DE3151600A1

DE3151600A1 - Schleifmittel in form agglomerierter teilchen

Info

Publication number: DE3151600A1
Application number: DE19813151600
Authority: DE
Inventors: David Sturbridge Mass. Rostoker
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1980-12-29
Filing date: 1981-12-28
Publication date: 1982-08-12
Also published as: CA1189327A; IT1145636B; ZA818771B; ES508375A0; SE451687B; AU543947B2; CH652414A5; FR2497136A1; BR8108425A; SE8107533L; GB2090275A; ES8305031A1; AU7884281A; IT8168707A0; JPS57133175A; GB2090275B

Description

Schleifmittel in Form agglomerierter Teilchen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schleifmittel in Form agglomerierter Teilchen, in denen Schleifkorn in einer zerreibbaren Grundmasse eingeschlossen ist; derartige Agglomerate eignen sich besonders für die Verwendung in Schleifgeweben oder -papieren in denen die Agglomerate auf ein biegsames Bahnmaterial aufgeklebt sind. Die Agglomerate eignen sich ebenfalls zur Verwendung in gebundenen Schleifkörpern, beispielsweise Schleifscheiben.

Mindestens seit der US-PS 2 194 472 ist es bekannt, anstelle des gebräuchlichen Schleifkorns auf einer beschichteten, biegsamen Unterlage (Sandpapier) kleine, teilchenförraige Agglomerate aus relativ feinem Schleifkorn, das in einer Matrix oder Grundmasse gehalten bzw. von dieser umschlossen ist, zu verwenden. Soweit bekannt, haben sich jedoch die festen Agglomerate dieser Art oder daraus hergestellt Produkte wirtschaftlich nicht, durchgesetzt. Aus US-PS Re. 29 808 sind hohle Kugeln oder

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andere Formen wie Zylinder bekannt, die aus Schleifkorn gebunden an die Außenfläche einer zerreibbaren Grundmasse wie Harz oder einem, anorganischen Silicat bestehen. In der EP-OS 8868 werden feste Agglomerate beschrieben, die durch geschmolzenen Kryolith oder andere "Salze oder Silicate" gebunden sind.

Die GB-PS 982 215 und die US-PS 3 156 545 lehren die Herstellung von festen Agglomeraten zur Verwendung in Schleifscheiben, die aus mit Glas gebundener Tonerde oder anderem Schleifkorn bestehen« In der US-PS 2 216 728 werden Glas- oder Metallbindungen für die Grundmasse von Aggregaten, welche Diamant als Schleifteilchen enthalten, beschrieben. In der Druckschrift ist angegeben, daß die Grundmasse etwas porös gestaltet werden kann, um die mechanische Bindung zu verbessern, wenn die Aggregate mit einem Bindemittel vermischt werden, um eine Schleifscheibe herzustellen, pie US-PS 2 806 772 . erwähnt, daß geschäumtes Glas in Schleifagglomerate eingeschlossen bzw. diesen zugesetzt werden kann, die durch eine Harzgrundmas se_; gebunden sind.

Die agglomerierten Schleifmittel der hohlen, Harz- oder SiIicat-gebundenen Art führen zwar zu guten Ergebnissen bei der Verwendung in flächigen octer "beschichteten" Schleifmitteln, und Agglomerate gemäß der oben zitierten EP-OS zeigen ebenfalls gute Ergebnisse; beide Arten von Agglomeraten sind Jedoch nur schwer oder teuer herzustellen und es ist weiterhin schwierig, ihre Zerreibbarkeit zu beeinflussen.

Eine bessere Einstellung der physikalischen Eigenschaften von agglomerierten Schleifmitteln und ausgezeichnete

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Schleifergebnisse bei beschichteten Schleifmitteln werden erzielt mit Hilfe von Agglomeraten ausSdiMfknmteilchen, die durch ein geschäumtes Glas gebunden sind, in welchem die SMeifkomteilcben innerhalb der Wände der zelligen Glasmatrix enthalten sind. Derartige Agglomerate können durch Vermischen von Schleifkorn iiiit gebräuchlichen bekannten Massen, die beim Brennen eine geschäumte Glasstruktur (Glasgefüge) ergeben, hergestellt wanden. D^.e Glasmasse, das Schäummittel und gegebenenfalls Sclileif-Hilfsmittel werden zusammengemischt, zu kleinen Agglomeraten der gewünschten Form verförmt, gebrannt unti abgekühlt. Die Agglomerate können dann gesiebt oder klassiert werden, um die gewünschte Korngröße zu erhalten und in gebräuchlicher Weise zur Herstellung von Scheiben, Bändern oder Bahnen
Verwendung finden. Sie können auch zur Herstellung von harzgebundenen Schleifscheiben dienen.

Die vorliegende Erfindung macht Gebrauch von der dem Schaumglas innewohnenden Zerreibbarkeit und seiner einstellbaren Variabilität der Zerre ibbarkeit, wenn es als Grundmasse für Schleifkorn verwendet wird.

Wird ein Schaumglas (eine Schaumglasmasse) auf die entsprechende Schäumtemperatur gebracht, so dehnt es sich aus und haftet an den meisten Materialien, die es umgeben. Zusätzlich neigt es dazu, Teilchen auf seinem Wege einzuschließen.

Von dieser letzteren Neigung wird Gebrauch gemacht, wenn klassiertes Schleifkorn mit -"einem Schaumglas-Ansatz gemischt und die Masse auf Zellen-Bildungs-Temperatur gebracht wird. Überraschenderweise werden

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die Schleifkornteilchen leicht im gesamten Zellkörper verteilt und dennoch von dem Glas in den Wänden vollständig eingeschlossen.

Erfindungsgemäß werden Mischungen aus unterschiedlichen Schaumglas-Ansätzen mit unterschiedlichen volumprozentualen Anteilen Schleifkorn gemischt; die Mischung wird zu grünen, d.h. ungebrannten, kugeligen Teilchen pelletisiert und diese kugeligen Teilchen werden getrocknet und gebrannt, worauf man das Schleif-Aggregat erhält.

Schaumglas (cellular glass) wird als ein für sich weiches Schleifmittel verkauft. Seine wichtigste Produkteigenschaft ist die leichte Zerreibbarkeit ohne schwerwiegendes Versagen derart, daß beim Reiben über ein Werkstück neue scharfe Glasflächen ständig entstehen. Zusätzlich ist dieser Werkstoff undurchlässig, so daß von der Struktur bzw. dem Gefüge keine Flüssigkeit aufgenommen wird. Die Leistung des agglomerierten Schleifmittels hängt von der Zerreibbarkeit qer Grundmasse ab_K Im Idealfall soll die Grundmasse brechen oder krümeln, sobald das darin verkapselte Korn seine Spitzen-Schneidequalität (Eigenschaft) verliert. Die Erfindung bringt ein Produkt, in welchem feines Schleifkorn in den ge-Zellenwänden von Schaumglas

eingekapselt ist.. Ip Idealfall ist die Grundmasse so beschaffen, daß sie einen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten aufweist, der demjenigen des Schleifkorns so nahewie möglich kommt, damit die beim Kühlen auftretenden Risse oder Sprünge auf ein Minimum beschränkt werden.

Das erfindungsgemäße Schleifmittel kann zu extrudierten, zerhackten Formkörpern oder zu Kugeln verformt werden.

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Die Zerreibbarkeit kann durch das Verhältnis von Poren zu Korn (Schleifiiiittel) und/oder durch das Verhältnis von Glas zu Korn eingestellt wferden. Grundmassen mit hoher Dichtö (mehr als 96 g/fcnr - (60 pcf+) -) neigen dazu» wie Glas ieu brechen, währehd Massen geringer Dichte die Zerreibbarkeit verstärken oder verbessern.

Die Größe der Aggregate kann innerhalb weiter Grenzen schwanken, je nach der besonderen vorgesehenen Anwendung und der Schleifkorngröße; allgemein werden die Aggregate einen Durchmesser von 25Ö /um oder mehr aufweisen, da die Mindestgröße des Glas-Schleifkornaggregats durch das Schaumglasverfahren begrenzt ist. Die maximale Größe beträgt gebräuchlicherweise nicht mehr als 5 mm, zumindest bei Verwendung in beschichteten Schleifmitteln. Das Schleifkorn ist allgemein nicht feiner als 10 /um und nicht gröber als 2 oder 3 mti.
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Das bevorzugte Schleifkorn ist geschmolzenes Aluminiumoxid; desweiteren kann ein Schleifkorn aus geschmolzener Tonerde-Zirkonerdö Verwendung finden, ebenso Schleifkorn aus Siliciumcarbid.

Wie in dem nachfolgenden Beispiel gezeigt, kann Natronkalkglas verwendet werden, aber eine nicht entglasende Alurainiumborosilicatglasraasse ist diesem überlegen.

Das Gemisch aus Schleifkorn und Glasmasse zur Herstellung der erfindungsgemäßen Agglomerate enthält 40 bis 80 % (trockenes Schüttvolumen) gemahlene Glasmasse sowie 60 bis 20 % Schleifkorn. Bis zu 20 % Zusatz eines Schleif-Hilfsmittels wie Kryolith

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kann solchen Geraischen zugesetzt werden. Das Endprodukt weist, wenn es in kugeliger Form vorliegt, eine Schüttdichte von 0,32 bis 0,88 g/cnr⁵ auf.

Die optimale Brenntemperatur und Brennzeit hängt von der jeweiligen Zusammensetzung, d.h. Masse und von der angestrebten Dichte (Porosität) des Produktes ab. Allgemein ist eine Temperatur von bis 900 ⁰C oder darüber während etwa 20 min geeignet.

Beispiele

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifmittel werden typischerweise folgende Stufen eingehalten:

1. Es wird ein Schaumglas-Ansatz hergestellt durch Vermählen in der Kugelmühle von Natronkalkglasbrocken oder -scherben mit 0,25 % Ruß und 0,5 % Siliciumcarbid! 3 /um, während 24 h bis zu einer mittleren Teilchengröße von 5 /um oder weniger.

2. Eine Charge aus 70 VoI.-^ des Schaumglas-Ansatzes und 30 Vol„-?o eines Schleifkorns, insbesondere eines Schleifkorns aus geschmolzener dunkler Tonerde mit Teilchengröße 0,084 mm (180 grit fused dark aluminum oxide) wird trocken mit hoher Geschwindigkeit gemischt. Anschließend wird 1 % Alaun zugesetzt in Form einer verdünnten Flüssigkeit und das Ganze naß gemischt. Darauf wird eine wässrige Kontmorillonit-Aufschlämmung mit Feststoffgehalt 4 % als Bindemittel zugegeben, entsprechend einer Feststoffzugabe von 0,4 %. Ausreichend zusätzliches Wasser wird zugefügt, um die Mischung zu pelletisieren, und zwar zu Pellets mit Durchmesser im Bereich von 0,83 bis 0,42 mm (20/40 mesh ).

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3. Die so erhaltenen allgemein kugeligen Pellets werden dann in eineifi Fließbett-Trockner getrocknet und trocken mit einem Äluminiumhydrat-Trennmittel vermischt und in einem Drehofen bei öiner Teraperatür von etwa 850 ⁰C während 20 min gebrannt.

Die erhaltenen Teilchen wiesen eine Dichte von 0,48 bis 0,$6 g/cnr auf. Bei der mikroskopischen Untersuchung wurde festgestellt, daß das Glas dazu neigte, die Tonerdeteilchen einzukapseln, und zwar in Form eines Schaumblasen-Netzwerkes. Es wurde auch beobachtet, daß die Tonerdeteilchen dazu neigten, an der Peripherie der Schaumblasen konzentriert zu werden in einer Weise ähnlich wje "bei der Schaum flotation. Die Teilchen an der Oberfläche waren noch durch eine Glasschicht bedeckt.

Die Teilchen wurden zu zwei Kornklasse^ 0,83/0,59 mm lind 0,59/0,42 mm (20/30 and 30/40 U.S. sieve fraction) klassiert und dann geprüft, iru-dem sie wie Schleifkorn zur Herstellung von beschichteten Schleifbändern in der üblichen Weise verwendet wurden« Die Schleifbänder wurden in einem Standardraetallschleif-(Polier)-syst.em getestet und mit Schleif bändern verglichen, die mit Schleifkorn aus dunkler Tonerde, 0,084 mm, hergestellt worden waren.

Es wurde gefunden, daß die Anfangszeitp die benötigt wurde₍ um einen vergleichbaren Endschliff (Endbearbeitung) zu erzielen im Falle des Schleifbandes aus Schleifaggregat langer war als;im Falle des aus üblichem Schleifkorn hergestellten Schleifbandes, aber die Gesamtmenge entferntes Metall und die Lebensdauer des Schleifbandes betrugen das 2- bis 6-fache, verglichen mit dem Standard-Schleifbando

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Bei Wiederholung des Tests wurden fehlerhafte Ergebnisse erzielt; zum Teil wurden die obigen Leistungen bestätigt, zum Teil waren die Ergebnisse schlechter. Es wurde festgestellt, daß der Grund hierfür darin lag, daß das Natronkalkglas zum Entglasen neigt und daß die Cristobalit-Kristalle Defekte verursachen können, die manchmal zum Versagen des Glases führten. Es wurden wdtere Tests durchgeführt unter Verwendung des Schleifbandes mit einer wässrigen Schleifflüssigkeit. Die dabei erzielten Leistungen waren im wesentlichen schlecht. Es wurde festgestellt, daß dies auf der schlechten Wasserfestigkeit des Glases beruhte.

Dementsprechend wurde festgelegt, daß ein Glasansatz zur Anwendung kommen sollte, der im wesentlichen ein nicht-entglasend es Borsilicatglas war, hergestellt aus einem Gemisch aus Ton oder Vulkanasche und chemischen Zusätzen analog den in der US-PS 3 793 039 beschriebenen.,, Eine Mischung aus 66 % Vulkanasche, 15 % Kaolin , 5,5 % (5 mol) Borax, 8 % Dolomit, 2,7 % Lithiumcarbonat, 2 % Natriumbicarbonat und 0,25 % Ruß wurden miteinander vermählen. Dann wurde 1 % flüssiges Alaun (Alaunlösung) zugegeben und anschließend pelletisiert. Die erhaltenen Pellets wurden bei 930 ⁰C gebrannt und wiesen im wesentlichen die gleiche, reproduzierbare Leistung auf wie die aus den gebrochenen Glasbrocken oder -scherben hergestellten Pellets.

Beim Test in feuchter Umgebung wurde die Leistung zwar etwas verringert, war aber noch besser als die eines gebräuchlichen Schleifbandes auf Basis dunkler geschmolzener Tonerde. Das Aluminiumbaosilicat(glas) besitzt verbesserte oder verstärkte Wasserbeständigkeit.

* (0,084 mm «- 180 grit)

Es wurde weiter gefunden, daß durch Zusatz von 10 % gepulvertem Kryolith die Schnittleistung verbessert werden kann. Kryolith ist ein wohlbekanntes Schleif-Hilfsmittel für Metalle, und wird offensichtlich in gleicher Weise ein-r oder verkapselt wie das Tonerde-Schleifkorn,

Die folgenden Versuche zeigen, daß-wertn auch nicht bevorzugt -Schleifkorn aus Siliciumcarbid oder zusammengeschmolzener Tonerde-Zirkonerde Verwertdung finden kann.

Im ersten Versuch wurde das Standard-Nätronkalkglas-Schaumgemisch verwendet und mit 30 % Schleifkorn

(59. Grystolon 180 grit) und mit 10 % feinem Kryolith versetzt. Dieses Produkt wurde bei etwa 850 ⁰C verschäumt. Das erhaltene Aggregat war leichter als das aus Tonerde hergestellte, war im übrigen jedoch gleich; die Schüttdichte betrug 0,352 g/cra^ gegenüber 0,432 bis 0,464 g/cv?, jeweils bei Teilchengrößen von 0,84 bis 1^65 mm. Es wurde beobachtet, daß einige der Schleif körnte ilchen mit großen Blasen kombiniert waren, woraus geschlossen wurde, daß sogar grobes Silfciumcarbid-Schleifkorn die Schäumreaktion beeinflußt. Diese großen Blasen werden wahrscheinlich das Aggregat schwächen.

Im zweiten Versuch wurden die gleichen Komponenten verwendet mit der Abwandlung, daß ein Schleifkorn aus zusammengeschmolzener Tonerde und Zirkonerde, enthaltend 40 % Zirkonerde, zur Anwendung kam, mit einer Korngröße von 0,17¹^m,weil die Korngröße von 0,084 mm nicht zur Verfügung stand. Das erhaltene Aggregat war im wesentlichen gleich dem aus Tonerde hergestellten Aggregat,

Eine mikroskopische Untersuchung des verkapselten Tonerde-Zirkonerde-Schleifkorns zeigte, daß trotz der reduzierenden Bedingungen beim Schäumen Oxidation

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1A-55 550 -leder metallischen Komponenten des Schleifkorns nachgewiesen werden konnte. Dieser Effekt verringert die tatsächliche Zähigkeit des Schleifkorns.

Es konnte so gezeigt werden, daß anderes Schleifkorn als Tonerde zu Aggregaten verkapselt werden kann, daß dabei aber Nebeneffekte auftreten können, die die Brauchbarkeit des Endproduktes verringern.

Schleif gewebe oder -papiere v/erden aus den erfindungsgemäßen Agglomeraten hergestellt durch Binden dieser Aggregate in einer Schicht auf einer biegsamen Unterlage mit Hilfe einer üblichen Grundschicht und einer Deckschicht aus wärmehärtenden Harzen und/oder Leim.

Nach der Durchführung der obigen Versuche wurde festgestellt, daß Siliciumcarbid-enthaltende Aggregate auf bestimmten Anwendungsgebieten, beispielsweise beim Schleifen oder Polieren von Titanmetall, den gebräuchlichein Siliciumcarbidv-Schleifrcitteln deutlich überlegen sind.

I Weiterhin wur'de festgestellt, daß - wenn Gemische glasbildender Stoffe anstelle von vorgeschmolzenen und vermahlenen Gläsern zur Herstellung der Aggregate verwendet wurden- eine verbesserte Benetzbarkeit des Schleifmittels erzielt werden konnte. Außerdem zeigte sich, daß das erhaltene Aggregat sich in seiner Struktur (seinem Gefüge) von den typischen glasenthaltenden Mischungen unterscheidet. Im Falle der glasbildenden Mischungen werden die Schleifkornteilchen gleichförmig innerhalb des vielzelligen Aggregatkörpers verteilt, verglichen mit den Glas-

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misohungen, "bei denen die Schleifkornteilchen dazu neigen, in den äußeren peripheren Zellenwänden der vielzelligen Matrix konzentriert zu werden.

Bei einer praktischen Anwendung wurde ein schäumbares Gemisch aus 70 % Glasansatz und 30 % grünem (ungebranntem) Siliciuracarbid-Schleifkorn mit Körnung 0,084 mm (180 grit) trocken gemischt. Diese Mischung wurde mit 1 % Alaun, bezogen auf den Feststoffgehalt, in wässriger Lösung versetzt; darauf wurde ausreichend (0,4 %) Montmorillonit in Form einer wässrigen Aufschlämmung zugegeben, um das Ganze auf Korngröße 0,83/0,42 mm (20/40 mesh) zu pelletisieren. Diese allgemein kugeligen Teilchen wurden getrocknet und bei 850 ⁰C während 20 min in einem Drehofen gebrannt. Wenn erwünscht, wurden im ersten Stadium beim Trockenmischen noch 10 bis 20 % Kryolith als Schleif-Hilfsmittel zugesetzt«,

Die gebrannten Teilchen wurden in der üblichen Weise auf ein Band aufgebracht und trocken bei der Fertigbearbeitung von Titanmetall sowie naß beim Schleifen oder Polieren von Glasplatten getestet. In beiden Fällen wurde eine längere Phase : (break in period) als im Falle eines regulären SiC-Schleifbandes benötigt, aber die brauchbare Schnittzeit war viel länger. Im Falle des Titans wurde' mit einem Standard-Schleifband 16 g Material abgetragen, während beim erfindungsgemäßen Schleifmittelband der Abschliff insgesamt 245 g betrug. Beim Naßschleifen von Glas war ähnlich : 18 g gegenüber 180 g im Falle des erfindungsgemäßen Schleifmittels.

Der Versuch wurde wiederholt unter Verwendung einer Mischung aus glasbildenden Stoffen , die eine

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Oxidglasraasse ergaben _;von der bekannt ist, daß sie eine gute Bindung mit Siliciumcarbid eingeht. Diese Bindung wurde mit Ruß in der Kugelmühle vermählen, darauf (mit Schleifkorn) gemischt, pelletisiert und in gleicher Weise wie im vorherigen Versuche gebrannt. Die Versuchsergebnisse beim Trockenschleifen von Titan waren denen der Glasgrundmasse äquivalent, aber beim Naßschleifen von Glas wurde mit dem erfindungsgemäßen Mittel ein besseres Ergebnis erzielt und ein Abschliff von 248 g erhalten.

Die mikroskopische Untersuchung zeigte, daß das Schleifkorn im Glas im wesentlichen an die Peripherie der Schaumblasen gewandert war und daß die Mitte der Schaumblase aus ein paar großen Zellen bestand. Bei den knollenartigen Agglomeraten oder Aggregaten in der Bindung war das Siliciumcarbid im gesamten Agglomerat verteilt und die internen geschlossenen Zellen waren klein und von gleichförmiger Größe.

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Claims

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WUESTHOFF-ν. PECHMANN-BEhfRENS-GOETZ »«·»·»»·

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. ,.· . „ SCHWEIGERSTKASSF.

Anm.: Norton Co.

Tfei.EFON: (089) 66 jo Ji

; TkLEGRAMM: PROTECTI'ATENT

TfeLEX: 524070

Patentansprüche

rl} Schleifmittel in Form agglomerierter Teilchen bestehend aus einer Grundmasse mit darin verteilten Schleifkornteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse Schaumglas ist und daß die Schleifkorn-Teilchen innerhalb der Zellenv/ände des Glases eingeschlossen und in größter Konzentration in den Außenwänden vorhanden sind.
2. Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifkorn aus geschmolzener Tonerde, zusammengeschmolzener Tonerde/Zirkonerde oder Siliciumcarbid besteht.
3ο Schleifmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate Kryolith-Teilchen einschließen.
4. Schleifmittel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch

eine Dichte von 0,32 bis 0,88 g/cm³.
5. Schleifmittel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine im allgemeinen kugelige Form.

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6. Schleifmittel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Glas ein Aluminiumborosilicatglas ist.
7. Verwendung des Schleifmittels nach Anspruch 1-6, zur Herstellung von Schleifgeweben oder -papieren.

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