DE69903841T2

DE69903841T2 - Schleifband mit einem nahtlosen träger

Info

Publication number: DE69903841T2
Application number: DE69903841T
Authority: DE
Inventors: J. Keipert; R. Kirk; G. Larson
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1998-09-15
Filing date: 1999-08-02
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2019-08-03
Also published as: US20020098323A1; WO2000015390A1; AU5331999A; EP1113903B1; DE69903841D1; EP1113903A1; JP2002524616A; US6465076B2

Description

Hintergrund

Die vorliegende Erfindung betrifft nahtlose Träger für nahtlose beschichtete Schleifgegenstände. Ausserdem betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung nahtloser Träger und nahtloser beschichteter Schleifgegenstände.
In beschichteten Schleifgegenständen verwendete Träger oder Unterlagen werden typischerweise aus Papier, Polymermaterialien, Stoff, Vliesmaterialien, vulkanisiertem Papier oder Kombinationen dieser Materialien hergestellt. Viele dieser Materialien stellen für bestimmte Anwendungen unerwünschte Träger zur Verfügung, weil sie keine ausreichende Festigkeit, Flexibilität oder Schlagfestigkeit besitzen. Ausserdem altem einige dieser Materialien zu schnell, was unerwünscht ist. Überdies sind einige dieser Materialien empfindlich gegenüber Flüssigkeiten, die als Kühlmittel und Schneidflüssigkeit verwendet werden. Demgemäß kann bei bestimmten Anwendungen frühes Versagen und schlechte Funktionsfähigkeit auftreten.
In einem typischen Herstellungsverfahren wird ein beschichteter Schleifgegenstand hergestellt, indem ein vorgeformter Träger in Form eines kontinuierlichen Netzes durch eine Reihe von Beschichtungs- und Aushärtschritten geschleust wird, wobei Bindemittelschichten und Schleifteilchen aufgebracht werden. Das beschichtete Netz wird dann in eine gewünschte Konstruktion, wie ein Blatt, eine Scheibe, ein Band oder ähnliches, überführt. Eine verwendbare Konstruktion eines beschichteten Schleifgegenstandes ist ein endloses beschichtetes Schleifband (d. h. eine kontinuierliche Schlaufe aus beschichtetem Schleifmaterial). Zur Erzeugung eines solchen Endlosbandes wird die Netzform typischerweise zu einem langen, dünnen Streifen mit gewünschter Breite und Länge geschnitten. Die Enden des langen, dünnen Streifens werden dann zusammengefügt, um eine Verbindungsstelle oder Klebestelle zu erzeugen. Zwei Arten von Klebestellen sind in endlosen Schleifbändern üblich. Dies sind die Überlappungsverklebung und die Stoßverklebung.
Obwohl endlose beschichtete Schleifbänder, die eine Verklebung im Träger enthalten, heute in der Industrie weitverbreitete Verwendung finden, leiden diese Produkte unter einigen Nachteilen, die der Verklebung zuzuschreiben sind. Zum Beispiel ist die Verklebung im allgemeinen dicker als das restliche beschichtete Schleifband, selbst wenn die im allgemeinen verwendeten Klebeverfahren Versuche beinhalten, diese Dickenvariation entlang der Länge des Bandes zu minimieren. Das kann dazu führen, dass ein Bereich auf dem Werkstück eine rauhere Oberflächenbeschaffenheit aufweist als des restliche Werk stück, was höchst unerwünscht ist, besonders bei Hochpräzisionsschleifanwendungen. Zum Beispiel wird Holz in Bereichen mit rauherer Oberflächenbeschaffenheit dunkler gefärbt als das restliche Holz. Die Verklebung kann auch der schwächste Bereich oder die schwächste Verbindung im beschichteten Schleifband sein. In Extremfällen kann die Verklebung vorzeitig, vor vollständiger Ausnutzung des beschichteten Schleifbandes, brechen, was nicht nur eine Vergeudung, sondern auch eine potentielle Gefährdung darstellt. Es wurden daher oft Bänder mit laminierten Mitläufergeweben oder Trägem hergestellt, um zusätzliche Festigkeit und Unterstützung zu gewährleisten. Solche Bänder können vergleichsweise teuer sein und, unter bestimmten Bedingungen, zu einer Trennung der laminierten Schichten neigen. Ausserdem können Schleifmaschinen, in denen ein beschichtetes Schleifband verwendet wird, Probleme haben, das Band richtig in der Spur zu halten und auszurichten, da die Verklebung eine Diskontinuität im beschichteten Schleifband verursacht. Ausserdem kann der verklebte Bereich unerwünscht steifer als das restliche Band sein, und Bänder mit einer solchen Verklebung können unerwünschte "Klappermarken" auf dem Werkstück hinterlassen. Schließlich erhöht die Verklebung im Bandträger die Unkosten im Herstellungsverfahren für beschichtete Schleifbänder beträchtlich.
Es gibt bekannte Verfahren zur Herstellung nahtloser Schleifbänder. Zum Beispiel offenbart Ball (U.S. Patentschrift Nr. 2,404,207) Bänder, die mittels eines Verfahren hergestellt werden, das ein um Trägerwalzen laufendes Trägerband nutzt. Ein Kamm entfernt eine gestrichene Membran von einer Abstreifrolle, um so die gestrichene Membran auf dem rotierenden Trägerband abzulagern. Demgemäß werden Schichten einer gestrichenen Membran zunehmend auf einer Umfangsoberfläche des Trägerbandes abgelagert, während das Trägerband um die Trägerwalzen rotiert. Die gestrichene Membran kann Fasermaterialien umfassen, so dass Schichten aus Fasermaterialien ein Netz um das Trägerband erzeugen. Eine Presswalze wird verwendet, um das Netz zu verdichten und mit einem Klebstoffbindemittel zu imprägnieren. Schleifteilchen können durch zwei verschiedene Steuertrichter auch auf dem Trägerband verteilt werden.
Die am 8. Juli 1993 veröffentlichte Internationale PTC Veröffentlichung Nr. WO 93/12911 offenbart beschichtete Schleifmittel, in denen faserverstärkte Polymerträger verwendet werden. Bei der Herstellung des Trägers werden die Fasern von einem Polymer umschlossen, und in Abhängigkeit von der Polymerchemie erstarrt das Polymer dann oder wird gehärtet. Schleifteilchen werden dann durch eine anschließende, auf den Träger aufgebrachte, Harzbeschichtung (manchmal als Grundbeschichtung bezeichnet), typischerweise ein Resolphenolharz, auf den Träger geklebt. Die Verfahren zur Herstellung der faserverstärkten Träger sind im wesentlichen Batchverfahren.
In der U.S.-Patentschrift Nr. 5,681,612 (Benedict et al.) wird über Verfahren zur Herstellung endloser, flexibler, nahtloser Schleifträger berichtet, die ein organisches Bin demittel und ein davon umschlossenes Fasermaterial enthalten. Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung endloser, nahtloser Schleifträger in Benedict et al. ist ein Batchverfahren. Der Träger wird um eine Trägerstruktur (d. h. eine Walze) erzeugt, welche den Umfang des Bandes bestimmt. Der Trägerbindemittelvorläufer wird auf die Oberfläche der Walze aufgebracht und durch Aussetzen des Trägerbindemittelvorläufers einer Energiequelle (z. B. thermische oder Strahlungsenergie) verfestigt. Bevor der Träger von der Walze entfernt werden kann, muss der Bindemittelvorläufer ausreichend ausgehärtet oder polymerisiert sein, so dass der Bindemittelvorläufer seine Form behält (d. h. nicht wesentlich fließt), wenn er von der Walze entfernt wird.
In Benedict et al. werden als organische Bindemittel hitzehärtbare Harze, wie Epoxyharze, Urethanharze, Polyesterharze oder flexible Phenolharze, bevorzugt. Am stärksten werden Epoxyharze und Urethanharze bevorzugt, zumindest teilweise, da sie eine annehmbare Aushärtgeschwindigkeit, Flexibilität, thermische Stabilität, Festigkeit und Wasserfestigkeit zeigen. Obwohl diese Bindemittelmaterialien für thermisch gehärtete Systeme annehmbare Aushärtgeschwindigkeiten zeigen, ist typischerweise ein thermisches Aushärten auf der Walze von mindestens 20 Minuten erforderlich. Da das Verfahren zur Herstellung endloser, nahtloser Schleifträger ein Batchverfahren ist, ist die Herstellgeschwindigkeit proportional zur für das Aushärten des Bindemittelvorläufers auf der Walze erforderlichen Zeit. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, ein schnelleres Verfahren zur Herstellung endloser, nahtloser Schleifträger zur Verfügung zu stellen. Ausserdem ist es wünschenswert, ein Trägerbindemittel mit verbesserter Leistung, zum Beispiel mit verringerter Wasserempfindlichkeit und erhöhter termischer Beständigkeit, zur Verfügung zu stellen.

Zusammenfassung

Die vorliegende Erfindung stellt nahtlose Träger für nahtlose beschichtete Schleifgegenstände (d. h. beschichtete Schleifbänder oder -schlaufen) mit gegenüber bekannten nahtlosen Trägem verbesserten Eigenschaften zur Verfügung. Zum Beispiel ist das Trägerbindemittel eines nahtlosen Trägers der vorliegenden Erfindung gegenüber Wasser beständiger (d. h. besitzt eine geringere Wasserabsorption) als herkömmliche Trägerbindemittel. Ausserdem kann das Trägerbindemittel durch Aussetzen des Trägerbindemittels einer Strahlungsenergie (z. B. ultraviolettem Licht) sehr schnell gehärtet werden, was eine schnelle Herstellung der nahtlosen Träger der vorliegenden Erfindung erlaubt.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist das zur Verfügung stellen eines nahtlosen Trägers in Form eines Bandes (d. h. mit einer Länge, einer Breite, einer ersten und einer zweiten im allgemeinen parallelen Seitenkante, einer ersten äusseren Hauptoberfläche und einer zweiten inneren Hauptoberfläche). Der nahtlose Träger schließt ein Trägerbindemittel ein, umfassend ein sich gegenseitig durchdringendes Polymernetzwerk, das durch Polymerisation eines Trägerbindemittelvorläufers erzeugt wird. Der Trägerbindemittelvorläufer schließt
(i) ein aromatisches Polyisocyanatvorpolymer;
(ii) einen Polyolhärter;
(iii) ein Urethanacrylat; und
mindestens ein Polymerisationsmittel ein.
Der nahtlose Träger schließt ferner mindestens ein Verstärkungsfasermaterial ein, das vom Trägerbindemittel umschlossen wird. Der Begriff "nahtlos" bedeutet, dass der Träger überall eine im wesentlichen gleichbleibende Dicke aufweist. Das heisst, er ist frei von verdickten Bereichen, die von einzelnen Klebestellen oder Verbidungsstellen herrühren. Dies schließt jedoch Klebestellen und/oder Lücken in einem innerhalb des Trägers eingeschlossenen Verstärkungsfasermaterial nicht aus. Der Begriff "umschlossen" bedeutet, dass das Verstärkungsfasermaterial im wesentlichen vollständig im Trägerbindemittel verkapselt oder eingeschlossen ist, so dass ein sehr geringer Anteil von Verstärkungsfasermaterial an einer äusseren Oberfläche des Trägers vorhanden sein kann.
Das Trägerbindemittel wird durch die Polymerisation des Trägerbindemittelvorläufers erzeugt. Der Trägerbindemittelvorläufer umfasst ein aromatisches Polyisocyanatvorpolymer, einen Polyolhärter, ein Urethanacrylat und mindestens ein Polymerisationsmittel. Der hier verwendete Begriff "Polyisocyanatvorpolymer" bedeutet ein Material, das ein Zwischenprodukt zwischen einem Monomer und einem Polymerendprodukt ist. Ein Polyisocyanatvorpolymer ist das Produkt der Umsetzung eines monomeren oder polymeren Isocyanates mit sich selbst oder mit anderen mit Isocyanat reaktionsfähigen Materialien, wobei das Polyisocyanatvorpolymer im Mittel mehr als eine nicht umgesetzte Isocyanatgruppe pro Molekül besitzt. Mit Isocyanat reaktionsfähige Materialien schließen Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen, zum Beispiel Polyole, Polyamine, Polyole mit Aminendgruppen und Wasser, ein.
Der Trägerbindemittelvorläufer härtet mittels zweier unterschiedlicher Polymerisationsreaktionen aus (d. h. eines dualen Aushärtmechanismus), die gleichzeitig ablaufen. Eine erste Polymerisationsreaktion ist eine Additionspolymerisation des Polyisocyanates mit dem Polyol. Zusammen erzeugen das Polyisocyanatvorpolymer und der Polyolhärter einen Polyurethanvorläufer, das heißt eine Zusammensetzung, die zu einem Polyurethanpolymer aushärten kann. Eine zweite Polymerisationsreaktion ist eine freie Radikalpolymerisation der Acrylatgruppen des Urethanacrylats zu einem quervernetzten Acrylat.
Das Polyurethan und das quervernetzte Acrylat erzeugen ein sich gegenseitig durchdringendes Polymernetzwerk. Der hier verwendete Begriff "sich gegenseitig durchdrin gendes Polymernetzwerk" oder der Begriff "sich gegenseitig durchdringendes Netzwerk" bedeutet ein Gemisch aus zwei oder mehr verschiedenen Polymeren die durch permanente Verflechtung zusammengehalten werden. Die Polymere können auch durch irgendeine kovalente Bindung zusammengehalten werden.
Der Trägerbindemittelvorläufer polymerisiert zu einem Elastomerbindemittel. Der hier verwendete Begriff "Elastomer" bedeutet, dass das Bindemittel flexibel ist und eine Verlängerung nach Bruch von mindestens 50% besitzt.
Bevorzugt werden Polyisocyanatvorpolymere auf 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI)-Basis mit einer Funktionalität im Bereich von etwa 2 bis 3. Der hier verwendete Begriff "Basis" bedeutet, dass für das Polyisocyanatvorpolymer das bezeichnete Isocyanat als Isocyanatstartmaterial verwendet wird, aus dem das Polyisocyanatvorpolymer erzeugt wird. Zum Beispiel bedeutet "auf MDI-Basis", dass für das Polyisocyanatvorpolymer MDI als Isocyanatstartmaterial des Polyisocyanatvorpolymers verwendet wird.
Bevorzugte Polyolhärter sind gesättigte Polyetherdiole der Molekularformel HO[(CH&sub2;)&sub4;O]nH.
Ein bevorzugtes Urethanacrylat wird durch Umsetzung von 2-Hydroxyethylacrylat mit einem aromatischen Polyisocyanatvorpolymer auf MDI-Basis erzeugt. Vorzugsweise weist das Urethanacrylat weniger als etwa 0,01 Gew.-% Urethankatalysatorrückstand auf.
Der Trägerbindemittelvorläufer umfasst ferner mindestens ein Polymerisationsmittel. Der hier verwendete Begriff "Polymerisationsmittel" bedeutet ein Material, das eine Polymerisation (d. h. ein Aushärten) des Trägerbindemittelvorläufers initiiert und/oder katalysiert. Bevorzugte Polymerisationsmittel sind Urethankatalysatoren und freie Radikalinitiatoren. Bevorzugte Urethankatalysatoren sind durch Strahlung aktivierte Urethankatalysatoren, wie die in den US-Patentschriften Nrn. 4,740,577 (De Voe et al.) und 5,091,439 (Berner et al.) beschriebenen.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist das zur Verfügung stellen eines nahtlosen beschichteten Schleifgegenstandes, der aus einem nahtlosen Träger der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Ein bevorzugter nahtloser beschichteter Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung schließt einen nahtlosen Träger der vorliegenden Erfindung mit einer auf seiner äusseren Hauptoberfläche haftenden Schleifbeschichtung ein. Die Schleifbeschichtung umfasst eine Vielzahl von Schleifteilchen, die auf dem nahtlosen Träger mittels einer Beschichtung (d. h. einer Grundbeschichtung) oder mehrerer Beschichtungen (d. h. einer Grundbeschichtung und einer Deckbeschichtung) haften. Bevorzugte Grund- und Deckbeschichtungen umfassen Phenolharze, stärker bevorzugt Resolphenolharze. Optional kann ein Überzug auf der Deckbeschichtung aufgebracht werden, um eine bestimmte Eigenschaft, wie Antistatik, zur Verfügung zu stellen.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist das zur Verfügung stellen eines Verfahrens zur Herstellung eines beschichteten Schleifträgers, wobei das Verfahren folgende Schütte umfasst:
(a) zur Verfügung stellen einer Trägerwalze mit einer Umfangsoberfläche;
(b) Aufbringen mindestens eines Verstärkungsfasermaterials auf die Umfangsoberfläche der Walze;
(c) Aufbringen eines Trägerbindemittelvorläufers auf das Verstärkungsfasermaterial in einer Menge, die ausreicht, um das Verstärkungsfasermaterial zu umschließen, wobei der Trägerbindemittelvorläufer ein Gemisch aus:
(i) einem aromatischen Polyisocyanatvorpolymer;
(ii) einem Polyolhärter;
(iii) einem Urethanacrylat; und
(iv) mindestens einem Polymerisationsmittel; umfasst;
(d) Aussetzen des Trägerbindemittelvorläufers einer Strahlungsenergie, um den Trägerbindemittelvorläufer zu polymerisieren, wobei ein sich gegenseitig durchdringendes Polymernetzwerk erzeugt wird; und
(e) Entfernen des nahtlosen Trägers von der Trägerwalze.
In einem bevorzugtem Verfahren wird die Umfangsoberfläche der Trägerwalze zuerst mit einer Vliesmatte, zum Beispiel mit einer Polyamidschmelzspinnverbundmatte, umwickelt. Nach dem Aufbringen der Vliesmatte wird ein kontinuierlicher Faserstrang unter Verwendung eines Pendelwicklers helixförmig auf die Vliesmatte um die Walze gewickelt. Während des Wickelverfahrens wird der Trägerbindemittelvorläufer auf die Vliesmatte und den kontinuierlichen Faserstrang aufgebracht. Der Trägerbindemittelvorläufer umschließt die Verstärkungsfasermaterialien.
Der Trägerbindemittelvorläufer wird der Walze vorzugsweise mittels einer "Mess- und Mischvorrichtung" zugeführt. Die Mess- und Mischvorrichtung besteht aus zwei getrennten Behältern (d. h. Behälter "A" und Behälter "B") mit getrennten Speiseleitungen und Pumpeinrichtungen. Die getrennten Speiseleitungen beschicken einen Mischer ohne bewegte Teile, der das Material aus Behälter A mit dem Material aus Behälter B vermischt. Der Behälter A enthält das aromatische Polyisocyanatvorpolymer und etwaige gewünschte optionale Bestandteile (z. B. Polymerisationsmittel oder Füllstoff). Behälter B enthält ein Gemisch, umfassend einen Polyolhärter, ein Urethanacrylat und etwaige gewünschte optionale Bestandteile (z. B. ein Polymerisationsmittel oder einen Füllstoff). Während des bevorzugten Verfahrens werden die Materialien aus Behälter A und Behälter B durch das Mess- und Mischsystem gemischt, wobei der Trägerbindemittelvorläufer erzeugt wird, der dann auf die um die Trägerwalze gewickelten Verstärkungsfasermaterialien aufgebracht wird. Während des Aufbringens des Trägerbindemittelvorläufers schwenkt der Beschichtungskopf über die Umfangsoberfläche der Trägerwalze, wobei er dem Pendelwickler folgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Urethanacrylat weniger als etwa 0,01 Gew.-% Urethankatalysatorrückstand. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit der Polymerisation des Polyisocyanatvorpolymers mit dem Polyol bis nach der Beschichtung des Verstärkungsfasermaterials mit dem Trägerbindemittelvorläufer herabgesetzt.
Die Polymerisation des Trägerbindemittelvorläufers kann durch Aussetzen des Trägerbindemittelvorläufers einer Strahlungsenergiequelle beschleunigt werden. Vorzugsweise ist die Stahlungsenergie ultraviolettes Licht, sichtbares Licht oder eine Kombination daraus. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Polymerisationsmittel des Trägerbindemittelvorläufers einen freien Radikalfotoinitiator und einen durch Strahlung aktivierten Urethankatalysator, die beide durch ultraviolettes Licht aktiviert werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines nahtlosen Schleifträgers der vorliegenden Erfindung mit einer Fragmentteilansicht, die das Verstärkungsfasermaterial zeigt.
Fig. 2 ist eine Querschnittsteilansicht des nahtlosen Schleifträgers aus Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Querschnittsteilansicht des nahtlosen Schleifgegenstandes der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der Hauptbestandteile einer Vorrichtung zur Ausführung eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung eines nahtlosen Trägers der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine bevorzugte Ausführungsform eines nahtlosen Trägers der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 1 veranschaulicht. Der nahtlose Träger (10) besitzt die Form eines Bandes oder einer Schlaufe mit einer ersten äusseren Hauptoberfläche (12), einer zweiten inneren Hauptoberfläche (14) und im allgemeinen parallelen Seitenkanten (16) und (18). Der Träger (10) umfasst ein Trägerbindemittel (20), welches ein Fasernetz (22) und einen kontinuierlichen Faserstrang (24) umschließt. Der kontinuierliche Faserstrang (24) ist im allgemeinen parallel zu den Seitenkanten (16) und (18). Das Fasernetz (22) liegt auf der Innenseite (d. h. näher zur zweiten, inneren Hauptoberfläche (14)) des Verstärkungsfaserstrangs (24). Das Trägerbindemittel (20) umschließt sowohl das Fasernetz (22) als auch den kontinuierlichen Faserstrang (24) und erzeugt eine glatte kontinuierliche Schicht an der ersten äusseren Hauptoberfläche (12) und an der zweiten inneren Hauptoberfläche (14). Das Trägerbindemittel (20) ist über die gesamte Dicke und Breite des Trägers (10) ununterbrochen. Das Trägerbindemittel (20) umgibt die Verstärkungsfasermaterialien (d. h. das kontinuierliche Faserbündel (24) und das Fasernetz (22)) und imprägniert das Fasernetz (22). Aus dem nahtlosen Träger (10) kann durch Aufbringen einer Schleifbeschichtung auf mindestens einen Teil der ersten äusseren Hauptoberfläche (12), vorzugsweise auf die gesamte erste äussere Hauptoberfläche (12), ein nahtloses beschichtetes Schleifband hergestellt werden.
In Fig. 2 wird eine vergrößerte Querschnittsansicht des nahtlosen Trägers aus Abb. 1 gezeigt. Der nahtlose Träger (30) besitzt eine erste äussere Hauptoberfläche (12) und eine zweite innere Hauptoberfläche (14). Die äussere Oberfläche (12) und die innere Oberfläche (14) sind im wesentliche glatt. Der Begriff "glatt" bedeutet, dass das Verstärkungsfasermaterial im allgemeinen nicht aus dem Träger (10) herausragt, sondern im wesentlichen vollständig von Trägerbindemittel (20) umschlossen wird, wodurch eine im wesentlichen ebene Oberfläche erzeugt wird. Das Fasernetz (22) liegt vorzugsweise in einer ersten Ebene nahe der zweiten inneren Hauptoberfläche (14). Der kontinuierliche Faserstrang (24) liegt im wesentlichen innerhalb einer zweiten Ebene nahe der ersten äusseren Hauptoberfläche (12). Das Trägerbindemittel (20) umschließt, umgibt und imprägniert im wesentlichen den kontinuierlichen Faserstrang (24) und das Fasernetz (22).
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines nahtlosen Schleifgegenstandes. Der nahtlose Schleifgegenstand (40) umfasst den nahtlosen Träger (30) (siehe Abb. 2), an dessen erster Hauptoberfläche (12) eine Schleifbeschichtung (32) haftet. Die Schleifbeschichtung (32) umfasst Schleifteilchen (34), eine Grundbeschichtung (36) und eine Deckbeschichtung (38). Die Schleifteilchen (34) sind teilweise in die Grundbeschichtung (36) eingebettet, welche die Funktion hat, die Schleifteilchen (34) an den Träger (10) zu kleben. Die Deckbeschichtung (38) schafft eine weitere Verankerung der Schleifteilchen (34) am Träger (10). In bestimmten Gegenständen der vorliegenden Erfindung gibt es keine getrennte, unterschiedliche Grundbeschichtung, da das Trägerbindemittel (20) sowohl dazu dient, die Verstärkungsfasermaterialien zu umschließen als auch die Schleifteilchen (34) anzukleben. Ein optionaler Überzug (nicht gezeigt) kann auf die Deckbeschichtung (38) aufgebracht werden. Eine optionale Innenschicht (40) ist in Abb. 3 dargestellt. Die Innenschicht (40) kann aus Papier oder Polymerfilm bestehen und wird eingeschlossen, um die Reissfestigkeit zu erhöhen, die Abnutzung der Rückseite zu verringern und/oder die ästhetische Erscheinung des nahtlosen beschichteten Gegenstandes zu verbessern.

Trägerbindemittel und Trägerbindemittelvorläufer

Nahtlose Träger und nahtlose beschichtete Schleifbänder der vorliegenden Erfindung umfassen mindestens ein Verstärkungsfasermaterial, das von einem polymerisierten (d. h. ausgehärteten) Trägerbindemittel (20) (siehe Abb. 1 und 2) umschlossen wird. Das Trägerbindemittel ist ein Polymermaterial, das durch Polymerisation eines Trägerbindemittelvorläufers erzeugt wird. Trägerbindemittelvorläufer sind fließfähige Materialien, die zu einem im wesentlichen nicht fließfähigen Zustand polymerisiert werden können.
Die Polymerisation des Trägerbindemittelvorläufers kann durch Aussetzen des Trägerbindemittelvorläufers einer Energiequelle initiiert und/oder beschleunigt werden. Typischerweise und vorzugsweise wird die Polymerisation des Trägerbindemittelvorläufers durch Aussetzen des Trägerbindemittelvorläufers einer Strahlungsenergie, vorzugsweise ultraviolettem Licht, sichtbarem Licht oder einer Kombination daraus, initiiert und/oder beschleunigt. Der hier verwendete Begriff "ultraviolettes Licht" oder "ultraviolette Strahlung" bedeutet Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 200 bis 400 nm. Der hier verwendete Begriff "sichtbares Licht" oder "sichtbare Strahlung" bedeutet Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 400 bis 700 nm. Die Strahlungsenergie initiiert und/oder beschleunigt die Polymerisation des Trägerbindemittelvorläufers durch Wechselwirkung mit dem Polymerisationsmittel, das bei Aussetzen einer Strahlung eine freie Radikalpolymerisation initiiert (Fotoinitiator) und/oder die Umsetzung des Polyolhärters mit dem Polyisocyanatvorpolymer katalysiert (durch Strahlung aktivierter Urethankatalysator).
Typischerweise liegt die Trägerbindemittelmenge in einem nahtlosen Träger der vorliegenden Erfindung im Bereich von etwa 30 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von etwa 40 bis 75 Gew.-%, stärker bevorzugt im Bereich von etwa 50 bis 70 Gew.-%, und am stärksten bevorzugt im Bereich von etwa 55 bis 65 Gew.-%, des Trägergesamtgewichts.
Geeignete Trägerbindemittelvorläufer umfassen ein Gemisch aus einem aromatischen Polyisocyanatvorpolymer, einem Polyolhärter, einem Urethanacrylat und mindestens einem Polymerisationsmittel. Die Polyisocyanatvorpolymer- und die Polyolbestandteile des Trägerbindemittelvorläufers können als Polyurethanvorläufer bezeichnet werden, da die Bestandteile zu einem Polyurethanpolymer aushärten (d. h. polymerisieren).
Der Trägerbindemittelvorläufer härtet mittels zweier unterschiedlicher Polymerisationsreaktionen aus (d. h. eines dualen Aushärtmechanismus), die gleichzeitig ablaufen. Eine erste Polymerisationsreaktion ist eine Additionspolymerisation des Polyisocyanatvorpolymers mit dem Polyolhärter. Präzise reagieren Isocyantgruppen des Polyisocyanatvorpolymers mit den Hydroxygruppen des Polyolhärters, wobei Urethanbindungen erzeugt werden. Ausserdem können Isocyanatgruppen auch mit anderen funktionellen Gruppen mit "aktiven Wasserstoffatomen" im Trägerbindemittelvorläufer reagieren. Zum Beispiel können Isocyanatgruppen mit Urethangruppen oder Amingruppen zu Allophonatresten beziehungsweise substituierten Harnstoffresten umgesetzt werden. Zusammengenommen stellen die Umsetzungen der Isocyantgruppen die erste Polymerisationsreaktion dar.
Eine zweite Polymerisationsreaktion ist eine freie Radikalpolymerisation der Acrylatgruppen des Urethanacrylats. Die Acrylatgruppen reagieren miteinander mittels eines freien Radikalpolymerisationsmechanismus zu einem quervernetzten Polyacrylat mit Urethanfunktionalität. Zusammen stellen die Additionspolymerisation und die freie Radikalpolymerisation den dualen Aushärtmechanismus dar.
Der Mechanismus der dualen Aushärtreaktion des Trägerbindemittelvorläufers führt zur Erzeugung eines sich gegenseitig durchdringenden Polymernetzwerkes im polymerisierten Bindemittel. Das sich gegenseitig durchdringende Polymernetzwerk schließt zwei verschiedene Polymere (d. h. ein quervernetztes Acrylat und ein Polyurethan) ein, die durch permanente Verflechtung und wahrscheinlich durch irgendeine kovalente Bindung zusammengehalten werden. Präzise ist das einander durchdringende Polymernetzwerk ein einander gleichzeitig durchdringendes Netzwerk, da das Polyisocyanatvorpolymer, der Polyolhärter und das Urethanacrylat miteinander vermischt und gleichzeitig polymerisiert werden, wobei das Netzwerk erzeugt wird. Einander durchdringende Polymernetzwerke werden ferner beschrieben in "Polymer Networks, Principles of their Formation, Structure and Properties", herausgegeben von R. F. T. Stepto, Verlag Blackie Academic & Professional, London, 1998.
Typischerweise umfasst der Trägerbindemittelvorläufer etwa 10 bis 40 Gew.-% Urethanacrylat und etwa 60 bis 90 Gew.-% Polyurethanvorläufer (d. h. Polyisocyanatvorpolymer und Polyol). Stärker bevorzugt umfasst der Trägerbindemittelvorläufer etwa 15 bis 30 Gew.-% Urethanacrylat und etwa 70 bis 85 Gew.-% Polyurethanvorläufer. Am stärksten bevorzugt umfasst der Trägerbindemittelvorläufer etwa 15 bis 25 Gew.-% Urethanacrylat und etwa 75 bis 85 Gew.-% Polyurethanvorläufer. Der Polyurethanvorläufer wird so zubereitet, dass das Molverhältnis von Isocyanatgruppen zu Hydroxygruppen (d. h. Mol NCO/Mol OH) im Bereich von etwa 1,1 bis 1,25 liegt. Für den Fachmann gilt als vereinbart, dass ein Molüberschuss von Isocyanatgruppen in Polyurethanvorläuferzubereitungen im allgemeinen bevorzugt wird, da Isocyanatgruppen bereitwillig mit Wasser, das in der Atmosphäre oder in den zur Herstellung des nahtlosen Trägers verwendeten Materialien (z. B. Kaschierpapier, Verstärkungsfasermaterialien) vorhanden ist, reagieren. Daher wird ein Molüberschuss von Isocyanatgruppen (d. h. ein NCO/OH-Verhältnis größer als 1) typischerweise bevorzugt, um den Verlust einiger Isocyanatgruppen aufgrund der Umsetzung mit Wasser auszugleichen.

Polyisocyanatvorpolymer

Zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Polyisocyanatvorpolymere schließen Polyisocyanatvorpolymere auf der Basis aromatischer oder aliphatischer Isocyanate ein. Ein Polyisocyanatvorpolymer bedeutet ein Material, das ein Zwischenprodukt zwischen einem Monomer und einem Polymerendprodukt ist. Ein Polyisocyanatvorpolymer ist das Produkt der Umsetzung eines Polyisocyanatmonomers oder -polymers mit sich selbst oder mit anderen mit Isocyanat reaktionsfähigen Materialien, so dass das Polyisocyanatvorpolymer im Mittel mehr als eine nicht umgesetzte Isocyanatgruppe pro Molekül enthält. Mit Isocyanat reaktionsfähige Materialien schließen Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen, zum Beispiel Polyole (z. B. Diole, Triole), Polyamine (z. B. Diamine, Triamine), Polyole mit Aminendgruppen und Wasser, ein. Bevorzugt werden Polyisocyanatvorpolymere auf Basis aromatischer Polyisocyanate, wie MDI (d. h. 4,4'- Diphenylmethandiisocyanat), TDI (d. h. Toluoldiisocyanat) oder 1,4-Phenylendiisocyanat. Am stärksten bevorzugt wird ein Polyisocyanatvorpolymer auf MDI-Basis. Polyisocyanatvorpolymere auf Basis aromatischer Isocyanate werden aufgrund ihrer im Vergleich zu Vorpolymeren auf Basis aliphatischer Isocyanate hohen Reaktivität und niedrigen Kosten bevorzugt. Vorzugsweise ist das mit Isocyanat reaktionsfähige Material ein Polyol, stärker bevorzugt ein Polyetherdiol, ein Polyethertriol oder ein Gemisch daraus.
Geeignete Polyisocyanatvorpolymere besitzen ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 100 bis 1200 g/mol, vorzugsweise im Bereich von etwa 300 bis 1100 g/mol, und besitzen einen Isocyanat (d. h. NCO)-Gehalt im Bereich von etwa 5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von etwa 7 bis 25 Gew.-%. Bevorzugte Polyisocyanatvorpolymere besitzen eine Isocyanatfunktionalität (d. h. eine Anzahl von Isocyanatgruppen pro Polyisocyanatvorpolymermolekül) im Bereich von etwa 2 bis 3. Damit sie ohne Zugabe von Lösungsmittel aufgebracht werden können, sind geeignete Polyisocyanatvorpolymere bei Umgebungstemperatur flüssig. Vorzugsweise beträgt die Viskosität des Polyisocyanatvorpolymers weniger als etwa 3000 cps, stärker bevorzugt liegt sie im Bereich von etwa 500 bis 2000 cps.
Geeignete im Handel erhältliche aromatische Polyisocyanatvorpolymere sind unter den Handelsbezeichnungen "DESMODUR E 744" (aromatisches Polyisocyanatvorpolymer auf MDI-Basis mit einem NCO-Gehalt von 23,0%-24,0%) und "DESMODUR E 743" (aromatisches Polyisocyanatvorpolymer auf MDI-Basis mit einem NCO-Gehalt von 7,8%-8,2%) von Bayer Industrial Chemicals Division, Pittsburgh, PA erhältlich. Ein besonders bevorzugtes Polyisocyanatvorpolymer umfasst ein Gemisch aus etwa 50% bis 80% DESMODUR E 744 und etwa 20% bis 50% DESMODUR E 743.

Polyolhärter

Der Trägerbindemittelvorläufer schließt ferner einen Polyolhärter ein. Der hier verwendete Begriff "Polyol" oder "Polyolhärter" bedeutet eine Verbindung mit einer organischen Hauptkette mit 2 oder mehr Hydroxyend- oder -seitengruppen. Während der Polymerisation (d. h. des Aushärtens) des Trägerbindemittelvorläufers, reagieren die Hydroxygruppen des Polyolhärters mit Isocyanatgruppen des Polyisocyanatvorpolymers, wobei Urethanbindungen erzeugt werden (d. h. ein Polyurethan erzeugt wird). Die Hauptkette des Polyolhärters kann gesättigt oder ungesättigt, aliphatisch oder aromatisch, ein Kohlenwasserstoff, ein Polyether, ein Polyester oder ein Polyacrylat sein. Vorzugsweise ist die Hauptkette ein Polyether, am stärksten bevorzugt ein aus der Polymerisation von Tetrahydrofuran stammender gesättigter Polyether. Aus der Polymerisation von Tetrahydrofuran stammende Polyetherpolyolhärter können als Poly(tetramethylenglycol) oder Poly(tetramethylenoxid)polyole beschrieben werden. Die Hydroxygruppen des Polyolhärters können primäre, sekundäre oder tertiäre Molekularstruktur besitzen. Vorzugsweise sind die Hydroxygruppen primär, da sie eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit mit Isocyanaten besitzen als sekundäre oder tertiäre Hydroxygruppen.
Geeignete Polyolhärter besitzen eine Funktionalität (d. h. eine Anzahl von Hydroxygruppen pro Molekül) von 2 oder mehr. Vorzugsweise besitzen die Polyolhärter eine Funktionalität von 2 oder 3, wobei 2 (d. h. Diole) am stärksten bevorzugt wird. Ein Gemisch aus Polyolhärtern kann eine nicht ganzzahlige Funktionalität besitzen. Zum Beispiel kann eine nicht ganzzahlige Funktionalität von 2,5 durch ein Gemisch aus einem Polyolhärter mit einer Funktionalität von 2 (d. h. einem Diol) und einem zweiten Polyolhärter mit einer Funktionalität von 3 (d. h. einem Triol) zur Verfügung gestellt werden. Vorzugsweise liegt die Funktionalität des Polyolhärters im Bereich von etwa 2 bis 3, stärker bevorzugt im Bereich von etwa 2 bis 2,5.
Das Molekulargewicht geeigneter Polyolhärter liegt im Bereich von etwa 100 bis 1000 g/mol, vorzugsweise im Bereich von etwa 200 bis 500 g/mol. Um einen Trägerbindemittelvorläufer zur Verfügung zu stellen, der ohne Zugabe von Lösungsmittel aufgebracht werden kann, sind bevorzugte Polyolhärter bei Umgebungstemperatur flüssig.
Geeignete im Handel erhältliche Polyolhärter sind unter der Handelsbezeichnung "POLYTHF" von BASF Corp. Mount Olive, NJ erhältlich. Ein besonders bevorzugter Polyolhärter ist im Handel von BASF Corp. unter der Handelsbezeichnung "POLYTHF POLYETHER DIOL 250" (difunktionelles, lineareres, gesättigtes Polyetherpolyol, aus der Polymerisation von Tetrahydrofuran stammend, mit der Molekularformel HO[(CH&sub2;)&sub4;O]nH und einem Molekulargewicht von 250 ±25 g/mol) erhältlich.

Urethanacrylat

Ein dritter Bestandteil des Trägerbindemittelvorläufers ist ein Urethanacrylat. Der hier verwendete Begriff "Urethanacrylat" bedeutet ein Polyurethan mit Acrylat- oder Methacrylatfunktionalität. Ein Urethanacrylat besitzt die in Formel I gezeigte Struktur. Formel I
Das Urethanacrylat wird typischerweise und vorzugsweise durch Umsetzung eines Polyisocyanatvorpolymers mit einem stöchiometrischen Überschuss eines hydroxyfunktionellen Acrylats in Gegenwart eines Katalysators, zum Beispiel dem Zinnsalz der Oktansäure, erzeugt. Ein hydroxyfunktionelles Acrylat besitzt die in Formel II gezeigte Struktur. Formel II
In den Formeln I und II bedeutet R&sub2; einen difunktionellen aliphatischen oder cyclischen (d. h. mit geschlossenem Ring (z. B. aromatischen)) Kohlenwasserstoffrest, der optional ein Sauerstoffatom, ein Stickstoffatom oder ein Halogenatom enthalten kann. Vorzugsweise bedeutet R&sub2; einen difunktionellen aliphatischen Rest der allgemeinen Formel CnH2n, wobei n die Zahl 2 bis 12, stärker bevorzugt 2 bis 6, und am stärksten bevorzugt 2, bedeutet.
In den Formeln I und II bedeutet R&sub3; ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest der Formel CnH2n+1, wobei n im Bereich von 1 bis 2 liegt. Stärker bevorzugt ist R&sub3; ein Wasserstoffatom oder eine CH&sub3;-Gruppe. Am stärksten bevorzugt ist R&sub3; ein Wasserstoffatom.
Ein Polyisocyanatvorpolymer besitzt die in Formel III dargestellte Struktur.

Formel III

O=C=N-R&sub1;-N=C=O
In den Formeln I und II bedeutet R&sub1; die Hauptkette des Polyisocyanatvorpolymers. Das Polyisocyanatvorpolymer wird durch Umsetzung eines aliphatischen oder aromatischen Isocyanats mit einem mit Isocyanat reaktionsfähigen Material erzeugt. Mit Isocyanat reaktionsfähige Materialien schließen Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen, zum Beispiel Polyole (z. B. Diole, Triole), Polyamine (z. B. Diamine, Triamine), Polyole mit Aminendgruppen und Wasser ein. Vorzugsweise wird das Polyisocyanatvorpolymer durch Umsetzung eines aromatischen Isocyanates mit einem Polyol erzeugt. Stärker bevorzugt wird das Polyisocyanatvorpolymer durch Umsetzung von MDI mit einem Diol, vorzugsweise einem Polyetherdiol, erzeugt. Ein besonders bevorzugtes Polyisocyanatvorpolymer ist im Handel unter der Handelsbezeichnung "DESMODURE E 743" (E - 743 ist ein aromatisches Polyisocyanatvorpolymer auf MDI-Basis mit einem NCO-Gehalt von 7,8%-8,2%) von Bayer Industrial Chemicals Division, Pittsburgh, PA erhältlich.
Zur Herstellung eines Urethanacrylats wird ein hydroxy- (d. h. -OH) funktionelles Acrylat mit einem Polyisocyanatvorpolymer umgesetzt. Vorzugsweise wird ein stöchiometrischer Überschuss eines hydroxyfunktionellen Acrylats mit dem Polyisocyanatvorpolymer umgesetzt. Ein stöchiometrischer Überschuss wird bevorzugt, um die Menge nicht umgesetzter Isocyanatgruppen im Urethanacrylat zu minimieren. Typischerweise liegt das Molverhältnis von Hydroxygruppen zu Isocyanatgruppen (d. h. Mol OH/Mol NCO) im Bereich von etwa 0,9 bis 1,1, vorzugsweise im Bereich von etwa 1 bis 1,05. Zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit werden das hydroxyfunktionelle Acrylat und das Polyisocyanatvorpolymer typischerweise in Gegenwart eines Urethankatalysators umgesetzt. Der hier verwendete Begriff "Urethankatalysator" bedeutet ein Material, das die Umsetzung eines Isocyanats mit einer Verbindung mit aktiven Wasserstoffatomen katalysiert. Geeignete Urethankatalysatoren sind dem Fachmann gut bekannt und schließen zum Beispiel das Zinnsalz der Oktansäure und Dibutylzinndilaurat ein.
Ein bevorzugtes Urethanacrylat wird durch Umsetzung eines stöchiometrischen Überschusses an 2-Hydroxyethylacrylat mit einem Polyisocyanatvorpolymer auf MDI-Basis, vorzugsweise dem unter der Handelsbezeichnung "DESMODUR E 743" bekannten Vorpolymer auf MDI-Basis (im Handel erhältlich von Bayer Industrial Chemicals Division, Pittsburgh, PA), erzeugt. Optional kann ein Urethankatalysator (z. B. das Zinnsalz der Oktansäure) verwendet werden, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Typischerweise werden etwa 1 · 10&supmin;&sup4; bis 1 · 10&supmin;&sup6; Gew.-% Urethankatalysator zugegeben.
Beispiele im Handel erhältlicher und in Trägerbindemittelvorläufern verwendbarer Urethanacrylate schließen diejenigen mit den Handelsnamen "UVITHANE 782" (erhältlich von Morton International, Cincinnati, OH), "EBECRYL 6602" (ein trifunktionelles aromatisches Urethanacrylat, verdünnt mit 40% ethoxyliertem Trimethylolpropantriacrylat), "EBECRYL 8402" (ein difunktionelles aliphatisches Urethanacrylat) und "EBECRYL 8804" (ein difunktionelles aliphatisches Urethanacrylat) ein. ("EBECRYL" Urethanacrylate sind von UCB Chemicals, Atlanta, GA erhältlich.)
Zur Verwendung in Trägerbindemittelvorläufern geeignete Urethanacrylate sind nach dem Aushärten elastomer. Der hier verwendete Begriff "elastomer" bedeutet, dass das ausgehärtete Urethanacrylat flexibel ist und eine Verlängerung nach Bruch von mindestens 50% besitzt. Die elastomeren Eigenschaften eines ausgehärteten Urethanacrylats können, zumindest teilweise, durch das Molekulargewicht und die Funktionalität des ungehärteten Urethanacrylats gesteuert werden. Das heißt, bei Erhöhung der Funktionalität des Urethanacrylats verringert sich der elastomere Charakter des ausgehärteten Urethanacrylats. Ebenso verringert sich der elastomere Charakter im allgemeinen, wenn sich das Molekulargewicht des Urethanacrylats verringert. Geeignete Urethanacrylate besitzen eine Funktionalität im Bereich von etwa 2 bis 2, 2 und ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 500 bis 1500 g/mol. Bevorzugte Urethanacrylate sind difunktionell (d. h. besitzen zwei Acrylatreste pro Molekül) und besitzen ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 700 bis 1300 g/mol.
Geeignete Urethanacrylate besitzen bei Umgebungstemperatur eine Viskosität von weniger als etwa 200.000 cps, vorzugsweise im Bereich von etwa 70.000 bis 120.000 cps. Obwohl es üblich ist, dass in im Handel erhältlichen Urethanacrylaten Urethankatalysatorrückstand vorhanden ist, wurde beobachtet, dass bei Vermischen eines Urethanacrylats mit Katalysatorrückstand mit einem Polyurethanvorläufer (d. h. einem Isocyanat und einem Polyolhärter), der Katalysatorrückstand durch Katalyse von Umsetzungen des Isocyanates die Topfzeit des erhaltenen Gemisches verkürzt. Der hier verwendete Begriff "Topfzeit" bedeutet die Zeitdauer, in der der Bindemittelvorläufer zum Beschichten ausreichend fließfähig bleibt. Da für die Trägerbindemittelvorläufer der vorliegenden Erfindung eine lange Topfzeit erwünscht ist, sind bevorzugte Urethanacrylate im wesentlichen frei von Urethankatalysatoren. Bevorzugte Urethanacrylate enthalten weniger als etwa 0,01 Gew.-% Urethankatalysatorrückstand, stärker bevorzugt weniger als etwa 0,001 Gew.-% Urethankatalysatorrückstand und am stärksten bevorzugt weniger als etwa 0,0001 Gew.-% Urethankatalysatorrückstand.
Der Bereich der vorliegenden Erfindung umfasst auch das Entfernen oder Inaktivieren eines etwaigen Urethankatalysatorrückstandes vor der Zugabe des Urethanacrylats zum Polyurethanvorläufer. Zum Beispiel kann das Zinnsalz der Oktansäure durch Umsetzung mit einer starken Säure, wie Phosphorsäure, unter Erzeugung von Zinnphosphat und Oktansäure, die nicht als Urethankatalysatoren wirken, inaktiviert werden.

Polymerisationsmittel für den Trägerbindemittelvorläufer

Der Trägerbindemittelvorläufer schließt ferner mindestens ein Polymerisationsmittel ein. Der hier verwendete Begriff "Polymerisationsmittel" bedeutet ein Material, das die Polymerisation (d. h. das Aushärten) des Trägerbindemittelvorläufers initiiert und/oder katalysiert. Vorzugsweise schließt der Trägerbindemittelvorläufer ein Polymerisationsmittel für den Polyurethanvorläufer und ein Polymerisationsmittel für das Urethanacrylat ein.
Für den Polyurethanvorläufer wird ein Urethankatalysator bevorzugt. Urethankatalysatoren können eine relativ gleichbleibende oder eine variable katalytische Aktivität besitzen. Urethankatalysatoren mit gleichbleibender katalytischer Aktivität schließen metallhaltige organische Verbindungen (z. B. Dibutylzinndilaurat, Zinnsalz der Oktansäure) und tertiäre Aminverbindungen ein. Urethankatalysatoren mit variabler Aktivität können durch Aussetzen einer Strahlungsenergie aktiviert werden (d. h. von geringer katalytischer Aktivität auf hohe katalytische Aktivität gebracht werden).
Beispiele für durch Strahlung aktivierte Urethankatalysatoren werden in den US- Patentschriften Nrn. 4,740,577 (De Voe et al.) und 5,091,439 (Berner et al.) beschrieben, wobei deren Offenbarung durch Bezugnahme in die vorliegende Erfindung eingeschlossen wird. Ein Beispiel für einen geeigneten durch Strahlung aktivierten Urethankatalysator ist (η&sup6;-Cumol)(η&sup5;-Cyclopentadienyl)-eisen (II)-hexafluorophosphat, das im Handel unter der Handelsbezeichnung "IRGACURE 261" erhältlich ist (im Handel erhältlich von Ciba Additives, Hawthorne, NY). Typischerweise wird ein durch Strahlung aktivierter Urethankatalysator in einer Menge im Bereich von etwa 0,1% bis 1%, vorzugsweise 0,3% bis 0,6%, am stärksten bevorzugt von 0,5%, bezogen auf das Gewicht des Trägerbindemittelvorläufers, verwendet
Für das Urethanacrylat wird ein freier Radikalinitiator als Polymerisationsmittel bevorzugt. Ein freier Radikalinitiator fungiert als Quelle freier Radikale, welche die freie Radikalpolymerisation des Urethanacrylats initiiert. Beispiele für freie Radikalinitiatoren, die durch Aussetzen ultravioletten Lichts (d. h. Photoinitiatoren) und/oder durch Wärme aktiviert werden, schließen organische Peroxide, Azoverbindungen, Chinone, Nitrosoverbindungen, Acylhalogenide, Hydrazone, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen, Imidazole, Chlortriazine, Benzoin, Benzoinalkylether, Diketone, Phenone und Gemische daraus ein. Beispiele für im Handel erhältliche Photoinitiatoren schließen die unter den Handelsbezeichnungen "IRGACURE 651", "IRGACURE 184" und "DAROCUR 1173" bekannten Photoinitiatoren (im Handel erhältlich von Ciba Additives, Hawthorne, NY) ein. Typischerweise wird der Initiator in einer Menge im Bereich von etwa 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 bis 1 Gew.-%, des Trägerbindemittelvorläufers verwendet

Optionale Zusatzstoffe

Andere Materialien, die für bestimme Anwendungen der vorliegenden Erfindung zum Trägerbindemittelvorläufer zugegeben werden können, schließen anorganische und organische Füllstoffe, Pigmente, Öle, antistatische Mittel, flammhemmende Mittel, Hitzestabilisatoren, Ultraviolettstabilisatoren, Gleitmittel, Anitoxidationsmittel, Netzmittel, Entgasungsmittel und Verarbeitungshilfsmittel ein. Ein Füllstoff ist definiert als Material mit Teilchen, typischerweise mit einer Teilchengröße von weniger als etwa 100 um, vorzugsweise weniger als etwa 50 um. Füllstoffe werden vorzugsweise gleichmäßig im gesamten Trägerbindemittelvorläufer verteilt. Beispiele für verwendbare Füllstoffe für Anwendungen der vorliegenden Erfindung schließen Calciumcarbonat, Siliciumdioxid, Calciummetasilikate, Kryolith, Phenolfüllstoffe oder Polyvinylalkohlfüllstoffe ein. Der Fachmann wird erkennen, das bestimmte Füllstoffe das Aushärten des Trägerbindemittelvorläufers beeinflussen können, zum Beispiel durch Blockieren oder Absorbieren von ultraviolettem Licht, das zur Initiierung des Aushärtens des Trägerbindemittelvorläufers verwendet wird. Typischerweise wird ein Füllstoff in einer Menge von nicht über 30 Gew.-% des Trägerbindemittelvorläufers verwendet

Verstärkungsfasermaterialien

Nahtlose Träger der vorliegenden Erfindung schließen mindestens eine Art Verstärkungsfasermaterial, vorzugsweise zwei Arten Verstärkungsfasermaterialien, ein. Der primäre Zweck des Verstärkungsfasermaterials ist die Erhöhung der Reissfestigkeit und/oder Reckfestigkeit des Trägers. Verstärkungsfasermaterialien können in Form von Fasersträngen, Fasermatten oder -netzen oder Gewirkmatten oder Matten mit eingefügtem Schussfaden vorliegen. Typischerweise liegt die Menge an Verstärkungsfasermaterial in einem nahtlosen Träger der vorliegenden Erfindung im Bereich von etwa 1 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 5 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt von etwa 8 bis 40 Gew.-%, und am stärksten bevorzugt von etwa 15 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Trägergesamtgewicht (d. h. Trägerbindemittel und Verstärkungsfasermaterial).
Nahtlose Träger der vorliegenden Erfindung schließen vorzugsweise mindestens eine Schicht aus Fasersträngen oder mindestens eine Schicht aus einer Verstärkungsfasermatten- oder Verstärkungsfasernetzstruktur, oder mindestens eine Schicht aus einer Verstärkungsfasermatte mit darin eingeschlossenen Verstärkungssträngen ein. Bevorzugte Gegenstände der vorliegenden Erfindung schließen eine Vielzahl von Lagen aus Verstärkungsfasermaterial ein. Stärker bevorzugte Gegenstände der vorliegenden Erfindung schließen wegen des Vorteils der Längs- und Querfestigkeit mindestens eine Schicht aus einer Fasermatte oder aus einem Fasernetz und mindestens eine Schicht aus Fasersträngen ein. Vorzugsweise erzeugen die Faserstränge eine einzelne, von der Fasermatte oder dem Fasernetz getrennte (d. h. nicht damit verflochtene oder verschlungene) Schicht. Für Träger sowohl mit Verstärkungsfasersträngen als auch mit einer Fasermatte oder einem Fasernetz beträgt der Anteil der Fasermatte oder des Fasernetzes vorzugsweise etwa 1 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt etwa 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Trägergesamtgewicht, und der Anteil der Faserbündel vorzugsweise etwa 5 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt etwa 7 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Trägergesamtgewicht.
Verstärkungsfasermaterialien können aus jedem Material hergestellt werden, das die Festigkeit des Bindemittels erhöht. Beispiele für in Anwendungen der vorliegenden Erfindung verwendbare Verstärkungsfasermaterialien schließen metallisches oder nichtmetallisches Fasermaterial ein. Das bevorzugte Verstärkungsfasermaterial ist nichtmetallisch. Nichtmetallische Fasermaterialien können aus Glas, Kohlenstoff, Mineralien, synthetischen oder natürlichen hitzebeständigen organischen Materialien oder keramischen Materialien hergestellt werden. Für Anwendungen der vorliegenden Erfindung bevorzugte Verstärkungsfasermaterialien sind organische Materialien, Glas und keramisches Fasermaterial. Der Begriff "hitzebeständig" bedeutet, dass verwendbare organische Materialien unter den Herstell- und Verwendungsbedingungen der beschichteten Schleifmittel der vorliegenden Erfindung gegenüber Schmelzen oder sonstiger Erweichung oder Auflösung ausreichend beständig ein sollten. Verwendbare natürliche organische Fasermaterialien schließen Wolle, Seide, Baumwolle oder Zellulose ein. Verwendbare synthetische organische Fasermaterialien werden aus Polyvinylalkohol, Nylon, Polyester, Rayon, Polyamid, Acryl, Polyolefin oder Aramid hergestellt.
Das Verstärkungsfasermaterial kann wie gewünscht ausgerichtet werden. Das heißt, das Verstärkungsfasermaterial kann zufällig verteilt sein oder die Fasern und/oder Stränge können entlang einer Richtung, die zur Verbesserung der Festigkeits- und Zugeigenschaften erwünscht ist, ausgerichtet sein.
Vorteile können durch Verwendung von Verstärkungsfasermaterialien mit einer Länge von nur 100 um oder einer Länge, die für eine aus einem kontinuierlichen Strang erzeugte Faserstrangschicht erforderlich ist, erzielt werden. Die Verwendung eines Faserstranges in Form eines kontinuierlichen Stranges pro Schicht wird bevorzugt. Das heißt, vorzugsweise besitzt der Faserstrang eine Länge, die ausreicht, um sich mehrfach über die Länge (d. h. den Umfang) des nahtlosen Trägers zu erstrecken und mindestens eine einzelne Schicht an Fasersträngen zur Verfügung zu stellen.
Der Denier bevorzugter Verstärkungsfasermaterialien liegt im Bereich von etwa 5 bis 5000 den, typischerweise im Bereich von etwa 50 bis 2.000 den. Stärker bevorzugt liegt der Faserdenier im Bereich von etwa 200 bis 1.200 den, und am stärksten bevorzugt liegt der Faserdenier im Bereich von etwa 500 bis 1.000 den. Der Denier wird stark von der speziellen Art des verwendeten Verstärkungsfasermaterials beeinflusst.
Faserstränge sind im Handel als Fäden, Kordeln, Garne, Vorgarne und Elementarfäden erhältlich. Fäden und Kordeln sind typischerweise Garnverbunde. Ein Faden hat einen hohen Verzwirnungsgrad mit einer geringen Reibungsfläche. Eine Kordel kann durch Flechten oder Verzwirnen von Garnen zusammengefügt werden und ist im allgemeinen dicker als ein Faden. Ein Garn besteht aus einer Vielzahl von Fasern oder Elementarfäden, die entweder miteinander verzwirnt oder verflochten sind. Ein Vorgarn besteht aus einer Vielzahl von Fasern oder Elementarfäden, die entweder ohne Verzwirnung oder mit minimaler Verzwirnung zu einem Strang zusammengefügt sind. Ein Elementarfaden ist eine kontinuierliche Faser. Sowohl Vorgarne als auch Garne bestehen aus einzelnen Elementarfasern.
Beispiele für im Handel erhältliche Glasgarne oder -vorgarne sind von PPG Industries, Inc. Pittsburgh, PA, unter der Handelsbezeichnung "E-GLASS"-Bobinegarn, von Owens-Corning, Toledo, OH, unter der Handelsbezeichnung "FIBERGLAS" kontinuierliches Elementarfasergarn, und von Manville Corporation, Toledo, OH unter der Handelsbezeichnung "STAR ROV 502" Fiberglasvorgarn erhältlich. Das Maß von Glasfasergarnen und -vorgarenen wird typischerweise in der Einheit yard/lb ausgedrückt. Bevorzugte Sorten solcher Garne und Vorgarne liegen im Bereich von etwa 75 bis 15.000 yard/lb.
Wenn Glasfaserverstärkungsmaterial (z. B. Glasgarne oder -vorgarne) verwendet wird, ist das Glasfasermaterial vorzugsweise mit einem Grenzflächenbindemittel (d. h. Haftvermittler), wie einem Silanhaftvermittler verbunden, um die Haftung am Trägerbindemittelmaterial zu verbessern. Beispiele für Silanhaftvermittler schließen die unter den Handelsbezeichnungen "Z-6020" (N-β(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan) und "Z-6040" (Glycidoxypropyltrimethoxysilan) bekannten ein, beide erhältlich von Dow Corning Corp., Midland, MI. Ebenfalls als Silanhaftvermittler wirksam sind Silanhaftvermittler mit Methacrylat- und Vinylfunktionalität, wie 3-Methacryloxy propyltrimethoxysilan, und ähnliche, erhältlich unter der Handelsbezeichnung "Z-6030", und Triacetoxyvinylsilan, erhältlich unter der Handelsbezeichnung "Z-6075", beide erhältlich von Dow Corning Corp.
Die Verstärkungsfasern können, bevor sie vom Bindemittel umschlossen werden, irgendein Vorbehandlungsmittel enthalten. Dieses Vorbehandlungsmittel kann ein Haftverstärker oder ein Schlichtungsmittel sein. Zum Beispiel können Fiberglasfasern ein Oberflächenbehandlungsmittel, wie ein mit Fiberglasgarn verträgliches Epoxid oder Urethan, enthalten, um die Haftung am Trägerbindemittel zu verstärken. Beispiele für solche Fiberglasgarne sind im Handel erhältlich unter den Handelsbezeichnungen "ECG 150 1/0 1.0Z" Sorte 903 und "EC9 33 1X0 Z40" Sorte 903, Fiberglasgarne von PPG, Pittsburgh, PA, und unter den Handelsbezeichnungen "ECG 150 1/0" Sorte 603 und "EC9 33 1X0 0.7Z" Sorte 603, Fiberglasgarne von Owens-Corning, Toledo, OH.
Eine Fasermatten- oder Fasernetzstruktur erhöht im allgemeinen die Reissfestigkeit nahtloser Träger und nahtloser beschichteter Schleifgegenstände der vorliegenden Erfindung. Eine Fasermatte oder ein Fasernetz besteht aus einer Matrix von Fasern mit einem Flächenverhältnis von mindestens etwa 100 : 1. Das Rächen Verhältnis einer Faser ist das Verhältnis der längeren zur kürzeren Abmessung der Faser. Die Matte oder das Netz kann entweder in Form eines Gewebes oder Vlieses vorliegen. Eine Vliesmatte ist eine Matrix aus zufällig verteilten Fasern. Diese Matrix wird typischerweise erzeugt, indem Fasern entweder autogen oder durch einen Kleber verbunden werden. Das heißt, eine Vliesmatte wird im allgemeinen als Blatt- oder Netzstruktur beschrieben, die durch mechanisches, thermisches oder chemisches Verbinden oder Verflechten von Fasern oder Elementarfäden hergestellt wird. Ein Vlies kann wegen seiner Offenheit, ungerichteten Festigkeitseigenschaften und geringen Kosten bevorzugt sein.
Beispiele für Vliesmatten, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, schließen offene, poröse Stapelfasernetze (wie in der US-Patentschrift Nr. 2,958,593 des Inhabers dieses Patents offenbart), umfassend Stapelfasern, die miteinander verflochten und an gegenseitigen Kontaktpunkten durch ein Bindemittel (z. B. ein Phenolharz) verbunden sind, schmelzgesponnene, schmelzgeblasene, gewirkte, hydrierend verflochtene oder thermogebundene Formen ein. Eine bevorzugte Vliesmatte ist ein schmelzgesponnenes Polyamid (d. h. Nylon) mit einem Faserdenier von etwa 4 bis 5 und einem Basisgewicht von etwa 6 bis 85 g/m². Eine solche Vliesmatte ist im Handel unter der Handelsbezeichnung "CEREX" von Cerex Advanced Fabrics erhältlich. Das Verstärkungsfasermaterial kann auch in Form einer Mattenstruktur vorliegen, die mit Kleber gebundene oder schmelzgebundene Fasern enthält. Schmelzgebundene Fasern werden in der Europäischen Patentanmeldung 340.982, veröffentlicht am 8. November 1889, offenbart, die durch Bezugnahme in diese Erfindung eingeschlossen wird. Ein Vliesnetz ist typischerweise porös mit einer Porosität von etwa 15% oder mehr. Vliesmatten oder -netze werden ferner in "The Nonwovens Handbook", herausgegeben von Bernard M. Lichstein, Verlag Association of the Nonwoven Fabrics Industry, New York, 1988, beschrieben.
Die Dicke einer Fasermatte oder eines Fasernetzes liegt in typischen Anwendungen der vorliegenden Erfindung im allgemeinen im Bereich von etwa 25 bis 800 um, vorzugsweise von etwa 100 bis 375 um. Das Gewicht einer bevorzugten Fasermattenstruktur liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 7 bis 150 g/m², vorzugsweise von etwa 17 bis 70 g/m². Vorzugsweise liegen in Gegenständen der vorliegenden Erfindung 1 bis 10 Schichten, stärker bevorzugt 2 bis 5 Schichten, der Fasermattenstruktur vor. Die Verstärkungsfasermatte macht vorzugsweise etwa 1-50 Gew.-%, stärker bevorzugt etwa 5-20 Gew.-%, der bevorzugten Gegenstände der vorliegenden Erfindung aus.
Eine für die Anwendungen der vorliegenden Erfindung bevorzugte Verstärkungsfasermatte ist Aramidfasermaterial, insbesondere Vliespapier auf Aramidstapelfaserbasis, wobei die Fasern durch einen Acryllatex miteinander verbunden sind. Solche Vliespapiere sind im Handel erhältlich von Veratec, einer Abteilung von International Paper Co., Tuxedo, NY, und werden unter Verwendung von Aramidstapelfasern, erhältlich von E. I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, DE unter der Handelsbezeichnung "KEVLAR" und "NOMEX", hergestellt.
Ein geeignetes Verstärkungsfasermaterial kann auch einen Verbundwerkstoff aus einer Gewebematte oder einer Vliesmatte mit kontinuierlichen Strängen aus Fasern oder Garnen umfassen. Zum Beispiel kann eine Vielzahl paralleler Polyestergarne thermisch an ein Vlies aus schmelzgebundenen organischen Stapelfasern, wie schmelzgebundenen Kern/Mantelfasern, gebunden werden. Ein bevorzugter Verbundwerkstoff umfasst etwa 50 bis 80 Gew.-% (stärker bevorzugt etwa 60 bis 70 Gew.-%) schmelzgebundene Kern/Mantelfasern und etwa 20 bis 50 Gew.-% (stärker bevorzugt etwa 30 bis 40 Gew.-%) parallele kontinuierliche Polyesterfasern. Sowohl der Kern als auch der Mantel der Kern/Mantelfasern umfasst Polyester, wobei der Mantelpolyester eine niedrigere Schmelztemperatur besitzt als der Kernpolyester. Die parallelen kontinuierlichen Fasern besitzen etwa die gleiche Schmelztemperatur wie der Polyester, der den Kern der Kern/Mantelfaser ausmacht. Solche Netze besitzen eine Dichte im Bereich von etwa 0,30 bis etwa 0,40 g/cm³.
Ein keramisches Verstärkungsfasermaterial kann in Anwendungen der vorliegenden Erfindung nützlich sein. Ein Beispiel für ein für die vorliegende Erfindung geeignetes keramisches Verstärkungsfasermaterial ist unter der Handelsbezeichnung "NEXTEL" bekannt (im Handel erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Co., St. Paul, MN). Ein Beispiel für eine verwendbare keramische Verstärkungsfasermatte ist unter der Handelsbezeichnung "440 ULTRAFIBER MAT" bekannt (im Handel erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Co., St. Paul, MN). Diese Matten sind Vliese aus feinen Keramikfasern ohne Schussfaden und ohne zur Matte hinzugefügte Bindemittel. Die Fasern besitzen Faserdurchmesser im Bereich von etwa 2 bis etwa 4 um mit Faserlängen im Bereich von etwa 2 bis etwa 25 cm. Die Matten besitzen vorzugsweise Breiten im Bereich von etwa 10 bis 40 cm; Dicken im Bereich von etwa 1 bis 3 cm; ein Gewicht pro Flächeneinheit im Bereich von etwa 160 bis 210 g/cm²; und eine Rohdichte (bei einer Mattendicke von 2,0 cm) im Bereich von etwa 8 bis 11 kg/m³. Die keramischen Fasern, aus denen sich die "440"-Matten zusammensetzen, bestehen aus 70 Gew.-% Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), 28 Gew.-% Siliciumdioxid (SiO&sub2;) und 2 Gew.-% Boroxid (B&sub2;O&sub3;).
Es gibt eine Vielzahl von organischen und synthetischen Faserstoffen, die für das Fasermaterial verwendbar sind. Beispiele für organische Materialien schließen Baumwolle, Leinen und Wolle ein. Beispiele für synthetische Stoffe schließen Nylon, Nylongewebe, Fiberglas, Rayon, Polyester und "Kevlar" ein. Die physikalischen Grundanforderungen an ein Substrat bestimmen die Arten von Materialien, die zur Herstellung des Substrates erforderlich sind.

Schleifbeschichtung

Ein nahtloser Träger der vorliegenden Erfindung wird durch Auftragen einer Schleifbeschichtung auf mindestens einen Teil mindestens einer seiner Hauptoberflächen in einen nahtlosen beschichteten Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung überführt. Typischerweise wird die Schleifbeschichtung auf die äussere Hauptoberfläche des nahtlosen Trägers aufgebracht, wobei ein Schleifgegenstand in Form eines Bandes oder einer Schlaufe mit einer Schleifbeschichtung auf der Aussenseite zur Verfügung gestellt wird.
Die Schleifbeschichtung umfasst eine Vielzahl von Schleifteilchen die mittels einer einzelnen Beschichtung (d. h. einer Grundbeschichtung) oder einer Vielzahl von Beschichtungen (d. h. Grundbeschichtung und Deckbeschichtung) am Träger haften. Die Beschichtungen und die Schleifteilchen werden nach der Erzeugung des Trägers in getrennten Schritten aufgebracht.
Eine Grundbeschichtung wird durch Aufbringen und Aushärten eines Grundbeschichtungsbindemittelvorläufers erzeugt. Der Grundbeschichtungsbindemittelvorläufer kann mittels jedes herkömmlichen Beschichtungsverfahrens, wie Messerstreichverfahren, Walzenstreichverfahren, Rotationstiefdruckverfahren und ähnlichem, aufgebracht werden.
Geeignete Grundbeschichtungsbindemittelvorläufer sind mit dem Trägerbindemittel verträglich und gegenüber Schleifbedingungen tolerant (d. h. so, dass sich die Grundbeschichtung nicht verschlechtert und die Schleifteilchen nicht vorzeitig freisetzt). Beispiele für geeignete hitzehärtbare Grundbeschichtungsbindemittelvorläufer schließen Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Epoxyharze, Acrylisocyanuratharze, Harnstoff- Formaldehydharze, Isocyanuratharze, Urethanacrylatharze, Epoxyacrylatharze oder Gemische daraus ein. Vorzugsweise ist der hitzehärtbare Grundbeschichtungsbindemittelvorläufer ein Phenolharz, ein Aminoplastharz oder eine Kombination daraus. Das Phenolharz ist vorzugsweise ein Resolphenolharz, Beispiele für im Handel erhältliche Phenolharze schließen die unter den Handelsbezeichnungen "VARCUM" (im Handel erhältlich von OXY Chem Corporation, Dallas, TX), "AROFENE" (im Handel erhältlich von Ashiand Chemical Company, Columbus, OH) und "BAKELITE" (im Handel erhältlich von Union Carbide, Danbury, CT) erhältlichen ein. Ein bevorzugtes Aminoplastharz besitzt mindestens eine α-, β-ungesättigte Carbonylseitenkette pro Molekül, wie in der US-Patentschrift Nr. 4,903,440 oder 5,236,472 beschrieben.
Auf die Grundbeschichtung und die Schleifteilchen wird eine Deckbeschichtung aufgebracht. Die Deckbeschichtung wird durch Auftragen und Aushärten eines Deckbeschichtungsbindemittelvorläufers erzeugt. Der Deckbeschichtungsbindemittelvorläufer kann mittels jedes herkömmlichen Beschichtungsverfahrens, wie Messerstreichverfahren, Walzenstreichverfahren, Rotationstiefdruckverfahren und ähnlichem, aufgebracht werden.
Geeignete Deckbeschichtungsbindemittelvorläufer schließen die vorstehend als geeignete Grundbeschichtungsbindemittelvorläufer beschriebenen ein.
Die Grundbeschichtung und die Deckbeschichtung können optional andere Materialien oder Zusatzstoffe enthalten. Diese Materialien schließen Schleifhilfsstoffe, Füllstoffe, Haftvermittler, Netzmittel, Farbstoffe, Pigmente, Weichmacher, Trennmittel oder Kombinationen daraus ein. Typischerweise sind nicht mehr als 90 Gew.-% Füllstoffe, bezogen auf die Zusatzstoffe, vorhanden.
Manchmal kann das Aufbringen eines Überzugs auf die Deckbeschichtung bevorzugt werden. Ein Überzug kann ein Schleifhilfsmittel zur Steigerung der Schleifeigenschaften der Schleifbeschichtung einschließen. Beispiele für Schleifhilfsmittel schließen Kaliumtetrafluoroborat, Kryolith, Ammoniumkryolith oder Schwefel ein. Der Überzug kann ein Bindemittel und ein Schleifhilfsmittel umfassen.

Schleifmittel

Beispiele für Schleifmaterialien, die zur Verwendung in nahtlosen Schleifgegenständen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, schließen Schmelz-Aluminiumoxid, hitzebehandeltes Aluminiumoxid, Sinter-Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Zirkonkorund, Granat, Diamant, kubisches Bornitrid oder Gemische daraus ein. Der Begriff "Schleifmaterial" umfasst Schleifteilchen, Agglomerate oder Mehrteilchen-Schleifgranulate. Ein Beispiel für Agglomerate wird in der US-Patentschrift Nr. 4,652,275 beschrieben. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst auch die Verwendung von verdünnten erodierbaren Agglomeratkörnern, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,078,753 beschrieben.
Ein bevorzugtes Schleifmaterial sind Schleifteilchen auf Aluminiumoxidbasis. Für Anwendungen der vorliegenden Erfindung geeignete Aluminiumoxidkörner schließen Schmelz- Aluminiumoxide, hitzebehandelte Aluminiumoxide und Sinter-Aluminiumoxide ein. Beispiele für Sinter-Aluminiumoxide werden in den US-Patentschriften Nrn. 4,314,827, 4,744,802, 4,770,671 und 4,881,951 beschrieben.
Die mittlere Teilchengröße der Schleifteilchen beträgt für vorteilhafte Anwendungen der vorliegenden Erfindung mindestens etwa 0,1 um, vorzugsweise mindestens etwa 100 um. Eine Korngröße von etwa 100 um entspricht ungefähr einem Schleifteilchen mit Schleifschichtkörnung 120 gemäß Standard B74.18-1894 des American National Standards Instituts (ANSI). Die Schleifteilchen können abhängig von der gewünschten Endanwendung der Schleifschicht gerichtet sein, oder sie können ohne Ausrichtung auf den Träger aufgebracht werden.

Verfahren zur Herstellung nahtloser Träger und nahtloser beschichteter Schleifgegenstände

Ein Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Trägers der vorliegenden Erfindung umfasst die Schütte:
(a) zur Verfügung stellen einer Trägerwalze mit einer Umfangsoberfläche;
(b) Aufbringen mindestens eines Verstärkungsfasermaterials auf die Umfangsoberfläche der Walze;
(c) Aufbringen eines Trägerbindemittelvorläufers auf das Verstärkungsfasermaterial in einer Menge, die ausreicht, um das Verstärkungsfasermaterial zu umschließen, wobei der Trägerbindemittelvorläufer ein Gemisch aus:
(i) einem aromatischen Polyisocyanatvorpolymer;
(ii) einem Polyolhärter;
(iii) einem Urethanacrylat; und
(iv) mindestens einem Polymerisationsmittel; umfasst;
(d) Aussetzen des Trägerbindemittelvorläufers einer Strahlungsenergie, um den Trägerbindemittelvorläufer zu polymerisieren, wobei ein sich gegenseitig durchdringendes Polymernetzwerk erzeugt wird; und
(e) Entfernen des nahtlosen Trägers von der Trägerwalze.

Trägerwalze

Ein nahtloser Träger der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise unter Verwendung einer Trägerstruktur in Form einer Walze oder Nabe hergestellt. Der nahtlose Träger wird auf der Umfangsoberfläche der Trägerwalze, die typischerweise zylindrische Form besitzt, erzeugt. Die Trägerwalze kann aus einem harten Material, wie Stahl, Metall, Keramik oder einem festen Kunststoffmaterial bestehen. Die Walze wird auf einer Spindel plaziert, so dass sie mittels eines Motors mit geregelter Geschwindigkeit gedreht werden kann. Die Rotation kann abhängig von der Anwendung irgendwo im Bereich von 0,1 bis 500 Umdrehungen pro Minute (Upm), vorzugsweise von 1 bis 100 Upm, liegen.
Die Walze kann eine Einheit sein oder aus Segmenten oder Teilen bestehen, die sich zur einfachen Entfernung des nahtlosen Trägers zusammenklappen lassen. Wenn ein großer nahtloser Gegenstand bevorzugt wird, wird die Walze typischerweise zum Zusammenklappen und einfachen Entfernen des Gegenstandes aus Segmenten hergestellt. Wenn eine solche Walze verwendet wird, kann die innere Oberfläche des Gegenstandes dort leichte Wülste enthalten, wo die Segmente verbunden sind und in der Walze eine Naht erzeugen. Obwohl eine im allgemeinen von solchen Wülsten freie Oberfläche bevorzugt wird, kön nen Wülste in nahtlosen beschichteten Schleifgegenständen der vorliegenden Erfindung toleriert werden, um die Herstellung, insbesondere bei langen Bändern, zu vereinfachen.
Die Abmessungen der Walze entsprechen im allgemeinen den Abmessungen des nahtlosen Trägers. Der Umfang der Walze entspricht im allgemeinen dem inneren Umfang des nahtlosen Trägers. Die Breite des nahtlosen Trägers kann jeden Wert kleiner oder gleich der Breite der Walze annehmen. Ein einzelner nahtloser Träger kann auf der Walze hergestellt werden, von der Walze entfernt werden, und die Seiten können beschnitten werden. Zusätzlich kann der Träger der Länge nach in eine Vielzahl von Trägem geschnitten werden.

Trennbeschichtung

In vielen Fällen kann das Aufbringen einer Trennbeschichtung auf die Umfangsoberfläche der Walze vor dem Aufbringen des Bindemittels oder irgendeines der anderen Bestandteile bevorzugt werden. Eine Trennbeschichtung gewährleistet ein einfaches Lösen des Trägers von der Walze nachdem der Bindemittelvorläufer erstarrt ist. In den meisten Fällen wird die Trennbeschichtung nicht Teil des nahtlosen beschichteten Gegenstandes. Wenn zur Herstellung des Trägers eine zusammenklappbare Walze verwendet wird, hilft ein solcher Trennüberzug die Erzeugung von Wülsten in der inneren Oberfläche des Trägers zu verhindern oder zu verringern. Beispiele für Trennbeschichtungen schließen Silikone, Fluorchemikalien oder mit Silikonen oder Fluorchemikalien beschichtete Polymerfilme ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst auch die Verwendung einer zweiten Trennbeschichtung, die auf das Trägerbindemittel aufgebracht wird. Diese zweite Trennbeschichtung ist typischerweise während des Aushärtens des Trägerbindemittelvorläufers vorhanden und kann danach entfernt werden.

Trägerinnenschicht

In vielen Fällen kann bevorzugt werden, eine Innenschicht aus Papier oder Polymerfilm zur Verfügung zu stellen, um die Reissfestigkeit zu erhöhen, die Abnutzung der Rückseite zu verringern und/oder die ästhetische Erscheinung des nahtlosen beschichteten Schleifgegenstandes zu verbessern. Das Papier oder der Polymerfilm wird auf die Umfangsoberfläche der Walze aufgebracht, bevor das Trägerbindemittel oder einer der anderen Bestandteile (z. B. Verstärkungsfasermaterial) aufgebracht werden. Eine solche Schicht verbindet sich mit dem Trägerbindemittel, wobei die innere Oberfläche des nahtlosen Trägers oder des nahtlosen beschichteten Schleifgegenstandes erzeugt wird.

Aufbringen von Verstärkungsfasermaterial

Nach dem Aufbringen einer Trennbeschichtung oder Trägerinnenschicht wird mindestens eine Schicht aus Verstärkungsfasermaterial aufgebracht. Das Verstärkungsfasermaterial kann auf verschiedene Arten auf die äussere Umfangsoberfläche der Walze aufgebracht werden. Die spezielle Art des Aufbringens wird typischerweise von der Art des gewählten Fasermaterials bestimmt.
Für ein Verstärkungsfasermaterial in Form einer Vlies- oder Gewebematte oder eines Netzes kann die Matte oder das Netz aufgebracht werden, indem es von einer Abrollstation zugeführt und unter Rotation der Walze um die Walze gewickelt wird. Die Matte oder das Netz kann in Helixform (d. h. die Kante der Matte ist in einem Winkel zur Walzenkante geneigt) oder gerade um die Walze gewickelt werden. Wenn die Breite der Matte oder des Netzes geringer ist als die Breite der Walze, kann eine Helixwicklung bevorzugt sein, um die gesamte Breite der Walze mit einer einzelnen kontinuierlichen Matten- oder Netzbahn zu bedecken. Abhängig von der speziell gewünschten Konstruktion kann mehr als eine Matten- oder Netzschicht um die Walze gewickelt werden. Vorzugsweise liegen mindestens zwei Wicklungen der Fasermatte oder des Fasernetzes vor. Auf diese Weise wird eine einzelne Naht in der Schicht vermieden.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Aufbringen eines kontinuierlichen Faserstranges schließt die Verwendung eines Pendelwicklers ein. Bei diesem Verfahren rotiert die Walze, während der kontinuierliche Faserstrang durch den Pendelwickler gezogen und in Helixform um die Breite der Walze gewickelt wird. Vorzugsweise überquert der Pendelwickler die gesamte Breite der Walze, so dass der kontinuierliche Faserstrang gleichmäßig in einer Schicht über die gesamte Breite der Walze aufgebracht wird. Bei dieser Wickelmethode wird der kontinuierliche Faserstrang als helixförmig gewickeltes Muster innerhalb des Trägerbindemittels zur Verfügung gestellt, wobei jede Wicklung des Faserstranges im allgemeinen parallel zur vorhergehenden Wicklung des Faserstranges ist.
Wenn sich der Pendelwickler nicht über die gesamte Breite der Walze bewegt, kann der kontinuierliche Faserstrang nur in einem bestimmten Teil oder in bestimmten Teilen der Walzenbreite, zum Beispiel an den Walzenkanten, aufgebracht werden.
Ausserdem kann erwünscht sein, zwei oder mehr verschiedene Garne nebeneinander auf den Pendelwickler zu wickeln. Zum Beispiel kann ein Garn aus Glas und ein anderes aus Polyester oder Polyamid bestehen.
Vorzugsweise wird eine Vliesmatte aus Verstärkungsfasermaterial zuerst wie beschrieben auf die Walze aufgebracht, gefolgt vom Aufbringen eines kontinuierlichen Faserstranges über die Breite der Walze unter Verwendung eines Pendelwicklers.
Zum Aufbringen des Verstärkungsfasermaterials kann auch eine Zerhackerpistole verwendet werden. Eine Zerhackerpistole schleudert die Fasern auf das Harzmaterial auf der Walze, vorzugsweise während die Walze rotiert und die Pistole stationär gehalten wird. Dieses Verfahren ist besonders geeignet, wenn die Verstärkungsfasern klein sind (d. h. eine Länge von weniger als etwa 100 mm besitzen). Wenn die Länge der Verstärkungsfaser weniger als etwa 5 mm beträgt, kann die Verstärkungsfaser mit dem Trägerbindemittelvorläufer vermischt und in diesem suspendiert werden. Das erhaltene Trägerbindemittelvorläufer/Fasermaterialgemisch kann dann auf die Walze aufgebracht werden.

Aufbringen des Trägerbindemittelvorläufers

Die Verstärkungsfasermaterialien können mit dem Trägerbindemittelvorläufer auf verschiedene Arten kombiniert werden. Zum Beispiel kann das Verstärkungsfasermaterial direkt auf den Trägerbindemittelvorläufer, der vorher auf die Umfangsoberfläche der Walze aufgebracht wurde, aufgebracht werden, das Verstärkungsfasermaterial kann zuerst auf die Walze aufgebracht werden, gefolgt vom Trägerbindemittelvorläufer, oder das Verstärkungsfasermaterial und der Trägerbindemittelvorläufer können in einem kontinuierlichen Arbeitsgang auf die Walze aufgebracht werden.
Vorzugsweise wird zuerst eine Vliesmatte aus Verstärkungsfasermaterial auf die Umfangsoberfläche der Trommel aufgebracht, gefolgt von einem gleichzeitigen Aufbringen des Trägerbindemittelvorläufers und eines kontinuierlichen Faserstranges auf die rotierende Walze. Präzise ausgedrückt wird, während der kontinuierliche Faserstrang unter Verwendung eines Pendelwicklers um die rotierende Walze gewickelt wird, der Trägerbindemittelvorläufer etwa an dem Punkt auf den Faserstrang aufgebracht, an dem der Faserstrang um die Walze gewickelt wird. Der Trägerbindemittelvorläufer, der in flüssigem Zustand aufgebracht wird, umschließt das Verstärkungsfasermaterial (d. h. den kontinuierlichen Faserstrang und die Vliesmatte) und imprägniert die Vliesmatte. Während des gleichzeitigen Beschichtungs- und Wickelvorgangs überqueren sowohl der Wickler als auch der Beschichtungskopf die Umfangsoberfläche der Trägerwalze, so dass sowohl der Faserstrang als auch der Trägerbindemittelvorläufer über die Breite des dadurch erzeugten nahtlosen Trägers aufgebracht werden. Vorzugsweise ist der Beschichtungskopf auf dem Pendelwickler angebracht oder ist am Pendelwickler, der als Mittel zur Überquerung der Umfangsoberfläche der Walze dient, befestigt. Optional kann der Pendelwickler eine Düse enthalten, so dass der Faserstrang beim Durchtritt mittels der Düse mit dem Trägerbindemittelvorläufer beschichtet wird. Der Durchmesser der Düse wird entsprechend der gewünschten Trägerbindemittelmenge im Träger des Schleifgegenstandes gewählt.
Wegen der Reaktivität des Polyisocyanatvorpolymers und des Polyolhärters werden diese typischerweise und vorzugsweise bis unmittelbar vor dem Aufbringen des Trägerbindemittelvorläufers auf das Verstärkungsfasermaterial in getrennten Behältern gehalten. Das Polyisocyanatvorpolymer und das Polyol werden vorzugsweise in getrennten Behäl tern gehalten, da jede Umsetzung miteinander die Beschichtungsfähigkeit des Trägerbindemittelvorläufers beeinträchtigen würde. Zum Beispiel kann die Viskosität auf ein zum Beschichten unerwünschtes Niveau ansteigen.
Typischerweise und vorzugsweise enthält ein erster Behälter (Behälter "A") das Polyisocyanatvorpolymer, den durch Strahlung aktivierten Urethankatalysator und erwünschte optionale Bestandteile. Ein zweiter Behälter (Behälter "B") enthält ein Gemisch, umfassend ein Urethanacrylat, einen Polyolhärter, einen freien Radikalfotoinitiator und erwünschte optionale Bestandteile. Unmittelbar vor dem Aufbringen des Trägerbindemittelvorläufers wird das Material aus Behälter A mit dem Material aus Behälter B vermischt. Vorzugsweise sind die Behälter A und B mit Leitungsteilen verbunden, die mit einem statischen Mischer oder Mischer ohne bewegte Teile verbunden sind. Der statische Mischer oder Mischer ohne bewegte Teile vermischt den Materialstrom aus Behälter A mit dem Materialstrom aus Behälter B, wobei der Trägerbindemittelvorläufer erzeugt wird. Die Fließgeschwindigkeit des Materials aus Behälter A und Behälter B muss so gesteuert werden, dass das erzeugte Gemisch das gewünschte stöchiometrische Verhältnis von Polyisocyanatvorpolymer und Polyolhärter enthält. Nach dem Vermischen fließt der Trägerbindemittelvorläufer in die Beschichtungsvorrichtung zum Aufbringen auf die Verstärkungsfasermaterialien.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird eine bevorzugte Vorrichtung zur Herstellung eines nahtlosen Trägers der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine Vliesmatte (42), vorzugsweise ein schmelzspinngebundenes Nylonvlies, wird mindestens als eine Schicht auf eine Walze (44) aufgebracht (d. h. so dass die Matte mindestens einmal vollständig um die Umfangsoberfläche der Walze gewickelt ist). Um eine Naht zu vermeiden, wird die Matte vorzugsweise mindestens zweimal um die Walze (44) gewickelt. Die Matte kann helixförmig (d. h. spiralförmig) oder gerade um die Walze gewickelt werden.
Nach dem Aufbringen der Fasermatte (42) auf die Walze (44) wird ein kontinuierlicher Faserstrang (46) auf die Oberfläche der Fasermatte (42) aufgebracht. Das Aufbringen des Faserstranges (46) beinhaltet die Verwendung eines Garnführungssystems (48) mit einem Pendelwickler (50). Bei diesem Verfahren rotiert die Walze (44), während der kontinuierliche Faserstrang (46) durch den Pendelwickler (50) von der Spule gezogen und um die Umfangsoberfläche der Walze (44) auf die Vliesmatte (42) gewickelt wird. Der kontinuierliche Faserstrang (46) wird helixförmig um die Walze (44) gewickelt. Vorzugsweise bewegt sich der Pendelwickler (50) so über die Breite der Walze, dass der kontinuierliche Verstärkungsfaserstrang (46) in einer Schicht gleichmäßig über die Breite der Matte (42) aufgebracht wird. So liegt der Strang (46) als helixförmig gewickeltes Muster vor, wobei jede Wicklung des Faserstranges im wesentlichen parallel zur vorherigen Wicklung des Stranges ist. Optional kann der kontinuierliche Strang (46) nur auf Teile der Breite der Vliesmatte (42) aufgebracht werden. Zum Beispiel kann der Strang (46) nur in der Nähe der äusseren Kanten der Vliesmatte (42) aufgebracht werden. Der kontinuierliche Strang (46) besteht vorzugsweise aus Glas oder Polyamid. Optional können kontinuierliche Faserstränge aus verschiedenen Materialien (z. B. ein Polyamidstrang und ein Glasstrang) gleichzeitig von getrennten Spulen gezogen und unter Verwendung des Pendelwicklers (50) auf die Vliesmatte (42) aufgebracht werden.
Während des Aufwickelverfahrens wird der Trägerbindemittelvorläufer (78) mittels eines Beschichtungs systems (52) aufgebracht. Das Beschichtungssystem (52) schließt Behälter A (54) und Behälter B (56) ein. Behälter A ist mit einem ersten Ende des Leitungsteils (58) verbunden. Ein zweites Ende des Leitungsteils (58) ist mit einer ersten Dosierpumpe (60) verbunden. Behälter B (56) ist mit einem ersten Ende des Leitungsteils (62) verbunden. Ein zweites Ende des Leitungsteils (62) ist mit einer zweiten Dosierpumpe (64) verbunden. Die erste Dosierpumpe (60) ist mit einem ersten Ende des Leitungsteils (66) verbunden. Die zweite Dosierpumpe (64) ist mit einem ersten Ende des Leitungsteils (68) verbunden. Das zweite Ende des Leitungsteils (66) ist mit einem ersten Einlassstutzen des statischen Mischers (70) verbunden. Das zweite Ende des Leitungsteils (68) ist mit einem zweiten Einlassstutzen des statischen Mischers (70) verbunden. Der statische Mischer (70) ist mittels eines Armes (71) mit dem Pendelwickler (50) verbunden. Das zweite Ende (d. h. der Auslass) des statischen Mischers (70) ist über der Walze (44) angebracht. Optional kann das zweite Ende des statischen Mischers (70) mit einem (nicht gezeigten) Beschichtungskopf, wie einem Düsen- oder Extrusionsbeschichtungskopf, verbunden sein.
Behälter A (54) enthält ein Gemisch, umfassend ein Polyisocyanatvorpolymer, einen durch Strahlung aktivierten Urethankatalysator und erwünschte optionale Bestandteile. Behälter B (56) enthält ein Gemisch, umfassend ein Urethanacrylat, einen Polyolhärter, einen freien Radikalfotoinitiator und erwünschte optionale Bestandteile. Die Dosierpumpe (60) fördert Material aus Behälter A (54) durch die Leitungsteile (58) und (66) in den statischen Mischer (70). Die zweite Dosierpumpe (64) fördert Material aus Behälter B (56) durch die Leitungsteile (62) und (68) in den statischen Mischer (70). Die erste Dosierpumpe (60) und die zweite Dosierpumpe (64) sind so gesteuert, dass die relativen Fließgeschwindigkeiten dem gewünschten stöchiometrischen Verhältnis des Polyisocyanatvorpolymers und des Polyolhärters entsprechen. Im statischen Mischer (70) vermischen sich die Materialströme aus Behälter A und Behälter B zum Trägerbindemittelvorläufer (78). Der statische Mischer (70) umfasst eine Reihe von rechts- und linksdrehenden helixförmigen Umlenkblechen. Beim Durchströmen des statischen Mischers (70) wird die Flüssigkeit durch die Umlenkbleche geteilt und wieder vereinigt, wobei der Materialstrom aus Behälter A mit dem Materialstrom aus Behälter B vermischt wird. Der statische Mischer (70), der sich über der Walze (44) befindet, bringt diesen Trägerbindemittelvorläufer (78) auf das um die Umfangsoberfläche der Walze (44) gewickelte Verstärkungsfasermaterial auf. Vorzugsweise befindet sich hinter dem Beschichtungskopf (76) ein Glättmesser oder Streichmesser (77). Das Glatt- oder Streichmesser (77) glättet die Oberfläche des Trägerbindemittelvorläufers und erzwingt die Imprägnierung des Verstärkungsfasermaterials mit dem Trägerbindemittelvorläufer. Typischerweise umfasst das Glatt- oder Streichmesser einen Polyesterfilm von etwa 20 mils (0,5 mm) Dicke.
Während des Aufwickelns des kontinuierlichen Elementarfadens (46) überquert der statische Mischer (70) die Breite der Walze (44), wobei er dem Pendelwickler (50) folgt, und bringt den Trägerbindemittelvorläufer (78) auf das um die Umfangsoberfläche der Walze (44) gewickelte Verstärkungsfasermaterial auf. Es wird ausreichend Trägerbindemittelvorläufer (78) aufgebracht, um mindestens eine Schicht Trägerbindemittelvorläufer über und unter der Fasermatte (42) und dem kontinuierlichen Faserstrang (46) zur Verfügung zu stellen. Die erste Dosierpumpe (60) und die zweite Dosierpumpe (64) sind so gesteuert, dass sie das gewünschte Beschichtungsgewicht des Trägerbindemittelvorläufers (78) zur Verfügung stellen.

Aushärten des Trägerbindemittelvorläufers

Nach dem Aufbringen des Trägerbindemittelvorläufers auf das Verstärkungsfasermaterial wird der Trägerbindemittelvorläufer polymerisiert. Die Polymerisation wird durch Aussetzen des Trägerbindemittelvorläufers einer Strahlungsenergiequelle initiiert. Vorzugsweise wird der Trägerbindemittelvorläufer ultraviolettem Licht ausgesetzt, um den Polymerisationsvorgang zu initiieren. Eine bevorzugte Ultraviolettlichtquelle ist im Handel von Fusion Systems, Inc., Gaithersburgh, MD, erhältlich und umfasst ein Strahlermodell I-600, gespeist von einer P-600 Energiequelle und ausgestattet mit einer Lampe vom Typ "D". Das System arbeitet mit 236 Watt/cm (600 Watt/inch). Bezugnehmend auf Fig. 4 kann die Ultraviolettlampe (82) die Breite der Walze (44) überqueren. Die Ultraviolettlampe (82) folgt nach dem Pendelwickler (50) und dem statischen Mischer (70). Auf diese Weise wird die Polymerisation des Trägerbindemittelvorläufers innerhalb der kurzen Zeitspanne des Aufbringens des Trägerbindemittelvorläufers auf das Verstärkungsfasermaterial initiiert. Das führt zu einem wirtschaftlichen Verfahren zur Herstellung nahtloser Träger, da der Trägerbindemittelvorläufer schnell nach dem Aufbringen auf das Verstärkungsfasermaterial polymerisiert wird. Die Polymerisationsgeschwindigkeit des Trägerbindemittelvorläufers hängt von Faktoren, wie der Trägerbindemittelvorläuferzusammensetzung (z. B. der Art und Menge des Polymerisationsmittels, der Funktionalität und dem Molekulargewicht des Urethanacrylats und der Reaktivität des Polyisocyanatvorpolymers), der Trägerbindemittelvorläuferdicke, der Gegenwart von Zusatzstoffen (z. B. Füllstoffen) im Trägerbindemittelvorläufer und der Belichtungsstärke der Strahlungsenergie (z. B. Intensität, spektrale Verteilung und Belichtungsdauer mit ultraviolettem Licht) ab.
Nach dem Aufbringen und Polymerisieren des Trägerbindemittelvorläufers wird der nahtlose Träger vorzugsweise von der Trägerwalze (44) entfernt. Optional kann der Trägerbindemittelvorläufer zur weiteren Polymerisation des Trägerbindemittelvorläufers erhitzt werden.
Zusätzliche Verfahren zur Herstellung nahtloser Träger der vorliegenden Erfindung finden sich zum Beispiel in der US-Patentschrift Nr. 5,681,612 (Benedict et al.).

Aufbringen der Schleifbeschichtung

Nach der Herstellung des nahtlosen Trägers wird eine Schleifbeschichtung auf die äussere Hauptoberfläche des nahtlosen Trägers aufgebracht. Die Schleifbeschichtung besteht aus einer Grundbeschichtung, einer Vielzahl von in die Grundbeschichtung eingebetteten Schleifteilchen, einer Deckbeschichtung und optional einem Überzug. Zuerst wird die Grundbeschichtung auf den Träger aufgebracht. Darauffolgend wird das Schleifmittel, vorzugsweise in Form einer Vielzahl von Schleifteilchen, auf die Grundbeschichtung aufgebracht. Die Grundbeschichtung mit darin eingebetteten Teilchen wird dann zumindest teilweise verfestigt. Wenn die Grundbeschichtung ein hitzehärtbares Harz ist, ist dieser Erstarrungsvorgang ein Aushärt- oder Polymerisationsvorgang. Typischerweise beinhaltet dies die Anwendung von Energie, entweder thermischer oder Strahlungsenergie. Darauffolgend wird eine zweite Beschichtung oder Deckbeschichtung auf die Schleifteilchen und die Grundbeschichtung aufgebracht. Sowohl die Grundbeschichtung als auch die Deckbeschichtung werden dann vollständig verfestigt.
Zur Herstellung eines nahtlosen beschichteten Schleifgegenstandes der vorliegenden Erfindung kann der Träger um zwei Walzenzylinder gelegt werden, die zum Zweck der Trägerrotation mit einem Motor verbunden sind. Alternativ kann der Träger um einen Walzenzylinder gelegt werden, der zum Zweck der Trägerrotation mit einem Motor verbunden ist. Unter Rotation des Trägers wird die Grundbeschichtung mittels irgendeines herkömmlichen Beschichtungsverfahrens, wie Messerstreichbeschichtung, Spritzbeschichtung, Walzenbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Lackgießbeschichtung, aufgebracht. Die Sprühbeschichtung wird bevorzugt. Die Schleifteilchen werden nach dem Aufbringen der Grundbeschichtung aufgebracht. Die Schleifteilchen können mittels einer elektrostatischen Beschichtungsanlage elektrostatisch auf der Grundbeschichtung niedergeschlagen werden. Der Walzenzylinder fungiert als Erdungsplatte der elektrostatischen Beschichtungsanlage. Alternativ können die Schleifteilchen durch Beschichtung mittels freiem Fall aufgebracht werden.
Vorzugsweise wird die Grundbeschichtung vor dem Aufbringen der Deckbeschichtung verfestigt oder zumindest teilweise verfestigt. Die Deckbeschichtung kann mittels irgendeines herkömmlichen Verfahrens, wie Walzenbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Lackgießbeschichtung, aufgebracht werden. Die Deckbeschichtung wird vorzugsweise mittels Sprühbeschichtung aufgebracht. Die Grundbeschichtung und die Deckbeschichtung können dann vollständig ausgehärtet werden, während sich der Träger noch auf der (den) Walzenzylinder(n) befindet. Alternativ kann das erhaltene Produkt vor dem Aushärten der Grund- und Deckbeschichtungen vom (von den) Walzenzylinder(n) entfernt werden.
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ferner durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, aber die in diesen Beispielen angeführten jeweiligen Materialien und deren Mengen sowie andere Bedingungen und Einzelheiten sollten nicht so aufgefasst werden, dass sie die vorliegende Erfindung unzulässig einschränken. Alle Teile und Prozentangaben sind, wenn nicht anders angegeben, gewichtsbezogen.

Beispiele

Für den Fachmann werden verschiedene Modifikationen und Abänderungen der vorliegenden Erfindung offensichtlich sein, ohne dass der Rahmen und der Sinn der vorliegenden Erfindung verlassen wird, und es gilt als vereinbart, dass die vorliegende Erfindung nicht unzulässig auf die hier zur Veranschaulichung bekanntgemachten Ausführungsformen beschränkt werden soll.

Glossar der Materialien

PET1NW Eine schmelzspinngebundene Polyestervliesmatte, etwa 0,127 mm dick mit einem Gewicht von etwa 28 g/m². Im Handel von Remay Corporation, Old Hickory, TN unter der Handelsbezeichung "REMAY" erhältlich.
E 743 Ein MDI-Vorpolymer mit Diisocyanatfunktionalität, bezeichnet als Mondur E 743, im Handel erhältlich von Bayer Corp., Pittsburgh, PA.
E 744 Ein MDI-Vorpolymer mit Diisocyanatfunktionalität, bezeichnet als Mondur E 744, im Handel erhältlich von Bayer Corp., Pittsburgh, PA.
HEA 2-Hydroxyethylacrylat, im Handel erhältlich von Dow Chemical Corp., Midland, MI.
Eb-8402 Ein Urethanacrylatoligomer, bezeichnet als Ebecryl 8402, im Handel erhältlich von UCB Chemicals, Atlanta, GA.
V-813 Ein Isocyanatvorpolymer, bezeichnet als Vibrathane 813, im Handel erhältlich von Uniroyal Chemical Corp., Middlebury, Conn.
CAT Ein Salzkomplex aus Methylendianilin, dispergiert in einem Weichmacher, bezeichnet als Caytur 31, im Handel erhältlich von Uniroyal Chemical Corp., Middlebury, Conn.
E-828 Ein Epoxyharz, bezeichnet als Epon 828, im Handel erhältlich von Shell Chemical Co., Houston, TX.
THF-1000 Ein Polyol, bezeichnet als PolyTHF-1000, im Handel erhältlich von BASF, Mount Olive, NJ.
THF-250 Ein Polyol, bezeichnet als PolyTHF-250, im Handel erhältlich von BASF, Mount Olive, NJ.
UVI-6974 Ein Fotoinitiator für kationische Systeme, bezeichnet als UVI-6974, im Handel erhältlich von Union Carbide, Danbury, CT.
Uv-783 Ein Urethanacrylatoligomer, bezeichnet als Uvithane 783, im Handel erhältlich von Morton International, Cincinnati, OH.
CD-504 Ein ethoxyliertes Nonylphenolacrylat, bezeichnet als CD504, im Handel erhältlich von Sartomer Co., Exton, PA.
SR-256 Ein 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylat, bezeichnet als SR-256, im Handel erhältlich von Sartomer Co., Exton, PA.
SR-602 Ein hochethoxyliertes Bisphenol A -diacrylat von Sartomer Co., Exton, PA.
SR-610 Ein Polyethylenglycol 600 diacrylat, ebenfalls von Sartomer Co., Exton, PA.
Ph-6173 Ein monofunktionelles Acrylat, bezeichnet als Photomer 6173, im Handel erhältlich von Henkel, Ambler, PA.
1-651 Ein Fotoinitiator, bezeichnet als Irgacure 651, im Handel erhältlich von Ciba Specialty Chemicals Corp., Hawthorne, NY.
1-261 Ein Fotoinitiator, bezeichnet als Irgacure 261, im Handel erhältlich von Ciba Specialty Chemicals Corp., Hawthorne, NY.
PSOLV Ein Lösungsmittelgemisch, bezeichnet als Polysolv PM, das 15% Wasser und 85% Propylenglycolmonomethylether enthält, im Handel erhältlich von Worum Chemical Co., St. Paul, MN.
A-100 Ein Lösungsmittel, bezeichnet als Aromatic 100, im Handel erhältlich von Worum Chemical Co., St. Paul, MN.
CMD 55 Gew.-% Diglycidylether von Bisphenol A-epoxyharz in Wasser, im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung "CMD35201" von Hi-Tek Polymers, Jeffersontown, KY.
ERC Eine Lösung von 25 Gew.-% 2-Ethyl-4-methylimidazol in Wasser, im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichung "EMI-24" von Air Products, Allentown, PA.
KRO Ein rotes Eisenoxidpigment, im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichung "KR-3097" von Harcros Pigments Inc., St. Louis, IL.

Allgemeines Verfahren 1

Herstellung eines nahtlosen Trägers

Dieses Verfahren veranschaulicht das allgemeine Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Trägers unter Verwendung eines hitzehärtbaren Bindemittels, von dem in der US-Patentschrift Nr. 5,681,612 (Benedict et al.) berichtet wird.
Der Träger wurde auf einer Aluminiumwalze mit einem Durchmesser von 19,4 cm und einem Umfang von 61 cm erzeugt. Die Aluminiumwalze besaß eine Wandstärke von 0,64 cm und wurde auf einer 7,6 cm Spindel installiert, die von einem Gleichstrommotor mit 1 bis 40 Umdrehungen pro Minute (Upm) gedreht wurde. Auf der Oberfläche der Walze befand sich ein 0,13 mm dicker, mit Silikon beschichteter Polyesterfilm, der als Trennoberfläche fungierte. Dieser mit Silikon beschichtete Polyesterfilm war nicht Teil des Trägers. Die Endabmessungen der Schlaufe betrugen 61 cm in der Breite und 61 cm in der Länge (d. h. 61 cm Umfang).
Zwei Schichten Vliesnetz (PET1NW) von etwa 15 cm Breite wurden mittels einer Messerstreichmaschine mit einer Spaltbreite von 0,3 mm mit einem Trägerbindemittelvorläufer gesättigt. Der Trägerbindemittelvorläufer umfasste 60 Gew.-% V-813, 28,5 Gew.-% CAT und 1,5 Gew.-% KRO. Der Trägerbindemittelvorläufer war eine 90 Gew.-%ige Lösung in A-100. Das erhaltene gesättigte Material wurde zweimal um die Walze gewickelt, während die Walze mit etwa 5 Upm rotierte. Danach wurden sechs Verstärkungsfaserstränge zuerst durch eine mittels Pumpe beschickte Nadeldüse mit dem Trägerbindemittelvorläufer beschichtet, dann mittels eines Garnführungssystems mit einem Pendelwickler, der sich mit etwa 20 cm/min über die Oberfläche der Walze bewegte, auf das gesättigte Vliesnetz gewickelt. Die Walze rotierte mit 80 Upm. Dadurch wurde ein Träger mit einer einzelnen Schicht aus Fasersträngen mit einer Teilung von 24 Strängen pro cm Breite erhalten. Die Stränge bestanden abwechselnd aus Nylon (210 den Nylonstränge, im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung "728DTX" von Dupont, Willmington, DE) und Fiberglas (0,7 oz Fiberglas stränge, im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung "G150" von PPG, Pittsburgh, PA). Das Trockengewicht des Trägerbindemittelvorläufers betrug etwa 340 g/m². Der Strangabstand wurde durch Erhöhung oder Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit der Walze oder durch Erhöhung oder Verringerung der Ge schwindigkeit der Garnführung verändert. Der Trägerbindemittelvorläufer wurde dann unter langsamer Rotation mit 10 Upm in einem Ofen bei 150ºC 20 Minuten ausgehärtet

Allgemeines Verfahren 2

Herstellung eines nahtlosen Trägers

Dieses Verfahren veranschaulicht das allgemeine Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines nahtlosen Trägers (d. h., eines nahtlosen Bandes oder einer nahtlosen Schlaufe).
Der Träger wurde auf einer Aluminiumwalze mit einem Durchmesser von 19,4 cm und einem Umfang von 61 cm erzeugt. Die Aluminiumwalze besaß eine Wandstärke von 0,64 cm und wurde auf einer 7,6 cm Spindel installiert, die von einem Gleichstrommotor mit 1 bis 40 Umdrehungen pro Minute (Upm) gedreht wurde. Auf der Oberfläche der Walze befand sich ein 0,13 mm dicker, mit Silikon beschichteter Polyesterfilm, der als Trennoberfläche fungierte. Dieser mit Silikon beschichtete Polyesterfilm war nicht Teil des Trägers. Die Endabmessungen der Schlaufe betrugen 61 cm in der Breite und 61 cm in der Länge (d. h. 61 cm Umfang).
Zwei Schichten Vliesnetz (PETINW) von etwa 15 cm Breite wurden zweimal um die Walze gewickelt, während die Walze mit etwa 5 Upm rotierte. Danach wurden sechs Verstärkungsfaserstränge mittels eines Garnführungssystems mit einem Pendelwickler, der sich mit etwa 20 cm/min über die Oberfläche der Walze bewegte, auf das Vliesnetz gewickelt. Die Stränge bestanden abwechselnd aus Nylon (210 den Nylonstränge, im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung "728DTX" von Dupont, Willmington, DE) und Fiberglas (0,7 oz Fiberglasstränge, im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung "G150" von PPG, Pittsburgh, PA). Die Stränge wurden mit einer Teilung von 24 Strängen pro cm Breite aufgebracht.
Während des Aufwickelns der Stränge wurde der Trägerbindemittelvorläufer auf das Vliesnetz und die Verstärkungsfaserstränge aufgebracht. Der Beschichtungskopf, der den Trägerbindemittelvorläufer aufbrachte, bewegte sich mit dem Pendelwicklersystem über die Walzenoberfläche (d. h. mit einer Geschwindigkeit von 20 cm/min). Der Trägerbindemittelvorläufer wurde dem Beschichtungskopf mittels eines Mess- und Mischsystems (siehe Abb. 4) zugeführt. Das Mess- und Mischsystem umfasste einen Behälter A, der das Polyisocyanatvorpolymer enthielt, und einen Behälter B, der ein Gemisch, umfassend das Urethanacrylat, das Polyol und das (die) Polymerisationsmittel, enthielt. Die Gemische in Behälter A und Behälter B wurden mittels zweier Zenith-Zahnradpumpen durch getrennte Leitungen direkt in einen statischen Mischer gepumpt, der die Gemische vereinigte, wobei der Trägerbindemittelvorläufer erzeugt wurde. Die Fließgeschwindigkeit durch die Zahnradpumpen wurde gesteuert, um das gewünschte stöchiometrische Verhältnis von Poly isocyantvorpolymer und Polyol und das gewünschte Trägerbindemittelvorläuferbeschichtungsgewicht bereitzustellen. Das Beschichtungsgewicht des Trägerbindemittelvorläufers betrug etwa 340 g/cm².
Nach dem Aufbringen wurde der Trägerbindemittelvorläufer unter Verwendung von ultraviolettem Licht (Fusion Systems, "D"-Lampe), mit 236 Watt/cm (600 Watt/inch) ausgehärtet. Das ultraviolette Licht, das eine Breite von 25,4 cm (10 inch) aufwies, wurde in einem Abstand von etwa 7,5 cm (2,95 inch) über der Walze angebracht. Nach dem Beschichten des Verstärkungsfasermaterials mit dem Trägerbindemittelvorläufer wurde der Trägerbindemittelvorläufer über eine Zeitspanne von 45 Sekunden ultraviolettem Licht ausgesetzt, während die Walze unter der Lampe mit 3 Upm rotierte. Da die Ultraviolettlampe schmäler war als die Breite des Trägers (d. h. die Lampe besaß eine Breite von 25,4 cm, während der Träger 55,9 cm breit war), wurde die Lampe an 3 Positionen (25,4 cm voneinander entfernt) angebracht, die die Breite der Walze "überdeckten. Die Lampe verblieb über eine Zeitspanne von 45 Sekunden in jeder Position. Nach Beendigung des Aussetzens ultravioletten Lichts wurde der Trägerbindemittelvorläufer 10 Minuten bei 121ºC (250 F) thermisch ausgehärtet

Allgemeines Verfahren 3

Herstellung eines nahtlosen beschichteten Schleifgegenstandes

Dieses Verfahren veranschaulicht das allgemeine Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen beschichteten Schleifgegenstandes aus einem nahtlosen Träger.
Zuerst wurde auf der in "Verfahren 1 zur Herstellung eines nahtlosen Trägers" beschriebenen Aluminiumwalzen/Spindel-Vorrichtung ein nahtloser Träger installiert. Bei einer Walzenrotation von 40 Upm wurde mittels Druckluftsprühpistole eine Grundbeschichtung auf die äussere Oberfläche der Trägerschlaufe aufgebracht. Das Aufsprühen der Grundbeschichtung auf den Träger erforderte 30 bis 40 Sekunden. Die Grundbeschichtung wurde als 70 Gew.-%ige Lösung in einem Lösungsmittel, umfassend 10% PSOLV und 90% Wasser, aufgebracht. Das Grundbeschichtungsharz umfasste 48% Resolphenolharz und 52% Claciumcarbonatfüllstoff. Die Grundbeschichtung wurde mit einem Nassbeschichtungsgewicht von etwa 105 g/cm² aufgebracht.
Danach wurde die Grundbeschichtung elektrostatisch mit einem Gewicht von etwa 377 g/cm² Schleifteilchen mit Körnung 80 beschichtet. Die Walze rotierte während der Aktivierung des elektrischen Feldes, das die Schleifteilchen in den Grundbeschichtungsvorläufer einbrachte, mit 10 Upm. Die Walze fungierte als Erdungsplatte. Die Schleifteilchen besaßen eine mittlere Teilchengröße von 300 um (ANSI Körnung 80) und umfassten ein 15/85 Gew.-%iges Gemisch aus Sinter-Aluminiumoxid und keramischem Aluminiumoxid (Das keramische Aluminiumoxid wurde gemäß den US-Patentschriften Nrn. 4,314,827 und 4,881,951 hergestellt und ist von Minnesota Mining and Manufacturing Co., St. Paul, MN unter der Handelsbezeichung "Cubitron 321" erhältlich.). Das Schleifteilchengemisch wurde gemäß US-Patentschrift Nr. 4,734,104 verarbeitet. Nach dem Beschichten wurde die erhaltene Konstruktion abgenommen und 60 Minuten bei 98ºC in einen Batchofen gegeben.
Nach dem Trocknen wurde die Walze auf eine Welle montiert, die mit 40 Upm rotierte. Auf die Schleifteilchen und die Grundbeschichtung auf der Oberfläche der Trägerschlaufe wurde eine Deckbeschichtung aufgesprüht. Der Deckbeschichtungsvorläufer war eine 72 Gew.-%ige Lösung in einem Lösungsmittel, umfassend 90% Wasser und 10% PSOLV. Die Deckbeschichtung umfasste 32 Teile eines Resolphenolharzes, 66 Teile Kryolith und 2 Teile KRO. Die Deckbeschichtung wurde mit einem Nassbeschichtungsgewicht von etwa 190 g/m² aufgesprüht. Nach dem Aufbringen der Deckbeschichtung wurde die erhaltene Konstruktion von der Walze abgenommen und 60 Minuten bei 98ºC vorgehärtet
Nach dem Vorhärten wurde der nahtlose beschichtete Schleifgegenstand wieder auf die Walze aufgezogen. Auf die Deckbeschichtung wurde dann ein Überzug aufgesprüht. Der Überzug wurde als Lösung von 72% Feststoff in Wasser aufgebracht. Der Überzug umfasste 17 Teile CMD, 76 Teile Kaliumtetrafluoroborat Schleifhilfsstoff, 2 Teile KRO und 2 Teile ERC. Der Überzug wurde mit einem Nassbeschichtungsgewicht von etwa 150 g/m² aufgebracht. Die erhaltene Konstruktion wurde zuerst 60 Minuten bei 98ºC gehärtet, gefolgt von einem 5-stündigen Endhärten bei 105ºC.
Vor dem Testen wurden die nahtlosen beschichteten Schleifgegenstände durch Führung über einen 2,5 cm Trägerstab und einen gerauhten Spiralstab geflext.

Testverfahren 1

Dynafile Schleiftest

Ein nahtloser beschichteter Schleifgegenstand in Form eines Bandes (1,3 cm mal 61 cm) wurde auf einer druckluftgetriebenen Bandschleifmaschine (Modelle 11000 von Dynabrade Inc. Clarence, N.Y.) installiert. Diese Bandschleifmaschine besaß ein Kautschukkontaktrad, Modell#11219, ebenfalls erhältlich von Dynabrade, mit 1" Durchmesser und 3/8" Breite (2,54 cm · 0,95 cm). Ein scheibenförmiges Werkstück mit 12" Durchmesser und 1/8" Dicke (30,5 cm · 0,3 cm) aus 304 Edelstahl wurde in einem 90º Winkel zum Mittelpunkt des Kautschukkontaktrades angebracht und rotierte mit 3 Upm. Zum Antrieb der druckluftgetriebenen Bandschleifmaschine wurde ein Leitungsdruck von 90 psi (etwa 6,3 kg/cm²) verwendet. Die Mitte der 1/2" (1,3 cm) breiten Bandoberfläche wurde kontinuierlich 2 Minuten oder bis zum Versagen des Bandes geschliffen. Das nahtlose beschichtete Schleifband wurde mittels eines 760 g Gewichtes gegen des Werkstück ge presst. Der nahtlose beschichtete Schleifgegenstand wurde vor und nach dem Test gewogen. Die Scheibe wurde ebenfalls vor und nach dem Test gewogen. Eine allgemein bevorzugte nahtlose beschichtete Schleifbandkonstruktion schliff bei hoher Schleifrate mit einem minimalen Bandgewichtsverlust (d. h. geringe Menge an Ablösung). Die in Tabelle l aufgeführten Ergebnisse sind Mittelwerte.

Testverfahren 2

ELB Schleiftest

Um die Eigenschaften in Zusammenhang mit dem Schleifen von 1018 Stahl zu bestimmen, wurde ein ELB Schleiftest durchgeführt. Die in den Beispielen 4-5 und im Vergleichsbeispiel E beschriebenen nahtlosen beschichteten Schleifgegenstände (d. h. Bänder) wurden in 102 cm mal 2,54 cm Streifen überführt und auf der Umfangsoberfläche eines 36 cm Aluminiumkontaktrades angebracht, das auf einer von ELB Grinders Corp., Mountainside, NJ unter der Handelsbezeichnung "ELB Type SPA 2030ND" erhältlichen Schleifmaschine mit hin und her laufendem Tisch montiert war. Beim Nassschleifen wurde Wasser als Gleitmittel verwendet
Die wirksame Schleifläche des Schleifgegenstandes betrug 1,27 cm (0,5") mal 102 cm. Das mit den nahtlosen beschichteten Schleifbändern abgeschliffene Werkstück war bei den Nassschleiftests aus 1018 Stahl und hatte die Abmessungen von 1,27 cm (Breite) mal 35,6 cm (Länge) mal 10,2 cm (Höhe). Abgeschliffen wurde entlang der 1,27 cm mal 35,6 cm Kante. Das 1018 Stahl Werkstück war auf einem sich hin und her bewegendem Schleiftisch montiert. Die Geschwindigkeit des Schleifbandes betrug 1676 Oberflächenmeter/min (5500 Oberflächenfuß/min). Die Tischgeschwindigkeit, mit der sich das Werkstück bewegte, betrug 6 m/min. Die Vorschubschrittweite des Schleifbandes betrug 0,05 mm/Durchlauf des Werkstückes. Das verwendete Verfahren war ein herkömmliches Flachschleifverfahren, wobei sich das Werkstück unter dem rotierenden Schleifstreifen, der zwischen jedem Durchlauf schrittweise vorgeschoben wurde, hin und her bewegte. Das Kühlmittel oder Geleitmittel wurde mit 6 Gallonen/min umgewälzt. Mit den nahtlosen beschichteten Schleifbändern wurde bis zum Nutzungsende geschliffen, und es wurde die Gesamtmenge des abgeschliffenen 1018 Stahls gemessen.

Vergleichsbeispiel A

Das Vergleichsbeispiel A wurde gemäß dem allgemeinen Verfahren 1 und dem allgemeinen Verfahren 3 hergestellt. Der Trägerbindemittelvorläufer umfasste 60 Gew.-% V-813, 28,5% CAT und 1,5% KRO. Der Bindemittelvorläufer wurde unter Verwendung von A-100 zu einer 90 Gew.-%igen Lösung verdünnt.
Das Vergleichsbeispiel A wurde gemäß dem Testverfahren 1 getestet. Das Vergleichsbeispiel A wies eine Schleifrate von 6,5 g und einen Bandgewichtsverlust von 1,0 g auf.

Vergleichsbeispiele B & C

Diese Beispiele zeigen die Verwendung von Epoxy/Polyol-Zusammensetzungen als Trägerbindemittel für einen nahtlosen Träger.
Die Träger der Vergleichsbeispiele B und C wurden wie im allgemeinen Verfahren 2 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Trägerbindemittelvorläufer 2 Minuten unter einer bei 158 Watt/cm betriebenen Fusion Systems "D" Lampe und dann 5 Minuten bei 100ºC thermisch gehärtet wurde. Die Trägerbindemittelvorläuferzusammensetzungen für die Vergleichsbeispiele B und C sind unten angegeben. Die nahtlosen Träger wurden wie im allgemeinen Verfahren 3 beschrieben in nahtlose beschichtete Schleifgegenstände überführt. Nach dem Aushärten der Schleifbeschichtung wurden die nahtlosen beschichteten Schleifbänder geflext und geschnitten. Während dieses Arbeitsgangs blätterte die Schleifbeschichtung aufgrund schlechter Haftung vom Träger ab.

Vergleichsbeispiel D

Dieses Beispiel zeigt die Verwendung UV-härtbarer Harze mit Acrylatfunktionalität im Trägerbindemittel von nahtlosen beschichteten Schleifgegenständen.
Der Träger in Vergleichsbeispiel D wurde wie im allgemeinen Verfahren 2 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Trägerbindemittelvorläufer 15 Sekunden unter einer bei 158 Watt/cm betriebenen Fusion Systems "D" Lampe gehärtet wurde. Es gab kein thermisches Aushärten. Die Zusammensetzung des Trägerbindemittelvorläufers ist nachstehend angegeben. Der Träger wurde wie im allgemeinen Verfahren 3 beschrieben in einen nahtlosen beschichteten Schleifgegenstand überführt.
Materialien Vergleichsbeispiel D (g)
UV-783 420
CD-504 60
SR-256 90
Ph-6173 30
I-651 6
Die erhaltenen nahtlosen beschichteten Schleifgegenstände wurden gemäß dem Testverfahren 1 getestet. Die Schleifleistung betrug 4,2 g und der Bandgewichtsverlust 7,3 g. Diese Ergebnisse zeigen eine geringe Schleifrate und eine inakzeptabel hohe Ablösung der Schleifteilchen.

Beispiele 1-3

Die Beispiele 1-3 veranschaulichen nahtlose beschichtete Schleifgegenstände der vorliegenden Erfindung. Die nahtlosen beschichteten Schleifgegenstände der Beispiele 1-3 wurde gemäß dem allgemeinen Verfahren 2 und dem allgemeinen Verfahren 3 hergestellt. Die spezifischen Trägerbindemittelvorläuferzusammensetzungen für die Beispiele 1-3 sind nachstehend aufgeführt. Die erhaltenen nahtlosen beschichteten Schleifgegenstände wurden gemäß dem Testverfahren l getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Trägerbindemittelvorläufer für die Beispiele 1-3 Tabelle 1

Synthese von Urethanacrylat (UA)

In einen 5-Liter Dreihalskolben mit Blattrührer, Thermometer, Temperaturregelung und Heizquelle wurden unter Stickstoffspülung 3150 g Desmodur E 743 (Äquivalentgewicht 525), 2 g 2,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol (BHT) und 4 Tropfen Zinnsalz der Octansäure gegeben. Die Reaktionsbestandteile wurden gerührt und auf 50ºC erhitzt. An diesem Punkt wurden 230 g (1,98 Äquivalente) 2-Hydroxyethylacrylat (HEA) zugegeben. Die Temperatur der Reaktionsbestandteile stieg auf etwa 70ºC. Die Reaktionsbestandteile wurden auf etwa 55ºC abgekühlt. Weitere 230 g (1,98 Äquivalente) HEA wurden zugegeben. Die Temperatur der Reaktionsbestandteile stieg auf etwa 60ºC. Nachdem die exotherme Umsetzung abgeklungen war, wurden 240 g (2,06 Äquivalente) HEA zugegeben, und die Temperatur der Bestandteile wurde auf 65ºC erhöht und 2 Stunden gehalten. Eine Probe wurde gezogen, die bei der Infrarotspektralanalyse (IR) einen Überschuss Isocyanat (NCO) zeigte. Vier zusätzliche Tropfen Zinnsalz der Octansäure wurden in den Reaktionskolben gegeben und die Bestandteile weitere 4 Stunden bei 65ºC erhitzt. Eine zur IR- Analyse gezogene Probe zeigte keinen nennenswerten NCO-Rückstand. An diesem Punkt wurden 6 Tropfen 85%ige Phosphorsäure zu den Reaktionsbestandteilen zugegeben und 15 Minuten gerührt. Das klare, viskose, leicht gelbe Urethanacrylat wurde in einen Glasbehälter mit Deckel gegossen.

Vergleich von UA mit Ebecryl 8402

Urethanacrylat (UA) und Eb-8402 wurden jeweils mit einem Teil I-651 Fotoinitiator zubereitet. Beschichtungen aus den Zubereitungen wurden unter Verwendung einer Messerstreichmaschine mit 0,76 mm Spaltbreite (gemessen zwischen dem Polyesterfilm und dem Messer) auf nicht grundiertem Polyesterfilm verteilt.
Die erhaltenen Beschichtungen wurden mit einer Geschwindigkeit von 9,1 mm/min unter ultraviolettem Licht (Fusion Systems Lampe, betrieben bei 236 Watt/cm (600 Watt/inch)) durchgezogen. Nach einem Durchlauf war die Beschichtung aus Eb-8402 an der Oberfläche klebrig. Die Beschichtung aus UA war trocken. Es wurde ferner beobachtet, dass die UA-Beschichtung flexibler war als die Eb-8402-Beschichtung.

Wirkung eines durch Strahlung initiierten Urethankatalysators auf das Aushärten der Trägerbindemittelvorläuferzubereitungen

Die Wirkung eines durch Strahlung initiierten Urethankatalysators (d. h. I-261) auf das Aushärten der Trägerbindemittelvorläuferzubereitungen wurde untersucht. Die getesteten Zubereitungen sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2
Beschichtungen aus den Trägerbindemittelvorläuferzubereitungen 1-3 wurden unter Verwendung einer Messerstreichmaschine mit 0,76 mm Spaltbreite (gemessen zwischen dem Polyesterfilm und dem Messer) auf nicht grundierten Polyesterfilm aufgebracht. Die erhaltenen Beschichtungen wurden mit einer Geschwindigkeit von 9,1 mm/min zweimal unter ultraviolettem Licht (Fusion Systems Lampe, betrieben bei 236 Watt/cm (600 Watt/inch)) durchgezogen. Nach zwei Durchläufen unter der Lampe wurde das Aushärten der Beschichtungen beurteilt. Die Beschichtung aus Zubereitung 1 war klebrig, was ein unvollständiges Aushärten bedeutet. Die Beschichtung aus Zubereitung 2 war sehr klebrig, was ein unvollständiges Aushärten bedeutet. Die Beschichtung aus Zubereitung 3 war trocken und ausgehärtet

Beispiele 4-5

Vergleich von UA und Eb-8402 in nahtlosen beschichteten Schleifgegenständen

Die Träger der Beispiele 4-5 wurden wie im allgemeinen Verfahren 2 beschrieben mit den folgenden Modifikationen hergestellt. Erstens wurde eine 107 cm Walze zur Herstellung von Trägem mit einer Länge von 107 cm verwendet. Zweitens wurden die Träger durch 45-sekündiges Aussetzen ultravioletten Lichts während der Rotation des Trägers auf der Walze mit einer Geschwindigkeit von 2 Upm ausgehärtet. Das ultraviolette Aushärten wurde von einem 10-minütigen thermischen Aushärten bei 121ºC (250 F) gefolgt. Der Trägerbindemittelvorläufer der Zubereitung 1 wurde für Beispiel 4 verwendet. Der Trägerbindemittelvorläufer der Zubereitung 2 wurde für Beispiel 5 verwendet.
Aus den Trägem wurden wie im allgemeinen Verfahren 3 beschrieben nahtlose beschichtete Schleifgegenstände hergestellt, mit der Ausnahme, dass kein Überzug aufgebracht wurde. Die erhaltenen nahtlosen beschichteten Schleifgegenstände wurden gemäß dem Testverfahren 2 getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3

Probe Schleifgrad (g)
Beispiel 4 1,826
Beispiel 5 2,654
Vergleichsbeispiel E* 1,282
* Vergleichsbeispiel E wurde hergestellt wie Vergleichsbeispiel A, mit der Ausnahme, dass kein Überzug aufgebracht wurde.

Wasserabsorption der Schleifträger

Die Wasserabsorption folgender Träger wurde getestet:
(1) Phenol/Kautschuk-Träger: Trägermaterial aus 100% Polyester 4/1-Satinstoff, hergestellt aus ringgesponnenen Garnen mit einem Gewicht von 282 g/m², im Handel erhältlich von Milliken and Co., Spartanburg, SC, das mit einem 10% Nitrilkautschuk/90% Resolphenolharz behandelt wurde, wobei das Gewicht auf 356 g/m² (Trockengewicht) erhöht wurde, und dann mit einem Resolphenolharz mit Füllstoff (40% Resolphenolharz mit 60% CaCO&sub3;) auf der Rückseite geleimt wurde, wobei das Gewicht auf 475 g/m² erhöht wurde. Der erhaltene Träger wurde 10 Stunden bei 100ºC ausgehärtet
(2) Träger aus Vergleichsbeispiel A: Träger, der wie in Vergleichsbeispiel A beschrieben hergestellt wurde, mit der Ausnahme, dass auf den Träger keine Schleifbeschichtung aufgebracht wurde.
(3) Träger aus Zubereitung 3: Träger, der wie im allgemeinen Verfahren 2 beschrieben hergestellt wurde, mit der Ausnahme, dass der Träger auf einer 107 cm Walze erzeugt und durch 45-sekündiges Aussetzen ultravioletten Lichts während der Rotation des Trägers auf der Walze mit einer Geschwindigkeit von 2 Upm ausgehärtet wurde. Es wurde der Trägerbindemittelvorläufer aus Zubereitung 3 verwendet
Die Träger wurden wie folgt getestet. Zuerst wurden Schleifträgerproben mit 5 mal 20 cm gewogen und 24 Stunden in Leitungswasser getaucht. Nach 24-stündigem Tauchen wurden die Träger herausgenommen, mit Löschpapier getrocknet und wieder gewogen.
Die von jeder Probe absorbierte Wassermenge wurde berechnet und ist nachstehend als Prozentsatz des ursprünglichen (d. h. Trocken-) Gewichtes des Trägers angegeben.
Träger Prozentsatz absorbiertes Wasser
(1) Phenol/Kautschuk 12,8
(2) Träger aus Vergleichsbeispiel A 9,0
(3) Träger aus Zubereitung 3 2,1

Thermische Beständigkeit der Träger

Die thermische Beständigkeit nahtloser Träger wurde unter Verwendung einer Belton-Schleifmaschine, Modell #B-20B (erhältlich von Nitto-Khoki Ltd., Japan) getestet. Der Test beinhaltete kontinuierliches 5-minütiges Schleifen eines Werkstückes aus 304 Edelstahl, wobei die Tischtemperatur der Schleifmaschine mit einem Thermoelement überwacht wurde. Das Schleifband schliff die 1,3 · 17,8 cm Fläche des Werkstückes.
Nahtlose beschichtete Schleifgegenstände (d. h. Bänder) wurden wie im Vergleichsbeispiel A beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Länge (d. h. der Umfang) der Bänder 52 cm und die Breite der Bänder 1,9 cm betrug. Nahtlose beschichtete Schleifgegenstände (d. h. Bänder) aus Beispiel 6 wurden gemäß den allgemeinen Verfahren 2 und 3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Länge der Bänder 52 cm und die Breite der Bänder 1,9 cm betrug. Ferner wurden die Bänder aus Beispiel 6 im allgemeinen Verfahren 2 nicht thermisch gehärtet. Die Bänder aus Beispiel 6 liefen über die gesamten 5 Minuten, wobei die Maximaltemperatur des Tisches 165ºC erreichte. Es wurde keine Klebrigkeit des Trägers beobachtet. Die Bänder aus dem Vergleichsbeispiel A liefen 2 Minuten bevor der Träger klebrig wurde, aus der Spur lief und am Tisch festklebte. Die Maximaltemperatur des Tisches betrug 175ºC als die Bänder klebrig wurden und aus der Spur liefen.

Vergleich von UA mit handelsüblichen Diacrylaten

Im Handel erhältliche Acrylatmonomere wurden als mittels freier Radikale härtbarer Teil des Trägerbindemittels eines nahtlosen beschichteten Schleifgegenstandes der vorliegenden Erfindung beurteilt. Die Trägerbindemittelvorläuferzubereitungen sind im folgenden angegeben. Trägerbindemittelvorläuferzubereitungen für Beispiele 6-7 und Vergleichsbeispiele F-I
Nahtlose Träger mit einem Umfang von 61 cm wurden wie im allgemeinen Verfahren 2 beschrieben unter Verwendung der Trägerbindemittelvorläuferzubereitungen 3, 4 und 5 hergestellt. Die Träger wurden im allgemeinen Verfahren 2 nicht thermisch ausgehärtet
Eine Schleifbeschichtung mit Körnung 80 wurde unter Verwendung des allgemeinen Verfahrens 3 auf die als Beispiel 6, Vergleichsbeispiel P und Vergleichsbeispiel 6 bezeichneten Proben aufgebracht. Eine Schleifbeschichtung mit Körnung 50 wurde unter Verwendung des allgemeinen Verfahrens 3 auf die als Beispiel 7, Vergleichsbeispiel H und Vergleichsbeispiel I bezeichneten Proben aufgebracht, mit der Ausnahme, dass die Grundbeschichtung ein Gewicht von 111 g/m², die mineralische Beschichtung ein Gewicht von 580 g/m², die Deckbeschichtung ein Gewicht von 424 g/m² und der Überzug ein Gewicht von 176 g/m² aufwies. Die erhaltenen Schleifbänder wurden gemäß Testverfahren 1 getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5 Schleifleistung als Funktion des Acrylats
Die handelsüblichen Acrylatmonomere (d. h. Vergleichsbeispiele F-G) funktionierten in Körnung 80 ziemlich gut, aber in den Bändern mit Körnung 50 war der Bandabrieb für viele Anwendungen zu hoch.

Claims

1. Nahtloser Träger (10) mit einer Länge, einer Breite, einer ersten (16) und zweiten (18) im allgemeinen parallelen Seitenkante, einer ersten äusseren Hauptoberfläche (12) und einer zweiten inneren Hauptoberfläche (14), wobei der Träger umfasst:

ein Trägerbindemittel (20), umfassend ein sich gegenseitig durchdringendes Polymernetzwerk, das durch Polymerisation eines Trägerbindemittelvorläufers erzeugt wird, wobei der Trägerbindemittelvorläufer

(i) ein aromatisches Polyisocyanatvorpolymer;

(ii) einen Polyolhärter;

(iii) ein Urethanacrylat; und

(iv) mindestens ein Polymerisationsmittel umfasst;

und mindestens ein Verstärkungsfasermaterial, das vom Trägerbindemittel umschlossen wird.

2. Nahtloser Träger nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungsfasermaterial einen kontinuierlichen Faserstrang (24) und ein Fasernetz (22) umfasst.

3. Nahtloser Träger nach Anspruch 1, wobei das aromatische Polyisocyanatvorpolymer ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 100 bis 1200 g/mol besitzt.

4. Nahtloser Träger nach Anspruch 1, wobei das aromatische Polyisocyanatvorpolymer eine Funktionalität im Bereich von etwa 2 bis 3 besitzt.

5. Nahtloser Träger nach Anspruch 1, wobei der Polyolhärter eine Funktionalität von 2 oder mehr besitzt.

6. Nahtloser Träger nach Anspruch 1, wobei der Polyolhärter ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 100 bis 1000 g/mol besitzt.

7. Nahtloser Träger nach Anspruch 1, wobei der Polyolhärter ein gesättigtes Polyetherdiol der Molekularformel HO[(CH&sub2;)&sub4;O]nH ist.

8. Nahtloser Träger nach Anspruch 1, wobei das Urethanacrylat durch Umsetzung von 2-Hydroxyethylacrylat mit einem aromatischen Polyisocyanatvorpolymer erzeugt wird.

9. Nahtloser Träger nach Anspruch 1, wobei das Urethanacrylat eine Funktionalität im Bereich von etwa 2 bis 2,2 besitzt.

10. Nahtloser Träger nach Anspruch 1, wobei das Urethanacrylat ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 500 bis 1500 g/mol besitzt.

11. Nahtloser Träger nach Anspruch 1, wobei das Urethanacrylat weniger als etwa 0,1% Urethankatalysatorrückstand enthält.

12. Nahtloser Träger nach Anspruch 1, wobei das Polymerisationsmittel einen Fotoinitiator, einen durch Strahlung aktivierten Urethankatalysator oder ein Gemisch davon umfasst.

13. Nahtloser beschichteter Schleifgegenstand, umfassend:

(a) einen nahtlosen Träger (10) mit einer Länge, einer Breite, einer ersten (16) und zweiten (18) im allgemeinen parallelen Seitenkante, einer ersten äusseren Hauptoberfläche (12) und einer zweiten inneren Hauptoberfläche (14), wobei der Träger umfasst:

(i) ein aromatisches Polyisocyanatvorpolymer;

(ii) einen Polyolhärter;

(iii) ein Urethanacrylat; und

(iv) mindestens ein Polymerisationsmittel umfasst;

und mindestens ein Verstärkungsfasermaterial, das vom Trägerbindemittel umschlossen wird; und

(b) eine Schleifbeschichtung (32), umfassend eine Vielzahl von Schleifteilchen (34), die mittels einer Grundbeschichtung und einer Deckbeschichtung an der ersten äusseren Hauptoberfläche des nahtlosen Trägers haften.

14. Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Trägers (10) mit einem Bindemittel, von dem ein Verstärkungsfasermaterial umschlossen wird, im allgemeinen parallelen Seitenkanten (16, 18), einer äusseren Hauptoberfläche (12) und einer inneren Hauptoberfläche (14), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

(a) zur Verfügung stellen einer Trägerwalze (44) mit einer Umfangsoberfläche;

(b) Aufbringen mindestens eines Verstärkungsfasermaterials auf die Umfangsoberfläche der Walze;

(c) Aufbringen eines Trägerbindemittelvorläufers (78) auf das Verstärkungsfasermaterial in einer Menge, die ausreicht, um das Verstärkungsfasermaterial zu umschließen, wobei der Trägerbindemittelvorläufer ein Gemisch aus:

(i) einem aromatischen Polyisocyanatvorpolymer;

(ii) einem Polyolhärter;

(iii) einem Urethanacrylat; und

(iv) mindestens einem Polymerisationsmittel umfasst;

(d) Aussetzen des Trägerbindemittelvorläufers einer Strahlungsenergie, um den Trägerbindemittelvorläufer zu polymerisieren, wobei ein sich gegenseitig durchdringendes Polymernetzwerk erzeugt wird; und

(e) Entfernen des nahtlosen Trägers von der Trägerwalze (44).

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Aufbringens eines Trägerbindemittelvorläufers auf das Verstärkungsfasermaterial folgendes umfasst:

(a) zur Verfügung stellen eines aromatischen Polyisocyanatvorpolymers;

(b) zur Verfügung stellen eines Gemisches, umfassend ein Urethanacrylat, einen Polyolhärter und mindestens ein Polymerisationsmittel;

(c) Vermischen einer stöchiometrischen Menge des aromatischen Polyisocyanatvorpolymers aus Schutt (a) mit dem Gemisch aus Schritt (b), wobei ein Trägerbindemittelvorläufer erzeugt wird; und

(d) Aufbringen des Trägerbindemittelvorläufers auf das Verstärkungsfasermaterial.

16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Urethanacrylat hergestellt wird durch:

(a) Umsetzung eines Polyisocyanatvorpolymers mit einem hydroxyfunktionellen Acrylat in Gegenwart eines Urethankatalysators; und

(b) Deaktivierung des Urethankatalysators durch Umsetzung mit einer Säure.