DE2600353C2 - Verfahren zum Herstellen von bahn- oder blattförmigen Schleifwerkzeugen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von bahn- oder blattförmigen Schleifwerkzeugen, wobei Bindemittel und Schleifkortier auf eine Unterlage, /um Beispiel aus Papier. Gewebe. Vulkanfiber, Vliesstoff oder Folie aufgetragen und getrocknet bzw. gehärtet werden.

Bei den bekannten Verfahren wird üblicherweise aiii ein Trägermaterial, zum Beispiel Vulkanfiber, eine Grundbindcniittelschicht auf Phenolharzbasis mit oder ohne Füllstoff aufgetragen, dann werden entweder mit Hilfe des Scliwerkraflfeldes oder des elektrostatische Kraftfeldes Sciileifkonier an die- Oberfläche de: Grundbindcmiltelsehicni herangebracht und diese nach dem Antrocknen der Grundbmdemitieischicht mit einer Deckbindemiiielsehicht überzogen, wobei das Bindemittel das Schleifkorn soweit umgibt, daß noch genügend Kornspitzen aus der Bindemitlelschii.nl herausragen und schleifwirksam werden können. 1 ür den Schleiferfolg ist neben der Art und Form der Schleifkörnei auch die 1 laftung der Schleilkorner an der sie umgebenden Bindemitlclschichi. der Matrix maßgebend.

Als Schleifkörnei" sind insbesondere solche aus Korund und Siliciumcarbid bekannt. Die Benetzbarkeil ihrer Oberflächen mit den Bindemitieln ist die entscheidende Voraussetzung für die Standfestigkeit des Schleifwerkzeugs. Die Festigkeit der Bindung des ein/einen Schleifkorns in der Matrix wird dabei weniger durch das Ausfüllen der Korrumebcnheiten durch das Bindemittel, sondern insbesondere durch die Grenzflächcnwecliselwirkungskräfte bestimmt.

Als Maß für die Festigkeit der Schleifkornhindung in der Matrix dient die Standzeil, worunter der Schieil kornverlust wählend des .Schleifvorgangs zu verstehen ist. Der Abschliff des Werkstücks, ausgedrückt in Gewichtsieilcn pro Zeiteinheit, wird durch ArI und Form des .Schleifkorn^ unter Einbeziehung von Flasu/ität und Härte der Matrix beeinflußt.

Ziel des wirtschaftlich optimalen Schleifvorgangs ist ein hoher Abschliff am Werkstück bei geringem Schleifkornverlusi am Schleifwerkzeug. Damit wnd du. bestmögliche Ausnützung des Schleifwerkzeugs hinsichtlich Zerspanung und Standzeit ohne häufiges Auswechseln der Schleifwerkzeuge bei gleichbleibender Schliffgüte garantiert. Als vergleichende relative Maßzahl für den Schleiferfolg dient der Schleifquotient »Q«, der d:s Verhältnis von abgeschliffener Menge in Gewichtsteilen am Werkstück (Zerspanung) zu der Menge an Schleifkornverlust in Gewichtsteilen ausdrückt, je größer der Wert für »Q« ist, am so größer ist die Zerspanung bei gleichem Schleifkornverlust oder um so kleiner ist der SchleifKornverlust bei gleicher Zerspanung.

Zur Verbesserung der Einbettung des Schleifkorns in die Bindemittelmatrix ist der Zusatz von nicht ionogenen Netzmitteln bekannt, die eine ausreichende Benetzung der Schleifkornoberfläche mit dem Bindemittel ermöglichen. Aufgrund ihres amphiphUen Aufbaus reichern sich jedoch die Netzmittelmoleküle an den festen Grenzflächen an, so daß sie im Sinne einer Trennschicht wirksam werden können. Deshalb zeigen derart eingebundene Schleifkörner trotz hervorragender mikroskopischer Einbettung in der Matrix bei mechanischer Belastung, zum Beispiel während des anfänglichen Schleifvorgangs, starken Kornverlust: Die .SchleifwirksamkeJ! wird damit schon zu Beginn des Schleifprozesses überproportional herabgesetzt.

Anstelle der üblichen Netzmittel können die Schleif· körner auch mit einer sehr dünnen hitzegehärteten Vinylpolysiloxanschicht umhüllt werden (0,0001 bis 0,34 Gew.-%. bezogen auf das Gewicht der Schleifkörner), die unter anderem auch für die Herstellung von Phenolharz gebundenen Schleifkörnern auf einem flexiblen Träger Verwendung finden können (vgl. US-PS 28 78 111). Hier wird von der bekannten haftungsvermittelnden Wirkung der Vinyipolysiloxane gegenüber Phenolharzen Gebrauch gemacht, wodurch die Haftfestigkeit des Schleifkorns in der Matrix bei den Bedingungen des Naßschliffs verbessert werden soll. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß bei .Schichtdicken von X)₁J5% keine bessere Wirkung als nut iinbeschichieten Schleifkörnern erziel; und bei beträchtlich größeren Schichtdicken bereits die Festigkeit des Schleifmittels beeinträchtigt wird, so daß diese geringer ist als mit iinbeschichieten Schleifkörnern. Die Polysiloxane können somit ebenfalls als Trennschicht wirksam werden.

Aus der FR-PS 12 97 8J4 ist ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen Schleifwerkzeugen bekannt, bei dem die Schlcifkörner zuerst mit einem Überzug aus einem hitzehärtbaren synthetischen Harz versehen werden. I \,im werden diese so umhüllten Schleifkörner auf einen Träger aulgetragen, der vorher einseitig mit einer sehr dünnen Schicht aus synthe''vhcm Harz imprägniert worden ist und anschließend einer Härtung durch Erhitzen auf etwa 150''C unterzogen, wobei das Umhüllungsharz schmilzt und dann polymerisiert und sich dabei sowohl über die Schlcifkörner selbst als auch über den Träger ausbreitet, so daß nach beendeter Polymerisation des Harzes eine gute Haftung der Schlcifkörner gesichert ist. Als Harze werden hierbei hitzehärtbare Epoxy- oder Phenolharze verwendet. Auf die so beschichteten Träger kann zusätzlich eine sehr dünne Harzschicht des Bindemittels aufgetragen und einer erneuten Härtung unterzogen werden.

Diese FR-PS vermittelt demnach die Lehre, daß eine verbesserte Haftung zwischen Schleifkorn und Bindemittelmatrix dadurch erreicht werden kann, wenn die Schleifkörner vor dem Einbetten in die Grundbindemittelschicht auf dem Träger mit dem gleichen oder einem anderen Harzbindemittel als dem zur Grundschicht verwendeten umhüllt worden sind und das Umhüllungsharz erst nach dem Einbetten vollständig ausgehärtet

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wird.

Aus der DE-OS 22 24 589 ist hingegen ein Schleifmaterial bekannt, bei dem sich auf einem flexiblen Träger eine relativ dicke, flexible poröse Schleifschicht befindet, die das Schleifkorn enthält. Die Schleifkörner werden dabei mit einem ersten Bindemitlei vorbeschichtet und dann mit einem zweiten Bindemittel fixiert, wobei das erste Bindemittel eine geringere Wärmebeständigkeit als das zweite Bindemittel besitzt. Durch diese unterschiedliche Wärmebeständigkeit der beiden Bindemittel werden Vorteile beim kontinuierlichen Auftragsverfahren erreicht, weil dadurch ein Agglomerieren der Schleifkörner verhindert werden soll. Dieser Vorteil bei der Herstellung ist aber aufgrund der thermolabilen Eigenschaften des ersten Bindemittels mit einem leichteren Ausbrechen des Schleifkorns bei der Anwendung verbunden.

Bei allen bekannten flexiblen Schleifwerkzeugen mit einer Bi.ndemittelmatrix auf Phenolha.'zbasis ist jedoch nicht zu verhindern, daß der während des Schleifvorgangs auftretende Wärmestau zu einem thermischen Abbau der Bindungskräfte in der das Schleifkorn umgebenden Matrix und damit zum Ausbrechen des Schleifkorns führt. Es ist daher ebenfalls bereits bekannt, anstelle der bisher üblichen Kunstharzbindemittel ausschließlich die thermisch beständigeren Polyimidharze als Bindemittel zu verwenden.

So können beispielsweise nach dem in der I ¹S-PS 32 95 940 beschriebenen Verfahren Polyamidsaurc/wischenprodukte zusammen mit Schleifkörnern auf einen Träger aufgebracht und anschließend auf dem Träger durch Hitze- und/oder chemische Einwirkung in die Polyimide umgewandelt werden. Dieses Verfahren ist jedoch ziemlich kompliziert und erfordert Spezialeinrichtungen für die Durchführung im kontinuierlichen Auftragsverfahren. Darüber hinaus sind zur Verbesserung der thermischen und hydrolytischen Stabilität der Polyimidstruktur Temperaturen von 300 bis 500''C erforderlich, wodurch bei diesem Verfahren die Verwendung von einfachem Trägermaterial, wie Papier, entfällt.

Es stellt sich somit die Aufgabe, beim Herstellen von Schleifbändern eine Möglichkeit zu schaffen, um die fertigungstechnischen Vorteile bei der Verwendung von Phenolresolen auf bestehenden Schleifbandfertigungsanlagen mit den schleiftechnologischen Vorteilen thermisch beständigerer Amid- und/oder Imidgruppen enthaltender Harze zu kombinieren.

Diese Aufgabe bei Verfahren zum Herstellen von bahn- oder blattförmigen Schleifwerkzeugen durch Aufbringen eines Harzbindemittels auf Phenolharzbasis und gegebenenfalls Füllstoffen als Grund- und Deckschicht auf ein Trägermaterial und Einbetten von Schleifkörnern auf Grundlage von AbOi und/oder SiC zwischen dieser Grund- und Deckschicht, wobei die Schleifkörner vor dem Einbetten mit einem anderen Harzbindemittel als dem zur Grund- und Deckschicht verwendeten umhüllt worden sind und dieses Harzbindemittel in einer Menge von 0.1 bis 15 Gewichtsteilen Festharz auf 100 Gewichtsttile Schleifkörner teilweise , oder vollständig ausgehärtet worden ist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor dem Einbetten mit einem Amid- und/oder Imidgruppen enthaltenden Harzüberzug versehene Schleifkörner verwendet werden. _t

Unter den Amid- und/oder Imidgruppen enthaltenden Harzbindemitteln, die für die Umhüllung der Schleifkörner vor dem Einbetten Verwendung finden.

sind Polyimide, die sowohl Imid- als auch Amidgruppen enthalten, Polyesterimide und Polyhydantoine zu verstehen.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden diese Harzbindemittel vorteilhaft in einer Menge von 1,5 bis 5 Gcwichtsteilen Festharz auf 100 Gewichisteile Schleifkörner eingesetzt. Die Harzbindemittel werden vorzugsweise in Form einer 10- bis 30gew.-%igen Lösung in einem organischen Lösungs-, mittel auf die Schleifkörner unter vollständiger Benetzung der Kornoberflächen aufgetragen.

Beispiele für derartige Lösungsmittel sind chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Dichlormethan, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol, Kresol oder Styrol. Durch Auswahl der Feststoffkonzentration in der Lösung kann die Schichtdicke des Festharzes auf der Kornoberfläche beliebig variiert werden. Gegebenenfalls können die Schleifmittel zusammen mit Füllstoffen, wie Caiciumfluorid, Kaliumfluoroborat oder Kryolith , auf die Schleifkörner aufgetragen werden.

Das Verfahren ist einfach durchzuführen. Durch die Behandlung der Schleifkörner mit den Amid- und/oder Imidgruppen enthaltenden Harzbindemitteln in einem getrennten Verfahrensschritt, das heißt bevor sie auf den Träger aufgetragen werden, können diese für die teilweise oder vollständige Aushärtung beliebig hoch erhitzt werden, um die thermische Stabilität der Polyimidstruktur zu verbessern. Für die anschließende Beschichtung des Trägermaterials im kontinuierlichen Auftragsverfahren sind keine Spezialvorrichtunger, erforderlich, sondern diese kann auf bereits vorhandenen Schleifbandfertigungsanlagen vorgenommen werden, die üblicherweise für die Beschichtung mit Phenolharzen Verwendung finden.

Neben diesen fertigungstechnischen Vorteilen wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens aber auch eine wesentliche Verbesserung der Kornhaftung in der Phenolharzmatrix erzielt, da offensichtlich durch die Umhüllung der Schleifkörner mit den Amid- und/oder Imidgruppen enthaltenden Harzbindemitteln der während des .Schleifvorgangs auftretende Wärmestau, der üblicherweise in der thermisch weniger beständigen Phenolharzmatrix zu einem thermischen Abbau der Bindungskräfte führt, mit der Folge des Kornausbruchs in seiner Wirkung herabgesetzt oder doch wesentlich vermindert ist, was sich in einer verbesserten Standzeit des Schleifwerkzeugs äußert. Es war nicht vorhersehbar, daß mit der Umhüllung der Schleifkörner durch die an sich bekannten thermisch beständigeren Amid- und/oder Imidgruppen enthaltenden Harzbindemittel in der Phenolharzmatrix eine so ausgezeichnete Kornhaftungsverbcsserung er/ielt werden konnte, die insbesondere unter den Bedingungen des Trockenschliffs eine verbesserte Standzeit des Schleifwerkzeugs zur Folge hat. Der hiermit erzielte Schleiferfolg wird durch die hohen Zahlcnwerte für den Schleifquotienten »Q« belegt, wie aus den folgenden Beispielen ersichtlich.

Beispiel 1

Die Mischung, bestehend aus 30 Gewichtsteilen eines ungesättigten Polyesterimidharzes (unter Mitverwendung eines Initiators, z. B. Säureperoxid, eines Accelerators, ζ. B. Kobaltoktoat, gefüllt mit Calciumcarbonat im Verhältnis Festharz : Füllstoff wie I : 0.5) und Monostyrol (2,5 Mol Monostyrol auf I Mol Doppelbindung des Polyesterimidharzes) und 70 Gewichtsteilen Dichlormethan, wird zu 5 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Schleifkorn (Korund. Körnung 24) durch Walzen bei

20°C aufgebracht. Das befeuchtete Schleifkorn wird unter Schüttelbewegung bei 60^cC während 10 Minuten getrocknet und anschließend bei 110°C während 5 Minuten gehärtet. Die Konglomerate an ummanteltem Korn werden in einer Kugelmühle gebrochen und anschließend gesiebt, wobei Rest-Konglomerate und Korn/Harzstaub entfernt werden. Die mikroskopische Überprüfung zeigt eine vollständige Ummantelung des Korns.

Nach vorgenanntem Verfahren ummanteltes Schleifkorn wird auf eine im Walzenauftrag mit 175 g/m² wäßrigem Phenolresol üblicher Provenienz beschichtete Vulkanfiberscheibe von 0,8 mm Dicke mit einer Streudichte von 800 g/m² aufgestreut, bei 40° bis 80⁰C während 20 Minuten getrocknet und anschließend mit einer Deckbindemittelschicht, bestehend aus wäßrigem Phenolresol üblicher Provenienz und Caiciumcarbonat (Gewichtsverhältnis wie 1 : 1) beschichtet. Die Auftragsmenge der Harz-Füllstoff-Schicht beträgt 700 g/m². Der Härtevorgang der Einbindung erfolpt nach üblichen technischen Maßstäben, d. h. 2 Stunden bis zu 95⁰C wird vorgetrocknet und dann während 12 Stunden bei 120⁰C ausgehärtet.

Die Vulkanfiber-Schleifscheibe zum Vergleichstest wurde unter sonsi gleichen Bedingungen gefertigt, mit dem Unterschied, daß Schleifkörner (Korund, Körnung 24) ohne Umhüllung mit einer stickstoffhaltigen Polyester-Styrol-Copolymerisatschicht verwendet wurden.

Der Schleiftest am Winkelschleifer gegen Stahlblech im Flächenschliff erbrachte während der lOminütigen Schleifdauer einen Schleifquotienten Qr = 25 für umhüllungsfreies Korn und Qr = 79 für umhülltes Korn. Bei praktisch gleichbleibender Zerspanung ist der Kornverlust von 4,4 g/10 min für nicht umhülltes Korn auf 1,2 g/10 min für umhülltes Korn zurückgegangen.

Beispiel 2
Die Lösung eines schwach verzweigten Polyhydantoinharzes (Viskosität der l5°/oigen Lösung in Kresol beträgt bei 20°C im Rotovisko 2000 ± 500 mPa · s) in Toluol mit 10% Festharzgehalt wird zu 15 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Schleifkorn (Halbedeikorund, -, Körnung 24) durch Walzen bei 20°C aufgebracht. Das befeuchtete Korn wird unter Schüttelbewegung bei neigender Temperatur von 60° bis 150⁰C während 60 Minuten getrocknet, dann während zwei Stunden bei 220⁰C gehärtet. Die Konglomerate an ummanteltem

κι Korn werden in einer Kugelmühle gebrochen und anschließend gesiebt, wobei Konglomerate, die nicht mehr augebrochen werden konnten, und Korn/Harzstaub entfernt wurden. Die mikroskopische Überprüfung zeigt eine vollständige Ummantelung des Korns.

r> Nach vorgenanntem Verfahren ummanteltes Schleifkorn wird auf eine im Walzenauftrag mit 175 g/m² wäßrigem Phenolresol üblicher Provenienz beschichtete Vulkanfiberscheibe von 0,8 mm Dicke mit einer Streudichte von 800 g/m² aufgestreut, bei 40° bis 8O⁰C während 20 Minuten getrocknet und anschließend mit einer Deckbindemittelschicht, bestehend aus wäßrigem Phenolresol üblicher Provenienz und Caiciumcarbonat (Gewichtsverhältnis wie 1 : 1) beschichtet. Die Auftragsmenge der Harz/Füllstoff-Schicht beträgt 700 g/m². Der

.'j Härtevorgang der Einbindung erfolgt nach üblichen technischen Maßstäben, d. h. 2 Stunden bis zu 95⁰C wird vorgetrocknet und dann während 12 Stunden bei 120⁰C ausgehärtet.

Die Vulkanfiberscheibe zum vergleichenden Schleiftest wurde unter gleichen Bedingungen gefertigt, mit dem Unterschied, daß Schleifkörner (Halbedelkorund, Körnung 24) ohne Umhüllung verwendet wurden.

Der Schleiftest am Winkelschleifer gegen Stahlblech im Flächenschliff erbrachte während der lOminütigen

J") Schleifdauer einen Schleifquotienten von Qr = 25 für umhüllungsfreics Korn und von Qr - 111 für umhülltes Korn. Bei praktisch gleichbleibender Zerspanung ist der Kornverlust von 4,4 g/10 min für nicht umhülltes Korn auf 0,8 g/10 min fürumhülltes Korn zurückgegangen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen von bahn- oder blattförmigen Schleifwerkzeugen durch Aufbringen eines Harzbindemittels auf Phenolharzbasis und gegebenenfalls Füllstoffen als Grund- und Deckschicht auf ein Trägermaterial und Einbetten von Schleifkörnern auf Grundlage von Al₂O₃ und/oder SiC zwischen dieser Grund- und Deckschicht, wobei die Schleifkörner vor dem Einbetten mit einem anderen Harzbindemittel ais dem zur Grund- und Deckschicht verwendeten umhüllt worden sind und dieses Harzbindemittel in einer Menge von 0,1 bis 15 Gewichtsteilen Festharz auf 100 Gewichtsteile Schleifkörner teilweise oder vollständig ausgehärtet worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbetten mit einem Amid- und/oder lmidgruppen enthaltendem Harzüberzug versehene Schleifkörner verwendet werden.