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Die
vorliegende Erfindung betrifft Schleifgegenstände, insbesondere Schleifgegenstände, die
besonders zur Verwendung in kritischen oder kontrollierten Umgebungen
geeignet sind.
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Eine
stetig steigende Zahl von industriellen Arbeitsvorgängen benötigt eine
Isolierung von potentiell überall
vorhandenen physikalischen und chemischen Verunreinigungen. Umgekehrt
können
andere industrielle Arbeitsvorgänge
wegen ihrer toxischen oder infektiösen Natur eine Isolierung von
der allgemeinen Umgebung erfordern. Solchen Notwendigkeiten wird
im allgemeinen durch die Gestaltung, die Fabrikation und die Verwendung
von sogenannten "Reinräumen" (auch als "white rooms" bekannt) entsprochen.
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Solche
Einrichtungen haben eine weit verbreitete Verwendung bei der Herstellung
von Halbleitergeräten
gefunden, wobei die Gegenwart von äußeren Verunreinigungen, wie
nicht gewünschten
Partikeln und Ionen, auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden muss.
Arbeitsvorgänge,
wie, zum Beispiel, Kristallwachstum, Ionenimplantation, Metallabscheidung
und Ätzen,
werden typischerweise in Tiefdruck(Vakuum)-Kammern oder Reaktoren
durchgeführt,
die in Reinraumumgebungen betrieben werden. Nach der Verwendung
während eines
bestimmten Zeitraums werden diese Kammern unvermeidlich verschmutzt
und müssen
deshalb gereinigt werden. Abhängig
von der Art der Verunreinigung können
Schleifgegenstände
nötig sein,
um zäh
festgehaltene Verunreinigungen zu entfernen. Solche Schleifvorgänge erzeugen
definitionsgemäß Festteilchenmaterialien,
die die Reinraumumgebung verunreinigen können. Ferner können die
Schleifgegenstände
selbst nicht gewünschte
Partikel und/oder ionische Einheiten in die Kammer und/oder den
Reinraum bringen. Es besteht deshalb ein Bedarf für einen
Schleifgegenstand zur Verwendung in kritischen Reinraumumgebungen.
Ein solcher Schleifgegenstand sollte Rückstände wirksam von Reaktoroberflächen entfernen,
die Freisetzung von Partikeln in die Reinraumumgebung minimieren
und die Übertragung
von ionischen Verunreinigungen in den Reaktor und/oder den Reinraum
minimieren.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt einen flexiblen Schleifgegenstand
bereit, umfassend ein offenzelliges Schaumstoffsubstrat, mindestens
ein Bindemittel und Schleifpartikel, wobei die Schleifpartikel minimale
Mengen entfernbarer physikalischer und chemischer Verunreinigungen
enthalten und, wenn sie zum Reinigen einer Oberfläche verwendet
werden, ein sauberes Werkstück
mit minimalen Mengen von physikalischen und chemischen Verunreinigungen
bereitstellen und die Oberfläche
des Werkstücks
nicht beschädigen.
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Eine
andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung
eines flexiblen Schleifgegenstands bereit, umfassend die Schritte:
Bereitstellen
eines offenzelligen Schaumstoffsubstrats;
Beschichten des offenzelligen
Schaumstoffsubstrats mit einer Bindemittelschicht;
Beschichten
des beschichteten Substrats mit Schleifpartikeln;
Härten des
mit Partikeln beschichteten Substrats;
Umwandeln des gehärteten,
beschichteten Substrats in einen verwendbaren geformten Schleifgegenstand;
nachfolgendes
Reinigen der Schleifgegenstände,
um potentielle Werkstückverunreinigungen
zu entfernen, und
Packen der nachfolgend gereinigten Schleifgegenstände.
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"Flexibler Schleifgegenstand" betrifft einen Schleifgegenstand,
der beim Falten um sich selbst mit der freien Schleifoberfläche vorliegt,
wobei eine Messerschneide der Schleifbeschichtung erhalten wird.
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"Bindemittelschichtvorläufer" betrifft das beschichtbare
harzartige Haftmaterial, das auf die beschichtbaren Oberflächen der Öffnungen
des offenzelligen Substrats aufgetragen wird, um die Schleifpartikel
daran zu befestigen.
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"Bindemittelschicht" betrifft die Schicht
aus gehärtetem
Harz über
den beschichtbaren Oberflächen
der Öffnungen
des offenzelligen Schaumstoffsubstrats, die durch Härten der
Bindemittelschichtvorstufe erzeugt wird.
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"Deckschichtvorläufer" betrifft das beschichtbare
harzartige Haftmaterial, das auf die beschichtbaren Oberflächen der Öffnungen
des offenzelligen Schaumstoffsubstrats über die Bindemittelschicht
aufgebracht wird.
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"Deckschicht" betrifft die Schicht
aus gehärtetem
Harz über
den beschichtbaren Oberflächen
der Öffnungen
des offenzelligen Schaumstoffsubstrats, die durch Härten der
Deckschichtvorstufe erzeugt wird.
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"Gehärtet" oder "vollständig gehärtet" bedeutet ein gehärtetes,
polymerisiertes, härtbares,
beschichtbares Harz.
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"Feine Schleifpartikel" bezieht sich auf
schleifwirksame Partikel, umfassend jedes Material, das hier erläutert wird
und eine Teilchengrößenverteilung
besitzt, wobei ein sehr bevorzugter mittlerer Teilchendurchmesser
etwa 60 μm
(Mikron) oder kleiner ist. Es wird eine kugelförmige Teilchenform angenommen,
wenn auf den mittleren Partikeldurchmesser, bezogen auf Standardtestverfahren,
Bezug genommen wird, die zur Bestimmung von Partikeldurchmessern,
wie, zum Beispiel, das ANSI-Testverfahren B74.18-1884, verfügbar sind.
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"Im wesentlichen einheitlich" bezieht sich auf
die Verteilung von feinen Schleifpartikeln in den fertigen Gegenständen, die über die
Umrisse und Wände
der beschichtbaren Oberflächen
verteilt sind, d. h. beschichtbaren Oberflächen, die durch Zwischenräume oder
leere Räume
ohne bedeutende Agglomeration des Harzes und der Partikel definiert
sind, wie es visuell durch mikroskopische Prüfung der Oberflächen beobachtet
werden kann. In den fertigen Gegenständen ist die Mehrzahl der Partikel über den
beschichtbaren Oberflächen der Öffnungen
lokalisiert, um bei der Anfangsanwendung des Gegenstands eine Schleifwirkung
auszuüben.
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Die
erfindungsgemäßen Schleifgegenstände können in
Form von Handkissen, Endlosriemen, Scheiben, verdichteten oder komprimierten
Rädern
und dergleichen bereitgestellt werden. Außerdem können die erfindungsgemäßen Gegenstände an andere
Gegenstände,
wie Vliesstoffe, geschlossene Zellschaumstoffe, offenzellige Schaumstoffe
oder starre Schaumstoffe und dergleichen, laminiert werden oder
die Gegenstände können in
einer Rollenform, mit oder ohne Perforierungen darin, bereitgestellt
werden.
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Bei
der Herstellung der vorstehenden Gegenstände wird ein offenzelliges
Schaumstoffsubstrat hergestellt oder auf andere Weise bereitgestellt.
Eine Bindemittelschichtvorläuferzusammen setzung
wird auf eine Oberfläche
des offenzelligen Schaumstoffsubstrats aufgetragen, wobei eine erste
Beschichtungsschicht erzeugt wird. Eine Vielzahl von feinen Schleifpartikeln
wird auf die erste Beschichtungsschicht aufgetragen und die Bindemittelschichtvorläuferzusammensetzung
wird mindestens teilweise gehärtet.
Gegebenenfalls wird eine Deckschichtvorläuferzusammensetzung über die
Schleifpartikel und die erste Beschichtungsschicht aufgetragen,
wobei eine zweite Beschichtungsschicht erzeugt wird. Die ersten
und zweiten Beschichtungsschichten werden gehärtet, wobei die Schleifpartikel
an die beschichtbaren Oberflächen
der Öffnungen
des offenzelligen Schaumstoffsubstrats befestigt werden, wobei der
Schleifgegenstand bereitgestellt wird, auf dem die Partikel an die
Oberflächen
in einer im wesentlichen einheitlichen Verteilung entlang ihrer
Umrisse befestigt sind.
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Die
feinen Schleifpartikel werden auf die Bindemittelschichtvorstufe,
vorzugsweise durch Aufbringen der Partikel zuerst auf eine Hauptoberfläche des
offenzelligen Schaumstoffsubstrats und dann auf die zweite Hauptoberfläche des
offenzelligen Schaumstoffsubstrats unter Verwendung des in
US-A-5,863,305 beschriebenen
Aufbringungsverfahrens aufgebracht. Größere Schleifpartikel, d. h.
größer als
60 μm (Mikron)
Durchmesser werden vorzugsweise auf die Bindemittelschichtvorstufe
nach bekannten Verfahren, wie dem Tropfbeschichten oder dem elektrostatischen
Beschichten, aufgetragen. Vorzugsweise sind der Bindemittelschicht- und
Deckschichtvorläufer
wärmehärtbare,
beschichtbare Polyurethanharze. Ebenfalls wird die optionale Deckschicht,
wenn sie auf den Gegenstand aufgetragen wird, vorzugsweise über die
mindestens teilweise gehärtete
Bindemittelschicht aufgetragen. Der Bindemittelschichtvorläufer und
der Deckschichtvorläufer
werden dann vollständig
gehärtet,
wobei die erfindungsgemäßen flexiblen
Schleifgegenstände
bereitgestellt werden, und die auf diese Weise hergestellten Gegenstände können weiter
verarbeitet werden, wobei Handkissen, Endlosgurte, Scheiben, verdichtete
oder komprimierte Räder
und dergleichen bereitgestellt werden.
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1 veranschaulicht eine bekannte
Beschichtung auf einem faserigen Vliesstoffsubstrat.
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2 veranschaulicht schematisch
ein bevorzugtes Beschichtungsverfahren.
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3 veranschaulicht einen
bevorzugten Beschichtungsapparat.
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4 veranschaulicht eine Beschichtung
auf einem faserigen Vliesstoffsubstrat, die nicht zu dem Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung gehört.
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5 veranschaulicht einen
Partikelbeschichter, der für
die Erfindung geeignet ist.
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Die 6 und 6a veranschaulichen ausführlicher
den Partikelbeschichter der 5.
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7 veranschaulicht eine andere
Ausführungsform
eines Partikelbeschichters.
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Die 8a, 8b, 8c und 8d veranschaulichen geometrisch
verschiedene mehrfache Partikelbeschichteranordnungen.
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9 ist eine Kopie einer Photographie
eines bekannten Schaumstoffschleifgegenstands.
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10 ist eine Kopie einer
Photographie eines bevorzugten Schaumstoffschleifgegenstands.
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Das
organische offenzellige Schaumstoffsubstrat, das als Trägermaterial
für die
Schleifpartikel verwendet wird, kann thermoplastischer, wärmehärtbarer
oder thermoplastisch elastomerer Schaumstoff sein. Retikulierte
Schaumstoffstrukturen werden bevorzugt.
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Die
Gasphase in einem zellförmigen
Polymer oder Schaumstoff ist in Zwischenräumen oder Leerräumen, die
Zellen genannt werden, verteilt. Wenn diese Zellen in einer solchen
Weise miteinander verbunden sind, dass das Gas von einer Zelle zu
einer anderen durchströmen
kann, wird der Schaumstoff offenzellig genannt. Im Gegensatz dazu,
wenn die Zellen getrennt sind und die Gasphase jeder Zelle unabhängig von
der der anderen Zellen ist, wird der Schaumstoff geschlossenzellig
genannt. Wenn der Anteil von offenen Zellen in einem Schaumstoff
größer als
der Anteil der geschlossenen Zellen ist, ist der Schaumstoff ein
offenzelliger Schaumstoff. Der Gehalt an geschlossenen Zellen eines
Schaumstoffs kann durch ein Luftströmungsmanometer gemessen werden,
wie in ASTM als Methode D3574 beschrieben ist.
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Im
allgemeinen kann jedes elastische und flexible Schaumstoffsubstrat
mit offenen Zellen mit beschichtbaren Oberflächen auf mindestens einer Oberfläche des
Substrats für
die erfindungsgemäßen Schleifgegenstände verwendet
werden. Bevorzugte Schaumstoffsubstrate haben zwischen etwa 1,6
bis etwa 39,4 Poren pro cm (4 bis etwa 100 Poren pro inch (ppi))
(mittlerer Porendurchmesser von 6 bis 0,25 mm). Schaumstoffsubstrate
mit mehr als etwa 39,4 Poren pro cm (100 ppi) haben Oberflächen, die
sich wie feste Oberflächen
verhalten. Solche festen Oberflächen
können
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
beschichtet werden, jedoch können
solche Schaumstoffsubstrate die Eigenschaften des unbeschichteten
Schaumstoffsubstrats wegen des nicht einheitlich aufgetragenen Harzes
und der Partikel nicht bewahren. Geeignete Schaumstoffsubstrate
schließen
die Substrate, die aus synthetischen Polymermaterialien, wie Polyurethanen, Schaumkautschuken
und Silikonen, hergestellt werden und natürliche Schwammmaterialien ein.
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Die
Dicke des Schaumstoffsubstrats ist nur durch die gewünschte Endverwendung
des flexiblen Schleifgegenstands begrenzt. Bevorzugte Schaumstoffsubstrate
haben eine Dicke, die in dem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 50 mm
liegt.
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Bevorzugte
Schaumstoffmaterialien schließen
die Materialien ein, die aus Polyesterurethan bestehen, einheitliche
Poren haben und eine offene, retikulierte Zellstruktur besitzen.
Diese bevorzugten Schaumstoffe stellen die notwendige Produktflexibilität und Schleifleistung
und eine Abnahme der Neigung zur Verunreinigung bereit.
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Wie
nachstehend ausführlicher
beschrieben ist, wird eine Haftschicht durch das Auftragen eines
harzartigen Bindemittelschichtvorläufers oder ersten Harzes und
gegebenenfalls eines Deckschichtvorläufers oder zweiten Harzes über den
Bindemittelschichtvorläufer
und die Schleifpartikel auf das offenzellige Substrat erzeugt. Vorzugsweise
wird die Haftschicht aus dem Bindemittelschichtvorläufer und
dem Deckschichtvorläufer erzeugt,
die auf das offenzellige Substrat mit einem Beschichtungsgewicht
aufgetragen werden, das nach dem Härten die notwendige Haftung
bereitstellt, um die Schleifpartikel fest an das Substrat zu binden.
Die Bindemittel- und Deckschichtvorläufer können gegebenenfalls vor dem
Auftragen auf das offenzellige Substrat zum Schäumen gebracht oder geschäumt werden.
In den fertigen erfindungsgemäßen Gegenständen stellt
die Haftschicht eine dünne
Harzbeschichtung über
die Schleifpartikel bereit, ohne die Partikel in dem Harz zu versenken.
Wenn man, zum Beispiel, unter einem Mikroskop beobachtet, werden
die einzelnen Partikel in den beschichtbaren Oberflächen des
Substrats verankert und aus den äußeren Oberflächen der
beschichtbaren Oberflächen
nach außen
gerichtet beobachtet. In dieser Konstruktion sind die Schleifpartikel
in dem Gegenstand so lokalisiert, dass sie sofort in den Anfangsanwendungen
des fertigen Gegenstands schleifwirksam sind. Außerdem haften die Partikel
fest an den beschichtbaren Oberflächen der Zwischenräume, wobei
ein Schleifgegenstand mit einer zufriedenstellenden Arbeitsdauer
bereitgestellt wird.
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Der
zur Verwendung in der Erfindung geeignete Bindemittelschichtvorläufer ist
ein beschichtbares, härtbares
Klebbindemittel und sie kann einen oder mehrere thermoplastische
oder, vorzugsweise, wärmehärtbare harzartige
Klebstoffe umfassen. Das bevorzugte Klebbindemittel ist ein Bindemittel,
das wegen seiner Flexibilität,
Zähigkeit
und der geringen Menge von Verunreinigungen und Farbe, ein Polyurethan
umfasst. Andere in der vorliegenden Erfindung geeignete harzartige
Klebstoffe schließen
phenolische Harze, Aminoplastharze mit α,β-ungesättigten Carbonylgruppen in
der Seitenkette, Epoxyharze, ethylenisch ungesättigte Harze, acrylierte Isocyanuratharze,
Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Isocyanuratharze, acrylierte Urethanharze,
acrylierte Epoxyharze, Bismaleinimidharze, mit Fluoren modifizierte
Epoxyharze und Kombinationen davon ein. Die Auswahl dieser Harze
sollte jedoch mit großer
Sorgfalt durchgeführt
werden, um das Einbringen von unerwünschten Verunreinigungen oder
die Herstellung von zerreibbaren Beschichtungen zu vermeiden, die
unerwünschte
Partikel erzeugen können.
Katalysatoren und/oder Härtungsmittel
können
ebenfalls zur Verunreinigung des Klebbindemittels beitragen und
sie sollten deshalb mit Sorgfalt ausgewählt werden. Die trockene Bindemittelschicht
beträgt
typischerweise zwischen 50 g/m2 und 170
g/m2.
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Expoxyharze
haben einen Oxiranring und werden durch Ringöffnung polymerisiert. Diese
Epoxyharze schließen
monomere Epoxyharze und polymere Epoxyharze ein. Diese Harze können in
der Beschaffenheit ihrer Gerüste
und Substituenten sehr verschieden sein. Das Gerüst kann, zum Beispiel, einen
jeden Typ aufweisen, der normalerweise mit Epoxyharzen in Zusammenhang
steht und die Substituenten daran können jeden Rest bedeuten, der
frei von einem aktiven Wasserstoffatom ist, das mit einem Oxiranring
bei Raumtemperatur reaktiv ist. Typische Beispiele für geeignete
Substituenten schließen
Halogene, Estergruppen, Ethergruppen, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen,
Nitrogruppen und Phosphatgruppen ein. Beispiele für einige
bevorzugte Epoxyharze schließen
2,2-Bis[4-(2,3-epoxypropoxy)phenyl)propan (Diglycidylether von Bisphenol
a)] und im Handel unter der Marke EPON 828, EPON 1004 und EPON 1001F,
erhältlich
von Shell Chemical Co., DER-331, DER-332 und DER-334, erhältlich von
Dow Chemical Co., erhältliche
Materialien ein. Weitere geeignete Epoxyharze schließen Glycidylether
von Phenol-Formaldehyd-Novolak (z. B. DEN-431 und DEN-428, erhältlich von
Dow Chemical Co.) ein.
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Beispiele
für ethylenisch
ungesättigte
Bindemittelvorstufen schließen
Aminoplastmonomere oder Oligomere mit α,β-ungesättigten Carbonylgruppen in
der Seitenkette, ethylenisch ungesättigte Monomere oder Oligomere,
acrylierte Isocyanuratmonomere, acrylierte Urethanoligomere, acrylierte
Epoxymonomere oder Oligomere, ethylenisch ungesättigte Monomere oder Verdünnungsmittel,
Acrylatdispersionen oder Gemische davon ein.
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Die
Aminoplastbindemittelvorstufen haben mindestens eine α,β-ungesättigte Carbonylgruppe
in der Seitenkette pro Molekül
oder Oligomer. Diese Materialien sind ferner in
US-A-4,903,440 und
US-A-5,236,472 beschrieben.
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Die
ethylenisch ungesättigten
Monomere oder Oligomere können
monofunktional, difunktional, trifunktional oder tetrafunktional
sein oder auch eine höhere
Funktionalität
aufweisen. Der Ausdruck Acrylat schließt sowohl Acrylate als auch
Methacrylate ein. Ethylenisch ungesättigte Bindemittelvorstufen
schließen
sowohl monomere als auch polymere Verbindungen ein, die Kohlenstoff-,
Wasserstoff- und Sauerstoffatome und, gegebenenfalls, Stickstoff-
und Halogenatome enthalten. Sauerstoff- oder Stickstoffatome oder
beide sind im allgemeinen in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und
Harnstoffresten vorhanden. Ethylenisch ungesättigte Verbindungen haben vorzugsweise
ein Molekulargewicht von kleiner als etwa 4000 und sind vorzugsweise
Ester, die durch Umsetzung von Verbindungen hergestellt werden,
die aliphatische Monohydroxygruppen oder aliphatische Polyhydroxygruppen
und ungesättigte
Carbonsäuren,
wie Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Itaconsäure,
Crotonsäure,
Isocrotonsäure,
Maleinsäure
und dergleichen, enthalten. Typische Beispiele für ethylenisch ungesättigte Monomere
schließen
Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Styrol, Divinylbenzol, Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat,
Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Hydroxybutylacrylat,
Hydroxybutylmethacrylat, Vinyltoluol, Ethylenglykoldiacrylat, Polyethylenglykoldiacrylat,
Ethylenglykoldimethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglykoldiacrylat,
Trimethylolpropantriacrylat, Glycerintriacrylat, Pentaerythrittriacrylat,
Pentaerythrittrimethacrylat, Pentaerythrittetraacrylat und Pentaerythrittetramethacrylat
ein. Andere ethylenisch ungesättigte
Harze schließen
Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethallylester und Amide von Carbonsäuren, wie
Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid ein. Weitere
Stickstoff enthaltende Verbindungen schließen Tris(2-acryloxyethyl)isocyanurat,
1,3,5-Tri(2-methylacryloxyethyl)-s-triazin, Acrylamid, Methacrylamid,
N-Methylacrylamid, N,N,-Dimethylacrylamid, N-Vinylpyrrolidon und
N-Vinylpiperidon ein.
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Isocyanuratderivate
mit mindestens einem Acrylatrest in der Seitenkette und Isocyanatderivate
mit mindestens einem Acrylatrest in der Seitenkette sind ferner
in
US-A-4,652,274 beschrieben.
Das bevorzugte Isocyanuratmaterial ist ein Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat.
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Acrylierte
Urethane sind Diacrylatester von mit Isocyanat erweiterten Polyestern
oder Polyethern mit endständiger
Hydroxygruppe. Beispiele für
im Handel erhältliche
acrylierte Urethane schließen
UVITHANE 782, erhältlich
von Morton Chemical, und CMD 6600, CMD8400 und CMD8805, erhältlich von
UCB Radcure Specialties, ein. Acrylierte Epoxyverbindungen sind
Diacrylatester von Epoxyharzen, wie die Diacrylatester von Bisphenol A
Epoxyharz. Beispiele für
im Handel erhältliche
acrylierte Epoxyverbindungen schließen CMD3500, CMD3600 und CMD3700,
erhältlich
von UCB Radcure Specialties, ein.
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Beispiele
für ethylenisch
ungesättigte
Verdünnungsmittel
oder Monomere können
in
US-A-5,667,842 und
US-A-5,236,472 gefunden
werden. In einigen Fällen
sind diese ethylenisch ungesättigten
Verdünnungsmittel
nützlich,
da sie dazu neigen, mit Wasser kompatibel zu sein.
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Weitere
Einzelheiten betreffend Acrylatdispersionen können in
US-A-5,378,252 gefunden werden.
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Auch
im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines
partiell polymerisierten ungesättigten
Monomers in dem Bindemittelschicht- oder Deckschichtvorläufer. Ein
Acrylatmonomer kann, zum Beispiel, partiell polymerisiert und in
den Bindemittelschichtvorläufer
eingebracht werden. Der Grad der partiellen Polymerisation sollte
so geregelt werden, dass das erhaltene partiell polymerisierte ethylenisch
ungesättigte
Monomer keine zu hohe Viskosität
hat, sodass die Vorstufe ein beschichtbares Material ist. Ein Beispiel
für ein
Acrylatmonomer, das partiell polymerisiert werden kann, ist Isooctylacrylat.
Auch im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung
einer Kombination eines partiell polymerisierten ethylenisch ungesättigten
Monomers mit einem anderen ethylenisch ungesättigten Monomer und/oder einem
kondensierten härtbaren
Harz.
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Bei
der Herstellung von Handkissen zur Verwendung für Reinraumanwendungen, wie
vorstehend erwähnt,
können
die als Bindemittelschichtvorläufer
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Klebematerialien wärmehärtbare phenolische
Harze, wie Resol- und Novolakharze, die in Kirk-Othmer, Encyclopedia
of Chemical Technology, 3. Auflage, John Wiley & Sons, 1981, New York, Band 17, Seiten
384–399
beschrieben sind, umfassen. Resolphenolische Harze werden mit einem
alkalischen Katalysator und einem molaren Überschuss von Formaldehyd,
typischerweise mit einem Molverhältnis
von Formaldehyd zu Phenol zwischen 1,0:1,0 und 3,0:1,0, hergestellt.
NOVOLAK-Harze werden unter Säurekatalyse
und mit einem Molverhältnis
von Formaldehyd zu Phenol von kleiner als 1,0:1,0 hergestellt. Ein
typisches Resolharz, das bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Gegenständen verwendbar
ist, enthält
zwischen etwa 0,75 Gew.-% und etwa 1,4 % freien Formaldehyd, zwischen
etwa 6 % und etwa 8 % freies Phenol, etwa 78 % Feststoffe, wobei
der Rest Wasser ist. Der pH-Wert eines solchen Harzes ist etwa 8,5
und die Viskosität
beträgt
zwischen etwa 2400 und etwa 2800 mPa·s (Centipoise). Im Handel
erhältliche
phenolische Harze, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung
geeignet sind, schließen
die unter den Marken bekannten DUREZ und VARCUM, erhältlich von
Occidental Chemicals Corporation, N. Tonawonda, NY; RESINOX, erhältlich von
Monsanto Corporation; und AROFENE und AROTAP, beide erhältlich von
Ashland Chemical Company; sowie das Resol-Vorkondensat, erhältlich unter
der Marke BB077 von Neste Resins, einer Division von Neste Canada,
Inc., Mississauga, Ontario, Canada, ein. Ein organisches Lösungsmittel
kann, wenn nötig
oder erwünscht,
zu dem phenolischen Harz zugegeben werden.
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Bevorzugte
Klebematerialien, die in den erfindungsgemäßen flexiblen Schleifgegenständen verwendet
werden, umfassen vorzugsweise Polyurethane, wie die, die im Handel
von Crompton & Knowles
Corporation, Stamford, CT unter der Marke ADIPRENE BL 16 und ADIPRENE
BL 31 erhältlich
sind.
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Der
Deckschichtvorläufer
kann gleich wie der vorstehend beschriebene Bindemittelschichtläufer oder kann
verschieden von dem Bindemittelschichtvorläufer sein. Der Deckschichtvorläufer kann
jeden der vorstehend erwähnten
harzartigen oder leimartigen Klebstoffe, wie phenolische Harze,
Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melaminharze, Acrylatharze, Polyurethanharze,
Epoxyharze, Polyesterharze, Aminoplastharze und Kombinationen und
Gemische davon umfassen. Der Deckschichtvorläufer umfasst vorzugsweise einen
harzartigen Klebstoff, ähnlich
dem oder gleich dem, in dem Bindemittelschichtvorläufer verwendeten
Klebstoff. Stärker
bevorzugt umfasst der Deckschichtvorläufer entweder ein wärmehärtbares
Harz oder ein durch Bestrahlen härtbares
Harz. Der Deckschichtvorläufer
kann vor dem Auftragen auf die Bindemittelschicht geschäumt werden, um
das zugefügte
Feuchtgewicht des Harzes zu reduzieren, sodass die Schleifteilchen
nicht in der Harzbeschichtung versenkt werden und zur Verwendung
in den Anfangsanwendungen des fertigen Gegenstands nicht verfügbar sind.
Die Deckschichtvorstufe wird vorzugsweise auf das offenzellige Substrat
aufgetragen, wobei ein zugefügtes
Gewicht bereitgestellt wird, das die Schleifteilchen mit einer dünnen und
im wesentlichen einheitlichen Beschichtung ohne Versenken der Partikel
unter das Harz bedeckt, und es ist typischerweise in dem Bereich
von etwa 50 g/m2 bis etwa 200 g/m2. Die typischen zugefügten Gewichte hängen jedoch
von verschiedenen Faktoren, wie der Art des offenzelligen Substrats
als auch der Art des verwendeten Harzes, ab. Die Bestimmung der
geeigneten zugefügten
Deckschichtgewichte liegt in der Fachkenntnis der Fachleute, die in
diesem Gebiet tätig
sind. Eine bevorzugte Deckschicht ist Polyurethan.
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Verwendbare
Schleifpartikel, die zum Einbringen in die erfindungsgemäßen Schleifgegenstände geeignet
sind, schließen
alle bekannten feinen und größeren Schleifteilchen
mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 1 μm (Mikron) bis etwa 600 μm (Mikron)
ein, wobei mittlere Partikeldurchmesser von etwa 10 μm (Mikron)
bis etwa 100 μm
(Mikron) bevorzugt werden. Stärker
bevorzugt werden die feinen Schleifpartikel in einer Partikelgrößenverteilung
mit einem mittleren Partikeldurchmesser zwischen etwa 30 μm (Mikron)
bis etwa 60 μm
(Mikron) bereitgestellt. Unter den verschiedenen Typen von Schleifmaterialien,
die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sind Partikel
aus Aluminiumoxid, einschließlich
keramischem Aluminiumoxid, wärmebehandeltem
Aluminiumoxid und weißverschmolzenem
Aluminiumoxid; als auch Siliziumcarbid, Aluminiumzirkoniumoxid,
Diamant, Ceroxid, kubischem Bornitrid, Granat, gemahlenem Glas,
Quarz und Kombinationen davon eingeschlossen. Verwendbare Schleifpartikel
können
auch weichere, weniger aggresive Materialien, wie wärmehärtbare oder
thermoplastische Polymerpartikel als auch zerkleinerte natürliche Produkte, wie
zum Beispiel Nussschalen, einschließen. Chemisch aktive Partikel
können
auch in die Schleifgegenstände eingeschlossen
werden, mit der Maßgabe,
dass solche chemisch aktiven Partikel nicht unerwünschte Mengen von
Verunreinigungen einbringen.
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Fachleute
im Fachgebiet werden erkennen, dass die Auswahl der Partikelzusammensetzung
und der Partikelgröße von der
in Betracht gezogenen Endverwendung des fertigen Schleifgegenstands
abhängen
wird, wobei die Art der Werkstückoberfläche, die
durch den Gegenstand behandelt werden soll, und die gewünschte Schleifwirkung
zu berücksichtigen
ist. Die feinen Schleifpartikel zum Einbringen in die erfindungsgemäßen Gegenstände umfassen
vorzugsweise Materialien mit einer Mohs-Härte von mindestens etwa 5,
obwohl weichere Partikel bei einigen Anwendungen geeignet sein können, und
die Erfindung wird nicht auf Partikel mit einem besonderen Härtewert
eingeschränkt.
Die Partikel werden auf mindestens eine der ersten oder zweiten Hauptoberflächen des
offenzelligen Substrats aufgebracht, wobei eine Partikelbeladung
bereitgestellt wird, die für
die erwogene Endverwendung des fertigen Gegenstands genügt. Schleifpartikel
können
auf das offenzellige Substrat aufgetragen werden, wobei ein zugegebenes
Gewicht in dem Bereich von etwa 209 bis 628 g/m2 (etwa
50 bis 150 Körner/24
in2) bereitgestellt wird. Bevorzugte Schleifpartikel
sind, wegen ihrer relativ geringen Kosten und ihrer geringen Verunreinigungsmengen,
Partikel aus verschmolzenem weißen
Aluminiumoxid. Stärker
bevorzugte Schleifpartikel sind verschmolzenes weißes Aluminiumoxid,
das geringe Mengen Natrium, Natriumoxide oder andere Natriumderivate
enthält.
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Der
Bindemittelschichtvorläufer
oder Deckschichtvorläufer
oder beide können
wahlweise Additive, wie Füllstoffe,
Fasern, Gleitmittel, Schleifhilfen, Netzmittel, oberflächenaktive
Stoffe, Pigmente, Farbstoffe, Kupplungsmittel, Photoinitiatoren,
Weichmacher, Suspensionsmittel, antistatische Mittel und dergleichen
enthalten. Solche Typen und Mengen von Additiven, die ein Potential
zum Erhöhen
der Anwesenheit von Verunreinigungen haben, müssen jedoch strikt vermieden
werden. Die Typen und Mengen von Additiven werden ausgewählt, um
die gewünschten
Eigenschaften bereitzustellen, wie es Fachleuten im Fachgebiet bekannt
ist.
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Zu
den Vorläuferzusammensetzungen
können
organische Lösungsmittel
und/oder Wasser zugegeben werden, um die Viskosität vor dem
Beschichten zu verändern,
wobei besonders darauf hingewiesen wird, dass solche Lösungsmittel
ausgewählt
werden müssen,
die eine Erhöhung
des Verunreinigungsgrads des erhaltenen Produkts vermeiden. Es wird
angenommen, dass die Auswahl des besonderen organischen Lösungsmittels
und/oder von Wasser in der Fachkenntnis der Fachleute in dem Gebiet
liegt und von dem verwendeten hitzehärtbaren Harz in der Bindemittelschichtvorstufe
und den verwendeten Mengen dieser Harze abhängt.
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Wie
in 2 gezeigt, wird bei
der Herstellung der erfindungsgemäßen Gegenstände das offenzellige Substrat 100 mit
der ersten Seite 104 und der zweiten Seite 106 in
den Apparat 14 eingebracht. Das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 wird
zuerst durch den Beschichter 20 geleitet, der den ersten
Klebstoff oder die Bindemittelschichtvorstufe auf das offenzellige
Schaumstoffsubstrat 100 aufträgt. Der Beschichter 20 kann
jeden geeigneten Beschichter umfassen, der im Fachgebiet bekannt
ist, wie einen Sprühbeschichter,
Walzenbeschichter, Tauchbeschichter, Rakel-über-Walzen-Beschichter oder
dergleichen. Wenn der nachstehend beschriebene Bindemittelschichtvorläufer aufgetragen
wird, umfasst der bevorzugte Beschichter 20 einen Doppelwalzenbeschichter,
wobei das offenzellige Schaumstoffstubstrat 100 durch die
Klemme, die durch die zwei gegenüberliegenden
Walzen gebildet wird, durchgeht. Der Druck der Walzen wird vorzugsweise
so geregelt, dass die Penetration der Bindemittelschichtvorläufer in
die Dicke des offenzelligen Substrats geregelt wird. Geeignete Beschichter
sind im Fachgebiet bekannt. Der Bindemittelschichtvorläufer wird,
wie im Fachgebiet bekannt, aus einem Tiegel auf die Bodenwalze aufgetragen.
Andere geeignete Anordnungen zum Auftragen des Bindemittelschichtvorläufers auf
das offenzellige Schaumstoffsubstrat schließen das Auftragen der Bindemittelschichtvorstufe
durch einen Schlitz auf die Bodenwalze oder auf beide Walzen eines
Doppelwalzenbeschichters, Auftragen des Bindemittelschichtvorläufers durch
einen Schlitz direkt auf das offenzellige Substrat vor dem Erreichen
der Klemme eines Doppelwalzenbeschichters, Auftragen der Bindemittelschichtvorstufe durch
einen Schlitz ohne einen Walzenbeschichter und gegebenenfalls durch
Herstellen eines Vakuums über dem
offenzelligen Schaumstoffsubstrat gegenüber dem Schlitz, Auftragen
der Bindemittelschichtvorstufe auf beide Seiten des offenzelligen
Schaumstoffsubstrats mit gegenüberliegenden
Schlitzen mit oder ohne anschließendem Durchleiten des offenzelligen
Schaumstoffsubstrats durch einen Walzenbeschichter und Auftragen
der Bindemittelschichtvorstufe mit einem Schlauch oder einer Röhre, die
quer über
dem offenzelligen Schaumstoffsubstrat liegt ein.
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Nach
dem Austritt aus dem ersten Klebstoffbeschichter 20 wird
das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 durch den ersten
Partikelbeschichter 22 befördert. Der erste Partikelbeschichter 22 ist
vorzugsweise so gestaltet, dass er die feinen Schleifpartikel auf
die erste Oberfläche 104 des
offenzelligen Substrats auftragen kann. Wie nachstehend weiter erklärt wird,
dringen die Schleifkörner,
abhängig
von den Eigenschaften der Zellen des offenzelligen Substrats, von
der Oberfläche 104 in
eine gewisse Tiefe in das offenzellige Substrat 100 ein.
Wenn es erwünscht
ist, Schleifkörner
auf die zweite Seite 106 des offenzelligen Schaumstoffsubstrats 100 aufzutragen,
läuft das
offenzellige Substrat so über
die Walzen 24a und 24b, dass das offenzellige
Schaumstoffsubstrat umgekehrt wird, wobei die zweite Seite 106 nach
oben gerichtet ist. Das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 wird
dann durch einen optionalen zweiten Partikelbeschichter 26 geleitet,
der so gestaltet ist, dass die Schleifpartikel auf die zweite Seite 106 eines
offenzelligen Schaumstoffsubstrats 100 aufgetragen werden. Vorzugsweise
hat der zweite Partikelbeschichter 26 eine gleiche Konstruktion
wie der erste Partikelbeschichter 22. Für bestimmte Anwendungen kann
es jedoch bevorzugt sein, einen zweiten Beschichter 26 eines
anderen Typs oder einer anderen Struktur als den ersten Partikelbeschichter 22 zu
verwenden. Der zweite Schleifpartikelbeschichter 26 kann
auch Schleifpartikel mit entweder der gleichen oder einer verschiedenen
Zusammensetzung und/oder Größe, wie
die durch den ersten Schleifpartikelbeschichter 22 aufgetragenen
Schleifpartikel, auftragen. Die Partikel können auch auf das offenzellige
Schaumstoffsubstrat unter Verwendung von elektrostatischen Beschichtungstechniken
beschichtet werden.
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Nach
dem Auftragen von feinen Schleifpartikeln auf mindestens die erste
Oberfläche 104 eines
offenzelligen Schaumstoffsubstrats 100 und gegebenenfalls
auf die zweite Oberfläche 106 wird
das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 vorzugsweise einer
Wärmequelle
(nicht veranschaulicht), wie Infrarotlampen oder einem Ofen, ausgesetzt,
um die Bindemittelschichtvorstufe in einem Maße zu erwärmen, wie nötig ist, das Harz mindestens
teilweise zu härten.
Bei einigen Anwendungen kann es bevorzugt sein, die Bindemittelschichtvorstufe
bei diesem Schritt vollständig
zu härten.
Das Erwärmen
kann mit jeder Heizquelle durchgeführt werden, die eine genügende Wärmeverteilung
und einen genügenden
Luftstrom liefert. Beispiele für
geeignete Wärmequellen
schließen
einen Gebläseluftofen,
Konvektionsofen, Infrarotwärme
und dergleichen ein. Auch im Schutzbereich der Erfindung ist die
Verwendung von Bestrahlungs- oder aktinischer Energie. Für wärmeaktivierbare
wärmehärtbare Harze
wird bevorzugt, dass die Erwärmung über einen
genügenden
Zeitraum erfolgt, um das restliche Lösungsmittel zu entfernen und
ein mindestens teilweises Härten
des Harzes einzuleiten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 gegebenenfalls
durch einen zweiten Klebstoff- oder Deckschichtvorläuferbeschichter 28 geleitet,
wobei ein optionale, aber bevorzugte Deckschichtvorläufer auf
das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 aufgetragen wird,
nachdem es aus dem zweiten Schleifpartikelbeschichter 26 ausgetreten
ist. Vorzugsweise besitzt der Deckschichtvorläuferbeschichter die gleiche
Struktur wie der Bindemittelschichtvorläuferbeschichter 20.
Für einige
Anwendungen kann es stattdessen erwünscht sein, einen Beschichter 28 mit
einer anderen Struktur, als der des ersten Beschichters 20,
zu verwenden. Bei einigen Anwendungen kann es bevorzugt sein, die
Deckschicht nicht aufzutragen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des ersten Partikelbeschichters 22 ist ausführlicher
in 3 veranschaulicht.
Das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 wird durch einen
Treibriemen 30, der um die Walzen 32a und 32b läuft, von
denen mindestens eine eine Antriebswalze ist, durch den Beschichter 22 befördert. Das
offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 läuft durch eine Partikelsprühzelle 34.
Die Zelle 34 schließt
die erste Seite 36, die zweite Seite 38, das Oberteil 40 und
den Boden 42 ein. Die Zelle 34 schließt auch
die nicht veranschaulichten Vorder- und Hinterseiten ein. Die erste
Seite 36 schließt
den Eintrittsschlitz 44a ein, der eine solche Größe und Struktur
hat, dass das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 und
der Treibriemen 30 in die Zelle 34 eintreten können. Die
zweite Seite 38 schließt
den Austrittsschlitz 44b ein, der eine solche Größe und Struktur hat,
dass das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 und der Riemen 30 aus
der Zelle 34 austreten können. Die Schlitze 44a, 44b sind
in der Nähe
der Bodenseiten 36 beziehungsweise 38 angeordnet.
Der Partikelsprüher 46 ist
durch eine Öffnung
in dem Oberteil 40 der Zelle 34 montiert, wobei
der Deflektor 48 an dem Austritt 47 des Sprühers montiert
ist.
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Das
offenzellige Schaumstoffsubstrat 100, das an diesem Punkt
einen Bindemittelschichtläufer
darauf einschließt,
wird durch den Riemen 30 durch die Zelle 34 befördert. Wenn
das offenzellige Schaumstoffsubstrat von dem Eintrittsschlitz 44a zu
dem Austrittsschlitz 44b befördert wird, bringt der Partikelsprüher 46 Partikel 102 so
in der Zelle auf, dass die erste Seite 104 des offenzelligen
Schaumstoffsubstrats mit Schleifpartikeln beschichtet wird. Wie
nachstehend beschrieben, dringen die Partikel 102 in eine
gewisse Tiefe des offenzelligen Schaumstoffsubstrats ein. Das offenzellige
Schaumstoffsubstrat 100, das nun Schleifpartikel umfasst,
die durch die Bindemittelschichtvorstufe an das offenzellige Schaumstoffsubstrat
haften, tritt dann aus der Zelle 34 aus.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
erhält
der Partikelsprüher 46 ein
Schleifpartikel/Luft-Gemisch aus
einem Fließbett 52.
Die Schleifpartikel 102 werden in dem Bett 52 durch
fließende
Luft (aus einer geeigneten Quelle, nicht veranschaulicht) zum Fließen gebracht,
wobei sie in das Bett über
einen Einlass 53 für
fließende
Luft eingebracht werden.
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Auf
dem Fließbett 52 befindet
sich ein Venturi-Einlass, der im Fachgebiet bekannt ist. In der
veranschaulichten Ausführungsform
erhält
der Venturi-Einlass die erste Luft aus einer geeigneten Quelle über einen ersten
Lufteinlass 58. Die erste Luft geht durch den Venturi-Einlass, wobei das
Gemisch aus fließenden
Teilchen und Luft durch ein Ansaugrohr 54 gezogen wird,
das sich von dem Venturi-Einlass 56 in das Fließbett 52 erstreckt.
Die zweite Luft kann gegebenenfalls dem Venturi-Einlass 56 über einen
Einlass 60 für
die zweite Luft zugeführt
werden. Die zweite Luft wird dem Zufluss von fließenden Schleifpartikeln
zugeführt,
nachdem die Partikel in den Venturi-Einlass gezogen wurden, um die
Lieferung des fließenden
Schleifpartikel-/Luft-Gemisches zu dem Sprüher 46 über den
Partikelschlauch 64 zu unterstützen, der sich von dem Venturi-Ausgang 62 zu
dem Einlass des Partikelsprühers 46 erstreckt.
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Der
Deflektor 48, der in dem Austritt 47 des Partikelsprühers 46 montiert
ist, leitet das fließende Schleifpartikel/Luft-Gemisch
um. Der Deflektor 48 schließt das Deflektoroberteil 49 (in
den 5 und 6 veranschaulicht), den Deflektorboden 50 und
die Deflektorwand 51 ein. Bei einer bevorzugten Anordnung
hat der Deflektorboden 50 einen Durchmesser von 32 mm (1,26
inch), der Bodenrand des Deflektors erstreckt sich 20 mm (0,79 inch)
von dem Ausgang der Spritzpistole und er wird auf einer Höhe von 150
mm (6,1 inch) über
dem Substrat 100 gehalten. Andere Anordnungen fallen natürlich in
den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel können jeweils
die Größe des Deflektors,
die Form des Deflektors, die Umrisse der Wand 51, die Zahl
und die Anordnung der Partikelsprüher 46, die Höhe der Deflektoren über dem
Substrat, die Geschwindigkeit des offenzelligen Schaumstoffsubstrats 100 und
der Luftdruck und das Verhältnis
von Schleifpartikeln in dem Partikel/Luft-Gemisch verändert werden.
Diese Parameter können
verändert
werden, um das gewünschte
zugefügte
Gewicht von Schleifpartikeln, das gewünschte Eindringen der Schleifpartikel
in das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 oder die gewünschte Einheitlichkeit
der Schleifpartikel 102 auf dem Substrat 100 zu
erzielen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Sprüher 46,
das Fließbett 52 und
der Regler (nicht veranschaulicht) ein im Handel erhältliches,
als MPS 1-L Manual Powder System bekanntes, System, einschließlich dem
Modell PG 1-E Manual Enamel Powder Gun, erhältlich von Gema, einer Illinois
Tool Works Company, Indianapolis, Ind., mit einem runden Deflektor 48,
der im wesentlichen so, wie in 5 veranschaulicht,
aussieht.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
ist der Sprühapparat
für die
Schleifpartikel ein Typ, der im Handel von Binks Manufacturing Company
(Sames), Franklin Park, IL, erhältlich
ist, und er schließt
ein 50 lb. Fließbett,
ein GCM-200 Gun Control Module, ein SCM-110 Sicherheitskontrolle-Modul,
eine STAJET SRV Typ 414-Pistole mit einer Standardpulverpumpe ein.
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Eine
andere bevorzugte Ausführungsform
des Partikelsprühers 46 ist
in den 5 und 6 veranschaulicht. Bei dieser
Ausführungsform
umfasst der Sprüher
ein gestrecktes Rohr 66 mit einem Ausgang 47 an
einem Ende und einem Einlass 68 an dem entgegengesetzten
Ende des Rohres. Bei der Verwendung hat diese Ausführungsform
des Sprühers 46 den
Schleifpartikel/Luft-Gemisch-Schlauch an den Einlass 68 befestigt,
wie es bei der vorher beschriebenen Ausführungsform in 5 beschrieben ist. Die Ausführungsform
des Sprühers 46,
die in den 5 und 6 veranschaulicht ist, ist
in der Sprühzelle 34 montiert
und arbeitet wie bei der Ausführungsform
des in 3 veranschaulichten
Partikelbeschichters 22.
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In
den 5 und 6 schließt der Sprüher 46 einen Partikeldeflektor 48 ein,
der am Austritt 47 des Rohrs 66 montiert ist.
Der Deflektor 48 ist durch geeignete Befestigungsmittel
an das Rohr 66 montiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
schließt
die Deflektorhalterung 70 eine Basis 72 ein, die
eine im allgemeinen rechtwinklige Platte mit einem ersten Ende 74 und
einem zweiten Ende 76 umfasst. Die Basis 72 besitzt
eine solche Größe und Form,
dass sie in den Schlitz 69 am Ende des Rohres 66 direkt
am Austritt 47 passt. Die Halterung 70 kann dauerhaft
oder entfernbar an das Rohr 66 montiert sein. In der veranschaulichten
Ausführungsform
wird die Basis 72 in Schlitzen 69 durch eine Feder,
eine Klammer oder an ein anderes geeignetes Befestigungsmittel (nicht
veranschaulicht), das an die Löcher 78 in
den ersten und zweiten Enden der Basis 72 befestigt ist,
entfernbar gehalten. Von der Basis 72 erstreckt sich ein
Stab 80 mit einem Gewinde mit einem an die Basis befestigten
ersten Ende 82 (zum Beispiel durch Löten) und einem zweiten Ende 84,
das sich über den
Austritt 47 des Rohrs 66 erstreckt. Der Stab 82 mit
einem Gewinde ist so gestaltet, dass er in ein gewindeähnliches
Loch in das Oberteil 49 des Deflektors 48 einrastet.
Das ermöglicht,
dass die Stellung des Deflektors hinsichtlich des Austritt 47 des
Rohrs 66 durch Drehen des Deflektors passend eingestellt
wird. Das ermöglicht
die Veränderung
der Richtung der Bewegung der Partikel 102, die den Sprüher 46 verlassen,
wie vorstehend beschrieben ist. Der Deflektor 48 schließt auch
einen Boden 50 gegenüber
dem Oberteil 49 und die Deflektorwand 51 ein,
die sich zwischen dem Oberteil 49 und dem Boden 50 erstreckt.
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Eine
andere Ausführungsform
des Sprühers 46 ist
in 6A veranschaulicht.
Bei dieser Ausführungsform
ist der Stab 80 mit dem Gewinde verlängert und er schließt ein verjüngtes Ende 82 ein,
um die Richtung des Stroms von Schleifpartikeln durch das Rohr 66 zu
unterstützen.
Bolzen 73 erstrecken sich durch die Löcher 75 in der Wand
des Rohrs 66 und erstrecken sich durch Löcher in
dem Stab 80, um den Stab 80 in dem Sprüher 46 zu
montieren. Bei einer Ausführungsform
endet das verjüngte
Ende 82 des Stabs 80 bei dem Einlass 68.
Bei anderen Ausführungsformen
kann sich das Ende 82 über
den Einlass 68 erstrecken oder der Einlass kann sich über das
Ende 82 des Stabes erstrecken. Der Deflektor 48 ist
an das Ende des Gewindes 84 montiert, wie vorstehend beschrieben
ist.
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Das
Rohr 66 und der Deflektor 48 sollten eine solche
Größe haben
und so gestaltet sein, dass das gewünschte einheitliche Sprühmuster
von Schleifpartikeln 102 bereitgestellt wird. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
ist das Rohr 66 etwa 61 cm (24 inch) lang, es hat einen
inneren Durchmesser von 1,08 cm (0,425 inch) und einen äußeren Durchmesser
von 1,27 cm (0,5 inch) und es ist aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Es ist selbstverständlich,
dass andere Größen und
Materialien des Rohrs 66 von dem Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung umfasst sind.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
des Schleifpartikelsprühers 46 ist
in 7 veranschaulicht. Bei
dieser Ausführungsform
umfasst der Sprüher 46 rotierende
erste und zweite kreisförmige
Scheiben 90 beziehungsweise 91, die durch Schraubenbolzen 93 zusammengefügt sind.
Die zweite Scheibe 91 hat in der Mitte ein Loch 92.
Die zweite Scheibe ist mit einer rotierenden Welle 94 verbunden,
die konzentrisch zu der Mitte des Lochs ist. Die rotierende Welle 94 ist
rotierbar an der Außenseite
des stationären
Beschickungsrohrs 95 durch Achsenlager 98 so montiert,
dass die rotierende Welle 94 konzentrisch mit dem stationären Beschickungsrohr 95 ist.
Auf diese Weise sind die rotierende Welle 94, die erste
Platte 90 und die zweite Platte 91 in der Lage,
zusammen als eine Einheit um das stationäre Beschickungsrohr 95 zu
rotieren. Die rotierende Welle 94 kann durch eine geeignete
Energiequelle, wie einen Luftmotor (nicht veranschaulicht), angetrieben
werden. Das Beschickungsrohr 95 schließt einen Einlass 96 und
einen Austritt 97 ein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Einlass 96 des Beschickungsrohrs 95 an
den Schlauch 64 für
das Schleifpartikel/Luft-Gemisch angebracht und der Partikelsprüher 46 ist
auf dem Oberteil 40 der Partikelzelle 34 montiert,
wie es bei der Ausführungsform
der 3 erklärt ist.
Bei einer solchen Anordnung erhält
der Partikelsprüher 46 fluidisierte
Schleifpartikel aus dem Fließbett 52.
Bei einer Veränderung
dieser Ausführungsform
kann ein Schwingungsbeschicker anstelle des Fließbettes 52 verwendet
werden. Der Schwingungsbeschicker wird verbunden, um die Schleifpartikel
in den Einlass 96 des Beschickungsrohrs 95 einzubringen.
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In
Betrieb wird die rotierende Welle 94 so angetrieben, dass
die Platten 90 und 91 zum Rotieren kommen. Die
feinen Schleifteilchen treten durch das Beschickungsrohr 95 und
treten aus dem Austritt 97 aus. Der Rohrausgang 97 ist
so durch das Loch 92 in der zweiten Platte 91 angeordnet,
dass die Schleifpartikel in den Raum zwischen der ersten und der
zweiten Platte 90, 91 eindringen. Die Schleifpartikel
treffen die obere Oberfläche
der rotierenden Platte 90 und werden durch den Austritt 47 in
eine im allgemeinen parallele Richtung zu der Ebene der ersten und
der zweiten Platte 90, 91 dispergiert. Die Partikel
bilden vorzugsweise eine Wolke, die sich, vorzugsweise durch Ablagern
durch die Schwerkraft, auf der Oberfläche des offenzelligen Schaumstoffsubstrats 100 absetzt,
wie es in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Partikelsprüher 46 einen
Binks EPB-2000, im Handel von Binks Manufacturing Company (Sames),
Franklin Park, IL erhältlich,
und die Schleifpartikel werden durch einen Schwingungsvorbeschicker,
im Handel als "Type 151" von Cleveland
Vibratory Company, Cleveland, OH erhältlich, eingebracht. Die Platten 90, 91 des
Partikelsprühers
werden vorzugsweise bei 6000 bis 9000 RPM angetrieben, langsamere und
schnellere Geschwindigkeiten sind jedoch innerhalb des Schutzbereichs
der vorliegenden Erfindung. Das Maß der Schleifpartikelbeschickung,
der Typ des Partikelbeschickers oder die Rotationsgeschwindigkeit
der Platten kann so gewählt
werden, dass das gewünschte
Sprühmuster
von Schleifpartikeln, das gewünschte
zugefügte
Schleifpartikelgewicht oder der gewünschte Grad des Eindringens
der Schleifpartikel in das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 bereitgestellt
werden.
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Was
die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen gemeinsam haben,
ist, dass der Partikelsprüher
Mittel einschließt,
um die Fließrichtung
der Partikel 102, die senkrecht aus dem Sprüher auf
das offenzellige Schaumstoffsubstrat austreten, zu einer Richtung
zu verändern,
die einer Ebene parallel zu dem Substrat 100 nahekommt
oder darüber
hinausgeht. Solche Richtungen sind mit Bezug auf die Fläche beschrieben,
die den Austritt 47 des Partikelsprühers 46 direkt umgibt.
Danach dispergieren die feinen Partikel 102 vorzugsweise
zu einer Wolke von Partikeln in der Zelle 34. Die Partikel
setzen sich dann unter dem Einfluss der Schwerkraft aus der Wolke
auf das offenzellige Schaumstoffsubstrat ab. Deshalb hat in einer
bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
direkt bevor die Partikel auf dem offenzelligen Schaumstoffsubstrat
haften, die Schwerkraft eine größere Wirkung
auf die Bewegung der Schleifpartikel, als der Impuls, der durch
den Partikelsprüher 46 verliehen
wurde. Bei einigen Anwendungen hat der durch den Partikelsprüher 46 verliehene
Impuls eine geringe oder keine Wirkung auf die Bewegung der Partikel 102 direkt
bevor die Partikel auf dem Substrat 100 haften. Bei anderen
Anwendungen, zum Beispiel, wobei ein stärkeres Eindringen von Schleifpartikeln 102 in
offenzelliges Schaumstoffsubstrat 100 gewünscht wird,
können
die vorstehenden Parameter und die Struktur des Apparats so gewählt werden,
dass der nach unten gerichtete Impuls, der den Partikeln 102 durch
den Sprüher 46 verliehen
wird, eine größere Wirkung
auf die Bewegung der Partikel, direkt bevor die Partikel auf dem
offenzelligen Schaumstoffsubstrat haften, hat.
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Bei
den in den 3, 5 und 6 beschriebenen Ausführungsformen ist das Mittel
zur Ausrichtung des Fließens
der Partikel 102, die aus dem Partikelsprüher 46 austreten,
die Deflektorwand 51 des Deflektors 48. Der Standort
des Deflektors 48 in Bezug auf den Austritt 47 des
Partikelsprühers
kann verändert
werden, wobei die gewünschte
Veränderung
der Richtung des Flusses der Schleifpartikel 102, die aus
dem Partikelsprüher
austreten, erhalten wird. Es ist verständlich, dass ohne den Deflektor 48 die
aus dem Partikelsprüher 46 tretenden
Schleifpartikel sich im allgemeinen parallel zu der Längsachse
des Sprühers
bewegen, die im allgemeinen senkrecht zu dem Substrat 100 verläuft. Im
allgemeinen wird die Veränderung
der Richtung der Bewegung der Partikel 102 von der senkrechten
Richtung zu dem Substrat 100 um so größer sein, je näher die Wand 51 und
der Boden 50 des Deflektors zu dem Austritt 47 sind.
Das Bewegen der Wand 51 und des Bodens 50 des
Deflektors weiter von dem Austritt 47 wird den Grad reduzieren,
um den die Bewegungsrichtung der Partikel von der senkrechten Richtung
zu dem offenzelligen Schaumstoffsubstrat 100 verändert wird.
Bei der in 7 beschriebenen
Ausführungsform
ist die Struktur zur Richtung des Fließens der Schleifpartikel durch die
rotierenden Platten 90, 91 gegeben.
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Bei
einigen Anwendungen kann es erwünscht
sein, harte Einsätze,
wie keramische Einsätze,
in die Komponenten des Apparats 14 zu legen, die dazu neigen,
sich bei einem längeren
Fließen
von Schleifpartikeln durch die Komponenten abzunutzen. Das kann,
zum Beispiel, in dem Partikelsprüher 46,
dem Venturi-Einlass 56 und dem Deflektor 48 erwünscht sein.
Solche Einsätze
verlängern
die Verwendungszeit von bestimmten Komponenten des Apparats 14,
aber es wird nicht erwartet, dass sie eine wesentliche Wirkung auf
die Leistung des Apparats haben.
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Bei
einigen Anwendungen ist es vorteilhaft, eine Mehrzahl von Partikelsprühern 46 in
einer einzelnen Sprühzelle 34 zu
verwenden. Vorzugsweise besitzt jeder Partikelsprüher eine
gleiche Struktur, es ist jedoch verständlich, dass verschiedene Typen
von Partikelsprühern
in einer einzelnen Zelle verwendet werden können. Die Partikelsprüher 46 sollten
in einem Muster angeordnet sein, dass eine einheitliche Beschichtung
von Schleifpartikeln 102 auf das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 bereitstellt,
wenn das offenzellige Schaumstoffsubstrat durch die Zelle 34 befördert wird.
Das kann durch die Anordnung einer Mehrzahl von Partikelsprühern 46 so
erzielt werden, dass jede Stelle entlang der Breite des offenzelligen
Schaumstoffsubstrats 100 eine gleiche Zahl von Sprühmustern
durchquert, die durch jeden Partikelsprüher 46 erzeugt werden.
Beispiele für Partikelsprüheranordnungen
sind schematisch in den 8A bis 8D veranschaulicht. Diese
Figuren sind schematische Ansichten des offenzelligen Schaumstoffsubstrats 100 von
oben, das unter den Sprühmustern 45 befördert wird,
die durch Partikelsprüher 46 erzeugt
werden, die in dem Oberteil 40 der Zelle 34 (nicht
gezeigt) montiert sind. Es ist möglich,
die Fließgeschwindigkeiten
jeder Vielheit von Sprühern 46 zu
verändern oder
verschiedene Strukturen von Sprühern 46 zu
verwenden, um ein gewünschtes
Beschichtungsmuster von Schleifpartikeln 102 auf dem Substrat 100 zu
erhalten. Es ist auch möglich,
die Partikelsprüher 46 pendeln
zu lassen oder sie hin und her zu bewegen, um das gewünschte Sprühmuster
zu erzielen, wie es im Fachgebiet bekannt ist.
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Wenn
eine Mehrzahl von Partikelsprühern 46 verwendet
wird, ist es möglich,
eine gleiche Anzahl von Partikelbeschichtern 22 zu verwenden,
wie es in 3 veranschaulicht
ist, wobei jeder Partikelsprüher
Schleifpartikel 102 für
ein entsprechendes Fließbett 52 erhält. Bei
einigen Anwendungen wird bevorzugt, eine Mehrzahl von Partikelsprühern 46 aus
einem einzigen Fließbett 50 zu
beschicken. Bei einer solchen Anordnung wird eine Mehrzahl von Venturi-Strahldüsen 56 auf
einem einzigen Fließbett
montiert. Bei einer anderen Anordnung wird eine Mehrzahl von volumetrisch
geregelten Löffelbohrerzuleitungen
auf der Seitenwand eines Fließbetts montiert,
um eine gewünschte
Menge eines fluidisierten Schleifpartikel/Luft-Gemisches aus dem Fließbett 50 zu
ziehen. Der Betrieb und die Konstruktion solcher Zuleitungen ist
gut bekannt und braucht nicht weiter erörtert zu werden. Jede Löffelbohrerzuleitung
setzt die Schleifpartikel, wie vorstehend beschrieben, in eine Venturi-Strahldüse 56 ab.
Jede Venturi-Strahldüse 56 ist
an einen Schlauch 64 mit einem Schleifpartikel/Luft-Gemisch
zur Zuführung
des Schleifpartikel/Luft-Gemisches zu einem Partikelsprüher 46 verbunden,
wie vorstehend beschrieben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Fließbett 50 mit
einer Mehrzahl von Löffelbohrerzuleitungen,
die darauf montiert sind, der Typ der im Handel als POWDER DELIVERY
CONTROL UNIT von Gema, einer Illinois Tool Works Company, Indianapolis,
IN, erhältlich
ist. Es liegt auch im Schutzbereich der Erfindung, was die Löffelbohrerzuleitung
betrifft, die Schleifpartikel aus einer volumetrischen Zuleitung
des Typs, der im Handel als DRY MATERIAL FEEDER von AccuRate, Whitewater,
WI erhältlich
ist, zu beschicken.
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Es
liegt auch im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, weitere
Partikelsprüher
einzuschließen, die
so gebaut sind, dass sie Schleifpartikel auf das Substrat 100 mit
genügend
Kraft sprühen,
um ein stärkeres Eindringen
in den mittleren Teil des offenzelligen Schaumstoffsubstrats zu
erzielen. Solche zusätzlichen
Partikelsprüher
können
in die Sprühzelle 34 zusammen
mit den vorstehend beschriebenen Partikelsprühern 46 entweder in
der Anordnung der Partikelsprüher 46 oder
so angeordnet, dass sie das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 besprühen, bevor
oder nachdem das offenzellige Schaumstoffsubstrat 100 unter
die Sprüher 46 befördert wird,
eingeschlossen werden. Solche zusätzlichen Sprüher können auch
in einer zweiten Partikelsprühzelle
vor oder nach den vorstehend beschriebenen Sprühern 22, 26 angeordnet
werden. Vorzugsweise sind die zusätzlichen Sprüher so angeordnet,
dass sie die Schleifpartikel auf dem offenzelligen Schaumstoffsubstrat
vor den Sprühern 46 absetzen,
damit sie das vorteilhafte Sprühmuster,
das durch die Sprüher 46 erzielt
wird, nicht beeinträchtigen
oder zerstören.
Eine solche Kombination von Sprühern
kann verwendet werden, um ein Substrat 100 mit einer vorteilhaften
Verteilung der feinen Schleifpartikel auf den Oberflächen 104, 106,
wie hier beschrieben, zusammen mit den Partikeln in dem mittleren
Teil des offenzelligen Schaumstoffsubstrats für eine längere Verwendungsdauer der
Schleifteilchen bereitzustellen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
hat das Substrat 100 von dem ersten Rand 107 zu
dem zweiten Rand 108 eine Breite von 61 cm (24 inch) und
es wird durch den Apparat 14 mit einer Geschwindigkeit
des Substrats von etwa 3 bis 30 Meter/Minute (10 bis 100 Fuß/Minute),
stärker
bevorzugt 16 Meter/Minute (52,5 Fuß/Minute), beschickt. Der erste
Haftbeschichter 20 ist ein Doppelwalzenbeschichter, wobei
das Substrat 100 durch die Klemme befördert wird, die durch die zwei
gegenüberliegenden
Walzen gebildet wird. Die feinen Schleifpartikel 102 werden
durch acht Partikelsprüher 46 aufgetragen,
allgemein wie es bei den 5 bis 6 beschrieben ist, die durch
acht Venturi-Einspritzdüsen
beschickt werden, die auf einem Fließbett 52 montiert sind.
Das Sprühmuster
der Einspritzdüsen
hat im allgemeinen eine Form, wie sie in 8B veranschaulicht ist. Die Parameter
für den
Gema-Partikelbeschichter, der vorstehend beschrieben ist, sind die
folgenden: fluidisierte Luft, eingeführt durch Einlass 53 bei
einem Druck von etwa 13 bis 104 kPa (2 bis 15 psi), Primärluft, eingeführt in den
Einlass 58 der Venturi-Düse 56 bei einem Druck
von bis zu 621 kPa (90 psi), vorzugsweise 206 bis 414 kPa (30 bis
60 psi); die zweite Luft, eingeführt
in den Einlass 60 bei einem Druck von 0 bis etwa 621 kPa
(90 psi), vorzugsweise von 0 bis etwa 138 kPa (20 psi). Der Deckschichtvorläufer kann
auf die gleiche Weise wie der Bindemittelschichtvorläufer aufgetragen
und gehärtet
werden.
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Bei
dem Auftragen des Bindemittelschichtvorläufers auf die hier beschriebene
Weise ist die Neigung des Bindemittelschichtvorläufers zu wandern oder sich
zusammenzuziehen und zu agglomerieren vermindert. Auf diese Weise
werden die beschichtbaren Oberflächen
des Substrats mit dem Bindemittelschichtvorläufer einheitlich beschichtet,
wobei die Schleifpartikel 102 auf den beschichtbaren Oberflächen durch
eine einheitliche Verteilung beschichtet und befestigt werden können. Durch
das Beschichten des Bindemittelschichtvorläufers und der Schleifpartikel
in verschiedenen Schritten werden die Schleifpartikel weniger wahrscheinlich
in der Bindemittelschicht "versenkt", wie es beim Verfahren
des Standes der Technik beim Auftragen einer Bindemittelschichtläufer/Schleifpartikel-Aufschlämmung manchmal
der Fall ist. Bei den nach den erfindungsgemäßen Verfahren und Apparaten
erzeugten fertigen Gegenständen
stellt die Deckschicht eine dünne
Harzbeschichtung über
die feinen Schleifpartikel bereit, ohne die Partikel in dem Harz
zu versenden. Bei der Beobachtung, zum Beispiel unter einem Mikroskop,
werden die einzelnen Partikel als verankert an die beschichtbaren
Oberflächen
der Öffnungen
und sich nach außen
von den beschichtbaren Oberflächen
der Öffnungen
ausbreitend beobachtet. In dieser Konstruktion sind die feinen Schleifpartikel
in dem Gegenstand so positioniert, dass sie sofort eine Schleifwirkung
in den anfänglichen
Anwendungen des fertigen Gegenstandes entfalten. Außerdem haften
die Partikel stark an den beschichtbaren Oberflächen der Öffnungen des offenzelligen Schaumstoffsubstrats,
wobei ein Schleifgegenstand mit einer zufriedenstellenden Verwendungsdauer
bereitgestellt wird.
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Die
Schleifpartikel werden vorzugsweise in einer Class 100 Umgebung
verpackt, die den Fed. Std. 209 und Mil. Std. 1246C, Class 100 Particulate
Cleanliness Levels entspricht.
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Alle
Verpackungsmaterialien sind zur Verwendung in solchen Anlagen zugelassen
(z. B. gemäß Mil. Std.
1246C). Zuerst werden die Gegenstände in eine Haube unter vermindertem
Druck gelegt und unter Verwendung von ionisierter Gebläseluft dekontaminiert.
Die Gegenstände
werden dann mit einer Innenverpackung verpackt, mit weiterer ionisierter
Gebläseluft
gereinigt und mit einer Außenverpackung
verpackt.
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Beispiele
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Materialien
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- Schaumstoff: retikulierter Polyester-Polyurethan-Schaumstoff,
20 Zellen pro cm (50 Zellen pro (inch)), 9,52 mm (0,375 inch), Illbruck,
Inc., Minneapolis, MN.
- PM Ether: Propylenglykolmonomethylether, Lyondell Chemical Company,
Houston, Texas.
- PM Acetat: Propylenglykolmonomethyletheracetat, Arco Chemical
Company, Houston, Texas.
- BL-16: Oxim blockiertes Polyurethanprepolymer mit endständiger Isocyanatgruppe,
Crompton & Knowles
Corporation, Stamford, CT.
- BL-31: Oxim blockieres Polyurethanprepolymer mit endständiger Isocyanatgruppe,
Crompton & Knowles
Corporation, Stamford, CT.
- PACM-20: Bis(p-Aminocyclohexyl)methan, ein aliphatisches Amin-Härtungsmittel,
Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, PA.
- Mineral A: "P320" SWPL weißes Aluminiumoxid,
Treibacher, Villach, Österreich.
- Mineral B: "220BM" weißes Aluminiumoxid,
Graystar, Bluffton, SC.
- Mix 1: 62 % BL16, 8 % PACM 20, 30% PM-Ether (%-Flüssiggewicht).
- Mix 2: 14 % BL16, 39 % BL31, 7 % PACM-20, 40 % PM-Acetat (%-Flüssiggewicht).
- Mix 3: 50 % BL31, 8 % PACM-20, 42 % PM-Acetat (%-Flüssiggewicht).
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Biaxialer Schütteltest
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Der
biaxiale Schütteltest
wurde zur Bestimmung der Neigung der erfindungsgemäßen Schleifgegenstände verwendet,
Feststoffteilchenrückstände oder
entfernbare Partikel zu erzeugen, wenn sie kräftigen Bewegungen unterworfen
werden. Ein 10 cm × 10
cm Muster aus einem Schleifgegenstand, der geprüft wurde, wurde in eine versiegelbare
Kunststoffdose gelegt. Zu der Dose wurde 800 ml COULTER ISOTON-Lösung zugegeben.
Die Dose wurde versiegelt und in einem bemalten Dosenmixer (Red
Devil Inc., Union, NJ) mit biaxialer Bewegung befestigt und der
Mixer 3 Minuten aktiviert. Die Dose wurde dann geöffnet und
das Muster entfernt. Ein 250 ml aliquot der Lösung wurde dann in eine COULTER
MULTISIZER III Zähler-Probenflasche
für einzelne
Partikel (Discrete Particle Counter), (Coulter Corporation, Miami,
FL) übertragen.
Der Partikelzähler wurde
zur Durchführung
einer 2 ml volumetrischen Partikelanalyse unter Verwendung eines
Rohrs mit einer 100 Mikrometer Öffnung
(zur Messung von 2 Mikrometer bis 100 Mikrometer Partikel) eingestellt.
Die Auszählung
der gesamten Partikel wurde durchgeführt und im Hinblick auf die
Größe des Musters
standardisiert, wobei entfernbare Partikel pro m2 des
Schleifgegenstands erhalten wurden.
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Elementaranalyse
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Die
Elementaranalyse wurde nach verschiedenen Methoden, wie in der folgenden
Tabelle gezeigt, durchgeführt:
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Schieffer-Trockentest
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Ein
Abnutzungstest wurde verwendet, um die Schleifqualitäten von
Schleifgegenständen
auf typischen lackierten Kraftfahrzeugsoberflächen zu simulieren. Die Testmuster
wurden aus Poly(methyl)methacrylat-Folienmaterial mit 3,2 mm (1/8
inch)-Dicke, Rockwell-Kugelhärte
90-105, erhältlich als
1,22 × 2,44
m (48 × 96
inch)-Folien unter der Marke ACRYLITE von American Cyanamid, Wayne,
NJ, hergestellt. Nach dem Entfernen der Schutzhülle von der Oberseite der acrylischen
Folie wurde eine Doppelschicht von PPG BLACK UNIVERSAL BASE COAT-Farbe
(PPG Industries Inc., Automotive Finishes Division Cleveland, OH)
nach den Empfehlungen des Herstellers aufgetragen. Die schwarze
Grundschicht wurde mit 3 Doppelschichten von PPG PAINT DAU-82, CLEAR
(PPG Industries Inc., Automotive Finishes Divison, Cleveland, OH)
nach den Empfehlungen des Herstellers überlackiert, wobei etwa 30
Minuten Glanzzeit ("flash
time") zwischen
jedem Auftragen der Doppelschicht gelassen wurden. Die beschichteten
Folien wurden etwa 72 Stunden der Lufttrocknung überlassen. Eine Anzahl von
Testmustern mit 10,2 cm (4 inch) Durchmesser wurde aus der beschichteten
Folie mit Sorgfalt geschnitten, um ein Zerkratzen der lackierten
Oberfläche
auf ein Mindestmaß zu begrenzen.
Die geschnittenen Scheiben wurden dann bei 66°C (150°F) in einem Ofen eingebrannt,
wobei etwa 16 Stunden jeder Kontakt mit der beschichteten Oberfläche vermieden
wurde, um die Lackbeschichtungen vollständig zu härten. Die Testmuster waren
dann fertig zum Testen.
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Die
Versuche wurden auf einer Schieffer-Abschleifmaschine (Schieffer
Abrasion Machine) (erhältlich von
Frazier Precision Company, Gaithersburg, MD) durchgeführt, die
mit einer Federklammer, die die Scheibe hielt, um das lackierte
Testmuster auf dem Boden der Drehscheibe zu sichern, und einem mechanischen
Befestiger (SCOTCHMATE DUAL LOCK SJ 3442 Typ 170) ausgerüstet war,
um die Schleifzusammensetzung auf der oberen Drehscheibe zu halten.
Für jeden
Versuch wurde der Zähler
auf 500 Umdrehungen pro Minuten festgelegt. Eine Scheibe des zu
prüfenden
Schleifgegenstands mit 10,2 cm (4 inch) Durchmesser wurde zugeschnitten
und auf der oberen Drehscheibe über
den mechanischen Befestiger montiert. In dem Fall, dass der Schleifgegenstand
wesentlich verschiedene Kontaktoberflächen voneinander hatte, wurde
bezeichnet, auf welcher Seite geprüft wurde. Eine vorher hergestellte
lackierte acrylische Scheibe mit einem Durchmesser von 10,2 cm (4
inch) wurde auf mg (W(1)) genau gewogen und über die Federklammer an die
untere Drehscheibe mit der lackierten Oberfläche nach oben montiert. Es
wurde ein 4,55 kg (10 lb.) Gewicht auf die beladene Plattform des
Abriebtesters gelegt. Wenn der Abriebtester zur Nassprüfung lotrecht
gemacht ist, wird die Wasserzufuhr abgestellt. Die obere Drehscheibe
wurde gesenkt, um mit der lackierten acrylischen Scheibe unter der vollen
Kraft des beladenen Gewichts in Kontakt zu kommen und die Maschine
wurde angelassen. Nach 500 Umdrehungen wurde die Maschine abgestellt,
der Schleifgegenstand von der oberen Drehscheibe entfernt und abgelegt
und die lackierte acrylische Scheibe von der unteren Drehscheibe
entfernt. Der freie Staub oder Schuttreste wurden durch Wischen
mit einem trockenen Papierhandtuch von der lackierten acrylischen
Scheibe entfernt und die Scheibe wurde wieder gewogen (W(2)). Die
Differenz W(1)–W(2)
ist genau auf den mg als "Schnitt" angegeben.
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Bei
dem Versuch sollte die lackierte acrylische Scheibe nicht in einem
Maße abgescheuert
werden, dass die darunter befindliche schwarze Farbe entfernt wird.
In dem Fall, bei dem das Abschleifen durch die schwarze Schicht
erfolgte, wurde der Versuch wiederholt. Wenn das Abschleifen bei
einem zweiten Versuch durch die schwarze Schicht durchgeht, sollten
neue lackierte acrylische Scheiben mit zusätzlichen Schichten der klaren
Beschichtung hergestellt werden.
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Nasser Schieffer-Test
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Der
nasse Schieffer-Test wurde gleich wie der trockene Schieffer-Test
durchgeführt,
mit den Ausnahmen 1) es wurde kein Lack auf die acrylische Scheibe
aufgetragen; 2) 2500 Zyklen wurden pro Versuch durchgeführt; und
3) auf das Werkstück
wurden während
des Versuchs Wassertropfen mit einer Geschwindigkeit von etwa 1
Tropfen pro Sekunde getropft.
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Beispiele A, B und C
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Schaumstoffsubstrat
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Die
Beispiele A, B und C wurden unter Verwendung eines offenzelligen
Polyurethanschaumstoffs als Substrat hergestellt. Die Zusammensetzungen
der Beispiele A, B und C sind in Tabelle 1 angegeben. Die Bindemittelschichtvorstufe
wurde durch einen Zweiwalzenbeschichter aufgetragen.
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Das
Beispiel A wurde bei 177°C
gehärtet;
2 Minuten die Bindemittelschicht und 3 Minuten die Deckschicht.
Das Beispiel B wurde bei 189°C
gehärtet.
4 Minuten die Bindemittelschicht und 10 Minuten die Deckschicht.
Das Beispiel C wurde bei 175°C
gehärtet;
6 Minuten die Bindemittelschicht und 12 Minuten die Deckschicht.
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Gesamter Element-Gehalt
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Der
gesamte Element-Gehalt des Beispiels C und der im Handel erhältlichen
Vergleichs-Handkissen wurde
durch eine nasse Ascheverarbeitung und anschließende induktiv gekuppelte Plasmaanalyse
bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Annehmbare Einschränkungen
sind in Tabelle 3 gezeigt.
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Extrahierbare Anteile
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Extrahierbare,
unerwünschte
ionische Materialien wurden für
Beispiel B und für
im Handel erhältliche Handkissen
durch eine Stunde langes Eintauchen in deionisiertes Wasser und
folgende Ionenchromatographie bestimmt. Die Testmethoden sind im
ASTM D4327 und USEPA 300.1 beschrieben, mit der Änderung, dass die Unterdrückung eher
elektrolytisch als chemisch ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle
4 für ausgewählte Anionen
und Kationen in ppb gezeigt. Annehmbare Einschränkungen sind in Tabelle 5 gezeigt.
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Das
Beispiel A wurde auf den Schnitt durch den trockenen Schieffer-Test
beurteilt, der für
500 Zyklen mit einer Belastung von 4,54 kg (10 pounds) durchgeführt wurde.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt, wobei annehmbare Werte
größer als
oder gleich 0,04 g sind, bevorzugte Werte größer als 0,1 g sind und stärker bevorzugte
Werte größer als
0,125 g sind.
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Das
Beispiel B wurde auf den Schnitt durch den nassen Schieffer-Test
beurteilt, der mit Wassertropfen während 2500 Zyklen an einem
acrylischen Werkstück
unter einer Belastung von 4,54 kg (10 pounds) durchgeführt wurde,
wobei annehmbare Werte größer als
2,9 g sein müssen,
bevorzugte Werte größer als
3,2 g sind und stärker
bevorzugte Werte größer als
3,6 g sind. Die Testergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.
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Das
Beispiel A wurde auf die Neigung zur Bildung von freien Partikeln
durch den biaxialen Schüttel-Test
beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt, wobei annehmbare
Werte kleiner als 500 × 106 Partikel pro m2 sind,
der bevorzugte Bereich zwischen 100 × 106 und
200 × 106 Partikel pro m2 und
der stärker bevorzugte
0 bis 100 × 106 Partikel pro m2 ist.
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Vergleichsbeispiel 1
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Das
Vergleichsbeispiel 1 ist ein im Handel unter der Marke "SCOTCH-BRITE 7447+ General Purpose Hand Pad" erhältliches
Vliesstoffschleifmaterial zum konditionieren von Oberflächen, erhältlich von
Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN.
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Vergleichsbeispiel 2
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Das
Vergleichsbeispiel 2 ist ein im Handel erhältliches Vliesstoffschleifmittel
als gewerbliches Scheuerkissen für
allgemeine Zwecke, erhältlich
als "SCOTCH BRITE
#96" von Minnesota
Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN.
