ES2275612T3

ES2275612T3 - Cepillo y filamentos abrasivos.

Info

Publication number: ES2275612T3
Application number: ES01200484T
Authority: ES
Inventors: David E. Johnson; Lawrence J. Mann; Scott M. Mevissen; Richard M. Pihl; David C. Roeker; Donna W. Bange; Mara E. Liepa; Richard Ionta
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 2007-06-16
Anticipated expiration: 2016-04-19
Also published as: JP2001502185A; EP0822768A1; CN1187111A; HK1014848A1; KR19990008138A; EP0822768B1; BR9608221A; ATE343944T1; EP1106102A3; DE69636678D1; WO1996033638A1; NO974971D0; AU5568496A; DE69636678T2; NO974971L; JP3976336B2; KR100483104B1; EP1106102A2; CN1163179C; ATE207716T1

Abstract

Un cepillo abrasivo integralmente moldeado (10) que comprende: una base (12) que tiene un primer lado, un segundo lado, y un borde exterior (14), donde dicha base es generalmente plana; y una pluralidad de cerdas (18) que se extienden desde dicho borde exterior de dicha base donde dichas cerdas tienen una relación de dimensiones de al menos 2, y donde dichas cerdas están integralmente moldeadas con dicha base; donde dicho cepillo abrasivo moldeado comprende un elastómero termoplástico (28) y donde dichas cerdas incluyen partículas abrasivas (26) entremezcladas en dicho elastómero termoplástico.

Description

Cepillo y filamentos abrasivos.

La presente invención se relaciona generalmente con un cepillo abrasivo que tiene una pluralidad de cerdas de manera unitaria con una base, y más particularmente con un cepillo abrasivo hecho moldeando por inyección una mezcla de un polímero moldeable y partículas abrasivas. El cepillo puede incluir partículas abrasivas orgánicas o inorgánicas.

Antecedentes de la invención

Los cepillos han sido usados por muchos años para pulir, limpiar y erosionar una amplia variedad de sustratos. Estos productos de cepillo típicamente tienen una pluralidad de cerdas que contactan el substrato. Partículas abrasivas pueden ser añadidas a las cerdas para incrementar su capacidad abrasiva. Existen muchos pasos de fabricación necesarios para fabricar un cepillo abrasivo convencional que tiene cerdas que contiene partículas abrasivas. Una mezcla de partículas abrasivas y un aglutinante termoplástico pueden ser combinados y luego extrudidos para formar una cerda. La cerda es entonces cortada a la longitud deseada. Una pluralidad de estas cerdas son entonces mecánicamente combinadas para formar un segmento de cepillo. A continuación, una pluralidad de estos segmentos pueden ser instalados en un núcleo central o plato para formar un cepillo.

Un ejemplo de tal cepillo es descrito en la Patente U.S. No. 5,045,091, "Método de Fabricar un Cepillo Rotatorio con Elementos del Cepillo Removibles", (Abrahamson y otros). En Abrahamson y otros, una pluralidad de cerdas abrasivas son sujetas juntas de manera mecánica y una cabellera es instalada para formar un segmento de cepillo. Una pluralidad de estos segmentos de cepillo son instalados en un núcleo central rotatorio. Otro arreglo para el montaje de cerdas de manera mecánica sobre un núcleo central para formar un segmento de cepillo es descrito en la Patente U.S. No. 5,233,719, "Arreglo de Segmento de Cepillo y Aparato para Cepillos Circulares de Acabado", (Young y otros). Young y otros enseñan un segmento de cepillo que comprende un sustrato con un tapiz de cerdas montada sobre un lado del sustrato, por medio de una resina polimérica por ejemplo, y una cabellera que se extiende desde el lado opuesto del sustrato para el enganche con el núcleo central rotatorio. La Patente U.S. No. 5,400,458 (Rambosek) enseña un segmento de cepillo que tiene una pluralidad de cerdas embebidas en una porción base polimérica. Un medio de raíz para unir el segmento a un núcleo central puede ser integralmente moldeado con la base.

La Patente U.S. No. 5,233,794, "Herramienta Rotatoria Hecha de Plástico Reforzado con Fibras Inorgánicas", (Kikutani y otros), describe una herramienta rotatoria 5 que tiene una punta rotatoria conformada integralmente con un eje 3. La herramienta rotatoria está conformada de una resina termoendurecible que contiene fibras largas inorgánicas con un alto grado de dureza como un medio abrasivo en una cantidad desde 50% al 81% por volumen. Las fibras largas inorgánicas pueden tener un diámetro en el rango de 3 \mum hasta 30 \mum. En una de las realizaciones de Kikutani y otros, la punta rotatoria está conformada como una columna o cilindro con elementos 6 que se corresponden a la cerda de un cepillo que se extienden desde la punta, como es reproducido en la Figura 31.

Las Patentes U.S. Nos. 5,152,917 y 5,304,223 (Pieper y otros) enseñan artículos abrasivos recubiertos que comprenden compuestos abrasivos conformados de manera precisa unidos a un soporte. Los compuestos abrasivos comprenden las partículas abrasivas y el aglutinante. Los compuestos conformados de una manera precisa pueden ser en forma de, por ejemplo, pirámides, ranuras dientes de sierra, o ranuras lineales. La distancia máxima entre los puntos correspondientes en las formas de los compuestos adyacentes puede ser menor que un milímetro. El abrasivo recubierto de Pieper y otros puede ser hecho, por ejemplo, de acuerdo al siguiente procedimiento general. Primero, una lechada que contienen granos abrasivos y aglutinante es introducida a una herramienta de producción. Segundo, un soporte es introducido a la superficie exterior de la herramienta de producción de manera que la lechada humedezca el lado frontal del soporte. Tercero, el aglutinante es al menos parcialmente curado. Cuarto, la herramienta de producción es removida del soporte.

La Patente U.S. No. 5,316,812 (Stout y otros) enseña un soporte termoplástico para su uso en artículos abrasivos. Un aglutinante resinoso adhiere partículas abrasivas al soporte termoplástico.

Las Patentes U.S. Nos. 5,174,795 y 5,232,470 (Wiand) enseñan un artículo abrasivo plano que comprende una porción de lámina con una pluralidad de protuberancias que se extienden desde allí. Las partículas abrasivas están homogéneamente dispersadas a través de todo el material moldeable que comprende el artículo. Wiand enseña una realización que tiene protuberancias cortas que se extienden 1.6 mm (.063 pulgadas) desde el soporte y que tiene un diámetro de 3.2 mm (0.125 pulgadas), y otra realización que tiene protuberancias cortas que se extienden 1.3-1.5 mm (0.05-0.06 pulgadas) desde el soporte y que tiene un diámetro de 1.3 mm (0.05 pulgadas).

La Solicitud de Patente G.B. No. 2,043,501, (Dawkins) describe un artículo abrasivo para pulir piezas de trabajo oftálmicas. El artículo abrasivo es hecho moldeando por inyección una mezcla de granos abrasivos y un aglutinante termoplástico para formar un artículo abrasivo que comprende un soporte flexible que tiene una pluralidad de proyecciones rectas hacia arriba, los extremos de las cuales actúan como superficies abrasivas operativas.

La Patente No. 5,427,595 (Pihl y otros) describe un filamento abrasivo extrudido que incluye un primer componente de filamento alargado que tiene una superficie continua a través de toda su longitud e incluye un primer material orgánico polimérico endurecido y un segundo filamento alargado co-terminales con el primer componente de filamento alargado, que incluye un segundo material orgánico polimérico endurecido en contacto de adherencia por fusión con el primer componente de filamento alargado a lo largo de la superficie continua. El segundo material orgánico polimérico endurecido puede ser el mismo o diferente al primer material orgánico polimérico endurecido. Al menos uno del primer y segundo materiales orgánicos poliméricos endurecidos incluye un elastómero termoplástico que tiene partículas abrasivas allí adheridas. También es descrito un artículo abrasivo compuesto de al menos un filamento abrasivo montado en un sustrato tal como un núcleo central adaptado para ser rotado a un rango alto de revoluciones.

La Patente U.S. No. 5,460,883 (Barber y otros) describe un filamento compuestos abrasivo que incluye al menos un núcleo preformado al menos parcialmente recubierto con un elastómero termoplástico que tiene partículas abrasivas dispersadas y adheridas allí, el elastómero termoplástico y las partículas abrasivas comprendiendo juntas una composición endurecida. El filamento compuesto abrasivo tiene una composición endurecida sobre al menos una porción, preferiblemente sobre la superficie entera de al menos un núcleo preformado. El núcleo preformado es conformado en un paso separado de y antes que uno o más pasos de recubrimiento, uno de los cuales recubre el núcleo preformado con el elastómero termoplástico lleno de abrasivo.

Los filamentos de poliamida, también conocidos como "Nylon", fueron desarrollados a finales de la década de 1950 como una alternativa sintética a los filamentos naturales. A alrededor de ese tiempo un proceso de extrusión fue desarrollado para dispersar partículas abrasivas uniformemente en una matriz de nylon en la forma de un filamento (Pat. U.S. Nos. 3,522,342 y 3,947,169). Un análisis de los filamentos abrasivos de poliamidas es presentado por Watts, J.H., "Monofilamentos Abrasivos-Factores Críticos que Afectan el Rendimiento de las Herramientas de Cepillado", Society of Manufacturing Engineers Technical Paper, 1988, una versión escrita de una presentación por el autor en la Conferencia de WESTEC, sostenida en Marzo 21-24, 1988. Es conocido el uso de partículas abrasivas inorgánicas convencionales con tales filamentos de poliamidas. Como fue explicado por Watts, cuando los filamentos de este tipo se desgastan, nuevas partículas abrasivas son expuestas. Una herramienta de cepillado de filamentos abrasivos hecha usando una pluralidad de estos filamentos es así regenerada durante el uso. Aunque adecuadas para muchos propósitos, varias poliamidas tienen limitaciones de propiedades lo que hacen que su uso esté por debajo del óptimo para ciertas aplicaciones de los filamentos abrasivos. La Patente U.S. No. 5,427,595, Pihl y otros, enfoca tales limitaciones y describe el uso de elastómeros termoplásticos en filamentos abrasivos para reducir o superar tales limitaciones. Los filamentos de Pihl y otros incluyen un componente de núcleo y un componente de vaina los cuales son co-extrudidos. Uno o ambos del núcleo y de la vaina incluyen partículas abrasivas adheridas. Pihl y otros muestra el uso de partículas abrasivas inorgánicas convencionales, aunque las reivindicaciones de Pihl y otros no están limitadas a ningún tipo particular de partícula abrasiva.

La Patente U.S. No. 5,460,883, Barber, Jr., y otros, también enfoca las limitaciones de las poliamidas y describe el uso de los elastómeros termoplásticos en filamentos abrasivos para reducir o superar tales limitaciones. Los filamentos de Barber y otros incluyen un componente de núcleo preformado y un componente de vaina que recubre el núcleo para formar un filamento compuesto. La vaina de recubrimiento incluye partículas abrasivas adheridas a ella. Barber y otros enseña el uso de partículas abrasivas inorgánicas convencionales, aunque las reivindicaciones de Barber y otros no están limitadas a ningún tipo particular de partículas abrasivas.

Cepillos que incorporan cerdas o filamentos abrasivos han sido usados por muchos años para pulir, limpiar o erosionar una amplia variedad de sustratos. Estos productos de cepillo típicamente tienen una pluralidad de cerdas o filamentos que contactan el sustrato. Partículas abrasivas pueden ser añadidas a las cerdas para aumentar su capacidad abrasiva. Los cepillos pueden ser hechos como sigue. Una mezcla de partículas abrasivas y de cualquier aglutinante termoplástico apropiado ser combinada y luego extrudida para formar una cerda o filamento abrasivo. El filamento abrasivo es entonces cortado a la longitud deseada. Una pluralidad de estos filamentos abrasivos son entonces mecánicamente combinados para formar un segmento de cepillo. A continuación, una pluralidad de estos segmentos de cepillo pueden ser instalados en un núcleo central o plato para formar un cepillo.

Las partículas abrasivas típicamente empleadas en los cepillos y filamentos abrasivos descritos anteriormente han sido limitadas a partículas inorgánicas las cuales necesariamente tienen una gran dureza, por ejemplo mayor que 7 y usualmente mayor que 9 en la escala de dureza de Mohs. Las partículas abrasivas son suficientemente resistentes a la temperatura para no ser afectadas de manera deletérea por el proceso de fabricación de los filamentos y las cerdas. Tales partículas abrasivas son usadas en cepillos y filamentos abrasivos para refinar la superficie de una pieza de trabajo. En algunos casos, este refinación es para remover una porción de la pieza de trabajo. En otros casos, este refinación es para remover material no deseado (por ejemplo, desechos, residuos de aceite, capas de óxido, pintura, etc.) de la superficie de la pieza de trabajo. En algunas aplicaciones, es deseado remover este material no deseado sin ninguna remoción o abrasión de la pieza de trabajo que está abajo. Sin embargo las partículas abrasivas en los filamentos abrasivos pueden ser tan "agresivas" que los filamentos abrasivos remueven el material no deseado conjuntamente con la superficie de la pieza de trabajo.

Las Patentes U.S. Nos. 3,090,061 y 3,134,122 de Charvat describen el uso de unas perlas plásticas sobre cerdas de alambre duro para mantener el espacio deseado de las cerdas cuando son ensambladas en un cepillo. Charvat enseña que esto es efectivo para controlar y espaciar apropiadamente las cerdas para evitar la compactación indebida de la cara del cepillo y para asegurar una frecuencia igual de los contactos de las puntas por unidad de longitud de la cara del cepillo. La cerda de cepillo preferida enseñada por Charvat es un alambre de acero que tiene una dureza de Knoop de al menos 600, y en algunos casos en exceso de 700 e incluso en exceso de 800. Charvat también enseña que el material de las cerdas puede comprender cualquier cerda de cepillo apropiada, incluyendo cerdas de filamentos de vidrio y nylon, y que las perlas no necesitan ser cuerpos con aberturas sobre las cerdas, sino pueden ser protuberancias y glóbulos espaciados adheridos a las cerdas que no se encuentran necesariamente de manera concéntrica con estas. Las cerdas y perlas plásticas son recubiertas con un recubrimiento plástico delgado. Charvat no enseña o sugiere que los amortiguadores o espaciadores de las perlas plásticas puedan en su lugar ser usados como una partícula abrasiva. De hecho, Charvat enseña el uso de materiales de cerdas que son mucho más duros y más abrasivos que las perlas plásticas, y también sugiere incluir partículas abrasivas inorgánicas convencionales en las perlas plásticas. Charvat enseña que el recubrimiento plástico y las perlas erosionarán durante la operación y que los extremos protuberantes de las cerdas están adaptados para operar sobre la pieza de trabajo de la manera de un verdadero cepillo.

Se ha observado que existe una necesidad de proporcionar un cepillo abrasivo que sea fabricado de manera fácil y barata, y el cual proporcione características de abrasión y durabilidad apropiadas. Es también observado que existe una necesidad de proporcionar un filamento que tenga partículas abrasivas que puedan remover el material extraño de la superficie de la pieza de trabajo de manera eficiente sin dañar la superficie de la pieza de trabajo, o proporcionar un acabado fino deseado a la superficie de la pieza de trabajo.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un cepillo abrasivo integralmente moldeado como se define el la reivindicación 1 acompañante. En una realización preferida, la base es flexible. El término "entremezclado" como es usado aquí significa que las partícula abrasivas están embebidas dentro y localizadas a través de todo el material termoplástico que forma una cerda de un cepillo abrasivo moldeado.

En un aspecto de la presente invención, el material polimérico moldeable incluye partículas abrasivas entremezcladas a través de todo el cepillo abrasivo.

En aún otro aspecto de la presente invención, las cerdas tienen una relación de dimensiones de al menos 5. En una realización preferida, las cerdas tienen una relación de dimensiones de al menos 7. En otra realización preferida, las cerdas tienen una relación de dimensiones de al menos 10. En una realización preferida adicional, las cerdas tienen una relación de dimensiones de al menos 20.

En una realización preferida, cada cerda comprende una raíz adyacente a la base y una punta opuesta a la base, y las cerdas son ahusadas de manera que sean más anchas en la raíz que en la punta. En otra realización preferida, las cerdas son ahusadas en una primera porción adyacente a la raíz y tienen un grosor constante en una segunda porción adyacente a la punta. En otra realización preferida, las cerdas incluyen un radio del borde en la transición de la raíz a la base.

En otro aspecto de la invención, las cerdas son co-planares con la base. En una realización preferida, las cerdas se extienden de manera radial desde el borde exterior de la base. En otra realización preferida, las cerdas están uniformemente espaciadas de manera angular alrededor del borde exterior.

En otro aspecto de la invención, el cepillo abrasivo moldeado incluye un medio de unión proporcionado en la base para unir el cepillo abrasivo a una herramienta. En una realización preferida el medio de unión comprende un perno roscado integralmente moldeado con la base y localizado en el centro de dicha base.

En otra realización preferida, la base adicionalmente comprende un borde interior, y el medio de unión comprende una raíz integralmente moldeada con el cepillo moldeado, la raíz extendiéndose desde el borde interior e incluyendo una porción en forma de cuello adyacente al borde interior y una porción base alejada del borde interior, siendo la porción base más ancha que la porción en forma de cuello.

En otra realización preferida, la base adicionalmente comprende un borde interior, y el medio de unión comprende una ranura para chaveta formada en el borde interior, la ranura para chaveta está configurada para enganchar con la correspondiente chaveta conformada en un medio de accionamiento.

En otra realización preferida, la base adicionalmente incluye un borde interior, y el borde interior y el borde exterior comprenden círculos concéntricos que limitan la base. En una realización preferida, el borde interior es configurado para aceptar un eje de accionamiento que lo atraviesa, y la base adicionalmente comprende un orificio de montaje para aceptar una varilla de bloqueo que lo atraviesa.

En otro aspecto de la invención, la base adicionalmente comprende un borde interior opuesto al borde exterior, el borde interior y el borde exterior cada uno comprendiendo segmentos circulares arqueados que comprenden una dimensión angular igual uno con respecto al otro y no mayor que 180º, la base adicionalmente comprendiendo un primer borde radial que se extiende desde un primer extremo del borde interior hasta un primer extremo del borde exterior, y un segundo borde radial que se extiende desde un segundo extremo del borde interior hasta un segundo extremo del borde exterior. En una realización preferida, la dimensión angular es igual a 180º. En otra realización preferida, la dimensión angular es igual a 120º. En aún otra realización preferida, la dimensión angular es igual
a 90º.

En una realización preferida, el elastómero termoplástico comprende un elastómero termoplástico basado en poliéster.

En cualquiera de los cepillos moldeados anteriores, el elastómero termoplástico puede preferiblemente adicionalmente comprender un lubricante.

En un aspecto de cualquiera de los cepillos anteriores, las partículas abrasivas comprenden partículas abrasivas inorgánicas. En otro aspecto, las partículas abrasivas comprenden partículas abrasivas orgánicas.

En cualquiera de los cepillos anteriores, la base puede preferiblemente ser circular. En otro aspecto, la base puede preferiblemente ser poligonal.

Otro aspecto de la presente invención presenta, más específicamente, un segmento de cepillo integralmente moldeado que comprende una base generalmente plana que tiene bordes interior y exterior que definen círculos concéntricos; el borde interior definiendo un orificio circular en la base; y una pluralidad de cerdas que se extienden de manera radial desde el borde exterior de la base. Las cerdas son co-planares con la base, tienen una relación de dimensiones de al menos 2, y están integralmente moldeadas con la base. El segmento de cepillo moldeado comprende un elastómero termoplástico polimérico que incluye partículas abrasivas entremezcladas a través de todo el cepillo.

Otro aspecto de la presente invención presenta, más específicamente, un segmento de cepillo integralmente moldeado que comprende una base generalmente plana que tiene un borde exterior circular; una pluralidad de cerdas que se extienden de manera radial desde el borde exterior de la base en la cual las cerdas son co-planares con la base, tienen una relación de dimensiones de al menos 2, y están integralmente moldeadas con la base; y un medio de unión proporcionado en la base para unir el segmento de cepillo a un medio de accionamiento, el medio de unión comprende un perno roscado integralmente moldeado con la base y localizado en el centro de la base. El segmento de cepillo moldeado comprende un elastómero termoplástico polimérico que incluye partículas abrasivas entremezcladas a través de todo el segmento de cepillo.

Otro aspecto de la presente invención presenta, más específicamente, un segmento de cepillo integralmente moldeado que comprende: una base generalmente plana; la base incluye los bordes interior y exterior cada uno comprendiendo segmentos circulares arqueados que comprenden una dimensión angular igual uno con respecto al otro y no mayor que 180º, un primer borde radial que se extiende desde un primer extremo del borde interior hasta un primer extremo del borde exterior, y un segundo borde radial que se extiende desde un segundo extremo del borde interior hasta un segundo extremo del borde exterior; y una pluralidad de cerdas que se extienden de manera radial desde el borde exterior de la base. Las cerdas son co-planares con la base, tienen una relación de dimensiones de al menos 2, y están integralmente moldeadas con la base. El segmento de cepillo moldeado comprende un elastómero termoplástico polimérico que incluye partículas abrasivas entremezcladas a través de todo el segmento de cepillo.

La presente invención también presenta un ensamble de cepillo. El ensamble comprende: a) una pluralidad de segmentos de cepillo moldeados descritos anteriormente; y b) el medio de accionamiento rotatorio para rotar la pluralidad de los segmentos de cepillo moldeados. Cada uno de los segmentos de cepillo moldeados están montados en el medio de accionamiento mediante el medio de unión de manera que cada una de las bases generalmente planas sean paralelas unas con respecto a las otras.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención será adicionalmente explicada con referencia a las Figuras anexadas, donde la estructura es referida por números a través de varias vistas, y donde:

La Figura 1 es una vista en planta de una primera realización de un segmento de cepillo abrasivo radial de acuerdo con la presente invención;

La Figura 2 es una vista en sección transversal del segmento de cepillo de la Figura 1, tomada a lo largo de la línea I-I;

La Figura 3 es una vista isométrica de una pluralidad de segmentos de cepillo de la Figura 1 estando ensamblados en un eje para formar el ensamble de cepillo;

La Figura 4 es una vista como la Figura 3 con los segmentos de cepillo individuales que están unidos uno con otro.

La Figura 5 es una vista en sección transversal de una segunda realización de un segmento de cepillo abrasivo radial de acuerdo con la presente invención;

La Figura 6 es una vista en planta de una tercera realización de un segmento de cepillo abrasivo radial de acuerdo con la presente invención;

La Figura 7 es una vista trasera de una pluralidad de segmentos de cepillo de la Figura 6 ensamblados juntos en un eje;

Las Figuras 8a-8d son vistas en sección transversal de varias realizaciones de las cerdas del segmento de cepillo de la presente invención, tomadas a lo largo de la línea VIII-VIII de la Figura 1;

La Figura 9 es una vista en elevación parcial del segmento de cepillo de la Figura 1 en operación;

La Figura 10 es una vista en planta de una cuarta realización de un segmento de cepillo abrasivo radial de acuerdo con la presente invención;

La Figura 11 es una vista en planta parcial de un segmento de cepillo montado en el eje que ilustra una realización alternativa de un medio de unión;

La Figura 12 es una vista en planta de un segmento de cepillo que ilustra una realización adicional de un medio de unión;

La Figura 13 es una vista en sección transversal del segmento de cepillo de la Figura 12, tomada a lo largo de la línea XIII-XIII;

La Figura 14 es una ilustración esquemática de un primer aparato y método para fabricar un cepillo abrasivo de acuerdo a la presente invención;

La Figura 15 es una ilustración esquemática de un segundo aparato y método para fabricar un cepillo abrasivo de acuerdo a la presente invención;

La Figura 16 es una vista en elevación del molde de la Figura 15;

La Figura 17 es una vista en sección de una primera realización de las porciones del molde de la Figura 15, tomada a lo largo de de la línea XVII-XVII de la Figura 16;

La Figura 18 es una vista como la Figura 17 de una realización alternativa de las porciones del molde de la Figura 17; y

La Figura 19 es una vista en sección tomada a lo largo de la línea XIX-XIX de la Figura 1; que ilustra una realización alternativa del segmento de cepillo fabricado por el molde de la Figura 18.

Descripción detallada de la invención

En un aspecto, esta invención se relaciona con un cepillo abrasivo moldeado, un método de fabricar un cepillo abrasivo moldeado y un método de usar un cepillo abrasivo moldeado.

Los materiales, el proceso de fabricación y la configuración del cepillo dependerán de la aplicación de refinación deseada. Como es aquí usado, el término "refinar" incluye al menos una de las siguientes: remover una porción de una superficie de una pieza de trabajo; impartir un acabado de superficie a una pieza de trabajo; descascarillar una superficie; desbarbar una superficie; limpiar una superficie de una pieza de trabajo; incluyendo remover pintura u otros recubrimientos, material de empaque, corrosión, residuos de aceite; u otro material extraño o desechos; o alguna combinación de los anteriores. En algunas aplicaciones; puede ser preferido proporcionar características abrasivas agresivas, en cuyo caso el segmento de cepillo puede comprender partículas abrasivas, partículas abrasivas de mayor tamaño; partículas abrasivas más duras; una proporción mas alta de partículas abrasivas con relación al aglutinante, o alguna combinación de los anteriores. En otras aplicaciones, puede ser preferido proporcionar un acabado tipo pulido a la superficie que es refinada, o limpiar la superficie sin remover el material de la propia superficie, en cuyo caso el segmento de cepillo puede emplear partículas no abrasivas, partículas abrasivas más pequeñas, partículas abrasivas más blandas, una proporción menor de partículas abrasivas con relación al aglutinante, o alguna combinación de los anteriores. Es posible emplear partículas abrasivas 26 de dureza y composición variada para obtener las características de abrasión deseadas.

Con referencia a las Figuras 1 y 2, se observa una realización de un cepillo abrasivo moldeado de acuerdo a la presente invención. Los términos "cepillo abrasivo" y "segmento de cepillo abrasivo" serán usados de manera intercambiable para referirse a esta realización. Como se ilustra en las Figuras 1 y 2, el segmento de cepillo abrasivo 10 comprende una base 12 que tiene el borde exterior 14 y el borde interior 16. Una pluralidad de cerdas 18 se proyectan hacia afuera desde el borde exterior 14, comenzando en las raíces de las cerdas 20 y terminando en las puntas de las cerdas 22. Puede haber espacios entre las raíces de las cerdas 20 en los cuales el borde exterior 14 de la base 12 está expuesto. Alternativamente, las cerdas adyacentes pueden estar unidas unas con las otras en las raíces 20. El segmento de cepillo 10 es integralmente moldeado de manera que las cerdas 18 y la base 12 sean continuas una con respecto a la otra. El segmento de cepillo 10 es preferiblemente un segmento de cepillo abrasivo que comprende una composición generalmente homogénea de partículas abrasivas 26 en un polímero moldeable 28.

Como es ilustrado en la Figura 3, una pluralidad de segmentos de cepillo 10 pueden ser ensamblados en un eje principal 101 para formar un ensamble de cepillo 100. Cualquier número de segmentos 10 puede ser ensamblado junto para proporcionar un ensamble 100 de cualquier ancho deseado. Preferiblemente, los segmentos de cepillo 10 están adyacentes uno con respecto al otro de manera que esencialmente no haya espacio entre los segmentos de cepillo, como es ilustrado en la Figura 4. Alternativamente, los segmentos de cepillo 10 pueden ser ensamblados en el eje 101 de manera que tengan espacio entre los segmentos de cepillo adyacentes como es ilustrado en la Figura 3. Por ejemplo, puede haber 5 a 10,000 segmentos de cepillo 10 ensamblados juntos para formar el ensamble 100, aunque más o menos pueden ser usados como sea deseado. Un medio para proporcionar el enganche segmento a segmento puede ser incluido para reducir o eliminar la rotación de los segmentos de cepillo adyacentes uno en relación con el otro. Tal medio de enganche puede incluir, por ejemplo, un patrón de hoyuelo y orificio o un patrón de diente de sierra que se enganchan en las superficies de la base 12. Por conveniencia, está realización puede ser referida como un "segmento de cepillo" cuando se pretende combinar con otros segmentos en un ensamble de cepillo. Sin embargo, se entenderá que el término "segmento de cepillo" no pretende excluir las realizaciones que son usadas por si mismas sin ser combinadas con otros segmentos de cepillo, y el término "cepillo" puede ser también usado para referirse a un segmento de cepillo.

Base

En la realización ilustrada en la Figura 1, la base 12 es una porción circunferencial continua que es generalmente plana. Está también comprendido dentro del alcance de la invención tener una base curva o contorneada. Por ejemplo, la base 12 puede ser de forma convexa, cóncava o cónica. Como es ilustrado en la Figura 5, la base 12a es cónica, con las cerdas 18 extendiéndose de manera paralela a la superficie cónica definida por la base.

El segmento de cepillo 10 puede opcionalmente tener un medio de unión en la base 12, tal como un canal, una ranura para chaveta, o una raíz para unir mecánicamente varios segmentos de cepillo juntos en un medio de accionamiento para proporcionar un ensamble de cepillo. Como es ilustrado en la Figura 1, la base 12 incluye dos orificios de montaje 19, a través de los cuales una varilla de bloqueo puede ser insertada. Un ensamble de cepillo 100, que tiene dos varillas de bloqueo 102 insertadas a través de los orificios 19 es ilustrada en la Figura 3. El eje 101 y las varillas de bloqueo 102 pueden entonces ser unidos a un medio de accionamiento rotatorio apropiado.

En la realización ilustrada en las Figuras 1-11, la porción central 12 puede preferiblemente tener un grosor de desde 0.5 a 25 mm, más preferiblemente desde alrededor de 1.0 a 10 mm, aún más preferiblemente desde alrededor de 1.5 a 6.0 mm, y lo más preferido desde alrededor de 1.5 a 3.0 mm. La base 12 es preferiblemente circular como es ilustrado en le Figura 1. El diámetro del borde exterior 14 de la base 12 es preferiblemente desde alrededor de 2.5 a 61.0 cm (1.0 a 24.0 pulgadas), aunque porciones centrales más pequeñas y más grandes están también comprendidas en el alcance de la invención. En una realización preferida, la base 12 es de un grosor y material apropiado para proporcionar una base flexible 12, lo que ayuda a mantener más cerdas en contacto con una pieza de trabajo irregular o no uniforme. La base 12 preferiblemente es capaz de flexionarse al menos 10º, más preferiblemente al menos 20º, y aún más preferiblemente al menos 45º sin daño o deformación permanente sustancial de la base. Las formas de la base diferentes a la circular también están comprendidas dentro del alcance de la invención , incluyendo pero no limitadas a, la oval, la rectangular, la cuadrada, la triangular, en forma de diamante, u otras formas poligonales, ya que son bases relativamente rígidas e inflexibles.

La base 12b puede alternativamente ser un sector de anillo como se ilustra en la Figura 6. En esta realización, la base 12b está limitada a cada lado por los bordes radiales 13 y 15. Preferiblemente, el sector de anillo es de un ancho angular que permite a un número entero de sectores de anillo ser ensamblados en un segmento de cepillo circunferencial. Por ejemplo, cuatro sectores de anillo de 90º 10b son fácilmente dispuestos para hacer un segmento de cepillo circunferencial de 360º como es ilustrado en la Figura 7.

La base 12 está integralmente moldeada con las cerdas 18 para proporcionar un segmento de cepillo unitario. Así, no se requiere de medios mecánicos o adhesivos para adherir las cerdas 18 a la base 12. Es preferido que la base 12 y las cerdas 18 sean moldeadas de manera simultánea. Para hacer un segmento de cepillo abrasivo, puede haber una mezcla única de partículas abrasivas 26 y del polímero moldeable 28 colocada en el molde en un proceso de una sola inyección. En tal realización, el segmento de cepillo abrasivo comprende una composición generalmente homogénea a través de todo el segmento de cepillo. Sin embargo, debido al proceso de moldeo la mezcla partículas abrasivas/aglutinante puede no ser perfectamente homogénea. Por ejemplo, cuando la mezcla del abrasivo y el polímero es inyectada en el molde, las cavidades estrechas de las cerdas puede provocar que inicialmente más polímero se enfríe adyacente al interior de la cavidad de la cerda cerca de la base, forzando a una mezcla que tiene una concentración un poco más alta de partículas abrasivas hacia la punta 22 de la cerda.

Alternativamente puede haber dos o más inserciones de un polímero moldeable 28 al molde. Por ejemplo, una inserción puede contener una mezcla de un polímero moldeable 28 y partículas abrasivas 26, localizadas principalmente en las cerdas 18. Una segunda inserción puede contener el polímero moldeable 28 sin partículas abrasivas 26, o con menos partículas abrasivas o de tipo diferente, localizada principalmente en la base 12 del segmento de cepillo 10. Está también comprendido dentro del alcance de está invención tener dos inserciones, ambas conteniendo partículas abrasivas. La primera inserción puede tener partículas abrasivas de un cierto tamaño, material, y/o dureza, mientras la segunda inserción puede incluir diferentes partículas abrasivas. Durante la abrasión, las partículas abrasivas más cercanas a la punta 22 son usadas primero, y luego las partículas abrasivas más cercanas a la raíz 20 son usadas.

Cerdas

Las cerdas 18 se extienden desde el borde exterior 14 de la base 12, comenzando en la raíz 20 y terminando en las puntas 22 alejadas de la base 12. En una realización preferida, las cerdas 18 se extienden de manera radial desde el borde exterior 14 de la base 12, y son co-planares con la base 12. Para facilitar el moldeo (descrito más completamente a continuación), es preferible que haya una hilera simple de cerdas 18 dispuestas alrededor del borde exterior 14. Alternativamente, una hilera doble de cerdas puede ser formada, como es ilustrado en la Figura 19. Las cerdas 18 preferiblemente se extienden desde el borde exterior 14 de la base 12 en un plano paralelo al plano de la base 12, tanto si la base 12 es plana como es ilustrado en la Figura 2, como cónica como es ilustrado en la Figura 5. Alternativamente, las cerdas 18 pueden extenderse desde el borde exterior 14 de la base 12 en cualquier ángulo oblicuo en relación con el plano de la base.

Las cerdas 18 pueden tener cualquier área de sección transversal, incluyendo pero no limitada a, circular, estrella, media luna, cuarto de luna, oval, rectangular, cuadrada, triangular, diamante, u otra forma poligonal. Algunas secciones transversales ejemplares son ilustradas en las Figuras 8a hasta la 8d. En una realización preferida, las cerdas 18 comprenden una sección transversal constante a lo largo de la longitud de la cerda 18. En otras realizaciones, las cerdas 18 tendrán una sección transversal variable o no constante a lo largo de la longitud de la cerda.

Las cerdas 18 pueden ser ahusadas de manera que el área de la sección transversal de la cerda disminuya en la dirección que se aleja de la raíz 20 hacia la punta 22, las cerdas ahusadas 18 pueden tener cualquier sección transversal de las descritas anteriormente. Las cerdas 18 son sometidas a tensiones de flexión cuando el segmento de cepillo 10 es rotado contra una pieza de trabajo como es ilustrado en la Figura 9. Estas tensiones de flexión son mayores en la raíz 20 de las cerdas 18 (en el borde exterior 14). Por lo tanto, una cerda ahusada es más capaz de resistir las tensiones de flexión que una cerda de área de sección transversal constante. Las cerdas 18 pueden tener un ahusamiento a lo largo de toda la longitud, o pueden tener una porción ahusada adyacente a la raíz 20 y un área de sección transversal constante para el resto de la cerda. El ahusamiento puede comprender cualquier ángulo apropiado. Además, el segmento de cepillo 10 puede incluir un radio del borde en la transición entre la raíz 20 de la cerda 18 y el borde exterior 14 de la base 12.

Las cerdas 18 comprenden una relación de dimensiones definida como la longitud de la cerda 18 medida desde la raíz exterior 20 hasta la punta 22, dividida por el ancho de la cerda. En el caso de una cerda ahusada, el ancho es definido como el ancho promedio a lo largo de la longitud para propósitos de determinar la relación de dimensiones. En el caso de la sección transversal no circular, el ancho es tomado como el ancho más largo en un plano dado, tal como la diagonal de esquina a esquina de una sección transversal cuadrada. Con respecto a las realizaciones ilustradas en las Figuras 1-13, la relación de dimensiones de las cerdas 18 es preferiblemente al menos 2, más preferiblemente desde alrededor de 5 a 100, aún más preferiblemente desde alrededor de 50 a 75. El tamaño de las cerdas 18 puede ser seleccionado para la aplicación particular del segmento de cepillo 10 y el cepillo 100. La longitud de las cerdas 18 es preferiblemente desde alrededor de 0.2 a 50 cm, más preferiblemente desde alrededor de 1 a 25 cm, y aún más preferiblemente desde alrededor de 5 a 15 cm. El ancho de las cerdas 18 es preferiblemente desde alrededor de 0.25 a 10 mm, más preferiblemente desde alrededor de 0.5 a 5 mm, aún más preferiblemente alrededor de 0.75 a 3 mm, y lo más preferido desde alrededor de 1.0 a 2.0 mm. En una realización preferida, todas las cerdas 18 tienen las mismas dimensiones. Alternativamente, las cerdas 18 en un ensamble de cepillo 100 que comprende una pluralidad de segmentos de cepillo 10 pueden tener diferentes dimensiones tal como diferentes longitudes, anchos o áreas de sección transversal. Por ejemplo, la Figura 10 ilustra el segmento de cepillo 10 que tiene dos grupos de cerdas cortas 18a y dos grupos de cerdas largas 18b. Con respecto a la realización ilustrada en la Figura 7, es posible disponer segmentos de sectores de anillo 10b, cada uno teniendo cerdas de diferentes longitudes. Con respecto a los ensambles de cepillo 100 ilustrados en las Figuras 3 y 4, es posible emplear segmentos de cepillo adyacentes 10 que tienen diferentes cerdas.

La densidad y disposición de las cerdas 18 pueden ser seleccionadas para la aplicación particular del segmento de cepillo 10 y el ensamble de cepillo 100. Las cerdas 18 preferiblemente están dispuestas uniformemente alrededor del borde exterior 14 de la base 12. Alternativamente, las cerdas 18 pueden ser dispuestas en grupos con espacios entre los grupos, y pueden ser orientadas en el plano de la base 12 diferente a de manera radial hacia afuera, o sea, a un ángulo diferente a cero con relación al radio de la base 12. Correspondientemente, el segmento de cepillo 10 puede tener una porción del borde exterior 14 que no incluye ninguna cerda 18. Las cerdas pueden estar presentes sobre solamente una porción del borde exterior 14 de la base 12, o sustancialmente el borde exterior 14 completo. Las cerdas 18 pueden o no pueden colindar las cerdas adyacentes como sea deseado.

El material, la longitud, y la configuración de las cerdas son preferiblemente seleccionadas de manera tal que las cerdas 18 sean lo suficientemente flexibles para ayudar a refinar las piezas de trabajo irregulares o no uniformes. Las cerdas 18 son preferiblemente capaces de de flexionarse al menos 25º, más preferiblemente al menos 45º, aún más preferiblemente al menos 90º, y lo más preferido alrededor de 180º, sin daño o deformación sustancialmente permanente a las cerdas.

Es posible reforzar las cerdas 18 con cualquier estructura apropiada. Por ejemplo, es posible colocar un alambre o fibra de refuerzo en las cavidades del molde de la cerda, e inyectar el polímero moldeable 28 alrededor del alambre de refuerzo. Esto resultará en una cerda 18 que tiene un alambre o fibra de refuerzo embebido dentro de ella.

Medio de Unión

El segmento de cepillo 10 preferiblemente incluye un medio de unión para unir varios segmentos de cepillo juntos para formar un ensamble de cepillo, o para unir uno o más segmentos de cepillo 10 a un medio de soporte tal como un núcleo central o un eje. Como es ilustrado en las Figuras 1, 3 y 4, la base 12 tiene un borde interior 16 configurado para enganchar con un eje 101. La base 12 también incluye unos orificios de montaje 19 para aceptar las varillas de bloqueo 102. Un medio de unión alternativo es ilustrado en las Figuras 6 y 7, en el cual la base 12b incluye la raíz de montaje 30 que comprende un cuello 32 y la base 34 configurada para enganchar con una ranura configurada complementaria 104 en el eje 101'. El arreglo ilustrado en las Figuras 6 y 7 es bien apropiado para segmentos de cepillo que comprenden sectores de anillo 12b. La raíz de montaje 30 puede soportar al sector de anillo en la dirección radial durante la operación. La raíz de montaje 30 puede también ser usada con segmentos de cepillo de 360º 10, 10a. Una realización adicional de un medio de unión es ilustrada en la Figura 11, en la cual la base 12 incluye un canal o ranura para chaveta 36 configurado para enganchar una chaveta 106 apropiadamente configurada en el eje 101''.

En una realización preferida del segmento de cepillo ilustrado en las Figuras 1 y 2, la base 12 tiene un diámetro exterior en el borde 14 de aproximadamente 10 cm (4 pulgadas), un diámetro interior en el borde 16 de aproximadamente 5 cm (2 pulgadas), y un grosor de aproximadamente 2.0 mm (0,08 pulgadas), con 144 cerdas 18 que se extienden de manera radial hacia afuera desde el borde 14 en el plano de la base 12. Cada cerda 18 es de aproximadamente 7.5 cm (3 pulgadas) de largo y está ahusada desde aproximadamente 2.0 mm (0.08 pulgadas) de grosor en la raíz hasta aproximadamente 1.5 mm (0.06 pulgadas) de grosor en la punta, con una sección transversal generalmente como es ilustrado en la Figura 8c.

Aún otra realización alternativa del medio de unión es ilustrada en las Figuras 12 y 13. En esta realización, la base 12 es continua, y no incluye una abertura definida por el borde interior 16. El medio de unión 38 es proporcionado en el centro de la base 12. Este tipo de medio de unión es apropiado para el uso con segmentos de cepillo circulares de 360º. Medios de unión apropiados 38 son bien conocidos en el arte y son descritos en las Patentes U.S. Nos. 3,562,968; 3,667,170; y 3,270,467. Un medio de unión preferido es el perno roscado integralmente moldeado adaptado para enganches de tipo roscado con una herramienta rotatoria como es enseñado por la Patente U.S. No. 3,562,968. Es preferido que el medio de unión 38 sea integralmente moldeado con la base 12 y sea centrado en relación con la base 12 para la rotación apropiada del segmento de cepillo 10. Los medios de unión 38 pueden ser hechos del mismo material que el resto del segmento de cepillo 10, y pueden contener partículas abrasivas 26. Alternativamente, el medio de unión 38 puede ser hecho de una inyección separada del polímero moldeable 28 sin partículas abrasivas 26.

En una realización preferida del segmento de cepillo ilustrado en las Figuras 21 y 23, la base 12 tiene un diámetro exterior en el borde 14 de aproximadamente 10 cm (4 pulgadas) y un grosor de aproximadamente 2.0 mm (0,08 pulgadas), con 144 cerdas 18 que se extienden de manera radial hacia afuera desde el borde 14 en el plano de la base 12. Cada cerda 18 es de aproximadamente 7.5 cm (3 pulgadas) de largo y está ahusada desde aproximadamente 2.0 mm (0.08 pulgadas) de grosor en la raíz hasta aproximadamente 1.5 mm (0.06 pulgadas) de grosor en la punta, con una sección transversal generalmente como es ilustrado en la Figura 8c. El segmento de cepillo incluye un perno roscado integralmente moldeado adaptado para el enganche de tipo roscado con una herramienta rotatoria como es enseñado por la Patente U.S. No. 3,562,968.

En otra realización preferida del segmento de cepillo ilustrado en las Figuras 12 y 13, la base 12 tiene un diámetro exterior en el borde 14 de aproximadamente 2.5 cm (1 pulgada) y un grosor de aproximadamente 2.5 mm (0.1 pulgada), con 30 cerdas 18 que se extienden de manera radial hacia afuera desde el borde 14 en el plano de la base 12. Cada cerda 18 es de aproximadamente 2.25 cm (0.88 pulgadas) de largo y está ahusada desde aproximadamente 3.0 mm (0.12 pulgadas) de grosor en la raíz hasta aproximadamente 2.0 mm (0.08 pulgadas) de grosor en la punta, con una sección transversal generalmente como es ilustrado en la Figura 8c. El segmento de cepillo incluye un perno roscado integralmente moldeado adaptado para el enganche de tipo roscado con una herramienta rotatoria como es enseñado por la Patente U.S. No. 3,562,968.

Medio de Refuerzo

La base 12 puede adicionalmente comprender un medio de refuerzo que puede comprender un sustrato reforzado con fibra. El medio de refuerzo puede comprender, por ejemplo, tela, lamina no tejida, manta, malla, tamiz, y similares, o puede comprender fibras individuales combinadas con el polímero moldeable y dispersadas a través de todo el segmento de cepillo. El medio de refuerzo puede opcionalmente contener un tratamiento para modificar sus propiedades físicas. El propósito del medio de refuerzo es incrementar la resistencia a la flexión y la resistencia a la tracción del segmento de cepillo 10. Ejemplo de fibras de refuerzo apropiadas para el uso en la presente invención incluyen las fibras de vidrio, las fibras de metal, las fibras de carbono, la malla de alambre, las fibras minerales, las fibras formadas de materiales inorgánicos resistentes al calor, o las fibras hechas de materiales cerámicos. Otras fibras orgánicas incluyen las fibras de alcohol polivinílico, las fibras de nylon, las fibras de poliéster y las fibras fenólicas. Si las fibras de vidrio son usadas, la mezcla del polímero moldeable puede preferiblemente contener un agente de acoplamiento, tal como un agente de acoplamiento de silano, para mejorar la adhesión al material termoplástico. El largo de las fibras preferiblemente oscila desde alrededor de 0.5 mm hasta alrededor 50 mm, preferiblemente alrededor de 1 mm hasta alrededor de 25 mm, lo más preferido alrededor de 1.5 mm hasta alrededor de 10 mm. El denier de la fibra está preferiblemente entre alrededor de 25 a 300, y más preferiblemente entre 50 a 200.

Elastómeros Termoplásticos

El material de polímero moldeable usado en los cepillos y los segmentos de cepillo aquí descritos comprende un elastómero termoplástico, que proporciona un producto que es particularmente apropiado para aplicaciones de alta tensión, alta velocidad. Los elastómeros termoplásticos (o "TPE") están definidos y analizados en Thermoplastic Elastomers, A Comprehensive Review, editado por N.R. Legge, G. Holden y H.E. Schroeder, Hanser Publishers, Nueva York, 1987 (referido aquí como "Legge y otros"). Los elastómeros termoplásticos (como son aquí usados) son generalmente el producto de la reacción de un monómero polifuncional de peso equivalente bajo y un monómero polifuncional de peso equivalente alto, donde el monómero polifuncional de peso equivalente bajo tiene una funcionalidad de a lo máximo alrededor de 2 y un peso equivalente de a lo máximo alrededor de 300 y es capaz de formar con polimerización un segmento duro (y, de conjunto con otros segmentos duros, dominios o regiones duras cristalinas) y el monómero polifuncional de peso equivalente alto tiene una funcionalidad de al menos alrededor de 2 y un peso equivalente de al menos alrededor de 350 y es capaz de producir con polimerización cadenas blandas, flexibles que se conectan a los dominios o regiones duras.

Los "elastómeros termoplásticos" difieren de los "termoplásticos" y de los "elastómeros" (un término genérico para sustancia que emulan con el caucho natural en que ellos se estiran bajo tensión, tienen una alta resistencia a la tracción, se retractan rápidamente, y sustancialmente recuperan sus dimensiones originales) en que los elastómeros termoplásticos, al calentarse por encima de la temperatura de fusión de las regiones duras, forman un estado fundido homogéneo que puede ser procesado por técnicas termoplásticos (a diferencia de los elastómeros), tal como moldeo por inyección, extrusión, moldeo por soplado, y similares. El enfriamiento subsiguiente conduce nuevamente a la segregación de las regiones blandas y duras que resultan en un material que tiene propiedades elastoméricas, sin embargo, lo cual no ocurre con los termoplásticos. Los elastómeros termoplásticos combinan la capacidad de procesamiento (cuando están fundidos) de los materiales termoplásticos con las propiedades y el rendimiento funcional de los cauchos termoendurecibles convencionales (cuando están es su estado no fundido), y que son descritos en el arte como elastómeros termoplásticos ionoméricos, segmentados, o ionoméricos segmentados. Las versiones segmentadas comprenden "segmentos duros" que se asocian para formar dominios duros cristalinos conectados juntos por cadenas poliméricas flexibles, largas, "blandas". El dominio duro tiene una temperatura de fusión o desasociación por encima del la temperatura de fusión de las cadenas poliméricas blandas.

Elastómeros termoplásticos comercialmente disponibles incluyen los elastómeros termoplásticos de poliéster segmentados, los elastómeros termoplásticos de poliuretano segmentados, los elastómeros termoplásticos de poliamida segmentados, las mezclas de elastómeros termoplásticos y polímeros termoplásticos, y los elastómeros termoplásticos ionoméricos.

"Elastómeros termoplásticos segmentados" como es usado aquí, se refiere a una sub-clase de elastómeros termoplásticos que están basados en polímeros que son productos de la reacción de un monómero polifuncional de peso equivalente bajo y un monómero polifuncional de peso equivalente alto. Los elastómeros termoplásticos segmentados son preferiblemente los productos de la reacción de condensación de un monómero polifuncional de peso equivalente alto que tiene una funcionalidad promedio al menos 2 y un peso equivalente de al menos alrededor de 350 y un monómero polifuncional de peso equivalente bajo que tiene una funcionalidad promedio de al menos alrededor de 2 y un peso equivalente de al menos alrededor de 300. El monómero polifuncional de peso equivalente alto es capaz de formar con polimerización un segmento blando, y el monómero polifuncional de peso equivalente bajo es capaz de formar con polimerización un segmento duro. Elastómeros termoplásticos segmentados útiles en la presente invención incluyen los TPE de poliéster, los TPE de poliuretano, y los TPE de poliamidas, y los TPE copoliméricos en bloque elastómero de silicona/poliamida, con monómeros polifuncionales de peso equivalente alto y bajo seleccionados apropiadamente para producir el respectivo TPE.

Los TPE segmentados preferiblemente incluyen los "extensores de cadenas", compuestos de bajo peso molecular (típicamente que tienen un peso equivalente menor que 300) que tienen desde alrededor de 2 a 8 de funcionalidad de hidrógeno activo, y los cuales son conocidos en el arte de los TPE. Ejemplos particularmente preferidos incluyen la etileno diamina y el 1,4-butanediol.

Los "elastómeros termoplásticos ionoméricos" se refieren a una sub-clase de elastómeros termoplásticos basados en polímeros iónicos (ionómeros). Los elastómeros termoplásticos ionoméricos están compuestos de dos o más cadenas poliméricas flexibles enlazada juntas a una pluralidad de posiciones por clusters y asociaciones iónicas. Los ionómeros son típicamente preparados por copolimerización de un monómero funcionalizado con un monómero olefínico no saturado, o funcionalización directa de un polímero preformado. Los ionómeros carboxil-funcionalizados son obtenidos por copolimerización directa de ácido acrílico o metacrílico con etileno, estireno y comonómeros similares por copolimerización por radicales libres. El copolímero resultante está generalmente disponible como el ácido libre, que puede ser neutralizado al grado deseado con hidróxidos de metal, acetatos de metal, y sales similares. Un análisis de la historia de los ionómeros y las patentes concernientes a los mismos es proporcionado en Legge y otros, pp. 231-243.

"Polímero termoplástico" o "TP" como es usado aquí, tiene una definición más limitante que la definición general, la cual es "un material que se ablanda y fluye con la aplicación de presión y calor". Por supuesto se darán cuenta que los TPE cumplen con la definición general de TP, ya que los TPE también fluirán con la aplicación de presión y calor. Es así necesario ser más específicos en la definición de "termoplástico" para los propósitos de esta invención. "Termoplástico", como es usado aquí, significa un material que fluye con la aplicación de presión y calor, pero que no posee las propiedades elásticas de un elastómero cuando está por debajo de su temperatura de fusión.

Las mezclas de materiales TPE y TP están también comprendidas dentro de la invención, permitiendo incluso mayor flexibilidad en ajustar a la medida las propiedades mecánicas de los filamentos abrasivos de la invención.

Poliésteres segmentados preferidos y comercialmente disponibles incluyen aquellos conocidos bajo as designaciones comerciales: "Hytrel^{TM} 4056", "Hytrel^{TM} 5526", "Hytrel^{TM} 5556", "Hytrel^{TM} 6356", "Hytrel^{TM} 7246", y "Hytrel^{TM} 8238" disponibles de E.I. Du Pont de Nemours and Company, Inc., Wilmington, Delaware, con los más preferidos incluyendo el Hytrel^{TM} 5526, el Hytrel^{TM} 5556, y el Hytrel^{TM} 6356. Una familia similar de poliésteres termoplásticos está disponible bajo el nombre comercial "Ritefiex" (Hoechst Celanese Corporation). Aún TPE de poliéster útiles adicionales son aquellos conocidos bajo la designaciones comerciales "Ecdel", de Eastman Chemical Products, Inc., Kingsport, Tennessee; "Lomad", de General Electric Company, Pittsfield, Massachusetts; "Arnitel" de DSM Engineered Plastic; y "Bexloy" de Du Pont. TPE de poliéster útiles adicionales incluyen aquellos disponibles como "Lubricomp" de LNP Engineering Plastics, Exton, Pennsylvania, y está comercialmente disponible incorporando lubricante, refuerzo de fibra de vidrio, y refuerzo de fibra de carbono.

Poliamidas segmentadas preferidas y disponibles comercialmente incluyen aquellas conocidas bajo la designación comercial "Pebax" y "Rilsan", ambas disponibles de Atochem Inc., Glen Rock, New Jersey.

Poliuretanos segmentados preferidos y disponibles comercialmente incluyen aquellos conocidos bajo la designación comercial "Estane", disponible de B.F. Goodrich, Cleveland, Ohio. Otros poliuretanos segmentados preferidos incluyen aquellos conocidos bajo la designación comercial "Pellethane", y "Isoplast" de The Dow Corning Company, Midland, Michigan, y aquellos conocidos bajo la designación comercial "Morthane", de Morton Chemical Division, Morton Thiokol, Inc.; y aquellos conocidos bajo la designación comercial "Elastollan", de Basf Corporation, Wyandotte, Michigan.

Los elastómeros termoplásticos son adicionalmente descritos en la Patente U.S. No. 5,443,906 (Pihl y otros).

Partículas Abrasivas

Las partículas abrasivas 26 útiles en los cepillos y los segmentos de cepillo aquí descritas típicamente tienen un tamaño de partículas que oscila desde alrededor de 0.1 a 1500 micrómetros, usualmente entre alrededor de 1 a 1300 micrómetros, y preferiblemente entre 50 y 500 micrómetros. Las partículas abrasivas pueden ser orgánicas o inorgánicas. Ejemplos de partículas abrasivas incluyen el óxido de aluminio fundido, el óxido de aluminio fundido tratado con calor, el óxido de aluminio cerámico, el óxido de aluminio tratado con calor, el carburo de silicio, el diboride de titanio, la alúmina circona, el diamante, el carburo de boro, la ceria, el nitruro de boro cúbico, el granate, y las combinaciones de los mismos. Óxidos de aluminio fundidos preferidos incluyen aquellos disponibles comercialmente pre-tratados por Exolon ESK Company, Tonawanda, Nueva York, o Washington Mills Electro Minerals Corp., North Grafton, Massachussets. Las partículas abrasivas de óxido de aluminio cerámico preferidas son bien conocidas en el arte e incluyen a aquellas descritas en las Patentes U.S. Nos. 4,314,827; 4,623,364; 4,744,802; 4,770,671; 4,881,951; 4,964,883; 5,011,508; y 5,164348. Las partículas abrasivas cerámicas basadas en alfa alúmina que comprenden alfa alúmina y óxido de tierra rara incluyen aquellas comercialmente disponibles bajo la designación Cubriton^{TM} 321 de Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota. Otros ejemplos de partículas abrasivas incluyen las esferas de vidrio sólidas, las esferas de vidrio huecas, el carbonato de calcio, las burbujas poliméricas, los silicatos, el trihidrato de aluminio, y la mullita. La partícula abrasiva puede ser de cualquier material en partículas (orgánico o inorgánico) que cuando es combinado con el aglutinante resulte en un cepillo abrasivo 10 que pueda refinar una superficie de una pieza de trabajo. La selección del material abrasivo dependerá en parte de la aplicación pretendida. Por ejemplo, para separar la pintura de un vehículo, es algunas veces preferido usar una partícula abrasiva relativamente blanda de manera de no dañar la superficie por debajo de la
pintura.

Alternativamente, para remover rebabas de las piezas de trabajo de metal, es preferido usar una partícula abrasiva dura tal como alúmina. El cepillo abrasivo de la presente invención puede incluir dos o más tipos y/o tamaños de partículas abrasivas.

Como es usado aquí, el término partículas abrasivas también comprende las partículas abrasivas simples que están enlazadas juntas para formar un aglomerado abrasivo. Los aglomerados abrasivos son bien conocidos en el arte y son adicionalmente descritos en las Patentes U.S. Nos. 4,311,489; 4,652,275; y 4,799,939. Las partículas abrasivas de esta invención pueden también contener un recubrimiento de superficie. Los recubrimientos de superficie son conocidos para mejorar la adhesión entre la partícula abrasiva y el aglutinante en el artículo abrasivo. Tales recubrimientos de superficie son bien conocidos en el arte y son adicionalmente descritos las Patentes U.S. Nos. 5,011,508; 1,910,444; 3,041,156; 5,009,675; 4,997,461; 5,213,591; y 5,042,991. En algunos casos, la adición del recubrimiento mejora las características del procesamiento y/o la abrasión de la partícula abrasiva.

Las partículas abrasivas plásticas útiles en los cepillos y los segmentos de cepillo aquí descritos son materiales de base orgánica. Ellas están preferiblemente formadas de un polímero termoplástico y/o un polímero termoendurecible. Partículas abrasivas plásticas útiles en la presente invención pueden ser partículas individuales o aglomerados de partículas individuales. Los aglomerados pueden comprender una pluralidad de partículas abrasivas plásticas unidas juntas por un aglutinante para formar una masa conformada.

Las partículas abrasivas plásticas están preferiblemente presentes en la matriz termoplástica a un por ciento en peso (por el peso total de la matriz termoplástico y las partículas abrasivas plásticas) que oscila desde alrededor de 0.1 a alrededor de 80 por ciento en peso, más preferiblemente desde alrededor de 3 hasta alrededor de 60 por ciento en peso. El porcentaje en peso depende en parte de las aplicaciones del cepillo o de abrasión particular.

El tamaño de las partículas plásticas abrasivas incorporadas en la matriz termoplástica depende del uso pretendido del cepillo o los segmentos de cepillo. Para aplicaciones que requieren un acabado en bruto o conformación por corte, son preferidas las partículas abrasivas plásticas más grandes, mientras las partículas abrasivas pláticas que tienen un tamaño más pequeño son preferidas para aplicaciones de acabado. Preferiblemente, el diámetro promedio de las partículas no es más que alrededor de 1/2 del diámetro de la cerda del cepillo, más preferiblemente no más que alrededor de 1/3 del diámetro de la cerda del cepillo.

Las partículas abrasivas plásticas tendrán un tamaño de partícula promedio desde alrededor de 0.01 hasta alrededor de 500 micrómetros, típicamente entre alrededor de 0.1 hasta alrededor de 250 micrómetros, preferiblemente entre alrededor de 1 hasta alrededor de 150 micrómetros, más preferiblemente entre alrededor de 5 hasta alrededor de 100 micrómetros, y lo más preferido entre alrededor de 5 hasta alrededor de 75 micrómetros. El tamaño de las partículas promedio es típicamente medido por la dimensión más larga.

Las partículas abrasivas plásticas pueden tener cualquier forma precisa o pueden estar conformadas de manera irregular o aleatoria. Ejemplos de tales formas tridimensionales incluyen: pirámides, cilindros, conos, esferas, bloques, cubos, polígonos, y similares. Alternativamente, las partículas abrasivas plásticas pueden ser relativamente planas y tener una forma en sección transversal tal como un diamante, una cruz, un círculo, un triangulo, un rectángulo, un cuadrado, un óvalo, un octágono, un pentágono, un hexágono, un polígono y similares.

La superficie de las partículas abrasivas plásticas (o una porción de su superficie, o la superficie entera de una porción de las partículas puede ser tratada con agentes de acoplamiento para mejorar la adhesión a y/o la capacidad de dispersión en la matriz termoplástico fundida. No se requiere que las partículas abrasivas plásticas estén dispersadas de manera uniforme en la composición endurecida, pero una dispersión uniforme puede proporcionar características de abrasión más consistentes.

Las partículas abrasivas plásticas pueden ser formadas a partir de un material termoplástico tal como policarbonato, polieterimida, poliéster, cloruro de polivinilo, metacrilato, metilmetacrilato, polietileno, polisulfona, poliestireno, copolímero en bloque acrilonitrilo-butadieno-estireno, polipropileno, polímeros de acetal, poliuretanos, poliamida, y combinaciones de los mismos. En general, polímeros termoplásticos preferidos de la invención son aquellos que tienen una alta temperatura de fusión, por ejemplo mayor que 200ºC, más preferiblemente 300ºC; o buenas propiedades de resistencia al calor. Las partículas abrasivas plásticas deben tener un punto de ablandamiento o fusión más alto que el elastómero termoplástico, de manera que las partículas plásticas no sean afectadas de manera sustancial por el proceso de fabricación. La partícula plástica debe ser capaz de mantener un estado generalmente en partículas durante el procesamiento del cepillo, y por lo tanto debe ser seleccionada de manera que no se ablande o fusione de manera sustancial durante el proceso de fabricación. En una realización preferida, las partículas plásticas son seleccionadas para proporcionar mayores propiedades abrasivas que las del elastómero termoplástico. De esta manera, las partículas abrasivas plásticas realizarán la refinación de la superficie deseada, tal como la remoción de material extraño de la pieza de trabajo o proporcionar un acabado fino de la superficie, mientras el elastómero termoplástico se desgasta durante la operación para presentar continuamente partículas abrasivas nuevas a la superficie de la pieza de trabajo.

Existen varias formas de conformar una partícula abrasiva termoplástica. Uno de tales métodos es extrudir el polímero termoplástico en segmentos alargados y luego cortar estos segmentos en la longitud deseada. Alternativamente, el polímero termoplástico puede ser moldeado en el tamaño de partícula y la forma deseada. Este proceso de moldeo puede ser moldeo por compresión o moldeo por inyección.

Las partículas abrasivas plásticas pueden ser formadas a partir de un polímero termoendurecible. Los polímeros termoendurecible pueden estar formados a partir de: resinas fenólicas, resinas de aminoplasto, resinas de uretano, resinas epoxi, resinas acrílicas, resinas de isocianurato acriladas, resinas urea-formaldehído, resinas de isocianurato, resinas de uretano acriladas, resinas melamina formaldehído, resinas epoxi acriladas y mezclas de las mismas. Las partículas abrasivas con base fenólica son unas partículas abrasivas preferidas. Existen dos tipos de resinas fenólicas, tipo resol y novalac. Las resinas fenólicas de tipo resol tienen una relación molar del formaldehído con respecto al fenol, de más de o igual a uno a uno, típicamente entre 1.5:1.0 hasta 3.0:1.0. Las resinas novolac tienen una relación molar del formaldehído con respecto al fenol, de menos de uno a uno. Ejemplos de resinas fenólicas disponibles comercialmente incluyen aquellas conocidas por los nombres comerciales "Durez" y "Varcum" de Occidental Chemicals Co., Burlington, NJ; "Resinox" de Monsato; "Aerofene" y "Arotap" de Ashland Chemical Co., Colombus, OH. Estas resinas fenólicas son curadas hasta polímeros termoendurecibles. Los polímeros termoendurecibles resultantes son entonces triturados hasta la distribución del tamaño de partícula y el tamaño de partícula deseado. En un método alternativo, las partículas abrasivas plásticas termoendurecibles pueden ser hechas de acuerdo con las enseñanzas de la Patente U.S. No. 5,500273, "Partículas Conformadas de Manera Precisa y Método de Hacer las Mismas" (Holmes y otros). La partícula abrasiva plástica puede ser una mezcla de un polímero termoplástico y un polímero termoendurecible.

Una partícula abrasiva orgánica particularmente preferida es una granalla de plástico para limpieza de moldes y metal disponible comercialmente como la granalla "MC" de Maxi Blast Inc., South Bend, IN, disponible con un recubrimiento antiestático, pero preferiblemente no tratado. El medio "MC" es un celulosato melamina formaldehído al 99%, un plástico amino termoendurecible.

La dureza Knoop promedio de la partícula abrasiva plástica es generalmente menor que alrededor de 80 KNH, y preferiblemente menor que alrededor de 65 KNH.

Está también comprendido dentro del alcance de esta invención incorporar partículas abrasivas con base inorgánica junto con las partículas abrasivas plásticas. Estás partículas abrasivas inorgánicas típicamente tienen un tamaño de partícula que oscila desde alrededor de 0.01 hasta 500 micrómetros, usualmente entre alrededor de 1 hasta 150 micrómetros. En ciertos casos, es usualmente preferido que las partículas abrasivas inorgánicas sean del mismo tamaño o más pequeñas que las partículas abrasivas plásticas. Es preferido que las partículas abrasivas tengan una dureza de Mohs de al menos alrededor de 7, más preferiblemente por encima de 9. Por ejemplo, el filamento abrasivo puede contener entre 10 a 90% por peso de la matriz termoplástica, entre 10 a 90% por peso de las partículas abrasivas plásticas y entre 0 a 49% por peso de las partículas abrasivas inorgánicas.

Las partículas abrasivas 26 están típicamente desde alrededor de 0.1 hasta 75 por ciento por peso de la mezcla del polímero y las partículas, preferiblemente desde alrededor de 3 hasta 60 por ciento, más preferiblemente alrededor de 5 hasta 50 por ciento, y aún más preferiblemente alrededor de 20 hasta 40 por ciento, aunque más o menos puede ser usado como sea deseado. Para algunas aplicaciones de refinación de superficie, es deseable que el segmento de cepillo 10 comprenda un material polimérico moldeable 28 sin partículas abrasivas 26.

Aditivos

El material polimérico moldeable 28 puede adicionalmente incluir aditivos adicionales, tales como, por ejemplo, rellenadores (incluyendo asistentes para el desbastado), fibras, agentes antiestáticos, antioxidantes, asistentes para el procesamiento, estabilizadores UV, retardadores de llama, lubricantes, agentes humectantes, agentes tenso activos, pigmentos, colorantes, agentes de acoplamiento, plastificantes y agentes de suspensión. La cantidad de estos materiales son seleccionados para proporcionar las propiedades deseadas. Un método preferido de incorporar ciertos aditivos en el material polimérico moldeable es encapsular los aditivos en una coraza que sea capaz de soportar las presiones y temperaturas del moldeo o la extrusión.

Lubricantes

Para algunas aplicaciones de refinación, es preferido que el polímero moldeado 28 incluya un lubricante. La presencia de un lubricante en el polímero moldeable 28 reduce la fricción de la cerda que contacta la superficie de la pieza de trabajo. Esto reduce el calor generado cuando se refina la pieza de trabajo. El calor excesivo puede provocar que el cepillo abrasivo deje residuos en la pieza de trabajo o de otra forma dañe la pieza de trabajo. Lubricantes apropiados incluyen el estearato de litio, el estearato de zinc, el estearato de calcio, el estearato de aluminio, la etileno bis estearamida, el grafito, el disulfuro de molibdeno, el politetrafluoroetileno (PTFE), y compuestos de silicona, por ejemplo útiles con los termoplásticos y los elastómeros termoplásticos.

Un ejemplo de un material de silicona preferido es un polisiloxano de alto peso molecular de fórmula (A):

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100

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donde R, R', R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4}, R^{5}, y R^{6} pueden ser los mismos o diferentes y pueden ser un alquilo, un vinilo, un cloroalquilo, un aminoalquilo, un epoxi, un fluoroalquilo, un cloro, un fluoro, o un hidroxi, y n es 500 o mayor, preferiblemente 1,000 o mayor, más preferiblemente 1,000 a 20,000, y lo más preferido 1,000 a 15,000.

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Otro polisiloxano preferido es un polidimetilsiloxano de fórmula (B):

101

donde R y R' pueden ser los mismos o diferentes y pueden ser un alquilo, un vinilo, un cloroalquilo, un aminoalquilo, un epoxi, un fluoroalquilo, un cloro, un fluoro, o un hidroxi, y n es 500 o mayor, preferiblemente 1,000 o mayor, más preferiblemente 1,000 a 20,000, y lo más preferido 1,000 a 15,000.

Los polisiloxanos están disponibles en muchas formas diferentes, por ejemplo, como el compuesto en si mismo o como un concentrado. Ejemplos de los polímeros en los cuales el polisiloxano puede estar comprendido incluyen el polipropileno, el polietileno, el poliestireno, las poliamidas, el poliacetal, el acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), y el elastómero de poliéster, todos ellos están disponibles comercialmente. La silicona modificada Hytrel^{TM} está disponible comercialmente como BY27-010 (o MB50-010), y la silicona modificada Nylon 6,6 está disponible comercialmente como BY27-005 (o MB50-005), ambas de Dow Corning Company, Midland, Michigan. Típicamente, los concentrados disponibles comercialmente pueden contener un polixilosano a un por ciento en peso que oscila desde 40 a 50; sin embargo, cualquier por ciento en peso es aceptable para los propósitos de la invención mientras que el por ciento en peso deseado en el producto final pueda ser logrado. Los lubricantes preferiblemente pueden estar presentes en el polímero moldeable 26 en cantidades de hasta alrededor de 20 por ciento por peso (exclusivo del contenido de partículas abrasivas), y preferiblemente en una cantidad desde alrededor de 1 a 10 por ciento, aunque más o menos pueden ser usados como sea deseado.

Agente de Acoplamiento

El material polimérico moldeable 28 puede incluir un agente de acoplamiento para mejorar la unión entre el aglomerante y las partículas abrasivas como es conocido en el arte. Ejemplo de tales agentes de acoplamiento apropiados para esta invención incluyen los organosilanos, los zircoaluminatos y los titanatos. Agentes de acoplamiento de silano preferidos, típicamente amina funcional tal como la gamma-aminopropiltrietoxisilano, están comercialmente disponibles como A-1100, o -1102 de Union Carbide Corporation, Nueva York, Nueva York. Las partículas abrasivas 26 pueden ser pre-tratadas con un agente de acoplamiento antes de estar con el polímero moldeable. Alternativamente, el agente de acoplamiento puede ser añadido directamente al polímero moldeable 28.

Rellenadores

El material polimérico moldeable 28 puede incluir un rellenador como es conocido en el arte. Ejemplos de rellenadores útiles para esta invención incluyen: los carbonatos de metal (tales como el carbonato de calcio (creta, calcita, marga, travertino, mármol y piedra caliza), el carbonato de magnesio de calcio, el carbonato de sodio, el carbonato de magnesio), la sílice (tales como el cuarzo, las perlas de vidrio, las burbujas de vidrio y las fibras de vidrio), los silicatos (tales como el talco, las arcillas, (la montmorillonita) el feldespato, la mica, el silicato de calcio, el metasilicato de calcio, el aluminosilicato de sodio, el silicato de sodio), los sulfatos de metales (tales como el sulfato de calcio, el sulfato de bario, el sulfato de sodio, el sulfato de aluminio y sodio, el sulfato de aluminio), el yeso, la vermiculita, el fluoro de madera, el trihidrato de aluminio, el negro carbón, los óxidos de metal (tales como el óxido de calcio (cal), el óxido de aluminio, el dióxido de titanio) y sulfuros de metales (tal como el sulfuro de calcio). En algunos casos, el rellenador puede servir como partícula abrasiva.

Asistentes para el Desbastado

El material polimérico puede incluir un asistente para el desbastado. Un asistente para el desbastado es aquí definido como un material en forma de partículas la adición del cual tiene un efecto significativo en los procesos físicos y químicos de la abrasión que resultan en un rendimiento mejorado. En particular, se cree en el arte que el asistente para el desbastado 1) disminuirá la fricción entre las partículas abrasivas y la pieza de trabajo que esta siendo erosionada, 2) evitará que la partícula abrasiva se "encapsule", es decir evitará que las partículas de metal se suelden a las partes superiores de las partículas abrasivas, 3) disminuirá la temperatura de la interfase entre las partículas abrasivas y la pieza de trabajo, o 4) disminuirá las fuerzas del desbastado. Ejemplos de grupos químicos de asistentes para el desbastado incluyen las ceras, los compuestos haluros orgánicos, los metales y sales haloideas y sus aleaciones. Los compuestos de haluros orgánicos típicamente se romperán durante la abrasión y liberarán un ácido halógeno o un compuesto de haluro gaseoso. Ejemplos de tales materiales incluyen las ceras cloradas como el tetracloronaftaleno, el pentacloronaftaleno; y el cloruro de polivinilo. Ejemplo de sales haloideas incluyen el cloruro de sodio, la criolita de potasio, la criolita de sodio, la criolita de amonio, el tetrafluoroborato de potasio, el tetrafluoroborato de sodio, los fluoruros de silicio, el cloruro de potasio, el cloruro de magnesio. Ejemplos de metales incluyen, el estaño, el plomo, el bismuto, el cobalto, el antimonio, el cadmio, el hierro, y el titanio. Otros varios asistentes para el desbastado incluyen el azufre, los compuestos de azufre orgánicos, el grafito y los sulfuros metálicos.

Moldeo por Inyección

El segmento de cepillo o el cepillo abrasivo 10 de la presente invención es preferiblemente moldeado por inyección. Las técnicas de moldeo por inyección son conocidas en el arte. El aparato de moldeo por inyección 60 para hacer el cepillo abrasivo 10 de acuerdo al método de la presente invención es ilustrado en la Figura 14. Después de ser preferiblemente secada con calor, una mezcla de granulados que comprende el polímero moldeable 28 y, opcionalmente, partículas abrasivas 26 es colocada en una tolva 62. El tolva alimenta la mezcla en un primer lado o lado trasero 70 de un inyector de tornillo 64 que comprende generalmente un tornillo 66 con un cilindro 68. El lado opuesto, o lado frontal 72 del inyector de tornillo 64 comprende una tobera 74 para pasar la mezcla ablandada a un molde 76a, 76b. El cilindro 68 del inyector 64 es calentado para fundir la mezcla, y el tornillo rotatorio 66 impulsa la mezcla en la dirección de la tobera 74. El tornillo 66 es entonces movido linealmente hacia el frente en la dirección B para impartir la "inyección" de la mezcla ablandada dentro del molde 76a, 76b a una presión deseada. Un espacio intermedio es generalmente mantenido entre el extremo delantero del tornillo y la tobera para proporcionar un área "cojín" de material ablandado que no es inyectado en el molde.

El molde contendrá cavidades que están a la inversa de la configuración del cepillo abrasivo deseado. Así, para el cepillo moldeado 10, el diseño del molde debe tomar en cuenta la configuración del cepillo abrasivo incluyendo el tamaño y la configuración de la base 12, las cerdas 18, y el medio opcional de unión 30. Para el segmento o cepillo moldeado 10 como es ilustrado en las Figuras 1 y 2, el molde 76a, 76b ilustrado en la Figura 16 contendrá cavidades que están a la inversa de la configuración del segmento de cepillo deseada. Así el diseño del molde debe tomar en cuenta la configuración del segmento de cepillo incluyendo el tamaño y la configuración de la base 12, las cerdas 18, y el medio opcional de unión tal como los orificios 19, la raíz 30, la ranura para chaveta 36, o el perno roscado 38. Como es observado en la Figura 17, la porción del molde 76a incluye cavidades 78 para formar las cerdas 18. La realización del molde ilustrado en la Figura 17 está configurada para moldear la realización de las cerdas ilustrada en la Figura 8c. Alternativamente, las porciones del molde 76c y 76d ilustradas en la Figura 18 pueden ser usadas para formar una hilera doble de cerdas escalonadas 18. Tal arreglo de cerdas es ilustrado en la Figura 19.

Los granulados anteriormente mencionados pueden estar preferiblemente preparados como sigue. El polímero moldeable 28 puede ser calentado por encima de su punto de fusión y las partículas abrasivas 26 pueden entonces ser mezcladas. La mezcla resultante es entonces conformada en hebras continuas y las hebras son enfriadas para solidificar el polímero moldeable para la peletización en un equipamiento apropiado como es conocido en el arte. Igualmente, lubricantes y/o otros aditivos para el material polimérico 28 pueden ser incluidos en la formación de los granulados. Los granulados que comprenden el polímero moldeable 28, las partículas abrasivas 26, y cualquier lubricante u otro aditivo deseado son entonces colocados en la tolva 62 para ser alimentado al extrusor de tornillo 64 como se describió anteriormente. Alternativamente, es posible mezclar las partículas abrasivas 26 con la forma de granulado del polímero moldeable 28 y cargar esto en la tolva. Igualmente, lubricantes y/o otros aditivos para el material polimérico 28 pueden ser mezclados antes de ser cargados en la tolva.

Las condiciones bajo las cuales el cepillo abrasivo es moldeado por inyección son determinadas por el moldeador por inyección empleado, la configuración del cepillo 10, y la composición del polímero moldeable 28 y las partículas abrasivas 26. En un método preferido, el polímero moldeable 28 es primero calentado hasta entre 80 a 120ºC, preferiblemente 90 a 110ºC para secarlo, y es colocado en la tolva 62 para ser alimentado por gravedad dentro de la zona de alimentación del tornillo. La temperatura del cilindro del inyector de tornillo está preferiblemente desde alrededor de 200 a 250ºC, más preferiblemente desde alrededor de 220 a 245ºC. La temperatura del molde está preferiblemente desde alrededor de 50 a 150ºC, más preferiblemente desde alrededor de 100 a 140ºC. El tiempo del ciclo (el tiempo desde introducir la mezcla en el extrusor de tornillo hasta la abertura del molde para remover el cepillo abrasivo moldeado) preferiblemente oscilará entre 0.5 a 180 segundos, más preferiblemente desde alrededor de 5 a 60 segundos. La presión de la inyección preferiblemente oscilará desde alrededor de 690 a 6,900 kPa (100 a 1000 psi), más preferiblemente desde alrededor de 2070 a 4830 kPa (300 a 700 psi).

El ciclo de moldeo por inyección dependerá de la composición del material y de la configuración del cepillo abrasivo. En una realización preferida, el polímero moldeable y las partículas abrasivas son generalmente homogéneas a través de todo el cepillo abrasivo 10. En tal realización, habrá una única inserción o inyección de la mezcla del material polimérico 28 y las partículas abrasivas 26 para moldear el cepillo 10, incluyendo la base 12, las cerdas 18, y el medio de unión 30 si esta presente. Alternativamente, las cerdas 18 pueden contener partículas abrasivas 26, pero la base 12 no. En tal realización, habrá dos inserciones o inyecciones del material. La primera inserción contendrá una mezcla del polímero moldeable 28 y las partículas abrasivas 26 para principalmente llenar la porción de las cerdas del molde. La segunda inserción contendrá el polímero moldeable (el cual puede ser el mismo o diferente al polímero moldeable de la primera inserción) sin las partículas abrasivas para principalmente llenar las porciones de la base y del medio de unión del molde. Igualmente, la base 12 y las cerdas 18 pueden contener partículas abrasivas, pero el medio de unión 30 no puede. En esta construcción habrá dos inserciones o inyecciones del material. La primera inserción contendrá una mezcla del polímero moldeable 28 y las partículas abrasivas 26 para llenar las porciones de las cerdas y de la base del molde. La segunda inserción contendrá solamente un polímero moldeable (el cual puede ser el mismo o diferente al polímero moldeable de la primera inserción) para principalmente llenar la porción del medio de unión del molde. Es también posible emplear más de una inyección para variar el color de las diferentes porciones del cepillo si es deseado. Es también posible emplear tres o más inyecciones, por ejemplo una para cada una de las cerdas, la base y el medio de unión. Después del moldeo por inyección, el molde es enfriado para solidificar el polímero moldeable. Las mitades del molde son entonces separadas para permitir la remoción del cepillo abrasivo moldeado 10.

Método de Refinar una Superficie

Como fue discutido anteriormente, el cepillo abrasivo moldeado 10 de acuerdo a la presente invención es usado para refinar una superficie: removiendo una porción de una superficie de una pieza de trabajo; impartiendo un acabado de superficie a una pieza de trabajo; limpiando una superficie de una pieza de trabajo; incluyendo remover pintura u otros recubrimientos, material de empaque, corrosión, u otro material extraño; o alguna combinación de los anteriores.

Como fue discutido anteriormente, el segmento de cepillo moldeado 10 y el ensamble de cepillo 100 como es mostrado en las Figuras 1 a la 13 son usados para refinar una superficie: removiendo una porción de una superficie de una pieza de trabajo; impartiendo un acabado de superficie a una pieza de trabajo; limpiando una superficie de una pieza de trabajo, incluyendo remover pintura u otros recubrimientos, material de empaque, corrosión, u otro material extraño; o alguna combinación de los anteriores. En una realización preferida ilustrada en la Figura 4, el ensamble de cepillo 100 comprende una pluralidad de segmentos de cepillo 10 sujetados por el medio de unión a un eje 101 y un medio de accionamiento apropiado. Alternativamente, el segmento de cepillo de la Figura 12 puede ser montado en un medio de accionamiento rotatorio apropiado. La refinación de la superficie puede ser en seco o mojado, como con agua, lubricante, inhibidor de la corrosión, u otros líquidos apropiados como es bien conocido en el arte. El segmento 10 o ensamble de cepillo 100 puede ser rotado a cualquier velocidad apropiada, preferiblemente en el rango de alrededor de 100 a 15,000 RPM, aunque velocidades más altas y más bajas pueden ser usadas como sea deseado. La refinación de la superficie puede ser realizada con cualquier fuerza apropiada sobre el segmento o ensamble de cepillo, típicamente desde alrededor de 0.5 a 100 Kg. Debe ser notado que las cerdas 18 son suficientemente flexibles y suaves que, bajo muchas operaciones de refinación, el contacto de las cerdas contra la pieza de trabajo es a lo largo de una longitud sustancial del lado de la cerda, no meramente una porción pequeña de las cerdas inmediatamente adyacentes a la punta 18. Usando las partículas abrasivas orgánicas aquí descritas, el cepillo abrasivo puede ser usado para remover un material extraño, por ejemplo pintura, suciedad, desechos, aceite, recubrimiento de óxido, corrosión, adhesivo, material de empaque y similares, de una superficie de una pieza de trabajo sin remover una cantidad significante de la misma pieza de trabajo.

Claims

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1. Un cepillo abrasivo integralmente moldeado (10) que comprende:

una base (12) que tiene un primer lado, un segundo lado, y un borde exterior (14), donde dicha base es generalmente plana; y

una pluralidad de cerdas (18) que se extienden desde dicho borde exterior de dicha base donde dichas cerdas tienen una relación de dimensiones de al menos 2, y donde dichas cerdas están integralmente moldeadas con dicha base;

donde dicho cepillo abrasivo moldeado comprende un elastómero termoplástico (28) y donde dichas cerdas incluyen partículas abrasivas (26) entremezcladas en dicho elastómero termoplástico.
2. El cepillo abrasivo moldeado (10) de la reivindicación 1, donde dicha base (12) es flexible.
3. El cepillo abrasivo moldeado (10) de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde dicho cepillo incluye partículas abrasivas entremezcladas a través de todo el cepillo abrasivo.
4. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 3, donde dichas cerdas (18) tienen una relación de dimensiones de al menos 5.
5. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 3, donde dichas cerdas (18) tienen una relación de dimensiones de al menos 7.
6. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 3, donde dichas cerdas (18) tienen una relación de dimensiones de al menos 10.
7. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 3, donde dichas cerdas (18) tienen una relación de dimensiones de al menos 20.
8. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 7, donde dichas cerdas (18) cada una comprende una raíz (20) adyacente a dicha base (12) y una punta (22) opuesta a dicha base, y donde dichas cerdas son ahusada de manera que sean más anchas en dicha raíz que en dicha punta.
9. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, donde dichas cerdas (18) son co-planares con dicha base (12).
10. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-9, donde dichas cerdas (18) se extienden de manera radial desde dicho borde exterior (14) de dicha base (12).
11. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, donde dichas cerdas (18) están uniformemente espaciadas de manera angular alrededor de dicho borde exterior (14).
12. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-11, que comprende adicionalmente un medio de unión proporcionado en dicha base (12) para unir dicho cepillo a un medio de accionamiento.
13. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-12, donde dicha base (12) incluye adicionalmente un borde interior (16) y donde dicho borde interior (16) y dicho borde exterior (14) comprenden círculos concéntricos que limitan dicha base.
14. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-12, donde dicho borde exterior (14) es circular, y donde dicho medio de unión comprende un perno roscado (38) integralmente moldeado con dicha base, y localizado en el centro de dicha base.
15. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-14, donde dicho elastómero termoplástico (28) comprende un elastómero termoplástico basado en poliéster.
16. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-15, donde dicho elastómero termoplástico (28) adicionalmente comprende un lubricante.
17. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-16, donde dichas partículas abrasivas (26) comprenden partículas abrasivas inorgánicas.
18. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-16, donde dichas partículas abrasivas (26) comprenden partículas abrasivas orgánicas.
19. El cepillo abrasivo moldeado (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-18, donde dicha base (12) incluye un medio de refuerzo (40) para reforzar dicha base.