DE69822313T2

DE69822313T2 - Schleifmittelaufschlämmungen und schleifgegenstände, die schleifkörner mehrerer grade umfassen

Info

Publication number: DE69822313T2
Application number: DE69822313T
Authority: DE
Inventors: R. Scott CULLER; V. Michael MUCCI
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: JP2001516652A; KR20010023986A; EP1015181B1; WO1999014016A1; US5942015A; EP1015181A1; AU750293B2; AU9316898A; DE69822313D1

Description

Diese Erfindung betrifft Schleifmittelaufschlämmungen, Schleifgegenstände, die unter Verwendung der Schleifmittelaufschlämmungen hergestellt wurden, und Verfahren zur Herstellung von Schleifgegenständen.
Allgemein umfassen Schleifgegenstände eine Vielzahl von Schleifpartikeln, die entweder aneinander (z. B. ein Schleifgegenstand mit gebundenem Schleifmittel oder eine Schleifscheibe) oder an einen Träger (z. B. ein beschichteter Schleifgegenstand) gebunden sind. Diese Schleifgegenstände sind über hundert Jahre zum Abschleifen und Polieren von Werkstücken verwendet worden. Ein Problem, dem die Schleifmittelindustrie gegenübersteht, ist das allgemein umgekehrte Verhältnis, das zwischen der Schnittrate (d. h. die Menge eines Werkstücks, die über einen bestimmten Zeitraum entfernt wurde) und der Oberflächenbeschaffenheit, die der Werkstückoberfläche durch den Schleifgegenstand verliehen wird, einhergeht. Dieses erklärt, warum ein breiter Bereich von Schleifprodukten von grobkörnig (d. h. verhältnismäßig große Teilchengröße der Schleifpartikel) bis feinkörnig (d. h. verhältnismäßig kleine Teilchengröße der Schleifpartikel) existiert. Typischerweise werden diese Arten von Schleifprodukten in einem Schleifverfahren der Reihe nach verwendet, um sowohl den gewünschten Schnitt als auch die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen.
Eine Lösung des vorstehend beschriebenen Problems wird in US-A-5,152,917 (Pieper et al.) offenbart. Pieper et al. offenbaren ein strukturiertes Schleifmittel, das sowohl eine hohe Schnittrate als auch eine gleichbleibende Oberflächenbeschaffenheit bei der Werkstückoberfläche bereitstellt. Die strukturierte Schleifmittelbeschichtung umfasst Schleifverbundstoffe, die an einen Träger gebunden sind und die eine exakte Form aufweisen. Pieper et al. offenbaren, dass ein Schleifgegenstand mit einem exakten Abstand von pyramidal geformten Verbundstoffen eine hohe Schnittrate bereitstellt.
Eine Herausforderung beim Herstellen von strukturierten Schleifgegenständen ist es, die physikalischen Eigenschaften der Schleifverbundstoffe zu regulieren, um einen Schleifgegenstand bereitzustellen, welcher eine lange Lebensdauer und eine hohe Schnittrate aufweist. Wenn in einem Schleifverfahren in Verwendung, erodieren die strukturierten Schleifgegenstände, d. h. sie legen gegenüber dem Werkstück, das abgeschliffen wird, stufenweise und regulierbar neue Schleifpartikel frei. Um einen Schleifgegenstand mit einer langen Lebensdauer und einer hohen Schnittrate bereitzustellen, muss die Erosionsrate des Schleifverbundstoffs reguliert werden. Wenn die Erosionsrate zu hoch ist, weist der Schleifgegenstand eine kurze Lebensdauer auf. Wenn die Erosionsrate zu niedrig ist, werden die exponierten Schleifpartikel stumpf, woraus sich eine niedrige Schnittrate ergibt.
Die Erosionsrate eines Verbundstoffs wird mindestens teilweise durch die Größe der Schleifpartikel im Verbundstoff und die Verteilung der Schleifpartikel überall im Verbundstoff beeinflusst. Wenn größere Schleifpartikel verwendet werden (d. h. für gröbere Schleifgegenstände), wird die Menge an Bindemittel, die die Schleifpartikel im Schleifverbundstoff zusammen hält, verringert. Dieses ergibt einen schwächeren Schleifverbundstoff der eine höhere Erosionsrate und kürzere Lebensdauer aufweist. Außerdem können, wenn die Schleifmittelaufschlämmung, die verwendet wird, um den Schleifverbundstoff zu erzeugen, nicht stabil ist, die Schleifpartikel, die darin enthalten sind, im wesentlichen nicht einheitlich überall im Bindemittel verteilt bleiben. Dieses kann eine Schleifmittelbeschichtung ergeben, die erzeugt wird, welche eine ungleichmäßige Verteilung von Bindemittel und Schleifpartikeln aufweist. Eine solche Schleifmittelbeschichtung kann wegen einer mindestens teilweise hohen Konzentration von Schleifpartikeln, die mit unzulänglichem Bindemittel vorliegen, das die Teilchen zusammenbindet, eine hohe Erosionsrate aufweisen.
Im Hinblick auf das Vorhergehende ist es wünschenswert, einen Schleifgegenstand herzustellen, welcher eine hohe Schnittrate aufweist (d. h., wie unter Verwendung von größeren Schleifpartikeln bereitgestellt werden würde), während eine lange Lebensdauer aufrechterhalten wird. Ausserdem ist es wünschenswert, eine Schleifmittelaufschlämmung zu erzeugen, in welcher die Schleifpartikel, die darin enthalten sind, über einen angemessenen Zeitraum im wesentlichen einheitlich dispergiert bleiben.
US-A-4,644,703 beschreibt ein mit Mehrfachschichten beschichtetes Schleifmittel, umfassend:

(a) einen flexiblen Träger;
(b) eine Innenschicht von Schleifkörpern mit einer ersten Körnung, die über mindestens eine Hauptoberfläche des flexiblen Trägers verteilt sind und an diesem haften; und
(c) eine Außenschicht von Schleifkörpern mit einer zweiten Körnung, die über die Seite der Innenschicht, entgegengesetzt vom Träger, verteilt sind und an dieser haften,

US-A-,5,314,514 beschreibt ein Schleifband, das ein flexibles Substrat und eine Schleifschicht umfasst, mit welcher das flexible Substrat belegt ist, und welche Schleifkörner und ein Bindemittel enthält, wobei die Schleifkörner umfassen:

i) erste Schleifkörner, welche einen mittleren Korndurchmesser, der in den Bereich von 0,07 μm bis 0,40 μm fällt, und eine Mohs-Härte aufweisen, die in den Bereich von 5 bis 7 fällt,
ii) zweite Schleifkörner, welche einen mittleren Korndurchmesser, der in den Bereich von 0,20 μm bis 0,60 μm fällt, und eine Mohs-Härte von nicht weniger als 8,5 aufweisen, und
iii) feine Diamantkörner, welche einen mittleren Korndurchmesser aufweisen, der in den Bereich von 0,5 μm bis 3,0 μm fällt,

Die vorliegende Erfindung stellt Schleifmittelaufschlämmungen, Schleifgegenstände, die aus den Schleifmittelaufschlämmungen hergestellt wurden, und repräsentative Verfahren der Herstellung der Schleifgegenstände bereit.
In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Schleifmittelaufschlämmung gemäß Anspruch 9 bereit, die zur Verwendung bei der Herstellung einer Schleifmittelbeschichtung eines Schleifgegenstands oder Verbundstoffprtikel geeignet ist. Die Schleifmittelaufschlämmung umfasst:

(a) eine Bindemittelvorstufe;
(b) eine Vielzahl von Schleifpartikeln, die eine Mohs-Härte von 7 oder mehr aufweisen und in dem Bindemittel dispergiert sind, wobei die Vielzahl der Schleifpartikeln mindestens umfasst:
(1) Schleifpartikel mit einer ersten (größeren) Körnung, die eine erste, mittlere Teilchengröße aufweisen; und
(2) Schleifpartikel mit einer zweiten (kleineren) Körnung, die eine zweite, mittlere Teilchengröße aufweisen;

Die Schleifmittelaufschlämmung umfasst eine Bindemittelvorstufe. Wie hier verwendet, bezieht sich „Bindemittelvorstufe" auf ein fließfähiges oder nicht verfestigtes Material, welches zu einem festen Bindemittel umgewandelt werden kann. Umwandlung der Bindemittelvorstufe zu einem Bindemittel schließt ein Härtungs- oder Verfestigungsverfahren ein. Wie hier verwendet, bezieht sich „Härten" auf ein Polymerisations-, Vernetzungs-, Trocknungs- und/oder Gelierverfahren. Die am meisten bevorzugten Bindemittelvorstufen sind radikalisch polymerisierbare Harze, wie zum Beispiel Acrylate und Methacrylate.
Eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner Schleifpartikel mit einer Mohs-Härte von größer als 7. Wie hier verwendet, bezieht sich „Mohs-Härte" auf eine Skala, welche die relative Härte eines Materials anzeigt. Die Mohs-Härte-Skala liegt im Bereich von 1 bis 10, wobei 1 das Weichste ist und 10 das Härteste ist. Beispiele von Schleifpartikeln mit einer Mohs-Härte von größer als 7 schließen geschmolzenes Aluminiumoxid, keramisches Aluminiumoxid; Siliziumcarbid, Diamant und kubisches Bornitrid ein.
Eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner Schleifpartikel mit mindestens zwei unterschiedlichen Körnungen (d. h., einer ersten, größeren Körnung und einer zweiten, kleineren Körnung). Wie hier verwendet, bezieht sich „Körnung" auf eine spezifische Verteilung von Schleifpartikeln, wobei die zulässige Gewichtsfraktion (oder der Gewichtsprozentsatz) von jedem von mehreren Schleifpartikelgrößenbereichen, die in der Körnung enthalten sind, spezifiziert ist. Ein Maß der Größe einer Probe von gekörnten Schleifpartikeln ist die mittlere Teilchengröße oder D₅₀. Wie hier verwendet, ist die „mittlere Teilchengröße" oder „D₅₀" für eine Probe von Schleifpartikeln gleich der Schleifpartikelgröße (typischerweise spezifiziert als Durchmesser), für welche 50% des Volumens der Probe Schleifpartikel umfasst, welche kleiner sind als die mittlere Volumenteilchengröße. Wie hier verwendet, bezieht sich „mittleres Teilchengrößenverhältnis" oder „D₅₀-Verhältnis" auf die mittlere Teilchengröße der Schleifpartikel mit der größeren Körnung in der Aufschlämmung, die durch die mittlere Teilchengröße der Schleifpartikel einer kleineren Körnung in der Aufschlämmung geteilt wird. Zum Beispiel ist in einer Schleifmittelaufschlämmung, die eine erste und eine zweite Schleifpartikelkörnung mit mittleren Teilchengrößen von 100 μm beziehungsweise 50 μm umfassen, das mittlere Teilchengrößenverhältnis oder das D₅₀-Verhältnis gleich 2. In einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung ist das mittlere Teilchengrößenverhältnis 2 oder größer, stärker bevorzugt 3 oder größer, am meisten bevorzugt 5 oder größer und besonders am meisten bevorzugt 7 oder größer. Es liegt auch im Bereich der vorliegenden Erfindung, mehr als zwei Schleifpartikelkörnungen im Schleifgegenstand zu haben. Zum Beispiel kann die Schleifpartikelgrößenverteilung Schleifpartikel mit drei unterschiedlichen Körnungen enthalten.
In einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung ergibt das Gemisch von Schleifpartikeln mit mindestens zwei unterschiedlichen Körnungen eine Verteilung von Schleifpartikelgrößen mit mindestens zwei Gauß-Kurven-ähnlichen oder glockenförmigen Kurven. Diese Verteilung ist offensichtlich, wenn die Teilchengrößenverteilung gemessen und als Graph angezeigt wird, wobei die Teilchengröße entlang der x-Achse aufgetragen ist und die Gesamtzahl der Teilchen mit einer bestimmten Teilchengröße entlang der y-Achse aufgetragen ist.
In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Schleifgegenstand gemäß Anspruch 1 mit einer Schleifmittelbeschichtung bereit, die aus einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Der Schleifgegenstand umfasst:

(a) einen Träger mit einer Vorder- und einer Rückseite;
(b) eine Schleifmittelbeschichtung, die an die Vorderseite des Trägers gebunden ist, wobei die Schleifmittelbeschichtung umfasst:
(1) ein Bindemittel;
(2) eine Vielzahl von Schleifpartikeln, die eine Mohs-Härte von 7 oder mehr aufweisen, die im Bindemittel dispergiert sind, wobei die Vielzahl der Schleifpartikel mindestens umfassen:
(i) Schleifpartikel mit einer ersten (größeren) Körnung, die eine erste, mittlere Teilchengröße aufweisen; und
(ii) Schleifpartikel mit einer zweiten (kleineren) Körnung, die eine zweite, mittlere Teilchengröße aufweisen;

Typischerweise wird die Schlefmittelbeschichtung als kontinuierliche Beschichtung bereitgestellt, die überall durch das Fehlen einer erheblichen Anzahl an angefüllten Poren oder Hohlräumen gekennzeichnet ist. Die Schleifmittelbeschichtung kann jede gewünschte Oberflächentopographie aufweisen, wie zum Beispiel eine glatte Oberfläche, eine texturierte Oberfläche, eine strukturierte Oberfläche oder eine Oberfläche, die eine Vielzahl von Verbundstoffpartikel umfasst.
Wie hier verwendet, bedeutet „strukturiert" ein Schleifgegenstand, wobei die Schleifmittelbeschichtung eine Vielzahl von präzise geformten Schleifverbundstoffen umfasst, die auf einem Träger in einer vorherbestimmten Ordnung angeordnet sind, wobei jeder Verbundstoff eine vorherbestimmte Form aufweist und die Schleifpartikel umfasst, die in einem Bindemittel dispergiert sind. Die vorherbestimmte Ordnung der Schleifverbundstoffe kann entweder zufällig oder nicht-zufällig sein. Strukturierte Schleifgegenstände mit einer nicht-zufälligen Ordnung sind in US-A-5,152,917 (Pieper et al.) beschrieben. Strukturierte Schleifgegenständen mit einer zufälligen Ordnung sind in US-A-5,681,217 (Hoopman et al.) beschrieben.
Wie hier verwendet, bedeutet „texturiert" eine Oberflächentopographie, die eine Vielzahl von Protuberanzen (d. h. Kanten, Spitzen, Ebenen und dergleichen) oder Vertiefungen umfasst. Die Vielzahl von Protuberanzen und/oder Vertiefungen kann in der Größe, Form, Orientierung und Flächenabstand regelmäßig oder unregelmäßig sein. Eine texturierte Oberfläche kann zum Beispiel durch ein Gravurstreichverfahren erzeugt werden, welches eine sinusformähnliche Topographie erzeugt, die eine Vielzahl von unregelmäßig geformten, sich regelmäßig wiederholenden erhabenen Kanten umfasst.
Die Schleifmittelbeschichtung kann auch eine Vielzahl von Verbundstoffpartikel umfassen, die durch eine Bindemittelschicht an einem Träger haften. Die Verbundstoffpartikel umfassen eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung, welche gehärtet worden ist, um unterschiedliche, frei fließende, einzelne Teilchen zu erzeugen. Die Verbundstoffpartikel können exakte Formen (d. h. Kegel, dreieckiges Prisma, Zylinder, Pyramide, Würfel) aufweisen, oder sie können unregelmäßige Formen aufweisen. Die Verbundstoffpartikel haften durch eine Bindemittelbeschichtung an der Vorderseite eines Träger. Wie hier verwendet, bezieht sich „Bindemittelschicht" auf eine Schicht, welche zum Zweck des Befestigens von Schleifpartikeln am Träger auf diesen aufgebracht wird. Gegebenenfalls können zusätzliche Schichten, wie eine Deckschicht oder Überschicht aufgebracht werden, um die Schleifverbundstoffe weiter an den Träger zu binden oder andere verbesserte Eigenschaften, wie zum Beispiel Nichtzusetzen, bereitstellen. Präzise geformte Schleifverbundstoffpartikel und Schleifgegenstände, die daraus hergestellt wurden, können durch die in US-A-5,500,273 (Holmes et al.) beschriebenen Verfahren erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt Schleifgegenstände bereit, welche im Vergleich mit Schleifgegenständen nach dem Stand der Technik eine verbesserte Lebensdauer aufweisen können und eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit auf einem Werkstück bereitstellen können. Eine verbesserte Lebensdauer wird durch Verringern der Erosionsrate der Schleifmittelbeschichtung bereitgestellt. Eine verringerte Erosionsrate ist für strukturierte Schleifgegenstände mit grober Körnung, welche unter erschwerten Schleif- (Abschleif-) Bedingungen zur übermäßigen Erosion neigen, besonders wichtig. Es wird angenommen, dass die Zugabe der Schleifpartikel mit kleinerer Körnung einen vergrößerten Bindebereich zwischen dem Bindemittel und den Schleifpartikeln bereitstellt, wodurch sich ein Schleifverbundstoff ergibt, welcher stärker ist und unter erschwerten Schleifbedingungen weniger zur Erosion neigt.
In einem dritten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands bereit, das eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung verwendet. Das Verfahren umfasst die Schritte:

(a) Beschichten eines flächenförmigen Trägers mit einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung; und
(b) Unterwerfen der Schleifmittelaufschlämmung Bedingungen, die ausreichend sind, um mindestens teilweise die Bindemittelvorstufe zu verfestigen.

Die Schleifmittelbeschichtung kann jede gewünschte Oberflächentopographie aufweisen, wie zum Beispiel eine glatte Oberfläche, eine texturierte Oberfläche, oder eine strukturierte Oberfläche. Eine texturierte Schleifoberfläche kann zum Beispiel durch in Kontakt bringen der mit Aufschlämmung beschichteten Vorderseite des Trägers mit einer Texturierwalze, wie zum Beispiel einem Gravurzylinder, bereitgestellt werden.
In einem vierten Aspekt stellt die Erfindung ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands gemäß Anspruch 7 bereit, das die Schritte umfasst:

(a) Bereitstellen eines Fertigungswerkzeugs mit einer Hauptoberfläche mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten, präzise geformten Vertiefungen;
(b) Befüllen der Vertiefungen mit einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung;
(c) Bereitstellen eines Trägers, der eine Vorder- und ein Rückseite aufweist;
(d) Laminieren der Vorderseite des Trägers auf die Oberfläche des Fertigungswerkzeugs, so dass mindestens ein Teil der Vorderseite des Trägers direkt mit der Oberfläche des Fertigungswerkzeugs in Kontakt ist; und
(e) Unterwerfen der Schleifmittelaufschlämmung Bedingungen, die ausreichend sind, um die Bindemittelvorstufe mindestens teilweise zu härten.

Gemäß diesem Verfahren wird ein Fertigungswerkzeug, das eine Vielzahl von präzise geformten Vertiefungen aufweist, mit einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung beschichtet, um die präzise geformten Vertiefungen zu füllen. Die Vorderseite eines Trägers wird dann mit der Schleifmittelaufschlämmung in Kontakt gebracht. Während des Inkontaktseins wird die Schleifmittelaufschlämmung Bedingungen ausgesetzt, die ausreichend sind, um die Bindemittelvorstufe der Schleifmittelaufschlämmung mindestens teilweise zu härten oder zu verfestigen. Schließlich wird der Träger, auf dem die Schleifmittelbeschichtung gebunden ist, von der präzise geformten Oberfläche entfernt, wobei ein strukturierter Schleifgegenstand erhalten wird.
In einer anderen Ausführungsform kann eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung auf die Vorderseite eines Trägers aufgetragen werden. Die mit der Aufschlämmung beschichtete Vorderseite des Trägers wird dann mit einem Fertigungswerkzeug in Kontakt gebracht, so dass die Aufschlämmung die präzise geformten Vertiefungen des Fertigungswerkzeugs füllt. Während des Inkontaktseins wird die Schleifmittelaufschlämmung Bedingungen ausgesetzt, die ausreichend sind, um die Bindemittelvorstufe der Schleifmittelaufschlämmung mindestens teilweise zu härten oder zu verfestigen. Schließlich wird der Träger, auf dem die Schleifmittelbeschichtung gebunden ist, von der präzise geformten Oberfläche entfernt, wobei ein strukturierter Schleifgegenstand erhalten wird.
In noch einer anderen Variante wird der mit der Schleifmittelaufschlämmung beschichtete Träger vor dem Härten oder Verfestigen der Bindemittelvorstufe von der präzise geformten Oberfläche entfernt. Das Entfernen des mit der nicht verfestigten Aufschlämmung beschichteten Trägers von der präzise geformten Oberfläche kann die Topographie der Schleifmittelbeschichtung ändern, so dass eine Schleifmittelbeschichtung erzeugt wird, die eine unregelmäßige Topographie aufweist. Auch nach der Trennung kann die nicht verfestigte Schleifmittelaufschlämmung fließen, so dass eine Schleifmittelbeschichtung erzeugt wird, die eine unregelmäßige Topographie aufweist.
In einem fünften Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands gemäß Anspruch 8 bereit, der die Schritte umfasst:

(a) Bereitstellen eines Fertigungswerkzeugs mit einer Hauptoberfläche, wobei die Hauptoberfläche eine Vielzahl von darin ausgebildeten, präzise geformten Vertiefungen aufweist;
(b) Befüllen der präzise geformten Vertiefungen mit einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung;
(c) Unterwerfen der Schleifmittelaufschlämmung Bedingungen, die ausreichend sind, um die Bindemittelvorstufe mindestens teilweise so zu härten, dass präzise geformte Schleifmittelverbundpartikel gebildet werden;
(d) Bereitstellen eines Trägers, der eine Vorderseite aufweist; und
(e) Anhaften einer Vielzahl von Schleifmittelverbundpartikeln auf der Vorderseite des Trägers.

Gemäß diesem Verfahren werden unterschiedliche, frei fließende, einzelne Verbundstoffpartikel aus einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung erzeugt. Sobald erzeugt, werden die präzise geformten Schleifmittelverbundpartikel auf die Vorderseite eines Trägers mit einer Bindemittelschicht angehaftet, um einen Schleifgegenstand bereitzustellen.
Andere Vorteile und Aspekte der Erfindung werden in der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, welche folgen.
1 ist ein Diagramm, das eine typische Schleifpartikelkorngrößenverteilung für eine Schleifmittelaufschlämmung oder einen Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Schema eines Verfahrens zur Herstellung von präzise geformten Verbundstoffpartikel.
Die vorliegende Erfindung betrifft Schleifmittelaufschlämmungen, Schleifgegenstände, die unter Verwendung der Schleifmittelaufschlämmungen hergestellt wurden, und Verfahren zur Herstellung der Schleifgegenstände.
Schleifmittelaufschlämmungen und Schleifgegenständen der vorliegenden Erfindung können Leistungseigenschaften aufweisen, die gleich denen der oder verbessert gegenüber denen nach dem Stand der Technik sind. Zum Beispiel können Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung eine verringerte anorganische, Teilchensedimentationsgeschwindigkeit aufweisen, verglichen mit Schleifmittelaufschlämmungen nach dem Stand der Technik. Schleifgegenstände, die aus den Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, können die Leistungsvorteile gegenüber Schleifgegenständen nach dem Stand der Technik bereitstellen, wie zum Beispiel eine längere Lebensdauer und die Fähigkeit, mindestens in einigen Fällen, eine feinere (d. h. glattere) Oberfläche auf einem Werkstück bereitzustellen.
Schleifmittelaufschlämmungen
Die vorliegende Erfindung stellt Schleifmittelaufschlämmungen bereit, welche zum Herstellen einer Schleifmittelbeschichtung eines Schleifgegenstands geeignet sind. Die Schleifmittelaufschlämmungen umfassen eine Bindemittelvorstufe, Schleifpartikel mit mindestens zwei unterschiedlichen Körnungen (d. h. einer ersten (größeren) Körnung und einer zweiten (kleineren) Körnung) und können ferner optionale Bestandteile, wie Härtungsmittel, Zusatzstoffe, Füllstoffe, Schleifhilfsmittel, Haftvermittler und Bindemittelvorstufenzusatzstoffe umfassen.
Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung können eher Tage lang als Stunden lang als Aufschlämmungen (d. h. im wesentlichen frei von Sedimentation) bestehen bleiben, wodurch ermöglicht wird, dass die Aufschlämmungen für lange Zeiträume gelagert werden (z. B. 3 Tage oder länger), bevor sie auf Träger aufgetragen werden. Ein Vorteil des Verwendens eines Gemisches von Schleifpartikeln mit mindestens zwei Körnungen in einer Schleifmittelaufschlämmung ist, dass die Gegenwart der Schleifpartikel mit kleinerer Körnung die Sedimentationsgeschwindigkeit der anorganischen Teilchen (definiert, um sowohl Schleifpartikel als auch alle Füllstoffteilchen einzuschließen) aus der Schleifmittelaufschlämmung verringert. Eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung kann wenig oder keine Verdichtung der anorganischen Teilchen am Boden des Behälters für etwa 2 bis etwa 5 Tage, vorzugsweise mindestens 3 Tage, aufweisen. So wird konstantes Rühren vermieden, um die Schleifmittelaufschlämmungen aufzutragen. In vielen vorher bekannten Aufschlämmungen beginnen die größeren anorganischen Teilchen, sobald das Rühren gestoppt wird, sich abzusetzen und werden schließlich am Boden des Behälters verdichtet. Die verdichteten anorganischen Teilchen müssen erneut dispergiert werden, bevor die Aufschlämmung zur Herstellung von Schleifgegenständen verwendet werden kann, ein Verfahren, welches schwierig und/oder lästig sein kann.
Bindemittelvorstufen
Bindemittelvorstufen werden typischerweise in einer flüssigen oder fließfähigen Form bereitgestellt, um zu ermöglichen, dass eine Schleifmittelaufschlämmung, die die Bindemittelvorstufe enthält, beschichtet wird. Während der Herstellung des Schleifgegenstands wird die Bindemittelvorstufe einer geeigneten Energiequelle (d. h. Wärme, Ultraviolettstrahlung, sichtbare Strahlung, Elektronenstrahlung) ausgesetzt, um die Bindemittelvorstufe in ein festes Bindemittel umzuwandeln (d. h. zu härten oder zu verfestigen). Umwandlung einer fließfähigen oder flüssigen Bindemittelvorstufe zu einem festen Bindemittel ist typischerweise das Ergebnis eines Härtungsverfahrens oder Verfahrens zum Verfestigen, wie zum Beispiel Polymerisation, Vernetzen, Gelieren oder Verdampfung einer Flüssigkeit aus einem Bindemittel, das in der Flüssigkeit (z. B. ein Polymer, das in einem Lösungsmittel gelöst ist) gelöst oder dispergiert ist. Gemische von polymerisierbaren Bindemittelvorstufen, vernetzbaren Bindemittelvorstufen und Bindemitteln, die in einer Flüssigkeit gelöst oder dispergiert sind, sind auch möglich.
Bevorzugte Bindemittelvorstufen können entweder kondensationshärtbare Harze oder additionspolymerisierbare Harze sein. Die additionspolymerisierbaren Harze können ethylenisch ungesättigte Monomere und/oder Oligomere sein. Beispiele von verwendbaren vernetzbaren Materialien schließen Phenolharze, Bismaleimidharze, Vinyletherharze, Aminoplastharze mit anhängenden, α,β-ungesättigten Carbonylgruppen, Urethanharze, Epoxyharze, Acrylatharze, acrylierte Isocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Isocyanuratharze, acrylierte Urethanharze, acrylierte Epoxyharze oder Gemische davon ein.
Ethylenisch ungesättigte Bindemittelvorstufen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine polymerisierbare Kohlenstoff-Kohlenstoffdoppelbindung aufweisen. Beispiele von ethylenisch ungesättigten Bindemittelvorstufen schließen Aminoplastmonomere oder -oligomere mit anhängenden, α,β-ungesättigten Carbonylgruppen, ethylenisch ungesättigte Monomere, Oligomere oder Verdünnungsmittel, acrylierte Isocyanuratmonomere, acrylierte Urethanoligomere, acrylierte Epoxymonomere oder -oligomere, Acrylatdispersionen und Gemische davon ein.
Aminoplastmonomer- oder -oligomer-Bindemittelvorstufen haben mindestens eine anhängende, α,β-ungesättigte Carbonylgruppe pro Molekül oder pro Oligomer. Diese Materialien sind in US-A-4,903,440 und 5,236,472 beschrieben.
Ethylenisch ungesättigte Monomere oder Oligomere können monofunktionell, difunktionell, trifunktionell, tetrafunktionell sein oder können eine Funktionalität größer als vier aufweisen. Die Funktionalität bezieht sich auf die Anzahl von polymerisierbaren Kohlenstoff-Kohlenstoffdoppelbindungen pro Molekül. Der Begriff „Acrylat" schließt Acrylate und Methacrylate ein. Ethylenisch ungesättigte Bindemittelvorstufen schließen sowohl monomere als auch polymere Verbindungen ein, die Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoff- und gegebenenfalls Stickstoff- und Halogenatome enthalten. Sauerstoff- und Stickstoffatome oder beide liegen allgemein in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harnstoffgruppen vor. Ethylenisch ungesättigte Verbindungen haben vorzugsweise ein Molekulargewicht von weniger als 4.000 g/mol und sind vorzugsweise Ester, die durch Umsetzung von Verbindungen, die aliphatische Monohydroxyreste oder aliphatische Polyhydroxyreste enthalten, mit ungesättigten Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itakonsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Maleinsäure und dergleichen, hergestellt werden. Repräsentative Beispiele von ethylenisch ungesättigten Monomeren 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 Stickstoff enthaltende Verbindungen schließen Tris(2-acryloxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-methyacryloxyethyl)-s-triazin, Acrylamid, Methylacrylamid, N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-Vinylpyrrolidon und N-Vinylpiperidon ein.
Isocyanuratderivate mit mindestens einem anhängenden Acrylatrest und Isocyanatderivate mit mindestens einem anhängenden Acrylatrest sind ferner in US-A-4,652,274 beschrieben. Das bevorzugte Isocyanuratmaterial ist ein Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat.
Acrylierte Urethane sind Acrylatester (typischerweise Diacrylatester) von Polyestern oder Polyethern, die mit Isocyanat mit endständigen Hydroxygruppen verlängert sind. Beispiele von acrylierten Urethanen schließen solche ein, die im Handel erhältlich sind unter den Handelsbezeichnungen „UVITHANE 782", erhältlich von Morton Thiokol Chemical, „CMD 6600", „CMD 8400" oder „CMD 8805", erhältlich von UCB Radcure Specialties. Acrylierte Epoxide sind Acrylatester (typischerweise Diacrylatester) von Epoxyharzen, wie die Diacrylatester von Bisphenol A-Epoxyharz. Beispiele von im Handel erhältlichen acrylierten Epoxiden schließen „CMD 3500", „CMD 3600" oder „CMD 3700" ein, erhältlich von UCB Radcure Specialties.
Epoxidbindemittelvorstufen haben einen Oxiran- (Epoxid-) Ring und werden durch Ringöffnung polymerisiert. Diese Materialien können nach dem Wesen ihrer Polymergrundgerüste und Substituentenreste (Reste, die am Grundgerüst hängen) stark variieren. Zum Beispiel kann das Grundgerüst von einem Typ sein, der normalerweise mit Epoxiden verbunden ist, und Substituentenreste daran kann jeder Rest sein, der frei von einem aktiven Wasserstoffatom ist, das mit einem Oxiranring bei Raumtemperatur reaktiv ist (oder in der Lage ist, reaktiv gemacht zu werden). Repräsentative Beispiele von annehmbaren Substituentenresten schließen Halogene, Estergruppen, Ethergruppen, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen, Nitrogruppen oder Phosphatgruppen ein. Beispiele von bevorzugten Epoxyharzen, denen ethylenisch ungesättigte Reste fehlen, schließen 2,2-Bis[4-(2,3-epoxypropoxy)-phenyl]propan, auch bekannt als Diglycidylether von Bisphenol A, und im Handel erhältliche Materialien ein, die erhältlich sind 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.. Andere geeignete Epoxyharze, denen ethylenisch ungesättigte Reste fehlen, schließen Glycidylether der Phenolformaldehyd-Novolakharze ein, die im Handel von Dow Chemical Co. unter den Handelsbezeichnungen „DEN-431" und „DEN-438" erhältlich sind.
Thermisch härtbare Bindemittelvorstufen können in den Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Novolak-Phenolharze mit einem Molverhältnis von Aldehyd zu Phenol von kleiner als 1 : 1 sind ein Beispiel. Beispiele von nützlichen, im Handel erhältlichen Phenolharzen schließen solche, die bekannt sind unter den Handelsbezeichnungen „DUREZ" und „VARCUM" von Occidental Chemicals Corp.; solche, die bekannt sind unter der Handelsbezeichnung „RESINOX" von Monsanto; und solche ein, die bekannt sind unter den Handelsbezeichnungen „AEROFENE" und „AROTAP" von Ashland Chemical Co.
Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung können ferner ein Verdünnungsmittel umfassen. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „Verdünnungsmittel" ein organisches Material mit einem niedrigen Molekulargewicht (d. h. weniger als 500 g/mol), das die Viskosität der Bindemittelvorstufe, zu welcher es zugegeben wurde, verringern kann oder nicht verringern kann. Verdünnungsmttel können mit der Bindemittelvorstufe reaktiv oder inert sein.
Acrylate mit einem niedrigen Molekulargewicht sind ein bevorzugter Typ eines reaktiven Verdünnungsmittels. Bevorzugte, reaktive Verdünnungsmittel vom Acrylattyp weisen typischerweise ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 100 bis zu etwa 500 g/mol auf und schließen Ethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glycerintriacrylat, Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritoltrimethacrylat, Pentaerythritoltetraacrylat und Pentaerythritoltetramethacrylat ein. Methylmethacrylat oder Ethylmethacrylat können auch verwendet werden.
Andere nützliche reaktive Verdünnungsmittel schließen Monoallyl-, Polyallyl- oder Polymethallylester und -amide von Carbonsäuren ein (wie Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid); Tris(2-acryloyl-oxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-methacryloxyethyl)-s-triazin, Acrylamid, Methylacrylamid, N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-Vinylpyrrolidon und N-Vinylpiperidon ein.
Schleifpartikel
Die Schleifpartikel, die für Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sollten größenklassiert sein, um einer gewünschten oder vorherbestimmten Teilchengrößenverteilung zu entsprechen. Zum Beispiel können Schleifpartikel gemäß den Standards, die durch American National Standards Institute, Inc. (ANSI) Standards festgelegt werden, klassiert werden. ANSI-Standards spezifizieren, dass die Teilchengrößenverteilung für jede nominale Körnung in die numerisch definierten Grenzen fallen muss. Gemäß den ANSI-Standards besteht jede nominale Körnung aus drei Teilchengrößenfraktionen, einer „Kontrollfraktion" („control" fraction), einer „Überkörnung"-Fraktion („overgrade" fraction) (enthält große Teilchen, die nominal eine Fraktion gröber sind als die Kontrollfraktion) und eine „Fein"-Fraktion ("fine" fraction) (enthält kleine Teilchen, die feiner sind als die Kontrollfraktion). Außerdem können ANSI-Standards das Enthalten von bis zu 0,5 Gewichts-% (Gew.-%) Teilchen ermöglichen, die gröber sind als die „Überkörnung"-Fraktion. Der Prozentsatz der Teilchen, die in jede Fraktion fallen, variiert von Körnung zu Körnung; allgemein jedoch sind etwa 50–60 Gew.-% in der Kontrollfraktion, sind etwa 10 Gew.-% in der „Überkörnung"-Fraktion und sind etwa 30–40 Gew.-% in der „Fein"-Fraktion. Wenn die Summe der drei Fraktionen als Gesamtmenge betrachtet wird, wird sie als „Vollkörnung" („full grade") bezeichnet. Schleifpartikel können durch Verwendung von Sieben mit spezifischen klassierten Öffnungen in Fraktionen getrennt werden.
Klassiersysteme, die außerhalb der Vereinigten Staaten verwendet werden, variieren etwas hinsichtlich der exakten Teilchengröße und des Gewichtprozentsatzes der Teilchen, die in die Fraktionen fallen, aus denen eine „Vollkörnung" besteht. Wie das ANSI-System verwendet das japanische Klassiersystem (Japanese Industrial Standard (JIS)) drei Fraktionen, das europäische Klassiersystem (Federation of European Producers of Abrasive Products (FEPA)) schließt tatsächlich vier Fraktionen ein (von denen die drei gröbsten ungefähr der ANSI-Überkörnung- und -Kontrollfraktion entsprechen).
Schleifpartikelkörnungen (d. h. ANSI, JIS und FEPA-Körnungen) weisen typischerweise eine Gauß-Kurven-ähnliche oder glockenförmige Verteilung auf, wenn die Teilchengröße gegen die Anzahl der Teilchen mit einer bestimmten Teilchengröße aufgetragen wird (d. h. die Teilchengröße wird entlang der x-Achse aufgetragen und die Anzahl der Teilchen wird entlang der y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems aufgetragen).
Verschiedene Verfahren zum Messen der Größe der Schleifpartikel sind dem Fachmann bekannt. Jedes der Standardverfahren, wie Sieben, Sedimentation, Lasermessungen, etc. könnte verwendet werden, um die Größe von Schleifpartikeln zu messen, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind. Ein Verfahren, das besonders geeignet ist, beruht auf einem Instrument, das das Fraunhofer-Mie-Berechnungsverfahren verwendet, welches die Teilchengröße bestimmt, die auf Beugungswinkeln von zwei verschiedenen Lichtwellenlängen beruht, die durch eine zirkulierende Suspension von Teilchen geleitet werden. Dieses Verfahren kann mit kommerziell hergestellten Instrumenten, wie einem Horiba LA-910, hergestellt von Horiba Instruments, Inc. in Irvine, CA, durchgeführt werden. Dieses Verfahren misst die Teilchengröße auf Basis des Volumens, was bedeutet, dass die Teilchengrößen, die durch zweidimensionale Beugungsergebnisse bestimmt werden, zu einer dreidimensionalen Volumenausgabe extrapoliert werden.
Die Teilchengröße einer Probe von klassierten Schleifpartikeln kann durch die mittlere Teilchengröße oder D₅₀ der Schleifpartikel in der Probe gekennzeichnet sein. Die mittlere Teilchengröße einer Probe von klassierten Schleifpartikeln ist gleich der Teilchengröße, wobei 50% des Volumens aller Schleifpartikel in der Probe eine Teilchengröße von weniger als der mittleren Teilchengröße aufweisen. Wenn zum Beispiel die mittlere Teilchengröße oder D₅₀ einer Probe 25 μm beträgt und das Gesamtvolumen aller Teilchen in der Probe 100 cm³ beträgt, dann weisen die Teilchen, die 50% des Gesamtvolumens der Probe (d. h. 50 cm³) umfassen, eine Größe von weniger als 25 μm auf.
In einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung umfassen die Schleifpartikel Schleifpartikel von mindestens zwei unterschiedlichen Körnungen. Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt das mittlere Teilchengößenverhältnis (definiert als die mittlere Teilchengröße der Schleifpartikel mit größerer Körnung geteilt durch die mittlere Teilchengröße der Schleifpartikel mit einer kleineren Körnung) 2 oder mehr. Stärker bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 3 oder mehr. Am meisten bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 5 oder mehr, und besonders am meisten bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 7 oder mehr. Deshalb müssen, wenn zum Beispiel die Schleifpartikel mit erster größeren Körnung eine mittlere Teilchengröße von 60 μm aufweist, die Schleifpartikel mit einer zweiten, kleineren Schleifpartikelkörnung eine mittlere Teilchengröße von 30 μm oder kleiner aufweisen.
Mit Bezug nun auf 1 ist ein Diagramm einer typischen Teilchengrößenverteilung für eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Schleifpartikelgröße ist entlang der x-Achse des Koordinatensystems unter Verwendung einer logarithmischen Skala aufgetragen. Die Häufigkeit, welche proportional zur Anzahl der Schleifpartikel ist, ist entlang der y-Achse des Koordinatensystems aufgetragen. Die Verteilung der Schleifpartikel wird durch die Histogrammauftragung dargestellt. Die Höhe jeder Histogrammsäule ist proportional zur Anzahl der Schleifpartikel im Größenbereich, der auf der x-Achse bezeichnet ist. Wie in 1 gezeigt, weist die Verteilung der Schleifpartikelgrößen zwei unterschiedliche Gauß-Kurvenähnliche oder glockenförmige Kurven auf, deren Mitten als 10 und 12 bezeichnet sind. Die glockenförmige Kurve, die bei 10 zentriert ist, ist hauptsächlich den kleineren der beiden Schleifpartikelkörnungen in der Schleifmittelaufschlämmung zuzuschreiben. Die glockenförmige Kurve, die bei 12 zentriert ist, ist hauptsächlich den größeren der Schleifpartikelkörnungen in der Schleifmittelaufschlämmung zuzuschreiben. Der Abstand zwischen den Mitten der glockenförmigen Kurven ist proportional zur Differenz der mittleren Teilchengröße der beiden Schleifkörnungen. Folglich würde erwartet werden, dass der Abstand zwischen den Mitten der glockenförmigen Verteilungen 10 und 12 zunimmt, wenn das mittlere Teilchengrößenverhältnis zunimmt. Die Höhe (der Abstand von der x-Achse) der glockenförmigen Kurven ist proportional zur Anzahl der Schleifpartikel. Deshalb nimmt, wenn die Menge einer Schleifpartikelkörnung in der Schleifmittelaufschlämmung erhöht wird, die glockenförmige Kurve, die der Schleifpartikelkörnung entspricht, entsprechend in der Höhe zu.
Es sollte festgestellt werden, dass, obwohl das mittlere Teilchengrößenverhältnis für Schleifpartikel mit irgendwelchen zwei Körnungen 2 oder mehr betragen muss, dieses nicht ausschließt, Schleifpartikel derselben Größe in jeder Körnung zu haben. Weil jede Schleifpartikelkörnung eine Verteilung von Schleifpartikelgrößen umfasst, ist ein Überlappen der Verteilungen nicht ausgeschlossen. Zum Beispiel können eine Schleifkörnung mit einem D₅₀ von 30 μm und eine Schleifkörnung mit einem D₅₀ von 60 μm beide Schleifpartikel mit einer Größe von 45 μm enthalten. Wenn das Verhältnis D₅₀ zunimmt, nimmt der Bereich der Teilchengrößen, die beiden Körnungen gemein sind, ab.
In den Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung sollten die Körnungen der Schleifpartikel in ausreichenden relativen Mengen bereitgestellt werden, um das Potential für mindestens eine verbesserte Eigenschaft bereitzustellen, wie zum Beispiel eine verringerte Aufschlämmungssedimentationsgeschwindigkeit, eine längere Lebensdauer des Schleifgegenstands und/oder die Fähigkeit, mindestens in einigen Fällen, eine feinere (d. h. glattere) Oberfläche auf einem Werkstück bereitzustellen. Typischerweise umfassen Schleifmittelaufschlämmungen, die Schleifpartikel mit zwei Körnungen enthalten, 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% Schleifpartikel mit der größeren Körnung und 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% Schleifpartikel mit der kleineren Körnung. Stärker bevorzugt umfassen die Schleifmittelaufschlämmungen 25 Gew.-% bis 75 Gew.-% Schleifpartikel mit der größeren Körnung und 25 Gew.-% bis 75 Gew.-% Schleifpartikel mit der kleineren Körnung. Am meisten bevorzugt betragen die Schleifpartikel mit der größeren Körnung etwa 60 Gew.-% und betragen die Schleifpartikeln mit der kleineren Körnung etwa 40 Gew.-%. Schleifmittelaufschlämmungen, die Schleifpartikel mit mehr als zwei Körnungen umfassen, umfassen typischerweise 10 Gew.-% bis 50 Gew.-% Schleifpartikel mit der größeren Körnung und 50 Gew.-% bis 90 Gew.-% Schleifpartikeln für alle kleineren Körnungen. Wenn es zwei oder mehr der kleineren Schleifpartikelkörnungen gibt, können diese Körnungen in gleichen oder ungleichen Mengen vorliegen.
Schleifpartikel der vorliegenden Erfindung haben typischerweise eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 250 μm und vorzugsweise von 1 bis 150 μm.
Die Schleifpartikel, die in den Schleifmittelaufschlämmungen oder Schleifgegenständen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, weisen eine Mohs-Härte von mindestens 7, stärker bevorzugt von mindestens 7,5, am meisten bevorzugt von mindestens 8 und besonders am meisten bevorzugt von mindestens 8,5 auf. Die Mohs-Härte bezieht sich auf eine Skala, welche die relative Härte eines Schleifpartikels misst. Die Mohs-Härteskala liegt im Bereich von 1 bis 10, wobei 1 das weichste (d. h. mit der Härte von Talkum) und 10 das härteste (d. h. mit der Härte von Diamant) ist.
Schleifpartikel können aus solchen ausgewählt werden, die allgemein in Schleifgegenständen verwendet werden, jedoch werden die Schleifpartikelgröße und -zusammensetzung mit der Anwendung des Schleifgegenstands im Kopf ausgewählt. Beim Auswählen eines geeigneten Schleifpartikels können Eigenschaften, wie Härte, Verträglichkeit und Reaktivität mit dem vorgesehenen Werkstück, Teilchengröße und Wärmeleitfähigkeit, betrachtet werden.
Beispiele von geeigneten Schleifpartikeln schließen Borcarbid, kubisches Bornitrid, geschmolzenes Aluminiumoxid, keramisches Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid, Aluminiumoxidzirkondioxid, Siliziumcarbid, Eisenoxide, Tantalcarbid, Ceroxid, Granat, Titancarbid, synthetische und natürliche Diamanten, Zirkonoxid, Siliziumnitrid und Kombinationen davon ein.
Die Schleifpartikel können unregelmäßig sein oder können geformt sein. Unregelmäßig geformte Teilchen werden zum Beispiel durch Zerkleinern der Teilchen während eines Stadiums des Verfahrens hergestellt. Geformte Schleifpartikel schließen Stangen (mit irgendeiner Querschnittsfläche), Pyramiden und dünnflächige Teilchen mit polygonalen Flächen ein. Geformte Schleifpartikel aus keramischem Aluminiumoxid und Verfahren zu ihrer Herstellung sind zum Beispiel in US-A-5,090,968 (Pellow) und US-A-5,201,916 (Berg et al.) beschrieben.
Es ist auch möglich, eine Oberflächenbeschichtung auf den Schleifpartikeln zu haben. Oberflächenbeschichtungen können verwendet werden, um die Adhäsion des Schleifpartikels an das Bindemittel zu erhöhen, um die Schleifeigenschaften der Schleifpartikel zu ändern oder für andere Zwecke. Von Beispielen von Oberflächenbeschichtungen ist in US-A-4,997,461 (Markhoff-Matheny et al.), US-A-5,011,508 (Wald et al.), US-A-5,131,926 (Rostoker), US-A- 5,213,591 (Celikkaya et al.) und US-A-5,474,583 (Celikkaya) berichtet.
Schleifpartikel können auch Agglomerate von einzelnen Schleifpartikeln einschließen. Ein Schleifagglomerat wird hergestellt, wenn eine Vielzahl von Schleifpartikeln mit einem Bindemittel zusammengebunden wird, um einen größeren Schleifpartikel zu erzeugen, welcher eine spezifische teilchenförmige Struktur aufweisen kann. Die Vielzahl von Teilchen, welche das Schleifagglomerat erzeugen, kann mehr als eine Art von Schleifpartikeln umfassen, und das verwendete Bindemittel kann dasselbe sein wie oder verschieden sein von den Bindemitteln, die verwendet werden, um das Agglomerat an einen Träger zu binden.
Härtungsmittel
Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung können ferner ein Härtungsmittel umfassen. Ein Härtungsmittel ist ein Material, das die Funktion erfüllt, ein Polymerisations- oder Vernetzungsverfahren zu initiieren und abzuschließen, so dass die zuerst fließfähige Bindemittelvorstufe in ein gehärtetes oder festes Bindemittel umgewandelt wird. Der Begriff „Härtungsmittel" umfasst Initiatoren, Photoinitiatoren, Katalysatoren und Aktivatoren. Die Menge und Art des Härtungsmittels hängt typischerweise von der chemischen Reaktivität der Bindemittelvorstufe ab.
Polymerisation der bevorzugten ethylenisch ungesättigten Monomere oder Oligomere findet über einen radikalischen Additionspolymerisationsmechanismus statt. Radikalische Polymerisation kann durch eine Elektronenstrahlenquelle, eine ultraviolette Strahlungsquelle, eine sichtbare Strahlungsquelle oder eine thermische Energiequelle (d. h. Wärme) initiiert werden. Wenn eine Elektronenstrahlenquelle verwendet wird, erzeugt der Elektronenstrahl direkt Radikale in der Bindemittelvorstufe, wodurch die Polymerisation initiiert wird, ohne dass ein chemischer Initiator erforderlich ist. Es liegt jedoch auch im Bereich dieser Erfindung, chemische Initiatoren zu verwenden, selbst wenn die Bindemittelvorstufe einem Elektronenstrahl ausgesetzt wird. Wenn die Energiequelle Wärme, Ultraviolettlicht oder sichtbares Licht ist, kann ein chemischer Initiator erforderlich sein, um Radikale zur Initiation der Polymerisation zu erzeugen. Beispiele von chemischen Initiatoren, die Radikale bei Belichtung mit Ultraviolettlicht oder Einwirken von Wärme erzeugen, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf, organische Peroxide, Azoverbindungen, Chinone, Nitrosoverbindungen, Acylhalogenide, Hydrazone, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen, Imidazole, Chlortriazine, Benzoin, Benzoinalkylether, Diketone, Phenone und Gemische davon. Beispiele von im Handel erhältlichen Photoinitiatoren, die Radikale bei Belichtung mit UV-Licht erzeugen, schließen solche, die bekannt sind unter der Handelsbezeichnung „IRGACURE 651" und „IRGACURE 184", im Handel erhältlich von Ciba Geigy Company, und den Photoinitiator ein, der bekannt ist unter der Handelsbezeichnung „DAROCUR 1173", im Handel erhältlich von Merck. Typischerweise werden chemische Initiatoren in Mengen von 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 2 Gew.-% bis 4 Gew.-%, verwendet, bezogen auf das Gewicht der Bindemittelvorstufe. Außerdem ist es bevorzugt, den chemischen Initiator in der Bindemittelvorstufe vor der Zugabe von teilchenförmigem Material, wie Schleifpartikel und/oder Füllstoffteilchen, zu dispergieren (vorzugsweise einheitlich zu dispergieren).
Gegebenenfalls können die Schleifmittelaufschlämmungen Photosensibilisatoren oder Photoinitiatorsysteme enthalten, welche die Polymerisation der Bindemittelvorstufe entweder in Luft oder in einer inerten Atmosphäre, wie Stickstoff, beeinflussen. Diese Photosensibilisatoren oder Photoinitiatorsysteme schließen Verbindungen mit Carbonylgruppen oder tertiären Aminogruppen und Gemischen davon ein. Unter den bevorzugten Verbindungen mit Carbonylgruppen befinden sich Benzophenon, Acetophenon, Benzil, Benzaldehyd, o-Chlorbenzaldehyd, Xanthon, Thioxanthon, 9,10-Anthrachinon oder andere aromatische Ketone, welche als Photosensibilisatoren dienen können. Unter den bevorzugten tertiären Aminen befinden sich Methyldiethanolamin, Ethyldiethanolamin, Triethanolamin, Phenylmethylethanolamin und Dimethylaminoethylbenzoat.
Zusatzstoffe
Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung können ferner optionale Zusatzstoffe, wie Weichmacher, Zusatzstoffe zur Oberflächenmodifikation von Schleifpartikeln, Haftvermittler, Füllstoffe, Treibmittel, Fasern, antistatische Mittel, Initiatoren, Suspensionsmittel, Photosensibilisatoren, Gleitmittel, Benetzungsmittel, grenzflächenaktive Mittel, Pigmente, Farbstoffe, UV-Stabilisatoren und Suspensionsmittel umfassen. Die Mengen dieser Materialien sind so ausgewählt, dass die gewünschten Eigenschaften bereitgestellt werden.
Beispiele von Weichmachern schließen Polyvinylchlorid, Dibutylphthalat, Alkylbenzylphthalat, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Celluloseester, Phthalat, Silikonöle, Adipinsäure- und Sebacinsäureester, Polyole, Polyolderivate, t-Butylphenyldiphenylphosphat, Tricresylphosphat, Rizinusöl, Kombinationen davon und dergleichen ein.
Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung können ferner Zusatzstoffe zur Oberflächenmodifikation, wie Benetzungsmittel (d. h. grenzflächenaktive Mittel) und Haftvermittler umfassen. Ein Haftvermittler kann eine Verbindungsbrücke zwischen dem Bindemittel und den Schleifpartikeln bereitstellen. Außerdem kann der Haftvermittler eine Verbindungsbrücke zwischen dem Bindemittel und den Füllstoffteilchen bereitstellen. Beispiele von Haftvermittlern schließen Silane, Titanate und Zirkonaluminate ein.
Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung können ferner Füllstoffe umfassen. Ein Füllstoff ist ein teilchenförmiges Material, welches eine mittlere Teilchengröße von 0,1 bis 50 μm, typischerweise von 1 bis 30 μm, aufweist. Beispiele von nützlichen Füllstoffen für diese Erfindung schließen ein: Metallcarbonate (z. B. Calciumcarbonat (Kreide, Calcit, Mergel, Travertin, Marmor und Kalkstein), Calciummagnesiumcarbonat, Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat), Siliziumdioxid (z. B. Quarz, Glasperlen, Glasblasen, Glasfasern), Silikate (z. B. Talkum, Tone, (Montmorillonit) Feldspat, Glimmer, Calciumsilikat, Calciummetasilikat, Natriumaluminosilikat, Natriumsilikat), Metallsulfate (z. B. Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat), Gips, Vermiculit, Holzmehl, Aluminiumtrihydrat, Ruß, Metalloxide (z. B. Calciumoxid (Kalk), Aluminiumoxid, Zinnoxid (Zinndioxid), Titandioxid) und Metallsulfate (z. B. Calciumsulfit), thermoplastische Teilchen (z. B. Teilchen aus Polycarbonat, Polyetherimid, Polyester, Polyethylen, Polysulfon, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Blockcopolymer, Polypropylen, Acetalpolymere, Polyurethane und Nylon) und Duroplastteilchen (z. B. Phenolblasen, Phenolperlen, Polyurethanschaumteilchen).
Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung können ferner Suspensionsmittel umfassen. Ein Beispiel eines Suspensionsmittels ist ein amorphes Siliziumdioxidteilchen mit einer Oberfläche von weniger als 150 m²/g, im Handel erhältlich von Degussa Corp. unter der Handelsbezeichnung „OX-50". Die Zugabe des Suspensionsmittels kann die Gesamtviskosität der Schleifmittelaufschlämmung senken. Die Verwendung von Suspensionsmitteln ist ferner in US-A-5,368,619 beschrieben.
Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung können ferner Schleifhilfsmittel umfassen. Schleifhilfsmittel wirken während der Verwendung des Schleifgegenstands vorteilhaft an der Werkstück/Schleifmittel-Grenzfläche aufeinander ein. Insbesondere wird auf dem Fachgebiet angenommen, dass das Schleifhilfsmittel entweder (1) die Friktion zwischen den Schleifpartikeln und dem Werkstück, das abgeschliffen wird, verringern kann; (2) das Schleifpartikel vor „Abdeckung" schützen kann (d. h. verhindern, dass Metallteilchen an die Oberseiten der Schleifpartikel geschweißt werden), (3) die Grenzflächentemperatur zwischen den Schleifpartikeln und dem Werkstück verringern kann; oder (4) die erforderliche Schleifkraft verringern kann. Schleifhilfsmittel umfassen eine breite Vielfalt an verschiedenen Materialien und können auf anorganischer oder organischer Basis sein. Beispiele von chemischen Resten von Schleifhilfsmitteln, die in dieser Erfindung nützlich sind, schließen Wachse, organische Halogenidverbindungen, Halogenidsalze und Metalle und ihre Legierungen ein. Die organischen Halogenidverbindungen brechen typischerweise während des Abschleifens zusammen und setzen eine Halogensäure oder eine gasförmige Halogenidverbindung frei. Beispiele von derartigen Materialien schließen chlorierte Wachse, wie Tetrachlornaphthalen, Pentachlornaphthalen und Polyvinylchloride ein. Beispiele von Halogenidsalzen schließen Natriumchlorid, Kaliumkryolith, Natriumkryolith, Ammoniumkryolith, Kaliumtetrafluoroborat, Natriumtetrafluoroborat, Siliziumfluoride, Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid ein. Beispiele von Metallen schließen Zinn, Blei, Bismut, Kobalt, Antimon, Cadmium, Eisen und Titan ein. Andere Schleifhilfsmittel schließen Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit und metallische Sulfide ein. Es liegt auch im Bereich dieser Erfindung, eine Kombination von verschiedenen Schleifhilfsmitteln zu verwenden, und in einigen Fällen kann dieses einen synergistischen Effekt erzeugen. Die Schleifhilfsmittel, die hier aufgeführt sind, sind nur eine repräsentative Liste von Schleifhilfsmitteln.
Schleifhilfsmittel werden vorzugsweise in den Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung in Mengen verwendet, die im Bereich von 0 Gew.-% bis 60 Gew.-%, vorzugsweise von 0 Gew.-% bis 40 Gew.-% liegen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schleifmittelaufschlämmung. Wenn nicht-reaktive Füllstoffe verwendet werden, können Schleifhilfsmittel bis zu 50 Gew.-% verwendet werden.
Schleifmittelaufschlämmungen der vorliegenden Erfindung können ferner Haftvermittler umfassen, wie sie in US-A-4,871,376 (DeWald) berichtet sind. Bevorzugte Haftvermittler wirken entweder durch eine organisch-funktionelle Einheit oder eine anorganisch-funktionelle Einheit. Wenn ein Haftvermittler zu einer Bindemittelvorstufe zugegeben wird, die einen anorganischen Füllstoff enthält, wird der organisch-funktionelle Rest des Haftvermittlers an die Bindemittelvorstufe gebunden oder anders von dieser angezogen oder mit dieser verbunden. Die anorganisch-funktionelle Einheit scheint eine ähnliche Verbindung mit dem dispergierten anorganischen Füllstoff zu erzeugen. Folglich wirkt der Haftvermittler an der Bindemittelvorstufe/Füllstoff-Grenzfläche als Brücke zwischen der Bindemittelvorstufe und dem anorganischen Füllstoff. In verschiedenen Systemen hat dies eine Verbesserung der Retention des dispergierten Füllstoffs in der ungehärteten Bindemittelvorstufe und des gehärteten Bindemittels, eine Verringerung der Viskosität der Bindemittelvorstufe und/oder eine Verbesserung der Leistung des Schleifgegenstands, der Lebensdauer und der Wasserunempfindlichkeit zur Folge.
Ein Beispiel eines Haftvermittlers, für den festgestellt wurde, dass er für diese Erfindung geeignet ist, ist das Methacryloxypropylsilan, das unter der Handelsbezeichnung „A-174" von Union Carbide Corporation bekannt ist. Andere geeignete Haftvermittler sind Zirkonaluminate und Titanate. Weitere Beispiele, welche die Verwendung von Silan-, Titanat- und Zirkonaluminat-Haftvermittler veranschaulichen, sind in US-A-4,871,376 und US-A-4,773,920 offenbart. Der Begriff „Haftvermittler" kann auch Gemische von Haftvermittlern einschließen.
Herstellen einer Schleifmittelaufschlämmung
Eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung kann durch Vereinigen einer Bindemittelvorstufe, von Schleifpartikeln und optionalen Bestandteilen unter Verwendung eines geeigneten Mischungsverfahrens hergestellt werden. Beispiele von Mischungsverfahren schließen sowohl Niederschermischen als auch Hochschermischen ein, wobei das Hochschermischen bevorzugt ist. Ultraschallenergie kann auch in Verbindung mit dem Mischungsschritt verwendet werden, um die Viskosität der Schleifmittelaufschlämmung zu verringern. Typischerweise werden die Schleifpartikel nach und nach zur Bindemittelvorstufe zugegeben. Es ist bevorzugt, dass die Schleifmittelaufschlämmung ein homogenes Gemisch von Bindemittelvorstufe, Schleifpartikeln und optionalen Zusatzstoffen ist. Gegebenenfalls können Wasser und/oder Lösungsmittel zugegeben werden, um die Viskosität zu verringern. In einigen Fällen ist es bevorzugt, die Schleifmittelaufschlämmung zu erwärmen, um die Viskosität zu senken.
Es ist wichtig, dass die Schleifmittelaufschlämmung vor dem Auftragen überwacht wird, um eine Rheologie sicherzustellen, die gut beschichtet, und um sicherzustellen, dass sich die Schleifpartikel und andere Füllstoffe vor dem Auftragen nicht absetzen.
Schleifgegenstände
Die vorliegende Erfindung stellt nicht nur Schleifmittelaufschlämmungen bereit, sondern stellt auch Schleifgegenstände bereit, die aus den Schleifmittelaufschlämmungen hergestellt werden. Schleifgegenstände der vorliegenden Erfindung können beschichtete Schleifgegenstände oder Vliesschleifgegenstände sein.
Beschichtete Schleifgegenstände der vorliegenden Erfindung umfassen einen Träger mit einer Schleifmittelbeschichtung, die an dessen Vorderseite anhaftet. Die Schleifmittelbeschichtung umfasst eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung, welche gehärtet oder verfestigt worden ist. Die Schleifmittelbeschichtung kann als kontinuierliche Beschichtung bereitgestellt werden, die jede gewünschte Oberflächentopographie aufweisen kann, oder kann in einer anderen Ausführungsform als Vielzahl von Verbundstoffpartikeln bereitgestellt werden, die durch eine Beschichtung (d. h. Bindemittelbeschichtung) oder eine Reihe von Beschichtungen am Träger anhaften.
Vliesschleifgegenstände umfassen ein offenes, lockeres, dreidimensionales Fasergewebe, die an Punkten gegenseitiger Berührung durch ein Bindemittel miteinander verbunden sind. Das Bindemittel eines derartigen Aufbaus kann eine Aufschlämmung der vorliegenden Erfindung umfassen. Außerdem können Schleifverbundstoffpartikel der vorliegenden Erfindung an den Fasern eines Vlieses anhaften, um einen Vliesschleifgegenstand bereitzustellen. Verfahren zur Herstellung von Vliesschleifgegenständen sind in US-A-2,958,293 (Hoover) und US-A-4,227,350 (Fitzer) beschrieben.
Die vorliegende Erfindung stellt Schleifgegenstände bereit, welche im Vergleich zu Schleifgegenständen nach dem Stand der Technik eine verbesserte Lebensdauer aufweisen, und in mindestens einigen Fällen die Fähigkeit bereitstellen können, eine feinere (d. h, glattere) Oberfläche auf dem Werkstück bereitzustellen. Eine verbesserte Lebensdauer wird durch Verringern der Erosionsrate der Schleifmittelbeschichtung bereitgestellt. Eine verringerte Erosionsrate ist für strukturierte Schleifgegenstände mit grober Körnung und Verbundstoffpartikel, welche unter erschwerten Schleif- (Abschleif-) Bedingungen zur übermäßigen Erosion neigen, besonders wichtig. Es wird angenommen, dass die Zugabe der Schleifpartikel mit kleinerer Körnung einen vergrößerten Bindebereich zwischen dem Bindemittel und den Schleifpartikeln bereitstellt, wodurch sich eine Schleifmittelbeschichtung oder ein Schleifverbundstoff ergibt, welcher stärker ist und weniger zur Erosion neigt.
Mit Bezug nun auf 2 wird eine erste Ausführungsform eines Schleifgegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Schleifgegenstand 20 umfasst einen Träger 22 mit einer Schleifmittelbeschichtung 23 auf seiner Vorderseite. Die Schleifmittelbeschichtung 23 umfasst eine Vielzahl von Schleifpartikeln, die in einem Bindemittel 24 dispergiert sind. Die Schleifmittelbeschichtung 23 wird durch Härten oder Verfestigen einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung erzeugt. In dieser Ausführungsform bindet das Bindemittel 24 die Schleifmittelbeschichtung 23 an den Träger 22. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die Schleifpartikel ein Gemisch von Schleifpartikeln mit mindestens zwei unterschiedlichen Körnungen, einer ersten, größeren Körnung 26 und einer zweiten, kleineren Körnung 28, welche überall im Bindemittel 24 dispergiert sind. In einem Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis (d. h. die mittlere Teilchengröße der größeren Körnung 26 geteilt durch die mittlere Teilchengröße der kleineren Körnung 28) 2 oder mehr. Stärker bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 3 oder mehr. Am meisten bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 5 oder mehr, und besonders am meisten bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 7 oder mehr.
Die Schleifmittelbeschichtung 23 kann jede gewünschte Oberflächentopographie aufweisen. Die Oberflächentopographie der Schleifmittelbeschichtung 23 kann durch Faktoren, wie z. B. das Beschichtungsverfahren, das verwendet wird, um die Schleifmittelaufschlämmung aufzutragen, die Rheologie der Schleifmittelaufschlämmung und der Zeitraum zwischen Beschichten und Härten oder Verfestigen der Schleifmittelaufschlämmung, reguliert werden. In 2 weist die Schleifmittelbeschichtung 23 eine texturierte sinusformähnliche Oberflächentopographie auf, die eine Vielzahl von erhabenen, unregelmäßig geformten, sich regelmäßig wiederholenden Kanten umfasst. Eine sinusformähnliche Oberflächentopographie kann z. B. durch das Gravurstreichverfahren einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung auf einen Träger erzeugt werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Schleifmittelbeschichtung 23 eine glatte Oberflächentopographie aufweisen, die z. B. durch das Messerbestreichen oder Schmelzbeschichten einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung auf einen Träger hergestellt wird.
Mit Bezug nun auf 3 wird eine zweite Ausführungsform eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Schleifgegenstand 30 ist ein strukturierter Schleifgegenstand, der eine Vielzahl von präzise geformten Schleifverbundstoffen umfasst, wobei jeder Verbundstoff eine vorherbestimmte Form aufweist und auf einem Träger in einer vorherbestimmten Ordnung angeordnet ist. Der Schleifgegenstand 30 umfasst einen Träger 32, der auf seiner Vorderseite eine Vielzahl von präzise geformten Schleifverbundstoffen 35 aufweist. Die Schleifverbundstoffe 35 haben eine erkennbare präzise Form (d. h. pyramidal) und umfassen eine Vielzahl von Schleifpartikeln, die in einem Bindemittel 39 dispergiert sind. In dieser Ausführungsform bindet das Bindemittel 39 die Schleifverbundstoffe 35 an den Träger 32. Die Schleifverbundstoffe 35 werden durch Härten oder Verfestigen einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung hergestellt. Deshalb umfassen die Schleifpartikel Schleifpartikel mit mindestens zwei unterschiedlichen Körnungen, einer ersten, größeren Körnung 38 und einer zweiten, kleineren Körnung 36. In einem Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis (d. h. die mittlere Teilchengröße der größeren Körnung 38 geteilt durch die mittlere Teilchengröße der kleineren Körnung 36) 2 oder mehr. Stärker bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 3 oder mehr. Am meisten bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 5 oder mehr, und besonders am meisten bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 7 oder mehr.
Typische strukturierte Schleifgegenstände können durch mindestens teilweises Härten oder Verfestigen einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, während die Schleifmittelaufschlämmung in den präzise geformten Vertiefungen eines Fertigungswerkzeugs gehalten wird. Die präzise geformten Vertiefungen des Fertigungswerkzeugs arbeiten so, dass die Schleifmittelaufschlämmung zur gewünschten präzisen Form geformt wird. Die Bindemittelvorstufe der Schleifmittelaufschlämmung muss mindestens teilweise gehärtet oder verfestigt werden, während sie in den präzise geformten Vertiefungen gehalten wird, so dass die Schleifmittelaufschlämmung „erstarrt ist" und ihre exakte Form beim Entfernen aus dem Fertigungswerkzeug nicht verliert.
Mit Bezug nun auf die 4 und 5 werden eine vierte und fünfte Ausführungsform eines Schleifgegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Schleifgegenstand 40 umfasst einen Träger 42, an dem eine Vielzahl von Verbundstoffpartikeln 44 gebunden ist. Die Verbundstoffpartikel 44 umfassen eine Vielzahl von Schleifpartikeln, die in einem Bindemittel dispergiert sind. Die Verbundstoffpartikel werden durch Härten oder Verfestigen einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung in Form von einzelnen Teilchen hergestellt. Die Verbundstoffpartikel 44 umfassen das Bindemittel 52, in dem ein Gemisch von Schleifpartikeln mit mindestens zwei unterschiedlichen Körnungen, einer ersten, größeren Körnung 54 und einer zweiten, kleineren Körnung 55, dispergiert ist. Das mittlere Teilchengrößenverhältnis (d. h. die mittlere Teilchengröße der größeren Körnung 54 geteilt durch die mittlere Teilchengröße der kleineren Körnung 55) beträgt 2 oder mehr. Stärker bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 3 oder mehr. Am meisten bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 5 oder mehr, und besonders am meisten bevorzugt beträgt das mittlere Teilchengrößenverhältnis 7 oder mehr. Die Verbundstoffpartikel 44 können präzise geformt sein oder können unregelmäßig geformt sein. Präzise geformte Verbundstoffpartikel können durch mindestens teilweises Härten oder Verfestigen einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, während die Aufschlämmung in den präzise geformten Vertiefungen des Fertigungswerkzeugs gehalten wird. Unregelmäßig geformte Verbundstoffpartikel können z. B. durch Zerkleinern einer gehärteten oder verfestigten Schleifmittelaufschlämmung hergestellt werden, wobei dadurch einzelne unregelmäßig geformte und gekörnte Verbundstoffpartikel hergestellt werden. In dieser Ausführungsform sind die präzise geformten Verbundstoffpartikel 44 durch zwei Beschichtungen am Träger 42 gebunden. Die Beschichtung 46, die allgemein als Bindemittelschicht bezeichnet wird, ist auf den Träger 42 aufgebracht und bindet die Verbundstoffpartikel 44 an den Träger 42. Die Beschichtung 48, die allgemein als Deckschicht bezeichnet wird, ist auf die Verbundstoffpartikel 44 aufgebracht und verstärkt die Verbundstoffpartikel 44. Gegebenenfalls kann eine dritte Beschichtung 50, die allgemein als Überschicht bezeichnet wird, auf die Deckschicht 48 aufgebracht werden. Die Verbundstoffpartikel können durch herkömmliche Verfahren, wie Tropfbeschichten oder elektrostatisches Beschichten, auf den Träger aufgebracht werden. In Abhängigkeit von dem Beschichtungsverfahren, können die Verbundstoffpartikel hinsichtlich des Trägers in einer nichtzufälligen Art und Weise orientiert sein (siehe 4), oder sie können hinsichtlich des Trägers in einer zufälligen Art und Weise orientiert sein (siehe 5).
Trägermaterialien für Schleifgegenstände
Der Träger für einen Schleifgegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Anzahl von herkömmlich verwendeten Trägern, wie Papier, Stoff, Folie, vulkanisierte Faser, Gewebe- und Vliesmaterialien und dergleichen oder eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Materialien oder behandelten Versionen davon sein. Die Wahl des Trägermaterials hängt von der vorgesehenen Anwendung des Schleifgegenstands ab. Die Festigkeit des Trägers sollte ausreichend sein, um während der Verwendung Zerreißen oder anderer Beschädigung standzuhalten, und die Dicke und die Glattheit des Trägers sollten das Erreichen der Produktdicke und -glattheit ermöglichen, die für die vorgesehene Anwendung gewünscht sind. Die Adhäsion der Schleifmittelaufschlämmung zum Träger sollte auch ausreichend sein, um ein wesentliches Abwerfen von einzelnen Schleifpartikeln oder der Schleifmittelbeschichtung während der normalen Verwendung, was als „Ausbrechen von Teilchen" bekannt ist, zu verhindern. Bei einigen Anwendungen ist es auch bevorzugt, dass der Träger wasserfest ist. Die Dicke des Trägers sollte ausreichend sein, um die Festigkeit bereitzustellen, die für die vorgesehene Anwendung gewünscht ist; nichtsdestoweniger sollte sie nicht so dick sein, dass sie die gewünschte Flexibilität des Schleifgegenstands beeinflusst. Es ist bevorzugt, dass der Träger für beschichtete Läppschleifmittel eine polymere Folie ist, wie Polyesterfolie, und dass die Folie mit einem Material grundiert ist, wie Ethylenacrylsäue-Copolymer, um die Adhäsion der Schleifmittelaufschlämmung und des so erhaltenen Schleifverbundstoffs zur Folie zu fördern. In einigen Fällen kann es bevorzugt sein, dass der Träger für ultraviolette oder sichtbare Strahlung transparent ist.
Im Fall eines Gewebeträgers ist es gelegentlich bevorzugt, die Lücken des Trägers vor der Aufbringung einer Schleifmittelaufschlämmung mit mindestens einer Beschichtung zu füllen. Die für diesen Zweck verwendeten Beschichtungen, werden Imprägnier-, Rückseiten- oder Vorderseitenbeschichtung genannt, abhängig von wie und auf welche Oberfläche des Trägers die Beschichtung aufgebracht wird.
Der Träger kann ein Laminat von Trägern umfassen, das durch Laminieren von zwei oder mehr Lagen aus entweder ähnlichen oder verschiedenen Trägermaterialien hergestellt wurde. Zum Beispiel kann eine Folie auf ein steiferes, starreres Substrat, wie eine Metallplatte laminiert werden, um einen Schleifgegenstand mit einer Schleifmittelbeschichtung herzustellen, die auf einem starren Substrat aufgebracht ist.
Die rückseitige Oberfläche des Trägers kann auch einen Haftklebstoff oder ein Klettverschlussbefestigungssystem enthalten, so dass der Schleifgegenstand an einer Stützauflage befestigt werden kann. Beispiele von Haftklebstoffen, die für diesen Zweck geeignet sind, schließen Klebstoffe auf Kautschukbasis, Klebstoffe auf Acrylatbasis und Klebstoffe auf Silikonbasis ein. Klettverschlussbefestigungssysteme werden zum Beispiel in US-A-5,505,747 (Chesley et al.) gelehrt.
Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands, der eine Schleifmittelbeschichtung umfasst
Die vorliegende Erfindung stellt ferner repräsentative Verfahren zur Herstellung von Schleifgegenständen der vorliegenden Erfindung bereit. Ein erstes Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands wird bereitgestellt, welches die Schritte umfasst:

(1) Beschichten eines Trägers mit einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung; und
(2) Unterwerfen der Schleifmittelaufschlämmung Bedingungen, die ausreichend sind, um die Bindemittelvorstufe mindestens teilweise zu härten.

Eine Schleifmittelaufschlämmung kann durch ein herkömmliches Beschichtungsverfahren, wie zum Beispiel Walzbeschichten, Übertragungsbeschichten, Sprühen, Schmelzbeschichten, Curtain-Beschichten, Messerbeschichten oder Rotationsgravurbeschichten, auf die Vorderseite eines Trägers aufgetragen werden. Die Schleifmittelbeschichtung kann jede gewünschte Oberflächentopographie aufweisen. Zum Beispiel kann die Oberfläche glatt, texturiert oder strukturiert sein. Die Oberflächentopographie kann sich aus dem Beschichtungsverfahren ergeben, das verwendet wurde, um die Schleifmittelaufschlämmung aufzutragen (d. h. eine sinusformähnliche Topographie kann durch einen Rotationsgravurzylinder bereitgestellt werden), oder die Oberflächentopographie kann durch ein getrenntes Texturierverfahren erzeugt werden.
Nach dem Auftragen wird die Bindemittelvorstufe der Schleifmittelaufschlämmung typischerweise einer Energiequelle ausgesetzt, um die Bindemittelvorstufe zu einem Bindemittel umzuwandeln. Die Umwandlung der Bindemittelvorstufe zum Bindemittel ist typischerweise das Ergebnis eines Polymerisations-, Vernetzungs-, Gelier- oder Trocknungsverfahrens. Die Energiequelle kann eine Quelle thermischer Energie oder Strahlungsenergie, wie Elektronenstrahl, Ultraviolettlicht oder sichtbares Licht, sein. Die Gesamtmenge von Energie, die erforderlich ist, um die Bindemittelvorstufe zu einem Bindemittel umzuwandeln, ist abhängig von der chemischen Struktur der Bindemittelvorstufe und der Dicke und optischen Dichte der Schleifmittelaufschlämmung. Wenn thermische Energie verwendet wird, liegt die Ofentemperatur typischerweise im Bereich von 50°C bis 250°C, und die Aussetzzeit liegt typischerweise im Bereich von 15 Minuten bis 16 Stunden. Für Bindemittelvorstufen, die durch radikalische Polymerisation verfestigt werden, sollte der Energielevel der UV- oder sichtbaren Strahlung (beim Fehlen von Wärme) mindestens 100 Millijoule/cm², stärker bevorzugt 100 bis 700 Millijoule/cm² und besonders bevorzugt 400 bis 600 Millijoule/cm² betragen. Die ultraviolette Strahlung bezieht sich auf elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 200 bis 400 nm, vorzugsweise im Bereich von 250 bis 400 nm. Die sichtbare Strahlung bezieht sich auf elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 400 bis 800 nm und vorzugsweise im Bereich von 400 bis 550 nm.
Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl, einer Form von ionisierender Strahlung, kann bei einem Energielevel von 0,1 bis 10 Mrad, vorzugsweise bei einem Energielevel von 1 bis 10 Mrad, mit einem Beschleunigungspotential im Bereich von 150 bis 300 keV verwendet werden.
Die Schleifmittelbeschichtung umfasst typischerweise 1 bis 90 Gewichtsteile Schleifpartikel und 10 bis 99 Gewichtsteile Bindemittel. Vorzugsweise umfasst die Schleifmittelbeschichtung 30 bis 85 Teile Schleifpartikel und 15 bis 70 Teile Bindemittel. Stärker bevorzugt umfasst die Schleifmittelbeschichtung 40 bis 70 Teile Schleifpartikel und 30 bis 60 Teile Bindemittel.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt, welches die Schritte umfasst:

(1) Bereitstellen eines Fertigungswerkzeugs mit einer Hauptoberfläche, wobei die Hauptoberfläche eine Vielzahl von darin ausgebildeten, präzise geformten Vertiefungen aufweist;
(2) Befüllen der präzise geformten Vertiefungen mit einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung;
(3) Laminieren der Vorderseite eines Trägers auf die Oberfläche des Fertigungswerkzeugs, so dass mindestens ein Teil der Vorderseite des Trägers direkt mit der Oberfläche des Fertigungswerkzeugs in Kontakt ist; und
(4) Unterwerfen der Schleifmittelaufschlämmung Bedingungen, die ausreichend sind, um die Bindemittelvorstufe mindestens teilweise zu härten.

Das Fertigungswerkzeug von Schritt (1) hat eine Oberfläche (die eine Hauptfläche definiert), welche eine Vielzahl von Vertiefungen enthält, die sich als Vertiefungen von der Hauptfläche ausdehnen. Diese Vertiefungen definieren die inverse Form des Schleifverbundstoffs und sind für das Erzeugen der Form und der Anordnung der Schleifverbundstoffe verantwortlich. Die Vertiefungen können in jeder geometrischen Form bereitgestellt werden, die das Inverse einer geometrischen Form ist, welche für einen Schleifverbundstoff geeignet ist, wie zum Beispiel kubisch, zylinderförmig, prismatisch, hemisphärisch, rechteckig, pyramidal, pyramidenstumpfartig, konisch, kegelstumpfartig und pfostenartig mit einer flachen Oberseite. Die Maße der Vertiefungen sind so ausgewählt, dass die gewünschte Flächendichte der Schleifverbundstoffe erreicht wird. Vorzugsweise ist die Form der Vertiefungen so ausgewählt, dass sich der Oberflächenbereich des Schleifverbundstoffs vom Träger weg verringert. Die Vertiefungen können in einem punktartigen Muster vorliegen, wo angrenzende Vertiefungen oben aneinander stoßen.
Das Fertigungswerkzeug kann die Form eines Bandes, eines Flächengebildes, eines kontinuierlichen Flächengebildes oder eines kontinuierlichen Vlieses, einer Beschichtungswalze, wie einer Rotationsgravurwalze, einer Hülse, die an einer Beschichtungswalze angebracht ist, oder eines Formwerkzeugs annehmen. Das Fertigungswerkzeug kann aus Metall (z. B. Nickel), Metalllegierungen oder Kunststoff bestehen. Das Metallfertigungswerkzeug kann durch jedes herkömmliche Verfahren hergestellt werden, das einschließt, aber nicht beschränkt ist auf, Photolithographie, Rändeln, Gravieren, Abwälzfräsen, Elektroformung und Diamantdrehen.
Ein Fertigungswerkzeug, das aus thermoplastischem Material hergestellt wurde, kann von einem Vorlagenwerkzeug reproduziert werden. Wenn ein Fertigungswerkzeug von einem Vorlagenwerkzeug reproduziert wird, wird das Vorlagenwerkzeug mit dem Inversen des Musters bereitgestellt, welches für das Fertigungswerkzeug gewünscht ist. Das Vorlagenwerkzeug wird vorzugsweise aus einem Nickel-überzogenen Metall, wie Nickel-überzogenem Aluminium, Nickel-überzogenem Kupfer oder Nickel-überzogener Bronze hergestellt. Ein Fertigungswerkzeug kann von einem Vorlagenwerkzeug durch Pressen eines Flächengebildes aus thermoplastischem Material gegen das Vorlagenwerkzeug reproduziert werden, wobei das Vorlagenwerkzeug und/oder das thermoplastische Flächengebilde erwärmt wird, so dass das thermoplastische Material mit dem Muster des Vorlagenwerkzeugs geprägt wird. In einer anderen Ausführungsform kann das thermoplastische Material extrudiert oder direkt auf das Vorlagenwerkzeug gegossen werden. Das thermoplastische Material wird dann zum festen Zustand abgekühlt und wird dann vom Vorlagenwerkzeug getrennt, um ein Fertigungswerkzeug zu erzeugen. Das Fertigungswerkzeug kann gegebenenfalls eine Trennmittelbeschichtung enthalten, um einfachere Freisetzung des Schleifgegenstands zu ermöglichen. Beispiele von derartigen Trennmittelbeschichtungen schließen Silikone und Fluorchemikalien ein.
Bevorzugte Verfahren zur Herstellung von Fertigungswerkzeugen sind in US-A-5,435,816 (Spurgeon et al.), US-A-5,658,184 (Hoopman et al.) und in USSN 08/923,862 (Hoopman), eingereicht am 3. September 1997, offenbart.
In einem Aspekt dieses Verfahrens wird eine Schleifmittelaufschlämmung unter Verwendung eines herkömmlichen Beschichtungsverfahrens, wie zum Beispiel Walzbeschichten, Übertragungsbeschichten, Sprühen, Schmelzbeschichten, Vakuumschmelzbeschichten, Messerbeschichten, Curtain-Beschichten oder Rotationsgravurbeschichten, zuerst direkt auf die Vorderseite eines Trägers aufgetragen. Das Fertigungswerkzeug wird dann in Kontakt mit dem Schleifmittelaufschlämmung-beschichteten Träger gebracht, so dass die Schleifmittelaufschlämmung in die Vertiefungen des Fertigungswerkzeugs fließt. Druck kann durch eine Presswalze oder ein anderes geeignetes Verfahren angewendet werden, um die Schleifmittelaufschlämmung zu zwingen, in die Vertiefungen des Fertigungswerkzeugs zu fließen und diese zu füllen.
In einem bevorzugten Aspekt dieses Verfahrens werden die Vertiefungen durch Auftragen der Schleifmittelaufschlämmung direkt auf das Fertigungswerkzeug gefüllt. Dieses kann durch ein herkömmliches Beschichtungsverfahren, wie zum Beispiel Walzbeschichten, Übertragungsbeschichten, Sprühen, Schmelzbeschichten, Vakuumschmelzbeschichten, Messerbeschichten, Curtain-Beschichten oder Rotationsgravurbeschichten, erreicht werden. Der Träger wird dann in Kontakt mit der Außenfläche des Fertigungswerkzeugs gebracht, so dass das Schleifmittelaufschlämmung-beschichtete Fertigungswerkzeug die Oberfläche des Trägers benetzt. Druck kann durch eine Presswalze oder ein anderes geeignetes Verfahren angewendet werden, um die Schleifmittelbeschichtung gegen den Träger zu drücken, um die Adhäsion zwischen der Schleifmittelaufschlämmung und dem Träger zu verbessern.
Als nächstes wird die Bindemittelvorstufe mindestens teilweise gehärtet oder verfestigt. Dieses kann erreicht werden, indem die Schleifmittelaufschlämmung einer Energiequelle ausgesetzt wird. Die Energiequelle kann Wärme, Strahlungsenergie (d. h. Infrarot- oder sichtbare Strahlung) oder ein Elektronenstrahl sein. Vorzugsweise ist die Energiequelle Strahlungsenergie. Wenn das Fertigungswerkzeug aus einem Material hergestellt wird, das für sichtbare oder Ultraviolettstrahlung transparent ist (z. B. Polypropylen- oder Polyethylen-Thermoplast), dann kann sichtbares oder Ultraviolettlicht durch das Fertigungswerkzeug durchgelassen werden, um die Bindemittelvorstufe zu härten oder zu verfestigen. In diesem Schritt weisen die so erhaltene verfestigte Schleifmittelaufschlämmung oder die Schleifverbundstoffe das inverse Muster des Fertigungswerkzeugs auf. Im Anschluss an das Härten oder Verfestigen der Bindemittelvorstufe (d. h. Herstellung eines Bindemittels) wird der Träger, der die Schleifmittelbeschichtung daran gebunden hat, vom Fertigungswerkzeug getrennt.
In einer Variante des Verfahrens kann der Aufschlämmung-beschichtete Träger vor dem Härten oder Verfestigen der Bindemittelvorstufe vom Fertigungswerkzeug getrennt werden. Die Trennung vom Fertigungswerkzeug kann die Oberflächentopographie der Schleifmittelaufschlämmung verzerren, wodurch eine Oberflächentopographie erzeugt wird, welche unregelmäßig ist und den präzise geformten Vertiefungen im Fertigungswerkzeug nicht entspricht. Ferner kann nach Trennung vom Fertigungswerkzeug die Schleifmittelaufschlämmung fließen, so dass eine unregelmäßige Oberflächentopographie erzeugt wird. Die Oberflächentopographie der Aufschlämmung, die sich aus diesem Verfahren ergibt, kann von verschiedenen Faktoren abhängen, wie zum Beispiel den rheologischen Eigenschaften der Schleifmittelaufschlämmung, der Form der präzise geformten Vertiefungen im Fertigungswerkzeug, der Geschwindigkeit der Trennung des Trägers vom Fertigungswerkzeug, der Art des Trägers, der Art und Körnung der Schleifpartikel in der Schleifmittelaufschlämmung, der Temperatur der Schleifmittelaufschlämmung und des Fertigungswerkzeugs und dem Zeitraum zwischen Trennung des Trägers und Umwandlung der Bindemittelvorstufe zu einem Bindemittel. Sobald die Schleifmittelaufschlämmung vom Fertigungswerkzeug getrennt ist, wird sie dann gehärtet oder verfestigt.
Schleifgegenstände, die mit Verbundstoffpartikeln hergestellt wurden
Gemäß der vorliegenden Erfindung können Schleifgegenständen hergestellt werden, indem zuerst Schleifverbundstoffpartikel hergestellt werden, und dann die Schleifmittelverbundpartikel mit einer Beschichtung (d. h. eine Bindemittelschicht) oder einer Reihe von Beschichtungen (d. h. eine Bindemittelschicht und Deckschicht) auf die Vorderseite eines Trägers gebunden werden. Verbundstoffpartikel sind unterschiedliche, frei fließende, einzelne Teilchen, die eine gehärtete oder verfestigte Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung umfassen. Verbundstoffpartikel können in jeder gewünschten Form und/oder Größe hergestellt werden und können präzise geformt oder unregelmäßig geformt sein.
Ein typisches Herstellungsverfahren zur Herstellung von präzise geformten Schleifmittelverbundpartikeln unter Verwendung einer Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung ist in 6 veranschaulicht. Vorrichtung 70 umfasst eine Trägerbahn 72, welche von einer Abwickelstation 74 zugeführt wird. Die Abwickelstation 74 ist in Form einer Walze. Die Trägerbahn 72 kann aus einem Material, wie Papier, Gewebe, Polymerfolie, Vlies, vulkanisierter Faser, Kombinationen davon oder behandelten Versionen davon, sein. Das bevorzugte Material für die Trägerbahn 72 ist eine Polymerfolie, wie zum Beispiel eine Polyesterfolie. In 6 ist die Trägerbahn 72 für Strahlung transparent. Eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung 76 wird durch Schwerkraft aus einem Vorratsbehälter 78 auf eine Hauptoberfläche der Trägerbahn 72 zugeführt. Die Hauptoberfläche der Trägerbahn 72, die die Schleifmittelaufschlämmung 76 enthält, wird mittels einer Presswalze 82 gegen die Oberfläche eines Fertigungswerkzeugs 80 gezwungen. Die Oberfläche des Fertigungswerkzeugs 80, das mit der Trägerbahn in Kontakt ist, enthält präzise geformte Vertiefungen. Die präzise geformten Vertiefungen formen oder gestalten die präzise geformten Verbundstoffpartikel. Die Presswalze 82 hilft auch beim Zwingen der Schleifmittelaufschlämmung 76 in die Vertiefungen des Fertigungswerkzeugs 80. Die Schleifmittelaufschlämmung 76 wandert dann durch eine Härtungszone 83, wo sie einer Energiequelle 84 ausgesetzt wird, um die Bindemittelvorstufe mindestens teilweise zu härten oder zu verfestigen, um ein Bindemittel herzustellen. Als nächstes wird die Trägerbahn 72, die das verfestigte Bindemittel enthält, über eine Presswalze 86 geführt. Es muss ausreichende Adhäsion zwischen der Trägerbahn 72 und dem verfestigten Bindemittel geben, um ein nachfolgendes Entfernen des Bindemittels aus den Hohlräumen des Fertigungswerkzeugs 80 zu ermöglichen. Die Verbundstoffpartikel werden von der Trägerbahn 72 entfernt und in einem Behälter 90 gesammelt. Eine externe Vorrichtung 91 (z. B. Ultraschallenergie) kann verwendet werden, um bei der Freisetzung der Verbundstoffpartikel 88 von der Trägerbahn 72 zu helfen. Die Trägerbahn 72 wird dann an der Aufwickelstation 92 wiedergewonnen, so dass sie wiederverwendet werden kann. Die Aufwickelstation 92 ist in Form einer Walze.
Präzise geformte Verbundstoffpartikel können auch erzeugt werden, indem zum Beispiel eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung durch eine präzise geformte Öffnung oder Düse (d. h. eine dreieckige Düse) extrudiert, das Teilchen in Länge geschnitten und die Bindemittelvorstufe gehärtet oder verfestigt wird. Dieses Verfahren kann zur Herstellung von präzise geformten Verbundstoffpartikeln mit einer konstanten Querschnittsform geeignet sein.
Von anderen Verfahren zur Herstellung von präzise geformten Schleifmittelverbundpartikeln ist in US-A-5,500,273 (Holmes et al.) berichtet.
Es ist bevorzugt, dass die Größe der präzise geformten Schleifmittelverbundpartikel im Bereich von 0,1 bis 1500 μm, stärker bevorzugt von 0,1 bis 1000 μm liegt. Wie vorher angezeigt, entspricht die präzise Form Teilen der Oberfläche des Fertigungswerkzeugs, z. B. Vertiefungen, die in der Oberfläche des Fertigungswerkzeugs hergestellt sind. Die präzise Form ist den Bindemittelvorstufen zuzuschreiben, die in den Vertiefungen des Fertigungswerkzeugs mindestens teilweise gehärtet oder verfestigt werden. Es kann jedoch kleinere Unvollkommenheiten in den Teilchen geben, die eingeführt werden, wenn die Teilchen aus den Hohlräumen entfernt werden. Die präzise Form kann jede geometrische Form sein, wie zum Beispiel ein Kegel, dreieckiges Prisma, Zylinder, Pyramide, Hemisphäre und ein Körper mit zwei gegenüberliegenden polygonalen Flächen, die durch einen konstanten oder variierenden Abstand getrennt sind (d. h. ein polygonales Plättchen). Pyramiden weisen vorzugsweise Grundflächen mit drei oder vier Seiten auf. Der Schleifgegenstand kann verschiedene Schleifpartikel mit verschiedenen Formen enthalten.
Es liegt auch im Bereich dieser Erfindung, unregelmäßig geformte Verbundstoffpartikel zu erzeugen. Wenn zum Beispiel die Bindemittelvorstufe in den Vertiefungen des Fertigungswerkzeugs nicht ausreichend gehärtet oder verfestigt wird (d. h. nicht „fest" ist) fließt die Bindemittelvorstufe, nachdem die Verbundstoffpartikel entfernt worden sind. Die Form der so erhaltenen Verbundstoffpartikel entspricht deshalb nicht der Form der Vertiefungen. Der Grad, zu welchem die Teilchen fließen oder sich von ihrer anfänglichen, präzisen Form verformen, kann von solchen Faktoren abhängen, wie z. B. der Rheologie der Schleifmittelaufschlämmung, dem Grad der Härtung, dem Zeitraum zwischen Entfernen aus den Vertiefungen und der schließlichen Härtung oder Verfestigung der Bindemittelvorstufe. Unregelmäßig geformte Verbundstoffpartikel können auch erzeugt werden, indem eine Schleifmittelaufschlämmung der vorliegenden Erfindung zuerst gehärtet oder verfestigt wird, und die gehärtete Aufschlämmung dann zerkleinert wird, um einzelne unregelmäßig geformte Verbundstoffpartikel herzustellen. Die Teilchen können größenklassiert werden, um Industriestandards, wie ANSI-Standards, zu entsprechen.
Ein Schleifgegenstand, der Verbundstoffpartikel verwendet, kann gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Ein Träger mit einer Vorderseite und einer Rückseite wird bereitgestellt. Die Vorderseite des Trägers wird mit einer ersten härtbaren Beschichtung beschichtet, allgemein als Bindemittelschicht bezeichnet. Die Verbundstoffpartikel werden dann auf die erste härtbare Beschichtung aufgetragen oder aufgebracht. Die Verbundstoffpartikel können tropf- oder elektrostatisch aufgetragen werden. In einer anderen Ausführungsform können die Verbundstoffpartikel auf dem Träger in einer bestimmten Richtung orientiert sein. Im Fall von präzise geformten Schleifverbundstoffpartikeln mit den Formen von Pyramiden, Kegeln und Prismen (z. B. dreieckige Prismen) können die Teilchen so orientiert sein, dass ihre Grundflächen zum Träger weisen und ihre Spitzen vom Träger weg weisen, wie in 4, oder sie können so orientiert sein, dass ihre Spitzen zum Träger weisen und ihre Grundflächen vom Träger weg weisen, wie es vier der Teilchen in 5 tun. Hinsichtlich Pyramiden und Kegel ist die Spitze, auf die sich bezogen wird, die gewöhnliche Spitze. Die erste härtbare Beschichtung wird dann verfestigt oder gehärtet, um die Teilchen an den Träger anzuhaften. Gegebenenfalls kann eine zweite härtbare Beschichtung auf die Verbundstoffpartikel aufgebracht werden und dann verfestigt oder gehärtet werden, um eine Deckschicht herzustellen. Die zweite härtbare Beschichtung kann vor oder nach dem Verfestigen oder Härten der ersten härtbaren Beschichtung aufgebracht werden. Die Deckschicht bindet ferner die Schleifpartikel an den Träger. Gegebenenfalls können weitere Schichten, wie eine Überschicht, auf die Verbundstoffpartikel und die Deckschicht aufgebracht werden.
Die ersten und zweiten härtbaren Beschichtungen (d. h. Bindemittelschicht und Deckschicht) umfassen ein härtbares Harz und optionale Zusatzstoffe. Beispiele von Harzen, die für diese Erfindung geeignet sind, schließen Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Epoxyharze, Acrylatharze, acrylierte Isocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Isocyanuratharze, acrylierte Urethanharze, Vinyletherharze, acrylierte Epoxyharze und Kombinationen davon ein. Optionale Zusatzstoffe schließen Füllstoffe, Fasern, Gleitmittel, Benetzungsmittel, grenzflächenaktive Mittel, Pigmente, Farbstoffe, Haftvermittler, Weichmacher und Suspensionsmittel ein. Beispiele von Füllstoffen schließen Talkum, Calciumcarbonat, Calciummetasilikat, Siliziumdioxid und Kombinationen davon ein. Die Mengen dieser Materialien sind so ausgewählt, dass sie die gewünschten Eigenschaften bereitstellen. Die Bindemittelschicht und die Deckschicht können dieselbe Formulierung oder eine verschiedene Formulierung sein.
Die in den nachstehenden Beispielen hergestellten und verwendeten Schleifgegenstände wurden gemäß des allgemeinen Verfahrens zur Herstellung eines Schleifgegenstands hergestellt, und die Schleifgegenstände wurden gemäß der nachstehend beschriebenen Testverfahren getestet.
Beispiele

Die folgenden nicht-beschränkenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung weiter. Alle Teile, Prozentsätze, Verhältnisse usw. in den Beispielen beziehen sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben. Die folgenden Abkürzungen werden überall verwendet:

AO	Schleifpartikel aus geschmolzenem Aluminiumoxid;
ASF	amorpher Siliziumdioxidfüllstoff im Handel erhältlich von Degussa Corp. unter der Handelsbezeichnung „OX-50";
BSiC	Schleifpartikel aus schwarzem Siliziumcarbid;
CAO	Schleifpartikel aus durch Eisenoxid-Keimen gebildetes Solgel-Aluminiumoxid, bestehend aus ungefähr 94,4% α-Aluminiumoxid, 1,1% Eisenoxid und 4,5% MgO;
FAZ	Schleifpartikel aus geschmolzenem Aluminiumoxid-Zirkondioxid;
GSiC	Schleifpartikel aus grünem Siliziumcarbid;
KBF₄	Kaliumtetrafluoroborat;
PH2	2-Benzyl-2-N,N-dimethylamino-4-(4-morpholinophenyl)-1-butanon, im Handel erhältlich von Ciba Geigy Corp. unter der Handelsbezeichnung „IRGACURE 369";
PH3	Phosphinoxid, Phenyl-bis-(2,4,6-trimethylbenzoyl), im Handel erhältlich von Ciba Geigy Corp. unter der Handelsbezeichnung „IRGACURE 819";
PRO	ein Gemisch aus 70/30 TMPTA/TATHEIC mit 1% PH2;
SCA	Silanhaftmittel, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, im Handel erhältlich von Union Carbide unter der Handelsbezeichnung „A-174";
TATHEIC	Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat, im Handel erhältlich von Sartomer Co., unter der Handelsbezeichnung „SR368";
TMPTA	Trimethylolpropantriacrylat, im Handel erhältlich von Sartomer unter der Handelsbezeichnung „SR351".

Allgemeines Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands
Das folgende allgemeine Verfahren wurde verwendet, um die strukturierten Schleifgegenstände herzustellen, von denen in den Beispielen 1–16 und Vergleichsbeispiel A berichtet wird. Ein Fertigungswerkzeug, das präzise geformte Vertiefungen darin aufweist, wurde verwendet, um die Schleifverbundstoffe herzustellen. Jeder Verbundstoff war allgemein die inverse Form der Vertiefung. Jeder Verbundstoff war eine vierseitige Pyramide, die 533 μm (21 Millizoll) hoch war und eine 1371 μm (54 Millizoll) lange Basis aufwies. Das Werkzeug wurde durch ein Rändelverfahren gemäß den Lehren von WO-A-97/12727 (Hoopman et al.) erzeugt.
Zuerst wurde eine Schleifmittelaufschlämmung, die eine Bindemittelvorstufe umfasst, durch gründliches Mischen der Ausgangsmaterialien, wie in einem Hochschermischer aufgeführt, erzeugt. Die Schleifmittelaufschlämmung wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 Metern/Minute (50 ft/min) mit einem Messerbestreicher unter Verwendung einer Lücke zwischen 430–557 μm (17–22 Millizoll) direkt auf einen X-Gewicht-Polybaumwollstoffträger (mit einer Latex/Phenolträgerbehandlung) aufgetragen.
Zunächst wurde das Fertigungswerkzeug mit der Kraft einer Gummipresswalze gegen die Aufschlämmung gepresst, so dass die Aufschlämmung die Vertiefungen des Fertigungswerkzeugs füllte. UV-/sichtbare Strahlung mit einer Dosierung von etwa 236 Watt/cm (600 Watt/Zoll), erzeugt durch eine „D"-Birne, erhältlich von Fusion Systems, wurde durch das Werkzeug und in die Schleifmittelaufschlämmung durchgelassen. Die UV-/sichtbare Strahlung initiierte die Polymerisation der Bindemittelvorstufe und ergab die Schleifmittelaufschlämmungerzeugenden Schleifverbundstoffe, welche am Stoffsubstrat angehaftet wurden. Das beschichtete Schleifprodukt wurde 12 Stunden lang bei 115°C (240°F) nachgehärtet, um die Trägerbehandlung zu härten.
Allgemeines Verfahren zur Herstellung präzise geformter Verbundstoffpartikel und eines Schleifgegenstands
Das folgende allgemeine Verfahren, besonders beschrieben in US-A-5,500,273 (Holmes et al.), wurde verwendet, um die präzise geformten Verbundstoffpartikel herzustellen, von denen in den Beispielen 17 und 18 berichtet wurde.
Das Fertigungswerkzeug und das Verfahren zur Herstellung des Werkzeugs sind in US-A-5,435,816 (Spurgeon et al.) und WO-A-97/12727 (Hoopman et al.) beschrieben. Die präzise geformten Schleifmittelverbundpartikel waren 762 μm (30 Millizoll) hohe, vierseitige Pyramiden, die in einem Fertigungswerkzeug hergestellt wurden, welches unter Verwendung der Rändellehren von WO-A-97/12727 hergestellt wurde.
Zuerst wurde eine Schleifmittelaufschlämmung, die eine Bindemittelvorstufe umfasst, durch gründliches Mischen der Ausgangsmaterialien in einem Hochschermischer erzeugt. Die Schleifmittelaufschlämmung wurde auf eine 130 μm (5 Millizoll) dicke Polyesterfolie, die mit einem Ethylenacrylsäure-Copolymer grundiert wurde, unter Verwendung eines Messerbeschichters mit einer 533 μm-Lücke aufgetragen, der mit einer Geschwindigkeit von etwa 15,24 Metern/Minute (50 ft/min) läuft. Als nächstes wurde das Fertigungswerkzeug mittels einer Walze gegen die Aufschlämmung gepresst, so dass die Schleifmittelaufschlämmung die Vertiefungen des Fertigungswerkzeugs füllte. UV-/sichtbare Strahlung mit einer Dosierung von etwa 236 Watt/cm (600 Watt/Zoll), erzeugt durch zwei „D"-Birnen, erhältlich von Fusion Systems, wurde durch das Werkzeug und in die Schleifmittelaufschlämmung durchgelassen. Die UV-/sichtbare Strahlung initiierte die Polymerisation der Bindemittelvorstufe und ergab die Schleifmittelaufschlämmung-erzeugenden präzise geformten Schleifverbundstoffpartikel, welche am Foliensubstrat angehaftet wurden.
Schließlich wurde der Schleifpartikelaufbau vom Fertigungswerkzeug getrennt, und die präzise geformten Schleifmittelverbundpartikel wurden durch ein Ultraschallhorn (oszillierte bei einer Frequenz von 19.100 Hz und bei einer Amplitude von etwa 130 μm) vom Folienträger entfernt, so dass einzelne, frei fließende Teilchen erhalten wurden. Alle Teilchen, welche nicht einzeln waren, wurden durch eine Gummiwalze geleitet, um alle agglomerierten Teilchen zu zerbrechen.
Streifen von beschichteten Schleifgegenständen wurden mit dem folgenden allgemeinen Verfahren erzeugt. Eine herkömmliche Calciumcarbonat-gefüllte Phenolharz-Bindemittelschicht wurde mit einem Schmelzbeschichter bei einem Gewicht von ungefähr 0,0266 g/cm² (2,75 g/16 in²) auf einen 350 g/cm²-Phenol/Latex-behandelten Polyester/Baumwoll-Träger aufgebracht. Als nächstes wurden die präzise geformten Schleifverbundstoffpartikel mit einem Gewicht von ungefähr 0,0774 g/cm² (8 g/16 in²) auf die Bindemittelschicht tropfenförmig aufgetragen, um eine geschlossene Schicht zu erzeugen. Phenolharz wurde auf die Teilchen mit einem Farbpinsel aufgebracht, um eine Deckschicht bereitzustellen. Das ungefähre Gewicht der Deckschicht wird in jedem Beispiel berichtet. Die beschichteten Schleifbänder wurden in einem Konvektionsofen 90 Minuten lang bei 93°C (200°F) und dann 10 Stunden lang bei 110°C (230°F) erwärmt.
Die beschichteten Schleifgegenstände wurden unter Verwendung eines Schwingtrommeltests getestet. Ein 6 cm × 23 cm-Streifen eines Schleifgegenstands wurde auf einer Trommel mit einem Durchmesser von 30,5 cm (12 Zoll) angeordnet, und eine Kraft von entweder 3,63 kg (8 lbs) oder 4,54 kg (10 lbs) presste ein 0,476 cm × 0,476 cm × 15,24 cm (3/16 Zoll × 3/16 Zoll × 6 Zoll)-1018 Flussstahl-Werkstück auf und gegen den Schleifgegenstand. Der Schleifgegenstand wurde 1000 Zyklen lang mit einer Geschwindigkeit von einem Zyklus pro Sekunde über eine Gesamtentfernung von 25 cm (10 Zoll) pro Zyklus hin- und herbewegt.
Das Metall, das vom Werkstück entfernt wurde, wurde gemessen, und von den Ergebnissen wird in Tabelle 3 für jeden Durchlauf berichtet (1 Durchlauf = 1000 Zyklen).
Beispiele 1–7 und Vergleichsbeispiele A & B
Die Beispiele 1–7 waren strukturierte Schleifgegenstände der vorliegenden Erfindung. Die Beispiele 1–7 wurden durch Mischen von 24,64 Teilen PRO, 0,85 Teilen SCA, 0,85 Teilen ASF, 31,16 Teilen KBF₄ und 42,5 Teilen BSiC (FEPA-Körnung P-100 mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 243 μm) und AO (ANSI-Körnung 320 mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 45 μm), gemischt, wie in Tabelle 1 gezeigt, hergestellt. Die Beispiele 1–7 wurden, wie im Allgemeinen Verfahren I beschrieben, verarbeitet.
Vergleichsbeispiel A war ein strukturiertes Schleifband, im Handel erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Co. (St. Paul, MN), nachstehend bezeichnet als „3M", unter der Handelsbezeichnung „TRIZACT 407EA A110". Dieser Schleifgegenstand bestand aus 42,5 Teilen GSiC (FEPA-Körnung P-180 mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 110 μm) und 24,64 Teilen PRO, 0,85 Teilen SCA, 0,85 Teilen ASF und 31,16 Teilen KBF₄.
Vergleichsbeispiel B war ein herkömmliches beschichtetes Schleifband, im Handel erhältlich von 3M unter der Handelsbezeichnung „Regalloy". Die Schleifpartikel in diesem Band waren CAO, FEPA-Körnung P-80 mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 260 μm.
Die beschichteten Schleifgegenstände wurden unter Verwendung eines Schwingtrommeltests getestet. Ein 6 cm × 23 cm-Streifen eines Schleifgegenstands wurde auf einer Trommel mit einem Durchmesser von 30,5 cm (12 Zoll) angeordnet, und eine Kraft von 4,54 kg (10 lbs) presste ein 0,476 cm × 0,476 cm × 15,24 cm (3/16 Zoll × 3/16 Zoll × 6 Zoll)-1018 Flussstahl-Werkstück auf und gegen den Schleifgegenstand. Der Schleifgegenstand wurde 300 Zyklen lang mit einer Geschwindigkeit von einem Zyklus pro Sekunde über eine Gesamtentfernung von 25 cm (10 Zoll) pro Zyklus hin- und herbewegt. Die Menge des Dickeverlustes durch die Schleifverbundstoffe wurde mit einem Mikrometer gemessen, und von den Ergebnissen wird in Tabelle 1 berichtet; die Dicke des Schleifgegenstands wurde vor dem Testen an vier Stellen gemessen und dann wieder nach den 300 Zyklen, und der Unterschied wurde berechnet.
Die beschichteten Schleifgegenstände wurden ferner unter Verwendung eines Tests von Hand getestet. Der Schleifgegenstand wurde zu einem 7,6 cm × 335 cm (3 × 132 Zoll)-Endlosband umgewandelt und auf einem Flächenschleifer mit gleichmäßige Belastung getestet. Ein Golfschlägerkopf aus rostfreiem Stahl wurde in einen Halter montiert. Das Band wurde auf einem Kontaktrad (Matchless Diamond Cross Cut Type A, 7,6 cm mal 35,5 cm) montiert, und wurde bei etwa 2285 Metern pro Minute gedreht. Der Golfschlägerkopf wurde geschliffen, während er vom Bediener mit der Hand festgehalten wurde. Es wurde kein Gleitmittel verwendet.
Tabelle 1 Ergebnisse der Mineralmenge im Gemisch beim Zusammenbrechen (breakdown)
Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen an, dass die Schleifleistung von Hand durch das Verhältnis der Schleifpartikel beeinflusst wurde. Beispiel 1 stellte eine feinere Oberfläche bereit als Vergleichsbeispiel A mit einer ähnlichen Schnittrate, sogar wenn die Mineralgröße von Beispiel 1 größer war als die Mineralgröße in Vergleichsbeispiel A. Wenn die kleinere Teilchengröße größer als 50% der Gesamtschleifpartikel war, war das Produkt sehr hart, um zusammenzubrechen, und schnitt nicht gut (d. h. es glasierte über). Wenn das größere Teilchengrößenmineral bei 90% oder mehr vorlag, wies das beschichtete Schleifmittel eine sehr schlechte Lebensdauer auf und brach sehr schnell zusammen.
Beispiel 4 wurde ferner verwendet, um Titanschweißnähte an den Sohlen von Titangolfschlägerköpfen zu entfernen. Es war unerwartet, dass Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung Oberflächenbeschaffenheiten bereitstellte, die Vergleichsbeispiel A ähnlich sind, welches Schleifpartikel aufwies, die mehrere Körnungen feiner waren, und eine vergleichbare Schnittrate und eine entsprechende Lebensdauer wie Vergleichsbeispiel B aufwies, welches etwas gröbere Schleifpartikel aufwies.
Beispiele 8–16
Die Beispiele 8-16 waren strukturierte Schleifgegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden. Die Beispiele 8–16 wurden durch Mischen von 23,32 Teilen PRO, 0,81 Teilen SCA, 0,81 Teilen ASF, 34,95 Teilen KBF₄ und 40,21 Teilen Schleifpartikel hergestellt, wie in Tabelle 2 gezeigt. Die Beispiele 8–16 wurden, wie im Allgemeinen Verfahren I beschrieben, verarbeitet.
Die Schleifgegenstände wurden auf der Schwingtrommel und mit Tests von Hand getestet, und von den Ergebnissen ist in Tabelle 2 berichtet.
Tabelle 2
Für die Beispiele 8, 9 und 10 wies der BSiC die FEPA-Körnung P-80 mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 200 μm auf. Für die Beispiele 1 bis 16 wies sowohl der CAO als auch der AO die FEPA-Körnung P-100 mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 243 μm auf. Für die Beispiele 8 und 11–16 wies der AO die FEPA-Körnung F-320 mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 45 μm auf. Für Beispiel 9 wies der AO die FEPA-Körnung F-240 mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 65 μm auf, und für Beispiel 10 wies der AO die FEPA-Körnung F-220 mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 80 μm auf.
Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen an, dass andere Mineralien mit dieser Erfindung verwendet werden können. Auch wenn die Größe des großen Minerals zunimmt, muss auch die Größe des kleineren Minerals zunehmen. Noch einmal, die Schleifleistung ist am besten, wenn der Prozentsatz von der größeren Mineralgröße größer ist als die kleinere Mineralgröße.
Beispiele 17 und 18
Die Beispiele 17 und 18 waren Schleifgegenstände, die präzise geformte Schleifverbundstoffpartikel umfassen, wobei die Verbundstoffpartikel gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden (Beispiel 18 liegt nicht in den vorliegenden Ansprüchen). Die Schleifverbundstoffpartikel der Beispiele 17 und 18 wurden durch Mischen von 0,8 Teilen ASF, 0,8 Teilen SCA, 35,1 Teilen KBF₄, 0,2 Teilen PH2, 17,3 Teilen TMPTA und 7,4 Teilen TATHEIC, 0,2 Teilen PH3, 19,1 Teilen BSiC und 19,1 Teilen FAZ hergestellt. Für Beispiel 17 wies der BSiC die FEPA-Körnung P-80 (mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 200 μm) auf, und wies der FAZ die FEPA-Körnung P-240 (mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 65 μm) auf. Für Beispiel 18 wies der BSiC die FEPA-Körnung P-60 (mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 260 μm) auf, und wies der FAZ die FEPA-Körnung P-180 (mit einer mittleren Teilchengröße oder D₅₀ von ungefähr 100 μm) auf.
Die Beispiele 17 und 18 wurden auf dem Schwingtrommeltest getestet, und der Gewichtsverlust durch das Werkstück wurde alle 1000 Zyklen gemessen (1 Durchlauf = 1000 Zyklen). Von den Ergebnissen wird in Tabelle 3 berichtet.
Tabelle 3

Claims

Schleifgegenstand (20; 30; 40), umfassend: einen Träger (22; 32; 42) mit einer Vorder- und einer Rückseite; eine Schleifmittelbeschichtung (23), die an die Vorderseite des Trägers (22; 32; 42) gebunden ist, wobei die Schleifmittelbeschichtung, die aus einer Schleifmittelaufschlämmung erhalten wurde, umfasst: eine Bindemittelvorstufe (24; 39; 52); eine Vielzahl von Schleifpartikeln, die eine Mohs-Härte von 7 oder mehr aufweisen, die in der Bindenmittelvorstufe dispergiert sind, wobei die Vielzahl der Schleifpartikel mindestens umfassen: Schleifpartikel mit einer ersten Körnung (26; 38; 54), die eine erste mittlere Teilchengröße aufweisen; und Schleifpartikel mit einer zweiten Körnung (28; 36; 55), die eine zweite mittlere Teilchengröße aufweisen, wobei die ersten und die zweiten mittleren Teilchengrößen im Bereich von 1 bis 250 Mikrometer liegen; und wobei die erste und die zweite Körnung der Schleifpartikel ein mittleres Teilchengrößenverhältnis von 2 oder mehr aufweisen.
Schleifgegenstand (20; 30; 40) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Schleifpartikel eine Mohs-Härte von 8 oder mehr aufweisen.
Schleifgegenstand (20; 30; 40) nach Anspruch 2, wobei das mittlere Teilchengrößenverhältnis 3 oder größer ist.
Schleifgegenstand (30) nach Anspruch 1, wobei die Schleifmittelbeschichtung als strukturierte Schleifmittelbeschichtung bereitgestellt ist, umfassend eine Anordnung von präzise geformten Schleifverbundstoffen (35), wobei jeder Verbundstoff (35) eine Vielzahl von Schleifpartikeln (38; 36) aufweist, die in einer Bindemittelvorstufe (39) dispergiert sind.
Schleifgegenstand (40) nach Anspruch 1, wobei die Schleifmittelbeschichtung als Vielzahl von präzise geformten Verbundstoffpartikeln (44) bereitgestellt ist, die an dem Träger (42) durch eine Bindemittelschicht (46) anhaften.
Schleifgegenstand (20; 30; 40) nach Anspruch 2, wobei die ersten Schleifpartikel eine Größe im Bereich von 100 bis 250 Mikrometer aufweisen und die zweiten Schleifpartikel eine Größe im Bereich von 1 bis 80 Mikrometer aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Fertigungswerkzeugs mit einer Hauptoberfläche, wobei die Hauptoberfläche eine Vielzahl von darin ausgebildeten, präzise geformten Vertiefungen aufweist; b) Befüllen der präzise geformten Vertiefungen mit einer Schleifmittelaufschlämmung, umfassend: eine Bindemittelvorstufe; eine Vielzahl von Schleifpartikeln, die eine Mohs-Härte von 7 oder mehr aufweisen und statistisch in dem Bindemittel dispergiert sind, wobei die Vielzahl der Schleifpartikel mindestens umfasst: eine erste Körnung von Schleifpartikeln, die eine erste mittlere Teilchengröße aufweisen; und eine zweite Körnung von Schleifpartikeln, die eine zweite mittlere Teilchengröße aufweisen, wobei die ersten und die zweiten mittleren Teilchengrößen im Bereich von 1 bis 250 Mikrometer liegen; und wobei die erste und die zweite Körnung der Schleifpartikel ein mittleres Teilchengrößenverhältnis von 2 oder mehr aufweisen. c) Bereitstellen eines Trägers, der eine Vorder- und ein Rückseite aufweist; d) Laminieren der Vorderseite des Trägers auf die Oberfläche des Fertigungswerkzeugs, so dass mindestens ein Teil der Vorderseite des Trägers direkt mit der Oberfläche des Fertigungswerkzeugs in Kontakt ist; und e) Unterwerfen der Schleifmittelaufschlämmung Bedingungen, die ausreichend sind, um die Bindemittelvorstufe mindestens teilweise zu härten.
Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Fertigungswerkzeugs mit einer Hauptoberfläche, wobei die Hauptoberfläche eine Vielzahl von darin ausgebildeten, präzise geformten Vertiefungen aufweist; b) Befüllen der präzise geformten Vertiefungen mit einer Schleifmittelaufschlämmung, umfassend: eine Bindemittelvorstufe; eine Vielzahl von Schleifpartikeln, die eine Mohs-Härte von 7 oder mehr aufweisen und statistisch in dem Bindemittel dispergiert sind, wobei die Vielzahl der Schleifpartikel mindestens umfasst: eine erste Körnung von Schleifpartikeln, die eine erste mittlere Teilchengröße aufweisen; und eine zweite Körnung von Schleifpartikeln, die eine zweite mittlere Teilchengröße aufweisen, wobei die ersten und die zweiten mittleren Teilchengrößen im Bereich von 1 bis 250 Mikrometer liegen; und wobei die erste und die zweite Körnung der Schleifpartikel ein mittleres Teilchengrößenverhältnis von 2 oder mehr aufweisen; c) Unterwerfen der Schleifmittelaufschlämmung Bedingungen, die ausreichend sind, um die Bindemittelvorstufe so zu härten, dass präzise geformte Schleifmittelverbundpartikel gebildet werden; d) Bereitstellen eines Trägers, der eine Vorderseite aufweist; und e) Anhaften einer Vielzahl der präzise geformten Schleifmittelverbundpartikel auf der Vorderseite des Trägers.
Schleifmittelaufschlämmung, geeignet für die Verwendung zur Herstellung von Schleifgegenständen, wobei die Schleifmittelaufschlämmung umfasst: eine durch Strahlung härtbare Bindemittelvorstufe; einen Härter; eine Vielzahl von Schleifpartikeln mit einer Mohs-Härte von 7 oder mehr, die in der Bindemittelvorstufe dispergiert sind, wobei die Vielzahl der Schleifpartikel mindestens umfasst: eine erste Körnung von Schleifpartikeln, die eine erste mittlere Teilchengröße aufweisen; und eine zweite Körnung von Schleifpartikeln, die eine zweite mittlere Teilchengröße aufweisen, wobei die ersten und die zweiten mittleren Teilchengrößen im Bereich von 1 bis 250 Mikrometer liegen; und wobei die erste und die zweite Körnung der Schleifpartikel ein mittleres Teilchengrößenverhältnis von 2 oder mehr aufweisen.
Schleifgegenstand (20; 30; 40) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Schleifpartikel eine Größenverteilung aufweisen, die mindestens zwei unterschiedliche Glockenkurven enthalten.