KR100612164B1 - 연마 제품의 제조 방법 및 연마 제품 - Google Patents

Abstract

연마 제품 금형의 적어도 일부에 유효량의 연마 입자(26)을 제공하는 단계, 및 연마 제품 금형에 2종 이상의 상호 작용 성분을 포함하는 결합제 전구체 매트릭스(28)을 제공하는 단계를 포함하는 연마 제품(10)의 제조 방법으로서 반응 사출 성형이 활용된다. 결합제 전구체 매트릭스(28)가 경화되는 경우, 연마 입자(26)이 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 결합제 내에 고정된다. 연마 제품(10)은 증가된 양의 연마 입자를 포함하며, 결합제(28) 대 연마 입자(26)의 중량비가 약 1:3 이상인 다수의 솔모(18)을 포함한다.

연마 제품, 결합제 전구체 매트릭스, 반응 사출 성형, 연마 입자, 솔모, 연마 솔, 상호 작용 성분, 연마 제품 금형

Description

연마 제품의 제조 방법 및 연마 제품 {Method for Making an Abrasive Article and Abrasive Articles Thereof}

본 발명은 결합제 및 다수의 연마 입자를 포함하는, 연마 솔과 같은 연마 제품, 및 반응 사출 성형에 의해 상기 연마 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

솔은 매우 다양한 기재를 광택을 내고, 세척하며, 연마하기 위해 오랫동안 사용되어 왔다. 이들 솔 제품은 전형적으로 기재와 접촉하는 다수의 솔모 (bristle)를 갖는다. 연마능을 증가시키기 위해 솔모에 연마 입자를 첨가할 수 있다. 연마 입자를 함유하는 솔모를 갖는 통상의 연마 솔을 제작하기 위해서는 많은 제작 단계가 필요하다. 연마 입자의 혼합물 및 열가소성 결합제를 혼합한 다음, 압출시켜 솔모를 형성할 수 있다. 이어서, 솔모를 원하는 길이로 절단한다. 이어서, 다수의 이러한 솔모를 기계적으로 결합시켜 솔 단편을 형성한다. 이어서, 다수의 이들 솔 단편을 허브(hub) 또는 평판에 장치하여 솔을 형성할 수 있다.

그러한 솔의 한 예는 미국 특허 제 5,045,091호 (에이브래햄슨(Abrahamson) 등)에 기재되어 있다. 에이브래햄슨 등의 문헌에서는, 다수의 연마 솔모를 함께 기계적으로 죄고, 뿌리(root) 시스템을 장치하여 솔 단편을 형성한다. 다수의 이들 솔 단편을 회전 허브에 장치한다. 솔모를 다른 배열로 허브 상에 기계적으로 장착하여 솔 단편을 형성하기 위한 방법이 미국 특허 제 5,233,719호 (영(Young) 등)에 개시되어 있다. 영 등의 문헌은 예를 들면, 중합체성 수지에 의해 기재의 한 면에 장착된 솔모의 카펫, 및 회전 허브와 접속하기 위해 기재의 반대 면으로부터 신장되어 있는 뿌리 시스템을 갖는 기재를 포함하는 솔 단편을 교시하였다. 미국 특허 제 5,400,458호 (램보섹(Rambosek))에서는 중합체성 기부 부분에 묻힌 다수의 솔을 갖는 솔 단편을 교시하였다. 단편을 허브에 부착시키기 위한 뿌리 수단은 기부와 일체형으로 성형될 수 있다.

미국 특허 제 5,233,794호 (키쿠타니(Kikutani) 등)에서는 축(shaft)과 일체형으로 형성된 회전 팁(tip)을 갖는 회전 기구를 개시하였다. 회전 기구는 연마 수단으로서 높은 경도를 갖는 무기 장섬유를 50 부피% 내지 81 부피%의 양으로 포함하는 열경화성 수지로 형성된다. 무기 장섬유는 직경이 3 ㎛ 내지 30 ㎛ 범위일 수 있다. 키쿠타니 등의 문헌의 실시태양 중 하나에서, 회전 팁은 팁으로부터 신장되어 있는 솔의 솔모에 상응하는 부재를 갖는 칼럼 또는 원통으로서 형성된다.

미국 특허 제 5,152,917호 및 제 5,304,223호 (피이퍼(Pieper) 등)에서는 백킹(backing)에 결합된 정밀 성형된 연마 복합재를 포함하는 코팅된 연마 제품을 교시하였다. 연마 복합재는 결합제 및 연마 입자를 포함한다. 정밀 성형된 복합재는 예를 들면, 피라미드형, 톱니홈형, 또는 선형홈형일 수 있다. 인접하는 복합재 형태에서 상응하는 지점 사이의 최대 거리는 1㎜ 미만일 수 있다. 피이퍼 등의 코팅된 연마제는 예를 들면, 하기의 일반 절차에 따라 제조될 수 있다. 첫째, 연마 그레인 및 결합제를 포함하는 슬러리를 생산 기구에 도입시킨다. 둘째, 백킹을 생산 기구의 외부 표면에 도입시켜, 슬러리가 백킹의 전면(前面)을 적시도록 한다. 셋째, 결합제를 적어도 부분적으로 경화시킨다. 넷째, 생산 기구를 백킹으로부터 제거한다.

미국 특허 제 5,174,795호 및 제 5,232,470호 (위안드(Wiand))에서는 그로부터 신장된 다수의 돌출을 갖는 시이트부를 포함하는 평면 연마 제품을 교시하였다. 연마 입자를 제품을 형성하는 성형가능한 물질에 전체적으로 균일하게 분산시킨다. 위안드의 문헌에는 백킹으로부터 1.6 ㎜(0.063 in) 신장된 3.2 ㎜(0.125 in) 직경의 짧은 돌출을 갖는 하나의 실시태양, 및 백킹으로부터 1.3 내지 1.5 ㎜(0.05 내지 0.06 in) 신장된 1.3 ㎜(0.05 in) 직경의 짧은 돌출을 갖는 다른 실시태양을 교시하였다.

영국 특허 출원 제 2,043,501호 (도킨스(Dawkins))에서는 안과용 작업편을 광택을 내기 위한 연마 제품을 개시하였다. 연마 제품은 연마 그레인 및 열가소성 결합제의 혼합물을 사출 성형하여, 그의 단부가 작동성 연마 표면으로서 작용하는 다수의 직립 돌기를 갖는 가요성 백킹을 포함하는 연마 제품을 형성함으로써 제작된다.

미국 특허 제 5,427,595호 (필(Pihl) 등)에서는 그의 길이 전체에 연속면을 갖고 제 1 경화 유기 중합체성 물질을 포함하는 제 1 긴 필라멘트 성분, 및 연속면을 따라 제 1 긴 필라멘트 성분과 접착식으로 접촉하는 용융 융합하는 제 2 경화 유기 중합체성 물질을 포함하는, 제 1 긴 필라멘트 성분과 동시에 종결하는 제 2 긴 필라멘트 성분을 포함하는 압출된 연마 필라멘트를 개시하였다. 제 2 경화 유기 중합체성 물질은 제 1 경화 유기 중합체성 물질과 동일하거나 상이할 수 있다. 제 1 및 제 2 경화 유기 중합체성 물질 중 적어도 하나는 내부에 접착된 연마 입자를 갖는 열가소성 엘라스토머를 포함한다. 높은 회전 속도로 회전하도록 개조된 허브와 같은 기재에 장착된 적어도 하나의 연마 필라멘트로 이루어지는 연마 제품을 또한 개시하였다.

또한 "나일론"으로 공지된 폴리아미드 필라멘트는 천연 필라멘트에 대한 합성 대체품으로 1950년대 후반에 개발되었다. 대략 이 시점에, 연마 입자를 필라멘트 형태의 나일론 매트릭스 중에 균일하게 분산시키기 위한 압출 공정이 개발되었다 (미국 특허 제 3,522,342호 및 제 3,947,169호). 폴리아미드 연마 필라멘트에 관한 고찰은 와츠(Watts, J.H.)에 의해 문헌["Abrasive Monofilaments-Critical Factors that Affect Brush Tool Performance", Society of Manufacturing Engineers Technical Paper, 1988, 1988년 3월 21-24일에 개최된 WESTEC Conference에서 저자에 의한 발표 형태]에서 제공되었다. 통상의 무기 연마 입자를 그러한 폴리아미드 필라멘트에서 사용하는 것은 공지되어 있다. 와츠의 문헌에 의해 설명된 바와 같이, 이러한 유형의 필라멘트가 마모함에 따라, 새로운 연마 입자가 노출된다. 따라서, 다수의 이들 필라멘트를 사용하여 제조된 연마 필라멘트 솔 기구는 사용 중에 재생된다. 많은 목적을 위해서 적합하기는 하지만, 다양한 폴리아미드는 특성상 한계가 있어, 연마 필라멘트의 특정 용도에 대해 최적으로 사용되지는 않는다.

미국 특허 제 5,460,883호 (바버(Barber, Jr.) 등)에서는 폴리아미드의 한계를 극복하거나 감소시키기 위해 연마 필라멘트 중에 열가소성 엘라스토머를 사용하 는 것을 기재하였다.

연마 솔 또는 필라멘트는 1996년 10월 31일에 공개된 국제 특허 공보 WO96/33638 (존슨(Johnson) 등)에 기재되었다. 존슨 등의 문헌에는 성형가능한 중합체를 솔, 솔 단편 및 필라멘트에 이용할 수 있다고 기록하였다. 바람직하게는, 성형가능한 중합체는 성형시킬 수 있는, 즉 열 하에 변형시켜 목적하는 형태를 만들 수 있는 유기 결합제 물질이다. 존슨 등의 문헌은, 바람직한 성형가능한 중합체는 열가소성 중합체, 열경화성 중합체, 열가소성 엘라스토머, 및 그들의 혼합물일 수 있다고 교시하였다. 존슨 등의 문헌은 또한 열가소성 엘라스토머를 사출 성형, 압출, 취입 성형 등과 같은 공정에 이용할 수 있다고 교시하였다. 존슨 등의 문헌에서 교시된 바와 같이, 사출 성형은 나사 주입기의 제 1 면 또는 후면으로 혼합물이 공급되는 호퍼(hopper)에 성형가능한 중합체 및 임의로 연마 입자를 포함하는 펠렛의 혼합물을 넣음으로써 이루어진다. 다음, 연화된 혼합물을 금형으로 통과시키며, 이 때 나사 주입기는 혼합물을 용융시키기 위해 가열된 배럴을 포함하고, 배럴 내부의 회전 나사는 금형 내로 혼합물을 추진시킨다. 따라서, 존슨 등의 문헌에 기재된 바와 같이, 사출 성형은 나사 주입기에 이어서 금형으로 공급되는 성형가능한 중합체의 단일 공급원을 이용한다.

<발명의 개요>

제작하기가 용이하고 신속하며 저렴한, 연마 솔과 같은 연마 제품을 제공할 필요가 있다. 이렇게 제작된 연마 제품은 바람직하게는 적합한 내구성 및 연마 특성을 제공한다. 또한, 작업편 표면을 손상시키지 않으면서 작업편 표면으로부터 효과적으로 이물질을 제거할 수 있거나 또는 작업편 표면에 원하는 미세한 마감(finish)을 제공할 수 있는 연마 입자를 갖는 연마 솔을 제공할 필요가 있다.

본 발명의 한 측면은 용이하고 신속하고 저렴하며, 충분히 내구성이며 허용가능한 연마 특성을 갖는 적합한 연마 제품을 제공하는 연마 제품의 제조 방법이다. 바람직하게는, 연마 제품의 제조 방법은 다수의 솔모 단편 부분을 포함하는 연마 제품 금형의 적어도 일부에 유효량의 연마 입자를 제공하는 단계, 연마 제품 금형에 결합제 전구체 매트릭스를 제공하며, 이 때 결합제 전구체 매트릭스는 결합제를 형성할 수 있는 2종 이상의 상호 작용 성분, 예를 들어 폴리우레탄/우레아 결합제 및 에폭시 결합제로 이루어진 군으로부터 선택되는 성분을 포함하는 단계, 및 결합제 전구체 매트릭스를 연마 입자가 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 결합제 내에 고정되도록 연마 제품 금형내에서 경화시키는 단계를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 반응 사출 성형 또는 RIM을 포함한다.

"유효량의 연마 입자"는 생성된 연마솔이 작업편 표면에 손상을 주지 않으면서 작업편 표면으로부터 이물질을 효율적으로 제거하거나 작업편 표면에 목적하는 마감을 제공할 수 있도록 연마 제품의 제조 방법시 가해진 연마 입자의 양을 가리킨다.

"RIM"은 1종 이상, 바람직하게는 2종 이상의 화학 성분을 혼합하고 반응시켜 고체 구조물을 형성하는 것을 포함하는 제조 방법에 관련된 반응 사출 성형을 가리킨다. 바람직하게는, 2종 이상의 화학 성분이 상호 반응 액체 성분으로서 제공된다. 또한, 본원 명세서에 사용되는 "RIM"은 RRIM 및 SRIM을 가리키며 이들을 포함 한다. "RRIM"은 일반적으로 통상 충전제가 1종 이상의 상호 작용적 화학 성분에 첨가되는 강화된 반응 사출 성형을 가리킨다. 충전제는 일반적으로 분쇄된 유리, 세단된 유리 및 박편 유리와 같은 재료를 포함한다. "SRIM"은 일반적으로 통상 금형내에 유리 섬유 예비 형성체와 같은 강화재를 포함하며 이 금형에서 화학 성분이 주입되어 예비 형성체 주위에서 고화되는 구조적 반응 사출 성형을 가리킨다.

"상호 작용"은 결합제 전구체 매트릭스의 성분들이 성분들의 가교 및(또는) 사슬 연장을 초래할 수 있는 공유 결합, 수소 결합, 이온 결합, 반데르 발스 힘 등과 같은 메카니즘을 서로 경험하는 것을 의미한다.

"경화 시간"은 매트릭스의 물리적 성질이 비가역적으로 변화하여 결합제를 형성하도록 결합제 전구체 매트릭스의 성분들 사이에 일어나는 상호 작용의 완료에 요구되는 시간을 가리킨다. 예를 들어, 결합제 전구체 매트릭스의 물리적 상태는 또다른 상태로, 예를 들어 실질적으로 액상 상태에서 실질적으로 고상 상태로 변화되어 결합제를 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 2종 이상의 상호 작용 성분들의 각각을 개별적으로 혼합기에 제공한 후 결합제 전구체 매트릭스를 연마 제품 금형에 제공함으로써 결합제 전구체 매트릭스를 연마 제품 금형에 제공하는 것을 포함한다.

한 실시 양태에서, 결합제 전구체 매트릭스는 연질 단편 대 경질 단편의 비가 약 10:1 내지 약 1:2인 폴리우레탄/우레아 결합제를 형성한다. 바람직하게는, 결합제 전구체 매트릭스는 아민, 폴리올 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되며 평균 아민 및(또는) 히드록시 관능가가 약 2 이상이고 당량 중량이 약 30 g/당량 이상 내지 약 10,000 g/당량 미만인 제1 성분; 및 평균 이소시아네이트 관능가가 2 이상이고 당량 중량이 약 80 g/당량 이상 내지 약 5000 g/당량 미만인 다가 이소시아네이트를 포함하는 제2 성분을 포함한다. 결합제 전구체 매트릭스는 추가로 사슬 연장제를 포함할 수 있다.

또다른 실시 양태에서, 결합제 전구체 매트릭스는 글리시딜 에테르 에폭시드기 함유 물질을 포함하는 제1 성분, 및 아민 말단의 지방족 폴리에테르 경화제를 포함하는 제2 성분을 포함한다. 결합제 전구체는 추가로 고무상 및 열가소성 상 양쪽을 갖거나 경화시 에폭시드기 함유 물질과 함께 고무상 및 열경화성 상 양쪽을 형성할 수 있는 중합체 강인화제, 및 약 20℃ 이상의 발열을 제공할 수 있는 촉매를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 다수의 연마 입자를 연마 제품 금형에 제공하는 것은 금형의 다수의 솔모 단편 부분의 적어도 몇몇에 연마 입자를 충전시키는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 다수의 연마 입자를 연마 제품 금형의 적어도 일부에 제공하는 단계는 금형의 다수의 솔모 단편 부분의 적어도 몇몇에 약 50 부피% 이상으로 연마 입자를 충전시키는 것을 포함한다.

본 발명에 따라, 결합제 전구체 매트릭스를 연마 제품 금형에 제공하는 단계는 통상 다수의 연마 입자를 연마 제품 금형의 적어도 일부에 제공하는 단계 후에 일어난다.

또한, 본 발명의 방법은 임의적인 첨가제를 결합제 전구체 매트릭스에 첨가하는 것을 포함할 수 있고, 여기서 임의적인 첨가제는 바람직하게는 충전제, 섬유, 대전방지제, 산화방지제, 촉매, 가공 보조제, 건조제, UV 안정화제, 난연제, 윤활제, 습윤제, 계면활성제, 안료, 염료, 커플링제, 가소제, 현탁화제 및 이들의 배합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본 발명은 또다른 측면은 상기 기재된 방법에 의해 제조된 연마 제품을 제공하며, 이 때 연마 제품의 다수의 솔모는 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 결합제 및 결합제 내에 함께 부착된 다수의 연마 입자를 포함하고, 결합제와 다수의 연마 입자의 중량비는 약 1:3 이상이다.

본 발명의 또따른 측면은 다수의 연마 입자를 연마 제품 금형의 다수의 솔모 단편의 적어도 일부에 약 50 부피%로 충전시키는 것을 포함하는 연마 제품의 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 방법은 2종 이상의 상호 작용 성분을 포함하는 결합제 전구체 매트릭스를 연마 제품 금형에 제공하며, 이 때 제1 성분은 관능가가 2 이상이고 당량 중량이 약 300 이상인 다가 아민과 관능가가 2 이상이고 당량 중량이 약 300 이상인 다가 이소시아네이트 예비중합체의 중합으로부터 생성된 폴리우레아 및 폴리우레탄/우레아로 이루어진 군으로부터 선택되고, 제2 성분은 관능가가 약 2 이상이고 당량 중량이 약 300 미만인 중합된 다가 이소시아네이트 및 다가 아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단계; 및 결합제 전구체 매트릭스를 연마 입자가 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 결합제 내에 고정되도록 결합제 연마 제품 금형내에서 경화시키고, 이 때 결합제는 약 10:1 내지 약 1:2의 연질 단편 대 경질 단편의 비를 포함하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제4 측면은 다수의 연마 입자를 연마 제품 금형의 다수의 솔모 단 편의 적어도 일부에 약 50 부피%로 충전시키는 것을 포함하는 연마 제품의 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 방법은 2종 이상의 상호 작용 성분을 포함하는 결합제 전구체 매트릭스를 연마 제품 금형에 제공하는 것을 포함하며, 이 때 제1 성분은 하기 화학식 1의 글리시딜 에테르 단량체를 포함하고, 제2 성분은 하기 화학식 2의 폴리에테르 디아민을 포함하는 단계; 및 결합제 전구체 매트릭스를 연마 입자가 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 결합제 내에 고정되도록 연마 제품 금형내에서 경화시키고, 이 때 결합제와 다수의 연마 입자의 중량비는 약 1:3 이상인 단계를 포함한다.

식중, R¹은 알킬 또는 아릴이고, m은 1 내지 6의 정수이다.

식중, R²는 탄소수 2 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고, R³은 탄소수 2 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기, 탄소수 4 내지 8의 시클로알킬렌기 및 탄소수 6 내지 8의 아렌기로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소수 2 내지 8의 히드로카르볼렌기이고, n은 화합물의 평균 분자량이 약 175 내지 약 750이도록 1 내지 10의 정수이다.

본 발명의 또다른 측면은 제1 면 및 제2 면을 갖는 일반적으로 평면의 기부, 및 기부의 제1 면과 일체형으로 성형되고 그로부터 연장되어 있는 다수의 솔모를 포함하며, 이 때 기부는 2종 이상의 상호 작용 성분을 포함하는 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 결합제를 포함하며 사실상 연마 입자를 함유하지 않고, 다수의 솔모의 적어도 일부는 결합제 대 연마 입자의 중량비가 약 1:3 이상이도록 결합제내에 부착된 다수의 연마 입자를 포함하는, 일체형으로 성형된 연마 제품을 제공한다. 바람직하게는, 결합제는 폴리우레탄/우레아 결합제 또는 에폭시 결합제로부터 선택된다. 다수의 연마 입자는 바람직하게는 무기 물질, 유기 물질 또는 이들의 응집물로부터 선택되는 물질을 포함한다. 일체형으로 성형된 연마 제품은 추가로 기부의 제2 면상에 부착 요소를 포함할 수 있다.

본 발명을 몇몇 도면을 참조로 더욱 설명할 것이며, 여기서 유사한 구조는 몇몇 도면 전체에서 유사한 숫자로 나타낸다.

도 1은 본 발명을 수행하기 위한 장치 및 방법의 개략적 예시도이다.

도 2는 연마 제품을 제조하기 위한 공지의 장치 및 방법의 개략적 예시도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 방법에서 사용하기에 적합한 금형의 개략적 예시도이다.

도 4는 본 발명에 따라 제조된 연마 제품의 한 바람직한 실시태양의 단면도 이다.

도 5는 도 4의 연마 제품의 평면도이다.

도 6은 작동 중인 도 4의 연마 제품의 입면도이다.

도 7은 도 4의 연마 제품의 솔모의 한 실시태양의 단면도이다.

도 8은 도 4의 연마 제품의 솔모의 추가의 실시태양의 단면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 강화 요소를 포함하는 연마 제품의 별법의 실시태양의 부분 단면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 별법의 강화 요소를 포함하는 연마 제품의 별법의 실시태양의 부분 단면도이다.

도 11은 본 발명에 따라 제조된 연마 제품의 별법의 실시태양의 평면도이다.

도 12는 도 11에서 단면 11-11을 따라 취한 연마 제품의 단면도이다.

도 13은 백킹 상에 장착된 다수의 연마솔을 갖는 본 발명에 따른 솔 조립체의 평면도이다.

도 14는 본 발명에 따른 방사상 연마솔 단편의 제1 실시태양의 평면도이다.

도 15는 도 14에서 선 13-13을 따라 취한 솔 단편의 단면도이다.

도 16a는 축 상에 조립되어 솔 조립체를 형성하는 도 14의 다수의 솔 단편들의 등척도이다.

도 16b는 개별 솔 단편들이 서로 인접해 있는 도 16a의 유사도이다.

도 17은 본 발명에 따른 방사상 연마솔 단편의 제2 실시태양의 단면도이다.

도 18은 본 발명에 따른 방사상 연마솔 단편의 제3 실시태양의 단면도이다.

도 19는 축 상에 함께 조립된 도 18의 다수의 솔 단편들의 말단도이다.

본 발명의 다른 특징, 이점 및 추가의 실행 방법은 다음 도면의 설명과 본 발명의 바람직한 실시태양으로부터 더 잘 이해될 것이다.

본 발명의 한 측면에서, 성형된 연마솔과 같은 연마 제품의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 다른 측면은 연마 제품 및 연마 제품의 사용 방법에 관한 것이다.

연마 제품의 제조 방법

본 발명에 따른 연마 제품의 제조 방법은 다수의 솔모 단편 부분들을 포함하는 연마 제품 금형의 적어도 일부에 유효량의 연마 입자를 제공하는 단계; 다수의 솔모 단편 부분들을 포함하는 연마 제품 금형에 2종 이상의 상호 작용 성분들의 결합제 전구체 매트릭스를 제공하는 단계; 및 결합제 전구체 매트릭스를 연마 제품 금형 내에서 경화시켜 연마 입자들이 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 결합제 내에 고정되도록 하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 연마 제품 금형의 적어도 일부에 유효량의 연마 입자를 제공하는 단계는 연마 입자를 연마 제품 금형의 다수의 솔모 단편 부분들에 충전시킴으로써 수행한다. 더 바람직하게는, 연마 제품 금형의 적어도 일부에 유효량의 연마 입자를 제공하는 단계는 연마 제품 금형의 다수의 솔모 단편 부분들의 적어도 일부에 약 50 부피% 이상, 바람직하게는 약 75 부피%로 연마 입자를 충전시킴으로써 수행한다. 더욱 더 바람직하게는, 상기 방법은 연마 제품 금형의 다수의 솔모 단편 부분들에 연마 입자를 충전시키는 단계 이 후에 연마 제품 금형에 결합제 전구체 매트릭스를 제공하는 단계를 포함한다.

놀랍게도 본 발명에 따른 방법을 실시하는데 있어서 연마 제품의 솔모 부분 내의 결합제 대 연마 입자의 비가 약 1:3 이상, 전형적으로 약 1:4 이상이고, 따라서 연마 제품의 작업부 또는 연마부에 연마 입자가 집중되어 있는 연마 제품이 제조되는 것으로 밝혀졌다. 연마 제품의 작업부 내의 연마 입자의 양을 증가시켜도 예측되는 바와 같이 연마 과정 동안 연마 제품에 실질적으로 불리한 영향을 미치지 않는다는 것도 또한 놀라운 것이다. 예를 들면, 연마 제품의 솔모 내의 연마 입자 농도를 증가시키면 연마 도중에 연마 제품 기부에서 솔모가 떨어져 나가기 때문에 연마 제품의 고장 증가와 같은 불리한 영향을 미칠 것으로 예측되었다.

바람직하게는, 본 방법은 반응 사출 성형법 (RIM, 상기한 바와 같음)을 포함한다. RIM 기법은 당업계에 공지되어 있다. 전형적인 RIM 기법에서, 도 1에 예시된 바와 같이 RIM 장치 (40)을 사용할 수 있다.

결합제 전구체 매트릭스 성분들은 대개 RIM 기법에서 액체로서 포함된다. 액체로서, 이들은 저장용기 (42 및 42') 내에 보유될 수 있으며, 여기에는 결합제 전구체 매트릭스의 2종의 상호 작용 성분들이 존재한다. 저장용기 (42 및 42')는 상기 성분들이 가공 온도, 예를 들면 약 20℃ 내지 약 90℃로 컨디셔닝되도록 충분한 온도에서 유지시킬 수 있다. 따라서, 저장용기 (42 및 42')는 당업계에 잘 알려진 바와 같이 온도 조절 장치 (41 및 41')를 포함할 수 있다.

유체 공급 라인 (44)와 (44')는 저장용기 (42)와 (42')를 계량 펌프 (46)과 (46')에 각각 연결한다. 계량 펌프는 바람직하게는 결합제 전구체 매트릭스의 성 분을 서로 소정의 부피 및 비율로 정확하게 측정하여 주입 노즐 공급 라인 (48)과 (48')를 통해 혼합 헤드 (56)으로 전달하도록 조정한다. 적합한 계량 펌프는 당업계에 공지되어 있으며, 피스톤 펌프 및 기아 펌프 등을 포함한다.

정확하게 측정된 성분은 주입 공급 라인 (48)과 (48')을 거쳐서 각각 주입 노즐 (50)과 (50')을 통과하여 혼합 헤드 (56)으로 흐른다. 혼합 헤드 (56)에서, 주입된 성분들은 혼합된다. 이 성분들은 다양한 혼합 수단을 이용하여, 예를 들어, 유압 집진장치 (57)에 의해 혼합할 수 있다. 다른 적합한 혼합 수단으로는 교반 장치, 교반기 및 정적 혼합기 등이 포함될 수 있다. 성분들이 혼합되어 결합제 전구체 매트릭스를 형성하기만 하면, 이 성분들은 RIM 배출구 (58)을 통해 RIM 장치 (40)을 빠져나가 연마 제품 금형으로 전달된다. 혼합된 성분들은 공지된 여러 기술, 예를 들어 밀폐형 금형으로의 주입 또는 개방형 금형으로의 주입 등에 의해 전달 할 수 있다.

원한다면, 첨가제, 충전제 등과 같은 임의 물질을 한가지 이상의 성분에 첨가할 수 있다. 성분내에서 임의 물질이 사실상 균일하게 분산되게끔 하기 위해서는, 저장 용기 (42, 42')에 교반기 또는 교반 장치와 같은 혼합 장치를 장착할 수 있다. 또한, 임의로, RIM 장치 (40)에 순환 라인 (54)와 (54')을 장착할 수 있다. 순환 라인 (54, 54')를 통한 성분의 흐름은 밸브 (59)와 (59')을 조절하는 조절 장치 (53)에 의해 조절할 수 있다. 밸브 (59)(및 (59)')를 한쪽 방향으로 열리도록 함으로써, 성분은 순환 라인 (54)(및 (54'))를 통과하여 저장 용기 (42)(및 (42'))로 복귀된다. 밸브 (59)(및 (59'))를 다른 방향으로 열리도록 함으로써, 성분은 주입 노즐 (50)(및 (50'))을 통과하여 혼합 헤드 (56)으로 흐른다. 계속적인 혼합을 위한 수단으로서 RIM 장치내에 이러한 순환 라인을 제공하여 성분내의 임의 물질이 사실상 균일하게 분산되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 임의 열 교환기 (55)(및 (55'))를 각 순환 라인에 추가하여 저장 용기 (42)(및 42')로 복귀하는 성분의 온도를 조절할 수 있다.

당업자라면 결합제 전구체 매트릭스가 2개 이상의 상호 작용 성분들을 포함하는 경우에 RIM 장치는 결합제 전구체 매트릭스의 많은 성분과 대응하는 많은 저장 용기, 공급 라인, 계량 펌프, 주입 노즐 등을 포함한다는 것을 알 것이다.

본 발명과는 대조적으로, 종래의 사출 방법은 통상적으로 도 2에 나타낸 것과 같은 장치에 의해 수행된다. 사출 성형 기술은 당업계에 공지되어 있으며, 이 기술에서 결합 물질은 바람직하게는 사실상 용융 상태로 될 때까지 가열된 다음, 나사 주입기를 통해 금형으로 배출되며, 이후에 용융된 결합 물질이 냉각되어 제품이 형성된다. 연마 제품을 형성하는 통상의 사출 성형 장치 (60)은 도 2에 나타나 있다. 성형가능한 중합체, 통상적으로 열가소성 중합체 및 임의로 연마 입자를 포함하는 펠렛 혼합물을 바람직하게는 가열시켜 건조한 다음, 호퍼 (62)에 넣는다. 호퍼는 배럴 (68) 내부에 나사 (66)을 포함하는 나사 주입기 (64)의 앞부분 또는 뒷부분 (70)으로 혼합물을 공급한다. 반대쪽 또는 나사 주입기 (64)의 정면부 (72)는 연화된 혼합물을 금형 (76a, 76b)으로 통과시키는 노즐 (74)를 포함한다. 주입기 (64)의 배럴 (68)이 가열되어 혼합물이 용융되며, 회전 나사 (66)은 혼합물을 노즐 (74)의 방향으로 이동시킨다. 이후에, 나사 (66)을 B 방향으로 직선 전방으로 이동시켜 연화된 혼합물의 "샷(shot)"을 소정의 압력하에 금형 (76a, 76b)에 부여한다.

본 발명에서, 2가지 이상의 상호 작용 성분을 포함하는 결합제 전구체 매트릭스는 상기 기재된 바와 같이 금형으로 전달된다. 연마 제품 금형은 통상적으로 원하는 연마 제품 형태와 반대인 공동을 포함한다. 바람직한 한 실시태양에서, 금형은 도 3A에 나타낸 바와 같이, 연마 솔 형태와 반대 형상인 공동을 포함한다. 금형 설계에서는 도 4에 나타낸 바와 같이 예를 들어 기부 (12), 솔모 (18) 및 임의의 부착 요소 (30)의 크기 및 형상을 비롯하여 연마 솔 형태를 고려해야만 한다.

예를 들어, 도 3A에 나타낸 바람직한 한 금형 (80)은 수개의 솔모 단편 (82) 및 기부 (88)을 포함한다. 이 실시태양에서, 수개의 솔모 단편 (82)는 외측 솔모 단편 열 (84) 및 내측 솔모 단편 열 (86)에 배열되어 있다. 한 실시태양에서, 외측 솔모 단편 열 (84)는 연마 솔모의 중심부로부터 측정한 바로는 약 11.25 °동일하게 떨어져서 배치되어 있는 솔모 단편 (82)를 포함한다. 내부 솔모 단편 열 (86)은 연마 솔모의 중심부로부터 측정한 바로는 약 14.40 °동일하게 떨여져서 배치되어 있는 솔모 단편 (82)를 포함한다.

도 3A에서 교차선 3B-3B에서 보았을 때인 도 3B에 나타낸 바와 같이, 솔모 단편 (82)의 절편 및 기부 (88)의 일부 (두께는 약 0.5 mm 내지 약 15 mm이며, t로 나타냄)가 나타나 있다. 솔모 단편 (82)의 높이는 약 0.75 인치 (1.9 cm)이고 h로 나타내었으며, 팁 부분의 직경은 0.075 인치 (1.9 mm)이고 d로 나타내었으며, 팁의 기울기는 5°이고 각 β로 나타내었다. 통상적으로, 금형 자체는 알루미늄, 강철, 황동, 강철, 고무 및 이들의 조합과 같은 비교적 비순응성 물질로부터 만들 수 있다.

당업자라면 제공된 연마 제품에서 특징에 영항을 주는 연마 제품 금형을 다양하게 변형시킬 수 있다는 것을 알 것이다. 원한다면, 예를 들어, 솔모 단편의 수, 배치, 높이 및(또는) 직경을 다르게 할 수 있다.

연마 제품

도 4 및 5를 참고로 하면, 연마 솔 (10)의 바람직한 한 실시태양은 제1면 (14) 및 제2면 (16)을 갖는 평면의 기부 (12)를 포함한다. 다수개의 솔모 (18)이 기부 (12)의 제1면 (14)로부터 외부로 돌출되어 있다. 솔모 (18)들 사이에는 기부 (12)의 제1면 (14)가 노출되는 공간이 있다. 연마 솔 (10)은 바람직하게는 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 결합제 (28)내에 함께 부착된 연마 입자 (26)을 포함하는 솔모 (18)과 일체형으로 성형되어 있다. 기부 (12)는 바람직하게는 연마 입자를 함유하지 않지만, 본 발명에 있어서 연마 입자는 기부에 존재할 수 있다.

물질, 제조 방법 및 솔 형태는 원하는 정련 분야에 따라 다를 것이다. 용어 "정련하다"는 작업편 표면의 일부를 제거하는 것; 작업편에 표면 마감을 부여하는 것; 표면의 물때를 벗겨내는 것; 표면을 절삭하는 것; 페인트 또는 기타 코팅, 가스켓 물질, 부식물, 오일 잔류물 또는 기타 이물질 또는 파편을 제거하는 것을 포함하는, 작업편 표면을 세척하는 것, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한다. 어떤 경우에는, 과격한 연마성을 제공하는 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우, 솔 단편은 연마 입자를 포함하거나, 더 큰 크기의 연마 입자, 더 경질의 연마 입자, 결합제에 대해 더 높은 비율의 연마 입자, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다른 경우에서, 정련될 표면에 광택 형태 마감을 제공하거나, 또는 표면 물질 자체 를 제거하지 않으면서 표면을 세척하는 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우, 솔은 연마 입자를 전혀 이용하지 않거나, 더 작은 연마 입자, 더 부드러운 연마 입자, 결합제에 대해 더 낮은 비율의 연마 입자, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 원하는 연마성을 얻기 위해 다양한 조성 및 경도의 연마 입자를 사용할 수 있다.

기부

바람직한 실시양태에서, 기부(12)는 일반적으로 평면이다. 그러나, 굽은 면 또는 곡선의 기부도 본 발명의 범위 내이다. 예를 들어, 기부(12)는 볼록하거나, 오목하거나 또는 원추형일 수 있다. 이러한 배열에서, 솔모(18)는 균일한 길이일 수 있고, 이러한 경우 솔모의 팁(22)은 동일 평면 상에 있지 않을 것이고, 또는 솔모가 다양한 길이일 수 있고, 이러한 경우 솔모의 팁은 동일 평면 상에 있을 수 있다. 기부(12)는 임의로 기부의 일부가 최외부 솔모(18)를 벗어나 방사상으로 연장되어 있는 그의 주변부 주위에 립(lip)을 포함할 수 있다. 립의 크기는 연마 솔(10)을 작업편의 표면과 일정한 각을 두고 표면에 부딪히는 것을 피해 작업하는 것을 방해하지 않도록 바람직하게 최소화된다.

한 실시양태에서, 기부(12)는 약간의 가요성 기부(12)를 제공하기에 적합한 재료 및 두께로 되어 있으며, 이것은 보다 많은 솔모가 울퉁불퉁하거나 또는 불규칙한 작업편과 접촉한 상태로 유지되도록 돕는다. 기부(12)는 기부에 손상을 주거나 또는 실질적인 영구 변형을 주지 않으면서 바람직하게는 1°이상, 보다 바람직하게는 2°이상, 보다 더 바람직하게는 5°이상 굽혀질 수 있다. 목적하는 굽힘 정도는 또한 의도한 정련 용도 및 작업편의 재료에 따라 좌우된다. 기부(12)는 두께가 바람직하게는 약 1 내지 15 mm, 보다 바람직하게는 약 1.5 내지 10 mm, 보다 더 바람직하게는 약 2 내지 6 mm, 가장 바람직하게는 약 2.5 내지 4 mm일 수 있다. 기부(12)는 바람직하게는 도 4에 나타낸 바와 같이 원형이다. 기부(12)의 직경은 바람직하게는 약 2.5 내지 20 cm(1 내지 8 인치)이나, 보다 작은 기부 및 보다 큰 기부도 또한 고려된다. 타원형, 직사각형, 사각형, 삼각형, 다이아몬드형 및 다른 다각형을 포함하나 이에 제한되지 않는, 원형 이외의 기부 형상이 고려되고, 비교적 강성 또는 비가요성 기부도 또한 고려된다.

바람직하게는, 기부(12)는 솔모(18)와 일체형으로 성형되어 단일 연마 솔을 제공한다. 따라서, 솔모(18)를 기부(12)에 접하기 위한 접착 또는 기계적 수단이 필요없다. 기부(12) 및 솔모(18)를 동시에 성형하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 다수의 연마 입자(26)을 연마용품 금형의 솔모 부분에 건식 충전한다. 이후, RIM 가공에서 상기한 바와 같이, 결합제 전구체 매트릭스의 스트림을 금형내에 주입하여, 금형 내부 및 금형에 이미 들어있는 연마 입자의 주위를 충전한다. 이러한 실시양태에서, 연마 솔(10)은 솔모의 팁(22) 쪽에 비교적 고농도의 연마 입자를 포함하고, 기부 부분에서 비교적 낮은 양의 연마 입자를 포함한다.

또한, 결합제 전구체 매트릭스(28) 및 연마 입자(26)의 혼합물을 주입할 수 있다. 이 혼합물은 주로 솔모(18)에 위치한다. 제2 주입물은 연마 입자(26) 없이 또는 보다 소수의 연마 입자와 함께 결합제 전구체 매트릭스(28)를 함유할 수 있다. 연마 입자가 없는 결합제 전구체 매트릭스(28)는 주로 연마 솔(10)의 기부(12)에 존재할 것이다. 또한, 비교적 고농도의 연마 입자를 갖는 주입물을 먼저 주입한 후 보다 저농도의 연마 입자를 갖는 제2 주입물을 주입하여 솔모 팁에서 또는 근처에서 연마 입자의 밀도가 증가되게 할 수 있다.

일부 또는 모든 주입물이 연마 입자를 함유할 수 있는 2개 이상의 주입물도 본 발명의 범위 내이다. 제1 주입물은 보다 많은 연마 입자를 가질 수 있는 반면, 제2 주입물은 보다 소량 및(또는) 보다 연성의 연마 입자를 가질 수 있다. 이러한 실시양태에서, 연마 동안 굵은 연마 입자가 먼저 사용된 후 보다 미세한 연마 입자가 사용된다.

솔모

솔모(18)는 기부(12)의 제1 면으로부터 연장되어, 기부(12)에 인접한 뿌리(20) 및 기부(12)로부터 떨어진 팁(22)을 가진다. 솔모(18)는 이에 제한되지 않는 원형, 별형, 반달형, 1/4달형(quarter moon), 타원형, 직사각형, 사각형, 삼각형, 다이아몬드형 또는 다각형을 포함한 임의의 단면을 가진다. 바람직한 한 실시양태에서, 솔모(18)는 솔모(18)의 길이를 따라 일정한 원형 단면을 포함한다. 다른 실시양태에서, 솔모(18)는 솔모의 길이 전체 또는 일부를 따라 일정하지 않거나 또는 가변의 단면을 가질 것이다.

솔모의 단면적이 기부(12)로부터 멀어지는 방향으로 감소하도록 가늘어지는 형태의 솔모를 갖는 것이 바람직하다. 가늘어지는 형태의 솔모(18)는 상기 기재된 바와 같은 임의의 단면을 가질 수 있고, 바람직하게는 원형 단면을 갖는다. 가늘어지는 형태의 솔모(18)는 일정 단면적의 솔모(18)에 비해 연마 솔의 제작 동안 금형으로부터 제거하기가 용이한 경향이 있다. 또한, 솔모(18)는 도 6에 예시된 바 와 같이 연마 솔(10)이 작업편에 대해 회전하는 동안 굽힘 응력을 받는다. 이러한 굽힘 응력은 솔모(18)의 뿌리(20)에서 가장 크다. 따라서, 도 7 및 도 8에 예시된 바와 같은 가늘어지는 형태의 솔모가 원통형 솔모(18) 보다 굽힘 응력에 더 잘 견딜 수 있다. 또한, 솔(10)은 바람직하게는 솔모(18)의 뿌리(20)와 기부의 제1 표면(14) 사이의 이어지는 부분에서 필릿 반경(24)을 포함한다. 필릿(24)은 약 0.25 내지 2.5 ㎜(0.010 내지 0.100 인치), 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 1.3 ㎜(0.020 내지 0.050 인치)의 반경을 가질 수 있다. 도 7에 예시된 바람직한 실시태양에서, 솔모(18)는 전체 길이를 따라 감소하는 직경을 갖는 원추형이다. 도 8에 예시된 다른 바람직한 실시태양에서, 솔모(18)는 기부에 인접한 가늘어지는 형태인 부분 및 솔모의 나머지에서 원통형 부분을 갖는다. 바람직한 실시태양에서, 가늘어지는 형태인 부분은 뿌리(20)로부터 팁(22)을 향한 길이의 약 80% 부분까지 연장하고, 솔모는 팁(22)을 향한 길이의 나머지 부분에 대해 원통형이다. 가늘어지는 부분은 임의의 적절한 각도일 수 있으며, 바람직한 실태양태에서 도 7 및 8에서 각 α로 측정하였을때 약 3°내지 25°이다.

솔모(18)는 뿌리(20)에서 팁(22)까지 측정한 솔모(18)의 길이를 솔모의 너비로 나눈 것으로 정의된 종횡비를 갖는다. 가늘어지는 형태의 솔모의 경우, 종횡비를 측정하기 위한 너비는 길이를 따른 평균 너비로 정의된다. 비원형 단면의 경우, 너비는 사각형 단면의 모서리-모서리의 대각선과 같이, 주어진 평면에서 가장 긴 너비를 취한다. 도 4 내지 도 10에 예시된 한 바람직한 실시태양에서, 솔모(18)의 종횡비는 바람직하게는 1 이상, 보다 바람직하게는 약 4 내지 18, 보다 더 바람직하게는 약 6 내지 16이다. 솔모(18)의 크기는 솔(10)의 특정 용도에 대해 선택될 수 있다. 솔모(18)의 길이는 바람직하게는 약 5 내지 80 ㎜, 보다 바람직하게는 약 5 내지 50 ㎜, 보다 더 바람직하게는 약 5 내지 25 ㎜, 가장 바람직하게는 약 10 내지 20 ㎜이다. 솔모(18)의 너비는 바람직하게는 약 0.25 내지 10 ㎜, 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 5 ㎜, 보다 더 바람직하게는 약 0.75 내지 3 ㎜, 가장 바람직하게는 약 1.0 내지 2 ㎜이다. 바람직한 한 실시태양에서, 모든 솔모(18)는 치수가 동일하다. 또한, 단일 솔(10) 상의 솔모(18)는 상이한 길이, 너비 또는 단면적과 같이 치수가 상이할 수 있다. 솔모(18)의 길이 및 기부(12)의 윤곽은 바람직하게는 팁(22)이 일반적으로 동일 평면이 되도록 선택되지만, 다른 배열도 또한 본 발명에서 고려된다.

솔모(18)의 밀도 및 배열은 연마 솔(10)의 특정 용도에 대해 선택될 수 있다. 솔모(18)는 무작위 또는 규칙 패턴으로 기부(12) 상에 배열될 수 있다. 기부(12)가 원형이면, 솔모(18)가 동심원 고리에 배열되는 것이 바람직하다. 연마 솔(10)이 작업편을 처리하기 위해 회전할 때, 기부(12)의 중심 근처의 솔모(18)는 기부(12)의 주변부 근처의 솔모(18)에 비해 더 느린 선속도로 이동한다. 따라서, 기부(12)의 중심 또는 중심 근처의 솔모(18)는 중심으로부터 떨어진 솔모(18)에 비해 보다 덜 작업할 것이다. 따라서, 솔(10)은 도 3A에 예시된 바와 같이, 기부(12)의 중앙에서 임의의 솔모(18)를 포함하지 않는 제1 면(14)의 일부를 가질 수 있다. 솔모(18)는 원하는 경우 인접한 솔모와 접하거나 또는 접하지 않을 수 있다. 솔모(18)의 밀도는 바람직하게는 약 1 내지 30 솔모/㎠, 가장 바람직하게는 약 1 내지 5 솔모/㎠이다. 솔모는 기부(12)의 제1 면(14)의 일부분에만 존재할 수 있거나, 또는 실질적으로 기부(12)의 제1 면(14) 전체에 존재할 수 있다.

솔모의 재료, 길이 및 형상은 바람직하게는 솔모(18)가 울퉁불퉁하거나 또는 불규칙한 작업편을 정련하는 것을 보조하기 위해 충분히 가요성이도록 선택된다. 바람직하게는, 그러한 작업편을 정련하는 것을 추가로 보조하기 위해 기부(12)가 또한 약간 가요성이다. 가요성 솔모를 사용하는 경우, 솔모는 도 6에 A에서 예시된 바와 같이, 팁(22)의 선단 연부와 솔모의 측면 표면의 최외부의 접합부에서 작업편 표면에 접촉한다. 이는 당업계에 공지된 바와 같은, 매우 낮은 종횡비를 갖는 비가요성 연마 돌출부와 대조적이다. 그러한 돌출부는 주로 돌출부의 팁에서 전체 평면 표면이 작업편에 접촉한다.

바람직한 한 실시태양에서, 솔모(18)는 동일한 길이로 평면 기부(12)로부터 연장되어, 솔을 사용하지 않는 때에는 팁(22)이 동일 평면 상에 있도록 한다. 또한, 솔모의 팁(22)이 동일 평면에 있지 않는, 기부(12) 및 솔모(18) 배열을 가질 수 있다. 예를 들면, 기부의 주변부 근처의 솔모가 솔(10)의 중심에서의 솔모보다 더 길 수 있다. 이는 (22,000 RPM 이상 정도로 높은) 높은 회전 속도에 의해 발생하는 솔모의 변형에 대해 보충하기 위해 수행될 수 있다. 그러한 조건하에, 기부(12)의 주변부 근처의 솔모는 기부의 중심 근처의 솔모보다 더 빠른 속도로 움직이고, 따라서 기부의 중심 근처의 솔모보다 더 큰 정도로 방사상 외부로 굽혀진다. 작동 조건에서 솔모 팁(22)이 대략 동일 평면 상에 있도록 미작업 높이 변화를 선택할 수 있다.

부착 요소

도 4를 참조하면, 연마 솔 (10)은 기부 (12)와 일체형이나 솔모 (18)과는 대향하는 부착 요소 (30)을 포함한다. 부착 요소 (30)은 사용 동안 연마 솔 (10)을 회전 기구 및 (또는) 지지 패드 또는 백업 패드에 고정시키기 위한 수단을 제공한다. 이미 형성된 부착 요소를 금형내에 위치시킨 후 결합제 전구체 매트릭스를 주입하는 것이 적합하지만, 부착 요소 (30)을 기부 및 솔모와 일체형으로 성형할 수도 있다. 바람직한 부착 요소는 당업계에 잘 공지되어 있고, 미국 특허 제 3,562,968호, 동 제 3,667,170호 및 동 제 3,270,467호에 기재되어 있다. 미국 특허 제 3,562,968호에 교시된 바와 같이, 회전 수단과 나사형 결합을 위해 적용된 나사형 스터드가 보다 바람직하다. 원형 또는 원판형 솔 (10)을 위해 이러한 유형의 부착 요소가 바람직하다. 적절한 회전을 위해 부착 요소 (30)이 기부 (12)를 기준으로 중심에 있는 것이 바람직하다. 부착 요소 (30)은 연마 솔 (10)의 나머지 부분과 동일한 재료로 제조될 수 있고, 연마 입자 (26)를 함유할 수 있다. 대안으로, 부착 요소 (30)은 연마 입자 (26)를 포함하지 않는 성형가능한 중합체 (28)을 별도로 주입하여 제조될 수 있다.

미국 특허 제 5,077,870호 (멜바이 (Melbye) 등)에 교시된 바와 같은 후크 및 루프 유형 부착 요소, 또는 상표명 SCOTCHMATE (Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota)하에 시판되는 유형을 사용하는 것도 또한 본 발명의 범위내에 있다. 또한 연마 솔을 백업 패드에 고정시키기 위해 상표명 DUAL LOCK 파스너(fastener) (Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota)와 같은 동체형 파스너를 사용할 수 있다. 또한, 미국 특허 제 4,875,259호에 교시된 바와 같은 물림 (intermeshing) 구조 표면을 사용할 수 있다. 대안으로, 연마 솔의 기부는 백업 패드에 연마 솔을 기계적으로 고정하도록 (볼트 및 너트를 사용하는 것과 같은) 하나 이상의 직선 또는 나사형 구멍 또는 개구부를 포함할 수 있다.

강화 요소

기부는 도 9에 도시된 바와 같은 섬유 강화 요소 (35a)를 포함할 수 있는 강화 요소를 추가로 포함한다. 강화 요소 (35a)는 예를 들면, 직물, 부직포 시팅, 메쉬 및 스크림 (scrim) 등을 포함하거나, 결합제 전구체 매트릭스로 혼합되고 연마 솔에 전체적으로 분산된 개별 섬유를 포함할 수 있다. 강화 요소는 임의로 그의 물성을 변경하기 위한 처리제를 포함할 수 있다. 강화 요소의 목적은 기부의 굽힘 강도 및 인장 강도를 증가시키는 것이다. 본 발명에 사용하기에 적합한 강화 섬유의 예는 유리 섬유, 금속 섬유, 탄소 섬유, 와이어 메쉬, 미네랄 섬유, 내열성 유기 물질로 이루어진 섬유 또는 세라믹 물질로 제조된 섬유를 포함한다. 다른 유기 섬유는 폴리비닐 알코올 섬유, 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유 및 페놀계 섬유를 포함한다. 유리 섬유를 사용하는 경우, 성형가능한 중합체 혼합물은 바람직하게는, 결합제 전구체 매트릭스 물질에 대한 접착을 증진시키기 위해 실란 커플링제와 같은 커플링제를 포함할 수 있다. 섬유의 길이는 약 0.5 ㎜ 내지 약 50 ㎜ 범위, 바람직하게는 약 1 ㎜ 내지 약 25 ㎜, 및 가장 바람직하게는 약 1.5 ㎜ 내지 약 10 ㎜ 범위이다. 섬유 데니어는 약 25 내지 300, 바람직하게는 50 내지 200이다.

강화 요소는 도 10에 예시된 바와 같은 강화층 또는 기재 (35b)를 포함할 수 있다. 연마 솔 (10)은 제 2 면 (16) 상에서 강화 기재 (35b)에 부착된 기부 (12)를 포함한다. 강화 기재 (35b)의 목적은 기부 (12)의 강도를 증가시키는 것이다. 강화 기재 (35b)는 연마 입자 (26)를 포함하지 않을 수 있다. 강화 기재는 결합제 전구체 매트릭스를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 강화 기재는 연마 솔 (10)과 동시에 성형될 수 있다. 대안으로, 강화 기재 (35b)는 중합체성 필름, 하도 중합체성 필름, 천, 종이, 가황 섬유, 부직포층, 및 그들의 처리 형태와 같은 백킹 유형 물질일 수 있다. 이러한 경우, 강화 기재 (35b)는 금형내로 삽입될 수 있고, 솔 (10)을 형성하는 결합제 전구체 매트릭스 (28)가 강화 기재 (35b)에 결합할 수 있다. 대안으로, 강화 기재 (35b)는 솔을 성형한 후에 접착제를 사용하여 솔 (10)에 결합될 수 있다. 한 바람직한 실시양태에서, 강화 기재 (35b)는 기부 (12)와 동일한 공간에 있지만, 경우에 따라서 더 작거나 더 클 수 있다.

이제 도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 성형된 연마 솔 (110)의 대체 실시양태를 알 수 있다. 연마 솔 (110)은 도시된 바와 같은 통상적으로 쐐기 (wedge)형의 평면 기부 (112)를 포함한다. 기부 (112)는 서로 대향하는 제 1 면 (114) 및 제 2 면 (116)을 갖는다. 제 1 면 (114)으로부터 다수의 솔모 (118)가 신장되어 있다. 솔모 (118)는 도 4 및 도 5의 실시양태를 참조로 상기 설명된 바와 같이 솔모 (118)의 길이의 전체 또는 일부에 대해 뿌리 (120)에서가 팁 (122)에서보다 더 넓도록 가늘어지는 형태일 수 있다.

연마 솔 (110)이 마루 유지 과정에서 통상적으로 사용된 회전 마루 기계와 함께 편리하게 사용되기 위한 형상이지만, 그의 유용성은 이에 의해 제한되지 않는다. 도 13에 도시된 바와 같이, 다수의 연마 솔 (110)이 적합한 백킹 (140) 상에 장착되어 조립체 (150)를 형성할 수 있다. 마루 표면 또는 금속 표면을 정련하기 위해 당업계에 공지된 바와 같이 백킹 (140)을 회전 마루 기계 또는 평면 부품 디버링 (deburring) 기계 상에 부착할 수 있다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 성형된 연마 솔의 또 다른 대체 실시양태를 알 수 있다. 용어 "연마 솔" 및 "연마 솔 단편"은 이러한 실시양태를 지칭하도록 상호전환가능하게 사용될 것이다. 도 14 및 도 15에서 예시된 바와 같이, 연마 솔 단편 (10)은 외부 엣지 (14) 및 내부 엣지 (16)를 갖는 기부 또는 중심부 (12)를 포함한다. 솔모 뿌리 (20)에서 시작하여 솔모 팁 (22)에서 끝나는 다수의 솔모 (18)가 외부 엣지 (14)로부터 외부로 돌출되어 있다. 솔모 뿌리 (20) 사이에 기부 또는 중심부 (12)의 외부 엣지 (14)가 노출되는 공간이 존재할 수 있다. 대안으로, 인접하는 솔모가 뿌리 (20)에서 서로 연합될 수 있다. 솔 단편 (10)은 솔모 (18) 및 중심부 (12)가 서로 연속하도록 일체형으로 성형된다. 솔 단편 (10)은 바람직하게는 결합제 전구체 매트릭스 (28)내에 연마 입자 (26)의 통상적으로 균일한 조성물을 포함하는 연마 솔 단편이다.

도 16a에 예시된 바와 같이, 다수의 솔 단편 (10)이 주축 (101) 상에 조립되어 솔 조립체 (100)를 형성할 수 있다. 임의의 수의 단편 (10)을 함께 조립하여 임의의 목적하는 너비의 조립체 (100)를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 도 16b에 예시된 바와 같이 솔 단편들 사이에 사실상 공간이 없도록 솔 단편 (10)은 서로 인접한다. 대안으로, 도 16a에 예시된 바와 같이 인접한 솔 단편 사이에 공간을 갖도록 솔 단편 (10)이 축 (101) 상에 조립될 수 있다. 예를 들면, 함께 조립된 5 내지 10,000개의 솔 단편 (10)이 조립체 (100)를 형성할 수 있지만, 경우에 따라서 더 많거나 더 적은 솔 단편을 사용할 수 있다. 인접하는 솔 단편의 서로에 대한 회전을 감소시키거나 제거하도록 단편-단편 맞물림을 제공하기 위한 수단이 포함될 수 있다. 그러한 맞물림 수단은 예를 들면, 중심부 (12)의 표면 상에 서로 맞물리는 톱니 패턴 또는 구멍 및 잔물결 패턴을 포함한다. 편의상, 다른 단편과 결합되어 솔 조립체를 형성하도록 의도될 때, 이러한 실시양태를 "솔 단편"으로 지칭할 수 있다. 그러나, 용어 "솔 단편"은 다른 솔 단편과 결합됨이 없이 그 자체만 사용되는 실시양태를 배제하는 의도는 아니며, 용어 "솔"은 또한 솔 단편을 지칭하기 위해 사용될 수 있다.

중심부

용어 "중심부"는 일반적으로 편의상 도 14 내지 도 19에 예시된 바와 같이 일반적으로 방사상 외부로 신장된 솔모를 갖는 솔의 실시태양에서 사용된다. 용어 "기부"는 일반적으로 편의상 도 4 내지 도 13에 예시된 바와 같은 일반적으로 기부에 수직으로 신장된 솔모를 갖는 솔의 실시태양에서 사용된다. 그러나, 용어 "기부" 및 "중심부"는 그에 의해 제한되지 않으며, 전체에서 상호전환가능하게 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 도 14에 예시된 실시태양에서, 중심부 또는 기부(12)는 일반적으로 평면인 연속 원주 부분이다. 굽은면 또는 곡면 중심부를 갖는 것도 또 한 본 발명의 범위내에 있다. 예를 들면, 중심부(12)는 볼록형, 오목형 또는 원추형일 수 있다. 도 17에 예시된 바와 같이, 중심부(12a)는 원추형이고, 솔모(18)는 중심부에 의해 한정된 원추형 표면을 따라 평행하게 신장한다.

솔 단편(10)은 임의로, 구동 요소상에 수개의 솔 단편을 기계적으로 함께 연결시켜 솔 조립체를 제공하기 위한 채널, 키웨이, 또는 뿌리와 같은 부착 요소를 중심부(12) 상에 가질 수 있다. 도 14에 예시된 바와 같이, 중심부(12)는 그를 통해 잠금 막대를 삽입할 수 있는 2개의 장착 구멍(19)을 포함한다. 구멍(19)을 통해 삽입된 2개의 잠금 막대(102)를 갖는 솔 조립체(100)를 도 16a에 예시한다. 이어서, 축(101) 및 잠금 막대(102)를 적합한 회전 구동 요소에 부착할 수 있다.

도 14 내지 도 19에 예시된 실시태양에서, 중심부(12)는 바람직하게는 약 0.5 내지 25 ㎜, 더 바람직하게는 약 1.0 내지 10 ㎜, 보다 더 바람직하게는 약 1.5 내지 6 ㎜, 및 가장 바람직하게는 약 1.5 내지 3 ㎜의 두께를 가질 수 있다. 중심부(12)는 바람직하게는 도 14에 예시된 바와 같이 원형이다. 중심부(12)의 외부 엣지(14)의 직경은 바람직하게는 약 2.5 내지 61 ㎝(1 내지 24 in)이지만, 더 작거나 더 큰 중심부도 또한 본 발명의 범위내에 있다. 한 바람직한 실시태양에서, 중심부(12)는 더 많은 솔모를 불균일하거나 불규칙한 작업편에 접촉하여 유지하는 것을 돕는 가요성 중심부(12)를 제공하기에 적합한 재료 및 두께인 중심부이다. 중심부(12)는 중심부를 손상하거나 실질적으로 영구 변형시키지 않으면서, 바람직하게는 10°이상, 더 바람직하게는 20°이상, 및 보다 더 바람직하게는 45°이상으로 굽혀질 수 있다. 타원형, 직사각형, 사각형, 삼각형, 다이아몬드형 및 기타 다각형을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 원형 이외의 중심부 형태가 또한 본 발명의 범위내에 있으며, 비교적 강성이거나 비가요성인 중심부도 또한 본 발명의 범위내에 있다.

이와는 달리, 중심부(12b)는 도 18에 예시된 바와 같이 고리 조각(section)일 수 있다. 이러한 실시태양에서, 중심부(12b)는 방사상 엣지(13) 및 (15)에 의해 각각의 측면 상에서 경계지워진다. 바람직하게는, 고리 조각은 원주 솔 단편에 정수의 고리 조각이 조립되는 것을 고려한 각 너비이다. 예를 들면, 도 19에 예시된 바와 같이 4개의 90°고리 조각(10b)이 360°원주 솔 단편을 이루도록 쉽게 배열된다.

바람직하게는, 중심부(12)는 솔모(18)와 일체형으로 성형되어 단일 솔 단편을 제공한다. 따라서, 솔모(18)를 중심부(12)에 접착시키기 위한 접착제 또는 기계적 수단이 요구되지 않는다. 중심부(12) 및 솔모(18)를 동시에 성형하는 것이 바람직하다. 연마 솔 단편을 제작하기 위해, 단일 사출 공정에서 금형 내에 놓인 연마 입자(26) 및 결합제 전구체 매트릭스(28)의 단일 혼합물이 존재할 수 있다. 그러한 실시태양에서, 연마 솔 단편은 전체적으로 일반적으로 균일한 조성물을 포함한다. 그러나, 성형 공정으로 인해, 연마 입자/결합제 혼합물은 완전하게 균일할 수는 없다. 예를 들면, 중합체 및 연마제 혼합물을 금형내로 주입할 때, 좁은 솔모 공동의 영향으로 보다 많은 중합체가 기부 근처의 솔모 공동의 내부에 인접하여 초기에 냉각되어, 다소 높은 농도의 연마 입자를 갖는 혼합물이 솔모의 팁(22)을 향하여 있도록 한다.

별법으로, 금형내에 결합제 전구체 매트릭스(28)의 2종 이상의 주입물이 존재할 수 있다. 예를 들면, 제1 주입물은 주로 솔모(18)에 배치되는, 결합제 전구체 매트릭스(28) 및 연마 입자(26)의 혼합물을 포함할 수 있다. 제2 주입물은 주로 솔 단편(10b)의 중심부(12)에 배치되는, 연마 입자(26)를 갖지 않거나 더 적거나 또는 상이한 유형의 연마 입자를 갖는 결합제 전구체 매트릭스(28)를 포함할 수 있다. 둘 모두 연마 입자를 포함하는 2종의 주입물을 갖는 것도 또한 본 발명의 범위내에 있다. 제1 주입물은 특정 크기, 재료 및(또는) 경도의 연마 입자를 가질 수 있지만, 제2 주입물은 상이한 연마 입자를 포함할 수 있다. 연마 동안, 팁(22)에 더 가까운 연마 입자가 먼저 사용된 다음, 뿌리(20)에 더 가까운 연마 입자가 사용된다.

결합제 전구체 매트릭스

본 발명에 다른 연마 물품은 2종 이상의 상호 작용 성분을 포함하는 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 결합제를 포함한다. 바람직하게는, 결합제 전구체 매트릭스는 폴리우레탄/요소 결합제 및 에폭시 결합제로 이루어진 군으로부터 선택된 결합제를 형성할 수 있다.

한 실시태양에서, 결합제 전구체 매트릭스는 바람직하게는 2종 이상의 상호 작용 성분을 포함하여, 약 2 이상의 평균 아민 및(또는) 히드록시 관능가 및 당량 당 약 30 g 이상 내지 약 10,000 g 이하의 당량 중량을 갖는 아민, 폴리올 또는 아민/폴리올 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 제1 성분, 및 2 이상의 평균 이소시아네이트 관능가 및 당량 당 약 80 g 이상 내지 약 5000 g 이하의 당량 중량을 갖는 다가 이소시아네이트를 포함하는 제2 성분을 포함하는 폴리우레탄/우레아 결 합제를 형성한다. 성분들은 바람직하게는 중합시, 연질 단편 및 경질 단편을 약 10:1 내지 1:2, 바람직하게는 약 2:1 내지 약 0.75:1의 연질 단편:경질 단편의 비로 형성할 수 있다.

"연질 단편"이란 2 이상의 관능가 및 약 300 이상의 당량 중량을 갖는 매크로디올 또는 매크로디아민의 중합으로부터 수득한 폴리우레아 또는 폴리우레탄/요소의 연질 가요성 중합성 단편을 의미한다. 또한, 연질 단편은 2 이상의 관능가 및 약 300 이상의 당량 중량을 갖는 다가 이소시아네이트 예비중합체로부터 형성될 수 있다.

"경질 단편"이란 약 2 이상의 관능가를 갖는 관능성 이소시아네이트 또는 관능성 아민 또는 폴리올의 중합으로부터 수득한 더 단단하고 덜 가요성인 중합체 단편을 의미한다.

"이소시아네이트 예비중합체"란 이소시아네이트-말단의 분자를 생성하도록 변형된 관능기를 갖는 매크로폴리올을 의미한다.

"사슬 연장제"란 활성 수소 관능기를 갖는 저분자량 단량체를 의미하며, 여기서 "활성 수소 관능기"는 분자 내에 존재하는 반응성 히드록시 또는 아민기를 주로 말하는 그 통상적인 의미로 사용된다. 개별 연질 단편이 결합제의 연질 영역을 형성하도록 결합하는 한편, 개별 경질 단편은 결합제의 경질 영역을 형성하도록 결합한다.

"연마 제품 마모 비율(%)"란 작업편을 연마하는 동안의 주어진 시간 동안 연마 제품 또는 조성물의 중량 손실분을 연마 제품의 원래 중량으로 나누고 연마 제 품 마모 비율(%)을 구하기 위해 100을 곱하여 얻는 값이다. 연마 제품의 내마모성과 관련한 용어 "효율"은 연마 제품 마모 비율(%)로 나눈, 연마되고 있는 작업편의 절단 또는 중량 손실을 의미한다.

하기의 용어는 백킹에 도포되는, 본원에 기술된 조성물로 제품을 제조하는데 유용한 백킹 물질을 설명한다.

"경질 중합체"란 백킹 물질로 사용하기 위해 제작하는 경우, 충분한 강성도를 보여 사용시 실질적으로 원래의 형상이 변형되거나 뒤틀리지 않는 열가소성 또는 열경화성 중합체를 의미한다. 강성도는 주어진 중합체 선택을 위한 백킹 두께를 조절하거나 강화제의 첨가 등으로 달라질 수 있다. 예를 들면, 나일론 6, 나일론 6,6, 폴리프로필렌, 충전된 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 충전된 에폭시 수지, 레졸 페놀 수지, 노볼락 페놀계 수지, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌 술피드 등이 있다.

"가요성 중합체"란 백킹 물질로 사용하기 위해 제작하는 경우, 작업편의 표면에 대한 실질적 순응성 (conformability)을 보이는 열가소성 또는 열경화성 중합체를 의미한다. 예로는 천연 및 합성 고무, 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄, 폴리에스테르 엘라스토머, 올레핀계 엘라스토머, 및 통상적으로 강성이라고 생각되는 중합체들의 보다 얇은 백킹 등이 있다.

"복합재"란 1) 섬유 및(또는) 직물 성분, 및 2) 열가소성 또는 열경화성 중합체 형태의 매트릭스를 포함하는, 섬유- 또는 직물-강화 중합체 형태의 물질을 의미한다. 본 발명의 백킹으로 사용되는 상기 물질들은 강성이거나 가요성일 수 있다. 예로는 미국 특허 제5,316,812호 (Stout et al.)에 개시된 바와 같은 유리 섬유-강화 폴리에스테르 물질 및 면섬유-강화 페놀계 물질 등이 있다.

"직물"이란 섬유 및(또는) 실을 직조하거나 편성하거나, 스티치본딩 (stitchbonding), 에어-레잉 (air-laying), 카딩 (carding), 스펀 본딩 (spun bonding), 멜트 블로잉 (melt blowing), 웨트-레잉 (wet-laying) 등의 부직물 형성 기술, 또는 기타의 공지된 직물 형성 기술로 제조된 텍스타일 재료를 물질을 의미한다.

본 발명의 연마 제품에 사용하기 위한 적절한 결합제 전구체 매트릭스는 상기한 바와 같은 연질 및 경질 영역을 포함하며, 연질 단편 대 경질 단편의 비율이 약 10 : 1 내지 약 0.5 : 1, 바람직하게는 약 2 : 1 내지 약 0.75 : 1인 중합체로 구성되어 있다. 즉, 중합체는 약 90 % 내지 약 33 %, 바람직하게는 약 66 % 내지 약 42 %의 연질 단편 및 약 10 % 내지 약 66 %, 바람직하게는 약 33 % 내지 약 58 %의 경질 단편을 포함한다.

적합한 폴리올에는 1,2-에탄디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 비스-(2-히드록시에틸)-히드로퀴논, 디에틸렌 글리콜, 및 트리에틸렌 글리콜, 폴리옥시에틸렌 폴리올, 폴리옥시프로필렌 폴리올, 폴리테트라메틸렌 옥시드 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올 등이 있다.

적당한 아민에는 1,2-에탄디아민, 1,4-부탄디아민, 1,6-헥산디아민, 아미노에틸피페라진, 비스아미노프로필피페라진, 트리에틸렌글리콜디아민, 제프아민 EDR-148 (JEFFAMINE EDR-148), 제프아민 D-230, 제프아민 D-400, 및 제프아민 ED-600 (헌츠맨 코포레이션 (미국 텍사스주 휴스톤 소재)에서 시판), 디에틸톨릴렌 디아민 (상표명 에타큐어 100 (ETHACURE 100)) (미국 루이지애나주 바톤 루지에 소재하는 알베마를 코포레이션에서 시판), 3,5-디메틸티오톨루엔디아민의 2,4- 및 2,6-이성질체(상표명 에타큐어 300)(미국 루이지애나주 바톤 루지에 소재하는 알베마를 코포레이션에서 시판) 및 당량 중량이 약 250 내지 2000인 방향족 디아민 (상표명 베르사링크 (VERSALINK)) (미국 펜실바니아주 알렌타운에 소재하는 에어 프로덕츠 코포레이션에서 시판) 등이 있다.

본 발명에 유용한 방향족 폴리아민의 한 유형은 다음의 화학식을 갖는다.

상기 식에서, n은 약 2 내지 4인 정수이고, 각각의 x는 1 또는 2이고, 각각의 페닐 핵은 파라-아미노, 메타-아미노, 또는 디메타-아미노로 치환된 것이며, 각각의 Z는

이고, 각각의 R은 수소 또는 탄소 원자수가 약 4 개 이하인 저급 알킬이며, G는 당량 중량 범위가 약 300 내지 약 3,000인 n-가 폴리올 또는 폴리아민에서 각각 히드록실기 또는 아미노기를 제거하여 얻을 수 있는 n-가의 라디칼이다. 적당한 방향족 폴리아민의 예로는 에어 프로덕츠 및 케미칼스, 인크에서 상표명 베르사링크 650, 베르사링크 1000, 베르사링크 1000G, 베르사링크 2000 및 베르사링크 2900으로 시판하는 것 등을 들 수 있다. 베르사링크라고 지칭되는 상이한 방향족 폴리아민들의 숫자는 대략적인 분자량을 나타내고, 숫자의 절반은 대략적인 당량 중량을 나타낸다. 다른 적당한 다가 아민은 비스(3-아미노 프로필) 폴리테트라히드로푸란이다. 본 발명에 유용한 방향족 폴리아민의 제조 방법은 미국 특허 제4,328,322호에 자세히 기술되어 있다. 상기 방향족 폴리아민의 당량 중량은 바람직하게는 약 300 이상이고, 더욱 바람직하게는 약 400 이상이다.

상기 방향족 폴리아민에는 Z가

인 아미노벤조산 에스테르 또는 아미드, 및 Z가

인 아미노페닐우레탄의 2 개 클래스가 있다.

바람직하게는, 올리고머 형태의 방향족 폴리아민은 당량 중량 범위가 약 300 내지 약 3,000인 폴리(디-, 트리-, 테트라-, 펜타-, 또는 헥사-)메틸렌 에테르 주쇄 또는 이들의 조합물을 갖는, 실질적으로 2가인 아미노 벤조산-말단 올리고머이다. 폴리테트라메틸렌 에테르 주쇄 조성물이 특히 바람직하다.

올리고머 형태의 방향족 폴리아민을 연질 단편으로 사용하는 경우, 경질 단편은 평균 이소시아네이트 관능가가 약 2 내지 약 4 범위인 다가 이소시아네이트인 것이 바람직하다. 다가 이소시아네이트는 지방족, 지환족, 알릴지방족, 방향족, 헤테로방향족 또는 이들의 혼합물이다. 다가 이소시아네이트는 평균 이소시아네이트 관능가가 약 2 이상인 방향족 또는 지방족 폴리이소시아네이트인 것이 바람직하고, 관능가가 약 2 내지 약 4 범위, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 2.5 범위인 방향족 폴리이소시아네이트인 것이 더욱 바람직하다. 다가 이소시아네이트는 중합가능한 혼합물 중의 모든 활성 수소 원자와 실질적으로 반응하기에 충분한 양으로 존재해야 한다. 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트기에 대한 다가 아민의 활성 수소 원자의 비율은 약 0.8 내지 약 1.2, 더욱 바람직하게는 약 0.9 내지 약 1.1의 범위여야 한다.

중합되는 경우, 경질 단편에 관한 상기 요구조건을 충족시키는 다가 이소시아네이트의 예로는 폴리(테트라메틸렌 글리콜) 중합체와 이소시아네이트 관능가가 약 2 이상인 방향족 또는 지방족 이소시아네이트와의 폴리이소시아네이트-말단 반응 생성물, 또는 폴리(헥사메틸렌 아디페이트) 등의 디히드록시-말단 폴리에스테르와 이소시아네이트 관능가가 약 2 이상인 방향족 또는 지방족 이소시아네이트와의 반응 생성물 등이 있다. 특히 바람직한 다가 이소시아네이트에는 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,4-시클로헥산 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, p-페닐 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 중합체 형태의 이소시아네이트, 또는 이들의 혼합물 등이 있다.

이와 달리, 연질 단편은 또한 중합성 다가 이소시아네이트 예비중합체로부터 제조될 수 있고, 중합시 연질 단편으로 유용한 적합한 다가 이소시아네이트 예비중합체의 예로는 폴리(테트라메틸렌 글리콜) 중합체와 이소시아네이트 관능가가 약 2 이상, 더욱 바람직하기로는 약 2 내지 5 범위인 방향족 또는 지방족 이소시아네이트의 폴리이소시아네이트 말단 반응 생성물, 또는 디히드록시 말단 폴리에스테르, 예를 들어, 폴리(헥사메틸렌 아디페이트)와 이소시아네이트 관능가가 약 2 이상, 더욱 바람직하기로는 약 2 내지 약 5 범위인 방향족 또는 지방족 이소시아네이트의 폴리이소시아네이트 말단 반응 생성물이 있다.

시판되는 다가 비블록킹형 이소시아네이트 예비중합체의 예로는 ADIPRENE L-315, ADIPRENE L-167 및 ADIPRENE L-100 (Uniroyal Chemical Co., Inc. 제품)가 있다.

연질 단편이 상기와 같은 중합성 다가 이소시아네이트 예비중합체로부터 제조되는 경우, 경질 단편은 다가 폴리올 및(또는) 몇몇의 아민을 포함한다. 중합시 이소시아네이트와 경질 단편을 형성할 수 있는 적합한 다가 아민으로는 방향족-, 알킬-방향족- 또는 알킬다가 아민, 바람직하기로는 1 급 아민이 있다. 적합한 예로는 디에틸톨릴렌 디아민의 이성질체, 3,5-디메틸티오톨루엔디아민의 2,4- 및 2,6-이성질체, 메틸렌 디아닐린 (MDA), 3,3'-디클로로메틸렌 디아닐린 (MOCA), 3,3'-디에틸렌메틸렌 디아닐린 및 Caytur 21 (미국 코넥티컷주 미들베리 소재 Uniroyal Chemical Corporation 제품), 바람직하기로는 관능가가 약 2.1 내지 약 4 범위인 중합체 메틸렌 디아닐린 (상표명 CURITHANE 103으로 시판됨, Dow Chemical Company 제품), MDA-85 (Bayer Corporation 제품)이 있다. CURITHANE 103은 평균 아민 관능가가 약 2.3이고, 4,4'-메틸렌 디아닐린 65%, 2,4'-메틸렌 디아닐린 5% 및 중합체 메틸렌 디아닐린 30%를 포함한다. MDA-85는 4,4'-메틸렌 디아닐린 85% 및 중합체 메틸렌 디아닐린 15%를 포함하며, 아민 관능가가 약 2.2이다. 적합한 알킬 아민의 예로는 1,5-디아민-2-메틸렌 펜탄 및 트리스(2-아미노에틸)아민이 있다.

적합한 또다른 결합제 전구체 매트릭스는 에폭시 결합제를 형성하도록 2종 이상의 상호작용 성분을 포함하며, 제1 성분은 경화성 글리시딜 에테르 에폭시드 기 함유 물질을 포함하고, 제2 성분은 아미노 말단 지방족 폴리에테르 경화제를 포함한다. 본 명세서에 사용된 "아미노-말단 지방족 폴리에테르 경화제"는 2 개 이상의 지방족 주쇄 단위, 2 개 이상의 에테르 주쇄 단위 및 하나 이상의 활성 수소 원자를 함유하는 2 개 이상의 말단 아미노기를 갖는 유기 물질을 의미한다.

바람직하기로는, 제1 성분은 개환에 의해 중합될 수 있는 옥시란 고리를 갖는 글리시딜 에테르 유도체이다. 그러한 물질은 일반적으로 글리시딜 에테르 에폭시드로 불리며, 예로 들 수 있는 것은 단량체 에폭시 화합물 및 중합체 종류의 에폭시드이다. 그러한 에폭시드는 잘 공지되어 있으며, 예로 들 수 있는 것으로는 글리시딜 에테르 유형 에폭시 수지 및 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르 및 노볼락 수지의 디글리시딜 에테르와 같은 에폭시드가 있다. 본 발명에 유용한 에폭시드 기 함유 물질로는 하기 화학식의 글리시딜 에테르 단량체가 있다.

<화학식 1>

식중, R¹은 알킬 또는 아릴이고, m은 정수 1 내지 6이다. 예로 들 수 있는 것은 다가 페놀과 과량의 클로로히드린(예를 들어, 에피클로로히드린)과의 반응에 의해 생성된 다가 페놀의 글리시딜 에테르이다.

바람직하기로는, 제2 성분은 하기 화학식의 폴리에테르 디아민을 포함한다.

<화학식 2>

식중, R²는 탄소수 2 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고, R³은 탄소수 2 내지 4의 직쇄 및 분지쇄 알킬렌기, 탄소수 4 내지 8의 시클로알킬렌기 및 탄소수 6 내지 8의 아렌기로부터 선택되는 탄소수 2 내지 8의 히드로카르빌렌기이고, n은 상기 화합물의 평균 분자량이 약 175 내지 약 750이도록 하는 정수 1 내지 10이다.

임의로는, 결합제 전구체 매트릭스는 고무상 및 열가소성 상 둘 다를 함유하거나 경화시 에폭시드 기 함유 물질과 고무상 및 열가소성 상 둘 다를 형성하여 경화된 에폭시 결합제의 크래킹을 방지할 수 있는 중합체 강인화제를 포함할 수 있다. 결합제 전구체는 또한 촉매를 함유할 수 있는데, 이 촉매는 에폭시드 기 함유 물질 및 아미노 말단 지방족 폴리에테르와 반응할 때 20 ℃ 이상의 발열을 제공할 수 있는 것이 바람직하다. 그러한 촉매는 전형적으로 금속 염, 바람직하기로는 질산칼슘 및 질산스트론튬으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속염 및 칼슘, 스트론튬 또는 바륨 양이온 및 퍼콜레이트 또는 트리플루오로메탄 술포네이트 음이온을 비롯한 금속염이다.

사슬 연장제

결합제 전구체 매트릭스가 올리고머 방향족 폴리아민 연질 단편 및 다가 이소시아네이트 경질 단편으로부터 제조된 폴리우레아 결합제를 형성하는 경우, 사슬 연장제가 결합제 전구체 매트릭스에 임의로 첨가될 수 있다. 사슬 연장제는 바람직하기로는 활성 수소 관능가가 약 2 내지 8, 바람직하기로는 약 2 내지 4, 더욱 바람직하기로는 약 2 내지 3이고, 당량 중량이 약 300 미만, 바람직하기로는, 약 200 미만이다. 적합한 사슬 연장제는 방향족-, 알킬-방향족- 또는 알킬 다가 아민, 바람직하기로는 1 급 아민을 비롯한 저분자량 다가 아민이다. 저분자량 다가 방향족 아민의 예로는 메틸렌 디아닐린 ("MDA"), 관능가가 2.1 내지 4 범위인 중합체 메틸렌 디아닐린 (디아닐린 CURITHANE 103 (Dow Chemical Company 제품), 디아닐린 MDA-85 (Bayer Corporation 제품)을 포함)이 있다. 디아닐린 CURITHANE 103은 평균 아민 관능가가 약 2.3이고, 4,4'-메틸렌 디아닐린 65%, 2,4'-메틸렌 디아닐린 5% 및 중합체 메틸렌 디아닐린 30%를 포함한다. 디아닐린 MDA-85는 4,4'-메틸렌 디아닐린 약 85% 및 중합체 메틸렌 디아닐린 15%를 포함하며, 아민 관능가가 약 2.2이다.

다른 적합한 아민 사슬 연장제의 예로는 에틸렌 디아민, 1,5-디아민-2-메틸 펜탄 및 트리스(2-아미노에틸)아민이 있다, 다른 적합한 사슬 연장제의 예로는 트리메틸올프로판 모노알킬 에테르, 에탄올아민, 디에탄올아민, 메틸렌 디아닐린, 디에틸 톨루엔 디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민, 파라-페닐렌 디아민, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜(1,2- 및 1,3-), 부틸렌 글리콜(1,4- 및 2,3-), 1,4-부텐디올, 1,4-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올 및 옥탄디올의 각종 히드록시 치환체, 트리메틸롤프로판 또는 이들의 혼합물이 있다.

연마 입자

본 발명에 유용한 연마 입자는 연마 입자 형성에 사용되는 통상의 등급인 것일 수 있다. 본 명세서에 기재된 솔 및 솔 단편에 유용한, 예를 들어 도면 4에 나타낸 바와 같은 연마 입자 (26)은 전형적으로 약 0.1 내지 1500 ㎛, 보통 약 1 내지 1300 ㎛, 바람직하게는 50 내지 500 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는다. 연마 입자는 유기성 또는 무기성일 수 있다. 무기성 연마 입자의 예로는 융합 산화알루미늄, 가열 처리된 융합 산화알루미늄, 세라믹 산화알루미늄, 가열 처리된 산화알루미늄, 탄화규소, 이붕화티탄, 알루미나 지르코니아, 다이아몬드, 탄화붕소, 산화세륨, 큐빅 질화붕소, 석류석 및 이들의 조합이 포함된다. 바람직한 융합 산화알루미늄에는 엑솔론 이에스케이 캄파니 (Exolon ESK Company, 미국 매사추세츠주 토나완다(Tonawanda)) 또는 워싱톤 밀즈 일렉트로 미네랄즈 코포레이션 (Washington Mills Electro Minerals Corp., 미국 매사추세츠주 노쓰 그래프톤(North Grafton))에 의해 예비처리되어 시판되는 것이 포함된다. 바람직한 세라믹 산화알루미늄 연마 입자는 당분야에 공지되어 있으며, 미국 특허 4,314,827호; 4,623,364호, 4,744,802호, 4,770,671호, 4,881,951호, 4,964,883호, 5,011,508호 및 5,164,348호에 기재되어 있는 것이 포함된다. 알파 알루미나 및 희토 산화물을 포함하는 바람직한 알파 알루미나-기재 세라믹 연마 입자에는 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 캄파니(Minnesota Mining and Manufacturing Company, 미국 미네소타주 세인트 폴)로부터 상표명 321 큐비트론 연마 입자(Cubitron abrasive grain)로 시판되는 것이 포함된다. 연마 입자의 다른 예로는 고체 유리구, 중공 유리구, 탄산칼슘, 중합체성 버블, 실리케이트, 알루미늄 삼수화물 및 멀라이트(mullite)가 포함된다. 연마 입자는 결합제와 결합될 때 작업편의 표면을 정련할 수 있는 연마 솔 (10)을 형성하는 임의의 입상 물질 (무기성 또는 유기성)일 수 있다. 연마 입자는 부분적으로 의도하는 용도에 따라 선택될 것이다. 예를 들어, 자동차로부터 페인트를 벗겨내기 위해, 페인트 하면을 손상시키지 않기 위해 비교적 연성 연마 입자를 사용하는 것이 때때로 바람직하다. 대안적으로, 금속 작업편으로부터 달라붙은 것을 제거하기 위해, 알루미나와 같은 더 경성인 연마 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 연마 솔에는 2개 이상의 유형 및(또는) 크기의 연마 입자가 포함될 수 있다.

"연마 입자"는 함께 결합되어 연마 응집물을 형성하는 단일 연마 입자를 또한 포함할 수 있다. 연마 응집물은 본 발명에 따른 다수의 미세한 연마 입자를 연마 제품내로 혼입하고자 할 때 특히 유용할 수 있다. 미세한 연마 입자는 통상적으로 약 100 그릿(grit) 이하의 크기를 가지며, 결합제 전구체가 연마 제품 주형으로 흐르는 것을 "블로킹"하여 결합제 전구체 매트릭스가 경화될 때 연마 입자가 서로 접착하는 것을 방지하는 경향이 있다. 연마 응집물은 당업계에 잘 공지되어 있고, 추가로 미국 특허 4,311,489호, 4,652,275호 및 4,799,939호에 기재되어 있다. 본 발명의 연마 입자는 또한 표면 코팅을 포함할 수 있다. 표면 코팅은 연마 제품내에서 연마 입자와 결합제 사이의 접착을 증진시키는 것으로 공지되어 있다. 그러한 표면 코팅은 당업계에 잘 공지되어 있고, 미국 특허 5,011,508호, 1,910,444호, 3,041,156호, 5,009,675호, 4,997,461호, 5,213,591호 및 5,042,991호에 기재되어 있다. 일부 경우에, 코팅을 첨가하면 연마 입자의 연마성 및(또는) 가공성이 개선된다.

플라스틱 연마 입자라고도 불리는 유기 연마 입자는 본 발명의 솔 및 솔 단편에 유용하다. 이들 입자는 바람직하게는 열가소성 중합체 및(또는) 열경화성 중합체로부터 형성되며, 개별적인 입자 또는 개별적인 입자의 응집물일 수 있다. 응집물은 결합제에 의해 함께 결합되어 성형된 덩어리(mass)를 형성하는 다수의 플라스틱 연마 입자를 포함할 수 있다.

결합제 전구체 매트릭스내에 혼입되는 플라스틱 연마 입자의 크기는 솔 또는 솔 단편의 의도된 용도에 의존한다. 절단 또는 거친 마감을 필요로 하는 용도에 대해, 더 큰 플라스틱 연마 입자가 바람직하지만, 마감 용도를 위해서는 더 작은 크기를 갖는 플라스틱 연마 입자가 바람직하다. 바람직하게는, 입자의 평균 직경은 필라멘트 또는 솔모의 직경의 약 1/2 이하이고, 더 바람직하게는 필라멘트 또는 솔모의 직경의 약 1/3 이하이다.

플라스틱 연마 입자는 약 0.1 내지 약 1500 ㎛, 전형적으로 약 1 내지 약 1300 ㎛, 바람직하게는 약 50 내지 약 500 ㎛, 더 바람직하게는 약 5 내지 약 100 ㎛ 범위의 평균 입자 크기를 가질 것이다. 평균 입자 크기는 전형적으로 가장 긴 크기에 의해 측정된다.

플라스틱 연마 입자는 임의의 정확한 형태를 가질 수 있거나, 불규칙하게 또는 무작위적으로 성형될 수 있다. 그러한 3차원 형태의 예로는 피라미드, 원통, 원추, 구, 블록, 입방체 및 다각형 등이 포함된다. 대안적으로, 플라스틱 연마 입 자는 비교적 평평할 수 있고, 다이아몬드, 십자형, 원형, 삼각형, 직사각형, 사각형, 난형, 8각형, 5각형, 6각형 및 다각형 등과 같은 단면 형태를 갖는다.

플라스틱 연마 입자의 표면(또는 그의 표면의 일부, 또는 입자의 일부의 전체 표면)은 커플링제로 처리되어 결합제 전구체 매트릭스내에서 접착 및(또는) 분산성이 강화될 수 있다. 플라스틱 연마 입자는 경화된 조성물내에 균일하게 분산될 필요는 없지만, 균일한 분산은 더 일정한 연마성을 제공할 수 있다.

플라스틱 연마 입자는 폴리카르보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드, 메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리술폰, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 아세탈 중합체, 폴리우레탄, 폴리아미드, 및 이들의 조합과 같은 열가소성 물질로부터 형성될 수 있다. 플라스틱 연마 입자는 플라스틱 입자가 솔 제조 공정에 의해 실질적으로 해를 입지 않도록, 결합제 전구체 매트릭스보다 높은 융점 또는 연화점을 가져야 한다. 플라스틱 입자는 솔 가공 동안 일반적으로 입자 상태로 유지될 수 있어야 하고, 따라서, 제조 공정 동안 실질적으로 용융하거나 연화하지 않도록 선택되어야 한다. 또한, 플라스틱 연마 입자는 작업편으로부터 이물질을 제거하거나, 미세한 표면 마감을 제공하는 것과 같은 원하는 표면 정련을 수행하여야 하며, 결합제 전구체 매트릭스는 작동 동안 마모되어, 작업편 표면에 새로운 플라스틱 연마 입자를 연속적으로 제공한다.

플라스틱 연마 입자의 평균 누프 경도(knoop hardness, "KNH"라고도 함)는 일반적으로 약 80 KNH 미만이고, 바람직하게는 약 65 KNH 미만이다.

임의의 첨가제

결합제 전구체 매트릭스는 임의의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 임의의 첨가제는 (분쇄 보조제를 비롯한) 충전제, 섬유, 대전방지제, 산화방지제, 촉매, 가공 보조제, 건조제, UV 안정화제, 난연제, 윤활제, 습윤화제, 계면활성제, 안료, 염료, 커플링제, 가소제, 침강방지제, 또는 이들의 혼합물의 군 중에서 선택하는 것이 바람직하다. 이들 물질의 양은 원하는 특성을 제공하도록 선택한다. 특정 첨가제를 결합제 전구체 매트릭스에 도입하는 바람직한 한 방법으로는 RIM 온도 및 압력을 견딜 수 있는 쉘에 첨가제를 캡슐화하는 방법이 있다.

충전제는 당업계에 공지되어 있는 바대로 결합제 전구체 매트릭스 내에 포함할 수 있다. 본 발명을 위한 유용한 충전제의 예에는 금속 탄산염 (예컨대, 탄산칼슘 (백악, 방해석, 이회토, 석회화, 대리석 및 석회암), 탄산마그네슘칼슘, 탄산나트륨, 탄산마그네슘), 실리카 (예컨대, 석영, 유리 비드, 유리 버블 및 유리 섬유), 실리케이트 (예컨대, 탈크, 점토 (몬모릴로나이트), 장석, 운모, 칼슘 실리케이트, 칼슘 메타실리케이트, 나트륨 알루미노실리케이트, 나트륨 실리케이트), 금속 황산염 (예컨대, 황산칼슘, 황산바륨, 황산나트륨, 황산나트륨알루미늄, 황산알루미늄), 석고, 질석, 목분, 알루미늄 삼수화물, 카본 블랙, 금속 산화물 (예컨대, 산화칼슘 (석회), 산화 알루미늄, 이산화티타늄) 및 금속 아황산염 (예컨대, 아황산칼슘)이 있다. 일부 경우에, 충전제는 연마 입자로서의 역할을 할 수 있다.

본 발명에 따르는 연마 제품에 유용한 바람직한 충전제는 연마 보조제이다. 본원에서, 연마 보조제는 첨가시에 화학적 및 물리적 연마 공정에 상당한 영향을 끼쳐 성능을 증진시키는 효과를 갖는 입자형 물질로 정의된다. 특히, 당업계에서 연마 보조제는 1) 연마 입자와 연마될 작업편 사이의 마찰을 감소시키거나; 2) 연마 입자가 "캡핑"되는 것을 방지하거나, 즉, 금속 입자가 연마 입자의 상단에 용접되는 것을 방지하거나; 3) 연마 입자와 작업편 사이의 경계면 온도를 감소시키거나, 4) 연마력을 감소시키는 작용을 할 것으로 여겨진다. 연마 보조제의 예에는 왁스, 유기 할라이드 화합물, 할라이드 염 및 금속, 및 그들의 합금이 포함된다. 유기 할라이드 화합물은 전형적으로는 연마 중에 파괴되어, 할로겐 산 또는 가스상 할라이드 화합물을 방출할 것이다. 그러한 물질의 예에는 염소화 지방산, 및 테트라클로로나프탈렌, 펜타클로로나프탈렌 및 폴리염화비닐과 같은 염소화 왁스가 포함된다. 할라이드 염의 예에는 염화나트륨, 칼륨 크리올라이트, 나트륨 크리올라이트, 암모늄 크리올라이트, 칼륨 테트라플루오로보레이트, 나트륨 테트라플루오로보레이트, 규소 플루오라이드, 염화칼륨 및 염화마그네슘이 포함된다. 금속의 예에는 주석, 납, 비스무쓰, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철 및 티탄이 포함된다. 기타 다른 연마 보조제에는 황, 유기 황 화합물, 흑연 및 금속성 황화물이 포함된다.

결합제 전구체 매트릭스에 건조제를 첨가할 수 있다. 특히, 이러한 목적을 위해 시판되는 특정 분자체가 사용되어 왔다. 이들 분자체로는 알칼리 금속 알루미노-실리케이트, 예컨대 K₁₂[(AlO₂)₁₂(SiO)₁₂].xH₂O (UOP Molecular Sieve Absorbents Co.로부터 시판됨)가 통상적이고 바람직하다. 또한, 특정 실란 커플링제와 함께 사용되는 경우, 이들 분자체가 작용하여 다가 아민과 다가 이소시아네이 트 간의 반응을 촉매한다는 것이 이론화되어 있다.

일부 정련 용도를 위해, 결합제 전구체 매트릭스는 윤활제를 포함하는 것이 바람직하다. 결합제 전구체 매트릭스 내에 윤활제의 존재가 이러한 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 연마 제품에서의 작업편 표면에 접촉하는 솔모의 마찰을 감소시키는 것으로 여겨진다. 결과적으로, 이는 작업편을 정련할 때 발생하는 열을 감소시킨다. 과도한 열은 연마 솔이 작업편 상에 잔류물을 남기도록 하거나, 또는 달리 작업편에 해를 끼치게 할 수 있다. 적합한 윤활제에는 리튬 스테아레이트, 아연 스테아레이트, 칼슘 스테아레이트, 알루미늄 스테아레이트, 에틸렌 비스 스테아르아미드, 흑연, 몰리브덴 디술파이드, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 실리콘 화합물들 (예컨대, 미국 특허 제5,849,052호 (Barber)에 기재된 화합물)이 포함된다.

실리콘 화합물은 여러가지 상이한 형태로 이용할 수 있는데, 예를 들면, 분산성 실리콘 첨가제 (명칭 Q2-3238로 Dow Corning으로부터 시팜됨)인 화합물 자체로, 또는 농축물로서 이용가능하다. 폴리실록산이 배합되어 형성될 수 있는 중합체의 예는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리아세탈, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 및 폴리에스테르 엘라스토머이며, 이들은 모두 시판되는 것이다. 하이트렐(HYTREL)이라는 상표명으로 시판되는 실리콘 개질된 중합체가 BY27-010(또는 MB50-010)으로 시판되며, 실리콘 개질된 나일론 6,6은 BY27-005(또는 MB50-005)로 시판된다 (모두 Dow Corning Company (미시간, 미드랜드)로부터 시판됨). 전형적으로, 시판되는 농축물은 40 내지 50 중량% 범위의 폴리실록 산을 포함할 수 있지만, 최종 생성물내에서 원하는 중량%가 얻어질 수 있다면, 본 발명의 목적을 위해서는 어떠한 중량%도 허용된다. 윤활제는 바람직하게는 결합제 전구체 매트릭스내에 약 20 중량% 이하의 양(연마 입자 함량 제외), 바람직하게는 약 1 내지 10 중량%의 양으로 존재할 수 있으며, 원하는 경우 더 많거나 더 적은 양으로 사용될 수 있다.

작업편

작업편은 금속, 금속 합금, 특이 금속 합금, 세라믹, 유리, 목재, 목재형 물질, 복합재, 페인트된 표면, 플라스틱, 강화 플라스틱, 암석, 또는 이들의 조합과 같은 임의 유형의 물질일 수 있다. 작업편은 또한 작업편 표면 상에 원치않는 층 또는 외부 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 코팅은 예를 들면 페인트, 먼지, 파편, 오일, 산화물 코팅, 녹, 접착제, 가스켓 물질 등일 수 있다. 작업편은 평평하거나, 또는 그와 연관된 형태 또는 윤곽을 가질 수 있다. 작업편의 예에는 유리 안경, 플라스틱 안경, 플라스틱 렌즈, 유리 텔레비젼 스크린, 금속 자동차 부품, 플라스틱 부품, 입자 보드, 캠(cam) 축, 크랭크(crank) 축, 부엌 싱크대, 욕조, 가구, 터빈 블레이드, 페인트된 자동차 부품, 자석 매체 등이 포함된다.

용도에 따라, 연마 경계면에서의 힘은 약 0.1 ㎏ 내지 100 ㎏ 초과의 범위일 수 있다. 일반적으로, 이러한 범위는 연마 경계면에서 1 ㎏ 내지 50 ㎏의 힘이다. 또한, 용도에 따라, 연마하는 동안 액체가 존재할 수도 있다. 이러한 액체는 물 및(또는) 유기 화합물일 수 있다. 전형적인 유기 화합물의 예에는 윤활제, 오일, 유화된 유기 화합물, 절단액, 비누액 등이 포함된다. 이들 액체는 또한 소포제, 탈지제, 또는 부식 억제제 등과 같은 다른 첨가제를 함유할 수 있다. 연마 제품은 사용 중에 연마 경계면에서 진동할 수 있다. 일부 경우, 이러한 진동은 연마되는 작업편 상에 더 미세한 표면을 형성할 수 있게 한다.

페인트 또는 기타 코팅, 가스켓 물질, 부식 또는 기타 이물질을 제거하는 것을 포함하여, 작업편 표면을 세척함으로써 표면을 정련하기 위해, 본 발명의 솔 제품을 수동으로, 또는 기계와 조합하여 사용할 수 있다. 솔 및 작업편 중 적어도 하나 또는 둘 모두를 서로에 대해 이동시킨다. 연마 입자 또는 연마 솔을 벨트, 테이프 롤, 디스크 및 시이트 등으로 개조할 수 있다. 전형적으로는, 솔 디스크를 부착 요소에 의해 백업 패드에 고정시킨다. 이러한 솔 디스크는 분당 약 100 내지 20,000회, 전형적으로 분당 1,000 내지 15,000회 회전할 수 있다.

특정 물질 및 양을 구체화하는, 하기 실시예에서 예시한 본 발명의 목적, 특징 및 이점들은 본 발명을 제한하기 위함이 아니다. 달리 나타내지 않거나 명백하게 하지 않는 한, 모든 물질들은 상업적으로 구입가능하거나 당업계의 숙련자들에게 공지된 것이다.

실시예 1 내지 2에서, 7.62 cm (3 in) 원형의 편평한 기부 표면 상에 원추형 솔모가 두 개의 원주 열로 배치된 솔을 제조하는 강철 금형을 제작하였다. 바깥쪽 열은 21.18 도 간격으로 동일하게 떨어지고 중심으로부터 3.00 cm (1.18 in)의 반경으로 배치된 17 개의 솔모로 이루어져 있었다. 내부 열도 또한 21.18 도 간격으로 동일하게 떨어지고 중심으로부터 2.4 cm (0.94 in)의 반경으로 배치된 17 개의 솔모로 이루어져 있었다. 각각의 원추형 솔모는 길이가 1.5 cm (0.59 in)이고, 기부에서 0.6 cm (0.24 in)의 직경을 가지며, 기부로부터 점점 가늘어져 팁에서는 0.35 cm (0.14 in) 직경을 가졌다.

하기 실시예의 제조에 사용된 물질을 하기에 열거하였다.

결합제 전구체 성분

RFA-1000	메틸렌 디-p-페닐렌 이소시아네이트 (미국 코넥티커트주 미들버리 유니로얄 케미칼 코포레이션; Uniroyal Chemical Corp., Middlebury, CT)
RFB-0065	방향족 아민 (유니로얄사)
베르사링크 1000	우레탄 경화제 (미국 필라델피아주 알렌타운 에어 프로덕츠 코포레이션; Air Products Corporation, Allentown, PA)
베르사링크 650	방향족 폴리아민 (에어 프로덕츠사)
이소네이트 143L	이소시아네이트 (미국 마이애미주 미드랜드의 다우 케미칼 컴퍼니; Dow Chemical Company of Midland, MI)
DP-420	에폭시 결합제를 형성하는 2 부 결합제 전구체 매트릭스 (미국 미네소타주 세인트 폴, 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴퍼니; Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN)(제조 업자의 지시에 따라서 본원에서 사용됨)

연마 입자

SiC	탄화규소
AlO	융합된 산화알루미늄
C201	201 쿠비트론 (CUBITRON) 연마 입자로서 상업적으로 공지된 산화철로 시딩한 졸 겔 산화알루미늄 (미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 컴파니)

금형 솔모 공동을 36 등급 갈색 산화알루미늄 연마 입자 및 36 등급 탄화규소 연마 입자로 각각 채워서 실시예 1 및 2의 솔을 제조하였다. 남은 빈 체적을 폴리우레탄 결합제를 형성할 수 있는 2 성분 결합제 전구체 매트릭스로 채웠다. 유효량의 연마 입자를 금형에 넣고, 솔모 부분을 입자로 약 90 내지 100% 채운 후 수지를 주입하였다. 미국 특허 제3,562,968호 (존슨 (Johnson) 외)에 기재된 수나사 부착 요소의 한쪽(솔에 결합될 쪽)을 부직 연마 웹으로 긁고 금형에 넣은 후에 수지를 채워, 생성되는 솔이 뒤 표면으로부터 연장된 부착물을 갖게 하였다.

실시예 1 및 2 모두에 대한 결합제 전구체 매트릭스는 제1 결합제 성분으로서 RFA-1000을 포함하고, 제2 결합제 전구체 성분으로서 RFB-0095를 포함하였다. 제1 결합제 전구체 성분 대 제2 결합제 전구체 성분의 비는 100:45 중량이었다. 움직임이 없는 혼합기를 통하여 각각의 성분을 동시에 펌핑시켜 수지 혼합물을 형성하도록 성분을 혼합하였다 (미국 뉴저지주 08691 로빈스빌 TAH 인더스트리 인크사; TAH Industries, Inc., Robbinsville, NJ 08691, #160-632 부). 통상적인 기어 펌프로 각 성분을 혼합기에 이동시켰다. 금형을 완전히 채우게 하는 주입 압력은 대략 1000 psi였다.

결합제 전구체 매트릭스를 금형에 충분하게 채워서 솔모 공동을 완전히 채우고, 0.254 및 0.510 cm (0.100 및 0.200 in) 사이의 두께인 솔의 기부를 제조하였다. 고른 표면에 금형을 놓고, 결합제 전구체 매트릭스를 약 1 시간 동안 60 내지 80 ℃의 온도에서 경화시켰다. 금형으로부터 솔을 제거하고, 추가로 100 ℃에서 18 내지 24 시간 동안 경화시켰다.

비교예 A의 솔은 열가소성 수지 및 산화알루미늄 연마 입자 (50 등급) (미국 미네소타주 세인트 폴 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 컴퍼니사로부터 상표명 로록 브리스틀 디스크 (ROLOC BRISTLE DISC)로 구입가능함)를 포함하는 사출 성형된 솔이었다.

코팅 제거에 대하여, 실시예 1 및 2에서 기재된 연마 솔 공구를 비교예 A와 비교하여 평가하였다. 강철 테스트 판넬에 분무가능한 밀봉제 8851호 (미네소타주 세인트 폴 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 컴퍼니사로부터 구입가능)를 도포함으로써 테스트 작업편 (강철 테스트 판넬)을 균일하게 제조하였다. 각각의 연마 공구를 테스트 동안 연마 공구를 지탱하는 7.62 cm (3 in) 직경 경질 고무 백업 (back-up) 패드 (미네소타주 세인트 폴 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 컴퍼니사로부터 상표명 로록 백 업 패드로 구입가능함)가 있는 히타치 (Hitachi) 전기 분쇄기 상에 탑재하였다. 전기 분쇄기는 분 당 10,000 회전수로 작동하였다. 통상적인 수동 공정을 사용하여 1.5 분의 시간 동안 테스트를 수행하였다. 연마 분쇄를 통한 코팅 제거를 평가하여 각각의 공구들의 효율을 측정하였다. 테스트 결과를 하기 표에 나타내었다. 코팅 제거는 테스트 동안 제거된 코팅 물질의 그램으로 나타내고, 테스트 후 테스트 작업편의 최종 중량을 테스트 전 테스트 작업편의 초기 중량으로부터 감하여 계산하였다. 디스크 마모는 테스트 동안 제거된 테스트된 연마 공구의 백분율을 말하며, 하기와 같이 계산하였다: (연마 공구의 초기 중량 - 연마 공구의 최종 중량)을 연마 공구의 초기 중량으로 나눔. 이후, 이 결과에 100을 곱하여 디스크 마모 비율(%)을 얻었다.

실시예	코팅 제거	디스크 마모 비율(%)
비교예 A	63	20
실시예 1	62	2
실시예 2	66	7

상기 비교 테스트의 결과는 실시예 1 및 2가 코팅 제거시 통상적인 연마 용품 (비교예 A)만큼 효과적이지만, 낮은 마모 비율(%)로 증명된 바와 같이 긴 수명을 가짐을 나타내었다.

3M 브랜드 제품 8860호 (미네소타주 세인트 폴 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 컴퍼니)로 상업적으로 구입가능한 자동차 기부 (underbody) 코팅을 제거하기 위하여 상기 기술된 것과 동일한 조건을 이용하여 비교 테스트를 수행하였다. 결과를 하기 표에 요약하였다.

실시예	코팅 제거	디스크 마모 비율(%)
비교예 A	11	17
실시예 1	7	3
실시예 2	6	4

이 데이타는 다시 마모의 속도가 비교예 A와 비교하여 실시예 1 및 2에서 상당히 감소되었음을 나타내었다.

실시예 3 내지 6에서, 7.62 cm (3 in) 원형의 편평한 기부 표면 상에 원추형 솔모가 두 개의 원주 열로 배치된 솔을 제조하는 강철 금형을 제작하였다. 바깥쪽 열은 11.25 도 간격으로 동일하게 떨어지고 중심으로부터 3.47 cm (1.367 in)의 반경으로 배치된 32 개의 솔모로 이루어져 있었다. 내부 열 또한 14.40 도 간격으로 동일하게 떨어지고 중심으로부터 2.79 cm (1.099 in)의 반경으로 배치된 25 개의 솔모로 이루어져 있었다. 각각의 원추형 솔모는 길이가 1.9 cm (0.75 in)이었고, 기부에서 0.50 cm (0.197 in)의 직경을 가졌으며, 기부로부터 팁까지 5 도로 가늘어져 있었다. 팁에서의 직경은 0.19 cm (0.075 in)이었다.

금형을 연마 입자 및 결합제 전구체 매트릭스 성분으로 채워서 실시예 3 내지 6의 솔을 제조하였다. 하기의 표 3은 실시예 3 내지 6을 제조하는 데 사용된 성분을 열거하며, 결합제 전구체 매트릭스 성분을 중량부로 열거하였다. 연마 입자를 금형에 넣고, 솔을 입자로 채운 후, 결합제 전구체 매트릭스를 삽입하였다. 미국 특허 제3,562,968호 (존슨 외)에 기재된 수나사 부착 요소를 금형에 넣고 결합제 전구체 매트릭스를 채운 후, 생성된 솔은 뒤 표면으로부터 연장된 부착물을 가졌다. 금형을 일반적으로 충분한 결합제 전구체 매트릭스로 채우고, 솔 공동을 완전히 채워서 0.254 및 0.510 cm (0.100 및 0.200 in) 사이 두께의 편평한 층 (솔의 뒤 표면)을 제공하였다. 고른 표면에 금형을 놓고, 결합제 전구체 매트릭스를 약 1 시간 동안 60 내지 80 ℃의 온도에서 경화시켰다. 이후, 금형으로부터 솔을 제거하고, 추가로 100 ℃에서 18 내지 24 시간 동안 경화시켰다.

부착 요소를 수용하도록 설계된 7.62 cm (3 in) 백 업 패드 상에 솔을 마운팅시켜 실시예 3 내지 6을 테스트하였다. 수직 위치로 고정된 전기 직각 분쇄기 (독일 스투자르트 게엠베하 로버트 보쉬사로부터 구입가능)에 백업 패드를 고정시켰다.

실시예	결합제 성분 (부)	연마제 (등급)	정성적 결과 (실시예 1 및 2에서와 같은 테스트 조건)
3	100 부 베르사링크 1000:25 부 이소네이트 143L	AlO (60)	매우 양호한 페인트 및 녹 제거
4	100 부 RFA-1000:45 부 RFB-0065	SiC (36)	우수한 녹 제거, 기저 부분에서 약간의 솔 부서짐이 관찰되었음
5	DP-420 (에폭시 결합제)	SiC (36)	우수한 박편 및 용접 스패터의 제거
6	100 부 RFA-1000:45 부 RFB-0065	AlO (60)	양호한 페인트 및 녹 제거. 조작 동안 약간의 솔 부스러짐

표 3의 데이타는 상호작용 사출 성형 공정을 통하여 만들어진 상기 사출 성형 연마 공구가 금속 표면의 페인트, 녹 및 용접 스패터 제거에 효과적임을 나타내었다.

Claims (8)

1. 다수의 솔모 단편 부분을 포함하는 연마 제품 금형의 적어도 일부에 유효량의 연마 입자를 제공하는 단계,

   연마 제품 금형에 결합제를 형성할 수 있는 2종 이상의 상호 작용 성분을 포함하는 결합제 전구체 매트릭스를 제공하는 단계, 및

   결합제 전구체 매트릭스를 연마 입자가 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 결합제 내에 고정되도록 연마 제품 금형내에서 경화시키는 단계

   를 포함함을 특징으로 하는 연마 제품의 제조 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1 면 및 제2 면을 갖는 일반적으로 평면의 기부, 및

   기부의 제1 면과 일체형으로 성형되고 그로부터 연장되어 있는 다수의 솔모를 포함하며, 이 때 기부는 2종 이상의 상호 작용 성분을 포함하는 결합제 전구체 매트릭스로부터 형성된 결합제를 포함하며 사실상 연마 입자를 함유하지 않고, 다수의 솔모의 적어도 일부는 결합제 대 연마 입자의 중량비가 약 1:3 이상이도록 결합제내에 부착된 다수의 연마 입자를 포함함을 특징으로 하는 일체형으로 성형된 연마 제품.
7. 삭제
8. 삭제

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