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Beachre ibun
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Schleifscheiben Die bindemttelgebundenen Schleifscheiben lassen sich
in drei Hauptgruppen einteilen und zwar aufgrund ihres Anwendungsgebietes, nämlich
Grobschleifen, Feinschleifen und Trennschleifen. Das Grobschleifen und üblicherweise
auch das Trennen geschieht mit Schleifscheiben, die eine möglichst zähe, wärmebeständige
Bindung aufweisen, welche fast ausschließlich mit Hilfe von Phenolformaldehydharzen
erreicht wird. Beim Präzisionsschleifen unter Anwendung eines Kühimitteis wird jedoch
eine insgesamt erforderlich Zähigkeit und Wärmebeständigkeit der Harzbindung nicht
erforderliche Die Präzisionsschleifscheiben sind daher teilweise gebunden mit Phenolformaldehydharzen
und teilweise mit Gläsern. Fur ganz spezielle Schleifoperationen werden mit Shellak
oder Alkydharzen gebundene Schleifscheiben angewandt. Die Erfindung bezieht sich
nun auf die Verbesserung dieser Präzisionsschleifscheiben wie Walzenschleifen, spitzenloses
Schleifen, Polieren von Injektionsnadeln, Schleifen von Bremsscheiben und auch fUr
Trennscheiben
für Anwendungsgebiete, wo die Oberflächeneigenschaften
der zu bearbeitenden Werkstücke von größter Bedeutung sind.
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Bis jetzt wurde im allgemeinen Shellak und nur in einigen Fällen Alkydharze
als Btndemittel zur Herstellung entsprechender Schleifscheiben angewandt.
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Während Shellak einen sehr realen Bedarf in der Industrie genügte,
führte es doch zu einigen Begleiterscheinungen. Shellak ist ein natürlich vorkommendes
Produkt, welches aus den Tropen oder angrenzenden Gebieten importiert werden muß.
Daher variiert es weitgehend in der Zusammensetzung in Abhängigkeit von der Provinienz
mit den Klimabedingungen, Vegetationsbedingungen und dgl. Shellak besteht in der
Hauptsache aus Polyhydroxysäuren, die unter Bildung von Esterbindungen polymerisieren.
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Dies ist zweifellos der Hauptweg der Polymerisation. Shellak enthält
jedoch auch in geringem Umfang äthylenische Doppelbindungen, welche jeher Härtung
zugänglich sind, wie sie bei in der Natur vorkommenden Harzen eintritt. Da Shellak
in erster Linie durch Kondensation der Carboxylgruppen und der alkoholischen Hydroxylgruppen
polymerisiert, bildet sich ein beträchtlicher Gehalt an Wasser. Die Reaktion geht
jedoch relativ langsam. Das Härten von grünen mit Shellak gebundenen Schleifkörpern
dauert zumindest einige Stunden in der Wärme und kann bis zu einigen Tagen betragenlabhängig
von der..zu härtenden Materialstärke.
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Aufgabe der Erfindung ist die Eliminierung dieser mit Shellak zusammenhängenden
Schwierigkeiten, Während praktisch jeder wärmehärtende Kunststoff bereits für Schleifkörper
vorgeschlagen ist, konnten sich in der Praxis nur ganz wenige Produkte durchsetzen.
Dazu gehören die Epoxgharze (US-PS 3 560 176). Daraus sind weichschleifende Schleifkörper
hoher Festigkeit bekannt, in deren Bindung die Epoxygruppen vernetzt sind mit üblichen
Vernetzungsmitteln wie
Aminen, Aldehyden oder dgl. Das besondere
an diesen bekannten Epoxyharzen ist der Anteil an Schwefel oder Halogen im Prepolymer
und/oder Vernetzungsmittel.
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Es wurden auch schon Epoxyharze mit wärmehärtenden Phenolformaldehydharzen
zur Erhöhung der Festigkeit von Schleifkörpern bei Raumtemperatur angewandt (US-ES
2 779 668). Das Harz ist im wesentlichen ein Phenolformaldehydprepolymer enthaltend
als Vernetzungsmittel Hexamethylentetramin, dem ein Epoxyprepolymer ohne Vernetzungsmittel
zugesetzt ist. Für Schleifscheiben wurden danach Verhältnisse von phenolischen Hydroxylgruppen
zu Epoxygruppen zwischen 7:1 und 80:1 bevorzugt. Aus diesem Stand der Technik geht
auch ein Epoxy-modifizierterlssiger Phenolformaldehydkleber für Schleifpapiere oder
Schleifleinen hervor. Dieser ist aufgebaut aus einem Einstufen-sblbsthärtenden Phenolformaldehydharz
mit einem Zusatz an flüssigem Epoxyprepolymer. In diesen Produkten liegt das Verhältnis
von freien phenolischen Hydroxylgruppen zu Epoxygruppen zwischen 3: 1 und 15:1.
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Die US-PS 2 943 926 betrifft ein Verfahren zur Herstellung mit Harzen
gebundener Schleifscheiben, bei dem zuerst das Schleifkorn mit einer üblicherweise
dafür angewandten Flüssigkeit wie Furfural oder flüssigem Harz benetzt wird, Anschließend
wird ein erster Teil von Harzpulver mit dem benetzten Schleifkorn gemischt, worauf
diesem Vorgemisch eine vorbestimmte Wassermenge zugesetzt und in diese Masse ein
vorbestimmter Anteil an Harzpulver zugesetzt wird bis zur Homogenisierung, woraufhin
das Wasser abgedampft wird. Als Bindemittel wird ein Epoxymodifiziertes Phenolformaldehydharz
angewandt. Dieses Harz entspricht dem nach US-PS 2 779 668 angewandten Hexamethylentetramin-haltigen
pulverförmigen Phenolformaldehydharz der zweiten Stufe mit einem Zusatz von 7 bis
9 Gew.-,' eines Epoxyprepolymeren.
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Fertigschleifscheiben geringer Dichte auf der Basis einer Fasermatte
sind aus der US-PS 3 510 283 bekannt, die aus einem extrem leichten Faservlies z.B.
aus Nylonfasern aufgebaut sind, in dem die Fasern durch eine geringe Menge an Kleber
an den Berührungspunkten fixiert sind. An den Fasern haftet das Schleifkorn mit
Hilfe eines dünnen Kleberüberzugs vorteilhafterweise der gleichen Zusammensetzung
wie zur Fixierung der Fasern. Als Kleber eignet sich dazu ein Epoxyharzprepolymer
im Gemisch mit einem Novolak und einem Lösungsmittel. Das Novolakharz ist ein Hexamethylentetramin
freies Prepolymer eines Phenols und Formaldehyds, dessen Reaktion erreicht wurde
durch überschüssige Phenolmengen. Auch das Epoxyprepolymer enthält kein Vernetzungsmittel
dafür. Die phenolischen undEpoxy-Prepolymeren reagieren miteinander unter Bildung
des wärmehärtenden Klebers. Eine Lösung der beiden Prepolymeren wird mit Schleifkorn
gemischt und auf das Faservlies gespritzt, so daß zwar die Fasern damit überzogen
werden, nicht jedoch die Faserzwischenräume ausgefüllt sind. Dieses Material läßt
sich nun zu Scheiben formen, woraufhin in an sich bekannter Weise der Kleber gehärtet
wird.
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Die Erfindung betrifft ein relativ weich schleifendes, einigermiBen
temperaturempfindliches Schleifmaterial mit wärmehärtender Bindung in Form eines
Reaktionsproduktes eines Phenol-Aldehyd-Prepolymeren mit bestimmten Epoxyprepolymeren
ohne der Anwendung eines Vernetzungsmittels für diese Prepolymeren.
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Bei dem Phenolaldehydprepolymeren kann es sich um einen Novolak handeln,
d.h. ein Produkt1 in dem Phenolüberschuß vorliegt. Das Epoxyprepolymer ist im wesentlichen
fest, kann jedoch auch flüssige Prepolymere enthalten, welche ein Epoxyäquivalentgewicht
von etwa 70 bis 200 besitzen können. Das Epoxyharzpulver sollte ein Epoxyäquivalentgewicht
von etwa 230 bis 2500 haben, kann jedoch auch bis hinauf zu 4000 gehen. Durch entsprechende
Kombination der Anteile an phenolischem und epoxidischem Prepolymer und Wahl der
Epoxyäquivalentgewichte lassen sich
Schleifmaterialien der gewünschten
Art über einem relativ weiten Ausmaß von Schleifwirkung herstellen. In den erfindungsgemäßen
Schleifkörpern sollte der Volumenanteil an Schleifkorn 44 bis 60 %,an Bindemittel
56 bis 2 % betragen, wobei der Porenanteil O bis 38 % sein kann. In dem Bindemittel
kann sich bis zu 30 Gew.-" Füllstoff und zwar sowohl aktiver als auch inaktiver
wie üblich angewandt1 befinden.
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Die erfindungsgemäßen Schleifkörper können weit hinsichtlich ihrer
Schleifeigenschaften variieren als Funktion der Weichheit der Bindung0 In erster
Linie ist es jedoch Aufgabe der Erfindung Schleifkörper zu bringen, die die gleichen
Schleifeigenschaften wie Shellak gebundene Schleifscheiben besitzen.
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Erfindungsgemäß lassen sich jedoch die vielfältigsten Schleifeigenschaften
einstellen, die mit einer einfachen Harzbindung nicht möglich sind und schon gar
nicht mit Shellak.
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Die Erfindung betrifft nun Schleifkörper, deren Bindemittel aus 45
bis 90 Gew.-" Epoxyprepolymer und 55 bis 10 Gew.-" Phenolformaldehydprepolymer besteht.
Von dem Epoxyprepolymeranteil sind vorzugsweise 5 bis 20 % ein flüssiges Epoxyharz,
welches zum Überziehen des Schleifkorns dient im Rahmen der Herstellung von Schleifkörpern
mit pulverförmigem Bindemittel.
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Dieses pulverförmige Bindemittel stellt ein Pulvergemisch von Epoxyprepolymer
und Phenolformaldehydprepolymer dar ohne daß ein übliches Vernetzungsmittel enthalten
ist.
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Für die erfindungsgemäßen Schleifkörper können beliebige Schleifmittel
dtenen wie Siliciumcarbid, Tonerde gegebenenfalls zusammen Zirkonoxid, Zirkonoxidspinel
oder dgl., aber auch kubisches Bornitrid und Diamant einschließlich Schleifkorn,
welches beispielsweise mit Silan behandelt oder mit Metall überzogen ist. In dem
Bindemittel kann ein beliebiger Füllstoff enthalten sein, wie Bariumsulfat, Kaliumfluoroborat,
Natriumfluroalumint, Wollastonit, Pyrite und/oder Schleifpulver.
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Die physikalischen Eigenschaften der Harzbindung werden bestimmt durch
die wichte der Vernetzung. Die Dichte der Vernetzung ist ihrerseits wieder eine
Funktion des Abstandes der reaktiven Gruppen in dem Prepolymer. Die reaktiven Gruppen
im phenolischen Prepolymer sind die Hydroxylgruppen und ihr Abstand ist relativ
fixiert, da in dem phenolischen Prepolymer zwei oder mehrere phenolische Kerne über
ein einziges Kohlenstoffatom verbunden sind, welches ursprünglich dem Aldehyd zugehdrte.
Bei Phenolformaldehydprepolymeren ist die die Phenolkerne verbindende Gruppe die
Methylengruppe.
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Der Abstand der funktionellen Epoxy- oder Oxirangruppen im Epoxyprepolymer
ist nicht so festgelegt wie die phenolische Hydroxylgruppe und kann weit variieren.
Dieser variierende Abstand der Epoxygruppen gestattet auch die präzise Einstellung
der physikalischen Eigenschaften in der Harzbindung. Je enger die Epoxygruppen am
Epoxyprepolymeren sind, umso größer ist die Anzahl der Vernetzungen je Längeneinheit,
also die Vernetzungsdichte. Der Abstand der Epoxygruppen im Prepolymeren wird üblicherweise
bezeichnet als "Epoxyäquivalentgewicht" und üblicherweise definiert in g Harz enthaltend
1 gAqu.
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Epoxid. Je höher das Epoxidäquivalentgewicht ist, umso weiter entfernt
stehen die Epoxygruppen und damit auch die Vernetzungen. Aus den folgenden Beispielen
geht der Einfluß unterschiedlicher Epoxyäquivalentgewichte von Epoxyharzpulvern
hervor, während die anderen Variablen der Harzbildung im wesentlichen konstant gehalten
werden.
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Beispiele 1 bis 7 Es wurden in üblicher Weise Schleifscheiben hergestellt
aus Phenolformaldehydprepolymer und Epoxyprepolymer unterschiedlicher Epoxyäquivalentgewichte.
Tonerdeschleifkorn der Körnung 0,149 wurde in einem vertikalen Spindelmischer mit
einer vorbestimmten Menge eifflets flüssigen Epoxyharzes (Araldit 6010 oder ERL
4206 . Zu dem befeuchteten Schleifkorn wurde dann
ein trockenes
Pulvergemisch von Phenolformaldehydharz ohne Hexamethylentetramin und Epoxyprepolymer
zugesetzt und bis zur Aufnahme der gesamten Flüssigkeit durch das Pulvergemisch
gemischt. Das phenolische Prepolymer hatte einen Schmelzbereich von 113 bis 115°C.
Die Masse wurde dann durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,71 mm gegeben und
dann in einer Form mit einem Innendurchmesser von 203 mm mit einem Stempel 31,75
mm auf eine Scheibenstärke von 12,7 mm gepreßt. Nach dem Ausformen wurde insgesamt
20 h in einem Durchlaufofen gehärtet, wobei etwa 7 h eine Temperatur von 1750C herrschte.
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Die hergestellten Schleifscheiben enthielten 48 Vol.-% Schleifkorn,
26 Vol.- Bindung aus flüssigem und pulverförmigem Epoxyharz und pulverförmigem Phenolharz
sowie 26 % Poren. Die Schleifscheiben wurden auf ihre Schleifleistung an einem Werkstück
aus korrosionsbeständigem Stahl 410,Härte RC 28-30, auf einer Flächenschleifmaschine
Norton S-3 152,4 x 457,2 mm unter folgenden Bedingungen geprüft: Scheibendrehzahl
3200 UpM Tischverschiebung 9 m/min 12,7 bis 508 /um an 410 SS bei jedem Querabstich
Kühlmittel etwa 1 Teil Natriumnitrit Alkanolamin Konzentrat in 40 Teilen Wasser
Tabelle:
Tabelle Bei- Bindung Abschliff- mittlere Oberfläspiel
% verhältnisa) Stromauf- chengüteb) nahme, W 1 Shellak 81 0,61 650 45 - 48 V1181c)
15,4 Rizinusöl 3,5 2 BRP 4077e) 10,1 0,53 735 60 - 63 Araldit 6010f) 12,3 Araldit
6097g) 77,6 3 BRP 4077e) 12,6 0,77 800 60 - 62 Araldit 6010f) 11,5 Araldit 6097g)
75,9 4 BRP 4077e) 15,1 0,89 935 50 - 55 Araldit 6010f) 11,7 Araldit 6097g) 73,2
5 BRP 4077e) 20,0 1,24 1035 47 - 49 Araldit 6010f) 12,1 Araldit 6097g) 67,9 6 BRP
4077e) 12,6 0,47 615 53 - 56 ERL 4206d) 4,3 Araldit 6097g) 83,1 7 BRP 4077e) 20,0
1,3 1015 46 - 50 Araldit 6010f) 20,8 Araldit 6097g) 59,2 a) Abschliff durch VerschleiB
b)Oberflächengüte im Bendix Profilometer 0-100 AA Skala c)flÜssiges Phenolformaldehydharz
der ersten Stufe d)fliissiges Epoxyprepolymer mit einem Epoxyäquivalent von 70-74
e)Hexamethylentetramin freies Phenolformaldehydprepolymer der zweiten Stufe flüssiges
Epoxyharz mit einem Epoxyäquivalent von 182-196 g)festes Epoxyharz mit einem Epoxyäquivalentgewicht
von 2000 bis 25 000
Beim Präzisions- oder Feinschleifen ist die
Oberflächengüte von überragender Bedeutung. Shellak gebundene Schleifscheiben führen
aufgrund der Eigenschaften des Shellaks zu der gewünschten Oberflächengüte (Vergleichsbeispiel
1), Alle erfindungsgemäßen Schleifscheiben 2 bis 7 führen zu mit Shellak absolut
vergleichbaren Oberflächengüten. Die Scheiben nach den Beispielen 5 und.7 erbringen
genau die Oberflächeneigenschaften wie die Shellak-Schleifscheiben, sind jedoch
darüberhinaus doppelt so wirksam wie diese, wie sich aus dem Abschliffverhältnis
ergibt.