DE2016600C3

DE2016600C3 - Schleifpapier oder Schleifleinen

Info

Publication number: DE2016600C3
Application number: DE19702016600
Authority: DE
Inventors: Joseph Edmund Dr. Niagara Falls Ontario Patchett (Kanada); James R. Loudenville N.Y. Quinan (V.St.A.)
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1969-04-07
Filing date: 1970-04-07
Publication date: 1980-01-03
Also published as: BR7017508D0; SE377775B; DE2016600A1; ES378035A1; DE2016600B2; GB1297701A; 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 Zirkonkjiooxidgehalt 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 Alutninhimoxidschleifkorn wird seit vielen Jahren bei der Herstellung von gebundenen Schleifmitteln, d h. Schleifscheiben oder ähnlichen Schleifkörpern, angewandt also überall dort, wo Zähigkeit, Härte und Dauerhaftigkeit des Schleifmittels eine wesentliche Forderung sind Wurden derartige mikrokristalline Schleifmaterialien auf dem Gebiet der flächigen Schleifgewebe oder Schleifpapiere geprüft, so zeigte 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 hergesteift 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 basierendem Sehleifmaterialien. Schließ- fc> Hch 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 ⁶S 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 Aluminiumzirkonjumoxid mit einem Gehalt von to—60 Gew.-% ZrO? ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Schleifkorn eine numerische mittlere Größe der Primärkristalle von maximal 50 μπι, Kristallagglomerate des Eutektikums mit einer numerischen, mittleren Größe von unter 65 um und ein Verhältnis der Maximalausdehmjng 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-Schnittleistung bei der Bearbeitung von Metallen, als dies mit den bekannten Produkten erreichbar war.

Die erfindungsgemäß angewandten Aluminiumzirkoniumoxid-Schleifmaterialien sind von der anderen bisher angewandten Schleifmaterialien 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 α-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 Zirkoniumoxid· gehalt 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 um besitzen. Ist die Zusammensetzung derart» daß primär Zirkoniumoxidkristalle gebildet werden, so müssen diese eine durchschnittliche Kristallgröße von maximal 50 μπι besitzen. Ist die Zusammensetzung nahe der eutektischen, so daß wenige Primärkristalle beobachtet werden können, zeigte sich, daß die Größe «Ser eutektischen Ausscheidungen eine Eigenschaft ist, die zur Bestimmung der Verwendbarkeit im Sinne der Erfindung herangezogen werden kann. Obzwar «-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. Folglich 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 μπι aufweisen.

Obzwar üblicherweise Schleifkorn auf der Basis von Aluminiumzifkoniumoxid 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 öblicjien Walzenmühlen zerkleinert worden ist. Dadurch erhält man ein längliches Korn — entgegen dem sonst durch Schlagzerkleinerung erhaltenen blockjgen Korn oder einem Material, welches to 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- ι ο len Ausdehnung zumindest 1,2:1 beträgt — mit einem blocldgen Schleifkorn zu vermischen, welches durch Schlagzerkleinerung erhalten wurde. Auch um den Flächendruck auf das einzelne Schleifkorn beim Schleifvorgang zu erhöhen, wird das Aluminiumzirkoniumoxid-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 Aluminiumzirkoniumoxid mit einem nominalen Gehalt von 25 Gew.-% ZrO₂ angewandt Das Produkt hatte eine primäre KristallgröBe im Durchschnitt von weniger als 20μΐη, hier Aluminiumoxid. Das rohe Schleifmaterial wurde durch Schlagzerkleinerung in üblichen Vorrichtungen auf ein Granulat, 635 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: 253% ZrO₂,72^% AhO₃,0,4% SiO₂,0,2 % Fe₂O₃,0,64% TiO₂ und Na₂O unter 0,1 %.

Beispiel 1

35

Eine 0,76 mm starke Bahn aus vulkanisiertem Fasermateriai, 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 113 kg eines einstufigen flüssigen Phenolformaldehydharzes mit einem Feststoffgehalt von 80% und einem Verhältnis Aldehyd zu Phenol von 1 sowie 56 kg gefälltes Calciumcarbonat mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 15 μπι. Diese Masse wurde in einer Schleifpapierherstellungsmaschine auf eine Temperatur von etwa 38⁰C gebracht und dann auf die Bahn aus vulkanisiertem Fasermaterial aufgetragen und zwar in einer Auftragsmenge entsprechend 414 g/m². Darauf wurde dann elektrostatisch das Schleifkorn obiger Korngröße entsprechend einer Körnungsnummer von 24 aufgestreut Die Auftragsmenge entsprach 1,17 kg/m². 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 Phenolfornv aldehydharzes mit einem Feststoffgehalt von 80% sowie 54 kg Calciumcarbonat, also entsprechend einem Material, welches als Haftschicht zur Anwendung gelangte. Es wurden noch 7,4 kg Wasser und 2,5 kg brauner Farbstoff zugesetzt. Die Masse für die fts Deckschicht wurde mit etwa 38° C aufgetragen und zwar in etwa der gleichen Menge, nämlich 430g/m^J. Innerhalb eines Wärmebehandlungszyklus von 15,75 h zwischen 38 und 113° C wurde die Deckschicht getrocknet
Aus dieser Bahn wurden Schleifscheiben geschnitten,

Beispiel 2

Ein zweifach beschichtetes Schleifmittel wurde hergestellt indem das Schleifkorn des Beispiels t für die obere Schleifkomschicht zur Anwendung gelangte, Dje unter der Einwirkung von 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-J¹S 29 70 929 erfolgen.

Als Trägermaterial diente ein mit Stärkeleim appretiertes Gewebe, 1,04 m breit Gewicht 238 g/m², Bindung 2x1, Ziffern 76 Kette, 48 Schuß, Garn-Nummer 12J5 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 Calciumcarbonat durchschnittliche Teilchengröße 15 um, und 0,4 kg Wasser; Auftragsgewicht 316 g/m² an Klebstoff, 444 g/m² erfindungsgemäßes Zirkoniumaluminiumoxid-Schleifkorn, Körnungsnummer Grit 24. Die so fixierte Schleifkomschicht wurde dann 1,5 h auf 65°, 0,5 h auf 93°C und 1 h auf 108⁰C erwärmt Anschließend wurde eine zweite Kleberschicht aufgetragen und dazu die Masse der ersten Kleberschicht angewandt Auftragsgewicht 815 g/m² Schleifkorn Zirkoniumaluminiumoxid Grit 24, wobei diese Auftragung elektrostatisch erfolgte. Wie die erste Schleifkomschicht 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 flussigen Einstufen-Phenol-Formaldehydharzes mit einem Feststoffgehalt von 75%, 03 kg eines Glykol-nx>difizterten flüssigen Einstufen-Phenolformaldehydharzes mit einem Feststoffgehalt von 80%, 24 kg gefälltes Calciumcarbonat mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 15 μπι und 0,7 kg Wasser; Auftragsgewicht etwa 392 g/m². Es wurde dann gehärtet und zwar 0,5 h bei 38° C, 0,5 h bei 51°Cund 1 hbei 8O⁰C, 0,5 hbei93°Cünd 1 hbei 121°C.

Aus dieser Bahn des Schleifmaterials wurden Streifen geschnitten, die als Schleifbänder angewandt werden sollten.

In diesen Beispielen wurde ein Schleifmaterial 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 Zirkörtiumostidgehalte auch zwischen 10 und 60% liegen, wodurch man noch immer gegenüber den •üblichen Schleifmaterialien eine wesentliche Verbesserung erreichen kann.

Vergleichsversuche

Ein Schleifkorn im Sinne der US-PS 31 81 939 und ein handelsübliches Tonerde-Schleifkorn 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 8t 939 und nach der Erfindung sind in folgender Tabelle zusammengefaßt:

Gew.-%

Erfindungsgemäß

ZrCh	42,86	41,33	40,60
AUOj	56,69	58,18	58,90
SiO2	0,18	0,16	0,16
Na^O	0,02	0,02	0,02
TiOa	0,15	0,15	0,16
FeiOj	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 diente eine Masse folgender Zusammensetzung: 15,6 kg eines flüssigen Phenolformaldehydharzes (Feststoffgehalt 78%, VerhäVnis Formaldehyd zu Phenol 2,08: l_r 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 263 kg CaCO₃14 μπτ.

Das Bindemittel wurde vorne auf einen Baumwolldrell als Unterlage aufgetragen. Das Gewebe hatte folgende Kennwerte; 237 g/m², Bindung 2x1, 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 ί 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 80"C₁ 53 min auf 90⁰C, 15 min auf 99° C und 23 min auf 107⁰C gehalten. Anschließend wurde als Deckschicht eine verdünnte Bindemittelschicht aufgebracht und 26 min bei 55"C, 26 min bei 6O⁰C, 18 min bei 82⁰C, 25 min bei 88⁰C, 25 min bei 94°C und 15 min bei 110⁰C gehalten. Anschließend wurde in8hbeillO°C 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 Kautschuk Durometerhärte 55, verzahnt 0 178 mm.

Die Leistungsfähigkeit der untersuchten Schleifbändcirgeht aus folgender Tabelle hervor:

Stahl 1018/1

Abschliff

zu Vergl.

Stahl 1018/11

Abschliff

zu Vergl.

Hochreines Al2O3-Schleifkorn I

A (US-PS 31 81 939)
B (US-PS 31 81 939)
Hochreines AhCb-Schleifkorn II
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:

1895	—	1166	—
2540	132	1525	138
2564	134	1489	135
1942	—	1040	_
2679	140	1657	150

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 s Schleifkornschicht, wobei das Schleifkorn geschmolzenes Aluminiumzirkoniumoxid mit einem Gehalt von 10—60 Gew.-% Zirkoniumoxid ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifkorn eine numerische mittlere Größe der Primärkristalle von ι ο maximal 50 um, Kristallaggiomerate des Eutektikums mit einer numerischen, mittleren Größe von unter 65 μπι und ein Verhältnis der Maximalausdehnung zur Minimalausdehnung von zumindest 1,2 :1 und zumindest die letzte Zerkleinerung auf einer Walzenmühle stattgefunden hat