CN112055737B - 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 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种成型磨料团聚颗粒，所述成型磨料团聚颗粒包含粘结在硅质基质中的成型磨料颗粒。所述硅质基质包含碱金属硅酸盐和硬化剂的反应产物。所述磨料团聚颗粒可用于磨料制品。还描述了制备所述成型磨料团聚颗粒和研磨工件的方法。

Description

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

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月1日提交的美国临时申请62/637,083的优先权，该临时申请的公开内容全文以引用方式并入本文。

背景技术

在陶瓷基质中包含各种磨料颗粒的成型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WO2015/088953(Kasai)中公开。在有机树脂基质中包含成型磨料颗粒的成型磨料团聚物已在美国专利申请公布2014/0080393(Ludwig)中公开。

通过模制溶胶-凝胶、干燥并烧结干燥后的溶胶-凝胶以获得成型陶瓷磨料颗粒而产生的成型磨料颗粒已在美国专利5,201,916(Berg)、5,984,988(Berg)、Re.35,570(Rowenhorst)、8,034,137(Erickson)、8,123,828(Culler)、8,142,531(Adefris)、8,142,891(Culler)、8,142,532(Erickson)和8,764,865(Boden)以及美国专利申请公布2010/0319269(Erickson)和2015/0052825(Adefris)中描述。

在铝硅酸盐粘结剂中包含细粒初级磨料晶粒的磨料团聚物已在美国专利9,102,858(Gebhardt)中描述。

发明内容

优异的磨削性能和长的工作寿命是磨料制品的期望特性。根据本公开的成型磨料团聚颗粒可用于提供可在长工作寿命内表现出稳定的切割速率的磨料制品。本公开的团聚颗粒通常且有利地为磨料制品提供磨削期间的可蚀性和耐久性的平衡。所述团聚物可有利地提供在研磨工件之前不需要修整的磨料制品。还有利地，在一些实施方案中，本公开的成型磨料团聚颗粒可在低温工艺(例如，至多500℃)中制备。

在一个方面，本公开提供了一种成型磨料团聚颗粒，所述成型磨料团聚颗粒包含粘结在硅质基质中的成型磨料颗粒。所述硅质基质包含碱金属硅酸盐和硬化剂的反应产物。

在另一方面，本公开提供了一种磨料制品，所述磨料制品包括保持在粘结剂中的多个成型磨料团聚颗粒。

在另一方面，本公开提供一种研磨工件的方法。所述方法包括使工件与上文和下文所述的磨料制品接触，并且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。

在另一方面，本公开提供了一种制备多个成型磨料团聚颗粒的方法。所述方法包括用包含碱金属硅酸盐、硬化剂、所述成型磨料颗粒、水和任选的流变改性剂的浆液填充具有多个腔的模具，并且在所述模具中加热所述浆液以反应以提供所述成型磨料团聚颗粒。

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”、“该”和“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。

如本文所用，术语“陶瓷”是指玻璃、结晶陶瓷、玻璃-陶瓷以及它们的组合。

术语“硬化剂”是指引发和/或增强含水硅酸盐溶液固化的材料；固化意味着溶解的二氧化硅缩聚成三维Si-O-Si(Al，P)键网络和/或新相的结晶；硬化剂可至少部分地作为配制的硬化剂和碱金属硅酸盐的反应产物存在。

术语“固化”和“可固化”是指通过共价化学键将聚合物链连接在一起(通常通过使分子或基团交联)以形成网络。因此，在本公开中，术语“经固化的”和“交联的”可以互换使用。

如本文所用，术语“成型磨料颗粒”和“成型磨料团聚颗粒”是指其中颗粒的至少一部分具有预先确定的形状的磨料颗粒或磨料团聚颗粒，该预先确定的形状由用于形成成型前体磨料颗粒的模具腔复制而得。通常，成型磨料颗粒和成型磨料团聚颗粒具有以这种方式预先确定的至少两个尺寸。在模具腔的一侧或两侧敞开的情况下，成型磨料团聚颗粒和/或成型磨料颗粒可具有不平坦的面，但颗粒仍将被认为具有预先确定的形状。除了磨料碎片(例如，如美国专利8,034,137(Erickson)中所述)的情况之外，成型磨料颗粒通常会具有预先确定的几何形状，该几何形状基本上复制用于形成成型磨料颗粒的模具腔。在磨料碎片的情况下，成型磨料颗粒通常将具有基本上复制用于形成成型磨料颗粒的模具腔的至少一个面或两侧的至少一部分。如本文所用，成型磨料颗粒不包括通过机械粉碎操作获得的磨料颗粒。

在与主体对角线相对的表面上测量成型磨料颗粒和成型磨料团聚颗粒的最长线性尺寸。在其中成型团聚磨料颗粒和成型团聚颗粒具有规则形状的实施方案中，线性尺寸通常在边缘上测量。

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1A是根据本公开的包括成型磨料颗粒的成型磨料团聚颗粒的实施方案的简化透视图；并且

图1B示出了图1A中所示的成型磨料团聚颗粒或成型磨料颗粒的剖视图；

图2是根据本公开的磨料团聚物的实施方案的局部剖视图；

图3是用于制备根据本公开的成型磨料颗粒或成型磨料团聚颗粒的模具的实施方案的示意性边缘剖视图；

图4A是根据本公开的成型磨料颗粒或成型磨料团聚颗粒的实施方案的示意性透视图；

图4B是根据本公开的成型磨料颗粒或成型磨料团聚颗粒的另一个实施方案的示意性透视图；

图5A和图5B是根据本公开的成型磨料颗粒或成型磨料团聚颗粒的一些实施方案中的拐角的示意性俯视图，示出了如果它们具有弯曲表面则如何计算它们的内角；

图6是如实施例1中所述的成型磨料团聚颗粒的显微照片；

图7是如实施例1中所述的成型磨料团聚颗粒的断裂表面的显微照片；

图8是根据本公开的涂覆磨料制品的实施方案的边缘剖视图；

图9是根据本公开的粘结磨料制品的实施方案的透视图；并且

图10是根据本公开的非织造磨料制品的实施方案的放大侧视图。

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，还可以想到其他的实施方案。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他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

参见图1A，示出了本公开的成型磨料团聚颗粒10的实施方案的简化图。成型磨料团聚颗粒10包含粘结在硅质基质7中的成型磨料颗粒5。为了简单起见，图1A仅示出了一个成型磨料颗粒5，但成型磨料团聚颗粒10通常将具有多个成型磨料颗粒。在一些实施方案中，在成型磨料团聚颗粒10内存在至少10、20或25个成型磨料颗粒5。

在包括所示实施方案的一些实施方案中，成型磨料颗粒5或成型磨料团聚颗粒10中的至少一者的形状是至少部分直线的。在这些实施方案中，成型磨料团聚颗粒通常在表面上具有最长的团聚线性尺寸L。在一些实施方案中，沿成型磨料团聚颗粒10的最长团聚线性尺寸L存在至少3、4、或5或至多10个成型磨料颗粒。尺寸W通常与最长的团聚线性尺寸L一起帮助限定成型磨料团聚颗粒的第二面14，其长度可与最长的线性尺寸L相同或比其短。成型磨料颗粒5通常在表面上还具有最长的线性尺寸l。尺寸W与最长的颗粒线性尺寸L一起帮助限定成型磨料颗粒的第二面4，其长度可与最长的颗粒线性尺寸L相同或比其短。

图1B是图1A中所示的成型磨料团聚颗粒10和/或成型磨料颗粒5的剖视图的图示。在一些实施方案中，包括图1A和图1B所示的实施方案，第一面26和第二面24的周边29被选择为几何形状，并且第一面26和第二面24通常被选择为具有相同的几何形状。第一面和第二面可具有多种有用的形状。在一些实施方案中，第一面26和第二面24在尺寸上不同，其中第二面24大于第一面26。在这些实施方案中，根据本公开的成型磨料团聚颗粒或包括在其中的成型磨料颗粒中的至少一者为截头棱锥形，其也可被称为截棱锥。在一些实施方案中，成型磨料颗粒或成型团聚颗粒中的至少一者具有三角形截锥形状、正方形截锥形状或六边形截锥形状。在第一面26和第二面24是全等的其他实施方案中，成型磨料团聚颗粒和成型磨料颗粒的有用形状的示例包括三角形、矩形、正方形、五边形和六边形棱柱。

为了有利于从用于制备根据本公开的成型磨料团聚颗粒10或它们中的成型磨料颗粒5中的至少一者的模具中将其移除并且在某些情况下为了提高在研磨应用中的性能，所述成型磨料团聚颗粒或成型磨料颗粒可对应于模具的脱模角是锥形的，例如，如在美国专利8,142,531(Adefris等人)中所述。因此，在一些实施方案中，成型磨料颗粒5或成型磨料团聚颗粒10中的至少一者具有倾斜侧壁。在图1B中所示的实施方案中，第一面26和第二面24通过至少一个倾斜侧壁22彼此连接。在一些实施方案中，可存在不止一个倾斜侧壁22，并且每个倾斜侧壁22的倾斜度或角度可与图1B中示出的相同或不同。参见图1B，可改变在成型磨料团聚颗粒10和成型磨料颗粒5的第一面26和倾斜侧壁22之间的角度α以改变每个面的相对尺寸。在一些实施方案中，成型磨料颗粒或成型磨料团聚颗粒中的至少一者在第一面和倾斜侧壁之间具有在95度至130度范围内的角度α。在各种实施方案中，角度α可在大约95度至大约130度之间、或在约95度至约125度之间、或在约95度至约120度之间、或在约95度至约115度之间、或在约95度至约110度之间、或在约95度至约105度之间、或在约95度至约100度之间。三个倾斜侧壁22构成成型磨料颗粒5的周向表面8，并且三个倾斜侧壁22构成图1A中所示的成型磨料团聚颗粒10的周向表面18。在其他实施方案中，成型磨料团聚颗粒或成型磨料颗粒中的至少一者的周向表面不渐缩(即，图1B中的侧壁22可为竖直的)，并且/或者第一面26和第二面24可具有相同的尺寸和形状。

再次参见图1A和图1B，成型磨料团聚颗粒10在表面L上具有垂直于最长团聚线性尺寸的最短团聚尺寸t。在一些实施方案中，表面L上的最长团聚线性尺寸是最短团聚尺寸t的至少两倍。在一些实施方案中，最长团聚线性尺寸L是最短团聚尺寸t的至少3、4、5或10倍。厚度t也可被认为是成型团聚颗粒的第一面26和第二面24之间的距离。同样，成型磨料颗粒5在表面l上具有垂直于最长颗粒线性尺寸的最短尺寸t。在一些实施方案中，表面l上的最长颗粒线性尺寸是最短颗粒尺寸t的至少两倍。在一些实施方案中，最长颗粒线性尺寸L是最短颗粒尺寸t的至少3、4、5或10倍。厚度t也可被认为是成型磨料颗粒的第一面26和第二面24之间的距离。

图2示出了本公开的成型团聚颗粒或其中包括的成型磨料颗粒中的至少一者的另一实施方案。颗粒60具有第二面64、第一面66和倾斜侧壁62。在图2所示的实施方案中，最长颗粒线性尺寸小于厚度(t)的两倍(在一些实施方案中，小于1.5倍、1.25倍、1.2倍或1.15倍)。团聚颗粒60的厚度(t)从第二面64到第一面66测量。

第一面26和倾斜侧壁22之间的角度通常由用于制备成型磨料颗粒5和成型磨料团聚颗粒10的模具的脱模角确定。术语“脱模角”是指锥形的角，该角结合到模具腔的壁中使得模具腔的开口宽于其基部。现在参见图3，其示出了模具100和模具腔105的横截面，脱模角μ是模具基部150和模具壁130之间的角度。可改变脱模角以改变成型磨料颗粒5和成型磨料团聚颗粒10的第一面26和第二面24的相对尺寸。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移除成型磨料团聚颗粒或成型磨料颗粒可能是有用的。此类半径在图2中也示出为半径r，其是侧壁62与第一面66相交处的拐角的内半径。

在一些实施方案中，第一面26是基本上平面的，第二面24是基本上平面的，或第一面26和第二面24都是基本上平面的。在其他实施方案中，这些面可以是凹的或凸的，如在美国专利8,142,891(Culler等人)中更详细讨论的。另外，在一些实施方案中可存在穿过面的开口或孔，如在美国专利8,142,532(Erickson等人)中更详细讨论的。在一些实施方案中，第一面26和第二面24基本上彼此平行。在其他实施方案中，第一面26和第二面24可以不平行，使得一个面相对于另一个面倾斜，并且与每一个面相切的假想线都将相交于一点。在一些实施方案中，模具腔105的空气界面处的面可以不是平面的。

根据本公开的成型磨料团聚颗粒和包括在它们中的成型磨料颗粒的其他有用形状包括除正多边形之外的形状。图4A和图4B描绘了大致箭头形的成型磨料颗粒或成型磨料团聚颗粒。现在参见图4A，成型磨料颗粒或成型磨料团聚颗粒300包括具有周边320的第一表面310。周边320包括第一边缘330、第二边缘332和第三边缘334。第一边缘330是凹的单调曲线，而第二边缘332和第三边缘334是基本上直的边缘。第二表面370与第一主表面310相对，并且不接触第一主表面310。周向表面380具有预先确定的形状，并且被设置在第一表面310和第二表面370之间并且连接该第一表面和该第二表面。周向表面380包括第一壁382、第二壁384和第三壁386。第一边缘330、第二边缘332和第三边缘334分别表示第一壁382、第二壁384和第三壁386与周边320的相交处。周边320的第一区域390包括向内延伸的第一边缘330并且在第一拐角350和第二拐角352处终止，第一拐角350和第二拐角352限定相应的第一锐角内角360和第二锐角内角362。

如图4A所示，周边320的第一区域390可包括至少单个向内弯曲的延伸边缘，然而还设想周边320的第一区域390可包括多个边缘(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个边缘)，例如，如图4B所示。

现在参见图4B，成型磨料颗粒或成型磨料团聚颗粒400包括具有周边420的第一表面410。周边420包括基本上直的第一边缘430、第二边缘432、第三边缘434和第四边缘436。第二表面470与第一表面410相对，并且不接触第一表面410。周向表面480包括第一壁482、第二壁484、第三壁486和第四壁488。周向表面480具有预先确定的形状，并且被设置在第一主表面410和第二表面470之间并连接该第一主表面和该第二表面。第一边缘430、第二边缘432、第三边缘434和第四边缘436分别表示第一壁482、第二壁484、第三壁486和第四壁488与周边420的相交处。周边420的第一区域490包括第一边缘430和第四边缘436，并且向内延伸。第一区域490在第一拐角450和第二拐角452处终止，第一拐角450和第二拐角452限定相应的第一锐角内角460和第二锐角内角462。

在一些实施方案中，在周边的向内延伸的第一区域390、490和一个或两个相邻边缘之间形成的内角小于在向内延伸的第一区域例如被单个直线段或凸边缘替换的情况下的内角。例如，在等边三角形的情况下，所有的拐角具有60度的内角，而对于具有替换三角形的边缘之一的凹边缘的对应形状，与向内延伸的区域相邻的两个拐角的内角可显著减小。例如，在成型磨料团聚颗粒或成型磨料颗粒通常具有三个拐角350、352、450、452的情况下，内角360、362、460、462可在5、10、15、20、25或30度至最高35、40、45、50或55度、或40至55度的范围内。在一些实施方案中，内角可以为在35至55度、40至55度、或甚至45至55度的范围内，但其他值也是可以的。相似地，如果三角形的边缘中的两个(或三个)被向内延伸的弯曲的边缘替换，它们相邻拐角的内角可落在相同范围内或甚至更低。在具有四个或更多个边缘的周边的情况中趋势相同，但内角值可能趋于更大。

为了测量周边的拐角的内角(θ)，采用形成在相应边缘的切线(T₁、T₂)之间的角度，所述相应边缘在其最靠近拐角的点处形成拐角，所述最靠近拐角的点相对于向内延伸的区域未经过拐点。在相交的直边的情况下，此类切线具有与边缘本身相同的斜率，并且内角可容易地确定。在其中一个或两个边缘是单调向内延伸的曲线的情况下(例如，如图5A和图5B所示)，切线(分别为T_1a和T_2a或T_1b和T_2b)同样可通过沿弯曲边缘趋近拐角来容易地确定。然而，如果拐角是圆的或以其他方式变形，则拐角的内角的测量可能变得更成问题。因此，在此类情况下，应通过在每个相邻边缘趋近邻近拐角的拐点(如果存在)时测量该边缘的切线来确定切线。

在成型磨料颗粒或成型磨料团聚颗粒具有向内延伸的第一区域390、490的情况下，表面上的最长线性尺寸通常为直边缘332、334、432、434。然而，如果如在向内延伸的边缘第一边缘330中所有边缘都是弯曲的，则可将表面上的最长线性尺寸作为向内边缘330终止处的两个拐角350和352之间的距离。在不规则形状颗粒的其他情况下，可将表面上的最长线性尺寸作为两点之间的最远距离。在图4A和图4B中，第二面310、410大于第一面370、470，这由于上述原因可能是有用的。在其他实施方案中，图4A和图4B中所示的大致箭头形的颗粒可具有全等的第一面370、470和第二面310、410。关于具有带向内面向边缘的形状的成型磨料颗粒的更多信息，参见美国专利申请2015/0052825(Adefris)。

在一些实施方案中，成型磨料团聚颗粒和成型磨料颗粒具有相同的形状。即，成型磨料团聚颗粒和成型磨料颗粒两者可被描述为例如三角形截锥、正方形截锥或箭头形状。在其他实施方案中，成型磨料团聚颗粒和成型磨料颗粒具有不同的形状。图6示出了如实施例1中所述的成型磨料团聚颗粒的一个实施方案，其中成型磨料团聚颗粒具有正方形截锥形状，并且包含在其中的成型磨料颗粒具有三角形截锥形状。例如，实施例2中描述了成型磨料团聚颗粒的一个实施方案，其中成型磨料团聚颗粒和包含在其中的成型磨料颗粒均具有三角形截锥形状。

成型磨料团聚颗粒内的成型磨料颗粒可全部为相同的形状或具有不同的形状。在一些实施方案中，成型磨料团聚颗粒内的成型磨料颗粒的至少50％、60％、75％、80％、90％或95％具有相同的形状。在一些实施方案中，成型磨料颗粒是磨料碎片，诸如当前体磨料颗粒(如下所述)在模具内破裂时形成的那些，如美国专利8,034,137(Erickson)中所述。在这些实施方案中，成型磨料团聚颗粒内的成型磨料颗粒将具有不同的形状。

在根据本公开的团聚物内的具有不同形状的成型磨料颗粒的一些实施方案中，最长的颗粒线性尺寸可以是最短颗粒尺寸的至少两倍。此外，在一些实施方案中，团聚物内的成型磨料颗粒具有大致相似的厚度。在一些实施方案中，成型磨料团聚颗粒内的成型磨料颗粒的至少50％、60％、75％、80％、90％或95％具有在成型磨料颗粒的平均厚度的10％、5％或2.5％内的厚度。成型磨料颗粒的厚度与最短颗粒尺寸相同。

在可用于根据本公开的具有直线形状的成型磨料团聚颗粒中的成型磨料颗粒中，表面上的最长颗粒线性尺寸可为至多1600微米、至多1000微米、至多500微米、至多300微米或至多200微米。可用的成型磨料颗粒可在表面上具有在约一微米至1600微米、一微米至1000微米、一微米至500微米、十微米至300微米、15微米至300微米、25微米至300微米或大于25微米至300微米范围内的最长颗粒线性尺寸。

对于根据本公开的具有直线形状的成型磨料团聚颗粒的实施方案，成型磨料团聚颗粒可在表面上具有至少400微米、在一些实施方案中至少500微米、或至少600微米的最长团聚线性尺寸。在一些实施方案中，根据本公开的成型磨料团聚颗粒在表面上具有至多5毫米(mm)、至多2mm、至多1.5mm、至多1.4mm、至多1.25mm、至多1mm、或至多0.9mm的最长团聚线性尺寸。在一些实施方案中，团聚颗粒在表面上具有在约400微米至5mm、400微米至2mm、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微米范围内的最长团聚线性尺寸。通常，在成型磨料团聚颗粒的表面上最长的团聚线性尺寸是在团聚颗粒中的成型磨料颗粒的表面上最长的颗粒线性尺寸的至少约3、5或10倍。

根据本公开的成型磨料团聚颗粒和包括在它们中的成型磨料颗粒中的任一者可根据磨料行业认可的规定标称等级来确定尺寸。磨料行业认可的分级标准的示例包括由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。这类工业接纳的分级标准包括：例如ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI 24、ANSI30、ANSI 36、ANSI 40、ANSI 50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI 100、ANSI 120、ANSI 150、ANSI180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400和ANSI 600；FEPA P8、FEPA P12、FEPA P16、FEPA P24、FEPA P30、FEPA P36、FEPA P40、FEPA P50、FEPA P60、FEPAP80、FEPA P100、FEPA P120、FEPA P150、FEPA P180、FEPA P220、FEPA P320、FEPA P400、FEPA P500、FEPA P600、FEPA P800、FEPA P1000和FEPA P1200；以及JIS 8、JIS 12、JIS 16、JIS 24、JIS 36、JIS 46、JIS 54、JIS 60、JIS 80、JIS 100、JIS 150、JIS 180、JIS 220、JIS240、JIS 280、JIS 320、JIS 360、JIS 400、JIS 400、JIS 600、JIS 800、JIS 1000、JIS1500、JIS 2500、JIS 4000、JIS 6000、JIS 8000和JIS 10,000。

术语“磨料行业认可的规定标称等级”还包括磨料行业认可的规定标称筛选等级。例如，规定的标称筛选等级可使用符合ASTM E-11-09“用于测试目的的筛布和筛网的标准规格(Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes)”的美国标准测试筛网。ASTM E-11-09阐明了测试筛网的设计和构造需求，所述测试筛网利用安装在框架中的织造筛布为介质，根据指定粒度对材料进行分类。典型标号可表示为-18+20，意指成型磨料颗粒或成型磨料团聚颗粒通过符合ASTM E11-09“织造测试筛布和测试筛网的标准规格(Standard Specification for Woven Wire Test Sieve Cloth andTest Sieves)”针对18号筛网规格的测试筛网并且保留在符合ASTM E11-09针对20号筛网规格的测试筛网上。在一些实施方案中，可用于实施本公开的成型磨料颗粒或成型磨料团聚颗粒可具有包括以下的标称筛分等级：-18+20、-20/+25、-25+30、-30+35、-35+40、5-40+45、-45+50、-50+60、-60+70、-70/+80、-80+100、-100+120、-120+140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325、-325+400、-400+450、-450+500或-500+635。

在一些实施方案中，可用于根据本公开的成型磨料团聚颗粒的成型磨料颗粒包含陶瓷材料。在一些实施方案中，它们可基本上由陶瓷材料组成或甚至由陶瓷材料组成，但它们可包含非陶瓷相(如，像在玻璃-陶瓷中那样)。合适的陶瓷材料的示例包括α氧化铝、熔融的氧化铝-氧化锆以及熔融的氮氧化物。关于适用于成型陶瓷磨料颗粒的溶胶-凝胶衍生的陶瓷材料另外细节可见于例如美国专利4,314,827(Leitheiser等人)；美国专利4,518,397(Leitheiser等人)；美国专利4,623,364(Cottringer等人)；美国专利4,744,802(Schwabel)；美国专利4,770,671(Monroe等人)；美国专利4,881,951(Wood等人)；美国专利4,960,441(Pellow等人)；美国专利5,139,978(Wood)；美国专利5,201,916(Berg等人)；美国专利5,366,523(Rowenhorst等人)；美国专利5,429,647(Larmie)；美国专利5,547,479(Conwell等人)；美国专利5,498,269(Larmie)；美国专利5,551,963(Larmie)；美国专利5,725,162(Garg等人)和美国专利6,054,093(Torre等人)。

多种方法可用于制备用于本公开的成型磨料团聚颗粒中的成型磨料颗粒，例如模制、挤出和模切。在一些实施方案中，可根据多步骤工艺来制备成型磨料颗粒。该工艺可使用陶瓷前体分散体(如，包含陶瓷前体材料的分散体(如，溶胶-凝胶)来实施。

简而言之，该方法可包括以下步骤：制备可被转变为对应的陶瓷的有晶种或无晶种的陶瓷前体分散体(如，可转变成α氧化铝的勃姆石或假勃姆石溶胶-凝胶)；用陶瓷前体分散体填充具有期望的成型磨料颗粒外部形状的一个或多个模具腔，干燥陶瓷前体分散体以形成成型陶瓷前体颗粒；从模具腔移除成型陶瓷前体颗粒；煅烧成型陶瓷前体颗粒以形成经煅烧的成型陶瓷前体颗粒，然后烧结经煅烧的成型陶瓷前体颗粒以形成成型陶瓷磨料颗粒。在一些实施方案中，省略煅烧步骤并且成型陶瓷前体颗粒在从模具中移除之后直接进行烧结。在一些实施方案中，模具由在煅烧或烧结期间烧尽的牺牲材料(例如，聚烯烃材料)制成，从而在加工期间消除将陶瓷前体颗粒从模具中分离的步骤。

制备成型磨料颗粒的方法可包括提供可被转变为陶瓷材料的陶瓷前体材料的有晶种或无晶种分散体(即，陶瓷前体分散体)。陶瓷前体分散体常常包含挥发性液体组分。在一些实施方案中，挥发性液体组分是水。陶瓷前体分散体应当包含足量的液体以使分散体的粘度足够低以能够填充模具腔并且复制模具表面，但是液体的量不能太多，以致引起随后将液体从模具腔中移除的过高成本。在一个实施方案中，陶瓷前体分散体包含2重量％至90重量％的可被转变为陶瓷的颗粒(诸如氧化铝一水合物(勃姆石)或另一种氧化铝前体的颗粒)，以及至少10重量％至98重量％、或50重量％至70重量％、或50重量％至60重量％的挥发性组分(诸如水)。相反地，在一些实施方案中，陶瓷前体分散体包含30重量％至50重量％、或40重量％至50重量％的固体。

可用的陶瓷前体分散体的示例包括氧化锆溶胶、氧化钒溶胶、氧化铈溶胶、氧化铝溶胶以及它们的组合。可用的氧化铝分散体包括例如勃姆石分散体、假勃姆石分散体、如例如在美国专利申请公布2015/0267097(Rosenflanz等人)中所述的微粉化的氧化铝分散体和其他氧化铝水合物分散体。勃姆石和假勃姆石可通过已知的技术来制备或可商购获得。可商购获得勃姆石和假勃姆石的示例包括得自巴斯夫公司(BASF Corporation)的商品名为“HIQ-40”和得自萨索尔北美有限公司(Sasol North America)的“DISPERAL”和“DISPAL”的产品。这些氧化铝一水合物相对较纯；即，它们除了一水合物外只包含相对较少的(如果有的话)其他水合物相，并且具有高表面积。关于陶瓷前体分散体包括改性添加剂、成核剂、胶溶剂、消泡剂和其他添加剂的进一步信息可见于例如美国专利申请公布2015/0052825(Adefris)。

所得成型陶瓷磨料颗粒的物理特性一般将取决于陶瓷前体分散体中使用的材料类型。

模制成型磨料颗粒可使用与模制成型磨料团聚颗粒相似的模具和方法来进行，如下所述。

成型陶瓷前体颗粒可在从模具中移除之后干燥或煅烧。如果陶瓷前体分散体在模具中干燥至所需程度，则不需要额外的干燥步骤。然而，在一些情况下，采用额外的干燥步骤来使陶瓷前体分散体停留在模具中的时间最小化可能是经济的。通常，成型磨料颗粒前体将在50℃至160℃、或在120℃至150℃的温度下干燥10分钟至480分钟、或120分钟至400分钟。在任选的煅烧期间，基本上所有的挥发性物质都被去除，并且存在于陶瓷前体分散体中的各种组分均被转化成金属氧化物。通常，将成型陶瓷前体颗粒加热至400℃至800℃的温度，并且将其保持在该温度范围内，直至去除游离水和90重量％以上的任何结合的挥发性物质为止。在任选步骤中，可期望通过浸渍工艺引入改性添加剂。可通过浸渍将水溶性盐引入经煅烧的成型陶瓷前体颗粒的孔隙中。然后再次对成型陶瓷前体颗粒进行预焙烧。该可选步骤在美国专利5,164,348(Wood)中进行了进一步描述。

烧结成型陶瓷前体颗粒以形成陶瓷颗粒通常是实现可用的成型陶瓷磨料颗粒的所需硬度所必需的。通过将成型陶瓷前体颗粒加热至1000℃至1650℃的温度来进行烧结。为了实现此转变程度而必须使经煅烧的成型陶瓷前体颗粒暴露于烧结温度下的时间长度取决于多种因素，但通常为5秒至48小时。在一些实施方案中，烧结步骤的持续时间在一分钟至90分钟的范围内。烧结之后，成型陶瓷磨料颗粒可具有10GPa(吉帕斯卡)、16GPa、18GPa、20GPa或更大的维氏硬度。

可使用其他步骤来修改所述工艺，例如将材料从煅烧温度快速加热至烧结温度、对陶瓷前体分散体进行离心以去除淤渣和/或废物。此外，如果需要，则可以通过组合这些方法步骤中的两个或更多个来修改该方法。可以用来修改本公开的工艺的常规工艺步骤在美国专利4,314,827(Leitheiser)中进行了更完整的描述。

可根据例如美国专利5,213,591(Celikkaya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、镁铝尖晶石以及稀土六铝酸盐的晶粒组成的成型陶瓷磨料颗粒。α氧化铝磨料颗粒可包含氧化锆，如美国专利5,551,963(Larmie)中所公开。作为另外一种选择，α氧化铝磨料颗粒可以具有微观结构或添加剂，例如，如美国专利6,277,161(Castro)中所公开。关于制备成型陶瓷磨料颗粒的方法的更多信息公开于美国专利8,123,828(Culler等人)和8,034,137(Erickson)中，这些专利描述了例如用于制备磨料碎片的条件。

根据本公开的成型团聚颗粒包括硅质基质。硅质基质包括至少碱金属硅酸盐和硬化剂的反应产物。合适的碱金属硅酸盐包括硅酸铯、硅酸锂、硅酸钾、硅酸钠以及它们的组合。在一些实施方案中，碱金属硅酸盐包括硅酸锂、硅酸钠或硅酸钾中的至少一种。在一些实施方案中，碱金属硅酸盐包括硅酸锂或硅酸钾中的至少一种。

碱金属硅酸盐可例如以水溶液或固体喷雾干燥粉末形式得自商业来源，例如宾夕法尼亚马尔文的PQ公司(PQ Corporation,Malvern,PA)。合适的硅酸锂可例如以商品名“LITHISIL 829”和“LITHISIL 25”从PQ公司获得。另外合适的碱金属硅酸盐是SiO₂:Na₂O重量比在1.6至2.5范围内的硅酸钠和SiO₂:K₂O重量比在1.6至2.5范围内的硅酸钾。其他合适的碱金属硅酸盐包括钠或铵稳定的硅溶胶，诸如得自伊利诺伊州内珀维尔的纳尔科公司(Nalco Company,Naperville,Ill)的那些。硅酸盐溶液中的有用浓度为至少40重量％至42重量％固体，并且二氧化硅与锂、钠或钾的氧化物的重量比通常在1:1至10:1范围内。在固体硅酸盐的情况下，快速溶解的喷雾干燥粉末可以是有用的。这些粉末在其结构中通常含有约20重量％的水。合适的碱金属硅酸盐粉末包括例如以商品名“BRITESIL C 205”和“KASOLV 16”得自PQ公司的那些。当使用固体碱金属硅酸盐粉末时，通常加入水以制备硅酸盐基质。

碱金属硅酸盐与至少一种硬化剂反应以形成硅质基质。合适的硬化剂的示例包括磷酸铝、铝硅酸盐、氟硅酸盐(例如，Na₂SiF₆)、波特兰水泥、冰晶石(例如，Na₃AlF₆)、钙盐(例如，CaCl₂)和硅酸钙。在一些实施方案中，硬化剂是磷酸铝、铝硅酸盐(例如偏高岭土和高岭石)、氟硅酸盐、波特兰水泥、合成冰晶石或硅酸钙中的至少一种。在一些实施方案中，硬化剂包括铝硅酸盐。硬化剂可得自商业来源，诸如德国布登海姆的布登海姆公司(Budenheim,Inc.,Budenheim,Germany)；德克萨斯州休斯顿的索尔维氟化物有限公司(SolvayFluorides,LLC,Houston,TX)；以及新泽西州弗洛勒姆帕克的巴斯夫公司(BASF,FlorhamPark,N.J)。

硬化剂与碱金属硅酸盐的可用比率可根据硅质基质的所需组成而变化。在一些实施方案中，碱金属硅酸盐与硬化剂的比率在20:1至2:1的范围内。Na₂SiF₆和Na₃AlF₆(合成冰晶石)可以最终混合物的3重量％至10重量％的量使用，并且铝硅酸盐(例如偏高岭土和高岭石)可以基于液体硅酸盐的重量计10重量％至50重量％的量使用。无氟铝磷酸盐(例如，以商品名“FABUTIT”得自新泽西州利堡的BassTech公司(BassTech International,FortLee,NJ)的那些)可在液体硅酸盐中以30％至45％的SiO₂的量使用。便利地，硬化剂可与含水硅酸盐组合添加，并且在与成型磨料颗粒组合之前至少部分地预先溶解在含水硅酸盐中。

本公开的成型磨料团聚颗粒通常包括成型磨料颗粒、孔和任选的添加剂在化学固化的硅质基质中的均匀分布。碱金属硅酸盐和硬化剂的反应通常产生无定形聚合物≡Si-O-Si(Al,P)≡网络、OH基团形式的结构水和结晶副产物(诸如M_xF_y和M_x(PO₄)_y或它们的混合盐)，其中M是Li、Na、K、Ca或Mg，并且其中x和y取决于金属的化合价。无定形网络被认为是凝胶。如本文所用，“凝胶”是分散在液体中的固体的三维网络。在硅质基质是铝硅酸盐的实施方案中，网络中硅与铝的摩尔比影响其特性。例如，低的Si:Al比(诸如1:1至3:1)提供相对刚性的化学固化网络。高的Si:l比(例如高于15:1)提供更柔韧的网络。在一些实施方案中，Si:Al比为至少1:1，并且为至多20:1、25:1、100:1、200:1或300:1。在一些实施方案中，Si:Al比大于20:1或至少25:1且至多100:1、200:1或300:1。

本领域技术人员将理解，本文所述的硅质基质不是玻璃质基质。即，硅质基质不满足作为在原子尺度上具有无定形(例如，非结晶)结构并且当向液态加热时表现出玻璃化转变的固体的玻璃的定义。本文所公开的团聚物中的硅质基质是非玻璃化的(也是非玻璃质的)。硅质基质不是通过熔化和熔合颗粒诸如玻璃熔料而形成，而是通过化学交联形成。

根据本公开的团聚颗粒中的硅质基质可例如基于所需的热膨胀系数(CTE)来选择。在一些实施方案中，对于硅质基质和成型磨料颗粒，具有相似的CTE是有用的，例如彼此的±100％、50％、40％、25％或20％。熔融氧化铝的CTE通常为约8×10^-6/开尔文(K)。硅质基质可被选择成具有在4×10^-6/K至16×10^-6/K范围内的CTE。

基于成型磨料团聚颗粒的总重量计，成型磨料团聚颗粒包含约50重量％至95重量％的成型磨料颗粒和50重量％至5重量％的硅质基质。在一些实施方案中，基于成型磨料团聚颗粒的总重量计，成型磨料团聚颗粒包含约55重量％至75重量％的成型磨料颗粒和45重量％至25重量％的硅质基质。在一些实施方案中，基于团聚颗粒的总重量计，成型磨料团聚颗粒包含约55重量％至70重量％的成型磨料颗粒和45重量％至30重量％的硅质基质。在根据本公开的成型磨料团聚颗粒的一些实施方案中，硅质基质的量相对较小(例如，至多50、45、40、35、30、25、20、15或5％)，这可用于促进成型磨料团聚颗粒的所需侵蚀，例如在用于无心磨削应用的涂覆带中。

本公开的成型磨料团聚颗粒通常是多孔的。孔隙率可通过促进所用成型磨料颗粒的释放来影响研磨过程期间团聚颗粒的侵蚀。然而，太大的孔隙率可能会损害团聚物的耐久性。成型磨料团聚颗粒中的孔隙率例如受硅质基质中游离水含量的影响。降低游离水含量通常导致硅质基质的固有孔隙率最小化。在一些情况下，用额外量的低粘度(<50cps)的碱金属硅酸盐溶液浸渍完全固化和干燥的团聚物，以便阻塞开口孔隙率并改善外观和耐久性。在一些实施方案中，如通过扫描电子显微镜观察到的，成型磨料团聚颗粒包括约五体积％至约60体积％的孔，在一些情况下包括约五体积％至约25体积％的孔。在一些情况下，由于硅质基质中的固有孔隙率，可能不需要通过使用填料或其他成孔剂来设计成型磨料团聚颗粒的孔隙率。

本公开的成型磨料团聚颗粒可包括流变性、耐久性和/或水性稳定性改善添加剂。合适的耐久性和流变改性添加剂的示例包括部分无序/脱水的高岭石或埃洛石(Al₂Si₂O₅(OH)₄)、纤维硅灰石(CaSiO₃)和无定形微二氧化硅(SiO₂)，诸如亲水性热解法二氧化硅。这些添加剂可以基于成型磨料团聚颗粒的总重量计至多5重量％的量存在。

团聚颗粒还可包含其他添加剂，诸如填料、助磨剂、颜料(例如金属氧化物颜料)、粘附促进剂、粉碎磨料颗粒和其他加工材料。填料的示例包括可改善团聚物的可蚀性的小玻璃泡、固体玻璃球体、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、金属氧化物填料和成孔剂(例如萘)。助磨剂的示例包括蜡、有机卤化物、卤化物盐、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。其他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，诸如有机溶剂。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。

多种方法可用于制备根据本公开的成型磨料团聚颗粒。一种用于制备成型磨料团聚颗粒的方法包括例如混合包含碱金属硅酸盐、硬化剂、成型磨料颗粒和水的起始物质以制备含水分散体。任选地，如上所述的其他添加剂和加工助剂(例如，无机填料和助磨剂)可以用于制备成型团聚颗粒。一些无机填料诸如热解法二氧化硅填料可用作例如含水分散体的流变改性剂。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，成型磨料颗粒可在机械混合装置诸如行星式混合器中混合，并共混直到获得均匀的混合物，通常为5至30分钟。

在一些实施方案中，基于含水分散体的总重量计，水在含水分散体中以至多60重量％(在一些实施方案中至多55重量％、50重量％、45重量％、40重量％、35重量％、30重量％、25重量％或至多20重量％)存在。在一些实施方案中，基于含水分散体的总重量计，水在含水分散体中以在10重量％至60重量％、10重量％至50重量％、或10重量％至35重量％的范围存在。在含水分散体中具有至少10重量％的水有利于在如下所述的模具中制备磨料团聚颗粒。

然后可将包括碱金属硅酸盐、硬化剂、成型磨料颗粒和水的含水分散体成型并加工以形成成型团聚颗粒。分散体可例如通过模制、挤出和冲切来成型。通常将存在与缩合反应相关联的一些收缩，并且在确定初始形状和尺寸时可考虑该收缩。成型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含水分散体置于具有成型磨料团聚颗粒的相反形状的模具中来进行团聚物的成型。在一些实施方案中，模具被形成为生产工具，其可以是例如束带、片材、连续纤维网、轮转凹辊等涂布辊、安装在涂布辊上的套筒、或模头。

模具可以是允许颗粒释放的任何模具。在一些实施方案中，模具包含聚合物材料。合适的聚合物材料的示例包括热塑性塑料(诸如聚酯、聚碳酸酯、聚(醚砜)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚烯烃、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或它们的组合)、有机硅、或热固性材料。在一些实施方案中，整个模具均由聚合物材料制成。在其他实施方案中，在进行干燥时与陶瓷前体分散体接触的模具的表面(诸如多个腔的表面)包含聚合物材料，并且该模具的其他部分可由其他材料制成。例如，可将合适的聚合物涂层涂覆到金属模具上以改变其表面张力特性。如果需要，可使用脱模剂以有助于从模具移除颗粒。典型的脱模剂包括油类(诸如花生油或矿物油、鱼油)、有机硅、聚四氟乙烯、硬脂酸锌和石墨。一般来讲，将在液体诸如水或醇中的脱模剂诸如花生油施加到与陶瓷前体分散体接触的生产工具的表面，使得当需要脱模时，每单位面积模具上存在在约0.1mg/in²(0.02mg/cm²)至约3.0mg/in²(0.5mg/cm²)之间、或在约0.1mg/in²(0.02mg/cm²)至约5.0mg/in²(0.8mg/cm²)之间的脱模剂。

从模具的顶部表面或底部表面中的开口均可进入腔中。在一些情况下，腔可延伸过模具的整个厚度。另选地，腔可仅延伸至模具的厚度的一部分。在一个实施方案中，顶部表面大体平行于模具的底部表面，其中模具腔具有大体均匀的深度。在碱金属硅酸盐和硬化剂的反应期间，模具的至少一个边缘，即其中形成腔的边缘，可保持暴露于周围大气环境。

腔具有特定三维形状，以制备成型磨料颗粒和成型磨料团聚颗粒。深度尺寸等于从顶部表面到底部表面上最低点的垂直距离。给定腔的深度可为均匀的，或者可沿其长度和/或宽度而发生变化。给定模具的腔可具有相同的形状或不同的形状。

可通过常规技术将包括碱金属硅酸盐、硬化剂、水和成型磨料颗粒的分散体引入到模具腔中。在一些实施方案中，可使用刀辊涂布机或真空槽模涂布机。可使用刮刀或矫直棒迫使分散体完全进入模具的腔中。可将未进入腔的磨料分散体的剩余部分从模具的顶部表面移除，并将其回收利用。在一些实施方案中，分散体的一小部分可保留在顶部表面上，并且在其他实施方案中，顶部表面可基本上不含分散体。

然后，可将含有分散体的模具置于烘箱中并加热，以促进碱金属硅酸盐和硬化剂之间的反应，并至少部分地去除任何过量的水。温度可在35℃至200℃之间，在一些实施方案中为50℃至200℃、50℃至150℃、75℃至125℃、50℃至100℃、或50℃至80℃。然后从模具中移除固化的团聚物。在一些实施方案中，加热速率为在5℃/min至50℃/min范围内的一个或多个速率。加热速率和温度的选择可能受到正在固化的团聚物的组成和/或尺寸的影响。

在一些实施方案中，加热以两个阶段进行，例如，第一阶段至少部分地在35℃至200℃范围或以上任何范围内的温度下进行，并且第二阶段至少部分地在200℃至500℃范围内的温度下进行。本公开的成型磨料团聚物中的硅质基质是化学固化的，并且碱金属硅酸盐与硬化剂之间的反应通常不需要高于100℃的温度。然而，二次加热可用于使结构致密化并消除残余的OH-基团，这可导致Si-O-Si(Al)网络的交联度提高。在一些实施方案中，成型磨料团聚颗粒不经受例如在高于200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃或500℃温度下的二次加热。在这些实施方案中，制备本公开的成型磨料团聚物的方法不包括在高于500℃、400℃、300℃或200℃的温度下加热团聚颗粒。在一些实施方案中，制备本公开的成型磨料团聚物的方法不包括在高于500℃、400℃、300℃、等于或高于200℃、高于195℃、高于175℃、高于150℃或高于125℃的温度下加热团聚颗粒。在以下实施例中，表4中的数据显示，在100℃或更低温度下加热的团聚颗粒的抗断裂性高于在700℃下经历第二加热步骤的团聚颗粒。在700℃下处理的实施例1的材料的显微镜观察清楚地显示出如图7所示的裂纹的形成。据信裂纹与磨料氧化铝颗粒和固化硅质树脂之间的干燥和热膨胀不匹配有关。在本公开的方法中，温度是指成型磨料团聚颗粒所暴露于的环境(例如，烘箱)的设定温度。

成型磨料团聚颗粒可含有无机颗粒的涂层，该无机颗粒的涂层可用于在成型磨料团聚颗粒的制造期间使它们彼此之间的团聚最小化。然而，并不认为涂层是成型磨料团聚颗粒的一部分，因为它们未掺入在基质内或粘结在基质中。

适用于涂覆根据本公开的成型磨料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。无机颗粒可包含熔融氧化铝。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。无机颗粒的涂层可通过在成型磨料团聚颗粒成型(例如从模具中移除)之后将其与无机颗粒混合来制备。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。

本公开的成型磨料团聚颗粒具有与具有标准玻璃质基质的团聚物的抗断裂性相当的抗断裂性，如以下实施例中的表4所示。当在一些加工条件下制备时，本公开的团聚物的抗断裂性甚至可超过具有标准玻璃质基质的团聚物的抗断裂性。然而，制备本公开的团聚物通常且有利地不需要制备玻璃质基质所需的高烧制温度。

根据本公开的成型磨料团聚颗粒可用于例如涂覆磨料、非织造磨料、磨料刷和粘结磨料。涂覆磨料可包含粘结到背衬的多个成型磨料团聚颗粒。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成型磨料团聚颗粒。一般来讲，磨料制品包含保持在粘结剂中的多个成型磨料团聚颗粒。用于涂覆和非织造的磨料的粘结剂材料通常为有机粘结剂。

在一些实施方案中，磨料制品中的根据本公开的多个成型磨料团聚颗粒具有相同的形状。在一些实施方案中，磨料制品内的至少50％、60％、75％、80％、90％或95％的成型磨料团聚颗粒具有相同的形状。此外，在一些实施方案中，磨料制品内的成型磨料团聚颗粒具有大致相似的厚度。在一些实施方案中，磨料制品内的成型磨料团聚颗粒的至少50％、60％、75％、80％、90％或95％具有在成型磨料团聚颗粒的平均厚度的10％、5％或2.5％内的厚度。厚度是根据本公开的团聚物中的最短团聚尺寸。

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8中。在图8所示的实施方案中，涂覆的磨料制品800包含背衬802和磨料层803。磨料层803包括通过底胶层805和复胶层806固定至背衬802的主表面的成型磨料团聚颗粒804。在一些情况下，使用顶胶涂层(未示出)。

多种背衬802适用于根据本公开的涂覆的磨料制品。合适的背衬802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802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。

在涂覆磨料中，底胶层805和复胶层806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，粘结剂前体聚合或固化，并转化为凝固粘结剂。

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)丙烯酸酯改性聚氨酯、(甲基)丙烯酸酯改性环氧树脂、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为大于或等于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为小于1:1。可商购获得的酚醛树脂的示例包括下述已知商品名的那些：“DUREZ”和“VARCUM”，得自德克萨斯州达拉斯的西方化学公司(Occidental Chemicals Corp.,Dallas,Texas)；“RESINOX”，得自密苏里州圣路易斯的孟山都公司(Monsanto Co.,Saint Louis,Missouri)；以及“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)。

(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CMD6600、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)丙烯酸酯化合物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、四丙烯酸季戊四醇酯和季戊四醇四硬脂酸酯。其他烯键式不饱和化合物包括羧酸的单烯丙基、聚烯丙基和聚甲基烯丙基酯和酰胺，诸如二烯丙基邻苯二甲酸酯、二烯丙基己二酸酯和N,N-二烯丙基己二酰胺。其他烯键式不饱和化合物包括含氮化合物，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Kirk等人)中进一步描述。

异氰尿酸酯衍生物具有至少一个侧基丙烯酸基团。具有至少一个侧基丙烯酸基团的异氰酸酯衍生物在美国专利4,652,274(Boettcher等人)中进一步描述。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从密歇根州米德兰市的陶氏化学公司(Dow Chemical Co.,Midland,Michigan)获得的材料。其他合适的环氧树脂包括以DEN-431、DEN-428从陶氏化学公司(Dow Chemical Co)商购获得的线型酚醛树脂的缩水甘油醚。

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他固化剂(例如，胺硬化剂和胍)。

其他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。其他示例是有机金属盐和鎓盐，这在美国专利4,985,340(Palazzotto等人)；5,086,086(布朗-温斯利(Brown-Wensley)等人)；和5,376,428(Palazzotto等人)中有所描述。其他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-苯基安息香；α-烯丙基安息香；α-苄基安息香；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,New York)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))。其他可用的光引发剂包括，例如，新戊偶姻(pivaloin)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、二苯甲酮和它的衍生物、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)；卤代硝基苯(例如，4-溴甲基硝基苯)、单酰基膦和双酰基膦(例如，以IRGACURE 1700、IRGACURE 1800、IRGACURE 1850、DAROCUR 4263和DAROCUR 4265全部得自汽巴精化公司的，以及可以LUCIRIN TPO从北卡罗来纳州夏洛特市的BASF公司(BASF Corporation,Charlotte,North Carolina)获得的2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基膦氧化物。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，但也可使用其他量。另外，优选的是在加入任何微粒材料(例如磨料颗粒和/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得自纽约州纽约市的比德索耶公司(Biddle Sawyer Corp.,New York,New York)的那些。

为了促进粘结剂和成型磨料团聚颗粒之间的联接，可以在成型磨料团聚颗粒和粘结剂前体的浆液中包含硅烷偶联剂；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％，但也可使用其他量，例如取决于磨料颗粒的尺寸。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(WitcoCorp.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 ChemicalIndustries,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。其他杂类填料包括硫、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，该聚合物粘结剂包含小于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。努普硬度可使用ASTM D1474-85(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8，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805施加到背衬802的主表面。可如上所述制备的成型磨料团聚颗粒804可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，成型磨料团聚颗粒是滴涂的。在一些实施方案中，团聚颗粒804在背衬802上形成单层。

在一些实施方案中，成型磨料团聚颗粒804被静电涂覆在底胶层前体上。静电涂覆的成型磨料团聚颗粒最佳地附着到底胶树脂涂覆的背衬802上，使得它们的最长轴垂直于背衬802，如图8所示。对于诸如立方体形状的块状成型团聚物，此类附接是观察不到的。

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。

对于如图8所示的那些涂覆磨料制品，金属粘结剂也可用于代替底胶层805和/或复胶层806。例如，电沉积金属可用于将成型磨料团聚颗粒固定到背衬802。此类涂覆的磨料制品可例如通过将金属沉积到基底上直到获得所需厚度来制备。然后可将根据本公开的成型磨料团聚颗粒引入到镀浴中并沉积在镀覆金属上。金属的进一步电沉积可用于将成型磨料团聚颗粒附连到背衬。作为该电沉积过程的结果，单层的成型磨料团聚颗粒可通过电沉积金属涂层附连到基底上。关于金属粘结磨料制品的另外的细节可见于美国专利6,319,108(Adefris等人)中。在其他实施方案中，玻璃质粘结剂也可用于代替底胶层805和/或复胶层806。多种玻璃组合物可能是有用的。

粘结磨料制品通常包括通过有机粘结剂、金属粘结剂或玻璃化粘结剂保持在一起的成型磨料颗粒团块。此类成型团块可以是例如轮(例如，诸如磨削轮或切割轮)、磨石或磨刀石的形式。磨削轮的直径通常为约1cm至超过1米；切割轮的直径为约1cm至80cm以上(更通常为3cm至约50cm)。切割轮的厚度通常为约0.5mm至约5cm，更通常为约0.5mm至约2cm。成型团块还可以为例如珩磨石、砂瓦、磨头、圆盘(例如，双盘磨床)或其他常规粘结磨料形状的形式。基于粘结磨料制品的总体积计，粘结磨料制品通常包含约3体积％至50体积％的粘结材料、约30体积％至90体积％的磨料颗粒(或磨料颗粒共混物)、至多50体积％的添加剂(包括助磨剂)和至多70体积％的孔。有机粘结剂可包括上述用于涂覆磨料制品的那些中的任一种。可调节有机粘结剂的量以适应成型磨料团聚颗粒中的孔隙率。

图9中示出了磨削轮的一个实施方案。参见图9，示出了磨削轮900，其包括模制在轮中并安装在轮毂912上的根据本公开的成型磨料团聚颗粒911。

非织造磨料制品通常包括开孔式的、多孔的膨松有弹性的聚合物长丝结构，其中磨料颗粒分布在整个结构中并且通过有机粘结剂粘附性地粘结在其中。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。图10中示出了根据本公开的非织造磨料制品的一个实施方案。参见图10，示出了典型非织造磨料制品1000的多倍放大的示意图，包含作为基底的膨松有弹性的开孔式多孔垫1050，根据本公开制备的成型磨料团聚颗粒1052通过粘结剂1054粘附到该垫上。

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”指的是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。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560dtex、小于约280dtex或小于约120dtex的细度或线密度，尽管具有更小和/或更大线密度的纤维可能也是可用的。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，例如可商品名“RANDO WEBBER”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结剂和磨料颗粒适宜地相容、同时还可与制品的其他组件组合地加工，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。纤维可为原始材料或为例如从服装裁剪、地毯制造、纤维制造或纺织品加工中回收的再循环材料或废料。纤维可为均一化的或可为复合材料，诸如双组分纤维(例如，共纺的皮-芯型纤维)。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成型磨料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那些中的任一种。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他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，如美国专利5,573,619(Benedict等人)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。

可用的磨料刷包括具有与背衬成一体的多根刷毛的那些磨料刷(参见如美国专利5,427,595(Pihl等人)、美国专利5,443,906(Pihl等人)、美国专利5,679,067(Johnson等人)和美国专利5,903,951(Ionta等人))。有利地，通过注塑聚合物和磨料颗粒的混合物来制备此类刷。

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，离合器片和其他平坦汽车部件)、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他添加剂，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。

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。

通过将预先确定的颗粒团聚成另一种形状，可调整团聚物的分解特性以提供长久且一致的材料去除特性。这些团聚物将导致磨削性能不会下降的磨料制品。使用本公开的成型磨料团聚颗粒获得在磨料制品的寿命内更一致的切割速率，所述磨料团聚颗粒在预定的几何形状中组合团聚物的自锐特性和团聚物的成型，从而产生意料不到的磨削性能。下面的实施例表明，团聚物的形状对于确定团聚物的性能很重要。

实施例7相对于实施例9和实施例8相对于实施例10的磨削结果的比较表明，对于在高温下制备的根据本公开的成型磨料团聚颗粒，块状形状(例如，更立方体形状)可用于提供可表现出意想不到的磨削性能、延长的寿命和在该延长的寿命内稳定的切割速率的磨料制品。

实施例12相对于实施例11和实施例14相对于实施例13的磨削结果的比较表明，对于在低温下制备的根据本公开的成型磨料团聚颗粒，最长团聚线性尺寸是最短团聚尺寸的至少两倍的团聚物可用于提供这样的磨料制品，该磨料制品与具有块状形状(例如，更立方体形状)的成型团聚物相比，表现出意想不到的磨削性能、延长的寿命和在该延长的寿命内稳定的切割速率。值得注意的是，在100℃下制备的实施例14继续持续且一致地研磨工件45个循环。

本公开的一些实施方案

在第一实施方案中，本公开提供了一种成型磨料团聚颗粒，所述成型磨料团聚颗粒包含粘结在硅质基质中的成型磨料颗粒，其中所述硅质基质包含至少碱金属硅酸盐和硬化剂的反应产物。

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成型磨料团聚颗粒，其中所述碱金属硅酸盐包括硅酸锂、硅酸钠或硅酸钾中的至少一种。

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成型磨料团聚颗粒，其中所述硬化剂包括磷酸铝、铝硅酸盐、氟硅酸盐、波特兰水泥、合成冰晶石或硅酸钙中的至少一种。

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成型磨料团聚颗粒，其中所述硬化剂包括铝硅酸盐，并且其中所述硅质基质的硅与铝摩尔比为至多300:1。

在第五实施方案中，本公开提供了一种成型磨料团聚颗粒，所述成型磨料团聚颗粒包含粘结在硅质基质中的成型磨料颗粒，其中所述硅质基质包含无定形聚合物≡Si-O-Si(Al,P)≡网络。

在第六实施方案中，本公开提供了根据第五实施方案所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述硅质基质包含硅与铝摩尔比为至多300:1的铝硅酸盐。

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成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒在表面上具有最长颗粒线性尺寸和垂直于所述最长颗粒线性尺寸的最短颗粒尺寸，其中所述最长颗粒线性尺寸是所述最短颗粒尺寸的至少两倍或所述最短颗粒尺寸的至少三倍。

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成型磨料团聚颗粒，其中所述最长颗粒线性尺寸为至多1600微米。

在第九实施方案中，本公开提供了根据第八实施方案所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述最长颗粒线性尺寸为至多500微米。

在第十实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第九实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料团聚颗粒在表面上具有最长团聚线性尺寸和垂直于所述最长团聚线性尺寸的最短团聚尺寸，其中所述最长团聚线性尺寸是所述最短团聚尺寸的至少两倍或所述最短团聚尺寸的至少三倍。

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成型磨料团聚颗粒，其中所述最长团聚线性尺寸为至多5毫米。

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成型磨料团聚颗粒，其中所述最长团聚线性尺寸为至多2毫米。

在第十三实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十二实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒具有倾斜的侧壁。

在第十四实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十三实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料团聚颗粒具有倾斜的侧壁。

在第十五实施方案中，本公开提供了根据第十三实施方案或第十四实施方案所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒在第一面和所述倾斜侧壁之间具有在95度至130度范围内的角度。

在第十六实施方案中，本公开提供了根据第十四实施方案或第十五实施方案所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料团聚颗粒在第一面和所述倾斜侧壁之间具有在95度至130度范围内的角度。

在第十七实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十六实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒具有截头棱锥形状。

在第十八实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十七实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料团聚颗粒具有截头棱锥形状。

在第十九实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十八实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒或所述成型磨料团聚颗粒中的至少一者具有三角形截锥形状或正方形截锥形状。

在第二十实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十六实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料团聚颗粒或所述成型磨料颗粒中的至少一者具有内角小于60度的周边。

在第二十一实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十六实施方案或第二十实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料团聚颗粒或所述成型磨料颗粒中的至少一者具有箭头形状。

在第二十二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第二十一实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒和所述成型磨料团聚颗粒具有相同的形状。

在第二十三实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十六实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒包含磨料碎片。

在第二十四实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第二十三实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒包含陶瓷。

在第二十五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第二十四实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒包含α氧化铝。

在第二十六实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第二十五实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中基于所述成型磨料团聚颗粒的重量计，所述成型磨料颗粒以50重量％至95重量％的范围存在，并且所述硅质基质以至少5重量％存在。

在第二十七实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第二十六实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中基于所述成型磨料团聚颗粒的重量计，所述成型磨料颗粒以50重量％至75重量％的范围存在，并且所述硅质基质以至少15重量％存在。

在第二十八实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第二十七实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述硅质基质具有在4×10^-6/K至16×10^-6/K范围内的热膨胀系数。

在第二十九实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第二十三实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述磨料团聚颗粒具有按体积计在百分之五至百分之六十范围内的孔。

在第三十实施方案中，本公开提供了一种制备根据第一实施方案至第二十九实施方案中任一项所述的多个成型磨料团聚颗粒的方法，所述方法包括：

用包含碱金属硅酸盐、硬化剂、成型磨料颗粒和水的分散体填充具有多个腔的模具；以及

在所述模具中加热所述分散体以提供所述成型磨料团聚颗粒。

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，其中所述分散体还包含流变改性剂。

在第二十二实施方案中，本公开提供了根据第三十一实施方案所述的方法，其中所述流变改性剂是热解法二氧化硅。

在第三十三实施方案中，本公开提供了根据第三十实施方案至第二十二实施方案中任一项所述的方法，其中加热所述分散体在设定在至多500℃、400℃、300℃或200℃的温度的环境下进行。

在第三十四实施方案中，本公开提供了根据第三十实施方案至第三十三实施方案中任一项所述的方法，其中所述成型磨料团聚颗粒所经受的任何环境的设定温度为200℃、300℃、400℃或500℃或低于200℃、300℃、400℃或500℃。

在第三十五实施方案中，本公开提供了一种磨料制品，所述磨料制品包含保持在粘结剂中的多个根据第一实施方案至第二十九实施方案中任一项所述的成型磨料团聚颗粒。

在第三十六实施方案中，本公开提供了根据第三十五实施方案所述的磨料制品，其中所述磨料制品是涂覆磨料制品，所述涂覆磨料制品包含背衬和用聚合物粘结剂附接到所述背衬的所述多个成型磨料团聚颗粒。

在第三十七实施方案中，本公开提供了根据第三十六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。

在第三十八实施方案中，本公开提供了根据第三十五实施方案所述的磨料制品，其中所述磨料制品包括非织造磨料制品。

在第三十九实施方案中，本公开提供了根据第三十五实施方案至第三十八实施方案中任一项所述的磨料制品，其中所述磨料制品是带、带卷、盘或片材。

在第四十实施方案中，本公开提供了根据第三十五实施方案所述的磨料制品，其中所述磨料制品包括粘结磨料制品。

在第四十一实施方案中，本公开提供了根据第四十实施方案所述的磨料制品，其中所述粘结磨料制品包括粘结磨轮。

在第四十二实施方案中，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三十五实施方案至第四十一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。

在第四十三实施方案中，本公开公开了根据第四十二实施方案所述的方法，其中所述工件包括不锈钢、碳钢或钛中的至少一种。

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，而不应被解释为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他条件和细节，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，否则所有其他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。

在这些实施例中，℃是指摄氏度，cm是指厘米，g是指克，g/m²是指克/平方米，rpm是指转/分钟，mm是指毫米，并且wt.％是指重量百分比。

实施例中使用的材料描述于下表1中。

表1

铝硅酸盐树脂的制备

铝硅酸盐树脂浆液AR1的制备

将9.0g固体氢氧化钾KOH溶解在20.1g的Lithisil 829中。用实验室混合器将溶液以1000rpm搅拌直至通过目测检查变得均匀。将9.9g METAMAX和1g AEROSIL 200加入到溶液中，并以1000rpm继续搅拌15分钟，得到具有近似标称(K+Li):Al:Si原子比为2.3:1:2并且H₂O与Al的比率约为10的铝硅酸盐浆液。

铝硅酸盐树脂浆液AR2的制备

将10.3g固体氢氧化钾KOH溶解在14.0g的Lithisil 829中。用实验室混合器将溶液以1000rpm搅拌直至通过目测检查变得均匀。将18.4g METAMAX和1.0g AEROSIL 200加入到溶液中，并以1000rpm继续搅拌15分钟，得到具有近似标称(K+Li):Al:Si原子比为1.2:1:2并且H₂O与Al的比率约为4的铝硅酸盐浆液。

实施例1

向AR1的混合物中加入60g SAP，并以500rpm继续搅拌10分钟，得到60％填充有氧化铝磨料颗粒的粘性均匀浆液。将浆液浇铸到具有腔的聚丙烯模具中。这些腔具有正方形开口，其侧边为0.870mm，深度为0.760mm，并且腔壁上的脱模角为98度(模具1)。固化分两个阶段进行：第一阶段为在60℃下3小时，在该阶段之后将颗粒从模具中释放。在第二阶段下以10℃/min的加热速率将释放的颗粒加热至700℃并在700℃下保持一小时。完全固化的干燥团聚物产生69重量％的磨料颗粒(以干重计)。所得团聚物具有带正方形底部的截棱锥形。图6和图7中分别示出了对代表性的所得团聚物以及团聚物的断裂表面拍摄的扫描电子显微镜(SEM)图像。

实施例2

重复实施例1中一般描述的程序，不同之处在于使用不同的模具(模具2)代替模具1。模具2是具有腔的聚丙烯模具。这些腔具有三角形开口，测得其每侧为1.693mm，深度为0.42mm，并且腔壁上的脱模角为98度。所得团聚物具有三棱柱形状(如图4所示)。

实施例3

向AR2的混合物中加入50.0g SAP，并以500rpm继续搅拌10分钟。将浆液浇铸到模具1中。在60℃下进行固化至少3小时，之后将颗粒从工具中释放。干燥团聚物产生56重量％的磨料颗粒(以干重计)。

实施例4

重复实施例3中一般描述的程序，不同之处在于使用模具2代替模具1。

实施例5

重复实施例3中一般描述的程序，不同之处在于在100℃下固化至少3小时。

实施例6

重复实施例5中一般描述的程序，不同之处在于使用模具2代替模具1。

实施例7

用123g/m²的由49.15份的PR、40.56份的碳酸钙(以商品名“HUBERCARB Q325”得自佐治亚州亚特兰大的胡贝尔碳酸盐公司(Huber Carbonates LLC,Atlanta,Georgia))、10.19份的水和0.10％的EMU组成的底胶树脂涂覆以“DYNOS VULCANIZED FIBER”得自德国特罗斯多夫的Dynos股份有限公司(Dynos GmbH,Troisdorf Germany)的直径为7英寸(17.8cm)、中心孔为0.86英寸(2.2厘米)的纤维盘，使用刮刀填充背衬织物并去除过量的树脂。通过静电涂覆将由实施例1制备的团聚物施加到底胶树脂涂覆的背衬。在样品上团聚物的涂覆重量为10克。将磨料涂覆的背衬置于烘箱中在90℃下持续90分钟并在105℃下持续60分钟以使底胶树脂部分固化。将由29.42份的PR、18.12份的水、50.65份的冰晶石(德克萨斯州休斯顿的苏威氟化盐公司(Solvay Fluorides,LLC,Houston,Texas))和1.81份的EMU组成的复胶树脂以327g/m²的基重施加到背衬材料的每个条带，并且将涂覆的纤维盘置于烘箱中在90℃下持续90分钟并在105℃下持续12小时以固化。

实施例8

重复实施例7中一般描述的程序，不同之处在于在样品上团聚物的涂覆重量为15克而不是10克。

实施例9

重复实施例7中一般描述的程序，不同之处在于施加由实施例2制备的团聚物而不是由实施例1制备的团聚物。

实施例10

重复实施例8中一般描述的程序，不同之处在于施加由实施例2制备的团聚物而不是由实施例1制备的团聚物。

实施例11

重复实施例8中一般描述的程序，不同之处在于施加由实施例3制备的团聚物而不是由实施例1制备的团聚物。

实施例12

重复实施例8中一般描述的程序，不同之处在于施加由实施例4制备的团聚物而不是由实施例1制备的团聚物。

实施例13

重复实施例8中一般描述的程序，不同之处在于施加由实施例5制备的团聚物而不是由实施例1制备的团聚物。

实施例14

重复实施例8中一般描述的程序，不同之处在于施加由实施例6制备的团聚物而不是由实施例1制备的团聚物。

例示性实施例A

通过混合表2中列出的组分来制备浆液。使用高剪切混合器将组分混合30分钟。将所得浆液涂覆到模具1中。然后将浆液在23℃下干燥1小时，并在烘箱中在110℃下持续30分钟，以形成成型团聚物。

表2

组分	重量，克
		水	65
SAP	75
		GP	25
25％的DEX水溶液	20
		总计	185

使用超声变幅杆将干燥成型团聚物从模具中释放，然后在箱式窑中的耐火段中在更高温度下烧结(条件如表3中所计划)。所得的烧结团聚物由75份的SAP1和25份的GP组成。

表3

抗断裂性测试

由实施例1、3和5以及例示性实施例A制备的团聚物的抗断裂性通过得自纽约州锡达赫斯特的电动设备公司(Electromatic Equipment Company,Cedarhurst,New York)的FGE型Shimpo数字测力仪(0-50kg)测量。实施例1、实施例3、实施例5和例示性实施例A的二十种随机选择的颗粒的断裂负载(粉碎断裂力)的结果示于表4中。

表4

实施例1	实施例3	实施例5	例示性实施例A
				4.5	8.3	14.8	6.9
5.8	10.9	15.7	7.7
				5.9	12.2	16.4	8.9
6.3	12.3	16.9	8.9
				6.4	12.5	17.3	9
6.5	14.1	18.1	9.5
				7.2	14.3	18.7	9.8
7.4	14.3	18.7	10.3
				7.6	14.9	19.3	10.4
8.1	14.9	20.5	11
				8.5	15.3	20.7	12.9
8.5	16.1	22.6	13
				8.7	16.1	22.7	13.8
8.8	16.4	22.9	14
				9.7	16.6	22.9	14.2
10	17.6	25.2	14.7
				10.2	17.7	25.2	15.4
11.5	18.1	26	15.8
				12.5	18.6	26.8	16.2
15	18.7	28.3	17.7

磨料盘性能测试

使用以下程序测试磨料盘。将用于评估的磨料盘附接到配有7英寸(17.8cm)有棱纹的盘垫面板(以“80514 EXTRA HARD RED”得自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,Minnesota))的转台磨床。然后启动磨床，并使磨床在12磅(4.5千克)的负载下抵靠0.75英寸×0.75英寸(1.9cm×1.9cm)的预称重的1045中碳钢条的端面。盘垫面板在上述负载条件下抵靠工件的旋转速度保持在5000转/分钟。使工件在这些条件下研磨一定数量的10秒磨削间隔(循环)。每个10秒循环后，使工件冷却至室温并称重，以确定研磨操作的切割量。测试结果以累积切割量或增量切割量相对于循环数报告。当切割量小于初始切割量的20％时停止测试。

根据磨料盘性能测试的描述测试由实施例7至14制备的涂覆纤维盘。实施例7-10的累积切割量相对于循环数的测试结果示于表5中。实施例11-14的累积切割量相对于循环数的测试结果示于表6中。

表5

表6

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 (15)

1.一种成型磨料团聚颗粒，所述成型磨料团聚颗粒包含粘结在硅质基质中的成型磨料颗粒，其中所述硅质基质包含至少碱金属硅酸盐与硬化剂反应的产物。

2.根据权利要求1所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒或所述成型团聚颗粒中的至少一者具有倾斜的侧壁，并且其中所述成型磨料颗粒或所述成型团聚颗粒中的至少一者在第一面和所述倾斜侧壁之间具有在95度至130度范围内的角度。

3.根据权利要求1所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒或所述成型团聚颗粒中的至少一者具有截头棱锥形状。

4.根据权利要求1所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒在表面上具有最长颗粒线性尺寸和垂直于所述最长颗粒线性尺寸的最短颗粒尺寸，其中所述最长颗粒线性尺寸是所述最短颗粒尺寸的至少两倍。

5.根据权利要求1所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料团聚颗粒在表面上具有最长团聚线性尺寸和垂直于所述最长团聚线性尺寸的最短团聚尺寸，并且其中所述最长团聚线性尺寸是所述最短团聚尺寸的至少两倍。

6.根据权利要求1所述的成型磨料团聚颗粒，其中基于所述成型磨料团聚颗粒的重量计，所述成型磨料颗粒以50重量％至95重量％的范围存在，并且所述硅质基质以至少5重量％存在。

7.根据权利要求1所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述成型磨料颗粒包含α氧化铝。

8.根据权利要求1所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述碱金属硅酸盐包括硅酸锂、硅酸钠或硅酸钾中的至少一种，并且其中所述硬化剂包括磷酸铝、铝硅酸盐、氟硅酸盐、波特兰水泥、合成冰晶石或硅酸钙中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的成型磨料团聚颗粒，其中所述硬化剂包括铝硅酸盐，并且其中所述硅质基质的硅与铝摩尔比为至多300:1。

10.一种制备多个根据权利要求1至9中任一项所述的成型磨料团聚颗粒的方法，所述方法包括：

用包含碱金属硅酸盐、硬化剂、所述成型磨料颗粒、水和任选的流变改性剂的分散体填充具有多个腔的模具；以及

在所述模具中加热所述分散体以提供所述成型磨料团聚颗粒。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述成型磨料团聚颗粒所经受的任何环境的设定温度为500℃或低于500℃。

12.一种磨料制品，所述磨料制品包含保持在粘结剂中的多个根据权利要求1至9中任一项所述的成型磨料团聚颗粒。

13.根据权利要求12所述的磨料制品，其中所述磨料制品是涂覆磨料制品，所述涂覆磨料制品包含背衬和用聚合物粘结剂附接到所述背衬的所述多个成型磨料团聚颗粒。

14.根据权利要求13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。

15.根据权利要求12所述的磨料制品，其中所述磨料制品包括非织造磨料制品或粘结磨料制品。

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