DE69309420T2

DE69309420T2 - Verbundschleifmittel mit gesteuerter Abnützung, Gegenstände die diese beinhalten, und Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung

Info

Publication number: DE69309420T2
Application number: DE69309420T
Authority: DE
Inventors: Louis D Hibbard
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1992-12-31
Filing date: 1993-12-30
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2013-12-31
Also published as: EP0605008A1; EP0605008B1; ATE150999T1; CA2107955A1; US5342419A; DE69309420D1; US5518512A; ES2099895T3; KR940013731A; JPH06206167A

Description

Diese Erfindung betrifft einen Schleifgegenstand, der eine Mehrzahl von Schleifmittelteilchen und ein tonmodifiziertes Bindemittel umfaßt. Der Tonzusatz ermöglicht, daß das Bindemittel eine gesteuerte Abnutzung aufweist.
Schleifgegenstände umfassen typischerweise eine Mehrzahl von Schleifmittelteilchen und ein Bindemittel. In beschichteten Schleifgegenständen ist das Bindemittel auf einem Träger aufgebracht, und das Bindemittel kann herkömmliche Bindemittel- und Deckschichtharze umfassen, die Schleifmittelteilchen an den Träger binden, oder die Schleifmittelteilchen können in einer Aufschlämmung dispergiert sein, die auf einem Träger aufgebracht ist. In Vliesschleifgegenständen bindet das Bindemittel die Schleifmittelteilchen an die Fasern eines Vliesfasersubstrats.
Sowohl in beschichteten Schleifgegenständen als auch in Vliesschleifgegenständen kann das Bindemittel einen harzigen Klebstoff (nachstehend einfach als "Harz" bezeichnet) und gegebenenfalls andere Zusätze, wie anorganische Füllstoffe, umfassen. Beispiele typischer Harze umfassen Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Epoxidharze und dergleichen.
Typischerweise wird das Harz während der Herstellung eines beschichteten Schleifgegenstandes in einem flüssigen Zustand aufgebracht und anschließend verfestigt oder gehärtet. Dieses Härtungsverfahren wird gewöhnlicherweise dadurch bewerkstelligt, daß auf den Harzklebstoff eine Energiequelle, wie thermische Energie oder Strahlungsenergie, wie Elektronenstrahl, Ultraviolett(UV)-Licht oder sichtbares Licht, einwirkt. In den letzten Jahren sind UV-lichthärtbare Harzklebstoffe wegen mehreren Vorteilen die sie gegenüber thermisch härtbaren Klebstoffen haben, interessant geworden. Diese Vorteile umfassen beträchtlich schnellere Härtungszeiten, niedrigere Kapitalinvestitions- und niedrigere Energiekosten.
Neue Patente offenbaren die Verwendung von verschiedenen strahlengehärteten Harzen, erkennen aber nicht den Einfluß den Tone auf wirksame Strahlungshärtung darstellen.
US Pat. Nr. 4,318,766 (Smith) offenbart photocopolymerisierbare Zusammensetzungen, die "herkömmliche nichtbasische Füllstoffe (z.B. Silikat, Talk, Glas, Glasblasen, Tone, gepulvertes Metall, wie Aluminium, Zinkoxid, usw.) bis zu etwa 50 Volumenprozent oder mehr enthalten". Jedoch erwähnt dieses Patent nicht die Wirkung, die Tonfüllstoffe auf die Härtung von strahlenhärtbaren Bindemitteln haben können. Andere Patente enthalten US Pat. Nr. 4,642,126; 4,644,703; 4,735,632; 4,751,138; 4,773,920; 4,903,440; 4,927,431; 5,011,513; 5,014,468; 5,152,917.
Patente, die die Abnutzbarkeit von Bindemitteln zu betreffen scheinen aber nicht Tone und deren mögliche Wirkung auf die Abnutzbarkeit von Bindemitteln diskutieren, sind US Pat. Nr. 2,806,772; 2,676,892; 4,588,419; 4,652,275 und 4,871,376.
Patent Abstract aus Japan, Band. 15, Nr. 228 (M-1132), entsprechend JP-A-03 069 382, offenbart eine Beschichtungflüssigkeit, die durch Mischen von einem Bindemittel, einem härtbaren Harz, wie einem Epoxidharz und einem Urethanharz, mit Schleifmittelkörnern mit einer Mohs-Härte von 1 bis 3 und einem anorganischen Pulver, wie Kieselgur und Kaolin, und einem organischen Pulver, wie Urethanharz und Melaminharz, entweder alleine oder als eine Mischung von zwei oder mehreren Arten davon erhalten wird. Diese Beschichtungsflüssigkeit wird dann auf eine Basisfolie aufgebracht und getrocknet, wobei ein Reinigungsband erzeugt wird. Es wird aus dem offenbarten Herstellungsverfahren offensichtlich, daß ein Reinigungsband erhalten wird, das Schleifmittelteilchen umfaßt, die zufällig in dessen Oberfläche dispergiert sind, und daß keine exakt geformten Verbundschleifmittelteilchen vorhanden sind.
Chemical Abstracts, Band 93, Nr. 8, Columbus, Ohio, US Abstract Nr. 78175a betrifft die Wirkung eines Weichmachers, Dibuthylphthalat, auf die Härte eines Bindemittels und auf eine Schleifmittelschicht, die 10% Mikrodiamantpulver enthält. Ein Diamantwerkzeug wird offenbart, das ein Epoxidharzbindemittel, das, zum Beispiel, Talk als ein Füllstoffmaterial enthält, und eine Schleifschicht, die 10% Mikrodiamantpulver enthält, umfaßt.
Mikroschleifprodukte sind seit 1987 durch den Patentanmelder Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN. ("3M") unter der Handelsbezeichnung "Imperial Beaded Microfinishing Film" im Handel erhältlich, die als Schleifoberfläche, Schleifmittelteilchen mit Körnung 600 (Grade 600) Ton und Phenolharz verwenden. Obwohl diese Produkte sehr erfolgreich waren, sucht die Industrie kontinuierlich nach verbesserten Bindemittelsystemen.
Auf dem Gebiet von Schleifgegenständen gibt es keine Lehre von der Bedeutung, die Tonfüllstoffe auf die Abnutzbarkeit von Bindemitteln haben können, die additionspolymerisierte Harze enthalten. Dies kann sein, da frühere Erfahrungen gezeigt haben, daß in einigen Beispielen, wenn additionspolymerisierte Harze in die Schleifgegenstände aufgenommen worden waren, die Bindemittel sich nicht ausreichend abnutzten. Wenn sich das Bindemittel nicht ausreichend abnutzt, neigt die Schleifmitteloberfläche dazu stumpf zu werden und in der Leistung abzunehmen. Es würde somit einen beträchtlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Schleifgegenstände bedeuten, wenn die Bindemittel, die additionspolymerisierte Harze aufnehmen, sich gesteuert abnutzen würden.
Die vorliegende Erfindung stellt einen beschichteten Schleifgegenstand der eine gesteuerte Abnutzung seiner Schleifoberfläche aufweist zur Verfügung, wobei der beschichtete Schleifgegenstand
(a) einen Träger mit einer Vorder- und einer Rückseitenoberfläche und
(b) angebracht an wenigstens einer dieser Vorder- oder Rückseitenoberfläche in einer Anordnung, die ein nicht zufälliges Muster aufweist, eine Mehrzahl von exakt geformten Verbundschleifmitteln umfaßt, wobei jedes dieser Verbundscheifmittel Schleifmittelteilchen, dispergiert in einem Bindemittel, umfaßt, wobei das Bindemittel ein additionspolymerisierbare Harz umfaßt, das darin dispergierte Tonteilchen aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Herstellungsverfahren für einen Schleifgegenstand und eine Aufschlämmung bereit, umfassend Tonteilchen, die in einem additionspolymerisierten Harz dispergiert sind, wobei die Aufschlämmung Schleifmittelteilchen, die eine Mohs-Härte von wenigstens 8 haben, darin dispergiert aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind abnutzbare Verbundschleifmittel entwickelt worden, die eine gesteuerte Abnutzung aufweisen, wobei allmählich und gesteuert neue Schleifmittelteilchen auf das Werkstück, das abgeschliffen wird, einwirken. Der hier verwendetete Ausdruck "Verbund" bedeutet die Schleifgegenstandbeschichtung, die auf einen Träger in beschichteten Schleifgegenständen, aufgebracht wird, die Schleifgegenstandbeschichtung, die auf Fasern in Vliesschleifgegenständen aufgebracht wird, oder den dreidimensionalen Körper eines gebundenen Schleifgegenstands. Es ist nicht beabsichtigt, daß der Ausdruck verwendet wird, um ein Konglomerat aus einzelnen Schleifmittelkörnern zu bezeichnen, wobei diese letzteren als "Schleifmittelagglomerate" bezeichnet werden. Verbundstoffe innerhalb der Erfindung können Agglomerate aus einzelnen Schleifmittelkörnern enthalten.
Die Verbundschleifmittel der Erfindung werden dadurch gekennzeichnet, daß sie Schleifmittelteilchen, die in einem Bindemittel dispergiert sind, aufweisen, wobei das Bindemittel ein additionspolymerisiertes Harz mit Tonteilchen, die darin dispergiert sind, enthält. "Bindemittel" bedeutet eine verfestigte Zusammensetzung, die ein gehärtetes, geliertes oder polymerisiertes Harz enthält, wobei das "Harz" monomere, oligomere und polymere Materialien enthält. Härten umfaßt in erster Linie strahleninitiierte Polymerisationsverfahren, kann aber thermisch initiierte Polymerisation oder Gelbildung enthalten. Vorzugsweise werden alle Schleifmittelteilchen durch das tonteilchenenthaltende Bindemittel eingeschlossen. Der Ausdruck "additionspolymerisiertes Harz" bedeutet ein Harz, das wenigstens teilweise durch einen Radikalmechanismus oder einen Ionenmechanismus, vorzugsweise in Gegenwart von Strahlung und einem Photoinitiator, gehärtet, geliert oder polymerisiert worden ist. Die Ausdrücke "polymerisiert" und "polymerisierbar" bedeuten daß sowohl Kettenwachstums- als auch Vernetzungsreaktionen umfaßt sind. "Strahlung" umfaßt "Nichtteilchen"-Strahlung (wie UV-Strahlung und sichtbare Strahlung, die typischerweise und vorzugsweise einen Photoinitiator verwendet) und "Teilchen- "Strahlung (wie Elektronenstrahlstrahlung, die keinen Photoinitiator erfordert).
Der Erfinder hat in der vorliegenden Anmeldung entdeckt, daß das Vorhandensein von Tonteilchen zu einem Verbundschleifmittel führt, das eine "gesteuerte Abnutzung" aufweist. Dies bedeutet, daß sich der Verbundstoff abnutzt, so daß neue Schleifmittelkörner an die Oberfläche kommen, sich aber nicht mit einer so hohen Geschwindigkeit abnutzt, die für die einzelne Verwendung nicht annehmbar ist. Es soll auch so verstanden werden, daß die "gesteuerte Geschwindigkeit" nicht notwendigerweise bedeutet, daß die Geschwindigkeit über die Lebensdauer des Gegenstandes einheitlich ist. Obwohl es schwierig zu definieren ist, ist gesteuerte Abnutzbarkeit in vielen Schleifmittelprodukten bevorzugt, insbesondere bei beschichteten Läppschleifgegenständen. Der Zusatz anderer anorganischer Teilchen zu der Bindemittelvorstufe kann auch zu der Abnutzbarkeit beitragen. Jedoch können einige dieser anderen anorganischen Teilchen zu einer "zu schnellen" Abnutzung führen, während andere anorganische Teilchen zu einer "zu langsamen" Abnutzung führen können. Sowohl eine zu schnelle als auch eine zu langsame Abnutzung führt zu einem Schleifgegenstand, der keine optimale Schnittgeschwindigkeit hat. Es wird vermutet, daß der Zusatz von Ton zu der Bindemittelvorstufe zu einem "gesteuerten Abnutz-"-Bindemittel mit einer optimalen Schnittgeschwindigkeit führt.
Tone, die hier als für die Erfindung brauchbar beschrieben sind, absorbieren leider typischerweise UV- und sichtbare Strahlung und ermöglichen so UV- oder sichtbarem Licht nicht ausreichend durchzutreten, um kommerziell annehmbare Härtungsgeschwindigkeiten zu erreichen. So war es ziemlich unerwartet und überraschend, daß die hier verwendeten additionspolymerisierbaren Harze auch in Gegenwart von Ton härtbar waren.
Bei bevorzugten Verbundschleifmitteln gemäß der vorliegenden Erfindung ist das additionspolymerisierbare Harz gewählt aus ethylenisch ungesättigten Materialien und Epoxidharzen. Bevorzugte ethylenisch ungesättigte Materialien umfassen acrylierte Urethanharze, acrylierte Epoxidharze, ethylenisch ungesättigte Monomere (wie Styrol, Vinyltoluol, Divinylbenzol und dergleichen), Aminoplastharze mit ungesättigten Carbonylseitengruppen, Isocyanuratharze mit wenigstens einer Acrylatseitengruppe, Isocyantharze mit wenigstens einer Acrylatseitengruppe und dergleichen, Mischungen und Kombinationen davon können verwendet werden. Ein besonders bevorzugtes ethylenisch ungesättigtes Material zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist das Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat, vereinigt mit Trimethylolpropantriacrylat.
Die gesteuerte Abnutzung der Verbundstoffe der Erfindung wird sowohl unter nassen als auch trockenen Schleifbedingungen beobachtet, wobei nasse bevorzugt sind. "Naß", wie hier verwendet, betrifft die Aufbringung einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser oder einer anderen wäßrigen Mischung, auf das Werkstück während des Schleifens des Werkstücks. Schleifgegenstände, die die abnutzbaren Verbundschleifmittel enthalten, und Herstellungsverfahren und die Verwendung solcher Verbundstoffe und Gegenstände werden auch dargestellt.
Der hier verwendete Ausdruck "abnutzbar" betrifft die Möglichkeit, daß die Struktur eines Verbundstoffes, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, auf eine gesteuerte Weise abgetragen werden kann, zum Beispiel durch Abtragung durch mechanische Schleitkräfte. Wasser oder ein anderer wäßriger Flüssigkeitsstrom kann natürlich eine Bindemittelabnutzung dadurch unterstützen, daß abgetragene Stücke des Bindemittels wegtransportiert werden.
Verbundschleifmittel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Bindemittel, worin die Tonteilchen eine durchschnittliche Teilchengröße haben, die von etwa 0,01 µm bis etwa 50 µm, bevorzugter von etwa 0,1 µm bis etwa 15 µm reicht.
Eine bevorzugte Schleifmittelzusammensetzung innerhalb der Erfindung umfaßt etwa 20 bis etwa 95 Gewichtsprozent Schleifmittelteilchen, etwa 3 bis etwa 78 Gewichtsprozent additionspolymerisiertes Harz und etwa 2 bis etwa 50 Gewichtsprozent Tonteilchen, wobei sich das Gewicht auf das Trockengewicht bezieht.
Die hauptsächliche Ausführungsform der Erfindung ist ein Schleifgegenstand, der dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Verbundschleifmittel auf einen Träger aufgebracht ist, wobei das Verbundschleifmittel den vorliegenden, oben beschriebenen Verbundstoff umfaßt. Bevorzugte Träger umfassen grundierte und ungrundierte Polymerfolien, Gewebe, Papier, vulkanisierte Faser, gewebte Gegenstände und Kombinationen davon.
Gegenstände, die als innerhalb der Erfindung betrachtet werden, haben Träger, die ein offenes, poröses, fasriges, luftiges Vliessubstrat umfassen. Besonders bevorzugte Vliesträger sind diejenigen, die thermoplastische Fasern, gewählt aus Polyamid, Polyester, Polypropylen, Polyethylen und Kombinationen davon, umfassen. Der Unterschied zwischen beschichteten Schleifgegenständen und Vliesschleifgegenständen ist auf dem Fachgebiet gut bekannt. Im Falle eines Vliesschleifgegenstandes wird das Verbundschleifmittel an die Fasern eines offen, luftigen, porösen, fasrigen Vliesgewebes gebunden. In dem Fall eines beschichteten Schleifgegenstandes, wie eines Läppschleifgegenstand, wird das Verbundschleifmittel an wenigsten eine Oberfläche eines nichtporösen Trägers gebunden.
Beschichtete Schleifgegenstände, die eine gesteuerte Abnutzung ihrer Schleifmittelbeschichtung aufweisen, sind gekennzeichnet durch
(a) einen Träger mit einer Vorder- und einer Rückseitenoberfläche und
(b) einem Verbundschleifmittel, das wenigstens an eine der Vorder- oder Rückseitenoberflächen angebracht ist, wobei das Verbundschleifmittel das erfindungsgemäße vorher beschriebene Verbundschleifmittel ist.
Bevorzugt sind diejenigen beschichteten Schleifgegenstände, worin das additionspolymerisierte Harz ausgewählt ist aus denjenigen, die in den erfindungsgemäßen vorher beschriebenen Verbundschleifmitteln verwendet werden. Geeignete beschichtete Schleifgegenstände innerhalb der Erfindung umfassen diejenigen, worin das Verbundschleifmittel eine Bindemittelbeschichtung umfaßt, die Schleifmittelteilchen an den Träger anhaftet, und eine Deckschichtbeschichtung, die über die Schleifmittelteilchen aufgebracht wird. Wahlweise Beschichtungen umfassen Sättigungsmittel, Vorderseitenbeschichtung, Rückseitenbeschichtung und Überschicht, wobei alle, einige oder keine davon die additionspolymerisierten Harze, die hier beschrieben sind, umfassen können. Wenn keine der wahlweisen Beschichtungen additionspolymerisierte Harze umfassen, dann können andere Harze, wie thermoplastische Harze und hitzehärtbare Harze, wie Phenolharze, Harnstoffaldehydharze und dergleichen, die im allgemeinen bei der beschichteten Schleifgegenstandherstellung verwendet werden, für diese Beschichtungen verwendet werden.
Aufbringungsfähige Dispersionen die Tonteilchen enthalten, die in einer Bindemittelvorstufe dispergiert sind, wobei die Bindemittelvorstufe ein additionspolymerisierbares Harz umfaßt, werden verwendet, um Verbundstoffe herzustellen. Der Ausdruck "Dispersion" bedeutet eine Bindemittelvorstufenzusammensetzung, die ein ungehärtetes Harz und Tonteilchen umfaßt, aber keine Schleifmittelteilchen. Die Tonteilchen sind in einer Menge vorhanden, die nicht ausreicht, daß das Härten des additionspolymerisierbaren Harzes verhindert wird, wenn Strahlungsenergie einwirkt. Der Satz "eine Menge, die nicht ausreicht, daß das Härten des additionspolymerisierbaren Harzes verhindert wird, wenn Strahlungsenergie einwirkt" bedeutet, daß bei einer gegebenen Strahlungsintensität und Photoinitiatorart, wenn verwendet, die Tonmenge nicht die Menge übersteigen kann, die die Zeitdauer kommerziell undurchführbar machen würde, die für das Härten des additionspolymerisierbaren Harzes benötigt wird, um ein hartes, formbeständiges Bindemittel zu erzeugen. Für diese Erfindung sollte, wenn UV-Härten verwendet wird, um das gesamte ethylenisch ungesättigte Monomer und alle anderen vorhandenen Monomere vollständig zu polymerisieren, das UV-Energieniveau bei wenigstens etwa 100 bis etwa 1200 mJ pro cm² sein, vorzugsweise bei etwa 400 bis etwa 700 mJ pro cm² sein. Härtungsbedingungen können mit dem verwendeten Strahlungs- und Initiatortyp und der vorhandenen Tonmenge variieren. Wenn Elektronenstrahlstrahlung verwendet wird, hat sie vorzugsweise einen Dosisbereich, der von etwa 0,1 bis etwa 10 Mrad reicht, bevorzugter von 1 bis 6 Mrad, um die vollständige Härtung zu bewirken.
Bevorzugte aufbringungsfähige Dispersionen gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung sind diejenigen, worin der prozentuale Gewichtsanteil (auf Trockenbasis) der Tonteilchen in der Zusammensetzung von etwa 1 bis etwa 50 Gewichtsprozent reicht, bevorzugter von etwa 5 bis etwa 30 Gewichtsprozent.
Aufbringungsfähige Aufschlämmungen die die vorliegenden Dispersionen umfassen, und die ferner Schleifmittelteilchen umfassen, sind besonders bevorzugt. Der Ausdruck "Aufschlämmung" bedeutet eine Bindemittelvorstufenzusammensetzung, die ein ungehärtetes Harz, Schleifmittelteilchen und Tonteilchen umfaßt. Aufbringungsfähige Aufschlämmungen innerhalb der Erfindung, die Schleifmittelteilchen aufweisen, umfassen typischerweise und vorzugsweise zwischen etwa 20 bis etwa 95 Gewichtsprozent Schleifmittelteilchen, von etwa 3 bis etwa 78 Gewichtsprozent additionspolymerisierbares Harz (einschließlich Photoinitiator, wenn verwendet) und von etwa 2 bis etwa 50 Gewichtsprozent Tonteilchen (Gewicht auf Trockenbasis).
Das allgemeine Herstellungsverfahren der vorliegenden Verbundstoffschleifmittel ist dadurch gekennzeichnet, daß durch einen ersten Schritt eine Aufschlämmung erzeugt wird, die Schleifmittelteilchen, ein additionspolymerisierbares Harz, gegebenenfalls einen Photoinitiator (abhängig von dem Typ und Energieniveau der verwendeten Strahlungsenergie) und Tonteilchen umfaßt. Die Menge der Tonteilchen ist ausreichend, um dem Bindemittel eine gesteuerte Abnutzung zu verleihen, aber nicht ausreichend, um das Härten des additionspolymerisierbaren Harzes bei Verwendung von Strahlungsenergie zu verhindern. Der zweite Schritt ist das Einwirken von Strahlungsenergie auf die Aufschlämmung die ausreicht, um das additionspolymerisierbare Harz zu härten, Verfahren, worin die Aufschlämmung vor dem Einwirkungsschritt auf einen Träger aufgebracht wird, sind besonders bevorzugt.
Herstellungsverfahren für einen beschichteten Schleifgegenstand mit Bindemittel-und Deckschichtbeschichtungen werden auch beschrieben. Zuerst wird eine aufbringungsfähige Dispersion der Erfindung hergestellt, die dann als eine Bindemittelbeschichtung auf den Träger aufgebracht wird. In diesem Stadium kann die Bindemittelbeschichtung gegebenenfalls teilweise gehärtet sein. Man bringt dann Schleifmittelteilchen auf die ungehärtete oder teilweise gehärtete Bindemittelbeschichtung auf und unterwirft die Bindemittelbeschichtung Bedingungen, die wenigstens teilweise das additionspolymerisierbare Harz härten, wobei dann eine Deckschichtbeschichtung aufgebracht wird. Der letzte Schritt ist ein Unterwerfen der Bindungsmittel- und Deckschichtbeschichtungen Bedingungen, die hinreichend sind, um das additionspolymerisierbare Harz und die Deckschichtbeschichtung vollständig zu härten. Die Deckschichtbeschichtung kann andere als strahlenhärtbare Harze, wie Phenolharze, umfassen. Alternativ kann die Bindemittelbeschichtung ein Phenol- oder anderes Bindemittelharz umfassen, wobei die Deckschichtbeschichtung ein additionspolymerisierbares Harz umfaßt, oder sowohl Bindemittel- als auch Deckschichtbeschichtung könnten die Dispersion der Erfindung umfassen, Mischungen aus additionspolymerisierbaren Harzen und andere Harze können als Bindemittel- nd/oder Deckschichtbeschichtungen verwendet werden.
Ein Verfahren das besonders gut zur Herstellung von beschichteten Schleifgegenständen, besonders für Läppschleifgegenstände geeignet ist, ist eine andere Ausführungsform der Erfindung. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte:
(1) Aufbringen einer Aufschlämmung auf ein Herstellungswerkzeug, das ein dreidimensionales Muster aufweist, wobei die Aufschlämmung ein additionspolymerisierbares Harz, Schleifmittelteilchen und Tonteilchen umfaßt;
(2) Inkontaktbringen eines Substrates, das wenigstens eine Hauptoberfläche aufweist, mit der Aufschlämmung so daß die Aufschlämmung diese wenigstens eine Hauptoberfläche des Substrates benetzt, wobei ein erster Gegenstand als Zwischenprodukt hergestellt wird;
(3) Unterwerfen der Aufschlämmung Bedingungen, die hinreichend sind um wenigstens teilweise das additionspolymerisierbare Harz zu härten, wobei ein zweiter Gegenstand als Zwischenprodukt hergestellt wird; und
(4) Entfernen des zweiten Gegenstands von dem Herstellungswerkzeug, wobei der Schleifgegenstand erhalten wird.
Eine Alternative zu diesem letzteren Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte:
(1) Inkontaktbringen eines Substrates das wenigstens eine Hauptoberfläche aufweist, mit der Aufschlämmung, so daß die Aufschlämmung diese wenigstens eine Oberfläche des Substrates benetzt, wobei ein erster Gegenstand als Zwischenprodukt hergestellt wird, wobei die Aufschlämmung ein additionspolymerisiertes Harz, Schleifmittelteilchen und Tonteilchen umfaßt.
(2) Inkontaktbringen der Aufschlämmung des ersten Gegenstands mit einem Herstellungswerkzeug, das ein dreidimensionales Muster aufweist.
(3) Unterwerfen der Aufschlämmung Bedingungen die hinreichend sind, um wenigstens teilweise das additionspolymerisierbare Harz zu härten, wobei ein zweiter Gegenstand als Zwischenprodukt hergestellt wird; und
(4) Entfernen des zweiten Gegenstands von dem Herstellungswerkzeug, wobei der Schleifgegenstand erhalten wird.
Bevorzugte "Bedingungen", die den dritten Schritt der zwei unmittelbar vorhergehenden, erfindungsgemäßen Verfahren betreffen, sind Strahlungsenergie, insbesondere UV-Strahlung. Um diese Verfahren auszuführen, ist es notwendig, daß entweder das Substrat oder das Herstellungswerkzeug für den verwendeten Strahlungstyp transparent ist. Herstellungswerkzeuge die dreidimensionale Muster aufweisen, werden im allgemeinen in US Pat. Nr. 5,152,917 beschrieben.
Während der Herstellung der Schleifgegenstände der Erfindung, wirkt auf die Bindemittelvorstufe eine Energie ein, die ausreicht, um die additionspolymerisierbaren Harze und die anderen Harze, die vorhanden sein können, zu härten. Wenn Nichtteilchenstrahlung (z.B. Ultraviolett-, sichtbare) Strahlung verwendet wird, ist ein Photoinitiator bevorzugt, um Radikale zu erzeugen. Alternativ könnte eine Ionenquelle (vorzugsweise Kationenquelle) verwendet werden. Diese Radikalquelle oder Ionenquelle initiiert dann die Polymerisation des additionspolymerisierbaren Harzes. Elektronenstrahlhärtung erfordert typischerweise keinen Photoinitiator aber Photoinitiatoren können verwendet werden, um das Härten zu beschleunigen. Bei allen Additionspolymerisationsbedingungen kann Hitze das Härtungsverfahren fördern.
Es wird vermutet, daß verschiedene Tone bewirken, daß die gehärteten additionspolymerisierten Harze stärker abgenutzt werden können, als es ohne den Ton sein würde. Dieses Phänomen verursacht, daß Bindemittel mit additionspolymerisierten Harzen und Ton, sich gesteuert abnutzen, und ermöglicht, daß abgenutzte oder stumpfe Schleifmittelteilchen von dem Verbundschleifmittel wegbrechen und neue Schleifmittelteilchen freigelegt werden. Neu freigelegte Schleifmittelteilchen sind typischerweise beim Schneiden wirksamer als stumpfe Schleifmittelteilchen. Der Zusatz von Ton führt zu einer "gesteuerten Abnutzung", die zu einer optimalen Schnittgeschwindigkeit führt. Wenn die Abnutzung zu langsam ist, dann werden die stumpfen Schleifmittelteilchen nicht schnell genug weggebrochen und dies führt zu verminderter Leistung. Wenn die Abnutzung zu schnell ist, dann werden die Schleifmittelteilchen vor ihrer vollen Ausnutzung abgebrochen und dies führt auch zu einer weniger optimalen Verwendung des Schleifgegenstandes.
Tone können allgemein als hydratisierte Silikate von Aluminium, Magnesium oder Eisen beschrieben werden. Sie weisen gewöhnlicherweise eine flächenhafte, plattenförmige Struktur auf, bestehen typischerweise aus sehr feinen Teilchen und enthalten gewöhnlicherweise Verunreinigungen, wie Quarz, Carbonate oder Sulfide, die nicht tonähnlich sind.
Tone, die in der Erfindung brauchbar sind, können allgemein als kristallin oder amorph klassifiziert werden. Amorphe Tone gehören zu der Allophangruppe, während kristalline Tone zu der Phyllosilikatgruppe gehören. Die Phyllosilikatgruppe wird ferner in ebene wasserhaltige und nichtebene wasserhaltige Mineralien aufgeteilt. Beispiele von ebenen wasserhaltigen Tonmineralien sind Kaolinit, Talk, Pyrophyllit, Saponit, Montmorillonit, Muskovit, Clintonit und Clinochlor. Beispiele nichtebener wasserhaltiger Tonmineralien sind Antigorit, Greenalit, Ganophylit, Bannisterit und Chrysotil. Eine neue Klassifizierung von kristallinen Tonmineralien durch das Clay Minerals Society Nomenclature Committee kann in Clays and Clay Minerals, Band 39, Nr. 3, S. 333-335 (1991) gefunden werden. Es wird darauf hingewiesen, daß obwohl viele dieser Tonmineralien die Hauptbestandteile der Tone sind, können sie auch in großen "Gesteins"-Teilchen vorliegen, und sie dann nicht typischerweise als Tone betrachtet werden würden.
Kristalline Tone können durch Erhitzen und Wasserentzug aus dem Hydrat- Wasser (d.h. chemisch gebundenes Wasser) in amorphe Tone umgewandelt werden und möglicherweise kann sich während des Schleifens eine Menge an ursprünglich kristallinem Ton in amorphen Ton umwandeln.
Drei besonders bevorzugte Tone zur Verwendung in der Erfindung sind Kaolin, kalziniertes (amorphes) Kaolin und Montmorillonit (Bentonit).
Obwohl Tonteilchen plattenförmig sind, kann ein Teilchengrößenbereich brauchbar sein, sie zu beschreiben. Für die Zwecke dieser Erfindung liegt die Druchschnittsteilchengröße der Tonteilchen vorzugsweise zwischen etwa 0,01 µm und etwa 50 µm, bevorzugter zwischen etwa 0,1 µm und etwa 15 µm und insbesondere bevorzugt zwischen etwa 0,1 µm und etwa 5 µm. Die Durchschnittsteilchengröße der Tonteilchen kann geringer, größer oder gleich sein wie die Druchschnittsteilchengröße von Schleifmittelteilchen. In einigen Fällen kann es bevorzugt sein, daß die Durchschnittsteilchengröße der Tonteilchen geringer ist als die Durchschnittsteilchengröße der Schleifmittelteilchen, so daß die tonteilchenenthaltende Bindemittelvorstufe die Schleifmittelteilchen einschließen kann, ohne wesentliche Zwischenräume zwischen dem tonteilchenenthaltenden Bindemittel und den Schleifmittelteilchen.
Aufbringbare Bindemittelvorstufenzusammensetzungen innerhalb der Erfindung umfassen Dispersionen und Aufschlämmungen wie vorher definiert. Die Dispersionen und Aufschlämmungen enthalten eine Tonmenge, die ausreicht, um das gehärtete Bindemittel abnutzbarer zu machen, aber nicht ausreichend ist, das Härten des additionspolymerisierbaren Harzes durch Einwirkung von Strahlung (und einem Photoinitiator, wenn nötig) zu verhindern. In anderen Worten, wenn eine gegebene Strahlungsenergie (und Photoinitiator, wenn benötigt) verwendet wird übersteigt die Tonmenge nicht die Menge, die die Zeit, die für das Härten des additionspolymerisierbaren Harzes benötigt wird um ein hartes formstabiles Bindemittel zu erzeugen, wirtschaftlich uninteressant macht. Im allgemeinen wenn das Gewichtsverhältnis von Ton zu Harz ansteigt, nimmt die "Härtungstiefe" ab, wobei die Härtungstiefe von der freigelegten Oberfläche der Bindemittelvorstufe in eine Richtung gemessen wird, die gegenüber dem Punkt des Ursprungs der Strahlungsquelle liegt.
Verbundschleifmittel innerhalb der Erfindung, wie vorher festgelegt, umfassen Schleifmittelteilchen, die in einem Bindemittel dispergiert sind, wobei das Bindemittel ein additionspolymerisierbares Harz mit Tonteilchen, die darin dispergiert sind, umfaßt. Vorzugsweise werden alle Schleifmittelteilchen durch das tonteilchenenthaltende Bindemittel umfaßt (d. h. total umgeben). In dem Fall, wenn jedoch Bindemittel- und Deckschichtbeschichtungen in den beschichteten Schleifgegenständen verwendet werden, werden die Schleifmittelteilchen am Träger durch das Bindemittelharz festgehalten und weiter durch das Deckschichtharz gehalten. Sowohl die Bindemittelbeschichtung als auch die Deckschichtbeschichtung oder beide können additionspolymerisierbares Harz mit Tonteilchen, die darin dispergiert sind, enthalten.
Additionspolymerisierbare Harze die in der Praxis der Erfindung brauchbar sind, sind diejenigen Harze, die geeignet sind durch Einwirken von Strahlungsenergie, entweder in Gegenwart von einem Photoinitiator oder ohne einen Initiator, gehärtet zu werden. Brauchbare Harze umfassen diejenigen, die durch Teilchenstrahlung, Nichtteilchenstrahlung oder beide härtbar sind. Nichtteilchenstrahlung umfaßt UV- Strahlung und sichtbares Licht, während die am allgemeinsten verwendete Teilchenstrahlung die verwendet wird. Elektronenstrahlung ist. Eine Kombination aus Teilchen- und Nichtteilchenstrahlungsenergiequellen kann verwendet werden, aber Nichtteilchenstrahlungsenergiequellen, insbesondere UV- und sichtbare Lichtenergiequellen, sind erfindungsgemäß bevorzugt.
Elektronenstrahlung hat vorzugsweise eine Dosisstärke, die von etwa 0,1 bis etwa 10 Mrad, vorzugsweise 1 bis 6 Mrad reicht. UV-Strahlung ist eine Nichtteilchenstrahlung mit einer Wellenlänge, die von etwa 200 bis etwa 700 nm, vorzugsweise von etwa 250 bis etwa 400 nm reicht. Sichtbare Strahlung ist eine Nichtteilchenstrahlung mit einer Wellenlänge, die von etwa 400 bis etwa 800 nm, vorzugsweise von etwa 400 bis etwa 550 nm reicht.
Wenn eine Nichtteilchenstrahlung, wie Ultraviolett-Strahlung oder sichtbares Licht, auf einen Photoinitiator einwirkt, erzeugt der Photoinitiator ein Radikal oder ein Ion. Dieses Radikal oder Ion initiiert die Polymerisation der additionspolymerisierbaren Harze.
Beispiele von additionspolymerisierbaren Harzen, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, und die geeignet sind, durch Nichtteilchenstrahlung polymerisiert zu werden, umfassen acrylierte Monomere, Oligomere und Polymere (wie acrylierte Urethanharze und acrylierte Epoxidharze); ethylenisch ungesättigte Monomere (wie Styrol, Divinylbenzol, Vinyltoluol und dergleichen). Aminoplastharze mit ungesättigten Carbonylseitengruppen und dergleichen, wie diejenigen mit wenigstens 1,1-alpha,beta-ungesättigten- Carbonylseitengruppen pro Molekül oder Oligomer, die ferner in US Pat. Nr. 4,903,440 beschrieben sind. Isocyanuratharze mit wenigstens einer Acrylatseitengruppe und dergleichen, die in US Pat. Nr. 4,652,275 beschrieben sind (wie das Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat), Isocyanatharze mit wenigsten einer Acrylatseitengruppe; Epoxidharze; und Mischungen und Kombinationen davon. Der Ausdruck "acryliert" bedeutet, daß monoacrylierte, diacrylierte und multiacrylierte Monomere, Oligomere und Polymere, und monomethacrylierte, dimethacrylierte und multimethacrylierte Monomere, Oligomere und Polymere enthalten sind. "Oligomer" hat seine allgemein akzeptierte Bedeutung als ein Material, das von 2 bis 5 identische Monomereinheiten umfaßt. Eine andere allgemein akzeptierte Definition ist, daß ein Oligomer ein Polymer ist, dessen Eigenschaften sich mit dem Zusatz oder der Entfernung einer oder einiger weniger sich wiederholender Einheiten ändern. Die Eigenschaften eines wahren Polymers ändern sich nicht merklich mit einer solchen Modifikation.
Es ist bemerkenswert zu erwähnen, daß Monomere, die bei Raumtemperatur Feststoffe sind, verwendet werden können, wenn sie in einem geeigneten Verdünnungsmittel aufgelöst werden. Das ist der Fall mit dem Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat ("TATHEIC"), ein besonders bevorzugtes Harz, das bei Raumtemperatur ein Feststoff ist. Wenn dieses Monomer verwendet wird, umfaßt das "polymerisierbare Harz", wofür die Viskositätsverminderung erhalten wird, das Verdünnungsmittel das mit dem Monomer reaktiv oder nichtreaktiv sein kann, aber vorzugsweise mit dem Monomer reaktiv ist (und wird deshalb als ein anderes Polymer angesehen). Ein bevorzugtes Verdünnungsmittel für acrylierte Monomere, die bei Raumtemperatur fest sind, ist Trimethylolpropantriacrylat ("TMPTA"); jedoch werden Verdünnungsmittel wie diese korrekter als reaktive Verdünnungsmittel bezeichnet, wenn das polymerisierbare Harz schon bei Raumtemperatur flüssig ist (d.h. bei etwa 25ºC). Wenn TATHEIC verwendet wird, wird die Kombination aus TATHEIC/TMPTA als das polymerisierbare Harz in den Aufschlämmungen und Dispersionen der Erfindung betrachtet. Das Gewichtsverhältnis von TATHEIC/TMPTA reicht vorzugsweise von etwa 1:2 bis etwa 2:1, bevorzugter von etwa 1:1,7 bis etwa 1,7:1, am bevorzugtesten ist es 1:1. Es sollte angemerkt werden, daß TATHEIC oder TMPTA alleine als das additionspolymerisierbare Harz verwendet werden kann, wodurch nur eine leichte Abnahme der Schleifleistung bemerkbar ist.
Acrylierte Urethanoligomerharze sind vorzugsweise Acrylatester aus hydroxyendständigem, isocyanatverlängertem Polyester oder Polyetherpolyole, die mit Acrylaten mit niedrigem Molekulargewicht (wie 2-Hydroxyethylacrylat) verestert sind. Das Zahlenmittelmolekulargewicht von bevorzugten acrylierten Urethanoligomerharzen reicht von etwa 300 bis etwa 10 000, bevorzugter von etwa 400 bis etwa 7000. Beispiele von im Handel erhältlichen acrylierten Urethanoligomerharzen sind diejenigen, die unter den Handelsbezeichnungen "UVITHANE 782" (erhältlich von Morton Thiokol Chemical) und "CMD 6600", "CMD 8400", und "CMD 8805" (erhältlich von Radcure Specialities) erhältlich sind.
Epoxidharze haben einen Oxiranring und werden durch Ringöffnung polymerisiert. Solche Epoxidharze umfassen monomere und oligomere Epoxidharze. Diese Harze können stark in der Natur ihrer Haupt- und Seitenketten variieren. Zum Beispiel kann die Hauptkette irgendein Typ sein der normal mit Epoxidharzen verbunden ist, und Seitengruppen darauf können irgendwelche Gruppen sein, die frei von einem aktiven Wasserstoffatom sind, das mit einem Oxiranring bei Raumtemperatur reaktiv ist.
Repräsentative Beispiele von annehmbaren Substituentengruppen umfassen Halogene, Estergruppen, Ethergruppen, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen, Nitrogruppen und Phosphatgruppen. Beispiele einiger bevorzugter Epoxidharze umfassen 2,2-Bis[4- (2,3-Epoxypropoxy)-phenyl)propan] (ein Diglycidylether von Bisphenol A) und ist im Handel unter den Handesbezeichnungen "Epon 828", "Epon 1004" und "Epon 1001F" von Shell Chemical Co. und "DER-331", "DER-332" und "DER-334" von Dow Chemical Co. erhältlich. Andere geeignete Epoxidharze umfassen Glyzidylether von Phenolformaldehyd-Novolakharzen (z.B. diejenigen die unter den Handelsbezeichnungen "DEN-431" und "DEN-438" von Dow Chemical Co. erhältlich sind). Epoxidharze, die in der Erfindung brauchbar sind, können über einen Kationenmechanismus mit der Zugabe eines geeigneten Photoinitiators bzw. Photoinitiatoren polymerisieren. Diese Harze werden ferner in US Pat. Nr. 4,318,766 beschrieben.
Acrylierte Epoxidoligomerharze sind Acrylatester von Epoxidharzen, wie die Diacrylatester von Bisphenol-A-Epoxidharz. Beispiele von im Handel erhältlichen acrylierten Epoxidoligomerharzen umfassen diejenigen, die unter den Handelsbezeichnungen "CMD 3500", "CMD 3600" und "CMD 3700" von Radcure Specialities erhältlich sind.
Andere additionspolymerisierbare Harze, die in der Erfindung brauchbar sind, umfassen diejenigen, die Kohlenstoff- und Wasserstoffatome und gegebenenfalls Sauerstoff-, Stickstoff- und Halogenatome umfassen. Sauerstoff- oder Stickstoffatome oder beide sind im allgemeinen in Ether-, Ester-, Urethan- Amid- und Harnstoffverknüpfungen vorhanden.
Verdünnungsmittel können auch in Aufschlämmungen und Dispersionen der Erfindung verwendet werden. Wie hier verwendet bedeutet der Ausdruck "Verdünnungsmittel" eine organische Verbindung von niedrigem Molekulargewicht (vorzugsweise geringer als etwa 500), die die Viskosität der Zusammensetzungen, zu der sie hinzugefügt wird, vermindern kann oder nicht vermindern kann. "Reaktive" Verdünnungsmittel sind Verdünnungsmittel, die mit dem Harz reagieren und in dem gehärteten Bindemittel in einem chemisch gebundenen Zustand verbleiben, während "inerte" Verdünnungsmittel Verdünnungsmittel sind, die nicht mit dem Harz reagieren. Sowohl reaktive als auch inerte Verdünnungsmittel können in der Erfindung verwendet werden.
Bevorzugte reaktive Verdünnungsmittel sind Acrylate mit einem Molkulargewicht, das von etwa 100 bis etwa 500 reicht, umfassend Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Tetrahydrofurfurylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglykoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glyceroltriacrylat, Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritoltrimethacrylat, Pentaerythritoltetraacrylat, Pentaerythritoltetramethacrylat und dergleichen.
Andere brauchbare reaktive Verdünnungsmittel umfassen Methacrylate wie Methylmethacrylat und Ethylmethacrylat; Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethallylester und Amide aus Carbonsäuren (wie Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N- Diallyladipamid), Tris(2-acryloyl-oxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-methacryloxyethyl)- s-triazin, Acrylamid, Methylacrylamid N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N- Vinylpyrrolidon und N-Vinylpiperidon.
Additionspolymerisierbare Harze, die durch Nichtteilchenstrahlung härtbar sind, umfassen vorzugsweise einen Photoinitiator. Beispiele von Photoinitiatoren, die, wenn Ultraviolett-Licht auf sie einwirkt, ein Radikal erzeugen, umfassen organische Peroxide, Azoverbindungen, Quinone, Benzophenone, Nitrosoverbindungen, Acrylhalogenide, Hydrozone, Meraptoverbindungen, Pyryliumverbindungen, Triacrylimidazole, Bisimidazole, Chloralkyltriazine, Benzomether, Benzilketale, Thioxanthone und Acetophonderivate und Mischungen davon. Beispiele von Photoinitiatoren, die ein Radikal erzeugen, wenn sichtbare Strahlung auf sie einwirkt, sind in US Pat. Nr. 4,735,632 beschrieben.
Kationische Photoinitiatoren erzeugen eine Säurequelle, die die Polymerisation von einigen additionspolymerisierbaren Harzen, wie Epoxidharze, initiieren. Kationische Photoinitiatoren können ein Salz mit einem Onium-Kation und einem halogenenthaltenden Komplex-Anion eines Metalls oder Metalloids umfassen. Andere brauchbare kationische Photoinitiatoren umfassen Salze von organometallischen Komplex-Kationen und halogenenthaltenden Komplexanionen eines Metalls oder Metalloids, die ferner in US Pat. Nr. 4,751 138 beschrieben werden. Noch andere brauchbare kationische Photoinitiatoren sind organometallische Salze und Onium-Salze, die in US Pat. Nr. 4,985,340 und EP-A-306,161 und EP-A-306,162 beschrieben sind.
Noch andere brauchbare kationische Photoinitiatoren umfassen ionische Salze eines organometallischen Komplexes, worin das Metall ausgewählt ist aus den Elementen des Periodensystems der IVB-, VB-, VIB-, VIB- und VIIB-Gruppe, diese Salze werden in EP-A-109,581 beschrieben.
Photoinitiatoren umfassen vorzugsweise, wenn sie verwendet werden, von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent der Dispersion oder der Aufschlämmung, bevorzugter von etwa 1 bis etwa 5 Gewichtsprozent.
Schleifgegenstände werden hier definiert als ein Träger mit einem Verbundschleifmittel der Erfindung, der darauf aufgebracht ist, obwohl der Ausdruck "Schleifgegenstände" auch das Verbundschleifmittel selber umfassen soll (d.h. ohne einen Träger).
Vliesschleifgegenstände sind im Stand der Technik gut bekannt und im allgemeinen in US Pat. Nr. 2,958,593 veranschaulicht. Im allgemeinen umfassen sie offene, luftige, Gewebe aus Fasern, die an den Punkten, wo sie sich berühren, durch ein Bindemittel gebunden werden.
In dem Fall von beschichteten Schleifgegenständen, wie Läppschleifgegenständen, ist das Verbundschleifmittel der Erfindung an wenigstens eine Oberfläche eines Trägers gebunden. In dem Fall eines beschichteten Läppschleifgegenstandes ist der Träger vorzugsweise eine kontinuierliche (d.h. nichtporöse) Polymerfolie vorzugsweise mit einem Ethylen-Acrylsäure-Copolymer grundiert. Beispiele von typischen und bevorzugten Trägermaterialien, die in den Läppschleifgegenständen verwendet werden, sind Polymerfolien mit Schmelztemperaturen, die fähig sind der Reibungshitze, die während des Schleifens erzeugt wird, zu widerstehen (z.B. Polyester und dergleichen), grundierte Polymerfolie, Gewebe, Papier und andere nichtgewebte und behandelte Versionen davon und Kombinationen davon. Vulkanisierte Faserträger können auch in beschichteten Schleifgegenständen brauchbar sein.
Beschichtete Schleifgegenstände, die gemäß der Erfindung unter Verwendung von Bindemittelbeschichtung und Deckschichtbeschichtung hergestellt werden, haben wenigstens eine der Bindemittel- und der Deckschichtbeschichtung, die aus einer Dispersion erzeugt werden, die ein additionspolymerisierbares Harz, gegebenenfalls einen Photoinitiator und eine Mehrzahl von Tonteilchen, die darin dispergiert sind, umfassen. Das additionspolymerisierbare Harz, der Photoinitiator und die Tonteilchen für diese Ausführungsformen sind dieselben, wie vorher beschrieben. Zusätzlich können die Dispersionen der Erfindung gegebenenfalls andere Zusätze enthalten. Diese Zusätze umfassen Füllstoffe (einschließlich Schleifhilfen) Fasern, Gleitmittel, Benetzungsmittel, Tenside, Pigmente, Farbstoffe, Kuppelungsmittel, Weichmacher und Suspensionsmittel. In einigen Fällen kann eine vorteilhafte synergistische Wirkung auf die Schleifleistung auftreten, wenn Tonteilchen mit anderen optionalen Füllstoffen, wie Calciumcarbonat, verwendet werden. Die Mengen dieser optionalen Materialien werden ausgewählt, um die erwünschten Eigenschaften zu ergeben. Die Dispersionen können auch organisches Lösungsmittel und/oder Wasser, wenn benötigt, enthalten.
Wie vorher festgelegt, können die Bindemittelbeschichtung und/oder die Deckschichtbeschichtung die Dispersion der Erfindung umfassen. Gegebenenfalls kann die Dispersion als eine Überschicht verwendet werden, d.h., als Klebstoffbeschichtung über der Deckschichtbeschichtung, oder als eine Trägersubstratbehandlung oder -beschichtung verwendet werden. Insbesondere kann der Träger eine Sättigungsmittel- Beschichtung aufweisen, die das Substrat sättigt, eine Rückseitenbeschichtung, die an der Rückseite des Trägers gegenüber den Schleifmittelteilchen vorhanden ist, oder als eine Vorderseitenbeschichtung, die auf der Vorderseite des Trägers, zwischen dem Träger und der Bindemittelbeschichtung vorhanden ist. Da es jedoch die primäre Absicht ist, daß der Verbundstoff der Erfindung während des Schleifverfahrens gesteuert abgenutzt wird, sind die Vorteile der Verwendung von Dispersionen der Erfindung in diesen optionalen Beschichtungen geringer oder treten nicht auf. So ist die Dispersion der Erfindung, die ein additionspolymerisiertes Harz und Tonteilchen umfaßt, vorzugsweise die Vorstufe zu wenigstens einer der Bindemittel- oder Deckschichtbeschichtungen, um den Vorteil des Vorliegens neuer Schleifmittelteilchen für das Werkstück zu bewirken. Die anderen Bindemittelbeschichungen können irgendwelche der herkömmlichen Klebstoffharze sein, die in den Schleifmittelteilchen verwendet werden, wie Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Latices, Epoxidharze, Harnstoffaldehydharze, Isocyanuratharze und Mischungen davon.
Abhängig von dem einzelnen herkömmlichen Harz kann die Bindemittelvorstufe, die das herkömmliche Harz enthält, ferner einen Katalysator oder ein Härtungsmittel enthalten. Der Katalysator und/oder das Härtungsmittel wird entweder helfen, das Polymerisationsverfahren zu initiieren und/oder zu beschleunigen.
Zusätzlich können die herkömmlichen Bindemittelbeschichtungen auch andere Zusätze, die im Stand der Technik von beschichteten Schleifmittelgegenständen gut bekannt sind, umfassen. Diese Zusätze umfassen Füllstoffe (einschließlich Schleifhilfen), Fasern, Gleitmittel, Benetzungsmittel, Tenside, Pigmente, Farbstoffe, Kuppelungsmittel, Weichmacher und Suspensionsmittel. Die Mengen dieser Materialien sind ausgewählt, um die gewünschten Eigenschaften bereitzustellen.
Die Auswahl von Trägermaterial wird von der beabsichtigten Anwendung des Schleifgegenstandes abhängen. Die Festigkeit des Trägers sollte ausreichend sein, um dem Reißen oder anderen Schaden bei der Verwendung zu widerstehen und die Dicke und Glattheit des Trägers sollte das Zustandekommen der Produktdicke und Produktglattheit, die für die beabsichtigte Anwendung erwünscht werden, ermöglichen. Die Adhäsion der vorliegenden Aufschlämmung oder Dispersion an den Träger sollte auch ausreichend sein, um beträchtliches Abwerfen von einzelnen Schleifmittelteilchen oder von der Schleifmittelbeschichtung während der normalen Verwendung zu verhindern. In einigen Anwendungen ist es auch vorteilhaft, daß der Träger wasserfest ist. Die Dicke des Trägers sollte ausreichend sein, um die erwünschte Festigkeit für die beabsichtigte Anwendung bereitzustellen; nichtsdestoweniger sollte sie nicht so dick sein, daß die erwünschte Flexibilität in dem beschichteten Schleifprodukt beeinträchtigt wird. Es ist bevorzugt, daß der Träger für beschichtete Läppschleifgegenstände eine Polymerfolie, wie Polyesterfolie, ist, und daß die Folie mit einem Material grundiert ist, wie Ethylen-Acrylsäure-Copolymer, um die Adhäsion der vorliegenden Aufschlämmung oder Dispersion zu begünstigen, und dadurch das Verbundschleifmittel an der Folie resultiert. Es ist auch bevorzugt, daß der Träger für Ultraviolett- oder sichtbare Strahlung durchlässig ist, wenn ein Verfahren verwendet wird, das ein nichttransparentes Herstellungswerkzeug mit einem dreidimensionalen Muster darauf umfaßt, wie hier nachstehend diskutiert wird.
In dem Fall eines gewebten Trägers, ist es manchmal vorteilhaft die Zwischenräume des Trägers vor der Aufbringung der vorliegenden Aufschlämmung oder Dispersion mit wenigstens einer Beschichtung zu füllen. Beschichtungen, die für diesen Zweck verwendet werden, werden Sättigungsmittel-, Rückseiten- oder Vorderseitenbeschichtungen genannt, abhängig davon wie und auf welche Oberfläche des Trägers die Beschichtung aufgebracht wird.
Der Träger kann ein Laminat aus Trägern umfassen, die durch Laminieren von zwei oder mehren Schichten aus entweder gleichen oder verschiedenen Trägermaterialien hergestellt werden. Zum Beispiel kann der Träger auf ein steiferes, festeres Substrat, wie eine Metallplatte, laminiert werden, um einen beschichteten Schleifgegenstand mit einer Schleifmittelbeschichtung, die auf einem festen Substrat getragen wird, herzustellen.
Die Oberfläche des Trägers, der keine Schleifmittelbeschichmng enthält, kann auch einen Haftklebstoff oder ein Haken- und Schlaufentyp-Anbringungssystem enthalten, so daß der Schleifgegenstand an eine Trägerunterlage befestigt werden kann. Beispiele von Haftklebstoffen, die für diesen Zweck geeignet sind, umfassen Klebstoffe, die auf Kautschuk, Acrylat und Silikon basieren.
Einzelne Schleifmittelteilchen können ausgewählt werden aus denjenigen, die allgemein im Stand der Technik der Schleifgegenstände verwendet werden, jedoch werden die Schleifmittelteilchen (Größe und Zusammensetzung) mit der beabsichtigten Anwendung des Schleifgegenstandes ausgewählt. Bei der Wahl eines geeigneten Schleifmittelteilchens müssen die Kennzeichen, wie Härte, Verträglichkeit mit dem bestimmten Werkstück, die Teilchengröße die Reaktivität mit dem Werkstück, ebenso wie die Hitzeleitfähigkeit betrachtet werden.
Die Zusammensetzung der Schleifmittelteilchen die in der Erfindung brauchbar sind, kann in zwei Klassen aufgeteilt werden; natürliche Schleifgegenstände und hergestellte Schleifgegenstände. Beispiele von natürlichen Schleifgegenständen umfassen Diamant, Korund, Schmirgel, Granat, Mahlstein, Chert, Quarz, Sandstein, Chalcedon, Flint, Quarzit, Siliziumdioxid, Feldspat, Bims und Talk. Beispiele von hergestellten Schleifgegenständen umfassen Borcarbid, kubisches Bornitrid, durchscheinenden Korund, keramisches Aluminiumoxid, hitzebehandeltes Aluminiumoxid, Aluminium-Zirkonium(IV)-Oxid, Glas, Silikoncarbid, Eisenoxide, Tantalcarbid, Ceroxid, Zinnoxid, Titancarbid, synthetischen Diamant, Mangandioxid, Zirconiumoxid und Silikonnitrid.
Schleifmittelteilchen, die in der Erfindung brauchbar sind, haben typischerweise und vorzugsweise eine Teilchengröße die von etwa 0,1 µm bis etwa 1500 µm, bevorzugter von etwa 0,1 µm bis etwa 1300 µm reicht. Die Schleifmittelteilchen haben vorzugsweise eine Durchschnittsteilchengröße, die von etwa 0,1 µm bis etwa 700 µm, bevorzugter von etwa 1 bis etwa 150 µm, besonders bevorzugt von etwa 1 bis etwa 80 µm reicht. Es ist bevorzugt, daß Schleifmittelteilchen, die in der Erfindung verwendet werden, eine Mohs-Härte von wenigstens 8, bevorzugter über 9 aufweisen; jedoch können für spezifische Anwendungen weichere Teilchen verwendet werden.
Obwohl es nicht erforderlich ist, wenn man durch Strahlungsanwendung härtet, hat sich gezeigt, daß das Härten schneller ist, wenn der Refraktionsindex der Schleifmittelteilchen gleich oder nahe dem Refraktionsindex des einzelnen verwendeten Harzes ist. Das bevorzugte Schleifmittelteilchen ist weißes Aluminiumoxid wegen seiner relativen Nichtabsorptionseigenschaft gegenüber Ultraviolett-Licht.
Das Verbundschleifmittel der Erfindung wird aus einer Aufschlämmung erzeugt, die eine Mehrzahl von Schleifmittelteilchen, ein additionspolymerisierbares Harz, einen Photoinitiator (wenn das Harz durch Nichtteilchenstrahlung härtbar ist) und eine Mehrzahl von Tonteilchen umfaßt. Verfahren zur Herstellung des Verbundschleifmittels können beschrieben werden, umfassend die Schritte:
a. Herstellung einer Aufschlämmung durch Kombinieren;
1. einer Mehrzahl von Schleifmittelteilchen;
2. eines additionsspolymerisierbaren Harzes;
3. eines Photoinitiators, wenn nötig;
4. einer Mehrzahl von Tonteilchen; und
5. gegebenenfalls Bestandteile, wie Schleifhilfen; und
b. Einwirken von Strahlungsenergie auf die Aufschlämmung die ausreicht, um das Harz zu härten.
In Schritt (a) ist es bevorzugt, daß zuerst das strahlenhärtbare Harz und der Photoinitiator, wenn erforderlich, zuerst zusammengemischt werden und dann die Schleifmittel- und Tonteilchen. Es ist bevorzugt, daß die Schleifmittel- und Tonteilchen einheitlich überall in den Harzen verteilt werden. In einigen Beispielen wird ein Mischer mit hoher Scherkraft verwendet, um eine einheitliche Suspension zu erhalten. Verfahren, worin die Aufschlämmung erst auf einen Substratträger aufgebracht wird, sind innerhalb der Erfindung alternative Verfahren.
Für einen Vliesschleifgegenstand wird die Aufschlämmung auf ein dreidimensionales Vliessubstrat aufgebracht. Typischerweise wird dies durch Sprüh- oder Walzenbeschichtung bewerkstelligt. Für einen beschichteten Läppschleifgegenstand wird die Aufschlämmung auf die Vorderseite eines Trägers durch herkömmliche Mittel, wie Sprüh-, Walzen-, Schmelz- oder Rakelbeschichtung, aufgebracht.
Als nächstes läßt man auf die Aufschlämmung eine Strahlungsquelle, vorzugsweise UV- oder sichtbares Licht, einwirken, um das Harz zu härten. Die erforderliche Energiemenge (bei gleichem gegebenen Träger und Werkzeug) ist in erster Linie von den chemischen Klebeeigenschaften der Harze und zweitens von der Dicke der Bindemittelvorstufe abhängig. Typischerweise kann die Zeitdauer, die die Strahlungsquelle auf die Bindemittelvorstufe einwirkt, von etwa 0,1 bis 100 Sekunden sein, ist aber vorzugsweise geringer als 5 Sekunden.
Ein besonders bevorzugtes Herstellungsverfahren eines Läppschleifgegenstandes wird in dem US Pat. Nr. 5,152,917 (Pieper et al.) des Anmelders beschrieben. In diesen Verfahren wird die resultierende verfestigte Aufschlämmung oder das Verbundschleifmittel das inverse Muster eines Herstellungswerkzeuges haben. Durch wenigstens teilweises Härten oder Verfestigen der Aufschlämmung auf einem Herstellungswerkzeug hat das Verbundschleifmittel ein exakt geformtes und vorbestimmtes Muster. Das additionspolymerisierbare Harz kann ferner verfestigt oder gehärtet werden, nachdem der teilweise gehärtete Gegenstand aus dem Herstellungswerkzeug genommen worden ist. Das Muster des Herstellungswerkzeugs kann mit einem Trennmittel behandelt werden, wie einem Silikon, um das Entfernen des Gegenstandes zu erleichtern.
Es ist bevorzugt, daß die Aufschlämmung bevor sie in das Herstellungswerkzeug eingetragen wird, erhitzt wird, typischerweise bei einer Temperatur, die von 40ºC bis 90ºC reicht. Wenn die Aufschlämmung erhitzt wird, fließt sie leichter in die Hohlräume der dreidimensionalen Herstellungswerkzeugoberfläche, wobei dadurch Fehlerhaftigkeiten minimalisiert werden. Die Viskosität der Aufschlämmung wird vorzugsweise aus einigen Gründen genau eingestellt. Zum Beispiel, wenn die Aufschlämmungsviskosität zu hoch ist, wird es schwierig sein, die Aufschlämmung auf das Herstellungswerkzeug aufzubringen.
Das Herstellungswerkzeug kann ein Gürtel, ein Flächengebilde, eine Aufbringungswalze, eine Buchse die auf einer Aufbringungswalze angebracht ist, oder eine Matrize sein. Es ist bevorzugt, daß das Herstellungswerkzeug eine Aufbringungswalze ist. Typischerweise hat eine Aufbringungswalze einen Durchmesser zwischen etwa 25 cm und etwa 45 cm und ist aus einem festen Material, wie Metall, aufgebaut. Das Herstellungswerkzeug einmal auf einer Aufbringungsmaschine angebracht, kann durch einen Motor angetrieben werden.
Wie vorher angemerkt hat das Herstellungswerkzeug eine vorbestimmte(s) dreidimensionale(s) Muster oder Anordnung von wenigstens einer spezifischen Form auf seiner Oberfläche, das (die) invers zu dem Muster des Verbundschleifgegenstandes des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist. Obwohl es für die Erfindung nicht kritisch ist umfaßt das dreidimensionale Muster des Herstellungswerkzeuges vorzugsweise eine Anordnung aus asymmetrischen Pyramiden, wie in Figuren 6, 7 und 18 des vorher erwähnten Pieper et al. Patents erwähnt.
Herstellungswerkzeuge für das Verfahren können aus Metall, z.B. Nickel, hergestellt werden, obwohl auch Plastikwerkzeuge verwendet werden können. Ein Herstellungswerkzeug, das aus Metall hergestellt ist, kann durch Gravieren, Abwälzfräsen, Zusammenbau eines Bündels einer Mehrzahl von Metallteilen, die in der gewünschten Konfiguration bearbeitet werden, oder durch andere mechanische Vorrichtungen oder durch elektroerosive Metallverarbeitung hergestellt werden. Das bevorzugte Verfahren ist Diamantbearbeitung. Diese Techniken werden ferner in der Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Band 8, John Wiley & Sons, Inc. (1968), S. 651-665 und US Pat. Nr. 3,689,346, Spalte 7, Zeile 30 bis 55 beschrieben.
In einigen Beispielen kann ein Plastikherstellungswerkzeug einem Originalmetallwerkzeug nachgebildet werden. Die Vorteile von Plastikwerkzeugen, verglichen mit Metallwerkzeugen, sind die Kosten und die Möglichkeit, nichttransparente Träger für die Schleifmittelgegenstände zu verwenden. Die Verwendung eines nichttransparenten Trägers erfordert, daß die Strahlung durch das transparente Werkzeug hindurchtritt. Ein thermoplastisches Harz, wie Polypropylen, kann auf dem Metallwerkzeug bei dessen Schmelztemperatur geprägt und dann abgeschreckt werden, um eine thermoplastische inverse Nachbildung des Metallwerkzeugs zu ergeben. Diese Plastiknachbildung kann als das Herstellungswerkzeug verwendet werden.
Für additionspolymerisierbare Harze, die durch Strahlungsenergie initiiert worden sind, ist es bevorzugt, daß das Herstellungswerkzeug erhitzt wird, typischerweise in dem Bereich von 30ºC bis 140ºC, um leichtere Bearbeitung und Abtrennung des Schleifmittelgegenstandes bereitzustellen. Natürlich sollte das Erhitzen im Falle des transparenten Plastikherstellungswerkzeugs begrenzt werden, um die Verformung des Musters und Abnahme der Langlebigkeit des Plastikherstellungswerkzeugs zu vermeiden.
Herstellungsverfahren beschichteter Schleifgegenstände, die Bindemittel- und Deckschichtbeschichtungen aufweisen, wobei eine davon additionspolymerisierbares Harz und Ton umfaßt, wurden vorher beschrieben. Nachstehend ist ein Beispiel veranschaulicht, wie man einen beschichteten Schleifgegenstand mit verschiedenen optionalen Beschichtungen herstellt.
Als eine erste optionale Beschichtung kann ein Substrat mit einer Sättigungsmittel-Beschichtungsvorstufe durch eine herkömmliche Technik, wie Tauchbeschichtung oder Walzenbeschichtung, beschichtet werden.
Nachdem die Sättigungsmittelbeschichtung aufgebracht ist, werden wahlweise Rückseiten- und/oder Vorderseitenbeschichtungsvorstufen durch eine Technik, wie Walzenbeschichtung, Schmelzbeschichtung oder Rakelbeschichtung, aufgebracht. Die Bindemittelbeschichtungsvorstufe wird über die optionale Vorderseitenbeschichtung aufgebracht. Gegebenenfalls wird dann die Bindemittelbeschichtung teilweise gehärtet. Die Schleifmittelteilchen werden dann in die Bindemittelbeschichung eingebracht. Vorzugsweise werden die Schleifmittelteilchen durch ein elektrostatisches Aufbringungsverfahren eingebracht, obwohl Fall-Beschichtung (drop coating) ausreichen kann. Auf die Bindemittelbeschichtung wirken dann Bedingungen ein, die hinreichend sind um die Bindemittelbeschichtung wenigstens teilweise zu härten. Dann wird eine Deckschichtbeschichtungsvorstufe über die Schleifmittelkörner durch ein herkömmliches Verfahren aufgebracht. Letztlich wird, wenn erwünscht, eine Überschichtvorstufe über die Deckschichtbeschichtung durch eines der vorher erwähnten Verfahren aufgebracht.
Auf diejenigen Beschichtungen, die additionspolymerisierbares Harz enthalten, läßt man Strahlungsenergie einwirken, um die Polymerisation des Harzes zu initiieren. Wenn die anderen Beschichtungen hitzehärtbare Bindemittelvorstufen enthalten, können sie durch die Anwendung von Hitze gehärtet werden. Zusätzlich kann Erhitzen die Strahlungspolymerisation beschleunigen, so daß Kombinationen von verschiedenen Energiequellen mit guten Ergebnissen verwendet werden können. Die Wahl der verwendeten Energiequelle wird von der Chemie der verwendeten Harze, der Dicke der Beschichtung, der Dicke des Trägers, wenn die Strahlung durch ihn durchgehen muß, des Typs und der Menge der Schleifmittel- und Tonteilchen und dergleichen abhängen.
Alle Beschichtungsvorstufen werden wenigstens teilweise getrocknet oder teilweise gehärtet, so daß jede Beschichtung berührungstrocken ist bevor die nächste Beschichtung aufgebracht wird. Alternativ können die Beschichtungen vollständig gehärtet werden, bevor die nächste Beschichtung aufgetragen wird. Nachdem die letzte Beschichtung aufgebracht ist, werden die verbleibenden teilweise gehärteten Beschichtungen Bedingungen unterworfen, die die Beschichtungen im wesentlichen vollständig härten.
Die folgenden Testverfahren wurden durch alle Beispiele verwendet.

Scheibentestverfahren I

Beschichtete Schleifgegenstände für jedes Beispiel wurden in Scheiben mit einem Durchmesser von 10,2 cm umgewandelt und auf eine Schaumstoffträgerunterlage mit einem Haftklebstoff aufgebracht. Das beschichtete Schleifscheiben- und Trägerunterlagesystem wurde auf eine Schiefer-Testvorrichtung installiert und die beschichtete Schleifscheibe wurde verwendet, um ein Polymethylmethacrylatpolymerwerkstück unter Verwendung einer Kraft von 4,5 kg zu schleifen. Der gesamte Test wurde unter Verwendung eines Wasserstroms ausgeführt. Die Menge des Werkstücks das abgeschliffen oder geschnitten wurde, wurde für alle Zyklen gemessen. Die Schnittwerte wurden als ein Prozentanteil des Vergleichsbeispiels aufgeführt, d.h. die Menge die das Beispiel schneidet, geteilt durch die Menge, die das Vergleichbeispiel schneidet, multipliziert mal 100%. Zusätzlich wurde in einigen Beispielen der Oberflächenzustand (Ra und Rz) gemessen, der durch den Schleifgegenstand auf dem Werkstück erzeugt wird. Ra ist der arithmetische Durchschnitt der Ritzengröße in Mikroinch. Rz war das Mittel aus den fünf einzelnen aufeinanderfolgenden Rauheitsmessungen. Der Oberflächenzustand wurde unter Verwendung eines Profilometers, das unter der Handelsbezeichnung "Perthen" bekannt ist und von Perthometer MYB gebaut wird, gemessen. Der ideal beschichtete Schleifgegenstand hat eine hohe Schnittrate und einen niedrigen Oberflächenzustandswert.

Scheibentestverfahren II

Das Scheibentestverfahren II war dasselbe wie das Scheibentestverfahren I, außer daß das Werkstück Celluloseacetatbutyratpolymer war und der Test trocken durchgeführt wurde.

Testverfahren III

Jeder zu testende, beschichtete Schleifgegenstand, wurde in eine rechteckige Fläche, 5,7 cm mal 22,9 cm, umgewandelt. Der Schleifgegenstand wurde unter Verwendung von Klemmen auf eine beschichtete 4,54-kg-Metallblock-Trägerunterlage befestigt. Die beschichtete Schleifoberfläche, die das Werkstück berührt war 5,7 cm mal 15,1 cm. Das Werkstück war eine Metallplatte, 45 cm mal 77 cm, die mit einer Urethangrundierung eines Typs, der im allgemeinen in der Fahrzeuglackindustrie verwendet wird, beschichtet war. Während des Schleifens wurde die Oberfläche des Werkstücks mit Wasser geflutet. Der Schleifgegenstand/Trägerunterlage wurde 90 Schläge gegen das Werkstück bewegt, um die Urethangrundierung zu schleifen. Ein Schlag war die Bewegung der Hand des Operators in einer geradlinigen Rückwärts- und Vorwärtsbewegung. Der Schnitt, d.h. die Menge in µm entfernter Grundierung, wurde nach 90 Schlägen gemessen. Die Lackdicke wurde mit einem Meßwerkzeug gemessen, das unter der Handelsbezeichnung "Elcometer" bekannt ist und von Elcometer Instruments Limited, Manchester, England verkauft wird. Die Oberflächenzustand Ra, d.h., der Oberflächenzustand der abgeschliffenen Grundierung, wurde nach 10 Zyklen gemessen. Der Oberflächenzustand wurde unter Verwendung desselben Profilometer wie in Scheibentestverfahren I gemessen.
Die folgenden Beispiele werden weiter die Erfindung veranschaulichen. Sofern nicht anders angegeben wird, sind Teile, Prozentsätze, Verhältnisse, usw., in den Beispielen auf das Gewicht bezogen.

Beispiele

Die folgenden Materialien werden in den Beispielen verwendet.
TATHEIC bedeutet ein Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat.
PH1 bedeutet 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenyl-1-ethanon, das im Handel von Ciba Geigy Company unter der Handelsbezeichnung "Irgacure 651" erhältlich ist.
TMPTA bedeutet Trimethylolpropantriacrylat.
WAO bedeutet weiße durchscheinende Aluminiumoxidschleifmittelteilchen.
ASP bedeutet Tonteilchen mit einer Durchschnittsteilchengröße von etwa 2 µm, die im Handel von der Engelhard Company of Edison, NJ, unter der Handelsbezeichnung "ASP 600" erhältlich sind.
PC bedeutet Tonteilchen mit einer Durchschnittsteilchengröße von etwa 3 µm, die im Handel von R.T. Vanderbilt of Norwalk, CT, unter der Handelsbezeichnung "Peerless #4" erhältlich sind.
CA bedeutet gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, ein Koppelungsmittel, das im Handel von der Union Carbide Corporation unter der Handelsbezeichnung "A-174" erhältlich ist.
CS bedeutet einen natürlichen Cryolit, der von Washington Milis Abrasives mit einer Durchschnittsteilchengröße von etwa 3 µm erhältlich ist.
CC bedeutet einen Calciumcarbonatfüllstoff mit einer Durchschnittsteilchengröße von etwa 15 µm
CMS bedeutet einen Calciummetasilikatfüllstoff, der mit einem Aminosilankoppelungsmittel behandelt ist, und der im Handel von der Nyco Company erhältlich ist.

Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele A und B

Dieses Serie von Beispielen vergleicht verschiedene Schleifgegenstandkonstruktionen. Die Schleifgegenstände wurden gemäß Scheibentestverfahren I getestet, und die Testergebnisse können in Tabelle 2 und 3 gefunden werden.
Die Schleifgegenstände von Beispiel 1 und 2 und Vergleichsbeispiel A wurden gemäß der Lehre von US Pat. Nr. 5,152,917 hergestellt. Zuerst wurde eine Aufschlämmung durch gründliches Mischen der folgenden, in Tabelle 1 aufgeführten Materialien hergestellt. Das additionspolymerisierbare Harz war eine Mischung aus TATHEIC/TMPTA/PH1 in einem Verhältnis 50/50/2. Die weißen Aluminiumoxidschleifmittelteilchen hatten eine Durchschnittsteilchengröße von 40 µm. Die Aufschlämmung wurde auf ein Nickelherstellungswerkzeug aufgebracht, das einen Bereich aus Pyramiden aufweist, so daß die Schleifmittelaufschlämmung, die Vertiefungen zwischen den Pyramiden ausfüllt. Das pyramidale Muster war im wesentlichen identisch mit dem, das in Fig. 6 7 und 18 des vorher erwähnten Pieper et al. Patents veranschaulicht wurde. Das Muster war asymmetrisch, wobei eine Grundbreite etwa 360 µm war, während eine andere Grundbreite etwa 400 µm war. Die Pyramidenhöhe war etwa 180 µm.
Als nächstes wurde ein 102-µm-dickes Polyesterfoliensubstrat gegen das Acrylherstellungswerkzeug mittels einer Plastikquetschwalze gedrückt und die Schleifmittelaufschlämmung benetzte die Stirnfläche der Polyesterfolie. Die Stirnfläche der Polyesterfolie enthielt eine Ethylenacrylsäure-Copolymer-Grundierung.
UV-Licht wurde dann durch die Polyesterfolie und in die Aufschlämmung durchgelassen, wodurch so die Polymerisation des Harzes initiiert wurde. Dies wurde unter Verwendung einer UV-Härtungseinheit, die von Radiation Polymer Company erhältlich ist ausgeführt, die aus einem UV-Prozessor-Model mit der Nummer QC- 1202A/NSPL und zwei 30,5-cm-UV-Metallend-Quecksilberlampen, Typ H, hergestellt von Aetek International, besteht. Wenn man unter Verwendung eines UV- Härtungsradiometers, das bei 365 nm integriert, mißt, war die verwendetet Dosis zwischen 170-260 mJ/cm² für jeden Durchgang. Vier Durchgänge wurden verwendet. Diese Dosis von UV-Licht führte dazu, daß die Aufschlämmung in ein Verbundschleifmittel umgewandelt wird, das an dem Polyesterfoliensubstrat anhaftet.
Als nächstes wurde die Polyesterfolie/Verbundschleifmittelkonstruktion von dem Herstellungswerkzeug abgetrennt, um einen Schleifgegenstand zu erhalten.
Der Schleifgegenstand für das Vergleichsbeispiel B war ein schleifkornenthaltendes A-Gewichtspapier, Körnung 320, (34 µm Mineraldurchschnittsdurchmesser), wobei der beschichtete Schleifgegenstand unter der Handelsbezeichnung "Three-Mite Wetordry" von der 3M Company, St. Paul, MN, im Handel erhältlich ist. Tabelle 1 Schleifaufschlämmungsformulierungen Tabelle 2 Scheibentestverfahren I Schnittwerte als ein Prozentanteil von Vergleichsbeispiel B Tabelle 3 Scheibentestverfahren I Oberflächenzustandsdaten
Es kann gefolgert werden, daß die Zugabe der Tonteilchen den Ausgangsschnitt von 63 auf 102% des Vergleichsbeispiels erhöhte. Eine gesteuerte Bruchfestigkeit des Verbundschleifmittels wurde auch unter diesem relativ niedrigen Drucktest beobachtet. Vergleichsbeispiel A schien insgesamt nicht zusammenzubrechen.

Beispiele 3-5 und Vergleichsbeispiele B-G

Die Schleifgegenstände für Beispiele 3 bis 5 und Vergleichsbeispiele C bis G wurden auf dieselbe Weise, wie in Beispiel 1 erklärt, hergestellt, außer daß unterschiedliche Aufschlämmungen verwendet wurden. Die Zusammensetzungen dieser Aufschlämmungen können in Tabelle 4 gefunden werden. Das Harz und die Schleifmittelteilchen waren dieselben wie in Beispiel 1. Die Füllstoff-Spalte betrifft die anorganische Teilchenmenge und -art, die zu der Aufschlämmung in jedem Beispiel hinzugefügt wurde. Die Schleifgegenstände, die in dieser Serie von Beispielen hergestellt wurden, wurden gemäß den Testverfahren I-III getestet und die Testergebnisse können in Tabelle 5 bis 8 gefunden werden. Tabelle 4 Schleifaufschlämmungsformulierungen Tabelle 5 Scheibentestverfahren I Schnittwerte als ein Prozentanteil von Vergleichsbeispiel B Tabelle 6 Scheibentestverfahren I Oberflächenzustandsdaten Tabelle 7 Scheibentestverfahren II Schnittwerte als ein Prozentanteil von Vergleichsbeispiel B Tabelle 8 Testverfahren III Schnittwerte als ein Prozentanteil von Vergleichsbeispiel B

Claims

1. Beschichteter Schleifgegenstand, der eine gesteuerte Abnützung seiner Schleifoberfläche aufweist, wobei der beschichtete Schleifgegenstand

(a) einen Träger mit einer Vorder- und einer Rückseitenoberfläche und

(b) angebracht an wenigstens einer dieser Vorder- oder Rückseitenoberfläche in einer Anordnung, die ein nicht zufälliges Muster aufweist, eine Mehrzahl von genau geformten Verbundschleifmitteln umfaßt, wobei jedes dieser Verbundschleifmittel Schleifmittelteilchen, dispergiert in einem Bindemittel, umfaßt, wobei das Bindemittel ein additionspolymerisiertes Harz umfaßt, das darin dispergierte Tonteilchen aufweist.

2. Beschichteter Schleifgegenstand nach Anspruch 1, wobei das additionspolymerisierte Harz von unbehandelten Harzen, gewählt aus ethylenisch ungesättigten Harzen und Epoxidharzen abgeleitet ist.

3. Beschichteter Schleifgegenstand nach Anspruch 2, wobei das ethylenisch ungesättigte Harz aus acrylierten Urethanharzen, acrylierten Epoxidharzen, Styrol, Divinylbenzol, Vinyltoluol, Aminoplast-Harzen, die ungesättigte Carbonylseitengruppen aufweisen, Isocyanuratharzen, die wenigstens eine Acrylatseitengruppe aufweisen, und Isocyanatharzen, die wenigstens eine Acrylatseitengruppe aufweisen, gewählt ist.

4. Beschichteter Schleifgegenstand nach Anspruch 3, wobei das Isocyanuratharz eine Kombination aus einem Triacrylat eines Tris(hydroxyethyl)-isocyanurats und Trimethylol-propantriacrylat ist.

5. Beschichteter Schleifgegenstand nach Anspruch 1, wobei die Tonteilchen eine Mohs-Härte von wenigstens 8 aufweisen.

6. Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands, der gekennzeichnet ist durch die Schritte

(1) Aufbringen einer Aufschlämmung auf ein Herstellungswerkzeug, das ein dreidimensionales Muster aufweist, wobei die Aufschlämmung ein additionspolymerisierbares Harz, Schleifmittelteilchen und Tonteilchen umfaßt;

(2) Inkontaktbringen eines Substrates, das wenigstens eine Hauptoberfläche aufweist, mit der Aufschlämmung, so daß die Aufschlämmung diese wenigstens eine Hauptoberfläche des Substrates benetzt, wobei ein erster Zwischenproduktgegenstand hergestellt wird;

(3) Einwirkenlassen von Bedingungen auf die Aufschlämmung, die hinreichend sind, um wenigstens teilweise das additionspolymerisierbare Harz zu härten, wobei ein zweiter Zwischenproduktgegenstand hergestellt wird; und

(4) Entfernen des zweiten Zwischenproduktgegenstands von dem Herstellungswerkzeug, wobei der Schleifgegenstand erhalten wird.

7. Aufschlämmung, umfassend Tonteilchen, die in einem additionspolymerisierbaren Harz dispergiert sind, wobei die Aufschlämmung Schleifmittelteilchen, die eine Mohs-Härte von wenigstens 8 haben, darin dispergiert aufweist.

8. Aufschlämmung nach Anspruch 7, wobei der prozentuale Trockengewichtsanteil der Tonteilchen in der Zusammensetzung von etwa 1 bis etwa 50 Gew.-% reicht.

9. Aufschlämmung nach Anspruch 7, die bezogen auf das Trockengewicht zwischen etwa 20 bis etwa 95 % Schleifmittelteilchen, etwa 3 bis etwa 78 % additionspolymerisierbares Harz und etwa 2 bis etwa 50 % Tonteilchen umfaßt.