DE60110260T2

DE60110260T2 - Flexibles schleifprodukt und verfahren zur herstellung und verwendung desselben

Info

Publication number: DE60110260T2
Application number: DE60110260T
Authority: DE
Inventors: W. James SCHUTZ; L. Stacee ROYCE; J. Michael ANNEN
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: CN1473095A; EP1559510A1; US6929539B2; ATE293517T1; JP2007190678A; CN1230282C; EP1347862B1; US20050262773A1; CA2427874C; BR0115086B1; DE60110260D1; US20020090901A1; US20030049995A1; JP2004519341A; US6923840B2; US20050020190A1; BR0115086A; EP1347862A1; WO2002076678A1; MXPA03003847A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen flexible Schleifgegenstände, wie beispielsweise Schleifschwämme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein flexibles Schleifprodukt umfassend einen offenzelligen Schaumstoffträger, eine kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung und eine geformte, kleine Öffnungen aufweisende Schleifbeschichtung über der kleine Öffnungen aufweisenden Sperrbeschichtung.
Die Verwendung von Schleifprodukten für Feinarbeiten an der lackierten Oberfläche eines reparierten Abschnitts eines Fahrzeugs ist bekannt. Die ursprünglich lackierten Außenflächen eines Fahrzeugs weisen eine einzigartige "Orangenhaut"-Oberfläche auf, die wunschgemäß dupliziert wird, wenn Reparaturen vorgenommen werden sollen. Während bisher zuvor beschichtete Schleifprodukte und Schleifschlamm entweder einzeln oder in Kombination, typischerweise in Gegenwart eines Flüssigmediums, beispielsweise Wasser, zur Behandlung solcher Oberflächen verwendet wurden, haben die Oberflächenbehandlungsmethoden, die diese Produkte einsetzen, zu keinen optimalen Ergebnissen geführt.
Verschiedene Patente offenbaren Produkte und/oder Verfahren, die für das Feinarbeiten von lackierten Fahrzeugoberflächen nützlich sein sollen. Siehe z.B. EP 0 771 613 B1 , veröffentlicht am 5. April 2000, WO 00/03840, veröffentlicht am 27. Januar 2000, basierend auf der US-Patentanmeldung Nr. 09/116,038, angemeldet am 15. Juli 1998 sowie US-Patent Nr. 6,024,634. DE-U-9407622 offenbart einen flexiblen Schleifgegenstand umfassend einen offenzelligen Schaumstoffträger mit einer ersten Hauptoberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche und umfassend eine Schleifbeschichtung, umfassend Schleifpartikel in einem Bindemittel.
Bei der Verwendung von Oberflächenbehandlungsprodukten und/oder Methoden gemäß dem Stand der Technik treten mehrfache Probleme auf. Diese sind unter anderem die Unfähigkeit, eine fertige Orangenhaut-Oberfläche bereitzustellen, die die ursprüngliche Oberfläche dupliziert. Ferner erfahren manche Produkte ein unerwünschtes Anhaften oder eine Aufnahme zwischen der zu behandelnden, befeuchteten Oberfläche und der Oberfläche des Schleifproduktes während dieses gedreht wird, z.B. auf einer „Doppelfunktions"-Schleifmaschine, oder dieses anderweitig gegen die zu behandelnde Oberfläche bewegt wird. Andere Produkte sind schwierig zu verwenden. Manche sind dünn mit einem druckempfindlichen Anhaftungssystem und nur schwer von einer Ablöse-Außenlage zu entfernen und sind sie auf einem Trägersockel befestigt, lassen sie sich nur schwer faltenfrei einsetzen.
Es besteht ein Bedarf an einem flexiblen Schleifprodukt, das eine lackierte Fahrzeug-Außenoberfläche so verfeinert, um eine Oberflächenbehandlung bereitzustellen, die nach einem anschließenden Lasurschritt die ursprüngliche lackierte Oberfläche im Wesentlichen dupliziert, ohne die Orangenhaut zu beeinträchtigen. Es besteht ebenfalls ein Bedarf an einem flexiblen Schleifprodukt das mit einer Doppelfunktions-Schleifmaschine unter nassen Bedingungen nicht die zu behandelnde Oberfläche aufnimmt.
Diese Erfindung stellt ein flexibles Schleifprodukt, ein Verfahren zur Herstellung desselben sowie ein Verfahren zur Verwendung desselben bereit. Wenn es unter nassen Bedingungen zum Verfeinern der lackierten Fahrzeug-Außenoberfläche verwendet wird, stellt das neuartige Schleifprodukt nach einem anschließenden Lasurschritt eine Oberflächenbehandlung bereit, die im Wesentlichen die ursprünglich lackierte Oberfläche dupliziert, ohne die Orangenhaut im Wesentlichen zu beeinträchtigen. Bei der Verwendung mit einer Doppel funktions-Schleifmaschine unter herkömmlichen nassen Bedingungen nimmt das neuartige flexible Schleifprodukt die zu behandelnde Oberfläche nicht auf und bleibt nicht daran haften.
Der flexible Schleifgegenstand umfasst folgendes:

a. einen offenzelligen Schaumstoffträger mit einer ersten Hauptoberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche;
b. eine kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung auf der ersten Hauptoberfläche; und
c. eine geformte, kleine Öffnungen aufweisende Schleifbeschichtung auf der kleine Öffnungen aufweisenden Sperrbeschichtung, umfassend Schleifpartikel in einem Bindemittel.

Der offenzellige Schaumstoff ist bevorzugt folienförmig und weist ebene Hauptoberflächen auf, wobei andere Oberflächen-Konfigurationen jedoch ebenfalls nützlich sind. Zum Beispiel kann die zweite Hauptoberfläche eben sein, um eine Befestigung zu ermöglichen und die erste Hauptoberfläche, d.h. die Oberfläche, an welcher die Schleifbeschichtung aufgetragen wird, kann nicht eben sein, wie z.B. eine wellenförmige oder spiralförmige Oberfläche. Solch spiralförmigen Schaumstoffe werden im US-Patent Nr. 5,007,128 offenbart.
Während das flexible Schleifprodukt gemäß der Erfindung von Hand ohne ein Befestigungssystem verwendet werden kann, enthält es typischerweise ein Befestigungssystem auf der zweiten Oberfläche zur Befestigung des Schleifgegenstandes an einem Trägersockel. Ein solches Befestigungssystem kann z.B. einen Teil eines Klettverschlusssystems beinhalten, wobei sich der andere Teil des Klettverschlusses am Trägersockel oder an der Schleifmaschine oder am Schleifgerät befindet, das dazu verwendet wird, das flexible Schleifprodukt zu bewegen. Andere Arten von Befestigungssystemen können eine Beschichtung auf druckempfindlichen Haftmitteln auf einer druckempfindlichen Haftmittelzusammensetzung enthalten, die sich an einer glatten Oberfläche auf dem Trägersockel des Werkzeugs auftragen lässt.
Der flexible Schleifgegenstand gemäß der Erfindung wird durch ein Verfahren hergestellt, das die nachfolgenden Schritte umfasst:

a. Auftragen einer härtbaren Sperrbeschichtung auf eine erste Hauptoberfläche eines offenzelligen Schaumstoffträgers, der ebenfalls eine gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche aufweist;
b. Härten der härtbaren Sperrbeschichtung, um auf der ersten Hauptoberfläche eine kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung mit darin enthaltenen Öffnungen bereitzustellen, die den Öffnungen in dem offenzelligen Schaumstoff entsprechen;
c. Auftragen einer Beschichtungszusammensetzung, umfassend ein härtbares Bindemittel und Schleifpartikel auf die kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung;
d. Versehen der Beschichtungszusammensetzung, die in Schritt c aufgetragen wurde, mit einer strukturierten Oberfläche mit einem Fertigungswerkzeug, das eine strukturierte Oberfläche aufweist, die das Inverse der strukturierten Oberfläche der Schleifbeschichtung ist, und wobei sich jegliche Beschichtungszusammensetzung, die über einer Öffnung in der ersten Hauptoberfläche beschichtet ist, an die strukturierte Oberfläche des Fertigungswerkzeugs haften kann;
e. mindestens teilweises Härten des Bindemittels; und
f. Trennen des Fertigungswerkzeugs von der strukturierten Oberfläche, um die geformte, kleine Öffnungen aufweisende Schleifbeschichtung bereitzustellen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie darin enthaltende Öffnungen aufweist, die mindestens einigen der Öffnungen in dem offenzelligen Schaumstoff entsprechen.

Alternativ kann das flexible Schleifprodukt nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden:

a. Beschichten einer härtbaren Beschichtungszusammensetzung, die härtet, um eine undurchlässige Beschichtung auf der ersten Hauptoberfläche des offenzelligen Schaumstoffs zu bilden;
b. Härten der härtbaren Sperrschichtzusammensetzung, um eine undurchlässige Sperrbeschichtung bereitzustellen;
c. Auftragen einer Beschichtungszusammensetzung, umfassend Schleifpartikel und härtbares Bindemittel, das härtbar ist, um eine Schleifbeschichtung über der gehärteten, undurchlässigen Sperrbeschichtung bereitzustellen;
d. Versehen der ungehärteten Beschichtungszusammensetzung von Schritt c mit einer strukturierten Oberfläche;
e. Härten der Beschichtungszusammensetzung, um eine geformte Schleifbeschichtung auf der undurchlässigen Sperrbeschichtung bereitzustellen; und
f. Perforieren der undurchlässigen Sperrbeschichtung und der geformten Schleifbeschichtung, um das flexible Schleifprodukt mit der kleine Öffnungen aufweisenden Sperrbeschichtung und mit der kleine Öffnungen aufweisenden geformten Schleifbeschichtung bereitzustellen.

Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren für das Feinarbeiten einer Substratoberfläche bereit, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:

a. in Kontakt bringen einer Substratoberfläche mit dem flexiblen Schleifgegenstand, umfassend einen offenzelligen Schaumstoffträger mit einer ersten Hauptoberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche; eine kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung auf der genannten ersten Hauptoberfläche; und eine geformte, kleine Öffnungen aufweisende Schleifbeschichtung über der kleine Öffnungen aufweisenden Sperrbeschichtung, umfassend Schleifpartikel in einem Bindemittel; und
b. relative Bewegung des flexiblen Schleifgegenstandes in Gegenwart eines Flüssigmediums, um die Substratoberfläche zu modifizieren.

Für die gesamte Anmeldung gelten die nachfolgenden Definitionen:
Ein „flexibler" Schleifgegenstand bezieht sich auf einen Schleifgegenstand, der ausreichend flexibel ist, um auf sich selbst gefaltet werden zu können, sich beim Öffnen jedoch wieder ohne permanente strukturelle Veränderungen in seiner ursprünglichen Konfiguration einsetzen lässt.
Eine „kleine Öffnungen aufweisende" Sperrbeschichtung ist eine Sperrbeschichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine ausreichende Porosität aufweist, um den Durchfluss einer Flüssigkeit durch sie hindurch zu ermöglichen.
Eine „geformte" Schleifbeschichtung bezieht sich auf eine Schleifbeschichtung, umfassend Schleifpartikel in einem Bindemittel, das eine nicht typisch topografische Oberfläche aufweist, wie es bei herkömmlich beschichteten Schleifprodukten der Fall ist, sondern anstatt dessen eine strukturierte Oberfläche mit erhabenen Abschnitten und vertieften Abschnitten aufweist, die in einem geordneten oder einem zufälligen Muster vorhanden sein können.
Eine geformte „kleine Öffnungen aufweisende" Schleifbeschichtung ist eine geformte Schleifbeschichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine ausreichende Porosität aufweist, um den Durchfluss einer Flüssigkeit durch ihren gesamten Bereich hindurch zu ermöglichen.
Eine „undurchlässige" Beschichtung bezieht sich auf eine Beschichtung, die Eigenschaften aufweist, welche das Gegenteil der Eigenschaften einer kleine Öffnungen aufweisenden Besichtung darstellen, d.h. sie weist im Wesentlichen keine Porosität auf, die den Durchfluss einer Flüssigkeit ermöglicht.
Die verschiedenen Aspekte der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren und durch die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kenntlich gemacht.
1 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines flexiblen Schleifgegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine vergrößerte schematische, im Querschnitt gezeichnete Darstellung eines Abschnitts des flexiblen Schleifprodukts gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Mikroaufnahme mit einer 29fachen Vergrößerung der oberen Oberfläche eines flexiblen, beschichteten Schleifprodukts, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
4 ist eine Mikroaufnahme mit einer 97fachen Vergrößerung der oberen Oberfläche eines flexiblen, beschichteten Schleifprodukts, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
5 ist eine Mikroaufnahme mit einer 97fachen Vergrößerung der oberen Oberfläche eines offenzelligen Schaumstoffträgers der verwendet wird, um das flexible, beschichtete Schleifprodukt der Erfindung herzustellen.
6 ist eine Mikroaufnahme mit einer 29fachen Vergrößerung des offenzelligen Schaumstoffträgers, der in 5 dargestellt ist.
7 ist eine Mikroaufnahme mit einer 97fachen Vergrößerung der oberen Oberfläche eines Vorläufers des flexiblen, beschichteten Schleifprodukts der Erfindung, bevor dieses einer Nadelpenetration unterworfen wird.
8 ist eine Mikroaufnahme mit einer 97fachen Vergrößerung der oberen Oberfläche eines flexiblen Schleifprodukts, das gemäß der vorliegenden Erfindung als Resultat einer Nadelpenetration des Vorläufers, wie in 7 dargestellt, hergestellt wurde.
9 ist der in 7 dargestellte Vorläufer, jedoch mit einer 29fachen, anstatt 97fachen Vergrößerung.
10 ist das in 8 dargestellte Produkt, jedoch mit einer 29fachen, anstatt 97fachen Vergrößerung.
11 ist eine Draufsicht einer Walze zur Herstellung eines Fertigungswerkzeugs, das zur Herstellung der geformten Schleifschicht von Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
12 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Segments der in 11 dargestellten Walzenoberfläche entlang der Linie 12-12 zur Darstellung des Oberflächendetails.
13 ist eine Draufsicht auf eine weitere Walze, die zur Herstellung eines Fertigungswerkzeugs zur Herstellung der geformten Schleifschicht eines Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
14 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Segments der in 13 dargestellten gemusterten Walzenoberfläche entlang der Linie 14-14.
15 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines weiteren Segments der in 13 dargestellten gemusterten Walzenoberfläche entlang der Linie 15-15.
16 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Segments des flexiblen Schleifprodukts der vorliegenden Erfindung, umfassend einen spiralförmigen, offenzelligen Schaumstoffträger.
Das flexible Schleifprodukt gemäß der Erfindung kann durch das Beschichten eines offenzelligen Schaumstoffträgers mit einer Sperrbeschichtungszusammensetzung angefertigt werden, z.B. durch Walzenstreichen, Sprühbeschichten oder Florstreichen, Härten der Sperrbeschichtungszusammensetzung, z.B. in einem fremdbelüfteten Ofen, der auf die Härtetemperatur der Sperrbeschichtungszusammensetzung erhitzt ist, um den eine kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung tragenden, beschichteten Träger bereitzustellen.
Der sperrbeschichtete Träger kann mit einer Schleifbeschichtung gemäß dem im US-Patent Nr. 5,435,816 oder im US-Patent Nr. 5,667,541 beschriebenen Verfahren beschicht werden. 1 stellt einen Apparat 10 zum Auftragen der geformten, kleine Öffnungen aufweisenden Schleifbeschichtung auf dem sperrbeschichteten Träger dar, um einen Schleifgegenstand gemäß der Erfindung bereitzustellen. Ein Fertigungswerkzeug 11 besteht in der Form eines Bands mit zwei Hauptoberflächen und zwei Enden. Ein offenzelliger Schaumstoffträger 12 mit einer ersten Hauptoberfläche 13, die eine kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung trägt und eine zweite Hauptoberfläche 14 werden von einer Walze 15 abgewickelt. Der offenzellige Schaumstoff 12 ist bevorzugt an seiner Vorderkante an einem Kunststofffolienträger (nicht dargestellt) befestigt, wobei die zweite Hauptoberfläche 14 auf der Folie aufliegt, um dem offenzelligen Schaumstoffträger während dem Beschichten unter Spannung dimensionale Stabilität bereitzustellen. Alternativ ist der offenzellige Schaumstoffträger 12 an seiner zweiten Hauptoberfläche 14 an einem Teil eines zweiteiligen Befestigungsfolienmaterials angehaftet, um dem offenzelligen Schaumstoffträger die dimensionale Stabilität bereitzustellen. Bevorzugt ist er an den Folienträgerteil gehaftet, der die eingreifenden Elemente trägt. Gleichzeitig wird der offenzellige Schaumstoffträger 12 von der Walze 15 abgewickelt, das Fertigungswerkzeug 11 wird von der Walze 16 abgewickelt. Die Kontaktoberfläche 17 des Fertigungswerkzeugs 11 ist mit einer Mischung aus Schleifpartikeln und einem Bindemittelvorläufer einer Beschichtungsstation 18 beschichtet. Die Mischung kann erwärmt werden, um deren Viskosität vor dem Beschichtungsschritt zu senken. Die Beschichtungsstation 18 kann beliebige, herkömmliche Beschichtungsmittel umfassen, wie z.B. eine Messerstreichmaschine, Tropfgussbeschichtungsmaschine, Florstreichmaschine, Vakuumgussbeschichtungsmaschine oder eine Extrusionsgussbeschichtungsmaschine. Nachdem die Kontaktoberfläche 17 des Fertigungswerkzeugs 11 beschichtet worden ist, werden der Träger 12 und das Fertigungswerkzeug 11 derart zusammengebracht, dass die Mischung die erste Hauptoberfläche 13 des Trägers 12 befeuchtet. Gemäß 1 wird die Mischung zur Kontaktaufnahme mit dem offenzelligen Schaumstoffträger 12 durch eine Kontaktabzugswalze 20 gezwungen, die ebenfalls das Fertigungswerkzeug/die Mischung/die Trägerkonstruktion gegen eine Stütztrommel 22 zwingt. Als Nächstes wird eine ausreichende Dosis Strahlungsenergie durch eine Strahlungsenergiequelle 24 durch die hintere Oberfläche 25 des Fertigungswerkzeugs 11 und in die Mischung übertragen, um den Bindemittelvorläufer mindestens teilweise zu härten, wodurch eine geformte, handhabungsfähige Struktur 26 gebildet wird. Das Ferti gungswerkzeug 11 wird dann von der geformten, handhabungsfähigen Struktur 26 abgenommen. Das Abnehmen des Fertigungswerkzeugs 11 von der geformten, handhabungsfähigen Struktur 26 findet an der Walze 27 statt. Der Winkel α zwischen der geformten, handhabungsfähigen Struktur 26 und dem Fertigungswerkzeug 11 sofort nach der Führung über Walze 27 ist bevorzugt steil, d.h. über 30°, um ein sauberes Abnehmen der geformten, handhabungsfähigen Struktur 26 von dem Fertigungswerkzeug 11 außer in den Bereichen zu gewährleisten, die über den Öffnungen in dem mit der kleine Öffnungen aufweisenden Sperrbeschichtung beschichteten offenzelligen Schaumstoffträger 12 beschichtet wurden. Die Beschichtung neigt dazu, in diesen Bereichen am Fertigungswerkzeug anzuhaften, wodurch kleine Öffnungen in der Schleifbeschichtung erzeugt werden, die dazu führen, dass die Schleifbeschichtungen kleine Öffnungen aufweist. Das Fertigungswerkzeug 11 wird als Walze 28 wieder derart aufgewickelt, dass diese wieder verwendet werden kann. Die geformte, handhabungsfähige Struktur 26 wird als Walze 30 aufgewickelt. Falls der Bindemittelvorläufer noch nicht vollständig gehärtet ist, kann er dann durch Aussetzen an eine zusätzliche Energiequelle, wie z.B. einer thermischen Energiequelle oder einer zusätzlichen Strahlungsenergiequelle, vollständig gehärtet werden, um den beschichteten Schleifgegenstand zu bilden. Alternativ wird letzten Endes eine vollständige Härtung auch ohne Verwendung einer zusätzlichen Energiequelle erhalten, um den beschichteten Schleifgegenstand zu bilden. Der hier verwendete Ausdruck „vollständiges Härten" und ähnliche soll bedeuten, dass der Bindemittelvorläufer ausreichend derart gehärtet ist, dass das resultierende Produkt die Funktion eines Schleifgegenstands, z.B. eines beschichteten Schleifgegenstands erfüllt.
Nachdem der Schleifgegenstand gebildet worden ist, kann er vor der Verarbeitung gebogen und/oder befeuchtet werden. Der Schleifgegenstand kann vor der Verwendung in jede gewünschte Form verarbeitet werden, wie beispielsweise in einen Kegel, ein Endlosband, eine Folie, eine Scheibe, etc.
2 stellt einen flexiblen Schleifgegenstand 31 dar, der einen offenzelligen Schaumstoffträger 12 enthält, welcher eine Hauptoberfläche 13 und eine gegenüberliegende Hauptoberfläche 14 aufweist. Die Hauptoberfläche 13 ist mit einer kleine Öffnungen aufweisenden Sperrbeschichtung 32 beschichtet, wiederum in 2 dargestellt, die mit einer geformten, kleine Öffnungen aufweisenden Schleifbeschichtung 33 beschichtet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie erhabene Abschnitte 34, Vertiefungen 35 und Öffnungen 36 aufweist. Während die Sperrbeschichtung 32 in 2 als eine integrale, einzelne Schicht mit gerade ausgebildeten Oberflächen dargestellt ist, dringt ihre untere Oberfläche in die Oberfläche des offenzelligen Schaumstoffs durch, worauf dieser beschichtet wird, indem die einzelnen Stränge des offenzelligen Schaumstoffs innerhalb seiner Struktur beschichtet werden. Die Öffnungen 36 in der geformten, kleine Öffnungen aufweisenden Schleifbeschichtung 33 sind dadurch gekennzeichnet, dass sie sich über Öffnungen 37 in der Sperrbeschichtung 32 befinden, die sich wiederum über den Öffnungen 38 in der Hauptoberfläche 13 des offenzelligen Schaumstoffträgers 12 befinden. Die Öffnungen 36 weisen normalerweise eine unregelmäßige Form aufgrund der unregelmäßigen Beschaffenheit der Öffnungen in dem offenzelligen Schaumstoffträger 12 auf mit wenig identischen Öffnungen, falls überhaupt welchen. Dies ist deutlicher erkennbar anhand von 3 und 4 der Zeichnungen.
7 und 9 stellen jeweils die obere Oberfläche eines Vorläuferprodukts dar, das durch Nadelpenetration perforiert sein kann, um das beschichtete Schleifprodukt gemäß der Erfindung bereitzustellen. 8 und 10 zeigen jeweils das perforierte Produkt. Es sollte bemerkt sein, dass in 8 und 10 die durch die Penetration der Nadeln bereitgestellten Öffnungen verursachen, dass die Schleifbeschichtung bricht, um Öffnungen bereitzustellen, die zwar nicht der Form der Nadel entsprechen, die jedoch tatsächlich unregelmäßig sind, wobei nur wenige Öffnungen identisch miteinander sind. Es wird bevorzugt, dass die Nadeln nur die kleine Öffnungen aufweisende Schicht und die geformte Schleifschicht durchdringen, jedoch nicht die Trägerschicht, da diese bereits porös ist.
Schaumstoffträger
Im Allgemeinen ist kann jeder offenzellige, nachgiebige Schaumstoffträger mit beschichtungsfähigen Oberflächen auf mindestens einer Oberfläche für die Schleifgegenstände gemäß der Erfindung verwendet werden. Ein solcher Schaumstoff weist bevorzugt eine folienähnliche Konfiguration mit ebenen Hauptoberflächen auf, obwohl ein Schaumstoff, bei welchem eine oder beide Hauptoberflächen eine andere Beschaffenheit als eine ebene haben, ebenfalls nützlich sein kann. Solche Oberflächen können mehrere Vertiefungen oder mehrere Überstände aufweisen, die jeweils an Tiefe, Höhe, Abstand, Durchmesser und Form weit voneinander abweichen können. Nützliche Schaumstoffsubstrate weisen eine Ausdehnung im Bereich von etwa 85 bis etwa 150 % auf (d.h. die gestreckte Länge des Schaumstoffs abzüglich der ungestreckten Länge des Schaumstoffs, geteilt durch die ungestreckte Länge des Schaumstoffs und dann multipliziert mit 100, entspricht 85 bis 150 %). Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung enthalten offenzellige Schaumstoffsubstrate mit Ausdehnungswerten von ungefähr 100 bis 150 %. Die Dicke des Schaumstoffsubstrats ist lediglich durch den gewünschten Endverbrauch des Schleifgegenstands beschränkt. Bevorzugte Schaumstoffsubstrate weisen eine Dicke im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 50 mm auf, obwohl Substrate mit einer größeren Dicke ebenfalls verwendet werden können.
Die Hauptoberflächen des offenzelligen, nachgiebigen Schaumstoffträgers können entweder eben oder geordnet, nicht eben sein, d.h. sie können wie in 16 dargestellt in reguläre Anordnungen von erhabenen Abschnitten und vertieften Abschnitten geformt werden. Ein solcher, geordneter, nicht ebener Schaumstoff kann durch, z.B. das in 8 des US-Patents 5,396,737 (Englund und Schwartz) dargestellte Verfahren angefertigt werden. Ein durch dieses Verfahren erzeugter Schaumstoff mit geordneten, nicht ebenen Oberflächen wird manchmal als ein „spiralförmiger Schaumstoff" bezeichnet. Ein geordneter, nicht ebener Schaumstoff kann ebenfalls durch Gießen, Formpressen, Schneiden, Thermoformen, etc. hergestellt werden. Die erste und zweite Hauptoberfläche können beide eben, beide geordnet nicht eben sein oder jeweils eine ebene und eine geordnete nicht ebene Oberfläche umfassen. Wird ein geordneter nicht ebener, offenzelliger Schaumstoffträger eingesetzt, wird eine geordnete nicht ebene erste Hauptoberfläche und eine im Allgemeinen ebene zweite Hauptoberfläche bevorzugt. Geordnete nicht ebene Oberflächen können erhabene Abschnitte aufweisen, die in einer regulär rechtwinkligen oder quadratischen Anordnung angeordnet sind und/oder können Wellenabschnitte enthalten, die sich zwischen den erhabenen Abschnitten erstrecken. Die vertieften Abschnitte können eine rechtwinklige Anordnung von Höhlen festlegen, wobei jede der Höhlen durch Wellen zwischen vier benachbarten erhabenen Abschnitten eingegrenzt ist. Die erhabenen Abschnitte können sich von etwa 1 mm bis etwa 65 mm von der gegenüberliegenden Hauptoberfläche erstrecken. Die vertieften Abschnitte können sich von etwa 0,5 mm bis etwa 25 mm von der gegenüberliegenden Hauptoberfläche erstrecken. Der Unterschied zwischen der Strecke zwischen einem erhabenen Abschnitt und der gegenüberliegenden Hauptoberfläche und der Strecke zwischen einem vertieften Abschnitt und der gegenüber liegenden Hauptoberfläche beträgt von etwa 0,5 mm bis etwa 64 mm.
16 zeigt ein Segment 60 eines flexiblen Schleifgegenstands mit einem offenzelligen Schaumstoffträger 61, der eine ebene Trägeroberfläche 62 aufweist, an welche ein Befestigungsmittel 63 (der Hakenteil eines Klettverschlusses) durch die Haftschicht 64 gehaftet ist. Die Vorderseite des Trägers 61 weist eine Anordnung aus erhabenen Abschnitten 65 und niedrigen Abschnitten 66 auf. Diese Oberfläche ist mit einer kleine Öffnungen aufweisenden Beschichtung 67 bedeckt, auf welcher eine geformte, kleine Öffnungen aufweisende Schleifbeschichtung 68 beschichtet ist.
Die Abmessungen einer rechtwinkligen Anordnung aus erhabenen Abschnitten und vertieften Abschnitten hängen in etwa von dem Verfahren ab, durch welches die Anordnung hergestellt wird. Die Strecke zwischen benachbarten erhabenen und vertieften Merkmalen beträgt bevorzugt 0,03 bis 40 mm, eher bevorzugt 1 mm bis 25 mm und am meisten bevorzugt 2 bis 12 mm. Bevorzugt liegt die Strecke zwischen benachbarten erhabenen Abschnitten zwischen 1,5 mm und 50 mm, eher bevorzugt zwischen 3 mm und 25 mm und am meisten bevorzugt zwischen 5 mm und 15 mm.
Der offenzellige Schaumstoffträger des flexiblen Schleifprodukts gemäß der Erfindung ist typischerweise in einer folienähnlichen Form vorhanden, am meisten bevorzugt mit einer Aluminiumdicke von mindestens etwa 2 mm und bevorzugt mit einer Raumdichte nach ASTM D-3574, die höher als etwa 0,03 Gramm pro cm³ liegt. Nützliche Ausführungsformen von offenzelligen Schaumstoffträgern weisen Raumdichten von etwa 0,03 bis etwa 0,10 Gramm pro cm³ auf. Obwohl dünnere und/oder leichtere offenzellige Schaumstoffe nützlich sein können, erfordern diese jedoch eine spezielle Handhabung, weil sie in herkömmlichen Beschichtungsanlagen etwas schwieriger zu verarbeiten sind. Der offenzellige Schaumstoffträger ist bevorzugt aus einem Schaumstoff mit einer ausreichenden Porosität geformt, um den Eintritt von Flüssigwasser zu ermöglichen. Die Beschaffenheit der Öffnungen in dem offenzelligen Schaumstoffträger wird unter Bezugnahme von 5 und 6 verständlich gemacht. Ein einfacher Luftporositätstest gibt zu erkennen, ob der offenzellige Schaumstoff über eine ausreichende Wasserdurchlässigkeit verfügt. Der Luftporositätstest wird gemäß ASTM D-3574 durchgeführt, wobei für den Test ein Luftstromapparat eingesetzt wird, wie z.B. das Frazier^TM Differenzdruck-Luftdurchlässigkeits-Messgerät (Niederdruckmodell), hergestellt von Frazier Instrument Company in Hagerstown, MD, U.S.A. Die Ergebnisse werden in Kubikfuß der Luft pro Minute pro Quadratfuß einer Probe bei einem Druckdifferenzial von 0,5 Inch Wasser oder in Kubikmetern der Luft pro Minute pro Quadratmeter einer Probe bei einem Druckdifferenzial von 12,7 mm Wasser angegeben. Offenzellige Schaumstoffe mit einer Luftdurchlässigkeit von mindestens 1 (0,305 m³/Minute/m²), bevorzugt von etwa 2 bis etwa 50 (0,61 bis 15,3 m³/Minute/m²), am meisten bevorzugt von etwa 10 bis etwa 60 Kubikfuß/Minute/Quadratfuß bei 0,5 Inch Druckdifferenzial (3,05 bis 18,3 m³/Minute/m² bei einem Druckdifferenzial von 12,7 mm Wasser) haben sich als nützlich erwiesen. Es sollte bemerkt werden, dass diese Luftdurchlässigkeitswerte für den offenzelligen Schaumstoff, nachdem die Sperrschicht aufgetragen worden ist, und für offenzellige Schaumstofffolien mit einer Dicke im Bereich von etwa 2,30 bis etwa 4,75 mm) gelten. Die Durchlässigkeitswerte für offenzellige Schaumstoffe ohne die Sperrbeschichtung können höher, und die für dickere Schaumstoffe niedriger liegen.
Die Materialien, die sich im Allgemeinen zur Herstellung in einen offenzelligen Schaumstoff als nützlich erwiesen haben sind organische Polymere, die geschäumt oder geblasen werden, um poröse organische Strukturen herzustellen, die typischerweise als Schaumstoffe bezeichnet werden. Solche Schaumstoffe können aus natürlichem oder synthetischem Gummi oder aus anderen thermoplastischen Elastomeren, beispielsweise Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polyurethane und deren Copolymere, angefertigt werden. Zu den geeigneten synthetischen thermoplastischen Elastomeren zählen Chloroprenkautschuk, Ethylen-/Propylenkautschuk, Butylkautschuk, Polybutadiene, Polyisoprene, EPDM-Polymere, Polyvinylchloride, Polychloroprene oder Styrol-/Butadien-Copolymere, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Besondere Beispiele von nützlichen offenzelligen Schaumstoffen sind Schaumstoffe aus Polyesterpolyurethan, gewerblich erhältlich von illbruck, Inc. Minneapolis, Minnesota, U.S.A. unter den illbruck, Inc. Handelsbezeichnungen R 200U, R 400U, R 600U und EF3-7000. Besondere Beispiele von spiralförmigen offenzelligen Schaumstoffen sind Schaumstoffe aus Polyesterpolyurethan, gewerblich erhältlich von illbruck, Inc. unter der Handelsbezeichnung MINI-STANDARD CONVOLUTES.
Sperrbeschichtung
Bevorzugte Sperrbeschichtungszusammensetzungen umfassen ein geeignetes beschichtungsfähiges Material, wie z.B. ein Polymer, das als eine Dispersionsfarbe, zum Beispiel in einem geeigneten flüssigen Trägermaterial, wie einer Lösung, gelöst und dispergiert wird. Solche Zusammensetzungen lassen sich bevorzugt leicht auf die Hauptoberfläche des offenzelligen Schaumstoffsubstrats beschichten und wenn beschichtet, härten sie, um eine kleine Öffnungen aufweisende Beschichtung oder eine keine kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung, die später perforiert wird, bereitzustellen. Geeignete Materialien zur Bildung der kleine Öffnungen aufweisenden Sperrbeschichtung sind Acryllatexemulsionen, die die Oberfläche des offenzelligen Schaumstoffträgers beschichten, ohne die Poren derart zu blockieren, dass die Porosität nach dem Härten bestehen bleibt. Eine bevorzugte Zusammensetzung zur Bildung der kleine Öffnungen aufweisenden Sperrbeschichtung ist eine Acryl-Emulsion, die von BF Goodrich, Cleveland, Ohio, U.S.A. unter der Handelsbezeichnung HyCar^TM2679 latex erhältlich ist. Das Trockenflächengewicht der auf den offenzelligen Schaumstoff aufgetragenen Sperrbeschichtung beträgt mindestens 50 Gramm pro Quadratmeter (g/m²) und variiert typischerweise zwischen 65 g/m² und 180 g/m².
Nützliche Sperrbeschichtungen, die härten, um eine undurchlässige Beschichtung bereitzustellen, die später perforiert wird, um sie mit kleinen Öffnungen zu versehen, enthalten ein Acryllatex (z.B. HyCar^TM 2679), das angedickt wurde, um eine Beschichtungszusammensetzung bereitzustellen, die den offenzelligen Schaumstoffträger nur schwer durchdringt, sondern die als eine Oberflächenschicht verbleibt, die sich härtet, um die undurchlässige Sperrbeschichtung bereitzustellen. Die Acryl-Emulsion wird durch den Zusatz eines Verdickungsmittels angedickt, wie z.B. eine Lösung aus einer Polyacrylsäure, erhältlich unter der Handelsbezeichnung Carbopol^TM EZ-1 von BF Goodrich, die durch den Zusatz einer wässrigen Ammoniumhydratlösung angedickt wurde, die als ein Aktivierungsmittel für die Carbopol^TM EZ-1 Polyacrylsäurelösung dient. Das Trockenflächengewicht der Sperrbeschichtung, die härtet um eine undurchlässige Beschichtung bereitzustellen beträgt bevorzugt mindestens 150 g/m² und variiert typischerweise zwischen etwa 160 bis 190 g/m². Nach dem Härten wird die undurchlässige Sperrbeschichtung mit einer geformten Überschichtung überzogen, die ein härtbares Bindemittel und Schleifpartikel umfasst, wenn diese gehärtet ist. Solche Beschichtungen können dazu gebracht werden, kleine Öffnungen zu enthalten, indem die gehärteten Beschichtungen bevorzugt von der Schleifseite aus mit einer abgestuften 20 × 20 Anordnung der Nadeln (Foster^TM 15 × 18 × 25 × 3,5 RB) perforiert werden, die in einer standardmäßigen Nadeltafel mit Reihen und Spalten eingesetzt werden, die 1 cm voneinander entfernt angeordnet sind und bei 37 Hüben pro 25 cm Länge betrieben werden, um etwa 148 Penetrationen pro (etwa 6,5 cm²) bereitzustellen. Solche Nadeln und eine solche Nadeltafel ist von Foster Needle Company, Inc., Manitowoc, Wisconsin, U.S.A. erhältlich.
Geformte Schleifbeschichtung
Die geformte, kleine Öffnungen aufweisende Schleifbeschichtung wird dadurch geformt, dass ein Schlamm aus feinen Schleifpartikeln in einem härtbaren Bindemittelsystem bereitgestellt wird.
Wie zuvor erwähnt, wird die geformte, kleine Öffnungen aufweisende Schleifbeschichtung bevorzugt nach dem im allgemein abgetretenen US-Patent Nr. 5,435,816 (Spurgeon, et al.) beschriebenen Verfahren hergestellt. Eine Vielfalt von Verfahren zum Bilden einer geformten, beschichteten Schleifbeschichtung kann dazu eingesetzt werden, um auf der undurchlässigen Sperrbeschichtung aufgetragen zu werden. Solche Verfahren sind z.B. das in Spurgeon, et al. im US-Patent Nr. 5,435,816 offenbarte, das in Christianson, et al. im US-Patent Nr. 5,910,471 offenbarte, das in Bruxvoort, et al. im US-Patent Nr. 5,958,794 offenbarte, das in Pieper, et al. im US-Patent Nr. 5,152,917 offenbarte und das in Ravipati, et al. im US-Patent Nr. 5,014,468 offenbarte.
Im Fall dass die bestellten nicht-planaren offenzelligen Schaumstoffträger erhabene und vertiefte Abschnitte auf einer ersten Hauptoberfläche („vordere" Oberfläche) aufweisen, werden die Beschichtungskonditionen so beibehalten, dass wenn das Fertigungswerkzeug in den erhabenen und vertieften Bereichen eingesetzt wird, diese vorübergehend in eine planare Konfiguration zusammengepresst werden. Nach dem anschließenden Lösen des Zusammenpressens erlangen die erhabenen und vertieften Abschnitte wieder ihre Ur sprungskonfiguration. Ein solches vorübergehendes Zusammenpressen führt zu einheitlichen Beschichtungen und dazu, dass die geformten Schleifbeschichtungen geformte Merkmale aufweisen, die zu den Oberflächen der verschiedenen erhabenen und vertieften Bereiche hin normal orientiert sind.
Die beschichtungsfähige Zusammensetzung, die härtbar ist, um eine geformte Schleifbeschichtung bereitzustellen, wird dann auf der undurchlässigen Sperrbeschichtung durch ein Verfahren aufgetragen, das der Schleifschicht eine Struktur verleiht, um die geformte Schleifbeschichtung beim Härten bereitzustellen. Die geformte Schleifbeschichtung und die undurchlässige Sperrbeschichtung über dem offenzelligen Schaumstoffträger werden dann durch die Verwendung einer geeigneten Nadeltafel perforiert, um die notwendige Porosität durch den Schleifgegenstand bereitzustellen. Die Perforation wird bevorzugt von der Vorderseite (der Schleifseite) aus nach hinten durchgeführt, um Unterbrechungen in der Schleifbeschichtung zu vermeiden. Die Öffnungen in einer perforierten, geformten, kleine Öffnungen aufweisenden Schleifbeschichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind, d.h. entsprechend dem Muster der Nadeltafel und der Längsbahn, die dazu verwendet wurden, um diese zu bilden, obwohl die Öffnungen selbst aufgrund des Brechens der Schleifbeschichtung, während diese von den Nadeln durchdrungen wird, eine etwas unregelmäßige Form aufweisen.
Die zum Bilden der geformten Schleifbeschichtung verwendete Mischung, die jeweils zum Auftragen auf einen kleine Öffnungen aufweisenden, sperrbeschichteten, offenzelligen Schaumstoff oder einen undurchlässigen, sperrbeschichteten, offenzelligen Schaumstoff verwendet werden soll, umfasst mehrere Schleifpartikel, die in einem Bindemittevorläufer dispergiert werden, der manchmal als ein härtbares Bindemittel bezeichnet wird.
Der hierin verwendete Begriff "Mischung" bedeutet jede Zusammensetzung, die mehrere Schleifpartikel umfasst, die in einem Bindemittelvorläufer dispergiert sind. Die Mischung ist bevorzugt fließfähig. Falls die Mischung jedoch nicht fließfähig ist, kann sie durch andere Mittel auf die Kontaktoberfläche des Fertigungswerkzeugs oder auf die vordere Oberfläche des Trägers extrudiert oder gezwungen werden, d.h. durch Hitze oder Druck, oder beides. Die Mischung kann als konform gekennzeichnet sein, d.h. sie kann dazu gezwungen werden, dieselbe Form, Umriss oder Kontur wie die Kontaktoberfläche des Fertigungswerkzeugs und die vordere Oberfläche des offenzelligen Schaumstoffträgers anzunehmen.
Die Schleifpartikel weisen typischerweise eine durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von etwa 0,1 bis 1500 Mikrometer auf, gewöhnlich von etwa 1 bis 400 Mikrometer. Bevorzugt weisen die Schleifpartikel eine Mohs-Härte von mindestens etwa 8, eher bevorzugt von über 9 auf. Die Partikel können jedoch je nach Verwendungszweck einen Mohs-Härtewert von weniger als 8 aufweisen. Beispiele von Schleifpartikeln, die zur Verwendung in dieser Erfindung geeignet sind, sind Schmelzkorund, Keramikkorund, wärmebehandelter Korund, Weißkorund, Grünsiliciumcarbid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Diamant, Ceroxid, kubisches Bornitrid, Granat und Kombinationen davon. Der Begriff „Schleifpartikel" umfasst sowohl einzelne Schleifkörner als auch mehrere einzelne Schleifkörner, die aneinander festhaften, um ein Agglomerat zu bilden. Schleifagglomerate werden im Detail in den US-Patenten Nr. 4,311,489; 4,652,275 und 4,799,939 beschrieben.
Der Bindemittelvorläufer ist in der Lage, durch Energie gehärtet zu werden, bevorzugt durch Strahlungsenergie, eher bevorzugt durch Strahlungsenergie von Ultraviolettlicht-, sichtbaren Licht- oder Elektronenstrahlquellen. Andere Energiequellen sind Infrarot, Thermal und Mikrowellen. Bevorzugt hat die Energie keinen negativen Einfluss auf das in dem Verfahren der Erfindung verwendete Fertigungswerkzeug, wodurch das Werkzeug wieder verwendet werden kann. Der Bindemittelvorläufer kann über einen freien radikalen Mechanismus oder einen kationischen Mechanismus polymerisieren. Beispiele von Bindemittelvorläufern, die in der Lage sind durch Strahlungsenergieeinwirkung zu polymerisieren, sind acrylisierte Urethane, acrylisierte Epoxydharze, ethylenisch ungesättigte Verbindungen, Derivate von Harnstoffmassen mit ungesättigten Carbonylseitengruppen, Isocyanurat-Derivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, Isocyanat-Derivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, Vinylether, Epoxydharze und Kombinationen davon. Der Begriff „Acrylat" umfasst Acrylate und Methacrylate.
Acrylisierte Urethane sind die Diacrylatester von Hydroxyl-beendeten NCO-gestreckten Polyestern oder Polyethern. Beispiele gewerblich erhältlicher acrylisierter Urethane sind solche, die unter dem Handelsnamen „UVITHANE^TM 782" von Morton Thiokol Chemical und solche, die unter den Handelsbezeichnungen „CMD 6600", „CMD 8400" und „CMD 8805" von Radcure Specialties erhältlich sind.
Acrylisierte Epoxydharze sind die Diacrylatester von Epoxydharzen, wie z.B. die Diacrylatester von Bisphenol A Epoxydharz. Beispiele gewerblich erhältlicher acrylisierter Epoxydharze sind solche, die unter den Handelsbezeichnungen „CMD 3500", „CMD 3600" und „CMD 3700" von Radcure Specialties erhältlich sind.
Ethylenisch ungesättigte Verbindungen sind sowohl monomere als auch polymere Verbindungen, die Atome aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff und wahlweise aus Stickstoff und den Halogenen enthalten. Sauerstoff- oder Stickstoffatome, oder beide, sind im Allgemeinen in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harnstoffgruppen vorhanden. Ethylenisch ungesättigte Verbindungen weisen bevorzugt ein Gewicht von unter etwa 4000 auf. Die bevorzugten ehtylenisch ungesättigten Verbindungen sind Ester, die aus der Reaktion der Verbindungen hergestellt sind, die aliphatische Monohydroxylgruppen oder aliphatische Polyhydroxylgruppen und ungesättigte Carbonsäure enthalten, wie z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Maleinsäure und ähnliche. Charakteristische Beispiele von ethylenisch ungesättigten Verbindungen sind Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Styrol, Divinylbenzol, Vinlyltoluen, Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykolmethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglykoldiacrylat, Trimethylopropantriacrylat, Glyceroltriacrylat, Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritolmethacrylat und Pentaerythritoltetraacrylat. Andere ethylenisch ungesättigte Verbindungen sind Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethallylester und Amide von Carbonsäuren, wie z.B. Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid. Weitere stickstoffhaltige ethylenisch ungesättigte Verbindungen sind Tris(2-Acryloyloxyethyl)Isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-Methyacryloxyethy)-s-Triazin, Acrylamid, Methacrylamid, N-methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-Vinylpyrrolidon und N-Vinylpiperidon.
Aminoplastharze, die für diese Erfindung geeignet sind, weisen mindestens eine α,β-ungesättigte Carbonylseitengruppe pro Molekühl oder Oligomer auf. Diese Materialien werden im Einzelnen im US-Patent Nr. 4,903,440 und US-Patent Nr. 5,236,472 beschrieben.
Isocyanuratderivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe und Isocyanatderivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe werden ferner im US-Patent Nr. 4,652,275 beschrieben. Das Isocyanuratderivat ist ein Tri-Acrylat von Tris(Hydroxalethyl)Isocyanurat.
Epoxydharze weisen einen Oxiranring auf und werden durch die Öffnung des Rings polymerisiert. Epoxydharze, die für diese Erfindung geeignet sind, sind monomere Epoxydharze und oligomere Epoxydharze. Charakteristische Beispiele von den für diese Erfindung bevorzugten Epoxydharzen sind 2,2-Bis[4-(2,3-Epoxydpropoxy)Phenylpropan](Diglycidylether von Bisphenol) und gewerblich erhältliche Materialien, die unter der Handelsbezeichnung "Epon^TM 828", Epon^TM 1004" und Epon^TM 1001F" von Shell Chemical Co., unter den Handelsbezeichnungen „DER^TM-331", „DER^TM-332" und „DER^TM-334" von Dow Chemical Co. Erhältlich sind. Andere Epoxydharze, die für diese Erfindung geeignet sind, sind die Glycidylether von Phenolformaldehydnovolak (z.B. erhältlich unter den Handelsbezeichnungen „DEN^TM-431" und „DEN^TM-428" von Dow Chemical Co.). Epoxydharze, die für diese Erfindung geeignet sind, können über einen kationischen Mechanismus in Gegenwart eines oder mehrerer geeigneter Photoinitiatoren polymerisieren. Diese Harze sind im Einzelnen im US-Patent Nr. 4,318,766 beschrieben.
Falls entweder Ultraviolettstrahlung oder sichtbare Strahlung verwendet werden soll, wird bevorzugt, dass der Bindemittelvorläufer ferner einen Photoinitiator umfasst. Beispiele von Photoinitiatoren, die eine freie radikale Quelle erzeugen sind organische Peroxide, Azoverbindungen, Chinone, Benzophenone, Nitrosoverbindungen, Acylhalogenide, Hydrazone, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen, Triacrylimindazole, Bisimidazole, Phosphenoxide, Chloralkyltraizine, Benzoe-Ether, Benzilketale, Thioxanthone, Acetophenon-Derivate und Kombinationen davon.
Kationische Photoinitiatoren erzeugen eine Säurequelle, um die Polymerisation eines Epoxydharzes anzuregen. Kationische Photoinitiatoren können ein Salz mit einem Oniumkation und einem Halogen enthalten, das ein komplexes Anion eines Metalls oder eines Halbmetalls enthält. Andere kationische Photoinitiatoren sind ein Salz mit einem organometallischen komplexen Kation und einem Halogen, das ein komplexes Anion eines Metalls oder eines Halbmetalls enthält. Diese werden im Einzelnen im US-Patent Nr. 4,751,138 beschrieben. Ein weiteres Beispiel eines kationischen Photoinitiators ist ein organometallisches Salz und ein Oniumsalz, das im US-Patent Nr. 4,985,340; in den europäischen Patentanmeldungen 306,161; 306,162 beschrieben ist. Weitere kationische Photoinitiatoren sind ein ionisches Salz eines organometallischen Komplexes, in dem das Metall ausgewählt ist aus den Elementen der periodischen Gruppe IVB, VB, VIB, VIIB und VIIIB.
Zusätzlich zu den per Strahlung härtbaren Harzen kann der Bindemittelvorläufer ferner Harze umfassen, die durch andere Energiequellen als Strahlungsenergie härtbar sind, wie z.B. per Kondensation härtbare Harze. Beispiele solcher per Kondensation härtbaren Harze sind Phenolharze, Melamin-Formaldehydharze und Harnstoff-Formaldehydharze.
Der Bindemittelvorläufer kann ferner optionale Zusatzmittel umfassen, wie z.B. Füllstoffe (einschließlich Mahlhilfsmitteln), Fasern, Schmierstoffen, Benetzungsmitteln, Tensiden, Pigmenten, Farbstoffen, Kopplungsmitteln, Weichmachern und Stellmitteln. Ein Beispiel eines Zusatzmittels zur Unterstützung des Fließverhaltens hat die Handelsbezeichnung „OX-50" und ist gewerblich erhältlich von DeGussa. Die Mengen dieser Materialien können derart angepasst werden, um die gewünschten Eigenschaften bereitzustellen. Beispiele von Füllstoffen sind Calciumcarbonat, Silica, Quarz, Aluminiumsulfat, Ton, Dolomit, Calciummetasilikat und Kombinationen davon. Beispiele von Mahlhilfsmitteln sind Kaliumtetrafluoroborat, Kryolith, Sulfur, Eisenkies, Graphit, Natriumchlorid und Kombinationen davon. Die Mischung kann bis zu 70 Gew.-% an Füllstoff oder Mahlhilfsmittel, typischerweise bis zu 40 Gew.-% und bevorzugt von 1 bis 10 Gew.-%, am meisten bevorzugt von 1 bis 5 Gew.-% enthalten.
Eine bevorzugte Mischung zur Herstellung der Schleifbeschichtung für die Produkte der vorliegenden Erfindung umfasst 19,47 Gewichtsteile Trimethylolpropantriacrylat, erhältlich unter der Handelsbezeichnung SR 351 von Sartomer Company, Exton, PA, U.S.A., 12,94 Gewichtsteile 2-Phenoxyethylacrylat, erhältlich unter der Handelsbezeichnung SR 339 von Sartomer Company, 3,08 Gewichtsteile Dispergiermittel, erhältlich unter dem Handelsnamen Zephrym^TM PD 9000, 1,08 Gewichtsteile Ethyl-2,4,6-Trimethylbenzoylphenyl-Phosphinat, erhältlich unter der ehemaligen Handelsbezeichnung Lucirin^TM LR 8893 (nun erhältlich unter der Handelsbezeichnung Lucirin^TM TPO-L) von BASF als ein Photoinitiator, 1,93 Gewichtsteile Gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, erhältlich unter der Handelsbezeichnung Silquest^TM A-174^TM Silane von Witco Corp., Greenwich, CT, U.S.A., als ein Harzmodifikationsmittel und 61,50 Gewichtsteile Härtegrad GC 3000 Grünsiliciumkarbid-Schleifpartikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 4,0 μm, erhältlich von Fujimi Abrasives Company, basierend auf insgesamt 100,00 Gewichtsteilen.
Die Mischung kann durch Mischen der Inhaltsstoffe, bevorzugt durch einen Niedrigschermischer, hergestellt werden. Ein Hochschermischer kann ebenfalls verwendet werden. Typischerweise werden die Schleifpartikel dem Bindemittelvorläufer allmählich zugefügt. Zusätzlich ist es möglich, die Menge an Luftblasen in der Mischung auf ein Mindestmaß zu beschränken. Dies kann durch das Ziehen eines Vakuums während dem Mischungsschritt erzielt werden.
Während der Herstellung der geformten, handhabungsfähigen Struktur wird Strahlungsenergie durch das Fertigungswerkzeug und in die Mischung übertragen, um den Bindemittelvorläufer mindestens teilweise zu härten. Der Begriff „teilweises Härten" bedeutet, dass der Bindemittelvorläufer auf einen solchen Zustand polymerisiert wird, dass sich die daraus entstandene Mischung vom Fertigungswerkzeug löst. Der Bindemittelvorläufer kann voll aushärten sobald er vom Fertigungswerkzeug durch eine beliebige Energiequelle entfernt wird, wie z.B. Thermalenergie oder Strahlungsenergie. Der Bindemittelvorläufer kann ebenfalls voll ausgehärtet werden, bevor die geformte, handhabungsfähige Struktur vom Fertigungswerkzeug entfernt wird.
Die für diese Erfindung bevorzugten Strahlungsenergiequellen sind Elektronenstrahlen, Ultraviolettlicht und sichtbares Licht. Andere Strahlungsenergiequellen sind Infrarot und Mikrowelle. Thermalenergie kann ebenfalls verwendet werden. Die Strahlung durch Elektronenstrahl, die ebenfalls als Ionisierungsstrahlung bekannt ist, kann mit einer Dosierung von etwa 0,1 bis etwa 10 Mrad, bevorzugt mit einer Dosierung von etwa 1 bis etwa 10 Mrad verwendet werden. Ultraviolettstrahlung bezieht sich auf eine nicht partikuläre Strahlung mit einer Wellenlänge, die im Bereich von etwa 200 bis 400 Nanometer liegt, bevorzugt im Bereich von etwa 250 bis 400 Nanometer. Es wird bevorzugt, dass die Ultraviolettstrahlung durch Ultraviolettlampen bereitgestellt wird, die in einem Bereich von 100 bis 300 Watt/cm arbeiten. Sichtbare Strahlung bezieht sich auf nicht partikuläre Strahlung mit einer Wellenlänge innerhalb des Bereichs von etwa 400 bis etwa 800 Nanometer, bevorzugt innerhalb des Bereichs von etwa 400 bis etwa 550 Nanometer.
Bei dem Verfahren gemäß dieser Erfindung wird die Strahlungsenergie durch das Fertigungswerkzeug und direkt in die Mischung übertragen. Es wird bevorzugt, dass das Material, aus dem das Fertigungswerkzeug hergestellt ist, keine nennenswerte Menge an Strahlungsenergie absorbiert oder durch Strahlungsenergie abgebaut wird. Wird beispielsweise Elektronenstrahlenergie verwendet, wird bevorzugt, dass das Fertigungswerkzeug nicht aus einem cellulosehaltigen Material hergestellt ist, weil die Elektronen die Cellulose zerstören. Wird Ultraviolettstrahlung oder sichtbare Strahlung verwendet, sollte das Fertigungswerkzeug ausreichend Ultraviolettstrahlung, bzw. sichtbare Strahlung übertragen, um den gewünschten Härtungsgrad hervorzurufen.
Das Fertigungswerkzeug sollte bei einer Geschwindigkeit betrieben werden die ausreichend ist, um eine Verminderung durch die Strahlungsquelle zu verhindern. Fertigungswerkzeuge, die einen relativ hohen Widerstand gegenüber den durch die Strahlungsquelle verursachten Verminderungen aufweisen, können bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten betrieben werden; Fertigungswerkzeuge die einen relativ niedrigen Widerstand gegenüber den durch die Strahlungsquelle verursachten Verminderungen aufweisen, können bei relativ höheren Geschwindigkeiten betrieben werden. Kurz gesagt hängt die richtige Geschwindigkeit für das Fertigungswerkzeug von dem Material ab, aus welchem das Fertigungswerkzeug hergestellt ist.
Das Fertigungswerkzeug kann in Form von einem Band bestehen, z.B. einem Endlosband, einer Folie, einer kontinuierliche Folie oder Bahn, einer Beschichtungswalze, einer an einer Beschichtungswalze befestigte Manschette oder einem Schneidwerkzeug. Die Oberfläche des Fertigungswerkzeugs, die in Kontakt mit der Mischung kommt, weist eine Topographie oder ein Muster auf. Diese Oberfläche wird hier als die „Kontaktoberfläche" bezeichnet. Falls das Fertigungswerkzeug in Form eines Bandes, einer Folie, Bahn oder Manschette besteht, weist es eine Kontaktoberfläche und eine Nichtkontaktoberfläche auf. Falls das Fertigungswerkzeug in Form einer Beschichtungswalze besteht, weist es nur eine Kontaktoberfläche auf. Die Topographie des durch das Verfahren gemäß dieser Erfindung geformten Schleifgegenstands weist das Inverse des Musters der Kontaktoberfläche des Fertigungswerkzeugs auf. Das Muster der Kontaktoberfläche des Fertigungswerkzeugs ist im Allgemeinen durch mehrere Aushöhlungen oder Vertiefungen gekennzeichnet. Die Öffnung dieser Aushöhlungen kann jede beliebige regelmäßige oder unregelmäßige Form haben, wie z.B. ein Rechteck, Halbkreis, Kreis, Dreieck, Quadrat, Sechseck, Achteck, etc. Die Wände der Aushöhlungen können vertikal oder abgestuft sein. Die durch die Aushöhlungen geformten Muster können gemäß einem bestimmten Plan oder zufällig angeordnet sein. Die Aushöhlungen können aneinander anliegen.
Thermoplastmaterialien, die zur Konstruktion des Fertigungswerkzeugs verwendet werden können, sind Polyester, Polycarbonate, Poly(ethersulfon), Poly(methylmethacrylat), Polyurethane, Polyvinylchlorid, Polyolefine, Polystyrole oder Kombinationen davon. Thermoplastmaterialien können ebenfalls Zusatzmittel enthalten, wie z.B. Weichmacher, Radikalfänger oder Stabilisierungsmittel, Thermalstabilisierungsmittel, Antioxidationsmittel und Ultraviolettstrahlungs-Absorptionsmittel. Diese Materialien sind im Wesentlichen für Ultraviolett- und sichtbare Strahlung transparent. Eine Fertigungswerkzeugart wird im US-Patent Nr. 5,435,816 beschrieben. Beispiele von Materialien, aus denen das Fertigungswerkzeug gebildet ist, sind Polycarbonat und Polyester. Das Material, aus dem das Fertigungswerkzeug gebildet ist, sollte eine niedrige Oberflächenenergie aufweisen. Das Material einer niedrigen Oberflächenenergie erleichtert das Trennen des Schleifgegenstandes von dem Fertigungswerkzeug. Beispiele von geeigneten Materialien sind Polypropylen und Polyethylen. Bei manchen aus Thermoplastmaterial hergestellten Fertigungswerkzeugen sollten die Betriebsbedingungen zur Herstellung des Schleifgegenstandes so eingestellt werden, dass keine übermäßige Hitze erzeugt wird. Falls übermäßige Hitze erzeugt wird, kann dies das Thermoplastwerkzeug deformieren oder schmelzen. In manchen Fällen erzeugt Ultraviolettlicht Hitze. Es sollte bemerkt sein, dass ein aus einer Einzellage bestehendes Werkzeug ebenfalls akzeptabel ist und in vielen Fällen das am meisten gewählte Werkzeug ist. Ein Thermoplastfertigungswerkzeug kann gemäß dem im US-Patent Nr. 5,435,816 beschriebenen Verfahren gefertigt werden.
11 stellt eine Walze 40 dar, die zur Herstellung des Fertigungswerkzeugs, wie in 1 dargestellt, verwendet wurde. Die nachfolgende, spezifische Ausführungsform der Walze 40 wurde verwendet, um das Fertigungswerkzeug 11 herzustellen, welches dann verwendet wurde, um Beispiele 1-6 der Erfindung herzustellen. Die Walze 40 hat einen Schaft 41, eine Drehachse 42 und eine gemusterte Oberfläche 43 über einem Hauptabschnitt ihrer zylindrischen Oberfläche. Die Länge der gemusterten Oberfläche ist d, welche gemäß den Bedürfnissen des Anwenders variieren kann. Die gemusterte Oberfläche 43 enthält 2 identische Sätze 44 und 45 an sich wiederholenden, gleichmäßig beabstandeten Rillen, wobei die Rillen im Satz 44 in einer zu den Rillen im Satz 45 senkrechten Richtung eingesetzt sind, wobei der Winkel c 90° beträgt. In dieser Ausführungsform beträgt der Winkel a 50° in Bezug auf die Drehachse 42 und Winkel b beträgt 40° in Bezug auf die Drehachse.
12 stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Segments der gemusterten Oberfläche 43 dar, entlang der Linie 12-12 in 11 senkrecht zu einem Satz von Rillen. In diesem Fall beträgt der Spitzenabstand, l, 0,107 mm und der Wellen-Spitzenabstand, n, 0,064 mm. Der Winkel zwischen benachbarten Spitzenabfällen, m, beträgt 80°.
Die Walze 40 wurde verwendet, um ein Fertigungswerkzeug der oben beschriebenen Art zu fertigen, um dem in 3, 4 und 7-10 abgebildeten Schleifgegenstand eine geformte Oberfläche zu verleihen.
In 13 ist eine alternative Walze 50 abgebildet, die einen Schaft 51 und eine Drehachse 52 enthält. In diesem Fall enthält die gemusterte Oberfläche einen ersten Satz 53 von benachbarten, die Walze umlaufenden Rillen und einen zweiten Satz 54 von gleichmäßig beabstandeten Rillen, die bei einem 30° Winkel in Bezug auf die Drehachse 52 eingesetzt sind.
14 stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Segments der gemusterten Oberfläche der Walze 50 entlang der Linie 14-14 in 13 senkrecht zu den Rillen im Satz 53 dar. 14 zeigt, dass die gemusterte Oberfläche Spitzen aufweist, die durch den Abstand x beabstandet sind, der von Spitze zu Spitze 50 μm entfernt liegt und eine Spitzenhöhe, y, von 50 μm von Welle zu Spitze, mit einem Winkel z, der ein 53° Winkel zwischen benachbarten Spitzenabfällen ist.
15 stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Segments der gemusterten Oberfläche der Walze 50 entlang der Linie 15-15 in 13 senkrecht zu den Rillen im Satz 54 dar. 15 zeigt Rillen 55 mit einem Winkel w, der ein 90° Winkel zwischen benachbarten Spitzenabfällen und Wellen ist, die durch einen Abstand t getrennt sind, der 250 μm beträgt und eine Wellentiefe s, die 55 μm beträgt.
Die Walze 50 ist ebenfalls zur Herstellung eines bevorzugten Fertigungswerkzeugs zur Verwendung in dem in 1 abgebildeten Verfahren geeignet.
Der flexible Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung wird typischerweise in Oberflächenfeinarbeitungs-Anwendungen mit einem Schmirgelgerät verwendet, wie z.B. einer Doppelfunktions-Schleifmaschine. Eine nützliche Doppelfunktions-Schleifmaschine ist diejenige, die von Dynabrade Inc. in Clarence, NY, U.S.A. unter der Handelsbezeichnung Dynorbital^TM Schmirgelmaschine, Modell Nr. 56964, vertrieben wird.
Eine solche Schmirgelmaschine erfordert typischerweise ein Schmirgelblatt mit einer Oberfläche, an welcher das flexible Schleifprodukt der Erfindung befestigt wird. Eine bevorzugte Blattoberfläche enthält typischerweise einen Teil einer zweiteiligen Befestigungsoberfläche, wie z.B. einem Schlingengewebe, in welche sich ein Trägerlager einhakt oder in welche Flachzapfen auf der Rückseite des Schleifprodukts einrasten. Ein für diesen Zweck bevorzugter Träger, ist unter der Handelsbezeichnung Hookit^TM II Laminatträger bekannt, der für Schleifprodukte zur Verfügung steht, die beispielsweise unter der Handelsbezeichnung 3M^TM Hookit^TM II Feinbearbeitungs-Filmscheiben von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN, U.S.A. verkauft werden.
Beispiele
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele im Einzelnen dargestellt, wobei sämtliche Teile und Prozentwerte in Gewichtsteilen, bzw. Gewichtsprozent angegeben sind, es sei denn, sie sind anderweitig angegeben.
Identifizierung der Inhaltsstoffe
„HyCar^TM 2679" ist ein Acryllatex, das von BF Goodrich Specialty Chemicals, Inc., Cleveland, OH, U.S.A. erhalten wurde und etwa 50 Gew.-% Acrylpolymer-Feststoffe in einem wässrigen Medium enthält, das Spuren von Formaldehyd enthält.
"Carbopol^TM EZ-1" ist ein Acrylharzpulver umfassend querverbundenes Säurepolymer, das als Dickmacher verwendet wird, erhalten von BF Goodrich Specialty Chemicals, Inc., Cleveland, OH, U.S.A.
„Ammoniumhydroxidlösung" ist eine wässrige Lösung aus Ammoniumhydroxid, die 29,5 Gew.-% NH₃ enthält.
„3M Fluorad^TM Fluortensid FC-129" ist ein anionisches Tensid, das aus 50 Gew.-% Kaliumfluoroalkylcarboxylat besteht, das in 14 Gew.-% 2-Butoxyethanol, 4 Gew.-% Ethylalkohol und 32 Gew.-% Wasser aufgelöst ist, erhalten von Minnesota Mining and Manufacturing Company (3M) in St. Paul, MN, U.S.A.
„Hookit^TM II Laminatträger" ist ein Teil eines zweiteiligen Befestigungssystems, umfassend Folienmaterial, das an einer Seite eine Vielzahl von aufrechten Zapfen trägt, die flache distale Enden aufweisen, das gemäß dem US-Patent Nr. 5,667,540 gefertigt ist und von 3M Company in St. Paul, MN, U.S.A. hergestellt wird. Die Flachzapfen rasten in ein Gewebematerial ein, das den anderen Teil des zweiteiligen Befestigungssystems bereitstellt, wie im US-Patent Nr. 5,962,102 beschrieben. Der Hookit^TM II Laminatträger wird an der Rückseite eines Schleifblatts durch eine Haftungsbeschichtung auf seiner Rückseite befestigt, die in Kontakt mit der Rückseite des Schleifblatts gebracht wird.
„SR 351" ist ein Trimethylolpropantriacrylatmonomer mit einem Molekulargewicht von 296 und einer Funktionalität von 3, das unter der Handelsbezeichnung SR – 351 von Sartomer Company, Exton, PA, U.S.A. erhältlich ist.
„SR 339" ist ein 2-Phenoxyethylacrylat aromatisches Monomer mit einem Molekulargewicht von 192 und einer Funktionalität von 1, das unter der Handelsbezeichnung SR – 339 von Sartomer Company, Exton, PA, U.S.A. erhältlich ist.
„PD 9000" ist ein Polymer-Dispergiermittel, das unter der Handelsbezeichnung Zephrym^TM PD 9000 (ehemals bekannt als Hypermer PS-4) von Unigema, einem internationalen Unternehmen von Imperial Chemical Industries PLC, erhältlich ist.
„A – 174^TM" ist ein Gamma-Methycryloxypropyltrimethoxysilan-Harzmodifikator, der unter der Handelsbezeichnung SILQUEST^TM A – 174^TM Silan von Witco Corporation, Greenwich, CT, U.S.A. erhältlich ist.
„TPO-L" ist Ethyl 2,4,6-Trimethylbenzoylphenylphosphinat-Photoinitiator, erhältlich unter der Handelsbezeichnung LUCIRIN^TM TPO-L (ehemals bekannt als LUCIRIN^TM LR 8893) von BASF Corp., Charlotte, NC, U.S.A.
„Grünes SiC" sind grüne Siliciumcarbid-Schleifpartikel mit einer Körnchengröße von GC 3000 und einer durchschnittlichen Partikelgröße von 4,0 μm gemäß dem Coulter^TM Zählgerät, erhältlich unter der Handelsbezeichnung FUJIMI GC 3000 von Fujimi Abrasives Company, Elmhurst, IL, U.S.A.
Tabelle I zeigt die Handelsbezeichnungen für die von illbruck, Inc., Minneapolis, MN, U.S.A. bezogenen offenzelligen Polyesterpolyurethan-Schaumstoffe: Tabelle 1
„EF3-700C" ist die Handelsbezeichnung von illbruck, Inc., Minneapolis, MN, U.S.A. für einen verfilzten Polyetherschaumstoff, der bei einem Verhältnis von 3:1 zu seiner Dicke verfilzt ist. Der EF3-700C Schaumstoff weist eine Schüttdichte von 26 – 30 kg/m³, eine Bruchfestigkeit von 0,8 kg/cm² und eine Ausdehnung von 85 auf.
Die Luftdurchlässigkeitswerte der verschiedenen offenzelligen Schaumstoffproben, unbeschichtet sowohl als auch mit einer Sperrbeschichtung beschichtet, wurden unter Anwendung des oben beschriebenen Frazier^TM Luftdurchlässigkeitsmessgerätes festgestellt. Diese Werte sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2

¹ Die Größe der Probe betrug 9 × 6 Inch (etwa 5 × 7,5 cm).
² Der offenzellige Schaumstoff war mit einer undurchlässigen Sperrschicht beschichtet.

¹ Größe der Probe betrug 9 × 6 Inch (etwa 5 × 7,5 cm).

Beispiele 1-6 und Vergleichsbeispiele A-C
Beispiele 1-6 und Vergleichsbeispiele A-C zeigen die Vorteile der Schleifgegenstände gemäß der Erfindung wenn diese zur Feinarbeit der Oberfläche von lackierten Fahrzeugteilen eingesetzt werden. Die Zusammensetzungen der Beispiele 1-6 und des Vergleichsbeispiels A sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Eine Sperrbeschichtungszusammensetzung, bestehend aus 100 % HYCAR^TM 2679, wurde in den Walzenstreichungs- und Sprühbeschichtungsverfahren eingesetzt, um kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtungen herzustellen. Beim Einsatz des Messerbeschichtungsverfahrens wurde eine angedickte Sperrbeschichtungszusammensetzung verwendet, die ferner aus 91,120 % HYCAR^TM 2679, 5,304 Wasser, 0,152 % FLUORAD^TM FC 129, 3,152 % CARBOPOL^TM EZ-1 (4 % in Wasser) und 0,273 % Ammoniumhydroxidlösung bestand, um eine kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung aufzutragen. Die gewählte Sperrbeschichtungszusammensetzung wurde auf jedem Schaumstoffträger entweder durch ein Walzenstreichungsverfahren, ein Sprühbeschichtungsverfahren oder ein Messerbeschichtungsverfahren wie in Tabelle 3 angezeigt aufgetragen.
Das Walzenstreichungsverfahren wurde verwendet, um eine kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung zu erzeugen und setzte Walzen mit einem Durchmesser von 7,6 cm (eine mit einer Gummioberfläche und eine mit einer Stahloberfläche= ein, die etwa 0,38 mm weniger beabstandet waren, als die Dicke des zu beschichtenden Schaumstoffes betrug. Die Beschichtungswanne wurde mit der Sperrbeschichtungszusammensetzung gefüllt und die Beschichtungsmaschine auf einen Betrieb von 3 bis 4,5 m/min eingestellt. Die verschiedenen Schaumstoffträgerfolien (1 m × 0,3 m) wurden dann in den Walzenspalt eingeführt. Nach dem Austreten aus dem Walzenspaltbereich wurde jeder beschichtete Träger mit einem Luftstrom beaufschlagt, um von der Beschichtungsmaschine etwa verursachte Blasen aufzubrechen. Die Folien wurden dann 6 Minuten lang in einen Ofen gelegt, der auf 120-150 °C eingestellt war.
Das Sprühbeschichtungsverfahren wurde verwendet, um eine kleine Öffnungen aufweisende Sperrschicht zu erzeugen und setzte ein Förderband ein, das unter einer Hubkolbensprühdüse und anschließend einem Heizstrahler so ausreichend verfahren wurde, um eine Temperatur an der Trägeroberfläche von etwa 120 °C zu erzielen. Das Förderband wurde so geregelt, um die in Tabelle 3 aufgeführte erforderliche Erweiterung bereitzustellen.
Das Messerbeschichtungsverfahren wurde verwendet, um undurchlässige Sperrbeschichtungen auf ausgewählten Trägern zu erzeugen. Die 1 m × 0,3 m großen Schaumstoffträgerproben wurden bei etwa 10 m/Minute per Hand durch eine Messerbeschichtungsmaschine gezogen, dessen Beschichtungsmesser so eingestellt war, dass es die Trägeroberfläche kaum berührt. Ein ungefähr 50 ml Aliquot aus einer angedickten Sperrbeschichtungszusammensetzung wurde vor die Vorderkante des Messers platziert. Die Position des Messers wurde so eingestellt, um die erforderliche Erweiterung zu erzielen. Der beschichtete Träger wurde dann etwa 6 Minuten lang in einen Ofen gegeben, der auf 150 °C eingestellt war.
Nachdem die richtige Sperrbeschichtung aufgetragen war, wurde ein Schleifschlamm, gebildet aus einer Mischung von 19,47 Teilen SR 351, 12,94 Teilen SR 339, 3,08 Teilen PD 9000, 1,93 Teilen A-174^TM, 1,08 Teilen TPO-L und 61,50 Teilen grünem SiC aufgetragen. Der Schlamm wurde durch Messerbeschichtung auf ein Polypropylenwerkzeug mit einer gemusterten Oberfläche aufgetragen, wobei die gemusterte Oberfläche das entgegengesetzte Muster von dem für die geformte Schleifoberfläche gewünschten Muster aufwies und das durch die Verwendung einer in 11 und 12 dargestellten Musterwalze hergestellt war. Das beschichtete Werkzeug wurde dann auf den beschichteten Schaumstoffträger derart aufgetragen, dass ein Kontakt zwischen der Beschichtung des Trägers und der Schlammseite des Werkzeugs hergestellt war. Die Werkzeugseite der daraus entstandenen Laminierung wurde dann durch Aussetzen einer D-Glühbirne bei einer hohen Leistung (236 Watt pro cm) einer Ultraviolettstrahlung ausgesetzt, während die Bahn bei 9,14 m/Minute bei einem Walzenspaltdruck von 3,52 kg/cm pro 25 cm breiter Bahn bewegt wurde. Die Werkzeugbestückung wurde dann von der daraus entstandenen, teilweise gehärteten geformten Schleifbeschichtung auf dem sperrbeschichtenen Träger abgenommen. Falls die Sperrbeschichtung kleine Öffnungen aufwies, verursachte dieses Verfahren des Abnehmens des Werkzeugs dass mindestens ein Teil der geformten Schleifschicht in mindestens einigen der Werkzeugaushöhlungen im Polypropylenwerkzeug zurück blieben, wodurch eine geformte Schleifschicht mit unregelmäßigen Öffnungen entstand. Alternativ hierzu, falls die Sperrbeschichtung undurchlässig war, wurde mindestens der vorwiegende Teil der geformten Schleifschicht erfolgreich von den Werkzeugaushöhlungen auf die Sperrbeschichtung übertragen, wodurch eine eher einheitlich geformte Schleifschicht entstand.
Beispiel 6 wurde ferner mit Nadeln bestückt, um den ansonsten undurchlässigen Sperrbeschichtungsgegenstand mit kleinen Öffnungen zu versehen. Die Schleifzusammensetzung wurde von der Schleifseite aus in einer abgestuften 20 × 20 Anordnung der Nadeln (Foster 15 × 18 × 25 × 3,5 RB) mit den Nadeln durchstochen, die in eine standardmäßige Nadeltafel mit Reihen und Spalten mit 1 cm großen Abständen eingesetzt waren und bei 37 Hüben pro 25 cm Länge (1,46 Hübe pro cm) betrieben wurde, um etwa 23 Penetrationen pro cm² bereitzustellen. Solche Nadeln und Nadeltafeln können von Foster Needle Company, Inc., Manitowoc, WI, U.S.A., bezogen werden. Das Durchstechen mit Nadeln stellte die erforderliche Porosität für den erfolgreichen Einsatz des ansonsten unakzeptablen Schleifgegenstandes bereit, wie durch den Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel A angedeutet wird, das identisch mit Beispiel 6 ist, jedoch ohne den Nadelungsschritt.
Die resultierenden Schleifprodukte waren dann für die Umsetzung auf Scheiben mit einem Durchmesser von 15 cm zum Vergleichstest bereit.
Beispiele 7-9
Beispiele 7-9 zeigen die Herstellung und wirksame Leistung von Schleifgegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn diese unter Verwendung von spiralförmigen, offenzelligen Schaumstoffträgern hergestellt werden.
Beispiele 7-9 wurden gemäß dem für Beispiele 1-6 beschriebenen Verfahren hergestellt und setzten die Walzenstreichung ein, um die Sperrbeschichtung bereitzustellen, mit Ausnahme der Verwendung eines Fertigungswerkzeugs mit einer andersartigen Geometrie als der der vorangehenden Beispiele. Beispiel 7 verwendete einen offenzelligen Schaumstoffträger aus Polyesterpolyurethan mit einer ebenen Hauptoberfläche, erhältlich von illbruck, Inc. als „R600U-090". Beispiele 8 und 9 verwendeten spiralförmige, offenzellige Schaumstoffe aus Polyurethan, „PPF8" bzw. „R400U" mit einer Anordnung mit einem 20 mm Grunddurchmesser, 2 mm hohen erhabenen Abschnitten auf der ersten Hauptoberfläche, die 25 mm voneinander beabstandet waren und einer Dicke, gemessen von den distalen Enden der Projektion auf der ersten Hauptoberfläche zur zweiten Hauptoberfläche von 5 mm. Die zweite Hauptoberfläche war im Wesentlichen eben. Der spiralförmige Schaumstoff der Beispiele 8 und 9 wurde von illbruck unter der illbruck-Bezeichnung „Mini-Standard" bezogen. Beispiele 7-9 werden im Einzelnen in Tabelle 3 beschrieben. Die Ergebnisse des Vergleichstest stehen in Tabelle 4.
Tabelle 3
Vergleichsbeispiel B
Vergleichsbeispiel B war eine Schleif-Feinarbeitscheibe mit 15 cm Durchmesser, erhältlich unter der Handelsbezeichnung Abralon^TM 2000 von Mirka Abrasives Incorporated, Twinsburg, Ohio, U.S.A.
Vergleichsbeispiel C
Vergleichsbeispiel C war eine Schleif-Feinarbeitscheibe mit 15 cm Durchmesser, erhältlich unter der Handelsbezeichnung BUFLEX^TM PN 192-1501 von Eagle Abrasives Incorporated, Norcross, Georgia, U.S.A.
Warenprüfung
Materialien
AOEM klarlackbeschichtete, schwarz lackierte, kaltgewalzte Stahltestplatten, bezogen von Advanced Coating Technologies Laboratories, Inc., Hillsdale, MI, U.S.A. mit Abmessungen von 45,7 cm × 61 cm.
Eine Feinbearbeitungs-Kreisschmirgelmaschine, erhältlich von Dynabrade, Inc. in Clarence, NY, U.S.A. unter der Handelsbezeichnung Dynorbital^TM, Modell Nr. 56964, ausgerüstet mit einem 3M^TM Hookit^TM II Reserve-Schmirgelblatt mit einem Durchmesser von 15,2 cm.
Wassersprühflasche.
Stoppuhr.
Profilometer, erhältlich von Federal Products Corporation, ein Esterline Unternehmen aus Providence, RI, U.S.A., unter der Handelsbezeichnung Pocket Surf^TM Profilometer.
Plattenvorbereitung
Die lackierten, in ihren horizontal langen Abmessungen eingesetzten Platten wurden zuerst durch Schmirgeln ihrer Oberflächen mit der Feinarbeit-Schmirgelmaschine und den 3M^TM Hookit^TM II Feinarbeit-Folienschieben, Härtegrad P1500, erhältlich von 3M Company unter der Handelsbezeichnung 3M^TM Hookit^TM II Feinarbeit-Folienscheiben, vorbereitet. Die Kreisschmirgelmaschine wurde bei einem Leitungsdruck von 3,52 kg/cm² unter Verwendung eines mittelmäßigen, aber konsistent abwärts gerichteten Drucks betrieben. Jeder Durchlauf des Schmirgelgeräts wurde um 50 % überlappt, wobei das Blatt beim ersten und letzten Durchlauf nur halb auf der Platte auflag. Der Schmirgelvorgang wurde in der oberen linken Ecke der Testplatte begonnen und das Schmirgelblatt wurde über die Platte mit einer Bewegung von oben nach unten hin und her bewegt und nach insge samt sieben Durchläufen an der unteren rechten Ecke beendet. Die Schmirgelmaschine wurde dann in einem entgegengesetzten Muster bewegt, an der Platte zurück in sieben Durchläufen, wobei der Vorgang am Ausgangspunkt beendet wurde. Dieselbe Schmirgelscheibe wurde dann auf einem vertikalen Weg von der oberen linken Ecke bewegt, mit einer vertikalen Bewegung von links nach rechts, wobei der Vorgang nach neuen Durchläufen an der unteren rechten Ecke der Platte beendet wurde. Die Schmirgelmaschine wurde dann in einem entgegengesetzten Muster bewegt, über die Platte zurück in neuen Durchläufen, wobei der Vorgang am Ausgangspunkt beendet wurde. Eine neue P1500 Schleifscheibe wurde dann verwendet, beginnend in der unteren rechten Ecke der Platte und endend an der oberen linken Ecke nach sieben horizontalen Durchläufen. Die Schmirgelmaschine wurde von der oberen linken Ecke horizontal nach unten an der Platte bewegt, endend an der unteren rechten Ecke nach sieben Durchläufen. Das Schmirgeln fand dann von der unteren rechten Ecke vertikal über die Platte statt, wobei der Vorgang an der oberen linken Ecke nach neun Durchläufen beendet wurde. Schließlich wurde mit dem Schmirgeln in vertikaler Richtung fortgefahren, beginnend an der oberen linken Ecke mit einer Bewegung von links nach rechts, endend an der unteren rechten Ecke in neuen Durchläufen.
Erstbearbeitung der vorbereiteten Platten
Mit dem Profilometer wurde der Rz-Wert in der vertikalen Mitte jedes vertikalen Drittels der Platte abgelesen. Es wurden fünf Ablesungen in jedem Drittel der Platte bei jeweils 7,6 cm über und unter der vertikalen Mitte und an der vertikalen Mitte abgenommen. Der Durchschnitt dieser Ablesungen war der Erst-Rz-Wert der vorbereiteten Testplatten.
Auswertung des Schleifprodukts
Die Testschleifprodukte wurden in ein Blatt mit 15,2 cm Durchmesser umgesetzt, auf welches das 3M Hookit^TM II Befestigungsteil das mit seinem passenden Teil auf dem Stützblatt der Feinarbeit-Schmirgelmaschine einrastet, aufgesetzt wurde. Das Testblatt wurde an dem Stützblatt der Schmirgelmaschine befestigt und dazu verwendet, die vorbereitete Platte zu bearbeiten. Die Platte wurde als eine Platte mit 3 gleich großen vertikalen Abschnitten erachtet. Wasser in einer ausreichenden Menge wurde über die Platte gesprüht, um zu verhindern, dass das Produkt auf der Platte rattert oder anhaftet. Pro Platte wurde eine Testscheibe verwendet. Der Schmirgelvorgang wurde unter Beaufschlagung von konstantem Handdruck in jedem Drittel der Platte durchgeführt. Der Abschnitt des Drittels ganz links wurde 10 Sekunden lang geschmirgelt, der mittlere Abschnitt 20 Sekunden lang und der rechte Abschnitt 30 Sekunden lang. Pro Testprodukt wurden jeweils drei Platten geschmirgelt. Der R_z-Wert eines jeden geschmirgelten Abschnitts wurde in jedem vertikalen Abschnitten an 5 Punkten gemessen, und zwar in der vertikalen Mitte, 3,8 cm oberhalb und unterhalb der vertikalen Mitte und 7,6 cm oberhalb und unterhalb der vertikalen Mitte. Der durchschnittliche R_z-Wert jeder Schmirgelzeit wurde dann mit dem Erst-R_z-Wert erfasst. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Tabelle 4
Es ist ersichtlich, dass die Schleifprodukte gemäß der vorliegenden Erfindung schneller einen niedrigeren R_z-Wert bereitstellen als Vergleiche B und C. Die Produkte gemäß der Erfindung sind während der Verwendung ebenfalls leichter zu handhaben.
Die vorliegende Erfindung ist hiermit anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben worden. Dem Fachmann wird erkenntlich, dass vielerlei Veränderungen an den beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung sollte deshalb nicht auf die hier beschriebenen Strukturen beschränkt werden, sondern eher auf die durch die Anspruchssprache beschriebenen Strukturen.

Claims

Flexibler Schleifgegenstand, umfassend: a) einen offenzelligen Schaumstoffträger mit einer ersten Hauptoberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche; b) eine kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung auf der ersten Hauptoberfläche; und c) eine geformte, kleine Öffnungen aufweisende Schleifbeschichtung auf der kleine Öffnungen aufweisenden Sperrbeschichtung, umfassend Schleifpartikel in einem Bindemittel.
Flexibler Schleifgegenstand nach Anspruch 1, wobei der offenzellige Schaumstoffträger eine Dicke von mindestens 2 mm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst: a) Auftragen einer härtbaren Sperrbeschichtung auf eine erste Hauptoberfläche eines offenzelligen Schaumstoffträgers, der ebenfalls eine gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche aufweist; b) Härten der härtbaren Sperrbeschichtung, um auf der ersten Hauptoberfläche eine kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung mit darin enthaltenen Öffnungen bereitzustellen, die den Öffnungen in dem offenzelligen Schaumstoff entsprechen; c) Auftragen einer Beschichtungszusammensetzung, umfassend ein härtbares Bindemittel und Schleifpartikel, auf die kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung; d) Versehen der Beschichtungszusammensetzung, die in Schritt c) aufgetragen wurde, mit einer strukturierten Oberfläche mit einem Fertigungswerkzeug, das eine strukturierte Oberfläche aufweist, die das Inverse der strukturierten Oberfläche der Schleifbeschichtung ist, und wobei sich jegliche Beschichtungszusammensetzung, die über einer Öffnung in der ersten Hauptoberfläche beschichtet ist, an die strukturierte Oberfläche des Fertigungswerkzeugs haften kann; e) mindestens teilweises Härten des Bindemittels; und f) Trennen des Fertigungswerkzeugs von der strukturierten Oberfläche, um die geformte, kleine Öffnungen aufweisende Schleifbeschichtung bereitzustellen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie darin enthaltende Öffnungen aufweist, die mindestens einigen der Öffnungen in dem offenzelligen Schaumstoff entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Oberfläche mit einer kleine Öffnungen aufweisende Sperrbeschichtung beschichtet ist, die ein Trockenschichtgewicht von mindestens etwa 50 Gramm pro Quadratmeter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Trockenschichtgewicht in einem Bereich von etwa 65 bis etwa 180 Gramm pro Quadratmeter liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei der mit einer Sperrschicht beschichtete offenzellige Träger eine Luftdurchlässigkeit von mindestens etwa 1 m³/Minute/m² aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Luftdurchlässigkeit in einem Bereich von etwa 2 bis etwa 50 m³/Minute/m² liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst: a) Beschichten einer härtbaren Sperrbeschichtungszusammensetzung, die härtet, um eine undurchlässige Beschichtung auf der ersten Hauptoberfläche des offenzelligen Schaumstoffs zu bilden; b) Härten der härtbaren Sperrbeschichtungszusammensetzung, um eine undurchlässige Sperrbeschichtung bereitzustellen; c) Auftragen einer Beschichtungszusammensetzung, umfassend Schleifpartikel und härtbares Bindemittel, das härtbar ist, um eine Schleifbeschichtung über der gehärteten, undurchlässigen Sperrbeschichtung bereitzustellen; d) Versehen der ungehärteten Beschichtungszusammensetzung von Schritt c) mit einer strukturierten Oberfläche; e) Härten der Beschichtungszusammensetzung, um eine geformte Schleifbeschichtung auf der undurchlässigen Sperrbeschichtung bereitzustellen; und f) Perforieren der undurchlässigen Sperrbeschichtung und der geformten Schleifbeschichtung, um das flexible Schleifprodukt mit der kleine Öffnungen aufweisenden Sperrbeschichtung und der kleine Öffnungen aufweisenden geformten Schleifbeschichtung bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Oberfläche mit einer undurchlässigen Sperrbeschichtung beschichtet ist, die ein Trockenschichtgewicht von mindestens etwa 150 Gramm pro Quadratmeter aufweist.
Verwendung eines flexiblen Schleifgegenstands gemäß Anspruch 1 oder 2 in einem Verfahren zum Feinarbeiten einer Substratoberfläche, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst: a) in Kontakt bringen einer Substratoberfläche mit dem flexiblen Schleifgegenstand; und b) relative Bewegung des flexiblen Schleifgegenstandes in Gegenwart eines Flüssigmediums, um die Substratoberfläche zu modifizieren.