CN111372727B - 涂覆磨盘及其制备和使用方法 - Google Patents

涂覆磨盘及其制备和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种涂覆磨盘，磨盘包括具有外圆周的盘背衬。磨料层设置在盘背衬上。磨料层包括通过至少一种粘结剂材料固定到盘背衬的主表面上的三角形磨料薄片。三角形磨料薄片沿着螺旋图案在规则间隔的点向外设置，螺旋图案朝向外圆周向外延伸。每个三角形磨料薄片具有彼此连接并由三个侧壁隔开的相应顶部表面和底部表面。三角形磨料薄片中的至少90％的一个侧壁各自面向并靠近盘背衬设置，并且三角形磨料薄片中的至少70％以重复顺序取向设置，重复顺序取向具有在规则间隔的点处第一相应侧壁相对于螺旋图案的切线的振荡Z轴旋转取向。本发明还公开了制备和使用涂覆磨盘的方法。

Description

涂覆磨盘及其制备和使用方法
技术领域
本公开广义上涉及涂覆磨盘、其制备方法及其使用方法。
背景技术
由三角形磨料薄片制成的涂覆磨盘可用于在产品制造过程中研磨、整理或磨削多种材料和表面。具体地讲，使用手持式直角磨削器通过手持研磨对高碳钢进行高压手持磨削是涂覆磨盘的重要应用。根据上述情况，一直存在对涂覆磨盘的成本、性能和/或寿命进行改善的需求。
具有旋转对齐的三角形磨料薄片的涂覆磨料制品在美国专利9,776,302(Keipert)中有所公开。该涂覆磨料制品具有多个三角形磨料薄片，每个磨料薄片都具有表面特征结构。多个三角形磨料薄片通过包含树脂性粘合剂的底胶层附接到柔性背衬，从而形成磨料层。表面特征结构的指定z-方向旋转取向在磨料层中比表面特征结构的随机z-方向旋转取向发生得更频繁。
发明内容
在一个方面，本公开提供了一种涂覆磨盘，所述磨盘包括：
具有外圆周的盘背衬；
设置在所述盘背衬上的磨料层，其中所述磨料层包括通过至少一种粘结剂材料固定到所述盘背衬的主表面上的三角形磨料薄片，其中所述三角形磨料薄片沿着螺旋图案在规则间隔的点向外设置，所述螺旋图案朝向所述外圆周向外延伸，
其中所述三角形磨料薄片中的每一个具有彼此连接并由三个侧壁隔开的相应顶部表面和底部表面，
其中，所述三角形磨料薄片中的至少90％的一个侧壁各自面向并靠近所述盘背衬设置，并且
其中所述三角形磨料薄片中的至少70％以具有以下项的重复顺序取向设置：
i)第一三角形磨料薄片，所述第一三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第一相应侧壁，其中所述第一相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第一个处相对于所述螺旋图案的切线以-10度至-40度的角度纵向向外取向；
ii)第二三角形磨料薄片，所述第二三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第二相应侧壁，其中所述第二相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第二个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向；
iii)第三三角形磨料薄片，所述第三三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第三相应侧壁，其中所述第三相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第三个处相对于所述螺旋图案的切线以+10度至+40度的角度纵向向外取向；和
iv)第四三角形磨料薄片，所述第四三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第四相应侧壁，其中所述第四相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第四个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向。
有利地，根据本公开的涂覆磨盘可用于高碳钢的高压手持研磨，与先前的类似盘相比，该涂覆磨盘表现出优异的性能。
因此，在第二方面，本公开提供了一种研磨工件的方法，所述方法包括使根据本公开的涂覆磨盘的磨料层的一部分与工件摩擦接触，并将工件和涂覆磨盘中的至少一者相对于另一者移动以研磨工件。
在第三方面，本公开提供了一种制备涂覆磨盘的方法，所述方法包括：
将可固化底胶层前体设置在盘背衬的主表面上；
将三角形磨料薄片嵌入所述可固化底胶层前体中，其中所述三角形磨料薄片沿着螺旋图案在规则间隔的点向外设置，所述螺旋图案朝向所述外圆周向外延伸，
其中所述三角形磨料薄片中的每一个具有彼此连接并由三个侧壁隔开的相应顶部表面和底部表面，
其中，所述三角形磨料薄片中的至少90％的一个侧壁各自面向并靠近所述盘背衬设置，并且
其中所述三角形磨料薄片中的至少70％以具有以下项的重复顺序取向设置：
i)第一三角形磨料薄片，所述第一三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第一相应侧壁，其中所述第一相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第一个处相对于所述螺旋图案的切线以-10度至-40度的角度纵向向外取向；
ii)第二三角形磨料薄片，所述第二三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第二相应侧壁，其中所述第二相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第二个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向；
iii)第三三角形磨料薄片，所述第三三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第三相应侧壁，其中所述第三相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第三个处相对于所述螺旋图案的切线以
+10度至+40度的角度纵向向外取向；和
iv)第四三角形磨料薄片，所述第四三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第四相应侧壁，其中所述第四相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第四个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向；
至少部分固化所述可固化底胶层前体以提供底胶层；
将可固化复胶层前体设置在所述底胶层和所述三角形磨料薄片上方；并且
至少部分固化所述可固化复胶层前体以提供复胶层。
如本文所用：
术语″软钢″是指含有少于约0.25重量％的碳的碳基钢合金。
术语″手持研磨″是指其中操作者将盘/砂轮手动推向工件或者反过来的研磨。
术语″靠近″是指非常接近或紧邻(例如，接触或嵌入粘结剂层接触中)。
术语″螺旋″是指平面的螺旋。在一些优选的实施方案中，螺旋可以是算术螺旋，也称为″阿基米德螺旋″。算术螺旋具有以下特性：来自原点的任何射线在具有恒定分隔距离的点上与螺旋的连续旋转相交。
术语″工件″是指被研磨的物体。
如本文所用，术语″三角形磨料薄片″意指磨料颗粒的至少一部分具有预定形状的陶瓷磨料颗粒，该预定形状由用于形成成形前体磨料颗粒的模具腔复制而得。与磨料碎片的情况(例如，如美国专利申请公布2009/0169816 A1(Erickson等人)中所述)不同，三角形磨料薄片通常将具有大体上复制了用于形成三角形磨料薄片的模具腔的预定几何形状。本文使用的三角形磨料薄片不包括通过机械压碎操作获得的随机大小的磨料颗粒。
如本文所用，″Z轴旋转取向″是指最面向盘背衬的三角形磨料薄片侧壁的纵向维度围绕垂直于盘背衬的主表面的Z轴的角旋转。
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1是示例性涂覆磨盘100的示意性俯视图。
图1A是图1中的区域1A的放大视图。
图1B是图1A中的区域1B的放大视图。
图1C是沿图1B中的线1C-1C截取的涂覆磨盘100的示意性剖视图。
图2A是示例性三角形磨料薄片130a的示意性俯视图。
图2B是示例性三角形磨料薄片130a的示意性透视图。
图3A是示例性三角形磨料薄片330的示意性俯视图。
图3B是示例性三角形磨料薄片330b的示意性侧视图。
图4是可用于制备涂覆磨盘100的生产工具400的示意性俯视图。
图4A是图4中的区域4A的放大视图。
图4B是图4A中的区域4B的放大视图。
图4C是沿图4B中的线4C-4C截取的生产工具400的放大示意性剖视图。
图4D是沿图4B中的线4D-4D截取的生产工具400的放大示意性剖视图。
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。附图可不按比例绘制。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的示例性涂覆磨盘100，其中三角形磨料薄片130以精确定位和Z轴取向固定到盘背衬110。
现在参见图1A和1B，磨料层120设置在盘背衬110的主表面115上。磨料层120包括三角形磨料薄片130，该三角形磨料薄片通过至少一种粘结剂材料140(示出为底胶(make)层132和复胶(size)层134)固定到盘背衬110的主表面115上。三角形磨料薄片130沿着算术螺旋图案134在规则间隔的点132设置，该算术螺旋图案朝向外圆周140向外径向延伸。三角形磨料薄片130的至少90％的一个侧壁各自面向并靠近盘背衬设置。
三角形磨料薄片130的至少70％以包括四个规则间隔的顺序三角形片130的重复顺序取向设置。
第一三角形磨料薄片130a具有面向盘背衬110的第一相应侧壁136a。第一相应侧壁的Z轴旋转取向138在第一点132处相对于螺旋图案134的切线150以-10至-40度的角度纵向向外取向。为清楚起见，仅针对三角形磨料薄片130a示出了Z轴取向的确定。对于其余三个三角形磨料薄片，以类似的方式确定Z轴取向。
第二三角形磨料薄片130b具有面向盘背衬的第二相应侧壁，其中第二相应侧壁的Z轴旋转取向在第二点132b处相对于螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向。
第三三角形磨料薄片130c具有面向盘背衬的第三相应侧壁，其中第三相应侧壁的Z轴旋转取向在第三点132c处相对于螺旋图案的切线以+10度至+40度的角度纵向向外取向。
第四三角形磨料薄片130d具有面向盘背衬的第四相应侧壁，其中第四相应侧壁的Z轴旋转取向在第四点132d处相对于螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向。
如本文所用，如果水平Z轴旋转方向在算术螺旋图案140(其为平面的)上的Z轴投影与切线以θ度的角度相交，则认为水平Z轴旋转方向相对于螺旋图案上的一点处的切线为θ度。对于共线和平行构形，θ＝0度。
就这一点而言，如果水平Z轴旋转方向在算术螺旋图案140(其为平面的)上的Z轴投影与切线以10度或更小的角度相交，则认为水平Z轴旋转方向在螺旋图案上的一点处在切线的10度以内。
现在参见图2A和图2B，每个三角形磨料薄片130具有彼此连接并由三个侧壁(136)隔开的相应顶部表面和底部表面(132、134)。
图3A和图3B示出了可用的三角形磨料薄片330的另一个实施方案，三角形磨料薄片330具有彼此连接并由三个倾斜侧壁(336)隔开的相应顶部表面和底部表面(332、334)。
例如，盘背衬可包括任何已知的涂覆磨料背衬。在一些实施方案中，盘背衬包括连续的不间断盘，而在另一些实施方案中，它可以具有用于安装的中心心轴孔。同样，盘背衬可以是平坦的，或者可具有凹陷中心毂，例如27型凹陷中心盘。盘背衬可以是刚性的、半刚性的或柔性的。在一些实施方案中，背衬具有牢固地附接到与磨料层相对的主表面上的机械紧固件或粘合剂紧固件。适用于基底的材料包括聚合物膜、金属箔、织造织物、针织织物、纸、硫化纤维、非织造物、泡沫、丝网、层合物、它们的组合以及它们的经处理型式。对于需要考虑刚度和成本的手持磨削应用，硫化纤维背衬通常是优选的。对于需要背衬刚度的应用，柔性背衬也可通过将其附连到安装在磨削工具上的刚性支撑垫上来使用。
盘背衬通常是圆形的，并且优选地围绕其中心旋转对称。优选地，盘背衬具有圆形周边，但是它可以沿周边具有另外的特征结构，例如在扇形周边的情况下。
磨料层可包括其中保留有磨料颗粒的单个粘结剂层，或者更典型地，具有底胶层和复胶层的多层构造。根据本公开的涂覆磨盘可包含另外的层，诸如叠加在磨料层上的任选的顶胶层，或者如果需要，也可以包含背衬抗静电处理层。示例性的合适的粘结剂可以由可热固化的树脂、可辐射固化的树脂以及它们的组合制备。
底胶层可通过将可固化底胶层前体涂覆到背衬的主表面上来形成。底胶层前体可包含例如胶水、酚醛树脂、氨基塑料树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚氨酯树脂、可以自由基的方式聚合的多官能(甲基)丙烯酸酯(例如具有侧链α，β-不饱和基团的氨基塑料树脂、丙烯酸酯化聚氨酯、丙烯酸酯化环氧树脂、丙烯酸酯化异氰脲酸酯)、环氧树脂(包括双马来酰亚胺和芴改性的环氧树脂)、异氰脲酸酯树脂以及它们的混合物。其中，酚醛树脂是优选的，特别是当与硫化纤维背衬结合地使用时。
一般来讲，酚醛树脂通过酚和甲醛的缩合形成，并且通常归类为可溶性酚醛树脂或酚醛清漆酚醛树脂。酚醛清漆酚醛树脂为酸催化的并且甲醛与酚的摩尔比小于1∶1。可溶性(resole/resol)酚醛树脂可用碱性催化剂催化，并且甲醛与酚的摩尔比为大于或等于一，通常在1.0和3.0之间，因此存在侧基式羟甲基基团。适用于催化可溶性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。
可溶性酚醛树脂通常被涂覆为具有水和/或有机溶剂(例如醇)的溶液。通常，溶液包含的固体为约70重量％至约85重量％，但可使用其它浓度。如果固含量非常低，则需要更多的能量来除去水和/或溶剂。如果固含量非常高，则所得酚醛树脂的粘度过高，通常会导致加工问题。
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可溶性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(例如，AEROFENE 295)由佛罗里达州巴托的阿施兰德化学公司(Ashland Chemical Co.，Bartow，Florida)出售的那些；和以商品名PHENOLITE(例如，PHENOLITE TD-2207)由韩国首尔的江南化学有限公司(Kangnam Chemical Company Ltd.of Seoul，South Korea)销售的那些。
底胶层前体可通过用于将底胶层施加到背衬的任何己知涂布方法来施加，这些方法例如包括辊涂、挤出模头涂布、帘式涂布、刮刀涂布、凹面涂布和喷涂。
所用的底胶层的基重可取决于例如预期用途、磨料颗粒的类型和所制备的涂覆磨盘的性质，但通常在1克/平方米(gsm)、2gsm、5gsm、10gsm或15gsm至20gsm、25gsm、100gsm、200gsm、300gsm、400gsm或甚至600gsm的范围内。底胶层可通过任何己知的用于将底胶层(例如，底胶涂层)施加到背衬的涂布方法来施加，这些方法包括例如辊涂、挤出模头涂布、帘式涂布、刮刀涂布、凹面涂布和喷涂。
一旦底胶层前体涂覆在背衬上，就将三角形磨料薄片施加到底胶层前体并嵌入其中。根据预定图案和Z轴旋转取向，将三角形磨料薄片标称地施加到底胶层前体上方。
三角形磨料薄片从盘背衬向外布置(即，三角形磨料薄片远离盘背衬延伸)。如本文所用，术语″向外设置″意指三角形磨料薄片远离盘背衬延伸，相对于背衬的最近表面，通常形成45度至90度、优选60度至90度、还更优选75度至90度的二面角。
在一些优选的实施方案中，螺旋图案上的相应点之间的间距是面向纤维盘背衬的三角形磨料薄片的侧壁的平均长度的1.0至3倍、更优选地1.2至2倍、甚至更优选地1.2至1.7倍，但也可以使用其它间距。
在一些实施方案中，三角形磨料薄片被成形为薄型三棱柱，而在其它实施方案中，三角形磨料薄片被成形为截头三角形棱锥(优选地具有约8度的锥角)。三角形磨料薄片可具有不同的边长，但优选地在其最大面上是等边的。
三角形磨料薄片具有足以在研磨过程中用作磨料颗粒的硬度。优选地，三角形磨料薄片具有至少4、至少5、至少6、至少7或甚至至少8的莫氏硬度。优选地，三角形磨料薄片包含α氧化铝。
压碎的磨料颗粒或非磨料颗粒可以包含在磨料元件和/或磨料薄片之间的磨料层中，优选地其数量足以形成封闭涂层(即，可保留在磨料层中的基本上最大可能数量的标称指定等级的磨料颗粒)。
适合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市的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；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-凝胶法制备的磨料颗粒；以及它们的组合。其中，在许多实施方案中，优选模制的溶胶-凝胶法制备的α氧化铝三角形磨料薄片。无法通过溶胶-凝胶途径加工的磨料可以用临时或持久粘结剂模制以形成成形的前体颗粒，然后将其烧结以形成三角形磨料薄片，例如，如美国专利申请公布2016/0068729A1(Erickson等人)中所公开。
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，磨料颗粒可包括研磨团聚物，例如，如美国专利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，三角形磨料薄片可用偶联剂(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)以增强磨料颗粒与粘结剂(例如，底胶层和/或复胶层)的粘附性。磨料颗粒可在它们与对应的粘结剂前体结合之前进行处理，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，三角形磨料薄片包含陶瓷磨料颗粒，诸如溶胶-凝胶法制备的多晶α氧化铝颗粒。可根据例如美国专利5,213,591(Celikkaya等人)以及美国专利申请公布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α氧化铝颗粒前体来制备由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六铝酸盐的微晶构成的三角形。
可根据熟知的多步骤过程制备基于α氧化铝的三角形磨料薄片。简而言之，方法包括如下步骤：制备可转变为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-凝胶填充具有所需外形的三角形磨料薄片的一个或多个模具腔，将溶胶-凝胶干燥以形成三角形磨料薄片前体；从模具腔中移除三角形磨料薄片前体；煅烧三角形磨料薄片前体以形成煅烧的三角形磨料薄片前体，然后烧结煅烧的三角形磨料薄片前体以形成三角形磨料薄片。现在将更详细地描述该过程。
关于制备溶胶-凝胶法衍生的磨粒的方法的更多详细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；以及美国公开专利申请2009/0165394 Al(Culler等人)中。
三角形磨料薄片可包括单一种类的三角形磨料薄片或者两种或更多种尺寸和/或组成的三角形磨料薄片的共混物。在一些优选的实施方案中，三角形磨料薄片是精确成形的，单个三角形磨料薄片将具有这样的形状，其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的一部分的形状。
本公开中使用的三角形磨料薄片通常可使用工具(即，模具)制备，并且使用精确机加工进行切割，从而提供比其它制作替代方法(例如，冲压或冲孔)高的特征清晰度。通常，工具表面中的腔具有沿尖锐边缘交汇的平面，并且形成截头棱锥的侧面和顶部。所得的三角形磨料薄片具有对应于工具表面中的腔的形状(例如，截棱锥)的相应的标称平均形状；然而，标称平均形状的变化(例如，随机变化)可在制造期间发生，并且表现出此类变化的三角形磨料薄片包括在如本文所用的三角形磨料薄片定义内。
在一些实施方案中，三角形磨料薄片的基部和顶部基本上平行，从而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为在45度至90度、通常在70度至90度、更通常在75度至85度的范围内。
如本文所用，在涉及三角形磨料薄片时，术语″长度″是指三角形磨料薄片的最大尺寸。″宽度″是指三角形磨料薄片的与长度垂直的最大尺寸。术语″厚度″或″高度″是指三角形磨料薄片的与长度和宽度垂直的尺寸。
溶胶-凝胶法制备的三角形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)中所述。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)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。
通常选择的三角形磨料薄片的长度在1微米至15000微米、更典型地10微米至约10000微米并且仍然更典型地150微米至2600微米的范围内，但也可使用其它长度。
通常选择的三角形磨料薄片的宽度在0.1微米至3500微米、更典型地100微米至3000微米并且更典型地100微米至2600微米的范围内，但也可使用其它长度。
通常选择的三角形磨料薄片的厚度在0.1微米至1600微米、更典型地1微米至1200微米的范围内，但可使用其它厚度。
在一些实施方案中，三角形磨料薄片可具有至少2、3、4、5、6或更大的纵横比(长度与厚度之比)。
三角形磨料薄片上的表面涂层可用于改善磨盘中三角形磨料薄片与粘结剂之间的粘附力，或者可用于帮助三角形磨料薄片的静电沉积。在一个实施方案中，可以相对于三角形磨料薄片的重量的0.1％至2％的表面涂层的量使用在美国专利5,352,254(Celikkaya)中所述的表面涂层。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，表面涂层可防止三角形磨料薄片封堵。″封堵″是描述来自正在研磨的工件的金属颗粒被焊接到三角形磨料薄片顶部的现象的术语。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。
磨料颗粒可根据磨料行业公认的规定标称等级被独立地按尺寸分类。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)颁布的那些标准。ANSI等级标号(即规定的标称等级)包括例如：ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI 24、ANSI 36、ANSI 46、ANSI 54、ANSI 60、ANSI70、ANSI 80、ANSI 90、ANSI 100、ANSI 120、ANSI 150、ANSI 180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI320、ANSI 360、ANSI 400和ANSI 600。FEPA等级标号包括F4、F5、F6、F7、F8、F10、F12、F14、F16、F16、F20、F22、F24、F30、F36、F40、F46、F54、F60、F70、F80、F90、F100、F120、F150、F180、F220、F230、F240、F280、F320、F360、F400、F500、F600、F800、F1000、F1200、F1500和F2000。JIS等级标号包括：JIS8、JIS12、JIS16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、JIS8000和JIS10000。根据本公开的一个实施方案，根据FEPA等级F60至F24，磨料颗粒的平均直径可在260微米至1400微米的范围内。
另选地，可使用符合ASTM E-11″Standard Specification for Wire Cloth andSieves for Testing Purposes″的美国标准试验筛将磨料颗粒分级成标称筛分等级。ASTME-11规定了测试筛的设计和构造需求，该测试筛使用安装在框架中的织造筛布的介质根据指定的粒度对材料进行分类。典型名称可以表示为-18+20，其意指磨料颗粒可通过符合18目筛的ASTM E-11规范的试验筛，并且保留在符合20目筛的ASTM E-11规范的试验筛上。在一个实施方案中，成型磨料颗粒具有这样的颗粒尺寸：使得大多数颗粒通过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，磨料颗粒可具有以下的标称筛分等级：-18+20、-20+25、-25+40、-40+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。另选地，可使用诸如-90+100的定制目尺寸。
螺旋图案的特征可在于其节距(即，螺旋的线之间的规则间隔，同时从螺旋的真正中心或理论中心径向向外行进。在一些优选的实施方案中，螺旋节距是算术螺旋，其节距是三角形磨料薄片的厚度的1.0至3倍、更优选地1.2至2.5倍、甚至更优选地1.2至2倍，但是这不是必需的。同样，在一些优选的实施方案中，规则间隔是三角形磨料薄片的长度的1至3倍、更优选地1.2至2倍、甚至更优选地1.2至1.5倍，但是这不是必需的。
根据本公开的涂覆磨盘可通过其中三角形磨料薄片被精确地放置和取向的方法来制备。该方法通常包括以下步骤：用一个或多个三角形磨料薄片(通常是一个或两个)填充生产工具中的腔，将已填充的生产工具与涂覆有底胶层前体的背衬对齐以将三角形磨料薄片转移到底胶层前体上，将磨料颗粒从腔转移到涂覆有底胶层前体的背衬上，并且从对齐位置移除生产工具。此后，使底胶层前体至少部分固化(通常达到足以将三角形磨料薄片牢固地粘附到背衬上的程度)，然后将复胶层前体施加到底胶层前体和磨料颗粒上，并且至少部分地固化以提供涂覆磨盘。该过程可以是间歇的或连续的，可以手动或自动地例如使用机械手设备来实施。并非必须执行所有步骤或按连续的顺序执行这些步骤，但是它们可按照列出的顺序执行或在各个步骤之间执行附加的步骤。
可将三角形磨料薄片置于所需的Z轴旋转取向上，方法是首先将其放置在生产工具的分配表面上适当形状的腔中，该生产工具被布置成具有互补的螺旋图案。
通过浇铸热塑性片材形成的用于制备图1和图1A-1C中所示的涂覆磨盘100的示例性生产工具400示于图4中。现在参见图4，生产工具400具有分配表面410，该分配表面包括腔420的螺旋图案430，该腔的尺寸和形状被设定成容纳三角形磨料薄片。腔420是Z轴旋转对齐的，使得当填充有随后将被转移的三角形磨料薄片时，它们在所形成的涂覆磨盘中形成所需的对应算术螺旋图案和Z轴旋转取向。
一旦大多数或所有腔都填充有所需数量的三角形磨料薄片，分配表面将与盘背衬上的底胶层前体层紧邻或接触，从而嵌入生产工具中的三角形磨料薄片并将其转移到底胶层前体上，同时标称地保持水平取向。当然，可能会发生一些意想不到的取向损失，但通常应控制在±10度或更小的容差范围内。
在一些实施方案中，选择生产工具中的腔的深度，使得三角形磨料薄片完全装配在腔内。在一些优选的实施方案中，三角形磨料薄片略微延伸超过腔的开口。以这种方式，三角形磨料薄片可通过直接接触而转移到底胶层前体上，而树脂转移到生产工具上的机会减少。在一些优选的实施方案中，当三角形磨料薄片完全插入腔中时，每个三角形磨料薄片的质心位于生产工具的相应腔内。如果腔的深度变得太短，由于三角形磨料薄片的质心位于腔的外部，所以三角形磨料薄片不容易保留在腔内，并且当生产工具在设备中使用时可跳回。
为了填充生产工具中的腔，优选地将过量的三角形磨料薄片施加到生产工具的分配表面上，使得提供的三角形磨料薄片比腔的数量更多。过量的三角形磨料薄片意味着每单位长度的生产工具存在的三角形磨料薄片多于存在的腔，有助于随着三角形磨料薄片堆积到分配表面上并由于重力或其它机械施加的力运动而将它们转移至腔中时，确保生产工具内的大多数腔最终均填充有三角形磨料薄片。由于磨料颗粒的支撑区域和间距通常针对特定的磨削应用被设计到生产工具中，因此通常希望未填充腔的数量没有过多变化。
优选地，分配表面中的大多数腔被设置在单个腔中的三角形磨料薄片填充，使得腔和片的侧面至少近似平行。这可以通过使腔的形状略大于三角形磨料薄片(或其倍数)来实现。为了便于填充和释放，可能希望腔具有深度增加的向内倾斜的侧壁和/或在腔的底部具有真空开口，其中真空开口通向真空源。希望将三角形磨料薄片转移到涂覆有底胶层前体的背衬上，使得它们竖立或直立地被施加。因此，腔形状被设计成直立地保持三角形磨料薄片。
在各种实施方案中，分配表面中的腔的至少60％、70％、80％、90％或95％包含三角形磨料薄片。在一些实施方案中，重力可用于填充腔。在其它实施方案中，可将生产工具反转并且施加真空以将三角形磨料薄片保持在腔中。例如，三角形磨料薄片可通过喷涂、流化床(空气或振动)或静电涂覆来施加。过量的三角形磨料薄片的去除将通过重力进行，因为未保持的任何磨料颗粒将回落。然后可通过移除真空将三角形磨料薄片转移到涂覆有前体层的盘背衬上。
如上所述，供应的三角形磨料薄片可多于腔的数量，由此使得在填充所需数量的腔之后，一些三角形磨料薄片将保留在分配表面上。这些过量的三角形磨料薄片通常可从分配表面上吹除、擦掉或以其它方式去除。例如，可施加真空或其它的力以使三角形磨料薄片保持在腔中并反转分配表面，将过量三角形磨料薄片的剩余部分清除。
在生产工具的分配表面中的基本上所有腔都填充有三角形磨料薄片之后，使生产工具的分配表面与底胶层前体接近。
在优选的实施方案中，生产工具通过金属母模工具由热塑性聚合物诸如聚乙烯、聚丙烯、聚酯或聚碳酸酯形成。生产工具的制造方法以及在其制造中使用的母模工具的制造方法可见于例如美国专利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)中；以及美国专利申请公布2013/0344786 A1(Keipert)和2016/0311084 A1(Culler等人)中。
在一些优选的实施方案中，使用3-D打印技术制造生产工具。
一旦将三角形磨料薄片嵌入底胶层前体中，就将其至少部分地固化，以便在复胶层前体涂布过程中保持矿物的取向。通常，这涉及使底胶层前体B阶段化，但也可根据需要采用更进一步的固化。可根据所选底胶层前体的性质，例如使用加热和/或光照和/或使用固化剂来实现B阶段化。
接着，在至少部分地固化的底胶层前体和三角形磨料薄片上施加复胶层前体。可通过将可固化复胶层前体涂布到背衬主表面上来形成复胶层。复胶层前体可包含例如胶水、酚醛树脂、氨基塑料树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚氨酯树脂、可以自由基的方式聚合的多官能(甲基)丙烯酸酯(例如具有侧链α，β-不饱和基团的氨基塑料树脂、丙烯酸酯化聚氨酯、丙烯酸酯化环氧树脂、丙烯酸酯化异氰脲酸酯)、环氧树脂(包括双马来酰亚胺和芴改性的环氧树脂)、异氰脲酸酯树脂以及它们的混合物。如果使用酚醛树脂形成底胶层，则同样优选用于形成复胶层。复胶层前体可通过用于将复胶层施加到背衬的任何已知涂布方法来施加，这些方法包括辊涂、挤出模头涂布、帘式涂布、刮刀涂布、凹版涂布、喷涂等。如果需要，根据本发明的预胶层前体或底胶层前体也可以用作复胶层前体。
复胶层的基重也将不可避免地根据预期用途、磨料颗粒的类型和所制备的涂覆磨盘的性质而变化，但通常将在1gsm或5gsm至300gsm、400gsm、或甚至500gsm、或更大的范围内。复胶层前体可以通过将复胶层前体(例如复胶)施加到背衬上的任何已知涂布方法来施加，这些方法包括例如辊涂、挤出模头涂布、帘式涂布和喷涂。
施加后，复胶层前体并且通常是部分固化的底胶层前体将被充分固化以提供可用的涂覆磨盘。通常，该固化步骤涉及热能，但是也可以使用其它形式的能量，诸如辐射固化。可用的热能形式包括(例如)热辐射和红外线辐射。示例性热能源包括烘箱(例如，悬挂式烘箱)、加热辊、热鼓风机、红外线灯以及它们的组合。
除其它组分外，根据本公开的涂覆磨盘的底胶层前体和/或预胶层前体中的粘结剂前体(如果存在的话)还可以任选地包含催化剂(例如，热活化的催化剂或光催化剂)、自由基引发剂(例如，热引发剂或光引发剂)、固化剂，以促进固化。此类催化剂(例如，热活化的催化剂或光催化剂)、自由基引发剂(例如，热引发剂或光引发剂)和/或固化剂可以是已知用于涂覆磨盘中的任何类型，包括例如本文描述的那些。
除其它组分外，底胶层前体和复胶层前体还可含有任选的添加剂，例如以改变性能和/或外观。示例性添加剂包括助磨剂、填料、增塑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、偶联剂、纤维、润滑剂、触变性材料、抗静电剂、悬浮剂和/或染料。
示例性的助磨剂可以是有机的或无机的，包括蜡、卤化有机化合物，例如氯化蜡，如四氯化萘、五氯化萘和聚氯乙烯；卤化物盐，例如氯化钠、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、氯化镁；以及金属及其合金，例如锡、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。
示例性抗静电剂包括导电材料，诸如五氧化钒(例如，分散在磺化聚酯中)、湿润剂、在粘结剂中的炭黑和/或石墨。
可用于本公开的填料的示例包括二氧化硅，诸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维；硅酸盐，诸如滑石、粘土、(蒙脱石)长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、硅铝酸钠、硅酸钠；金属硫酸盐，诸如硫酸钙、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；氧化铝；二氧化钛；冰晶石；锥冰晶石；以及金属亚硫酸盐(诸如亚硫酸钙)。
任选地可将顶胶层施加至复胶层的至少一部分上。当存在时，顶胶层通常包括助磨剂和/或抗填充材料。任选的顶胶层可用于防止或减少尘屑(从工件上研磨掉的材料)在磨料颗粒之间的积聚，这会大大降低涂覆磨盘的切削能力。可用的顶胶层通常包括助磨剂(例如，四氟硼酸钾)、脂肪酸的金属盐(例如，硬脂酸锌或硬脂酸钙)、磷酸酯的盐(例如，二十二烷基磷酸钾)、磷酸酯、脲醛树脂、矿物油、交联硅烷、交联硅酮和/或含氟化合物。可用的顶胶材料在例如美国专利5,556,437(Lee等人)中进一步描述。通常，掺入到涂覆磨料产品中的助磨剂的量为约50gsm至约400gsm，更典型地为约80gsm至约300gsm。顶胶可含有粘结剂，例如用于制备复胶层或底胶层的那些粘结剂，但它不必具有任何粘结剂。
关于包括固定到织物背衬上的磨料层的涂覆磨料制品(例如，涂覆磨盘)的更多细节是众所周知的，其中磨料层包含磨料颗粒以及底胶层和复胶层，并且所述细节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)、5,417,726(Stout等人)、5,436,063(Follett等人)、5,496,386(Broberg等人)、5,609,706(Benedict等人)、5,520,711(Helmin)、5,954,844(Law等人)、5,961,674(Gagliardi等人)、4,751,138(Bange等人)、5,766,277(DeVoe等人)、6,077,601(DeVoe等人)、6,228,133(Thurber等人)和5,975,988(Christianson)。
根据本公开的涂覆磨盘可用于研磨工件；例如，通过手持式直角磨削器进行手持研磨。优选的工件包括焊珠(例如，特别是软钢焊接)、溢料、浇口和铸件冒口。
本公开的选择实施方案
在第一方面，本公开提供了一种涂覆磨盘，所述磨盘包括：
具有外圆周的盘背衬；
设置在所述盘背衬上的磨料层，其中所述磨料层包括通过至少一种粘结剂材料固定到所述盘背衬的主表面上的三角形磨料薄片，其中所述三角形磨料薄片沿着螺旋图案在规则间隔的点向外设置，所述螺旋图案朝向所述外圆周向外延伸，
其中所述三角形磨料薄片中的每一个具有彼此连接并由三个侧壁隔开的相应顶部表面和底部表面，
其中，所述三角形磨料薄片中的至少90％的一个侧壁各自面向并靠近所述盘背衬设置，并且
其中三角形磨料薄片中的至少70％(优选至少80％，更优选至少90％，还更优选95％)以具有以下项的重复顺序取向设置：
i)第一三角形磨料薄片，所述第一三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第一相应侧壁，其中所述第一相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第一个处相对于所述螺旋图案的切线以-10度至-40度的角度纵向向外取向；
ii)第二三角形磨料薄片，所述第二三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第二相应侧壁，其中所述第二相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第二个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向；
iii)第三三角形磨料薄片，所述第三三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第三相应侧壁，其中所述第三相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第三个处相对于所述螺旋图案的切线以+10度至+40度的角度纵向向外取向；和
iv)第四三角形磨料薄片，所述第四三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第四相应侧壁，其中所述第四相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第四个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向。
在第二实施方案中，其中三角形磨料薄片具有平均厚度，其中所述螺旋图案包括螺旋图案，并且其中算术螺旋图案的节距是所述三角形磨料薄片的平均厚度的1至3倍。
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涂覆磨盘，其中所述磨料层还包括压碎的磨料颗粒或非磨料颗粒。
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涂覆磨盘，其中所述盘背衬包含硫化纤维。
在第五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第四实施方案中任一项所述的涂覆磨盘，其中所述磨料层包括底胶层和设置在所述底胶层和三角形磨料薄片上的复胶层。
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涂覆磨盘，其中所述三角形磨料薄片包含α氧化铝。
在第七实施方案中，本公开提供了一种研磨工件的方法，所述方法包括使根据第一实施方案至第六实施方案中任一项所述的涂覆磨盘的磨料层的一部分与所述工件摩擦接触，并将所述工件和所述涂覆磨盘中的至少一者相对于另一者移动以研磨所述工件。
在第八实施方案中，本公开提供了根据第七实施方案所述的研磨工件的方法，其中基底包括高碳钢，并且其中所述磨料层接触所述高碳钢。
在第九实施方案中，本公开提供了一种制备涂覆磨盘的方法，所述方法包括：
将可固化底胶层前体设置在盘背衬的主表面上；
将三角形磨料薄片嵌入到所述可固化底胶层前体中，其中所述三角形磨料薄片沿着螺旋图案在规则间隔的点向外设置，所述螺旋图案朝向所述外圆周向外延伸，
其中所述三角形磨料薄片中的每一个具有彼此连接并由三个侧壁隔开的相应顶部表面和底部表面，
其中，所述三角形磨料薄片中的至少90％的一个侧壁各自面向并靠近所述盘背衬设置，并且
其中三角形磨料薄片中的至少70％(优选至少80％，更优选至少90％，还更优选95％)以具有以下项的重复顺序取向设置：
i)第一三角形磨料薄片，所述第一三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第一相应侧壁，其中所述第一相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第一个处相对于所述螺旋图案的切线以-10度至-40度的角度纵向向外取向；
ii)第二三角形磨料薄片，所述第二三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第二相应侧壁，其中所述第二相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第二个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向；
iii)第三三角形磨料薄片，所述第三三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第三相应侧壁，其中所述第三相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第三个处相对于所述螺旋图案的切线以+10度至+40度的角度纵向向外取向；和
iv)第四三角形磨料薄片，所述第四三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第四相应侧壁，其中所述第四相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第四个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向；
至少部分固化所述可固化底胶层前体以提供底胶层；
将可固化复胶层前体设置在所述底胶层和所述三角形磨料薄片上方；并且
至少部分固化所述可固化复胶层前体以提供复胶层。
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方法，其中三角形磨料薄片具有平均厚度，其中所述螺旋图案包括螺旋图案，并且其中所述算术螺旋图案的节距是所述三角形磨料薄片的平均厚度的1至3倍。
在第十一实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案或第十实施方案所述的方法，其中所述磨料层还包括压碎的磨料颗粒或非磨料颗粒。
在第十二实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案至第十一实施方案中任一项所述的方法，其中所述盘背衬包含硫化纤维。
在第十三实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案至第十二实施方案中任一项所述的方法，其中所述三角形磨料薄片包含α氧化铝。
通过以下非限制性实施例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在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
除非另有说明，否则实施例及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。除非另有说明，否则所有试剂均得自或购自诸如美国密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Company，St.Louis，Missouri)的化学供应商，或者可通过已知的方法合成。实施例中使用的磨料颗粒报告于下表1中。
表1
Figure BDA0002498170810000201
实施例1
通过3-D打印制备7英寸(178mm)圆形塑料转移工具，该工具由三角形腔的连续算术螺旋组成，具有诸如PCT专利公布WO 2015/100018 A1(Adefris等人)中所述的几何形状。所述螺旋从盘边缘延伸到盘中心的1英寸(2.54cm)内。螺旋节距为大约0.059英寸(1.49mm)。腔的中心沿着螺旋的长度以大约0.087英寸(2.21mm)间隔规则地间隔开。每个腔的长轴相对于螺旋路径的角取向沿着螺旋路径顺序地变化。相对于螺旋路径的重复图案为0度、+45度、0度、-45度等，如图4和图4A至图4D所示。工具上的腔总数为大约5600。用硫化钼喷雾润滑剂(以商品名MOLYCOAT得自美国密歇根州米德兰的道康宁公司(Dow ComingCorporation，Midland Michigan))对转移工具进行处理，以辅助磨粒释放。
将过量的磨粒AP1施加到转移工具的具有腔开口的表面上，并用手左右摇动工具。转移工具腔很快填充有AP1磨粒，这些磨粒保持为顶部向下和底部向上的取向，并沿着腔的长轴对齐。施加额外的AP1并重复该过程，直到超过95％的转移工具腔被AP1磨粒填充。从转移工具的表面上去除多余磨粒，仅留下腔内包含的磨粒。
将49份可溶性酚醛树脂(基于1.5∶1至2.1∶1摩尔比的甲醛：苯酚的催化缩合物)、41份碳酸钙(HUBERCARB，美国伊利诺伊州昆西的邱博工程材料公司(Huber EngineeredMaterials，Quincy，IL))和10份水混合来制备底胶树脂。经由刷子向具有0.875英寸(2.22cm)中心孔的7英寸(17.8cm)直径×0.83mm厚硫化纤维幅材(DYNOS硫化纤维(DYNOSVULCANIZED FIBER)，德国特罗斯多夫的DYNOS公司(DYNOS GmbH，Troisdorf，Germany))施加3.7+/-0.1克底胶树脂。
将AP1填充的转移工具置于7英寸×7英寸(18cm×18cm)的方形木板上，腔面朝上。使硫化纤维盘的涂覆有底胶树脂的表面与填充的转移工具接触，并将另一块7英寸×7英寸(18cm×18cm)的方形木板放在上面。将所得组件反转，同时保持刚性接触，并轻轻敲击以将AP1磨粒从转移工具上移开，以便首先将基料掉落到底胶树脂表面上。然后使硫化纤维盘背衬从现在基本上没有磨粒的转移工具上掉落，从而得到复制了转移工具图案的涂覆有AP1的硫化纤维盘。
将由AP2组成的滴涂填料磨粒过量施加到湿底胶树脂上，并进行搅拌，直到整个外露的底胶树脂表面被AP2充满为止。反转盘以去除多余的AP2。AP2的添加量为15.0+/-0.1克。
通过在70℃下加热45分钟，再在90℃下加热45分钟，然后在105℃下加热3小时，将底胶树脂在烘箱中部分固化。然后在盘上涂覆11.5+/-0.2克常规的含冰晶石的酚醛底胶树脂，并在70℃下固化45分钟，再在90℃下固化45分钟，然后在105℃下固化16小时。实施例1用于使用磨削测试方法A磨削AISI 1018软钢。AISI 1018软钢按重量计具有以下组成：0.18％的碳、0.6％-0.9％的锰、0.04％(最大)的磷、0.05％(最大)的硫和98.81％-99.26％的铁。磨削性能结果报告于表2中。所得的盘具有按照图1所示的图案布置的成形磨料颗粒。
实施例2
实施例2大致按照实施例1的方法进行制备，不同之处如下。底胶树脂重量为3.7+/-0.1克。AP2滴涂的次级磨粒的用量为16.3+/-0.2克。复胶树脂重量为11.9+/-0.2克。最终的105℃复胶固化程序从16小时缩短到3小时，然后以9.4克的重量施加另外的KBF4顶胶涂层。最终固化在70℃下进行45分钟，再在90℃下进行45分钟，然后在105℃下进行12小时。实施例2用于使用磨削测试方法B磨削304不锈钢。磨削性能结果报告于表3中。
比较例A
比较例A大致按照实施例1的方法制备，不同之处在于圆形塑料转移工具的腔的所有腔长轴相对于螺旋路径呈零度偏差，且没有实施例1转移工具的取向的顺序变化。腔尺寸、节距、间距和腔的总数以其它方式与实施例1的转移工具相同。比较例A用于使用磨削测试方法A磨削1018软钢。磨削性能结果报告于表2中。
比较例B
比较例B大致按照比较例A的方法进行制备，不同之处如下。底胶树脂重量为3.7+/-0.1克。AP2滴涂的次级磨粒的用量为15.3+/-0.2克。复胶树脂重量为11.7+/-0.1克。最终的105℃复胶固化程序从16小时缩短到3小时，然后以9.5克的重量施加另外的KBF4顶胶涂层。最终固化在70℃下进行45分钟，再在90℃下进行45分钟，然后在05℃下进行12小时。比较例B用于使用磨削测试方法B磨削304不锈钢。磨削性能结果报告于表3中。
磨削测试
方法A
通过使用如下程序磨削1018低碳钢来评价各个盘的磨削性能。将用于评估的七英寸(17.8cm)直径磨盘附接到以5000rpm的恒定旋转速度运行并装配有7英寸(17.8cm)带筋圆盘垫面板(051144EXTRA HARD RED RIBBED，可购自3M公司)的驱动马达上。启动磨削器并使磨削器在受控的力下抵住1英寸×1英寸(2.54cm×2.54cm)、预称重的1018钢筋的端面。在这些条件下以13秒磨削间隔(通过)研磨工件。每13秒间隔后，使工件冷却至室温并称重，以确定研磨操作的切削量。当切削量跌到每次循环15克时，确定为测试终点。测试结果以每个间隔的切削增量(g/循环)和切除的总原料量(g)报告。
方法B
通过使用如下工序磨削304不锈钢来评估各个盘的磨削性能。将用于评估的七英寸(17.8cm)直径磨盘附接到以5000rpm的恒定旋转速度运行并装配有7英寸(17.8cm)带筋圆盘垫面板(051144EXTRA HARD RED RIBBED，可购自3M公司)的驱动马达上。启动磨削器并使磨削器在受控的力下抵住1英寸×1英寸(2.54cm×2.54cm)、预称重的304不锈钢筋的端面。在这些条件下以13秒磨削间隔(通过)研磨工件。每13秒间隔后，使工件冷却至室温并称重，以确定研磨操作的切削量。当切削量跌到每次循环10克时，确定为测试终点。测试结果以每个间隔的切削增量(g/循环)和切除的总原料量(g)报告。
表2(下表)中报告的结果是根据磨削测试方法B获得的。
表2
Figure BDA0002498170810000231
Figure BDA0002498170810000241
Figure BDA0002498170810000251
Figure BDA0002498170810000261
表3(下表)中报告的结果是根据磨削测试方法B获得的。
表3
Figure BDA0002498170810000262
Figure BDA0002498170810000271
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践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 (13)

1.一种涂覆磨盘，所述磨盘包括：
具有外圆周的盘背衬；
设置在所述盘背衬上的磨料层，其中所述磨料层包括通过至少一种粘结剂材料固定到所述盘背衬的主表面上的三角形磨料薄片，其中所述三角形磨料薄片沿着螺旋图案在规则间隔的点向外设置，所述螺旋图案朝向所述外圆周向外延伸，
其中所述三角形磨料薄片中的每一个具有彼此连接并由三个侧壁隔开的相应顶部表面和底部表面，
其中，所述三角形磨料薄片中的至少90％的一个侧壁各自面向并靠近所述盘背衬设置，并且
其中所述三角形磨料薄片中的至少70％以具有以下项的重复顺序取向设置：
i)第一三角形磨料薄片，所述第一三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第一相应侧壁，其中所述第一相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第一个处相对于所述螺旋图案的切线以-10度至-40度的角度纵向向外取向；
ii)第二三角形磨料薄片，所述第二三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第二相应侧壁，其中所述第二相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第二个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向；
iii)第三三角形磨料薄片，所述第三三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第三相应侧壁，其中所述第三相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第三个处相对于所述螺旋图案的切线以+10度至+40度的角度纵向向外取向；和
iv)第四三角形磨料薄片，所述第四三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第四相应侧壁，其中所述第四相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第四个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向。
2.根据权利要求1所述的磨盘，其中所述三角形磨料薄片具有平均厚度，其中所述螺旋图案包括算术螺旋图案，并且其中所述算术螺旋图案的节距是所述三角形磨料薄片的平均厚度的1至3倍。
3.根据权利要求1所述的磨盘，其中所述磨料层还包括压碎的磨料颗粒或非磨料颗粒。
4.根据权利要求1所述的磨盘，其中所述盘背衬包含硫化纤维。
5.根据权利要求1所述的磨盘，其中所述磨料层包括底胶层和复胶层，所述复胶层设置在所述底胶层和所述三角形磨料薄片上方。
6.根据权利要求1所述的磨盘，其中所述三角形磨料薄片包含α氧化铝。
7.一种研磨方法，所述方法包括使根据权利要求1至6中任一项所述的涂覆磨盘的磨料层的一部分与基底摩擦接触，并使所述基底和所述磨盘中的至少一者相对于另一者移动以研磨所述基底。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述基底包括碳钢，并且其中所述磨料层接触所述碳钢。
9.一种制备涂覆磨盘的方法，所述方法包括：
将可固化底胶层前体设置在盘背衬的主表面上；
将磨料层嵌入到所述可固化底胶层前体中，其中所述磨料层包括通过至少一种粘结剂材料固定到所述盘背衬的主表面上的三角形磨料薄片，所述三角形磨料薄片沿着螺旋图案在规则间隔的点向外设置，所述螺旋图案朝向外圆周向外延伸，
其中所述三角形磨料薄片中的每一个具有彼此连接并由三个侧壁隔开的相应顶部表面和底部表面，
其中，所述三角形磨料薄片中的至少90％的一个侧壁各自面向并靠近所述盘背衬设置，并且
其中所述三角形磨料薄片中的至少70％以具有以下项的重复顺序取向设置：
i)第一三角形磨料薄片，所述第一三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第一相应侧壁，其中所述第一相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第一个处相对于所述螺旋图案的切线以-10度至-40度的角度纵向向外取向；
ii)第二三角形磨料薄片，所述第二三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第二相应侧壁，其中所述第二相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第二个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向；
iii)第三三角形磨料薄片，所述第三三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第三相应侧壁，其中所述第三相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第三个处相对于所述螺旋图案的切线以+10度至+40度的角度纵向向外取向；和
iv)第四三角形磨料薄片，所述第四三角形磨料薄片具有面向所述盘背衬的第四相应侧壁，其中所述第四相应侧壁的Z轴旋转取向在所述规则间隔的点中的第四个处相对于所述螺旋图案的切线以-15度至+15度的角度纵向向外取向；
至少部分固化所述可固化底胶层前体以提供底胶层；
将可固化复胶层前体设置在所述底胶层和所述三角形磨料薄片上方；并且
至少部分固化所述可固化复胶层前体以提供复胶层。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述三角形磨料薄片具有平均厚度，其中所述螺旋图案包括算术螺旋图案，并且其中所述算术螺旋图案的节距是所述三角形磨料薄片的平均厚度的1至3倍。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述磨料层还包括压碎的磨料颗粒或非磨料颗粒。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述盘背衬包含硫化纤维。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述三角形磨料薄片包含α氧化铝。
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