DE69607037T2

DE69607037T2 - Verfahren zur herstellung eines schleifmittels

Info

Publication number: DE69607037T2
Application number: DE69607037T
Authority: DE
Inventors: C. Sanders
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: EP0874716A1; US5681361A; JP4077515B2; EP0874716B1; JP2000502960A; WO1997025185A1; DE69607037D1

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes, bei dem Schleifkörner ohne die Anwesenheit von flüssigen organischen Lösungsmitteln an ein organisches Substrat gebunden werden, und das Produkt des Verfahrens.
Vliesschleifgegenstände wurden aus Vliesen hergestellt, die aus einem Netzwerk synthetischer Fasern oder Filamente bestehen, welche Oberflächen bereitstellen, auf denen Schleifkörner haftend gebunden werden.
Vliesschleifgegenstände verwendeten eine "Bindemittel"schicht aus harzartigem Bindemittelmaterial, um die Schleifkörner an der Oberfläche des Faser- oder Filamentträgers zu befestigen, wenn die Teilchen auf dem Träger oder überall in dem lockeren Faservlies ausgerichtet werden. Eine "Deck"schicht aus harzartigem Bindemittelmaterial wurde außerdem über der Bindemittelschicht und den Schleifkörnern aufgebracht, um die Schleifkörner an dem Träger oder dem Faservlies zu verankern und deren Anbindung zu verstärken. Eine herkömmliche Abfolge von Fabrikationsschritten zur Herstellung von Vliesschleifgegenständen beinhaltet: zuerst Aufbringen der Bindemittelschicht und der Schleifkörner auf den Träger oder die lockeren Faservliese; teilweises Härten der Bindemittelschicht; Aufbringen der Deckschicht; und schließlich werden die Bindemittel- und Deckschicht vollständig gehärtet. Bei der herkömmlichen Vorgehensweise können das Harz der Deckschicht und das Harz der Bindemittelschicht die gleiche Art Harz oder unterschiedliche Harzmaterialien sein.
Thermisch härtbare Bindemittel wurden in derartigen Bindemittel- und Deckschichten verwendet, da sie Schleifgegenstände mit ausgezeichneten Eigenschaften, z. B. erhöhter Wärmebeständigkeit, liefern. Um die Harzvorverbindungen beschichtbar zu machen, die richtigen Beschichtungsviskositäten zu erhalten und defektfreie Beschichtungen zu erhalten, wird gewöhnlich Lösungsmittel zu den ungehärteten Harzen hinzugegeben. Zu herkömmlichen thermisch härtbaren Harzen gehören Phenolharze, Harnstoff-Aldehyd-Harze, Urethanharze, Melaminharze, Epoxidharze und Alkydharze. Unter diesen werden Phenolharze, wegen ihrer thermischen Eigenschaften, der Verfügbarkeit, der niedrigen Kosten und der Leichtigkeit der Handhabung, häufig zur Herstellung von Schleifgegenständen verwendet.
Es gibt zwei Grundtypen von herkömmlichen Phenolharzen: Resol- und Novolakphenolharze. Bei der Formulierung der Phenolharze sind die Monomere, die gegenwärtig im größten Umfang verwendet werden, Phenol und Formaldehyd. Andere nennenswerte Ausgangsmaterialien sind die alkylsubstituierten Phenole einschließlich Kresole, Xylenole, p-tert-Butylphenol, p-Phenylphenol und Nonylphenol. Diphenole, z. B. Resorcinol (1,3-Benzoldiol) und Bisphenol A (Bis-A oder 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan), werden in kleineren Mengen für Anwendungen, die spezielle Eigenschaften erfordern, verwendet. Die Erhöhung des Molekulargewichts und das Härten der Resolphenolharze werden durch alkalische Katalysatoren katalysiert. Das Molverhältnis von Aldehyd zu Phenol ist mindestens 1,0, typischerweise zwischen 1,0 und 3,0.
Bei der Herstellung von Haftbeschichtungen für Vliesschleifgegenstände ist eine Standard-Ausgangsphenolharzzusammensetzung ein Kondensat mit 70% Feststoffen aus einem 1,96 : 1,0-Formaldehyd : Phenol-Gemisch mit zugesetzten 2%, bezogen auf das Gewicht des Phenols, Kaliumhydroxid als Katalysator. Die Phenolkomponente des Phenolharzes ist typischerweise fest und erfordert die Zugabe von Lösungsmittel, um sie für die Umsetzung mit dem Formaldehyd löslich zu machen. Die Phenolharzzusammensetzung enthält typischerweise 25-28% Wasser und 3-5% Propylenglycolether, um die Viskosität des Harzes zu verringern. Bevor dieses Harz als Bindemittel- oder Deckschicht verwendet wird, d. h., um es beschichtbar zu machen, wird oft eine weitere Viskositätsverringerung erreicht, indem VOC (d. h. eine flüchtige organische Verbindung) verwendet wird. Eine herkömmliche Phenolharzbindemittelschicht kann bis zu 40% eines VOC, wie Isopropylalkohol, enthalten, um die Viskosität zu verringern und das Phenolharz mit Harzmodifizierungsmitteln (Flexibilisatoren) kompatibel zu machen, während eine Deckschicht bis zu 20% eines VOC, wie Diethylenglycolethylether, enthalten könnte. Unumgesetztes Phenol und Formaldehyd in dem endgültigen, gehärteten Harz tragen ebenfalls zu dem VOC bei.
Wenn Polyester- oder Celluloseträger oder lockere Faservliese bei der Herstellung von Vliesschleifgegenständen verwendet werden, ist die Härtungstemperatur manchmal auf etwa 130ºC begrenzt. Bei dieser Temperatur machen die verlängerte Härtungszeit und die Entfernung des Lösungsmittels die Verwendung von Hängehärtungsbereichen (engl. festoon curing areas) erforderlich. Zu den Nachteilen der Hängehärtungsbereiche gehören die Emission der flüchtigen organischen Verbindungen, wie Lösungsmittel, unumgesetzte Harzvorverbindungen wie Phenol, Formaldehyd und dergleichen.
Um die Emissionen von VOC zu verringern, wurden Fortschritte bei der Modifizierung geeigneter Harzsysteme gemacht, wobei organische Lösungsmittel durch Wasser ersetzt wurden, wie in den US-Patentschriften 5,178,646 (Barber et al.) und 5,306,319 (Krishnan et al.) beschrieben ist. Eine Alternative zu dieser Herangehensweise ist die Verwendung sogenannter "zu 100% umwandelbarer" oder "mit 100% Feststoffen" Bindemittelsysteme. Derartige alternative Systeme beinhalten die Verwendung ethylenisch ungesättigter Bindemittelsysteme, die durch UV-Bestrahlung gehärtet werden können. Derartige Systeme sind jedoch schwierig bei der Herstellung von Vliesschleifgegenständen zu verwenden, weil die dreidimensionale Beschaffenheit der Vliesprodukte "Schatten" verursacht, wobei die inneren Fasern des Vliessubstrats teilweise durch die äußersten Fasern verdeckt sind, was die gleichmäßige Einwirkung von Strahlung (z. B. ultraviolett), emittiert von einer geeigneten Quelle, sehr schwierig macht.
Die US-Patentschrift 2,958,593 (Hoover et al.) offenbart einen offenen Faservliesschleifgegenstand mit geringer Dichte. Organische Fasern sind an ihren gegenseitigen Kontaktpunkten haftend miteinander verbunden, wobei Schleifkörner haftend mit den Vliesfasern verbunden sind. Die Zwischenräume zwischen den Fasern sind offen und nicht durch Haftmittel oder Schleifkörner ausgefüllt, so daß das Vlies in der Beschaffenheit nicht verstopfend und nicht ausfüllend ist, und es kann folglich beim Spülen leicht gereinigt werden. Das zum Binden der Fasern in dem Vlies verwendete Haftmittel kann ebenfalls verwendet werden, um die Schleifkörner an die Fasern zu binden. Das Haftmittel wird auf das Vlies aufgebracht, wie es mit den Schleifkörnern in der Form einer Schleifmittelaufschlämmung gemischt ist. In einer anderen Ausführungsform kann das Haftmittel in einem von der Ablagerung der Schleifkörner auf dem Vlies gesonderten Schritt auf das Vlies aufgebracht werden. Auch kann das zum Aneinanderbinden der Fasern verwendete Haftmittel eine andere Art von Bindemittel wie das zum Binden des Schleifkörpers an die Fasern verwendete Bindemittel sein. Das (die) Haftmittel für Faser- und Schleifmittel wird (werden) auf das Vlies als Teilchensuspensionen in einem organischen Lösungsmittel durch Sprühen, Walzenbeschichten oder Tauchbeschichten aufgebracht, und dann wird das beschichtete Vlies ofengetrocknet und zu einem nichtklebrigen Zustand gehärtet. Die von Hoover et al. beschriebene Anordnung führt zu zusätzlichen Kosten und Anstrengungen, die mit der Bereitstellung geeigneter Vorsichtsmaßregeln bei der Verarbeitung und mit der Ausrüstung zur Abfallbehandlung/entsorgung verbunden sind, um die während der Wärmehärtung des Haftmittels erzeugten VOC-Emissionen zu bekämpfen. Das Herstellungsverfahren des Schleifvlieses muß im allgemeinen auch während der Härtung in einer im allgemeinen kontinuierlichen und nicht unterbrochenen Weise durchgeführt werden, da das mit Haftmittel beschichtete Zwischenvliesprodukt klebrig ist und es so problematisch handzuhaben oder für einen längeren Zeitraum aufzubewahren ist.
Die US-Patentschrift 3,175,331 (Klein) offenbart ein reinigendes und scheuerndes Kissen, umfassend ein oder mehrere Faservliese, wärmeversiegelt, um imstande zu sein, darin eine feste Waschzusammensetzung eingeschlossen zu haben, und in welchem die äußere Oberfläche des Kissens daran haftenden Schleifkörper aufweist, wobei eine kontinuierliche, ununterbrochene Scheueroberfläche bereitgestellt wird, die sich über die gesamte äußere Oberfläche des Kissens erstreckt. Eine ausreichende Menge eines schmelzbaren Haftmittels in flüssiger Form wird auf eine Oberfläche der Faserschicht aufgebracht, um die Fasern zur Erzeugung eines selbsttragenden Vliesstoffes aneinander zu binden, wobei die Menge des Haftmittels in erwünschter Weise reguliert wird, um das Haftmittel im Bereich der Oberfläche des Vliesstoffes anstatt der Mitte des Vliesstoffes zu konzentrieren, um, unter anderen Dingen, die Lockerheit zu bewahren. Schleifkörper wird in das imprägnierende Haftmittel eingebettet, das auf mindestens eine Oberfläche des Faservliesstoffes aufgebracht wird.
Die US-Patentschrift 4,486,200 (Heyer et al.) offenbart ein Verfahren zur gegenseitigen Bindung eines geöffneten Faserbündels von Filamenten bei der Erzeugung eines Schleifscheuerkissens durch Beschichten des Faserbündels mit flüssigen Harztropfen in einem Schritt vor dem Aufbringen eines Schleifpulvers auf dem Faserbündel oder durch Selbstbindung der Fasern.
Die US-Patentschrift 2,375,585 (Rimer) offenbart, in einer Ausführungsform davon, ein Verfahren zur Herstellung eines faserförmigen Schleifscheuerkissens, wobei Schleifkörner auf noch geschmolzene Oberflächen von frisch extrudierten synthetischen Filamenten gesprüht werden.
Die Verwendung schmelzbarer trockener Pulver zur Bindung von Vliesfasern ist offenbart worden.
Zum Beispiel offenbart die US-Patentschrift 3,223,575 (Griswold) ein Vliesbahnenmaterial, das inhärent selbstwärmeversiegelbar ist, das imstande ist, auf ein textiles Basisbahnenmaterial, wie ein textiles Kleidungsstück, laminiert zu werden, ohne dasselbe unerwünscht zu versteifen oder einen erheblichen Verlust an Flexibilität darin zu bewirken. Die flexible Vliesbahn hat Öffnungen, die vollständig durch deren Dicke hindurch bereitgestellt sind. Eine thermoplastische, potentiell haftende körnige Substanz, die aktiviert oder haftend und klebrig gemacht werden kann, wird während des Vorgangs der Laminierung auf der Vliesbahn mit Öffnungen aufgebracht. Die Öffnungen in der Vliesbahn sind größer als die thermoplastischen Körner, so daß die Öffnungen offen bleiben und nicht durch die thermoplastischen Körner verstopft werden. Folglich werden die Öffnungen in dem Vlies nachfolgend nicht mit dem Basisbahnenmaterial verschweißt, wenn die thermoplastischen Körner aktiviert und die Vlies- und Basisbahnen vereinigt werden, um dadurch eine diskontinuierliche Bindung zwischen ihnen zu erzeugen und so Flexibilität in dem Laminat zu vermitteln.
Die US-Patentschrift 4,457,793 (Buck, Jr.) offenbart ein vollständig trockenes Verfahren zur Herstellung eines Faservliesstoffes durch Inkontaktbringen von Fasern mit Teilchen eines Vinylchlorids/diesters eines ungesättigten Vinyldicarbonsäurecopolymers. Die die Copolymerteilchen enthaltenden Fasern werden zu einem Vliesstoff geformt, und der Vliesstoff wird auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Copolymers, aber unterhalb des Seng- oder Schmelzpunktes der Fasern erwärmt, und dann wird der Vliesstoff gekühlt, um die Fasern an ihren Schnittpunkten zu binden.
Die internationale PCT-Veröffentlichung WO 95/16814 (McKay) beschreibt ein Pulverbeschichtungsverfahren zur Herstellung eines Verbundvlieses. Ein feuchtes Gewebe aus Multifilamentbündeln wird mit einem aus Teilchen bestehenden festen Material beschichtet, das geschmolzen und verfestigt wird, um ein faserverstärktes Verbundvlies herzustellen. Das beschichtete Gewebe wird bei einer Temperatur und für eine Zeit erwärmt, die ausreichend sind, um Verkapselung der Vliesfilamente durch das harzartige Material zu bewirken.
Die US-Patentschrift 3,418,187 (Reeder et al) offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements, wobei ein schmelzbares Pulvermaterial auf kontinuierliche Filamente, wie in der Form eines geöffneten Faserbündels, oder Stapelfasern, wie in der Form eines Krempelvlieses, aufgebracht wird und dann die Filamente oder Fasern zu einer zylindrischen Form verdichtet werden, die Wärme ausgesetzt wird, um das Bindemittel zu schmelzen. Das schmelzbare Pulver schmilzt vorzugsweise bei einer Temperatur, die geringer ist als der Schmelzpunkt oder die Erweichungstemperatur der Filamente oder Fasern. Die Filamente oder Fasern werden bei Anwendung der Wärme durch das schmelzbare Pulver an verschiedenen Punkten durchgehend in dem Filterelement aneinander gebunden. Wenn gewünscht, können zusätzlich zum Bindemittel weiche pulverförmige Substanzen, wie Holzkohle, aktivierter Ton oder ein anderer Hilfsstoff für die wirksame Filtration und Absorption, zugesetzt werden, die in den fertigen Filterstab eingebracht werden.
Es besteht noch ein Bedarf für ein Verfahren, Schleifkörner in einer gleichmäßigen Weise an ein organisches Substrat, wie die Faseroberflächen eines Vliesschleifgegenstandes, zu binden, das flüssige organische Lösungsmittel (nämlich VOCs) vermeidet und die damit verbundenen Verarbeitungsprobleme und Umweltbesorgnisse vermeidet.
Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes, wobei Schleifkörner in einer gleichmäßigen Weise haftend mit einem organischen Substrat verbunden werden, das die Verwendung von organischen Lösungsmittelverbindungen vermeidet.
In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes bereit, umfassend:
(a) das Inkontaktbringen eines faserförmigen oder geschäumten organischen Substrats mit einem trockenen, aus Teilchen bestehenden Material, umfassend: eine Vielzahl schmelzbarer, organischer Bindemittelteilchen und eine Vielzahl Schleifkörner;
(b) das Verflüssigen der organischen Bindemittelteilchen, um ein fließfähiges, flüssiges Bindemittel herzustellen, in welchem die Schleifkörner dispergiert sind; und
(c) das Verfestigen des fließfähigen, flüssigen Bindemittels, um die Schleifkörner an das Substrat zu binden.
Das aus Teilchen bestehende Material ist "trocken" in dem Sinne, daß es im wesentlichen keine flüchtigen flüssigen organischen Lösungsmittel beinhaltet, was bedeutet, daß es nicht in Verbindung mit irgendwelchen derartigen flüchtigen, flüssigen organischen Lösungsmitteln, wie flüchtige Kohlenwasserstofflösungsmittel, verwendet wird, obwohl kleinere Mengen von verbliebenen eingeschlossenen Lösungsmitteln vorhanden sein können. Daher werden Probleme der Handhabung und Entsorgung von VOC durch das erfindungsgemäße Verfahren verringert, da das Schleifmittelbindemittel (von der Zeit der Aufbringung auf das Substrat bis zur Verfestigung) in einer lösungsmittelfreien oder "puren" Form verwendet wird. Für Zwecke dieser Erfindung bedeutet der Begriff "flüssiges organisches Lösungsmittel" eine organische Verbindung, die in reinem Zustand bei Raumtemperatur (d. h. etwa 25ºC) flüssig ist. "Flüchtig" bedeutet eine Flüssigkeit, die leicht verdampft.
Das organische Substrat kann ein faserförmiges Substrat sein, wie ein gewebtes, gestricktes oder vliesförmiges Gewebe. In einer anderen Ausführungsform können thermoplastische, härtbare oder thermoplastische elastomere Schäume als organisches Substrat verwendet werden. Vorzugsweise ist das organische Substrat ein offenes, lockeres, dreidimensionales Faservlies, wie es hier beschrieben ist.
In einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines faserförmigen Vliesschleifgegenstandes bereit, umfassend:
(a) das Inkontaktbringen eines offenen, lockeren Vlieses aus organischen Fasern mit einem trockenen, aus Teilchen bestehenden Material, umfassend:
eine Vielzahl schmelzbarer organischer Bindemittelteilchen und
eine Vielzahl Schleifkörner;
(b) das Verflüssigen der organischen Bindemittelteilchen, um ein fließfähiges, flüssiges Bindemittel bereitzustellen, in welchem die Schleifkörner dispergiert sind, wobei das flüssige Bindemittel und die Schleifkörner entlang der Fasern des Vlieses dispergiert sind; und
(c) das Verfestigen des fließfähigen flüssigen Bindemittels, um die Schleifkörner an die Fasern zu binden und den Schleifgegenstand zu erhalten.
Die Fasern des Vlieses sind vorzugsweise an ihren gegenseitigen Kontaktpunkten durch ein gehärtetes "vorbindendes" Harz aneinander gebunden (z. B. ein "vorbindendes" Vlies). Jedoch können Vliese, die durch Schmelzen bindungsfähige Fasern umfassen, ebenfalls verwendet werden. Falls durch Schmelzen bindungsfähige Fasern vorhanden sind, wird es möglich, die Notwendigkeit für das vorstehend erwähnte vorbindende Harz noch weiter zu verringern und möglicherweise zu beseitigen, wodurch bei der praktischen Ausführung der Erfindung die Notwendigkeit für VOCs weiter verringert und möglicherweise beseitigt wird. Die schmelzbaren organischen Teilchen und die Schleifkörner können physikalisch vorgemischt und als ein einziges, aus Teilchen bestehendes festes Gemisch auf das organische Substrat, wie die Fasern eines vorstehend beschriebenen Vliesgegenstandes, aufgebracht werden. In einer anderen Ausführungsform können die schmelzbaren organischen Teilchen und die Schleifkörner nacheinander und gesondert in einer beliebigen Reihenfolge auf das organische Substrat aufgebracht werden. Vorzugsweise werden die schmelzbaren organischen Teilchen durch Erwärmen für eine hinreichende Zeit bei einer erhöhten Temperatur verflüssigt.
Die Verteilung des trockenen, aus Teilchen bestehenden Materials durchgehend im gesamten Vlies hängt von dem beabsichtigten Endzweck des fertigen Schleifgegenstandes ab. Zum Beispiel ist es möglich, das trockene, aus Teilchen bestehende Material in den Oberflächenbereichen des Vlieses zu konzentrieren. In einer anderen Ausführungsform kann das trockene, aus Teilchen bestehende Material gleichmäßig durchgehend im gesamten Vlies verteilt werden. Das trockene, aus Teilchen bestehende Material wird vorzugsweise auf die Fasern des Vlieses aufgebracht, so daß die einzelnen Teilchen in dem aus Teilchen bestehenden Material physikalisch voneinander getrennt bleiben und nicht fließen oder auf andere Weise sich vermengen, wenn sie auf den Faseroberflächen zu einem geschmolzenen oder fließfähigen Zustand verflüssigt werden. In dieser Weise verkapselt das Bindemittelmaterial nicht die Fasern, sondern stellt, wenn verfestigt, eine unterbrochene, lokalisierte Bindung der Schleifkörner an die Oberflächen der Faser bereit und vermeidet die Bildung von Haftmittelklumpen oder einer kontinuierlichen Schicht von Bindemittel. In dieser Weise bleiben die Zwischenräume zwischen den Fasern in dem fertigen Gegenstand im wesentlichen offen und unausgefüllt durch das gehärtete Bindemittel.
In der vorliegenden Anmeldung haben bestimmte Begriffe die Bedeutungen, wie sie hier angegeben sind. "Schmelzbar" bedeutet in bezug auf ein festes Material, daß das Material bei Anwendung von hinreichend Wärme oder eines anderen, Fließen herbeiführenden Mittels (z. B. Mikrowellen, Infrarot, Ultraschallkräfte und Kombinationen davon) einen fließfähigen Zustand erreichen kann, und der dann verfestigt werden kann (z. B. durch Kühlen). Die schmelzbaren festen organischen Bindemittelteilchen können ein Material umfassen, das nur einmal schmelzbar ist, z. B. ein aus Teilchen bestehendes, temperaturaktiviertes, härtbares Harz, oder eines, das viele Male potentiell schmelzbar ist, wie in dem Fall eines aus Teilchen bestehenden thermoplastischen Harzes. Für die Zwecke dieser Erfindung brauchen die schmelzbaren organischen Teilchen nur mindestens einmal schmelzbar zu sein, um die gewünschte Bindung von Fasern und Schleifkörnern zu erreichen. "Verflüssigen" bedeutet eine Veränderung des physikalischen Zustands eines Materials zu dem einer fließfähigen Flüssigkeit. "Verfestigen" bedeutet eine Veränderung im physikalischen Zustand eines Materials in einen nichtklebrigen Feststoff und kann Härten einschließen. "Härten" bedeutet Verursachen von Vernetzung in einem härtbaren Harz. "Aus Teilchen bestehend" bedeutet kleine, gesonderte feste Teilchen, die in der Menge eine fließfähige trockene Masse bilden.
Die vorliegende Erfindung erfordert keine flüssigen Materialien und insbesondere keine organischen Lösungsmittel, um eine Dispergierung des Schleifmittelbindemittels in den gewünschten Bereichen eines Vlieses zu erreichen. Die Verwendung der vorstehend erwähnten schmelzbaren, organischen Bindemittelteilchen bei der Herstellung eines Schleifgegenstandes erlaubt eine vereinfachte Verarbeitung, während die Emissionen insgesamt (z. B. VOCs) während einer derartigen Verarbeitung verringert werden.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes bereit, wobei die Schleifkörner durch ein trockenes, von organischen Lösungsmitteln freies Verfahren fest an ein faserförmiges oder geschäumtes organisches Substrat gebunden werden.
Das als Bindemittelmaterial für die Schleifkörner verwendete schmelzbare organische Material kann von einer beliebigen geeigneten Art sein, die mit der Forderung vereinbar ist, daß es imstande ist, eine befriedigende Bindung der Schleifkörner an die Oberfläche des organischen Substrats bereitzustellen, indem es bei einer Temperatur aktiviert oder klebrig wird, die das Verursachen von Schädigung durch Wärme oder Verunstaltung des organischen Substrats, z. B. Vliesfasern, an dem es haften soll, vermeidet. Die Materialien der schmelzbaren organischen Teilchen, die diesen Kriterien entsprechen, können aus bestimmten härtbaren teilchenförmigen Materialien, thermoplastischen, teilchenförmigen Materialien und Gemischen von härtbaren und thermoplastischen, teilchenförmigen Materialien wie hier beschrieben ausgewählt werden.
Die härtbaren, teilchenförmigen Systeme beinhalten Teilchen, die aus einem temperaturaktivierten, härtbaren Harz hergestellt sind. Derartige Teilchen werden als festes Granulat in Pulverform verwendet. Der erste oder Kurzzeiteffekt einer Temperaturerhöhung hinreichend über die Glasübergangstemperatur ist ein Erweichen des Materials zu einem fließfähigen flüssigkeitsartigen Zustand. Diese Veränderung im physikalischen Zustand erlaubt den Harzteilchen, sich gegenseitig zu benetzen oder mit der Faseroberfläche und den Schleifkörnern in Kontakt zu kommen. Längere Einwirkung einer hinreichend hohen Temperatur leitet die chemische Umsetzung ein, die ein vernetztes dreidimensionales molekulares Netzwerk erzeugt, das einem starren Kunststoff entspricht. Das so verfestigte (gehärtete) Harzteilchen bindet örtlich Schleifkörner an die Oberfläche einer Faser. Zu verwendbaren temperaturaktivierten, härtbaren Systemen gehören Formaldehyd enthaltende Harze, wie Phenolformaldehydharze, Novolakphenolharze und insbesondere diejenigen mit zugesetztem Vernetzungsmittel (z. B. Hexamethylentetramin), Phenoplaste und Aminoplaste; ungesättigte Polyesterharze; Vinylesterharze; Alkydharze; Allylharze; Furanharze; Epoxide; Polyurethane und Polyimide.
Bei der Verwendung von wärmeaktivierten, härtbaren schmelzbaren Pulvern wird das schmelzbare organische Pulver auf mindestens seine Härtungstemperatur erwärmt, um die Bindung von Faser und Schleifmittel zu optimieren. Um eine Wärmeschädigung oder Verzerrung des organischen Substrats zu verhindern, liegt die Härtungstemperatur des schmelzbaren, härtbaren Teilchens vorzugsweise unterhalb des Schmelzpunktes und vorzugsweise unterhalb der Glasübergangstemperatur der Fasern im Fall eines faserförmigen Substrats oder der des Schaums im Fall eines geschäumten Substrats.
Zu verwendbaren thermoplastischen schmelzbaren organischen Materialien als Bindemittelmaterial für die Schleifkörner gehören Polyolefinharze wie Polyethylen und Polypropylen; Polyester- und Copolyesterharze; Vinylharze wie Polyvinylchlorid und Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymere; Polyvinylbutyral; Celluloseacetat; Acrylharze einschließlich Polyacryl- und Acrylcopolymere wie Acrylnitril-Styrol-Copolymere; und Polyamide (z. B. Hexamethylenadipinsäureamid, Polycaprolactam) und Copolyamide.
In dem Fall semikristalliner thermoplastischer Teilchen (z. B. Polyolefine, Hexamethylenadipinsäureamid, Polycaprolactam) wird es bevorzugt, die Teilchen bis zu mindestens ihrem Schmelzpunkt zu erwärmen, wobei das Pulver zu einer fließfähigen Flüssigkeit schmilzt. Stärker bevorzugt liegt der Schmelzpunkt der verwendeten kristallinen thermoplastischen schmelzbaren Teilchen unter dem Schmelzpunkt und vorzugsweise unter der Glasübergangstemperatur der Fasern, oder er kann durch Einbringen eines Weichmachers in diesen Bereich gebracht werden. Falls nichtkristallisierende Thermoplaste als schmelzbare Teilchen des Bindemittels (z. B. Vinylharze, Acrylharze) verwendet werden, werden die Pulver vorzugsweise über die Glasübergangstemperatur und den gummiartigen Bereich erwärmt, bis der Fließbereich erreicht ist.
Gemische der vorstehenden härtbaren und thermoplastischen teilchenförmigen Materialien können in der Erfindung ebenfalls verwendet werden.
Die Größe der als Bindemittel für das Schleifkornmaterial verwendeten schmelzbaren organischen Teilchen ist nicht besonders begrenzt. Im allgemeinen ist die Teilchengröße der schmelzbaren organischen Teilchen geringer als etwa 1 mm im Durchmesser, vorzugsweise geringer als etwa 500 Mikrometer im Durchmesser. Im allgemeinen können die schmelzbaren organischen Teilchen um so effizienter fließfähig gemacht werden, je kleiner der Durchmesser ist, weil die Größe der Oberfläche der organischen Teilchen zunimmt, wenn die Materialien feiner verteilt sind. Wenn ein faserförmiges Substrat wie ein Vlies verwendet wird, haben die schmelzbaren organischen Teilchen vorzugsweise eine Teilchengröße, die klein genug ist, um ein Eindringen der trockenen Teilchen in die Zwischenräume zwischen den Fasern des Vlieses zu erlauben.
Vorzugsweise wird die Menge der schmelzbaren organischen Teilchen, die für Zwecke der Bindung der Schleifkörner auf das organische Substrat aufgebracht wird, auf die minimale Menge eingestellt, die eine feste Bindung der Schleifkörner an das organische Substrat gewährleistet. Zusätzliche Bindung zwischen den Fasern kann in faserförmigen Substraten wie Vliesen als Folge davon auftreten, daß einige schmelzbare organische Teilchen während des fließfähigen Zustands mit mehreren Faseroberflächen in Kontakt kommen. Eine derartige zusätzliche Bindung ist wünschenswert, weil sie den Zusammenhalt des faserförmigen Gegenstands verbessert.
Der Anteil des Materials aus schmelzbaren organischen Teilchen, das in dem trockenen, aus Teilchen bestehenden Material verwendet wird, liegt im allgemeinen in dem Bereich von etwa 1 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-% Harzen, wobei der Rest Schleifkörner und gegebenenfalls nichtharzartige pulverförmige Stoffe (z. B. Pigmentpulver) umfaßt. Bevorzugte Verhältnisse der Bestandteile in dem trockenen, aus Teilchen bestehenden Material betragen etwa 10 bis etwa 85 Gew.-% Schleifkörner und etwa 90 bis etwa 15 Gew.-% schmelzbare organische Teilchen und stärker bevorzugt etwa 70 bis etwa 80 Gew.-% Schleifkörner und etwa 30 bis etwa 20 Gew.-% schmelzbare organische Teilchen.
Zu für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneten Schleifkörnern gehören alle bekannten Schleifmaterialien ebenso wie Kombinationen und Agglomerate derartiger Materialien. Die Schleifkörner können jede Größe haben, von weniger als einem Mikrometer im Durchmesser bis 2 mm oder größer. Zu den verschiedenen Arten von Schleifmaterialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, gehören Teilchen von Aluminiumoxid einschließlich keramischem Aluminiumoxid, wärmebehandeltem Aluminiumoxid und weißgeschmolzenem Aluminiumoxid; ebenso wie Siliciumcarbid, Aluminiumoxid-Zirconiumdioxid, Diamant, Cerdioxid, kubisches Bornitrid, Granat und Kombinationen der vorhergehenden. Es wird vermutet, daß Schleifmittelagglomerate in der Erfindung ebenfalls verwendet werden können, wie diejenigen, die in den US-Patentschriften 4,652,275 und 4,799,939 beschrieben sind. Zu verwendbaren Schleifkörnern können auch weichere, weniger aggressive Materialien gehören, wie Teilchen aus härtbarem oder thermoplastischem Polymer ebenso wie zerkleinerte Naturprodukte wie zum Beispiel zerkleinerte Nußschalen. Der Fachmann erkennt, daß die Auswahl der Teilchenzusammensetzung und Teilchengröße von dem beabsichtigten Endzweck des fertigen Gegenstands zur Oberflächenbehandlung abhängt, wobei die Beschaffenheit der Oberfläche des durch den Gegenstand zu behandelnden Werkstücks und die gewünschte Schleifwirkung berücksichtigt wird. Die Schleifkörner haben vorzugsweise eine Teilchengröße, die klein genug ist, um das Eindringen der Teilchen in die Zwischenräume des Vliesgegenstandes zu erlauben. Chemisch aktive Teilchen können ebenfalls allein oder in Kombination mit den vorstehend erwähnten Schleifkörnern verwendet werden, einschließlich Teilchen, von denen bekannt ist, daß sie als Schleifhilfen wirksam sind, wie diejenigen, die Polyvinylchlorid umfassen, ebenso wie Teilchen, die dem fertigen Gegenstand wirksame Schmiereigenschaften verleihen, wie diejenigen, die Stearate von Lithium und Zink, Stearinsäure und dergleichen umfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die schmelzbaren organischen Teilchen und die Schleifkörner physikalisch vorgemischt und als einziges, aus Teilchen bestehendes Gemisch auf das organische Substrat, wie die Fasern eines Vliesgewebes, aufgebracht. In einer anderen Ausführungsform ist es auch möglich, die schmelzbaren organischen Teilchen und Schleifkörner nacheinander und gesondert in einer beliebigen Reihenfolge auf das organische Substrat aufzubringen.
Die Verteilung des Gemisches der schmelzbaren organischen Teilchen und Schleifkörner durchgehend in einem Vliesgewebe, zum Beispiel, kann abhängig von dem beabsichtigten Endzweck des fertigen Schleifgegenstandes variiert werden. Zum Beispiel ist es möglich, das Gemisch der schmelzbaren organischen Teilchen und Schleifkörner in Bereichen nahe den Hauptoberflächen eines Vlieses relativ zu dem zentralen Bereich des Vlieses zu konzentrieren, oder in einer anderen Ausführungsform kann das Gemisch der schmelzbaren organischen Teilchen und Schleifkörner gleichmäßig durchgehend in dem Vlies verteilt werden. Vorzugsweise wird mindestens eine der gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Vlieses von dem Gemisch der schmelzbaren organischen Teilchen und Schleifkörner durchdrungen, wobei mindestens eine Schleifoberfläche auf dem fertigen Gegenstand hergestellt wird. In jedem Fall kann die Verteilung des aus Teilchen bestehenden Schleifmittels und seines schmelzbaren organischen, aus Teilchen bestehenden Bindemittels gesteuert werden, um sich der beabsichtigten Verwendung des fertigen Gegenstands bei, zum Beispiel, Schleif-, Scheuer- und/oder Reinigungsanwendungen anzupassen.
Die Verfahren und die Ausrüstung, die zum Aufbringen der Schleifkörner und schmelzbaren organischen Teilchen, als Gemisch oder nacheinander, auf das organische Substrat verwendbar sind, können aus einigen in der Industrie bekannten, wie beispielsweise hier angegebenen, ausgewählt werden. Verfahren wie Dosierwalzen (z. B. ein Pulveraufbringungsgerät mit Rändelwalze), Pulversprühen, Sieben, Fließbett oder dergleichen können bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung erfolgreich angewendet werden. Bei der Auswahl einer geeigneten Ausrüstung wird bevorzugt, daß die Ausrüstung imstande ist, das trockene, aus Teilchen bestehende Material homogen zu mischen und die Homogenität des trockenen, aus Teilchen bestehenden Materials zu erhalten, wenn es auf das organische Substrat aufgebracht wird. Demgemäß wird eine Vibrationsmaschine weniger bevorzugt, weil ihre Verwendung dazu beitragen kann, Teilchen des fließfähigen, härtbaren Harzpulvers von den viel dichteren Schleifkörnern abzusondern.
Das als Trägermaterial für die Schleifkörner verwendete organische Substrat kann ein faserförmiges Substrat, wie ein gewebtes, gestricktes oder vliesartiges Gewebe, sein. Zum Beispiel gehören zu den faserförmigen Substraten gewebte, gestrickte oder vliesartige Gewebe, wie geblasene, gekrempelte, nähgewirkte, spinngebundene, naßverlegte oder schmelzgeblasene Konstruktionen. In einer anderen Ausführungsform können thermoplastische, härtbare oder thermoplastische elastomere Schäume als organisches Substrat verwendet werden. Falls Schaumkonstruktionen verwendet werden, werden offenporige oder netzartige Schaumstrukturen bevorzugt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das organische Substrat ein offenes, lockeres, dreidimensionales Faservlies, umfassend ein Vlies und eine Behandlung der Fasern mit Haftmittel (ohne Behandlung mit Schleifmittelaufschlämmung). Das zur Verwendung in den Gegenständen der Erfindung geeignete Vlies kann aus einer geblasenen, gekrempelten, nähgewirkten, spinngebundenen, naßverlegten oder schmelzgeblasenen Konstruktion hergestellt werden. Ein bevorzugtes Vlies ist das offene, lockere, dreidimensionale Blasvlies, das von Hoover et al. in der US-Patentschrift 2,958,593 beschrieben ist. Das Vlies umfaßt eine erste Hauptvliesoberfläche, eine zweite, der ersten Oberfläche gegenüberliegende Hauptvliesoberfläche und einen mittleren Vliesanteil, der sich zwischen der ersten und zweiten Hauptvliesoberfläche erstreckt. Das Vlies kann aus einer beliebigen geeigneten Faser, wie Nylon, Polyester und dergleichen, hergestellt werden, die imstande ist, den Verarbeitungstemperaturen, auf die die schmelzbaren organischen Teilchen erwärmt werden, ohne Beeinträchtigung zu widerstehen. Die Fasern des Vlieses werden vorzugsweise verstreckt und gekräuselt, aber können auch kontinuierliche Filamente sein, erzeugt durch ein Extrusionsverfahren, wie das in der US-Patentschrift 4,227,350 von Fitzer beschriebene.
Zu den bei der Herstellung des Vlieses verwendeten Fasern gehören sowohl natürliche als auch synthetische Fasern und Gemische davon. Synthetische Fasern werden bevorzugt, wie diejenigen, die aus Polyester (z. B. Polyesterterephthalat), Nylon (z. B. Hexamethylenadipinsäureamid, Polycaprolactam), Polypropylen, Acryl (erzeugt aus einem Polymer von Acrylnitril), Rayon, Celluloseacetat, Polyvinylidenchlorid-Vinylchlorid- Copolymeren, Vinylchlorid-Acrylnitril-Copolymeren usw. hergestellt sind. Zu natürlichen Fasern gehören diejenigen aus Baumwolle, Wolle, Jute und Hanf. Eine wichtige Überlegung bei der Auswahl der Faser ist, daß sie bei Temperaturen bei oder unter der Schmelz- oder Härtungstemperatur der schmelzbaren organischen Teilchen, die als Bindemittel für Faser und Schleifmittel verwendet werden, nicht schmilzt oder sich zersetzt. Die verwendeten Fasern können neue Fasern sein oder Abfallfasern, die aus Kleidungsschnitzeln, der Teppichherstellung, Faserherstellung oder Teilverarbeitung usw. gewonnen werden. Das Fasermaterial kann eine homogene Faser oder eine Verbundfaser, wie eine Zweikomponentenfaser (z. B. eine miteinander gesponnene Mantel-Kern-Faser), sein.
Die Feinheit oder längenbezogene Masse der verwendeten Faser kann, abhängig von den gewünschten Ergebnissen, in breitem Umfang variieren. Grobe Fasern sind im allgemeinen zweckdienlicher, um Kissen für rauhe Scheueraufgaben herzustellen, während feinere Fasern mehr für weniger aggressive Scheueranwendungen geeignet sind. Bevorzugte Fasern sind im allgemeinen diejenigen mit einer längenbezogenen Masse von etwa 1 bis 25 Denier, obwohl feinere oder gröbere Fasern verwendet werden können, abhängig, zum Beispiel, von der für den fertigen Schleifgegenstand vorgesehenen Anwendung. Für den Fachmann ist verständlich, daß die Erfindung nicht durch die Beschaffenheit der verwendeten Fasern oder durch ihre entsprechenden Längen, Denier und dergleichen begrenzt ist.
Das Vlies kann durch eine im Handel erhältliche "Rando-Webber"-Vorrichtung, wie sie von Rando Machine Co., Macedon, NY., erhalten wird, erzeugt werden. Mit einer derartigen Verarbeitungsausrüstung sollte die Faserlänge gewöhnlich innerhalb von etwa 1,25 cm bis etwa 10 cm gehalten werden. Jedoch können mit anderen Arten einer herkömmlichen Ausrüstung zur Vlieserzeugung Fasern mit anderen Längen oder Kombinationen davon ebenfalls zur Erzeugung der Vliese verwendet werden. Die Dicke der Fasern ist nicht besonders begrenzt (abgesehen von Verarbeitungsüberlegungen), so lange wie Elastizität und Zähigkeit, die letztlich in dem so erhaltenen Vlies erwünscht sind, gebührend berücksichtigt werden. Mit der "Rando-Webber"-Ausrüstung liegt die Faserdicke vorzugsweise in einem Bereich von etwa 25 bis etwa 250 Mikrometern.
Die Fasern können gewellt, gekräuselt und/oder gerade sein. Jedoch ist im Hinblick darauf, eine dreidimensionale Struktur mit maximaler Lockerheit und Offenheit zu erhalten, bevorzugt, daß alle oder ein wesentlicher Anteil der Fasern gekräuselt sind. Es ist klar, daß Kräuseln unnötig sein mag, falls sich die Fasern leicht ineinander verflechten und in dem erzeugten Vlies eine in hohem Maße offene lockere Beziehung erzeugen und erhalten.
Die Fasern können in der Form eines Vlieses, eines Vliesstoffes oder eines Faserbündels verwendet werden. Wie hier verwendet, soll "Vliesstoff" eine Vielzahl von Blasvliesen oder ähnlichen Strukturen bezeichnen.
Als optionale Verbesserung für einen gemäß der Erfindung hergestellten Vliesschleifgegenstand ist es wünschenswert, die Bindung der Fasern in dem Vlies zu fördern, so daß der Gegenstand größere strukturelle Festigkeit hat. Eine derartige Faserbehandlung kann dem Vlies vermittelt werden, vorzugsweise als gesonderte Behandlung, bevor oder nachdem die Schleifkörner unter Verwendung der schmelzbaren organischen Teilchen haftend mit den Faseroberflächen verbunden werden. Bekannte "vorbindende" Harze, frei von Schleifmittelbestandteilen, können verwendet werden, um Vliese weiter zu festigen. Das harzartige Haftmittel wird als flüssige Beschichtung auf die Fasern des Blasvlieses aufgebracht, indem bekannte Beschichtungs- oder Sprühverfahren verwendet werden, und nachfolgend wird das Haftmittel gehärtet (z. B. durch Wärmehärtung), um dadurch die Fasern des Vlieses an ihren gegenseitigen Kontaktpunkten aneinander zu binden. Geeignete Haftmittelmaterialien, die in dieser Beziehung verwendet werden können, sind bekannt, und dazu gehören diejenigen, die in der US-Patentschrift 2,958,593 (Hoover et al.) beschrieben sind. Falls durch Schmelzen bindungsfähige Fasern in der Konstruktion des Vlieses vorhanden sind, können die Fasern durch eine geeignete Wärmebehandlung des Vlieses, um mindestens einen der Bestandteile der Faser zu schmelzen, an ihren gegenseitigen Kontaktpunkten aneinander geklebt werden. Der geschmolzene Bestandteil erfüllt die Funktion eines Haftmittels, in der Art, daß sich beim Abkühlen der geschmolzene Bestandteil wieder verfestigt und dadurch an den gegenseitigen Kontaktpunkten der Fasern des Vlieses Bindungen erzeugt. Die Verwendung von durch Schmelzen bindungsfähigen Fasern in einem Vlies kann, wie dem Fachmann bekannt ist, von der Anwendung eines vorbindenden Harzes begleitet sein oder nicht. Es wird angenommen, daß die Auswahl und Verwendung der durch Schmelzen bindungsfähigen Fasern, die Auswahl und Aufbringung eines vorbindenden Harzes und die Bedingungen, die für das Binden der Fasern eines Vlieses (z. B. durch Schmelzbindung oder durch ein vorbindendes Harz) aneinander erforderlich sind, innerhalb der Erfahrung des Fachmannes auf diesem Gebiet liegen.
Wie erwähnt, werden die Fasern an ihren gegenseitigen Kontaktpunkten aneinander gebunden, um ein offenes, lockeres Vlies geringer Dichte herzustellen, wobei die Zwischenräume zwischen den Fasern durch Harz oder Schleifmittel weitgehend ungefüllt gelassen werden. Für Reinigungs- und Scheueranwendungen liegt das Hohlraumvolumen des fertigen Vliesschleifgegenstandes vorzugsweise im Bereich von etwa 75% bis etwa 95%. Bei geringeren Hohlraumvolumina hat ein Vliesgegenstand eine größere Neigung zu verstopfen, was die Schleifgeschwindigkeit vermindert und die Reinigung des Vlieses durch Spülen verhindert. Wenn das Hohlraumvolumen zu hoch ist, kann dem Vlies die entsprechende strukturelle Festigkeit fehlen, um den mit Reinigungs- oder Scheueroperationen verbundenen Belastungen zu widerstehen.
Es wird auch in Betracht gezogen, daß das erfindungsgemäße Verfahren zum Binden von Schleifkörnern an ein geöffnetes Faserbündel von im wesentlichen parallel angeordneten Filamenten als dem Vliesschleifgegenstand verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform kann ein Vliesschleifkissen zum Reinigen und Scheuern, zum Beispiel, durch Beschichten eines geöffneten Faserbündels von Filamenten mit den schmelzbaren organischen Teilchen, bevor oder während die Schleifkörner auf dem Faserbündel aufgebracht werden, erzeugt werden. Die schmelzbaren Teilchen werden dann einer Wärmebehandlung unterworfen, um die Teilchen zu verflüssigen, und dann verfestigt, um, wie vorstehend beschrieben, die Schleifkörner auf die Filamentoberflächen aufzuschmelzen.
Ein allgemeines Schema des Verfahrens der Erfindung beinhaltet das Folgende. Ein Vliesschleifgegenstand wird als entweder kontinuierliches Vlies oder Faserbündel oder als diskretes Vlies bereitgestellt. Bei der Herstellung von Produktionsmengen ist die Verwendung eines kontinuierlichen Vlieses gewöhnlich praktischer. Das Vlies kann wie erwähnt mit einem vorbindenden Haftmittel behandelt werden. Die schmelzbaren organischen Teilchen, Schleifkörner plus gegebenenfalls andere trockene teilchenförmige Hilfsstoffe (wie Pigmentpulver) werden vorzugsweise durch ein bekanntes Mittel zum Mischen von Teilchen oder Pulvern vorgemischt. In einer anderen Ausführungsform können die verschiedenen Arten von Teilchen, wenn gewünscht, gesondert und nacheinander auf das Vlies aufgebracht werden.
Das Teilchengemisch kann in trockenem Zustand auf eine Oberfläche des Vlieses fallbeschichtet, gestreut, gesprüht werden oder dergleichen, wie beispielsweise durch Befördern eines Vlieses unter einem Teilchenverteiler. Zum Beispiel kann ein Schilling- Walzenbeschichter (Schilling Roll coater, Schilling AG, Erlenbach, Schweiz) oder ein Nordson-Flexi-Sprüher (Nordson Flexi Sprayer, Nordson Corp., Norcross, GA) verwendet werden, um die Schleifkörner und schmelzbaren organischen Teilchen auf eine Oberfläche eines Vlieses aufzubringen. Nach dem Aufbringen des Teilchengemisches auf eine Oberfläche eines Vlieses wird das Vlies bei einer Temperatur, die ausreichend ist, um die schmelzbaren organischen Teilchen zu einem fließfähigen Zustand zu verflüssigen, einer geeigneten Wärmequelle, wie Infrarotlampen, ausgesetzt. Das Erwärmen kann mit jeder geeigneten Quelle durchgeführt werden, die hinreichend Wärmeverteilung und Luftstrom liefert.
In dem Fall von wärmeaktivierbaren, härtbaren Teilchen wird bevorzugt, daß Erwärmen Härten (Vernetzen) des Materials aus schmelzbaren organischen Teilchen initiiert und Verfestigung des Materials der organischen Teilchen und gegenseitige Haftung des Schleifmaterials und der Faseroberflächen, die in Kontakt sind, verursacht. In dem Fall thermoplastischer schmelzbarer organischer Teilchen ist es ausreichend, die Teilchen zu einem fließfähigen Zustand zu erwärmen und dann das Vlies abzukühlen, um dadurch die Schleifkörner auf die Fasern aufzuschmelzen. Wenn ein Vlies als Substrat für den Gegenstand verwendet wird, wird zuerst eine Hauptoberfläche des Vlieses mit dem trockenen, aus Teilchen bestehenden Material behandelt und erwärmt. Das Vlies wird dann umgedreht und die gegenüberliegende Hauptoberfläche des Vlieses wird ähnlich mit dem trockenen, aus Teilchen bestehenden Material beschichtet, und das so behandelte Vlies wird wiederum wärmebehandelt, um das Harz wie beschrieben zu verflüssigen.
In dieser Weise kann ein Vliesschleifgegenstand hergestellt werden, wobei die Notwendigkeit der Handhabung, Lagerung und Entsorgung von Lösungsmittel enthaltenden Harzen und die dadurch erzeugten potentiell gefährlichen Emissionen vermieden werden. Auch kann das Vlies, wenn es notwendig oder bequem ist, die Durchführung der Wärmeaktivierung bis zu einem späteren Zeitpunkt zu verschieben, nach Aufbringung des trockenen, aus Teilchen bestehenden Materials darauf gehandhabt und aufbewahrt werden. Die Schleifgegenstände der Erfindung können als reinigende oder Material entfernende Werkzeuge oder als primärer Bestandteil derartiger Werkzeuge verwendet werden.
In den folgenden nichtbegrenzenden Beispielen werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung weiter veranschaulicht. Alle Teile und Prozentsätze sind, wenn nicht anderweitig angegeben, auf das Gewicht bezogen.

BEISPIELE

Die Beispiele verwendeten die folgenden Materialien, Ausrüstung und Testverfahren.

VERWENDETE MATERIALIEN

Aluminiumoxid: ANSI Sorte 280 & feinere Schleifkörner.
Phenolformaldehydharz: pulvrige Formmasse "Durez 30485", ein Novolakharz mit dem Vernetzungsmittel Hexamethylentetramin. 97% der Pulverteilchen waren kleiner als 0,074 mm (200 mesh) (z. B. mit einer Teilchengröße in dem Bereich von etwa 60 bis 66 Mikrometern). Das Harz ist im Handel von Occidental Chemical Corp., Tonawanda, NY, erhältlich.
Styrol-Butadien-Latexharz: "Unocal Resin 76" SBR 5900, Unocal Polymers, Schaumburg, IL.
Melaminvernetzungsmittel: "Cymel" 373, Cytec Industries, Inc., Wilmington, DE.
Katalysator: Diammoniumphosphat, 30%ige Lösung in Wasser.
Grenzflächenaktives Mittel: nichtionisches grenzflächenaktives Mittel "Triton GR5".
Antischaumverbindung: "Q2", Dow Corning Corp., Midland, MI.
Verdickungsmittel: Methylcelluloselösung "Methocel F4M", eine 3%ige wäßrige Lösung, Dow Chemical, Midland, MI.
Polyesterfaser: Polyesterfaser von 15 Denier - Hoechst Typ 294, 1,5 Zoll (38 mm) Stapelfasern, Hoechst Celanese, Charlotte, NC.
Thermisch bindende Faser: durch Schmelzen bindungsfähige Polyesterfaser von 15 Denier - "Celbond" Typ 254, eine Copolyester/PET(Mantel/Kern)-Stapelfaser von 16,6 dtex (15 Denier) · 1,5 Zoll (38 mm), Hoechst Celanese, Charlotte, NC.

AUSRÜSTUNG

"Rando Webber": Blasvlieserzeuger von Rando Machine Co., Macedon, NY.
Pulveraufbringungsgerät mit Rändelwalze mit gegenläufig drehendem Bürstenabstreifer von Gessner, Inc., in Charlotte, North Carolina.
Nordson "Flexi Sprayer": ein Pulversprüher, wiederverlötet für Nutzersteuerung und ausgestattet mit einer glockenförmigen Standarddüse. Der Sprüher war von Nordson Corp., Norcross, GA, erhältlich.

TESTVERFAHREN

Gardner-Verschleißtest:

Das folgende Verfahren für einen Schnellverschleißtest wurde verwendet, um die Schleifvliese der Beispiele zu vergleichen. Ein "Gardner-Hochleistungsverschleißtester Nr. 250" (Gardner Heavy Duty Wear Tester No. 250), im Handel erhältlich von Pacific Scientific, Gardner/Neotec Instrument Division Silver Spring, MD, wurde mit einem Hilfsmittel zum Einspannen ausgestattet, um ein Blatt von 4 Zoll · 26 Zoll (102 mm · 660 mm) aus offenmaschigem Schleifgewebe (erhältlich unter der Handelsbezeichnung "Wetordry Fabricut Type 21N", Siliciumcarbid Sorte 32 von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN) festzuhalten, und mit einem Edelstahltrog zum Zurückhalten von Wasser während des Naßtestens ausgestattet. Es war vorgesehen, daß beim Betrieb die Testmaschine eine 2,5-kg-Last abwärts auf den Prüfkörper aufbringt, während der Prüfkörper in Kontakt mit dem Schleifmaschengewebe von links nach rechts und von rechts nach links mit einer Geschwindigkeit von 45 vollen Zyklen pro Minute linear bewegt wird.
Das offenmaschige Schleifgewebe wurde auf dem Boden der Testplattform festgeklemmt. Schleifgegenstände, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, wurden als Prüfkörper verwendet, die zu den Abmessungen 2,5 Zoll · 9,25 Zoll (63,5 · 235 mm) geschnitten und auf Milligramm genau ausgewogen wurden. Etwa eine Tasse (ungefähr 240 Milliliter) Wasser wurde in die Testplattform gegossen. Ein Prüfkörper wurde auf das eingetauchte Schleifmaschengewebe gelegt, das Gewicht darauf abgesenkt und die Maschine gestartet. Nach 200 Zyklen wurde der Prüfkörper entfernt, in einem Ofen bei 250ºF (121ºC) für 15 Minuten getrocknet und gewogen. Verschleißtests wurden für jedes Beispiel an zwei Prüfkörpern durchgeführt: eines für jeweils die Oberseite und Unterseite des Schleifgegenstandes. Der prozentuale Verschleiß wurde mit einer Korrektur für die abgenutzte Fläche des Prüfkörpers berechnet. Die Prozent Verschleiß wurden dann durch die folgende Gleichung berechnet:
% Verschleiß = {([IW - FW]/IW)(Fläche des Verschleißes)(Korrekturfaktor)} + 4,27;
wobei: IW = Anfangsgewicht;
FW = Endgewicht;
Fläche des Verschleißes = 2,54(100); und
Korrekturfaktor = 0,632.

Schiefer-Schleiftest:

Dieser Test lieferte ein Maß des Schliffes (Material, das von einem Werkstück entfernt wird) und der Beschaffenheit (die relative Qualität der geschliffenen Oberfläche) von beschichteten Schleifgegenständen unter Feuchtbedingungen. Ein kreisförmiger Prüfkörper von 100 mm (4 Zoll) Durchmesser wurde aus dem zu testenden Schleifmaterial geschnitten und durch einen Haftkleber an einem Unterstützungskissen, das durch Einweichen in Wasser konditioniert worden war, befestigt. Das Schleifmaterial wurde dann durch Schwimmen in Wasser vorbenetzt. Das Unterstützungskissen wurde an der angetriebenen Platte eines Schiefer-Schleiftesters (Schiefer Abrasion Tester, erhältlich von Frazier Precision Company, Gaithersburg, Maryland), der für das Naßtesten verlötet worden war, befestigt. Ein kreisförmiges Werkstück aus Acrylkunststoff, 10,16 cm Durchmesser mal 1,27 cm Dicke, erhältlich als Acrylkunststoff "POLYCAST" von Seelye Plastics, Bloomington, Minnesota, wurde verwendet. Das Anfangsgewicht jedes Werkstücks wurde vor dem Montieren auf den Werkstückhalter des Schleiftesters auf Milligramm genau aufgezeichnet. Die Wassertropfgeschwindigkeit wurde auf 60 ± 6 Tropfen pro Minute eingestellt. Eine Last von 4,55 kg wurde auf die Gewichtsplattform des Schleiftesters gelegt, und der montierte Schleifprüfkörper wurde auf das Werkstück abgesenkt. Die Maschine wurde programmiert, 500 Zyklen zu laufen und dann automatisch anzuhalten. Nach jeweils 500 Zyklen des Tests wurde das Werkstück von Wasser und Abriebteilchen freigewischt und gewogen. Der kumulative Schliff für jeden 500-Zyklen-Test war die Differenz zwischen dem Anfangsgewicht und dem Gewicht nach jedem Test.
Wenn die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks bestimmt werden sollte, wurde das geschliffene Werkstück in den Prüfkörperhalter eines Profilometers RANK SURTRONIC 3, erhältlich von Rank Taylor-Hobson, Leicester, England, montiert, und das Oberflächenprofil wird gemessen. Rtm, das der Mittelwert der maximalen Berg-zu-Tal-Werte von jeder der 5 Probenlängen war, wurde für jeden Test aufgezeichnet.

Beispiel 1

Ein Blasvlies, das 30 Gran/24 Zoll² (126 g/m²) wiegt und 85% Polyesterstapelfasern von 16,65 dtex · 38 mm (15 Denier · 1,5 Zoll) und 15% thermisch bindende Copolyester/PET(Mantel/Kern)-Polyesterstapelfasern (Stapelfasern "Celbond Typ 254") von 16,65 dtex · 38 mm (15 Denier · 1,5 Zoll) umfaßt, wurde auf einer Formungsmaschine "Rando Webber" erzeugt. Eine Pulverzusammensetzung, umfassend 75% Aluminiumoxidschleifkörner Sorte 280 und feinere und 25% Phenolharzgranulat, wurde dann mittels der Nordson-Pulversprühkanone "Flexi Sprayer" auf eine Seite des Vlieses aufgebracht, wobei ein zusätzliches Gewicht von 45 bis 95 Gran/24 Zoll² (189 bis 398 g/m²) erreicht wurde. Der Flexi Sprayer wies einen Zerstäubungsdruck von 1,05 kg/cm² (15 psi), einen Fließdruck von 0,84 kg/cm² (12 psi), einen Suspensionsdruck von 0,84 kg/cm² (12 psi) und einen Verflüssigungsdruck zwischen 0,35 und 0,7 kg/cm² (5 bis 10 psi) auf. Das so behandelte Vlies wurde für 45 Sekunden in einem Strahlungsofen mit einer Elementtemperatur von 775º bis 840ºF (413º bis 449ºC) erwärmt. Das Vlies wurde dann umgedreht, und eine identische Harz/Schleifmittelbeschichtung wurde auf die andere Seite aufgebracht. Das Vlies wurde wiederum unter identischen Bedingungen erwärmt. Eine zusätzliche Probe wurde identisch beschichtet, mit der Ausnahme, daß die Beschichtung durch einen Pulverbeschichter mit Rändelwalze erhalten wurde. Proben jeder Zusammensetzung wurden durch den Schiefer-Schleiftest auf die Schleifleistung getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Für Vergleichszwecke werden für diese Art von Produkt 2,7 bis 3,0 Gramm als akzeptable Ergebnisse des Schiefer-Tests angenommen. Tabelle 1
Die in Tabelle 1 zusammengefaßten Ergebnisse zeigen die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Schleifgegenstandes aus Materialien mit 100% Feststoffen ohne Lösungsmittel.

Beispiel 2

Ein Blasvlies mit 30 Gran/24 Zoll² (126 g/m²) aus Polyesterstapelfasern von 15 Denier · 1,5 Zoll (3,81 cm) wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die thermisch bindenden Fasern weggelassen wurden. Das Vlies wurde dann mit einem Styrol- Butadien-Latexharz (umfassend 86,8% SBR-Latex, 8,7% Vernetzungsmittel, 0,75% Katalysator, 1,7% grenzflächenaktives Mittel, 1% Verdickungsmittel, 1% grünes Pigment und 0,05% Antischaumverbindung) walzenbeschichtet und in einem Ofen getrocknet, wobei eine Trockengewichtszunahme von 20 Gran/24 Zoll² (84 g/m²) erreicht wurde. Auf dieses "vorbindende" Vlies wurde durch den "Flexi Sprayer" ein Pulvergemisch aus 75% Aluminiumoxid Sorte 280 und 25% pulvrige Novolak-Phenolformmasse ("Bakelite") auf die zwei Seiten des Vlieses aufgebracht, wobei wie in Beispiel 1 erwärmt wurde, um eine Gesamtzunahme von 15 bis 82 Gran/24 Zoll² (63 bis 344 g/m²) zu erreichen. Jede Seite davon wurde für insgesamt 45 Sekunden in einem Strahlungsofen mit Elementen, eingestellt fortschreitend auf 775º bis 925ºF (413º bis 496ºC), in einer Entfernung von 6 Zoll von dem Vlies (15 cm) erwärmt. Prüfkörper von den Verbundstoffen des Beispiels 2 wurden durch den Schiefer-Schleiftest und den Gardner-Verschleißtest bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Alle Tests zeigten, daß die Schleifgegenstände außergewöhnlichen Schliff und annehmbare Standzeit, wie durch den Verschleißtest gezeigt wurde, aufweisen. Tabelle 2
Die in Tabelle 2 zusammengestellten Ergebnisse zeigen den Nutzen der vorliegenden Erfindung, auch wenn sie ohne die Verwendung von thermisch gebundenen Fasern ausgeführt wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes umfassend:

(a) das Inkontaktbringen eines faserförmigen oder geschäumten organischen Substrats mit einem trockenen, aus Teilchen bestehenden Material umfassend:

eine Vielzahl schmelzbarer, organischer Bindemittelteilchen und eine Vielzahl Schleifkörner,

(b) das Verflüssigen der organischen Bindemittelteilchen, um ein fließfähiges, flüssiges Bindemittel herzustellen, in welchem die Schleifkörner dispergiert sind, und

(c) das Verfestigen des fließfähigen, flüssigen Bindemittels, um die Schleifkörner an das Substrat zu binden und einen Schleifgegenstand herzustellen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat ein offenes, lockeres Vlies organischer Fasern ist, und wobei das flüssiges Bindemittel und die Schleifkörner entlang der Fasern des Vlieses dispergiert sind.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die schmelzbaren, organischen Bindemittelteilchen zwischen 90 Gew.-% und 15 Gew.-% des Gesamtgewichts des trockenen, aus Teilchen bestehenden Materials umfassen, wobei die Bindemittelteilchen aus temperaturaktivierten, durch Wärme härtbaren Materialien und thermoplastischen Materialien ausgewählt sind.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die schmelzbaren, organischen Bindemittelteilchen ein organisches Bindemittel umfassen, das aus Phenolformaldehydharzen, Phenoplasten, Aminoplasten, ungesättigten Polyesterharzen, Vinylesterharzen, Alkydharzen, Allylharzen, Furanharzen, Epoxiden, Polyurethanen und Polyimiden ausgewählt ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die schmelzbaren, organischen Bindemittelteilchen ein organisches Bindemittel aus einem temperaturaktivierten Duroplasten umfassen, wobei das Verflüssigen das Erwärmen der schmelzbaren, organischen Bindemittelteilchen bei einer Temperatur umfaßt, die ausreicht, das organische Bindemittel fließen zu lassen, und wobei das Verfestigen das Erwärmen des organischen Bindemittels bei einer Temperatur umfaßt, die gleich oder größer als dessen Härtungstemperatur ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die schmelzbaren, organischen Bindemittelteilchen ein organisches Bindemittel umfassen, das aus Polyolefinharzen, Vinylharzen, Celluloseharzen, Acrylharzen, Polyamiden, Polyestern, Copolyestern und Gemischen davon ausgewählt ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Schleifkörner und die schmelzbaren, organischen Bindemittelteilchen in Schritt (a) auf das offene, lockere Vlies als Trockengemisch aufgebracht werden, welches etwa 70 bis etwa 80 Gew.-% Schleifkörner und etwa 30 bis etwa 20 Gew.-% schmelzbare, organische Bindemittelteilchen enthält.

8. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Schleifkörner ein Material umfassen, welches aus Aluminiumoxid, Kohlenschlacke, Flint, Siliciumcarbid, Granat, Siliciumdioxid, Talk, Glas, Metallteilchen und Granit ausgewählt ist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die organischen Fasern eine längenbezogene Masse im Bereich von 1, 1 bis 27, 8 Denier haben und ein Material umfassen, das aus Polyester, Polyamid, Polypropylen, Acryl, Kunstseide, Celluloseacetat, Polyvinylidenchlorid-Vinylchlorid-Copolymer, Vinylchlorid-Acrylnitril- Copolymer und Gemischen davon ausgewählt ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 2, welches ferner das Aneinanderbinden der Fasern an ihren gegenseitigen Kontaktpunkten durch Aufbringen eines flüssigen Haftmittels auf die Fasern und Härten des Haftmittels umfaßt, um die Fasern vor dem Inkontaktbringen des Vlieses mit dem trockenen, aus Teilchen bestehenden Material zu binden.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei mindestens ein Teil der Fasern durch Schmelzen bindungsfähige Fasern sind und wobei das Binden durch Erwärmen der Fasern, um einen Bestandteil davon teilweise zu schmelzen, und Kühlen, um den Bestandteil zu verfestigen und die Fasern aneinander zu binden, durchgeführt wird.