DE69603323T2

DE69603323T2 - Reibbelag für Trägerfilme

Info

Publication number: DE69603323T2
Application number: DE69603323T
Authority: DE
Inventors: Anthony C. Gaeta; Gwo Shin Swei
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2016-05-18
Also published as: JPH0929647A; ATE182352T1; EP0747455B1; DE69603323D1; JP3435284B2; EP0747455A1; US5573816A

Description

Reibbelag für Trägerfilme

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung beschichteter Schleifmittel und im speziellen die Herstellung von auf einem Trägerfilm aufgebrachten beschichteten Schleifmitteln. Solche Erzeugnisse werden typischerweise für Feinschliffanwendungen benutzt.
Die EP-A-0 418 093 beschreibt ein beschichtetes Schleifmittelprodukt mit einem Träger, der die Schleifmittelkörner auf einer Hauptfläche trägt, und einen aus Wasser auftragbaren Haftklebstoff auf seiner anderen Hauptfläche aufweist, wobei der Haftklebstoff verwendet wird, um das beschichtete Schleifmittel auf einer Stütz- oder Halteunterlage zu befestigen.
In typischen Beispielen für Feinschliffanwendungen liegt das Schleifmittel in Form einer Bahnwicklung auf einer Rolle vor, das von der Rolle abgewickelt und der Schleifstelle zugeführt wird, wo es unter Verwendung einer bestimmten Art von präzisionsgeformter Werkzeugbestückung oder von Beschlägen gegen das zu schleifende Werkstück gehalten wird. Nach Berührung mit dem Werkstück wird die Bahn auf einer Aufnehmerrolle aufgewickelt, um gleichbleibende Spannung sicherzustellen. Ein polymerer Film hat normalerweise keine sehr guten Reibungsqualitäten, und wenn eine unbehandelte Rückseite mit den Beschlägen in Berührung käme, hätte dies übermäßigen Schlupf zur Folge, und es käme zu einer Verschlingung des Films um die Trägerfläche und letztlich zu einem Reißen des Films. Dies führt für den Hersteller zu einer ausgedehnten Ausfallzeit, und das wird als äußerst unerwünscht angesehen.
Der bevorzugte Film ist meist ein Polyester mit einer einzigartigen Mischung aus Einheitlichkeit, Unkomprimierbarkeit, Beständigkeit gegen Wasser und hohe Zug- und Reißfestigkeit. Er weist jedoch in hohem Maße die oben genannten Schlupfprobleme auf, die zu einem Versagen der vorgeschriebenen Weiterbewegung und sogar zum Riß des Filmes führen können.
Aus diesem Grund wird ein Trägerfilm normalerweise mit einer reibungsfördernden Oberfläche ausgestattet. Diese Oberfläche wird typischerweise durch Schleifmittelpartikel in einem Bindemittel gewährleistet. Aus Gründen der Herstellungsgeschwindigkeit wird meist die Verwendung eines strahlungsaushärtbaren Bindemittels bevorzugt, wobei diese jedoch ein praktisches Problem mit sich bringen. Strahlungsaushärtbare Bindemittel sind charakteristischerweise zu 100% reaktiv, das heißt es gibt kein Trägermedium, das vor dem Aushärten des Bindemittelharzes verdampft werden muß. Deshalb bringt das Härten nur geringen Schrumpf mit sich, und der Anteil der über die Bindemittelschicht herausragenden Füllpartikel hängt ausschließlich vom Volumenprozentsatz der in der Zusammensetzung vorhandenen Füllpartikel ab. Der Anteil an Schleifmittel, der mit eingeschlossen werden kann, ist sowohl durch die Rheologie der Mischung als auch deren Viskosität beschränkt, die sich beide deutlich auf die Streichbarkeit der Bindemittel- / Füllmittelmischung auswirken. Wenn aber zu wenig verwendet wird, kann dies zu im Bindemittel verborgenen Partikeln führen, mit nur relativ kleinen Anteilen, die über die Bindemitteloberfläche herausschauen. Dies resultiert in unbefriedigenden Reibungseigenschaften und kann zu Schlupf, zu Filmriß, zu übermäßigem Werkzeugbestückungs- oder Beschlagverschleiß und zur Verunreinigung der Werkzeugbestückung führen.
In einem bevorzugten Erzeugnis erlaubt die Reibungsbeschichtung das Auftreten eines Musters von raschen Wechseln aus Schlupf und Festsitzen, so daß insgesamt der Druck relativ konstant bleibt. Jedoch verschlechtern sich bei herkömmlichen Rückseitenbeschichtungen die Reibungseigenschaften allzu oft. Dies geschieht; weil die relativ wenigen exponierten Splitter sich abnutzen und so der Schlupf zunimmt. Mit Schlupf ist die relative Bewegung des Trägers gegen die Oberflächen, auf welche die Rückseite des Films gedrückt wird, sowie die sich daraus ergebende Abnutzung dieser Oberflächen gemeint.
Es wurde nun ein Träger erfunden, der die oben genannten Probleme vermeidet und der es erlaubt, den Druck des Bandes gegen das Werkstück ziemlich konstant zu halten, mit minimalem Schlupf und daher minimaler Abnutzung der Teile, gegen die die Rückseite während der Endbearbeitung gedrückt wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines, einen Trägerfilm aufweisenden beschichteten Schleifmittels zur Verfügung, welches das Beschichten der nichtschleifenden Oberfläche mit einer reibungsfördernden Schichtzusammensetzung umfaßt, die wiederum von etwa 10 Vol.% bis etwa 40 Vol.% eines strahlungsaushärtbaren Bindemittels, etwa 30 Vol.-% bis etwa 70 Vol.-% eines partikulären Materials und mindestens 20 Vol.-% eines flüssigen Trägermediums umfaßt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines einen Trägerfilm aufweisenden beschichteten Schleifmittels zur Verfügung, welches die Beschichtung der nichtschleifenden Oberfläche mit einer reibungsfördernden Schicht umfaßt, die ein wasserbasiertes, strahlungsaushärtbares Bindemittel und ein partikuläres Material umfaßt, wobei die Schicht um circa 20% bis circa 60% schrumpft, wenn die Schicht getrocknet und da Bindemittel ausgehärtet wird.
Ein wiederum anderer Aspekt stellt ein Verfahren zur Herstellung eines einen Trägerfilm aufweisenden beschichteten Schleifmittelstreifens (einschließlich eines Bandes) zur Verfügung, welches eine reibungsfördernde Schicht auf der Fläche aufweist, die das Schleifmittel tragenden Oberfläche gegenüberliegt, und die ein strahlungsausgehärtetes Bindemittel und ein partikuläres Material in Volumenanteilen von circa 25 Vol.-% bis zu circa 40 Vol.-% an Bindemittel und von circa 60 Vol.-% bis circa 75 Vol.% an partikulärem Material umfaßt.
Da die Beschichtungszusammensetzung ein Trägermedium umfaßt, welches beim Trocknen verlorengeht, kann die angewendete Beschichtungszusammensetzung viel höhere Anteile von partikulärem Material tragen, als in Abwesenheit des Mediums möglich wäre. Zusätzlich verursacht der Verlust des Mediums eine Schrumpfung des Volumens der Beschichtungszusammensetzung, wodurch das partikuläre Material über die Ebene des ausgehärteten Bindemittels und des ausgehärteten beschichteten Trägers hinaus exponiert wird.
Das strahlungsaushärtbare Bindemittel ist vorzugsweise eine Acrylatformulierung auf Wasserbasis, wie etwa ein Urethanacrylat, ein Epoxyacrylat, ein Polyester oder ein Epoxynovolac. Bevorzugte Bindemittel umfassen Urethanacrylate, wie etwa NeoRad 440 oder 3709, die unter diesen Handelsbezeichnungen von Zeneca Resins erhältlich sind. Andere geeignete strahlungsaushärtbare Bindemittel umfassen Harze von UCB Chemicals und / oder Sartomer Resins, die Urethan(meth)acrylate, Epoxy(meth)acrylate, Polyester und (Meth)acryl (meth)acrylate einschließen. Das Bindemittel, das in der angewendeten Formulierung vorliegt, ist eine Schicht in Form einer Dispersion oder Lösung in einem flüssigen Medium. Das Medium ist in der Regel Wasser, aber auch andere, leicht verflüchtigbare Flüssigkeiten, inklusive organischer Lösungsmittel wie etwa Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Heterocyclen oder Ketone, können verwendet werden.
Bevorzugtes Medium bzw. Trägerflüssigkeit ist Wasser, und die Menge an Bindemittel in der wäßrigen Formulierung ist ausreichend, um sicherzustellen, daß nach Entfernung des Wassers der Volumenschrumpf der Bindemittelphase zwischen circa 20% bis circa 60% und vorzugsweise zwischen circa 40% bis circa 50% liegt. In der Praxis heißt das, daß der Feststoffgehalt der Bindemitteldispersion zwischen circa 80% bis circa 40% und vorzugsweise zwischen circa 60 Vol.-% bis 50 Vol.% liegt.
Das in der Reibungsschicht integrierte partikuläre Material kann ein Schleifmittel wie etwa Aluminiumoxid oder Siliciumkarbid sein, es wird jedoch immer öfter die Verwendung eines Materials bevorzugt, das weniger hart ist, um das Ausmaß der Verschleißschäden an der Werkzeugbestückungsoberfläche zu minimieren. Daher sind partikuläre Materialien, wie etwa Siliciumoxid, Talkum und Calciumcarbonat im allgemeinen bevorzugt. Die Teilchengrößen und die Morphologie können durch den Verwendungszweck des Produkts bestimmt sein. Üblicherweise liegen jedoch die herkömmlicherweise am meisten verwendeten Partikelgrößen zwischen circa 20 um (20 Microns) und circa 150 um (150 Microns).
Um die Grenzflächenhaftung zwischen dem partikulären Material und dem Bindemittel zu verbessern, wird die Behandlung des partikulären Materials mit einem Haftvermittler, wie etwa Silan, bevorzugt. Dies hat den Effekt, daß eine gute Verteilung der Partikulate, wie auch, daß in Gebrauch ein exzellenter Halt des partikulären Materials innerhalb der Bindemittelschicht sichergestellt wird, was auf die Haftung zwischen dem partikulären Material und dem Bindemittel zurückzuführen ist.
Die Anteile von Bindemittel und partikulärem Material in der Formulierung und in der Schicht liegen vorzugsweise bei etwa 1 : 6 bis etwa 1 : 1 und besonders bevorzugt bei etwa 1 : 4 bis etwa 1 : 1,5.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Aufbaus zum Schleifen von Nockenwellen unter Verwendung von zwei Streifen eines einen Trägerfilm aufweisenden beschichteten Schleifmittels.
Fig. 2 ist eine Auftragung, welche die Leistungsfähigkeit eines erfindungsgemäßen Produkts und eines kommerziellen Produkts des Standes der Technik zeigt.
Die Erfindung wird nun in Form von bestimmten Erzeugnissen beschrieben, die einen oder mehrere Aspekte der Erfindung verkörpern. Diese dienen dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu gedacht, auf irgendwelche notwendigen Beschränkungen des Schutzumfangs der Erfindung schließen zu lassen.
Ein Polyesterfilm wurde mit einer Anzahl von verschiedenen Reibungsschichten auf der gegenüberliegenden Seite der zum Schleifen verwendeten Seite ausgestattet. Der Film wurde in zwei Streifen geschnitten, die zum Schleifen von Nockenwellen unter Verwendung des in Fig. 1 gezeigten Aufbaus benutzt wurden, wobei eine Nockenwelle, 1, zur Feinstbearbeitung zwischen zwei Schleifmittelstreifen, 2, angeordnet ist, die in Fallrichtung bis zur Berührung mit den zu schleifenden Nockenwellenteilen mit Hilfe von Werkzeugen, 3 und 4, getrieben werden, welche Diamantbeschichtungen auf den Oberflächen, 5, die den Film berühren, aufweisen. Der Film besitzt eine das Schleifmittel tragende Seite, 6, und eine Gegenseite, 7, auf der eine reibungsfördernde Oberfläche aufgebracht ist.
Die Anpreßkraft beträgt üblicherweise etwa 311 N (70 lbs), und die Nockenwelle wird mit 70 U/min rotiert. Der Film wird mit etwa 450 Schwingungen pro Minute oszilliert. Während der Feinstbearbeitung wurde ein Kühlmittel auf Wasserbasis verwendet.
Die verwendeten reibungsfördernden Schichten umfaßten als Füllmaterial Siliciumoxidteilchen mit unterschiedlichen Teilchengrößen und ein Bindemittel, das ein Urethanacrylat, erhältlich von Zeneca Resins unter dem Handelsnamen NeoRad 3709, war. Das Bindemittel hatte einen Feststoffgehalt von 37 Gew.-%. Die Verhältnisse von Bindemittel zu partikulärem Material in der fertigen Schicht waren wie in der unten angegebenen Tabelle gezeigt.
Die Trocknung der reibungsfördernden Schicht wurde in konventioneller Weise unter Verwendung eines Ofens durchgeführt. Die getrocknete Schicht wurde dann mit UV-Licht behandelt, um eine Aushärtung des Urethanacrylat-Bindemittels zu erreichen. Der Schrumpf während der Trocknung der Schicht zur Entfernung des Wassers sowie nach der Aushärtung des Bindemittels betrug etwa 40%.
Die erfindungsgemäßen Filmstreifen wurden dann Seite für Seite verglichen mit einem in herkömmlicher Weise geträgerten Filmstreifen basierend auf dem gleichen Polyesterfilm und der gleichen Schleifmittelbeschichtung, aber mit einer nichtschrumpfenden Bindemittelformulierung in der reibungsfördernden Schicht. Die Ergebnisse sind in der unten angegebenen Tabelle gezeigt. TABELLE
Das erfindungsgemäße Produkt und ein Film mit einer reibungsfördernden Trägerschicht gemäß der Erfindung wurden in einem Versuch miteinander verglichen, um das Verhalten unter einer Beladung von 22,75 kg (50 Pound) zu beurteilen. Die gemessene Belastung auf dem Film, während er über die Trägeroberfläche gezogen wurde, wurde gegen die Verrückung aus der Ruheposition aufgetragen.
Die Ergebnisse sind in Fig. 2 gezeigt, wobei die obere Auftragung die Leistung eines Produktes des Standes der Technik zeigt. Wie zu sehen ist, beginnt nach einem anfänglichen stetigen Beladungspegel die Belastung mit gelegentlichen Ruck abzufallen, was anzeigt, daß Schlupf auftritt. Im Gegensatz dazu zeigt das erfindungsgemäße Produkt das charakteristische Spannungs- / Entlastungsverhalten ohne Anzeichen, daß die Belastung abnimmt, wodurch Schlupf angezeigt wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines einen Trägerfilm aufweisenden beschichteten Schleifmittels, welches umfaßt: Beschichten der nicht schleifenden Oberfläche des Trägerfilms mit einer reibungsfördernden Schicht, die ein strahlungsaushärtbares Bindemittel, ein partikuläres Material und mindestens 20 Vol.-% eines flüssigen Trägermediums umfaßt; Trocknen und Aushärten der reibungsfördernden Schicht, wobei die Schicht zu einem Schrumpfen im Volumen um ca. 20 bis ca. 60% veranlaßt wird, wenn die Schicht getrocknet und das Bindemittel ausgehärtet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die reibungsfördernde Schicht ca. 10 bis 40 Vol.-% eines strahlungsaushärtbaren Bindemittels, ca. 30 bis ca. 70 Vol.% eines partikulären Materials und mindestens 20 Vol.-% eines flüssigen Trägermediums umfaßt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das flüssige Trägermedium Wasser ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Volumenverhältnis von partikulärem Material zu Bindemittel zwischen ca. 1 : 1 bis ca. 6 : 1 beträgt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Volumenverhältnis von Partikelmaterial zu Bindemittel zwischen ca. 1, 5 : 1 bis ca. 4 : 1 beträgt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Bindemittel aus der Gruppe bestehend aus Urethan(meth)acrylaten, Epoxy(meth)acrylaten, Epoxynovolac(meth)acrylaten, Polyester- und (Meth)acryl(meth)acrylaten ausgewählt wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das partikuläre Material zuerst mit einem Haftvermittler behandelt wird, und aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid, Talkum und Calciumcarbonat ausgewählt wird.