸。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中在施加所述压缩力时，转移到所述非织造基底的所述磨料颗粒表现出图案和颗粒取向，并且其中在释放由所述生产工具施加的所述压缩力之后，所转移的所述磨料保持基本上相同的图案和颗粒取向。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中所述非织造基底包括将所述磨料颗粒附着到所述非织造基底的树脂粘合剂层。
12.根据权利要求11所述的磨料颗粒转移系统，其中所述树脂粘合剂层被构造成使得所述磨料颗粒从所述生产工具附着到所述非织造基底，而在释放由所述生产工具施加的所述压缩力之后基本上不会将树脂粘合剂转移到所述生产工具上。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中所述树脂粘合剂层包含酚醛压敏粘合剂。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的磨料颗粒转移系统，其中通过施加真空将所述磨料颗粒保持在所述多个腔中，其中释放所述真空以将所述磨料颗粒转移到所述非织造基底，同时所述非织造基底被所述生产工具压缩到所述第二厚度。
15.一种方法，所述方法包括：
提供生产工具，所述生产工具包括具有形成在所述生产工具中的多个腔的分配表面，其中磨料颗粒可移除地设置在所述腔的至少一些腔内；
经由所述生产工具施加的压缩力压缩非织造基底，所述非织造基底具有与所述生产工具的所述分配表面相对的外表面，其中所述非织造基底从第一厚度被压缩到第二厚度；以及
在所述非织造基底被所述生产工具压缩到所述第二厚度时，将所述磨料颗粒从所述多个腔转移到所述非织造基底。
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