DD248313A1

DD248313A1 - Verfahren zur herstellung eines schleifschaumkoerperverbundes

Info

Publication number: DD248313A1
Application number: DD86289311A
Authority: DD
Inventors: Max Olschewski; Manfred Barnett; Robert Becker; Helmut Pavel; Dietmar Helbig
Original assignee: Berlin Industriebuersten
Priority date: 1986-04-17
Filing date: 1986-04-17
Publication date: 1987-08-05
Also published as: DE3709234A1; GB2189802A; GB2189802B; DE3709234C2; GB8707226D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifschaumkoerperverbundes auf der Basis von Schleifvlies und Polyurethanschaum (PUR-Schaum), dessen Anwendungsgebiet die Oberflaechenreinigung bzw. der Schliff von Materialien bzw. Werkstuecken mit ebener oder komplizierter Geometrie sowie mit unterschiedlichem Haertegrad und unterschiedlicher Flexibilitaet ist. Ziel der Erfindung ist ein Verfahren mit unkomplizierter Technologie zur Herstellung eines PUR-Schaum-Schleifkoerpers mit hoher Festigkeit und hoher Elastizitaet, wobei das Schleifmittel derart fixiert wird, dass eine hoehere innere Elastizitaet und damit eine Verlaengerung der Gebrauchsdauer des Schleifkoerpers erreicht wird. Es besteht die technische Aufgabe, ein Verfahren mit moeglichst einfacher Technologie zu entwickeln, das einerseits durch ein elastisches Schaumgeruest das Festigkeitsverhalten des Schleifvlieskoerpers verbessert, andererseits mit gleichmaessiger Verteilung im Vlies eine isotrope Struktur gewaehrleistet und schliesslich die Befestigung und damit die Wirksamkeit der im Vlies vorhandenen Schleifkoerper verbessert. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass auf das Schleifmittel enthaltende Faservlies ein fluessiges loesungsmittelfreies NCO-terminiertes Polyurethanpraepolymer oberflaechlich aufgetragen, das beschichtete Vlies zu einem Formkoerper zusammengefuegt und der erhaltene Formkoerper durch schaumbildende Kettenverlaengerung polymerisiert wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifschaumkörperverbundes auf der Basis von Schleifvlies und Polyurethanschaum (PUR-Schaum), dessen Anwendungsgebiet die Oberflächenreinigung bzw. der Schliff von Materialien bzw. Werkstücken mit ebener oder komplizierter Geometrie ist, wobei die zu bearbeitenden Materialien unterschiedlicher Härtegrade besitzen bzw. unterschiedlich flexibel sein können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen ' " - '

Schleifkörper auf Basis eines elastischen Schaumes, meistens PUR-Schaum, sind bekannt. Die Schleifkörner sind entweder in einen Schaum eingebettet oder der Schleifkörper ist darüber hinaus durch Gewebe bzw. Vlies verstärkt. Dazu werden entsprechend der DE-OS 3218009 oder US-PS 4466218 Schleifkörner in ein flüssiges PUR-Schaumsystem eingetragen und zu einem festen elastischen Schaumkörper ausgehärtet. Nach der DE-PS 1 303365 wird dazu ein PUR-Präpolymer eingesetzt, bei dem sich durch Anwendung von Fliehkraft bei der Härtung eine integrale Verteilung des Schleifmittels einstellt.

Andere Verfahren wie nach der GB-PS 1 257 708 verwenden Gewebe als platten- oder rollenförmige Zwischenlagen zur Erhöhung der Festigkeit des Schleifkörpers. Nach dem DE-GM 7 601155 werden die Hohlräume eines Vlieses aus Polyamid mit einem schleifkornenthaltenden PUR-Treibschaum aus langkettigem Diol, Toluylendiisocyanat und Wasser ausgefüllt. Nach anderen Verfahren werden Schleifvliese eingesetzt, bei denen, z. B. der US-PS 4355489, die Schleifmittelkömer vorher mit einem Kompaktbindemittel, meistens Phenolharz oder PUR, an der Faser befestigt wurden. Die Qualität solcher Schleifvlieskörper läßt sich durch die Einarbeitung eines polymeren Schaumstoffgerüstes wesentlich verbessern. Neben Schäumen aus Phenol- und Aminoharzen sind solche auf Basis PUR wegen ihres elastischen Charakters besonders geeignet. Dabei dientxlas polymere Material gleichzeitig als integraler Klebstoff, um die Vlieslagen miteinander zu verbinden. Erste technische Lösungen beschreiben, wie in der DE-PS 2308258 und DE-OS 2342869, die Verwendung konventioneller Schaumstoffrezepturen (Treibschäume) für diesen Zweck. Diesen Verfahren haften zwei Mängel an. Die genannten PUR-Systeme zeigen einen durch den Aushärtungsmechanismus bedingten starken Viskositätsanstieg in der Startphase, der ihre homogene Verteilung im Vlies erschwert, so daß besondere technologische Mittel, wie bei der DE-PS 1427 586 die Anwendung von Fliehkraft, eingesetzt werden müssen. Darüber hinaus haben diese Schaumstoffe Zellgrößen im Bereich von 5-50/xm, also nur eine durchschnittliche Elastizität.

Eine Verbesserung des Verfahrens wird erreicht, wenn lösungsmittelhaltige Systeme wie in der DE-OS 3108157 verwendet werden. Mit diesen Produkten läßt sich eine homogene Durchtränkung des Schleifvlieskörpers erreichen. Bei diesem Verfahren muß aber der Nachteil in Kauf genommen werden, daß Koagulationsstrukturen entstehen. Diese Strukturen sind insgesamt gröber in ihren Abmessungen als die Schleifkörner, ohne dabei direkten Schaumcharakter zu tragen, daher beeinträchtigen sie die Schleifwirkung. Dieser PUR-Schaum besitzt im wesentlichen außer seiner vliesbahnverklebenden Funktion lediglich eine verfestigende Aufgabe für den Schleifkörper im Sinne einer elastischen Abstützung des Fasergefüges. Bei allen Verfahren ist es notwendig, das verwendete PUR-Schaumsystem entweder vor der Aushärtung gleichmäßig im Schleifvlies zu verteilen oder es nach Oberflächenauftrag mit geeigneten technologischen Schritten im Vlieskörper zu homogenisieren.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren mit unkomplizierter Technologie zur Herstellung eines PUR-Schaum-Schleifkörpers mit hoher Festigkeit und hoher Elastizität, wobei das Schleifmittel derart fixiert wird, daß eine höhere innere Elastizität und damit eine Verlängerung der Gebrauchsdauer des Schleifkörpers erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es besteht die technische Aufgabe, ein Verfahren mit möglichst einfacher Technologie zu entwickeln, das einerseits durch ein elastisches Schaumgerüst das Festigkeitsverhalten des Schleifvlieskörpers verbessert, andererseits mit gleichmäßiger Verteilung im Vlies eine isotrope Struktur gewährleistet und schließlich die Befestigung und damit die Wirksamkeit der im Vlies vorhandenen Schleif körner verbessert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf eine Vliesbahn, die aus bekanntem Fasermaterial, in bekannter Weise hergestellt wurde und auf deren Fasern in bekannter Weise Schleifmittel befestigt wurde, oberflächlich ein an sich' bekanntes flüssiges lösungsmittelfreies NCO-terminiertes PUR-Präpolymer-Schaumreaktivsystem aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Polymermasse ohne die Notwendigkeit eines weiteren technologischen Schrittes durch das überraschenderweise hervorragende Fließ- und Weiterfließverhalten des verwendeten PUR-Systems im Verlauf des Härtungsprozesses in Verbindung mit einer unerwartet hohen Benetzungsqualität auf den Fasermaterialien zur vollständigen gleichmäßigen Durchdringung des Vlieskörpers führt, ohne primär gleichmäßig verteilt gewesen zu sein, wobei im Verlauf der Aushärtung eine elastische zusätzliche Befestigung des Schleifmittels durch einen erfindungsgemäßen dünnen Feinschaumüberzug auf der Faser in einer Stärke von 0,5-10/xm, vorwiegend 2-5/um, mit einem Porendurchmesser von 0,05-3μΓη, vorwiegend 0,1-2/xm, erreicht wird, unbeschadet dessen die Hauptmasse des PUR-Schaumes in fein verteilter Form die Hohlräume des Vlieskörpers als Stützmaterial ausfüllt bzw. die zusammengefügten Bahnen fest miteinander verklebt, so daß insgesamt ein gleichmäßiger und elastischer Schleifschaumkörper mit in sich elastisch eingebettetem Schleifmittel von langer Gebrauchsdauer entsteht.

Das PUR-Präpolymerwird günstigerweise durch Rakelauftrag, mittels ei η er Spritzvorrichtung oder durch ein anderes geeignetes Verfahren auf die Vliesbahn aufgebracht, wobei eine Verteilung in die Tiefe nicht notwendig ist. Anschließend an die Beschichtung wird die Vliesbahn zur gewünschten Endgestalt zusammengefügt und, nach Fixierung der äußeren Begrenzung, durch schaumbildende Kettenverlängerung wie z. B. durch Eintauchen in ein Wasserbad von 20°C-90°C, vorzugsweise 5O⁰C-60⁰C, innerhalb von 5-30 min, vorzugsweise 15 min, durch Bildung von Polyhamstoff unter Abspaltung von CO₂ ausgehärtet. Die aufgetragene Masse kann variiert werden von einer zur Faserbenetzung mindest notwendigen bis zu einer solchen, die im Endprodukt 75% der Gesamtmasse entspricht. Bevorzugt wird eine Masseverteilung von Schleifvlies / PUR-Schaum zu gleichen Teilen. Eine Begrenzung der Vliesstärke gibt es im Prinzip nicht. Aus praktischen Gründen wird sie normalerweise 2-30mm betragen, bevorzugt 5-15mm.

Aufgrund der hohen Elastizität des Schleifkörpers in Verbindung mit der inneren Elastizität des Schleifmittals entsprechend der erfindungsgemäßen flexiblen Einbettung kann bei der Anwendung je nach Andruck des Schleifkörpers an das zu bearbeitende Material eine unterschiedlich starke und auch im Feinheitsgrad unterschiedliche Abarbeitung der Materialoberfläche erreicht werden.

Geeignete Vliese für den erfindungsgemäßen Schleifschaumkörper können durch Verpressen, Nadeln, Verdichten oder durch ein anderes geeignetes Verfahren aus natürlichen oder synthetischen Fasern hergestellt sein. Als Schleifmittel kommen Korund, Siliziumcarbid, Glasmehl, Quarzmehl usw. verschiedener Körnung in Frage. Als primäre Bindemittel für das Schleifkorn auf der Faser können Phenolharz, Epoxidharz, PUR-Elastomer usw. verwendet werden.

Geeignete PUR-Schaumsysteme sind z. B. lösungsmittelfreie NCO-haltige Präpolymere, die aus einer oder mehreren Hydroxylverbindungen der Funktionalität 2-3 und einem oder mehreren Isocyanaten der Funktionalität 2-3 hergestellt werden. Für die Präpolymerbildung bevorzugte Polyhydroxyverbindungen sind gemischte Polyetherdi- und triole aus einem oder mehreren Alkylenoxiden der gemischten Funktionalität 2,1-2,5, vorzugsweise 2,15-2,30 und der mittleren Molmasse 500-5000. Geeignete Isocyanate sind Toluylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Hexamethyldiisocyanat, technische Produkte oder Umsetzungsprodukte mit niedermolekularen Di- und/oder Polyalkoholen. Bevorzugte PUR-Präpolymere sind solche nach der Anmeldung WP 242609/1 (C08G).

Die erfindungsgemäß hergestellten Schleifschaumkörper sind einerseits geeignet für die industrielle Bearbeitung von Metalloberflächen, z. B. zum Entgraten oder/und Polieren von Kupfer-Leiterplatten mit bestimmter Rauhtiefe und andererseits im industriellen- und Heimwerkerbereich zur Bearbeitung der Oberfläche von Metall-, Holz-, Kunststoff-, Lackteilen u. dgl. m., auch von solchen mit komplizierter Geometrie. Verschiedenartige Grob-, Fein- und Feinstarbeiten sind denkbar.

Ausführungsbeispiel Beispiel 1:

A) Herstellung des PUR-Präpolymers

Aus 10kg Toluylendiisocyanat, dem 0,05% Benzoylchlorid zugesetzt sind, und 31 kg eines Triols, das durch Copolymerisation von Ethylenoxid und Propylenoxid auf der Startsubstanz Glycerol hergestellt wurde und das eine mittlere Molmasse von 4000 besitzt, wird durch weitere Umsetzung bei 50⁰C für 6 Stunden ein Semipräpolymer mit einem NCO-Äquivalent von ca. 350 g/M öl NCO hergestellt. Dies wird anschließend mit einem Gemisch aus 11 kg Polypropylenglykol der mittleren Molmasse 2000 und 1 kg Dipropylenglykol, in welchen die Hälfte seiner Masse an Diazabicyclooctan aufgelöst wurde, bei Raumtemperatur vermischt, wobei nach 3-5 Minuten unter Erwärmung auf 40-5O⁰C das einzusetzende Präpolymer entsteht, das ein NCO-Äquivalent von ca. 960'g/Mol NCO aufweist

B) Herstellung des Schleifschaumkörpers

Auf ein Vlies aus Polyamid von 1 m Breite und 4m Länge mit ca. 0,75tex Faserstärke, auf dem Siliziumcarbid/Schleifkorn-Nr.6 (TGL) mit Phenolharz befestigt wurde und das ein Flächengewicht von ca. 1100g/m² aufweist, wird mit einem Rakel PUR-Präpolymer A in einer Masse von 1 000 g/m² aufgestrichen. Das beschichtete Vlies wird auf eine feste Phenolharz-Papier-Rolle von 6 mm Stärke mit dem Außendurchmesser 60 mm aufgewickelt. Es ergibt sich eine Rolle von insgesamt 135 mm Durchmesser entsprechend einem Volumen von 3,5 i/m² Schleifvlies. Anschließend wird das Vliesbahnende mit kleinen Aluminium-Haken an der darunter liegenden Bahn befestigt. Danach wird die Rolle zur Aushärtung in ein Wasserbad von 50⁰C getaucht. Nach ca, 1 min beginnt der Schaum- und Härtungsprozeß von außen nach innen hindurch, er ist nach ca. 15min beendet. Nach Entfernen der Haken kann die Schleifvlies-Schaumrolle zur Glättung der Oberfläche beispielsweise mit einem Stahl überdreht werden. Darüber hinaus kann sie je nach Verwendungszweck in kleinere Breitenabmessungen zerschnitten werden. Mit der Schleifschaumrolle kann beispielsweise Kupfer-Plattenmaterial mit Bohrlöchern gleichzeitig entgratet und poliert werden. Mit der im Beispiel eingesetzten Körnung wird dabei eine Rauhtiefe von 0,5-1 /im erzielt. Umgerechnet 1 Liter Schleifmenge dieser Rolle reicht zur Bearbeitung von 600m² Plattenmaterial aus, das bedeutet eine um ca. 50% höhere Gebrauchsdauer als bei Vergleichsprodukten.

Beispiel 2:

Auf eine Schleifvliesbahn entsprechend Beispiel 1 von 0,25 m Breite und 11 m Länge mit Fasern von ca. 0,45tex, das ein Flächengewicht von 630g/m² aufweist, wird ein analoges PUR-Präpolymer mit einem NCO-Äquivalent von 750 g/Mol NCO in einer Masse von 430g/m² mit einem üblichenI-Komponenten-Spritzkopf aufgebracht. Das beschichtete Vlies wird auf einen Rollkern von 10mm Stärke mit dem Außendurchmesser 120mm aufgewickelt und wie in Beispiel 1 innerhalb von 10min ausgehärtet. Es ergibt sich eine Rolle von insgesamt 200mm Durchmesser entsprechend einem Volumen von 2,2 Liter/m² Vlies.

Beispiel 3:

Analog Beispiel 1 oder 2 wird das beschichtete Schleifvlies um einen massiven Aluminiumkern von 22 mm Durchmesser gewickelt und entsprechend ausgehärtet. Anschließend wird, nach Entfernen des Kerns zur Wiederverwendung, die entstandene Schleifschaumrolle in 30 mm breite Stücke getrennt und über eine Aufnahme mittig ein kurzer 6 mm starker Metallstab befestigt. In dieser Form kann der Schleifschaumkörper z. B. in eine Handbohrmaschine eingespannt werden und ist geeignet zur Ausführung folgender als Beispiele aufgeführter schonender Arbeiten: entrosten von Eisenteilen, z.B. am Kfz, entfernen von Korrosionsstellen auf div. Metallgegenständen, die auch eine komplizierte Geometrie aufweisen können, schleifen und polieren von Holzartikeln und -figuren, beseitigen von Altlack-Resten, entgraten und polieren von thermoplastischen Kunststoffteilen, ohne die Schnittkanten zu verschmelzen, Grob- und Feinschliff von UP-Harz-Formteilen wie Polyester-Boot usw. Weitere verschiedenartigste Grob-, Fein- und Feinstarbeiten sind denkbar.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Schleifschaumkörperverbundes, insbesondere von homogenen, elastischen, mikrozellulären Schleifschaumkörpern auf der Grundlage eines Schleifmittel enthaltenden Faservlieses und eines Polyurethanschaumes, gekennzeichnet dadurch, daß auf das Schleifmittel enthaltende Faservlies ein flüssiges lösungsmittelfreies NCO-terminiertes Polyurethanpräpolymer oberflächlich aufgetragen, das beschichtete Vlies zu einem Formkörper zusammengefügt und der erhaltene Formkörper durch schaumbildende Kettenverlängerung polymerisiert wird, wobei eine zusätzliche elastische Befestigung des Schleifmittels auf der Vliesfaser herbeigeführt wird, und daß die im resultierenden Schleifschaumkörper gebildete Schaumstruktur mindestens 80% Mikroporen oder Abmessung 0,1 bis 10^m, vorzugsweise 0,3 bis 5/um, und ein Feinschaumüberzug auf den Fasern mit einer Schichtdicke von 0,5 bis 10μηι mindestens 90% Mikroporen mit einem Durchmesservon 0,05 bis 3μηη, vorzugsweise 0,1 bis 2μηη, aufweisen.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein lösungsmittelfreies NCO-terminiertes Polyurethanpräpolymer mit einem NCO-Äquivalentvon 500 bis 1 500g/Mol NCO und einer Viskosität von 2 000 bis 30000 mPa.s eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Polyurethanpräpolymer durch Rakelauftrag bzw. mittels einer Einkomponentenspritzvorrichtung aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das beschichtete, Schleifmittel enthaltende Faservlies vor der schaumbildenden Polymerisation über einen Hohl- oder Vollkern zu einer Schleifrolle aufgewickelt wird.

5. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das beschichtete, Schleifkörper enthaltende Faservlies vor der schaumbildenden Polymerisation in mehreren übereinander geschichteten Lagen zu einem ebenen Schleifkörper zusammengefügt wird.

6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Kettenverlängerer Wasser oder Wasserdampf verwendet wird.