KR0165110B1 - 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자 배합물을 포함하는 피복 연마재 - Google Patents

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KR0165110B1 KR1019900017658A KR900017658A KR0165110B1 KR 0165110 B1 KR0165110 B1 KR 0165110B1 KR 1019900017658 A KR1019900017658 A KR 1019900017658A KR 900017658 A KR900017658 A KR 900017658A KR 0165110 B1 KR0165110 B1 KR 0165110B1
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티. 로글린 버나드
에프. 맥컷천 윌리암
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데이비드 베네트
노튼 캄파니
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Abstract

15용적% 이상의 졸 겔 연마입자로 졸 겔 프로세스 알루미나 및 알루미나-지르코니아의 연마입자 혼합물을 갖는 피복된 연마재는 특정 분쇄 적용시 개선된 성능을 제공하고 연마입자 단독의 생성물보다 더 광범위한 분쇄적용 용으로 더욱 보편적인 피복된 연마제품을 제공한다.

Description

졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자 배합물을 포함하는 피복 연마재
본 발명은 일반적으로 피복 연마재 및 이로부터 제조된 제품에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 연마 입자의 배합물, 특히 졸-겔 처리된(sol-gel process) 알루미나 연마 입자와 공융합된 알루미나-지르코니아 연마 입자와의 배합물을 포함하는 피복 연마재에 관한 것이다.
통상적으로, 피복 연마재는 전면을 접착층, 소위 메이커 코우트(maker coat)로 피복시킨 다음 이의 습윤성을 유지시키면서 메이커 코우트 위에 연마 입자 층을 제공한 비교적 가요성인 지지체를 포함한다. 이어서, 메이커 코우트를 부분적으로 경화시켜 경화층을 형성한 다음, 다른 접착층인 사이즈 코우트(size coat)를 제공한다. 이어서, 접착층을 완전히 경화시킨다. 계속해서, 피복 연마재를, 이의 특정 성분 및 이의 가공 방법에 따라 어느 정도, 다양한 제품, 에를 들어, 사포, 연마 디스크, 무단 벨트 등으로 성형한다.
특정의 피복 연마재에서 연마 입자로서 사용되는 재료의 성능을 특정 연마조건 뿐만 아니라 특정 피연마 재료 또는 가공재에 따라 변한다. 예를 들어, 특정 연마 입자는 다른 연마 입자보다 높은 금속 제거 속도에서 스테인레스강 및 저탄소강의 연마시 더욱 효과적인 것으로 밝혀졌다. 그리고, 다른 특정 연마 입자는 비교적 저속 연마시 다른 것들보다 더욱 효과적인 것으로 밝혀졌다. 상이한 연마 적용하에 연마재의 상이한 효과에 대한 설명이 흔히 명백하게 설명되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 이는 적어도 연마재의 화학적 조성 및 이의 미세구조, 연마재와 관련된 물리적 특성(예: 경도, 파괴 인성, 충격강도 등) 및 열적 특성과 관련되어 있고 이에 좌우되는 것으로 보인다. 이러한 이해 부족으로 당연히 사전 경험없이는 특정 연마 용도를 위한 특정 연마재 또는 입자의 효과를 예측하기가 어려워진다. 따라서, 연마입자가 특정 용도에 효과적인지 아닌지를 또는 이러한 효과의 정도를 결정하는데에는 시행착오가 따른다.
1960년대 초 이전에는, 피복 연마재에 사용한 연마 입자로서 일반적으로 플린트, 금강사, 석류석, 산화알루미늄 또는 탄화규소이고 산화알루미늄 및 탄화규소는 널리 공지된 기술에 따라 전기로에서 수작업으로 제조한 연마재가 사용되었다. 소위 융합된 알루미나는 일반적으로 탄화규소보다 더욱 굵고 거친 연마 입자이고 수년에 걸쳐 고 탄소강, 합금강, 인성 청동 및 특정 경질 목재와 같은 고 장력 재료에 대한 연마 조작에 특별히 적합한 것으로 밝혀졌다. 피복 연마 입자를 목재 가공용으로 사용하고자 하는 경우, 원료에 대한 분쇄 기법에 변화를 주어 중금속 가공용으로 일반적으로 사용되는 입자보다 다소 예리한 입자를 생성한다. 탄화수소가 이의 경도 및 첨예도로 인해 저 장력 금속, 유리, 플라스틱, 섬유질 목재, 가죽, 에나멜 및 다른 비교적 연질 재료의 연마용으로 이상적인 피복 연마 입자로서 오랜동안 제조되어 왔다. 그럼에도 불구하고, 이러한 연마 입자가 가장 적합한 것으로 현재 공지되어 있는 용도가 수년에 걸쳐 많은 시간과 노력을 들여 발견되어 왔는데, 이는 이들 연마 입자가 다양한 용도로 다양한 연마 조건하에서 연마 입자를 평가하고 시험하기 위해 처음 제조되었기 때문이다.
그러나, 1960년대 초에 융합된 합금형 알루미나-지르코니아(또는 지르코니아-알루미나) 조성물을 포함하는 연마 입자를 시판할 수 있게 되었다. 이러한 연마재는 문헌[참조: 미합중국 특허 제3,181,939호; 제3,891,408호; 및 제3,893,826호]에 기술되어 있고 이들 모두는 본 출원의 양수인인 노튼 캄파니(Norton Company)에 양도되었다. 이들 특허의 전체 기술을 본원에서 참조로 인용한다. 후자의 허여된 2개의 특허에 기술된 바와 같이 본원에 기술된 공융합된 알루미나-지르코니아 연마재는 304 스테인레스 강을 연마하고 높은 금속 제거 속도로 저 탄소강을 연마하기 위한 피복 연마재에 매우 효과적인 것으로 밝혀졌지만, 이러한 연마재는 비교적 저속의 연마 조건에서 융합된 알루미나에 비해 덜 효과적인 것으로 기술되어 있다. 그럼에도 불구하고, 최초로 도입된 알루미나-지르코니아 연마 입자는 경험상 어떤 용도에서는 피복 연마재 중에서 모든 판 연마재를 통해 융합된 알루미나보다 더 우수한 것으로 기술되어 있었다. 그러나, 이러한 더욱 일반적인 용도는 융합된 알루미나 연마 입자만을 함유하는 피복 연마재의 비용에 비해 잇점을 갖게 한다.
더욱 최근에, 피복 연마재의 제조에 사용가능한 다른 연마 입자가 발견되었다. 이러한 신규한 연마재는 일반적으로 MgO 및 ZrO2와 같은 첨가제를 다양한 양으로 또한 함유할 수 있는 수화된 알루미나 겔을 건조시키고 소결시켜 수득한다. 전형적으로는 건조된 물질을 소결하기 전후에 분쇄하여 목적하는 크기 범위의 불규칙한 블럭 형태의 다결정성 연마 입자 또는 그릿(grit)을 수득한다. 그릿은 추가로 피복 연마 디스크 또는 벨트와 같은 연마 제품에 추가로 혼입될 수 있다.
이러한 연마재를 기술하고 있는 선행 기술의 예는 본 출원의 양수인인 노튼 캄파니에게 1986년 11월 18일에 허여된 미합중국 특허 제4,623,364호이다. 이 특허 문헌의 전체 기술을 본원에서 참고로 인용한다. 졸-겔 처리된(예: 비융합된 알루미나 연마 입자 및 이러한 연마 입자를 함유하는 연마 제품을 기술하는 다른 특허 문헌으로는 미합중국 특허 제4,314,827호, 제4,543,107호, 제4,741,743호, 제4,744,802호, 및 제4,800,685호가 있다. 미합중국 특허 제4,543,107호 및 제4,741,743호는 노튼 캄파니에 둘다 양도되었고, 전체 기술을 참고로 인용한다.
라이타이저(Leitheiser) 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,314,827호는 졸-겔 방법에 의해 제조된 연마 그릿을 기술하고 있으며, 당해 문헌에서는 알파 Al2O3및 주로 연속상인 알루미나로 개질시킨 성분이 랜덤하게 배향된 결정으로서 실질적으로 미세결정구조를 갖는, 칼슘 이온 및 알칼리 금속 이온을 함유하지 않는 고밀도 산화알루미늄계 연마재로부터 소결된 연마 그릿을 수득한다. 기술된 무기물의 결정 크기는 매우 미세하다.
미합중국 특허 제4,543,107호는 ㎛이하 크기의 알파 알루미나 결정을 포함하는 소결시킨 졸-겔 알루미늄 함유 연마 그릿을 갖는 유리화한(세라믹) 결합된 연마 휠(grinding wheel)을 기술하고 있다. 선행 기술의 소결시킨 겔 유형의 알루미나 또는 융합된 알루미나와는 반대로, 유리화한 휠에서는 이 특허에 기술된 연마재를 사용하는 경우 휠의 소성 온도에 매우 민감한 것으로 밝혀졌다. 그 결과로서 접착제와 연마재간의 반응을 방지하기 위해 접착제의 점도, 소성 온도 또는 이들 둘다를 조절해야 하는 것으로 밝혀졌다. 미합중국 특허 제4,623,364호는 알루미나 함유 연마 그릿 및, 증진된 특성을 갖는 피복물, 박막, 섬유, 로드 또는 소형 성형품과 같은 연마 그릿과는 다른 제품을 제조하는 졸-겔 방법을 기술하고 있다. 이 특허에서 수화된 알루미나의 알파 알루미나로의 전환이 건조시키기 전에 겔 또는 겔 전구체 내로 씨딩(seeding) 물질을 도입함으로써 촉진되는 것으로 기술하고 있다. 연마 그릿을 제조하기 위해 씨딩된 겔을 건조시키고, 분쇄하고, 발화시킨다. 이렇게 제조된 연마 그릿은 피복된 연마 디스크 및 연마 휠과 같은 제품 제조에 사용할 수 있다.
미합중국 특허 제4,623,364호에 기술된 바와 같은 졸-겔 연마재, 특히 씨딩된 졸-겔 알루미나 함유 연마재는 수년 전에 이를 도입한 이후로 특정 피복 연마제 용도에서 알루미나-지르코니아로서 고급 연마재와 같은 다른 연마재에 비해 실질적인 장점을 나타내었다. 그러나, 알루미늄-지르코니아 연마재에 비해, 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자는 피복 연마재 용도에서 이의 성능이 더욱 선택적인 것으로 발견되었다. 따라서, 알루미나-지르코니아 연마 입자에 비해, 특정 금속 연마 용도, 예를 들어, 초합금 및 항공기 합금[예: 인코넬(Inconel) 및 고니켈 금속과 같은 니켈 및 크롬의 내마모성 합금]과 같은 고응력 영역, 및 공구강 등에 우수한 성능을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 그럼에도 불구하고, 특정 저 탄소강 용도에서, 이의 성능이 알루미나-지르코니아 연마재와 같거나 약간 더 우수한 것으로 발견되었다. 일반적으로, 알루미나-지르코니아 입자에 비해, 피복 연마재에 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자를 사용하는 저 탄소강 연마 용도에 있어서 단지 고압, 고응렬 및 고속 연마 용도에서 개선점이 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 연마 입자는 알루미나-지르코니아 연마 입자보다 상당히 고가이고, 이러한 이유로 성능에서 실질적인 이득이 없는 용도에 통상적으로 사용할 수 없다. 스테인레스 강 및 티탄의 연마 및 일부 목재 가공 용도에 있어서, 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자는 알루미나-지르코니아 연마 입자보다 피복 연마재에서 훨씬 덜 효과적인 것으로 발견되었다.
비록 알루미나-지르코니아 연마 입자 및 졸-겔 처리된 알루미나의 연마 입자가 상기한 산화알루미늄, 탄화규소 등과 같이 이전부터 사용되던 다소 열등한 연마 무기물질에 비해 광범위하게 다양한 용도에서 피복 연마재의 우수한 성능을 제공하는 것으로 밝혀졌더라도, 이러한 피복 연마재의 사용은 비용을 증가시킨다. 따라서, 이들 우수한 연마 입자를 사용하여 보다 저가로 이의 우수한 성능상의 특성의 장점을 갖는 피복 연마재를 제공하기 위한 목적을 만족시키기 위한 노력이 계속 되고 있다.
피복 연마재에서, 두가지 상이한 연마 무기물질의 연마 입자를 다양한 이유로, 예를 들어, 특정 용도를 위한 보다 저가의 연마 제품을 수득하고, 상이하거나 개선된 성능상의 특징, 특정 용도에서의 절삭 성능의 개선 등을 제공하기 위해 장시간 혼합한다. 다른 경우에 있어서, 연마 입자는 개선된 제조방법을 제공하거나 제조할 피복 연마재의 총 비용을 감소시키기 위해 피복 연마재 제조시 혼합된다. 피복된 연마 제품에서 상이한 연마 입자의 혼합은 특정 성능 또는 다른 목적하는 결과에 다소 의존하여 다양한 제조방법에 의해 수행된다. 몇가지 경우에 있어서, 상이한 화학적 조성의 연마 입자의 배합물을 단일 입자 층에 제공한다. 별도로 상이한 연마 입자를, 분리 입자층, 예를 들어, 2개의 메이커 코우트에 제공하고 2개의 입자 코우트를 피복 연마재에 제공한다. 다른 피복 연마재는 하복부에 비교적 더 미세한 등급의 연마 입자 및 상부에 더 거친 입자를 갖는, 1개의 메이커와 2개의 연마 입자층을 가질 수 있다. 이러한 피복 연마재에 대한 선행 기술이, 예를 들면, 문헌[참조: 미합중국 특허 제3,007,560호, 제3,606,764호, 제3,891,408호, 제3,893,826호, 제4,314,827호, 제4,409,791호, 제4,741,743호, 제4,744,802호, 및 제4,800,685호]에 기술되어 있다. 그러나, 일반적으로 피복 연마재의 비용을 감소시키기 위해 상이한 조성의 연마 입자를 혼합시키는 경우, 이에 따라 성능이 다소 저하된다. 이는 특히 가공재와 접촉하고 있는 연마 입자층, 예를 들어, 연마 입자의 이중층 중 상부층이 상이한 화학적 조성의 연마 입자의 배합물인 경우이다.
노튼 캄파니에게 허여된 미합중극 특허 제3,007,560호는 셀 벽에 캡슐화된 셀 글래스의 매트릭스와 연마 그릿 입자를 포함하는 피복 연마재에 사용하기 위한 연마 응집체를 기술하고 있다. 연마 그릿은 공융합된 알루미나-지르코니아, 탄화 규소 또는 알루미나 연마 그릿 또는 이들의 배합물일 수 있다. 그러나, 일반적으로 이러한 응집체를 사용하여 수득되는 최종 제품은 단지 연마 입자만을 사용하여 통상적으로 UP 정전 피복된 연마재로부터 수득한 것만큼 우수하지 못하다.
미합중국 특허 제3,606,764호는 소결된 경질 금속 카바이드(예: 탄화텅스텐)의 입자 및 보다 경질인 재료(예: 알루미나, 지르코니아-알루미나, 천연 강옥, 탄화규소 또는 지지체에 결합된 금강사)의 입자를 포함하는 피복 연마재를 기술하고 있다. 이러한 피복 연마재는 디스크 또는 무단 벨트의 형태가 바람직하고, 특히 금속 기재, 특히 강을 연마하는데 사용된다.
본 출원의 양수인인 노튼 캄파니에게 양도된 미합중국 특허 제3,891,408호 및 제3,893,826호는 각각 연마 입자의 이중 코우트가 적용되는 피복 연마재를 기술하고 있다. 따라서, 제1메이커 코우트에서 고순도 알루미나 연마 입자의 제1층 및 제2메이커 코우트에서 알루미나-지르코니아 연마 입자의 상부층을 갖는 피복 연마재가 미합중국 특허 제3,891,408호에 기술되어 있다. A-6 강 및 304 스테인레스 강에 대해 평가할 경우, 이러한 연마 제품이 각각의 층에서 통상적인 고순도 알루미나 연마 입자만을 함유하는 이중 피복된 연마 제품보다 더 우수한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 피복 연마재 중에 다른 연마 입자를 함유하는 알루미나-지르코니아 연마 입자의 배합물은 이 특허문헌에 기술되어 있지 않다.
미합중국 특허 제3,893,826호에 있어서, 본 특허의 특허권자는 하나의 연마 입자를 형태, 조성 또는 이들 둘다가 상이한 다른 연마 입자와 혼합하는 한가지 이유는 연마 입자의 표면응력을 강화시키기 위한 것으로 기술하고 있다. 따라서, 지르코니아 함량이 보다 적은 특정 알루미나-지르코니아 연마 입자의 표면 응력을 강화시키기 위해 특허권자는 미합중국 특허 제3,891,408호에 기술된 바와 같은 이중 피복된 제품을 기술하고 있다. 다시, 융합된 알루미나 연마 입자의 층 및 알루미나-지르코니아 입자의 층을 함유하는 이중 피복된 연마 제품이 1018 고 탄소강 및 304 스테인레스 강에 대해 평가할 경우, 융합된 알루미나 연마 입자만을 함유하는 피복 연마재보다 우수한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 단일 층 중 다른 연마 입자와의 알루미나-지르코니아 연마 입자의 배합물은 기술되어 있지 않다.
1982년 2월 9일에 허여된 앞에서 기술한 미합중국 특허 제4,314,827호는 실시예 44 내지 46에서 부직포 연마 제품을 사용하는 졸-겔 처리된 알루미나와 융합된 알루미나 연마 과립의 다양한 비율의 배합물을 기술하고 1018 저온 롤링된 강에 대해 평가하고 있다. 시험결과는 모두 또는 실질적인 양의 비융합된 연마 입자를 함유하는 부직포 연마 제품이 융합된 알루미나를 50% 이상 함유하는 연마 제품에 비해 처음 2분 동안의 실시예에서 훨씬 더 많은 스토크를 제거하고 전체 8회의 실시에서 더 많은 양의 스토크를 제거함을 보여준다. 특허권자에 따르면, 융합된 알루미나는 동일시험에서 알루미나-지르코니아보다 성능이 우수하다. 졸-겔 처리된 알루미나 입자와 알루미나-지르코니아 입자의 배합물은 이 특허 문헌에 기술되어 있지 않거나 제안조차 되지 않은 것으로 여겨진다.
미합중국 특허 제4,409,791호는 가요성 지지체 위해 피복된 결합제 중에 연마 입자의 분산물을 포함하는 피복 연마재를 기술하고 있다. 적당한 연마재는 플린트, 석류석, 알루미나 또는 이의 지르코니아와의 배합물, 실리콘 카바이드, 다이아몬드 등이다. 이러한 슬러리 피복 연마재 배합물의 성능은 적어도 부분적으로는 보다 미세한 그릿 크기의 연마 입자를 사용하는 사실에 기인하여 통상적인 UP 피복 연마 입자로부터 수득한 것보다 다소 바람직하지 못한 것으로 공지되어 있다.
노튼 캄파니에게 1988 년 5월 3일에 허여된 미합중국 특허 제4,741,743호는 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자 및 연마 휠의 제조에 사용하는 공융합된 알루미나-지르코니아 연마 입자의 배합물을 기술하고 있다. 이 특허에 기술된 바와 같이 이러한 배합물로부터 제조되는 연마 휠은 이러한 단독 연마재로부터 제조되는 휠보다 중간 연마 속도에서 더 우수하게 수행한다. 뿐만 아니라 이러한 연마 입자 배합물은 접합된 연마 휠에서 다소 용도가 제한되는 것으로 밝혀졌고, 접합된 연마 용도에서 연마 입자의 성능은 이러한 연마 입자를 피복 연마재에 사용할 경우 어떤 방식으로도 예측할 수 없는 것으로 여겨진다.
피복 연마재의 제조에 사용할 수 있는 씨딩된 졸-겔 처리된 알루미나에 관한, 1988 년 5월 17일에 허여된 미합중국 특허 제4,744,802호에서, 이러한 연마 입자는 융합된 산화 알루미늄, 탄화규소, 석류석 및 융합된 알루미나-지르코니아와 같은 저가의 통상의 연마 입자와 혼합하는 것이 바람직한 것으로 기술되어 있다. 그럼에도 불구하고, 특허권자가 수많은 실시예를 기술하였으나 앞에서 기술한 졸-겔 알루미나와 다른 연마 입자를 포함하는 것외에 연마 입자 배합물의 단일 실시예를 기술하지 않는 것으로 믿어진다.
1989년 1월 31일에 허여된 미합중국 특허 제4,800,685호는 졸-겔 알루미나 연마 입자의 통상의 융합된 알루미나 연마 입자와의 배합물 및 탄화규소 입자와의 배합물을 기술하고 있다. 특허권자에 따르면, 이러한 배합물은 연마 입자를 단독으로 함유하는 휠과 비교하여 매우 특수한 용도 분야인 주철 연마시의 연마 휠에서 우수한 성능을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 이 특허문헌은 이러한 연마 배합물을 피복 연마재에 사용하기에 적당한 것으로 밝히거나 이러한 배합물을 특정 용도 분야에서 피복 연마재에서 개선된 성능을 제공할 수 있는 것으로 제안하지 않고 있다. 이러한 특허 문헌중 어느 것도 졸-겔 알루미나 연마 입자와 알루미나-지르코니아의 입자의 배합물을 기술하지 않고 있다. 실제로, 이 특허문헌에 기술된 연마 배합물은 이러한 용도에 사용되는 알루미나-지르코니아 입자만을 단독으로 포함하는 연마 휠을 더욱 경제적으로 대체하기 위하여 기술한 것으로 여겨진다.
본 출원의 양수인인 노튼 캄파니는 연마층이 융합된 알루미나 입자와 공융합된 알루미나-지르코니아 입자와의 배합물을 포함하는 피복된 연마 제품을 시판하고 있다. 일반적으로, 이러한 연마 제품은 100% 알루미나-지르코니아 입자의 피복된 연마 제품과 같은 우수한 절삭 성능이 제공되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 이러한 연마 배합물은 융합된 알루미나 입자를 단독으로 갖는 제품에 비해 성능에 있어서 품질이 향상된 피복 연마재를 제공한다. 보다 최근에는, 연마층에 졸-겔 알루미나 연마 입자와 융합된 알루미나 옥사이드 입자의 배합물을 포함하는 통상의 섬유 디스크 형태로 피복 연마재가 시판되는 것으로 보인다. 이들 피복된 연마 디스크는 몇가지 경우 이상에서, 예를 들어, 평평한 용접물의 연마에 있어서 본원의 알루미나-지르코니아 연마 입자를 단독으로 포함하는 피복 연마재보다 우수한 것으로 밝혀졌다. 이들 디스크 중의 연마 입자 배합물은 졸-겔 알루미나 연마 입자가 50중량% 이상인 것으로 나타난다. 이러한 졸-겔 알루미나 배합물 피복된 연마 제품은 미합중국 특허 제4,734,104호 및 제4,737,163호에 기술되어 있다. 이들 특허에 기술되어 있는 바와 같이, 우수한 연마 입자, 예를 들어, 지르코니아-알루미나 또는 졸-겔 처리된 알루미나 중의 하나를 융합된 알루미나와 같은 열등한 입자의 전체 등급에서 조 분획 또는 이의 적어도 일부를 대체하여 사용한다. 연마 입자는 2개의 층에 적용할 수 있고, 필요할 경우, 더욱 특히 후자의 특허에 기술된 바와 같이 조 입자를 제2층 또는 상부층에 제공할 수 있다.
1989년 5월31에 공개된 유럽 특허원 제0,318,168호에는, 소형판 형태의 졸-겔 처리된 알루미나의 연마 입자가 기술되어 있다. 이들 연마 입자 소형판은, 기술한 바에 따르면 소형판 형태의 입자인 연마 제품 중에 15중량%이상, 바람직하게는 50 내지 100중량%의 다른 물질의 연마 입자와 혼합할 수 있다.
본 발명의 목적은 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자와 알루미나-지르코니아 연마 입자와의 신규한 배합물을 포함하는 피복 연마재를 제공하는 것이다.
또다른 목적은 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자와 알루미나-지르코니아 입자와의 배합물을 단일층으로 포함하는 피복 연마재를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 연마 무기 물질 하나만을 피복시킨 연마재에서 밝혀진 성능에 비해 특정 연마 용도 분야에서 우수한 성능을 나타내는 졸 처리된 알루미나 연마 입자와 알루미나-지르코니아와의 배합물을 포함하는 피복 연마재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 각각의 개별 연마 입자의 가장 우수한 특징을 보유하는 알루미나-지르코니아 연마 입자와 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자와의 배합물을 포함하는 피복 연마재를 제공하는 것이다.
비록 이제까지 공지되어 있고, 본 발명자들이 인식하고 있으며, 특히 앞에서 기술한 선행 기술의 특허 문헌에 기술되어 있는, 연마 입자의 다양한 배합물 모두가 특정 용도에서의 우수한 성능 또는 다른 목적하는 특징을 제공하는 것으로 밝혀질 수 있었으나, 이들 중의 어떤 특허에도 본원에서 밝혀지고 기술되어 있는 본 발명을 예측하지는 못한 것으로 여겨진다. 이에 대한 한가지 이유는 졸-겔 처리된 알루미나, 알루미나-지르코니아 연마 입자 및 각각으로부터 수득한 연마 입자는 연마 입자가 매우 상이한 미세구조를 가지며 연마 입자를 상이하게 파단시키거나 파괴시키는 물질 특성을 갖기 때문이다. 더욱이 특정 용도에 있어서 입자의 응력 및 발생된 파단 형태는 적용 압력 및 특정 피복 연마 제품중에서의 연마 입자의 입자크기 분포(등급화)에 의해 영향받는다. 따라서, 특정 적용에서 과거 성능을 기초로 하여, 이러한 연마 입자의 배합물에서의 추가적인 성능을 예측할 수는 없을 것이다. 특히, 피복 연마재 중 비융합된 졸-겔 처리된 알루미나 함유 연마 입자와 융합된 알루미나-지르코니아 연마 입자와의 특정 배합물이 둘 중의 어느 하나의 연마 입자를 단독으로 사용하여 피복 연마재보다, 본원에서 후술하는 바와 같은 특정 용도에서 더욱 우수한 성능을 제공할 수 있다는 것은 예측할 수 없었던 것으로 여겨진다.
매우 유리하게, 인코넬 강의 연마를 제외하고는 이제까지 시험된 모든 용도에 있어서 직선형의 졸-겔 연마제보다 실질적으로 동일하거나 더 우수하게 수행되는 본 발명에 따라, 졸겔 처리된(비융합된) 알루미나 연마 입자와 융합된 알루미나-지르코니아 연마입자와의 배합뭉를 포함하는 피복 연마재가 제공될 수 있다.
추가적인 잇점은 본 발명에 따라, 용도 분야에서 이러한 피복 연마재와 실질적으로 동일한 성능을 나타내더라도 스테인레스 강을 제외한 알루미나-지르코니아 연마 입자만을 함유하는 피복 연마재보다 매우 탁월한 피복 연마재가 제공될 수 있다는 것이다.
비록 모든 용도에 대해 최적의 성능을나타내지 않더라도, 본 발명에 의해, 용도의 실질적인 범위 및 작동 조건을 충족시키기에 필요한 피복 연마재의 다양성을 감소시키는 경제적인 잇점을 갖는 피복 연마재가 제공되는 추가적인 잇점을 제공한다. 따라서, 광범위하게 다양한 피복 연마재의 제조에 대한 필요성이 다소 감소하여 제조업자뿐만 아니라 사용자에 의해 관리되어야 하는 재고량을 감소시키고 또한 총 비용을 감소시킨다.
본 발명에 따른 피복 연마재는 본 분야의 숙련가들에게 널리 공지된 통상의 기술에 의해 대부분 제조할 수 있다. 지지체는 피복연마재의 제조에 현재 통상적으로 사용하는 재료일 수 있다. 이는 피복 연마재에 대해 목적하는 최종 용도에 다소 의존하여, 통상의 기술에 따른 다양한 재료로 사이징되거나 아니면 예비처리 된 종이, 필름, 제직되고 스티치 결합된 천(예: 레이온, 면 드릴 및 진, 나일론 및 폴리에스테르), 천 배합물(예: 나일론 충전물 및 폴리에스테르 경사, 가황 섬유, 치수 안정한 폴리에스테르 필름 등)을 포함한다. 사용되는 경우 지지체에 대한 사이징 및 충전 물질은 충전되거나 아니면 목적하는 바와 같은 전분, 아교 또는 페놀-알데히드와 같은 수지성 물질일 수 있다.
초기 결합층 또는 메이커 코우트는 통상의 수지 재료(예: 페놀-알데히드, 에폭시 수지 등)일 수 있다. 연마 입자 층을 적용한 후, 필요할 경우, 모래 사이즈 코우트를 적용할 수 있다. 이 코우트는 전형적으로 제공되는 메이커 코우트와 같은 동일하거나 상이한 조성물일 수 있다. 예를 들어, 모래 사이즈 코우트가 열경화된 수지 재료로 이루어진 경우, 메이커 접착 코우트는 목적하는 바와 같이 아교 또는 수지 재료일 수 있다. 통상의 수지 메이커 접착제의 예는 48%의 페놀-포름 알데히드 수지 고체와 52%의 탄산칼슘 충전물을 함유하는 수용액을 포함한다.
메이커 코우트를 지지체 위에 피복시킨 후, 연마 입자를 통상의 기술, 대부분의 경우 바람직하게 정전기적 상승 추진력 또는 프로젝션에 따라 습윤성 메이커 코우트에 적용한다. 그러나 몇몇 경우에는 입자를 통상적으로 수행하는 중력 피복에 의해 적용할 수 있다. 이어서, 패놀 포름알데히드 수지성 조성물인 경우, 메이커 코우트를 제형에 따라, 예를 들어, 온도를 90분간 약 175 내지 약 235℉로 상승시켜 통상적으로 부분 경화시킬 수 있다. 이어서, 사이즈 코우트 또는 접착물을 적용하는데, 이의 예는 48%의 페놀-포름알데히드 수지와 52%의 탄산 칼슘 충전물을 함유하는 더욱 희석된 통상적인 수용액이다. 이어서, 피복 연마제를 통상적으로 가열하여 사이즈 코우트를 건조시키고 약 135분에 결쳐 약 165 내지 약 235℉로 가열하여 이 층을 부분 경화시킨다. 이어서, 피복 연마재 시트 물질을 오븐 선반으로부터 내려놓고 통상적으로 크기의 롤 속으로 롤링시킨 후, 6 내지 8시간 동안 약 225 내지 235℉에서 전형적으로 추가 경화시켜 목적하는 경도로 메이커 및 사이즈 코우트 속의 수지를 경화시킨다. 이어서, 지지체에 따라, 피복 연마재는 조절된 습도, 예를 들어, 50%의 상대습도 하에서 밤새 70℉의 조건일 수 있다. 이어서, 피복 연마재는 본 분야의 숙련가들에게 널리 공지된 통상의 기술에 따르는 다양한 연마 제품, 예를 들어, 연마 디스크, 벨트 등으로 추가 가공가능한 상태이다.
피복 연마재의 제조에 사용되는 통상의 조사 경화성(E-빔 또는 UV) 수지 및 이의 조성물을 필요할 경우, 천 마무리 층 또는 접착층 위에 또한 사용할 수 있다.
일반적으로 지지체 위의 접착 코우트의 피복을 피복 연마재 제조분야의 숙련가들에게 널리 공지된 통상의 피복법, 예를 들어, 롤 피복법, 그라비야 피복법 등에 따라 수행한다.
메이커 및 사이즈 코우트의 건조 및 경화를 피복 연마재의 제조 분야의 숙련가들에게 널리 공지된 통상의 건조 오븐 또는 다른 장치에서 수행할 수 있다. 앞에서 기술한 바와 같이, 이러한 오븐의 온도 및 체류시간은 포함된 특정 조성물에 의존하며 이러한 조건은 필요한 대로 널리 공지된 기술에 따라 제공될 수 있다.
바람직한 양태에 있어서, 본 발명에 따른 피복 연마재 중의 연마 입자는 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자와 알루미나-지르코니아 연마 입자와의 배합물을 포함한다. 시험결과는, 사용되는 연마 배합물의 졸-겔 처리된 알루미나의 비율(용적기준)이 약 15 이상, 바람직하게는 약 25 내지 75용적%인 경우, 본 발명의 피복 연마재의 개선되거나 실질적으로 동등한 성능을 제공함을 나타낸다. 그러나, 중요하게는 최적의 성능을 수득하기 위하여 졸-겔 처리된 알루미나 입자와 알루미나-지르코니아 입자의 연마성 배합물은 연마 입자 각각을 약 50%(용적을 기준) 함유하는 배합물이어야 한다. 그럼에도 불구하고, 몇몇 연마 용도에 있어서, 단일 층보다는 오히려 2층의 연마 입자가 제공될 수 있다. 이러한 이중 연마 입자층을 공지된 통상의 제조기술에 따라 제공할 수 있다. 이중 입자 층은, 필요할 경우, 통상의 방법에 따라 분할 코우트, 예를 들어, 두 입자층과 한 층의 메이커 코우트로, 또는 이중 메이커 코우트와 입자층을 가진 다른 경우로 제공될 수 있다. 이러한 피복 연마재에 있어서, 제1 연마 입자층은 앞에서 사용한 연마재, 예를 들어, 산화알루미늄, 탄화규소, 석류석 등일 수 있다. 연마 입자의 상부층, 즉 가공재와 접촉하는 층은 항상 앞에서 기술한 용적비의 본 발명에 따른 알루미나-지르코니아와 졸-겔 알루미나 입자와의 배합물일 것이다. 2층의 메이커 코우트가 사용되는 경우, 메이커 코우트 조성물은 2개의 메이커 층 모두에서 목적하는 바에 따라 동일하거나 상이할 수 있다.
바람직한 졸-겔 알루미나 연마 입자는 앞에서 기술한 미합중국 특허 제4,623,364호에서 기술한 바와 같은 씨딩된 졸-겔 알루미나 함유 연마 입자이다. 이 특허에 기술되어 있는 바와 같은 이러한 연마재는 ㎛ 이하 크기의 알파 알루미나 결정을 포함하고 경도는 16GPA 상이며 밀도는 이론치의 90%이상이다. 그럼에도 불구하고, 앞에서 기술한 특허 중의 하나에 기술된 다른 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자 또한 특정 용도에서 만족스럽게 밝혀질 수 있었다.
본 발명에서 사용하기에 적당한 알루미나-지르코니아 연마 입자는 일반적으로 앞에서 기술한 미합중국 특허 제3,181,939호에 기술되어 있다. 미합중국 특허 제3,891,408호에 따라 약 35 내지 약 50중량%, 바람직하게는 약 38 내지 약 43중량%의 지르코니아를 포함하는 알루미나-지르코니아 공융 조성물을 갖는 연마 입자가 바람직하다. 바람직한 연마재는 1차 수 평균 결정크기가 약 50㎛ 미만이고 공융 배합물의 콜로니 크기가 약 65㎛ 미만이다. 연마재 조성물 중의 산화 지르콘은 약 25% 이상, 더욱 바람직하게는 약 45%가 시작 결정 형태인 것이 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 다른 이러한 공융합된 연마 입자가 또한 특정 용도에 적당한 것으로 밝혀질 수 있다.
연마 입자는 피복 연마재의 제조에 전형적으로 사용되는 그릿 크기, 예를 들어 16 내지 400일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 통상적으로 특정 연마 용도에 있어서의 특정 그릿 크기가 다른 것보다 성능에 있어서 더욱 유효한 것으로 밝혀질 것이다. 연마 입자의 형태는 피복 연마 입자 분야의 수련가들에게 널리 공지된 보다 취약한 형태의 입자가 바람직하다.
다음의 실시예는 본 발명의 특정한 실시양태를 기술한 것이나, 이들 실시예는 본원에서 기술된 발명을 더욱 잘 설명하기 위한 것이고, 달리 한정적으로 지서하지 않는 한, 본 발명에 대해 반드시 제한하는 것으로 간주해선 안된다.
[실시예 1]
졸-겔 처리된 공정 알루미나 입자와 융합된 알루미나-지르코니아 연마 입자와의 배합물을 함유하는 피복 연마재의 제조
본 실시에에서, 표 1에 제시한 바와 같이 졸-겔 처리된 알루미나 입자(S.G.)와 알루미나-지르코니아의 연마 입자(A.Z.)와의 다양한 연마 입자 배합물을 포함하는 피복된 연마 섬유 디스크를 다양한 연마 용도에서 평가한다. 졸-겔 처리된 알루미나, 이 경우에는 씨딩된 졸-겔 연마 입자를 본원의 양수인인 노튼 캄파니에게 양도된 앞에서 기술한 미합중국 특허 제4,623,364호의 기술에 따라 수득한다. 이 특허의 전체 기술은 본원에 참조로 인용된다. 연마재는 통상의 기술에 따라 롤 연마되고 이어서 통상의 방식으로 스크리닝하여 50 그릿 연마 입자를 제공한다. 연마재는 아래의 표준 조성을 갖는다:
기타 특성: 밀도 3.89(물 Pyc), 3.88(헬륨 Pyc); 경도 20.7(GPa); 및 평균 결정 크기 0.17㎛
알루미나-지르코니아 연마재를 앞에서 기술한 미합중국 특허 제3,891,408호의 기술에 따라 수득한다. 이 실시예에서 사용하는 연마 입자를 다수의 샘플 롯트를 조합하여 수득하고, 공융 배합물 콜로니 크기가 약 65㎛미만이며, 1차 수평균 결정크기가 약 50㎛미만인 아래의 대략적인 조성을 갖는다:
제조한 굵은 덩어리의 연마재를 통상의 기술에 따라 충돌 연마시킨다. 이어서 이들 덩어리를 통상적으로 롤 연마하고 스크리닝하여 50 그릿의 연마 입자를 수득한다.
스크리닝하는 경우 연마 조성물 각각의 연마 입자가 표준 모래를 기준으로 하여[참조: ANSI(American National Standards Institute, Inc.), Publication B74.18-1984, i.e., deviation overgrade +2+10, fines +11-17] 50 그릿의 연마 입자에 대해 제시한 표준치를 충족시킨다.
이어서, 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자 및 알루미나-지르코니아의 연마 입자를 통상의 입자 혼합기에서 통상의 기술에 따라 함께 혼합하여 아래의 표 1에 기재한 목적하는 용적%의 입자 배합물을 수득한다. 피복된 연마 디스크(7 직경, 7/8 중심 개구)은 통상적인 과정, 통상적인 0.030 가황 섬유 기재 및 통상적인 탄산칼슘 충전된 레졸 페놀성 수지 메이커 코우트(48% 수지, 52% 충전물)와 사이즈 코우트(48% 수지, 52% 충전물)를 사용하여 각각 제조한다. 습윤성을 유지시키면서 연마 입자를 적용한 후 메이커 코우트 수지를 225℉에서 5시간 동안 부분 경화시킨 후 최종적으로 건조 및 경화시키고 나서 225℉에서 10시간 동안 사이즈 코우트를 적용시킨다. 경화시키면서 강제 통풍 오븐속을 1회 통과시키는 통상의 롤 피복 기술을 사용하여 피복시킨다. 수지 피복 중량(습윤성일 경우 기준)은 아래와 같다: 메이커 코우트, 15#/Rm; 및 사이즈 코우트, 23#/Rm. 림(ream; Rm)은 피복물 면적의 330ft2에 해당한다. 연마 입자를 통상의 기술에 따라 상층 프로젝션 정전기를 사용하여 피복시킨다. 시험한 다양한 디스크에 대한 연마 입자의 피복중량은 아래 표 1에 기재되어 있다.
주: 1.본 발명의 배합물 중의 각각의 연마 입자 물질%는 용적을 기준으로 한 것이다. S.G. 입자의 밀도는 3.95g/cc이고 A.Z. 입자의 밀도는 4.60g/cc이다. 따라서, S.G. 입자의 10# 샘플의 용적은 알루미나-지르코니아 입자의 10# *1.16 또는 11.6#과 동일할 것이다.
50% R.H., 70℉에서 컨디셔닝한 후 경화된 디스크를 통상적으로 0。 내지 90。 구부려 고무 롤 굴곡기를 사용하여 경질 수지 결합(메이커 및 사이즈 코우트)을 조절가능하게 균열시키고 이어서 통상의 기술에 따라 컬 보정한 후 이들을 저압(112 DsIII) 및 고압(112 Dsh, 112 Dss)에서의 둔감도(dulling)에 대한 섬유 디스크의 평가에 통상적으로 수행되는 시험에 사용한다. 일반적으로 이러한 시험은 수압 구동된 시험편 홀더쪽으로 및 홀더로부터 내부를 향해 비마찰 베아링 상에서 수평 방향으로 자유롭게 이동하는 캐리지 위에 올려진, 수평으로 배치된 모터 구동 방추 집속물에 차례로 올려놓은 중경질 고무 축적 패드 위에 연마 디스크를 올려놓음을 포함한다. 시험편 홀더를 1 x 1 x 9 3/4-1/8 각 또는 3 x 3/16 x 15 길이 평판에 적합하도록 수정하고 방추에 대해 90。 방향으로 수평하게 이동시켜 일정 거리를 일정 속력으로 전후 왕복시킨다. 조작하는 동안 안정성을 제공하는 실질적인 강판 지지체 위에 시험 장치를 올려 놓는다. 연마력은 방추 (디스크)가 올려진 이동가능한 캐리지에 부착된 도르래 시스템에 추를 매달아 적용한다. 디스크는 평행면에 대해 시험편 홀더까지 10。의 각도이다.
시험 112 DsH- 섬유 디스크를 1 x 1 x 9 3/4의 1018 또는 1020 탄소 스틸 구조 앵글(1/8)의 1/8 에지 두께로 연마하는 경우의 고압(101b 힘-50 그릿입자, 121b 힘-36 그릿 입자, 가공재에서 축적 패드에 의해 유지시킴) 둔감도 시험이다-앵글형의 가공재의 중량을 먼저 재고 이를 이어서 8 1/2 스트로크/분의 속도 및 7ft/분의 선속력으로 9 3/4인치의 거리를 전후 왕복하는 시험편 홀더위에 올려 놓는다. 연마 디스크를 3450rpm으로 구동시킨다. 연마 주기는 2분이며 앵글 시험편을 제거하여 중량 손실을 기록한다. 이어서, 이 주기가 10g/분의 최소 연마속도에 도달할 때까지 필요한 만큼 삽입된 신규한 앵글 시험편으로 반복한다. 시험을 종료시킨다. 데이터를 2분 간격당 제거된 g, 시험 종료까지의 간격수 및 평가하는 디스크에 의해 제거된 총 절삭량(g)으로 기록한다. 이 시험결과를 대조용 디스크의 %로서 통상적으로 기재하고 위와 같이 기록한다.
시험 112 Dss - 이 시험은 견본이 탄소강 앵글 대신 304 스테인레스 강 앵글이고 연마간격이 1분이며 시험종료를 10개 구간으로 하여 실험 112 DSH와 동일하게 한다. 또한, 연마력은 50 그릿 디스크에 대해 71b이고 36그릿 디스크에 대해 101b이다.
시험 112DsIII - 이 시험은 저압 시험(101b 힘)으로 시험편이 3 x 3/16 x 15 길이의 냉간연신된 탄소강판이며 이를 섬유 디스크가 판의 면을 3로 연마하도록 마운트에 적용시켜 시험 112 DSH와 유사하게 한다. 연마 간격은 1분이고, 시험은 절삭 속도가 3g/분일 때 종료된다.
앞의 표 2의 데이터는 매우 놀랍게도 1020 탄소강(고압 시험)에 대해 알루미나-지르코니아 연마 입자 50용적%와 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자 50용적%의 연마 입자 배합물이 본원에서 알루미나-지르코니아 연마 입자만을 함유하는 대조용 디스크 중의 192%를 절삭하는 것으로 보여준다. 대조용 디스크를 기준으로 하여, 절삭을 50% 이하 수준으로 연마 배합물중 졸-겔 입자의 양이 증가함에 따라 증가시키고 이후 감소시킨다. 50/50 수준에서, 그러나, 총 절삭은 연마 입자 자체만을 함유하는 디스크의 절삭보다 대단히 더 크다. 또한 연마 배합물이 75% 졸-겔 입자만을 함유하는 경우에서도 절삭 성능은 디스크가 100% 졸-겔 연마 입자일 경우와 거의 동일하다.
저압 시험(112 DsIII)의 경우에 있어서, 절삭 결과는 연마 입자 배합물이 50/50이거나 디스크 중의 연마 입자가 100% 졸-겔 연마 입자인 경우와 거의 동일한 것으로 보여진다. 그럼에도 불구하고, 연마 배합물이 단지 졸-겔 연마 입자 약 25용적%일 경우 총 절삭은 섬유 디스크가 단지 알루미나-지르코니아 연마 입자인 경우보다 상당히 크다.
그러나, 스테인레스 강(112 Dss-고압시험)에 대한 절삭 성능은 연마 배합물이 사용되거나 섬유 디스크가 지르코니아 알루미나 입자만을 함유하는 경우와 거의 동일한 것으로 보여진다. 그러나, 일반적으로 졸-겔 알루미나 입자만을 함유하는 피복 연마재의 성능은 알루미나-지르코니아 입자에 비해 스테인레스 강을 연마하는 경우에 더욱 낮은 것으로 밝혀졌다.
따라서, 위의 결과를 기초로 하여, 졸-겔 알루미나 입자가 종래 이러한 연마 입자와 알루미나-지르코니아의 연마 입자와의 배합물 대신 사용하여 가장 최적의 성능을 나타내고, 동등 이상의 성능에 도달하며 몇몇 경우에는 훨씬 더 우수한 성능에 도달하는 특정 용도에 있어서 피복 연마재를 제조할 수 있다. 이러한 경우, 이러한 우수한 졸-겔 연마 입자를 함유하는 피복된 연마 제품의 제조에 대한 총 비용이 몇몇 경우에 있어서 성능이 실질적으로 저하되지 않고도 상당히 감소할 수 있다. 또한 알루미나-지르코니아 연마 입자가 종래 가장 효과적인 것으로 밝혀진 피복 연마재 입자 용도에 있어서, 이러한 입자와 졸-겔 처리된 알루미나 입자와의 연마 배합물의 사용은 훨씬 더 우수한 성능을 제공할 것이다. 현재 졸-겔 연마 입자만을 함유하는 피복 연마재가 알루미나-지르코니아 입자만을 함유하는 연마재 보다 더 고가이므로, 피복 연마재 제조시 두 연마 입자의 혼합은 졸-겔 연마입자 또는 알루미나-지르코니아를 단독으로 함유하는 것보다 비용 및 성능에서 더욱 효과적인 피복 연마재를 제공할 것이다.
[실시예 2]
36 그릿 졸-겔 알루미나와 알루미나-지르코니아 연마 입자의 배합물을 함유하는 피복 연마재
섬유 디스크는 그릿 크기가 36인 연마 입자를 사용하여 실시예 1과 같이 제조한다. 등급은 36 그릿에 대해 앞에서 언급한 표준치, 예를 들어, 초과 등급 편차+2+10, 미세도 +14-14를 충족한다. 위와 같이 수행한 시험결과는 아래 표 3에 기재되어 있다.
실시예 1과 같이, 이 데이터는 졸-겔 처리된 알루미나 및 알루미나-지르코니아 연마 입자의 50/50 배합물(용적을 기준)이, 혼합된 입자 중의 단지 하나만을 함유하는 피복된 연마 디스크와 비교할 경우, 1020 강에 대한 총 절삭에서 개선된 성능을 제공함을 보여준다.
50/50 배합물이 사용되는 경우 스테인레스 강의 절삭에 대한 성능이 혼합된 연마 입자중 하나만을 사용하는 경우와 실질적으로 동등한 것으로 보여진다. 그러나, 매우 놀랍게도 36 그릿 연마 입자를 사용한 저압 시험을 실시예 1의 결과에 확실하게 부합하지 않는다. 이 실시예에서 시험 데이터는 앞에서와 같이 알루미나-지르코니아 입자를 단독으로 사용하는 경우에 비해 50/50 배합물을 사용하여 개선된 성능을 보여준다.
그럼에도 불구하고, 이에 대해 졸-겔 연마 입자만을 갖는 섬유 디스크보다 이러한 배합물의 성능이 상당히 저하된 것으로 보여진다. 그러나, 이러한 피복 연마재가 이의 우수한 성능으로 인해 알루미나-지르코니아 연마재가 종래 사용되었던 몇가지 용도에 있어서 경제적으로 대체된다.
[실시예 3]
연마 입자 배합물을 함유하는 상부층을 갖는 이중 연마 입자층을 갖는 피복 연마재의 평가
이 실시예에서 평가하는 피복 연마재는 소위 연마재가 연마 입자의 두 층을 갖고, 피복 연마재에서 목적하는 연마 입자의 중량이 제1 또는 저부층에 40%, 상부층에 60%인 두 층으로 분할된 분할 코우트이다. 그러나, 피복 연마재는 하나의 메이커 코우트만을 갖는다.
졸-겔 처리된 알루미나의 연마 입자는 실시예 1에서 기술한 바와 같은 전형적인 조성물과 특징을 갖는다. 알루미나-지르코니아 입자의 조성물은 필수적으로 잔류 성분이 동일한 양으로 유지되면서 실시예 1의 조성물에 비해 상응하는 산화 알루미늄의 양이 보다 적은 약 42 내지 43%의 산화지르콘이다. 이러한 입자 조성물 중 산화지르콘은 사각형태로 약 55% 이상이다. 36 및 50 그릿 크기의 연마 입자 배합물은, 둘 다 사용한 피복 연마재가 배합물에서 사용한 연마 입자와 동일한 조성물의 졸-겔 처리된 알루미나의 입자만을 함유하는 것 이외에는, 포함된 특정 그릿 크기로 유사하게 제조하는 피복 연마재에 대해 표 3에 기재한 성능 결과와 함께 아래의 시험으로 평가한다. 각각의 경우 연마 입자는 앞에서 기술한 표준치를 충족시키는 등급이다. 연마 입자의 혼합은 통상의 입자 혼합기에서 입자를 혼합시켜 수득된다.
각각의 경우, 피복 연마재는 약 43.6%의 패놀-포름알데히드 수지, 약 54.5%의 탄산칼슘, 약 1.6%의 물 및 약 0.25%의 실란을 포함하는 약 75% 고체를 갖는 통상의 탄산칼슘 충전된 레놀 페놀성 메이커 조성물을 통상의 기술에 의해 통상의 제직된 폴리에스테르 지지체 위에 피복시켜 제조하여 사포 메이커의 림(실시예 1에서 기술한 바와 같은 Rm) 당 약 191b(281b-36그릿)의 부가 중량을 제공한다. 이후, 통상의 고순도 갈색 산화알루미늄(36그릿-23.81b/Rm, 50그릿-16.21b/Rm)의 제1 층은 메이커 코우트가 습윤서을 유지하는 동안 각각의 메이커 피복된 기재에 통상의 기술에 의해 중력 코우트를 적용시킨다. 이어서, 대략적인 양(36그릿-35.71b/Rm; 50그릿-24.41b/Rm)으로 통상적인 상부 추진 정전기 기술에 의해 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자와 알루미나-지르코니아 입자의 50/50 배합물(용적을 기준)을 적용시킨다. 대조용 연마재에 있어서, 졸-겔 알루미나 연마 입자만을 상부층(36그릿-35.71b/Rm; 50그릿-24.41b/Rm)에 적용시킨다.
이어서, 메이커 코우트를 각각의 경우 건조시키고 약 175에서 약 235℉로 증가하는 온도에서 약 90분에 걸쳐 통상의 기술에 따라 각각의 피복된 물질을 통상적으로 가열하여 부분경화시킨다. 다음에 통상의 크리올라이트(Cryolite) 충전된 레졸 페놀성 사이즈 코우트 조성물을 각각의 연마 입자층에 용도시키고, 이러한 조성물은, 50그릿 입자인 경우, 조작자의 시각적인 전문지식을 기초로하여, 사포 메이커의 Rm당 약 28 내지 361b의 양으로 약 39.1%의 페놀-포름알데히드 수지, 48.4%의 크리올라이트, 10.2%의 물, 2.0%의 착색 염료 및 0.25%의 오가노실란을 포함하는 약 75% 고체를 포함한다. 36그릿 연마재의 경우, 사이즈 코우트 조성물은 고체를 기준으로 하여 약 40.5%의 페놀포름알데히드, 50.1%의 크리올라이트 충전물, 7%의 물, 2.0%의 착색염료 및 0.25%의 오가노실란 접착 촉진제를 포함한다. 이어서, 각각의 경우 피복 연마재를 통상의 기술에 의해 약 165 내지 235℉의 온도에서 135분에 걸쳐 건조시키고 사이즈 코우트를 부분경화시킨다. 이후, 피복 연마재 롤 링인취하고 235℉에서 12시간 동안 통상의 방법으로 가열하여 추가 경화시킨다.
따라서, 본 발명에 따른 피복 연마재는, 통상의 알루미나 입자의 제1연마층이 총 입자 중량의 약 50%이고 제2 또는 상부 연마 입자층은 50용적%의 졸-겔 처리된 알루미나 입자와 50용적%의 통상의 알루미나-지르코니아 입자로 이루어진 배합물로 제공된다. 결과적으로 피복 연마재 중의 연마 무기물질은 약 30용적%의 더욱 고가의 졸-겔 연마 입자만을 함유한다.
이어서, 위에서 제조한 연마재를 통상의 기술에 따라 연마 벨트로 전환시킨다. 연마 벨트를 이어서 표 4의 아래에서 기술한 시험으로 평가한다. 결과는 표에 기재되어 있다.
고강도 플런지 연마 시험:
SETCO/KLK- 이 시험장치는 50HP 전기적 구동력에 의해 구동되는 직경 24의 우레탄 피복된 90 두로미터(Duroweter) 쇼어 A 배업 휠이 장착된 SETCO 플로어 라트 벨트 연마기(SETCO Floor Lathe Belt Grinding Machine)로 구성된다. 휠 속력은 906rpm으로 벨트 속력 5700SFPM이 된다. 벨트 크기는 3x132이다.
특정 고정물을 지지용 백업 휠의 정면에 직접 올려 놓고 피복된 연마 벨트에 시험 바아를 적용시킨다. 1 x 1 x 36 금속 시험바아는 기압을 4 보아(bore) 기압 실린더에, 용도시킬 경우 바아의 1 제곱 면적을 피복된 연마벨트의 표면으로 플는지시키는 유형으로 고정물에 집속시킨다. 자동 타이머를 3초간 가압시키고 30초의 냉각 시간동안 시험 바아를 회수하고 재가압시킨다. 시험을 통상적으로 30주기로 또는 분당 10g의 최소 절삭 속도에 도달할때까지 수행한다. 이러한 평가를 위해, 2001b 힘을 시험 바아에 적용시킨다. 시험 바아는 표 4에서 지정한 바와 같이 4141 강 및 304 스테인레스 강이다.
시험 장치에서 연마 주기 동안 제거된 금속 양 및 소모된 HP 양을 판독하고 기록한다.
수행한 시험에서 100% 졸-겔 연마 입자의 피복된 연마 벨트를 위의 과정을 사용하여 시험하고 대조용으로 사용한다. 이어서, 시험을 50/50 배합물 벨트를 사용하여 반복한다. 결과는 대조용의 %로 표에 기재되어 있다.
122Ds 플런지 연마 시험-이 시험은 중간 압력 범위하에서 플런지 연마 구조로 피복된 연마 벨트의 연마 성능을 평가하도록 고안되어 있다. 시험 과정은 위에서 기술한 바와 기본적으로 동일하다.
사용하는 장치는 길이가 2 1/2 x 60인 접착 연마 벨트를 사용하도록 변형된 SETCO 플로어 라트 벨트 연마기로 구성되어 있다. 직경 7의 고체 우레탄 피복된 90 두로미터 쇼어 A 백업 휠은 벨트 속력 5000 SFPM에서 다양한 속력 25HP 전기적 구동력에 의해 구동된다.
특정 고정물을 지지용 백업 휠의 정면에 직접 올려놓고 피복 연마재 분야의 숙련가들에게 공지된 플런지 연마 구조로 피복된 연마 벨트중으로 시험 바아의 1 제곱면적을 용도한다. 힘은 한 세트의 적용된 기계적 중량에 의해 발생되고 자동적으로 제거되어 3초 연마 및 30초 냉각 주기를 수득한다. 각각의 연마 주기 및 총 주기 회수의 작동중에 제거된 금속 양을 기록한다. 시험을 10g/분의 주기 속도당 절삭이 달성되는 경우 종료한다.
이 평가를 위해 80lb 중량의 추를 적용한다. 시험바아는 1018 강이다. 결과는 대조용의 %로 기재되어 있다.
통상의 벨트 시험:
시험 과정 102D는 통상의 연마 구조로 피복된 연마 벨트에 대해 평가하는 둔감도/수명 성능이다.
장치는 배열된 마찰력없는 베아링 상에 올려진, 캐리지 집합체로 구성되어 부착된 기계적 중량의 힘을 적용할 경우 수평 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다. 이러한 캐리지에 3/8 A 랜드 및 홈을 가진 톱니 모양의 직경 7의 우레탄 피복된 55 두로미터 쇼어 A 백업 휠을 지지하는 모터 구동되는 수직으로 올려진 방추 및 플로어에 평행하게 수평으로 올려진 2 1/2 x 60 피복된 연마 벨트에 적합한 구조의 취출 단위를 올려 놓는다.
이 구조에서 길이 1/2 x 3 x 9 3/4의 금속 시험 바아를 조정 시간 동안 통상의 전후 연마 방법으로 1/2 면을 따라 연마시킨다. 시험 바아를 냉각시키고 연마 주기 동안 제거된 금속 양을 기록하고 주기를 반복한다.
1/2면이 연마 벨트에 존재하도록 시험 바아를 지지하는 진동 고정물에 금속 시험 바아를 올려놓는다. 고정물은 분당 7ft의 속도로 진동한다. 벨트 속력은 5000 SFPM 이다.
이 시험 과정에 있어서, 연마 시간은 2분이고 시험 금속은 4140 강 및 304 스테인레스 강이다. 벨트에 적용한 힘의 양은 36 그릿 벨트에 대해 15# 이고 50그릿 벨트에 대해 12#이다. 금속 시험 바아는 진동하는 고정물로 집속시키고, 대조용 벨트를 수평 캐리지에 올려놓고 시험을 개시한다. 기계적 중량은 수평 캐리지를 정면으로 이동시켜 타이머가 자동적으로 시험 바아로부터 벨트를 회수할 경우 시험 바아를 2분간 수평적으로 전후 이동시키는 동안 피복된 연마 벨트를 시험 바아의 1/2면과 접촉시킨다. 바아를 제거하고 중량 손실을 기록한다. 사이클을 10g/분의 주기 속도당 절삭이 도달될때까지(또는 스테인레스강의 경우에는 10 내지 2분 주기가 완료될 때까지)반복한다.
이어서, 샘플 벨트를 동일 과정을 사용하여 시험하고 절삭 결과를 대조용의 %로서 기록한다.
위의 표에서 성능 데이터에 의해 보여진 바와 같이, 50/50 용적 비의 졸-겔 알루미나 연마 입자와 알루미나-지르코니아 입자의 연마 배합물을 갖는 분할 코우트 피복 연마재는 100% 졸-겔 입자 벨트보다 몇몇 경우 실질적으로 더 우수한 성능을 갖는다. 예를 들어, 50 그릿 입자 경우 1018 강 상 시험에서 모든 졸-겔 입자 벨트에 비해 절삭에서 실질적으로 개선된다. 위의 결과는 특히 스테인레스 강 위의 36그릿에서 상당히 개선됨을 보인다.
따라서, 본원에서 위와같은 다양한 실시에에 의해 입증되는 바와 같이 알루미나-지르코니아 연마 입자와 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자를 혼합하여 특정 용도에서 각각 피복 연마 입자보다 매우 우수한 피복 연마재를 제공한다. 또한 다른 특정 용도에서 혼합된 연마 입자가 각각의 분리 무기물질의 가장 우수한 특징을 포함하는 피복 연마재를 초래한다.
이들 시험결과로서, 피복 연마재가 종래 졸-겔 알루미나 입자만을 함유하는 피복 연마재에서만 최적의 성능이 입증된 많은 용도에서 사용하기에 적당한 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자와 알루미나-지르코니아 연마 입자와의 배합물을 갖도록 제공될 수 있는 것으로 보인다. 이러한 발견은 직선 졸-겔 알루미나 연마 입자의 물질과 유사하게 피복 연마재 중의 연마 입자 비용이 상당히 감소된다.
위와 같은 설명은 이해의 명백성만을 위해 주어졌고 이로부터 이해를 불필요하게 제한하지 않는다. 본 발명은 다음의 특허청구범위에 기술한 바와 같은 본 발명의 취지 및 범주에서 벗어나지 않고 본 분야의 숙련가들에게 있어서 명백한 수정 및 변형에 대한 상세한 설명을 제한하지 않는다.

Claims (12)

  1. 지지체(A)와, 하나 이상의 메이커 코우트(maker coat) 층(a), 메이커 코우트에 의해 지지체에 접착되며 약 15 내지 약 75용적%의 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자와 약 25 내지 약 85용적%의 알루미나-지르코니아 연마 입자와의 배합물을 포함하는 하나 이상의 연마 입자층(b) 및 하나 이상의 연마 입자 층의 최상부에 제공된 사이즈 코우트(size coat)(c)를 포함하며 지지체에 접착 피복된 연마재 층(B)을 포함하는 피복 연마재.
  2. 제1항에 있어서, 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자가 씨딩된(seeded) 졸-겔 조성물인 피복 연마재.
  3. 제1항에 있어서, 알루미나-지르코니아 연마 입자가 약 35 내지 약 50%의 산화지르콘을 포함하는 실제적인 공융 조성물을 포함하는 연마 조성물인 피복 연마재.
  4. 제1항에 있어서, 피복 연마재 층이 단일 연마 입자층을 갖는 피복 연마재.
  5. 제4항에 있어서, 연마 입자층이 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자와 알루미나-지르코니아 연마 입자와의 배합물이고, 배합물 중의 연마 입자가 약 50/50의 용적비로 존재하는 피복 연마재.
  6. 제5항에 있어서, 졸-겔 알루미나 입자가 씨딩된 졸-겔 조성물인 피복 연마재.
  7. 제6항에 있어서, 배합물 중의 연마 입자의 그릿 크기가 50인 피복 연마재.
  8. 제1항에 있어서, 하나 이상의 연마 입자층이 제1연마 입자 층과 당해 제1층의 최상부에 제공된 제2연마 입자층을 포함하고, 이들 연마 입자층 둘다가 메이커 코우트에 의해 지지체에 접착되고, 사이즈 코우트가 제2 연마 입자층위에 도포되며, 제2연마 입자층이, 졸-겔 처리된 알루미나 입자와, 졸-겔 연마 입자를 기준으로 하여 15용적% 이상의 양으로 존재하는 알루미나-지르코니아 연마 입자와의 배합물을 포함하는 피복 연마재.
  9. 제8항에 있어서, 제1 연마 입자 층이 융합된 알루미나인 피복 연마재.
  10. 제9항에 있어서, 각각의 층내의 연마 입자가, 그릿 크기가 36인 피복 연마재.
  11. 약 15 내지 약 75용적%의 졸-겔 처리된 알루미나 연마 입자와 약 25 내지 약 85용적%의 융합된 알루미나-지르코니아 조성물의 입자를 포함하는 배합물로 된, 지지체에 접착된 연마 입자층을 포함하는 고압 연마 용도에 특히 접합한 피복 연마재.
  12. 제11항에 있어서, 졸-겔 연마 입자가 씨딩된 겔 조성물이고 알루미나-지르코니아 연마 입자가 공융 조성물을 포함하는 조성물이고 연마 입자가 50/50 용적비로 존재하는 피복 연마재.
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