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Die Erfindung betrifft allgemein
ein Verfahren zum Herstellen von löchrigen Schleifgegenständen unter
Verwendung eines labilen geschäumten
Bindemittels als vorübergehende
Sperre für
Schleifpartikel, wodurch Schleifpartikel vorzugsweise an äußere Oberflächenbereiche
eines löchrigen
Substrats gebunden werden.
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Löchrige
Schleifgegenstände
werden zum Beispiel als Vliesschleifgegenstände hergestellt, die aus einem
Netzwerk von synthetischen Fasern oder Filamenten bestehen, welche
Oberflächen
bereitstellen, auf welchen Schleifpartikel klebend befestigt sind.
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Vliesschleifgegenstände sind
insbesondere in verschiedenen umgewandelten Formen, wie Rädern, Flächengebilden,
Scheiben, Klappbürsten
und dergleichen verwendbar. In diesen umgewandelten Formen sind
die so erhaltenen Vliesschleifgegenstände zum Reinigen, Konditionieren
und/oder Dekorieren der Oberflächen
von Materialien, wie Metall, Holz, Kunststoff, Glas, Keramik, Verbundstoffen
und dergleichen verwendbar. Eine besonders wichtige Verwendung für derartige
Vliesschleifgegenstände ist
das Abreiben von Kraftfahrzeug-Karosserieoberflächen vor
dem Aufbringen weiterer Beschichtungen.
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Herkömmliche Vliesschleifgegenstände schließen allgemein
eine Fasermatte ein, welche wenigstens auf einem Teil ihrer Oberfläche eine
Schleifbeschichtung aufweist, die Schleifpartikel und ein Bindemittel
umfasst. Wie bekannt, können
die Fasern aus verschiedenen synthetischen Polymeren, einschließlich Polyamiden,
Polyestern, Polypropylen, Polyethylen und verschiedenen Copolymeren
davon, gebildet werden. Auch können
natürlich
vorkommende Fasern, wie Baumwolle, Wolle, Bastfasern und verschiedene
Tierhaare geeignet sein. Geeignete Schleifpartikel können aus
Flint, Granat, Aluminiumoxid, Diamant, Siliziumcarbid und dergleichen
gebildet werden. Bindemittel umfassen allgemein gehärtete Versionen
von Hautleim oder Lack, oder ein oder mehrere Harze, wie Phenol-,
Harnstoff-Formaldehyd-, Melamin- Formaldehyd-,
Urethan-, Epoxid- und Acrylharze. Phenolharze schließen solche
des Phenol-Aldehyd-Typs
ein.
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In einem herkömmlichen allgemeinen Schema
werden Vliesschleifgegenstände
durch Aufbringen einer „vorgebundenen"
Beschichtung einer Bindemittelvorstufelösung, welche ein oder mehrere
der vorstehend erwähnten
Harze einschließt,
auf ein Vliesausgangsmaterial hergestellt, um dem Vliesausgangsmaterial
ausreichende Festigkeit zu verleihen, so dass es nachfolgendes Verarbeiten
besser tolerieren kann. Eine „Bindemittel"schicht
wird gegebenenfalls auf das vorgebundene Vlies aufgebracht und nicht
vollständig
härten
gelassen, bis zu dem Zeitpunkt, wenn später Schleifgegenstände auf
das Gewebe aufgebracht werden, um zu helfen, die Schleifkörner auf
der ganzen lockeren (lofty) Fasermatte zu befestigen. Schließlich wird
eine Schleifschicht aus Harzbindemittelmaterial und Schleifpartikeln
auf das Vlies aufgebracht, um die Schleifeigenschaften des Vlieses
zu steigern. Das in den verschiedenen Beschichtungen verwendete
Harzbindemittel kann gleich oder verschieden sein.
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Bei einem herkömmlichen Ansatz wird die Bindemittelbeschichtung
für die
Schleifpartikel auf das Vlies als nichtgeschäumte Dispersion eines Bindemittelharzes
und Schleifpartikeln in einem flüssigen
Medium aufgebracht. Die Dispersion wird dann auf das Vliessubstrat
zum Beispiel mittels Sprühen aufgebracht,
wodurch entweder das Gemisch zu Zerstäubungströpfchen zerstäubt oder
anderweitig bewirkt wird, dass ein Dispersionsfilm auf dem Gewebe erzeugt
wird. Die Zerstäubungströpfchen oder
der Film werden auf das Vlies aufgebracht und gehärtet. Entweder
fließen
(wachsen) die Tröpfchen
während des
Härtens
durch wärmeinduzierte
Viskositätsverringerung
zusammen oder härten
als einzelne Tröpfchen,
wo sie stehen. Filme fließen
gewöhnlich
zusammen, um das meiste der Filamente im Vlies abzudecken (zu benetzen),
und sie werden in der richtigen Lage gehärtet.
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Als Bindemittelharz werden Phenolharze
wegen ihrer thermischen Eigenschaften, Verfügbarkeit, geringen Kosten und
Leichtigkeit der Handhabung umfassend zur Herstellung von Vliesschleifgegenständen verwendet.
Die gegenwärtig
in größten Volumina
verwendeten Monomere zur Herstellung von Phenolharzen sind Phenol
und Formaldehyd. Andere wichtige Phenolausgangsmaterialien sind
alkylsubstituierte Phenole, einschließlich Cresole, Xylenole, ptert.-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.
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Es gibt zwei grundlegende Arten von
Phenolharzen: Resol- und Novolak-Phenolharze. Molekulargewichtszunahme
und Härten
von Resol-Phenolharzen werden durch alkalische Katalysatoren katalysiert.
Das Molverhältnis
von Aldehyd zu Phenol ist größer als
oder gleich 1,0, typischerweise zwischen 1,0 und 3,0. Bei der Herstellung
von Klebstoffbeschichtungen für
Schleifvliese ist eine Standardausgangsphenolharzzusammensetzung
ein 70% Feststoffkondensat eines 1,96 : 1,0 Formaldehyd:Phenol-Gemisches
mit 2% Kaliumhydroxid-Katalysator, der bezogen auf das Gewicht von
Phenol zugefügt wird.
Die Phenolharzzusammensetzung weist typischerweise 25–28% Wasser
und 3–5%
Propylenglycolether auf, welcher zur Verringerung der Viskosität des Harzes
erforderlich ist. Bei herkömmlichen
Verfahren zum Herstellen von Schleifvliesen wird das Phenolharz
nicht im geschäumten
Zustand auf das Vliessubstrat aufgebracht.
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Es ist möglich, dass Vliesschleifgegenstände, die
sich aus diesen herkömmlichen
Beschichtungsverfahren ergeben, eine Schleifpartikelverteilung durch
die Dicke des Vlieses aufweisen, derart dass die Schleifpartikel
nahe der äußeren Oberflächenbereiche
der Matte (wegen der Sprühbeschichtung)
etwas mehr konzentriert sind. Jedoch sind gewöhnlich wesentliche Mengen von
Schleifpartikeln dennoch im ganzen Vlies vorhanden, einschließlich der
inneren Bereiche. Die Schleifpartikel, die in den zentralen inneren
Bereichen des Vlieses stecken, sind nicht sofort für brauchbare
Schleifarbeit verfügbar,
bis die äußere(n)
Oberfläche(n)
des Gegenstands verbraucht oder anderweitig abgenutzt ist sind.
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Bei Anwendungen bei der Kraftfahrzeug-Karosserieoberflächenbehandlung
ist die Fähigkeit
von Vliesschleifgegenständen,
schnell eine einheitlich geschliffene Oberfläche zu erzeugen, Hauptüberlegung.
Zu diesem Zweck wäre
es vorteilhaft, die Schleifpartikel an den äußeren Oberflächen derartiger
Vliesgegenstände
konzentiert zu haben, wodurch die Anzahl derartiger Partikel beim
unmittelbaren, gleichzeitigen Kontakt mit dem Werkstück erhöht wird,
anstatt, dass sie mehr oder weniger einheitlich in der ganzen Dicke
des Gewebes verteilt sind.
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Der Stand der Technik kann ferner
insbesondere mit Bezug auf die folgenden Dokumente verstanden werden:
US-Patent Nr. 2,958,593 (Hoover et al.) beschreibt einen offenen
faserigen Vliesschleifgegenstand geringer Dichte, das aus Fasern,
die zu einem Vlies geformt wurden, Schleifpartikel und ein härtbares
Bindemittel gebildet wurde. Organische Fasern werden an Kreuz- und
Kontaktpunkten zusammenklebegebunden, und Schleifpartikel werden auch
an die Vliesfasern klebegebunden. Die Zwischenräume zwischen den Fasern werden
offen gelassen und werden nicht durch Klebstoff oder Schleifpartikel
gefüllt,
so dass das Gewebe von Natur aus nichtzusetzend und nichtfüllend ist,
und es folglich beim Spülen
leicht gereinigt werden kann. Der Klebstoff, der zum Binden der
Kontaktpunkte der Fasern im Vlies verwendet wird, kann auch als
Mittel zum Befestigen der Schleifpartikel an den Fasern im Vlies verwendet
werden. Die Schleifmineralpartikel, die in der flüssigen Bindemittellösung dispergiert
sind, werden auf das Vlies gesprüht.
In einer anderen Ausführungsform
kann das Mineralbindemittel auf das Vlies walzbeschichtet, tauchbeschichtet
oder bezüglich der
Schleifpartikel getrennt aufgebracht werden. Zum Beispiel kann das
Mineralbindemittel zuerst auf das Vlies gesprüht werden, gefolgt von Sieben
der Schleifmineralpartikel auf das harznasse Vlies.
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US-Patent Nr. 3,175, 331 (Klein)
offenbart ein Reinigungs- und Scheuerkissen, das ein oder mehrere
Faserlagen umfasst, die heißgesiegelt
wurden, damit sie in der Lage sind, eine feste Waschzusammensetzung
darin eingeschlossen zu haben, und in welchem die äußere Oberfläche des
Kissens Schleifkörner
anhaften hat, um eine kontinuierliche, ununterbrochene Scheuerfläche bereitzustellen,
die sich über
die gesamte äußere Oberfläche des
Kissens erstreckt. Ein schmelzbarer Klebstoff in flüssiger Form
wird auf eine oder beide Oberflächen
der Faserlage aufgebracht, ausreichend, um die äußere Oberfläche nur der Lage leicht zu
imprägnieren,
um äußere Fasern
zusammenzubinden, während
die Lücken
zwischen den Fasern nicht gefüllt
werden oder die Fasern auf der entgegengesetzten Oberfläche des
Vliesstoffs nicht durchdrungen werden. Deshalb wird die Klebstoffmenge
reguliert, um den Klebstoff im Bereich der Oberfläche der
Lage anstatt im Innern der Lage zu konzentrieren. Wenn Scheuerwirkung gewünscht ist,
werden Schleifkörner
in den imprägnierenden
Klebstoff vorgemischt und auf die Oberfläche(n) der Faserlage zum Beispiel
durch Sprühen aufgebracht.
Wenn das fertige Kissen zum Waschen anstatt zum Scheuern zu verwenden
ist, kann das Schleifmaterial aus dem bei Klein verwendeten imprägnierenden
Harz weggelassen werden.
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Um jedoch die Durchdringungstiefe
des flüssigen
Harzes in die Lage, wie bei Klein, zu begrenzen, wäre sorgfältige und
zeitraubende Vorüberlegung und Überwachung
während
des Bearbeitens vieler Parameter, wie Beschichtungsmenge des Harzes, Harzfließfähigkeit,
Harzviskosität,
Vliesdicke, Vliesdichte und so weiter, erforderlich.
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Die Französische Patentanmeldung Nr. 2,409,095
offenbart die Verwendung von kollabierbaren, farbigen Schäumen, um
Pigmente nahe einer Oberfläche
eines porösen
Trägers,
wie eines faserigen Trägers
zu konzentrieren. Die Pigmente oder Materialien auf Tintenbasis
werden mit einer mechanischen Schäummaschine eingebracht in ein
und innig mit einem Bindemittel zu einer Dispersion gemischt. Ein
farbiger Schaum wird erzeugt, indem das Pigment und die Bindemittelharze
innerhalb eines Schaums temporär
suspendiert werden. Der so erhaltene farbige Schaum wird auf eine
Gewebeoberfläche
aufgebracht und erhitzt, um den Schaum zu kollabieren, so dass das
Pigment und die Bindemittelreste die Gewebeoberfläche nur
zu einem begrenzten Grad durchdringen. Die Französische Patentanmeldung 2,409,095
erlaubt folglich das Bedrucken oder Färben von Oberflächen auf
einer oder beiden Seiten eines Gewebes ohne Probleme des Durchschlagens.
Die Französische
Patentanmeldung 2,409,095 lehrt Pigmente, gewöhnlich relativ leichte und
weiche Materialien, kein dichtes, festes Granulat, wenn suspendiert,
zusammen mit dem Bindemittel innerhalb der und in der ganzen Masse
des Schaums. Deshalb berühren
Pigmente, die sich in den unteren Bereichen der Schaumschicht befinden, die
Gewebeoberfläche
sofort oder sehr kurz nach dem Aufbringen des Schaums auf die Gewebeoberfläche.
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US-Patent Nr. 4,969,975 (Biggs et
al.) beschreibt ein Verfahren, durch welches ein homogenes Schichtgebilde
gebildet werden kann, das eine einheitliche Verteilung von Fasern
und/oder Partikeln umfasst, welche andernfalls schwimmen und/oder sich
absetzen können,
durch Einbringen der Fasern und/oder Partikel in eine Aufschäumung oder
den Schaum selber, und Absetzen und Abtropfen der Schaumdispersion
auf einen faserigen Träger.
Wenn die Partikelzusatzstoffe innerhalb und im ganzen Schaum gemäß Biggs
verteilt sind, kommt wenigstens ein Teil derartiger Zusatzstoffe
sofort in Kontakt mit dem Substrat, das als Beschichtungsträger verwendet
wird.
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Wie aus dem vorstehenden erkannt
werden kann, bleibt noch immer der Bedarf für ein Verfahren, das die Schleifpartikel
in den äußeren Oberflächenbereichen
eines löchrigen
Schleifgegenstands, wie eines Vlieses, durch ein einfaches Herstellungsschema
konzentriert, das keine umfangreiche Vorbereitung und Überwachung
während
der Verarbeitung erfordert.
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Die Erfindung betrifft allgemein
ein Verfahren zum Herstellen von löchrigen Schleifgegenständen, in
welchem die Schleifpartikel unter Verwendung eines labil geschäumten Bindemittels
als vorübergehende
Sperre für
Schleifpartikel überwiegend
in den Oberflächenbereichen
eines löchrigen
Substrats gebunden werden.
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Im Sinne dieser Anmeldung bedeutet „löchrig" porös für Luft.
Löchrige
Substratmaterialien im Schutzbereich der Endung schließen Faservliese, wie
Vliese und Gewebe, und nichtfaserige Materialien, wie gehärtete, offenzellige,
synthetische Schäume
und natürliche
Schwammmaterialien, ein.
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Ein löchriger Schleifgegenstand,
das durch das erfindungsgemäße Verfahren
gebildet wird, ist mit einer hohen Konzentration von Schleifkörnern ausgestattet,
die an der Oberfläche
des Substrats verfügbar
sind, um sofortige, gleichzeitige Polier- und/oder Schleifwirkung
zu liefern, während
ein offenes, lockeres und flexibles Inneres erhalten bleibt, das
Spülen/Ausspülen dienlich
ist.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung
bedeutet „labil",
dass ein Schaumzustand, der einer flüssigen Dispersion eines Bindemittelmaterials
verliehen wird, empfänglich
für physikalische
oder chemische Änderungen
ist, und dass der Schaumzustand der Bindemitteldispersion deshalb
vorübergehend
ist, da er reguliert beseitigt werden kann. Genauer ist im Zusammenhang
mit der vorliegenden Endung das labil geschäumte Bindemittel thermisch
instabil und kollabiert beim Erwärmen
als Reaktion auf die Wärme
und jedes gleichzeitige, mit Erwärmen
verbundene Härten
des Harzes („fällt zusammen"),
wenn Luft und/oder Wasser aus dem Schaum im Wesentlichen evakuiert
werden wird. Der Begriff „Schaum"
bedeutet eine Dispersion von Gasblasen überall in einer Flüssigkeit,
wobei jede Blase innerhalb eines dünnen Films der Flüssigkeit
eingeschlossen ist. Die Gasblasen können von jeder Größe sein,
von kolloidal bis makroskopisch, mit der Maßgabe, dass der Schaum noch
immer ausreichende Kohäsion
behält,
um einen elastischen Beschichtungsfilm zu erzeugen. Die erfindungsgemäßen labilen
Schäume
umfassen folglich auch „Aufschäumungen",
welche instabile Arten von Schaum sind, der aus relativ großen Gasblasen besteht.
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Kurz und allgemein ausgedrückt, verwendet die
Endung Bindemitteldispersionen, die auf ein löchriges Substrat als labiler
Schaum aufgebracht werden, um einen temporären Träger und eine physikalische
Sperre zwischen der oberen Fläche
des Substrats und den Schleifpartikeln bereitzustellen, die nachfolgend
auf der exponierten Oberseite des labilen Schaums abgelagert werden.
Der Schaum wird dann durch Manipulation der thermischen Umgebung des schaumbeschichteten
Substrats kontrolliert kollabiert. Wenn Wärme zum Destabilisieren des
labilen Schaums verwendet wird, werden Luft und Wasser im Wesentlichen
aus dem Schaum beseitigt, um zu bewirken, dass der Schaum schrittweise
zusammenbricht und „zusammenfällt", bis
die Bindemittelharzfeststoffe und die Schleifpartikel in den Oberflächenbereichen
des Substrats sanft zur Ruhe kommen. Das Bindemittel wird dann vollständig verfestigt
oder gehärtet,
z. B. durch Wärmehärten eines
Duroplastbindemittelharzes, um die Schleifpartikel an den Oberflächen des
Substratmaterials zu befestigen. Das Substratmaterial, z. B. ein
faseriges Material, ein gehärtetes
Schaummaterial, ein Schwammmaterial und so weiter, bildet die Trägermatrix
oder das Skelett des löchrigen
Substrats. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Befestigung der
Schleifpartikel, um sie in den Oberflächenbereichen des Substrats zu
konzentrieren.
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Wichtig ist, dass, bevor der Schaum
vollständig
kollabiert ist, die trocknen Schleifpartikel selbstverständlich mit
etwas klebrigem Bindemittelharz durch Kontakt mit dem Schaum wirksam
vorbeschichtet werden und ihnen ein weiches Landen auf der Oberfläche des
Substrats, z. B. einem Vlies, geboten wird, wenn der Schaum schließlich auf
der tatsächlichen
Oberfläche
des löchrigen
Substrats kollabiert. Folglich wird die Notwendigkeit, große Mengen an
flüssigem
Harz an der Substratoberfläche
zu verwenden, um beibehaltenen Kontakt und das Einfangen von fallenden
Schleifpartikeln sicherzustellen, bevor sie tief in das poröse Substrat
eindringen können,
durch die vorliegende Endung wirksam vermieden.
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In einer Ausführungsform stellt das erfindungsgemäße Verfahren
ein Verfahren zum Herstellen von löchrigen Schleifgegenständen bereit,
in welchem die Schleifpartikel in den äußeren Oberflächenbereichen
eines löchrigen
Substrats durch ein Schema von Schritten konzentriert werden, einschließend:
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- (a) Bereitstellen einer schäumbaren, härtbaren, flüssigen Harzzusammensetzung
und eines löchrigen Substrates
mit einer äußeren Oberfläche;
- (b) Schäumen
der Harzzusammensetzung, wirksam, um eine Vielzahl von Gasblasen über die
Harzzusammensetzung zu verteilen;
- (c) Aufbringen der geschäumten
Harzzusammensetzung auf die äußere Oberfläche des
Substrates, um eine Schaumbeschichtungsschicht mit einer oberen Fläche zu bilden;
(d) Aufbringen einer Vielzahl von Schleifpartikeln auf die obere
Fläche
der Schaumbeschichtungsschicht;
- (e) Erwärmen
der Schaumbeschichtungsschicht, wirksam, um die Gasblasen von der
Schaumbeschichtungsschicht zu entfernen; und
- (f) Härten
der Harzzusammensetzung, um die Schleifpartikel an dem Substrat
zu befestigen, um einen löchrigen
Schleifgegenstand zu bilden.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das löchrige
Substrat ein faseriges Substrat. Bei Erfüllung dieser Ausführungsform
der Erfindung, die ein faseriges Substrat einschließt, werden
vorzugsweise wenigstens etwa 80 Gewichtsprozent (Gew.-%) der Schleifpartikel,
die auf der labilen Schaumbeschichtungsschicht abgesetzt sind, an oder
in dem faserigen Substrat an Stellen innerhalb eines vertikalen
Abstands befestigt (an die Fasern gebunden), der von der beschichteten äußeren Oberfläche gemessen
wird, der nicht größer ist
als etwa 25%, stärker
bevorzugt nicht größer ist
als etwa 15%, der mittleren Gesamtdicke des faserigen Substrats.
Der vertikale Abstand und die Dicke des faserigen Substrats werden
jeweils in einer Richtung gemessen, die zur horizontalen Ebene normal
ist, die durch die äußere Oberfläche des
faserigen Substrats definiert ist. Deshalb werden bei einem Vlies
mit einer Gesamtdicke von 10 mm wenigstens etwa 80 Gew.-% der Schleifpartikel,
die auf die Oberseite der Schaumbeschichtungsschicht aufgebracht
werden, schließlich
an die Vliesfasern gebunden, die sich innerhalb eines vertikalen
Abstands von 2,5 mm von der äußeren Oberfläche des
Gewebes befinden, das mit der Schaumbeschichtungsschicht beschichtet wurde.
Das faserige Substrat ist vorzugsweise ein Vlies; obwohl auch andere
faserige Substrate mit Porösität als im
Schutzbereich der Erfindung liegend betrachtet werden.
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Die geschäumte Bindemittelharzdispersion, die
verwendet wird, um die labile Schaumschicht zu bilden, weist vorzugsweise
einen Luftgehalt von wenigstens 50 Vol.-% bis zu 99 Vol.-%, eine
Viskosität (wenn
auf das löchrige
Substrat aufgebracht) von wenigstens 2.000 Centipoise (2 Pans) bei
etwa 25°C auf,
und umfasst Luftblasen mit einer mittleren Größe von 0,1 mm. Das Blasverhältnis liegt
vorzugsweise im Bereich von 2 : 1 bis 99 : 1 und stärker bevorzugt von
15 : 1 bis 21 : 1, obwohl geringere Verhältnisse auch verwendbar sind,
so lange der Schaum das Mineral tragen kann.
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Vorzugsweise ist die Zusammensetzung,
die als Bindemitteldispersion verwendet wird, die geschäumt wird,
um den labilen Schaum zu erzeugen, und auf das löchrige Substrat aufgebracht
wird, ohne Schleifpartikel, welches der Aufgabe der Erfindung von
temporär
verzögertem Kontakt
zwischen dem löchrigen
Substrat und den Schleifpartikeln während der Verarbeitung entspricht.
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In der vorliegenden Erfindung ist
die geschäumte
Harzzusammensetzung, die zur Herstellung des labilen Schaums verwendet
wird, ein mechanischer Schaum oder ein chemischer Schaum. Ein mechanischer
Schaum wird vorzugweise durch mechanisches Mischen oder Rühren eines
Gases, z. B. Luft, in eine flüssige
Dispersion eines Bindemittels erzeugt, oder der Schaum kann in einer
anderen Ausführungsform
durch Leiten von Gasen unter Druck (z. B. Einblasen) durch eine
flüssige
Dispersion eines Bindenttels hergestellt werden.
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In der vorliegenden Erfindung wird
eine Menge des Gasblaseneintrags zur Erzeugung des Schaums mit Absicht
in einem Niveau induziert, das die Schleifpartikel durch Bereitstellen
von Harzfilmen zwischen den Substratoberflächen, z. B. Fasern, welche
die Partikel tragen, an der Oberfläche des löchrigen Substrats hält. Der
Grad der Schäumung
ist so, dass während
der Härtungsphase
oder irgendeiner nachfolgenden Verarbeitungsphase die tragenden Schaumfilme
zusammenbrechen, wenn die Partikel fester am Substrat befestigt
werden, so dass schließlich
die Filme vollständig
zusammengebrochen sind und die Partikel einheitlich auf und in den
Oberflächenbereichen
des obersten Materials, das die Substratmatrix darstellt, befestigt
werden.
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Die vorliegende Erfindung macht es
möglich, Schleifpartikel
an den Oberflächenbereichen
eines dreidimensionalen, porösen
Substrats zu konzentrieren, wobei folglich die Leistung dadurch
erhöht
wird, dass ermöglicht
wird, dass mehr Partikel an der Oberfläche des Substrats bleiben,
und weniger Partikel tief in das Substrat eingebettet werden, wo
die Chancen des Ausgesetztseins beschränkt sind oder während des
Schleifens/Scheuerns wenigstens verzögert sind. Das erfinderische
Verfahren erlaubt auch wegen des höheren Prozentsatzes von Schleifpartikeln,
die an der Oberfläche
des Substrats bereitgestellt werden, die Verwendung von insgesamt
weniger Schleifpartikeln.
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In der vorliegenden Anmeldung haben
andere Begriffe, die nachstehend aufgeführt sind, die folgenden Bedeutungen:
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„faseriges Substrat" bedeutet
ein selbsttragendes Vliesmaterial, das durch sich berührende Fasern
gebildet wird, das porös
für Luft
ist.
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„Vlies" umfasst sowohl Stapelfaservliese, einschließlich statistischer,
luftverlegter und kardierter Vliese, spinngebundener und schmelzblasgeformter
Vliese, als auch Seile, die aus kontinuierlichen, parallel angeordneten
Filamenten erzeugt werden.
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„Äußere Oberfläche", wie hier im Zusammenhang
mit einem löchrigen
Substrat verwendet, bedeutet eine äußerste, exponierte Hauptfläche des Substrats.
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„Schleifpartikel" bedeutet
ein festes Partikel, das in der Lage ist, Oberflächenmaterial von einer anderen
Oberfläche
zu entfernen, wenn es mit dieser in Zwischenreibungskontakt gebracht
wird.
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„Hartwerden" bedeutet Verfestigen
eines Harzes durch Trocknen oder Härten. „Härten" bedeutet das Vernetzen
eines Duroplastharzes.
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Diese Erfindung betrifft Verfahren
zum Herstellen von löchrigen
Schleifgegenständen
mit hohen Konzentrationen von Schleifpartikeln, die in den äußeren Oberflächenbereichen
davon gebunden sind. Ganz besonders verwendet die Erfindung Bindemitteldispersionen,
die auf ein löchriges
Substrat (Träger)
im geschäumten
Zustand aufgebracht werden, um einen temporären Träger und eine Sperre, die das
Substrat sofort berühren,
für trockene
Schleifpartikel bereitzustellen, die danach darauf abgelagert werden.
Das Bindemittel befestigt schließlich bei kontrolliertem Kollabieren
des Schaums und Härten des
Bindemittelmaterials, das wechselseitig die Substratoberflächen und
die Schleifpartikel kontaktiert, die Schleifpartikel an den Oberflächenbereichen
des Substrats.
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Nachdem die schäumende Beschichtung auf die
Oberfläche
des löchrigen
Substrats aufgebracht worden ist, werden die Schleifpartikel trocken
aufgebracht. Die Schleifpartikel können von irgendeiner Art, Form,
Material oder Größe sein,
solange die Oberfläche
des Substratmaterials, z. B. Fasern, und die Gesamtoberfläche der
Partikel durch die Oberflächenspannungswirkungen
der Beschichtung beeinflusst werden. Jedoch sollten alle oder im
Wesentlichen alle Schleifpartikel wenigstens teilweise sichtbar
sein, wenn sie bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Schaum durch Wärme und
Zeit oder Druck destabilisiert wird, auf der oberen Fläche der
Schaumsperre ruhen. Ferner sollte kein bedeutender Anteil, d. h. > 0,001 Gew.-%, der
Schleifpartikel vollständig
in die Masse der Schaumsperrschicht einsinken oder vollständig darin
eingetaucht werden, bis der Schaum auf etwa 5% seiner ursprünglichen
Dicke kollabiert.
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Härtungsschritte
werden eingeführt,
um die Beschichtung zu härten
und die Partikel dauerhaft am Substrat zu befestigen. Wenn das Härten beginnt,
bewirken die Änderungen
in der Beschichtung wegen der Wärme,
dass die Schaumfilme zusammenbrechen und zusammenfallen (kollabieren),
wobei das Schleifmineral auf der Oberfläche der Substratfasern oder
eines anderen Trägermatrixmaterials abgelagert
bleibt. Nachfolgende Härtungszeit
ergibt mehr Filmzusammenbruch, bis die Schaumbeschichtungsschichten
oder -filme vollständig
verringert sind, so dass die Partikel und das Bindemittel in ihren
richtigen Positionen hartwerden.
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Während
das löchrige
Substrat der Veranschaulichung wegen hier gelegentlich beispielhaft
als Vlies angegeben wird, sollte es selbstverständlich sein, dass das Substratmaterial
darauf nicht beschränkt
ist. Zum Beispiel sind andere Formen von löchrigen faserigen Materialien,
z. B. gewobene Stoffe, nicht gewebte Lagen, gerichtete Gewebe, Richtungsgewebe
und dergleichen, auch nützliche
Substratmaterialien zur Verarbeitung durch die Erfindung. Außerdem können auch
nichtfaserige löchrige
Substrate verwendet werden, wie gehärtete, offenzellige synthetische
Schäume
und natürliche
Schwammmaterialien.
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VLIESE
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Während
das faserige Substrat abwechselnd ein gewobener Stoff oder ein gerichtete
Gewebe sein kann, ist ein bevorzugtes faseriges Substrat ein Vlies. In
dieser Hinsicht schließt
die Gewebeerzeugungsausrüstung,
die zur Ausübung
dieser Erfindung geeignet ist, eine derartige Ausrüstung ein,
die in der Lage ist, aus den vorstehend beschriebenen Fasern ein
Vliesgewebe zu erzeugen. Krempel, Garnetts, Feuchtigkeitsverlege-
und Luftverlege-Ausrüstung können verwendet
werden. Luftverlegen ist bevorzugt. Geeignete Luftverlege-Ausrüstung schließt die ein,
die im Handel bekannt ist als „Rando
Webber", die im Handel bekannt ist als „Dr. 0. Angleitner" oder „DOA" oder
ein Hybridsystem, das bekannt ist als ein zufälliger „Hergeth"-Krempel. Die Betriebsparameter für derartige
Ausrüstung
sind dem Fachmann bekannt. Vliesgewebe, die unter Verwendung eines
Geräts,
wie diese, hergestellt wurden, haben wenigstens zwei externe Hauptoberflächen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das faserige Substrat ein offenes, lockeres, dreidimensionales
luftverlegtes Vliesgewebe und kann aus Vliesen und Faserklebstoffbehandlungen
(ausgenommen keine Behandlung mit einer Schleifaufschlämmung),
wie denen, die in US-Patent Nr. 2,958,593 (Hoover et al.), welches
hier durch Inbezugnahme eingeführt
wird, beschrieben werden, hergestellt werden. Auch bevorzugt sind
kontinuierliche Filamentspinnvliesaufbauten, wie solche, wie von
Fitzer in US-Patent Nr. 4,227,350 beschrieben, welches hier durch
Inbezugnahme auch eingeführt
wird.
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Gegebenenfalls als Verbesserung für einen Vliesschleifgegenstand,
der erfindungsgemäß hergestellt
wurde, ist es häufig
wünschenswert,
das Faserbinden innerhalb des Vliesgegenstands, z. B. einem Vlies,
zu fördern,
so dass der Gegenstand grössere strukturelle
Festigkeit und die Haltbarkeit aufweist, um Schleifbeseitigung und
Reinigungsumgebungen besser zu tolerieren. Herkömmliche Faserklebstoffe, die
frei von Schleifkomponenten sind, welche verwendet werden, um Vliese
weiter zu festigen, können für dieses
Verfahren verwendet werden. Eine derartige Faserbehandlung kann
auf das Gewebe als getrennte Behandlung angewendet werden, bevor
oder nachdem die Schleifpartikel klebend an die äußeren Oberflächenbereiche
des Vliessubstrats befestigt werden/wurden. Die Faserklebstoffbehandlung
kann trocken, wie in Form von herkömmlichen wärmebindenden Kurzfasern, oder
unter Verwendung bekannter Beschichtungs- oder Sprühverfahren
in flüssiger Form
aufgebracht werden, gefolgt von Hartwerden und/oder Härten der
Faser-behandelnden oder beschichtenden Materialien an der richtigen
Stelle. Sprödewerden
oder Füllen
des Vliesgegenstands durch die Faserbehandlung soll vermieden werden. Faser-behandelnde
Materialien in flüssiger
Form, die keine Schleifkörner
enthalten, die in dieser Hinsicht verwendet werden können, schließen solche
ein, die in US-Patent
Nr. 2,958,593 (Hoover et al.) beschrieben sind, welches hier durch
Inbezugnahme eingeführt
wird.
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Vorzugsweise werden die Fasern nur
an ihren Kreuzberührungspunkten
zusammen gebunden. Dieses hilft, ein offenes, lockeres Gewebe niedriger Dichte
bereitzustellen, wobei die Lücken
zwischen den Fasern im Wesentlichen durch Harz oder Schleifmittel
ungefüllt
bleiben. Für
Reinigungs- und Scheueranwendungen liegt das Porenvolumen des fertigen Vliesschleifgegenstands
vorzugsweise im Bereich von etwa 75% bis etwa 95%. Bei niedrigeren
Porenvolumina weist ein Vliesgegenstand eine grössere Tendenz auf, zu verstopfen,
welches die Schleifabriebgeschwindigkeit des Vlieses verringert
und das Reinigen des Vlieses durch Spülen verhindert. Wenn das Porenvolumen
zu groß ist,
kann dem Gewebe ausreichende Struktur fehlen, um den physikalischen Belastungen
ohne schnelles Versagen standzuhalten, die mit Reinigungs- und Scheuervorgängen verbunden
sind.
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Der Vliesschleifgegenstand wird entweder als
kontinuierliches Vliese bereitgestellt, oder es kann ein einzelnes
Vlies sein. Beim Herstellen von Produktionsquantitäten wird
die Verwendung eines kontinuierlichen Vlieses gewöhnlich praktischer
sein. Wenn gewünscht,
kann der Vliesgegenstand mit einem Faserklebstoff behandelt werden.
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FASERN
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Für
die Verwendung in den faserigen Substraten geeignete Fasern sind
nicht besonders beschränkt.
Eine breite Vielzahl von Fasern ist in einem Faservlies, z. B. einem
Vlies, das als faseriges Substrat verwendet wird, verwendbar, einschließlich sowohl
natürlicher
als auch synthetischer Fasern und Gemische davon. Synthetische Fasern
sind bevorzugt. Synthetische Fasern schließen solche ein, die aus Polyester
(z. B. Polyethylenterephthalat), Nylon (z. B. Hexamethylenadipamid,
Polycaprolactam), Polypropylen, Acryl (gebildet aus einem Polymer
von Acrylnitril), Reyon, Celluloseacetat, Polyvinylidenhlorid-Vinylchlorid-Copolymeren,
Vinylchlorid-Acrylnitril-Copolymeren, und so weiter hergestellt
werden. Natürliche
Fasern schließen
solche von Baumwolle, Wolle, Jute und Hanf ein.
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Die verwendeten Fasern können Neufasern oder
Abfallfasern sein, die aus Kleiderabfall, Teppichherstellung, Faserherstellung
oder Textilverarbeitung und so weiter gewonnen werden. Das Fasermaterial kann
eine homogene Faser oder eine Verbundstofffaser, wie eine Zweikomponentenfaser
(z. B. eine gemeinsam gesponnene Hülle-Kern-Faser) sein. Fasern
können
herkömmlich
gesponnen werden oder können
durch bekannte Spinn- oder Schmelzblasverfahren erzeugt werden,
wodurch das faserige Substrat gebildet wird, wenn die Fasern gebildet
werden.
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Der Denier der verwendeten Faser
kann in Abhängigkeit
von den gewünschten
Ergebnissen weit variieren. Zum Beispiel ist schwererer Denier förderlicher
zur Herstellung von rauhen Kissen für grobe Scheueraufgaben, während leichterer
Denier geeigneter für
feinere, weniger aggressive Scheueraufgaben ist. Die Dicke der Fasern
ist nicht besonders beschränkt
(abgesehen von Verarbeitungserwägungen),
solange der im so erhaltenen Gewebe gewünschten Elastizität und Zähigkeit
genaue Beachtung geschenkt wird. Mit der „Rando Webber"-Ausrüstung liegen
die Faserdicken allgemein innerhalb eines Bereiches von etwa 25
bis etwa 250 μm,
was einer Faserfeinheit oder einer linearen Dichte von zwischen
etwa 5 und etwa 500 Denier (etwa 5,6 dtex und etwa 556 dtex) entspricht.
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Die Fasern können wellig, gekräuselt und/oder
gerade sein. Jedoch ist es im Interesse des Erhaltens maximaler
Lockerheit, Offenheit und Dreidimensionalität im Vliesgegenstand vorzuziehen, dass
alle oder eine erhebliche Menge der Fasern gekräuselt ist. Jedoch ist das Kräuseln nicht
erforderlich, wenn Fasern verwendet werden, welche selbst leicht
miteinander verflechten, um ein in hohem Maße offenes lockeres Verhältnis im
erzeugten Gewebe zu erzeugen und zu behalten.
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Beispielsweise können Polyamidstapelfasern der
Festigkeit zwischen 1,0 und 10,0 g/Denier (zwischen 0,9 und 9,0
g/dtex) verwendet werden. Fasern einer niedrigeren Festigkeit sind
zu zerbrechlich, um durch Vlieserzeugungsmaschinen verarbeitet zu
werden. Fasern der Festigkeit größer als
10,0 g/denier (9,0 g/dtex) sind teuer, und es ist schwierig, ihnen
Stapelkräuselung
zu verleihen. Während
jedes Polyamid erfolgreich in die faserigen Substrate dieser Erfindung
eingebracht werden kann; sind Nylon 6 und Nylon 6,6 bevorzugt. Nylon
6,6 ist am meisten bevorzugt. Die Stapellänge der Fasern dieser Erfindung
kann etwa 0,75 Zoll bis 6 Zoll(etwa 1,9 cm bis 15 cm), vorzugsweise
1,0 Zoll bis 4,0 Zoll (2,5 cm bis 10 cm), am meisten bevorzugt 1,5
Zoll bis 3 Zoll (3,8 cm bis 7,6 cm) betragen. Die geeignete Kräuselmenge
(als gemessener Vollzyklus) kann zwischen etwa 4 Kräuselungen/Zoll
und etwa 20 Kräuselungen/Zoll (etwa
2 Kräuselungen/cm
und etwa 7,9 Kräuselungen/cm),
vorzugsweise von etwa 8 Kräuselungen/Zoll
bis etwa 16 Kräuselungen/Zoll
(etwa 3 Kräuselungen/cm
und etwa 6,3 Kräuselungen/cm)
betragen. Eine besonders nützliche
Stapelfaser zur Ausübung
der vorliegenden Erfindung ist eine 15 Denier (17 dtex) Stapelfaser
aus Nylon 6,6, die auf eine Stapellänge von 1,5 Zoll (3,8 cm) geschnitten
wurde, im Handel erhältlich
unter der Handelsbezeichnung „Typ 852"
von E. I. DuPont De Nemours, Wilmington, DE.
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Die Fasern können in Form eines Stoffs, Vlies,
Lage oder Seils verwendet werden. Wie hier verwendet, bedeutet ein „Lage",
dass er sich auf eine Mehrzahl von Vliesen oder ähnlichen Strukturen, die durch
Luftverlegeverfahren hergestellt werden, bezieht.
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BINDEMITTELDISPERSION
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Die verwendete Bindemittelzusammensetzung
muss in der Lage sein, geschäumt
zu werden. Die Bindemittelzusammensetzung kann eine wässrige Dispersion
eines Bindemittels, das beim Trocknen hart wird, wie eine Acrylharzemulsion,
oder eine Dispersion eines duroplastischen (härtenden) Bindemittels sein.
Duroplastharze sind bevorzugt, wie Bindemittelharze, die aus Phenol-Formaldehyd-Harzen, Phenoplasten,
Aminoplasten, ungesättigten
Polyesterharzen, Vinylesterharzen, Alkydharzen, Allylharzen, Furanharzen,
Epoxiden, Polyurethanen und Polyimiden ausgewählt sind. Zum Beispiel schließen für die vorliegende
Erfindung geeignete Phenolharze sowohl Resol- als auch Novolakphenolharze
ein. Bevorzugt ist ein Resol-Phenolharz,
das Phenol und einen Aldehyd, zum Beispiel eine 2 : 1-Formaldehyd:Phenol-Zusammensetzung mit
einem NaOH-Katalysator, einschließt.
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Stärker bevorzugte schäumbare,
auftragbare, härtbare
Harzzusammensetzungen sind Resol-Phenolharze,
die ein oberflächenaktives
Mittel umfassen, welches die Erzeugung von so erhaltenem Schaum
fördert
und die Stabilität
des so erhaltenen Schaums erhöht.
Ein beispielhaft angegebenes oberflächenaktives Mittel ist das
fluorhaltige oberflächenaktive
Mittel FLUORAD FC-170 von Minnesota Mining and Manufacturing Company,
welches von der Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota
erhalten werden kann.
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Schaumbildner (Emulsionsmittel) oder
oberflächenaktive
Mittel werden zur Bindemittelharzdispersion zugegeben und auf das
löchrige
Substrat, z. B. ein Vlies, unter Verwendung von Beschichtungsverfahren,
die mit flüssigen
Beschichtungen verträglich
sind, aufgebracht. Die Menge des oberflächenaktiven Mittels oder des
Schaumbildners ist gewöhnlich viel
größer als
normalerweise für
eine allgemeine Oberflächenspannungsänderung
empfohlen wird. Mengen, die sich 1,0% bis 2,0% der Gesamtfeuchtkomponenten
nähern,
sind verwendet worden, verglichen mit 0,1% empfohlenen Mengen für allgemeine Oberflächenspannungsänderungen
von Beschichtungen. Im Ergebnis sollte die erfindungsgemäße Bindemitteldispersion
frei von Antischaummitteln sein.
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SCHÄUMBARE, AUFTRAGBARE, HÄRTBARE HARZZUSAMMENSETZUNG
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Schäumbare, auftragbare, härtbare Harzzusammensetzungen,
die bei der Ausübung
der vorliegenden Erfindung nützlich
sind, können
irgendwelche sein, bei denen bewirkt werden kann, dass sie eine
ausreichende Zeit lang ihre Schaumform behalten, um das Aufbringen
der Schleifpartikel zu erlauben. Die Harzzusammensetzungen können durch bekannte
Verfahren, einschließlich
mechanischer Schäumung
oder Aufschäumung,
Einblasen und Dispersion von unlöslichem
Gas, oder durch die Verwendung von chemischen Treibmitteln, die
sich thermisch oder anderweitig zersetzen, um ein Gasphasenmaterial
zu erzeugen, geschäumt
werden. Mechanisches Rühren
wird vorteilhafterweise verwendet, um Luft in ein flüssiges Harzsystem
(Latex) einzubringen: derartige Verfahren werden gelegentlich als „Durchlüftung" oder „Aufschäumen" bezeichnet.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung,
sollten die schäumbaren,
auftragbaren, härtbaren
Harzzusammensetzungen zu einem Blasverhältnis, d. h. das Verhältnis von
geschäumtem
Volumen zu dem des ungeschäumten
Ausgangsmaterials, von 2 : 1 bis 99 : 1 schäumbar sein.
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Bei Fertigstellung des erfinderischen
Verfahrens werden vorzugsweise wenigstens etwa 80 Gew.-% und stärker bevorzugt
zwischen 80 Gew.-% und 90 Gew.-% der auf der Schaumbeschichtungsschicht
aufgetragenen Schleifpartikel auf oder im faserigen Substrat an
Stellen innerhalb eines vertikalen Abstandes, der von der beschichteten äußeren Oberfläche gemessen
wird, der nicht größer als
etwa 25% und stärker
bevorzugt nicht größer als
etwa 15% der gesamten mittleren Dicke des faserigen Substrats ist, befestigt
(an die Fasern gebunden). Der vertikale Abstand und die Dicke des
faserigen Substrats werden jeweils in einer Richtung gemessen, die
sich senkrecht zu einer Horizontalebene befindet, die durch die äußere Oberfläche des
faserigen Substrats definiert ist. Deshalb werden bei einem Vlies
mit einer Gesamtdicke von 10 mm wenigstens etwa 80 Gew.-% der Schleifpartikel,
die auf die Oberseite der Schaumbeschichtungsschicht aufgebracht
werden, schließlich
an die Vliesfasern gebunden, die sich innerhalb eines vertikalen
Abstandes von 2,5 mm von der äußeren Oberfläche des
Gewebes befinden, das mit der Schaumbeschichtungsschicht beschichtet
wurde.
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Die geschäumte Bindemittelharzdispersion hat
vorzugsweise einen Luftgehalt von wenigstens 50 Vol.-% bis zu 99
Vol.-% (oder ein Blasverhältnis zwischen
2 : 1 und 99 : 1, stärker
bevorzugt zwischen 15 : 1 und 21 : 1), eine Viskosität (wenn
auf das Vlies aufgebracht) von wenigstens 2.000 Centipoise (2 Pa*s)
und besteht aus Luftblasen mit einer mittleren Größe von 0,1
mm.
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Der labile Schaum muss seine strukturelle Integrität behalten,
wenigstens bis die Schleifpartikel zum Verbundstoff zugegeben werden.
Andernfalls würden
die Schleifpartikel nicht die temporäre Schaumunterstützung haben,
die ermöglicht,
dass die Schleifpartikel an den äußeren Oberflächen des Substrats,
z. B. einem Vlies, konzentriert werden, nachdem die temporäre Schaumsperre
kollabiert („zusammenfällt"), wenn
sie z. B. in einem Trockenofen während
des Härtens
des Harzes erwärmt
wird, wenn Wasser und eingeschlossene Luft im Wesentlichen aus dem
Schaum beseitigt werden.
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Nach dem Aufbringen der Schleifpartikel
auf eine Oberfläche
der Aufschäumungs-
oder Schaumbeschichtungsschicht auf dem Substrat, wird das Substrat
einer Wärmequelle,
wie Infrarotlampen, ausgesetzt, um das Substrat, die Aufschäumung in einem
Maße zu
erwärmen, das
erforderlich ist, um den Schaum zu kollabieren. Das Erwärmen kann
mit jeder Quelle durchgeführt
werden, die ausreichende Wärmeverteilung
und Luftströmung
ergibt. Infrarotlampen sind zum Anwenden von Hitze auf diese Weise
nützlich.
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Im Fall von wärmeaktivierbaren Duroplastharzschäumen ist
es bevorzugt, dass das Erwärmen ausreichend
ist, um das Härten
(Vernetzen) des Harzes zu initiieren, welches das Festwerden des
Harzes und gegenseitige Adhäsion
von in Kontakt befindlichem Schleifmaterial und Substratmatrixoberflächen bewirkt.
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Vorzugsweise wird das Substrat, z.
B. ein Vlies, dann umgedreht, und die entgegengesetzte Oberfläche des
Substrats wird auf dieselbe Art und Weise wie die erste Oberfläche mit
dem Schaum und den Schleifpartikeln beschichtet und wärmebehandelt.
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SCHLEIFPARTIKEL
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Geeignete Schleifpartikel schließen solche von
einem geeigneten harten Material, wie Flint, Talkum, Granat, Aluminiumoxid,
Siliziumcarbid, Diamant, Siliziumoxid und ein keramisches α-Aluminiummaterial,
im Handel erhältlich
unter der Handelsbezeichnung „CUBITRON"
von Minnesota Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota,
ein. Die Schleifpartikelgrößen können beliebig sein,
sind aber typischerweise von 1 Mikrometer oder kleiner bis einem
Millimeter oder größer in der
Abmessung. In einer anderen Ausführungsform
brauchen geeignete Schleifpartikel nicht anorganische Materialien
zu sein, können
aber eher synthetische Materialien, wie Poly(methylmethacrylat),
Polycarbonat, Poly(vinylchlorid), oder ein anderes organisches duroplastisches
oder thermoplastisches Material sein, das geeigneterweise auf eine
geeignete Partikelgröße verringert
ist. Die Härte,
Zusammensetzung und Größe der Schleifpartikel
sind durch einen Fachmann leicht auswählbar, der die Natur des abzuschleifenden
Werkstückes
in Betracht zieht.
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Die Schleifpartikel können in
trockenem Zustand auf die Oberseite der Schaumbeschichtungsschicht,
z. B. durch Führen
des Substrats unter einem Partikeldispenser, tropfenbeschichtet,
besprüht, gesprüht und dergleichen
werden.
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GEEIGNETE UMGEWANDELTE FORMEN
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Durch die vorliegende Erfindung hergestellte löchrige Schleifgegenstände können jede
von verschiedenen herkömmlichen
umgewandelten Formen, wie Flächengebilde,
Blöcke,
Streifen, Bänder, Bürsten, Rotationsklappen,
Scheiben oder feste oder geschäumte
Schleifscheiben, haben. Besonders nützliche Formen sind Scheiben,
Flächengebilde
und Schleifscheiben. Die Schleifscheiben sind typischerweise in
Form eines geraden Kreiszylinders mit Abmessungen, welche sehr klein,
z. B. eine Zylinderhöhe
in der Größenordnung
von einigen Millimetern, oder sehr groß sein können, z. B. zwei Meter oder mehr,
und einem Durchmesser, welcher sehr klein, z. B. in der Größenordnung
von einigen Zentimetern, oder sehr groß sein kann, z. B. ein Meter
oder mehr. Die Schleifscheiben haben typischerweise eine Mittelöffnung zum
Tragen durch eine geeignete Welle oder eine andere mechanische Haltevorrichtung,
um zu ermöglichen,
dass die Schleifscheibe bei Gebrauch gedreht wird. Abmessungen,
Konfigurationen, Trägervorrichtungen
und Rotationsvorrichtungen der Schleifscheibe sind auf dem Fachgebiet
bekannt.
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Schleifgegenstände von größeren Abmessungen können durch
die Herstellung von mehrschichtigen „Platten" oder „Bündeln" hergestellt
werden. Ungehärtete
oder teilweise gehärtete
Schichten von Schleifvliesbahnenmaterialien können gestapelt, zusammengedrückt und
vollständig
gehärtet
werden, um eine geschichtete Verbundstoffstruktur herzustellen,
die in der Lage ist, in nützliche
Gegenstände
von erheblichen Abmessungen umgewandelt zu werden. Dieser geschichtete
Verbundstoff kann als Quelle einer großen Zahl von Gegenständen, die
jeder verschiedene Durchmesser haben oder alle denselben Durchmesser
haben, wie durch die Verwendungen erforderlich. Gegenstände können aus
den geschichteten Verbundstoffen durch maschinelles Bearbeiten unter
Verwendung geeigneter Verfahren, welche auf dem Fachgebiet bekannt
sind, erzeugt werden. Zum Beispiel kann eine Schleifscheibenform
von einer Platte des geschichteten Verbundstoffs abgestanzt werden.
Außerdem
können
Bänder,
Streifen oder längliche
Segmente einer Schleifvliesbahn zu einer Schleifscheibenform spiralförmig (zusammengerollt) aufgewunden
werden, während
das Bindemittel ungehärtet
oder teilweise gehärtet
und dann vollständig gehärtet wird,
um eine Schleifscheibe zu ergeben.
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Die erfindungsgemäß hergestellten löchrigen
Schleifgegenstände
können
als Reinigungsmaterial oder als materialentfernendes Werkzeug oder als
Primärkomponente
für ein
derartiges Werkzeug verwendet werden.
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Die Erfindung kann durch die folgenden Punkte
zusammengefasst werden:
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- 1. Verfahren zum Herstellen eines löchrigen
Schleifgegenstands, umfassend die Schritte:
- (a) Bereitstellen einer schäumbaren,
härtbaren,
flüssigen
Harzzusammensetzung und eines löchrigen Substrates
mit einer äußeren Oberfläche;
- (b) Schäumen
der Harzzusammensetzung, wirksam, um eine Vielzahl von Gasblasen über die
Harzzusammensetzung zu verteilen, um eine labile, geschäumte Harzzusammensetzung
zu ergeben;
- (c) Aufbringen der labilen, geschäumten Harzzusammensetzung auf
die äußere Oberfläche des
Substrates, um eine labile Schaumbeschichtungsschicht mit einer
exponierten Oberfläche
zu bilden,
- (d) Aufbringen einer Vielzahl von Schleifpartikeln auf die exponierte
Oberfläche
der labilen Schaumbeschichtungsschicht;
- (e) Erwärmen
der Schaumbeschichtungsschicht, wirksam, um die Gasblasen im Wesentlichen
aus der labilen Schaumbeschichtung zu entfernen und eine Harzbeschichtung,
welche die Schleifpartikel enthält, zu
ergeben; und
- (f) Härten
der Harzbeschichtung, um die Schleifpartikel an dem Substrat zu
befestigen, um einen löchrigen
Schleifgegenstand zu bilden.
- 2. Verfahren gemäß Punkt
1, wobei das löchrige
Substrat ein poröses
Material umfasst, ausgewählt
aus synthetischem Schaummaterial und natürlichem Schwammmaterial.
- 3. Verfahren zum Herstellen eines faserigen Schleifgegenstands,
umfassend die Schritte:
- (a) Bereitstellen einer schäumbaren,
härtbaren,
flüssigen
Harzzusammensetzung und eines faserigen Substrats mit einer äußeren Oberfläche;
- (b) Schäumender
Harzzusammensetzung, wirksam, um eine Vielzahl von Gasblasen über die
Harzzusammensetzung zu verteilen, um eine labile, geschäumte Harzzusammensetzung
zu ergeben,
- (c) Aufbringen der labilen, geschäumten Harzzusammensetzung auf
die äußere Oberfläche des
faserigen Substrats, um eine labile Schaumbeschichtungsschicht mit
einer exponierten Oberfläche
zu bilden;
- (d) Aufbringen einer Vielzahl von Schleifpartikeln auf die exponierte
Oberfläche
der labilen Schaumbeschichtungsschicht;
- (e) Erwärmen
der Schaumbeschichtungsschicht, wirksam, um die Gasblasen im Wesentlichen
aus der labilen Schaumbeschichtungsschicht zu entfernen und eine
Harzbeschichtung, welche die Schleifpartikel enthält, zu ergeben,
und
- (f) Härten
der Beschichtungszusammensetzung, um die Schleifpartikel an dem
Substrat zu befestigen, um einen faserigen Schleifgegenstand zu
bilden.
- 4. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei mindestens 80 Gew.% der Schleifpartikel, die auf die Schaumbeschichtungsschicht
in Schritt (d) aufgebracht werden, an dem faserigen Substrat nach
Beendigung von Schritt (f) innerhalb eines vertikalen Abstandes,
gemessen von der äußeren Oberfläche, von
nicht mehr als etwa 25% der durchschnittlichen Gesamtdicke des faserigen
Substrates befestigt sind.
- 5. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei die geschäumte Harzzusammensetzung
einen Luftgehalt von mindestens 50 Vol.-% bis 99 Vol.-% nach Beendigung von
Schritt (b) hat.
- 6. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei die geschäumte Harzzusammensetzung
ein Blasverhältnis
zwischen 15 : 1 bis 21 : 1 nach Beendigung von Schritt (b) hat.
- 7. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei die Gasblasen Luftblasen umfassen.
- 8. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei die Gasblasen eine mittlere Größe von 0,1 mm aufweisen.
- 9. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei die geschäumte Harzzusammensetzung
frei von Schleifpartikeln ist.
- 10. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei das faserige Substrat einen Vliesstoff umfasst.
- 11. Verfahren gemäß Punkt
10, wobei das Vlies ausgewählt
ist aus Vlies, Vlieslagen und Vliesseil.
- 12. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei das faserige Substrat organische Fasern, ausgewählt aus
natürlichen
Fasern, synthetischen Fasern und Mischungen davon, umfasst.
- 13. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei das faserige Substrat organische Fasern umfasst, ausgewählt aus Polyester,
Polyamid, Polypropylen, Acryl, Reyon, Celluloseacetat, Polyvinylidenchlorid-Vinylchlorid-Copolymer,
Vinylchlorid-Acrylnitril-Copolymer und Gemischen davon.
- 14. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei das Schäumen in
Schritt (b) maschinelles Schäumen
umfasst.
- 15. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei das Schäumen in
Schritt (b) maschinelles Bewegen der Harzzusammensetzung umfasst.
- 16. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei das Schäumen in
Schritt (b) Einblasen von Gas durch die Harzzusammensetzung umfasst.
- 17. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei die Harzzusammensetzung ein Bindemittelharz umfasst, ausgewählt aus
Phenol-Formaldehyd-Harzen, Phenoplasten, Aminoplasten, ungesättigten
Polyesterharzen, Vinylesterharzen, Alkydharzen, Allylharzen, Furanharzen,
Epoxiden, Polyurethanen und Polyimiden.
- 18. Verfahren gemäß Punkt
3, wobei die Schleifpartikel ausgewählt sind aus Aluminiumoxid,
Kohlenschlacke, Flint, Siliziumcarbid, Granat, Siliziumoxid, Talkum,
Glas, Metallpartikel und Granit.
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In den folgenden Beispielen werden
Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung durch verschiedene
Ausführungsformen
davon weiter veranschaulicht, aber die Einzelheiten solcher Beispiele sollten
nicht als Beschränkung
der Erfindung ausgelegt werden. Alle Teile und Prozentsätze sind
Gewichtsteile und -prozente, wenn nichts anderes angegeben ist.
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BEISPIELE Beispiel 1
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Ein Vlies geringer Dichte mit einem
Gewicht von 147 g/m2 wurde aus einer 1,5
Zoll- (3,8 cm-) Klammer aus 12 Denier- (13 dtex-) Nylon 6,6-Fasern der
Festigkeit 8,2 g/Denier (7,4 g/dtex) (im Handel erhältlich unter
der Handelsbezeichnung „Type
885" von E. I. DuPont De Nemours, Wilmington, DE) auf einer Gewebeerzeugungsmaschine
erzeugt, erhältlich
unter der Handelsbezeichnung „Rando
Webber", Rando Maschine Co., Macedon, NY. Eine 109 g/m2 (gehärtetes Gewicht)
vorgebundene Phenolharzbeschichtung wurde durch einen Zweiwalzenbeschichter
auf das Gewebe aufgebracht und bei 175°C etwa 2 Minuten lang gehärtet. Das
so erhaltene vorgebundene Gewebe wurde dann mit einer Harzzusammensetzung
beschichtet, die aus 57,0% Phenolharz, 42,3% Wasser und 1,7% oberflächenaktivem
Mittel (das fluorhaltige oberflächenaktive
Mittel „ 3M
Fluorad FC-170", erhältlich
von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota)
besteht, die durch mechanisches Einblasen von Luft in das Harz zu
einer labilen Schaumform aufgeschäumt wurde. Die Aufschäumung wurde
durch Mischen von Luft in das flüssige
Harz unter Verwendung eines Satzes von Hochgeschwindigkeitsstiften
(Blättern)
in einer Mischkammer in der Ausrüstung
erzeugt, erhalten von CSKG Industries, Inc. Reading, PA erhalten (auch
erhältlich
von Gaston County Fabrication, Stanley, NC). Der erzeugte labile
Schaum wurde durch einen Zweiwalzenbeschichter, der bei etwa 1,4 m/min
und einer Nipbeladung von 31 – 36
kg/cm Walzenbreite arbeitete, was eine Nassauftragung von 209 – 315 g/m2 (Gewicht von 83 – 126 g/m2 in
der gehärteten
Schicht) zur Folge hatte, auf die exponierte Fläche des Vlieses aufgebracht.
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Im Anschluss an das Auftragen der
Schaumbeschichtung wurde die Oberseite der Schaumbeschichtung auf
dem Gewebe mit trockenen Aluminiumoxidschleifpartikeln mit einem
Gewicht von 104 bis 126 g/m2 und einer ANSI-Körnung von
280 & feiner
beschichtet, in dem Venturiauslässe
verwendet wurden, die sich 5 bis 8 cm über dem Aufschäumung-enthaltenden
Vlies befanden. Das Mineral-tropfende Gerät wurde durch Venturipulverpumpen
beschickt, welche aus einem Fließbett beschickt wurden. Das
Fließbett
war ein Metallkasten mit einem geschlossenen Deckel, und die Pulverpumpen ziehen
fluidisiertes Mineral und Luft aus der Oberseite heraus. Die Pulverpumpen
erhielten Luft bei 0,7 bis 1,4 kg/cm2 (10
bis 20 psi) von einer Quelle, die außerhalb des Kastens lag, wie
die Vorrichtung, um das Pulver, das aus dem Fließbett gezogen wurde, zu den
Venturiauslässen
(Pistolen) zu fördern.
Der Boden des Kastens war eine Membran, die Luft aus einer anderen
Kammer darunter durchströmen
ließ. Diese
tiefere Kammer wurde in Abhängigkeit
von der Mineralpartikelgröße und -dichte
mit kompimierter Luft von 2,8 bis 5,6 kg/cm2 (40
bis 80 psi) beschickt.
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Das so erhaltene Gewebe wurde dann
umgedreht und eine identische Schaumbeschichtung und eine Partikelbeschichtung
wurden auf dieselbe Art und Weise wie die erste beschichtete Seite
auf die entgegengesetzte Seite des Gewebes aufgebracht. Der Schleifkörper-beschichtete
Schaum/Gewebeverbundstoff wurde dann durch einen Ofen geleitet,
der auf 175°C
eingestellt war, wobei eine Verweilzeit von 3 bis 4 Minuten bereitgestellt
wurde, um den Schaum zu brechen und das Bindemittel zu härten. Der
so erhaltene Gegenstand war frei von geschäumtem Bindemittel und wurde
gut gebunden.
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Das Verfahren dieses Beispiels hatte
etwa 80 Gew.-% der Schleifpartikel auf jeder Gewebeoberfläche zur
Folge, die innerhalb einer Tiefe von den jeweiligen Außenflächen des
Gewebes aufgetragen sind, die gleich höchstens 25% der Dicke des Gewebes
ist, wobei der innerste Teil des Gewebes im Wesentlichen frei von
Schleifpartikeln ist. Das Beispiel zeigte auch erhöhte Beschichtungswirksamkeit,
weil wenige Partikel wegen des Vorhandenseins von labilem Schaum
vollständig
durch das Gewebe gehen (welches Ausschuss zur Folge hat).
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Während
die Erfindung hinsichtlich ihrer bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann, dass die Erfindung
mit Abwandlung innerhalb des Wesens und des Schutzbereichs der angehängten Patentansprüche ausgeübt werden
kann.