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Die Erfindung betrifft einen Schleifartikel zum schleifenden Bearbeiten eines Werkstücks sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Stand der Technik
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Schleifartikel des Stands der Technik weisen typischerweise Schleifartikelunterlagen aus Papier, Gewebe aus Baumwolle oder Polyester, Polyesterfolien oder dergleichen auf. Eine derartige Schleifartikelunterlage ist beispielsweise aus
DE 50 2011 008 612 A1 bekannt.
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In der Anwendung beim Handschliff werden derartige Schleifartikel typischerweise gefaltet, sodass ein doppelseitiges Schleifmittel erhalten wird, welches aufgrund der nun beidseitig angeordneten Schleifkörner bei der Anwendung vorteilhafte Anti-Rutsch-Eigenschaften gegenüber der menschlichen Hand erzeugt.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Rückseite eines Schleifartikels mit einer Anti-Rutsch-Schicht zu versehen, um die ansonsten in unbehandelter Form schlechten Haftreibungseigenschaften der rückseitig aufeinanderliegenden Schleifartikelunterlage zu verbessern, sodass Scherkräfte des Anwenders besser auf ein zu bearbeitendes Werkstück übertragen werden.
US 9,381,619 B2 schlägt beispielsweise eine rutschfeste Beschichtung auf der Rückseite des Schleifartikels vor, die eine raue oder zufällig strukturierte Oberfläche umfasst und so konfiguriert ist, dass die Rückseiten beim rückseitigen Aufeinanderliegen aneinanderbinden.
US 10,377,018 B2 schlägt ferner vor, die Anti-Rutsch-Schicht mit einem Harz zu realisieren, das ein amorphes Kohlenwasserstoffpolymer oder -copolymer oder eine Mischung davon umfasst, und eine wirksame Menge eines klebrig machenden Harzes umfasst. Das klebrig machende Harz führt beim rückseitigen Zusammenfalten des Schleifmittels zu einer erhöhten Haftreibung, die die Übertragung einer manuell eingebrachten Scherkraft auf die Vorderseite verbessert. Ferner wird bei einseitiger Anwendung des Schleifartikels eine Haftreibung zur menschlichen Hand oder zu Handschuhen erhöht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Schleifartikel zum schleifenden Bearbeiten eines Werkstücks, der zumindest eine Schleifartikelunterlage und auf einer Vorderseite der Schleifartikelunterlage angeordnete Schleifkörner umfasst. Erfindungsgemäß weist der Schleifartikel, insbesondere die Schleifartikelunterlage, auf der Rückseite eine Anti-Rutsch-Schicht auf, die mittels eines Bindemittels auf der Rückseite fixiertes Granulat umfasst.
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Bei dem Schleifartikel handelt es sich insbesondere um einen beschichteten Schleifartikel. Der Schleifartikel umfasst dabei eine, insbesondere flexible, Unterlage - die Schleifartikelunterlage. Die Schleifartikelunterlage dient dazu, dem hergestellten Schleifartikel gewünschte Eigenschaften hinsichtlich Stabilität, Gewicht, Robustheit oder dergleichen zu geben. Die Schleifartikelunterlage kann insbesondere Papier, Pappe, Vulkanfiber, Schaumstoff, einen Kunststoff, ein textiles Gebilde, insbesondere ein Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflecht, Vlies, oder einer Kombination dieser Materialien, insbesondere Papier und Gewebe, in einer oder mehreren Schichten, umfassen. Die Schleifartikelunterlage verleiht dem Schleifartikel ferner hinsichtlich Haftung, Dehnung, Reiss- und Zugfestigkeit, Flexibilität und Stabilität spezifische Eigenschaften. Bei einem beschichteten Schleifartikel haften die Schleifkörner insbesondere mittels eines Grundbinders auf zumindest einer Seite - hier mit „Vorderseite“ der Schleifartikelunterlage bezeichnet. Mit dem Grundbinder werden die Schleifkörner insbesondere in der gewünschten Stellung und Verteilung auf der Schleifartikelunterlage fixiert. In einem Ausführungsbeispiel sind die Schleifkörner aus einem natürlichen Material, wie beispielsweise einem Flint, einem Quarz, einem natürlichen Korund, einem Schmirgel, einem Granat, einem Naturdiamanten oder dergleichen, und/oder aus einem synthetischen Material, wie beispielsweise einem synthetischen Korund, einem Siliziumcarbid, einem Zirkonkorund, einem kubischen Bornitrid, einem synthetischen Diamanten oder dergleichen, oder einer Kombination davon ausgebildet. Insbesondere können die Schleifkörner auch aus einer Oxidkeramik wie beispielsweise Aluminiumoxid ausgebildet sein. Der Schleifartikel kann prinzipiell in unterschiedlichen Konfektionsformen vorliegen, zum Beispiel als Schleifscheibe oder als Schleifband, als Bogen, Rolle oder Streifen. Insbesondere ist der Schleifartikel zur Anwendung im Handschliff vorgesehen.
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Unter „Rückseite“ des Schleifartikels, insbesondere der Schleifartikelunterlage, ist die der Vorderseite rückseitig gegenüberliegende zweite Hauptfläche der im Wesentlichen planen Schleifartikelunterlage zu verstehen. Die Rückseite verläuft dabei im Wesentlichen parallel zur Vorderseite. Die Rückseite des Schleifartikels ist dazu vorgesehen, bei rückseitig umgefaltetem Schleifartikel auf sich selbst zu liegen zu kommen. Dabei trifft Anti-Rutsch-Schicht rückseitig auf Anti-Rutsch-Schicht, wobei eine besonders gute Haftreibung beider sich berührender Schleifartikelbereiche gegenüber einander entsteht. Diese gute Haftreibung basiert auf mechanischer Interaktion von einer Vielzahl an Granulatpartikeln, die auf den sich berührenden Anti-Rutsch-Schichten vorgesehen sind.
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Die „Anti-Rutsch-Schicht“ ist erfindungsgemäß als eine Schicht aus mittels eines Bindemittels auf der Rückseite des Schleifartikels fixiertem Granulat realisiert. In einer Ausführungsform ist die Anti-Rutsch-Schicht unmittelbar als eine Schicht aus mittels eines Bindemittels auf der Rückseite der Schleifartikelunterlage fixiertem Granulat realisiert. Alternativ ist denkbar, eine weitere Schicht, beispielsweise aus Schaumgummi oder elastischem Klebstoff, zwischen der Anti-Rutsch-Schicht und der Schleifartikelunterlage anzuordnen. In einer Ausführungsform des Schleifartikels ist das Bindemittel ein Bindemittel auf Basis von Harnstoffharz, Phenolharz, Melaminharz, Polyesterharz, Furanharz, Epoxid, Polyethylen, Polyurethan, Polypropylen, Polyester, Polyamid, Polycarbonat, Styrol-Butadien-Kautschuk, Acrylat, Ethylenvinylacetat, Zweikomponenten-Polyurethan-Harz, Epoxidharz oder ein mittels UV-Licht härtbares Harz oder eine Polymerdispersion, insbesondere eine SBR-, EVA-, PU-, Acrylat-, PVA-, oder Polyvinylbutyral-Polymerdispersion, oder eine Mischungen davon ist. Das Granulat wird, mit dem Bindemittel in einer Zubereitung vermengt, auf die Rückseite des Schleifmittels aufgetragen. Dabei kann das Bindemittel insbesondere ein Verdünnungs-, Dispersions- oder Lösungsmittel wie Wasser enthalten, das während eines der Auftragung nachfolgenden Trocknungsvorgangs verdunstet, sodass die im Bindemittel enthaltenen Granulatpartikel zumindest teilweise frei werden (aus der Bindemittelschicht herausragen).
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Das in der Anti-Rutsch-Schicht vorgesehene Granulat führt bei einem rückseitigen Zusammenfalten des Schleifartikels zu einer mechanischen Interaktion von aufeinander zu liegen kommender Anti-Rutsch-Schicht, mit der sich Nachteile des Standes der Technik überwinden lassen. So sind die aus dem Stand der Technik bekannten Anti-Rutsch-Schichten anfällig gegenüber Schleifstaub, welcher während eines Schleifprozesses auf der Rückseite des Schleifartikels anhaftet und dort als Gleitmittel wirkt. Dieses Anhaften tritt besonders bei solchen Anti-Rutsch-Schichten auf, die zur Erhöhung einer Haftreibung ein klebrig machendes Harz umfassen. Folglich vermindert der sich auf der Anti-Rutsch-Schicht anhaftende Schleifstaub - je nach Beschaffenheit des Schleifstaubs - die Wirkung der Antirutsch-Schicht oder hebt diese ganz auf. Ebenfalls tragen versehentlich auf die Anti-Rutsch-Schicht aufgebrachte Öle oder Fette (beispielsweise von eingecremten Händen) zur Verminderung der Wirkung der Anti-Rutsch-Schicht bei. Auch ein in der Anti-Rutsch-Schicht des Standes der Technik verwendetes Polymer oder die Zusammensetzung der Anti-Rutsch-Schicht ist - je nach Typ - einer mehr oder minder starken chemischen Alterung unterworfen, wodurch die Wirkung der Haftreibung der Anti-Rutsch-Schicht, beispielsweise durch Oxidationsprozesse mit Luftsauerstoff oder durch Migration beigemischter Polymere ins Papier der Schleifartikelunterlage, im Laufe der Lagerzeit degradiert.
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Die erfindungsgemäße Anti-Rutsch-Schicht basiert nicht - wie der Stand der Technik - auf Oberflächeneffekten eines Kunststoffs, sondern auf einer mechanisch erzeugten Haftreibung auf Grund einer gezielt rau hergestellten Oberfläche der Rückseite des Schleifartikels. Folglich kann auch der Nachteil des Standes der Technik einer nachlassenden Wirkung in der Haftreibung durch Anhaftung von Schleifstaub und/oder durch Alterung der Anti-Rutsch-Schicht überwunden werden. Die Wirkung in der Haftreibung der rauen Oberfläche wird durch sich anhaftenden Schleifstaub wesentlich weniger beeinflusst, als dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Ferner ist die erfindungsgemäße Anti-Rutsch-Schicht auch resistent gegenüber Aufbringen von Ölen und Fetten und weist eine erhöhte Langzeitstabilität, insbesondere eine erhöhte Lagerstabilität, auf. Ferner führt die mechanische Interaktion von aufeinander zu liegen kommenden Anti-Rutsch-Schichten zu einer besonders guten Übertragung der von einem Benutzer auf das Schleifpapier ausgeübten Scherkräfte auf ein zu bearbeitendes Werkstück. Es sei angemerkt, dass auf Grund der zufälligen Verteilung des Granulats auf der Rückseite eine besonders gute Verzahnung von ineinander in Eingriff stehenden Partikeln erreicht wird, wobei ein „freier Rutschweg“ auf nahezu Null reduziert wird.
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In einer Ausführungsform des Schleifartikels ist das Granulat als ein Kunststoffgranulat, insbesondere aus gemahlenem Polyurethanschaum oder Gummi (beispielsweise EPDM-, PVC-, PE-, PP-, PS-, EVA-Granulat), und/oder als anorganisches Granulat, beispielsweise aus Talk, realisiert. Ein Granulat stellt dabei ein technisch besonders einfach und kostengünstig herzustellendes Medium dar. Insbesondere weist ein Granulat aus Kunststoff eine geringere Härte im Vergleich zu konventionellen Schleifkörnern auf, sodass auch ein längerer reibender Kontakt mit der menschlichen Haut nicht zu Hautirritationen (Abrieberscheinungen) führt. Ferner kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass das Granulat nicht das zu bearbeitende Werkstück beschädigt. Gemahlener Schaum, beispielsweise gemahlener Polyurethanschaum, insbesondere gemahlener Hartschaum, eignet sich als Granulat, da es einen hohen Anteil an abstehenden Elementen aufweist („Krähenfüsse“), die besonders gut ineinander verzahnen können. Granulat aus Autoreifenmaterial weist hingegen materialintrinsisch besonders gute Haftreibungseigenschaften auf. Insbesondere Granulatmischungen aus gemahlenem PolyurethanSchaum und gemahlenen Reifen eignen sich auf Grund der kombinierten vorteilhaften Effekte. Granulat aus anorganischem Material kann hingegen besonders umweltfreundlich sein.
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In einer Ausführungsform des Schleifartikels weist das Granulat eine mittlere Partikelgröße zwischen 30 µm und 1 mm, insbesondere zwischen 70 µm und 500 µm, ganz insbesondere zwischen 120 µm und 250 µm auf. Insbesondere lassen sich unterschiedliche Partikelgrößen des Granulats verwenden, um eine unterschiedliche Ausprägung in der Wirkung der Haftreibung zu erzielen und derart gezielt die Haptik zu beeinflussen. Es sei angemerkt, dass der Schleifartikel ferner ungewollten Mahlstaub mit Partikelgrößen deutlich unter 30 µm aufweisen kann - dieser ist nicht von obiger Partikelgrößendefinition umfasst.
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In einer Ausführungsform des Schleifartikels weist das Granulat eine mittlere Schüttdichte zwischen 100 kg/m3 und 1000 kg/m3, insbesondere zwischen 200 kg/ m3 und 800 kg/m3, ganz insbesondere zwischen 400 kg/m3 und 600 kg/m3 auf. In einer Ausführungsform des Schleifartikels weist die Anti-Rutsch-Schicht eine mittlere Dicke zwischen 10 µm und 500 µm, insbesondere zwischen 20 µm und 200 µm, ganz insbesondere zwischen 40 µm und 80 µm auf.
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In einer Ausführungsform des Schleifartikels weist die Anti-Rutsch-Schicht auf sich selbst zurückgefaltet einen Haftreibungskoeffizienten von mehr als 0,5, insbesondere von mehr als 0,7, ganz insbesondere von mehr als 1,0 auf. Der Haftreibungskoeffizient kann insbesondere als der Tangens desjenigen Winkels ermittelt werden, der für den Fall gemessen wird, dass zwei aufeinanderliegende erfindungsgemäß beschichtete Flächen gerade zu rutschen beginnen. Der Haftreibungskoeffizient von Papier auf Papier beträgt beispielsweise 0,28. Der Haftreibungskoeffizient kann insbesondere durch Wahl des Materials des Granulats und/oder durch Wahl des Bindemittels beeinflusst werden.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifartikels vorgeschlagen, umfassend die Verfahrensschritte
- - Bereitstellen einer Schleifartikelunterlage,
- - Beschichten der Vorderseite der Schleifartikelunterlage mit Schleifkörnern, indem Schleifkörner unter Verwendung eines Bindemittels auf der Vorderseite der Schleifartikelunterlage fixiert werden,
- - Beschichten der Rückseite des Schleifartikels, insbesondere der Rückseite der Schleifartikelunterlage, mit einer Anti-Rutsch-Schicht, indem Kunststoffgranulat unter Verwendung eines Bindemittels auf der Rückseite des Schleifartikels, insbesondere der Schleifartikelunterlage, fixiert wird.
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Die Reihenfolge der Verfahrensschritte „Beschichten der Vorderseite“ und „Beschichten der Rückseite“ ist dabei grundsätzlich beliebig.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Beschichten der Rückseite ein Bindemittel verwendet, das ein Verdünnungs-, Dispersions- oder Lösungsmittel enthält. Das Verdünnungsmittel kann während des Trocknungsvorgangs verdunsten, sodass auf diese Weise die im Bindemittel eingebrachten Granulatpartikel freigelegt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird Polyurethanschaum-Granulat in einer Basis-Polymerdispersion verteilt. Die Basis-Polymerdispersion kann dabei beispielsweise eine wässrige Dispersion eines SBR-, Acrylat-, EVA- oder Polyurethantyps sein. Diese Formulierung wird auf die in Form einer Warenbahn bereitgestellte Schleifartikelunterlage aufgetragen (beispielsweise aufgerakelt) und anschliessend getrocknet. Dabei verdunstet das in der Dispersion enthaltene Wasser, wodurch die Polyurethan-Granulatpartikel aus der gebildeten Anti-Rutsch-Schicht herausragen und somit eine raue Oberfläche erzeugen, die im fertigen Schleifmittel die erfindungsgemäße mechanische Anti-Rutsch-Wirkung entfalten.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Beschichten auf die Rückseite des Schleifartikels, insbesondere auf die Rückseite der Schleifunterlage, eine das Granulat und das Bindemittel umfassende Formulierung aufgetragen. Vorteilhaft kann die Formulierung auch ein Benetzungsmittel umfassen, das dazu dient, dass die in der Formulierung enthaltenen Granulatpartikel von dem Bindemittel optimal benetzt werden. Auf diese Weise kann ferner ein Aufstauen der Granulatpartikel beim Auftrag verhindert werden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Formulierung mittels eines Rakels oder einer Walze aufgetragen. Dabei ist die Formulierung durch Rheologieadditive ausreichend viskos einzustellen, sodass es nicht zu einem Aufstauen von Granulatpartikeln am Auftragswerk kommt. Alternativ wird beim Beschichten auf die Rückseite des Schleifartikels, insbesondere der Schleifunterlage, zunächst ein Bindemittel auf die Rückseite des Schleifartikels, insbesondere der Schleifunterlage, aufgetragen, die anschließend mit Granulat bestreut wird.
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Es sei angemerkt, dass hinter dem Auftragswerk ferner eine mitlaufende Walze nachgeschaltet werden kann, die durch ihr Abrollen auf der noch feuchten Anti-Rutsch-Schicht ein Sekundärmuster entstehen lässt, welches ebenfalls vorteilhafte haptische Eigenschaften aufweist.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Elemente.
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Es zeigen:
- 1a-c Ausschnitte aus je einer schematischen Schnittdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schleifartikels;
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schleifartikels.
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1a-c zeigen einen Ausschnitt aus einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifartikels 10 mit Schleifkörnern 12 in einer schematischen Schnittdarstellung. Die Figuren a und b zeigen den Schleifartikel 10 jeweils in unterschiedlichen Fertigungsstadien. 1a zeigt den Schleifartikel 10 in frisch beschichtetem Zustand, 1b in getrocknetem Zustand (vgl. auch Ausführungen zu 2). 1c zeigt den Schleifartikel 10 in umgefaltetem Zustand, wie er typischerweise bei einem Handschliff genutzt wird.
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Der Schleifartikel 10 ist in der dargestellten Ausführungsform ein beschichteter Schleifartikel 10 mit einer Schleifartikelunterlage 14, auf der auf einer Vorderseite 16 die Schleifkörner 12 angeordnet sind. Die Schleifartikelunterlage 14 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Papierschicht. Die Schleifartikelunterlage 14 weist eine Dicke von 120 µm auf und dient derart als flexible Unterlage für die Schleifkörner 12. Die Schleifkörner 12 sind mittels eines Grundbinders 18, zum Beispiel aus Phenolharz oder Harnstoffharz, auf der Vorderseite 16 der Schleifartikelunterlage 14 befestigt. Die Schicht aus Grundbinder 18 und Schleifkörnern 12 ist mit einem Deckbinder 20, zum Beispiel ebenfalls aus Phenolharz oder Harnstoffharz, beschichtet.
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Der Schleifartikel 10 weist eine Rückseite 22 auf, die mit einer Anti-Rutsch-Schicht 24 beschichtet ist. Die Anti-Rutschschicht 24 umfasst ein Bindemittel 26, in dem ein Granulat 28 aus Polyurethanschaum fixiert ist. Das Bindemittel 26 ist beispielhaft als ein Polyurethan-Binder gewählt. Das Granulat weist hier exemplarisch eine mittlere Partikelgröße von 180 µm mit einer mittleren Schüttdichte von 150 g/cm3 auf. Die Anti-Rutsch-Schicht 24 hat im getrockneten Zustand eine mittlere Dicke von 40 µm.
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Der Schleifartikel 10 ist dazu vorgesehen, an einer Faltstelle 30 rückseitig umgefaltet - wie es in 1c gezeigt ist - auf sich selbst zu liegen zu kommen. Dabei trifft folglich Anti-Rutsch-Schicht 24 rückseitig auf Anti-Rutsch-Schicht 24 trifft, sodass eine besonders gute Haftreibung beider aufeinander liegender Schleifartikelbereiche gegenüber einander entsteht. Die Haftreibung entsteht auf Grund mechanischer Verzahnung 32 von einer Vielzahl an Partikeln des Granulats 28. Ein dabei ermittelter Haftreibungskoeffizient beträgt 1,1.
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2 zeigt ein Verfahrensdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung des Schleifartikels 10:
- - Verfahrensschritt 110: Bereitstellen einer Schleifartikelunterlage 14, beispielsweise mit einer Dicke von 120 µm;
- - Verfahrensschritt 120: Beschichten der Vorderseite 16 der Schleifartikelunterlage 14 mit einer ersten Bindemittelschicht, dem Grundbinder 18, beispielsweise basierend auf Harnstoffharz mit einer Bedeckung von 45 g/m2;
- - Verfahrensschritt 130: elektrostatisches oder mechanisches Bestreuen der mit Grundbinder 18 beschichteten Schleifartikelunterlage 14 mit Schleifkörnern 12, beispielsweise bestehend aus Braunkorund der Körnung P80, mit einer Bedeckung von 250 g/m2;
- - Verfahrensschritt 140: Härten der beschichteten und bestreuten Schleifartikelunterlage 12 im Hangtrockner für ca. 30 min bei ca. 80 °C;
- - Verfahrensschritt 150: Beschichten der beschichteten und bestreuten sowie getrockneten Schleifartikelunterlage 12 mit einer zweiten Bindemittelschicht, dem Deckbinder 20, beispielsweise basierend auf Harnstoffharz mit einer Bedeckung von 250 g/m2;
- - Verfahrensschritt 160: Härten des derart erzeugten Schleifartikels 12 im Hangtrockner für ca. 45 min bei ca. 80 °C;
- - Verfahrensschritt 170: Beschichten der Rückseite 22 der Schleifartikelunterlage 14 mit einer Anti-Rutsch-Schicht 24, wobei die Anti-Rutsch-Schicht 24 aus einer Formulierung umfassend Granulat 28, Bindemittel 26, Benetzungsmittel sowie Dispersionsmittel mittels eines Rakels auf der Rückseite 22 der Schleifartikelunterlage 14 aufgetragen wird - dieser frisch beschichtete Zustand ist 1a gezeigt;
- - Verfahrensschritt 180: Härten und Trocknen der mit Anti-Rutsch-Schicht 24 beschichteten Schleifartikelunterlage 12 im Flachtrockner für 1 min bei ca. 140 °C; dabei verdunstet das Dispersionmittel der Formulierung, sodass die im Bindemittel 26 eingebrachten Partikel des Granulats 28 freigelegt werden - dies ist in 1b gezeigt;
- - Verfahrensschritt 190: Nachhärten des Schleifartikels für ca. 24 Stunden bei ca. 80 °C.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 502011008612 A1 [0002]
- US 9381619 B2 [0004]
- US 10377018 B2 [0004]
