DE2001612C3

DE2001612C3 - Bindemittel für flexible Schleifvorrichtungen

Info

Publication number: DE2001612C3
Application number: DE19702001612
Authority: DE
Inventors: Joachim 3012 Langenhagen Ellerkamp
Original assignee: VEREINIGTE SCHMIRGEL- und MASCHINEN-FABRIKEN AG 3000 HANNOVER DE
Current assignee: VEREINIGTE SCHMIRGEL- und MASCHINEN-FABRIKEN AG 3000 HANNOVER DE
Priority date: 1970-01-15
Filing date: 1970-01-15
Publication date: 1982-10-21
Also published as: GB1334865A; DE2001612B2; FR2075566A5; CH544143A; DE2001612A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bindemittel für flexible Schleifvorrichtungen.

Die US-PS 34 13 106 befaßt sich mit einem Gleitmittel zur Beschichtung der Rückseite eines Schleifbandes. Das Gleitmittel besteht dabei aus verschiedenen Wachsgemischen, z. B. Paraffin-Wachsen und Alkydharz, um die Reibung der Rückseite des Schleifbandes auf dem Schleifschuh der Schleifmaschine zu vermindem.

Die US-PS 28 81 065 offenbart ein Schleif- oder Poliermittel in Form eines Bandes unter Verwendung von Polyurethan mit eingelagertem Korn und Zusätzen von Siliconöl, Graphit, Wachs, Molybdänsulfid oder Schwefel. Diese Stoffe sollen einzig und allein mit dem Ziel eingesetzt werden, die Gleiteigenschaften des Schleif- oder Polierbandes zu verbessern.

Die US-PS 32 82 65 hat eine chemische Verbindung zur Reinigung und Schmierung der aktiven Rächen von Schleifmitteln zum Gegenstand. Dabei werden bestimmte Fette, Petroleum sowie leichtflüchtiges Trichlorethylen verwendet, um Metalloberflächen von Schleifstaub oder ähnlichen Materialien zu reinigen. Eine Erhöhung der Schleifleistung und Standzeit wird «5 dort weder angestrebt noch überhaupt erreicht.

Durch die US-PS 32 56 076 werden flexible Schleifmittel mit erhöhter Schleifleistung durch Nachbeschichtung mit verschiedenen Polymeren beschrieben. Die Polymere bestehen dabei aus Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Copolymeren mit Vinylacetat. Dabei wird die Verhinderung des Verschweißens der abgetragenen Metallteilchen mit den Schleifkörnern, keineswegs jedoch eine Erhöhung der Standzeit und Optimierung der Schleifleistung erstrebt. Überdies ist die Schleifleistung derartiger Schleifmittel relativ gering.

Die GB-PS 11 24 683 befaßt sich mit Polymer- und Harzzusammensetzungen, welche durch Zusatz verschiedenster organischer Halogenverbindungen flammenhemmende Eigenschaften erhalten sollen.

Die gleichen Überlegungen gelten für die GB-PS 11 58 163, die sich ebenfalls mit Polymerverbindungen zum Zwecke der Brandverhütung befaßt.

Die GB-PS 5 76 330 befaßt sich mit festen Schleifscheiben, die chlorhaltige Glykolderivate als Plastifizierungs- und Härtungsmittel in Novolak-Hexamethylentetramin-Gemischen enthalten. Die organischen Halogenverbindungen spalten bei den Härtungstemperaturen in der Preßform Halogenwasserstoffsäure ab und lösen damit den bei der Herstellung der festen Scheiben erwünschten Härtungseffekt aus. In dieser Druckschrift wird die andersartige Funktion des Zusatzes organischer Halogenverbindungen in Bindemitteln für gepreßte feste Schleifscheiben besonders deutlich herausgestellt

Die FR-PS 10 15 354 schlägt vor, zur Erhöhung die Festigkeit sowie der Verbesserung der Verankerung der Schleifkörner in dem Bindemittel Zusätze auf Basis von Polyvinylacetat beizumischen.

Nach der FR-PS 10 88 373 soll die Qualität von festen Schleifscheiben dadurch verbessert werden, daß der aus Phenolharz bestehenden Bindemittelschicht vor der thermischen Behandlung ein Stoff beigegeben wird, welcher sich bei hohen Drücken oder Temperaturen zersetzt

Die GB-PS 10 10 552 schlägt vor, bei festen Schleifscheiben Zusätze von Perchlorpentacyclodecan zu verwenden. Bei diesem Stoff handelt es sich um eine sehr hoch schmelzende (485° C), nicht hygroskopische Substanz in Granulatform welche in erster Linie die Lagerstabilität der festen Schleifscheibe unter dem Einfluß der Luftfeuchtigkeit verbessern soll. Als besonders vorteilhaft wird in dieser Druckschrift der sehr hohe Schmelzpunkt von Perchlorpentacyclodecan herausgestellt. Dieser Stoff ist ein reines Forschungsprodukt und daher nur in geringen Mengen und zu exorbitanten Preisen erhältlich, so daß die industrielle Verwendung praktisch ausgeschlossen ist.

Bei dem Verfahren nach der FR-PS 10 88 373 und der GB-PS 10 10 552 handelt es sich keineswegs um flexible Schleifvorrichtungen, sondern vielmehr um Schleifscheiben, zwischen welchen ein ganz erheblicher struktureller und technologischer Unterschied besteht. Bei festen Scheiben handelt es sich um kompakte Preßmassen, die auf sukzessiven Kornausbnich konstruktiv abgestellt sind, während im Falle der flexiblen Schleifbänder oder Schleifmittel verlangt wird, daß ein Kornausbruch mit allen Mitteln verhindert wird. Der Aufbau aus Schleifkorn, Bindemittel und Zusätzen weist ebenfalls erhebliche Unterschiede auf, welche die abweichenden Funktionen beider Schleifwerkzeugen erklären. So wird vom Schleifkorn her bei festen Schleifscheiben überwiegend grobkörniges Material mit einer mittleren Korngröße von 1,5 mm und größer verwendet (Korngröße 16 und gröber), während bei flexiblen Schleifmitteln dieses grobe korn in den elektrostatischen Streuanlagen nicht verarbeitet werden kann. Ein Schleifkorn, welches gröber als Korn 16 ist, ist bei flexiblen Schleifmitteln völlig unbekannt, und es gibt dafür auch keine technischen Einsatzmöglichkeiten. Für flexible Schleifmitte' wird daher erheblich kleineres Korn, und zwar ab mittleren Durchmessern von etwa 1 bis etwa 0,01 mm (Korngröße 14 und feiner) verwendet. Das in den Beispielen der Anmeldung verwendete Korn 80 hat eine mittlere Korngröße von etwa 0,25 mm.

Der chemische Aufbau des Bindemittels basiert bei festen Schleifscheiben auf Preßmassengemischen aus Novolak und Hexamethylentetramin, denen vielfach zur Härtung in einer Preßform säureabspaltende Produkte, z. B. chlorhaltige organische Verbindungen, zugesetzt werden.

Im Gegensatz dazu können flexible Schleifmittel nur mit flüssigen Resolen aus alkalisch kondensiertem Phenol und Formaldehyd hergestellt werden. Die sauer

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kondensierten festen Novolake, wie sie als Bindemittel für gepreßte feste Schleifscheiben verwendet werden, scheiden für die Herstellung flexibler Schleifmittel völlig aus.

Die chemischen Zusätze, insbesondere chlorhaltige, organische Produkte, haben in den festen Schleifscheiben häufig eine andersgeartete Funktion, beispielsweise als Härtungskatalysator oder als Zusatz zur Verbesserung der Lagerstabilität und Schleifaktivität. Darüber hinaus können in festen Schleifscheiben nur chemische Zusätze verwendete werden, welche die Festigkeit und Stabilität der Schleifscheibe insofern nicht beeinträchtigen, als es bei Nichterfüllung dieser genormten Anforderungen zu schweren Unfällen beim technischen Einsatz kommen kann. Die organischen chemischen Zusätze, z. B. halogenhaltige Produkte, die überhaupt in festen Schleifscheiben eingesetzt werden können und zulässig sind, beschränken sich auf solche mit hohem Schmelzpunkt

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schleifleistung eines flexiblen Schleifmittels an legierten Stählen zu verbessern. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Bindemittel für flexible Schleifvorrichtungen aus einem Grundleim auf Basis eines die Schleifkörner enthaltenden Phenolresols mit einer Nachbeschichtung aus einer halogenhaltigen Verbindung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Nachbeschichtung aus einem alkalisch kondensierten Phenol-Formaldehyd-Harz, Füllstoffen und 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgemisch, an Chlorparaffinen mit einem Chlorgehalt von 10 bis 80 Gew.-% besteht

Zweckmäßig sind die Chlorparaffine vor der Zugabe zum Bindemittel mit Ammoniak und/oder Aminen umgesetzt wobei das Gewichtsverhältnis der Chlorparaffine zu Ammoniak und/oder Aminen 20 :1 bis 4 :1 beträgt

Versuche haben eindeutig gezeigt, daß durch Zusatz von Chlorparaffinen nicht nur die Schleifleistung, sondern auch das Kosten-Leistungs-Verhältnis ganz erheblich verbessert werden kann. Der besondere Effekt der Chlorparaffin-Additive liegt darin, daß sie bei geeignetem Aufbau des Bindemittels eine Art Schmierfilm auf dem zu bearbeitenden Material bilden. Durch diesen Schmierfilm wird die Reibung vermindert und die heiße Materialoberfläche vor der Reaktion mit Luftsauerstoff zu den entsprechenden Metalloxiden geschützt. Dieser besondere Effekt wird dadurch erreicht, daß die während des Schleifprozesses flüssigen Chlorparaffine in zahllosen Mikroporen der Bindemittelschicht der flexiblen Schleifvorrichtungen, z. B. des Schleifbandes, wie in einem feinporigen Schwamm eingelagert sind und während des Schleifvorgangs sukzessive freigegeben werden. Dabei wird auf der Oberfläche des Werkstücks, z. B. aus hochlegiertem Edelstahl, kontinuierlich ein dünner Film aus Chlorparaffinen gebildet. Das ist aus folgenden Gründen von besonderer Bedeutung:

Beim Angriff des einzelnen Schleifkornes auf das zu bearbeitende Werkstück treten an den jeweiligen Schleifkornspitzen sehr hohe spezifische Drücke und Temperaturen auf. Die Schleifkornspitze wird während der einzelnen Berührungsphasen mit dem Werkstück, nämlich der Reibungsphase zu Beginn der Berührung, der Phase der Materialverformung und Reibung sowie der Phase der Materialzerspannung und Reibung, durch die zwangsläufig entstehende Reibungswärme auf Temperaturen von etwa 1500⁰C erhitzt. Wegen der lokalen Begrenzung und der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Korunds, und des Edelstahls ist die Temperatur an den Schleifkornspitzen jeweils am höchsten. Dort setzen die sich mit zunehmender Temperatur beschleunigenden Hochiemperaturreaktionen zwischen Korund (Aluminium-Oxid) und Metalloxiden ein. Nachweislich werden z. B. Eisen-AIuminium-Spinelle gebildet, die zu einer schnellen Verstumpfung der Schleifkornspitzen führen.
Sorgt man dafür, daß während des Schleifprozesses

ίο auf dem zu schleifenden Material, z. B. Edelstahl, ein dauernd sich erneuernder Schmierfilm gebildet wird, der bei den für eine Verformung und Zerspannung erforderlichen hohen Drücken an den Schleifkornspitzen nicht abreißt so können die durch Reibung entstehenden Temperaturen und die damit einhergehenden Reaktionen erheblich herabgesetzt werden. Damit wird auch die Verstumpfung des Schleifkornes verlangsamt und die Schleifleistung entsprechend erhöht.

Chlorpsraffine haben aber hervorragende Hochdruckschmiereigenschaften. Sie bilden weiterhin als Additive in Bindemitteln für flexible Schleifvorrichtungen einen sich während des Schleifvorgangs ständig erneuernden dünnen Film auf der zu bearbeitenden Metalloberfläche, !m Gegensatz dazu haben aromatische Verbindungen, auch hochalogenierte Aromaten, eine sehr schlechte Schmierwirkung und kaum Filmbildungsverniögon. Sie erfüllen die Anforderungen im Hinblick auf Schmierung und Filmbildung daher weit weniger gut als die erfindungsgemäß beanspruchten Chlorparaffine.

Der zweite besondere Effekt der Chlorparaffine liegt in der abschirmenden Wirkung des Schmierfilms gegen den Sauerstoff der Luft, der sonst sofort mit den aktiven Stellen der Metalle in der geschliffenen und frisch freigelegten Werkstückoberfläche zu Metalloviden reagiert. Dabei wird zusätzlich Wärme produziert und die Reaktion der Metalle und der entstandenen hochreaktiven Oxide mit dem Aluminiumoxid des Schleifkornes ermöglicht und beschleunigt.

Der dritte Effekt, der zu einer Verbesserung der Schleifleistung und Standzeit einer flexiblen Schleifvorrichtung beiträgt, hat seine Ursache in der thermischen Spaltung der halogenierten organischen Verbindungen.

Hierbei bilden sich aktive Halogenprodukte, wie Halogenwasserstoffe, Radikale und Ionen, die mit den aktiven Zentren der Metalloberfläche zu halogenhaltigen, salzartigen Stoffen reagieren und dabei die Reaktion mit dem Luftsauerstoff zu Metalloxiden

so blockieren.

Die Reaktion des Aluminiumoxids des Schleifkorns mit Metalloxiden des geschliffenen Werkstücks unterbleibt, so daß die Verstumpfung der Schleifkornspitzen verlangsamt wird.

Der technische Erfolg, welcher mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel erzielt wird, ist hiernach überragend; er stellt gleichzeitig ein untrügliches Beweisanzeichen für die erfinderische Leistung dar. Daß die Erfindung nicht nahegelegen hat, ergibt sich ferner aus der Tatsache, daß keine der in der Beschreibungseinleitung als Stand der Technik gewürdigten Druckschriften aber auch nur einen einzigen Hinweis auf die erfindungsgemäße Lehre zum technischen Handeln enthält und auch die Fachwelt sich dieses Vorschlags bisher nicht bedient hat, obgleich der überragende technische Fortschritt auf der Hand liegt. Dabei muß für die Beurteilung der Erfindungshöhe ferner berücksichtigt werden, daß das Bedürfnis nach einer Optimierung der Schleifleistung

j»' und Standzeit von elastischen Schleifmitteln so alt wie

;$ die Schleifmittelindustrie selbst ist. Obgleich es an

\:'.~. Versuchen zur Verbesserung der Qualität von Schleif-

'v mitteln dieser Art bislang sicherlich nicht gefehlt hat, ist

:'·. eine derart sprunghafte Leistungssteigerung bisher

('.; nicht zu verzeichnen gewesen. Es kann ohne Obertrei-

j; bung als glücklicher Griff bezeichnet werden, aus der

ί Fülle der möglichen Halogenverbindungen ganz be-

; stimmte, nämlich Chlorparaffine, auszuwählen, deren

Γ fortschrittliche Wirkungen im Zusammenhang mit

>■■■■ Schleifmitteln nicht ohne weiteres vorausschaubar

₍ waren.

j Zwar war dem Fachmann bereits bekannt, daß

I.'. Paraffine wegen ihrer fettartigen Konsistenz in der

<;. Technik als Schmiermittel eingesetzt werden. Zu dieser

'■ allgemeinen Lehre mußten erst die alles andere als

naheliegenden Überlegungen hinzutreten, daß die ; während des Schleifvorgangs flüssigen Paraffine in die

f zahllosen Mikroporen der Bindemittelschicht der

,' flexiblen Schleifvorrichtung wie in einem feinporigen

Schwamm eingelagert sind und im Verlauf des Schleifvorgangs allmählich freigegeben werden. Hierdurch entsteht auf dem Werkstück, z. B. einem hochlegierten Stahl, eine dünne Chlorparaffinschicht, , die nicht etwa die Werkstückoberfläche nur schmieren

soll, sondern darüber hinaus auch als Kühlmittel bestimmt ist, um die vergleichsweise hohen Temperatu-

' ren der Schleifkornspitzen auf ein erträgliches Maß

abzubauen und somit einer vorzeitigen Verstumpfung ' entgegenzuwirken. Auch mußte noch erkannt werden,

daß die sich bildende Chlorparaffinschicht gleichzeitig ^: auch eine Art Sperre für den Luftsauerstoff bildet, der

auf diese Weise daran gehindert wird, mit den aktiven Stellen der Metalle in der geschliffenen und frisch freigelegten Werkstückoberfläche zu reagieren.

Für diese Überlegungen geben die entgegengehaltenen Druckschriften aber auch nicht den geringsten konkreten Anhaltspunkt.

Beispiel 1

Für den Versuch wurden zwei gleichartige Schleifbänder auf flexibler Unterlage mit Korundschleifkorn der Körnung 80 und einem Bindemittel aus Phenol-Formaldehyd-Harz (80 Gewichtsprozent Festkörper) und Calziumcarbonat als Füllstoff im Gewichtsver-

] hältnis 1 :1 hergestellt. Eines dieser Schleifbänder

' wurde mit einem Bindemittel folgender Zusammenset-

' zung nachbeschichtet:

30 Gewichtsteile des beschriebenen Phenol-Formaldehyd-Harzes (80 Gewichtsprozent Festkörper)

10 Gewichtsteile Chlorparaffin (60 Gewichtsprozent Chlor, Dichte bei 6O⁰C : 1,41 g/ml, Viskosität bei 60⁰C: 30OcP)

60 Gewichtsteile Füllstoff (Calziumcarbonat).

Die Viskosität der Gesamtmischung wurde mit Methanol auf 1000 cP bei 20⁰C eingestellt. Beide Schleifbänder wurden unter gleichen Bedingungen gegen legierten Stahl der Werkstoff-Nr. 4301 (18% Chrom, 10% Nickel) geschliffen. Mit dem Schleifband ohne den Zusatz von Chlorparaffinen wurden von dem genannten Werkstoff während der Standzeit dieses Schleifbandes, die 60 Minuten betrug, insgesamt 220 g abgeschliffen. Bei dem zweiten mit dem erfindungsgemäßen Bindemittelgemisch nachbeschichteten Schleifband betrug die Abschliffmenge nach 60 Minuten 405 g. Die Schleifleistung war jedoch erst nach weiteren 40

Minuten auf den gleichen Wert abgesunken wie das nicht nachbeschichtete Band. In dieser Zeit wurden weitere UOg des Werkstoffes abgeschliffen. Die Standzeit des nachbeschichteten Bandes betrug demnach 100 Minuten und die Gesamtabschliff menge 515 g. Das entspricht einer Steigerung der Standzeit um 66% und der Abschliffmenge um 134%.

Beispiel 2

Wie im Beispiel 1 wurden wiederum zwei gleichartige Schleifbänder hergestellt, wovon das eine mit einem Bindemittel folgender Zusammensetzung nachbeschichtet wurde:

25 Gewichtsteile des beschriebenen Phenol-Formaldehyd-Harzes (80 Gewichtsprozent Festkörper)

20 Gewichtsteile Chlorparaffin (71 Gewichtsprozent Chlor, Dichte bei 60° C : 1,55 g/ml. Viskosität bei 60⁰C: 150OcP)

55 Gewichtsteile Füllstoff (Calziumcarbonat).

Die Viskosität der Gesamtmischung wurde mit Methanol/Aceton (Mischungsverhältnis 1 :1) auf lOOOcP bei 20⁰C eingestellt und mit einem Turrax-Rührwerk homogenisiert. Beide Schleifbänder wurden unter gleichen Bedingungen gegen legierten Stahl der Werkstoff-Nr. 4301 geschliffen. Abschliffmenge und Standzeit des unbeschichteten Bandes waren gleich der im Beispiel 1. Bei dem nachbeschichteten Band betrug die Abschliffmenge nach 60 Minuten Schleifzeit 450 g. Erst nach weiteren 60 Minuten war die Schleifleistung auf den Wert des unbeschichteten Bandes abgesunken. In dieser Zeit wurden noch 140 g des genannten Werkstoffs abgeschliffen. Die Standzeit betrug 120 Minuten und hatte sich damit um 100% erhöht Die Gesamtabschliffmenge betrug 590 g, das entspricht einer Steigerung der Abschliffmenge von 168%.

Beispiel 3

Für den Versuch wurde ein Schleifband mit Korundkorn der Körnung 80 und einem Bindemittel aus dem beschriebenen Phenol-Formaldehyd-Harz und Füllstoff im Gewichtsverhältnis 1 :1 hergestellt Ein zweites Schleifband wurde mit einem Bindemittel folgender Zusammensetzung gefertigt:

25 Gewichtsteile des beschriebenen Phenol-Formaldehyd-Harzes (80 Gewichtsprozent Festkörper)
25 Gewichtsteile Chlorparaffin-Amin-Reaktionsprodukt (Gewichtsverhältnis Chlorparaffin zu Triäthylentetramin wie 9:1)

(Chlorparaffin 50 Gewichtsprozent, Dichte bei 20°C: 1,23 g/ml,
Viskosität bei 20° C : 1000 cP)

50 Gewichtsteile Calziumcarbonat als Füllstoff.

Die Viskosität der Gesamtmischung wurde mit Aceton auf 1000 cP eingestellt und mit einem Rührwerk homogenisiert. Abschliffmenge und Standzeit des Schleifbandes mit dem Bindemittel ohne den erfindungsgemäßen Zusatz waren gleich den Werten im Beispiel 1. Das Schleifband, dessen Bindemittel den erfindungsgemäßen Zusatz enthielt, erreichte eine Standzeit von 110 Minuten, und die Gesamtabschliffmenge betrug 570 g. Das entspricht einer Steigerung der Standzeit von etwa 80% und der Abschliffmenge von etwa 160%.

Claims

Patentansprüche:

1. Bindemittel für flexible Schleifvorrichtungen aus einem Grundleim auf Basis eines die Schleifkör- s ner enthaltenden Phenolresols mit einer Nachbeschichtung aus einer halogenhaltigen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbeschichtung aus einem alkalisch kondensierten Phenol-Formaldehyd-Harz, Füllstoffen und 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgemisch, an Chlorparaffinen mit einem Chlorgehalt von 10 bis 80 Gew.-% besteht

2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbeschichtung Chlorparaffine enthält, die mit Ammoniak und/oder Aminen in einem Gewichtsverhältnis der Chlorparaffine zu Ammoniak und/oder Aminen von 20 :1 bis 4 :1 umgesetzt worden sind.

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