DE60206909T2

DE60206909T2 - Schleifgegenstände umfassend schleifkörner und ein polymeres reaktionsprodukt

Info

Publication number: DE60206909T2
Application number: DE60206909T
Authority: DE
Inventors: Steven J. Keipert; Louis S. Moren; Dennis G. Welygan
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: EP1395395B1; CN100406200C; DE60206909D1; JP4188702B2; US6641627B2; JP2004525782A; EP1395395A1; CN1511076A; US20020177387A1; WO2002094506A1; ATE307700T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Schleif-Gegenstände, die Schleifpartikel und polymeres Material umfassen, wie ein polymeres Reaktionsprodukt von Komponenten, welche gesättigtes Polyol, gesättigtes Polyisocyanat und eine Frei-Radikal-Quelle umfassen.
Schleif-Gegenstände, welche Schleifpartikel umfassen, die auf ein organisches zelluläres oder Schaumstoffsubstrat (z. B. Polyurethan) beschichtet sind und/oder darin dispergiert sind, sind allgemein bekannt. Beispiele für solche Gegenstände schließen Polster, Flächengebilde, Scheiben und Räder ein (siehe z. B. die US-Patente Nr. 2 780 533 (Hurst), 2 885 276 (Upton, Jr.), 2 972 527 (Upton, Jr.) und 3 252 775 (Tocci-Guilbert). Diese Gegenstände wurden zum Abschleifen einer Vielzahl von Werkstücken, einschließlich Metall und Holz, verwendet. Sie wurden ebenfalls für Schleifoperationen, die von Grobdimensionierungsoperationen wie "Ausbesserungsarbeiten" bis zu Feinstbearbeitungsoperationen, wie Polieren und Schwabeln bzw. Polierläppen reichen, eingesetzt.
Schleif-Gegenstände, welche Schleifpartikel umfassen, die in einer Polyurethanzellular- oder -schaumstoffmatrix dispergiert sind und/oder damit verhaftet sind, wurden zum Beispiel zur Verleihung eines Endfeinbearbeitungs-Oberflächenfinish auf Metall-(z. B. Stahl, rostfreiem Stahl, Aluminium, Titan oder Titanlegierungen)-Substraten verwendet, die für die Verwendung in einer von zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten bestimmt sind. Bei der End- bzw. Feinbearbeitung solcher Substrate ist die Fähigkeit erwünscht, von Teil zu Teil die Metalloberfläche mit einem Finish auszustatten, mit den Designmerkmalen der Metallfläche konform zu gehen und kein restliches Schleifgegenstandmaterial (Abschmieren) auf der feinbearbeiteten Metalloberfläche zurückzulassen. Derzeitige Schaumstoff-Schleifmittel sehen nicht gleichzeitig das gewünschte Maß jedes dieser Merkmale vor.
In der US-A-3 925 034 ist ein gewisses Verfahren zur Herstellung eines Oberflächenmahlrades aus einer Zusammensetzung bekannt, die bestimmte Mengen von fein zerteilten feuerfesten Abriebkörnchen, hohlen Stückchen oder Perlen umfasst, gebildet aus Polystyrol oder einem anderen spezifischen organischen thermoplastischen synthetischen Harz und einem spezifischen wärmehärtenden synthetischen Harzbindemittel.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Schleif-Gegenständ (z. B. ein Schleifrad) bereit, welcher aus Schleifpartikeln, Gleitmittel und polymerem Reaktionsprodukt von Komponenten besteht, die gesättigtes Polyol, gesättigtes Polyisocyanat und eine Frei-Radikal-Quelle (z. B. Peroxid) umfassen, dadurch gekennzeichnet dass der Schleifgegenstand ein Lückenvolumen von mindestens 25 Prozent, eine Dichte im Bereich von 0,1 g/cm³ bis 1,2 g/cm³ und einen Shore-A-Härteprüfwert im Bereich von 10 bis 50 besitzt.
Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung schließen auch Schleif-Gegenstände ein, die Schleifpartikel und polymeres Material umfassen, welches aus einem gesättigten Polyurethan aufgebaut ist, das durch Kombinieren von gesättigtes Polyol, gesättigtes Polyisocyanat und eine Frei-Radikal-Quelle (z. B. Peroxid) umfassenden Komponenten hergestellt werden kann.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, nimmt man an, dass das polymere Reaktionsprodukt von Isocyanat-funktionellen Einheiten (mit einer Funktionalität von 2 oder höher) (z. B. Polyisocyanat) mit Materialien, die mit Isocyanat-funktionellen Einheiten reaktiv sind (z. B. Hydroxy-funktionelle Materialien) mit einer Funktionalität von 2 oder höher (z. B. ein Polyol) Polyurethan ist. Als eine allgemeine Klasse schließt der Ausdruck "Polyurethan", wie hierin verwendet, echte Polyurethane, echten Polyharnstoff, Polyharnstoffurethane und Polyurethanharnstoffe ein. Isocyanat-funktionelle Materialien und Isocyanat-funktionelle reaktive Materialien variieren beträchtlich hinsichtlich des Äquivalentgewichts. Damit beruht die Reaktionsstöchiometrie auf dem Isocyanatindex (den Äquivalenten von Isocyanat-funktionellen Einheiten, geteilt durch die Äquivalente der Isocyanat-reaktiven-funktionellen Einheiten mal 100), sodass ein Isocyanatindex von 100 ein stöchiometrisches Gleichgewicht bedeutet (d. h. dass eine Isocyanat-Funktionalität eine Isocyanat-reaktive-Funktionalität aufweist, mit welcher sie reagiert). Für bevorzugte Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es, auf Gewichtsbasis, typischerweise 2 Teile einer Frei-Radikal-Quelle und 20 Teile an Schleifpartikeln pro 100 Teilen des polymeren Reaktionsprodukts von gesättigtem Polyol und gesättigtem Polyisocyanat.
Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen eine polymere Matrix mit über diese dispergierten Lücken. Die Lücken können isoliert sein (d. h. "geschlossene Zelle") und/oder untereinander verbunden sein (d. h. "offene Zelle"). Die polymere Matrix kann flexibel oder starr sein. Weiterhin haben Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung ein Lückenvolumen von mindestens 25 Prozent, vorzugsweise ein Lückenvolumen von mindestens 50 Prozent, und noch stärker bevorzugt ein Lückenvolumen im Bereich von 75 bis 90 Prozent, wobei das prozentmäßige Lückenvolumen ein berechneter Wert ist, welcher der Differenz zwischen dem Volumen des Gegenstands und der Summe der Materialfeststoffe-Volumenfraktionen der verschiedenen Komponenten entspricht, geteilt durch das Volumen des Gegenstands, mal 100%.
Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen weiter ein Gleitmittel (z. B. metallische Salze von Fettsäuren, feste Gleitmittel, Ester von Fettsäuren, Mineralöle und Wachse, und Poly(dimethylsiloxan)-gummi).
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schleif-Gegenstands bereit, umfassend:
Kombinieren von gesättigtes Polyol, gesättigtes Polyisocyanat, eine Frei-Radikal-Quelle, ein Gleitmittel und Schleifkörnchen umfassende Komponenten, um eine härtbare Zusammensetzung bereitzustellen;
Härten der härtbaren Zusammensetzung, um einen Schleif-Gegenstand mit einem Lückenvolumen von mindestens 25 Prozent, einer Dichte im Bereich von 0,1 bis 1,2 g/cm³ und einem Shore-A-Härteprüfwert im Bereich von 10 bis 50 bereitzustellen.
Der vorliegende Schleif-Gegenstand kann bei einem Verfahren des Schleifens einer Fläche zur Anwendung kommen, wobei das Verfahren folgendes umfasst:
das Bereitstellen eines Schleif-Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Schleif-Gegenstand eine äußere Fläche besitzt;
das reibende Kontaktieren mindestens eines Teils der äußeren Fläche des Schleif-Gegenstands mit einer Fläche eines Werkstücks; und
das Bewegen mindestens einer äußeren Fläche des Schleif-Gegenstands oder der Fläche des Werkstückes relativ zueinander, um mindestens einen Bereich des Werkstückes abzuschleifen. Das Verfahren kann die Verwendung einer Schwabbelverbindung einschließen, wobei die Schwabbelverbindung auf mindestens einem Bereich der äußeren Fläche des Schleif-Gegenstands vorliegt.
Ausführungsformen von Schleif-Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung sind flexibel, anpassungsfähig und leichtgewichtig. Bevorzugte Schleifräder gemäß der vorliegenden Erfindung können reibungslos betrieben werden und zeichnen sich durch weniger "Rattern" aus als herkömmliche Schleifräder. Weiterhin können bevorzugte Schleifräder gemäß der vorliegenden Erfindung weniger Schleifkörnchenmaterial als herkömmliche Schleifräder verwenden. Bevorzugte Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung tendieren während des Gebrauchs auch dazu, nicht "abzuschmieren". Das Abschmieren, das typischerweise unerwünscht ist, kann auftreten, wenn ein Werkstück in Kontakt mit einem Schleif-Gegenstand ausreichend heiß wird, sodass Teile des Schleif-Gegenstands erweichen und auf das Werkstück übertragen werden.
Die 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Schleifrads gemäß der vorliegenden Erfindung;
die 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Schleifblocks gemäß der vorliegenden Erfindung;
die 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Schleifscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung; und
die 4 sind tan-δ-Kurven für das Beispiel 2 und das Vergleichsbeispiel D.
Schleif-Gegenstands-Artikel können in einer beliebigen aus einer Vielzahl an Gestalten und Konfigurationen, die im Fachbereich bekannt sind, vorliegen, darin eingeschlossen Räder, Blöcke, Scheiben und Riemen. Bezug nehmend auf die 1 umfasst ein Schleifrad gemäß der vorliegenden Erfindung 10 einen inneren Ringkern 12, Polyurethan (z. B. polymeres Reaktionsprodukt von Komponenten, welche gesättigtes Polyol, gesättigtes Polyisocyanat und eine Frei-Radikal-Quelle umfassen) 14 und Schleifkörnchen 16. In den 2 und 2A umfasst ein Schleifblock gemäß der vorliegenden Erfindung 20 Polyurethan 24, Schleifkörnchen 26 und Lücken 28. Weiterhin zeigt zum Beispiel die 3 eine Schleifscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung 30, welche eine festmachbare Trägerplatte 31, Polyurethan 34 und Schleifkörnchen 36 umfasst.
Vorzugsweise sehen die Polyisocyanat- und Polyolkomponenten einen Isocyanatindex im Bereich von 80 bis 120 vor, und wobei das Gewichtsverhältnis der Frei-Radikal-Quelle zu dem polymeren Reaktionsprodukt des gesättigten Polyols und des gesättigten Polyisocyanats im Bereich von 1:1000 bis 1:10 (stärker bevorzugt 1:100 bis 1:20) liegt.
Gesättigte Polyole
Wie hierin verwendet, bezieht sich "gesättigtes Polyol" (oder "nicht-olefinisches Polyol") auf Hydroxy-funktionelle Materialien mit einer Hydroxy-Funktionalität von mindestens 2 und zeigt eine negative Response auf einen klassischen Brom-Test auf Ungesättigtheit, wobei die tropfenweise Zugabe des Polyols zu einer wässrigen Bromlösung keine rasche Verfärbung verursacht. Geeignete gesättigte Polyole schließen Polyesterpolyole und Polyetherpolyole ein. Nützliche Polyesterdiole schließen jene auf Basis der Kondensation von Disäuren, wie Adipinsäure; Glutar- und Phthalsäuren mit Diolen wie Ethylenglykol; 1,2-Propylenglykol; 1,3-Propylenglykol; 1,4-Butandiol; Diethylenglykol; Neopentylglykol; 1,6-Hexandiol und Dipropylenglykol ein. Nützliche Polyestertriole schließen jene auf Basis der Kondensation der oben Genannten in Kombination mit Triolen, wie Trimethylolpropan oder Glycerin ein. Andere nützliche Polyesterpolyole schließen Polycaprolactonpolyole auf Basis der Polymerisation von γ-Caprolacton mit di- und trifunktionellen Startern; Polyetherdiole, wie Polyethylenglykol; Polypropylenglykol; Polytetramethylenglykol und ihre Copolymere und Mischungen; Polypropylenglykoltriole beinhaltende trifunktionelle Starter, wie Glycerol oder Trimethylolpropan, ein. Geeignete gesättigte Polyole schließen auch Polyole ein, die mit einer kleineren als der stöchiometrischen Menge an difunktionellem Isocyanat einer Kettenverlängerung unterzogen wurden, wodurch ein Hydroxy-funktionelles Oligomer erhalten wurde.
Andere Beispiele von gesättigten Polyolen schließen kurzkettige Diole und Triole, wie Ethylenglykol; Diethylenglykol; Dipropylenglykol; 1,4-Butandiol; 1,4-Cyclohexandimethanol; Neopentylglykol; 1,6-Hexandiol; Hydrochinon-bis(2-hydroxyethyl)ether; Resorcinol-bis(2-hydroxyethyl)ether; und Triethanolamin, ein. Solche kurzkettigen Diole und Triole können zum Beispiel in Kombination mit längerkettigen Polyolen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften verwendet werden. Außerdem können Amine in Polyol eingebracht werden, um die Eigenschaften zu modifizieren. Beispiele für solche Amine schließen jene ein, die von der Albemarle Corp., Baton Rouge, LA, unter den Handelsbezeichnungen "ETHACURE 100" und "ETHACURE 300", und von Air Products, Allentown, PA, unter der Handelsbezeichnung "VERSALINK 1000" verfügbar sind.
Quellen für geeignetes gesättigtes Polyol zur Herstellung von Schleif-Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung sind im Fachbereich bekannt und schließen die kommerziell zum Beispiel von der Polyurethane Corporation of America (Polyurethane Specialties Company), Inc., Lyndhorst, NJ, unter der Handelsbezeichnung "MILLOXANE 7209A" verfügbaren als Teil eines vorformulierten Schaumstoffsystems ein. (Dieses System schließt auch ein gesättigtes Polyisocyanat unter der Handelsbezeichnung "MILLOXANE 7209B" ein). Wie hierin verwendet, bezieht sich "vorformuliert" auf eine Zusammensetzung, welche nicht nur die primäre(n) reaktive(n) Komponente(n) enthält, sondern auch Hilfsstoffe, wie Stabilisatoren, Katalysatoren und Treibmittel, die zur Herstellung eines gewünschten polymeren Reaktionsprodukts optimiert wurden, aufweist.
Gesättigtes Polyisocyanat
Wie hierin verwendet, beziehen sich "gesättigtes Polyisocyanat" (oder "nicht-olefinisches Polyisocyanat") auf Isocyanat-funktionelle Materialien mit einer Isocyanat-Funktionalität von mindestens 2, die eine negative Response auf einen klassischen Bromtest auf Ungesättigtheit zeigt, wobei die tropfenweise Zugabe des Polyisocyanats zu einer wässrigen Bromlösung keine rasche Verfärbung verursacht, nachdem die Isocyanat-Funktionalität mit Trimethylamin und Ethanol umgesetzt wurde, um das Isocyanat weiter unreaktiv zu machen. Aromatische Isocyanate gelten nicht als ungesättigt für die Zwecke dieser Offenbarung. Geeignete Polyisocyanate schließen jene ein, die auf Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (4,4 MDI), Diphenylmethan-2,4'-diisocyanat (2,4 MDI), Diphenylmethan-2,2'-diisocyanat (2,2 MDI) und deren Mischungen basieren, sowie Oligomere und modifizierte Formen, wie Carbodiimide, Allophanate, sowie Präpolymere und Pseudopräpolymere, die durch vollständige oder teilweise Reaktion mit Polyolen gebildet werden unter Erhalt von Isocyanat-funktionellen Urethanoligomeren allein oder in Kombination mit freiem Isocyanat, sowie Isocyanate, die auf Toluol-2,4-diisocyanat (2,4 TDI), Toluol-2,6-diisocyanat (2,6 TDI) und Mischungen dieser zwei basieren; Präpolymere und Pseudopolymere, die durch die vollständige oder teilweise Reaktion mit Polyolen gebildet werden unter Erhalt von Isocyanat-funktionellen Urethanoligomeren allein oder in Kombination mit freiem Isocyanat, ein.
Quellen von gesättigtem Polyisocyanat zur Herstellung von Schleif-Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung sind im Fachbereich bekannt und schließen jene ein, die kommerziell zum Beispiel von der Polyurethane Corporation of America (Polyurethane Specialties Company), Inc., unter der Handelsbezeichnung "MILLOXANE 7209B" verfügbar sind als Teil eines vorformulierten Schaumsystems. Dieses System enthält auch ein gesättigtes Polyol unter der Handelsbezeichnung "MILLOXANE 7209A").
Frei-Radikal-Quellen
Geeignete Frei-Radikal-Quellen schließen organische Peroxide, Azoverbindungen und Persulfatverbindungen ein. Freie Radikale, die durch aktinische oder ionisierende Strahlung erzeugt werden, können ebenfalls für Schleif-Gegenstände mit geeignet kleinen Dimensionen oder wirksamer Transparenz eingesetzt werden. Bevorzugte Frei-Radikal-Quellen zur Herstellung von Schleif-Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung schließen Peroxid, Azoverbindungen, Persulfate und Kombinationen davon ein. Solche Frei-Radikal-Quellen und kommerzielle Quellen davon sind im Fachbereich bekannt. Andere geeignete Frei-Radikal-Quellen dürften für Fachleute auf dem Gebiet nach einer Durchsicht der vorliegenden Offenbarung offensichtlich werden. Bevorzugte Mengen von Frei-Radikal-Quellenmaterialien liegen im Bereich von etwa 0,1% bis etwa 10% (stärker bevorzugt im Bereich von etwa 1% bis etwa 5%) auf Gewichtsbasis des polymeren Reaktionsprodukts von gesättigtem Polyol und gesättigtem Polyisocyanat.
Geeignete organische Peroxide schließen t-Butylperoxyisobutyrat; Acetylperoxid; Lauroylperoxid; Benzoylperoxid; p-Chlorbenzoylperoxid; Hydroxyheptylperoxid; Cyclohexanonperoxid; Di-(t-butyl)diperphthalat; t-Butylperacetat; t-Butylperbenzoat; Dicumylperoxid; t-Butylhydroperoxid; Methylethylketonperoxid; Di-(t-butyl)peroxid; Pinanhydroperoxid; Cumolhydroperoxid; t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat; 1,1'-Bis(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan; 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan; 2,5-Dimethylhexan, 2,5-Dihydroperoxid; Dicetylperoxydicarbonat; Di(4-t-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat; und t-Butylperoxypivalat ein.
Geeignete Azoverbindungen schließen 2,2'-Azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitril); 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid; 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril); 2,2'-Azobis(isobutyronitril); 2,2'-Azobis(2-methylbutyronitril); 1,1'-Azobis(1-cyclohexancarbonitril); und 2,2'-Azobis(methylisobutyrat) ein.
Geeignete Persulfat-Initiatoren schließen Kalium-, Natrium- oder Ammoniumpersulfat, allein oder in Kombination mit Reduktionsmitteln, wie Bisulfiten, ein.
Geeignete Schleifkörnchen für die Herstellung von Schleif-Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung schließen gebranntes (fused) Aluminiumoxid (einschließlich weißes bebranntes Aluminiumoxid (Alumina), wärmebehandeltes Aluminiumoxid und braunes Aluminiumoxid), Siliciumcarbid (einschließlich grünes Siliciumcarbid), Borcarbid, Titancarbid, Diamant, kubisches Bornitrid, Granat, Tripoli (mikrokristallines SiO₂), Chromoxid, Ceroxid, schmelzflüssiges Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid und Sol-Gel-abgeleitete Schleifpartikel und dergleichen ein. Die Sol-Gel-abgeleiteten Schleifpartikel können geimpft oder nicht-geimpft sein. Ebenso können die Sol-Gel-abgeleiteten Schleifpartikel statistisch geformt sein oder eine mit diesen zusammenhängende Gestalt, wie Stab oder Dreieck, haben. Beispiele für Sol-Gel-Schleifpartikel schließen jene ein, die in den US-Patenten Nr. 4 314 827 (Leitheiser et al.), 4 518 397 (Leitheiser et al.), 4 623 364 (Cottringer et al.), 4 744 802 (Schwabel), 4 770 671 (Monroe et al.), 4 881 951 (Wood et al.), 5 011 508 (Wald et al.), 5 090 968 (Pellow), 5 139 978 (Wood), 5 201 916 (Berg et al.), 5 227 104 (Bauer), 5 366 523 (Rowenhorst et al.), 5 429 647 (Larmie), 5 498 269 (Larmie) und 5 551 963 (Larmie) beschrieben sind. Zusätzliche Details betreffend Schleifpartikel aus gesintertem Aluminiumoxid, die unter Verwendung von Aluminiumoxidpulvern als Rohmaterialquelle hergestellt werden, sind auch zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 5 259 147 (Falz), 5 593 467 (Monroe) und 5 665 127 (Moltgen) zu finden. Andere geeignete Schleifkörnchen dürften für Fachleute auf dem Gebiet nach einer Durchsicht der vorliegenden Offenbarung offensichtlich werden.
Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung können 100% eines speziellen Typs und/oder Güteklasse von Schleifkörnchen oder Mischungen davon enthalten. Wenn eine Mischung von Schleifkörnchen vorliegt, können die Mischung bildenden Schleifkörnchentypen die gleiche Größe haben. Alternativ können die Schleifkörnchentypen unterschiedliche Partikelgrößen haben.
Die Schleifkörnchen können auch in der Form von Agglomeraten vorliegen. Schleifpartikelagglomerate umfassen typischerweise eine Vielzahl von Schleifpartikeln, ein Bindemittel und optionale Additive. Das Bindemittel kann organisch und/oder anorganisch sein. Schleifagglomerate können eine statistische Gestalt haben oder können eine mit diesen zusammenhängende vorbestimmte Gestalt haben. Die Gestalt kann ein Block, Zylinder, Pyramide, Münze, Quadrat oder dergleichen sein. Schleifpartikelagglomerate haben typischerweise Partikelgrößen im Bereich von etwa 4 bis etwa 15.000 Mikrometer, typischerweise etwa 600 bis etwa 1200 Mikrometer. Zusätzliche Details hinsichtlich der Schleifpartikelagglomerate sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 4 311 489 (Kressner), 4 652 275 (Bloecher et al.), 4 799 939 (Bloecher et al.), 5 549 962 (Holmes et al.) und 5 975 988 (Christianson) und den gleichzeitig anhängigen Anmeldungen mit den US-Serien-Nrn. 09/688 486, 09/688 484 und 09/688 444, eingereicht am 16. Oktober 2000, und 09/862 357, eingereicht am 22. Mai 2001, zu finden.
Ein bevorzugter Typ eines organischen, verbundenen Schleifpartikelagglomerats ist aus Schleifkörnchen und einem strahlungshärtbaren polymerisierbaren Bindemittelvorläufer gebildet, hat eine im Wesentlichen konstanten Querschnittsfläche und eine Bruchfestigkeit von höher als 1 pound (siehe z. B. die gleichzeitig anhängigen Anmeldungen mit den US-Serien-Nrn. 09/688 486, 09/688 484 und 09/688 444, eingereicht am 16. Oktober 2000).
Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung können weiter verdünnende Partikel, wie Marmor, Gips, Flint, Silica, Eisenoxid, Aluminiumsilikat und Glas (einschließlich Glasbläschen und Glaskügelchen) umfassen. Zum Beispiel kann der Schleif-Gegenstand ein Verdünnendes-Partikel-zu-Schleifkörnchen-Verhältnis zwischen 2 bis 50 Gew.-% aufweisen.
Beispiele für Gleitmittel zur Herstellung von Schleif-Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung schließen metallische Salze von Fettsäuren (z. B. Lithiumstearat, Zinkstearat), feste Gleitmittel (z. B. (Poly)tetrafluorethylen (PTFE), Graphit und Molybdändisulfid), Mineralöle und Wachse, Carbonsäureester (z. B. Butylstearat), Poly(dimethylsiloxan)gummi und Kombinationen davon ein. Solche Gleitmittel und kommerzielle Quellen davon sind im Fachbereich bekannt. Andere geeignete Gleitmittel dürften für Fachleute auf dem Gebiet nach einer Durchsicht der vorliegenden Offenbarung offensichtlich werden.
Schäumungsmittel, auch als "Treibmittel" bekannt, können ebenfalls zur Unterstützung der Vorsehung von Schleif-Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Allgemein enthält das vorformulierte gesättigte Polyol u.a. ausreichend Treibmittel, um ein Schäumen der Zusammensetzung zu bewirken. Für den Fall, dass Schaumstoffe mit einem höheren Lückenvolumen erwünscht sind, können zusätzliche oder andere Treibmittel enthalten sein, wie Wasser, niedrigsiedende Flüssigkeiten (z. B. Cyclopentan) und Chemikalien, die zersetzt werden unter Entstehung von Gasen (z. B. Azoverbindungen wie Azodicarbonimide). Alternativ, oder zusätzlich kann beispielsweise Luft (oder ein anderes Umweltgas) in die Zusammensetzung durch Verwirbeln oder Aufschäumen eingebracht werden oder mitgeführt werden.
Andere optionale Additive zur Herstellung von Schleif-Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung schließen Pigmente, wie Titandioxid oder Eisenoxid, Polymerisationskatalysatoren (z. B. Dibutylzinndilaurat, tertiäre Amine etc.), Schaumstabilisatoren (z. B. Tenside, wie Siloxan-Blockcopolymere), thermische oder UV-Stabilisatoren oder Antioxidanzien) und/oder Mahlhilfsstoffe ein.
Beispiele für Mahlhilfsstoffe zur Herstellung der Schleifgegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung schließen Wachse, organische Halogenidverbindungen, Halogenidsalze und Metalle ein. Solche Schleifhilfsstoffe und kommerziellen Quellen davon sind im Fachbereich bekannt. Andere geeignete Schleifhilfsstoffe dürften für Fachleute auf dem Gebiet nach einer Durchsicht der vorliegenden Offenbarung offensichtlich werden. Die organischen Halogenidverbindungen werden während des Abschleifens typischerweise aufgespalten und setzen eine Halogensäure oder eine gasförmige Halogenidverbindung frei. Beispiele für solche Materialien schließen chlorierte Wachse wie Tetrachlornaphthalin, Pentachlornaphthalin und Polyvinylchlorid ein. Beispiele für Halogenidsalze schließen Natriumchlorid, Kaliumkryolit, Natriumkryolit, Ammoniumkryolit, Kaliumtetrafluorborat, Natriumtetrafluorborat, Siliciumfluoride, Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid ein. Beispiele für Metalle schließen Zinn, Blei, Wismut, Kobalt, Antimon, Cadmium und Eisentitan ein. Andere Schleifhilfsstoffe schließen Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit und metallische Sulfide ein. Es liegt ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, eine Kombination unterschiedlicher Schleifhilfsstoffe zu verwenden. Der bevorzugte Schleifhilfsstoff ist Kryolit; der am meisten bevorzugte Schleifhilfsstoff ist Kaliumtetrafluorborat (KBF₄).
Typischerweise wird das gesättigte Polyol mit der Frei-Radikal-Quelle und optionalen Additiven, wie Gleitmitteln, vermischt, gefolgt von der Zusetzung und der Einmischung von Schleifkörnchen und optionalen Additiven wie Pigmenten. Der letzte zugesetzte und eingemischte Bestandteil ist typischerweise das gesättigte Polyisocyanat. Andere Mischreihenfolgen können jedoch ebenfalls nützlich sein. Die Schleifkörnchen und optionalen Additive, wie Gleitmittel, können in dem gesättigten Polyol dispergiert werden, zum Beispiel mit Hilfe eines Mischers, wie der zum Beispiel von Morehouse-COWLES, Fullerton, CA, unter der Handelsbezeichnung "DISCPERSER MIXER" verfügbare.
Die Bestandteile können auch gemeinsam vermischt werden, zum Beispiel mit Hilfe eines kontinuierlichen Mischers, wobei die Bestandteilströme durch Abmess-Vorrichtungen (z. B. Zahnradpumpen in den Mischer) abgemessen werden. Der Mischer weist vorzugsweise eine hochscherende Mischklinge auf. Kontinuierliche Mischer sind kommerziell zum Beispiel von der Edge Sweets Company, Grand Rapids, MI, unter der Handelsbezeichnung "FFH MIXER" verfügbar. Das gesättigte Polyol und nicht-schleifende optionale Additive können kontinuierlich in einen kontinuierlichen Mischer mit Hilfe beispielsweise einer Pumpe abgemessen werden, wie sie unter der Handelsbezeichnung "ZENITH GEAR PUMP" von der Zenith Products Division, Sanford, NC, verfügbar ist. Gegebenenfalls können das gesättigte Polyol und optionale Additive wie Gleitmittel oder Schleifadditive kontinuierlich in einen kontinuierlichen Mischer zum Beispiel mit Hilfe einer Pumpe abgemessen werden, wie sie unter der Handelsbezeichnung "MOYNO PROGRESSIVE CAVITY PUMP" (Modell FC2C SSE3 DAA) von Moyno, Inc., Springfield, OH, verfügbar ist. Gegebenenfalls können die Schleifkörnchen zugegeben werden, sodass der Abriebkontakt mit Pumpenteilen minimiert wird. Zum Beispiel können die Schleifkörnchen kontinuierlich in einen kontinuierlichen Mischer mit Hilfe einer Ein- oder Doppelschnecken-Volumendosiervorrichtung, wie sie unter der Handelsbezeichnung "K-TRON TWIN SCREW VOLUMETRIC FEEDER" (Modell T 35) von K-Tron-International, Inc., Pitman NJ. verfügbar ist, direkt in den Mischer abgemessen werden, statt sie in dem gesättigten Polyol im Voraus zu dispergieren. Das Polyisocyanat kann kontinuierlich in einen kontinuierlichen Mischer mit Hilfe beispielsweise einer Pumpe abgemessen werden, wie sie unter der Handelsbezeichnung "ZENITH GEAR PUMP" von Zenith Products Division, Sanford, NC, verfügbar ist.
Die Schleif-Gegenstände können allgemein unter Anwendung von im Fachbereich bekannten Techniken, einschließlich der Verwendung von Formen, gebildet werden. Zum Beispiel weisen geeignete Formen zur Herstellung von Schleifrädern einen Ring mit dem/der geeigneten gewünschten Durchmesser und Höhe auf, haben eine obere und untere Versiegelungsfläche (Formplatte) und einen Kernlochstift durch das Zentrum der oberen und unteren Platten. Geeignete Formen, einschließlich Materialien (z. B. Metall, Pappe bzw. Karton, Fiberglas, phenolische und plastische Materialien) zur Konstruktion von Formen sind im Fachbereich allgemein bekannt. Ein Trägermaterial (z. B. mit Silikon beschichtetes Papier) kann zur Erleichterung der Entfernung des Schleif-Gegenstands von der Form verwendet werden.
Die Mischung aus gesättigtem Polyol/gesättigtem Polyisocyanat/Frei-Radikal-Quelle/etc. dehnt sich während des Härtens typischerweise aus. Eine solche Ausdehnung sollte bei der Auswahl und beim Befüllen der Form berücksichtigt werden, ebenso wie das gewünschte Lückenvolumen oder die Dichte des Schleif-Gegenstands.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, nimmt man an, dass das Durometer oder die Härte des Schleif-Gegenstands beträchtlich durch das Schleifkörnchen/Polymer-Verhältnis (AG/P) beeinflusst wird, wobei Polymer in diesem Zusammenhang sich auf das polymere Reaktionsprodukt des Polyisocyanats und des Polyols bezieht. Die Durometer-Gradeinteilungen reichen von Shore A für weiche Materialien bis Shore D für festere Materialien. Für bevorzugte Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung ist Shore A ein Indikator für die Anpassungsfähigkeit und Härte des zellulären polymeren Materials. Die Flexibilität und die Schleifleistung von Schleif-Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel durch Einstellen des Schleifkörnchen/Polymer-Verhältnisses eingestellt werden. Zum Beispiel führt ein AG/P-Verhältnis von bis zu etwa 0,33 typischerweise zu einem flexiblen, zellulären polymeren Material, aber mit einer relativ gesehen niedrigeren Schneiderate. Ein AG/P-Verhältnis von etwa 0,5 oder höher führt typischerweise zu härteren zellulären polymeren Materialien und Schleif-Gegenständen, welche eine relativ geringere Anpassungsfähigkeit und relativ höhere Schneideraten zeigen.
Die Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung haben eine Dichte von mindestens 0,1 g/cm³, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,6 g/cm³ und einen Shore-A-Härteprüfwert im Bereich von 10 bis 50.
Für Schleif-Gegenstände, die feine Körnungen (typischerweise ANSI 400 und feiner) der Schleifkörnchen umfassen, befinden sich die Schleifkörnchen typischerweise in den Zellwänden des polmyeren Materials. Weiterhin nimmt man an, dass die in den Zellwänden befindlichen Schleifkörnchen als ein Füllmaterial fungieren und den resultierenden Schaumstoff versteifen.
Für Gegenstände, die mit einer geschlossenen Form gebildet werden (d. h. einer Form, wo der Schaumstoffvorläufer hinzugefügt wird und die Form versiegelt wird) tendiert ein Überfüllen der Formen dazu, die Menge an Lückenraum zu verringern, was die Tendenz hat, zu einer Zunahme der Dichte des Gegenstands und einer allgemeinen Abnahme der Schaumstoffanpassungsfähigkeit zu führen.
Die Mischung aus gesättigtem Polyol/gesättigtem Polyisocyanat/Frei-Radikal-Quelle/etc. wird in der Regel mit Wärme gehärtet. Typischerweise erfolgt das Härten in zwei eigenen Stufen, die als ein "Härten" und ein "Nachhärten" bezeichnet werden. Zunächst wird die Mischung gehärtet (d. h. im Wesentlichen durch die Reaktion des gesättigten Polyols und des gesättigten Polyisocyanats gebildet), während die Form auf einer ersten Temperatur gehalten wird. Anschließend wird eine zweite Härtungsstufe (d. h. eine Nachhärtung) durch Erwärmen des Gegenstands auf eine zweite Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, bewerkstelligt. Bei der zweiten Temperatur sieht die Frei-Radikal-Quelle einen zusätzlichen Härtungsschritt vor, um den Gegenstand für den Gebrauch geeigneter zu machen. Die zweite(n) Temperatur(en) ist ausreichend hoch und wird über einen ausreichenden Zeitraum beibehalten, um die Frei-Radikal-Quelle zu zersetzen, sodass die Härtung in der zweiten Stufe im Wesentlichen zu Ende geführt wird. Zum Beispiel wird die Mischung typischerweise auf eine Temperatur(en) im Bereich von etwa 25°C bis etwa 100°C (oder eine Temperatur, die 50°C unter der Zersetzungstemperatur der Frei-Radikal-Quelle liegt, welche auch immer niedriger ist) für mehrere Minuten bis Stunden (noch üblicher für etwa 45–60 Minuten) erwärmt und auf dieser/diesen Temperatur(en) gehalten.
Es liegt innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, Einweg-Formringe in Kombination mit Trägermaterialien bzw. Trennauskleidungen auf den obereren und unteren Metallformplatten zu verwenden. Zum Beispiel kann ein spiralförmig gewickeltes Papperohr als Einweg-Formring verwendet werden. Das Rohr kann um die untere Formplatte zentriert sein, die reaktive Zusammensetzung kann in das Innere des Rohrs abgegeben werden, die obere Formplatte kann auf die Oberseite des Rohrs aufgebracht sein und festgeklemmt sein, um die sich daraus ergebende Formanordnung sicher zu halten. Ein derartiger Formaufbau kann ein teilweises Härten für relativ gesehen kürzere Entformungszeiten ermöglichen, wobei der in dem Papperohr enthaltene, teilweise gehärtete Gegenstand aus der Formanordnung entfernt wird und dann weiter gehärtet wird.
Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung werden typischerweise vor dem Gebrauch einer Nachbehandlung der Oberfläche unterzogen (d. h. Außenhautschichten des Gegenstands werden entfernt).
Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung haben vorzugswesie eine Glasübergangstemperatur, T_g (gemessen wie weiter unten für Schleifräder von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel D beschrieben), im Bereich von etwa –60°C bis etwa 50°C (stärker bevorzugt im Bereich von etwa 0°C bis etwa 40°C. Schleifräder mit T_g's außerhalb der bevorzugten Bereiche – obgleich nützlich – tendieren dazu, mehr unerwünschte Charakteristika, wie ein Rattern, zu zeigen. Weiterhin tendieren zum Beispiel Schleifräder mit T_g's von niedriger als etwa –20°C dazu, relativ elastisch zu sein, wohingegen Schleifräder mit T_g's von höher als etwa 50°C dazu tendieren, relativ steif zu sein. Schleifräder mit T_g's innerhalb des bevorzugten Bereichs sind anpassungsfähig und zeigen die erwünschten vibrationsdämpfenden Charakteristika (d. h. sie zeigen kein Rattern während des Gebrauchs). Bevorzugte Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung neigen auch dazu, kein "Abschmieren" während des Gebrauchs zu zeigen. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, nimmt man an, dass das Vorhandensein der Frei-Radikal-Quelle das Vernetzen zwischen den Polymerketten bewirkt, was zu verbesserten thermischen Charakteristika des Polymermaterials führt (z. B. einer besseren Hochtemperaturleistung und einem verminderten Abschmieren). Weiterhin wurde beobachtet, dass die Zugabe einer Frei-Radikal-Quelle, wie von Peroxid, den T_g-Bereich verbreitert, wodurch es ermöglicht wird, dass sich die verbesserten Schleif-Gegenstand-Leistungscharakteristika über einen breiteren Temperaturbereich einstellen. Zum Beispiel arbeiten bevorzugte Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung reibungsloser und zeigen ein geringeres Rattern als herkömmliche Räder. Weitere Leistungsverbesserungen wurden mit der weiteren Zugabe eines Gleitmittels beobachtet. Zum Beispiel wird ein Abschmieren mit der Zusetzung eines Gleitmittels weiter vermindert oder ausgeschlossen.
Das Abschleifen mit Schleif-Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung kann trocken oder nass erfolgen. Für das Nass-Schleifen kann die Flüssigkeit in der Form eines leichten Nebels bis zum völligen Überfluten bereitgestellt werden. Beispiele für häufig verwendete Flüssigkeiten schließen ein: Wasser, wasserlösliches Öl, organisches Gleitmittel und Emulsionen. Die Flüssigkeit kann zur Verringerung der Wärme in Zusammenhang mit dem Abschleifen dienen und/oder als Gleitmittel fungieren. Die Flüssigkeit kann kleinere Mengen an Additiven enthalten, wie Bakterizid, Antischaummittel und dergleichen. Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung können mit außen aufgebrachten Schleifverbindungen verwendet werden, wie jene, die als Polier- oder Schwabbelverbindungen bekannt sind.
Schleif-Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung können zum Abschleifen von Werkstücken, wie Aluminium und Aluminiumlegierungen, Kohlenstoffstählen, Weichstählen, Werkzeugstählen, rostfreiem Stahl, gehärtetem Stahl, Messing, Titan, Glas, Keramik, Holz, holzartigen Materialien, Kunststoffen, Lack, lackierten Oberflächen, organischen beschichteten Oberflächen und dergleichen eingesetzt werden.
Die Vorteile und Ausführungsformen dieser Erfindung werden weiter durch die nachfolgenden Beispiele erläutert, doch die in diesen Beispielen angeführten speziellen Materialien und deren Mengen sowie andere Bedingungen und Details sollten nicht in unangemessener Weise diese Erfindung einschränken. Alle Teil- und Prozentangaben sind gewichtsbezogen, wenn nichts anderes angegeben ist.
Beispiele
Beispiel 1
Ein Schleifrad wurde wie folgt hergestellt. Eine Mischung wurde durch Kombinieren von 150 Gramm eines vorformulierten gesättigten Polyols (erhalten unter der Handelsbezeichnung "MILLOXANE 7209A" von der Polyurethane Specialties Company, Inc., Lyndhurst, NJ), 15 Gramm Lithiumstearat-Gleitmittelpulver und 6 Gramm t-Butylperoctoat (einer thermisch aktivierten Frei-Radikal-Quelle; erhalten von AKZO Chemicals, Inc., Pasadena, TX, unter der Handelsbezeichnung "TRIGONOX 21-OP050") hergestellt. Die Mischung wurde kräftig mit hoher Geschwindigkeit mit einem herkömmlichen dreiarmigen Labor-Luftmotormischer gerührt.
Als das Lithiumstearat gut dispergiert war, wurden 150 Gramm eines vorformulierten gesättigten Polyisocyanats (erhalten unter der Handelsbezeichnung "MILLOXANE 7209B" von der Polyurethane Specialties Company, Inc., Lyndhurst, NJ) der Mischung ohne Rühren zugegeben, gefolgt von 60 Gramm grünem Siliciumcarbid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 14,7 Mikrometer (Dv 50%, wie durch einen Multiklassierer gemessen, erhalten unter der Handelsbezeichnung GC800" von der Fujimi Corporation, Elmhurst, IL). Diese zusätzlichen Komponenten wurden danach gut in die Mischung mit hoher Geschwindigkeit mit dem Luftmotormischer etwa 20 Sekunden lang eingemischt. Die Startzeit für dieses Schaumstoffsystem, welches für das Mischen ohne eine sofortige Reaktion ausreichend Zeit erlaubt, war etwa 21 Sekunden.
Das sich daraus ergebende Mischmaterial wurde schnell und bei minimaler Verschwendung zu einer Stahlform mit einem Durchmesser von 20,6 cm (8,125 Inch), einer 5,1 cm (2 Inch) tiefen Vertiefung mit einem Trägermaterial auf dem Boden übertragen. Ein Fiberglaskern mit einem Durchmesser von 7,6 cm (3 Inch) mit einem Gewicht von etwa 100 Gramm war in die Mitte der Form platziert worden. Die Form war auf 54°C (130°F) vorerwärmt worden. Das "gemischte" Material wurde in der Form gleichmäßig verteilt, eine weitere Trägermaterialschicht wurde aufgebracht, und die Form wurde abschließend fest bedeckt, um eine geschlossene Form während der Reaktion der Komponenten beizubehalten. Die gefüllte Form wurde in einen auf 54°C (130°F) erhitzten Ofen gestellt. Nach 1 Stunde wurde der resultierende Gegenstand aus der Form entnommen und 3 Stunden lang in einen auf 110°C (230°F) erhitzten Ofen gestellt. Das resultierende Schleifrad war 5,1 cm (2 Inch) dick und hatte einen Innendurchmesser von 7,6 cm (3 Inch) und einen Außendurchmesser von 20,6 cm (8,125 Inch). Das Schleifrad wog 467 Gramm, hatte ein AG/P-Verhältnis von 0,2, eine Dichte von 0,25 g/cm³ (4,2 g/in³), einen Shore-A-Härteprüfwert von 29–31 und ein Lückenvolumen von 80,5%.
Die Arbeitsfläche des Rades wurde mit einem Schleifwerkzeug einer Nachbearbeitung der Oberfläche unterzogen, um die Oberflächenhaut des Rades zu entfernen.
Ein Schleifrad von Beispiel 1 wurde auf einer Drehmaschine mit stufenlos einstellbarer Geschwindigkeit festgemacht (erhalten unter der Handelsbezeichnung "HAMMOND POLISHING AND BUFFING LATHE" von Hammond Roto-Finish, Kalamazoo, MI). Die Peripherie des rotierenden Schleifrads von Beispiel 1 wurde topisch mit einer leichten Schicht aus einer Stahl-Hochglanzpolierverbindung (erhalten von Foraamax, Detroit, MI, unter der Handelsbezeichnung "HIGH COLORING GRADE", Produkt #515106-DR) beschichtet. Ein Titan-Werkstück (Golfschlägerkopf) wurde mit dem rotierenden Rad (1800 U/min (etwa 3770 SFPM)) unter Anwendung von Handdruck (entspricht einer Belastung von etwa 1,4–2,3 kg (etwa 3–5 lbs.)) etwa 3–5 Sekunden lang auf verschiedenen Bereichen des Werstücks in Kontakt gebracht. Es wurde eine sehr feine, nahezu Hochglanzpolitur erhalten.
Beispiel 2
Das Schleifrad von Beispiel 2 wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass Wasser der Mischung zugesetzt wurde, um einen Schaumstoff von geringerer Dichte zu erzeugen, und die Mischung enthielt 102 Gramm des vorformulierten gesättigten Polyols ("MILLOXANE 7209A"), 122,2 Gramm des vorformulierten Polyisocyanats ("MILLOXANE 7209B"), 45 Gramm grünes Siliciumcarbid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 14,7 Mikrometer (Dv 50%; "GC800"), 11,25 Gramm Lithiumstearat, 4,5 Gramm t-Butylperoctoat ("TRIGONOX 21-OP050") und 0,77 Gramm entionisiertes Wasser.
Das resultierende Schleifrad war 5,1 cm (2 Inch) dick und hatte einen Innendurchmesser von 7,6 cm (3 Inch) und einen Außendurchmesser von 20,6 cm (8,125 Inch). Das Schleifrad wog 373 Gramm, hatte ein AG/P-Verhältnis von 0,2, eine Dichte von 0,19 g/cm³ (3,2 g/in³), einen Shore-A-Härteprüfwert von 18–20 und ein Lückenvolumen von 85,5%.
Die Arbeitsfläche des Rades wurde mit einem Schleifwerkzeug bearbeitet, um die Oberflächenhaut des Rades zu entfernen.
Beispiel 3
Das Schleifrad von Beispiel 3 wurde wie folgt hergestellt. Eine Mischung wurde durch Kombinieren von 11.495 Gramm des vorformulierten gesättigten Polyols ("MILLOXANE 7209A"), 1266 Gramm Lithiumstearat-Gleitmittelpulver, 508 Gramm t-Butylperoctoat ("TRIGONOX 21-OP050"), 86,2 Gramm entionisiertem Wasser und 267,8 Gramm Eisenoxidpulver (als Pigment) hergestellt. Diese Mischung wurde kräftig mit hoher Geschwindigkeit mit einem industriellen Mischer umgerührt (erhalten unter der Handelsbezeichnung "COWLES "DISCPERSER" von Morehouse-COWLES, Fullerton, CA) umgerührt.
Als das Lithiumstearat gut dispergiert war, wurden 5448 Gramm grünes Siliciumcarbid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 14,7 Mikrometer (Dv 50% "GC800") der Mischung zugegeben und vermischt, bis die Mischung gut dispergiert war. Die Mischung wurde mit einer Rate von 930 g/min mit einer Pumpe (erhalten unter der Handelsbezeichnung "MOYNO PROGRESSIVE CAVITY PUMP" von Moyno, Inc., Springfield, OH) in eine Einlassöffnung des Mischkopfes eines Mischers (erhalten unter der Handelsbezeichnung "FFH MIXER" von der Edge Sweets Company, Grand Rapids, MI) gepumpt. Das vorformulierte Polyisocyanat ("MILLOXANE 7209B") wurde mit einer Rate von 676 g/min mit einer Zahnradpumpe (erhalten unter der Handelsbezeichnung "ZENITH GEAR PUMP" von Zenith Products Division, Sanford, NC) in die andere Einlassöffnung des Mischkopfes des Mischers gepumpt. Der Mischkopf vereinte und vermischte kräftig die Einlassströme.
Das sich daraus ergebende Mischmaterial wurde 25 Sekunden lang in einen Ausschussproduktbehälter geleitet, um die Mischung sich stabilisieren zu lassen. Nach 25 Sekunden wurde das Mischmaterial 210 Sekunden lang in eine Pappe- und Stahlform mit einem Durchmesser von 30,5 cm (12 Inch), eine 30,5 cm (12 Inch) tiefe Vertiefung mit einem Trägermaterial geleitet. Ein Fiberglaskern mit einem Durchmesser von 12,7 cm (5 Inch) mit einem Gewicht von etwa 1006 Gramm war in die Mitte der Form platziert worden. Die Form hatte Raumtemperatur. Das "gemischte" Material wurde in der Form gleichmäßig verteilt, eine Trägermaterialschicht wurde aufgebracht, und die Form wurde fest abschließend bedeckt, um eine geschlossene Form während der Reaktion des Systems zu beizubehalten. Die gefüllte Form wurde in einen auf 54°C (130°F) erhitzten Ofen gestellt. Nach 1 Stunde wurden die oberen und unteren Stahlplatten der Form entfernt und der Schleif-Gegenstand, der sich immer noch im dem Pappe-Formrohr befand, wurde für weitere 6 Stunden in einen auf 110°C (230°F) erhitzten Ofen gestellt.
Der resultierende Schleif-Gegenstand war 30,5 cm (12 Inch) dick und hatte einen Innendurchmesser von 12,7 cm (5 Inch) und einen Außendurchmesser von 30,5 cm (12 Inch) und wog 8764 Gramm (6173 Gramm ohne das Pappe-Formrohr). Dieser Schleif-Gegenstand wurde in Räder von 5,1 cm (2 Inch) Dicke geschnitten. Das Schleifrad wog nach der Entfernung der Pappe und einer Nachbearbeitung der Oberfläche auf etwa 27,9 cm (11 Inch) Außendurchmesser 824 Gramm, hatte ein AG/P-Verhältnis von 0,2, eine Dichte von 0,29 g/cm³ (4,8 g/in³), einen Shore-A-Härteprüfwert von 30 und ein Lückenvolumen von 78,5%.
Beispiel 4
Das Schleifrad von Beispiel 4 wurde wie folgt hergestellt. Eine Mischung wurde durch Kombinieren von 11,495 Gramm eines vorformulierten Polyols ("MILLOXANE 7209A"), von 1266 Gramm des Lithiumstearat-Gleitmittelpulvers, 508 Gramm t-Butylperoctoat ("TRIGONOX 21-OP050"), 86,2 Gramm entionisiertem Wasser und 267,8 Gramm blauem Pigment (erhalten unter der Handelsbezeichnung "blue paste 16S895" von Penn Color Inc., Doylestown, PA) hergestellt. Diese Mischung wurde kräftig mit hoher Geschwindigkeit mit einem industriellen Mischer ("COWLES DISCPERSER") umgerührt.
Als das Lithiumstearat gut dispergiert war, wurden 5448 Gramm grünes Siliciumcarbid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 14,7 Mikrometer (Dv 50% "GC800") der Mischung zugegeben und vermischt, bis die Mischung gut dispergiert war. Die Mischung wurde mit einer Rate von 1489 g/min mit einer Pumpe ("MOYNO PROGRESSIVE CAVITY PUMP") in eine Einlassöffnung des Mischkopfes eines Mischers ("FFH MIXER") gepumpt. Das vorformulierte Polyisocyanat ("MILLOXANE 7209B") wurde mit einer Rate von 1098 g/min mit einer Zahnradpumpe ("ZENITH GEAR PUMP") in die andere Einlassöffnung des Mischkopfes des Mischers gepumpt. Der Mischkopf vereinte und vermischte die Einlassströme kräftig.
Das sich daraus ergebende gemischte Material wurde 25 Sekunden lang in einen Ausschussproduktbehälter geleitet, um die Mischung sich stabilisieren zu lassen. Nach 25 Sekunden wurde das gemischte Material 100 Sekunden lang in eine Pappe- und Stahlform mit einem Trägermaterial und einem Durchmesser von 30,5 cm (12 Inch) und einer 30,5 cm (12 Inch) tiefen Vertiefung geleitet. Ein Fiberglaskern mit einem Durchmesser von 12,7 cm (5 Inch) mit einem Gewicht von etwa 1006 Gramm war in die Mitte der Form platziert worden. Die Form hatte Raumtemperatur. Das "gemischte" Material wurde in der Form gleichmäßig verteilt und es wurde ein Trägermaterial aufgebracht. Die Form wurde danach fest abschließend bedeckt, um eine geschlossene Form während der Reaktion des Systems beizubehalten. Die gefüllte Form wurde in einen auf 54°C (130°F) erhitzten Ofen gestellt. Nach 1 Stunde wurden die oberen und unteren Stahlplatten der Form entfernt und der Schleif-Gegenstand, der sich immer noch im dem Pappe-Formrohr befand, wurde in einen auf 110°C (230°F) erhitzten Ofen gestellt und im Ofen bei 110°C (230°F) 6 Stunden lang belassen.
Der resultierende Schleif-Gegenstand war 30,5 cm (12 Inch) dick und hatte einen Innendurchmesser von 12,7 cm (5 Inch) und einen Außendurchmesser von 30,5 cm (12 Inch) und wog 7841 Gramm (5250 Gramm ohne das Pappe-Formrohr). Der Schleif-Gegenstand wurde in Räder von 5,1 cm (2 Inch) Dicke geschnitten. Das Schleifrad wog nach der Entfernung der Pappe und einer Nachbearbeitung der Oberfläche auf etwa 27,9 cm (11 Inch) Außendurchmesser 711 Gramm, hatte ein AG/P-Verhältnis von 0,2, eine Dichte von 0,24 g/cm³ (3,9 g/in³), einen Shore-A-Härteprüfwert von 20 und ein Lückenvolumen von 82,0%.
Beispiel 5
Das Schleifrad von Beispiel 5 wurde wie folgt hergestellt. Eine Mischung wurde durch Kombinieren von 200 Gramm Polypropylenglykoltriol (erhalten unter der Handelsbezeichnung "ARCOL 11-27" von Bayer, Pittsbury, PA), 15 Gramm Lithiumstearat-Gleitmittelpulver, 4,5 Gramm entionisiertem Wasser, 4 Gramm Diethanolamin (einem reaktiven Polyisocyanat-Vernetzer, erhalten von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI), 2 Gramm Amin-Katalysator (erhalten unter der Handelsbezeichnung "NIAX A-300" von Witco, Greenwich, CN), 2 Gramm Stabilisator (erhalten unter der Handelsbezeichnung "NIAX L-3001" von Witco, Greenwich, CN) und 6 Gramm t-Butylperoctoat ("TRIGONOX 21-OP050") hergestellt. Die Mischung wurde kräftig mit hoher Geschwindigkeit mit einem herkömmlichen dreiarmigen Labor-Luftmotormischer gerührt.
Als das Lithiumstearat gut dispergiert war, wurden 100 Gramm Polyisocyanat (erhalten unter der Handelsbezeichnung "ISONATE 2143L" von Dow Chemical Co., Midland, MI) der Mischung ohne Umrühren zugegeben, gefolgt von 60 Gramm grünem Siliciumcarbid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 14,7 Mikrometer (Dv 50%; GC800"). Diese zusätzlichen Komponenten wurden danach gut in die Mischung mit hoher Geschwindigkeit mit dem Luftmotormischer etwa 10 Sekunden lang eingemischt.
Das sich daraus ergebende gemischte Material wurde schnell und bei minimaler Verschwendung zu einer Stahlform mit einem Durchmesser von 20,6 cm (8,125 Inch), einer 5,1 cm (2 Inch) tiefen Vertiefung mit einem Trägermaterial übertragen. Ein Fiberglaskern mit einem Durchmesser von 3,2 cm (1,25 Inch) mit einem Gewicht von etwa 45 Gramm war in die Mitte der Form platziert worden. Die Form war auf 54°C (130°F) vorerwärmt worden. Das "gemischte" Material wurde in der Form gleichmäßig verteilt, eine Trägermaterialschicht wurde aufgebracht, und die Form wurde fest bedeckt, um eine geschlossene Form während der Reaktion des Systems beizubehalten. Die gefüllte Form wurde in einen auf 54°C (130°F) erhitzten Ofen gestellt. Nach 30 Minuten wurde der resultierende Gegenstand aus der Form entnommen und 6 Stunden lang in einen auf 100°C (230°F) erhitzten Ofen gestellt. Das resultierende Schleifrad war 5,1 cm (2 Inch) dick und hatte einen Innendurchmesser von 3,2 cm (1,25 Inch) und einen Außendurchmesser von 20,6 cm (8,125 Inch). Das Schleifrad wog 382 Gramm, hatte ein AG/P-Verhältnis von 0,2, eine Dichte von 0,21 g/cm³ (3,4 g/in³), einen Shore-A-Härteprüfwert von 17 und ein Lückenvolumen von 82,5%.
Die Arbeitsfläche des Rades wurde mit einem Schleifwerkzeug einer Nachbehandlung der Oberfläche unterzogen, um die Oberflächenhaut des Rades zu entfernen.
Vergleichsbeispiele A, B, C, D und E
Das Rad von Vergleichsbeispiel A wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass keine Schleifkörnchen, keine Frei-Radikal-Quelle oder Gleitmittel verwendet wurde; es wurde ein 3,2-cm-(1,25-Inch-)Fiberglaskern verwendet; das anfängliche Härten erfolgte 1 Stunde lang bei 54°C (130°F), und das Nachhärten erfolgte 6 Stunden lang bei 100°C (212°F). Das Rad hatte eine Dichte von 0,40 g/cm³ (6,51 g/in³) und einen Shore-A-Härteprüfwert von 15–16.
Das Rad von Vergleichsbeispiel B wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass keine Schleifkörnchen oder Gleitmittel verwendet wurde; ein 3,2-cm-(1,25 Inch-)-Fiberglaskern wurde verwendet; das anfängliche Härten erfolgte 1 Stunde lang bei 54°C (130°F), und das Nachhärten erfolgte 6 Stunden lang bei 100°C (212°F). Das Rad hatte eine Dichte von 0,41 g/cm³ (6,72 g/in³) und einen Shore-A-Härteprüfwert von 18–20.
Das Schleifrad von Vergleichsbeispiel C wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass keine Frei-Radikal-Quelle verwendet wurde; ein 3,2-cm-(1,25-Inch-)-Fiberglaskern wurde verwendet; das anfängliche Härten erfolgte 1 Stunde lang bei 54°C (130°F), und das Nachhärten erfolgte 6 Stunden lang bei 100°C (212°F). Das Schleifrad hatte eine Dichte von 0,48 g/cm³ (7,85 g/in³) und einen Shore-A-Härteprüfwert von 20–21.
Das Schleifrad von Vergleichsbeispiel D wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass keine Frei-Radikal-Quelle verwendet wurde und das Nachhärten bei 54°C (130°F) 3 Stunden lang erfolgte. Das erhaltene Schleifrad war 5,1 cm (2 Inch) dick und hatte einen Innendurchmesser von 7,6 cm (3 Inch) und einen Außendurchmesser von 20,6 cm (8,125 Inch). Das Schleifrad wog 459 Gramm, hatte ein AG/P-Verhältnis von 0,2, eine Dichte von 0,25 g/cm³ (4,1 g/in³), einen Shore-A-Härteprüfwert von 22–24 und ein Lückenvolumen von 81,8%.
Das Schleifrad von Vergleichsbeispiel E wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein Gleitmittel aus granulärem Zinkstearat in einer höheren Beladung an Stelle von Lithiumstearatpulver verwendet wurde, keine Frei-Radikal-Quelle vorhanden war und das Nachhärten bei 54°C (130°F) 3 Stunden lang erfolgte. Weiterhin wurde das Rad durch Kombinieren von 112 Gramm Zinkstearat (mit einer Mesh-Größe von weniger als 325; erhalten unter der Handelsbezeichnung "BE" von Struktol Company of America, Stow, OH), 375 Gramm eines vorformulierten gesättigten Polyols ("MILLOXANE 7209A"), 375 Gramm eines vorformulierten gesättigten Polyisocyanats ("MILLOXANE 7209B") und 225 Gramm grünem Siliciumcarbid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 17,9 Mikrometern (DV 50%; erhalten unter der Handelsbezeichnung "GC700" von Fujimi Corporation) hergestellt.
Das sich daraus ergebende gemischte Material wurde schnell und bei minimaler Verschwendung zu einer Stahlform mit einem Trägermaterial im Boden einer Vertiefung von 31,8 cm (12,5 Inch) Durchmesser und 5,1 cm (2 Inch) Tiefe übertragen. Ein Fiberglaskern mit einem Durchmesser von 12,7 cm (5 Inch) mit einem Gewicht von etwa 163 Gramm war in die Mitte der Form platziert worden und ein Trägermaterial wurde vor dem Verschließen der Form aufgebracht. Die Form war auf 54°C (130°F) vorerwärmt worden. Das resultierende Schleifrad war 5,1 cm (2 Inch) dick und hatte einen Innendurchmesser von 12,7 cm (5 Inch) und einen Außendurchmesser von 31,8 cm (12,5 Inch). Das Schleifrad wog 1167 Gramm, hatte ein AG/P-Verhältnis von 0,3, eine Dichte von 0,34 g/cm³ (5,5 g/in³) und einen Shore-A-Härteprüfwert von 30–32.
Die Arbeitsfläche jedes der Vergleichsräder (d. h. Vergleichsbeispiel A–E) wurde mit einem Schleifwerkzeug einer Nachbehandlung der Oberfläche unterzogen, um die Oberflächenhaut der Räder zu entfernen.
Bewertungen der Räder
Die Räder der Vergleichsbeispiele A–E, sowie ein Schleifrad von Beispiel 3 wurden jeweils auf einer Drehmaschine mit stufenlos einstellbarer Geschwindigkeit mit einem Titan-Werkstück wie in Beispiel 1 beschrieben bewertet, mit der Ausnahme, dass die Hochglanzpolierverbindung nicht verwendet wurde. Ein Abschmieren war für jedes Rad der Vergleichsbeispiele A–E festzustellen. Die Räder der Vergleichsbeispiele A–E hinterließen ebenfalls einen Rückstand. Das Rad von Beispiel 3 schmierte nicht ab und hinterließ auch keinen Rückstand.
Die Glasübergangstemperatur, Tg, der polymeren Matrix eines Schleifrades von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel D wurde mit Hilfe einer herkömmlichen Thermoanalysegerätschaft bestimmt (erhalten unter den Handelsbezeichnungen "RHEOMETRICS SOLIDS ANALYZER II" und eines "DYNAMIC TEMPERATURE RAMP DEFAULT TEST" (ein Testprotokoll mittels Computersoftware, die mit dem Instrument versehen ist) von Rheometric Scientific, Inc., Piscataway, NJ). 40 mm × 8 mm × 2,5 mm große Testexemplare wurden in einer Folienfaser-Fixiervorrichtung (ausgestattet mit dem Instrument) festgemacht und von –30°C bis 200°C mit einer linear ansteigenden Rate von 10°C/Minute und einer Frequenz von 6,28 Hz im Zugmodus bewertet. Beide Proben hatten eine T_g von 22°C, wie durch den Peak der tan-δ-Kurve gemessen (siehe die 4, worin die Linie 42 die tan-δ-Kurve für das Beispiel 2 ist und; die Linie 44 die tan-δ-Kurve für das Vergleichsbeispiel D ist). Für das Beispiel 2 jedoch ergab sich eine Verbreiterung der tan-δ-Kurve. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, nimmt man an, dass diese Verbreiterung auf die Vernetzungsreaktion zurückzuführen war, die sich durch das Vorhandensein der Frei-Radikal-Quelle beim Nachhärten der Mischung ergab.
Ein Schleifrad von Beispiel 2 wurde auf der Drehmaschine mit stufenlos einstellbarer Geschwindigkeit mit einem Titan-Werkstück wie in Beispiel 1 beschrieben bewertet, mit der Ausnahme, dass die Hochglanzpolierverbindung nicht verwendet wurde. Das Rad lief reibungslos, wie man beobachten konnte.
Verschiedene Modifizierungen und Veränderungen dieser Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen, und es sollte sich verstehen, dass diese Erfindung nicht in unangemessener Weise auf die hierin dargelegten veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

Schleifgegenstand, umfassend Schleifpartikel, Gleitmittel und polymeres Reaktionsprodukt von Komponenten, die gesättigtes Polyol, gesättigtes Polyisocyanat und eine Quelle von freien Radikalen umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifgegenstand ein Hohlraumvolumen von mindestens 25 Prozent, eine Dichte im Bereich von 0,1 g/cm³ bis 1,2 g/cm³ und einen Shore-A-Härteprüfwert im Bereich von 10 bis 50 besitzt.
Schleifgegenstand gemäß Anspruch 1, welcher ein Schleifrad ist.
Schleifgegenstand gemäß Anspruch 1 oder 2 mit einem Hohlraumvolumen von mindestens 50 Prozent.
Schleifgegenstand gemäß Anspruch 1 bis 3 mit einem Hohlraumvolumen im Bereich von 75 bis 90 Prozent.
Schleifgegenstand gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Quelle von freien Radikalen aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Peroxid, Azoverbindungen, Persulfaten und Kombinationen davon besteht.
Schleifgegenstand gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gleitmittel ein Gleitmittel enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallsalzen von Fettsäuren, festen Gleitmitteln, Estern von Fettsäuren, Mineralölen und Wachsen und Kombinationen davon besteht.
Schleifgegenstand gemäß Anspruch 6, wobei das Gleitmittel ein Gleitmittel enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lithiumstearat, Zinkstearat, Polytetrafluorethylen, Graphit, Molybdändisulfid, Butylstearat, Polydimethylsiloxangummi und Kombinationen davon besteht.
Schleifgegenstand gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schleifpartikel Siliciumcarbid enthalten.
Schleifgegenstand gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das polymere Reaktionsprodukt eine T_g im Bereich von etwa –60°C bis etwa 50°C besitzt.
Schleifgegenstand gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Polyisocyanat- und Polyolkomponenten einen Isocyanatindex im Bereich von 80 bis 120 bereitstellen und wobei das Gewichtsverhältnis der Quelle von freien Radikalen zum polymeren Reaktionsprodukt des gesättigten Polyols und des gesättigten Polyisocyanats im Bereich von 1:1000 bis 1:10 liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend: das Vereinigen von Komponenten, umfassend gesättigtes Polyol, gesättigtes Polyisocyanat, eine Quelle von freien Radikalen, ein Gleitmittel und Schleifpartikel, zur Bereitstellung einer härtbaren Zusammensetzung; gekennzeichnet durch das Härten der härtbaren Zusammensetzung zur Bereitstellung eines Schleifgegenstands mit einem Hohlraumvolumen von mindestens 25 Prozent, einer Dichte im Bereich von 0,1 g/cm³ bis 1,2 g/cm³ und einem Shore-A-Härteprüfwert im Bereich von 10 bis 50.