DE2016600B2

DE2016600B2 - Schleifpapier oder schleifleinen

Info

Publication number: DE2016600B2
Application number: DE19702016600
Authority: DE
Inventors: James R Loudenville N Y Quinan (V St A), Patchett, Joseph Edmund, Dr, Niagara Falls, Ontario (Kanada)
Original assignee: Norton C0, Troy, NY (V St A)
Priority date: 1969-04-07
Filing date: 1970-04-07
Publication date: 1977-10-27
Also published as: SE377775B; GB1297701A; DE2016600C3; DE2016600A1; BR7017508D0; ES378035A1; FR2039009A5

Description

Die Erfindung betrifft Schleifleinen und Schleifpapiere, bei denen sich das Schleifkorn auf der Oberfläche eines relativ flexiblen, flächigen Trägers, wie ein Gewebe, Papier, eine Faserbahn od. dgl., befindet und das Bindemittel ein Klebstoff aus natürlichen oder synthetischen hochmolekularen Stoffen ist. Bei den erfindungsgemäßen Schleifmitteln handelt es sich um ein Produkt, dessen Schleifkorn geschmolzenes Aluminiumzirkoniumoxid mit einem durchschnittlichen Zirkoniumoxidgehalt zwischen 10 und 60 Gew.-% ist.

Bisher wurden bei allen großtechnisch hergestellten Aluminiumoxid enthaltenden Schleifkornsorten bei der Herstellung von flächigen Schleifmitteln, wie Schleifgewebe und Schleifpapiere, ein solches Schleifkorn angewandt, welches im wesentlichen Einkristalle oder Teile von Einkristallen von Aluminiumoxid sind. Obwohl Schleifkorn großer Korngröße aus 2 oder 3 verwachsenen Kristallen bestehen kann, war das Schleifkorn im wesentlichen doch einkristallin. Polykristallines Aluminiumoxidschleifkorn wird seit vielen Jahren bei der Herstellung von gebundenen Schleifmitteln, d. h. Schleifscheiben oder ähnlichen Schleifkörpern, -15 angewandt also überall dort, wo Zähigkeit, Härte und Dauerhaftigkeit des Schleifmittels eine wesentliche Forderung sind. Wurden derartige mikrokristalline Schleifmaterialien auf dem Gebiet der flächigen Schilfgewebe oder Schleifpapiere geprüft, so zeigte so sich, daß sie im wesentlichen nicht besser, sondern schlechter sind als übliche makrokristalline Materialien, abhängig von dem speziellen Anwendungsgebiet.

Seit neuestem gibt es ein mikrokristallines aluminiumoxidhaltiges Schleifmaterial, welches hergestellt wird durch Zusammenschmelzen von Tonerde und 10 bis 60 Gew.-% Zirkoniumoxid. Bei flächigen Schleifmitteln erwiesen sich jedoch bis vor kurzem derartige Stoffe nicht nennenswert besser als die bekannten auf Aluminiumoxid basierenden Schleifmaterialien. Schließ- fto lieh wurden Aluminiumzirkoniumoxid-Schleifmaterialien mit einer geringeren durchschnittlichen Kristallgröße, als sie bisher üblich waren, verfügbar. Es zeigte sich überraschenderweise, daß ein derartiges Schleifmaterial in flächigen Schleifmitteln eine bemerkenswert höhere ^(l5 Leistung erbringt gegenüber den bekannten Produkten.

Die Erfindung geht nun aus von einem Schleifpapier oder Schleifleinen aus einer flexiblen Unterlage und einer mit Klebstoff gebundenen Schleifkornschicht, wobei das Schleifkorn geschmolzenes Aluminiumzirkoniumoxid mit einem Gehalt von 10—60 Gew.-°/o ZrO.. ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Schleifkorn eine numerische mittlere Größe der Primärkristalle von maximal 50 μιη, Kristallagglomerate des Eutektikums mit einer numerischen, mittleren Größe von unter 65 μπι und ein Verhältnis der Maximalausdehnung zur Minimalausdehnung von zumindest 1,2 : 1 hat.

Das erfindungsgemäß angewandte Korn gebunden auf einem biegsamen Träger führt zu einem Schleifgewebe oder Schleifpapier mit wesentlich höherer Beständigkeit gegenüber Einrollen und höheren Gesamt-Sehnittleistung bei der Bearbeitung von Metallen, als dies mit den bekannten Produkten erreichbar war.

Die erfindungsgemäß angewandten Aluminiumzirkoniumoxid-Schleifmaterialien sind von den anderen bisher angewandten Schleifmalerialien mit ihrer relativ kleinen Kristallgröße zu unterscheiden, welche hergestellt wurden durch schnelles Abkühlen einer Schmelze aus Aluminium- und Zirkoniumoxid. Diese Produkte wurden bisher ausschließlich für gebundene Schleifkörper, z. B. für Schleifscheiben, verarbeitet. Die Herstellung der erfindungsgemäß angewandten Produkte ist nicht Gegenstand dieser Anmeldung.

Das erfindungsgemäß angewandte Schleifkorn ist charakterisiert durch einen Gehalt eines Eutektikums von Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid, enthaltend etwa 45 Gew.-% Zirkoniumoxid. Abgesehen von diesem Eutektikum, welches bis zu 100% des Schleifkorns ausmachen kann und damit der Zirkoniumoxidgehalt zwischen 44 und 46% liegt, kann das Schleifmaterial noch primäre Kristalle von «-Tonerde (wenn der Zirkoniumoxidgehalt unter der eutektischen Zusammensetzung liegt) oder primäre Kristalle von Zirkoniumoxid (wenn der Zirkoniumoxidgehalt über der eutektischen Zusammensetzung liegt) enthalten.

Bei Produkten, in denen der gesamte Zirkoniumoxidgehalt unterhalb des eutektischen Verhältnisses liegt, so daß primär Aluminiumoxidkristalle gebildet werden, müssen für die erfindungsgemäße Anwendung brauchbare Stoffe einen numerischen Mittelwert der Größe der Primärkristalle von maximal 50 μπι besitzen. 1st die Zusammensetzung derart, daß primär Zirkoniumoxidkristalle gebildet werden, so müssen diese eine durchschnittliche Kristallgröße von maximal 50 μΓτι besitzen. Ist die Zusammensetzung nahe der eutektischen, so daß wenige Primärkristalle beobachtet werden können, zeigte sich, daß die Größe der eutektischen Ausscheidungen eine Eigenschaft ist, die zur Bestimmung der Verwendbarkeit im Sinne der Erfindung herangezogen werden kann. Obzwar α-Tonerde und Zirkoniumoxidkristalle, die das Eutektikum bilden, submikroskopische Dimensionen besitzen, sind die Kristalle zu klar unterscheidbaren Agglomeraten mit exakten Grenzen zusammengeballt. Diese Agglomerate sind im allgemeinen durchschnittlich im Mittel um etwa 25% größer als die eventuell vorhandenen Primärkristalle. Foiglich können für den erfindungsgemäßen Zweck verwendbare Produkte dadurch charakterisiert werden, daß sie primäre Kristalle mit einer numerischen mittleren Größe von maximal 50 μπι und ein Eutektikum mit Agglomeraten von maximal 65 μηι aufweisen.

Obzwar üblicherweise Schleifkorn auf der Basis von Aluminiumzirkoniumoxid in einem Brecher und/oder in einer Mühle zerkleinert werden, so bevorzugt man für die Herstellung von Schleifpapieren oder Schleifleinen, wo der Flächendruck auf das Korn nur mäßig ist, ein

solches Produkt, welches zumindest im Rahmen der letzten Zerkleinerung auf üblichen Walzenmühlen zerkleinert worden ist. Dadurch erhält man ein längliches Korn - entgegen dem sonst durch Schlagzerkleinerung erhaltenen blockigen Korn oder s einem Material, welches in den drei Dimensionen etwa die gleiche Größe besitzt. In manchen Fällen ist es wünschenswert, das längliche Korn, wie man es auf Walzwerken oder in Walzmühlen erhält — also ein Produkt, dessen Verhältnis der maximalen zur minima- ίο len Ausdehnung zumindest 1,2 : 1 beträgt — mit einem blockigen Schleifkorn zu vermischen, welches durch Schlagzerkleinerung erhalten wurde. Auch um den Flächendruck auf das einzelne Schleifkorn beim Schleifvorgang zu erhöhen, wird das Aluminiumzirko- is niumoxid-Schleifmaterial vorteilhafterweise mit anderem Schleifkorn unterschiedlicher Form und/oder Zusammensetzung gemischt.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen näher erläutert. Es wurde ein Schleifkorn aus geschmolzenem Aluminiumzirkoniumoxtd mit einem nominalen Gehalt von 25 Gew.-% ZrO.. angewandt. Das Produkt hatte eine primäre Kristallgröße im Durchschnitt von weniger als 20 μίτι. hier Aluminiumoxid. Das rohe Schleifmaterial wurde durch Schlagzerkleinerung in üblichen Vorrichtungen auf ein Granulat. 6,35 mm, und dann in einer Walzenmühle auf die gewünschte Korngröße, im vorliegenden Fall 0,6 bis 1,17 mm. gemahlen. Die Zusammensetzung des Schleifkorns aufgrund einer Naßanalyse ergab folgende Werte: -,o 25,9% ZrO;, 72.9% AI₂O₃.0.4% SiO₂.0,2% Fe_:0_}, 0,64% TiO: und Na₂O unter0,1 %.

Beispiel 1

}

Eine 0,76 mm starke Bahn aus vulkanisiertem Fasermaterial, Breite 0,914 m. wurde hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit durch Konditionierung ins Gleichgewicht gebracht. Eine Masse für die Klebschicht auf der Basis eines Phenolharzes wurde hergestellt durch Vermischen von 28 kg einstufiges flüssiges Phenolformaldehydharz mit einem Feststoffgehalt von 73% und einem Verhältnis Aldehyd zu Phenol 1,7 mit 11,3 kg eines einstufigen flüssigen Phenolformaldehydharzes mit einem Feststoffgehalt von 80% und einem Verhältnis Aldehyd zu Phenol von 1 sowie 56 kg gefälltes Calciumcarbonai mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 15 lim. Diese Masse wurde in einer Schleifpapierhersteilungsmaschine auf eine Temperatur von etwa 38¹C gebracht und dann auf die Bahn aus vulkanisiertem Fasermaterial aufgetragen und zwar in einer Auftragsmenge entsprechend 414 g/m^:. Darauf wurde dann elektrostatisch das Schleifkorn obiger Korngröße entsprechend einer Körnungsnummer von 24 aufgestreut. Die Auftragsmenge entsprach 5» 1,17 kg/m-\ Anschließend wurde getrocknet, indem die Bahn 4 h einer Wärmebehandlung zwischen 51 und 108^;C unterworfen wurde.

Es wurde nun eine Deckschicht aufgebracht und zwar aus einer Masse, hergestellt aus 27 kg eines Phenoiforrn- f«: aldehydbarzes mit einem Feststoffgehalt von 80% sowie 54 kg Caiciumcarbonat. also entsprechend einem Material, weiches ais Haftschicht zur Anwendung gelangte. Es wurden noch 7.-t kg Wasser und 2.5 kg brauner Farbstoff zugesetzt. Die Masse für die ^ Deckschicht wurde mit etwa 38° C aufgetragen und zwar in etwa der gleichen Menge, nämlich 430g.'m^:. Innerhalb eines Wärmebehandlungszyklus von 15.75 h zwischen 38 und 113C wurde die Deckschicht getrocknet.

Aus dieser Bahn wurden Schleifscheiben geschnitten.

Beispiel 2

Ein zweifach beschichtetes Schleifmittel wurde hergestellt, indem das Schleifkorn des Beispiels 1 für die obere Schleifkornschicht zur Anwendung gelangte. Die unter der Einwirkung vor. Schwerkraft aufgetragenen Schleifmaterialien waren übliches geschmolzenes Aluminiumoxid, Reinheit 98%. Als Variation dazu wurden beide Schichten mit Aluminiumzirkoniumoxid hergestellt, die Herstellung kann in beliebiger Weise nach der US-PS 29 70 929 erfolgen.

Als Trägermateria! dieme ein mit Stärkeleim appretiertes Gewebe, 1,04 m breit, Gewicht 238 g/m³, Bindung 2x1, Ziffern 76 Kette, 48 Schuß, Garn-Nummer 12,5 S für Kette und 17 S für Schuß. Die Klebeschicht wurde hergestellt aus 5,8 kg eines Glykol-modifizierten, erste Stufe, flüssigen Phenolformaldehydharzes mit einem Verhältnis Aldehyd zu Phenol 1,5, 4,6 kg gefälltes Caiciumcarbonat, durchschnittliche Teilchengröße 15μΐη, und 0,4 kg Wasser; Auftragsgewicht 316 g/m^: an Klebstoff. 444 g/m² erfindungsgemäßes Zirkoniumaluminiumoxid-Schleifkorri, Körnungsnummer Grit 24. Die so fixierte Schleifkornschicht wurde dann 1,5 h auf 65', 0,5 h auf 93'C und 1 h auf 108⁼C erwärmt. Anschließend wurde eine zweite Kleberschicht aufgetragen und dazu die Masse der ersten Kleberschicht angewandt. Auftragsgewicht 815 g/m^: Schleifkorn Zirkoniumaluminiumoxid Grit 24, wobei diese Auftragung elektrostatisch erfolgte. Wie die erste Schleifkornscnicht wurde auch die zweite getrocknet und gehärtet. Anschließend wurde noch eine Deckschicht aufgebracht mit Hilfe einer Masse, 38'C. 1,1 kg eines Glykol-modifizierten flüssigen Einstufen-Phenol-Formaldehydharzes mit einem Feststoffgehait von 75%, 0.3 kg eines Glykol-modifizierten flüssigen Einstufen-Phenolformaldehydharze-j mit einem Feststoffgehalt von 80%. 2.3 kg gefälltes Caiciumcarbonat mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 15 um und 0,7 kg Wasser; Auftragsgewicht etwa 392 g/rn^:\ Es wurde dann gehärtet und zwar 0.5 h bei 38"C. 0.5 h bei SrCund 1 hbe;80-'C,0,5hbei93^;Cu.id 1 h bei 12! C.

Aus dieser Bahn des Schleifmaterials wurden Streuen geschnitten, die als Schieifbänder angewandt werden sollten.

In diesen Beispieler, wurde ein Schleifmateriai mit einem Gehalt von 25 Gew.-% Zirkoniumoxid angewandt und damit besonders gute Ergebnisse erzielt. Ebenfalls zufriedenstellende Ergebnisse erreicht man mit 20 bis 50 Gew.-%. jedoch können erfindungsgemäß die Zirkoniumoxidgehake auch zwischen 10 und 60% liegen, wodurch man noch immer gegenüber den üblichen Schieifmaterialien eine wesentliche Verbesserung erreichen kann.

Vergleichs ν ersuche

Ein Schleifkorn im Sinne der US-PS 31 81 939 und ein handelsübliches Tonerde-Schieifkorn bringen in Schleifpapieren oder Schleifleinen schlechtere Ergebnisse als das erfindungsgemäß angewandte Schleifkorn

Die chemische Analyse der Schmelze im Rahmen der Herstellung des Schleifkorns A und B im Sinne der US-PS 31 81 939 und nach der Erfindung sind in folgender Tabelle zusammengefaßt:

ZrÜ2

AbOi

A	B	Lrhnuungs
		gemüB
42,86	4 1,33	40,60
56,69	58 18	58,90
0,18	0,16	0,16
0,02	0,02	0,02
0,15	0,15	0,16
0,10	0,16	0,16

Die Schmelze für A wurde zu Blöcken von 22,5 kg und für B von 11,25 kg abgegossen (Form 203x457x229 bzw. 140 χ 343 χ 114 mm). Für das erfindungsgemäß angewandte Schleifkorn wurde eine Form 203 χ 457 χ 229 mm mit 19 mm großen Stücken aus obiger Schmelze gefüllt. Diese drei Gießlinge wurden jeweils auf 12,7 mm zerkleinert und dann auf Grit 36 gemahlen, mit Wasser gewaschen und in das Bindemittel eingebracht.

Als Bindemittel dieme eine Masse folgender Zusammensetzung: 15,6 kg eines flüssigen Phenolformaldehydharzes (Feststoffgehalt 78%, Verhältnis Formaldehyd zu Phenol 2,08:1, alkalisch katalysiert und modifiziert mit Dipropylenglykol), 6,7 kg eines flüssigen Ein-Stufen-Phenolformaldehydharzes (Verhältnis

Formaldehyd zu Phenol 0,94 :1, alkalisch katalysiert, Feststoffgehalt 78,4%) und 26,9 kg CaCO₃14 μπι.

Das Bindemittel wurde vorne auf einen Baumwolldrell als Unterlage aufgetragen. Das Gewebe hatte folgende Kennwerte:237 g/m-'. Bindung 2 χ !,Garnzählung 76 in Kettrichtung und 48 in Schußrichtung, Garn-Nr. 12 S Baumwollkette, 17 S Schuß auf der Rückseite Stärkeleimung und auf der Vorderseite eine mit Calciumcarbonat gefüllte Phenolformaldehydschicht. Auftragsmenge 369 g/m².

Nach der Aufbringung der Bindemittelschicht wurde handelsübliches hochreines Tonerde-Schleifkorn I und II in einer Menge von etwa 944 g/m² und die anderen Schleifmittel in einer Menge von 914 g/m² elektrostatisch aufgetragen, dann 25 min auf 80⁰C, 53 min auf 90⁰C, 15 min auf 99⁰C und 23 min auf 107⁰C gehalten. Anschließend wurde als Deckschicht eine verdünnte Bindemittelschicht aufgebracht und 26 min bei 55^CC, 26 min bei 6O⁰C, 18 min bei 82°C, 25 min bei 88°C, 25 min bei 94°C und 15 min bei 110⁰C gehalten. Anschließend wurde in 8 h bei 11O⁰C fertig gehärtet.

Die Leistungsfähigkeit der so hergestellten Schleifbänder wurde geprüft an zwei Werkstücken aus Stahl der Spezifikation 1081, Bandgeschwindigkeit 25 m/sec, vertikale Kontaktscheibe mit Kautschik Durometerhärte 55, verzahnt, 0 178 mm.

Die Leistungsfhäigkeit der untersuchten Schleifbänder geht aus folgender Tabelle hervor:

Stahl 1018/1	zu Vcrgl.	Stahl 1018/11	/.Li Vcrgl
Abschliff	%	Abschliff	%
g	_	g
1895	132	1166	138
2540	134	1525	135
2564		1489	—
1942	140	1040	150
2679	1657

Hochreines AbOs-Schleifkorn 1
A (US-PS 31 81 939)
B (US-PS 31 81 939)
Hochreines AhO3-Schleifkorn H
Erfindungsgemäß

Die Größe der Kristallagglomerate des Eutektikums der Produkte nach der US-PS 31 81 939 und nach der Erfindung gehen aus der folgenden Tabelle hervor:

Agglomerate des Eutektikums

min. max. im Mittel

A	20	500	165
B	14	370	115
Erfindungsgemäß	8	80	32

Aus der obigen Aufstellung geht die überraschende Verbesserung der Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Schleifleinen gegenüber analog aufgebauten mit einerseits üblichen hochreinen Tonerdeschleifkorn und andererseits Schleifkorn auf der Basis von geschmolzenem Zirkonium- und Aluminiumoxid nach der US-PS 31 81 939 hervor.

Claims

Patentanspruch:

Schleifpapier oder Schleifleinen aus einer flexiblen Unterlage und einer mit Klebstoff gebundenen Schleifkornschicht, wobei das Schleifkorn geschmolzenes Aluminiumzirkoniumuxid mit einem Gehalt von 10—60 Gew.-% Zirkoniumoxid ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifkorn eine numerische mittlere Größe der Primärkristalle von maximal 50 μπι, Kristallagglomerate des Eutektikums mit einer numerischen, mittleren Größe von unter 65 μπι und ein Verhältnis der Maximalausdehnung zur Minimalausdehnung von zumindest 1,2 : 1 hat.