ES2261792T3 - Metodo para preparar un producto abrasivo. - Google Patents
Metodo para preparar un producto abrasivo.Info
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Abstract
Un método para preparar un artículo 10 abrasivo grabado en relieve, que comprende: a. proporcionar un refuerzo 11 de espuma de tipo laminar con una primera superficie 12 y una segunda superficie 13 opuesta, b. proporcionar un recubrimiento 14 abrasivo que comprenda partículas abrasivas y aglutinante sobre dicha primera superficie 12 para proporcionar un artículo abrasivo y c. aplicar bajo presión un instrumento para grabado en relieve moldeado, con una superficie de grabado en relieve que incluya al menos un modelo de áreas salientes al recubrimiento abrasivo del artículo abrasivo para proporcionar un modelo grabado en relieve para proporcionar un artículo abrasivo grabado en relieve, caracterizado por que el modelo grabado en relieve al menos incluye áreas 15 deprimidas correspondiendo a las áreas salientes de dicha superficie grabada en relieve en dicho recubrimiento abrasivo y dicho refuerzo de espuma.
Description
Método para preparar un producto abrasivo.
La presente invención se refiere a un método
para preparar un producto abrasivo por grabación en relieve de un
abrasivo recubierto reforzado de espuma, de recubrimiento o
tridimensional con un instrumento de grabación en relieve
moldeado.
En la industria de los abrasivos hay una
tendencia a acabados de superficie más y más finos. Naturalmente
para conseguir estos acabados de superficie más finos, se emplean
partículas abrasivas de menor tamaño en el artículo abrasivo. En
algunos casos, el tamaño de partícula de estas partículas abrasivas
de pequeño tamaño es menor que 50 \mum, típicamente menor que 25
\mum y a veces menor que 10 \mum. En algunos casos, se emplean
suspensiones abrasivas sueltas más bien que usar artículos abrasivos
rígidos donde las partículas abrasivas pueden estar unidas entre sí
(para proporcionar un producto abrasivo unido) o a un refuerzo (para
proporcionar un producto abrasivo recubierto). Hace muchos años,
estas suspensiones abrasivas sueltas eran capaces de conseguir
acabados de superficie que no se podían obtener previamente con
abrasivos rígidos. Durante los últimos años, sin embargo, los
adelantos en abrasivos rígidos, especialmente abrasivos recubiertos,
han permitido que los abrasivos recubiertos sustituyan eficazmente
las suspensiones abrasivas sueltas en ciertas aplicaciones y de ese
modo se evita el equipo de manipulación de líquidos requerido para y
los problemas de eliminación de residuos asociados con, el uso de
suspensiones.
En muchos casos, para conseguir un acabado de
superficie fino, el procedimiento de limpieza se hace en presencia
de un fluido, típicamente agua o algún otro tipo de lubricante. El
fluido sirve para diversos propósitos incluyendo minimizar el
aumento de calor y servir como medio para retirar las virutas o los
residuos generados durante la limpieza. Si las virutas no se retiran
eficazmente durante la limpieza, es posible que las virutas lleguen
a depositarse de nuevo sobre el recubrimiento abrasivo y de ese modo
puedan causar grueso y arañazos no deseables. Así, es imperativo que
se retiren las virutas para proporcionar un flujo de fluido eficaz
en la interfase entre el recubrimiento abrasivo y la superficie de
la pieza que se está limpiando.
Pese a los beneficios del fluido, a veces hay
desventajas. Por ejemplo, con las partículas abrasivas muy pequeñas,
la superficie exterior resultante del recubrimiento abrasivo puede
ser relativamente lisa. Se ha sabido que la combinación del fluido
y el recubrimiento abrasivo liso crea lo que se conoce en la
industria como "adherencia estática," según lo cual el fluido
actuará como un adhesivo entre el recubrimiento abrasivo y la
superficie de la pieza para causar que estas superficies se peguen
con resultados no deseados.
La adherencia estática tiene lugar típicamente
en productos abrasivos recubiertos de tipo recubrimiento. Hay dos
tipos comunes de productos abrasivos recubiertos. El primer tipo
tiene las partículas abrasivas unidas al refuerzo por medio de un
recubrimiento de estructura. Suprayacente a los granos abrasivos
está un recubrimiento de las dimensiones, que refuerza además los
granos abrasivos. En este primer tipo, hay esencialmente una o dos
capas de partículas abrasivas. En los grados finos, las partículas
abrasivas son tan pequeñas que el abrasivo recubierto resultante
puede presentar una vida relativamente corta. La segunda
construcción abrasiva, recubierta, tiene las partículas abrasivas
dispersadas, típicamente uniformemente dispersadas, en el
aglutinante. Esta segunda construcción a veces se refiere como una
"película de recubrimiento". La película de recubrimiento puede
tener una vida más larga debido a que hay típicamente múltiples
capas de partículas abrasivas, cuando se compara con la construcción
con los recubrimientos de la estructura y de las dimensiones.
Asimismo, la película de recubrimiento puede producir un acabado de
superficie más fino debido a que las partículas abrasivas están más
embebidas en un aglutinante. A la inversa, las películas de
recubrimiento tienden a presentar proporciones de corte menores
puesto que el primer tipo de construcción tiende a tener más
partículas abrasivas salientes.
La adherencia estática tiende a tener lugar más
frecuentemente con la construcción de tipo recubrimiento debido a
que las partículas abrasivas se embeben en el aglutinante para
proporcionar una superficie lisa. Se han proporcionado diversos
productos de tipo recubrimiento con un recubrimiento abrasivo que se
conforma o estructura, es decir, con porciones salientes y porciones
entrantes. Estos productos son vendidos por Minnesota Mining and
Manufacturing (3M) Company bajo la denominación comercial productos
abrasivos "TRIZACT™". Se describen generalmente en la patente
de EE.UU. Nº. 5.152.917 (Pieper, et al.). También se
describen otros productos de recubrimiento en la patente de EE.UU.
Nº. 5.489.235 (Gagliardi, et al.).
En la patente de EE.UU. Nº. 2.115.897 (Wooddell
et al.) se explica un artículo abrasivo que tiene un refuerzo
que tiene unido al mismo por un adhesivo una pluralidad de segmentos
abrasivos unidos. Estos segmentos abrasivos unidos se pueden
asegurar adhesivamente al refuerzo en un modelo especificado.
En la patente de EE.UU. Nº. 2.242.877
(Albertson) se explica un método para preparar un disco abrasivo
comprimido. Se ponen diversas capas de discos de fibra abrasiva,
recubiertos, en un molde y después se someten a calor y presión para
formar el disco central comprimido. El molde tiene un modelo
especificado, que se transfiere después al disco central comprimido,
haciendo así un artículo abrasivo, recubierto, moldeado.
En la patente de EE.UU. Nº. 2.755.607 (Haywood)
se explica un abrasivo recubierto en que hay salientes y surcos de
porciones abrasivas. Se aplica un recubrimiento adhesivo a la
superficie frontal de un refuerzo y este recubrimiento adhesivo se
peina después para crear picos y valles. A continuación los granos
abrasivos se proyectan en el adhesivo seguido por la solidificación
del recubrimiento adhesivo.
En la patente de EE.UU. Nº. 3.048.482 (Hurst) se
describe un artículo abrasivo que comprende un refuerzo, un sistema
de unión y gránulos abrasivos que se aseguran al refuerzo por el
sistema de unión. Los gránulos abrasivos son un material compuesto
de granos abrasivos y un aglutinante que está separado del sistema
de unión. Los gránulos abrasivos son tridimensionales y son
preferiblemente piramidales en conformación. Para preparar este
artículo abrasivo, los gránulos abrasivos se preparan primero vía un
procedimiento de moldeado. A continuación, se pone un refuerzo en un
molde, seguido por el sistema de unión y los gránulos abrasivos. El
molde tiene cavidades moldeadas en el mismo que da como resultado
los gránulos abrasivos con un modelo especificado en el
refuerzo.
La patente de EE.UU. Nº. 3.605.349 (Anthon) se
refiere a un artículo abrasivo de tipo recubrimiento. Se mezclan
juntos el aglutinante y el grano abrasivo y después se pulverizan
sobre el refuerzo por una rejilla. La presencia de la rejilla da
como resultado un recubrimiento abrasivo moldeado.
En la patente de EE.UU. Nº. 4.055.029 (Kalbow)
se describe una almohadilla de limpieza de espuma de celda abierta
con una pluralidad de protuberancias con una superficie de lavado.
Definiéndose las protuberancias por superficies periféricas
generalmente perpendiculares a y formando generalmente bordes
afilados con, la superficie de lavado superior de la protuberancia.
La superficie de lavado puede comprender además partículas abrasivas
embebidas en un recubrimiento adhesivo en la superficie.
En la patente de EE.UU. Nº. 4.111.666 (Kalbow),
una solicitud de continuación en parte de la patente de EE.UU. Nº.
4.055.029, se describe una almohadilla de limpieza con una
superficie de lavado mejorada, reforzada con agentes reactivos
absorbidos tales como un poliuretano de dos componentes. La
superficie reforzada es más rígida que el material de espuma de la
almohadilla.
La solicitud de patente británica Nº. 2.094.824
(Moore) se refiere a una película de recubrimiento moldeada. Se
prepara la suspensión de resina de abrasivo/aglutinante y se aplica
la suspensión por una máscara para formar islas discretas. A
continuación, se cura la resina de aglutinante. La máscara puede ser
un tamiz de seda, stencil, hilo o una malla.
Las patentes de EE.UU. Nos. 4.644.703 (Kaczmarek
et al.) y 4.773.920 (Chasman et al.) se refieren a un
artículo abrasivo de recubrimiento que comprende un refuerzo y un
recubrimiento abrasivo adherido al refuerzo. El recubrimiento
abrasivo comprende una suspensión de granos abrasivos de las
dimensiones de recubrimiento y un aglutinante curado por
polimerización por radicales libres. El recubrimiento abrasivo se
puede conformar en un modelo por un cilindro de rotograbado.
En la patente de EE.UU. Nº. 4.930.266 (Calhoun
et al.) se explica una lámina abrasiva moldeada en que los
gránulos abrasivos están fuertemente unidos y se encuentran
sustancialmente en un plano en un espaciamiento lateral
predeterminado. En esta invención los gránulos abrasivos se aplican
vía una técnica de choque a fin de que cada gránulo se aplique
esencialmente individualmente al refuerzo abrasivo. Esto da como
resultado una lámina abrasiva con un espaciamiento controlado
exactamente de los gránulos abrasivos.
La patente de EE.UU. Nº. 5.014.468 (Ravipati
et al.) se refiere a una película de recubrimiento deseada
para aplicaciones oftálmicas. La película de recubrimiento comprende
un recubrimiento superficial moldeado de granos abrasivos
dispersados en un aglutinante adhesivo curado por radiación. Para
preparar la superficie moldeada se conforma una suspensión de
abrasivo/aglutinante curable en la superficie de un cilindro de
rotograbado, se retira la suspensión conformada de la superficie del
cilindro y después se somete a energía de radiación para
curado.
La patente de EE.UU. Nº. 5.015.266 (Yamamoto) se
refiere a una lámina abrasiva por recubrimiento de manera uniforme
de una suspensión de abrasivo/adhesivo sobre una lámina grabada en
relieve para proporcionar un recubrimiento abrasivo que en el curado
presente porciones de abrasivo altas y bajas formadas por la tensión
superficial de la suspensión, correspondiendo a las irregularidades
de la lámina base.
En la patente de EE.UU. Nº. 5.107.626 (Mucci) se
explica un método para proporcionar una superficie moldeada sobre un
substrato por la abrasión con un abrasivo recubierto que contiene
una pluralidad de materiales compuestos abrasivos exactamente
conformados. Los materiales compuestos abrasivos están en una
disposición no aleatoria y cada material compuesto comprende una
pluralidad de granos abrasivos dispersados en un aglutinante.
En la solicitud de patente japonesa Nº.
02-083172 (Tsukada et al., publicada el 23 de
marzo de 1.990) se explica un método para una preparación de una
película de recubrimiento con un modelo especificado. Una suspensión
de abrasivo/aglutinante se recubre en indentaciones en un
instrumento. Después se aplica un refuerzo sobre el instrumento y se
cura el aglutinante en la suspensión abrasiva. A continuación, el
abrasivo recubierto resultante se retira del instrumento. El
aglutinante se puede curar por energía de radiación o energía
térmica.
En la solicitud de patente japonesa Nº. JP
4-159084 (Nishio et al., publicada el 2 de
junio de 1.992) se explica un método para preparar una banda de
recubrimiento. Una suspensión abrasiva que comprende granos
abrasivos y una resina curable por haz de electrones se aplican a la
superficie de un cilindro de rotograbado o placa de indentación.
Después, la suspensión abrasiva se expone a un haz electrónico que
cura el aglutinante y se retira del cilindro la banda de
recubrimiento resultante.
En la patente de EE.UU. Nº. 5.437.754 (Calhoun),
cedida al mismo cesionario que la presente solicitud, se explica un
método para preparar un artículo abrasivo. Se recubre una suspensión
abrasiva en entrantes de un substrato grabado en relieve. La
construcción resultante se lamina en un refuerzo y se cura el
aglutinante en la suspensión abrasiva. El substrato grabado en
relieve se retira y la suspensión abrasiva se adhiere al
refuerzo.
En la patente de EE.UU. Nº. 5.219.462 (Bruxvoort
et al.), cedida al mismo cesionario que la presente
solicitud, se explica un método para preparar un artículo abrasivo.
Una suspensión de abrasivo/aglutinante/agente de expansión se
recubre sustancialmente sólo en los entrantes de un refuerzo grabado
en relieve. Después de recubrimiento, se cura el aglutinante y se
activa el agente de expansión. Esto causa que la suspensión se
extienda por encima de la superficie del refuerzo grabado en
relieve.
En la patente de EE.UU. Nº. 5.435.816 (Spurgeon
et al.), cedida al mismo cesionario que la presente
solicitud, se explica un método para preparar un artículo abrasivo.
En un aspecto de esta patente, se recubre una suspensión de
abrasivo/aglutinante en los entrantes de un substrato grabado en
relieve. Se transmite energía de radiación por el substrato grabado
en relieve y a la suspensión abrasiva para curar el aglutinante.
En la patente de EE.UU. Nº. 5.658.184 (Hoopman
et al.) se describe un instrumento de uña. El instrumento de
uña comprende una pluralidad de materiales compuestos abrasivos
sobre un substrato. El substrato se une a un soporte de espuma.
En la patente de EE.UU. Nº. 5.672.097 (Hoopman),
cedida al mismo cesionario que la presente solicitud, se explica un
artículo abrasivo donde las características se conforman exactamente
pero varían entre sí.
En la patente de EE.UU. Nº. 5.692.950
(Rutherford et al.) se describe una construcción abrasiva que
comprende una pluralidad de materiales compuestos tridimensionales
en un refuerzo. Un elemento de espuma flexible se adhiere al
refuerzo.
En la patente de EE.UU. Nº. 5.714.259 (Holmes
et al.) se describe un producto abrasivo con materiales
compuestos abrasivos conformados exactamente. Los materiales
compuestos se unen a un substrato, que puede ser una espuma
polimérica.
En la patente de EE.UU. Nº. 5.910.471
(Christianson et al.) se describe un artículo abrasivo que
comprende una pluralidad de materiales compuestos abrasivos en un
refuerzo, estando el refuerzo adherido a una almohadilla de refuerzo
que se une a una almohadilla de espuma que proporciona una almohada
para el artículo abrasivo durante la limpieza. El refuerzo también
puede servir como una almohadilla de soporte. Por ejemplo, el
refuerzo puede ser un refuerzo de espuma tal como un refuerzo de
espuma de poliuretano.
La patente de EE.UU.
A-2002/090901 se refiere a un producto abrasivo
flexible constituido por un refuerzo de espuma de celda abierta, un
recubrimiento de barrera foraminoso y un recubrimiento abrasivo
foraminoso conformado.
Lo que se desea en la industria es un artículo
abrasivo reforzado de espuma que minimice cualquier viruta o residuo
acumulado en la interfase de abrasión; genere rápidamente acabado de
superficie fino, tenga vida larga y minimice la adherencia
estática.
La invención proporciona un método para preparar
un producto abrasivo reforzado de espuma, grabado en relieve, que
supera algunos de los problemas indicados anteriormente.
Específicamente, la invención proporciona un
método para preparar un artículo abrasivo grabado en relieve que
comprende:
- a.
- proporcionar un refuerzo de espuma de tipo laminar con una primera superficie y una segunda superficie opuesta;
- b.
- proporcionar un recubrimiento abrasivo que comprenda partículas abrasivas y aglutinante sobre dicha primera superficie para proporcionar un artículo abrasivo y
- c.
- aplicar bajo presión un instrumento de grabado en relieve moldeado con una superficie grabada en relieve que incluya al menos un modelo de áreas salientes para el recubrimiento abrasivo del artículo abrasivo para proporcionar un modelo grabado en relieve que incluya al menos áreas deprimidas correspondiendo a las áreas salientes de dicha superficie grabada en relieve en dicho recubrimiento abrasivo y dicho refuerzo de espuma para proporcionar un artículo abrasivo grabado en relieve.
La superficie grabada en relieve también puede
incluir áreas deprimidas y así el artículo grabado en relieve
también incluiría áreas salientes correspondiendo a las áreas
deprimidas de la superficie grabada en relieve. El modelo grabado en
relieve puede ser bien un modelo uniforme o un modelo aleatorio.
El recubrimiento abrasivo se puede preparar por
la utilización de un recubrimiento de la estructura de aglutinante
curable, que pueda fluir, en que se depositen partículas abrasivas
de manera que al menos estén parcialmente embebidas en el
recubrimiento de la estructura, no curable, seguido por curado al
menos parcial del recubrimiento de la estructura para proporcionar
un artículo manejable que se pueda recubrir opcionalmente después
con un recubrimiento de las dimensiones, aglutinante, que pueda
fluir. Después de eso, se curan completamente los recubrimientos
para proporcionar un artículo abrasivo recubierto.
También se puede proporcionar el recubrimiento
abrasivo por aplicación de una mezcla de aglutinante curable que
pueda fluir y partículas abrasivas a la primera superficie y curar
el aglutinante curable que pueda fluir para proporcionar el
recubrimiento abrasivo. Preferiblemente, el recubrimiento abrasivo
aplicado de esta manera, se pone en contacto con un dispositivo con
una superficie que imparte un modelo para el recubrimiento abrasivo
para proporcionar áreas salientes y áreas deprimidas en el
recubrimiento abrasivo, pero no en el refuerzo de espuma previamente
al curado. Después de eso, el recubrimiento abrasivo moldeado o
estructurado se cura de una manera que se retenga la superficie
abrasiva moldeada.
El instrumento grabado en relieve preferido es
un cilindro de grabado en relieve con una superficie que incluye
apropiadamente depresiones y porciones salientes de las dimensiones
para producir un modelo deseado. Preferiblemente, el grabado en
relieve es de manera que las áreas deprimidas se extiendan en el
refuerzo de espuma al menos aproximadamente 200 \mum.
Los refuerzos de espuma preferidos tienen un
espesor de al menos 0,2 mm, preferiblemente el espesor en el
intervalo de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 6 mm. La espuma
puede ser bien una espuma de celda abierta o una espuma de celda
cerrada.
El grabado en relieve da como resultado
típicamente depresiones en la espuma en la que la distancia entre el
punto bajo en la depresión y el punto alto en los extremos distales
de las áreas salientes es al menos del orden de aproximadamente 200
micrómetros, preferiblemente al menos aproximadamente 500
micrómetros.
Se puede emplear cualquiera de una variedad de
refuerzos de espuma grabables en relieve como el refuerzo de espuma.
Un refuerzo de espuma preferido es un refuerzo de espuma de
polietileno disponible de Minnesota Mining and Manufacturing Company
(3M) bajo la denominación del producto 4496W.
Los refuerzos de espuma útiles tendrán un
espesor del orden de 0,2 a 25 mm, una densidad del orden de 0,02 a
0,5 g/cm^{3} y un durómetro (Shore 00) preferiblemente del orden
de 15 a 100, aunque pueden ser útiles en algunas aplicaciones
espumas con un durómetro menor que 15.
La temperatura para el grabado en relieve
depende mucho del tipo de espuma, por ejemplo, las espumas de
deformación permanente por compresión se pueden grabar en relieve
con un instrumento de grabación en relieve que no necesite que se
caliente por encima de la temperatura normal. Preferiblemente, el
instrumento de grabado en relieve se calienta para otros tipos de
espumas para facilitar la grabación en relieve a una temperatura al
menos aproximadamente 30ºC, calentando preferiblemente a una
temperatura en el intervalo de aproximadamente 80ºC a
aproximadamente 210ºC.
El instrumento de grabado en relieve se aplica
preferiblemente a una presión en el intervalo de aproximadamente 1,5
a 200 N/cm de anchura de banda, aunque esto puede variar,
dependiendo de la composición y la construcción del refuerzo de
espuma.
La terminología "espuma" se referirá a
espumas tanto de celda abierta como de celda cerrada.
La terminología "refuerzo" significará
materiales laminares de espuma.
La terminología "recubrimiento abrasivo
conformado" significará un recubrimiento de un aglutinante curado
y material abrasivo que tiene una superficie expuesta o de trabajo
que incluye porciones salientes y porciones entrantes.
La terminología "al menos parcialmente
curado" significará que "parte" o "todo" del material
precursor curable se ha curado hasta tal punto que es manejable y
recuperable.
La terminología "al menos parcialmente
curado" no significa que parte o todo del precursor aglutinante
curable se cure siempre totalmente, pero se cura suficientemente,
después de ser curado al menos parcialmente, para que sea manejable
y recuperable.
Como se usa aquí, la expresión "manejable y
recuperable" se refiere a material que sustancialmente no fluirá
o experimentará un cambio substancial en la conformación si se
somete a una fuerza aplicada que tienda a alargar o deformar un
cuerpo.
La expresión "totalmente curado"
significará que el precursor aglutinante se cura suficientemente de
manera que el producto resultante funcione como un artículo
abrasivo, por ej., un artículo recubierto:
El producto abrasivo de la presente invención
tiene una vida larga y útil debido a la existencia del modelo
grabado en relieve que proporciona áreas preconformadas separadas
por líneas de depresión grabadas en relieve que proporcionan un área
de recogida para virutas y residuos generados durante las
operaciones de abrasión con el producto. Así, el producto abrasivo
puede incluir granos abrasivos muy finos para proporcionar acabados
de superficie extremadamente finos para cualquiera de una variedad
de superficies de trabajo. El producto de la invención proporciona
una sustitución viable para la utilización de suspensiones abrasivas
sueltas y evita la necesidad de equipo de manipulación de líquidos
normalmente asociado con las suspensiones y la necesidad de
encontrar sitios de eliminación apropiados para las suspensiones
usadas. La presencia de las áreas entrantes proporcionadas por las
líneas de grabado en relieve entre el modelo de cuerpos que están
recubiertos con abrasivo proporciona flujo eficaz de fluido en la
cara de trabajo del producto abrasivo de la invención sin
"adherencia estática" no deseable, que normalmente se encuentra
en películas de recubrimiento de superficies lisas sobre
superficies de piezas de superficies lisas.
La Fig. 1 es una representación dibujada de la
sección transversal esquemática, a escala ampliada, de una porción
de un producto abrasivo preparado por el uso del método de la
presente invención.
La Fig. 2 es una vista plana desde arriba de un
disco abrasivo grabado en relieve preparado por utilización del
método de la presente invención.
La Fig. 3 es una representación esquemática de
un método para preparar un artículo abrasivo que se pueda grabar en
relieve de acuerdo con el método de la presente invención.
La Fig. 4 es una vista plana desde arriba de un
rodillo para preparar un instrumento de producción útil para
preparar un artículo abrasivo que se pueda grabar en relieve de
acuerdo con el método de la presente invención.
La Fig. 5 es una vista en sección a escala
ampliada de un segmento del cilindro representado en la Fig. 4
tomado en la línea 5-5 para mostrar detalle
superficial.
La Fig. 6 es una vista en sección a escala
ampliada de otro segmento de la superficie moldeada del cilindro
representado en la Fig. 4, tomado en la línea
6-6.
La Fig. 7 es una representación esquemática de
un método para preparar el artículo abrasivo grabado en relieve de
acuerdo con la presente invención.
La Fig. 1 muestra una representación dibujada de
la sección transversal esquemática, a escala ampliada, de una
porción de un producto 10 abrasivo preparado por el método de la
presente invención. El producto 10 abrasivo incluye refuerzo 11 de
espuma con una primera superficie 12 y una superficie 13 opuesta.
Previamente al grabado en relieve, se proporciona un recubrimiento
abrasivo en la primera superficie 12.
El recubrimiento abrasivo se puede preparar bien
con un recubrimiento de la estructura que incluya partículas
abrasivas parcialmente embebidas cuyo recubrimiento y partículas se
recubren preferiblemente con un recubrimiento de las dimensiones o
un material compuesto abrasivo en el que las partículas abrasivas se
dispersan uniformemente en un aglutinante curado. El recubrimiento
14 abrasivo representado en la Fig. I se prepara aplicando una
mezcla de partículas abrasivas y aglutinante curable a una
superficie 12 de refuerzo y aplicando antes del curado, una
superficie de un instrumento de producción al recubrimiento no
curado para impartir un acabado texturado que incluya áreas 15
deprimidas y áreas 16 salientes para proporcionar una superficie
abrasiva estructurada.
La fabricación de este tipo de producto se puede
llevar a cabo por utilización del equipo mostrado esquemáticamente
en la Fig. 3. La Fig. 3 ilustra un aparato 23 para aplicar un
recubrimiento conformado a la primera superficie principal del
refuerzo 25 de espuma. Un instrumento 24 de producción es en forma
de cinta con una superficie 30 de contacto que soporta una cavidad,
superficie 38 de refuerzo opuesta y cavidades de dimensiones
apropiadas dentro de la superficie 30 de contacto. El refuerzo 25
con una primera superficie 26 principal y una segunda superficie 27
principal está desenrollada del cilindro 28. Al mismo tiempo el
refuerzo 25 está desenrollado del cilindro 28, el instrumento 24 de
producción está desenrollado del cilindro 29. La superficie 30 de
contacto del instrumento 24 de producción se recubre con una mezcla
de partículas abrasivas y precursor aglutinante en la estación 31 de
recubrimiento. La mezcla se puede calentar para disminuir la
viscosidad previamente a o durante la etapa de recubrimiento. La
estación de recubrimiento puede comprender cualquier medio de
recubrimiento convencional, tal como: máquina de recubrimiento de
cuchilla, máquina de recubrimiento de boquilla de gotas, máquina de
recubrimiento por cortina, máquina de recubrimiento de boquilla a
vacío o una máquina de recubrimiento de boquilla de extrusión.
Después de recubrir la superficie 30 de contacto del instrumento 24
de producción, el refuerzo 25 y el instrumento 24 de producción se
llevan juntos de manera que la mezcla humedezca la primera
superficie 26 principal del refuerzo 25. En la Fig. 3 la mezcla se
fuerza a ponerse en contacto con el refuerzo 25 por medio de un
cilindro 33 prensador de contacto, que también fuerza la
construcción de instrumento de producción/mezcla/refuerzo frente a
un tambor 35 soporte. A continuación, se transmite una dosis
suficiente de energía de radiación por una fuente de energía de
radiación 37 por la superficie 38 de atrás del instrumento 24 de
producción y a la mezcla para curar al menos parcialmente el
precursor aglutinante, formando de ese modo una estructura 39
manipulable, conformada. Después se separa el instrumento 24 de
producción de la estructura 39 manipulable, conformada. La
separación del instrumento 24 de producción de la estructura 39
manipulable, conformada, tiene lugar en el cilindro 40. El ángulo,
alfa, entre la estructura 39 manipulable, conformada y el
instrumento 24 de producción inmediatamente después de pasar por el
cilindro 40 es preferiblemente un ángulo de gran pendiente, por ej.,
en exceso de 30 grados, para producir la clara separación de la
estructura 39 manipulable, conformada, del instrumento 24 de
producción. El instrumento 24 de producción se vuelve a enrollar
como el cilindro 41 a fin de que se pueda volver a utilizar. La
estructura 39 manipulable, conformada se enrolla como el cilindro
43. Si el precursor aglutinante no se ha curado totalmente, se puede
curar totalmente después por exposición a una fuente de energía
adicional tal como una fuente de energía térmica o una fuente
adicional de energía de radiación, para formar el artículo abrasivo
recubierto. Alternativamente, el curado total puede resultar
finalmente sin el uso de una fuente de energía adicional para formar
el artículo abrasivo recubierto. Como se usa en la presente memoria,
la expresión "curado total" significa que el precursor
aglutinante se cura suficientemente a fin de que el producto
resultante funcione como un artículo abrasivo, por ej., un artículo
abrasivo recubierto.
El artículo abrasivo reforzado de espuma,
curado, preparado por uso del equipo representado en la Fig. 3,
presenta una superficie relativamente lisa salvo por las
ondulaciones superficiales impartidas por el instrumento 24 de
producción. Como se muestra en la Fig. 7, la superficie del artículo
39 abrasivo se somete después a contacto con un instrumento de
grabado en relieve en forma de cilindro 70 de grabado en relieve,
moldeado, que presenta áreas 71 salientes. El cilindro 70 se emplea
adyacente al cilindro 72 de refuerzo, no calentado, liso, de manera
que las áreas 71 salientes en el cilindro 70 de grabado en relieve
imparten un modelo de grabado en relieve en el recubrimiento
abrasivo y en el refuerzo de espuma que se extiende en el refuerzo
de espuma preferiblemente al menos 200 \mum. Las líneas de grabado
en relieve, como se representa en la Fig. 2, definen islas abrasivas
que se caracterizan por las líneas 21 de grabado en relieve en la
dirección de la máquina y las líneas 22 de grabación en relieve
transversales para crear las depresiones 18, como se representa en
la Fig. 1.
Los componentes del producto abrasivo que se
graba en relieve de acuerdo con el método de la presente invención
se describen en la presente memoria.
Un artículo abrasivo de la presente invención
comprende típicamente al menos una capa de material compuesto
abrasivo que incluye una pluralidad de partículas abrasivas
dispersadas en subunidades de polímero precursor. El aglutinante se
forma de un precursor aglutinante que comprende subunidades de
polímero precursor. Las partículas abrasivas se pueden dispersar
uniformemente en un aglutinante o alternativamente las partículas
abrasivas se pueden dispersar no uniformemente en el mismo. Se
prefiere que las partículas abrasivas se dispersen uniformemente en
el aglutinante a fin de que el artículo abrasivo resultante tenga
una capacidad de corte más consistente.
El tamaño medio de partícula de las partículas
abrasivas puede oscilar de aproximadamente 0,01 a 1.500 micrómetros,
típicamente entre 0,01 y 500 micrómetros y lo más generalmente entre
1 y 100 micrómetros. El tamaño de la partícula abrasiva se
especifica típicamente que es la dimensión más larga de la partícula
abrasiva. En la mayoría de los casos habrá un intervalo de
distribución de tamaños de partícula. En algunos casos se prefiere
que la distribución de tamaños de partícula esté estrechamente
controlado de manera que el artículo abrasivo resultante proporcione
un acabado de superficie consistente sobre la pieza a máquina que se
está abrasionando.
Los ejemplos de partículas abrasivas duras,
convencionales, incluyen: óxido de aluminio fusionado, óxido de
aluminio tratado por calor, óxido de aluminio fusionado blanco,
carburo de silicio negro, carburo de silicio verde, diboruro de
titanio, carburo de boro, carburo de tungsteno, carburo de titanio,
diamante (tanto natural como sintético), sílice, óxido de hierro,
cromia, ceria, circonia, titania, silicatos, óxido de estaño,
nitruro de boro cúbico, granate, alúmina y circonia fusionadas,
partículas abrasivas de gel sól. y similares. Los ejemplos de
partículas abrasivas de gel sólidas se pueden encontrar en las
patentes de EE.UU. Nos. 4.314.827 (Leitheiser et al.); 4
.623.364 (Cottringer et al); 4.744.802 (Schwabel); 4.770.671
(Monroe et al.) y 4.881.951 (Wood et al.).
La terminología partícula abrasiva, como se usa
en la presente memoria, también incluye partículas abrasivas únicas
unidas entre sí con un polímero para formar un aglomerado abrasivo.
Se describen además aglomerados abrasivos en las patentes de EE.UU.
Nos. 4.311.489 (Kressner); 4.652.275 (Bloecher et al.);
4.799.939 (Bloecher et al.) y 5.500.273 (Holmes et
al.). Alternativamente, las partículas abrasivas pueden estar
unidas entre sí por fuerzas atractivas interpartículas.
La partícula abrasiva también puede presentar
una conformación asociada con ella. Los ejemplos de tales
conformaciones incluyen: varillas, triángulos, pirámides, conos,
esferas sólidas, esferas huecas y similares. Alternativamente, la
partícula abrasiva se puede conformar de manera aleatoria.
Se pueden recubrir partículas abrasivas con
materiales para proporcionar a las partículas las características
deseadas. Por ejemplo, se ha demostrado que los materiales aplicados
a la superficie de una partícula abrasiva mejoran la adhesión entre
la partícula abrasiva y el polímero. Adicionalmente, un material
aplicado a la superficie de una partícula abrasiva puede mejorar la
dispersabilidad de las partículas abrasivas en las subunidades e
polímero precursor. Alternativamente, los recubrimientos
superficiales pueden modificar y mejorar las características de
corte de la partícula abrasiva resultante. Tales recubrimientos
superficiales se describen, por ejemplo, en las patentes de EE.UU.
Nos. 5.011.508 (Wald et al.); 1.910.444 (Nicholson);
3.041.156 (Rowse et al.); 5.009.675 (Kunz et al.);
4.997.461 (Markhoff-Matheny et al.);
5.213.591 (Cetikkaya et al.); 5.085.671 (Martin et
al.) y 5.042.991 (Kunz et al.).
Un artículo abrasivo de esta invención puede
comprender un recubrimiento abrasivo que comprenda además una carga.
Una carga es un material en forma de partículas con un tamaño medio
de partícula que oscila entre 0,1 y 50 micrómetros, típicamente
entre 1 y 30 micrómetros. Los ejemplos de cargas útiles para esta
invención incluyen carbonatos de metal (tales como: carbonato de
calcio, carbonato de calcio y magnesio, carbonatado de sodio,
carbonato de magnesio), sílice (tal como: cuarzo, cuentas de vidrio,
burbujas de vidrio y fibras de vidrio), silicatos (tales como:
talco, arcillas, montmorillonita, feldespato, mica, silicato de
calcio, metasilicato de calcio, aluminosilicato de sodio, silicato
de sodio), sulfatos de metal (tales como: sulfato de calcio,
sulfato de bario, sulfato de sodio, sulfato de aluminio y sodio,
sulfato de aluminio), yeso, vermiculita, azúcar, harina de madera,
trihidrato de aluminio, negro de carbono, óxidos de metal (tales
como: óxido de calcio, óxido de aluminio, óxido de estaño, dióxido
de titanio), sulfitos de metal (tales como sulfito de calcio),
partículas de termoplástico (tales como partículas de:
policarbonato, polieterimida, poliéster, polietileno, polisulfona,
poliestireno, copolímero de bloque de
acrilonitrilo-butadieno-estireno,
polipropileno, polímeros de acetal, poliuretanos, nailon) y
partículas termoestables (tales como: burbujas fenólicas, perlas
fenólicas, partículas de espuma de poliuretano y similares). La
carga también puede ser una sal tal como una sal de haluro. Los
ejemplos de sales de haluro incluyen: cloruro de sodio, criolita de
potasio, criolita de sodio, criolita de amonio, tetrafluoroborato de
potasio, tetrafluoroborato de sodio, fluoruros de silicio, cloruro
de potasio, cloruro de magnesio. Los ejemplos de cargas de metal
incluyen: estaño, plomo, bismuto, cobalto, antimonio, cadmio,
hierro titanio. Otras cargas varias incluyen: compuestos de azufre,
de azufre orgánicos, grafito y sulfuros metálicos y agentes
de
suspensión.
suspensión.
Un ejemplo de un agente de suspensión es una
partícula de sílice amorfa con una superficie específica menor que
150 metros cuadrados/gramo que está comercialmente disponible de
Degussa Corp., Rheinfelden, Alemania, bajo el nombre comercial
"OX-50." La adición del agente de suspensión
puede disminuir la viscosidad total de la suspensión abrasiva. El
uso de agentes de suspensión se describe además en la patente de
EE.UU. Nº. 5.368.619
(Culler).
(Culler).
El recubrimiento abrasivo de esta invención se
forma a partir de una capa de material compuesto abrasivo, curable,
que comprende una mezcla de partículas abrasivas y subunidades de
polímero precursor. La capa de material compuesto abrasivo, curable,
comprende preferiblemente subunidades de polímero precursor
orgánico. Las subunidades de polímero precursor son capaces
preferiblemente de fluir lo suficiente a fin de que sean capaces de
recubrir una superficie. La solidificación de las subunidades de
polímero precursor se puede conseguir por curado (por ej.,
polimerización y/o reticulación), por secado (por ej., expulsión de
un líquido) y/o simplemente por enfriamiento. Las subunidades de
polímero precursor pueden ser una solución en un disolvente
orgánico, una suspensión acuosa o una composición de sólidos al
100% (es decir, una sustancialmente sin disolvente). Los polímeros,
tanto termoplásticos como/o termoendurecibles, o los materiales, así
como las combinaciones de los mismos, se pueden usar como
subunidades de polímero precursor. En el curado de las subunidades
de polímero precursor, el material compuesto abrasivo, curable, se
transforma en el material compuesto abrasivo curado. Las subunidades
de polímero precursor preferidas pueden ser bien una resina curable
de condensación o una resina polimerizable por adición. Las resinas
polimerizables por adición pueden ser monómeros y/u oligómeros
etilénicamente insaturados. Los ejemplos de materiales reticulables
que se pueden usar incluyen: resinas fenólicas, aglutinantes de
bismaleimida, resinas de éter vinílico, resinas aminoplásticas con
grupos carbonilo alfa, beta-insaturados, colgantes,
resinas de uretano, resinas epoxídicas, resinas de acrilato, resinas
de isocianurato acriladas, resinas de
urea-formaldehído, resinas de isocianurato, resinas
de uretano acriladas, resinas epoxídicas acriladas o mezclas de las
mismas.
Una capa de material compuesto abrasivo puede
comprender en peso entre aproximadamente 1 parte de partículas
abrasivas a 90 partes de partículas abrasivas y 10 partes de
subunidades de polímero precursor a 99 partes de subunidades de
polímero precursor. Preferiblemente, una capa de material compuesto
abrasivo puede comprender aproximadamente 30 a 85 partes de
partículas abrasivas y aproximadamente 15 a 70 partes de subunidades
de polímero precursor. Más preferiblemente una capa de material
compuesto abrasivo puede comprender aproximadamente 40 a 70 partes
de partículas abrasivas y aproximadamente 30 a 60 partes de
subunidades de polímero precursor.
Las subunidades de polímero precursor son
preferiblemente un material orgánico curable (es decir, una
subunidad polimérica o material capaz de polimerizarse y/o
reticularse en la exposición al calor y/u otras fuentes de energía,
tales como haz electrónico, luz ultravioleta, luz visible, etc., o
con el tiempo en la adición de un catalizador químico, humedad u
otro agente que cause que se cure o se polimerice el polímero). Los
ejemplos de subunidades de polímero precursor incluyen
aminopolímeros o polímeros aminoplásticos tales como: polímeros de
urea-formaldehído alquilados, polímeros de
melamina-formaldehído y polímero de
benzowanamina-formaldehído alquilado, polímeros de
acrilato incluyendo acrilatos y metacrilatos acrilatos de alquilo,
resinas epoxídicas acriladas, uretanos acrilados, poliésteres
acrilados, poliéteres acrilados, éteres vinílicos, aceites acrilados
y siliconas acriladas, polímeros alquídicos tales como polímeros
alquídicos de uretano, polímeros de poliéster, polímeros de uretano
reactivos, polímeros fenólicos tales como polímeros de resol y
novolaca, polímeros fenólicos/de látex, polímeros epoxídicos tales
como polímeros epoxídicos de bisfenol, isocianatos, isocianuratos,
polímeros de polisiloxano incluyendo polímeros de alquilalcoxisilano
o polímeros vinílicos reactivos. El aglutinante resultante puede
estar en forma de monómeros, oligómeros, polímeros o combinaciones
de los mismos.
Las subunidades de polímero precursor
aminoplástico tienen al menos un grupo carbonilo alfa,
beta-insaturado, colgante, por molécula u oligómero.
Estos materiales poliméricos se describen además en las patentes de
EE.UU. Nos. 4.903.440 (Larson et al.) y 5.236.472 (Kirk et
al.).
Los recubrimientos abrasivos curados,
preferidos, se generan a partir de subunidades de polímero precursor
curable por radicales libres. Estas subunidades de polímero
precursor son capaces de polimerizarse rápidamente en una exposición
a energía térmica y/o energía de radiación. Un subconjunto preferido
de subunidades de polímero precursor curable por radicales libres
incluye subunidades de polímero precursor etilénicamente
insaturadas. Los ejemplos de tales subunidades de polímero precursor
etilénicamente insaturadas incluyen monómeros u oligómeros de
aminoplástico con grupos carbonilo alfa,
beta-insaturados, colgantes, monómeros u oligómeros
etilénicamente insaturados, monómeros de isocianurato acrilados,
oligómeros de uretano acrilados, monómeros u oligómeros epoxídicos
acrilados, monómeros o diluyentes etilénicamente insaturados,
dispersiones de acrilato y mezclas de los mismos. La terminología
acrilato incluye tanto acrilatos como metacrilatos.
Las subunidades de polímero precursor
etilénicamente insaturadas incluyen compuestos tanto monoméricos
como poliméricos que contienen átomos de carbono, hidrógeno y
oxígeno y opcionalmente, nitrógeno y los halógenos. Generalmente
están presentes átomos de oxígeno o nitrógeno o de ambos en forma de
grupos: éter, éster, uretano, amida y urea. Los monómeros
etilénicamente insaturados pueden ser: monofuncionales,
difuncionales, trifuncionales, tetrafuncionales o incluso de
funcionalidad superior e incluyen monómeros a base de tanto acrilato
como metacrilato. Los compuestos etilénicamente insaturados,
adecuados, son preferiblemente ésteres preparados a partir de la
reacción de compuestos que contienen grupos monohidroxi alifáticos o
grupos polihidroxi alifáticos y ácidos carboxílicos insaturados,
tales como: ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido itacónico,
ácido crotónico, ácido isocrotónico o ácido maleico. Los ejemplos
representativos de monómeros etilénicamente insaturados incluyen:
metacrilato de metilo, metacrilato de etilo, estireno,
divinilbenceno, acrilato de hidroxietilo, metacrilato de
hidroxietilo, acrilato de hidroxipropilo, metacrilato de
hidroxipropilo, acrilato de hidroxibutilo, metacrilato de
hidroxibutilo, acrilato de laurilo, acrilato de octilo, acrilato de
caprolactona, metacrilato de caprolactona, metacrilato de
tetrahidrofurfurilo, acrilato de ciclohexilo, acrilato de estearilo,
acrilato de 2-fenoxietilo, acrilato de isooctilo,
acrilato de isobornilo, acrilato de isodecilo, monoacrilato de
polietilenglicol, monoacrilato de polipropilenglicol, viniltolueno,
diacrilato de etilenglicol, diacrilato de polietilenglicol,
dimetacrilato de etilenglicol, diacrilato de hexanodiol, diacrilato
de trietilenglicol, acrilato de
2-(2-etoxietoxi)etilo, triacrilato de
trimetilolpropano propoxilado, triacrilato de trimetilolpropano,
triacrilato de glicerol, triacrilato de pentaeritritol,
trimetacrilato de pentaeritritol, tetraacrilato de pentaeritritol y
tetrametacrilato de pentaeritritol. Otros materiales etilénicamente
insaturados incluyen ésteres y amidas monoalílicos, polialílicos o
polimetalílicos de ácidos carboxílicos, tales como: ftalato de
dialilo, adipato de dialilo o N,N-dialiladipamida.
Aún otros monómeros etilénicamente insaturados que contienen
nitrógeno incluyen: isocianurato de
tris(2-acriloxietilo),
1,3,5-tri(2-metiacriloxietil)-s-triazina,
acrilamida, metilacrilamida,
N-metil-acrilamida,
N,N-dimetilacrilamida,
N-vinilpirrolidona o
N-vinil-piperidona.
Una subunidad de polímero precursor preferida
contiene una mezcla de dos o más monómeros de acrilato. Por ejemplo,
las subunidades de polímero precursor pueden ser una mezcla de
acrilato trifuncional y un monómero de acrilato monofuncional. Un
ejemplo de una subunidad de polímero precursor es una mezcla de
triacrilato de trimetilolpropano propoxilado y acrilato de
2-(2-etoxietoxi)etilo. Las relaciones en peso
de polímeros de acrilato multifuncional y acrilato monofuncional
pueden oscilar de aproximadamente 1 parte a aproximadamente 90
partes de acrilato multifuncional a aproximadamente 10 partes a
aproximadamente 99 partes de acrilato monofuncional.
También es factible formular una subunidad de
polímero precursor a partir de una mezcla de un acrilato y un
polímero epoxídico, por ej., como se describe en la patente de
EE.UU. Nº. 4.751.138 (Tumey et al.).
Otras subunidades de polímero precursor incluyen
derivados de isocianurato con al menos un grupo acrilato colgante y
derivados de isocianato con al menos un grupo acrilato colgante se
describen además en la patente de EE.UU. Nº. 4.652.274 (Boettcher
et al.). El material de isocianurato preferido es un
triacrilato de isocianurato de tris(hidroxietilo).
Aún otras subunidades de polímero precursor
incluyen ésteres de diacrilato y uretano así como ésteres de
poliacrilato o polimetacrilato y uretano de poliésteres o poliéteres
extendidos de isocianato con grupos terminales hidroxi. Los ejemplos
de uretanos acrilados comercialmente disponibles incluyen aquéllos
bajo el nombre comercial "UVITHANE 782," disponible de Morton
Chemical, Moss Point, MS; "CMD 6600," "CMD 8400" y "CMD
8805," disponibles de UCB Radcure Specialties, Smyrna, Ga.;
resinas "PHOTOMER" (por ej., PHOTOMER 6010) de Henkel Corp.,
Hoboken, N.J.; "EBECRYL 220" (acrilato de uretano aromático
hexafuncional), "EBECRYL 284" (diacrilato de uretano alifático
de 1.200 diluido con diacrilato de 1,6-hexanodiol),
"EBECRYL 4827" (diacrilato de uretano aromático), "EBECRYL
4830" (diacrilato de uretano alifático diluido con diacrilato de
tetraetilenglicol), "EBECRYL 6602" (acrilato de uretano
aromático trifuncional diluido con etoxitriacrilato de
trimetilolpropano), "EBECRYL 840" (diacrilato de uretano
alifático) y "EBECRYL 8402" (diacrilato de uretano alifático)
de UCB Radcure Specialties y resinas "SARTOMER" (por ej.,
"SARTOMER" 9635, 9645, 9655, 963-B80,
966-A80, CN980M50, etc.) de Sartomer Co.,
Exton, Pa.
Exton, Pa.
Aún otras subunidades de polímero precursor
incluyen ésteres epoxídicos de diacrilato así como ésteres
epoxídicos de poliacrilato o polimetacrilato tales como los ésteres
de diacrilato de polímero epoxídico de bisfenol A. Los ejemplos de
resinas epoxídicas acriladas comercialmente disponibles incluyen
aquéllas bajo el nombre comercial "CMD 3500," "CMD 3600" y
"CMD 3700," disponibles de UCB Radcure Specialties.
Otras subunidades de polímero precursor también
pueden ser polímeros de poliéster acrilados. Los poliésteres
acrilados son los productos de reacción de ácido acrílico con un
poliéster a base de ácido dibásico/diol alifático. Los ejemplos de
poliésteres acrilados comercialmente disponibles incluyen aquéllos
conocidos bajo las denominaciones comerciales "PHOTOMER 5007"
(acrilato hexafuncional) y "PHOTOMER 5018" (tetraacrilato
tetrafuncional) de Henkel Corp. y "EBECRYL 80" (acrilato de
poliéster modificado tetrafuncional), "EBECRYL 450"
(hexaacrilato de poliéster modificado de ácido graso) y "EBECRYL
830" (acrilato de poliéster hexafuncional) de UCB Radcure
Specialties.
Otras subunidades preferidas de polímero
precursor es una mezcla de oligómeros y monómeros etilénicamente
insaturados. Por ejemplo, las subunidades de polímero precursor
pueden comprender una mezcla de un oligómero de uretano funcional de
acrilato y uno o más monómeros de acrilato monofuncionales. Este
monómero de acrilato puede ser un polímero de acrilato
pentafuncional, acrilato tetrafuncional, acrilato trifuncional,
acrilato difuncional, acrilato monofuncional o combinaciones de los
mismos.
Las subunidades de polímero precursor también
pueden ser una dispersión de acrilato como la descrita en la patente
de EE.UU. Nº. 5.378.252 (Follensbee).
Además de polímeros termoestables, también se
pueden usar aglutinantes termoplásticos. Los ejemplos de polímeros
termoplásticos adecuados incluyen: poliamidas, polietileno,
polipropileno, poliésteres, poliuretanos, polieterimida,
polisulfona, poliestireno, copolímero de bloque de
acrilonitrilo-butadieno-estireno,
copolímeros de bloque de
estireno-butadieno-estireno,
copolímeros de bloque de
estireno-isopreno-estireno,
polímeros de acetal, poli(cloruro de vinilo) y combinaciones
de los mismos.
Se pueden usar subunidades solubles en agua de
polímero precursor opcionalmente mezcladas con una resina
termoestable. Los ejemplos de subunidades de polímero precursor
solubles en agua incluyen: alcohol polivinílico, cola de piel o
éteres de celulosa solubles en agua tales como:
hidroxipropilmetilcelulosa, metilcelulosa o
hidroxietilmetilcelulosa. Estos aglutinantes se indican en la
patente de EE.UU. Nº. 4.255.164 (Butkze et al.).
El aglutinante usado en el abrasivo recubierto,
tal como un recubrimiento de estructura, de las dimensiones o
superdimensiones, generalmente se formará a partir de un aglutinante
o adhesivo, resinoso. El adhesivo resinoso generalmente se
seleccionará de manera que tenga las propiedades adecuadas
necesarias para un aglutinante de artículo abrasivo. Los ejemplos de
adhesivos resinosos típicos útiles en esta invención incluyen:
resinas termoestables, tales como resinas fenólicas, resinas
aminoplásticas con grupos carbonilo
\alpha,\beta-insaturados, colgantes, resinas de
uretano, resinas epoxídicas, resinas etilénicamente insaturadas,
resinas de isocianurato acriladas, resinas de
urea-formaldehído, resinas de isocianurato, resinas
de uretano acriladas, resinas epoxídicas acriladas, resinas de
bismaleimida, resinas epoxídicas modificadas de fluoreno y mezclas
de las mismas.
Las resinas epoxídicas útiles como aglutinantes
tienen un anillo de oxirano y se polimerizan por la apertura del
anillo. Tales resinas epoxídicas incluyen resinas epoxídicas
monoméricas y resinas epoxídicas poliméricas. Estas resinas pueden
variar enormemente en la naturaleza de sus cadenas principales y
grupos sustituyentes. Por ejemplo, la cadena principal puede ser de
cualquier tipo normalmente asociado con resinas epoxídicas y los
grupos sustituyentes en las mismas pueden ser cualquier grupo sin un
átomo de hidrógeno activo que sea reactivo con un anillo de oxirano
a temperatura ambiente. Los ejemplos representativos de grupos
sustituyentes aceptables incluyen: halógenos, grupos éster, grupos
éter, grupos sulfonato, grupos siloxano, grupos nitro y grupos
fosfato. Los ejemplos de algunas resinas epoxídicas preferidas
incluyen
2,2-bis[4-(2,3-epoxi-propoxi)fenil]propano
(diglicidil éter de bisfenol) y resinas que están comercialmente
disponibles de Shell Chemical Co., Houston, TX, bajo las
denominaciones comerciales "EPON 828", "EPON 1004" y
"EPON 1001 F" y de Dow Chemical Co., Midland, MI, bajo las
denominaciones comerciales "DER 331", "DER 332" y "DER
334". Las emulsiones acuosas del diglicidil éter de bisfenol A
tienen de aproximadamente 50 a 90% en peso de sólidos,
preferiblemente 50 a 70% en peso de sólidos y además comprenden un
emulsionante no iónico. Una emulsión que satisface esta descripción
está disponible de Shell Chemical Co., Louisville, KY, bajo la
denominación comercial "CMD 35201". Otras resinas epoxídicas
adecuadas incluyen glicidil éteres de fenol formaldehído novolaca
(que está disponibles de Dow Chemical Co., Midland, MI, bajo las
denominaciones comerciales "DEN 431" y "DEN 438").
Se usan extensamente resinas fenólicas en
aglutinantes de artículos abrasivos debido a sus propiedades
térmicas, disponibilidad, coste y facilidad de manipulación. Hay dos
tipos de resinas fenólicas, resol y novolaca y se pueden usar en
esta invención. Las resinas fenólicas de resol presentan una
relación molar de formaldehído a fenol, de más de o igual a 1:1,
típicamente entre 1,5:1,0 y 3,0:1,0. Las resinas de novolaca
presentan una relación molar de formaldehído a fenol de menos de uno
a uno. Los ejemplos de resinas fenólicas incluyen las comercialmente
disponibles de Occidental Chemical Corp., Tonawanda, NY, bajo las
denominaciones comerciales "DUREZ" y "VARCUM"; de Monsanto
Co., St. Louis, MO, bajo la denominación comercial "RESINOX" y
de Ashland Chemical Inc., Columbus, OH, bajo las denominaciones
comerciales "AROFENE" y "AROTAP".
Las resinas aminoplásticas que se pueden usar
como aglutinantes presentan al menos un grupo carbonilo
\alpha,\beta-insaturado, colgante, por molécula
u oligómero. Estos materiales se describen además en las patentes de
EE.UU. Nos. 4.903.440 y 5. 236.472.
Las resinas etilénicamente insaturadas que se
pueden usar en esta invención incluyen compuestos tanto monoméricos
como poliméricos que contienen átomos de carbono, hidrógeno y
oxígeno y opcionalmente, nitrógeno y los halógenos. Generalmente
están presentes átomos de oxígeno o nitrógeno o de ambos en grupos:
éter, éster, uretano, amida y urea. Los compuestos etilénicamente
insaturados presentan preferiblemente un peso molecular menor que
aproximadamente 4.000 y son preferiblemente ésteres preparados a
partir de la reacción de compuestos que contienen grupos
monohidroxi alifáticos o grupos polihidroxi alifáticos y ácidos
carboxílicos insaturados, tales como: ácido acrílico, ácido
metacrílico, ácido itacónico, ácido crotónico, ácido isocrotónico,
ácido malcico y similares. Los ejemplos representativos de resinas
etilénicamente insaturadas incluyen las preparadas por
polimerización de: metacrilato de metilo, metacrilato de etilo,
estireno, divinilbenceno, viniltolueno, diacrilato de etilenglicol,
dimetacrilato de etilenglicol, diacrilato de hexanodiol, diacrilato
de trietilenglicol, triacrilato de trimetilolpropano, triacrilato de
glicerol, triacrilato de pentaeritritol, trimetacrilato de
pentaeritritol, tetraacrilato de pentaeritritol o tetrametacrilato
de pentaeritritol y mezclas de los mismos. Otras resinas
etilénicamente insaturadas incluyen las de ésteres y amidas
monoalílicas, polialílicas y polimetalílicas, polimerizados, de
ácidos carboxílicos, tales como: ftalato de dialilo, adipato de
dialilo y N,N- dialiladipamida. Aún otros compuestos que contienen
nitrógeno, polimerizables, incluyen isocianurato de
tris(2-acriloxietilo),
1,3,5-tri(2-metacril-oxietil)-s-triazina,
acrilamida, metilacrilamida, N-metilacrilamida,
N,N-dimetilacrilamida,
N-vinilpirrolidona y
N-vinilpiperidona.
Los uretanos acrilados son ésteres de diacrilato
de poliésteres o poliéteres extendidos de isocianato con grupos
terminales hidroxi. Los ejemplos de uretanos acrilados que se pueden
usar en los recubrimientos de la estructura de la presente invención
incluyen los comercialmente disponibles de Radcure Specialties,
Inc., Atlanta, GA, bajo las denominaciones comerciales, "UVITHANE
782", "CMD 6600", "CMD 8400" y "CMD 8805". Las
resinas epoxídicas acriladas que se pueden usar en los
recubrimientos de la estructura son ésteres de diacrilato de resinas
epoxídicas, tales como los ésteres de diacrilato de resina epoxídica
de bisfenol A. Los ejemplos de resinas epoxídicas acriladas
incluyen las disponibles de Radcure Specialties, Inc., Atlanta, GA,
bajo las denominaciones comerciales, "CMD 3500", "CMD
3600" y "CMD 3700".
Las resinas de bismaleimida que también se
pueden usar como aglutinante se describen además en la patente de
EE.UU. Nº. 5.314.513 (Miller et al.).
En el caso de subunidades de polímero precursor
que contienen monómeros y oligómeros etilénicamente insaturados, se
pueden usar iniciadores de polimerización. Los ejemplos incluyen:
peróxidos orgánicos, azocompuestos, quinonas, nitrosocompuestos,
haluros de acilo, hidrazonas, mercaptocompuestos, compuestos de
pirilio, imidazoles, clorotriazinas, benzoína, éteres alquílicos de
benzoína, dicetonas, fenonas o mezclas de los mismos. Los ejemplos
de fotoiniciadores activados por luz ultravioleta, comercialmente
disponibles, presentan nombres comerciales tales como: "IRGACURE
651," "IRGACURE 184" y "DAROCUR 1173" comercialmente
disponibles de Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown, NY. Otro
fotoiniciador activado por luz visible tiene el nombre comercial
"IRGACURE 369" comercialmente disponible de Ciba Geigy Company.
Los ejemplos de iniciadores activados por luz visible, adecuados, se
indican en las patentes de EE.UU. Nos. 4.735.632 (Oxman et
al.) y 5.674.122 (Krech
et al.).
et al.).
Un sistema iniciador adecuado puede incluir un
fotosensibilizador. Los fotosensibilizadores representativos pueden
tener grupos carbonilo o grupos amino terciarios o mezclas de los
mismos. Los fotosensibilizadores preferidos con grupos carbonilo
son: benzofenona, acetofenona, bencilo, benzaldehído
o-clorobenzaldehído, xantona, tioxantona,
9,10-antraquinona u otras cetonas aromáticas. Los
fotosensibilizadores preferidos con aminas terciarias son:
metildietanolamina, etildietanolamina, trietanolamina,
fenilmetil-etanolamina o benzoato de
dimetilaminoetilo. Los fotosensibilizadores comercialmente
disponibles incluyen: "QUANTICURE ITX", "QUANTICURE QTX",
"QUANTICURE PTX", "QUANTICURE EPD" de Biddle Sawyer Corp.,
Nueva York, NY.
En general, la cantidad de fotosensibilizador o
sistema fotoiniciador puede variar de aproximadamente 0,01 a 10% en
peso, más preferiblemente de 0,25 a 4,0% en peso de los componentes
de las subunidades de polímero precursor.
Adicionalmente, se prefiere dispersar
(preferiblemente uniformemente) el iniciador en las subunidades de
polímero precursor antes de la adición de cualquier material en
forma de partículas, tales como las partículas abrasivas y/o las
partículas de carga.
En general, se prefiere que las subunidades de
polímero precursor se expongan a energía de radiación,
preferiblemente luz ultravioleta o luz visible, para curar o
polimerizar las subunidades de polímero precursor. En algunos casos,
ciertas partículas abrasivas y/o ciertos aditivos absorberán luz
ultravioleta y visible, que puede impedir el curado apropiado de las
subunidades de polímero precursor. Esto tiene lugar, por ejemplo,
con partículas abrasivas de ceria. El uso de fotoiniciadores que
contengan fosfato, en particular fotoiniciadores que contienen óxido
de acilfosfina, pueden minimizar este problema. Un ejemplo de tal
óxido de acilfosfato es óxido de
2,4,6-trimetilbenzoildifenilfosfina, que está
comercialmente disponible de BASF Corporation, Ludwigshafen,
Alemania, bajo la denominación comercial "LUCERIN
TPO-L." Otros ejemplos de óxidos de acilfosfina
comercialmente disponibles incluyen "DAROCUR 4263" y
"DAROCUR 4265" comercialmente disponibles de Ciba Specialty
Chemicals.
Se pueden usar iniciadores catiónicos para
iniciar la polimerización cuando el aglutinante está basado en un
éter epoxídico o vinílico. Los ejemplos de iniciadores catiónicos
incluyen sales de cationes onio, tales como sales de arilsulfonio,
así como sales organometálicas tales como sistemas de ión areno.
Otros ejemplos se indican en las patentes de EE.UU. Nos. 4.751.138
(Tumey et al.); 5.256.170 (Harmer et al.); 4.985.340
(Palazotto) y 4.950.696.
También se pueden usar sistemas fotoiniciadores
de curado doble y de curado híbrido. En sistemas fotoiniciadores de
curado doble, tiene lugar curado o polimerización en dos fases
independientes vía bien el mismo mecanismo de reacción o diferentes.
En sistemas fotoiniciadores de curado híbrido, tienen lugar dos
mecanismos de curado al mismo tiempo en la exposición a radiación
ultravioleta/visible o de haz electrónico.
El refuerzo puede ser cualquiera de una variedad
de materiales laminares de espuma flexible que son adecuados para el
artículo abrasivo preparado de acuerdo con el método de la presente
invención. Los ejemplos incluyen espumas de celda abierta, espumas
de celda cerrada y combinaciones de los mismos. Los substratos de
espuma reforzados útiles pueden no tener esencialmente dirección de
la banda o elongación de la banda transversal cuando están
reforzados, por ejemplo, con una rejilla u otro soporte, tal como un
material de tejido o no tejido. Los substratos de espuma no
reforzados pueden tener una elongación (es decir, la elongación es
la longitud estirada de la espuma menos la longitud no estirada de
la espuma dividido por la longitud no estirada de la espuma y
después multiplicado por 100) hasta 150% o mayor. El espesor del
refuerzo de espuma puede oscilar de aproximadamente 0,2 a 25 mm y
preferiblemente entre 1 y 6 mm.
Los materiales que generalmente se encuentran
útiles para que se fabriquen en espumas de celda abierta o cerrada
son polímeros orgánicos que son de espuma o soplados para producir
estructuras orgánicas porosas, que típicamente se refieren como
espumas. Tales espumas se pueden preparar de caucho natural o
sintético u otros elastómeros termoplásticos tales como:
poliolefinas, poliésteres, poliamidas, poliuretanos y copolímeros de
los mismos, por ejemplo. Los elastómeros termoplásticos sintéticos,
adecuados, incluyen, pero no están limitados a, cauchos de
cloropreno, poliolefinas reticuladas, cauchos de etileno/propileno,
cauchos butílicos, polibutadienos, poliisoprenos, polímeros de
EPDM, poli(cloruros de vinilo), policloroprenos o copolímeros
de estireno/butadieno. Los ejemplos de espumas de celda cerrada
útiles son espumas de polietileno, comercialmente disponibles de 3M
Company, St. Paul, MN, bajo la denominación comercial 4496W. Los
ejemplos de espumas de celda abierta útiles son espumas de poliéster
y poliuretano, comercialmente disponibles de Illbruck, Inc.,
Minneapolis, MN bajo las denominaciones comerciales R 200U, R 400U,
R 600U y EF3-700C.
El refuerzo puede ser laminado para otros
materiales laminares, por ejemplo, para refuerzo o para aplicar una
parte de un sistema de unión de dos partes. Por ejemplo, se puede
aplicar un tejido de refuerzo a la superficie 13 del refuerzo para
proporcionar resistencia al desgarro para el producto abrasivo.
Adicionalmente, una parte de un sistema de unión mecánica de dos
partes se puede aplicar a una superficie 13 tal como un tejido de
mallas con mallas de engrane en su superficie para la unión para
cualquier enganche contenido en la superficie a la que se tiene que
unir o varillas con extremos distales planos que asimismo pueden
estar contenidos en la superficie a la que se tiene que aplicar el
producto abrasivo. Se puede encontrar información adicional sobre
tejidos de mallas adecuados en las patentes de EE.UU. Nos. 4.609.581
(Ott) y 5.254.194 (Ott). Alternativamente, el refuerzo puede ser una
estructura de tipo laminar con enganches de engrane sobresaliendo de
la segunda superficie principal opuesta. Los ejemplos de tales
estructuras de tipo laminar con enganches de engrane se pueden
encontrar en las patentes de EE.UU. Nos. 5.505.747 (Chesley),
5.667.540 (Chesley), 5.672.186 (Chesley) y 6.197.076
(Braunschweig).
En algunos casos puede ser deseable recubrir la
barrera de la espuma previamente al recubrimiento con una capa
abrasiva. Las composiciones de recubrimiento de barrera preferidas
comprenden un material que se puede recubrir, adecuado, tal como un
polímero disuelto o dispersado como un látex, por ejemplo, en un
material portador líquido, adecuado, tal como un disolvente. Tales
composiciones se recubren fácilmente preferiblemente sobre una
superficie principal del substrato de espuma y, una vez recubierto,
se cura para proporcionar un recubrimiento foraminoso o un
recubrimiento de barrera no foraminoso. Los materiales adecuados
para formar el recubrimiento de barrera son emulsiones de látex
acrílicas. Una composición preferida para formar el recubrimiento
de barrera es una emulsión acrílica disponible de BF Goodrich,
Cleveland, OH bajo la denominación comercial látex "HYCAR"
2679. El peso de recubrimiento seco de recubrimiento de barrera
aplicado a la espuma es preferiblemente al menos 50 gramos por metro
cuadrado (gmc) y típicamente puede variar entre 65 gmc y 250 gmc. La
emulsión de látex acrílica también se puede espesar previamente al
recubrimiento de la superficie de espuma. La emulsión acrílica se
puede espesar por la adición de un agente espesante tal como
solución de un poli(ácido acrílico) disponible bajo la denominación
comercial "CARBOPOL" EZ-1 de BF Goodrich que se
ha espesado por la adición de una solución acuosa de hidróxido de
amonio que sirve como activador para la solución de poli(ácido
acrílico) "CARBOPOL" EZ-1. Las técnicas de
recubrimiento susceptibles de recubrimiento de barrera del substrato
de espuma incluye: recubrimiento con rodillo, recubrimiento por
pulverización y recubrimiento por cortina. El curado de la
composición de recubrimiento de barrera se puede hacer, por ej., en
una estufa de aire forzado calentada a la temperatura de curado de
la composición de recubrimiento de barrera para proporcionar el
refuerzo recubierto que soporta un recubrimiento de
barrera.
barrera.
Como se muestra en la Fig. 2, el producto
grabado en relieve se caracteriza por incluir estructuras separadas
de las líneas de grabado en relieve o islas 20 con extremos distales
cubiertos con abrasivo.
Como se muestra en la Fig. 1, la altura de la
isla producida por grabación en relieve medida desde el punto más
bajo en la depresión 18 dentro de la espuma grabada en relieve a la
superficie 12 original de la espuma, se caracterizará como la altura
de la porción saliente en la espuma. Esta altura puede oscilar de
aproximadamente 0,2 mm a aproximadamente 20 mm, típicamente de
aproximadamente 0,25 mm a aproximadamente 10 mm y preferiblemente
aproximadamente 0,3 mm a aproximadamente 5 mm. La altura de las
porciones salientes de recubrimiento abrasivo puede oscilar de
aproximadamente 5 micrómetros a aproximadamente 1.000 micrómetros,
típicamente aproximadamente 25 micrómetros a aproximadamente 500
micrómetros y preferiblemente de aproximadamente 25 micrómetros a
aproximadamente 250 micrómetros.
El modelo grabado en relieve en la superficie de
la espuma recubierta abrasiva puede tomar cualquiera de una variedad
de conformaciones incluyendo conformaciones aleatorias o modelos
uniformes. El modelo grabado en relieve puede ser una disposición
hexagonal, una disposición rectangular, una disposición cuadrada o
puede tener áreas deprimidas que dejen áreas salientes de una
configuración circular.
Una capa de material compuesto abrasivo del
producto reforzado de espuma, grabado en relieve, de esta invención
comprende típicamente una pluralidad de partículas abrasivas fijadas
y dispersadas en subunidades curadas de polímero precursor, pero
puede incluir otros aditivos tales como: agentes de acoplamiento,
cargas, agentes extensores, fibras, agentes antiestáticos,
iniciadores, agentes de suspensión, fotosensibilizadores,
lubricantes, agentes humectantes, tensioactivos, pigmentos,
colorantes, estabilizantes UV y agentes de suspensión. Las
cantidades de estos aditivos se seleccionan para proporcionar las
propiedades deseadas.
El material compuesto abrasivo puede incluir
opcionalmente un plastificante. En general, la adición del
plastificante incrementará la erosionabilidad del material compuesto
abrasivo y suaviza la composición total de aglutinante. En algunos
casos, el plastificante actuará como diluyente para las subunidades
de polímero precursor. El plastificante es preferiblemente
compatible con las subunidades de polímero precursor para minimizar
la separación de fases. Los ejemplos de plastificantes adecuados
incluyen: polietilenglicol, poli(cloruro de vinilo), ftalato
de dibutilo, ftalato de alquilbencilo, poli(acetato de
vinilo), alcohol polivinílico, ésteres de celulosa, aceites de
silicona, ésteres de adipato y sebacato, polioles, derivados de
polioles, difenilfosfato de terc-butilfenilo,
fosfato de tricresilo, aceite de ricino o combinaciones de los
mismos. Los derivados de ftalato son un tipo de plastificantes
preferidos.
La partícula abrasiva o recubrimiento abrasivo,
puede comprender además aditivos de modificación de la superficie
que incluyen agentes humectantes (también referidos a veces como
tensioactivos) y agentes de acoplamiento. Un agente de acoplamiento
puede proporcionar un puente de unión entre las subunidades de
polímero precursor y las partículas abrasivas. Adicionalmente, el
agente de acoplamiento puede proporcionar un puente de unión entre
el aglutinante y las partículas de carga. Los ejemplos de agentes de
acoplamiento incluyen: silanos, titanatos y zircoalu-
minatos.
minatos.
Además, se puede incorporar agua y/o disolvente
orgánico en el material compuesto abrasivo. La cantidad de agua y/o
disolvente orgánico se selecciona para conseguir la viscosidad de
recubrimiento deseada de subunidades de polímero precursor y
partículas abrasivas. En general, el agua y/o el disolvente orgánico
debería ser compatible con las subunidades de polímero precursor. El
agua y/o el disolvente se pueden retirar siguiendo a la
polimerización del precursor o puede quedar con el material
compuesto abrasivo. Los aditivos solubles en agua y/o sensibles al
agua, adecuados, incluyen alcohol polivinílico, poli(acetato
de vinilo) o partículas a base de celulosa.
Los ejemplos de diluyentes o monómeros
etilénicamente insaturados se pueden encontrar en la patente de
EE.UU. Nº. 5.236.472 (Kirk et al.). En algunos casos estos
diluyentes etilénicamente insaturados son útiles debido a que
tienden a ser compatibles con agua. Se describen diluyentes
reactivos adicionales en la patente de EE.UU. Nº. 5.178.646 (Barber
et al.).
Un artículo abrasivo de esta invención contiene
un recubrimiento abrasivo con al menos una capa de material
compuesto abrasivo que incluye una pluralidad de estructuras de
material compuesto abrasivo, conformadas, preferiblemente
conformadas exactamente. La terminología "conformado" junto con
la terminología "estructura de material compuesto abrasivo" se
refiere a estructuras de material compuesto abrasivo tanto
"conformadas exactamente" como "conformadas de manera
irregular". Un artículo abrasivo de esta invención puede contener
una pluralidad de tales estructuras de material compuesto abrasivo,
conformadas, en una disposición predeterminada en un refuerzo. Los
materiales compuestos abrasivos conformados pueden estar en una
disposición aleatoria o irregular en el refuerzo. Una estructura de
material compuesto abrasivo se puede formar por ejemplo, por curado
de las subunidades de polímero precursor mientras sea solución en el
refuerzo y en las cavidades del instrumento de producción.
La conformación de las estructuras de los
materiales compuestos abrasivos puede ser cualquiera de una variedad
de configuraciones geométricas. Típicamente la base de la
conformación en contacto con el refuerzo presenta una superficie
mayor que el extremo distal de la estructura del material compuesto.
La conformación de la estructura del material compuesto abrasivo se
puede seleccionar de entre una serie de sólidos geométricos tales
como una cúbica, cilíndrica, prismática, de paralelepípedo,
piramidal, piramidal truncada, cónica, semiesférica, cónica truncada
o columnas con cualquier sección transversal. Generalmente, los
materiales compuestos conformados con una estructura piramidal
presentan tres, cuatro, cinco o seis lados, no incluyendo la base.
La conformación transversal de la estructura de material compuesto
abrasivo en la base puede diferir de la conformación transversal en
el extremo distal. La transición entre estas conformaciones puede
ser suave y continua o puede tener lugar en etapas discretas. Las
estructuras de material compuesto abrasivo también pueden tener una
mezcla de conformaciones diferentes. Las estructuras de material
compuesto abrasivo pueden estar dispuestas en filas, espiral, hélice
o de manera de red o se pueden colocar de manera aleatoria.
Los lados que forman las estructuras de material
compuesto abrasivo pueden ser perpendiculares en relación con el
refuerzo, inclinado en relación con el refuerzo o terminado en punta
con anchura decreciente hacia el extremo distal. También se puede
usar una estructura de material compuesto abrasivo con una sección
transversal que sea más grande en el extremo distal que en la parte
de atrás, aunque la fabricación puede ser más difícil.
La altura de cada estructura de material
compuesto abrasivo es preferiblemente la misma, pero es posible
tener estructuras de material compuesto de alturas variables en un
único artículo abrasivo rígido. La altura de las estructuras de
material compuesto generalmente puede ser menor que aproximadamente
2.000 micrómetros y más en particular en el intervalo de
aproximadamente 25 a 1.000 micrómetros. El diámetro o la anchura de
la sección transversal de la estructura de material compuesto
abrasivo puede oscilar de aproximadamente 5 a 500 micrómetros y
típicamente entre aproximadamente 10 y 250 micrómetros.
La base de las estructuras de material compuesto
abrasivo puede apoyarse una con otra o, alternativamente, las bases
de materiales compuestos abrasivos adyacentes pueden estar separadas
una de otra por alguna distancia especificada.
El espaciamiento lineal de las estructuras de
material compuesto abrasivo puede oscilar de aproximadamente 1 a
24.000 materiales compuestos/cm^{2} y preferiblemente al menos
aproximadamente 50 a 1.500 estructuras de material compuesto
abrasivo/cm^{2}. El espaciamiento lineal se puede variar de manera
que la concentración de estructuras de material compuesto sea mayor
en una posición que en otra. El espaciamiento del área de
estructuras de material compuesto oscila de aproximadamente 1
estructura de material compuesto abrasivo por cm lineal a
aproximadamente 100 estructuras de material compuesto abrasivo por
cm lineal y preferiblemente entre aproximadamente 5 estructuras de
material compuesto abrasivo por cm lineal a aproximadamente 80
materiales compuestos abrasivos por cm lineal.
El porcentaje de área de soporte puede oscilar
de aproximadamente 5 a aproximadamente 95%, típicamente
aproximadamente 10% a aproximadamente 80%, preferiblemente
aproximadamente 25% a aproximadamente 75% y más preferiblemente
aproximadamente 30% a aproximadamente 70%. El área de soporte es el
área total de las superficies en los extremos distales de las islas.
El porcentaje de área de soporte es el área de soporte dividida por
el área total del refuerzo 100 veces.
Las estructuras de material compuesto abrasivo,
conformadas, se disponen preferiblemente sobre un refuerzo o una
capa de material compuesto abrasivo curado previamente, en un modelo
predeterminado. Generalmente, el modelo predeterminado de las
estructuras de material compuesto abrasivo corresponderán al modelo
de las cavidades sobre el instrumento de producción. El modelo es
así reproducible de artículo a artículo.
En una realización, un artículo abrasivo de la
presente invención puede contener estructuras de material compuesto
abrasivo en una disposición. Con respecto a una única capa de
material compuesto abrasivo, una disposición regular se refiere a
filas y columnas alineadas de estructuras de material compuesto
abrasivo. En otra realización, las estructuras de material compuesto
abrasivo se pueden disponer en una disposición o modelo
"aleatorio". Por esto se quiere decir que las estructuras de
material compuesto abrasivo no están alineadas en filas y columnas
específicas. Por ejemplo, las estructuras de material compuesto
abrasivo se pueden disponer de una manera como se describe en la
patente de EE.UU. Nº. 5.681.217 (Hoopman et al.). Se
entiende, sin embargo, que esta disposición "aleatoria" es un
modelo predeterminado en que la posición de los materiales
compuestos está predeterminada y corresponde a la posición de las
cavidades en el instrumento de producción usado para preparar el
artículo abrasivo. La terminología "disposición" se refiere a
disposiciones tanto "aleatorias" como "regulares".
La Fig. 4 muestra un cilindro que se usó para
preparar el instrumento 24 de producción como se representa en la
Fig. 3. La siguiente realización específica del cilindro 50 se usó
para preparar el instrumento 24 de producción que se usó después
para preparar las estructura de material compuesto abrasivo de la
presente invención. El cilindro 50 tiene un eje 51 y un eje de
rotación 52. En este caso la superficie moldeada incluye una primera
serie 53 de surcos tangenciales adyacentes alrededor del cilindro y
una segunda serie 54 de surcos igualmente espaciadas empleadas a un
ángulo de 30º con respecto al eje de rotación 52.
La Fig. 5 muestra una vista transversal a escala
ampliada de un segmento de la superficie moldeada del cilindro 50
tomada en la línea 5-5 en la Fig. 5 perpendicular a
los surcos en la serie 53. La Fig. 5 muestra que la superficie
moldeada presenta picos espaciados por la distancia x que es 54,8
\mum aparte pico a pico y una altura de pico y de valle a pico de
55 \mum, con un ángulo z que es 53º.
La Fig. 6 muestra una vista transversal a escala
ampliada de un segmento de la superficie moldeada del cilindro 50
tomada en la línea 6-6 en la Fig. 5 perpendicular a
los surcos en la serie 54. La Fig. 6 muestra surcos 55 con un ángulo
w que es un ángulo de 99,5º entre pendientes y valles de picos
adyacentes separados por una distancia t que es 250 \mum y
una profundidad de valle s que es 55 \mum.
Se usa un instrumento de producción para
proporcionar una capa de material compuesto abrasivo con una
disposición de estructuras de material compuesto abrasivo
conformadas bien exactamente o de manera irregular. Un instrumento
de producción presenta una superficie que contiene una pluralidad de
cavidades. Estas cavidades son esencialmente la conformación inversa
de las estructuras de material compuesto abrasivo y son responsables
de la generación de la conformación y la colocación de las
estructuras de material compuesto abrasivo. Estas cavidades pueden
tener cualquier conformación geométrica que sea la conformación
inversa a las conformaciones geométricas adecuadas para los
materiales compuestos abrasivos. Preferiblemente, la conformación de
las cavidades se selecciona de manera que la superficie de la
estructura de material compuesto abrasivo disminuya lejos del
refuerzo.
El instrumento de producción puede ser: una
cinta, una lámina, una lámina o banda continua, un cilindro de
recubrimiento tal como un cilindro de rotograbado, un manguito
montado en un cilindro de recubrimiento o boquilla. El instrumento
de producción puede constar de metal, (por ejemplo, níquel),
aleaciones de metal o plástico. El instrumento de producción de
metal se puede fabricar por cualquier técnica convencional tal como:
fotolitografía, moleteado, grabado, maquinado por fresa generatriz,
electroformado, torneado con diamante y similares. Se describen
métodos preferidos para preparar instrumentos modelo de metal en la
patente de EE.UU. Nº. 5.975.987 (Hoopman et al.).
Se puede replicar un instrumento de
termoplástico de un instrumento patrón de metal. El instrumento
patrón tendrá el modelo inverso deseado para el instrumento de
producción. El instrumento patrón se hace preferiblemente de metal,
por ej., un metal niquelado tal como aluminio, cobre o bronce. Un
material laminar termoplástico se puede calentar opcionalmente junto
con el instrumento patrón de manera que el material termoplástico se
grabe en relieve con el modelo del instrumento patrón presionando
los dos juntos. El material termoplástico también se puede extruir
o fundir sobre el instrumento patrón y después se presiona. El
material termoplástico se enfría a un estado en que no pueda fluir y
después se separa del instrumento patrón para producir un
instrumento de producción. El instrumento de producción también
puede contener un recubrimiento de liberación para permitir una
liberación más fácil del artículo abrasivo del instrumento de
producción. Los ejemplos de tales recubrimientos de liberación
incluyen siliconas y fluoroquímicos.
Se indican instrumentos de producción
termoplásticos, adecuados, en la patente de EE.UU. Nº. 5.435.816
(Spurgeon et al.). Los ejemplos de materiales termoplásticos
útiles para formar el instrumento de producción incluyen:
poliésteres, polipropileno, polietileno, poliamidas, poliuretanos,
policarbonatos o combinaciones de los mismos. Se prefiere que el
instrumento de producción termoplástico contenga aditivos tales como
antioxidantes y/o estabilizantes UV. Estos aditivos pueden prolongar
la vida útil del instrumento de producción.
Hay una serie de métodos para preparar el
artículo abrasivo de esta invención. En un aspecto, el recubrimiento
abrasivo comprende una pluralidad de materiales compuestos abrasivos
conformados exactamente. En otro aspecto, el recubrimiento abrasivo
comprende materiales compuestos abrasivos no conformados
exactamente, a veces referidos como materiales compuestos abrasivos
conformados de manera irregular. Un método preferido para preparar
un artículo abrasivo con una capa de material compuesto abrasivo con
estructuras de material compuesto abrasivo conformadas exactamente
se describe en las patentes de EE.UU. Nos. 5.152.917 (Pieper et
al) y 5.435.816 (Spurgeon et al.). Otras descripciones
de métodos adecuados se indican en las patentes de EE.UU. Nos.:
5.454.844 (Hibbard et al.); 5.437.754 (Calhoun) y 5.304.223
(Pieper et al.).
Un método adecuado para preparar una capa de
material compuesto abrasivo con una pluralidad de estructuras
conformadas de material compuesto abrasivo incluye: preparar una
capa de material compuesto abrasivo curable que comprende partículas
abrasivas, subunidades de polímero precursor y aditivos opcionales;
proporcionar un instrumento de producción con una superficie
frontal; introducir la capa de material compuesto abrasivo curable
en las cavidades de un instrumento de producción con una pluralidad
de cavidades; introducir un refuerzo o una capa de material
compuesto abrasivo curado previamente de un artículo abrasivo a la
capa de material compuesto abrasivo curable y curar la capa de
material compuesto abrasivo curable antes de que el artículo se
aparte de las cavidades del instrumento de producción para formar
una capa de material compuesto abrasivo curado que comprende
estructuras de material compuesto abrasivo. El material compuesto
abrasivo curable se aplica al instrumento de producción a fin de que
el espesor de la capa de material compuesto abrasivo curable sea
menor que o igual a su límite práctico de
espesor.
espesor.
Una capa de material compuesto abrasivo que está
sustancialmente exenta de una pluralidad de estructuras de material
compuesto abrasivo conformadas exactamente, se hace colocando una
capa de material compuesto abrasivo curable sobre un refuerzo o
capas de material compuesto abrasivo previamente curado,
independientemente de un instrumento de producción y curando la capa
de material compuesto abrasivo para formar una capa de material
compuesto abrasivo curado. La capa de material compuesto abrasivo
curable se aplica a una superficie a fin de que el espesor de la
capa de material compuesto abrasivo sea menor que o igual a su
límite práctico de espesor. Se pueden añadir capas de material
compuesto abrasivo adicionales a un artículo abrasivo por repetición
de las etapas anteriores.
La capa de material compuesto abrasivo curable
se hace combinando juntos por cualquier técnica de mezclamiento
adecuada, las subunidades de polímero precursor, las partículas
abrasivas y los aditivos opcionales. Los ejemplos de técnicas de
mezclamiento incluyen mezclamiento de bajo cizallamiento y de alto
cizallamiento, siendo preferido con mezclamiento de alto
cizallamiento. También se puede utilizar energía ultrasónica junto
con la etapa de mezclamiento para disminuir la viscosidad del
material compuesto abrasivo curable (siendo importante la viscosidad
en la fabricación del artículo abrasivo) y/o afectar a la reología
de la capa de material compuesto abrasivo, curable, resultante.
Alternativamente, la capa de material compuesto abrasivo curable se
puede calentar en el intervalo de 30 a 70ºC., microfluidizar o moler
por bolas para mezclar el material compuesto abrasivo curable.
Típicamente, las partículas abrasivas se añaden
gradualmente a las subunidades de polímero precursor. Se prefiere
que la capa de material compuesto abrasivo curable sea una mezcla
homogénea de subunidades de polímero precursor, partículas abrasivas
y aditivos opcionales. Si es necesario, se añade agua y/o disolvente
para disminuir la viscosidad. La formación de burbujas de aire se
puede minimizar arrastrando a vacío bien durante o después de la
etapa de mezclamiento.
La estación de recubrimiento puede ser cualquier
medio de recubrimiento convencional tal como: máquina de
recubrimiento de boquilla para gotas, máquina de recubrimiento de
cuchillas, máquina de recubrimiento de cortina, máquina de
recubrimiento de boquilla a vacío o una máquina de recubrimiento de
boquilla. Una técnica de recubrimiento preferida es una boquilla que
soporta fluido a vacío indicada en las patentes de EE.UU. Nos.
3.594.865; 4.959.265 (Wood) y 5.077.870 (Melbye, et al.).
Durante el recubrimiento, la formación de burbujas de aire se
minimiza preferiblemente.
Después de que se recubre el instrumento de
producción, el refuerzo o la capa de material compuesto abrasivo
previamente curado, de un artículo abrasivo y la capa siguiente de
material compuesto abrasivo curable se pone en contacto por
cualquier medio de manera que la capa siguiente de material
compuesto abrasivo curable humedezca una superficie del refuerzo o
capa de material compuesto abrasivo previamente curado. La capa de
material compuesto abrasivo curable se pone en contacto con el
refuerzo o la capa de material compuesto abrasivo previamente curado
poniendo en contacto el cilindro prensador que fuerza la
construcción junta resultante. El cilindro prensador se puede
preparar de cualquier material; sin embargo, el cilindro prensador
se hace preferiblemente de un material estructural tal como: metal,
aleaciones de metal, caucho o materiales cerámicos. La dureza del
cilindro prensador puede variar de aproximadamente 30 a 120
durómetros, preferiblemente aproximadamente 60 a 100 durómetros y
más preferiblemente aproximadamente 90 durómetros.
A continuación, se transmite energía a la capa
de material compuesto abrasivo curable por una fuente de energía
para al menos curar parcialmente las subunidades de polímero
precursor. La selección de la fuente de energía dependerá en parte
de la química de las subunidades de polímero precursor, el tipo de
instrumento de producción así como otras condiciones del
procedimiento. La fuente de energía no debería degradar
apreciablemente el instrumento de producción o el refuerzo. La cura
parcial de las subunidades de polímero precursor significa que las
subunidades de polímero precursor se polimerizan hasta tal estado
que la capa de material compuesto abrasivo curable no fluye cuando
se invierte en el instrumento de producción. Si es necesario, las
subunidades de polímero precursor se pueden curar totalmente después
de que se retiren del instrumento de producción usando fuentes de
energía convencionales.
Después de al menos curado parcial de las
subunidades de polímero precursor, se separan el instrumento de
producción y el artículo abrasivo. Si las subunidades de polímero
precursor no se curan esencialmente totalmente, las subunidades de
polímero precursor se pueden curar esencialmente totalmente después
por bien tiempo y/o exposición a una fuente de energía. Finalmente,
el instrumento de producción se enrolla en un mandril de manera que
el instrumento de producción se pueda volver a usar y se enrolla el
artículo abrasivo rígido en otro mandril.
En otra variación de este primer método, la capa
de material compuesto abrasivo curable se recubre sobre el refuerzo
y no en las cavidades del instrumento de producción. El refuerzo
recubierto de capa de material compuesto abrasivo curable se pone
después en contacto con el instrumento de producción de manera que
la suspensión fluya en las cavidades del instrumento de producción.
Las etapas restantes para preparar el artículo abrasivo son las
mismas como se detalló anteriormente.
Se prefiere que las subunidades de polímero
precursor se curen por energía de radiación. La energía de radiación
puede ser transmitida por el refuerzo o por el instrumento de
producción. El refuerzo o el instrumento de producción no debería
absorber apreciablemente la energía de radiación. Adicionalmente, la
fuente de energía de radiación no debería degradar apreciablemente
el refuerzo o instrumento de producción. Por ejemplo, la luz
ultravioleta puede ser transmitida por un refuerzo de poliéster.
Alternativamente, si el instrumento de producción se hace de ciertos
materiales termoplásticos, tales como: polietileno, polipropileno,
poliéster, policarbonato, poli(éter sulfona),
poli(metacrilato de metilo), poliuretanos,
poli(cloruro de vinilo) o combinaciones de los mismos, la luz
ultravioleta o visible puede ser transmitida por el instrumento de
producción y a la suspensión. Para instrumentos de producción a base
de termoplástico, las condiciones de operación para la preparación
del artículo abrasivo rígido se deberían establecer de manera que no
se genere calor excesivo. Si se genera calor excesivo, esto puede
distorsionar o fundir el instrumento de termoplástico.
La fuente de energía puede ser una fuente de
energía térmica o energía de radiación, tal como: haz electrónico,
luz ultravioleta o luz visible. La cantidad de energía requerida
depende de la naturaleza química de los grupos reactivos en las
subunidades de polímero precursor, así como en el espesor y la
densidad de la suspensión de aglutinante. Para energía térmica, una
temperatura de estufa de aproximadamente 50ºC a aproximadamente
250ºC y una duración de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente
16 horas son generalmente suficientes. Se puede usar radiación de
haz electrónico o radiación de ionización a un nivel de energía de
aproximadamente 10^{-3} (0,1) a aproximadamente 0,1 (10) MJ/kg
(Mrad), preferiblemente a un nivel de energía de aproximadamente
0,01 (1) a aproximadamente 0,1 (10) MJ/kg (Mrad). La radiación
ultravioleta incluye radiación con una longitud de onda dentro de un
intervalo de aproximadamente 200 a aproximadamente 400 nanometros,
preferiblemente dentro de un intervalo de aproximadamente 250 a 400
nanometros. La radiación visible incluye radiación con una longitud
de onda dentro de un intervalo de aproximadamente 400 a
aproximadamente 800 nanometros, preferiblemente en un intervalo de
aproximadamente 400 a aproximadamente 550 nanometros.
La capa de material compuesto abrasivo, curado,
resultante, tendrá el modelo inverso del instrumento de producción.
Por curado al menos parcialmente o curado en el instrumento de
producción, la capa de material compuesto abrasivo presenta un
modelo exacto y predeterminado.
Hay muchos métodos para preparar materiales
compuestos abrasivos con materiales compuestos abrasivos conformados
de manera irregular. Aunque conformados de manera irregular, estos
materiales compuestos abrasivos se pueden disponer sin embargo en un
modelo predeterminado, en que está predeterminada la posición de los
materiales compuestos. En un método, se recubre material compuesto
abrasivo curable a fin de que el espesor de la capa de material
compuesto abrasivo esté dentro de los límites prácticos de espesor
del material compuesto, en cavidades de un instrumento de
producción para generar los materiales compuestos abrasivos. El
instrumento de producción puede ser el mismo instrumento de
producción como se describió anteriormente en el caso de materiales
compuestos conformados exactamente. Sin embargo, la capa de material
compuesto abrasivo curable se retira del instrumento de producción
antes de que las subunidades de polímero precursor se curen lo
suficientemente para que retenga sustancialmente su conformación en
la eliminación del instrumento de producción. Posterior a esto, se
curan las subunidades de polímero precursor. Puesto que las
subunidades de polímero precursor no se curan mientras están en las
cavidades del instrumento de producción, esto da como resultado que
fluya la capa de material compuesto abrasivo curable y se
distorsione la conformación del material compuesto abrasivo.
En otro método para preparar materiales
compuestos conformados de manera irregular, el material compuesto
abrasivo curable se puede recubrir en la superficie de un cilindro
de rotograbado. El refuerzo se pone en contacto con el cilindro de
rotograbado y el material compuesto abrasivo curable humedece el
refuerzo. El cilindro de rotograbado imparte entonces un modelo o
textura en el material compuesto abrasivo curable. A continuación,
la combinación de suspensión/refuerzo se retira del cilindro de
rotograbado y se expone la construcción resultante a las condiciones
para curar las subunidades de polímero precursor de manera que se
forme un material compuesto abrasivo. Una variación de este
procedimiento es recubrir el material compuesto abrasivo curable
sobre el refuerzo y poner el refuerzo en contacto con el cilindro de
rotograbado.
El cilindro de rotograbado puede impartir
modelos deseados tales como: una disposición hexagonal, estrías,
redes, esferas, pirámides, pirámides truncadas, conos, cubos,
bloques o varillas. El cilindro de rotograbado puede impartir
también un modelo de manera que haya un área saliente entre
materiales compuestos abrasivos adyacentes. Este área saliente puede
comprender una mezcla de partículas abrasivas y aglutinante.
Alternativamente, el cilindro de rotograbado puede impartir un
modelo de manera que el refuerzo se exponga entre conformaciones de
material compuesto abrasivo adyacente. Similarmente, el cilindro de
rotograbado puede impartir un modelo de manera que haya una mezcla
de conformaciones de material compuesto abrasivo.
Otro método es pulverizar o recubrir la capa de
material compuesto abrasivo curable por un tamiz para generar un
modelo y los materiales compuestos abrasivos. Entonces se curan las
subunidades de polímero precursor para formar las estructuras de
material compuesto abrasivo. El tamiz puede impartir cualquier
modelo deseado tal como: una disposición hexagonal, estrías, redes,
esferas, pirámides, pirámides truncadas, conos, cubos, bloques o
varillas. El tamiz puede impartir también un modelo de manera que
haya un área saliente entre estructuras adyacentes de material
compuesto abrasivo. Este área saliente puede comprender una mezcla
de partículas abrasivas y aglutinante. Alternativamente, el tamiz
puede impartir un modelo de manera que el refuerzo se exponga entre
estructuras adyacentes de material compuesto abrasivo. Similarmente,
el tamiz puede impartir un modelo de manera que haya una mezcla de
conformaciones de material compuesto abrasivo. Este procedimiento se
indica en la patente de EE.UU. Nº. 3.605.349 (Anthon).
El material de espuma abrasivo, grabado en
relieve, preparado por la presente invención, se puede transformar
en cualquiera de diversas conformaciones tales como: láminas, cintas
o discos. Los discos de espuma abrasivos grabados en relieve para
aplicaciones de acabado de superficie son artículos particularmente
útiles preparados por la presente invención. Tales discos se pueden
usar con una esmeriladora mecánica tal como una lijadora de doble
acción, por ejemplo, una lijadora de doble acción es la vendida por
Dynabrade Inc. de Clarence, NY bajo la denominación comercial
lijadora "DYNORBITAL" modelo número 56.964. Las lijadoras
requieren típicamente una almohadilla de soporte con una superficie
a la que se montará el disco abrasivo. Es bastante común poner un
recubrimiento de una composición de adhesivo sensible a la presión
(PSA, por sus siglas en inglés) bien en el lado no abrasivo del
disco abrasivo o en la almohadilla de soporte de la lijadora. Se
conocen otros sistemas de unión mecánica. Por ejemplo, la cara
posterior del artículo abrasivo puede contener un substrato de
mallas. El propósito del substrato de mallas es proporcionar un
medio para que un producto abrasivo tal como un disco se engrane
firmemente con ganchos sobre una almohadilla de soporte. Además, una
lámina que incluya varillas de filamentos erectos que hayan tenido
sus extremos distales planos también se puede emplear como un
dispositivo de engranaje para engranar con un substrato de mallas.
El substrato de mallas se puede aplicar bien a la parte de atrás del
material laminar abrasivo o al soporte al que estará unido, siendo
el otro lado el miembro de engrane, es decir, una lámina que incluye
una multiplicidad de ganchos o varillas con extremos distales
planos.
Se usaron los siguientes procedimientos de
ensayo para evaluar las composiciones de resina y los artículos
abrasivos recubiertos de la presente invención.
Se laminaron recubrimientos abrasivos a
proyecciones de engrane planas que soportaban un refuerzo de tipo
laminar, disponibles de Minnesota Mining and Manufacturing Company
(3M) bajo la denominación comercial refuerzo HOOK-IT
II™ y se transformaron en discos de 10,16 cm (4 pulgadas). La
almohadilla auxiliar se aseguró a la placa de conducción de una
Máquina para Ensayos de Abrasión SCHIEFER, disponible de Frazier
Precision Company, Gaithersburg, MD, que se había instalado para
ensayo húmedo. Se obtuvieron piezas de plástico acrílico conformadas
en discos, 10, 16 cm (4 pulgadas) de diámetro exterior por 1,27 cm
(0,5 pulgadas) de espesor, disponibles bajo la denominación
comercial plástico acrílico "POLYCAST" de Sielye Plastics
(Bloomington, MN). El caudal del agua se fijó a 60 gramos por
minuto. Se puso un peso de 454 gramos (una libra) en la plataforma
para peso de la máquina para ensayos de abrasión y se disminuyó la
muestra abrasiva montada en la pieza y se encendió la máquina. La
máquina se hizo funcionar durante 90 ciclos en intervalos de 30
ciclos. Se midieron valores R_{z} de acabado de superficie en
cuatro posiciones en la pieza para cada intervalo de 30 ciclos,
haciendo cada muestra de ensayo por triplicado.
Se cortaron muestras circulares de 15,2 cm (6
pulgadas) de diámetro del material de ensayo abrasivo y se unieron a
una lijadora de acabado fino DYNABRADE modelo 56.964, disponible de
Dynabrade Co., Clarence, NY. Se realizaron ensayos de abrasión
durante un total de un minuto, en intervalos de 10, 20 y 30 segundos
sobre tres secciones adyacentes del panel de ensayo y una presión de
aire de 344 kPa (50 psi). Los paneles de ensayo fueron paneles de
acero enrollados en frío pintados por recubrimiento de base
negra/recubrimiento claro (recubrimiento-E: ED5000;
Imprimación: 764-204; Recubrimiento de Base:
542AB921; Recubrimiento claro: RK8010A), obtenido de ACT
Laboratories, Inc., Hillsdale, MI. Se midieron los valores R_{z}
de acabado de superficie en cinco puntos en cada sección del panel
de ensayo, realizándose cada muestra de ensayo por triplicado.
Rz es la profundidad de la rugosidad individual
media de una longitud medida, donde una profundidad de la rugosidad
individual es la distancia vertical entre el punto más alto y el
punto más bajo. El acabado de superficie de piezas abrasionadas por
el Ensayo de SCHIEFER Húmedo y el Ensayo del Panel se midió usando
un perfilómetro bajo la denominación comercial "PERTHOMETER MODEL
M4P," de Marh Corporation, Cincinnati, OH.
Se usan las siguientes abreviaturas en los
ejemplos. Todas las partes, los porcentajes y las relaciones en los
ejemplos son en peso a menos que se indique de otro modo:
- A-174
- \gamma-metacriloxipropiltrimetoxisilano, denominación comercial "SILQUEST A-174", disponible de Crompton Corp., Friendly, WV.
- AMOX
- oxalato de di-terc-amilo
- CHDM
- CHDM es la denominación comercial para ciclohexanodimetanol, disponible de Eastman Chemical Company, Kingsport, CT.
- COM
- hexafluoroantimoniato de \eta- [xilenos (isómeros mixtos)]-\eta-ciclopentadienilhierro(II).
- DAROCUR 1173
- 2-hidroxi-2-metilpropiofenona, denominación comercial "DAROCUR 1173", disponible de Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown, NY.
- EPON 828
- una denominación comercial de resina epoxídica de bisfenol-A "EPON 828", con un peso equivalente epoxídico de 185-192, disponible de Shell Chemical, Houston, TX.
- EPON 1001F
- una resina epoxídica a base de bisfenol-A y epiclorohidrina, denominación comercial "EPON 10D1F," con un peso equivalente epoxídico de 525-550, disponible de Shell Chemical, Houston, TX.
- ERL 4221
- es una denominación comercial para metil-3,4-epoxiciclohexilcarboxilato de 3,4-epoxiciclohexilo) obtenido de Union Carbide Corp., comercialmente disponible en la actualidad de Dow Chemical Co. (Midland, MI).
- GC2500
- mineral de carburo de silicio verde, grado JIS2500, disponible de Fujimi Corp., Elmhurst, IL.
- GC3000
- mineral de carburo de silicio verde, grado JIS3000, disponible de Fujimi Corp., Elmhurst, IL.
- IRGACURE 651
- 2,2-dimetoxi-1,2-difenil-l-etanona, denominación comercial "IRGACURE 651," disponible de Ciba Geigy Company, Ardsley, NY.
- P400 FSX
- óxido de aluminio, denominación comercial ALUDOR BFRPL, comercialmente disponible de Treibacher Chemische Werke AG, Villach, Austria.
- PD9000
- dispersante aniónico de poliéster, denominación comercial "ZEPHRYM PD 9000," disponible de Uniqema, Wilmington, DE.
- S-1227
- un poliéster de alto peso molecular bajo la denominación comercial "DYNAPOL S-1227", disponible de Creanova, Piscataway, NJ.
- SR339
- SR339 es la denominación comercial para acrilato de 2-fenoxietilo, disponible de Sartomer, Inc., Exton, PA.
- TMPTA
- TMPTA es resina de triacrilato de trimetilolpropano, denominación comercial "SR3 51", disponible de Sartomer, Inc., Exton, PA.
- TPO-L
- óxido de fosfina, denominación comercial "LUCIRIN TPO-L," disponible de BASF Chemicals, Ludwigshafen, Alemania.
- UVI-6974
- UVI-6974 es la denominación comercial para hexafluoroantimoniato de triarilsulfonio, 50% en carbonato de propileno, disponible de Union Carbide Corp. Hahnville, LA.
Pre-mezcla #1: Se
mezclaron 33,6 partes de SR339 a mano con 50,6 partes de TMPTA, en
que se añadieron 8 partes de PD 9000 y se mantuvieron a 60ºC hasta
que se disolvió. La solución se enfrió a temperatura ambiente. A
esto se añadieron 2,8 partes de TPO-L y 5 partes de
A-174 y la mezcla se agitó de nuevo hasta que fue
homogénea.
Suspensión #1: Se incorporaron 61,5
partes de GC2500 a 38,5 partes de pre-mezcla #1
usando el mezclador DISPERSATOR de Premier Mill Corp., Reading,
PA.
Después se aplicó la suspensión abrasiva, vía
extensión a mano, a un instrumento microreplicado de polipropileno
preparado por el uso de un cilindro patrón representado en las
Figuras 5 y 6 en las que: s = 55 \mum; t = 250 \mum; w = 99,53º;
x = 54,84 \mum; y = 55 \mum; z = 53,00º. El instrumental cargado
de suspensión abrasiva se laminó después boca abajo en banda de
espuma de polietileno de 60 cm x 30,5 cm disponible de Minnesota
Mining and Manufacturing Company (3M) bajo la denominación comercial
3M 4496W haciendo pasar la banda de espuma por una serie de
cilindros prensadores de caucho a 26 cm/min y una presión de
prensado de 275 kPa (40 psi). La suspensión se curó después
haciéndola pasar dos veces por un procesador de luz ultravioleta,
disponible de American Ultraviolet Company, Murray Hill, NJ, usando
dos bombillas en V en operación secuencial a 157,5 vatios/cm (400
W/pulgada) y una velocidad de banda de 9,1 m/min. En el primer pase
se puso una placa de cuarzo de 6 mm sobre el material laminado para
mantener presión sobre el material laminado. Después se separó el
instrumental del refuerzo para revelar un recubrimiento abrasivo
tridimensional curado en la parte de arriba del refuerzo de espuma
de polietileno. Se grabaron en relieve térmicamente diversas láminas
de 30,5 cm \times 35 cm del abrasivo tridimensional en espuma de
polietileno transfiriendo la espuma por una serie de cilindros
prensadores como se representa en la Fig. 7, a una velocidad de 61
cm/minuto y 70 N/cm de ancho de banda. Uno de los cilindros
prensadores fue un cilindro de acero, liso, no calentado. El segundo
cilindro se calentó a 121ºC y se moldeó (como se representa en la
Figura 7), con surcos lineales de bandas transversales, dando como
resultado 3 puntos de enlace por 2,54 cm. Para grabar en relieve una
red de intersección de surcos en el abrasivo de espuma, el abrasivo
grabado en relieve se rotó 90º y se envió por los cilindros
prensadores una segunda vez. De esta manera, se grabaron en relieve
surcos lineales en el abrasivo en dos direcciones
perpendiculares.
perpendiculares.
Se recubrió por pulverización espuma de éter de
poliuretano, R600U-125 (disponible de Illbruck,
Minneapolis, MN) con látex a base de agua Hycar 2679 (disponible de
BF Goodrich, Cleveland, OH), para conseguir un peso de recubrimiento
seco de 8,6 gramos/1.000 cm^{2}. Se preparó suspensión #2 por la
incorporación de 61,5 partes de GC3000 en 38,5 partes de
pre-mezcla #1 usando el mezclador DISPERSATOR de
Premier Mill Corp., Reading, PA. Se aplicó un recubrimiento abrasivo
estructurado a la espuma resultante por primer recubrimiento a
cuchilla de la suspensión 2 sobre un instrumento de polipropileno
con una pequeña característica, como se representa en las Figuras 6
y 7 en las que: s = 55 \mum; t = 250 \mum; w = 99,53º; x = 54,84
\mum y = 55 \mum; z = 53,00º. El instrumento recubierto se
laminó después en la espuma recubierta de látex y se dio un único
pase en el procesador UV usando una bombilla D a exposición de 236
W/cm (600 W/pulgada), a una velocidad de banda de 9,1 m/min (30
pie/min) y una presión de prensado de 344 kPa (50 psi), después de
lo cual se retiró el instrumental. Se grabaron en relieve
térmicamente láminas del abrasivo tridimensional sobre espuma de
éter de poliuretano como se describe en el Ejemplo 1. Sin embargo,
la temperatura del cilindro moldeado fue 204ºC y la velocidad de la
línea fue 30 cm/minuto.
Se preparó una resina de estructura como sigue:
se combinaron gránulos de EPON 1001F (25%) y gránulos de DYNAPOL
S-1227 (28%) con una mezcla preliminar. La mezcla
preliminar contenía lo siguiente: resina EPON 828 (34,5%), IRGACURE
651 (1%), CHDM (2,8%), TMPTA (7,5%), AMOX (0,6%) y COM (0,6%). Los
materiales (Epon 1001F, Dynapol S1227 y la mezcla preliminar) se
combinaron en un extrusor de doble husillo.
Se laminaron láminas de banda de espuma de
polietileno de doble lado (4496W disponibles de 3M Company, St.
Paul, MN) de 25,4 cm de anchura por 61 cm de largo por 1,6 mm de
espesor, en un lado único a tela de rayón de peso JE de 267 mm de
anchura (disponible de Milliken, Spartanburg, SC). La resina de
estructura se recubrió por extrusión a 105ºC y una velocidad de 20
gramos/m^{2} a una superficie del material compuesto de
espuma/tela resultante y curada parcialmente haciéndola pasar una
vez por un procesador UV, denominación comercial "EPIQ 6000",
disponible de Fusion Systems Corp., Rockville, MD, con una bombilla
V de FUSION a 0,9 J/cm^{2} y 30 m/min. Después se aplicó
electrostáticamente óxido de aluminio P400 FSX a 36 g/m^{2} y se
curó adicionalmente en un intervalo de temperatura de
77-122ºC.
Se preparó un recubrimiento de dimensiones como
sigue: Se añadieron TMPTA (28,8%), ERL 4221 (67,2%),
UVI-6974 (3%) y DAROCUR 1173 (1,0%). Las dimensiones
se recubrieron por cilindro a 25 g/m^{2} y se curaron haciéndolo
pasar por el procesador UV a 30 m/min, usando una bombilla D de
FUSION a 0,9 J/cm^{2} y después se curó térmicamente en un
intervalo de temperatura de 110-120ºC.
Se grabaron en relieve térmicamente láminas
individuales de 25 cm x 35 cm del abrasivo recubierto resultante en
espuma de polietileno, como se describe en el Ejemplo 1. Sin
embargo, la temperatura del cilindro de moldeado fue 121ºC.
Los abrasivos no grabados en relieve,
precursores y los posteriores abrasivos grabados en relieve de los
Ejemplos 1 y 2, se ensayaron usando los ensayos tanto de SCHIEFER
Húmedo como de Panel. La Muestra Comparativa 1 fue un producto
abrasivo recubierto, comercialmente disponible, identificado bajo la
denominación comercial disco de Espuma TRIZACT™ HOOKIT™ II, Grado
P3000, PN 02075, disponible de 3M Company, St. Paul, MN.
Los Resultados se enumeran en la Tabla 1 y la
Tabla 2, respectivamente.
| Muestra | R_{z} - Inicial | R_{z} @ 30 ciclos | R_{z} @ 60 ciclos | R_{z} @ 90 ciclos |
| \mum (\mu-pulgadas) | \mum (\mu-pulgadas) | \mum (\mu-pulgadas) | \mum (\mu-pulgadas) | |
| Muestra Comparativa 1 | 1,74 (68,5) | 0,76 (30,0) | 0,66 (25,8) | 0,67 (26,4) |
| Ejemplo 1 Abrasivo | 1,67 (65,8) | 0,80 (31,6) | 0,52 (20,7) | 0,40 (15,6) |
| no grabado en relieve | ||||
| Abrasivo grabado en relieve | 1,70 (67,0) | 0,76 (29,8) | 0,62 (24,6) | 0,60 (23,7) |
| Muestra | R_{z} - Inicial | R_{z} @ 30 ciclos | R_{z} @ 60 ciclos | R_{z} @ 90 ciclos |
| \mum (\mu-pulgadas) | \mum (\mu-pulgadas) | \mum (\mu-pulgadas) | \mum (\mu-pulgadas) | |
| Ejemplo 2 Abrasivo | 1,70 (67,3) | 0,76 (30,0) | 0,48 (19,0) | 0,39 (15,5) |
| no grabado en relieve | ||||
| Ejemplo 2 Abrasivo | 1,67 (65,6) | 0,82 (32,3) | 0,53 (20,7) | 0,45 (17,8) |
| grabado en relieve |
| Ejemplo | Adherencia | R_{z}-Inicial | R_{z} @ 10 s. | R_{z} @ 30 s. \mum | R_{z} @ 60 s. |
| estática | \mum (\mu-pulgadas) | \mum (\mu-pulgadas) | (\mu-pulgadas) | \mum (\mu-pulgadas) | |
| Muestra | No | 1,70 (67,1) | 0,69 (27,3) | 0,56 (22,1) | 0,56 (22,1) |
| Comparativa 1 | |||||
| Ejemplo 1 | Sí | 1,66 (65,4) | 0,41 (16,1) | 0,44 (17,3) | 0,44 (17,5) |
| Abrasivo no | |||||
| grabado en relieve | |||||
| Ejemplo 1 | No | 1,70 (66,9) | 0,65 (25,7) | 0,56 (22,2) | 0,55 (21,7) |
| Abrasivo grabado | |||||
| en relieve | |||||
| Ejemplo 2 | No | 1,71 (67,4) | 0,68 (26,8) | 0,55 (21,5) | 0,55 (21,7) |
| Abrasivo no | |||||
| grabado en relieve | |||||
| Ejemplo 2 | No | 1,73 (68,0) | 0,66 (26,1) | 0,56 (22,0) | 0,57 (22,3) |
| Abrasivo | |||||
| grabado en relieve |
Los resultados mostrados en la Tabla 2 ilustran
que la adherencia estática tiene lugar durante el esmerilado
mecánico húmedo cuando el artículo abrasivo tridimensional no
presenta un medio para transportar fluido, bien por el cuerpo
foraminoso del abrasivo o por estructuras designadas en el abrasivo
directamente. Los resultados en la Tabla 1 también se pueden ver
afectados por problemas de adherencia estática, sin embargo, puesto
que el ensayo de SCHIEFER se lleva a cabo a máquina, es difícil
elucidar si está teniendo lugar el fenómeno. Aunque la adherencia
estática hace esencialmente inutilizable un abrasivo para esmerilado
mecánico húmedo, también tiende a estirar el abrasivo más
estrechamente a la pieza, incrementando de ese modo la presión del
abrasivo en la pieza y dando como resultado más acción abrasiva.
Esto es evidente a partir de las cifras de acabado de superficie en
las Tablas 1 y 2.
Los ejemplos también muestran que se puede
diseñar un artículo abrasivo tridimensional, no foraminoso,
recubierto sobre una banda de espuma de polietileno de celda
cerrada, de bajo coste, por ejemplo, por grabación en relieve, para
eliminar problemas de adherencia estática y funcionar esencialmente
lo mismo como un artículo abrasivo tridimensional, foraminoso, más
costoso. El criterio para grabar en relieve un artículo abrasivo
tridimensional, no foraminoso, en un refuerzo de espuma de celda
cerrada proporciona una alternativa de menor coste a un artículo
abrasivo tridimensional, foraminoso, en un refuerzo de espuma de
celda abierta. Adicionalmente, se muestra que los abrasivos en
espuma de éter de poliuretano también se pueden grabar en relieve
térmicamente, como se ilustra en el Ejemplo 2. El Ejemplo 3
demuestra que los abrasivos convencionales sobre refuerzos de espuma
también se pueden grabar en relieve fácilmente.
La presente invención se ha descrito ahora con
referencia a diversas realizaciones de la misma. La anterior
descripción detallada y los ejemplos se han dado sólo para claridad
de entendimiento. No se tienen que entender limitaciones
innecesarias de la misma. Será evidente para un experto en la
materia que se pueden hacer muchos cambios en las realizaciones
descritas sin apartarse del alcance de la invención, como se define
por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
1. Un método para preparar un artículo 10
abrasivo grabado en relieve, que comprende:
- a.
- proporcionar un refuerzo 11 de espuma de tipo laminar con una primera superficie 12 y una segunda superficie 13 opuesta,
- b.
- proporcionar un recubrimiento 14 abrasivo que comprenda partículas abrasivas y aglutinante sobre dicha primera superficie 12 para proporcionar un artículo abrasivo y
- c.
- aplicar bajo presión un instrumento para grabado en relieve moldeado, con una superficie de grabado en relieve que incluya al menos un modelo de áreas salientes al recubrimiento abrasivo del artículo abrasivo para proporcionar un modelo grabado en relieve para proporcionar un artículo abrasivo grabado en relieve, caracterizado porque el modelo grabado en relieve al menos incluye áreas 15 deprimidas correspondiendo a las áreas salientes de dicha superficie grabada en relieve en dicho recubrimiento abrasivo y dicho refuerzo de espuma.
2. El método según la reivindicación 1, en el
que dicha superficie grabada en relieve también incluye áreas
deprimidas y dicho modelo grabado en relieve también incluye áreas
16 salientes correspondiendo a dichas áreas deprimidas de dicha
superficie de grabado en relieve.
3. El método según la reivindicación 1 y 2, en
el que dicho modelo se selecciona de un modelo uniforme y un modelo
aleatorio.
4. El método según las reivindicaciones
1-3, en el que se proporciona dicho recubrimiento 14
abrasivo aplicando un recubrimiento de estructura de aglutinante
curable que puede fluir, a dicha primera superficie, embebiendo al
menos parcialmente en la misma dichas partículas abrasivas y curando
al menos parcialmente dicho recubrimiento de estructura y
opcionalmente aplicando sobre dicho recubrimiento de estructura y
dichas partículas abrasivas, un recubrimiento de las dimensiones de
aglutinante que puede fluir y curando dicho recubrimiento de las
dimensiones.
5. El método según las reivindicaciones
1-4, en el que dicho recubrimiento 14 abrasivo se
proporciona aplicando una mezcla de aglutinante curable que puede
fluir y partículas abrasivas a dicha primera superficie y curando
dicho aglutinante curable que puede fluir para proporcionar dicho
recubrimiento 14 abrasivo.
6. El método según las reivindicaciones 4 y 5,
en el que dicho aglutinante curable que puede fluir comprende un
aglutinante curable por radiación y dicho curado es curado por
radiación.
7. El método según las reivindicaciones 5 y 6,
en el que después de que dicha mezcla de recubrimiento de
aglutinante curable que puede fluir y partículas abrasivas se
apliquen a dicha primera superficie 12 y antes del curado, dicho
recubrimiento se pone en contacto con un dispositivo con una
superficie que imparta un modelo para el recubrimiento 14 abrasivo
para proporcionar áreas 16 salientes y áreas 15 deprimidas en el
recubrimiento 14 abrasivo pero no en el refuerzo 11 de espuma y se
cura al menos parcialmente el recubrimiento 14 abrasivo
moldeado.
8. El método según las reivindicaciones 1 a 7,
en el que dichas áreas 15 deprimidas se extienden a una profundidad
de al menos 200 \mum en el refuerzo 11 de espuma.
9. El método según las reivindicaciones
1-8, en el que dicho refuerzo 11 de espuma presenta
un espesor en el intervalo de aproximadamente 1 milímetro a
aproximadamente 6 milímetros.
10. El método según las reivindicaciones
1-9, en el que dicho refuerzo 11 de espuma se
selecciona de una espuma de celda abierta o una espuma de celda
cerrada.
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