-
Die vorliegende Erfindung betrifft
Schleifgegenstände
mit einer gewünschten
Verteilung von feinen Schleifpartikeln.
-
Vliese, die offene, lockere, dreidimensionale
Strukturen von Fasern umfassen, die an ihren gegenseitigen Berührungspunkten
aneinander gebunden sind, werden bei der Herstellung von Schleifgegenständen für Reingungs-,
Schleif-, Feinstschleif- und Polieranwendungen an einer von verschiedenen
Oberflächen
verwendet. Beispielhaft für
derartige Vliesgegenstände
sind solche, die in US-Patent Nr. 2,958,593 von Hoover et al. beschrieben
werden. Derartige Vliese umfassen eine geeignete Faser wie Nylon,
Polyester, Mischungen davon und dergleichen und sind in der Lage,
Temperaturen standzuhalten, bei welchen imprägnierende Harze und Klebstoffbinder
typischerweise gehärtet
werden. Die Fasern der Bahn sind häufig gestreckt und gekräuselt, können aber
auch kontintuierliche Filamente sein, die durch ein Extrusionsverfahren,
wie dem, das zum Beispiel in US-Patent Nr. 4,227,350 von Fitzer
beschrieben ist, erzeugt werden. Vliese werden leicht auf herkömmlicher
Ausrüstung,
wie zum Beispiel einer „Rando
Webber"-Maschine
(im Handel erhältlich
von Rando Machine Company, New York) erzeugt.
-
Die feinen Schleifpartikel (hier
definiert als Teilchen mit einer Größenverteilung, wobei der mittlere
Teilchendurchmesser in der Verteilung etwa 60 μm oder weniger beträgt) können an
die Fasern eines Vlieses gebunden werden, um Schleifgegenstände bereitzustellen,
die zur Verwendung in einer von verschiedenen Schleifanwendungen
geeignet sind, und derartige Gegenstände können in Form von endlosen Bändern, Scheiben,
Handkissen („hand
pads"), verdichteten
und komprimierten Schleifscheiben, Fußbodenpolierkissen und dergleichen
bereitgestellt werden. Eine besonders geeignete Verwendung für die Gegenstände, welche die
vorstehend erwähnten
feinen Teilchen umfassen, ist in dem der Automobilindustrie nachgeschalteten Markt,
wo die Schleifpartikel verwendet werden, um in Vorbereitung auf
das Lackieren Automobilkarosserieverkleidungen „aufzurauhen" oder leicht anzuschleifen.
Bei diesen Anwendungen wird der Schleifgegenstand auf eine vorher
lackierte Oberfläche aufgebracht.
Während
der Anwendung kratzen die Schleifpartikel im Gegenstand die Oberfläche, um
den Oberflächenglanz
auf eine „Trübung" zu verringern. Obwohl
der kommerzielle Erfolg der verfügbaren
Schleifgegenstände
eindrucksvoll gewesen ist, ist es wünschenswert, die Leistung bestimmter
Schleifgegenstände
zum Beispiel besonders bei Anwendungen in dem der Automobilindustrie nachgeschalteten
Markt weiter zu verbessern.
-
Bei der Herstellung dieser Gegenstände wird
ein Vlies wie erwähnt
hergestellt. Die Bahn wird zum Beispiel durch die Aufbringung eines
Vorbindeharzes verstärkt,
um die Fasern an ihren gegenseitigen Berührungspunkten zu binden. Zusätzliche
Harzschichten können
anschließend
auf die vorgebundene Bahn aufgebracht werden. Eine Bindemittelvorstufe
wird auf die Fasern der vorgebundenen Bahn aufgebracht und die Bindemittelvorstufe
wird mindestens teilweise gehärtet.
Eine Deckschichtvorstufe kann auf die Bindemittelvorstufe aufgebracht
werden und sowohl die Bindemittelvorstufe als auch die Deckschichtvorstufe
werden auf eine bekannte Ari und Weise verfestigt (z. B. durch Härten durch
Wärme).
Feine Schleifpartikel werden, wenn sie im Aufbau des Gegenstands
eingebracht sind, herkömmlich
in einer Aufschlämmung
mit der Bindemittelvorstufe auf die Fasern aufgebracht.
-
Es ist bekannt, dass vor oder während des
Härtens
der Bindemittelschicht die Harzaufschlämmung der Bindemittelvorstufe
und die feinen Schleifpartikel migrieren und an den Kreuzungspunkten
von zwei oder mehr Fasern in der Bahn oder an Punkten, an denen
sich eine einzelne Faser zum Beispiel wegen bekannter Oberflächenspannungeffekte
selbst kreuzt, sich konzentrieren oder aggregieren. Die so erhaltenen
Schleifgegenstände
haben entlang der Längen
der Fasern eine im Wesentlichen nicht einheitliche Verteilung des
aggregierten Harzes und der feinen Schleifpartikel. Weil die Teilchen
in einer Harzaufschlämmung
auf die Bahn aufgebracht werden, neigen die feinen Schleifpartikel
ferner dazu, vom gehärteten
umgeben zu sein, wie in 1 veranschaulicht,
wenn der Harzklebstoff entlang der Längen der Fasern 10 des
Vlieses mit den feinen Schleifpartikeln, die innerhalb des Harzes
dispergiert und von diesem umgebend sind, Aggregate 12 bildet.
In einem derartigen Aufbau ist es möglich, daß die feinen Schleifpartikeln
bei Schleifanwendungen des fertigen Gegenstands nicht sofort verfügbar sind,
wobei möglicherweise
die gesamte Schleifleistung der Gegenstände weniger als optimal gemacht
wird und Raum für
Verbesserung der Leistung gelassen wird. In dem der Automobilindustrie
nachgeschalteten Markt zum Beispiel kann die anfängliche Nichtverfügbarkeit
der Schleifpartikel eine unerwünscht
niedrige anfängliche
Schleifwirkung zur Folge haben, wenn der Gegenstand auf die Oberfläche aufgebracht
wird, was den Benutzer veranlasst, hohe Drücke auf den Gegenstand während des Schleifbetriebs
anzuwenden, welches eine unerwünschte
Wirkung auf die zu behandelnde Oberfläche, haben kann.
-
Historisch sind lockere, offene,
dreidimensionale Vliesschleifgegenstände unter Verwendung verschiedener
Beschichtungsverfahren hergestellt worden. Im vorstehend erwähnten US-Patent
Nr. 2,958,593 (Hoover et al.) zum Beispiel wurden Vliesgegenstände durch
Sprühaufbringung
einer verhältnismäßig verdünnten Aufschlämmung hergestellt,
die eine Lösung
eines Binders, organischen Lösungsmittels
und von Schleifpartikeln umfasst. Es wurde erwartet, dass andere
Beschichtungsverfahren und -prozesse unter bestimmten Umständen Vorteile
bereitstellen könnten.
-
Aus Hoover et al.:
Es sollte
jedoch festgestellt werden, dass durch Verwenden von anderen Verfahren
als das Sprühen
geeigneterweise etwas größere Dicken
der Bahn beim Bilden unserer Strukturen behandelt werden können. Tatsächlich können Walzbeschichten,
Tauchbeschichten, getrennte Aufbringung von Klebstoff und Mineral
usw. Vorteile gegenüber
der Sprühaufbringung
haben, die in den vorhergehenden Beispielen beschrieben sind. Zum Beispiel
ist das Sprühen
des Klebstoffs zuerst und dann das getrennte Einsieben des Schleifinittels
besonders geeignet zum Einbringen von grobem Mineral (z. B. Körnungsnummer 50 oder
größer), und
hat auch Produkte von leicht unterschiedlichen Schleifeigenschaften
zur Folge.
-
Im Laufe der Zeit wurde es wünschenswert,
den Harzabfall vom Overspray zu minimieren und flüchtige organische
Verbindungen von der Verwendung im Herstellungsverfahren zu minimieren
oder zu beseitigen. Folglich fielen die Sprühbeschichtungsverfahren, die
von Hoover et al. beispielhaft angegeben wurden, allgemein in Ungnade,
und die gegenwärtige
Verwendung der Walzbeschichtungsverfahren zum Aufbringen von Harz/Schleifmittelaufschlämmung auf
Wasserbasis begann ernsthaft. Als die Leistungseigenschaften von Vliesschleifgegenständen anspruchsvoller
wurden, sind die Harz/Schleifmittelbeschichtungen, die bei der Herstellung
von Vliesschleifgegenständen
und Verfahren zur Aufbringung derartiger Schichten verwendeten wurden,
weiter entwickelt worden. Jedoch hat das vorhergehende Problem der
einheitlichen Beschichtung von feinen Schleifpartikeln auf die Fasern
eines Vlieses fortbestanden.
-
Bemühungen, das Problem der Harz-
und Teilchenaggregation bei der Aufbringung von feinen Schleifpartikeln
auf Vliesstoffe zu überwinden,
schließen
versuchte Dropbeschichtungs- oder Sprühbeschichtungsverfahren ein,
wie durch Hoover et al. gelehrt oder nahegelegt. Bei diesen Bemühungen werden
nach der Aufbringung der ungehärteten
Bindemittelvorstufe trockene Schleifpartikel auf die Fasern der
Bahn aufgetragen. Jedoch wird bei der Auftragung von feinen Schleifpartikeln
durch diese Verfahren die Verteilung der Teilchen stark durch elektrostatische
Kräfte
und Feuchtigkeitsbedingungen der Umgebung beeinflusst, welche in
den Materialien (z. B. den Teilchen) und in der Ausrüstung natürlicherweise
auftreten, die im Auftragungsverfahren verwendet werden. Im Ergebnis
dieser Kräfte
haben feine Schleifpartikel eine gleichbleibende Tendenz gezeigt,
zu aggregieren, während
sie noch immer innerhalb der Beschichtungsausrüstung verweilen, sowie nachdem
die Teilchen daraus freigegeben worden sind. Diese Teilchen-Teilchen-Wechselwirkung
oder -aggregation kann im Ergebnis Schleifgegenstände ergeben,
die innerhalb der so erhaltenen Bahnen wesentliche Teilchenaggregationen
mit nicht einheitlichen Teilchenverteilungen umfassen. Derartige
Gegenstände
können
nicht einheitliche Leistungseigenschaften besitzen, und die Nichteinheitlichkeit
der Teilchenverteilung bei Gegenwart von Teilchenaggregaten kann
ein im Handel nicht annehmbares Aussehen im Gegenstand verursachen. Außerdem können die
Standardwalzbeschichtungsverfahren, die bei der Aufbringung der
Bindemittelvorstufe verwendet werden, übermäßige Mengen des Harzes auf
die Bahn zugeben, was Harzschichten zur Folge hat, welche feine
Schleifpartikel leicht umgeben können,
sobald sie auf die Bahn aufgebracht worden sind.
-
Demgemäß ist es wünschenswert, das vorstehend
beschriebene Problem zu lösen
und dadurch ein lange bestehendes Bedürfnis in Bezug auf die Optimierung
der Verteilung von feinen Schleifpartikeln in Vliesschleifgegenständen zu
erfüllen.
Es ist wünschenswert,
Vliesschleifgegenstände
bereitzustellen, die ein Vlies mit feinen Schleifpartikeln umfassen,
die an den Fasern der Bahn haften, wobei die Teilchen entlang der
Längen
der Fasern der Bahn in einer im Wesentlichen einheitlichen Art und
Weise verteilt sind und wobei ein erhöhter Prozentsatz der Schleifpartikel
sofort für
Schleifanwendungen des fertigen Gegenstands verfügbar sind.
-
Die vorliegende Erfindung stellt
Vliesschleifgegenstände
bereit, welche feine Schleifpartikel beinhalten, die an den Fasern
eines Vlieses in einer wünschenswerten
Teilchenverteilung haften. Die Gegenstände sind in Schleifanwendungen,
wie zum Beispiel Feinstschleifen und Polieren z. B. von Metall-,
Holz- und Kunststoffoberflächen
nützlich,
und besonders in dem der Automobilindustrie nachgeschalteten Markt,
wo die Gegenstände
nützlich
sind, um lackierte Automobilpanelle und dergleichen zu behandeln.
Bei der Herstellung derartiger Gegenstände werden feine Schleifpartikel
auf die Fasern des Vlieses aufgetragen, so dass die Teilchen in
einer im Wesentlichen einheitlichen Art und Weise entlang der Oberflächen der
Fasern verteilt sind, um einen im Hinblick auf die Schleifeigenschaften
wirksamen Gegenstand bereitzustellen.
-
Beim Beschreiben der vorliegenden
Erfindung bezieht sich „Vorbindeharz" auf einen zur Beschichtung geeigneten
Harzklebstoff, der direkt auf die Fasern eines nicht gebundenen
Vlieses aufgebracht wird, um die Fasern an ihren gegenseitigen Berührungspunkten
zu binden. „Vorgebundene
Bahn" bezieht sich
auf ein Vlies, wobei die Fasern der Bahn mit einem Vorbindeharz
behandelt worden sind und das Harz verfestigt wurde, um die Fasern
an ihren gegenseitigen Berührungspunkten
zu binden. „Bindemittelvorstufe" bezieht sich auf
das zur Beschichtung geeignete Harzklebstoffmaterial, das auf die
Fasern des Vlieses aufgebracht wird, um Schleifpartikel daran zu
befestigen. „Bindemittelschicht" bezieht sich auf
die Schicht des hart gewordenen Harzes auf den Fasern des Vlieses,
die durch Hartwerden der Bindemittelvorstufe erzeugt wird. „Deckschichtvorstufe" bezieht sich auf
das zur Beschichtung geeignete Harzklebstoffinaterial, das auf die
Fasern des Vlieses auf die Bindemittelschicht aufgebracht wird. „Deckschicht" bezieht sich auf
die Schicht des verfestigten Harzes auf den Fasern des Vlieses,
die durch Verfestigung der Deckschichtvorstufe erzeugt wird. „Gehärtet" oder „vollständig gehärtet" bedeutet ein verfestigtes
polymerisiertes härtbares,
zur Beschichtung geeignetes Harz. „Faser" bezieht sich auf eine fadenartige Struktur. „Feine
Schleifpartikel" bezieht
sich auf im Hinblick auf die Schleifeigenschaften wirksame Teilchen,
die eines der hier aufgezeigten Materialien umfassen und eine Verteilung
von Teilchengrößen aufweisen,
wobei der mittlere Teilchendurchmesser etwa 60 μm oder weniger beträgt. Eine
kugelförmige
Teilchenform wird angenommen, wenn man sich auf den mittleren Teilchendurchmesser
bezieht, bezogen auf Standardtestverfahren, die für die Bestimmung
der Teilchendurchmesser, wie zum Beispiel ANSI-Testverfahren B74.18-1884,
verfügbar
sind. „Im
wesentlichen einheitlich" bedeutet,
wenn man sich auf die Verteilung von feinen Schleifpartikeln entlang
der Länge
der Fasern bezieht, dass die Teilchen in den fertigen Gegenständen entlang
der Längen
der Fasern ohne wesentliche Aggregation des Harzes und der Teilchen
verteilt sind, wie durch mikroskopische Untersuchung der Fasern
optisch beobachtet werden kann. Im fertigen Gegenstand befindet
sich die Mehrheit der Teilchen entlang der Fasern, um bei der anfänglichen Anwendung
des Gegenstands im Hinblick auf die Schleifeigenschaften wirksam
zu sein.
-
Wenn man sich auf die Bindemittelzusammensetzungen
der Bindemittel- und Deckschichten bezieht, bedeutet „labil" einen geschäumten Zustand,
der einer flüssigen
Dispersion des Bindermaterials verliehen wird (z. B. eine Bindemittelvorstufe
oder eine Deckschichtvorstufe), so dass der geschäumte Zustand
der Binderdispersion vorübergehend
ist. Mit dem Begriff „Schaum" ist eine Dispersion
von Gasblasen überall
in einer Flüssigkeit
gemeint, wobei jede Blase innerhalb eines dünnen Films der Flüssigkeit
eingeschlossen ist. Die labilen Schäume, die in der Erfindung verwendet
werden, umfassen folglich auch „Blasenschäume" („troths") oder instabilen
Schaum, der aus verhältnismäßig großen Gasblasen
besteht.
-
Schleifgegenstand, umfassend:
ein
Vlies von Fasern, die aneinander gebunden sind, wobei die Fasern
eine erste Hauptoberfläche
der Bahn, eine zweite Hauptoberfläche der Bahn und einen Mittelteil
der Bahn definieren, der sich zwischen der ersten und zweiten Hauptoberfläche der
Bahn erstreckt, wobei die Fasern jeweils eine Oberfläche und
eine Länge und
eine fadenartige Struktur aufweisen; und
eine Mehrzahl von
Schleifpartikel, die an den Oberflächen der Fasern von wenigstens
einer der ersten und zweiten Hauptoberflächen der Bahn durch eine Beschichtung
haften, welche durch Aufbringen eines labilen Blasenschaums oder
eines labilen Schaums einer Bindemittelvorstufe auf die Bahn erhältlich ist,
und wobei die Vielzahl von Schleifpartikel entlang den Längen der
Fasern auf eine im Wesentlichen einheitliche Ari und Weise verteilt
sind, und sich die Schleifpartikel nach außen von den Fasern der Bahn
erstrecken, wobei die Teilchen eine Verteilung von Teilchengrößen mit
einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 60 μm oder weniger umfassen.
-
Die Fasern des Vlieses können an
ihren gegenseitigen Berührungspunkten
aneinander gebunden sein, indem eine vorgebundene Bahn oder eine
Bahn verwendet wird, die schmelzklebbare Fasern umfasst, die an
ihren gegenseitigen Berührungspunkten
durch eine geschmolzene Komponente der Fasern aneinander gebunden
sind. Die Bahn kann auch zum Beispiel zur Verfestigung genadelt
werden. Außerdem
können
die Fasern des Vlieses an einer ersten und zweiten Bindungsstelle
mit einem nichtgebundenen Teil der Filamentanordnung zwischen der
ersten und zweiten Bindungsstelle aneinander gebunden werden. Feine
Schleifpartikel sind vorzugsweise überall in der Bahn dispergiert.
Jedoch wird auch in Betracht gezogen, dass nur die Fasern von der
ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche der Bahn feine Schleifpartikel,
die daran haften, beinhalten, und die Teilchen eine von verschiedenen
geeigneten Schleifinaterialien umfassen können. Die Teilchen werden an
die Fasern des Vlieses mit einem geeigneten Klebstoff gebunden,
welcher Thermoplast- oder Duroplastharze („thermosetting resin") umfassen kann.
Vorzugsweise werden die Teilchen an die Fasern unter Verwendung
einer Duroplastphenolharz-Bindemittelschicht und gegebenenfalls
einer ähnlichen
Deckschicht befestigt. Die erfindungsgemäßen Gegenstände können in Form von Handkissen,
endlosen Bändern,
Scheiben, verdichteten oder komprimierten Schleifscheiben und dergleichen
bereitgestellt werden. Außerdem
können
die erfindungsgemäßen Gegenstände auf
andere Gegenstände,
wie Schwämmen
und dergleichen, laminiert werden, oder die Gegenstände können in
Rollenform mit oder ohne Perforationen darin bereitgestellt werden.
-
Bei der Herstellung der vorhergehenden
Gegenstände
wird ein lockeres Vlies der Fasern hergestellt oder anders bereitgestellt.
Eine Bindemittelvorstufe-Zusammensetzung wird als labiler Schaum
oder labiler Blasenschaum auf die äußere Oberfläche der Fasern aufgebracht,
um eine erste Beschichtungsschicht zu erzeugen. Eine Mehrzahl der
vorhergehenden feinen Schleifpartikel wird auf die erste Beschichtungsschicht
aufgebracht, und die Bindemittelvorstufen-Zusammensetzung wird mindestens
teilweise gehärtet.
Gegebenenfalls wird eine Deckschichtvorstufen-Zusammensetzung auf
die Schleifpartikel und die erste Beschichtungsschicht aufgebracht,
um eine zweite Beschichtungsschicht zu erzeugen. Die erste und die
zweite Beschichtungsschicht werden gehärtet, um die Schleifpartikel
an den Fasern des Vlieses zu befestigen, um den Schleifgegenstand
bereitzustellen, wobei die Teilchen an den Fasern in einer im Wesentlichen
einheitlichen Verteilung entlang der Längen davon befestigt werden.
-
Die feinen Schleifpartikel werden
auf die Bindemittelvorstufe aufgetragen, vorzugsweise indem die Teilchen
zuerst auf einer Hauptoberfläche
der Bahn und dann auf der zweiten Hauptoberfläche der Bahn unter Verwendung
des in der gemeinsam übertragenen
PCT-Veröffentlichung
WO 97/42003 (Beardsley et al.) des selben Anmelders beschriebenen Auftragungsverfahrens
aufgetragen werden. Vorzugsweise sind die Bindemittel- und Deckschichtvorstufen
duroplastische, zur Beschichtung geeignete Phenolharze, welche als
labile Schäume
bereitgestellt werden. Die Bindemittelvorstufe wird vor ihrer Aufbringung
auf die Bahn blasengeschäumt
und wird danach vor der Aufbringung der Schleifpartikel mindestens
teilweise zusammenbrechen gelassen. Ebenfalls wird das optionale
Deckschichtmittel, wenn es auf den Gegenstand aufgebracht wird,
vorzugsweise blasengeschäumt
und dann auf die mindestens teilweise gehärtete Bindemittelschicht aufgebracht. Die
Bindemittelvorstufe und die Deckschichtvorstufe werden dann vollständig gehärtet, um
die erfindungsgemäßen Schleifgegenstände bereitzustellen,
und die so erzeugten Gegenstände
können
weiter verarbeitet werden, um Handkissen, endlose Bänder, Scheiben,
verdichtete und komprimierte Schleifscheiben und dergleichen bereitzustellen.
-
Die zusätzlichen Einzelheiten der Erfindung
sind durch den Fachmann bei Betrachtung der weiteren Offenbarung,
die die ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und die angehängten Patentansprüche einschließt, genauer
ersichtlich.
-
Beim Beschreiben der verschiedenen
Ausführungsformen
der bevorzugten Ausführungsform
wird Bezug genommen auf die Figuren, wobei gilt:
-
1 ist
eine vergrößerte Darstellung
eines Teils eines Schleifgegenstands nach dem Stand der Technik,
der einzelne Fasern eines Vlieses zeigt;
-
2 ist
eine vergrößerte Darstellung
eines Teils eines Schleifgegenstands, der einzelne Fasern mit Schleifpartikeln
zeigt, die an der Oberfläche
der erfindungsgemäßen Fasern
haften;
-
3 ist
eine teilweise schematische Darstellung eines Verfahrens und einer
Einrichtung zur Herstellung von lockeren erfindungsgemäßen Vliesschleifgegenständen;
-
4 ist
eine teilweise schematische Darstellung einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Teilchenbeschichters;
-
5 ist
eine Aufrissdarstellung eines alternativen Teilchensprühers zur
Verwendung mit der vorliegenden Erfindung;
-
6 ist
eine teilweise Querschnittsdarstellung der Düse von 5, genommen entlang Linie 6-6;
-
6A ist
eine Darstellung wie 6 einer
alternativen Ausführungsform
der Düse;
-
7 ist
eine Querschnittsdarstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform
eines Teilchensprühers
zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung; und die 8A bis 8D sind schematische Draufsichten von
alternativen Mustern der erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung.
-
Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden jetzt beschrieben. Es ist selbstverständlich für den Fachmann,
dass die Einzelheiten der Ausführungsformen,
die nachstehend besprochen werden, in keiner Hinsicht beschränken sollen,
sondern nur die Merkmale der Erfindung veranschaulichen. Beim Beschreiben
der bevorzugten Ausführungsform
wird Bezug genommen auf die Figuren, wobei strukturelle Merkmale
durch Bezugsziffern gekennzeichnet sind und wobei gleiche Bezugsziffern
gleiche Strukturen anzeigen.
-
Wie in 2 gezeigt,
umfassen die erfindungsgemäßen Gegenstände ein
offenes, lockeres Vlies von Fasern 100, welche vorzugsweise
an ihren gegenseitigen Berülrungspunkten
durch ein gehärtetes
Vorbindeharz aneinander gebunden worden sind. In einer anderen Ausführungsform
kann die Bahn schmelzklebbare Zweikomponentenfasern umfassen, wobei
die Fasern von Hülle-Kern- oder Nebeneinander-Konfiguration
sind und welche zum Schmelzpunkt von mindestens einer Komponente
der Fasern erwärmt
worden sind, um Schmelzkleben zwischen den Fasern an ihren Berührungspunkten
zu bewirken. Geeignete schmelzklebbare Fasern schließen solche
ein, die von Hayes et al. in US-Patent Nr. 5,082,720 beschrieben
sind. Eine Mehrzahl von feinen Schleifpartikeln 102 werden
an die Fasern 100 durch gehärtete Harzbinder gebunden,
die auf die Bahn aufgebracht werden, um Bindemittel- und Deckschichten
bereitzustellen, wie hier beschrieben. Die Schleifpartikel 102 sind
in einer bevorzugten Verteilung entlang der Fasern 100 angeordnet,
so dass die Teilchen 102 auf eine im Wesentlichen einheitliche
Ari und Weise entlang der Fasern verteilt sind, und ohne die Fasern
in aggregiertem Harz zu versenken. In diesem Aufbau sind die Teilchen 102 so
angebracht, dass sie bei anfänglichen Schleifanwendungen
des fertigen Gegenstands, wie zum Beispiel bei der Behandlung von lackierten
Automobilkarosseriepanellen, sofort wirksam sind.
-
Das Vlies, das zur Verwendung in
den erfindungsgemäßen Gegenständen geeignet
ist, kann aus einem Luft-gelegten, kardierten, nähgewirkten, Spinnvlies-, feucht-gelegten
oder schmelzblasgeformten Aufbau hergestellt sein. Ein bevorzugtes
Vlies ist das offene, lockere, dreidimensionale Luft-gelegte Vliessubstrat,
das von Hoover et al. in US-Patent Nr. 2,958,593 beschrieben ist.
In einer anderen Ausführungsform
kann das Vlies, das hier verwendet wird, ein Vliesgegenstand niedriger
Dichte sein, der aus einer Vielzahl von gekräuselten Filamenten (z. B. thermoplastischen
Filamenten) erzeugt wird, wobei ein Ende von im Wesentlichen allen
Filamenten an einer ersten Bindestelle zusammen gebunden sind, und
ein zweites Ende von im Wesentlichen allen Filamenten an einer zweiten
Bindestelle zusammen gebunden sind, wobei sich ein nichtgebundener Teil
der Filamentanordnung zwischen der ersten und der zweiter Bindestelle
befindet. Ein derartiges Vlies ist in den US-Patenten Nr. 4,991,362
und 5,025,596, beide von Heyer et al., beschrieben.
-
Das Vlies umfasst vorzugsweise eine
erste Hauptoberfläche
der Bahn, eine zweite Hauptoberfläche der Bahn und einen mittleren
Bahnteil, der sich zwischen der ersten und der zweiten Hauptoberfläche der
Bahn erstreckt. Die Bahn wird aus einer geeigneten synthetischen
Faser hergestellt, die in der Lage ist, den Temperaturen standzuhalten,
bei welchen imprägnierende
Harze und Klebstoffbinder ohne Verschlechterung gehärtet werden.
Die Fasern, die zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Gegenständen geeignet
sind, schließen
natürliche
und synthetische Fasern und Gemische davon ein. Synthetische Fasern
sind bevorzugt, die solche einschließen, die aus Polyester (z.
B. Polyethylenterephthalat), Nylon (z. B. Hexamethylenadipamid,
Polycaprolactam), Polypropylen, Acrylharz (erzeugt aus einem Polymer
des Acrylnitrils), Reyon, Celluloseacetat, Polyvinylidenchlorid-Vinylchlorid-Copolymeren,
Vinylchlorid-Acrylnitril-Copolymeren und so weiter hergestellt wurden.
Geeignete natürliche
Fasern schließen
solche von Baumwolle, Wolle, Jute und Hanf ein. Die verwendeten
Fasern können
frische Fasern oder Abfallfasern sein, die zum Beispiel aus Kleidungszuschnitten,
der Teppichherstellung, der Faserherstellung oder der Textilverarbeitung
gewonnen werden. Das Fasermaterial kann eine homogene Faser oder
eine Verbundstofffaser, wie eine Zweikomponentenfaser (z. B. eine
Co-gesponnene Hülle-Kern-Faser),
sein. Es liegt auch innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung,
einen Gegenstand bereitzustellen, der verschiedene Fasern in verschiedenen
Teilen des Vlieses umfasst (z. B. dem ersten Bahnteil, dem zweiten
Bahnteil und dem mittleren Bahnteil). Die Fasern des Vlieses sind
vorzugsweise gestreckt und gekräuselt,
können
aber auch kontintuierliche Filamente, die durch ein Extrusionsverfahren,
wie dem, das in US-Patent Nr. 4,227,350 von Fitzer beschrieben ist,
erzeugt werden, sowie die kontintuierlichen Fasern sein, die in
den vorstehend erwähnten
Patenten'362 und'596 von Heyer et
al. beschrieben sind.
-
Wenn das Vlies von der Art ist, die
von Hoover et al. wie vorstehend identifiziert beschrieben ist,
sind zufriedenstellende Fasern zur Verwendung im Vlies zwischen
etwa 20 und etwa 110 mm und vorzugsweise zwischen etwa 40 und etwa
65 mm lang und haben eine Feinheit oder lineare Dichte, die im Bereich
von etwa 1,7 dtex bis etwa 556 dtex (von etwa 1,5 bis etwa 500 Denier)
und vorzugsweise von etwa 17 dtex bis etwa 122 dtex (von etwa 15
bis etwa 110 Denier) liegen. Es wird erwogen, dass Fasern von gemischtem
Denier bei der Herstellung eines Vlieses verwendet werden können, um
eine gewünschte
Oberflächenbeschaffenheit
zu erhalten. Die Verwendung von größeren Fasern wird auch erwogen,
und für
den Fachmann ist selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht durch die Natur der verwendeten Fasern
oder durch ihre jeweiligen Längen,
linearen Dichten und dergleichen beschränkt ist.
-
Das vorstehend erwähnte Vlies
wird leicht auf einer „Rando-Webber"-Maschine (im Handel
erhältlich von
Rando Machine Company, New York) erzeugt oder kann durch andere
herkömmliche
Verfahren erzeugt werden. Wenn ein Spinnvliesmaterial verwendet
wird, können
die Filamente vom im Wesentlichen größeren Durchmesser, zum Beispiel
von einem Durchmesser bis zu 2 mm oder mehr, sein. Nützliche
Vliese haben vorzugsweise ein Gewicht pro Flächeneinheit von mindestens
etwa 50 g/m2, vorzugsweise zwischen 50 und
200 g/m2, stärker bevorzugt zwischen 75
und 150 g/m2. Geringere Mengen an Faser
innerhalb des Vlieses stellen Gegenstände bereit, welche bei einigen
Anwendungen geeignet sein können,
aber Gegenstände
mit niedrigeren Fasergewichten können
etwas kürzere
kommerzielle Lebensdauern haben. Die vorhergehenden Fasergewichte
stellen vor dem Nadeln oder Imprägnieren
typischerweise eine Bahn mit einer Dicke von etwa 5 bis etwa 200
mm, typischerweise zwischen 6 bis 75 mm und vorzugsweise zwischen
10 und 30 nun bereit.
-
Das Vlies kann gegebenenfalls zur
Verstärkung
oder Verfestigung genadelt werden; dies ist eine Behandlung, die
den Vlies mechanisch stärkt,
indem mit Widerhaken versehene Nadeln durchgesteckt werden. Während dieser
Behandlung ziehen die Nadeln die Fasern des Vlieses mit sich, während sie
das Vlies passieren, so dass, nachdem die Nadel zurückgezogen
wurde, einzelne Ansammlungen von Fasern der Bahn in die Dickerichtung
des Vlieses orientiert sind. Die Menge oder der Grad des Nadelns
kann die Verwendung von etwa 8 bis etwa 20 Nadeldurchdringungen
pro Quadratzentimeter Bahnoberfläche
einschließen,
wenn 15 × 18 × 25 × 3,5 RB,
F20 6-32-5.5B/3B/2E/L90-Nadeln (im Handel erhältlich von Foster Needle Company,
Manitowoc, Wisconsin) verwendet werden. Das Nadeln wird leicht durch
Verwendung einer herkömmlichen
Nadelmaschine erreicht, welche im Handel erhältlich ist, zum Beispiel von
Dilo, Inc. aus Charlotte, North Carolina.
-
Wenn die Bahn in mit Maschinen angetriebenen
Schleifgegenständen,
wie endlosen Bändern
oder Schleifscheiben, eingebracht werden soll, kann ein Verstärkungsgewebeträger auf
eine der Hauptoberflächen des
Vlieses aufgebracht und befestigt werden. Das Verstärkungsgewebe
ist vorzugsweise ein streck-beständiges
Gewebe mit einem niedrigen Streckwert, wenn es in entgegensetzte
Richtungen gezogen wird. Ein Streckwert von kleiner als etwa 20%
ist bevorzugt und ein Wert von kleiner als etwa 15% ist stärker bevorzugt. Geeignete
Materialien zur Verwendung als Verstärkungsgewebe in den erfindungsgemäßen Gegenständen schließen ohne
Beschränkung
wärmegeklebte
Gewebe, Gewirke, nähgebundene
Gewebe und dergleichen ein. Der Fachmann wird erkennen, dass die
Erfindung nicht auf die Auswahl von einem Verstärkungsgewebe über ein
anderes beschränkt
werden soll, und es wird erwogen, dass die Erfindung eine Art von
Material einschließen
kann, welches sonst die erforderlichen Eigenschaften aufweist, wie
hier festgelegt. Der Gewebeträger
kann jeweils auf eine bekannte Art und Weise durch Kleben an das
Vlies befestigt werden, oder er kann während des vorstehend erwähnten Schrittes
des Nadelns befestigt werden. Eine zusätzliche Schicht, die ein geeignetes
Polymer umfasst, kann dann auf die exponierte Oberfläche des
Gewebeträgers
auf die Art und Weise, die im US-Patent Nr. 5,482,756, erteilt am
9. Januar 1996 des selben Anmelders, beschrieben ist, oder auf die
Art und Weise, die im US-Patent Nr. 5,863,305 (Beardsley et al.)
des selben Anmelders beschrieben ist, aufgebracht werden.
-
Das Vorbindeharz, wenn es zum Aneinanderbinden
von Fasern in der Bahn an ihren gegenseitigen Berührungspunkten
verwendet wird, umfasst vorzugsweise einen zur Beschichtung geeigneten
Harzklebstoff, der ähnlich
ist wie das oder identisch ist mit dem Harz, das für die Bindemittelvorstufe
verwendet wird, nachstehend beschrieben. Stärker bevorzugt wird das Vorbindemittel
aus einem Duroplast-Phenolharz auf Wasserbasis hergestellt. Das
Vorbindemittel wird in verhältnismäßig leichter
Beschichtung auf die Bahn aufgebracht, wobei typischerweise ein
trockenes Zugabegewicht innerhalb des weiten Bereichs von etwa 50
bis 200 g/m2 für Phenolvorbindeharze bereitgestellt,
die auf ein Vlies mit einem Fasergewicht innerhalb der vorstehenden Bereiche
aufgebracht werden. Polyurethanharze sowie andere Harze können auch
verwendet werden, und der Fachmann erkennt, dass die Auswahl und
die Menge des tatsächlich
aufgebrachten Harzes von einem von verschiedenen Faktoren abhängen können, die
zum Beispiel das Fasergewicht des Vlieses, die Faserdichte, die
Faserart sowie die erwogene Endverwendung für den fertigen Gegenstand einschließen. Selbstverständlich erfordert
die vorliegende Erfindung nicht die Verwendung eines Vorbindeharzes,
und die Erfindung soll nicht so ausgelegt werden, dass sie auf Vliese
beschränkt
ist, die ein bestimmtes Vorbindeharz umfassen.
-
Wie nachstehend ausführlicher
beschrieben, wird eine Klebstoffschicht durch die Aufbringung einer Harzbindemittelvorstufe
oder ersten Harzes und gegebenenfalls einer Deckschichtvorstufe
oder zweiten Harzes, das auf die Bindemittelvorstufe aufgebracht
wird, auf die Bahn erzeugt. Vorzugsweise wird die Klebstoffschicht
aus der Bindemittelvorstufe und der Deckschichtvorstufe erzeugt,
welche mit einem Beschichtungsgewicht auf die Bahn aufgebracht wird,
welches, wenn sie gehärtet
ist, die erforderliche Adhäsion
bereitstellt, um die Schleifpartikel fest an die Fasern zu binden.
In den fertigen Gegenständen
der Erfindung stellt die Klebstoffschicht eine leichte Beschichtung
des Harzes auf die feinen Schleifpartikel bereit, ohne die Teilchen
in das Harz zu versenken. Wenn sie zum Beispiel unter einem Mikroskop
beobachtet werden, wird beobachtet, dass die einzelnen Teilchen
an den Fasern verankert sind und sich von den äußeren Oberflächen der
Fasern nach außen
erstrecken. Bei diesem Aufbau werden die feinen Schleifpartikel
in den Gegenstand eingebracht, um bei den anfänglichen Anwendungen des fertigen
Gegenstands sofort im Hinblick auf die Schleifeigenschaften wirksam
zu sein. Außerdem
haften die Teilchen stark an den Fasern der Bahn, um einen Schleifgegenstand mit
einer zufriedenstellenden Lebensdauer bereitzustellen.
-
Die Bindemittelvorstufe, die zur
Verwendung in der Erfindung geeignet ist, ist ein zur Beschichtung
geeignetes, härtbares
Klebstoffbindemittel und kann ein oder mehrere Thermoplast- oder
vorzugsweise Duroplastharzklebstoffe umfassen. Die Harzklebstoffe,
die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind,
schließen
Phenolharze, Aminoplastharze mit α,β-ungsättigten
Carbonykesten in der Seitenkette, Urethanharze, Epoxidharze, ethylenisch
ungesättigte
Harze, acrylierte Isocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Isocyanuratharze,
acrylierte Urethanharze, acrylierte Epoxidharze, Bismaleimidharze,
fluorenmodifizierte Epoxidharze und Kombinationen davon ein. Katalysatoren
und/oder Härtungsmittel
können
zu der Bindemittelvorstufe zugegeben werden, um das Polymerisationsverfahren
zu initiieren und/oder beschleunigen.
-
Epoxidharze weisen ein Oxiran auf
und werden durch Ringöffnung
polymerisiert. Derartige Epoxidharze schließen monomere Epoxidharze und
polymere Epoxidharze ein. Dieses Harz kann in der Natur ihrer Polymergerüste und
Substituentengruppen stark schwanken. Zum Beispiel kann das Polymergerüst jede
Ari sein, die normalerweise mit Epoxidharzen verbunden ist, und
Substituentengruppen daran können
jeder Rest sein, der frei von einem aktiven Wasserstoffatom ist,
das mit einem Oxiranring bei Raumtemperatur reaktiv ist. Repräsentative
Beispiele von annehmbaren Substituentengruppen schließen Halogene,
Estergruppen, Ethergruppen, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen, Nitrogruppen
und Phosphatgruppen ein. Beispiele einiger bevorzugter Epoxidharze
schließen
2,2-bis[4-(2,3-Epoxypropoxy)-phenyl)propan(diglycidylether von Bisphenol
A)] und im Handel unter der Handelsbezeichnung „Epon 828", „Epon
1004" und „Epon 1001F", erhältlich von
Shell Chemical Co., „DER-331", „DER-332" und „DER-334", erhältlich von
Dow Chemical Co., erhältliche
Materialien ein. Andere geeignete Epoxidharze schließen Glycidylether
von Phenolformaldehydnovolak ein (z. B. „DEN-431" und „DEN-428" erhältlich
von Dow Chemical Co).
-
Beispiele ethylenisch ungesättigter
Bindemittelvorstufen schließen
ein Aminoplastmonomer oder -oligomer mit α,β-ungsättigten Carbonylresten in der
Seitenkette, ethylenisch ungesättigte
Monomere oder Oligomere, acrylierte Isocyanuratmonomere, acrylierte
Urethanoligomere, acrylierte Epoxymonomere oder -oligomere, ethylenisch
ungesättigte
Monomere oder Verdünnungsmittel,
Acrylatdispersionen oder Gemische davon ein.
-
Die Aminoplastbindemittelvorstufen
haben mindestens einen α,β-ungsättigten
Carbonykest in der Seitenkette pro Molekül oder Oligomer. Diese Materialien
werden ferner in US-Patent Nr. 4,903,440 (Larson et al.) und 5,236,472
(Kirk et al.) beschrieben.
-
Die ethylenisch ungesättigten
Monomere oder -oligomere können
monofunktionell, difunktionell, trifunktionell oder sogar höherfunktionell
sein. Der Begriff Acrylat schließt Acrylate und Methacrylate
ein. Ethylenisch ungesättigte
Bindemittelvorstufen schließen
sowohl monomere als auch polymere Verbindungen ein, die Atome von
Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff und gegebenenfalls Stickstoff
und der Halogene enthalten. Sauerstoff- oder Stickstoffatome oder
beide liegen allgemein in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und in
Harnstoffgruppen vor. Ethylenisch ungesättigte Verbindungen haben vorzugsweise
ein Molekülgewicht
von kleiner als etwa 4.000 und sind vorzugsweise Ester, die aus
der Umsetzung der Verbindungen hergestellt werden, die aliphatische
Monohydroxyreste oder aliphatische Polyhydroxyreste und ungesättigte Carbonsäuren, wie
Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Itaconsäure,
Crotonsäure,
Isocrotonsäure,
Maleinsäure
und dergleichen, enthalten. Repräsentative
Beispiele ethylenisch ungesättigter
Monomere schließen
Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Styrol, Divinylbenzol, Hydroxyethylacrylat,
Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat,
Hydroxybutylacrylat, Hydroxybutylmethacrylat, Vinyltoluol, Ethylenglycoldiacrylat,
Polyethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Hexandioldiacrylat,
Triethylenglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glycerintriacrylat,
Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritoltrimethacrylat, Pentaerythritoltetraacrylat und
Pentaerythritoltetramethacrylat ein. Andere ethylenisch ungesättigte Harze
schließen
Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethallylester und Amide von Carbonsäuren, wie
Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid ein. Noch
andere stickstoffhaltige Verbindungen schließen tris(2-Acryloxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-tri(2-Methyacryloxyethyl)-s-trtazin,
Acrylamid, Methylacrylamid, N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid,
N-Vinylpyrrolidon und N-Vinylpiperidon
ein.
-
Isocyanuratderivate mit mindestens
einem Acrylatrest in der Seitenkette und Isocyanuratderivate mit mindestens
einem Acrylatrest in der Seitenkette werden ferner in US-Patent
Nr. 4,652,274 (Boettcher et al.) beschrieben. Das bevorzugte Isocyanuratmaterial
ist ein Triacrylat von tris(Hydroxyethyl)isocyanurat.
-
Acrylierte Urethane sind Diacrylatester
von Isocyanat-verlängerten
Polyestern oder Polyethern mit endständigen Hydroxylgruppen. Beispiele
von im Handel erhältlichen
acrylierten Urethanen schließen „UVITHANE
782", erhältlich von
Morton Chemical, und „CMD
6600", „CMD 8400" und „CMD 8805", erhältlich von
UCB Radcure Specialties, ein. Acrylierte Epoxide sind Diacrylatester
von Epoxidharzen, wie den Diacrylatestern von Bisphenol A-Epoxidharz.
Beispiele von im Handel erhältlichen
acrylierten Epoxiden schließen „CMD 3500", „CMD 3600" und „CMD 3700", erhältlich von
UCB Radcure Specialties, ein.
-
Acrylierte Urethane sind Diacrylatester
von NCO-verlängerten
Polyestern oder Polyethern mit endständigen Hydroxylgruppen. Beispiele
von im Handel erhältlichen
acrylierten Urethanen schließen „UVITHANE 782", erhältlich von
Morton Thiokol Chemical, und „CMD
6600", „CMD 8400" und „CMD 8805", erhältlich von Radcure
Specialties, ein.
-
Acrylierte Epoxide sind Diacrylatester
von Epoxidharzen, wie den Diacrylatestern von Bisphenol A-Epoxidharz.
Beispiele von im Handel erhältlichen
acrylierten Epoxiden schließen „CMD 3500", „CMD 3600" und „CMD 3700", erhältlich von
Radcure Specialties, ein.
-
Beispiele ethylenisch ungesättigter
Verdünnungsmittel
oder Monomere können
in den US-Patenten Nr.
5,236,473 (Kirk et al.) und 9,667,842 (Larson et al.) gefunden werden.
In einigen Fällen
sind diese ethylenisch ungesättigten
Verdünnungsmittel
nützlich,
weil sie dazu neigen, mit Wasser kompatibel zu sein.
-
Zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich
der Acrylatdispersionen können
in US-Patent Nr. 5,378,252 (Follensbee) gefunden werden.
-
Es liegt auch im Schutzbereich dieser
Erfindung, ein teilweise polymerisiertes ethylenisch ungesättigtes
Monomer in der Bindemittelvorstufe zu verwenden. Zum Beispiel kann
ein Acrylatmonomer teilweise polymerisiert und in die Bindemittelvorstufe
eingebracht werden. Der Grad der teilweisen Polymerisation sollte
so reguliert werden, dass das so erhaltene teilweise polymerisierte
ethylenisch ungesättigte
Monomer eine nicht übermäßig hohe
Viskosität
aufweist, so dass die Bindemittelvorstufe ein zur Beschichtung geeignetes
Material ist. Ein Beispiel eines Acrylatmonomers, das teilweise
polymerisiert werden kann, ist Isooctylacrylat. Es liegt auch im
Schutzbereich dieser Erfindung, eine Kombination eines teilweise
polymerisierten ethylenisch ungesättigten Monomers mit einem
anderen ethylenisch ungesättigten
Monomer und/oder einem durch Kondensation härtbaren Binder zu verwenden.
-
Bei der Herstellung von Handkissen
zur Verwendung in den vorstehend erwähnten Automobilanwendungen
umfassen die Klebstoffinaterialien, die als Bindemittelvorstufe
in der vorliegenden Erfindung verwendet wurden, vorzugsweise Duroplastphenolharze,
wie Resol- und Novolakharze, beschrieben in Kirk-Othmer, Encyclopedia
of Chemical Technology, 3. Aufl., John Wiley & Sons, 1981, New York, Bd. 17, S.
384-399. Resolphenolharze werden mit einem alkalischen Katalysator
und einem molaren Überschuss
an Formaldehyd, typischerweise mit einem molaren Verhältnis von
Formaldehyd zu Phenol zwischen 1,0 : 1,0 und 3,0 : 1,0 hergestellt.
Novolakharze werden unter saurer Katalyse und mit einem molaren
Verhältnis
von Formaldehyd zu Phenol von weniger als 1,0 : 1,0 hergestellt.
Ein typisches Resolharz, das bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Gegenständen nützlich ist,
enthält
zwischen etwa 0,75% (Gewichtsprozent (Gew.-%)) und etwa 1,4% freies
Formaldehyd; zwischen etwa 6% und etwa 8% freies Phenol; etwa 78%
Feststoffe, wobei der Rest Wasser ist. Der pH-Wert eines derartigen
Harzes beträgt
etwa 8,5 und die Viskosität
liegt zwischen etwa 2400 und etwa 2800 Centipoise. Im Handel erhältliche
Phenolharze, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet
sind, schließen
solche ein, die unter den Handelsbezeichnungen „Durez" und „Varcum", erhältlich von Occidental Chemicals
Corporation (N. Tonawonda, N. Y.); „Resinox", erhältlich von Monsanto Corporation;
und „Arofene" und „Arotap", beide erhältlich von
Ashland Chemical Company, bekannt sind; sowie das Resolvorkondensat,
erhältlich
unter der Handelsbezeichnung „BB077" von Neste Resins,
einer Abteilung von Neste Canada, Inc., Mississauga, Ontario, Kanada.
Ein organisches Lösungsmittel
kann zum Phenolharz zugegeben werden, wenn erforderlich oder gewünscht.
-
Der Klebstoffbinder, der als Bindemittelschicht
verwendet wird, wird vor seiner Aufbringung auf die Fasern des Vlieses
geschäumt
oder blasengeschäumt.
Die Binderzusammensetzung kann eine wässrige Dispersion eines Binders
sein, die sich beim Trocknen verfestigt. Die am meisten bevorzugten
unter diesen Binderzusammensetzungen sind schäumbare, zur Beschichtung geeignete,
härtbare
Resolphenolharze, die ein oberflächenaktives
Mittel umfassen, um bei der Erzeugung des Schaums zu helfen und
seine Stabilität
zu erhöhen.
Ein beispielhaftes, im Handel erhältliches oberflächenaktives
Mittel ist das, das unter der Handelsbezeichnung „SULFOCHEM
SLS" von Chemron
Corporation in Paso Robles, Californien bekannt ist. Derartige Schäumungsmittel
(Emulgatoren) oder oberflächenaktive
Mittel werden zum Bindemittelschichtharz zugegeben und werden unter
Verwendung von Beschichtungsverfahren, die mit flüssigen Beschichtungen
verträglich sind,
auf das Vlies aufgebracht. Mengen, die 1,0% bis 6,0% und vorzugsweise
etwa 3% der gesamten feuchten Komponenten nahe sind, sind verwendet
worden.
-
Die schäumbare, zur Beschichtung geeignete,
härtbare
Harzzusammensetzung, die in der vorliegenden Erfindung als Bindemittelvorstufe
nützlich
ist, sollte in der Lage sein, ihre Schaumform eine ausreichende Zeitspanne
lang zu behalten, um die Aufbringung des Schaums auf das Vlies zu
ermöglichen,
bevor der Schaum erheblich bricht. Vorzugsweise beginnt das geschäumte Bindemittel,
bald nach ihrer Aufbringung auf das Vlies zu brechen, so dass die
Aufbringung der Schleifpartikel auf eine Art und Weise erreicht
werden kann, welche ermöglicht,
dass die Teilchen jenseits der obersten Oberflächenschichten der Fasern in
die Bahn eindringen. Die Harzzusammensetzungen können durch bekannte Verfahren,
wie durch mechanisches Schäumen
oder Blasenschäumen,
durch Injektion und Dispersion von unlöslichem Gas oder durch die
Verwendung von chemischen Treibmitteln, die sich thermisch oder
anders zersetzen, um ein Gasphasenmaterial zu erzeugen, geschäumt werden.
Für die
Zwecke der vorliegenden Erfindung sollten die schäumbaren,
zur Beschichtung geeigneten, härtbaren
Harzzusammensetzungen zu einem Blasverhältnis, d. h. das Verhältnis des
geschäumten
Volumens zu dem des ungeschäumten
Ausgangsmaterials, zwischen 2 : 1 und 99 : 1 schäumbar sein. Geschäumte phenolische
Binderharzdispersionen haben vorzugsweise einen Gasgehalt von mindestens 20
Volumenprozent (Vol.-%) und stärker
bevorzugt zwischen 50% und 99% (oder ein Blasverhältnis zwischen 2
: 1 und 99 : 1, vorzugsweise zwischen 5 : 1 und 25 : 1 und stärker bevorzugt
von etwa 10 : 1). Der labile Schaum muss seine strukturelle Integrität behalten,
mindestens bis der Schaum auf die Fasern der Bahn aufgebracht wird,
um das nasse Zugabegewicht des Harzes zu verringern, das auf die
Faserschicht aufgebracht wird. Das Schäumen des Bindemittels stellt
eine gewünschte
und wirtschaftlich attraktive Verringerung des Zugabegewichts des
Harzes bereit, weil das geschäumte
Harz stark mit Luft verdünnt
ist, was das Volumen des Harzes erheblich erhöht, während eine kleinere Menge verwendet
wird als sie beim Fehlen des Schäumens erforderlich
wäre. Die
Aufbringung des geschäumten
Harzes auf die Fasern der Bahn erzeugt eine im Wesentlichen einheitliche
einlagige Harzschicht entlang der Längen der Fasern, welche wiederum
die Bindungsoberfläche
für die
feinen Schleifpartikel bereitstellt.
-
Das geschäumte Harz wird auf das Vlies
in einer Menge aufgebracht, die, wenn es getrocknet ist, eine hüllenähnliche
Bedeckung der Fasern des Vlieses bereitstellt. Für Bahnen mit den vorstehend
erwähnten
Fasergewichten liegt das Zugabegewicht der geschäumten Phenolbindemittelvorstufe
vorzugsweise innerhalb des Bereichs von etwa 33 g/m2 bis
etwa 105 g/m2. Die zu verwendenden spezifischen
Zugabegewichte hängen von
mehreren Faktoren, wie der Natur des Vlieses (z. B. Fasergewichte,
Faserarten und dergleichen) sowie der Natur des Harzes, das verwendet
wird, ab. Die Bestimmung von geeigneten Zugabegewichten der Bindemittelschicht
liegt innerhalb der Fähigkeit
des Fachmanns.
-
Die Schleifpartikel, die zum Einbringen
in die erfindungsgemäßen Schleifgegenstände geeignet
sind, schließen
alle bekannten feinen Schleifpartikel ein. Vorzugsweise werden derartige
feine Schleifpartikel in einer Verteilung von Teilchengrößen mit
einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 60 μm oder weniger bereitgestellt.
Bei der Herstellung zum Beispiel der in den vorstehend erwähnten Automobilanwendungen
zu verwendenden Handkissen kann der mittlere Teilchendurchmesser
kleiner als 60 μm
sein. In derartigen Gegenständen
ist ein mittlerer Teilchendurchmesser von 40 μm oder kleiner etwas stärker bevorzugt.
Unter den verschiedenen Arten von Schleifinaterialien, die in der
vorliegenden Erfindung nützlich
sind, sind Teilchen von Aluminiumoxid, das keramisches Aluminiumoxid,
wärmebehandeltes
Aluminiumoxid und weißgeglühtes Aluminiumoxid
einschließt;
sowie Siliziumcarbid, Aluminiumoxid-Zirkondioxid, Diamant, Ceroxid,
kubisches Bornitrid, Granat und Kombinationen vom vorhergehenden
eingeschlossen. Nützliche
Schleifpartikel können
zum Beispiel auch weichere, weniger aggressive Materialien, wie
Durplast- oder Thermoplastpolymerteilchen sowie zerstoßene natürliche Produkte,
wie Nussschalen, einschließen.
-
Fachleute werden erkennen, dass die
Auswahl der Teilchenzusammensetzung und Teilchengröße von der
erwogenen Endverwendung des fertigen Schleifgegenstands abhängt, wobei
die Natur der mit dem Gegenstand und der gewünschten Schleifwirkung zu behandelnden
Werkstückoberfläche in Betracht
gezogen wird. Vorzugsweise umfassen die feinen Schleifpartikel zur
Einbeziehung in die Gegenstände
der Erfindung Materialien mit einer Mohsschen Härte von mindestens etwa 5,
obwohl weichere Teilchen in einigen Anwendungen geeignet sein können, und
die Erfindung soll nicht als Beschränkung auf Teilchen mit einem
bestimmten Härtewert
ausgelegt werden. Vorzugsweise bei der Herstellung von Handkissen
zur Verwendung in den vorhergehenden Automobilanwendungen umfassen
die feinen Schleifpartikel Aluminiumoxidteilchen mit der vorhergehenden
Verteilung von Teilchengrößen. Die
Teilchen werden zu mindestens einer der ersten oder der zweiten
Hauptoberfläche
des Vlieses zugegeben, um eine Teilchenbeladung bereitzustellen,
welche für
die erwogene Endverwendung des fertigen Gegenstands ausreichend
ist. Bei der Herstellung von Gegenständen für zum Beispiel die vorstehend
erwähnte
Automobilanwendung können
die feinen Schleifpartikel auf die Bahn aufgebracht werden, um ein
Zugabegewicht innerhalb des Bereichs von etwa 63 bis 168 g/m2 (etwa 15 bis 40 Grain/24 Zoll2)
bereitzustellen.
-
Die Deckschichtvorstufe kann dieselbe
sein wie die vorstehend besprochene Bindemittelvorstufe oder sie
kann anders sein als die Bindemittelvorstufe. Die Deckschichtvorstufe
kann einen der vorstehend erwähnten
Harzklebstoffe oder leimartige Klebstoffe, wie Phenolharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze,
Melaminharze, Acrylatharze, Urethanharze, Epoxidharze, Polyesterharze,
Aminoplastharze und Kombinationen und Gemische vom vorhergehenden
umfassen. Vorzugsweise umfasst die Deckschichtvorstufe einen Harzklebstoff
der ähnlich
ist wie der oder identisch ist mit dem Klebstoff, der für die Bindemittelvorstufe
verwendet wird. Stärker bevorzugt
umfasst die Deckschichtvorstufe entweder ein Duroplastharz oder
ein strahlungshärtbares
Harz. Am meisten bevorzugt umfasst die Deckschichtvorstufe ein Duroplast-Phenolharz, wie vorstehend
beschrieben. Die Deckschichtvorstufe wird vorzugsweise vor seiner
Aufbringung auf die Bindemittelschicht geschäumt, um erneut das nasse Zugabegewicht
des Harzes zu verringern, so dass die Schleifpartikel nicht innerhalb
der Harzbeschichtung versenkt werden und zur Verwendung in den anfänglichen
Anwendungen des fertigen Gegenstands verfügbar gemacht werden. Vorzugsweise
wird die Deckschichtvorstufe zu einem Blasverhältnis zwischen etwa 5 : 1 und
etwa 25 : 1, stärker
bevorzugt etwa 20 : 1, geschäumt.
Die geschäumte
oder blasengeschäumte
Deckschichtvorstufe wird vorzugsweise auf das Vlies aufgebracht,
um ein Zugabegewicht bereitzustellen, welches die Schleifpartikel
mit einer dünnen
und im Wesentlichen einheitlichen Beschichtung bedeckt, ohne die
Teilchen unter das Harz zu versenken. Wenn die vorstehend erwähnten geschäumten Phenolharze
auf das Vlies mit dem vorstehend erwähnten Fasergewicht aufgebracht
werden, liegt das trockene Zugabegewicht für die Deckschicht vorzugsweise
innerhalb des Bereichs von etwa 33 g/m2 bis
etwa 105 g/m2. Jedoch hängen die spezifischen Zugabegewichte
von mehrereen Faktoren, wie der Natur des Vlieses (z. B. Fasergewichte,
Faserarten und dergleichen) sowie der Natur des Harzes, das verwendet
wird, ab. Die Bestimmung von geeigneten Zugabegewichten der Deckschicht
liegt innerhalb der Fähigkeit
des Fachmanns.
-
Die Bindemittelvorstufe oder die
Deckschichtvorstufe oder beide können
optionale Zusatzstoffe, wie Füllstoffe,
Fasern, Gleitmittel, Schleifhilfsmittel, Benetzungsmittel, oberflächenaktive
Mittel, Pigmente, Farbstoffe, Kupplungsmittel, Weichmacher, Suspensionsmittel,
antistatische Mittel und dergleichen, enthalten. Mögliche Füllstoffe
schließen
Calciumcarbonat, Calciumoxid, Calciummetasilikat, Aluminiumoxid-Trihydrat, Kryolith,
Magnesiumoxid, Kaolin, Quarz und Glas ein. Füllstoffe, die als Schleühilfsmittel
wirken können,
schließen
Kryolith, Kaliumfluoroborat, Feldspat und Schwefel ein. Füllstoffe
können
in Mengen bis zu etwa 400 Teilen, vorzugsweise von etwa 30 bis etwa
150 Teilen, pro 100 Teile der Bindemittel- oder Deckschichtvorstufe verwendet
werden, während
gute Flexibilität
und Zähigkeit
der gehärteten
Schicht behalten wird. Die Mengen dieser Materialien sind ausgewählt, um
die gewünschten
Eigenschaften bereitzustellen, wie dem Fachmann bekannt ist.
-
Organisches Lösungsmittel und/oder Wasser
können
zu den Vorstufenzusammensetzungen zugegeben werden, um die Viskosität zu ändern. Bevorzugte
Viskositätswerte
vor dem Schäumen
liegen bei Raumtemperatur (z. B. 25°C) im Bereich zwischen 10 bis
10.000 Centipoise (wenn unter Verwendung eines Brookfield-Viskosimeters
gemessen wird), gewöhnlich
zwischen 50 bis 1.000 Centipoise. Es wird angenommen, dass die Auswahl
des bestimmten organischen Lösungsmittels
und/oder des Wassers, innerhalb der Fähigkeit des Fachmanns liegt
und vom Duroplastharz, das in der Bindemittelvorstufe verwendet
wird, und den Mengen dieser verwendeten Harze abhängt.
-
Wie in 3 ersichtlich,
wird bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Gegenstände das lockere Vlies 110 mit
einer ersten Seite 114 und einer zweiten Seite 116 dem
Gerät 14 zugeführt. Zu
diesem Zeitpunkt ist das Vlies 110 vorzugsweise eine vorgebundene
Bahn, die jetzt noch keine Schleifpartikel umfasst. Das Vlies 110 wird
zuerst durch den Beschichter 20 geführt, welcher einen ersten Klebstoff
oder erste Bindemittelvorstufe auf die Bahn 110 aufbringt.
Der Beschichter 20 kann einen geeigneten Beschichter umfassen,
der auf dem Fachgebiet bekannt ist, wie einen Spühbeschichter, Walzbeschichter,
Tauchbeschichter, eine Walzenrakelstreichmaschine oder dergleichen.
Wenn die nachstehend beschriebene geschäumte Bindemittelvorstufe aufgebracht
wird, umfasst der bevorzugte Beschichter 20 einen Doppelwalzenbeschichter,
wobei die Bahn 110 durch den Walzenspalt durchgeführt wird,
der durch die beiden gegenüberliegenden
Walzen gebildet wird. Derartige Beschichter sind auf dem Fachgebiet
bekannt und brauchen hier nicht weiter beschrieben zu werden. Die
geschäumte Bindemittelvorstufe
wird auf die obere Walze eines Blasenschäumers durch eine Schlitzdüse, wie
auf dem Fachgebiet bekannt, aufgebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Blasenschäumer
von dem Typ, der im Handel als „F2S-8" von SKG Industries, West Lawn, Pennsylvania,
erhältlich ist.
Andere geeignete Ausführungsformen
zum Aufbringen der blasengeschäumten
Bindemittelvorstufe auf die Bahn schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf:
Aufbringen der Bindemittelvorstufe mit einer Schlitzdüse auf die
untere Walze oder auf beide Walzen eines Doppelwalzenbeschichters;
Aufbringen der Bindemittelvorstufe mit einer Schlitzdüse direkt
auf die Bahn vor dem Eintreten in den Walzenspalt eines Doppelwalzenbeschichters;
Aufbringen der Bindemittelvorstufe mit einer Schlitzdüse ohne
einen Walzenbeschichter und gegebenenfalls durch Vakuumziehen über der
Bahn gegenüber
der Schlitzdüse,
Aufbringen der Bindemittelvorstufe auf beiden Seiten der Bahn mit
gegenüberliegenden
Schlitzdüsen,
mit oder ohne nachfolgendes Durchführen der Bahn durch einen Walzenbeschichter;
und Aufbringen der Bindemittelvorstufe mit einem Schlauch oder einem
Rohr, die quer über
der Bahn verlaufen.
-
Nach dem Verlassen des ersten Klebstoffbeschichters 20 läuft die
Bahn 110 durch einen ersten Teilchenbeschichter 22.
Der erste Teilchenbeschichter 22 ist vorzugsweise so konfiguriert,
dass er Schleifpartikel 112 auf die erste Oberfläche 114 der
Bahn aufbringt. Wie nachstehend weiter erklärt, dringen die Schleükörner 112 von
der Oberfläche 114 in
einige Tiefe in die Bahn 110 ein. Wenn es gewünscht ist,
Schleiflcörner
auf die zweite Seite 116 der Bahn 110 aufzubringen,
läuft die
Bahn über
die Walzen 24a und 24b, um die Bahn neu zu orientieren,
um die zweite Seite 116 oben zu haben. Die Bahn 110 läuft dann
durch einen optionalen zweiten Teilchenbeschichter 26,
der aufgebaut ist, um Schleifpartikel 112 auf die zweite
Seite 116 der Bahn 110 aufzubringen. Vorzugsweise
ist der zweite Teilchenbeschichter 26 vom selben Aufbau
wie der erste Teilchenbeschichter 22. Jedoch kann es für bestimmte
Anwendungen bevorzugt sein, den zweiten Beschichter 26 von einer
vom ersten Teilchenbeschichter 22 verschiedenen Art oder
Aufbau zu verwenden. Der zweite Schleifpartikelbeschichter 26 kann
auch Schleifpartikel entweder mit derselben oder einer verschiedenen
Zusammensetzung als die Schleifpartikel aufbringen, die durch den
ersten Schleifpartikelbeschichter 22 aufgebracht werden.
-
Nach dem Aufbingen der feinen Schleifpartikel 112 mindestens
auf die erste Oberfläche 114 der
Bahn 110 und gegebenenfalls auf die zweite Oberfläche 116 wird
die Bahn 110 vorzugsweise einer Wärmequelle (nicht veranschaulicht),
wie Infrarotlampen oder einem Ofen, ausgesetzt, um die Bindemittelvorstufe
in dem Umfang zu erwärmen,
der erforderlich ist, um das Harz mindestens teilweise zu härten. In
einigen Anwendungen kann es bevorzugt sein, die Bindemittelvorstufe
bei diesem Schritt vollständig
zu härten.
Erwärmen
kann mit jeder Quelle erfolgen, die ausreichende Wärmeverteilung
und Luftströmung
gibt. Beispiele geeigneter Wärmequellen
schließen
einen Umluftofen, Konvektionsofen, Infrarotheizung und dergleichen
ein. Es liegt auch innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, Strahlungsenergie
zu verwenden. Für
wärmeaktivierbare
Duroplastharzschäume
ist es bevorzugt, dass einen ausreichenden Zeitraum lang erwärmt wird,
um Lösungsmittel (z.
B. Wasser) mindestens auszutreiben und mindestens teilweises Härten (Vernetzen)
des Harzes zu initiieren.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform
läuft die
Bahn 110 gegebenenfalls durch einen zweiten Klebstoff-
oder Deckschichtvorstufe-Beschichter 28, um eine optionale,
aber bevorzugte Deckschichtvorstufe auf die Bahn 110 aufzubringen,
nachdem sie den zweiten Schleifpartikelbeschichter 26 verlassen
hat. Vorzugsweise ist der Deckschichtvorstufen-Beschichter vom selben Aufbau wie der
Bindemittelvorstufenbeschichter 20. Für einige Anwendungen kann es
stattdessen gewünscht
sein, einen Beschichter 28 eines vom ersten Beschichter 20 verschiedenen
Aufbaus zu verwenden. Bei einigen Anwendungen kann es bevorzugt
sein, die Deckschicht nicht zuzufügen.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform
eines ersten Teilchenbeschichters 22 wird ausführlicher
in 4 veranschaulicht.
Die Bahn 110 wird durch ein Trägerband 30, welches
um die Walzen 32a und 32b herumläuft, von
denen mindestens eine eine Antriebswalze ist, durch den Beschichter 22 geführt. Die
Bahn 110 läuft
durch eine Teilchensprühzelle 34.
Die Zelle 34 schließt
eine erste Seite 36, eine zweite Seite 38, eine
Oberseite 40 und eine Unterseite 42 ein. Die Zelle 34 schließt auch
eine Vorder- und eine Rückseite
ein, die nicht veranschaulicht sind. Die erste Seite 36 schließt einen
Eintrittsschlitz 44a ein, der so zugeschnitten und aufgebaut ist,
dass er die Bahn 110 und das Trägerband 30 in die
Zelle 34 eintreten lässt.
Die zweite Seite 38 schließt den Austrittsschlitz 44b ein,
der so zugeschnitten und aufgebaut ist, dass er die Bahn 110 und
das Band 30 aus der Zelle 34 austreten lässt. Die
Schlitze 44a , 44b befinden sich jeweils nahe
der Unterseite der Seiten 36 beziehungsweise 38.
Durch eine Öffnung
in der Oberseite 40 der Zelle 34 ist ein Teilchensprüher 46 mit einem
Deflektor 48 angebracht, der am Austritt 47 des
Sprühers
angebracht ist. Die Bahn 110, welche zu diesem Zeitpunkt
eine Bindemittelvorstufe darauf beinhaltet, wird durch das Band 30 durch
die Zelle 34 geführt. Wenn
die Bahn vom Eintrittsschlitz 44a zum Austrittsschlitz 44b läuft, bringt
der Teilchensprüher 46 Teilchen 112 in
die Zelle, um die erste Seite 114 der Bahn mit Schleifpartikeln
zu beschichten. Wie nachstehend beschrieben, dringen die Teilchen 112 in
einige Tiefe in die Bahn 110 ein. Die Bahn 110,
die nun Schleifpartikel umfasst, die durch die Bindemittelvorstufe
an der Bahn gehalten werden, verlässt dann die Zelle 34.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform
erhält
der Teilchensprüher 46 ein
Schleifpartike/Luft-Gemisch von
Fließbett 52.
Die Schleifpartikel 112 werden im Bett 52 durch
fluidisierende luft (von einer geeigneten Quelle, nicht veranschaulicht),
die durch einen Einlass 53 für fluidisierende Luft in das
Bett eingebracht wird, fluidisiert. Die Strömungsgeschwindigkeit der fluidisierenden
Luft sollte hoch genug sein, um Fluidisation zu bewirken, wobei
sie nicht so hoch sein sollte, dass sie „Wurmlöcher" durch das Bett verursacht, d. h. eine
kleine Anzahl diskreter Bereiche, in denen die Luft durch die Teilchen
strömt,
ohne wesentliche Fluidisation überall im
Bett zu bewirken. Die Strömungsgeschwindigkeit
der fluidisierenden Luft sollte auch so gewählt sein, dass „Schichtbildung" der Teilchen 112 minimiert
wird, d. h. ein Zustand, in welchem kleinere Teilchen dazu neigen, in
Richtung zur Oberseite des Betts zu wandern, während größere Teilchen dazu neigen,
in Richtung zur Unterseite des Betts zu wandern.
-
Auf dem Fließbett 52 befindet
sich ein Venturieinlass 56, wie auf dem Fachgebiet bekannt
ist. In der veranschaulichten Ausführungsform erhält das Venturi 56 von
einer geeigneten Quelle über
einen Primärlufteinlass 58 Primärluft. Die
Primärluft
strömt
durch das Venturi 56, das das Gemisch von fluidisierten
Teilchen und Luft durch das Ausziehrohr 54 zieht, welches
sich vom Venturi 56 in das Fließbett 52 erstreckt.
Sekundärluft
kann gegebenenfalls zum Venturieinlass 56 über einen
Sekundärlufteinlass 60 zugegeben
werden. Die Sekundärluft
wird zum Strom der fluidisierten Schleifpartikel zugegeben, nachdem
die Teilchen in das Venturi gezogen worden sind, um die Zuführung des
Gemisches aus fluidisierten Schleifpartikeln/Luft zum Sprüher 46 über einen
Teilchenschlauch 64 zu fördern, welcher sich vom Venturiaustritt 62 zum
Einlass des Teilchensprühers 46 erstreckt.
-
Der Deflektor 48, der im
Austritt 47 des Teilchensprühers 46 montiert ist,
leitet das Gemisch aus fluidisierten Schleifpartikeln/Luft zurück. Der
Deflektor 48 schließt
die Deflektoroberseite 49 (veranschaulicht in den 5 und 6), die Deflektorunterseite 50 und
die Deflektorwand 51 ein. Um die vorstehend beschriebene, bevorzugte
einheitliche Verteilung der feinen Schleifpartikel auf der Bahn 110 zu
erhalten, haben die Erfinder herausgefunden, dass es bevorzugt ist,
den Strom des Gemisches aus fluidisierten Schleifpartikeln/Luft
zurückzuleiten,
damit das Gemisch nicht direkt auf die Bahn 110 gesprüht wird.
Stattdessen wird die gewünschte einheitliche
Verteilung von Schleifpartikeln 112 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
und Gerät
erzielt, indem es eine einheitlich dispergierte Wolke von Schleifpartikeln
in der Sprühzelle 34 über der
Bahn 110 mit der flüssigen
Bindemittelvorstufe darauf erzeugt. Die Wolke setzt sich dann vorzugsweise
durch Ablagerung auf Grund der Schwerkraft auf die Bahn 110 im
gewünschten
einheitlichen Muster ab. Eine derartige einheitlich dispergierte
Wolke hilft zu verhindern, dass die einzelnen feinen Schleifpartikel
aggregieren oder zusammenklumpen. Stattdessen setzen sich die Schleifpartikel
aus der Wolke auf die Bahn mit der Bindemittelschicht darauf ab,
wie in 4 veranschaulicht.
In einer bevorzugten Anordnung hat die Deflektorunterseite 50 einen Durchmesser
von 32 mm (1,26 Zoll), erstreckt sich die Unterkante des Deflektors
20 mm (0,79 Zoll) vom Austritt der Sprühpistole und wird auf einer
Höhe von
155 mm (6,1 Zoll) oberhalb des Vlieses 110 gehalten. Selbstverständlich liegen
andere Ausführungsformen
innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel
können
die Größe des Deflektors,
die Form des Deflektors, die Kontur der Wand 51, die Anzahl und
die Position der Teilchensprüher 46,
die Höhe
der Deflektoren oberhalb der Bahn, die Geschwindigkeit der Bahn 110 und
der Luftdruck und das Verhältnis
der Schleifpartikel im Teilchen/Luft-Gemisch jeweils variiert werden.
Derartige Parameter können
variiert werden, um das gewünschte
Zugabegewicht von Schleifpartikeln, die gewünschte Eindringung in die Bahn 110 der
Schleifpartikel und die gewünschte
Einheitlichkeit der Schleifpartikel 112 auf der Bahn 110 zu
erzielen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Sprüher 46,
das Fließbett 52 und
das Steuergerät
(nicht veranschaulicht) ein im Handel erhältliches System, das als MPS
1-L Manual Power System bekannt ist, das das Modell PG 1-E Manual
Enamel Powder Gun, erhältlich
von Gema, einer Illinois Tool Works Company, aus Indianapolis, Indiana
einschließt,
mit einem runden Deflektor 48, im Wesentlichen wie in 4 veranschaulicht.
-
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform
ist das Schleifpartikelsprühgerät von dem
Typ, der von Binks Manufacturing Company (Sames) aus Franklin Park,
Illinois, im Handel erhältlich
ist, und schließt
ein 50 Pfund Fließbett,
ein GCM-200 Gun Control Module, ein SCM-110 Safety Control Module,
eine STAJET SRV Type 414 Pistole mit einer Standardpulverpumpe
ein.
-
Eine andere bevorzugte Ausführungsform
des Teilchensprühers 46 wird
in den 5 und 6 veranschaulicht.
In dieser Ausführungsform
umfasst der Sprüher
eine verlängerte
Röhre 66 mit
einem Austritt 47 an einem Ende und einen Einlass 68 am
entgegengesetzten Ende der Röhre.
Bei Verwendung ist bei dieser Ausführungsform des Sprühers 46 der
Schlauch 64 des Schleifpartike/Luft-Gemisches am Einlass 68 angebracht, wie
bezüglich
der vorher beschriebenen Ausführungsform
von 4 veranschaulicht.
Die Ausführungsform des
Sprühers 46,
die in den 5 und 6 veranschaulicht ist, ist
in der Sprühzelle 34 montiert
und arbeitet, wie bezüglich
der Ausführungsform
des in4 veranschaulichten Teilchenbeschichters 22 beschrieben.
-
Zurückkommend auf die 5 und 6, schließt der Sprüher 46 den Teilchendeflektor 48 ein,
der am Austritt 47 der Röhre 66 montiert ist.
Der Deflektor 48 ist an der Röhre 66 durch eine
geeignete Montagevorrichtung montiert. In einer bevorzugten Ausführungsform
schließt
die Deflektorhalterung 70 eine Basis 72 ein, die
eine allgemein rechteckige Platte mit einem ersten Ende 74 und
einem zweiten Ende 76 umfasst. Die Basis 72 ist
so zugeschnitten und aufgebaut, dass sie in den Schlitz 69 im
Ende der Röhre 66 in
der Nähe
des Austritts 47 passt. Die Halterung 70 kann
an der Röhre 66 dauerhaft
oder abnehmbar montiert sein. In der veranschaulichten Ausführungsform
wird die Basis 72 durch eine Feder, eine Klammer oder ein
anderes Befestigungselement (nicht veranschaulicht), das an Löchern 78 im
ersten und im zweiten Ende der Basis 72 befestigt wird,
freigebbar in den Schlitzen 69 gehalten. Von der Basis 72 erstreckt
sich eine Gewindestange 80 mit einem ersten Ende 82,
das an der Basis (wie durch Löten
zum Beispiel) befestigt ist, und einem zweiten Ende 84,
das sich über
den Austritt 47 der Röhre 66 hinaus
erstreckt. Die Gewindestange 82 ist so aufgebaut, dass sie
in einem Loch mit gleichem Gewinde in der Oberseite 49 des
Deflektors 48 eingreift. Dieses erlaubt, dass die Position
des Deflektors 48 bezüglich
des Austritts 47 der Röhre 66 durch
Drehen des Deflektors 48 bequem eingestellt wird. Dieses
erlaubt das Variieren der Bewegungsrichtung der Teilchen 112,
die den Sprüher 46 verlassen,
wie vorstehend beschrieben. Der Deflektor 48 schließt auch
der Unterseite 50 gegenüberliegende Oberseite 49 und
die Deflektorwand 51, die sich zwischen der Oberseite 49 und
der Unterseite 50 erstreckt, ein.
-
Eine alternative Ausführungsform
von Sprüher 46 ist
in 6A veranschaulicht. In dieser Ausfühungsform
ist die Gewindestange 80 verlängert, und schließt ein sich
verjüngendes
Ende
82 ein, das hilft, den Strom von Schleifpartikeln
durch die Röhre 66 zu
leiten. Stifte 73 erstrecken sich durch die Löcher 75 in
der Wand der Röhre 66 und
erstrecken sich durch Löcher
in der Stange 80, um die Stange 80 im Sprüher 46 zu
montieren. In einer Ausführngsform
endet das sich verjüngende
Ende 82 der Stange 80 am Einlass 68.
In anderen Ausführungsformen
kann sich das Ende 82 über
den Einlass 68 hinaus erstrecken, oder der Einlass kann
sich über
das Ende 82 der Stange hinaus erstrecken. Der Deflektor 48 ist
am Gewindeende 84 angebracht, wie vorstehend beschrieben.
-
Die Röhre 66 und der Deflektor 48 sollten
so zugeschnitten und aufgebaut sein, dass sie das gewünschte einheitliche
Sprühmuster
von Schleifpartikeln 112 bereitstellen. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist die Röhre 66 ungefähr 61 cm
(24 Zoll) lang, hat einen Innendurchmesser von 1,08 cm (0,425 Zoll)
und einen Außendurchmesser
von 1,27 cm (0,5 Zoll) und ist aus rostfreiem Stahl aufgebaut. Es
ist selbstverständlich,
dass andere Größen und
Materialien der Röhre 66 innerhalb
des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen.
-
Eine andere bevorzugte Ausführungsform
des Schleifpartikelsprühers 46 ist
in 7 veranschaulicht. In
dieser Ausführungsform
umfasst der Sprüher 46 eine
erste und eine zweite kreisförmige
Drehscheibe 90 beziehungsweise 91, die durch Bolzen 93 verbunden
sind. Die zweite Scheibe 91 hat ein Loch 92 in
ihrer Mitte. Die zweite Scheibe ist mit einer Drehwelle 94 verbunden,
welche mit dem Mittelloch 92 konzentrisch ist. Die Drehwelle 94 ist
mittels Lager 98 drehbar an der Außenseite des feststehenden
Zuführungsrohres 95 montiert, so
dass die Drehwelle 94 mit dem feststehenden Zuführungsrohr 95 konzentrisch
ist. Auf diese Ari und Weise sind die Drehwelle 94, die
erste Platte 90 und die zweite Platte 91 in der
Lage, sich als eine Einheit zusammen um das feststehende Zuführungsrohr 95 zu
drehen. Die Drehwelle 94 kann durch eine geeignete Energievorrichtung,
wie einen Druckluflmotor (nicht veranschaulicht), angetrieben werden.
Das Zuführungsrohr 95 schließt einen
Einlass 96 und einen Auslass 97 ein. In einer
bevorzugten Ausführungsform
ist der Einlass 96 des Zuführungsrohres 95 am
Schlauch für
das Schleifpartikel/Luft-Gemisch 64 angebracht, und der
Teilchensprüher 46 ist
an der Oberseite 40 der Teilchenzelle 34 montiert,
wie hinsichtlich der Ausführungsform
von 4 erklärt. In einer
derartigen Anordnung nimmt der Teilchensprüher 46 fluidisierte
Schleifpartikel vom Fließbett 52 auf.
In einer Variation dieser Ausführungsform
kann ein Rüttelzuführer an
Stelle des Fließbetts 52 verwendet
werden. Der Rüttelzuführer ist
so verbunden, dass er Schleifpartikel in den Einlass 96 des
Zuführungsrohres 95 zuführt.
-
Im Betrieb wird die Drehwelle 94 angetrieben,
um zu bewirken, dass sich die Platten 90 und 91 drehen. Schleifpartikel
strömen
durch das Zuführungsrohr 95 und
treten aus dem Auslass 97 aus. Der Röhrenauslass 97 ist
im Loch 92 in der zweiten Platte 91 angebracht,
so dass die Schleifpartikel in den Raum zwischen der ersten und
der zweiten Platte 90, 91 eintreten. Die Schleifpartikel
treffen auf die Oberseite der Drehplatte 90 und werden
durch den Austritt 47 in einer Richtung allgemein parallel
zur Fläche
der ersten und der zweiten Platte 90, 91 dispergiert.
Die Teilchen erzeugen vorzugsweise eine Wolke, die sich vorzugsweise
durch Ablagerung auf Grund der Schwerkraft auf die Oberfläche der
Bahn 110 absetzt, wie hinsichtlich der vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen
erklärt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Teilchensprüher 46 ein
Binks EPB-2000, im Handel erhältlich
von Binks Manufacturing Company (Sames), aus Franklin Park, Illinois,
und die Schleifpartikel werden durch einen Rüttelvorzuführer zum Teilchensprüher zugeführt, im Handel
erhältlich
als „Type 151" von Cleveland
Vibratory Company, Cleveland, Ohio. Die Platten 90, 91 des Teilchensprühers werden
vorzugsweise bei 6.000 bis 9.000 U/min betrieben, jedoch liegen
langsamere und schnellere Geschwindigkeiten innerhalb des Schutzbereichs
der vorliegenden Erfindung. Die Schleifpartikelbeschickungsgeschwindigkeit,
die Ari des Teilchenzuführers
und die Rotationsgeschwindigkeit der Platten können so ausgewählt werden,
dass das gewünschte
Schleifpartikelsprühmuster,
das gewünschte
SchleifpartikelZugabegewicht und der gewünschte Grad der Eindringung
der Schleifpartikel in die Bahn 110 bereitgestellt werden.
-
Was den hier beschriebenen bevorzugten
Ausführungsformen
gemein ist, ist, dass der Teilchensprüher eine Vorrichtung zum Ändern der
Richtung des Stroms der Teilchen 112 einschließt, die
den Sprüher
senkrecht zur Bahn 110 verlassen, in eine Richtung, die
sich einer Fläche
parallel zur Bahn 110 nähert
oder sie überschreitet.
Derartige Richtungen werden mit Bezug auf den Bereich beschrieben,
der den Austritt 47 des Teilchensprühers 46 sofort umgibt.
Danach dispergieren sich die Teilchen 112 vorzugsweise
in eine Wolke von Teilchen in der Zelle 34. Die Teilchen
lagern sich dann unter den Einflüssen
der Schwerkraft aus der Wolke auf der Bahn ab. Folglich hat in einer
bevorzugten Ausführungsform
des erfinderischen Verfahrens, unmittelbar bevor die Teilchen an
der Bahn 110 haften, die Schwerkraft eine größere Wirkung
auf die Bewegung der Schleifpartikel, als es die Bewegungsenergie
hat, die durch den Teilchensprüher 46 übertragen
wird. In einigen Anwendungen hat die Bewegungsenergie, die durch
den Teilchensprüher 46 übertragen
wird, wenig oder keine Wirkung auf die Bewegung der Teilchen 112,
unmittelbar bevor die Teilchen an der Bahn 110 haften.
In anderen Anwendungen, zum Beispiel wenn eine größere Eindringung
der Schleifpartikel 112 in die Bahn 110 gewünscht ist,
können
die vorstehenden Geräteparameter
und der Geräteaufbau
so ausgewählt
werden, dass die abwärts
gerichtete Bewegungsenergie, die durch den Sprüher 46 auf die Teilchen 112 übertragen
wird, eine größere Wirkung
auf die Bewegung der Teilchen hat, unmittelbar bevor die Teilchen
an der Bahn haften.
-
In den Ausführungsformen, die bezüglich der 3, 5 und 6 beschrieben
wurden, ist die Vorrichtung zum Lenken des Stroms der Teilchen 112,
die den Teilchensprüher 46 verlassen,
die Deflektorwand 51 des Deflektors 48. Vorzugsweise
kann die Lage des Deflektors 48 im Verhältnis zum Austritt 47 des
Teilchensprühers
verändert
werden, um die gewünschte
Zurücklenkung
des Stroms der Schleifpartikel 112, die den Teilchensprüher verlassen,
zu erhalten. Es ist ersichtlich, dass sich die Schleifpartikel,
die den Teilchensprüher 46 verlassen,
ohne den Deflektor 48 allgemein parallel zur Längsachse
des Sprühers
bewegen, welcher sich allgemein senkrecht zur Bahn 110 befindet.
Allgemein gilt, je dichter sich die Wand 51 und die Unterseite 50 des Deflektors
zum Austritt 47 befinden, desto größer ist die Änderung
der Bewegungsrichtung der Teilchen 112 senkrecht zur Bahn 110.
Das Verschieben der Wand 51 und der Unterseite 50 des
Deflektors weg vom Austritt 47 verringert den Betrag, den
die Bewegungsrichtung der Teilchen senkrecht zur Bahn 110 verändert wird.
In der bezüglich
der 7 beschriebenen
Ausführungsform
sind die Vorrichtung zum Lenken des Stroms der Schleifpartikel die
Drehplatten 90, 91.
-
In einigen Anwendungen kann es wünschenswert
sein, harte Einsätze,
wie Keramikeinsätze,
in solche Komponenten des Geräts 14 einzubringen,
die dazu neigen, unter anhaltendem Strom der Schleifpartikel durch
die Komponenten zu verschleißen.
Dieses kann zum Beispiel im Teilchensprüher 46, im Venturieinlass 56 und
im Deflektor 48 wünschenswert
sein. Derartige Einsätze
würden
die Nutzlebensdauer bestimmter Komponenten des Geräts 14 verlängern, es
würde aber
nicht erwartet, dass sie eine wesentliche Wirkung auf die Leistung
des Geräts
haben.
-
Für
einige Anwendungen ist es bevorzugt, eine Mehrzahl von Teilchensprühern 46 in
einer einzigen Sprühzelle 34 zu
verwenden. Vorzugsweise ist jeder der Teilchensprüher vom
gleichen Aufbau, jedoch ist es selbstverständlich, dass verschiedene Arten
von Teilchensprühern
in einer einzigen Zelle verwendet werden könnten. Die Teilchensprüher 46 sollten
in einem Muster angeordnet sein, das eine einheitliche Beschichtung von
Schleifpartikeln 112 auf die Bahn 110 bereitstellt,
wenn die Bahn durch die Zelle 34 läuft. Dieses kann erreicht werden,
indem die Mehrzahl der Teilchensprüher 46 so angeordnet
wird, dass jede Stelle über
die Breite der Bahn 110 vom erstem Rand 107 zum
zweiten Rand 108 eine gleiche Anzahl von Sprühmustern 45 durchläuft, die
durch jeden der Teilchensprüher 46 verursacht
werden. Beispielhafte Teilchensprüheranordnungen werden schematisch
in den 8A bis 8D veranschaulicht. Diese
Figuren sind schematische Draufsichten der Bahn 110, die
unter den Sprühmustern 45 durchläuft, die
durch Teilchensprüher 46 verursacht
werden, die in der Oberseite 40 der Zelle 34 montiert
sind (nicht gezeigt). Es ist möglich,
die Strömungsgeschwindigkeit
von jedem der Mehrzahl von Sprühern 46 zu
variieren, oder verschiedene Aufbauten von Sprühern 46 zu verwenden,
um ein gewünschtes
Beschichtungsmuster von Schleifpartikeln 112 auf der Bahn 110 zu
erhalten. Es ist auch möglich,
die Teilchensprüher 46 oszillieren
zu lassen oder hin- und herzubewegen, um ein gewünschtes Sprühmuster zu erzielen, wie auf
dem Fachgebiet bekannt.
-
Wenn eine Mehrzahl von Teilchensprühern 46 verwendet
wird, ist es möglich,
eine gleiche Anzahl von Teilchenbeschichtern 22 zu verwenden,
wie in 4 veranschaulicht,
wobei jeder Teilchensprüher
Schleifpartikel 112 aus einem jeweiligen Fließbett 52 erhält. In einigen
Anwendungen ist es bevorzugt, eine Mehrzahl von Teilchensprühern 46 aus
einem einzigen Fließbett 50 zu
beschicken. In einer derartigen Ausführungsform sind eine Mehrzahl
von Venturünjektoren 56 an
einem einzigen Fließbett
montiert. In einer alternativen Ausführungsform sind eine Mehrzahl
von Füllungsregelungsschneckenzuführer an
der Seitenwand eines Fließbetts montiert,
um eine gewünschte
Menge des Gemisches aus fluidisierten Schleifpartikeln/Luft aus
dem Fließbett 50 zu
ziehen. Der Betrieb und der Aufbau derartiger Zuführer ist
bekannt und braucht nicht weiter besprochen zu werden. Jeder Schneckenzuführer setzt
die Schleifpartikel in einen Venturünjektor 56 ab, wie
vorstehend beschrieben. Jeder Venturünjektor 56 ist mit
einem Schlauch für
das Schleifpartikel/Luft-Gemisch 64 zum
Zuführen
des Schleifpartikel/Luft-Gemisches zu einem Teilchensprüher 46 verbunden,
wie vorstehend beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Fließbett 50 mit
einer Mehrzahl von darauf montierten Schneckenzuführern von
dem Typ, der im Handel erhältlich
ist als „Powder
Delivery Control Unit" Gema,
einer Illinois Tool Works Company, aus Indianapolis, Indiana. Es
liegt für
den Schneckenzuführer
auch innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, Schleifpartikel
aus einem Volumendosierer des Typs zuzuführen, der im Handel erhältlich ist
als „Dry
Material Feeder" von
AccuRate aus Whitewater, Wisconsin.
-
Es liegt auch innerhalb des Schutzbereichs
der vorliegenden Erfindung, zusätzliche
Teilchensprüher einzuschließen, die
so aufgebaut sind, dass die Schleifpartikel mit genügender Kraft
auf die Bahn 110 gesprüht werden,
um größere Eindringung
in den Mittelteil der Bahn zu erreichen. Derartige zusätzliche
Teilchensprüher können in
die Sprühzelle 34 zusammen
mit den vorstehend beschriebenen Teilchensprühern 46 beinhaltet sein,
entweder in der Anordnung der Teilchensprüher 46 oder so angeordnet,
dass die Bahn 110, vor oder nach dem Durchlaufen der Bahn
unter den Sprühern 46 besprüht wird.
Derartige zusätzliche
Sprüher
könnten
auch in einer zweiten Teilchensprühzelle vor oder nach den vorstehend
beschriebenen Sprühern 22, 26 angeordnet sein.
Vorzugsweise sind die zusätzlichen
Sprüher
so angeordnet, dass sich die Schleifpartikel vor den Sprühern 46 auf
die Bahn absetzen, so dass das durch die Sprüher 46 erzielte vorteilhafte
Sprühmuster
nicht gestört
oder unterbrochen wird. Eine derartige Kombination von Sprühern kann
verwendet werden, um eine Bahn 110 mit der vorteilhaften
Verteilung von feinen Teilchen an den Oberflächen 114, 116,
wie hier beschrieben, zusammen mit Teilchen im Mittelteil der Bahn
für einen
längerlebigen
Schleifgegenstand bereitzustellen.
-
In einer bevorzugten Ausfühungsform
hat die Bahn 110 eine Breite vom ersten Rand 107 zum
zweiten Rand 108 von 61 cm (24 Zoll) und wird durch ein
Gerät 14 mit
einer Bahngeschwindigkeit von etwa 3 bis 30 Metern/Minute (10 bis
100 Fuß/Minute),
stärker
bevorzugt von 16 Metern/Minute (52,5 Fuß/Minute), zugeführt. Der
erste Klebstoffbeschichter 20 ist ein Doppelwalzenbeschichter,
wobei die Bahn 110 durch den Walzenspalt durchgeführt wird,
der durch die beiden gegenüberliegenden
Walzen gebildet wird. Die geschäumte
Bindemittelvorstufe wird auf die obere Walze eines Blasenschäumers durch
eine Schlitzdüse,
wie auf dem Fachgebiet bekannt, aufgebracht. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist der Blasenschäumer
von dem Typ, der im Handel als „F2S-8" von SKG Industries, West Lawn, Pennsylvania,
erhältlich
ist. Die Schleifpartikel 112 werden allgemein durch acht
Teilchensprüher 46 so
aufgebracht, wie bezüglich
der 5 und 6 beschrieben, die durch acht
an einem Fließbett 52 montierten
Venturünjektoren 56 zugeführt werden.
Das Sprühmuster
der Injektoren ist allgemein so, wie bezüglich der 8B veranschaulicht. Die Schleifpartikel 112 umfassen
vorzugsweise Aluminiumoxidteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von etwa
60 μm, die
auf jeder Seite in einer Menge von etwa 63 bis 168 Gramm/m2 (etwa 15 bis 40 Grain pro 24 Quadratzoll),
stärker
bevorzugt in einer Menge von etwa 105 Gramm/m2 pro
Seite (25 Grain pro 24 Quadratzoll) aufgebracht werden. Die Bindemittelvorstufe wird
dann teilweise gehärtet.
Der zweite Klebstofflieschichter 26 ist vorzugsweise vom
selben Typ wie der erste Klebstoffbeschichter 20. Die Deckschichtvorstufe
hat vorzugsweise dieselbe Zusammensetzung wie die Bindemittelvorstufe,
ist zu einem gewünschten
Blasverhältnis
geschäumt,
und wird in einer Menge aufgebracht, die ein geeignetes trockenes
Zugabegewicht bereitstellt, wie vorstehend erwähnt. Die Parameter für den vorstehend
beschriebenen Gema-Teilchenbeschichter sind wie folgt: fluidisierende
Luft, die durch den Einlass 53 mit einem Druck von etwa
2 bis 15 psi eingeführt
wird; Primärluft,
die in den Einlass 58 von Venturi 56 mit einem Druck
von bis zu 90 psi, vorzugsweise 30 bis 60 psi
eingeführt
wird; Sekundärluft,
die in den Einlass 60 mit einem Druck von 0 bis etwa 90 psi,
vorzugsweise von 0 bis etwa 20 psi, eingeführt wird.
-
Die Verfahren und Geräte, die
hier beschrieben werden, stellen den vorteilhaften Schleifgegenstand bereit,
wie in 2 veranschaulicht.
Durch Aufbringen der geschäumten
Bindemittelvorstufe auf die Art und Weise, die hier beschrieben
ist, wird die Tendenz für
die Bindemittelvorstufe, zu migrieren oder sich zu konzentrieren
und zu aggregieren, verringert. Auf diese Art und Weise werden die
Fasern 100 der Bahn einheitlich mit der Bindemittelvorstufe
beschichtet, wobei den Schleifpartikeln 102 erlaubt wird,
in einer einheitlicheren Verteilung auf die Fasern aufgetragen zu
werden und an ihnen zu haften. Und durch Auftragen der Bindemittelvorstufe
und der Schleifpartikel in verschiedenen Schritten ist es weniger
wahrscheinlich, dass die Schleifpartikel innerhalb der Bindemittelschicht „versenkt", wie es in der Regel
beim Verfahren nach dem Stand der Technik zum Aufbringen einer Bindemittelschichtvorstufe/Teilchenaufschlämmung geschieht.
Bei den fertigen Gegenständen,
die durch das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäßen Geräte hergestellt werden,
stellt die Deckschicht eine leichte Beschichtung des Harzes auf
den feinen Schleifpartikeln bereit, ohne die Teilchen innerhalb
des Harzes zu versenken. Wenn sie zum Beispiel unter einem Mikroskop
beobachtet werden, wird beobachtet, dass die einzelnen Teilchen
an den Fasern verankert sind und sich von den äußeren Oberflächen der
Fasern nach außen
erstrecken. Bei diesem Aufbau werden die feinen Schleifpartikel in
den Gegenstand angebracht, um bei den anfänglichen Anwendungen des fertigen
Gegenstands sofort im Hinblick auf die Schleifeigenschaften wirksam
zu sein. Außerdem
haften die Teilchen stark an den Fasern der Bahn, um einen Schleifgegenstand
mit einer zufriedenstellenden Lebensdauer bereitzustellen.
-
TESTVERFAHREN
-
In den Beispielen, die nachstehend
aufgezeigt sind, wurden die folgenden Testverfahren verwendet.
-
Aufrauhtest
-
Ein Aufrauhtest wurde verwendet,
um die Schleifqualitäten
der Schleifgegenstände
auf typischen lackierten Automobiloberflächen zu simulieren. Die Testprobenstücke werden
aus Poly(methyl)methacrylat-Bahnmaterial, 1/8 Zoll (3,2 mm) dick,
Rockwell-Ball-Härte
von 90 – 105,
erhältlich
in 48 × 96
Zoll (1,22 × 2,44
m) Bahnen unter dem Handelsnamen „Acrylite" von American Cyanamid, Wayne, NJ, hergestellt.
Nach dem Entfernen des Schutzüberzugs
von der Oberseite der Acrylbahn wurde eine Doppelschicht „PPG Black Universal
Base Coat"-Lack
(PPG Industries Inc., Automotive Finished Division, Cleveland, Ohio)
gemäß den Empfehlungen
des Herstellers aufgebracht. Die schwarze Grundierschicht wurde
mit drei (3) Doppelschichten „PPG
Paint DAU 82, Clear" (PPG
Industries, Inc., Automotive Finishes Division, Cleveland, Ohio)
gemäß den Empfehlungen
des Herstellers überlackiert,
wobei eine etwa 30 Minuten lange „Verdampfungszeit" zwischen jeder Doppelschichtaufbringung
zugelassen wurde. Die beschichteten Bahnen wurden ungefähr 72 Stunden lang
an der Luft trocknen gelassen. Testprobenstücke mit einem Durchmesser von
4 Zoll (10,2 cm) wurden aus der beschichteten Bahn geschnitten,
wobei darauf geachtet wurde, das Verkratzen der lackierten Oberfläche zu minimieren.
Die ausgeschnittenen Scheiben wurden dann etwa 16 Stunden lang bei
150°F (66°C) in einem Ofen
gehärtet,
wobei jeder Kontakt mit der beschichteten Oberfläche vermieden wurde, um die
Lackbeschichtungen vollständig
zu härten.
Die Testprobenstücke
waren dann zur Prüfung
bereit.
-
Die Tests wurden auf einer Schiefer
Abrasion Machine durchgeführt
(erhältlich
von Frazier Precision Company, Gaithersburg, Maryland), die mit
einer Federklammerhalteplatte, um das lackierte Testprobenstück auf dem
unteren Drehtisch zu befestigen, und einem mechanischen Befestigungselement
(„3M
Scotchmate Dual Lock" SJ3442
Type 170), um die Schleifzusammensetzung auf dem oberen Drehtisch
zu halten, ausgestattet war. Für
jeden Test wurde der Zähler
auf 500 Umdrehungen eingestellt. Eine Scheibe des zu testenden Schleifgegenstands
mit einem Durchmesser von 4 Zoll (10,2 cm) wurde ausgeschnitten
und über
das mechanische Befestigungselement auf dem oberen Drehtisch montiert.
Im Falle, dass der Schleifgegenstand Berührungsflächen hatte, die voneinander
erheblich verschieden sind, wurde notiert, welche Seite getestet
wurde. Eine vorher hergestellte lackierte Acrylscheibe mit einem
Durchmesser von 4 Zoll (10,2 cm) wurde auf das nächste Milligramm (W1) gewogen und über die Federklammer mit der
lackierten Oberfläche
nach oben am niedrigeren Drehtisch montiert. Ein 10 Pfund- (4,55
kg-) Gewicht wurde auf die Ladeplattform der Schleifprüfvorrichtung
aufgebracht. Wenn die Schleifprüfvorrichtung
für Nasstests
angeschlossen ist, wird die Wasserzuführung abgestellt. Der obere
Drehtisch wurde gesenkt, um die lackierte Acrylscheibe unter der
vollen Kraft des Lastgewichts in Kontakt zu bringen, und die Maschine
wurde angestellt. Nach 500 Umdrehungen wurde die Maschine abgestellt,
der Schleifgegenstand vom oberen Drehtisch entfernt und weggeworfen,
und die lackierte Acrylscheibe wurde vom niedrigeren Drehtisch entfernt.
Jeder freie Staub oder Detritus wurde von der lackierten Acrylscheibe
durch Abwischen mit einem trockenen Papiertuch entfernt, und die
Scheibe erneut gewogen (W2). Die Differenz
W1–W2 wird auf das nächste Milligramm als „Abrieb" berichtet.
-
Der Test sollte die lackierte Acrylscheibe
nicht bis zu dem Ausmaß abschleifen,
dass etwas der darunterliegenden schwarzen Farbe entfernt wird.
Im Falle, dass das Schleifen durch die schwarze Schicht weiterging,
wurde der Test wiederholt. Im Falle, dass das Schleifen beim zweiten
Versuch durch die schwarze Schicht ging, sollten neue lackierte
Acrylscheiben mit zusätzlichen
Schichten von klarer Beschichtung hergestellt werden.
-
MATERIALBESCHREIBUNG
-
In den Beispielen, die folgen, wurden
die Materialien wie folgt bezeichnet: Nylonstapelfaser: 12 Denier (13,3
dtex) × 38
mm Nylon 6,6-Stapelfasern, im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung „T-885" von DuPont Canada
Inc., Mississauga, Ontario, Kanada.
-
Phenolharz: Resolvorkondensat, im
Handel erhältlich
unter der Handelsbezeichnung „BB077" von Neste Resins
Canada, eine Abteilung von Neste Canada Inc., Mississauga, Ontario,
Kanada.
-
Aatischaummittel: Silikonantischaummittelverbindung,
im Handel erhältlich
unter der Handelsbezeichnung „Q2" von Dow Corning
Corp., Midland, Michgan.
-
Oberflächenaktives Mittel: Oberflächenaktives
Mittel, im Handel erhältlich
unter der Handelsbezeichnung „Sulfochem
SLS" von Chemron
Corporation, Paso Robles, Kalifornien.
-
Rotes Farbstoffvorgemisch: Gemisch,
bestehend aus 14 Teilen Rotpigment (Ciba-Geigy Corp., Pigments Devision,
Newport, Delaware), zwei Teilen „Black Dye Nigro Eclacid" (Rite Industries,
Inc., High Point, North Carolina) und 84 Teilen Wasser.
-
Schleifpartikel: ANSI-Körnung 280
und feinere Al2O3-Teilchen
mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 28 μm.
-
BEISPIELE
-
Die folgenden nicht-beschränkenden
Beispiele veranschaulichen ferner die Nützlichkeits-, Leistungs- und
Vergleichsvorteile der erfindungsgemäßen Gegenstände. Falls nicht anders angegeben,
sind alle Teile und Prozentsätze
Gewichtsteile und Gewichtsprozent (Gew.-%).
-
BEISPIEL 1
-
Ein lockeres, statistisch Luft-gelegtes
Gewebe, das aus 147 g/m2 12 Denier (13,3
dtex) × 38
mm Nylonstapelfasern besteht, wurde auf einer „Rando Webber"-Maschine (Rando
Machine Corporation, Macedon, New York) erzeugt. Die Bahn war ungefähr 61 cm
breit. Eine Vorbindebeschichtung mit der Zusammensetzung, die in
Tabelle 1 aufgezeigt ist, wurde auf das Luft-gelegte Gewebe aufgebracht,
um ein trockenes Zugabegewicht von 109 g/m2 zu
erzielen. Das Vorbindeharz wurde dann 105 Sekunden lang in einem
Ofen bei 170°C
gehärtet.
Eine Bindemittelvorstufe mit der Zusammensetzung, die in Tabelle
1 aufgezeigt ist, wurde unter Verwendung eines Blasenschäumers (im
Handel erhältlich
unter der Handelsbezeichnung „F2S-8" von SKG Industries,
West Lawn, Pennsylvania) gemäß dem empfohlenen
Verfahren des Herstellers mit einem Blasverhältnis von etwa 17 : 1 blasengeschäumt. Die
blasengeschäumte
Bindemittelbeschichtung wurde der oberen Walze des Zweiwalzenbeschichters über eine
Schlitzdüse
zugeführt,
wobei die blasengeschäumte
Bindemittelvorstufe auf die vorher beschichtete und gehärtete vorgebundene
Bahn aufgebracht wurde, um ein trockenes Zugabegewicht der Bindemittelschicht
von 63 g/m2 bereitzustellen. Schleifpartikel
wurden bei einem Zugabegewicht von 105 g/m2 über einen
Teilchensprüher
(im Handel erhältlich
unter der Handelsbezeichnung „Sames
EPB 2000", Binks
Manufacturing company, Franklin Park, Illinois), der bei ungefähr 9.000
U/min betrieben wurde, auf die ungehärtete Bindemittelvorstufe auf
jeder Seite der blasenschaumbeschichteten Bahn aufgebracht. Die
Schleifpartikel wurden in den Teilchensprüher ohne Beschickungsluft von
einem Rüttelvorzuführer (im
Handel erhältlich
unter der Handelsbezeichnung „Type
151", Cleveland
Vibratory Company, Cleveland, Ohio) durch Fallen zugeführt. Der
Austritt des Teilchensprühers
wurde auf eine ausreichende Höhe
oberhalb der Oberfläche
der Bahn eingestellt, um Teilchen über die gesamte Oberfläche der
Bahn aufzutragen. Die Bahn wurde unter dem Sprüher mit einer Bahngeschwindigkeit
von ungefähr
7,6 Metern/Minute (25 Fuß/Minute)
durchgeführt.
Die Schleifmittel-beschichtete Bahn wurde dann 72 Sekunden lang
in einem Ofen bei 148°C gehärtet, gefolgt
von weiterem 72 Sekunden langem Erwärmen auf 160°C. Eine Deckschichtvorstufe
der Zusammensetzung, die in Tabelle 1 gezeigt wird, wurde bei einem
Blasverhältnis
von etwa 17 : 1 blasengeschäumt
und auf dieselbe Art und Weise wie die Bindemittelvorstufe aufgebracht,
um ein trockenes Zugabegewicht der Deckschicht von 92 g/m2 bereitzustellen, und die Deckschichtvorstufe
wurde einer 72 Sekunden langen entgültigen Härtung in einem Ofen bei 148°C unterzogen,
gefolgt von 72 Sekunden langem Erwärmen auf 160°C. Testprobenstücke wurden
gemäß dem Aufrauhtestverfahren
bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
-
BEISPIEL 2
-
Beispiel 2 wurde gemäß dem Verfahren
und den Materialien hergestellt, die in Beispiel 1 verwendet wurden,
mit den folgenden Ausnahmen: 1) die Zusammensetzungen, die als Vorbinde-,
Bindemittelschicht- und Deckschichtvorstufen verwendet wurden, sind
als „Beispiel
2" in Tabelle 1
aufgezeigt; 2) das trockene Zugabegewicht der Bindemittelvorstufen
betrug 50 g/m2; 3) das trockene Zugabegewicht
der Deckschichtvorstufe betrug 63 g/m2;
4) Schleifpartikel wurden nur auf einer Seite der Bahn mit einem
Zugabegewicht von 105 g/m2 aufgebracht,
die durch vier Teilchensprüher
des Typs aufgebracht wurden, die in 6A veranschaulicht
sind, welche allgemein, wie bezüglich 8D veranschaulicht, bei
einer Höhe
von 155 mm oberhalb der Oberfläche der
Bahn angebracht wurden. Die Teilchensprüher wurden durch vier Venturünjektoren 56 beschickt,
die an einem Fließbett 52 montiert
waren, wie bezüglich
der Ausfuhrungsform beschrieben, die in 3 veranschaulicht ist. Die Parameter
für den
Teilchenbeschichter waren wie folgt: fluidisierende Luft, die durch
den Einlass 53 mit einem Druck von etwa 5 psi eingeführt wird;
Primärluft,
die in den Einlass 58 von Venturi 56 mit einem Druck
von etwa 60 psi eingeführt
wird; Sekundärluft
wurde nicht verwendet, die 61 cm (24 Zoll) breite Bahn wurde mit
einer Bahngeschwindigkeit von 15,4 Metern/Minute (50 Fuß/Minute)
zugeführt;
5) die Bindemittelvorstufe wurde 72 Sekunden lang nur bei der Temperatur
von 148°C
gehärtet;
und 6) die Deckschichtvorstufen-Zusammensetzung wurde 432 Sekunden
lang bei 148°C
gehärtet.
Testprobenstücke
wurden gemäß dem Aufrauhtest
getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
-
VERGLEICHSBEISPIEL A
-
Vergleichsbeispiel A ist ein im Handel
erhältliches
oberflächenkonditionierendes
Vliesschleifinaterial mit der Handelsbezeichnung „SCOTCH-BRITE
07447 A-VFN General Purpose Hand Pad", erhältlich von Minnesota Mining
and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota. Das Kissen umfasst
ein Vliessubstrat mit einem Fasergewicht von etwa 147 g/m2, einem Gesamtharzgewicht von etwa 250 g/m2 und einer Mineralbeladung von etwa 210
g/m2. Das in diesem Kissen verwendete Mineral
ist Aluminiumoxid von der Körnung 280 und
feiner mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 28 μm. Vergleichsbeispiel
A wurde gemäß dem Aufrauhtestverfahren
getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
-
Tabelle
1
Beschichtungszusammensetzungen
-
-
Die Ergebnisse des vergleichenden
Testens in Tabelle 2 zeigen an, dass die Menge des Abriebs für die erfindungsgemäßen Gegenstände unerwartet
hoch sind und den Abrieb stark übersteigen,
der durch den Gegenstand von Vergleichsbeispiel A bereitgestellt
wird. Der Gegenstand von Vergleichsbeispiel A stellte einen mittleren
Abrieb bereit, der nur 28% des Abriebs, der durch das erfinderische
Kissen von Beispiel 2 bereitgestellt wurde, und 28% des Abriebs
war, der durch das erfinderische Kissen von Beispiel 1 bereitgestellt
wurde.
-
Die vorliegende Erfindung kann verwendet
werden, um einen breiten Bereich von Werkstückoberflächen abzuschleifen und/oder
zu polieren. Diese Werkstückoberflächen schließen Metall
(einschließlich
weichen Stahl, Kohlenstoffstahl, rostfreien Stahl, graues Gusseisen,
Titan, Aluminium und dergleichen), Metalllegierungen (Kupfer, Messing
und dergleichen), exotische Metalllegierungen, Keramik, Glas, Holz
(einschließlich Kiefer,
Eiche, Ahorn, Ulme, Walnuss, Hickory, Mahagoni, Kirsche und dergleichen),
holzähnliche
Materialien (einschließlich
Spanplatte, Sperrholz, Furnier und dergleichen), Verbundstoffe,
lackierte Oberflächen,
Kunststoffe (einschließlich
Thermoplaste und verstärkte
Thermoplaste), Steine (einschließlich Edelsteine, Marmor, Granit
und Halbedelsteine), Glasoberflächen,
einschließlich
Glasbildschirme, Fenster (einschließlich Hausfenster, Bürofenster,
Autofenster, Flugzeugfenster, Zugfenster, Busfenster und dergleichen),
Glasschawegale, Spiegel und dergleichen ein. Der Schleifgegenstand
kann auch verwendet werden, um Oberflächen, wie Haushaltsgegenstände (einschließlich Teller,
Töpfe,
Pfannen und dergleichen), Möbel,
Wände,
Spülen,
Badewannen, Duschen, Fußböden und
dergleichen zu reinigen.
-
Das Werkstück kann flach sein oder kann
eine Form oder eine mit ihm verbundene Kontur haben. Beispiele von
spezifischen Werkstücken
schließen
ophthahnische Linsen, Glasfernsehbildschirme, Metallmaschinenkomponenten
(einschließlich
Nockenwellen, Kuerbelwellen, Maschinenblöcke und dergleichen), Handwerkzeuge,
Metallschmiedestücke,
Faseroptikpolieren, Schatullen, Möbel, Holzschränke, Turbinenschaufeln, lackierte
Automobilkomponenten, Badwannen, Duschen, Spülen und dergleichen ein.
-
In Abhängigkeit von der bestimmten
Anwendung kann die Kraft an der Schleifgrenzfläche im Bereich von etwa 0,01
kg bis über
100 kg, typischerweise zwischen 0,1 kg und 10 kg liegen. Auch in
Abhängigkeit
von der Anwendung kann an der Grenzfläche zwischen dem Schleifgegenstand
und dem Werkstück
eine Polierflüssigkeit
vorliegen. Diese Flüssigkeit
kann Wasser und/oder ein organisches Lösungsmittel sein. Die Polierflüssigkeit
kann ferner Zusatzstoffe, wie Gleitmittel, Öle, emulgierte organische Verbindungen,
Schneidflüssigkeiten,
Seifen und dergleichen, umfassen. Der Schleifgegenstand kann während der
Verwendung an der Poliergrenzfläche
oszillieren.
-
Der erfindungsgemäße Schleifgegenstand kann per
Hand verwendet werden oder in Verbindung mit einer Maschine verwendet
werden. Zum Beispiel kann der Schleifgegenstand an ein zufälliges Orbitalwerkzeug
oder an ein Rotationwerkzeug befestigt werden. Mindestens eines
oder beide des Schleifgegenstands und des Werkstückes wird im Verhältnis zu
dem anderen bewegt.