CN112969768A - 受支撑磨料颗粒、磨料制品及其制备方法 - Google Patents

受支撑磨料颗粒、磨料制品及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了多个受支撑磨料颗粒，其中每个受支撑磨料颗粒分别包括具有主表面并且具有牢固地粘结到该主表面并靠近该主表面的至少一个粉碎的支撑构件的磨料片构件。本发明还公开了包含该受支撑磨料颗粒的磨料制品以及制备受支撑磨料颗粒的方法。

Description

受支撑磨料颗粒、磨料制品及其制备方法
技术领域
本公开广义地涉及磨料颗粒、磨料制品及其制备方法。
背景技术
近年来，成型磨料颗粒由于其在研磨基底方面的高性能已得到普及。许多成型磨料颗粒为片状物(例如三角形片状物)，其在研磨期间的取向极大地影响研磨性能。就带涂层磨料制品而言，通常期望使成型磨料颗粒以向外的方式定位，使得切削点可用于研磨工件。
然而，由于它们薄的形状，它们在制造期间趋于翻转并平放。克服该问题的一种方法在美国专利8,728,185B2(Adefris)中有所描述，该专利公开了通过制备包括以预定角度相交的第一平板和第二平板的成型磨料颗粒，可精确控制平板中的一个平板相对于工件的前角，以将成型磨料颗粒锚定到背衬，同时另一个平板以预定前角接触工件。美国专利8,728,185B2(Adefris)中的成型磨料颗粒使用溶胶-凝胶模制方法使用具有对应于所产生的成型磨料颗粒的形状的微复制型腔的工具形成为一体颗粒。
发明内容
美国专利8,728,185 B2(Adefris)中的腔形状复杂且技术上难以加工，并且使从腔的释放更困难。此外，还存在一些不能通过这种方法制成的形状。因此，期望具有可提供新颗粒形状并且更易于操作的替代方法。
在一个方面，本公开提供了多个受支撑磨料颗粒，其中每个受支撑磨料颗粒分别包括具有主表面并且具有牢固地粘结到所述主表面并靠近所述主表面的至少一个支撑构件的磨料片构件，其中：
(i)所述支撑构件包括粉碎的磨料颗粒；
(ii)所述支撑构件具有与所述磨料片构件不同的组成；或
(iii)(i)和(ii)两者。
在另一方面，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材料中的根据本公开的多个受支撑磨料颗粒。
在另一方面，本公开提供了一种制备受支撑磨料颗粒的方法，所述方法包括：
提供可流动磨料前体分散体，所述可流动磨料前体分散体设置在成型模具腔中并具有暴露表面；
使支撑颗粒或其前体与所述暴露表面接触，以制备前体受支撑磨料颗粒；
至少部分地干燥所述前体受支撑磨料颗粒，以提供干燥的前体受支撑磨料颗粒；
从所述成型模具腔中移除所述干燥的前体受支撑磨料颗粒；以及
烧结所述干燥的前体受支撑磨料颗粒，以提供所述受支撑磨料颗粒。
在另一方面，本公开提供了一种制备受支撑磨料颗粒的方法，所述方法包括：
提供设置在基底上的磨料片，其中成型磨料颗粒具有与所述基底相反的暴露的主平坦表面；
提供支撑颗粒，所述支撑颗粒具有设置在所述支撑颗粒的至少一部分上的粘合剂层；
将所述粘合剂粘结到所述暴露的主平坦表面，并且任选地使所述粘合剂硬化以制备所述受支撑磨料颗粒。
如本文所用：
术语“磨料颗粒”是指莫氏硬度为至少6的颗粒(例如，正长石)。
术语“助磨剂”是指莫氏硬度小于5.5的材料。
术语“成型磨料颗粒”是指具有由在其制造期间所使用的模制方法导致的形状的磨料颗粒。
当应用于颗粒时，术语“粉碎的”是指通过机械压裂过程形成的颗粒，并且具体地排除通过模制操作明显地形成为成型颗粒并且随后压裂的颗粒。压裂以产生粉碎的颗粒的材料可为例如块状磨料、块状助磨剂材料或磨料前体的形式。其还可以为例如磨料或其前体的挤出杆或其他轮廓的形式，或者是挤出的或以其它方式形成的片的形式。机械压裂包括例如辊或颚式粉碎以及通过爆炸性粉碎压裂。粉碎的颗粒不具有模制面或模制顶点。
术语“板状”意指类似于片状物和/或薄片，其特征在于厚度小于宽度和长度。例如，厚度可以小于长度和/或宽度的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9，或甚至小于1/10。同样地，宽度可以小于长度的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9，或甚至小于1/10。
术语“接近”意指非常接近(例如，在10微米内、在25微米内、在50微米内、在100微米内或甚至在250微米内)。
术语“成型磨料颗粒”是指这样一种陶瓷磨料颗粒，其中磨料颗粒的至少一部分具有从用于形成前体成型磨料颗粒的模具腔复制的预定形状，该前体成型磨料颗粒被烧结以形成成型磨料颗粒。除了磨料碎片(例如，如美国专利8,034,137B2(Erickson等人)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。如本文所用，术语“成型磨料颗粒”排除通过机械粉碎操作获得的磨料颗粒。
关于“颗粒的术语部分成型”是指具有通过模制方法形成的至少一个面或顶点但少于所有面和顶点的制品。
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是根据本公开的一个实施方案的示例性受支撑磨料颗粒100的示意性透视图。
图2是根据本公开的一个实施方案的示例性受支撑磨料颗粒200的示意性透视图。
图3是根据本公开的一个实施方案的示例性受支撑磨料颗粒300的示意性透视图。
图4是根据本公开的一个实施方案的示例性受支撑磨料颗粒400的示意性透视图。
图5是根据本公开的一个实施方案的示例性受支撑磨料颗粒500的示意性透视图。
图6是根据本公开的一个实施方案的用于制备受支撑磨料颗粒的示例性工艺流程图。
图7是根据本公开的一个实施方案的带涂层磨料制品700的示意性侧视图。
图8是实施例1中制备的受支撑磨料颗粒的光学显微照片。
图9是实施例2中制备的受支撑磨料颗粒的光学显微照片。
图10是实施例3中制备的受支撑磨料颗粒的光学显微照片。
图11是实施例4中制备的受支撑磨料颗粒的光学显微照片。
图12是实施例5中制备的受支撑磨料颗粒的光学显微照片。
图13是实施例6中制备的受支撑磨料颗粒的光学显微照片。
图14是实施例7中制备的受支撑磨料颗粒的光学显微照片。
图15是实施例15中制备的带涂层磨料盘的光学显微照片。
图16是使用磨削测试的各种磨料盘的研磨质量相对于切削循环的曲线图。
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
根据本公开的受支撑磨料颗粒包括磨料片构件，该磨料片构件具有主表面并且具有牢固地粘结到主表面并靠近主表面的至少一个粉碎的支撑构件。
支撑构件直接接触(例如，如果烧结到磨料片构件)或非常接近(例如，如果粘合地粘结到磨料片构件)磨料片构件。受支撑磨料颗粒本身通常为自由流动的颗粒，但当结合到固化粘结剂中时，它们将不再作为单独的颗粒自由流动。通常，除了通过粘合剂粘结到磨料片构件之外，支撑构件彼此不粘结。粘结到磨料片构件的非相邻侧面上的支撑构件除了通过粘合剂粘结到磨料片构件之外不彼此粘结。用于将支撑构件粘结到磨料片构件的粘合剂优选地具有与最终将受支撑磨料颗粒结合到其中的任何粘结剂(例如，底胶层)不同的组成，但这不是必需的。
现在参见图1，示例性受支撑磨料颗粒100包括具有主表面112的磨料片构件110。粉碎的支撑构件120通过粘合剂130被固定粘结到主表面112。
现在参见图2，示例性受支撑磨料颗粒200包括具有相背对的主表面212、214的磨料片构件210。粉碎的支撑构件220a、220b通过粘合剂230a、230b被固定粘结到主表面212、214。
现在参见图3，示例性受支撑磨料颗粒300包括具有主表面312的磨料片构件310。粉碎的支撑构件320通过粘合剂330被固定粘结到主表面312。受支撑磨料颗粒300类似于受支撑磨料颗粒100，但当放置在平坦表面上时，磨料片构件的所得前角不同。
合适的片构件具有板状和/或片形状，并且可由例如板状粉碎的磨料颗粒和/或成型磨料颗粒产生。板状和平板状粉碎的磨料颗粒以及如何获得它们在WO 2016/160357(Keipert)和美国专利4,948,041(Kruschke)中有所描述。成型磨料片可例如通过使用溶胶-凝胶技术的模制方法来制备，例如，如美国专利5,201,916(Berg)、5,366,523(Rowenhorst(Re35,570))、5,984,988(Berg)、8,142,531(Adefris等人)以及美国专利申请公布2010/0146867(Boden等人)中所述的。磨料片的示例性形状可包括截头棱锥(例如，3面、4面、5面或6面截头棱锥)和棱柱(例如，3面、4面、5面或6面棱柱)。在一些实施方案(例如，截棱锥和棱镜)中，磨料颗粒分别包括具有通过多个侧面彼此连接的两个相对的主面的片状物。片构件与它们的长度和长度相比应相对较薄。例如，厚度可以小于长度和/或宽度的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9，或甚至小于1/10。同样地，宽度可以小于长度的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9，或甚至小于1/10。
片构件可包括任何磨料。示例包括例如熔融氧化铝、热处理氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料(诸如可以3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,Minnesota)商购获得的那些)、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、溶胶-凝胶衍生陶瓷(例如掺杂氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、二氧化硅和/或氧化锡的氧化铝陶瓷)、二氧化硅(例如，石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、长石或燧石。其中，溶胶-凝胶衍生的陶瓷由于易于成形，因此通常为优选的。
溶胶-凝胶衍生的磨料颗粒的示例可见于美国专利4,314,827(Leitheiser等人)中，关于制备溶胶-凝胶衍生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)、4,623,364(Cottringer等人)、4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等人)、4,881,951(Monroe等人)、5,152,917(Pieper等人)、5,213,591(Celikkaya等人)、5,435,816(Spurgeon等人)、5,672,097(Hoopman等人)、5,946,991(Hoopman等人)、5,975,987(Hoopman等人)和6,129,540(Hoopman等人)，以及美国公开专利申请2009/0165394Al(Culler等人)和2009/0169816A1(Erickson等人)中。
支撑构件可包括任何材料。例如，支撑构件可包括粉碎的磨料颗粒(例如，包含如上所述的一种或多种磨料材料)、助磨剂颗粒或甚至成型磨料颗粒(尤其是如果具有与片构件不同的组成，或通过粘合剂材料粘附到片构件，或用于根据本公开的方法中)。可用的支撑构件还可包括氧化铝颗粒，其已被形成为特定形状，然后粉碎以形成碎片，该碎片保持其初始形状特征的一部分，如美国专利8,034,137(Erickson等人)中所述。
可用于实施本公开的助磨剂颗粒具有6或更小、优选地5或更小并且更优选地4或更小的莫氏硬度。示例性助磨剂可包括无机卤化物盐、卤化化合物和聚合物、以及有机和无机含硫材料。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。其他助磨剂的示例包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物、含有机和无机磷酸盐的材料。可使用不同助磨剂的组合。
优选的助磨剂包括卤化物盐，尤其是四氟硼酸钾(KBF4)、冰晶石(Na3AlF6)和铵冰晶石[(NH4)3AlF6]。可用作助磨剂的其他卤化物盐包括氯化钠、钾冰晶石、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾和氯化镁。其他优选的助磨剂为美国专利5,269,821(Helmin等人)中的那些，该专利描述了由水溶性和水不溶性助磨剂颗粒构成的助磨剂团聚物。其他可用的助磨剂团聚物为其中多个助磨剂颗粒用粘结剂粘结一起形成团聚物的那些。这种类型的团聚物在美国专利5,498,268(Dahn等人)中有所描述。
可用作助磨剂的卤化聚合物的示例包括：聚乙烯基卤化物(例如聚氯乙烯)和聚偏二卤乙烯，诸如美国专利3,616,580(Dewell等人)中公开的那些；高度氯化石蜡，诸如美国专利3,676,092(Buell)中公开的那些；完全氯化的烃类树脂，诸如美国专利3,784,365(Obrovac等人)中公开的那些；以及氟碳化合物，诸如如美国专利3,869,834(Mullin等人)中公开的聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯。
可用作助磨剂的无机含硫材料包括元素硫、硫化铜、硫化钼、硫酸钾等，如美国专利3,833,346(Wirth)、3,868,232(Sioui等人)和4,475,926(Hickory)中各种公开的。用于本发明的有机含硫材料(例如硫脲)包括美国专利3,058,819(Paulson)中提及的那些。
助磨剂颗粒可具有在约1微米至约100微米范围内并且更优选地在约5微米至约50微米范围内的平均粒度，但也可使用其他尺寸。
一般来讲，支撑构件应具有小于片构件长度的平均直径，使得当沉积受支撑磨料颗粒时，片构件可比支撑构件进一步向外延伸。否则，在使用期间，磨料片构件可通过支撑构件与工件间隔开。
在本公开的实施中使用的磨料颗粒可具有至少7、优选地至少8并且更优选地至少9的莫氏硬度，但如果使用非磨料支撑构件(例如，助磨剂颗粒)或存在有机粘合剂，则莫氏硬度可更小。
示例性粘合剂包括可光固化粘合剂、压敏粘合剂、热熔粘合剂、热固性粘合剂以及它们的组合。
示例性可光固化粘合剂包括丙烯酸酯化环氧树脂、丙烯酸酯化聚氨酯、丙烯酸酯化有机硅、以及它们的混合物。
示例性压敏粘合剂包括乳胶绉、松香、丙烯酸类聚合物和包括聚丙烯酸酯的共聚物(例如，聚(丙烯酸丁酯))、聚乙烯醚(例如，聚(正丁基乙烯基醚))、聚(α-烯烃)、有机硅、醇酸粘合剂、橡胶粘合剂(例如，天然橡胶、合成橡胶、氯化橡胶)以及它们的混合物。
示例性热固性粘合剂包括胶、酚醛树脂(例如，甲阶酚醛树脂和酚醛清漆树脂)、氨基塑料树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、单组分和双组分聚氨酯、丙烯酸类树脂(例如，丙烯酸类单体和低聚物、丙烯酸酯化聚醚、具有α,β-不饱和侧基的氨基塑料树脂、丙烯酸酯化聚氨酯)、环氧树脂(包括双马来酰亚胺和芴改性的环氧树脂)、异氰尿酸酯树脂、可湿固化有机硅、以及它们的混合物。
粘合剂可为有机的(例如，诸如上述的那些)或无机的。例如，粘合剂可为无机溶胶(例如，勃姆石或硅溶胶)，其然后可被干燥、任选地煅烧和/或烧结以将支撑构件粘结到磨料片构件。煅烧和烧结条件将取决于无机粘合剂的选择，并且将在本领域技术人员的能力范围内。
现在参见图4，示例性受支撑磨料颗粒400包括具有主表面412的磨料片构件410。将粉碎的支撑构件420烧结到主表面412以形成一体颗粒。
现在参见图5，示例性受支撑磨料颗粒500包括两个磨料片构件520并具有主表面512。将粉碎的支撑构件520烧结到主表面512以形成一体颗粒。
受支撑磨料颗粒通常具有在约0.1微米至1500微米范围内、通常在约0.1微米至400微米之间、优选地在0.1微米至100微米之间并且最优选地在0.1微米至50微米之间的平均粒度，但其他尺寸也是允许的。
在优选的实施方案中，受支撑磨料颗粒和/或磨料片构件符合磨料行业规定的标称等级。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、ANSI 70、ANSI 80、ANSI 90、ANSI 100、ANSI 120、ANSI150、ANSI 180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI 320、ANSI360、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，受支撑磨料颗粒和/或磨料片构件可使用符合ASTM E-11用于测试目的的筛布和筛的标准规格(Standard Specification for Wire Cloth and Sieves forTesting Purposes)的美国标准试验筛(U.S.A.Standard Test Sieves)被分级为标称筛选等级。ASTM E-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，受支撑磨料颗粒具有这样的粒度：使得大多数颗粒通过18目测试筛并且可保留在20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目测试筛上。在各种实施方案中，受支撑磨料制品可具有下列标称筛选等级：-18+20、-20/+25、-25+40、-40+35、-35+40、-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。
根据本公开的受支撑磨料颗粒可通过任何合适的方法制备。以下为两种优选的方法。
在图6所示的一个示例性方法中，可流动磨料前体分散体设置在成型模具腔中。模具腔中的可流动磨料前体分散体具有暴露表面，该暴露表面与一个或多个支撑颗粒和/或其前体接触以制备前体受支撑磨料颗粒。然后将前体受支撑磨料颗粒至少部分地干燥(优选地基本上干燥)，以提供干燥的前体受支撑磨料颗粒。然后将干燥的前体受支撑磨料颗粒从模具腔中移除，任选地煅烧，并烧结以提供受支撑磨料颗粒。在一些优选的实施方案中，在使暴露表面与支撑磨料颗粒接触之前对暴露表面进行加湿。当前体片构件在模具中时，可使用任何合适的涂覆技术使支撑颗粒与前体片构件接触。滴涂和静电涂布(见图6)为优选的方法。
在该方法中，由于将形成磨料片构件的可流动组合物仍处于前体状态，因此支撑颗粒可为前体材料，也处于类似(或甚至相同)的状态。因此，当颗粒被焙烧时，所得的支撑构件将为玻璃或陶瓷并且粘结(例如，烧结)到磨料片构件。如果支撑颗粒已为陶瓷的，则其可在前体受支撑磨料颗粒的焙烧期间烧结到磨料板构件。由于该方法中涉及的高温，不适用于在那些温度下燃烧和/或熔融的支撑颗粒。
在另一个方法中，将磨料片设置在基底(例如，载体幅材)上。磨料颗粒具有与基底相对的暴露的主平坦表面。然后将具有设置在其至少一部分上的粘合剂层的支撑颗粒粘结(优选牢固地粘结)到暴露的主平坦表面，并且任选地使粘合剂硬化以制备受支撑磨料颗粒。优选的粘合剂包括热固性有机材料和压敏粘合剂。粘合剂层可通过任何合适的方法沉积，包括例如喷涂、浸涂、辊涂和帘式涂布。
在另选的实施方案中，粘合剂层可设置在磨料片的表面的至少一部分上，然后与一个或多个支撑颗粒接触。磨料片或支撑颗粒优选地在制造期间设置在基底(例如，载体幅材)上，但这不是必需的。
根据本公开的受支撑磨料颗粒可用于磨料制品，例如带涂层磨料制品、非织造磨料制品和/或粘结磨料制品，其中它们被保持在至少一种粘结剂材料中。
现在参见图7，带涂层磨料制品700包括背衬760。底胶层740设置在背衬760上。复胶层720设置在底胶层740和受支撑磨料颗粒750上，并且与底胶层740一起保持受支撑磨料颗粒710。任选的接合层750设置在背衬760上并接触底胶层740。任选地，可包括背胶770、附接层780和/或顶胶730中的一者或多者。
根据本公开的磨料制品可用于例如研磨工件。
本公开的选择实施方案
在第一实施方案中，本公开提供了一种多个受支撑磨料颗粒，其中每个受支撑磨料颗粒分别包括具有主表面并且具有牢固地粘结到所述主表面并靠近所述主表面的至少一个支撑构件的磨料片构件，其中：
(i)所述支撑构件包括粉碎的磨料颗粒；
(ii)所述支撑构件具有与所述磨料片构件不同的组成；或
(iii)(i)和(ii)两者。
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多个受支撑磨料颗粒，其中所述多个受支撑磨料颗粒符合磨料行业规定的标称等级。
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多个受支撑磨料颗粒，其中所述磨料片构件和所述至少一个粉碎的支撑构件具有相同的组成。
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多个受支撑磨料颗粒，其中所述磨料片构件和所述至少一个粉碎的支撑构件被烧结在一起。
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多个受支撑磨料颗粒，其中所述至少一个粉碎的支撑构件包括两个粉碎的支撑构件。
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多个受支撑磨料颗粒，其中所述磨料片构件和所述至少一个粉碎的支撑构件具有不同的组成。
在第七实施方案中，本公开提供了根据第六实施方案所述的多个受支撑磨料颗粒，其中所述至少一个粉碎的支撑构件包含助磨剂。
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多个受支撑磨料颗粒，其中所述磨料片构件和所述至少一个粉碎的支撑构件用粘合剂粘结在一起。
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多个受支撑磨料颗粒，其中所述粘合剂包括有机粘合剂。
在第十实施方案中，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材料中的根据第一实施方案至第九实施方案中任一项所述的多个受支撑磨料颗粒。
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，其中所述磨料制品包括：
背衬；
底胶层，所述底胶层设置在所述背衬上并保持所述多个受支撑磨料颗粒；以及
复胶层，所述复胶层设置在所述底胶层和所述受支撑磨料颗粒的至少一部分上。
在第十二实施方案中，本公开提供了一种制备受支撑磨料颗粒的方法，所述方法包括：
提供可流动磨料前体分散体，所述可流动磨料前体分散体设置在成型模具腔中并具有暴露表面；
使支撑颗粒或其前体与所述暴露表面接触，以制备前体受支撑磨料颗粒；
至少部分地干燥所述前体受支撑磨料颗粒，以提供干燥的前体受支撑磨料颗粒；
从所述成型模具腔中移除所述干燥的前体受支撑磨料颗粒；以及
烧结所述干燥的前体受支撑磨料颗粒，以提供所述受支撑磨料颗粒。
在第十三实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案所述的制备受支撑磨料颗粒的方法，所述方法还包括在使所述暴露表面与所述支撑磨料颗粒接触之前对所述暴露表面进行加湿。
在第十四实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案或第十三实施方案所述的制备受支撑磨料颗粒的方法，其中所述接触包括静电接触。
在第十五实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第十四实施方案中任一项所述的制备受支撑磨料颗粒的方法，其中所述支撑磨料颗粒为粉碎的磨料颗粒。
在第十六实施方案中，本公开提供了一种制备受支撑磨料颗粒的方法，所述方法包括：
提供设置在基底上的磨料片，其中成型磨料颗粒具有与所述基底相反的暴露的主平坦表面；
提供支撑颗粒，所述支撑颗粒具有设置在所述支撑颗粒的至少一部分上的粘合剂层；
将所述粘合剂粘结到所述暴露的主平坦表面，并且任选地使所述粘合剂硬化以制备所述受支撑磨料颗粒。
在第十七实施方案中，本公开提供了根据第十六实施方案所述的制备受支撑磨料颗粒的方法，其中所述粘合剂包含热固性有机材料。
在第十八实施方案中，本公开提供了根据第十六实施方案或第十七实施方案所述的制备受支撑磨料颗粒的方法，其中所述支撑颗粒被粉碎。
在第十九实施方案中，本公开提供了一种制备受支撑磨料颗粒的方法，其中所述支撑颗粒包括粉碎的磨料颗粒。
在第二十实施方案中，本公开提供了根据第十九实施方案所述的制备受支撑磨料颗粒的方法，其中所述支撑构件包含助磨剂颗粒。
在第二十一实施方案中，本公开提供了根据第十九实施方案所述的制备受支撑磨料颗粒的方法，其中所述支撑构件包含成型磨料颗粒。
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。
实施例中所用的单位缩写：
℃： 摄氏度
cm： 厘米
g： 克
g/m2： 克每平方米
rpm： 转/分钟
mm： 毫米
wt.％： 重量百分比
实施例1-8以及比较例A-B中使用的材料记录于下表1中。
表1
Figure BDA0003014063200000131
Figure BDA0003014063200000141
Figure BDA0003014063200000151
实施例1
在该实施例中，磨料片构件为P36级SG-SAP成型磨料颗粒；支撑构件为粉碎的P40级棕色氧化铝颗粒；并且粘结剂材料为PF2酚醛树脂。该实施例通过以下步骤制备：(1)在塑料容器中用去离子水将20g PF2在搅拌下稀释至100g；(2)将100g P36级SG-SAP成型磨料颗粒添加到在步骤(1)中制得的溶液中，并继续搅拌5分钟；(3)过滤步骤(2)中的混合物，并且通过过滤回收湿的成型磨料颗粒(现在具有酚醛树脂涂层)，然后将其置于塑料容器中；(4)将500g P40级粉碎的棕色氧化铝颗粒添加到塑料容器中并与湿的成型磨料颗粒共混；(5)将颗粒共混物转移到平板上，然后在105℃处干燥至少20分钟；(6)使用橡胶研杵在钢研钵中将干燥的颗粒共混物破碎，然后收集所得的受支撑磨料颗粒并通过不同尺寸的筛网筛分。由于受支撑磨料颗粒具有比成型磨料颗粒或粉碎的磨料颗粒更大的尺寸，因此它们可通过筛分法与共混物分离。解离的晶粒可被筛分和再利用。代表性的所得受支撑磨料颗粒示于图8中。
实施例2
重复实施例1，不同的是使用P40级粉碎的SiC晶粒作为支撑构件。代表性的所得受支撑磨料颗粒示于图9中。
实施例3
重复实施例1，不同的是使用P40级粉碎的AZ晶粒作为支撑构件。代表性的所得受支撑磨料颗粒示于图10中。
实施例4
重复实施例1，不同的是使用CRY颗粒作为支撑构件，并且使用PVA代替PF2。代表性的所得受支撑磨料颗粒示于图11中。
实施例5
使用油灰刀将APSG铺展到P60级微复制工具的腔中并在50℃处干燥10分钟，然后从工具(支撑构件前体)去除。美国专利8,142,531B2(Adefris等人)中描述的P60级微复制工具的三角形形状的模具腔为0.33mm(13密耳)深并且每一边长度都为1.3mm(51密耳)。模具侧壁与模具底面之间的拔模角α为98度。
使用油灰刀(磨料片构件前体)将APSG铺展到P36级微复制工具的腔中。P36级微复制工具的三角形形状的模具腔为28密耳深并且每一边长度都为110密耳。模具的侧壁与底部之间的拔模角α为90度。将支撑构件前体颗粒静电涂覆到湿APSG的表面上，并与微复制工具一起在50℃处干燥10分钟。让前体成型磨料颗粒在超声变幅杆上通过，从而将其从生产工具去除。在约650℃处煅烧成型磨料颗粒前体，然后用以下浓度(记录为氧化物)的混合硝酸盐溶液饱和：各1.8％的MgO、Y2O3、Nd2O3和La2O3。去除过量的硝酸盐溶液，并使饱和的带开口的前体成型磨料颗粒干燥，然后在650℃处再次煅烧颗粒，并在约1400℃处烧结。煅烧和烧结均采用管式回转炉。图12示出了根据该实施例制备的受支撑磨料颗粒。
实施例6
重复实施例5，不同的是使用CDSGP作为支撑构件前体颗粒。代表性的所得受支撑磨料颗粒示于图13中。
实施例7
重复实施例5，不同的是使用ASD和P220级微复制工具制备磨料片构件前体，并且使用P220级ASD代替APSG，并且使用P240级粉碎的氧化铝作为支撑颗粒。代表性的所得受支撑磨料颗粒示于图14中。
实施例8
使用硫化纤维盘坯料作为磨料基底，该坯料的直径为7英寸(17.8cm)、具有7/8英寸(2.2cm)直径的中心孔并且厚度为0.83mm(33密耳)。硫化纤维以Dynos VulcanizedFibre得自德国特罗斯多夫的DYNOS股份有限公司。用刷子将底胶树脂1涂覆到纤维盘坯料上，直至达到3.0克-3.1克的添加重量。
称量带涂层盘，并使用静电涂布机施加在所示实施例中制备的磨料颗粒。去除磨料涂覆盘并称重，以确定经涂覆的磨料颗粒的量。在该实施例中，使用15.0g-15.1g在实施例1中制备的受支撑磨料颗粒。将盘在90℃处预固化1小时，然后在103℃处预固化3小时。
然后通过刷子用复胶树脂涂覆预固化的盘。用干燥刷子去除过量的复胶树脂，直至浸没的光滑外观降低到无光泽外观。称量复胶盘以确定复胶树脂重量。复胶树脂的添加量取决于矿物组成和重量，但通常在12克/盘和28克/盘之间。在该实施例中，使用11.5g-13.0g复胶。将盘通过加热在90℃处固化90分钟，然后在103℃处固化16小时。将固化的盘在1.5英寸(3.8cm)直径的辊上正交挠曲。在测试前，让盘与环境湿度平衡1周。代表性盘示于图15中。
比较例A
按照实施例8的程序制备比较例A(磨料制品)，不同的是使用50-50共混物矿物(P36级精密成型晶粒/P40级粉碎的棕色氧化铝颗粒50/50，按重量计)代替受支撑磨料颗粒。
各自两次平行测定的实施例8和比较例A的具体构造记录于下表2中。
表2
Figure BDA0003014063200000171
Figure BDA0003014063200000181
比较例B7英寸(17.8cm)磨料纤维盘以商品名Cubitron II Fibre Disc 982C得自3M公司。比较例B类似于实施例8，不同的是其涂覆有100％P36级三角形成型磨料颗粒。
磨削性能测试
该测试被设计成通过测量切削速率如何随时间变化以及在磨料盘的整个寿命内有效去除的金属总量来测量磨料盘构造从工件去除金属的有效性。将带涂层磨料盘安装在倾斜的铝支撑垫上并以5500rpm的速度驱动。在约6kg负载下，使盘的覆盖支持垫的斜边缘的一部分与1.25cm×18cm1018软钢工件的表面接触。使用每个盘以一分钟的间隔(循环)磨削单独的工件总共20分钟，或直到盘失效或切削速率降至低于20克/分钟。记录从每个工件去除的金属量。初始切削量记录为在第一个一分钟间隔期间去除的金属的量。最终切削量记录为在最终一分钟间隔期间去除的金属的量。总切削量为在磨料盘的整个使用寿命内或20个一分钟间隔内(以先到达者为准)从工件去除的金属的累积量。切削量数据记录在图16中，以作为研磨测试磨削循环的函数的去除的工件金属的克数为单位。由于矿物取向的改善，涂覆有实施例1中制备的受支撑磨料颗粒的实施例纤维盘显示出比比较例A和比较例B更高的初始切削量。
实施例9和比较例C中使用的材料记录于下表3中。
表3
Figure BDA0003014063200000182
Figure BDA0003014063200000191
实施例9
根据表4和表5中列出的组合物制备底胶树脂。通过混合70％EP1和30％ACR制备预混物。向55.40％的该预混物中添加0.60％BYK-W985、40％Minex 10、3％CPI 6976和1％Irgacure 1173。将制剂在24℃下搅拌30分钟直至均匀。
表4
预混物 组成，重量％
EP1 70.00
ACR 30.00
表5
底胶树脂组分 组成，重量％
预混物 55.40
BYK-W985 0.60
Minex 10 40.00
CPI 6976 3.00
Irgacure 819 1.00
通过预混合70重量％的EP1和30重量％的ACR来制备复胶树脂。向55.06重量％的优质复胶预混物中添加0.59重量％的BYK-W985、39.95重量％的Minex 10、3重量％的CPI6976、1重量％的Irgacure 1173和0.40重量％的S9。将制剂在24℃处搅拌30分钟直至均匀。
通过使用高速混合器在12.8重量％的水中混合74.7重量％的硬脂酸钙分散液(Devflo 40CM X)、12重量％的苯乙烯-丙烯酸乳液(JC LMV7051)、0.3重量％的HL27、0.13重量％的DOWICIL QK-20和作为生物杀灭剂的0.07重量％的KATHON CG-ICP来制备基于硬脂酸钙的顶胶树脂。将制剂在24℃处搅拌直至均匀。
用10g/m2的环氧丙烯酸酯底胶树脂涂覆3M Scotchpak膜背衬。使用具有均以600W/in(236W/cm)操作的一组D灯泡和一组V灯泡的融合UV系统处理器将涂层暴露于光化辐射，从而将树脂转变成粘性的、部分固化的底胶层。然后，使用静电颗粒涂布机，将实施例7中制备的含有90％ALOX P400和10％受支撑磨料颗粒的磨料颗粒共混物以29g/m2的标称涂层重量涂覆到底胶层上。然后在标称幅材温度设定为100℃处将幅材暴露于红外加热器约7秒。然后将复胶树脂以29g/m2的标称干涂层重量辊涂到底胶层和磨料颗粒上，并且通过具有一组H灯泡和两组D灯泡的融合UV系统(马里兰州盖瑟斯堡(Gaithersburg，Maryland))灯下，所有三个灯泡均以600W/in(236W/cm)操作5秒-10秒。然后将其通过目标出口幅材温度为125℃的红外烘箱处理5分钟。然后使用辊涂技术以10g/m2的涂层重量将顶胶树脂施加到固化的复胶层上，该顶胶树脂在60℃-90℃区域的温度设定处经历干燥循环。然后将所得的带涂层磨料制品保持在20℃-24℃以及40％-60％相对湿度下直至测试。干燥后，将带涂层磨料的条带转变成盘。
比较例C
重复实例9中所述的程序，不同的是使用P400 ALOX代替实施例7中制备的受支撑磨料颗粒。
实施例9和比较例C的磨料制品性能测试
将要测试的直径6英寸(15.24cm)的磨料盘安装在电动旋转工具上，该电动旋转工具设置在X-Y工作台上，该工作台具有喷涂有PPG底漆的OEM面板，该面板固定到X-Y工作台。将带有3/16伺服系统的3M Elite DA砂磨机附接到机器人臂。然后将工具设定成沿面板的长度在Y方向上横穿；沿所述面板的宽度。在每个循环中完成七次此类沿面板长度的过程，总共4个循环。然后激活旋转工具以在无负载下以6000rpm旋转。然后在13lbs(5.90kg)下压力的负载处以相对于面板2.5度的角度推动磨料制品。该工具接着被激活以移动穿过规定的路径。在每个1分钟循环之前和之后测量面板的质量，以确定每个循环后的总质量损失，以克为单位。切削量以从OEM面板的清漆层上去除的克数测量。通过将下表6中记录的四个研磨循环的所有四个切削量值相加来测量总切削量。表6中记录的所有数据均基于3次样品平行测定的平均测试结果。
表6
Figure BDA0003014063200000211
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 (21)

1.一种多个受支撑磨料颗粒，其中每个受支撑磨料颗粒分别包括具有主表面并且具有牢固地粘结到所述主表面并靠近所述主表面的至少一个支撑构件的磨料片构件，其中：
(i)所述支撑构件包括粉碎的磨料颗粒；
(ii)所述支撑构件具有与所述磨料片构件不同的组成；或
(iii)(i)和(ii)两者。
2.根据权利要求1所述的多个受支撑磨料颗粒，其中所述多个受支撑磨料颗粒符合磨料行业规定的标称等级。
3.根据权利要求1所述的多个受支撑磨料颗粒，其中所述磨料片构件和至少一个粉碎的支撑构件具有相同的组成。
4.根据权利要求1所述的多个受支撑磨料颗粒，其中所述磨料片构件和所述至少一个粉碎的支撑构件被烧结在一起。
5.根据权利要求1所述的多个受支撑磨料颗粒，其中所述至少一个粉碎的支撑构件包括两个粉碎的支撑构件。
6.根据权利要求1所述的多个受支撑磨料颗粒，其中所述磨料片构件和所述至少一个粉碎的支撑构件具有不同的组成。
7.根据权利要求6所述的多个受支撑磨料颗粒，其中所述至少一个粉碎的支撑构件包含助磨剂。
8.根据权利要求1所述的多个受支撑磨料颗粒，其中所述磨料片构件和所述至少一个粉碎的支撑构件用粘合剂粘结在一起。
9.根据权利要求8所述的多个受支撑磨料颗粒，其中所述粘合剂包括有机粘合剂。
10.一种磨料制品，所述磨料制品包含保持在粘结剂材料中的根据权利要求1所述的多个受支撑磨料颗粒。
11.根据权利要求10所述的磨料制品，其中所述磨料制品包括：
背衬；
底胶层，所述底胶层设置在所述背衬上并保持所述多个受支撑磨料颗粒；和
复胶层，所述复胶层设置在所述底胶层和所述受支撑磨料颗粒的至少一部分上。
12.一种制备受支撑磨料颗粒的方法，所述方法包括：
提供可流动磨料前体分散体，所述可流动磨料前体分散体设置在成型模具腔中并具有暴露表面；
使支撑颗粒或其前体与所述暴露表面接触，以制备前体受支撑磨料颗粒；
至少部分地干燥所述前体受支撑磨料颗粒，以提供干燥的前体受支撑磨料颗粒；
从所述成型模具腔中移除所述干燥的前体受支撑磨料颗粒；以及
烧结所述干燥的前体受支撑磨料颗粒，以提供所述受支撑磨料颗粒。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括在使所述暴露表面与所述支撑颗粒接触之前对所述暴露表面进行加湿。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述接触包括静电接触。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述支撑磨料颗粒为粉碎的磨料颗粒。
16.一种制备受支撑磨料颗粒的方法，所述方法包括：
提供设置在基底上的磨料片，其中成型磨料颗粒具有与所述基底相反的暴露的主平坦表面；
提供支撑颗粒，所述支撑颗粒具有设置在所述支撑颗粒的至少一部分上的粘合剂层；
将所述粘合剂粘结到所述暴露的主平坦表面，并且任选地使所述粘合剂硬化以制备所述受支撑磨料颗粒。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述粘合剂层包含热固性有机材料。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述支撑颗粒被粉碎。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述支撑颗粒包括粉碎的磨料颗粒。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述支撑构件包含助磨剂颗粒。
21.根据权利要求16所述的方法，其中所述支撑构件包含成型磨料颗粒。
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