KR20130038912A

KR20130038912A - 부직포 연마 휠

Info

Publication number: KR20130038912A
Application number: KR1020137002039A
Authority: KR
Inventors: 제임스 엘 맥카들; 앨리스 비 모리스; 앤 엠 호킨스; 칼 피 에릭슨
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2013-04-18
Also published as: WO2012006017A3; KR101856264B1; EP2585254A4; US8888561B2; CN102958649B; EP2585254B1; WO2012006017A2; JP2013530062A; JP5774102B2; CN102958649A; EP2585254A2; US20130157544A1

Abstract

부직포 연마 휠은 부직포 섬유 웨브의 하나 이상의 층, 40 ㎬ 초과의 비커스 경도(Vickers hardness)를 가지는 복수의 초연마재 입자, 및 복수의 초연마재 입자를 부직포 섬유에 접착시키고 부직포 섬유 웨브의 층들을 서로 접착시키는 폴리우레탄 결합제를 포함하고, 부직포 연마 휠이 25.4 ㎜(1인치) 변위당 0.71 내지 22.9 ㎏/㎝(4.0 내지 128.0 lb/인치) 두께인 굴곡 탄성률을 포함한다.

Description

부직포 연마 휠 {NONWOVEN ABRASIVE WHEEL}

드릴 비트(drill bit), 엔드 밀(end mill), 및 유사한 절삭 공구를 비롯한 금속 제조 공구는 오랜 사용 기간 동안 날카로움을 유지하기 위해 종종 극도로 단단한 물질[초경합금(cemented carbide), 금속 결합 탄화물(metal bonded carbide) 등]로 제조된다. 금속 제작 공구는 종종 나선형으로 배치된 또는 직선형 절삭날(cutting edge) 및 홈(flute)을 가진다. 절삭된 금속의 더 쉬운 제거를 촉진시키기 위해, 공구 홈이 경면 또는 폴리싱된 마감으로 처리될 수 있다. 이들 폴리싱 동작은 원하는 프로파일로 드레싱(dress) 및 형성(shape)되어 있는 비트리파이드(vitrified) 또는 금속 결합 연마 휠에 의해 달성될 수 있다. 비트리파이드 또는 금속 결합 연마 휠은 임의의 때에 단지 하나의 프로파일을 수용하며 원하는 프로파일을 새로 바꾸기 위해 종종 드레싱되어야만 한다.

대안적으로, 폴리싱된 또는 경면 상태로의 표면 처리를 실시하기 위해 가죽 또는 압착된 면(compressed cotton) 등의 아주 부드러운 순응성 휠 물질이 다이어몬드 페이스트로 충전되고 공구 홈 표면에 부착될 수 있다. 그렇지만, 슬러리 또는 페이스트 연마재의 사용은 원가 및 사용하기 어려움으로 인해 일반적으로 바람직하지 않다. 따라서, 어느 한 폴리싱 방법을 사용하여 금속 제작 공구에 폴리싱된 홈을 제공하는 것은 시장에 공급되는 대부분의 금속 제작 공구에 타당하지 않다. 아주 단단한 표면을 효과적으로 폴리싱하는 간단한 비용 효과적인 해결책이 업계에서 요망되고 있다.

부직포 연마 휠은, 가공물 표면을 폴리싱할 때, 다양한 프로파일에 정합할 수 있다. 이러한 부직포 연마 휠은 일반적으로 부직포 섬유 웨브[에컨대, 로프티 오픈 섬유 웨브(lofty open fiber web)], 연마 입자, 및 섬유를 서로 결합시키고 연마 입자를 부직포 웨브에 고정시키는 결합제 물질(보통 "결합제"라고 함)로 구성되어 있다. 부직포 연마 휠의 일례는 콘볼루트(convolute) 연마 휠(코어 주위에 나선형으로 감겨 있는 부직포 연마 웨브) 및 유니타이즈드(unitized) 연마 휠(적층물로 형성된 부직포 연마 웨브의 하나 이상의 개별 디스크)을 포함한다. 부직포 연마 휠은 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터 "SCOTCH-BRITE"라는 상표명으로 입수가능하다.

발명자들은 특정의 범위 내의 굴곡 탄성률[컴플라이언스(compliance)]을 가지며 충분히 단단한 연마 입자를 갖는 부직포 연마 휠로부터 예상외로 금속 제작 공구의 홈에 경면 마감이 얻어진다는 것을 확인하였다. 금속 제작 공구의 표면 조도가 비트리파이드 연마 휠에 의해 생성된 경면 폴리싱보다 더 크더라도 이 결과가 얻어진다. 부직포 연마 휠은, 노출 텅스텐 탄화물 상(exposed tungsten carbide phase) 등의 작은 표면 요철을 평탄화하여 제거하는 대신에, 이들 주위 및 그 상부를 폴리싱하여 보다 적은 요구 연삭량(stock removal)으로 동일한 이점을 제공할 수 있다. 이것은 보다 적은 시간 내에 폴리싱된 홈을 생성할 수 있고, 홈의 프로파일에 정합되는 부직포 연마 휠 상의 특정의 프로파일을 필요로 하지 않는다. 따라서, 부직포 연마 휠이 거의 모든 금속 제작 공구를 폴리싱하는 데 사용될 수 있고, 다른 홈 프로파일로 변경하기 위해 드레싱될 필요가 없다. 그에 부가하여, 부직포 연마 휠이 비트리파이드 연마 휠보다 상당히 더 순응성이 있기 때문에, 금속 제작 공구의 절삭날을 부주의로 손상시킬 가능성이 상당히 더 적으며, 그 결과 폴리싱 동작 동안 공구가 손상되는 일이 더 적다.

따라서, 부직포 연마 휠의 굴곡 탄성률(컴플라이언스)이 경면 폴리싱이 생성될 수 있게 해주기 위해 충분히 강성이 있어야만 하지만, 사용 동안 금속 제작 공구의 절삭날의 프로파일을 손상 또는 변경시키는 것을 방지하기 위해 충분히 연성이 있어야만 한다.

따라서, 일 태양에서, 본 발명은 부직포 섬유 웨브의 하나 이상의 층, 40 ㎬ 초과의 비커스 경도(Vickers hardness)를 가지는 복수의 초연마재 입자, 및 복수의 초연마재 입자를 부직포 섬유에 접착시키고 부직포 섬유 웨브의 층들을 서로 접착시키는 폴리우레탄 결합제를 포함하는 부직포 연마 휠에 관한 것이고, 부직포 연마 휠은 25.4 ㎜(1인치) 변위당 0.71 내지 22.9 ㎏/㎝(4.0 내지 128.0 lb/인치) 두께인 굴곡 탄성률을 포함한다.

본 기술 분야의 통상의 기량을 가진 자라면 본 개시 내용이 전형적인 실시예의 설명일뿐 본 개시 내용의 보다 넓은 태양들을 한정하려는 것은 아니며, 이 전형적인 구성에서 보다 넓은 태양들이 구현된다는 것을 이해할 것이다. 도면은 단지 예시를 위한 것이고, 부직포 연마 웨브 또는 얻어진 부직포 연마 휠의 실제 크기를 스케일링하는 데 사용되어서는 안된다.
<도 1a>
도 1a는 부직포 연마 웨브의 사시도.
<도 1b>
도 1b는 도 1a의 부직포 연마 웨브의 확대도.
<도 2>
도 2는 콘볼루트 연마 휠의 사시도.
<도 3>
도 3은 유니타이즈드 연마 휠의 사시도.
<도 4>
도 4는 실시예 4 부직포 연마 휠을 사용한 텅스텐 탄화물에서의 표면 거칠기(surface finish) Ra의 그래프.
<도 5>
도 5는 실시예 4 부직포 연마 휠을 사용한 텅스텐 탄화물에서의 표면 거칠기 Rz의 그래프.
<도 6>
도 6은 실시예 4 부직포 연마 휠을 사용한 텅스텐 탄화물에서의 테스트 바 직경 감소의 그래프.
<도 7>
도 7은 실시예 4 부직포 연마 휠을 사용한 텅스텐 탄화물에서의 테스트 바 연삭량의 그래프.

부직포 연마 휠(유니타이즈드 연마 휠 및 콘볼루트 연마 휠 등)이 다이어몬드 또는 입방정 질화붕소 연마 입자 등의 초연마재 입자를 포함하는 로프티 섬유질 결합 부직포(lofty, fibrous, bonded, nonwoven) 시트 또는 웨브로부터 제조될 수 있다. 이러한 시트 또는 웨브는 전형적으로 슬러리 형태로 되어 있는 경화성 조성물을 부직포 섬유질 웨브 상에 또는 그 전체에 걸쳐 코팅하는 단계를 포함하는 공정을 통해 제조될 수 있다. 유니타이즈드 또는 콘볼루트 연마 휠의 형성에서, 로프티 오픈 부직포 용품에서 사용되는 부직포 섬유 웨브와 관련하여 부직포 섬유 웨브는 전형적으로 압착(즉, 치밀화)된다.

사용하기에 적당한 부직포 섬유 웨브가 연마재 기술 분야에 공지되어 있다. 전형적으로, 부직포 섬유 웨브는 뒤엉킨 섬유 웨브를 포함한다. 섬유는 연속 섬유, 스테이플 섬유, 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬유 웨브는 길이가 적어도 약 20 밀리미터(㎜), 적어도 약 30 ㎜, 또는 적어도 약 40 ㎜, 및 약 110 ㎜ 미만, 약 85 ㎜ 미만, 또는 약 65 ㎜ 미만인 스테이플 섬유를 포함할 수 있지만, 더 짧은 섬유 및 더 긴 섬유(예컨대, 연속 필라멘트)도 역시 유용할 수 있다. 섬유는 적어도 약 1.7 decitex(dtex, 즉 그램/10000 미터), 적어도 약 6 dtex, 또는 적어도 약 17 dtex, 및 약 560 dtex 미만, 약 280 dtex 미만, 또는 약 120 dtex 미만의 섬도(fineness) 또는 선 밀도(linear density)를 가질 수 있지만, 더 작은 및/또는 더 큰 선 밀도를 가지는 섬유도 유용할 수 있다. 상이한 선 밀도를 갖는 섬유들의 혼합물은, 예를 들어, 사용 시에 특별히 바람직한 표면 거칠기가 얻어질 연마 용품을 제공하는 데 유용할 수 있다. 스펀본드 부직포(spunbond nonwoven)가 사용되는 경우, 필라멘트는 상당히 큰 직경을 가질 수 있다(예를 들어, 직경이 최대 2 ㎜ 또는 그 이상임).

섬유 웨브가, 예를 들어, 종래의 에어 레이드(air laid), 카디드(carded), 스티치 본드(stitch bonded), 스펀 본드(spun bonded), 웨트 레이드(wet laid), 및/또는 멜트 블로운(melt blown) 절차에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 미국 뉴욕주 마케돈 소재의 Rando Machine Company로부터 구매가능한 "RANDO WEBBER"라는 상표명으로 입수가능한 것 등의 장비를 사용하여 에어 레이드 섬유 웨브가 제조될 수 있다.

부직포 섬유 웨브는 전형적으로 접착 결합제 및 연마 입자와 상용성이 있으면서 용품의 다른 조성물과도 상용성이 있도록 선택되고, 전형적으로 경화성 조성물의 도포 및 경화 동안 이용되는 것 등의 처리 조건(예컨대, 온도)을 견뎌낼 수 있다. 연마 용품의 특성(예를 들어, 연성, 탄성, 내구성 또는 수명, 마모성, 및 마감 특성 등)에 영향을 주도록 섬유가 선택될 수 있다. 적당할 수 있는 섬유의 일례는 천연 섬유, 합성 섬유, 및 천연 섬유 및/또는 합성 섬유의 혼합물을 포함한다. 합성 섬유의 일례는 폴리에스테르(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트), 나일론(예컨대, 헥사메틸렌 아디프아미드, 폴리카프로락탐), 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴(즉, 아크릴), 레이온, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐리덴 클로라이드-비닐 클로라이드 공중합체, 및 비닐 클로라이드-아크릴로니트릴 공중합체로 제조된 것을 포함한다. 적당한 천연 섬유의 일례는 면(cotton), 양모(wool), 황마(jute) 및 대마(hemp)를 포함한다. 섬유는 초기 물질(virgin material)로 되어 있거나, 예를 들어, 의복 제단, 카펫 제조, 섬유 제조, 또는 직물 제조로부터 재생되는 재활용 물질 또는 폐기물로 되어 있을 수 있다. 섬유는 균질이거나 2 성분 섬유[예컨대, 코스펀 시드-코어 섬유(co-spun sheath-core fiber)] 등의 복합물일 수 있다. 섬유가 인장되고 주름잡혀있을 수 있지만, 압출 공정에 의해 형성된 것과 같은 연속 필라멘트일 수도 있다. 섬유들의 조합도 역시 사용될 수 있다.

경화성 조성물에 의한 함침 이전에, 부직포 섬유 웨브는 전형적으로 단위 면적당 중량[즉, 평량(basis weight)]이 적어도 약 50 gsm(gram per square meter), 적어도 약 100 gsm, 또는 적어도 약 200 gsm; 및/또는 약 400 gsm 미만, 약 350 gsm 미만, 또는 약 300 gsm 미만[예컨대, 경화성 조성물 또는 선택적인 프리본드 수지(pre-bond resin)에 의한 임의의 코팅 이전에 측정된 것임]이지만, 더 큰 및 더 작은 평량도 역시 사용될 수 있다. 그에 부가하여, 경화성 조성물에 의한 함침 이전에, 섬유 웨브는 전형적으로 두께가 적어도 약 5 ㎜, 적어도 약 6 ㎜, 또는 적어도 약 10 ㎜; 및/또는 약 200 ㎜ 미만, 약 75 ㎜ 미만, 또는 약 30 ㎜ 미만이지만, 더 큰 및 더 작은 두께도 역시 유용할 수 있다.

부직포 연마 용품, 연마 휠 및 그 제조 방법에 관한 추가의 상세가, 예를 들어, 미국 특허 제2,958,593호(Hoover 등); 제5,591,239호(Larson 등); 제6,017,831호(Beardsley 등); 및 미국 특허 출원 공개 제2006/0041065 A1호(Barber, Jr.)에서 찾아볼 수 있다.

종종, 연마재 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 경화성 조성물에 의한 코팅 이전에 프리본드 수지를 부직포 섬유 웨브에 도포하는 것이 유용하다. 프리본드 수지는, 예를 들어, 처리 동안 부직포 섬유 웨브 무결성을 유지하는 데 도움을 주는 역할을 하고, 또한 우레탄 결합제를 부직포 섬유 웨브에 결합시키는 것을 용이하게 해줄 수 있다. 프리본드 수지의 일례는 페놀 수지, 우레탄 수지, 아교(hide glue), 아크릴 수지, 요소-포름알데히드 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 에폭시 수지 및 그 조합을 포함한다. 이러한 방식으로 사용되는 프리본드 수지의 양은 전형적으로 섬유들을 그들의 교차 접촉점에서 서로 접착시키는 것에 따른 최소양으로 조정된다. 부직포 섬유 웨브가 열 접합성 섬유를 포함하는 그 경우에, 부직포 섬유 웨브의 열접합이 또한 처리 동안 웨브 무결성을 유지하는 데 도움을 줄 수 있다.

유용한 연마 입자는 다이어몬드, 입방정형 질화 붕소, 및 그 조합 등의 초연마재 입자이다. 초연마재 입자는 40 ㎬ 초과의 비커스 경도를 가져야만 한다. 연마 입자는, 예를 들어, 개별 입자, 응집체, 복합체 입자, 및 그 혼합물의 형태로 되어 있을 수 있다. 적당한 연마 입자는, 예를 들어, 미국 캘리포니아주 월넛 크리크 소재의 Pinnacle Abrasives로부터 입수가능하다.

일반적으로 15 마이크로미터 초과의 다이어몬드 입자를 포함하는 응집체 입자의 평균 크기는 약 100 내지 약 1000 마이크로미터, 바람직하게는 약 100 내지 약 400 마이크로미터, 그리고 더욱 바람직하게는 약 225 내지 약 350 마이크로미터이다. 그렇지만, 15 마이크로미터 미만의 다이어몬드 입자를 포함하는 응집체 입자의 평균 크기는 약 20 내지 약 450 마이크로미터, 바람직하게는 약 40 내지 약 400 마이크로미터, 그리고 더욱 바람직하게는 약 70 내지 약 300 마이크로미터이다.

연마 응집체는 또한 미국 특허 제4,311,489호; 제4,652,275호; 및 제4,799,939호에 개시되어 있다. 연마 입자는 커플링제 또는 금속 또는 세라믹 코팅 등의 표면 처리재 또는 코팅을 추가로 포함할 수 있다.

일부 응용에서, 연마 휠이 다이어몬드 연마 입자 또는 다이어몬드를 포함하는 연마 응집체를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 다이어몬드 연마 입자는 천연 또는 합성 다이어몬드일 수 있고, "수지 결합 다이어몬드", "톱날급 다이어몬드", 또는 "금속 결합 다이어몬드"로 간주될 수 있다. 단일 다이어몬드(single diamond)는 그와 연관된 블록형 형상을 가질 수 있거나, 대안적으로, 바늘형 형상을 가질 수 있다. 단일 다이어몬드 입자는 금속 코팅(예를 들어, 니켈, 알루미늄, 구리 등), 무기물 코팅(예를 들어, 실리카), 또는 유기물 코팅 등의 표면 코팅을 포함할 수 있다.

연마 입자는, 예를 들어, 평균 직경이 적어도 약 0.1 마이크로미터, 적어도 약 1 마이크로미터, 또는 적어도 약 10 마이크로미터, 그리고 약 2000 마이크로미터 미만, 약 1300 마이크로미터 미만, 또는 약 1000 마이크로미터 미만일 수 있지만, 더 큰 및 더 작은 연마 입자도 역시 사용될 수 있다. 예를 들어, 연마 입자는 연마재 업계 규정 공칭 등급을 가질 수 있다. 이러한 연마재 업계 승인 등급 표준은 ANSI(American National Standards Institute, Inc.) 표준, FEPA(Federation of European Producers of Abrasive Products) 표준, 및 JIS(Japanese Industrial Standard) 표준으로 알려져 있는 것을 포함한다. 예시적인 ANSI 등급 명칭(즉, 규정 공칭 등급)은 ANSI 100, ANSI 120, ANSI 150, ANSI 180, ANSI 220, ANSI 240, ANSI 280, ANSI 320, ANSI 360, ANSI 400, 및 ANSI 600을 포함한다. 예시적인 FEPA 등급 명칭은 P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, 600, P800, P1000, 및 P1200을 포함한다. 예시적인 JIS 등급 명칭은 JIS100, JIS 150, JIS 180, JIS220, JIS 240, JIS280, JIS320, JIS360, JIS400, JIS400, JIS600, JIS800, JIS1000, JIS1500, JIS2500, JIS4000, JIS6000, JIS8000, 및 JIS10000을 포함한다.

반사 또는 경면 표면 마감을 제공하기 위해, 연마 입자는 일반적으로 평균 크기가 1 내지 45 마이크로미터, 또는 1 내지 30 마이크로미터, 또는 1 내지 15 마이크로미터이다. 원하는 폴리싱에 대한 예시적인 ANSI 등급 명칭(즉, 규정 공칭 등급)은 ANSI 320, ANSI 360, ANSI 400, ANSI 500, ANSI 600, ANSI 800, ANSI 1000, 및 ANSI 1200을 포함한다. 예시적인 FEPA 등급 명칭은 P400, P500, P600, P800, P1000, P1200, P1500, P2000, 및 P2500을 포함한다. 예시적인 JIS 등급 명칭은 JIS400, JIS500, JIS600, JIS700, JIS800, JIS1000, JIS1200, JIS1500, JIS2000, JIS2500, JIS300, JIS4000, JIS6000, JIS8000, 및 JIS10000을 포함한다. 연마 입자 크기가 너무 작을 때, 불충분한 수의 표면 스크래치가 제거된다. 연마 입자 크기가 너무 클 때, 바람직한 반사 표면이 달성될 수 없다.

전형적으로, (경화성 조성물 내의 다른 성분과 독립적인) 연마 입자에 대한 코팅 중량은, 예를 들어, 사용되는 특정의 결합제, 연마 입자를 도포하는 공정, 및 연마 입자의 크기에 의존할 수 있다. 예를 들어, (임의의 압착 이전의) 부직포 섬유 웨브 상의 연마 입자의 코팅 중량은 적어도 200 g/㎡(gram per square meter), 적어도 600 g/㎡, 또는 적어도 800 g/㎡; 및/또는 2000 g/㎡ 미만, 약 1600 g/㎡ 미만, 또는 약 1200 g/㎡ 미만일 수 있지만, 더 큰 또는 더 작은 코팅 중량도 역시 사용될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 결합제 전구체는 우레탄 프리폴리머이다. 유용한 우레탄 프리폴리머의 일례는 폴리아이소시아네이트 및 그의 블록킹된 버전을 포함한다. 전형적으로, 블로킹된 폴리아이소시아네이트는 주변 조건(예컨대, 약 20℃ 내지 약 25℃ 범위의 온도) 하에서 아이소시아네이트 반응성 화합물(예컨대, 아민, 알코올, 티올 등)에 실질적으로 비반응성이지만, 충분한 열 에너지를 가할 시에 블로킹제(blocking agent)가 해제되고, 그로써 아민 경화제와 반응하는 아이소시아네이트 작용기(isocyanate functionality)를 발생하여 공유 결합을 형성한다.

유용한 폴리아이소시아네이트는, 예를 들어, 지방족 폴리아이소시아네이트(예컨대, 헥사메틸렌 다이아이소시아네이트 또는 트라이메틸헥사메틸렌 다이아이소시아네이트); 지환족 폴리아이소시아네이트(예컨대, 수소화한 크실리렌 다이아이소시아네이트 또는 아이소포론 다이아이소시아네이트); 방향족 폴리아이소시아네이트(예컨대, 톨릴렌 다이아이소시아네이트 또는 4,4'-다이페닐메탄 다이아이소시아네이트); 다가 알코올을 갖는 상기 폴리아이소시아네이트들 중 임의의 것의 부가물(예컨대, 다이올, 저분자량 하이드록실 기-함유 폴리에스테르 수지, 물 등); 상기 폴리아이소시아네이트의 부가물(예컨대, 아이소시아누레이트, 뷰렛); 및 그 혼합물을 포함한다.

유용한 구매가능한 폴리아이소시아네이트는, 예를 들어, 미국 코네티컷주 미들베리 소재의 Chemtura Corporation으로부터 "ADIPRENE"라는 상표명으로 입수가능한 것(예컨대, "ADIPRENE L 0311", "ADIPRENE L 100", "ADIPRENE L 167", "ADIPRENE L 213", "ADIPRENE L 315", "ADIPRENE L 680", "ADIPRENE LF 1800A", "ADIPRENE LF 600D", "ADIPRENE LFP 1950A", "ADIPRENE LFP 2950A", "ADIPRENE LFP 590D", "ADIPRENE LW 520", 및 "ADIPRENE PP 1095"); 미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 Bayer Corporation로부터 "MONDUR"라는 상표명으로 입수가능한 폴리아이소시아네이트(예컨대, "MONDUR 1437", "MONDUR MP-095", 또는 "MONDUR 448"); 그리고 미국 펜실베니아주 알렌타운 소재의 Air Products and Chemicals로부터 "AIRTHANE" 및 "VERSATHANE"라는 상표명으로 입수가능한 폴리아이소시아네이트(예컨대, "AIRTHANE APC-504", "AIRTHANE PST-95A", "AIRTHANE PST-85A", "AIRTHANE PET-91A", "AIRTHANE PET-75D", "VERSATHANE STE-95A", "VERSATHANE STE-P95", "VERSATHANE STS-55", "VERSATHANE SME-90A", 및 "VERSATHANE MS-90A")를 포함한다.

포트-라이프(pot-life)를 연장시키기 위해, 예를 들어, 앞서 언급한 것과 같은 폴리아이소시아네이트는 기술 분야에 공지된 다양한 기법에 따라 블로킹제로 블록킹될 수 있다. 예시적인 블로킹제는 케톡심(예컨대, 2-부타논 옥심); 락탐(예컨대, 엡실론-카프로락탐); 말론산 에스테르(예컨대, 다이메틸 말로네이트 및 다이에틸 말로네이트); 피라졸(예컨대, 3,5-다이메틸피라졸); 3차 알코올을 포함한 알코올(예컨대, t-부탄올 또는 2,2-다이메틸펜탄올), 페놀(예컨대, 알킬화한 페놀), 및 기술된 알코올들의 혼합물을 포함한다.

예시적인 유용한 구매가능한 블로킹된 폴리아이소시아네이트는 "ADIPRENE BL 11", "ADIPRENE BL 16", "ADIPRENE BL 31"라는 상표명으로 Chemtura Corporation에 의해 시판되는 것, 및 "TRIXENE"(예컨대, "TRIXENE BL 7641", "TRIXENE BL 7642", "TRIXENE BL 7772", 및 "TRIXENE BL 7774")라는 상표명으로 영국 아크링톤 소재의 Baxenden Chemicals, Ltd.에 의해 시판되는 블로킹된 폴리아이소시아네이트를 포함한다.

전형적으로 경화성 조성물에 존재하는 우레탄 프리폴리머의 양은 경화성 조성물의 총 중량을 기준으로 10 내지 40 중량%의 양으로, 보다 전형적으로 15 내지 30 중량%의 양으로, 그리고 더욱 더 전형적으로 20 내지 25 중량%의 양으로 있지만, 이들 범위 밖의 양도 역시 사용될 수 있다.

적당한 아민 경화제는 방향족, 알킬-방향족, 또는 알킬 다작용성 아민, 바람직하게는 1차 아민을 포함한다. 유용한 아민 경화제의 일례는 4,4'-메틸렌다이아닐린; Dow Chemical Company로부터 구매가능한 "CURITHANE 103" 및 미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 Bayer Corporation로부터의 "MDA-85"라는 상표명으로 알려진 것을 포함하는 2.1 내지 4.0의 작용기를 갖는 중합체성 메틸렌 다이아닐린; 1,5-다이아민-2-메틸펜탄; 트리스(2-아미노에틸) 아민; 3-아미노메틸-3,5,5-트라이메틸사이클로헥실아민(즉, 아이소포론다이아민), 트라이메틸렌 글리콜 다이-p-아미노벤조에이트, 비스(o-아미노페닐티오)에탄, 4,4'-메틸렌비스(다이메틸 안트라닐레이트), 비스(4-아미노-3-에틸페닐)메탄(예컨대, 일본 도쿄 소재의 Nippon Kayaku Company, Ltd.에 의해 "KAYAHARD AA"라는 상표명으로 시판됨), 및 비스(4-아미노-3,5-다이에틸페닐)메탄(예컨대, 스위스 바젤 소재의 Lonza, Ltd.에 의해 "LONZACURE M-DEA"라는 상표명으로 시판되는 것), 그리고 그 혼합물을 포함한다. 원하는 경우, 예를 들어, 의도된 사용에서 필요로 하는 바에 따라 경화 속도를 수정하기 위해(예컨대, 지연시키기 위해) 폴리올(들)이 경화성 조성물에 첨가될 수 있다.

아민 경화제는 블로킹된 폴리아이소시아네이트를 의도된 용도에 의해 요구되는 정도로 경화시키는 데 효과적인 양(즉, 유효량)으로 존재해야만 하며, 예를 들어, 아민 경화제가 0.8 내지 1.35의 범위의; 예를 들어, 0.85 내지 1.20의 범위의, 또는 0.90 내지 0.95의 범위의 경화제 대 아이소시아네이트(또는 블로킹된 아이소시아네이트)의 화학량론비로 존재할 수 있지만, 이들 범위 밖의 화학량론비(stoichiometric ratio)도 역시 사용될 수 있다.

전형적으로, 경화성 조성물은 부직포 섬유 웨브 상에 경화성 조성물을 코팅하는 것을 용이하게 해주기 위해 적어도 하나의 유기 용매(예컨대, 아이소프로필 알코올 또는 메틸 에틸 케톤)를 포함할 것이지만, 꼭 이럴 필요는 없다.

선택적으로, 경화성 조성물은 하나 이상의 첨가제와 혼합될 수 있고 및/또는 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 예시적인 첨가제는 충전재, 가소제, 계면 활성제, 윤활제, 착색제(예컨대, 안료), 항균제, 살균제, 연삭 보조제, 및 대전 방지제를 포함한다.

원하는 우레탄 결합제는 경화된 Shore D 경도계 경도가 35 내지 80 Shore D, 또는 38 내지 77 Shore D, 또는 41 내지 74 Shore D이다. 경도가 너무 낮을 때, 얻어진 연마 휠이 반사 표면을 달성하기에 충분한 강성을 갖도록 하는 것이 더욱 어렵다. 경도가 너무 클 때, 얻어진 연마 휠은 너무 강성일 수 있고, 탄화물 물질 상에 반사 표면을 더 이상 생성하지 못할 수 있다.

본 발명에 따른 부직포 연마 웨브를 제조하는 한 방법은 다음과 같은 순서로 (예컨대, 롤 코팅 또는 스프레이 코팅에 의해) 프리본드 코팅을 부직포 섬유 웨브에 도포하는 단계, 프리본드 코팅을 경화시키는 단계, (예컨대, 롤 코팅 또는 스프레이 코팅에 의해) 부직포 섬유 웨브를 경화성 조성물로 함침시키는 단계, 및 경화성 조성물을 경화시키는 단계를 포함한다.

전형적으로, 경화성 조성물(존재할 수 있는 임의의 용매를 포함함)이 부직포 섬유 웨브 상에 1120 내지 2080 gsm, 더욱 전형적으로 1280 내지 1920 gsm, 그리고 더욱 더 전형적으로 1440 내지 1760 gsm의 양으로 코팅되지만, 이들 범위 밖의 값들도 역시 사용될 수 있다.

부직포 연마 용품의 예시적인 실시 형태가 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있으며, 여기서 로프티 오픈 저밀도 섬유질 웨브(100)는 폴리우레탄 결합제(120)에 의해 서로 유지되어 있는 뒤엉킨 필라멘트(110)로 형성되어 있다. 초연마재 입자(140)가 섬유질 웨브(100) 전체에 걸쳐 필라멘트(110)의 노출된 표면 상에 분산되어 있다. 폴리우레탄 결합제(120)가 필라멘트(110)의 부분들을 코팅하고, 개개의 필라멘트 또는 필라멘트의 묶음을 에워싸고 있을 수 있는, 필라멘트의 표면에 부착될 수 있는 및/또는 접촉 필라멘트의 교차점에 모일 수 있는 소구체(globule)(150)를 형성하여, 부직포 연마 용품 전체에 걸쳐 연마재 자리(abrasive site)를 제공한다.

예를 들어, 경화성 조성물로 함침된 부직포 섬유 웨브를, 함침된 부직포 섬유층이 압착되도록, 장력 하에서 코어 부재(예컨대, 튜브형 또는 막대 형상의 코어 부재) 주위에 감고 이어서 폴리우레탄 결합제가 연마 입자를 층으로 된 부직포 섬유 웨브에 결합시키고 부직포 섬유 웨브의 층을 서로 결합시키기 위해 경화성 조성물을 경화시킴으로써 콘볼루트 연마 휠이 제공될 수 있다. 콘볼루트 연마 휠(200)이 도 2에 도시되어 있고, 여기서 연마 입자를 층으로 된 부직포 섬유 웨브에 결합시키고 층으로 된 부직포 섬유 웨브의 층을 서로 결합시키는 폴리우레탄 결합제로 코팅되어 있는 층으로 된 부직포 섬유 웨브(210)가 코어 부재(230) 주위에 나선형으로 배치되고 코어 부재(230)에 부착된다. 원하는 경우, 표면 요철을 제거하기 위해 사용하기 전에, 예를 들어, 연마재 기술 분야에서 공지된 방법을 사용하여 콘볼루트 연마 휠이 드레싱될 수 있다.

예를 들어, 함침된 부직포 섬유 웨브를 (예컨대, 층으로 된 연속 웨브로서 또는 시트의 적층물로서) 계층화하고 부직포 섬유 층을 압착시키며 경화성 조성물을 (예컨대, 열을 사용하여) 경화시키고 얻어진 연마 용품을 다이 커팅하여 중심 구멍을 갖는 유니타이즈드 연마 휠을 제공함으로써, 유니타이즈드 연마 휠이 제공될 수 있다. 압착되어 경화된 복수의 부직포 연마층(310)을 가지는 유니타이즈드 연마 휠(300)이 도 3에 도시되어 있다. 연마층을 경화시킨 후에, 얻어진 슬래브(slab)가 다이 커팅되어 중심 구멍(320)을 가지는 연마 휠을 형성할 수 있다.

연마 휠을 제조함에 있어서 함침된 부직포 섬유 웨브의 층을 압착시킬 때, 하나 이상의 층이 전형적으로 압착되어, 그의 비압착된 상태에서의 층들의 밀도보다 1 내지 10 배의 밀도를 가지는 슬래브를 형성한다. 슬래브는 이어서, 전형적으로 우레탄 프리폴리머 및 번 크기(bun size)에 따라, 전형적으로 높은 온도에서(예컨대, 135℃에서) (예컨대, 2 내지 20 시간 동안) 열 성형을 거친다.

원하는 반사 폴리싱 또는 단단한 물질 마감 속성을 제공하기 위해, 부직포 연마 휠은 굴곡 탄성률 값이 25.4 ㎜(1인치) 변위당 0.71 내지 22.9 ㎏/㎝(4.0 내지 128.0 0 lb/인치) 두께, 또는 25.4 ㎜(1인치) 변위당 1.79 내지 22.9 ㎏/㎝(10.0 내지 128.0 0 lb/인치) 두께, 또는 25.4 ㎜(1인치) 변위당 4.46 내지 22.9 ㎏/㎝(25.0 내지 128.0 0 lb/인치) 두께, 또는 25.4 ㎜(1인치) 변위당 8.04 내지 22.9 ㎏/㎝(45.0 내지 128.0 0 lb/인치) 두께, 또는 25.4 ㎜(1인치) 변위당 11.61 내지 22.9 ㎏/㎝(65.0 내지 128.0 lb/인치) 두께, 또는 25.4 ㎜(1인치) 변위당 17.86 내지 22.32 ㎏/㎝(100.0 내지 약 125 0 lb/인치) 두께이다. 실시예들에서 더 충분히 논의되는 바와 같이, 25.4 ㎜(1인치) 변위당 0.71 ㎏/㎝(4.0 lb/인치) 미만 두께인 연마 휠은 너무 유연하였고 반사 마감을 생성하지 않았으며, 25.4 ㎜(1인치) 변위당 23.22 ㎏/㎝(130.0 lb/인치) 초과 두께인 연마 휠은 너무 강성이고 놀랍게도 반사 마감을 생성하지 않았다.

원하는 굴곡 탄성률을 달성하기 위해, 부직포 연마 휠은 부직포 층들을 원하는 강성으로 충분히 압착시키기 위해 2개 이상의 부직포 연마층을 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 부직포 연마 휠은 2개 내지 10개의 부직포 연마층, 또는 3개 내지 8개의 부직포 연마층을 포함할 수 있다.

실시예

본 발명의 목적 및 이점이 이하의 비제한적인 실시예에 의해 추가로 설명되지만, 이들 실시예에서 언급되는 특정의 물질 및 그의 양은 물론, 다른 조건 및 상세가 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 특별한 언급이 없는 한 , 본 실시예들 및 본 명세서의 나머지 부분에서 모든 부분, 퍼센트, 비율 등은 중량으로 나타낸다.

굴곡 탄성률 테스트

예시적인 용품으로부터 중실(중심 구멍이 없음) 101.6 ㎜ × 6.35 ㎜(4 inch × ¼") 공칭 두께 디스크를 절단함으로써 테스트 시료가 제조되었다. 부하 및 편향의 측정치가 500 N 로드 셀을 갖춘 Instron 모델 4411 인장 시험기(미국 메사추세츠주 노우드 소재의 Instron로부터 입수됨)를 사용하여 측정되었다. 테스트 시료가 76.2 ㎜(3-인치) 직경의 스케줄 40 흑색 파이프(schedule 40 black pipe)를 사용하여 인장 시험기의 베이스 상에 지지되었다. 테스트 시료 지지 표면은 파이프의 세로축에 대해 90도 각도로 절삭되었고, 파이프는 테스트 시료의 중앙이 테스트 동안 인장 시험기의 베이스와 접촉하지 않도록 충분한 길이를 가지고 있다 크로스헤드(crosshead) 상에 탑재된 로드 셀의 중앙 부착 포스트[직경이 20.1 ㎜(0.79 인치)임]가 테스트 시료의 직경 중앙과 만나도록 배치된 접촉점으로서 사용되었다. 인장 시험기의 크로스헤드가 테스트 디스크의 표면과 바로 접촉하도록 초기 위치로 하강되었다. 크로스헤드의 이 위치가 영 편향(zero deflection)으로 정의되었다. 크로스헤드가 이어서 분당 2.54 ㎜(분당 0.1 인치)로 하강되어 총 편향이 2.54 ㎜(0.1 인치)로 되었다. 적어도 매 0.51 ㎜(0.02 인치)의 편향마다 힘 측정이 기록되었다. 크로스헤드가 상승되었고, 테스트 시료가 기구로부터 제거되었다. 테스트 시료의 임의의 나머지 변형은 테스트 시료를 평면 표면에 대고 누름으로써 제거되었다. 디스크의 반대쪽 측면이 접촉점에 제공된 상태에서 테스트가 반복되었다.

먼저 연마 휠 두께의 차이에 대해 힘 데이터를 정규화하기 위해 전면 측정 로드 셀 힘과 배면 측정 로드 셀 힘의 평균을 테스트 시료의 측정된 두께로 나눔으로써 굴곡 탄성률이 계산된다. 그 다음에, y-축에서의 정규화된 평균 힘을 x-축에서의 변위 데이터에 대해 그래프로 나타내었다. 부하 대 변위 곡선의 기울기를 구하기 위해 Microsoft EXCEL 등의 통계 곡선 적합화 프로그램이 사용된다. 적합화된 라인의 기울기가 테스트 시료의 25.4 ㎜(1인치) 변위당 두께인 굴곡 탄성률[단위: ㎏/㎝(lb/인치)]이다.

마감 테스트 A

테스트될 102 ㎜(4 인치) 직경의 연마 휠이 적절한 어댑터를 사용하여 15.9 ㎜(5/8 인치) 또는 32 ㎜(1.25 인치) 축공(arbor hole)을 통해 #20236( 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M으로부터 입수됨) 등의 공기 직각 연삭기(pneumatic right angle grinder) 상에 탑재되었다. 부하가 없는 상태에서 6000 RPM 사프트 속도를 얻기 위해 연삭기 공급 공기압이 대략 551.6 kPa(80 psi)로 감소되었다. 연마 휠의 면을 Delta 254 ㎜(10 인치) Bench Grinder Model 23-980(미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 Delta International Machinery Corp.로부터 입수됨) 상에 탑재된 254 ㎜(10 인치) 36 그릿 알루미늄 산화물 결합 휠(Delta Cat. No. 23-983)과 맞닿게 이동시킴으로써 연마 휠이 드레싱되었다. 12.7 ㎜(½ 인치) 직경의 탄화물 밀 공구 블랭크(mill tool blank)가 미국 캘리포니아주 카말리오 소재의 Harbor Freight Tools, Inc.로부터 입수가능한 Central Machinery 상표의 가변 속도 미니 선반 SKU # 183 등의 벤치 톱 선반(bench top lathe) 에 탑재되었다. 부하가 없는 상태에서 대략 350 rpm 스핀들 회전을 얻기 위해 선반 속도가 조정되었다. 선반 회전은 조작자 쪽으로 되어 있었지만, 선반과 연삭기가 동일한 방향으로 회전하고 있도록, 연삭기는 조작자로부터 멀어지는 쪽으로 회전하도록 제공되었다. 연마 휠 주변부가 대략 44.5 내지 66.7 N(10 내지 15 파운드)의 힘으로 선반에 탑재된 탄화물 공구와 맞닿도록 손으로 밀쳐졌다. 블랭크의 접촉 영역이 스프레이 병(spray bottle)으로부터의 물 스프레이로 축축하게 유지되었다. 대략 9.53 ㎜(3/8 인치)의 약간의 좌우 진동(side to side oscillation)이 있는 상태에서 연마 휠이 1 분 동안 탄화물 블랭크와 맞닿도록 밀쳐졌다. 탄화물 블랭크가 이어서 종이 타올로 닦아져 건조되었고, 미국 로드아일랜드주 프로비던스 소재의 Mahr Federal Inc로부터의 Mahr Perthometer M2 등의 접촉식 형상 측정기(contact profilometer)를 사용하여 표면 거칠기가 측정되었다. Ra 및 Rz(단위: 마이크로인치)를 기록하는 3개의 수치가 얻어졌다. 그 결과가 Ra 및 Rz에 대한 수치의 개별 평균치로서 보고된다. 샘플의 절삭 성능이 미국 로드아일랜드주 노스 킹스타운 소재의 Hexagon Metrology, Inc.로부터의 Brown & Sharpe DIGIT-CAL MK IV Model 599-571-4 등의 디지털 버니어 캘리퍼(vernier caliper)를 사용하여 측정되었다. 연마된 영역에서 원통 가공물에서의 직경 변화를 기록함으로써 연삭량이 측정되었다. 테스트 이전 및 테스트 이후 둘다에서 블랭크의 외경 주변에서 4번의 측정이 행해졌다. 연삭량 결과가 4번의 측정의 평균으로서 보고되었다.

마감 테스트 B

102 ㎜(4 인치) 직경 및 6.35 ㎜(0.25 인치) 두께의 연마 휠이, 적절한 어댑터를 사용하여 15.9 ㎜(5/8 인치) 또는 32 ㎜(1.25 인치) 축공을 통해, 3500 rpm에서 동작하는 벤치 연삭기[Delta Model 23-880 203.2 ㎜(8 인치) 벤치 연삭기 등]에 탑재되었다. 회전하는 동안 203.2 ㎜ 또는 254 ㎜(8 인치 또는 10 인치) Delta 36 그릿 알루미늄 산화물 결합 휠(Delta Cat. No. 23-883 또는 23-983)을 연마 휠의 면과 맞닿게 이동시킴으로써 연마 휠이 드레싱되었다. 12.7 ㎜(0.5 인치) 직경의 탄화물 절삭 블랭크가 손으로 잡아서 회전하는 휠과 맞닿게 밀쳐졌다. 스프레이 병으로부터의 물의 스트림이 접촉의 기간 동안 연마 휠-가공물 계면에 가해졌다. 가공물이 대략 1 분 동안 대략 12.7 ㎜(0.5 인치)의 거리에 걸쳐 휠에 대해 좌우로 진동되었다. 테스트의 완료 시에. 블랭크가 종이 타올로 닦아져 건조되었고, 미국 로드아일랜드주 프로비던스 소재의 Mahr Federal Inc로부터의 Mahr Perthometer M2 등의 접촉식 형상 측정기를 사용하여 표면 거칠기가 측정되었다. Ra 및 Rz(단위: 마이크로인치)를 기록하는 3개의 수치가 얻어졌다. 그 결과가 Ra 및 Rz에 대해 얻어진 수치의 개별 평균치로서 보고된다.

마감 테스트 C

102 ㎜(4 인치) 직경의 연마 휠이 25.4 ㎜(1 인치) 어댑터를 사용하여 32 ㎜(1.25 인치) 축공을 통해 서보모터 사프트 상에 탑재되었다. 서보모터 속도가 0부터 4135 RPM까지 조정가능하였다. 연마 휠의 면을 테이블 표면에 견고하게 유지된 220 그릿 알루미늄 산화물 드레싱 스틱(미국 미시간주 트래버스 시티 소재의 Boride Abraisves의 220 AM-K)과 맞닿게 이동시킴으로써 연마 휠이 드레싱되었다. 드레싱을 위한 대략 1500 RPM의 무부하 속도를 얻기 위해 서보모터 속도가 전위차계를 통해 조정되었다. 연마 휠 주변부가 3.18 ㎜(1/8 인치)의 약간의 좌우 진동이 있는 상태에서 1 분 동안 22.2 N(5 파운드)의 힘으로 드레싱 스틱과 맞닿게 자동으로 밀쳐졌다. 12.7 ㎜(½ 인치) 직경의 텅스텐 탄화물 선재(미국 일리노이즈 엘므허스트 소재의 McMaster-Carr의 p/n 8788A254)가 마감 테스트 A에서 기술된 벤치 톱 선반에 탑재되었다. 부하가 없는 상태에서 대략 350 RPM 스핀들 회전을 얻기 위해 선반 속도가 조정되었다. 대략 4135 RPM의 무부하 속도를 얻기 위해 서보모터 속도가 전위차계를 통해 조정되었다. 연마 휠이 3.18 ㎜(1/8 인치)의 약간의 좌우 진동이 있는 상태에서 1 분 구간 사이클 동안 22.2 N(5 파운드)의 힘으로 12.7 ㎜(½ 인치) 직경의 선재와 맞닿게 자동으로 밀쳐졌다. 12.7 ㎜(½ 인치) 선재가 이어서 종이 타올로 닦여져 건조되었고, 마감 테스트 A에서 기술된 바와 같이 접촉식 형상 측정기를 사용하여 표면 거칠기가 측정되었다. Ra 및 Rz 표면 거칠기를 기록하는 5개의 수치가 얻어졌다. 연마된 영역의 중앙에서 얻어진, 마감 테스트 A에서 기술된 바와 같이 디지털 버니어 캘리퍼를 사용하여 선재 직경 변화를 기록함으로써 구간 절삭이 측정되었다. 각각의 테스트 구간 이전 및 그 이후에서 가공물의 외경 주변에서 4번의 측정이 행해졌다. 텅스텐 탄화물 연삭량의 질량이 각각의 사이클 후에 기록되었다.

표 1에 열거된 이하의 약어가 실시예들 전체에 걸쳐 사용된다.

[표 1]

혼합 절차 A

표 2에서의 성분이 각각의 첨가 사이의 혼합에 의해 표에 열거된 순서로 첨가되었다. 고전단 고속 공기 믹서를 사용하여 혼합이 달성되었다. 수지 배치(resin batch) 크기는 대략 0.15 내지 2.5 ㎏이었다.

혼합 절차 B

성분이 120℉로 가열되었다. DEN, PMA, 및 XJ의 프리믹스가 프리믹스 1(이후부터 PMX1이라고 함)로서 제조되었다. PMX1의 성분이 미국 미네소타주 미니애폴리스 소재의 Dispatch Industries, Inc.로부터의 Despatch V 시리즈 등의 오븐에서 혼합되기 전에 사전 가열되었다. PMA가 70 내지 105℉로 가열되었고, DEN이 175 내지 210℉로 가열되었으며, XJ가 120 내지 145℉로 가열되었다. 이들 성분의 첨가 후에, PMX1이 균질하게 될 때까지 혼합되었다. 물, 15S40, 및 EZ3의 프리믹스가 프리믹스 2(이후부터 PMX2라고 함)로서 제조되었다. PMX2의 성분이 PMX1 성분에서와 같이 혼합 이전에 오븐에서 사전 가열되었다. 물과 15S40이 125 내지 145℉로 가열되었고, EZ3가 70 내지 105℉로 가열되었다. KAY A-A 및 K450의 프리믹스가 프리믹스 3(이후부터 PMX3이라고 함)으로서 제조되었다. BL46가 PMX1 성분에서와 같이 오븐에서 120℉로 가열되었다. BL46이 용기에 첨가되었고, PMX1를 첨가하면서 힘차게 혼합되었다. 혼합물이 균일하게 될 때까지 혼합이 계속되었다. 혼합물이 균일하게 되면, MP22(오븐에서 70 내지 105℉로 가열되었음)가 혼합하면서 첨가되었다. MP22가 완전히 혼합되었으면, PMX2가 혼합하면서 서서히 첨가되었다. PMX2가 완전히 첨가되고 혼합물이 균일한 후에, CM 및 AP가 혼합을 계속하면서 첨가되었다. CM 및 AP가 포함된 후에, PMX3(오븐에서 70 내지 105℉로 가열되었음)가 혼합하면서 첨가되었다. PMX3를 첨가하고 나서 대략 1 분 동안 혼합이 계속되었다. 이 혼합이 소형 Myers 믹서를 사용하여 달성되었다. 수지 배치 크기는 대략 0.2 내지 3 ㎏이었다.

[표 2]

슬러리-코팅된 웨브 제조 절차

중량이 125.29g/㎡인 저밀도 부직 섬유질 웨브가 웨브 형성 기계에서 15 데니어 나일론(denier nylon) 6,6 섬유로부터 형성되었다. 47.51% 물, 26.36% T403, 17.61% ER, 0.50% AF, 1.00% 안료, 2.79% LiSt, 및 4.23% EZ3의 코팅 용액을 사용하여 50.37 g/㎡의 건조 애드온 중량(dry add-on weight)을 제공하기 위해, 얻어진 저밀도 웨브가 결합제 코팅으로 롤 코팅되었다. 롤 코팅된 웨브를 3 분의 체류 시간(dwell time) 동안 171℃로 유지된 컨벡션 오븐(convection oven)을 통과시킴으로써 결합제 코팅이 불점착 상태(tack-free state)로 경화되었다. 얻어진 코팅된 부직포 웨브(이후부터 프리본드라고 함)는 두께가 대략 5.97 ㎜(235 밀)였고 중량이 약 175.67 g/㎡였다.

혼합 절차 A 또는 B 중 어느 하나에 의해 제조된 연마재 슬러리가 롤 코터를 통해 프리본드 상에 코팅되어, 총 목표 습윤 중량(wet weight) 1988 g/㎡을 달성하였다. 슬러리-코팅된 웨브가 약 8% 용매 잔류(solvent retention)까지 건조되었다.

일반 형성 절차 1

부분적으로 건조된 슬러리-코팅된 웨브의 층들이 2개의 금속 플레이트 사이에 위치되고 6.35 ㎜(0.25 인치)의 두께로 압착됨으로써 라미네이트되었다. 이어서, 전체 조립체를 118℃(245℉)로 유지되는 오븐에 4 시간 동안 넣어두었다. 4 시간의 끝에서, 금속 플레이트가 제거되었고, 경화가 118℃(245℉)에서 14 시간 동안 계속되었다. 경화된 슬래브가 냉각될 수 있게 해준 후에, 연마 휠이 공칭 6.35 ㎜(0.25 인치) 슬래브로부터 다이 커팅되었다.

일반 형성 절차 2

부분적으로 건조된 슬러리-코팅된 웨브의 층이 적층되고 121℃(250℉)로 가열된 플래튼 프레스에 놓여져, 6.35 ㎜(0.25 인치)로 압착되고, 345 kPa(50 psi)의 압력에서 30 분 동안 유지되었다. 얻어진 슬래브가 플래튼 프레스로부터 제거되었고 135℃ (275℉)에서 2.25 시간 동안 후경화되었다. 경화된 슬래브가 실온으로 냉각될 수 있게 해준 후에, 연마 휠이 공칭 6.35 ㎜(0.25 인치) 두께의 슬래브로부터 다이 커팅되었다.

샘플 제조

동일한 유형의 연마재 슬러리를 갖는 1개 내지 8개의 부분적으로 건조된 층이 앞서 기술한 일반 형성 절차들 중 하나를 사용하여 이하의 표 3에 따라 조립되었다.

[표 3]

탄화물 공구 결과

101.6 ㎜(4 인치)의 외경을 가지는 연마 휠이 시각적 미적 품질(visual aesthetic quality), 마감 및 절삭에 대해 평가되었다. 시각적 미적 품질은 가공물의 마감에 주어지는 반사성의 정도를 관찰함으로써 수행되었고 표 4에 주어진 스케일에 따라 평가되었다.

[표 4]

마감, 절삭 및 굴곡 탄성률 결과가 표 5에 보고되어 있다. 실시예 1 내지 실시예 10 및 실시예 12에 대한 결과가 비교 실시예 A 내지 비교 실시예 D에 대한 결과와 함께 제시되어 있다.

[표 5]

표 5에서 보는 바와 같이, 굴곡 탄성률이 25.4 ㎜(1인치) 변위당 0.36 ㎏/㎝(2.0 lb/인치) 미만 두께였을 때, 연마 휠은 사용하기에 부적당하였고 찢어져 망가졌다. 따라서, 적당한 부직포 연마 휠은 25.4 ㎜(1인치) 변위당 0.36 ㎏/㎝(2.0 lb/인치) 초과 두께인 굴곡 탄성률을 가진다. 굴곡 탄성률이 25.4 ㎜(1인치) 변위당 23.2 ㎏/㎝(130.0 lb/인치) 초과 두께였을 때, 연마 휠은 의도된 표면 폴리싱에 너무 단단하게 되었다. 놀랍게도, 강성인 부직포 연마 휠은 탄화물 공구 상에 반사 또는 경면 표면 마감을 생성하지 못하였지만, 극히 강성인 비트리파이드 또는 금속 결합 연마 휠은 일상적으로 생성한다. 따라서, 적당한 부직포 연마 휠은 25.4 ㎜(1인치) 변위당 23.2 ㎏/㎝(130.0 lb/인치) 미만 두께인 굴곡 탄성률을 가진다. 25.4 ㎜(1인치) 변위당 21.4 ㎏/㎝(120 lb/인치) 근방 두께인 굴곡 탄성률을 가지는 실시예 4는, 구성 변수들 중에서도 특히, 미세한 스크래치를 제거하고 경면 마감을 생성하는 최상의 표면 마감을 생성하였다.

경질 물질 마감 결과

부직포 연마 휠이 탄화물 공구에 거울과 같은 마감을 부여하는 데 있어서의 그의 유용성에 대해 주로 논의되었지만, 이는 또한 경질 물질의 표면 마감을 처리하는 데 아주 유용한 것으로 밝혀졌다. 상세하게는, 실시예 11은 표 6에 열거된 경질 물질에 마감을 제공하는 데 사용되었다. 탄화물 가공물을 표 6에 열거된 물질의 가공물로 대체하고 테스트 전후에 표면 조도를 측정함으로써, 수정된 마감 테스트 B 절차가 사용되었다.

[표 6]

표 6에서 보는 바와 같이, 본 개시 내용의 부직포 연마 휠은 또한 경질 물질의 표면을 처리하는 데 적당하다. 전형적으로, 이들 물질은 본 개시 내용의 부직포 연마 휠에 의해 생성된 최종 평탄도 값을 획득하기 위해 연마재 슬러리 폴리싱 기법을 사용하여 처리될 필요가 있다. 상세하게는, 사파이어 가공물이 반투명 물질로부터 투명 물질로 변환되었다.

강철 물질 마감 결과

[표 7]

실시예 13은 SS 및 CS 둘 다에 새틴 마감(satin finish)을 생성하였다. 실시예 14는 SS 및 CS 둘 다에 표면 조도를 증가시켰다. 비교 실시예 F는 SS에서보다 약간 덜 반짝이는 마감을 생성하였고, CS에 표면 조도를 증가시켰지만 실시예 14의 CS 마감보다 더 반짝였다.

확장된 일련의 테스트 사이클에 걸쳐 마감 및 절삭 일관성을 보여주기 위해 실시예 4의 부직포 연마 휠이 엄격히 제어되는 테스트 조건 하에서 추가로 테스트되었다. 도 4 내지 도 7은 마감 테스트 C를 사용한 실시예 4 부직포 연마 휠에 대한 표면 조도 특성 Ra, Ra 및 연삭량 성능을 보여준다.

실시예 4와 같은 부직포 연마 휠이 금속 절삭 공구 홈 및 경사면(rake face)을 경면 마감으로 폴리싱하는 데 사용될 때, 폴리싱이 절삭액의 침투 및 유동과 금속 칩의 보다 용이한 제거를 증진시키고, 그로써 공구-가공물 계면 온도를 감소시키고 공구의 절삭 효율을 향상시키는 것으로 생각된다. 예를 들어, 폴리싱되지 않은 또는 기계 가공된 대로의 절삭 공구는, 탄화물 절삭 공구가 재연마(resharpening)를 필요로 하기 전에, 1000개의 드릴 비트 부품을 생성하는 것으로 밝혀졌다. 동일한 기계 가공된 대로의 탄화물 절삭 공구는, 실시예 4의 부직포 연마 휠로 경면 마감으로 폴리싱된 경사면 및 홈을 가진 후에, 재연마를 필요로 하기 전에 3000개 초과의 드릴 비트 부품을 생성한다.

본 개시 내용에 대한 다른 수정 및 변형은 첨부하는 특허청구의 범위에 보다 구체적으로 개시된 본 개시 내용의 정신 및 범위로부터 일탈함 없이 본 기술 분야의 통상의 기량을 가진 자에 의해 실시될 수 있다. 위의 다양한 실시예의 태양들은 전체적으로 또는 부분적으로 상호 교환될 수 있거나 또는 다양한 실시예의 다른 태양과 결합될 수 있다. 특허증을 위한 상기 출원에서 열거한 모든 참고 문헌, 특허 또는 특허 출원들은 그 전체 내용을 일관된 방식으로 언급함으로써 본 명세서에 인용한다. 인용된 참고 문헌 부분들과 본 출원 사이에 불일치나 모순이 있는 경우, 앞의 설명의 정보가 지배하여야 한다. 본 기술 분야의 통상의 기량을 가진 자가 청구 범위의 개시 내용을 실시할 수 있도록 제공한 앞의 설명은 청구 범위 및 그 등가물에 의해 한정되는 본 개시 내용의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims

부직포 섬유 웨브의 하나 이상의 층, 40 ㎬ 초과의 비커스 경도(Vickers hardness)를 가지는 복수의 초연마재 입자, 및 복수의 초연마재 입자를 부직포 섬유에 접착시키고 부직포 섬유 웨브의 층들을 서로 접착시키는 폴리우레탄 결합제를 포함하고, 부직포 연마 휠이 25.4 ㎜(1인치) 변위당 0.71 내지 22.9 ㎏/㎝(4.0 내지 128.0 lb/인치) 두께인 굴곡 탄성률을 포함하는 것인 부직포 연마 휠.
제1항에 있어서, 유니타이즈드 연마 휠(unitized abrasive wheel)을 포함하는 부직포 연마 휠.
제1항 또는 제2항에 있어서, 2개 내지 10개의 부직포 웨브 층을 포함하는 부직포 연마 휠.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 초연마재 입자가 1 내지 45 마이크로미터의 평균 크기를 가지는 다이어몬드를 포함하는 것인 부직포 연마 휠.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리우레탄 결합제가 35 내지 80 Shore D의 경도계 경도(durometer hardness)를 포함하는 것인 부직포 연마 휠.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 굴곡 탄성률이 25.4 ㎜(1인치) 변위당 17.9 내지 22.3 ㎏/㎝(100.0 내지 125.0 lb/인치) 두께인 부직포 연마 휠.
탄화물 표면 상에 경면 마감을 생성하는 방법으로서, 탄화물 표면을 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 부직포 연마 휠과 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.