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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen imprägnierten Schleifmittelträger für feine Körnungen, umfassend ein nassgelegtes, mittels mindestens eines Imprägniermittels imprägniertes Vlies, und einen daraus hergestellten Schleifartikel für Trocken- und Nassschliff.
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Stand der Technik
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Schleifmittel zum Schleifen und Polieren von glänzenden und sehr glatten Oberflächen, wie zum Beispiel Glas, Lack, Metall und Kunststoff, benötigen sehr gleichmäßige, glatte Schleifmittelträger und sehr feine Schleifkörner mit gleichmäßiger Verteilung auf der Oberfläche des Schleifmittelträgers.
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Je glatter die Oberfläche des Schleifmittelträgers ist, desto feiner kann das darauf aufgebrachte Schleifkorn gewählt werden und desto gleichmäßiger kann dieses Schleifkorn auf den Träger aufgebracht werden. Die zum Polieren von glänzenden Oberflächen verwendeten Schleifkörner haben üblicherweise eine Größe von weniger als 10 um. Nach dem FEPA-Standard bedeutet das Werte von P2000 und größer für Korund- und Siliziumkarbidkörner bzw. von D15 und kleiner für Diamantkörner.
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Oft werden zur Herstellung von Schleifartikeln mit so feinen Körnungen Kunststofffolien als Trägermaterial für die Schleifkörner verwendet, wie zum Beispiel in der
EP 161 748 A1 beschrieben. Kunststofffolien haben aber den Nachteil, dass das Bindemittel, mit dem die Schleifkörner auf die Trägeroberfläche geklebt werden, oft nur sehr schlecht auf der Folienoberfläche haftet. Das führt dazu, dass während des Gebrauchs des Schleifmittels die Körner leicht ausbrechen und das Schleifmittel in relativ kurzer Zeit unbrauchbar wird und ersetzt werden muss.
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Daher wurden Anstrengungen unternommen, Kunststofffolien durch andere Trägermaterialien zu ersetzen. In der
US 7 497 884 B1 ist ein Schleifpapier beschrieben, das auf der Seite, auf der das Schleifkorn aufgebracht wird, mit einer zweifachen Beschichtung versehen wird. Anschließendes Kalandrieren verleiht diesem Schleifmittelträger eine ausgezeichnete Oberflächenglätte. Der Nachteil von herkömmlich hergestellten Schleifpapieren ist aber deren ungleichmäßige Faserverteilung und den daraus resultierenden dickeren und dünneren Stellen im Papier. Diese Dickenunterschiede können zwar durch starkes Kalandrieren ausgeglichen werden, jedoch bilden sich dann an den vormals dickeren Stellen mit viel Fasern harte Bereiche und an den vormals dünneren Stellen mit weniger Fasern weiche Bereiche aus. Diese Ungleichmäßigkeiten führen bei der Anwendung zu einem ungleichmäßigen Schleifbild.
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Es besteht daher ein Bedarf an einem Schleifmittelträger und Schleifartikel, der die beschriebenen Nachteile nicht besitzt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schleifmittelträger zu schaffen, der besonders homogen aufgebaut und besonders für feine Körnungen geeignet ist. Weiterhin soll ein Schleifartikel geschaffen werden, der ein besonders feines, gleichmäßiges Schleifen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen imprägnierten Schleifmittelträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Schleifartikel mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilshafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Schleifmittelträger umfasst ein nassgelegtes, mittels mindestens eines Imprägniermittels imprägniertes Vlies, das eine Flächenmasse von 22 g/m2 bis 520 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit von höchstens 80 l/m2s, eine Dicke von 0,02 mm bis 2,0 mm, eine Opazität von höchsten 65%, sowie einen Variationskoeffizienten für die Flächenmasse von kleiner als 2,1% und für die Dicke von kleiner als 1,8% besitzt.
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Der erfindungsgemäße Schleifmittelträger zeichnet sich durch seine außerordentliche Gleichmäßigkeit aus. Zur Erhöhung der Weichheit und Glätte kann der erfindungsgemäße Schleifmittelträger noch kalandriert werden.
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Das nassgelegte Vlies des erfindungsgemäßen Schleifmittelträgers umfasst natürliche, anorganische oder synthetische Fasern oder Mischungen daraus. Nassgelegt bedeutet, dass die Fasern in einer Flüssigkeit oder Schaum dispergiert werden und daraus nach dem bekannten Verfahren der Papiererzeugung eine flächige Bahn hergestellt wird. Als Flüssigkeit bzw Schaum kommt bevorzugt Wasser zum Einsatz.
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Die Vliese für den erfindungsgemäßen Schleifmittelträger bestehen aus natürlichen, synthetischen, anorganischen Fasern oder einer Mischung daraus. Beispiele für natürliche Fasern sind Zellulose, Baumwolle, Wolle, Hanf, wobei das eingesetzte Zellulosematerial holzfreie und/oder holzhaltige Zellulosen von Nadel- und/oder Laubbäumen, Regeneratzellulosen und fibrillierte Zellulosen sein kann. Anorganische Fasern sind zum Beispiel Kohlefasern, Glasfaser, Basaltfasern, Quarzfasern und Metallfasern. Als Synthesefasern eignen sich zum Beispiel Polyesterfasern, Polypropylenfasern, Mehrpomponentenfasern mit unterschiedlichen Schmelzpunkten der einzelnen Komponenten, Polyamidfasern und Polyacrylnitrilfasern. Der Titer der Synthesefasern beträgt typischerweise 0,1 dtex–8,0 dtex, bevorzugt 0,5 dtex–5 dtex und die Schnittlänge typischerweise 3 mm–20 mm, bevorzugt 4 mm–12 mm. Die Vliese für den erfindungsgemäßen Schleifmittelträger können entweder zu 100% aus natürlichen, synthetischen oder anorganischen Fasern bestehen, es ist aber auch jede beliebige Mischung aus diesen Faserarten möglich. Die richtige Zusammensetzung weiß der Fachmann auf Grund seines Wissens und seiner Erfahrung jeweils nach den geforderten Vlieseigenschaften gezielt auszuwählen. Die Vlieslage kann aus mehreren Schichten bestehen, die entweder in einer Papiermaschine mit einem dazu geeigneten Stoffauflauf erzeugt und zusammengeführt werden oder aus einzelnen Vliesbahnen, die miteinander in einem separaten Arbeitsgang verbunden werden. Die einzelnen Schichten können dabei in ihren Eigenschaften unterschiedlich ausgestaltet sein.
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Je nach Anforderung kann die Oberfläche des nassgelegten Vlieses durch Oberflächen-behandlungsverfahren, wie zum Beispiel Coronabehandlung oder Plasmabehandlung, in ihrer Eigenschaft, wie zum Beispiel Benetzbarkeit durch Wasser oder reduzierte elektrostatische Aufladung, verändert werden.
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Für die Flexibilität und Festigkeit des erfindungsgemäßen Schleifmittelträgers ist es wichtig, dass das Vlies möglichst dicht ist. Ein Maß für die Dichtigkeit ist die Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237, gemessen bei 200 Pa Druckdifferenz. Die Luftdurchlässigkeit des Vlieses vor dessen Imprägnierung sollte höchstens 500 l/m2s, bevorzugt höchstens 100 l/m2s und besonders bevorzugt höchstens 15 l/m2s betragen. Bei Luftdurchlässigkeit über 500 l/m2s ist das Vlies so porös, dass trotz anschließender Imprägnierung und Sperrstrichbeschichtung der sehr spröde und harte Grundlack zur Bindung des Schleifmittels in den Schleifmittelträger eindringt und zu einer Versprödung führt.
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Vorzugsweise wird das Vlies mittels eines Thermokalanders verdichtet. Liniendruck und Walzentemperatur werden je nach verwendetem Polymer, Faserdurchmesser und Vliesdicke so eingestellt, dass die vorstehend angegebene Luftdurchlässigkeit erreicht wird.
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Durch die Auswahl der geeigneten Fasern im Zusammenspiel mit den geeigneten Herstellparametern werden somit Vliese erhalten, die sich durch ihre außerordentlich hohe Gleichmäßigkeit auszeichnen. Auf solche Weise hergestellte Vliese besitzen vor ihrer Imprägnierung eine Flächenmasse von 20 g/m2–300 g/m2, bevorzugt von 30 g/m2–200 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit von 5–500 l/m2s, bevorzugt von 5 l/m2s–100 l/m2s, eine Dicke von 0,02 mm–2,0 mm, bevorzugt von 0,03 mm–1,5 mm und eine Opazität von kleiner 70%, bevorzugt von kleiner 65%.
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Wie bereits beschrieben, zeichnet sich das Vlies für den erfindungsgemäßen Schleifmittelträger durch seine außerordentliche Gleichmäßigkeit aus. Diese Gleichmäßigkeit drückt sich in einer sehr geringen Schwankungsbreite der Flächenmasse und der Dicke aus. Der Variationskoeffizient für die Flächenmasse ist kleiner als 1,8%, bevorzugt kleiner als 1,7% und der Variationskoeffizient für die Dicke ist kleiner als 1,9%, bevorzugt kleiner als 1,8%.
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Der Variationskoeffizient berechnet sich nach folgender Formel: Variationskoeffizient [%] = 100 × Standardabweichung/Mittelwert
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Mittelwert und Standardabweichung werden an Hand von 20 Einzelmessungen an einem DIN A4 großen Muster berechnet.
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Anschließend wird das Vlies für den erfindungsgemäßen Schleifmittelträger imprägniert. Dabei wird das Vlies entweder durch zum Beispiel Tauchimprägnieren vollständig mit dem Imprägniermittel durchtränkt oder das Imprägniermittel wird zum Beispiel mittels Walzen-, Sprüh- oder Schaumauftrag auf eine oder beide Seiten aufgebracht. Die Imprägnierung ist notwendig, um die Porosität des erfindungsgemäßen Schleifmittelträgers so weit zu verringern, dass später aufgebrachte Beschichtungen nicht oder nur sehr gering eindringen können. Des Weiteren kann die Imprägnierung als Haftvermittler zwischen dem Schleifmittelträger und dem Grundlack dienen. Außerdem kann durch Auswahl der geeigneten Imprägnierung die benötigte Reißfestigkeit, Flexibilität und Spaltfestigkeit eingestellt werden. Bei einem beidseitigen Auftrag können beide Seiten mit dem gleichen Imprägniermittel behandelt werden, es können jedoch auch ohne weiteres für jede Seite unterschiedliche Imprägniermittel verwendet werden. So kann zum Beispiel die eine Seite mit einem Imprägniermittel behandelt werden, das die Oberfläche besonders gut abdichtet und gleichzeitig als Haftvermittler für den später aufgebrachten Grundlack dient, während die andere Seite ein Imprägniermittel erhält, dass sich durch einen hohen Reibungskoeffizienten auszeichnet, damit das Schleifmittel bei der Anwendung nicht so leicht von der Hand bzw. der Schleifmaschine rutscht.
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Geeignete Imprägniermittel sind Polymerdispersionen, Polymerlösungen oder Mischungen daraus. Als Polymerdispersionen kommen z. B. wässrige Dispersionen aus Acrylsäureestern, Polyvinylacetat, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Acrylsäureester-Styrol-Copolymere, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Styrol-Butadien-Kautschuk, Phenolharz, Epoxydharz, Naturkautschuk oder Mischungen daraus in Frage.
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Geeignete Polymerlösungen sind z. B. Polyvinylalkohol in Wasser, Stärke in Wasser, Melamin-Formaldehyd-Harz in Wasser, Harnstoff-Formaldehyd-Harz, Phenolharze in Methanol, Epoxidharze in Methanol oder Mischungen daraus.
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Die Imprägniemittelmenge liegt zwischen 5 Gew.% und 70 Gew.%, bevorzugt zwischen 5 Gew.% und 60 Gew.% des trockenen Imprägniermittels bezogen auf das Gewicht des zu imprägnierenden Vlieses.
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In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schleifmittelträgers ist auf wenigstens einer Seite ein Sperrstrich aufgetragen. Geeignete Beschichtungsverfahren sind zum Beispiel Rollrakel, Messerrakel, Luftbürste oder Walzenauftrag.
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Der Sperrstrich dichtet den Schleifmittelträger noch zusätzlich ab und verhindert so, dass der später aufgebrachte Grundlack in den Schleifmittelträger eindringen kann und zu einer Versprödung führt. Außerdem wirkt der Sperrstrich als Haftvermittler zwischen dem Schleifmittelträger und dem Grundlack.
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Der Sperrstrich kann beispielsweise durch Aufbringen einer wässrige Dispersion auf der Basis Acrylsäureestern, Polyvinylacetat, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Acrylsäureester-Styrol-Copolymere, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Styrol-Butadien-Kautschuk, Phenolharz, Epoxydharz, Naturkautschuk oder Mischungen daraus auf den erfindungsgemäßen Schleifmittelträger hergestellt werden. Die Auftragsmenge nach dem Trocknen beträgt 5–40 g/m2, bevorzugt 5–30 g/m2.
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Sowohl dem Imprägniermittel als auch dem Sperrstrich können noch verschiedene Additive und/oder Füllstoffe zugegeben werden. Beispiele für Additive sind Farben, Vernetzer, Hydrophobierungsmittel, Oleophobierungsmittel, Hydrophilierungsmittel oder Mischungen daraus. Als Füllstoffe kann z. B. Kaolin, Titandioxid, Talkum, Kalziumkarbonat, Siliziumdioxid, Bentonite oder Mischungen daraus eingesetzt werden.
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Wie bereits ausgeführt, kann der erfindungsgemäße Schleifmittelträger zur Steigerung der Oberflächenglätte und der Flexibilität kalandriert werden. Bevorzugt läuft das imprägnierte Vlies dabei durch den Spalt eines Walzenpaares bestehend aus einer Stahl- und einer Gummiwalze mit einem Spaltdruck von 30 bis 300 N/mm, bevorzugt von 50 bis 300 N/mm. Das imprägnierte Vlies wird in der Weise dem Kalander zugeführt, dass die Seite, die später besandet werden soll, mit der Stahlwalze in Berührung kommt. Die Kalandertemperatur liegt zwischen 20° und 80°C, bevorzugt zwischen 50°C und 70°C.
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Der erfindungsgemäße Schleifmittelträger ohne Sperrstrichbeschichtung hat vorzugsweise eine Flächenmasse von 22–480 g/m2, besonders bevorzugt von 33–320 g/m2, eine Dicke von 0,02 mm–2,0 mm, besonders bevorzugt von 0,03 mm–1,5 mm, eine Luftdurchlässigkeit von höchstens 80 l/m2s, besonders bevorzugt von höchstens 15 l/m2s, eine Opazität von kleiner 65%, besonders bevorzugt von kleiner 55%, einen Variationskoeffizienten für die Flächenmasse von kleiner als 2,1%, besonders bevorzugt kleiner als 1,9% und einen Variationskoeffizient für die Dicke von kleiner als 1,8%, besonders bevorzugt kleiner als 1,7%.
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Der erfindungsgemäße Schleifmittelträger mit Sperrstrichbeschichtung hat vorzugsweise eine Flächenmasse von 27 g/m2–520 g/m2, besonders bevorzugt von 38 g/m2–360 g/m2, eine Dicke von 0,02 mm–2,0 mm, besonders bevorzugt von 0,03 mm–1,5 mm, eine Luftdurchlässigkeit von höchstens 15 l/m2, besonders bevorzugt von höchsten 5 l/m2, eine Opazität von kleiner 65%, besonders bevorzugt von kleiner 55%, einen Variationskoeffizienten für die Flächenmasse von kleiner als 1,8%, besonders bevorzugt kleiner als 1,7% und einen Variationskoeffizient für die Dicke von kleiner als 1,8%, besonders bevorzugt kleiner als 1,7%.
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Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel besteht aus einem nassgelegten Vlies aus 100% Synthesefasern, das im nicht imprägnierten Zustand eine Flächenmasse von 95 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit von 8 l/m2s, eine Dicke von 0,106 mm, eine Opazität von 63,5%, sowie einen Variationskoeffizienten für die Flächenmasse von 1,70% und für die Dicke von 1,85% hat. Dieses Vlies wurde mit einer Styrol – Butadien – Dispersion mittels Tauchbadimprägnierung imprägniert und getrocknet. Der Anteil des getrockneten Imprägniermittels betrug 8% bezogen auf das nichtimprägnierte Vlies. Auf die glattere Seite des imprägnierten Vlieses wurde anschließend eine Sperrbeschichtung mittels Luftbürstenauftrags aufgebracht. Die Beschichtung bestand aus einer Mischung Styrol-Butadien-Dispersion und Acrylsäureester-Styrol-Copolymer und betrug 12 g/m2 nach Trocknung. Schließlich wurde das imprägnierte und beschichtete Vlies zwischen einer Stahlwalze und einer Gummiwalze bei 50°C und 200 N/mm Liniendruck kalandriert, wobei die mit dem Sperrstrich beschichtete Seite zur Stahlwalze zeigte. Der so hergestellte erfindungsgemäße Schleifmittelträger hatte eine Flächenmasse von 115 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit 0 l/m2s, eine Dicke von 0,112 mm, eine Opazität von 54,4%, sowie einen Variationskoeffizienten für die Flächenmasse von 1,75% und für die Dicke von 1,80%.
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Zur Herstellung eines Schleifartikels wird der erfindungsgemäße Schleifmittelträger noch besandet. Unter Besanden versteht man das Aufbringen eines Grundlacks auf den erfindungsgemäßen Schleifmittelträger, das anschließende Aufstreuen des Schleifmittels, das Trocknen des Grundlacks, das Aufbringen eines Decklacks auf das Schleifmittel und die endgültige Trocknung des Decklacks. Der Grundlack besteht z. B. aus Epoxidharz, Phenolharz, Alkydharz, Ureaharz oder Mischungen daraus. Die Harze werden in einem geeigneten Lösemittel dispergiert oder gelöst und auf den erfindungsgemäßen Schleifmittelträger aufgetragen. Besitzt der erfindungsgemäße Schleifmittelträger einen Sperrstrich, so wird der Grundlack auf dem Sperrstrich aufgebracht. Das Schleifmittel wird dann auf den noch nassen Grundlack aufgestreut, wobei die einzelnen Körner durch elektrostatische Vorrichtungen auf dem erfindungsgemäßen Schleifmittelträger optimal ausgerichtet werden. Anschließend läuft der mit dem nassen Grundlack und dem darauf haftenden Schleifkörnern beschichtete Schleifmittelträger in einen Trockenofen, in dem der Grundlack getrocknet wird. Nach der Trocknung erfolgt die Beschichtung des Schleifmittels mit dem Decklack. Der Decklack ist für gewöhnlich ein hartes, duroplastisch härtendes Harz, das das Schleifmittel zusätzlich verankert. Abgeschlossen wird die Besandung durch das Aushärten des Decklackes. Anwendung findet der aus dem erfindungsgemäßen Schleifmittelträger hergestellte Schleifartikel als zum Beispiel Schleifscheiben, Schleifbänder und Schleifblätter.
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Prüfmethoden
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Flächenmasse nach DIN EN ISO 536 an kreisförmigen Proben mit einem Durchmesser von 25 mm Durchmesser. Zur Bestimmung des Variationskoeffizienten wurden 20 Messungen pro DIN A4 – Muster durchgeführt.
- Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237 bei 200 Pa Druckdifferenz
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Dicke nach DIN EN ISO 534 mit 20 N Auflagedruck und einer Messfläche von 200 mm2. Zur Bestimmung des Variationskoeffizienten wurden 20 Messungen pro DIN A4 – Muster durchgeführt.
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Opazität nach ISO 2471, Gerät Elrepho 3300, Messgeometrie d/0 mit Glanzfalle, Lichtart C/2°, Messblende 34 mm. Die Opazität ist der Mittelwert von 10 Messung pro DIN A4 – Muster.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 161748 A1 [0004]
- US 7497884 B1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 9237 [0014]
- DIN A4 [0019]
- DIN EN ISO 536 [0033]
- DIN A4 [0033]
- DIN EN ISO 9237 [0033]
- DIN EN ISO 534 [0034]
- DIN A4 [0034]
- ISO 2471 [0035]
- DIN A4 [0035]