JP2005138285A - ハイブリッド結合剤を用いて固定された砥粒物品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 アルミナにもとづく砥粒およびジオポリマー結合剤系を含有する固定砥粒製品は、ジオポリマー結合剤に配合する前に砥粒にビトレアス被覆を付与することにより著しく改善される。
【選択図】 なし
Description
ジオポリマーは「ハイブリッド結合剤」として特徴づけられる。なぜなら、それらはビトレアスもしくは有機結合剤のそれぞれのいくつかの特徴を有するが、ビトレアスもしくは有機結合剤のいずれともいえないからである。それらは固定砥粒の製造において従来のビトレアス結合剤に対してよりも非常に重要な利点を有する。第1に重要なのは、それらがガラスが溶融する温度よりもはるかに低い、比較的低い温度で(有機結合剤のように)形成し、均一な組成を有することである。対照的に、ビトレアス結合剤は溶融ガラス温度で形成されて砥粒を被覆し、結合剤の部位を形成するためにガラスが流動する間はそのような温度を保持しなければならない。しかしジオポリマーはビトレアス結合剤と同様の硬度および強度を有する重合体構造を形成し、この点で、ビトレアス結合剤よりもそれ程もろくなく、そして大きな弾性率値を有する従来の有機結合剤とは異なる。
しかし、砥粒がアルミナにもとづく固定砥粒製品の製造においてジオポリマーを使用するのには重大な問題がある。これは、結合が強アルカリ性条件で形成されるので、アルミナ砥粒表面がアルカリにより侵されるからである。結果は砥粒と結合剤の間では非常に著しく弱化した結合となり、現実の研削試験において、その性能は全く好ましいものではない。
アルミナにもとづく砥粒は溶融アルミナもしくはセラミック(もしくは焼結)アルミナ、任意にはゾル−ゲル法で生成されたアルミナでありうる。さらに、共融アルミナ−ジルコニア、もしくは他のアルミナ砥粒とそのような砥粒の混合物であってもよい。結合剤により侵される問題は比較的小さなアルミナ結晶サイズでは特に悪く、したがって、アルミナにもとづく砥粒がとりわけ米国特許第4,623,364号明細書に記載されるような種晶入りのゾル−ゲル法によりアルミナにもとづく砥粒が実際に対象として製造されるときに、最大の利点が存在する。なぜならこれはサブミクロンであるアルミナ結晶を生成するからである。約10μmまでのアルミナ結晶サイズは、特に焼結の間に結晶成長が希土金属酸化物、イットリア、マグネシア、ジルコニアおよびシリカ等の存在下で停止される場合に種晶を入れないゾル−ゲルアルミナにおいて発生する。本発明によりえられる利益は、このような種晶を入れないゾル−ゲルアルミナとともに使用されるときに、きわめて明らになる。もっと一般的には、本発明は、さらにすべての溶融アルミナとともにも有用である。
しかし、利点は経済上だけではない。さらに本発明は、低温および急速硬化および製造されるべき製品の要求にあう結合剤設計の潜在能力の点から、プロセスの柔軟性を利用することができる。
ジオポリマー結合剤は、高度に架橋され、したがって剛直でもろいという意味でビトレアス結合剤に類似するのが通常である。砥粒と混合する前の典型的なジオポリマー配合物のpHは、>14である。しかし、従来のビトレアス結合剤と異なり、それは熱可塑性変性剤ポリマーを劣化させない温度で架橋されうる。したがってジオポリマーとともに、結合剤材料に可とう性および強度を与えるために熱可塑性変性剤を配合することが可能になり、これは本発明の好適な特徴である。適切な補強もしくは変性熱可塑性ポリマーは、ポリオレフィン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル、ポリ(テトラフルオロエチレン)、ポリアミドおよびポリエステルを含む。結合剤中に配合されうる、このような補強および/または変性熱可塑性ポリマーの量は、合計結合剤質量の30%まで、好ましくは20%までである。
この実施例は砥粒上にビトリファイド(ガラス)結合剤を被覆して、および被覆しないで、ハイブリッド結合剤研削砥石を製造する方法を説明する。さらにそれは被覆および未被覆の砥粒を含有する砥石間の研削性能を比較する。
2組の固定砥石が製造された。第1の組はジオポリマー結合剤中に従来の溶融アルミナ砥粒(「38Alundum」アルミナ、その商標でSaint−Gobain Industrial Ceramics,Inc.から入手しうる)を含んでおり、第2の組はビトレアス被覆を備える同一の砥粒を含み、同一の結合剤を用いて砥石を製造された。
ビトレアス材料は砥石の破砕後に分離された砥粒上の被覆物として多く存在し、被覆砥粒の全質量の約3%を示した。光学的および電子走査顕微鏡により、被覆砥粒は未被覆砥粒に比べて平滑で光沢のあるガラス状層を有し、全砥粒表面の少くとも80〜90%を被覆している。SEMのエネルギー分散分光計はシリカに富む多成分構造の特徴である層から放出される特徴的なX線を示した。層の化学的組成は砥粒を被覆するのに使用されたガラスのものと一致しているのが見出された。
材料 g
溶融アルミナ(100グリット) 400
GP600HT 66
フュームドシリカ 21.5
KOH 44.4
水 48.2
両者の砥石(すなわち、ガラス被覆砥粒を含むか否か)は、次の方法で調製された。
硬化サイクル条件
A 1時間にわたり85℃に温度を上昇
85℃で1時間
1時間にわたり120℃に温度を上昇
120℃で5時間維持
B 1時間にわたり350℃に温度を上昇
350℃で5時間維持
完成した砥石はそれぞれ約30〜40%の気孔率を有し最終プロセス後の最終大きさは12.7×1.59×3.18cmであった。
図1のデータから、表面トラバース試験において、被覆砥粒で作成された砥石はG比および被研削性の両方の点で、未被覆砥粒で作成された砥石より非常に著しく高い性能を示す。
この実施例2において、その性質を改善するために結合剤系に充填材を添加する効果が試験される。使用される研磨材、用いられる成型および焼成法は実施例1において記載されたとおりであるが、さらに充填材を添加して2組の砥石を製造し、両者は充填材を含有するが1組はガラス被覆砥粒を用いて製造される。砥石が製造された組成は実施例1に示されるとおりであるが、充填材が使用されたことで差異があり、「Z−Light」の商標でZeelan Industriesから入手しうる微細無機粉末4部と発泡ムライト球1部の混合物を含有する。添加された充填材の合計量は39.6gであった。これらの砥石は円筒調整力(cylindrical controlforce)(ODCF)試験で評価された。実施例1で示される試験と比べて、砥石−工作物(work)接触面積は比較的小さいので、砥粒上に偏在する力ははるかに強かった。
比較的高い圧力で、著しい不合格の態様を示すものは結合剤自体が不合格であり、これは結果に反映されていると考える。このように、結合剤の不合格が要因でない場合に、ジオポリマー結合剤とともに使用される被覆砥粒は未被覆砥粒よりもはるかに良好な研削砥石を製造する。
Claims (8)
- 少くとも1部をビトレアス層により被覆された表面を有する、アルミナにもとづく砥粒を供給すること;該被覆された、アルミナにもとづく砥粒をジオポリマーと混合すること、そして該ジオポリマーを硬化して固定砥粒製品を形成すること、を特徴とする固定砥粒の製造方法。
- 砥粒上のビトレアス層が砥粒質量の1〜30wt%を示す請求項1記載の方法。
- 砥粒上のビトレアス層が砥粒表面の少くとも60%を被覆する請求項1記載の方法。
- 最終砥粒製品中でジオポリマーが製品質量の10〜50%を示すような割合いでジオポリマーが砥粒と混合される請求項1記載の方法。
- ジオポリマーが式:Mn [−(Si−O2 −)z−Al−O2 −]n・w・H2 Oを有し、ここでMはナトリウムもしくはカリウムまたはそれらの混合物、zは1〜3;wは7までの値であり、n は縮合度である、請求項1記載の方法。
- ジオポリマーが熱可塑性ポリマーの配合により変性される請求項1記載の方法。
- 熱可塑性変性剤は、ポリオレフィン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル、ポリ(テトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ポリエステルおよびそれらの混合物からなる群より選ばれる請求項6記載の方法。
- 配合物が10w%までの微細充填材をさらに含む請求項1記載の方法。
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