KR19990064303A - 연마 그레인과 비연마 복합 그레인을 함유한 고성능 연마 용품 - Google Patents

연마 그레인과 비연마 복합 그레인을 함유한 고성능 연마 용품 Download PDF

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스프레이그 로버트 월터
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Abstract

결합 재료에 의해 접착적으로 결합되는 그레인 층을 구비한 받침을 포함하는 코팅형 연마 용품에 있어서, 그레인 층은 연마 그레인과 비연마 복합 그레인을 포함하며, 비연마 복합 그레인은 지방산의 금속염, 콜로이드 실리카 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 결합제에 의해 함께 결합되는 무기 비연마 입자들을 포함한다. 이 연마 용품은 연마 그레인만을 함유한 코팅형 연마 용품과 동등하거나 보다 우수한, 예상 밖의 연마 효율과 성능을 갖고 있다. 또한, 본 발명은 연마 그레인과 비연마 복합 그레인이 함께 접착되어 있는 결합형 연마 용품에 관한 것이다.

Description

연마 그레인과 비연마 복합 그레인을 함유한 고성능 연마 용품
경쟁력이 있으면서 경제적인 코팅형 연마 용품의 분야에서는, 최상의 경쟁력을 추구하여 성취하려는 노력의 일환으로 용품의 제조 비용을 줄이면서 성능을 향상시키려는 노력이 계속되어지고 있다.
코팅형 연마 용품은 통상 받침(backing) 기질, 연마 그레인 및 상기 기질에 상기 연마 그레인을 유지하도록 작용하는 결합 시스템을 구비한다. 전형적인 코팅형 연마 용품에 있어서, 받침은 우선 보통 "메이크 코팅(make coat)"으로 간주되는 접착 층으로 코팅되며, 그 후 연마 그레인이 상기 접착 코팅재(coating)에 부착된다. 연마 그레인은, 각각의 연마 그레인의 주축이 받침에 수직으로 배치될 가능성을 극대화한 정전기적 증착이나 기계적 방법에 의해 메이크 코팅에 부착된다. 이와 같이 부착됨으로써, 연마 입자는 바람직하게 메이크 코팅 내에 적어도 부분적으로 매립된다. 그 후, 이와 같이 형성된 접착/연마 그레인 층은 받침에 연마 그레인을 유지하기 위하여 충분히 응고 또는 경화된다(일련의 건조 또는 경화 오븐 등에 의해). 메이크 코팅이 경화(curing 또는 setting)된 후, 보통 "사이즈 코팅(size coat)"으로 간주되는, 제2 접착 층이 메이크 코팅의 표면과 연마 입자에 부착되며, 경화시 이 제2 접착 층은 입자를 보다더 지지하며 입자를 받침에 보다더 고정시킨다. 임의적으로, 연삭 보조제(grinding aids)를 함유할 수도 있는 "슈퍼사이즈(supersize)" 코팅이 상기 경화된 사이즈 코팅에 부착될 수 있다. 어쨌든, 사이즈 코팅 및 슈퍼사이즈 코팅(사용된 경우)이 경화되고 나면, 결과의 코팅형 연마 용품은 시트(sheet), 롤(roll), 벨트 및 디스크(disk) 등과 같은 여러가지 편리한 형태로 개조될 수 있다. 또한, 임의적인 향상에 따라, 스와프(swarf)(즉, 연마 공정중 공작물로부터 방면된 파편)에 의한 연마 용품의 예상되는 피연마물이 끼이는 현상(loading) 또는 막힘(clogging)을 완화하기 위하여,커크-오스머 화학 기술 백과 사전(Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology)제4 판, 제1 권, 29 페이지에 제안된 바와 같이, 관통 금지 스테아르에이트 코팅재가 일단 형성된 연마 코팅재의 외면에 부착될 수 있다.
수년간 코팅형 연마재에 사용된 주요 연마 그레인은 용융 산화알루미늄과 탄화규소였다. 이것은 졸-겔(sol-gel) 소결 산화알루미늄(미네소타 세인트 폴 소재 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴패니에 의하여 시판되고 있는 상품명 "큐비트론(Cubitron)")과 같은 "프리미엄(premium)" 연마 그레인의 발전에 의해 다소 변경되었다. "프리미엄"과 같은 연마 그레인의 분류에는, 미국 특허 제5,011,512호(왈드(Wald) 등)에 정의된 바와 같은 의미를 갖는, 본원의 목적을 위한, 기술 용어가 포함된다. 프리미엄 연마 그레인을 함유한 코팅형 연마 용품은 일반적으로 스톡(stock) 제거시 용융 산화알루미늄이나 탄화규소를 함유하는 코팅형 연마재보다 성능이 뛰어나다. 그러나, 프리미엄 그레인은 용융 산화알루미늄이나 탄화규소와 비교하여 값비싸다. 따라서, 프리미엄의 연마 그레인을 사용하는 코팅형 연마 용품의 비용을 성능을 저하시키지 않으면서 절감할 필요가 있다.
이 목적을 위해, 양수인의 미국 특허 제5,011,512호(왈드 등)에는 프리미엄 연마 그레인의 그레인 층과 함께, 대리석과 같이 크누우프(Knoop) 경도가 200 이하인 비연마 무기 희석 그레인의 사용이 개시되어 있다. 왈드 등에 따르면 비연마 무기 희석 그레인은 개별적인 무기 희석 그레인이거나, 용융이나 결합제에 의해 함께 결합된 무기 희석 멀티그레인 응집체일 수도 있다. 상기 특허의 예들에 있어서, 연마 그레인 및 비연마 희석 그레인으로서의 대리석, 석고, 부석(浮石)의 각각의 그레인들은 폴리에스테르 받침의 탄산칼슘 충전된 레졸 페놀성 수지의 메이크 코팅에 부착된다. 이러한 코팅형 연마재는 예비 경화, 사이즈 코팅에 의한 코팅, 최종 경화 및 구부려지며, 이러한 코팅형 연마재의 벨트는 스테인리스강 공작물에서 연마도가 시험된다. "비연마"와 같은 그레인의 분류에는, 미국 특허 제5,011,512호(왈드 등)에 정의된 바와 같은, 본원의 목적을 위한, 기술 용어가 포함된다.
양수인의 미국 특허 제5,078,753호(브로버그(Broberg) 등)에서는, 수지성 결합제 및 무기, 비연마 충전제를 포함하는 침식성 응집체와 프리미엄 연마 그레인이 받침의 메이크 코팅에 접착되며, 사이즈 코팅이 상기 그레인과, 응집체 및 메이크 코팅을 덮도록 부착된다. 이렇게 준비된 코팅형 연마 용품에서의 연마 그레인의 크기 대 침식성 응집체의 크기의 비율은 대체로 2.5:1 내지 0.5:1이다. 침식성 응집체의 수지성 결합제용으로 적당한, 브로버그 등에 개시된 재료로는 페놀성 수지, 요소 포름알대히드 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴레이트 수지, 에폭시 수지 및 히드 글루가 있다.
왈드 등 및 브로버그 등의 전술한 특허들은 코팅형 연마재의 성능에 안좋은 영향을 끼치지 않으면서 프리미엄 그레인과 비연마 희석제를 제휴하는 주목할만한 기술 혁신을 보여주고 있다. 그러나, 본 발명의 이후의 상세한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 연마 그레인과 함께 유용한 선택적인, 바람직한 희석 재료를 발전시킴으로써 기술을 한층더 진보시켰다.
앞에서 확인된 왈드 등 및 브로버그 등의 특허 외에도, 코팅형 연마재용의 다양한 비연마 그레인 또는 다른 입자와 연마 그레인의 조합량은 다른 공보에도 제안된 바 있다. 이러한 예가 아래에 기술된다.
미국 특허 제1,830,757호(하트만(Hartmann) 등)에는 결합형 및 코팅형의, 양 연마 용품이 개시되어 있는데, 상기 용품은 모즈(Mohs') 경도가 9 이상인 연마 입자와 모즈 경도가 9 이하인 부스러지기 쉬운 입자의 혼합물로 구성된다. 연삭 동안, 부스러지기 쉬운 입자는 파열되어 연삭 표면 상에 구멍이나 함몰부를 남기므로, 개방된, 날카로운 절삭면을 초래하여 연마 작용을 향상시킨다. 개시된 부스러지기 쉬운 입자는 소성(燒成) 점토, 다공성(多孔性) 점토 그로그, 다이아몬드성 토양, 다공성 알루미나, 강옥(鋼玉), 플린트, 마그네시아 및 유리를 포함한다. 또한, 미국 특허 제5,110,322호(나라야난(Narayanan) 등)에는 결합형 연마재의 연마 입자용 희석제로서의 부스러지기 쉬운 입자가 개시되어 있다.
미국 특허 제3,476,537호(마코탄(Markotan) 등)에는 결합형 및 코팅형, 모두의 연마 입자가 개시되어 있는데, 상기 연마 입자의 다공성은 연마제 조성 외에도, 크기가 연마 그레인에 가까우면서 연마 그레인보다는 부드러운 과립상(顆粒狀) 작용제에 의해 영향을 받는다. 공지된 바에 의하면 다공성 야기 작용제는 석회암과, 천연 또는 활성화된 보크사이트와, 감람석, 석고, 크롬철광, 코큄바이트, 연망간석, 몰리브덴, 방연광, 암염 등과 같은 광물 뿐만 아니라 유사한 목적을 위해 제조된 여러가지 용품으로부터 선택될 수도 있다.
미국 특허 제3,266,878호(티머(Timmer) 등)에 개시된 코팅형 연마 용품에 있어서, 다이아몬드는 모즈 경도가 4.0과 8.5 사이인 입자에 의해 희석된다. 희석 입자로는 플린트, 가닛, 금강사, 가루 유리 및 가루 수지가 있다.
1964년 2월 11일자로 공개된 캐나다 특허 제802,150호(칼드웰(Caldwell))에는 그레이스톤과 같은, 크누우프 경도의 범위가 200 내지 600인 과립이 블렌드된 다이아몬드 연마 그레인을 포함하는 코팅형 연마재가 개시되어 있다.
WO 92/05915(코스마노(Cosmano) 등)에는 받침에 결합된 침식성 응집체와 연마 그레인을 구비한 코팅형 연마재가 개시되어 있다. 침식성 응집체는 기본적으로 연삭 보조제로 구성되며 선택적으로 결합제로 구성된다. 침식성 응집체는 각각의 큰 연삭 보조 입자이거나 함께 결합된 연삭 보조 입자들의 혼합물이다.
공통적으로 양도된 1994년 3월 16일자 출원 미국 특허 출원 일련 번호 제08/214,394호에는 연삭 보조 입자와 결합제로 이루어진 주변(최외측) 코팅재를 구비한 연마 용품이 개시되어 있으며, 이 특허에서 상기 연삭 보조 입자는 비활성, 소수성(疎水性), 히드로카본-함유 물질로 개별적으로 코팅된다. 코팅형 연마 용품의 경우, 주변 코팅재는 용품의 연마 표면 상의 최외측 코팅재인 사이즈 또는 슈퍼사이즈 코팅이다. 또한, 각각의 코팅된 연삭 보조 입자는 연삭 보조 입자들을 함께 접착하는 결합제에 의해 침식성 연삭 보조 응집체로 혼입될 수도 있으며, 이들 응집체들은 코팅형 연마재의 메이크, 사이즈 및/또는 슈퍼사이즈 코팅에 혼입될 수 있다.
또한, 연마 용품에는 미네소타 세인트 폴 소재 미테소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴패니에 의하여 시판되고 있는 상품명 "큐비트론"과 같은 그레인용 희석제로서 갈색 알루미나가 사용되고 있다. 그러나, 이 갈색 알루미나는 강도가 낮으며 연삭 보조 효과가 별로 없다. 미국 특허 제4,737,163호(라키(Larkey)) 및 제4,734,104호(브로버그)에는 연마 그레인 혼합물이 개시되어 있다. 유럽 공개된 특허 출원 제0 615 816호(브로버그)에 개시된 코팅형 연마 용품은 복수 개의 형성 연마 그레인을 구비한 받침 및 결합제에 의해 이 받침에 결합된 복수 개의 희석 입자를 포함한다. 희석 입자는 (1) 응집체를 형성하도록 접착제에 의해 함께 결합되는 복수 개의 각각의 연마 입자, (2) 응집체를 형성하도록 접착제에 의해 함께 결합되는 복수 개의 각각의 비연마 입자, (3) 응집체를 형성하도록 접착제에 의해 함께 결합되는 복수 개의 각각의 연마 입자, (4) 각각의 비연마 입자, 또는 (5) 각각의 연마 입자 또는 이들의 조합물일 수 있다.
본 발명은 연마 그레인(abrasive grain), 결합제(binder) 및 비연마 복합 그레인(nonabrasive composite grain)을 포함하는 연마 용품과, 이러한 용품의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다. 이 연마 용품은 결합형 연마재, 코팅형 연마재 및 부직포(不織布) 연마재를 포함한다.
도 1은 본 발명의 코팅형 연마 용품의 일실시예의 개략적인 단면도,
도 2는 본 발명의 코팅형 연마 용품의 다른 실시예의 개략적인 단면도.
본 발명은 연마 효율이 우수하며, 연마 그레인의 고유의 장점들을 활용하여, 이러한 연마 그레인의 실제 사용량과 필요량을 감소시킨 연마 용품을 제공한다. 실제로, 몇몇 경우에는 상승 효과를 얻을 수 있어, 연마 입자만이 존재하는 연마 용품보다 본 발명의 연마 용품이 실제로 보다 우수하게 작용한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 결합 재료에 의해 접착적으로 결합되는 그레인 층을 구비한 받침을 포함하는 코팅형 연마 용품에 있어서, 상기 그레인 층은 연마 그레인 및 비연마 복합 그레인을 포함하며, 상기 비연마 복합 그레인은 지방산 금속염, 콜로이드 실리카 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 결합제에 의해 함께 결합된 무기 비연마 입자를 포함한다.
또한, 전술한 비연마 복합 그레인은 자체로 본 발명의 진보적인 일실시예를 이루는데, 즉 본 발명은 무기 비연마 미립자와, 그리고 지방산 금속염, 콜로이드 실리카 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된, 상기 무기 비연마 미립자용 결합제를 포함하는 비연마 복합 그레인에 관한 것이다. 본 발명의 다른 실시예는 연마 그레인과 비연마 복합 그레인의 블렌드(blend)로, 즉 연마 그레인과, 그리고 무기 비연마 미립자 및 지방산 금속염, 콜로이드 실리카 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된, 상기 무기 비연마 미립자용 결합제를 포함하는 비연마 복합 그레인의 블렌드에 관한 것이다.
또다른 실시예에 있어서, 주변(즉,"최외측") 코팅재는 코팅형 연마 용품의 전술한 그레인 층에 형성되며, 상기 주변 코팅재는 본 발명의 비연마 복합 그레인을 함유하지 않은 사이즈 코팅(슈퍼사이즈가 없는 경우) 또는 슈퍼사이즈 코팅이다. 더욱이, 코팅형 연마재의 그레인 층의 연마 그레인과 비연마 복합 그레인을 제휴함으로써, 본 발명은 예상 밖으로 연마 효율을 저하시키지 않으면서 코팅형 연마 용품의 그레인 층에 필요한 연마 그레인의 양을 감소시키는 수단을 제공한다.
또다른 실시예에 있어서, 전술한 비연마 복합 그레인의 평균 크기는 받침에 접착된 연마 그레인의 평균 크기의 두 개의 계수, 즉 0.5x와 2x 사이이다(즉, x는 연마 그레인의 평균 크기이다). 이러한 크기의 비연마 입자는 메이크 코팅 등에 사용된 종래의 무기 충전제의 크기보다 상당히 큰 것으로, 이러한 크기에 의해 비연마 입자는 메이크 코팅 표면에 연마 입자를 따라 부분적으로 함께 매립되어 그레인 층의 일부를 형성한다(메이크, 사이즈, 또는 슈퍼사이즈 코팅 층의 벌크 부분 형성에 대립되게).
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 전술한 코팅형 연마 용품의 제조 방법을 제공한다;
(a) 받침에 메이크 코팅 결합제 전구(前驅)물질을 부착하는 단계와;
(b) 복수 개의 연마 그레인과 비연마 복합 그레인을 상기 메이크 코팅 결합제 전구물질에 부착하는 단계로, 상기 비연마 복합 그레인은 지방산 금속염, 콜로이드 실리카 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 결합제에 의해 함께 결합된 복수 개의 무기 비연마 입자를 포함하는, 단계와;
(c) 상기 복수 개의 연마 그레인과 비연마 복합 그레인을 접착적으로 결합하도록 상기 메이크 코팅 결합제 전구물질을 경화시키는 단계.
본 발명의 또다른 실시예에 있어서, 슈퍼사이즈 코팅이 있거나 없는, 본 발명의 비연마 복합 그레인을 함유하지 않은 사이즈 코팅 층이 단계(c) 후 비연마 복합 그레인과 연마 그레인에 형성될 수 있어, 상기 구성물에 그레인을 보다더 고정시킨다.
본 발명의 코팅형 연마 용품에 비연마 복합(희석) 그레인을 혼입함으로써, 완전히 연마 그레인만을 함유한 유사한 코팅형 연마재와 비교하여 본 발명의 코팅형 연마 용품의 연마 그레인의 비율이 상당히 감소되었음에도 불구하고 예상 밖의 연마 효율을 갖춘 연마 용품이 제공된다. 본 발명의 비연마 복합 그레인은 일반적으로 연마 그레인보다 저렴하므로, 본 발명의 코팅형 연마 용품은 완전히 연마 그레인만을 함유한 코팅형 연마 용품, 특히 희석제가 없는 프리미엄의 연마 용품보다 저렴하다.
본 발명의 연마 용품은 코팅형 연마 용품 뿐만 아니라 결합형 연마 용품도 포함한다. 결합형 연마재는 연마 그레인으로 형성된 매스(mass)와, 결합제에 의해 함께 접착되는 전술한 비연마 복합 그레인을 포함하며, 상기 결합제는 유기, 금속 또는 유리질일 수 있다. 금속 또는 유리질 연삭 휠(wheel)에 있어서는 콜로이드 실리카 결합제가 바람직하다. 따라서, 형성 매스를 포함하는 결합형 연마 용품에 관한 본 발명에 있어서, 상기 형성 매스는 복수 개의 연마 입자와 제1 결합제에 의해 함께 접착되는 비연마 복합 그레인을 포함하며, 상기 비연마 복합 그레인은 지방산 금속염, 콜로이드 실리카 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 제2 결합제에 의해 함께 결합된 무기 비연마 입자를 포함한다. 결합형 연마재는 연삭 휠 형상이나 원뿔 형상과 같은, 결합제의 경화 완료 전에 다양한 유형의 유용한 연삭 형상으로 성형 및 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 티타늄(titanium) 연삭 방법에 관한 것이다;
(a) 결합 재료에 의해 접착적으로 결합된 그레인 층을 갖춘 받침을 구비한 코팅형 연마 용품과 티타늄을 포함하는 공작물을 제공하는 단계로, 상기 그레인 층은 연마 그레인과 비연마 복합 그레인을 포함하며, 상기 비연마 복합 그레인은 지방산 금속염, 콜로이드 실리카 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 결합제에 의해 함께 결합된 나트륨 메타포스페이트 입자를 포함하는, 단계와;
(b) 상기 공작물의 표면과 상기 코팅형 연마 용품을 마찰적으로 맞물리게 하는 단계와,
(c) 상기 공작물 표면에 대해 이 공작물 표면을 효과적으로 감소시키도록 상기 코팅형 연마 용품을 이동시키는 단계.
전술한 그리고 다른 목적, 양태 및 장점은 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예들의 아래의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
본 발명의 코팅형 연마 용품은 일반적으로 종래의 받침과, 메이크 및 사이즈 코팅용 결합제를 포함하며, 연마 재료는 비연마 복합 그레인에 의해 희석된다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 코팅형 연마 용품은 고니켈 합금, 텅스텐 합금, 스테인리스강(SAS 304) 및 티타늄과 같은 공작물의 연마시 성능이 우수함을 알 수 있다. 예를 들면, 몇몇 경우에 세라믹 산화알루미늄으로 제조된, 미네소타 세인트 폴 소재 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴패니에 의하여 시판되고 있는 상품명 "큐비트론 321"과 같은 프리미엄 연마 입자와, 아연 스테아르에이트의 결합제 매트릭스에 분산된 KBF4, 탄산칼슘, 크롤리트 및 NaPO3입자를 포함하는 바와 같은 비연마 복합 그레인을 대략 동량(체적을 기준으로) 함유하는 용품이 "큐비트론 321" 연마 입자를 두배(전체적으로) 함유한 종래의 코팅형 연마 용품을 능가하는 향상된 연마 효율을 나타낸다. 연마 효율은 부분적으로 연마 적용예 및 연마 용품을 형성하는 다른 성분들에 좌우된다. 더욱이, 본 발명의 코팅형 연마 용품은 예상 밖으로 종래의 코팅형 연마 용품보다 비사용 그레인 층(또는 폐기물)이 상당히 적음을 알 수 있다. 이와 같은 특징의 비용 절감 장점은 일반적으로 연마 그레인보다, 특히 프리미엄 연마 그레인보다 상당히 저렴한 비연마 미립자를 사용함에 따른 절약에 의해 증대될 수 있다.
본 발명의 코팅형 연마 용품은 코팅형 연마 용품의 제조에 있어서 공지되어 있는 또는 통상적인 받침, 메이크 코팅, 연마 그레인, 사이즈 코팅, 슈퍼사이즈 코팅, 및 연삭 보조제, 충전제 및 다른 첨가제와 같은 임의의 보조약을 사용할 수 있으며, 이들은 코팅형 연마 용품의 제조 분야에 공지되어 있거나 통상적인 것으로; 이러한 재료 또는 물질 및 이들의 형태 및 사용은 예를 들면, 워싱톤, 커닝함 소재 맥케타 제이.제이(Mcketta,J.J)의커크-오스머, 로크.시트(Kirk-Othmer,loc.cit.)의 17-37페이지, 마셀 데커 인코오포레이티드(Marcel Dekker,Inc.)의화학 공정 및 구조의 백과사전(Encyclopedia of Chemical Processing and Design)의 1-19 페이지 및 미국 특허 제5,011,512호와 제5,078,753호에 개시되어 있다.
본 발명의 코팅형 연마 용품용 기부 또는 기질로서 사용되는 받침은, 메이크 코팅 및 연마 용품의 다른 요소 또는 성분과 비교 가능하면서 연마 용품의 제조 및 사용 동안 일체성을 유지할 수 있는 재료로 된 시트 또는 필름으로 제조된다. 받침 재료의 예로는 종이, 섬유, 중합체 필름, 직포와 부직포 및 가황(加黃) 섬유가 있다. 받침의 다른 예가 미국 특허 제5,316,812호(스토우트(Stout)) 및 유럽 특허 공보 제0 619 769호(베네딕트(Benedict) 등)에 개시되어 있다. 이러한 받침의 몇몇 특징과, 인장 강도 및 비중량은 맥케타와 커닝함 원문loc. cit.의 4 페이지에 개시되어 있다. 또한, 받침은 받침을 밀봉하도록, 예를 들면 받침을 방수하며 받침의 물리적 특성을 개질하도록 처리제(들)를 함유할 수도 있다. 또한, 탄산칼슘 충전된 라텍스(latex)/페놀성 수지 코팅재(메이크 코팅으로서도 유용한)에 의해 포화되며 정해진 중량으로 된 특정, 폴리에스테르 직포 받침이 미국 특허 제5,011,512호에 개시되어 있다. 또한, 받침은 지지 패드(pad) 또는 백업(back-up) 패드에 결과의 코팅형 연마재를 고정하도록 뒷면에 부착 수단을 구비할 수도 있다. 부착 수단은 후크(hook) 및 루프(loop) 부착용 환상 직물이나 감압성(感壓性) 접착제일 수 있다. 선택적으로, 상기 미국 특허 제5,201,101호에 개시된 바와 같은 상호맞물림 부착 수단일 수도 있다. 연마 용품의 뒷면에도 미끄럼 저항 또는 마찰 코팅재가 함유될 수도 있다. 이러한 코팅재의 예로는 접착제에 분산된 무기 미립자(예를 들면, 탄산칼슘 또는 석영)가 있다.
메이크 및 사이즈 코팅은 일반적으로 수지성 결합제 또는 접착제이다. 수지성 접착제는 일반적으로 연마 용품 결합제용으로 필요한 적당한 특성들을 구비하도록 선정된다. 본 발명에 유용한 전형적인 수지 접착제의 예로는 페놀성 수지, 현수된 α,β-불포화 카르보닐기를 구비한 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 에틸렌계 불포화 수지, 아크릴레이트화된 우레탄 수지, 아크릴레이트화된 에폭시 수지, 비스말레이미드 수지, 플루오렌 개질(改質)된 에폭시 수지 및 이들의 혼합물이 포함된다. 페놀성 수지는 이것의 열 특성과, 유용성과, 경제성 및 용이한 취급으로 인해 연마 용품 결합제로서 광범위하게 사용된다. 두 종류의 페놀성 수지, 레졸 및 노보락(novolac)이 본 발명에 사용될 수 있다. 레졸 페놀성 수지의 포름알데히드 대 페놀의 몰비는 1:1 이상이며, 통상적으로 1.5:1.0 내지 3.0:0이다. 노보락 수지의 포름알데히드 대 페놀의 몰비는 이보다 작다. 시판되고 있는 페놀성 수지의 예에는 뉴욕 토나완다 소재 옥시덴탈 케미컬 코오포레이션(Occidental Chemical Corp.)에 의하여 시판되고 있는 상품명 "두레즈(Durez)" 및 "바쿰(Varcum)"과; 미조리 세인트 루이스 소재 몬산토 컴패니(Monsanto Co.)에 의하여 시판되고 있는 상품명 "레지노스(Resinox)"; 및 오하이오 콜롬부스 소재 아스란드 케미컬 인코오포레이티드(Ashland Chemical, Inc.)에 의하여 시판되고 있는 상품명 "아로페네(Arofene)" 및 "아로탑(Arotap)"이 있다.
메이크 및 사이즈 코팅의 결합제로서 사용될 수 있는 아미노플라스트 수지는 분자 또는 저중합체마다 적어도 하나의 현수 α,β-불포화 카르보닐기를 구비한다. 이러한 재료는 미국 특허 제4,903,440호 및 제5,236,472호에 추가로 개시되어 있다.
메이크 코팅의 결합제로서 유용한 에폭시 수지는 옥시란 링을 구비하며 링 개구에 의해 중합된다. 이러한 에폭시 수지는 단량체 에폭시 수지와 중합체 에폭시 수지를 포함한다. 이들 수지는 백본 및 치환기의 본성을 상당히 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 백본은 보통은 에폭시 수지와 연관된 유형일 수도 있으며, 백본 상의 치환기는 실온에서 옥시란 링과 반응하는 활성 수소 원자가 없는 기(group)일 수가 있다. 허용 가능한 치환기의 대표적인 예로는 할로겐, 에스테르기, 에테르기, 설포나이트기, 실록산기, 니트로기 및 포스페이트기가 있다. 몇몇 바람직한 에폭시 수지의 예로는 2,2-bis[4-(2,3-에폭시-프로폭시)페닐]프로판(비스페놀의 디글리시딜 에테르)와, 텍사스 휴스톤 소재 셀 케미컬 컴패니(Shell Chemical Co.)에 의하여 시판되고 있는 상품명 "Epon 828", "Epon 1004" 및 "Epon 1001F"와, 그리고 미시간 미들랜드 소재 다우 케미컬 컴패니(Dow Chemical Co.)의 상품명 "DER 331", "DER 332" 및 "DER 334"가 있다. 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르의 수성 유제(乳濟)의 고체는 약 50 내지 90wt.％, 특히 50 내지 70wt.％이며, 비이온성 유화제를 추가로 포함한다. 본 기술에 부합하는 유제는 켄터키 루이스빌 소재 셀 케미컬 컴패니에 의하여 시판되고 있는 상품명 "CMD 35201"이 있다. 이러한 수성 에폭시 유제는 EP 0 486 308(리(Lee) 등)에 연삭 보조제용 결합제로서 기술되어 있다. 다른 적당한 에폭시 수지로는 페놀 포름알데히드 노보락의 글리시딜 에테르(예를 들면, 미조리 미드랜드 소재 다우 케미컬 컴패니에 의하여 시판되고 있는 상품명 "DEN 431" 및 "DEN 438")가 있다.
본 발명의 메이크 및 사이즈 코팅에 사용될 수 있는 에틸렌계 불포화 수지로는 탄소, 수소 및 산소 원자를 함유하며 임의로 질소 및 할로겐 원자를 함유한 단량체 및 중량체 화합물이 있다. 산소나 질소 원자 또는 이들 모두는 일반적으로 에테르, 에스테르, 우레탄, 아미드 및 요소(尿素)기에 존재한다. 에틸렌계 불포화 화합물의 분자량은 약 4000 이하인 것이 바람직하며, 에스테르는 지방성 모노히드록시기나 지방성 폴리히드록시기 및 아크릴산, 메타아크릴산, 이타콘산, 크로토닉산, 이소크로토닉산, 마레이산 등과 같은 불포화 카르복실산을 함유한 화합물의 반응으로부터 제조되는 것이 바람직하다. 에틸렌계 불포화 수지의 대표적인 예로는 메틸 메타아크릴레이트, 에틸 메타아크릴레이트, 스티렌, 디비닐벤젠, 비닐 톨루엔, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 헥사네디올 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 글리세롤 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리메타아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 또는 펜타에리트리톨 테트라메타아크릴레이트 및 이들의 혼합물을 중합하여 제조된 것이 있다. 다른 에틸렌계 불포화 수지로는 모노알릴, 폴리알릴 및 폴리메타알릴 에스테르가 중합된 것과, 디알릴 프탈레이트, 디알릴 아디페이트 및 N,N-디알릴라디파미드와 같은 카르복실산의 아미드가 있다. 또다른 중합 가능한 질소 함유 화합물은 tris(2-아크릴옥시에틸)이소시아네이트, 1,3,5-tri-(2-메타아크릴옥시에틸)-에스-트리아진, 아크릴라미드, 메타아크릴라미드, N-메타아크릴라미드, N,N-디메틸-아크릴라미드, N-비닐피롤리돈, 및 N-비닐피페리돈을 포함한다.
아크릴레이트화된 우레탄은 히드록시 단말화된 이소시아네이트 확장된 폴리에스테르 또는 폴리에테르의 디아크릴레이트 에스테르이다. 메이크 및 사이즈 코팅에 사용될 수 있는, 시판되고 있는 아크릴레이트화된 우레탄의 예로는 조오지아 아틀란타 소재 래드큐어 스페셜티즈 인코오포레이티드(Radcure Specialtties Inc.)에 의하여 시판되고 있는 상품명 "UVITHANE 782", "CMD 6600", "CMD 8400" 및 "CMD 8805"가 있다. 메이크 및 사이즈 코팅에 사용될 수 있는 아크릴레이트화된 에폭시는 비스테놀 A 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르와 같은 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르이다. 시판되고 있는 아크릴레이트화된 에폭시의 예로는 조오지아 아틀란타 소재 래드큐어 스페셜티즈 인코오포레이티드에 의하여 시판되고 있는 상품명 "CMD 3500", "CMD 3600" 및 "CMD 3700"이 있다.
메이크 및 사이즈 코팅에 사용될 수 있는 비스말레이미드 수지는 미국 특허 제5,314,513호(밀러(Miller) 등)에 추가로 개시되어 있다.
본 발명에 유용한 연마 입자 또는 그레인의 예로는 산화알루미늄, 용융 알루미나 지르코늄, 실리카, 산화주석, 가닛, 산화세륨, 플린트, 크로미아, 티타늄 디보리드, 탄화붕소, 다이아몬드, 산화철, 탄화규소, 녹색 탄화규소, 가닛, 입방붕소질소화물(CBN), 탄화붕소 및 이들의 조합물을 포함한다. 또한, 용어 연마 그레인은 연마 응집체를 형성하도록 함께 결합되는 단일 연마 입자를 포용하는 의미이다. 연마 응집체는 미국 특허 제4,311,489호와, 제4,652,275호 및 제4,799,939호에 개시되어 있다. 용어 산화알루미늄은 졸-겔(sol-gel) 알파 알루미나계 연마 그레인과 같은, 용융 알루미나, 열처리 알루미나, 소결 알루미나, 용융 산화알루미늄(갈색 산화알루미늄, 열처리 산화알루미늄 및 백색 산화알루미늄) 및 세라믹 산화알루미늄을 포함한다.
몇몇 경우에는 프리미엄 연마 그레인을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 연마 용품에 사용될 수 있는 연마 그레인은 종종 이들의 표면 연마 능력에 따라 분류된다. 표면을 신속하게 연마할 수 있는 연마 그레인은 "프리미엄"으로 명명된다. 연마 그레인을 "프리미엄" 또는 "비연마"로 분류하는 시험이 상기 미국 특허 제5,011,512호에 개시되어 있다.
본 발명에 유용한 프리미엄 연마 그레인은, 미국 특허 제4,314,827호, 제4,518,397호, 제4,574,003호, 제4,623,364호, 제4,744,802호, 제4,770,671호, 제4,881,951호, 제5,011,508호, 제5,291,591호, 제5,201,916호, 제5,304,331호 및 EP 공보 228,856에 개시된 바와 같은 알파 알루미나계 세라믹 재료; 미국 특허 제3,781,408호와 제3,893,826호에 개시된 바와 같은 용융 알루미나-지르코니아; 미국 특허 제4,505,720호에 개시된 바와 같은 내화 물질로 코팅된 탄화규소; 다이아몬드; 다이아몬드형 탄소; 입방붕소질소화물; 및 이들의 블렌드 또는 조합물을 포함한다. 바람직한 일예의 연마 그레인은 알파 알루미나, 희토산화금속 및 마그네슘을 포함한다. 이 연마 그레인은 미국 특허 제4,881,951호에 지시된 바에 따라 제조될 수 있다.
본 발명에 사용되는 연마 그레인의 평균 입자 크기는 약 0.1 내지 1500㎛, 보통 약 1 내지 500㎛이다. 연마 입자의 모즈 경도는 적어도 약 8인 것이, 특히 9 이상인 것이 바람직하다.
또한, 연마 그레인의 표면 코팅재도 본 발명의 영역 내에 있다. 표면 코팅재는 많은 상이한 기능을 갖고 있을 수도 있다. 몇몇 경우, 표면 코팅재는 결합제로의 부착을 증대하거나 연마 그레인 또는 입자의 연마 특징을 변경한다. 표면 코팅재의 예로는 결합 보조제, 할로겐염화물, 규소와 같은 금속산화물, 내화성 금속질소화물 및 내화성 금속탄화물을 포함한다.
본 발명의 중점 사항은 연마 그레인과 비연마 복합 그레인의 혼합물에 관한 것이다. 비연마 복합 그레인은 결합제에 의해 함께 접착되는 무기 비연마 입자를 포함한다.
본 발명의 비연마 복합 그레인의 제조에 사용되는 비연마 무기 입자의 예로는 탄산칼슘(쵸오크, 방해석(方解石), 마아블, 트래버어틴, 마아블 및 석회암 형태의 CaCO3)과 같은 금속 카보네이트, 칼륨 테트라플루오로보레이트(KBF4), 나트륨 크롤리트(Na3AlFb), 나트륨 메타포스페이트(NaPO3), 나트륨 크롤리트, 칼륨 크롤리트, 암모니움 크롤리트, 나트륨 테트라플루오로보레이트, 실리콘 플루오르화물, 염화칼륨, 염화마그네슘, 금속(주석, 납, 창연, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철 및 티타늄과 같은), 황, 흑연, 금속성 설파이드, 칼슘 마그네슘 카보네이트, 탄산나트륨, 탄산마그네슘, 실리카(석영, 유리 구슬, 유리 버블 및 유리 섬유와 같은), 실리케이트(점토 및 활석과 같은, 예를 들면, 몬트모릴로니트, 장석, 운모, 칼슘 실리케이트, 칼슘 메타실리케이트, 나트륨 알루미노 실리케이트 및 나트륨 실리케이트), 금속 설페이트(칼슘 설페이트, 바륨 설페이트, 나트륨 설페이트, 알루미늄 나트륨 설페이트 및 알루미늄 설페이트와 같은), 석고, 질석, 알루미늄 트리히드레이트, 금속산화물(산화칼슘 또는 석회, 산화알루미늄, 티타늄이산화물) 및 금속 설파이트(칼슘 설파이트와 같은)를 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 전문 용어 "무기(inorganic)"는 금속 카보네이트 화합물을 포함한다. 이들 무기 입자의 크기는 약 0.01 내지 1000micormeter로, 통상 0.1 내지 100micormeter이다.
본 발명의 복합 그레인에 사용되는 복수 개의 비연마 미립자(즉, 복수 개의 각각의 입자)를 결합 및 통합하는데 사용되는 결합제는 지방산 금속염을 포함한다. 일반적으로, 지방산은 적어도 8개의, 바람직하게는 8 내지 20개의 탄소 원자와 카르복실 산기를 포함하는 긴 직쇄 또는 거의 직쇄로 된 탄화수소이다. 지방산은 포화 또는 불포화될 수 있다. 지방산이 포화된다면, 이것의 염은 분자식 CH3(CH2)xCO2M으로 나타내어질 수 있으며, 여기서 x는 6과 18 사이일 수 있으며 금속 원자 M은 아연, 칼슘, 리듐, 알루미늄, 니켈, 납, 바륨 등으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. x가 16이라면 스테아르에이트가 형성되며, x가 14라면 팔미타이트 염이 형성되며, x가 6이라면 옥타노에이트 염이 형성된다. 또한, 운데시레네이트 염 CH2=(CH2)8CO2M 및 유산염 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2M의 경우에서와 같이, 지방산은 불포화될 수 있다. 스테아르에산은 양호한 지방산이다. 현재 시판되고 있는 "스테아르산"과 같은 지방산의 혼합물이 사용될 수 있다.
전술한 지방산 염의 연화점은 100℃이상이다. 본 발명에서는 연화점이 높은 지방산 금속염을 사용하는 것이 바람직하다. 연마 응용 동안 상당한 양의 열이 발생될 수 있다. 이 열은 하중 저항 코팅재를 코팅형 연마재의 성능이 상당히 감소되도록 연화시킬 수도 있어 연마될 공작물의 코팅재를 손상시킬 수도 있다. 금속 스테아르에이트의 연화점은 110 내지 212℃이다.
지방산의 금속염은 일반적으로 물에 불용성으로, 케톤, 에스테르, 알콜 및 이들의 혼합물과 같은 유기 용매에서 드물게 용해될 수 있다. 그러나, 적절한 계면 활성제가 사용된다면, 지방산의 금속염도 물에 분산될 수 있다. 용매 제거와 연관된 환경적인 문제를 최소화하기 위하여 유기 용매 대신 용매로서 물을 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 함유된 계면 활성제의 양은 비연마 미립자, 지방산 금속염 및 계면 활성제의, 즉 비연마 복합 그레인을 제조하는데 사용되는 총 재조량의 0.01 내지 10wt.％이다. 사용 가능한 통상적인 계면 활성제로는 폴리옥시에틸렌 알킬페놀에테르, 나트륨 알킬설페이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리히드릭 알콜 에스테르, 폴리히드릭 에스테르 에테르, 설포네이트, 또는 설포석시네이트가 있다. 계면 활성제는 비연마 복합 형성 조성물에 직접 첨가될 수 있으며, 또는 지방산 금속염이 계면 활성제에 의해 전처리된 다음 조성물에 첨가될 수 있다.
본 발명의 비연마 복합 그레인은 예를 들면 KBF4의 무기, 비연마 미립자의 분산액을 예를 들면, 아연 스테아르에이트, Zn(C18H35O2)2와 같은 결합제의 분산액 또는 수성 용액과 뒤섞어, 다시 말해 혼합하며, 이렇게 형성된 미립자와 결합제의 혼합물을 교질화하며, 이러한 혼합물을 건조하며, 그리고 이렇게 건조된 고체를 연삭, 분쇄(crushing), 다시말해 미분쇄(pulverizing) 또는 성형 및 분류하여 입자 또는 그레인 용품을 형성한다. 이러한 용품은 적당한 받침 상의 메이크 코팅 층에 부착되거나 연마 그레인과 혼합될 수 있으며 이렇게 형성된 블렌드는 메이크 코팅에 함께 부착될 수 있다.
콜로이드 실리카 또는 실리카 졸도 본 발명의 복합 그레인의 비연마 미립자용 결합제로서 유용하다. 이들 졸은 물에서 비결정질의 실리카 입자의 안정적인 분산액이다. 시판되고 있는 용품에 함유된 실리카 입자의 직경은 약 3 내지 100 mm이며 비표면적은 50 내지 270m2/g이고, 함유량은 15 내지 50wt.％이다. 이들은 소량(1wt％ 미만)의 안정제를 함유하며, 대부분 나트륨 이온이다. 이들의 pH는 실리카 입자의 음전하를 유지하여 응집을 방지하기 위하여 7 이상이어야 한다. 이 표면 전하는 규소 표면 둘레 이중 층을 형성하며 이온화하는 용해 가능한 염에 의해 중성화되어, 응집을 허용하므로, 졸은 염의 농도가 낮을 때에만 안정적이다.
또한, 본 발명의 콜로이드 실리카 결합제와 지방산 금속 결합제는 조합되어 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, KBF4의 비연마 복합 그레인(비연마 무기 입자로서의)과 아연 스테아르에이트(제1 결합제로서의)의 혼합비는 각각 약 1:6(wt. H2O/wt. 아연 스테아르에이트의 수성 분산액)으로, 미국 뉴욕주 뉴욕 소재 위트코 코오포레이션(Witch Corp.)에 의하여 시판되고 있는 상품명 "AQ-90"의 아연 스테아르에이트의 45wt.％ 수성 분산액(325 메시를 99.9％ 통과하는)에 H20를 첨가함으로써 준비될 수 있다. 그 후, KBF4는 약 1:6(wt. KBF4/wt. 아연 스테아르에이트 수성 분산액)의 혼합비로 양호하게 뒤섞인 상태로 "AQ-90" 분산액에 충전된다. 통상적으로 물이 추가로 첨가되어 혼합을 촉진하다. 그 후, 미국 매사츄세츠 아슬란드 소재 니아콜 프로덕츠(Nyacol Products Inc.)에 의하여 시판되고 있는 상품명 "NY-215"(15％ 고체, pH=11, 입자 크기는 3 내지 4 mm)의 콜로이드 실리카 졸과 같은 콜로이드 실리카 졸이 이미 첨가된 KBF4의 양에 대해 각각 약 1:5(wt. 아교질 규소 졸/wt. KBF4)의 혼합비로 제2 결합제로서 혼합물에 첨가된다. 이렇게 형성된 습식 고체 믹스(mix)는 약 80℃로 밤새 트레이(tray)에서 건조된다. 건조된 고체는 대략 실온으로 냉각되며, 분쇄되며 바람직한 모래 크기로 연삭된다. 미세가루가 수집 및 재활용될 수 있다.
본 발명의 비연마 복합 그레인은 종종 코팅형 연마재의 결합 시스템, 즉 메이크, 사이즈 또는 슈퍼사이즈 코팅에 사용되는 유기 희석제 또는 무기 충전제와 혼동되어서는 안된다. 비연마 복합 그레인의 크기는 무기 충전제보다 상당히 크며, 입자 층을 구성하며 결합 시스템을 구성하지는 않는다. 예를 들면, 메이크 코팅에 부착되는 그레인 층에 존재하는 연마 그레인의 평균 크기의 그레이드 내에(즉, 연마 입자의 평균 크기의 2개의 계수 내의) 하한값이 있는, 평균 크기의 비연마 복합 그레인을 사용하는 것이 바람직하다. 반면에, 비연마 복합물의 크기가 연마 그레인의 크기를 상당히 초과한다면, 코팅형 연마재의 소정의 연마 작용을 방해할 수도 있다. 이점을 고려하여, 본 발명의 연마 및 비연마 복합 그레인의 각각의 크기는, 일실시예에 있어서, 연마 그레인의 평균 입자 크기는 단위가 ㎛인 값 x로 비연마 복합 그레인의 평균 입자 크기는 단위가 ㎛인 값 y의 관계로 표현되며, y/x의 비는 약 0.5 내지 2이다. 예를 들면, 연마 그레인의 평균 크기가 100㎛라면, 비연마 복합 그레인의 크기는 약 50 내지 200㎛이다. 이러한 크기의 비연마 입자는 결합 시스템(즉, 메이크, 사이즈 및 슈퍼사이즈 코팅)에 사용된 종래의 무기 충전제의 크기보다 상당히 큰 것으로, 이러한 크기에 의해 비연마 입자는 메이크 코팅 표면에 연마 입자를 따라 부분적으로 매립될 수 있어 그레인 층을 형성한다(코팅형 연마재의 결합 시스템의 벌크 부분만을 형성함에 반대되게). 또한, 통합 결합제가 경화되기 전에, 비연마 복합 그레인을 로드, 삼각형, 피라미드, 블록 등과 같은 삼차원 형상으로 형성할 수 있다.
통상적으로, 매우 부드러운 재료는 연마 그레인으로서 작용하지 못한다. 따라서, 몇몇 연마 응용에서 비연마 복합 그레인과 연마 그레인과의 블렌드를 함유한 연마 용품이 연마 그레인만을 함유한 연마 용품과 동등하거나 우수한 연마 특징을 나타낸다는 발견은 예상 밖이었다. 또한, 몇몇 응용예에서 코팅형 연마 용품의 연마 특징을 상당히 감소시키지 않으면서 연마 그레인이 어느 정도 희석될 수 있다는 것도 예상 밖이었다. 본 발명에 사용된 복합 그레인의 양은 그레인 층의 모든 그레인 재료의 총체적 100％를 기준으로 약 10 내지 80％인 것이 바람직하다. 그러나, 몇몇 응용예에서 비연마 복합 그레인을 체적을 기준으로 50％ 함유한 본 발명의 코팅형 연마 용품의 성능은 연마 그레인만을 함유한 연마 용품과 등등하거나 우수하다.
본 발명의 비연마 복합 그레인은 일반적으로 5 내지 90wt.％의 무기 미립자(예를 들면, 탄산칼슘)와 10 내지 95wt.％의 결합제, 바람직하게는 10 내지 80wt.％의 무기 미립자와 20 내지 90wt.％의 결합제를 포함한다. 비연마 복합 그레인은 대체로 용융 산화알루미늄과 탄화규소와 같은 종래의 연마제보다 저렴하며, 용융 알루미나-지르코늄과 알파 알루미나계 세라믹 재료와 같은 프리미엄 그레인보다 상당히 저렴하다. 따라서, 본 발명의 연마 용품은 일반적으로 연마 그레인으로만 제조된 연마 용품보다 제조 비용이 저렴하다. 몇몇 경우, 본 발명의 연마 용품의 제조 비용은 종래의 연마 그레인을 구비한 연마 용품의 제조 비용과 같거나 적으며, 본 발명의 연마 용품의 연마 효율은 연마 그레인으로만 제조된 연마 용품과 기본적으로 동등하거나 우수하다. 또한, 본 분야에 공지된 바와 같이, 연마 성능은 공작물의 종류, 연마 속도, 압력 등과 같은 많은 요인에 좌우된다.
또한, 본 발명의 비연마 복합 그레인은 "침식성"이며, 이것은 복합 그레인이 예를 들면, 기계적 응력으로 인한 균열 및/또는 습식 연삭 상태 하에 전체적으로나 부분적으로 용해됨으로써, 제어된 방식으로 파열될 수 있음을 의미한다. "습식"은 살수 또는 수공법이 사용되는 연삭 상태를 의미한다.
비연마 복합 그레인은 예를 들면, 충전제(연삭 보조제를 포함하는)와 같은 임의의 첨가제, 섬유, 윤활제, 습식 작용제, 틱소트로픽 재료, 계면활성제, 안료, 염료, 정전기 방제제, 커플링제, 가소제 및 부유제를 추가로 포함할 수 있다. 이들 재료의 양은 소정의 특성을 제공하도록 선정된다. 코팅형 연마재의 결합 시스템, 즉 메이크 코팅, 사이즈 코팅 및/또는 슈퍼사이즈 코팅 등도 결합 시스템의 주요 성분, 즉 결합제 전구물질을 구비한 이러한 보조약을 함유할 수 있으며, 단 상기 보조약은 본 발명의 비연마 복합 그레인을 함유하지는 않는다.
또한, 연삭 보조제, 또는 활성 충전제가 사이즈 코팅 전구물질(즉, 비경화, 비건조 사이즈 코팅)에 또는 미립자 재료로서 첨가될 수도 있다, 바람직한 연삭 보조제는 칼륨 플루오로보레이트(KBF4) 또는 나트륨 메타포스페이트이지만, 염화나트륨, 설페이트, 칼륨 티타늄 플로오르화물, 폴리비닐 크롤리드, 폴리비닐이디엔 크롤리드, 크롤리트 및 이들의 조합물과 같은 다른 연삭 보조제가 유용할 수도 있다. 연삭 보조제는 연마 용품 표면의 m2당 50 내지 300, 특히 80 내지 160g이 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 연마 용품에 혼입될 수 있는 정전기 방제제의 예로는 흑연, 카본 블랙, 산화바나디움 및 가습제가 있다. 이들 정전기 방제제는 예를 들면, 미국 특허 제5,061,294호, 제5,137,542호 및 제5,203,884호에 개시되어 있다.
메이크 및/또는 사이즈 코팅용의 다른 임의의 보조약으로서의, 커플링제는 결합제 전구물질과 충전제 입자 또는 연마 입자 사이에 관련 브리지를 제공할 수 있다. 커플링제의 예로는 실란, 티타네이트 및 지르코알루미네이트가 있으며, 이것의 작용을 위한 사용 방식은 예를 들면, 미국 특허 제4,871,376호(데왈드(DeWald))에 개시되어 있다. 연마 결합물은 커플링제를 약 0.01 내지 3wt.％ 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 메이크 코팅과 사이즈 코팅 사이, 또는 사이즈 코팅과 슈퍼사이즈 코팅 사이에 코팅재를 구비하는 것도 본 발명의 영역 내에 있다. 이 코팅재의 두께는 통상 메이크 및 사이즈 코팅에 비해 얇다. 이러한 여분의 코팅재는 아연 스테아르에이트와 같은 지방산의 금속염을 포함할 수 있다.
또한, 전통적인 메이크 및 사이즈 코팅 사이에 코팅재를 포함하는 것도 본 발명의 영역 내에 있다. 이 코팅재는 예를 들면, 아연 스테아르에이트 같은 지방산의 금속염일 수 있다.
본 발명의 연마 용품 제조 방법의 수작업 단계는 기본적으로 당해 업계에서 현재 실시되는 바와 동일할 수 있다. 예를 들면, 수지성 결합제를 포함하는 메이크 코팅 전구물질은 액체 또는 유동 가능한 형태로 받침에 부착되며, 연마 및 비연마 복합 그레인이 상기 부착된 메이크 코팅에 부착된다. 프리미엄 연마 그레인과 비연마 복합 그레인은 함께 블렌드되며 동시에 코팅되며, 또는 임의로 순서대로 메이크 코팅에 부착된다.
블렌딩 방법에 있어서, 두 종류의 그레인은 믹서에 장전되어 블렌드될 수 있으며, 그 후 결과의 그레인 혼합물은 습식 메이크 코팅에 정전기적으로 발사되거나 낙하 코팅될 수 있다. 이러한 제1 방법에 있어서, 결과의 연마 용품은 도 1에 도시된 바와 같이 나란한 방식의 연마 그레인과 비연마 그레인을 구비한다. 이 방법에서, 메이크 코팅 전구물질, 즉 비경화 수지성 결합제를 포함하는 코팅재가 받침에 부착된다. 그 후, 두 종류의 그레인이 믹서에 장전되어 블렌드되며, 그 후 결과의 그레인 혼합물은 메이크 코팅에 정전기적으로 발사되거나 낙하 코팅된다. 비연마 복합 그레인과 연마 그레인을 메이크 코팅 전구물질에 첨가한 후, 메이크 코팅 전구물질은 적어도 부분적으로, 즉 받침에 그레인을 고정하기에 충분할 만큼 경화되며, 순서대로 사이즈 코팅 전구물질이 부착될 수 있다. 특히, 열가소성 수지가 결합 시스템용으로만 사용된다면, 열가소성 수지는 단단해지도록 건조될 수 있다. 따라서, 본원의 경우, 용어 "경화"는 결합제 전구물질을 결합제로 개조하는데 필요한 중합화, 교질화, 또는 건조 절차에 관한 것이다. 따라서, "적어도 부분적으로 경화"란 결합제 전구물질을 적어도 부분적으로 중합화, 교질화, 또는 건조시키는 것이다.
그 후 사이즈 코팅 전구물질이 부착될 수 있는데, 이 사이즈 코팅 전구물질과, 메이크 코팅 전구물질(필요하다면)은 완전히 경화될 수 있다. 연삭 보조제를 함유할 수도 있는 임의의 슈퍼사이즈 코팅 전구물질이 부착될 수 있다. 슈퍼사이즈 코팅 전구물질은 메이크 및 사이즈 코팅이 완전히 또는 적어도 부분적으로 경화된 때 부착될 수 있다. 메이크 및 사이즈 코팅은 건조에 의해, 또는 열 에너지나, 전기빔과 자외선 및 가시광을 포함하는 방사 에너지와 같은 에너지원에 노출됨으로써 경화될 수 있다. 에너지원의 선정은 수지성 접착제의 화학적 성질에 좌우된다.
본 발명은 (1) 연마 그레인의 측면을 따라 코팅된 응집체 그레인과, (2) 연마 그레인의 바로아래 코팅된 응집체 그레인, (3) 연마 그레인 위에 코팅된 응집체 그레인 및 (4) 이들의 조합물을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 코팅형 연마 용품(10)은 받침(11)을 포함한다. 받침(11)을 덮고 있는 것은 메이크 코팅(12)으로, 이것에는 적어도 부분적으로 매립된 각각의 연마 그레인(13)과 비연마 복합 그레인(15)이 접착된다. 사이즈 코팅(14)은 메이크 코팅(12), 연마 그레인(13) 및 비연마 복합 그레인(15)에 부착된다. 비연마 복합 그레인은 결합제(16)와 무기 비연마 미립자(17)를 포함한다.
제2 방법에 있어서, 비연마 복합 그레인은 메이크 코팅 전구물질에 낙하 코팅될 수 있으며, 연마 그레인이 그 후 도 2에 도시된 바와 같이 정전기적으로 발사되거나 낙하 코팅된다. 사이즈 및 임의의 슈퍼사이즈의 경화 및 부착은 전술한 제1 방법과 동일하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 코팅형 연마 용품(20)은 받침(21)을 포함한다. 받침(21)을 덮고 있는 것은 메이크 코팅(22)으로, 이것에는 적어도 부분적으로 매립된 비연마 복합 그레인(25)과, 이들 비연마 복합 그레인(23) 사이에 배치된 각각의 연마 그레인(23)중 일부가 접착된다. 각각의 연마 그레인(25)중 나머지 부분은 메이크 코팅(22)에 부분적으로 매립되지 않고 비연마 복합 그레인(23)을 덮는다. 사이즈 코팅(24)은 메이크 코팅(22), 연마 그레인(23) 및 비연마 복합 그레인(25)에 부착된다. 비연마 복합 그레인은 결합제(26)와 무기 비연마 미립자(27)를 포함한다.
본 발명의 코팅형 연마 용품은 이를 사용하여 연마될 수 있는 공작물의 종류를 제한하지 않는다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "연마"는 연삭, 폴리싱(polishing), 피니싱(finishing) 등을 의미할 수 있다. 목재, 금속, 금속 합금, 플라스틱, 세라믹, 돌 등으로 제조된 공작물 표면은 본 발명의 코팅형 연마 용품에 의해 연마될 수 있다. 본 발명의 코팅형 연마 용품은 금속의 연삭 작업에 특히 적합하다. 예를 들면, 비연마 복합 그레인이 예를 들면 KBF4의 활로겐화된 연삭 보조제와 지방산염 결합제로 구성되며 연마 그레인과의 블렌드로서 메이크 코팅 전구물질에 정전기적으로 증착되는 본 발명의 코팅형 연마 용품은 특히 스테인리스강, 티타늄, 연강, 또는 다른 외래의 합금 공작물과 같은 금 속의 연삭에 특히 효과적이다. 예를 들면, NaPO3의 무기 포스페이트 연삭 보조제가 비연마 입자에 사용된 점을 제외하고는 전술한 바와 동일한 환경에서, 코팅형 연마재는 티타늄 연삭에 특히 유용하다.
또한, 본 발명의 코팅형 연마 용품은 예정된 특정한 연마 공정에 좌우되는, 불연속 시트, 디스크 형상, 무한 벨트 형상, 원뿔 형상 등과 같은 적용예에 적합한 다양한 기하학적 형상으로 즉각적으로 개조될 수 있다. 연마 용품은 사용에 앞서 구부려지거나 및/또는 가습처리될 수 있다.
본 발명의 코팅형 연마 용품에 관하여 본 명세서에 상당히 상세히 예시되어 있긴 하지만, 본 발명의 연마 용품은 코팅형 연마 용품 뿐만 아니라 결합형 연마재 및 부직포 연마재를 포함한다. 결합형 연마재는 무기, 금속 또는 유리일 수 있는 결합제에 의해 함께 접착되는 본 발명의 연마 그레인 및 비연마 복합 그레인으로 된 다공성의, 형성 매스를 포함한다. 결합형 연마재는 결합제의 경화 완료 전에 연삭 휠 형상 또는 원뿔 형상 등과 같은, 각종의 유용한 연삭 형상으로 성형 및 형성될 수 있다. 결합형 연마재의 다른 형태로는 컷 오프 휠, 압축된 휠 및 컵 휠이 있다.
일반적으로, 부직포 연마재로는 유기 섬유들이 함께 결합되어 있는 개방형의, 높은 삼차원 웨브(web)가 있으며, 상기 결합 지점에서 섬유들은 연마 결합제와 접촉한다. 이 웨브는 본 발명의 비연마 복합 그레인을 포함하는 결합제 전구물질 조성물에 의해 롤-코팅되거나, 스프레이 코팅되거나, 또는 다른 수단에 의해 코팅될 수도 있으며 계속해서 수지를 경화하기에 충분한 상태가 된다.
아래의 예들에, 본 발명의 목적 및 장점들이 본 발명의 다양한 실시예들에 의해 상세히 기술되긴 하지만 이들 예들의 상세한 설명은 본 발명을 과도하게 제한하여서는 안된다. 본 명세서의 모든 부분 및 퍼센테이지는 다른 지시가 없다면 중량을 기준으로 한 것이다.
예
예들에서, 네 개의 서로 다른 연마 효율 시험 공정 I 내지 IV가 이들 예들에 개시된 코팅형 연마 용품(벨트 또는 디스크)을 평가하도록 사용된다. 연마 시험 공정 및 벨트와 디스크 제조 방법이 우선 설명된다.
연마 효율 시험 공정 1
평가될 코팅형 연마 용품은 하중이 일정한 표면 연삭기에서 시험될 두 개의 7.6cm×335cm의 무한 연마 벨트로 개조된다. 사전에 중량이 측정된, 대략 2.5cm×5cm×18cm의 스테인리스강 공작물이, 2.5cm×18cm 면이 대략 직경이 36cm인 60 쇼어 A 듀로미터 만입형(serrated) 고무, 접촉 휠과 직면하며 1:1 영역에 걸쳐 코팅형 연마재 벨트가 동반되는 상태로, 수직으로 배치된 홀더에 장착된다. 그 후, 공작물은 분당 20cycle의 비율로 18cm의 경로를 따라 수직으로 왕복되며, 벨트가 약 2,050m/min으로 구동됨에 따라 스프링 장전식 플런저가 하중이 11.0kg인 벨트에 대해 공작물을 밀어 붙인다. 30초의 연삭 시간이 경과한 후, 공작물 홀더 조립체가 제거되어 재차 중량이 측정되며, 공작물으로부터 연마에 의해 제거된 스톡의 양은 원래 중량로부터 연마 후의 중량을 감함으로써 계산된다. 그 후, 새로운, 중량이 측정된 공작물과 홀더가 장치에 장착된다. 이 시험에서의 실험 오차는 ±10％이다. 총 절삭량은 시험 동안 제거된 스테인리스강의 전체량의 측정치이다. 이 시험은, 스톡의 최종 절삭량이 두 번 연속해서 30초 간격에 걸친 초기 절삭량의 1/3 이하일 때 종료된다.
본 명세서에 개시된 시험 공정 I, II, III 및 IV의 경우, 일반적으로 초기 절삭량은 규정된 연삭 제1 간격의 완료시 제거된 공작물의 양이며, 최종 절삭량은 연삭의 마지막 간격 동안 제거된 공작물의 양이며, 총 절삭량은 공작물에 대한 전체 연삭 공정에 걸쳐 제거된 공작물의 전체량이다.
연마 효율 시험 공정 II
섬유 디스크는 코팅형 연마 용품으로 제조된 것으로, 직경이 17.8cm로 직경이 2.2cm인 중앙 구멍이 형성되어 있으며 받침의 두께는 0.76mm인 각각의 디스크가 활주 작용 시험 기계에 설치된다. 섬유 디스크는 우선 딱딱한 결합 수지를 제어 가능하게 파열하도록 종래의 방식으로 구부려진 다음, 비스듬한 알루미늄 백업 패드에 장착되어, 304 스테인리스강 공작물의 1.25cm×19.8cm의 면을 연삭하도록 사용된다. 백 업 패드의 경사진 가장자리를 덮고 있는 디스크의 일부가 약 6.0kg의 압력으로 공작물에 접촉되는 상태로 디스크가 5500rpm으로 구동되어, 약 140cm2의 디스크 마모 경로를 생성한다. 각각의 디스크는 1분 동안 사전에 중량이 측정된 공작물을 연삭하도록 사용되는데, 공작물은 1분의 연삭 간격마다 재차 중량이 측정되어 총 10분에 걸쳐 중량 차이가 기록된다.
연마 효율 시험 공정 III
직경이 17.8cm이며, 직경이 2.2cm인 중앙 구멍이 형성되어 있으며, 받침의 두께가 0.76mm인 코팅형 연마 용품의 섬유 디스크가 선회 아암 시험 기구에 설치된다. 섬유 디스크는 우선 딱딱한 결합 수지를 제어 가능하게 파열하도록 종래의 방식으로 구부려진 다음, 비스듬한 알루미늄 백업 패드에 장착되어, 304 스테인리스강 디스크 공작물의 가장자리를 연삭하도록 사용된다. 아래의 예들에 달리 지시되어 있지 않다면, 백 업 패드의 경사진 가장자리를 덮고 있는 디스크의 일부가 약 4.0kg의 압력으로 공작물에 접촉되는 상태로 각각의 디스크가 1710rpm으로 구동된다. 아래의 예들에 달리 지시되어 있지 않다면, 각각의 디스크는 총 10분 동안 동일 공작물을 연삭하도록 사용되며, 이 공작물은 사전에 중량이 측정된 다음 연삭 후 매 1분 마다 중량이 측정된다.
연마 효율 시험 공정 IV
코팅형 연마 용품의 무한 연마 벨트(7.6cm×335cm)는 하중이 일정한 표면 연삭기 상에서, 압력이 68lb이며 속도가 2250m/min인 벨트를 5초 동안 연속하여 12번 연삭하면서, 매번 중량을 측정하고 로드를 냉각시켜 304 스테인리스강 로드의 1.9cm 직경의 면을 연마하는 방식으로 시험된다. 이 시험의 실험 오차는 ±10％이다.
일반적인 코팅형 연마재 벨트 제조 방법
아래의 예들에 있어서, 코팅형 연마 용품은 이 방법을 사용하여 제조된다. 각각의 코팅형 연마 용품의 받침은 4대1 위브(weave)로 된 Y-중량의, 직조, 폴리에스테르 직물이다. 각각의 받침은 라텍스/페놀성 수지(이른바, 75wt.％ 비휘발성 고체를 구비한 레졸 페놀성 수지)로 포화된 다음 이 수지를 부분적으로 경화시키도록 오븐에 배치된다. 다음에, 탄산칼슘으로 채워진 상기 수지의 코팅재가 각각의 받침의 뒷면에 부착된다. 각각의 코팅된 받침은 약 120℃로 가열되며 수지가 점성이 없는 상태로 경화될 때까지 이 온도를 유지한다. 라텍스/페놀성 수지의 전처리 코팅재가 각각의 코팅된 받침의 앞면에 부착되며, 각각의 코팅된 받침은 약 120℃로 가열되며 수지가 점성이 없는 상태로 사전 경화될 때까지 이 온도를 유지한다. 이러한 방법으로 제조된 각각의 받침은 완전히 전처리되어 메이크 코팅을 수용할 준비가 된다.
각각의 코팅된 받침용 메이크 코팅을 생산하기 위한 코팅 가능한 혼합물은 69％의 70wt.％ 비휘발성 고체 페놀성 수지(48％가 페놀성 수지)와, 59％(건조 중량을 기준으로한)의 응집되지 않은 탄산칼슘 충전제 및 90％가 물이며 10％가 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르인 충분한 양의 용액을 혼합하여 메이크 코팅을 형성함으로써 준비되며, 각각의 경우 메이크 코팅은 83wt.％가 비휘발성 고체와 중량이 약 240g/m2인 습식 코팅재를 구비한다. 메이크 코팅은 각각의 경우 롤 코팅에 의해 부착된다. 이렇게 형성된 구조는 65℃에서 15분 동안 그리고 88℃에서 75분 동안 사전 경화된다.
다음에, 그레이드 50(ANSI 표준 B74.18, 평균 입자 크기는 545㎛) 세라믹 산화알루미늄 연마 입자가 비경화된 메이크 코팅에 낙하 코팅되며, 상기 메이크 코팅은 아래의 예들에 지시된 바와 같은 다른 비교 가능한 희석제 또는 비연마 복합 그레인을 구비한 균일한 블렌드이다.
사이즈 코팅이 두 개의 롤 코팅기를 구비한 연마 입자/메이크 코팅 구조에 부착된다. 각각의 경우 습식 사이즈 코팅재의 중량은 약 285 g/m2이다. 사이즈 코팅은 wt.％를 기준으로한, 35％ 레졸 페놀성 수지(75％ 고체); 50.2％ 크롤리트 입자; 및 16.3％ 수성 2-메톡시 프로파놀(미국 미네소타 세인트 폴 소재 오룸 케미컬 컴패니(Worum Chemical Co.)에 의하여 시판되고 있는 85％ 2-페톡시 프로파놀과 15％ H2O의 혼합물로서의)을 포함한다. 이렇게 형성된 코팅형 연마 용품은 88℃에서 30분 동안 그리고 100℃에서 12 시간 동안 열 경화된다.
슈퍼사이즈 코팅은 대략 155g/m2의 평균 습식 중량으로 사이즈 코팅에 부착된다. 슈퍼사이즈 코팅 조성은 wt.％를 기준으로, 켄터키 루이스빌 소재 셀 케미컬에 의하여 시판되고 있는 상품명 "CMD 35201"과 같은, 평형 중량이 약 600 내지 700인 비소페놀 A 에폭시 수지의 디글리시딜 에테르의 29.2％의 수성 혼합물(60 wt.％ 비휘발성 고체); 53.3％ KBF4; 14.1％ 물; 펜실베니아 필라델피아 소재 롬 앤드 하스 컴패니(Rohm & Hass Co.,)에 의하여 시판되고 있는 상품명 "Aerosol OT"와 같은 분산액으로서의 0.75％ 나트륨 디옥틸 설포-석시네이트; 펜실베니아 알링톤 소재, 에어 프로덕츠(Air Products)에 의하여 시판되고 있는 상품명 "EMI-24"와 같은 경화 작용제로서의 0.35％ 2-에틸-4-메틸 이미다졸; 및 2.3％ 적철 산화 파우더 안료로 구성된다. 열 경화 후, 코팅형 연마 용품은 단독으로 구부려진 다음(즉, 메이크 및 사이즈 코팅의 제어된 크랙킹을 허용하도록 90°의 각도로 롤러 상을 통과한 다음), 7.6cm×335cm의 코팅형 연마 용품으로 개조된다.
일반적인 코팅형 연마재 디스크 제조 방법
코팅형 연마 디스크는 아래의 방법에 따라 준비된다. 직경이 2.2 cm인 중앙 구멍이 형성되어 있는 A 0.76mm 두께의 가황 처리된 섬유 받침은 전술한 탄산칼슘 채워진 레졸 페놀성 수지로 코팅되어 메이크 코팅을 형성한다. 습식 코팅재 중량은 대략 161g/m2이다. 미국 미네소타 세인트 폴 소재 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴패니에 의하여 시판되고 있는 상품명 "큐비트론 321"의 그레이드 36 세라믹 AL2O3는 비연마 복합 그레인 또는 아래의 예들에 지시된 다른 희석제에 의해 메이크 코팅에 함께 정전기적으로 코팅된다. 이렇게 형성된 연마 용품은 93℃에서 150분 동안 사전 경화된다. 사이즈 코팅은 대략 564g/m2의 평균 중량으로 연마 그레인 층과 메이크 코팅에 부착되어 사이즈 코팅을 형성한다. 사이즈 코팅은 wt.％를 기준으로, 32％ 레졸 페놀성 수지(75％ 고체); 50.2％ 크롤리트 입자; 및 16.3％ 수성 2-메톡시 프로파놀(미국 미네소타 세인트 폴 소재 오룸 케미컬에 의하여 시판되고 있는 85％ 2-메톡시 프로파놀과 15％의 H2O의 혼합물로서의)을 포함한다. 이렇게 형성된 용품은 93℃에서 11.5 시간 동안 경화된다.
슈퍼사이즈 코팅은 대략322 g/m2의 평균 습식 중량으로 사이즈 코팅에 부착된다. 슈퍼사이즈 코팅재 조성은 wt.％를 기준으로, 켄터키 루이스빌 소재 셀 케미컬에 의하여 시판되고 있는 상품명 "CMD 35201"과 같은 평형 중량이 약 600 내지 700인 에폭시를 구비한 비소페놀 A 에폭시 수지의 디글리시딜 에테르의 29.2％ 수성 혼합물(60wt.％ 비휘발성 고체); 53.3％ KBF4; 14.1％의 물; 미국 펜실베니아 필라델피아 소재 롬 앤드 하스 컴패니에 의하여 시판되고 있는 상품명 "Aerosol OT"의 분산액으로서의 0.75％ 나트륨 디옥틸 설포-석시네이트; 미국 펜실베니아 알링톤 소재, 에어 프로덕츠에 의하여 시판되고 있는 상품명 "EMI-24"의 경화 보조제로서의 0.35％ 2-에틸-4-메틸 이미다졸; 및 2.3％ 적철 산화 파우더 안료를 포함한다. 슈퍼사이즈된 구조물은 100℃에서 3시간 동안 경화된다. 이 단계 후, 코팅형 연마 디스크는 시험에 앞서 1주일 동안 45％ RH에서 구부려지며 가습처리된다.
복합 그레인의 준비
예들에 사용되는 CG-1, CG-2, CG-3의 복합 그레인의 세 개의 군은 아래와 같이 준비된다;
CG-1: 약 10g의 물이 뉴욕주 뉴욕 소재 위트코 컴패니에 의하여 시판되고 있는 상품명 "AQ-90"의, 75g의 45wt.％ 아연 스테아르에이트의 수성 분산액(325 메시를 99.9％ 통과)에 첨가된다. 그 후, 100g의 KBF4(325메시 통과율이 95wt.％이며 200메시 통과율이 100％인, 98％ 순수한 마이크로분쇄된 칼륨 테트라플로오로보레이트)가 양호하게 뒤섞이게 "AQ-90" 분산액에 첨가된다. 추가의 H2O가 혼합을 촉진하도록 주입된다. 그 후, 약 11g의 NH4OH가 혼합물을 젤로 하도록 첨가된다. 이렇게 형성된 습식 고체 믹스는 밤새 약 80℃로 트레이에서 건조된다. 건조된 고체는 대략 실내 온도로 냉각되어, 분쇄되며 바람직한 모래 크기로 연마된다.
CG-2(로드): 약 10g의 물이 75g의 "AQ-90" 분산액에 첨가된다. 그 후, KBF4100g이 분산액에 추가되어 양호하게 섞인다. H2O가 추가로 주입되어 혼합을 촉진한다. 그 후, 약 11g의 NH4OH가 추가되어 혼합물을 젤화한다. 이렇게 형성된 습식 고체 믹스는 소형 로드 몰드로 분사되어 밤새 80℃에서 건조된다. 이렇게 건조된 로드는 몰드로부터 해방되기 전에 실내 온도로 냉각된다.
CG-3 : 크롤리트(Na3ALF6)가 KBF4대신 사용된 점을 제외하고는 CG-1에서와 동일하다.
이렇게 준비된 복합 그레인의 조성물이 표 1에 요약되어 있다. 각각의 조성물에 함유된 지시된 재료의 양은 중량 ％로 주어진 것이다.
구성 비연마 복합
무기 미립자 CG-1 CG-2 CG-3
KBF4 100 - -
크롤리트 - 100 -
CaCO3 - - 100
접합제
"AQ-90" 분산약 75 75 75
물 10 10 10
NH4OH 11 11 11
아래의 예들 1 내지 6과 비교예들 A 내지 D의 메이크 코팅에 형성된 그레인 층은 연마 그레인과 희석 입자(필요한 경우)의 조성물을 구비하며, 각각의 코팅재 중량은 표 2에 지시된 바와 같다. 비교예들 A,C 및 D에서, 코팅형 연마 용품은 갈색 용융 알루미나(Al2O3, 표 2에 "BAO"로 명명된 연마 입자)가 본 발명의 비연마 복합 그레인 대신 사용된 점을 제외하고는 예 1 내지 6과 유사하게 준비된다. 비교예 B에서, 희석제 입자는 사용되지 않는다. 표 2의 비연마 복합 그레인 CG-1 내지 CG-3은 상기 정의된 표 1에 정의된 조성물을 구비한다.
연마 그레인 희석 입자
예 그레이드 코팅재 wt.(g/m2) 종류 코팅재 wt.(g/m2)
예 1 36 423 CG-1 209
예 2 36 423 CG-2 213
예 3 36 423 CG-3 213
예 4 36 423 CG-3 213
예 5 50 301 CG-3 152
예 6 50 301 CG-3 152
비교예 A 36 423 BAO 423
비교예 B 36 846 없음 -
비교예 C 50 301 BAO 301
비교예 D 50 301 BAO 301
예 1 내지 3 및 비교예 A
예 1 내지 3 및 비교예 A용 코팅형 연마재("CEA")는 전술한 코팅형 연마 디스크의 제조 방법에 따라 제조된다. 코팅형 연마 용품은 50:50의 체적비의 그레이드 36 "큐비트론 321" Al2O3연마 그레인과 비연마 복합 그레인(예 1 내지 3) 또는 갈색 용융 산화알루미늄(비교예 A)의 블렌드를 사용하여 제조된다. 표 2는 다양한 그레인의 종류와 코팅재 중량을 요약한 것이다. 시험 공정 II는 코팅형 연마 용품의 연마 효율을 시험하는데 사용된다. 성능 결과가 표 3으로 만들어진다.
예제 초기 절삭량(CEA ％) 최종 절삭량(CEA ％) 총 절삭량(CEA ％)
CEA 100 100 100
1 153.1 130.9 175.2
2 143.6 115.4 152.3
3 146.4 125.8 153.4
상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 예 1 내지 3의 코팅형 연마 디스크는 비교예 A의 비교 가능한 코팅형 연마 디스크와 비교하여 초기, 최종 및 총 절삭 성능이 향상되며, 이것은 예 1 내지 3의 비연마 복합 그레인의 코팅 중량이 대략 비교예 A에 사용된 갈색 용융 산화알루미늄 연마 그레인의 중량의 절반인 경우 달성된 것이다.
예 4 및 비교예 B
예 4와 비교예 B의 코팅형 연마 용품("CED")은 코팅형 연마 디스크의 제조 방법에 따라 제조된다. 코팅형 연마 용품은 50:50의 체적비의 그레이드 36 "큐비트론 321" Al2O3연마 그레인과 비연마 복합 그레인(예 4)의 블렌드를 사용하여 제조된다. 표 2는 사용된 다양한 입자의 종류와 코팅재 중량을 요약한 것이다. 시험 공정 III는 상기 예들의 코팅형 연마 용품의 연마 효율을 시험하기 위하여 2690g과 4000g의 두가지 상이한 시험 하중에서 코팅형 연마 용품의 샘플에 사용되었다. 하중 2690g의 시험(10분 시험)에서 얻어진 성능 결과는 표 4로 만들어져 있으며, 하중 4000g의 시험(5분 시험)에서 얻어진 성능 결과는 표 5로 만들어져 있다.
예 초기 절삭량(CEB ％) 최종 절삭량(CEB ％) 총 절삭량(CEB ％)
CEB 100 100 100
4 129.4 119.0 128.1
예 초기 절삭량(CEB ％) 최종 절삭량(CEB ％) 총 절삭량(CEB ％)
CEB 100 100 100
4 112.7 144.9 128.7
상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 예 4의 코팅형 연마 디스크는 변화된 시험 조건에서 조차도 비교예 B의 비교 코팅형 연마 디스크와 비교하여 초기, 최종 및 총 절삭 성능이 상당히 향상되었으며, 이것은 그레이드 36 "큐비트론 321" 입자를 50％만 사용한 경우 달성된 것이다.
예 5-6 및 비교예 C 및 D
예 5와 비교예 C의 코팅형 연마 용품("CEC")은 코팅형 연마 벨트의 일반적인 제조 방법에 따라 제조된다. 반면에, 예 6과 비교예 D의 코팅형 연마 용품("CED")은 또한, 사이즈 코팅재가 50.2wt.％ 크롤리트를 51.5wt.％ CaCO3로 대체한 점을 제외하고는 동일한 방법이 사용된, 코팅형 연마 벨트의 제조 방법에 따라 제조된다. 코팅형 연마 용품은 50:50의 체적비의 그레이드 36 "큐비트론 321" Al2O3입자와 비연마 복합 그레인(예 5,6) 또는 다른 비연마 희석제(비교예 C,D)의 블렌드를 사용하여 제조된다. 표 2는 사용된 다양한 입자의 종류와 코팅재 중량을 요약한 것이다.
시험 공정 I는 코팅형 연마 용품의 연마 효율을 시험하는데 사용되며, 이의 성능 결과는 표 6으로 만들어져 있다. 또한, 시험 공정 IV는 동일 코팅형 연마 용품으로 된 샘플의 연마 효율을 시험하는데 사용되며, 이의 성능 결과는 표 7로 만들어져 있다.
예 초기 절삭량(CEC ％) 최종 절삭량(CEC ％) 총 절삭량(CEC ％)
CEC 100 100 100
5 100.7 117.0 109.5
6 97.8 128.6 111.1
CED 97.8 149.2 119.8
예 초기 절삭량(CEC ％) 최종 절삭량(CEC ％) 총 절삭량(CEC ％)
CEC 100 100 100
5 103.8 105.9 104.6
6 108.5 114.1 112.6
CED 103.6 108.3 107.4
상기 결과는 예 5의 연마 성능이 다량의 연마 그레인만을 사용하는 비교예 C("CEC")의 연마 성능보다 우수하다는 것을 보여준다. 예 6은, 비교예 D에 사용된 갈색 용융 산화알루미늄 연마 그레인의 양이 예 6의 비연마 복합 그레인의 양의 대략 두배인 경우에 조차도, 시험 공정 IV에 의해 시험된 바와 같은 비교예 D("CED")보다 우수하며, 시험 공정 I 하에 시험된 바와 동등하거나 거의 비교 가능하다.
예 7-8 및 비교예 E
코팅형 연마 용품은, 비연마 복합 그레인의 비연마 무기 입자와 같은, 불용성 "포스페이트 유리"로 간주되는 나트륨 메타포스페이트(NaPO3) 또는 CaCO3을 사용하여 제조된다. 비연마 복합 그레인용 결합제/비연마 무기 미립자 혼합물과 같은, 아연 스테아르에이트와 탄산칼슘의 조합물, 및 아연 스테아르에이트와 메타포스페이트의 조합물이 아래의 방법에 의하여 제조된다. 부착 가능한, 100g의 CaCO3또는 NaPO3의 불용성 재료(미조리 세인트 루이스 소재 시그마 케미컬에 의하여 시판되고 있는)가 60g의 "AQ-90" 아연 스테아르에이트에 첨가되며, 결과의 용액은 완전히 혼합된다. 혼합을 촉진하는데 필요한 정도의 물이 첨가된다. 약 5g의 암모니움 히드록시드가 혼합물에 첨가된다. 결과의 고체 매스는 약 90℃에서 건조되어, 분쇄되어, 그레이드 36으로 스크린처리된다.
예 7과 8 및 비교예 E의 코팅형 연마 디스크 용품("CEE")은 아래와 같이 제조된다. 직경이 2.2cm인 중앙 구멍이 형성되어 있는 두께가 0.76mm인 가황처리된 섬유 받침은 탄산칼슘으로 채워진 레졸 페놀성 수지(83wt.％ 고체)로 코팅되어 메이크 코팅을 형성하며, 여기에서 메이크 코팅 전구물질은 전술한 코팅형 연마 벨트 제조 방법에 의해 준비된다. 습식 코팅재 중량은 대략 161g/m2이다. 전술한 방법에 의하여 제조된 복합 그레인은 그레이드 36 SiC와 혼합되며, 이것의 블렌드는 표 8에 요약된 각각의 그레인 코팅 중량으로 페놀 메이크 코팅 수지에 정전기적으로 부착된다. 결과의 연마 용품은 93℃에서 150분동안 사전 경화된다. 사이즈 코팅은 대략 605g/m2의 평균 중량으로 연마 그레인과 메이크 코팅 층에 부착되어 사이즈 코팅 전구물질을 형성한다. 사이즈 코팅은 32wt.％ 레졸 페놀 수지(75wt.％ 고체); 51.7wt.％ CaCO3및 16.3％ 수성 2-메톡시 프로파놀(미국 미네소타 세인트 폴 소재 오룸 케미컬에 의하여 시판되고 있는 85％ 2-메톡시 프로파놀과 15％의 H2O의 혼합물로서의)을 포함한다. 이렇게 형성된 용품은 93℃에서 11.5 시간 동안 경화된다. 이 단계 후, 코팅형 연마 디스크는 일주일 동안 45％ RH에서 구부려지며 가습처리된다. 슈퍼사이즈 코팅은 부착되지 않는다.
그레인의 코팅재 중량, g/m 2
예 그레이드 36 SiC CaCo 3 +Zn 스테아르에이트 NaPO 3 +Zn 스테아르에이트
7 347 214 -
8 347 - 220
CEE 694 - -
이들 예들로부터 얻어진 샘플 디스크는, 티타늄 디스크 공작물이 사용된 점(스테인리스강 공작물이 아닌)을 제외하고는 시험 공정 III에 의해 연마 효율이 시험되며 그 결과는 표 9에 요약된다.
예 초기 절삭량(g) 최종 절삭량(g) 총 절삭량(g)
7 2.13 0.81 10.9
8 2.31 1.06 13.3
CEE 2.06 0.68 9.9
표 9에 나타난 결과는, 연마 그레인과 제휴하여 비연마 복합물에 CaCO3또는 NaPO3비연마 입자를 함유한 코팅형 연마 디스크가 SiC 연마 그레인만을 함유한 비교예 E("CEE") 디스크보다 성능이 우수함을 보여준다. 또한, NaPO3미립자를 사용하는 예 8의 결과는 비교예 E("CEE")와 비교하여 특히 우수한데, 즉 예 8의 총 절삭량은 비교예 E("CEE")의 총 절삭량의 134％이다.
본 발명의 다양한 수정 및 변형이 본 발명의 영역 및 정신으로부터 벗어남이 없이 전술한 설명로부터 당해 업계의 숙련자에게는 분명해질 것이다.

Claims (9)

  1. 결합 재료에 의해 접착적으로 결합되는 그레인 층을 구비한 받침을 포함하는 코팅형 연마 용품으로,
    상기 그레인 층은 연마 그레인과 비연마 복합 그레인을 포함하며, 상기 비연마 복합 그레인은 지방산의 금속염, 콜로이드 실리카 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 결합제에 의해 함께 결합되는 무기 비연마 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅형 연마 용품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마 그레인의 평균 입자 크기는 ㎛ 단위의 값 x이며, 비연마 복합 그레인의 평균 입자 크기는 ㎛ 단위의 값 y이며, 비율 y/x의 수치는 약 0.5 내지 2인 것을 특징으로 하는 코팅형 연마 용품.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비연마 복합 그레인은 상기 연마 그레인과 상기 비연마 복합 그레인의 총 체적의 10 내지 80％인 것을 특징으로 하는 코팅형 연마 용품.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비연마 복합 그레인의 상기 무기 비연마 입자들은 탄산칼슘, 칼륨 테트라플루오로보레이트, 크롤리트, 나트륨 메타포스페이트, 칼슘 마그네슘 카보네이트, 탄산나트륨, 탄산마그네슘, 실리카, 활석, 점토, 몬트모릴로니트, 장석, 운모, 칼슘 실리케이트, 칼슘 메타실리케이트, 나트륨 알루미노실리케이트, 나트륨 실리케이트, 칼슘 설페이트, 바륨 설페이트, 나트륨 설페이트, 나트륨 설페이트, 알루미늄 나트륨 설페이트, 알루미늄 설페이트, 석고, 질석, 목분, 알루미늄 트리히드레이트, 카본 블랙, 산화칼슘, 알루미늄 트리히드레이트, 산화티타늄, 칼슘 설파이트 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 코팅형 연마 용품.
  5. 제1항에 있어서, 상기 결합제는 지방산의 금속염이며, 상기 지방산의 금속염은 직쇄 또는 거의 직쇄로 된, 상기 직쇄에 8 내지 20개의 탄소 원자를 갖는, 포화 또는 불포화 지방산을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅형 연마 용품.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연마 그레인은 알파 알루미나계 세라믹 재료, 용융 알루미나-지르코니아, 내화물질로 코팅된 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 다이아몬드형 카본, 입방붕소질소화물 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 코팅형 연마 용품.
  7. 제1항에 있어서, 상기 그레인 층에 접착되는 또다른 결합 재료를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅형 연마 용품.
  8. 코팅형 연마 용품의 제조 방법으로,
    (a) 받침에 메이크 코팅 결합제 전구물질을 부착하는 단계와;
    (b) 상기 메이크 코팅 전구물질에 복수 개의 연마 그레인과 비연마 복합 그레인을 부착하는 단계로, 상기 비연마 복합 그레인은 지방산의 금속염, 콜로이드 실리카 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 결합제에 의해 함께 결합된 복수 개의 무기 비연마 입자들을 포함하는, 단계와;
    (c) 상기 복수 개의 연마 그레인과 비연마 복합 그레인이 접착적으로 결합되도록 상기 메이크 코팅 결합제 전구물질을 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 무기 비연마 미립자와, 그리고 지방산의 금속염, 콜로이드 실리카 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 결합제를 포함하는 비연마 복합 그레인과 연마 그레인의 블렌드.
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