KR20150125968A - 형성된 연마 입자를 포함하는 부직포 연마 용품 - Google Patents

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KR20150125968A
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제이콥 엠 즈위어
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Abstract

부직포 웨브 및 형성된 세라믹 연마 입자를 부직포 웨브의 섬유에 접착시키는 결합제를 갖는 부직포 연마 용품. 형성된 세라믹 연마 입자는 형성된 세라믹 연마 입자 크기를 갖고 섬유는 섬유 직경을 가지며, 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비가 0.4 내지 3.5이다.

Description

형성된 연마 입자를 포함하는 부직포 연마 용품{NONWOVEN ABRASIVE ARTICLE CONTAINING FORMED ABRASIVE PARTICLES}
부직포 연마 용품은 일반적으로 부직포 웨브(예를 들어, 로프티 개방 섬유질 웨브(lofty open fibrous web)), 연마 입자, 및 부직포 웨브 내의 섬유들을 서로 결합시키고 연마 입자를 부직포 웨브에 고정시키는 결합제 재료(보통 "결합제"라고 함)를 갖는다. 부직포 연마 용품의 예에는 예를 들어, 상표명 "스카치-브라이트(SCOTCH-BRITE)"로 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)에 의해 판매되는 것들과 같은 부직포 연마 핸드 패드가 포함된다.
부직포 연마 용품의 다른 예에는 콘볼루트 연마 휠(convolute abrasive wheel) 및 유나이티즈드 연마 휠(unitized abrasive wheel)이 포함된다. 부직포 연마 휠은 전형적으로 부직포 웨브의 층들을 서로 결합하고, 게다가 연마 입자를 부직포 웨브에 결합하는 결합제를 이용하여 서로 결합된 부직포 웨브의 층들을 통하여 분포된 연마 입자를 갖는다. 유나이티즈드 연마 휠은 중공 축방향 코어를 갖는 실린더를 형성하기 위해 병렬 형태로 배열된 부직포 웨브의 개개의 디스크를 갖는다. 대안으로 콘볼루트 연마 휠은 코어 부재에 부착되고 이 주위에 나선형으로 감기는 부직포 웨브를 갖는다.
가공 단편 상에서 부직포 연마 용품을 사용하는 동안 부직포 연마 용품의 재료 제거율 및 결과적인 거칠기(finish)는 중요한 성능 속성들이다. 일부 응용의 경우, 사용 중에 부직포 연마 용품의 재료 제거율을 유지 또는 심지어 증가시키면서 가공 단편 상에서 결과적인 표면 조도(거칠기)를 감소시키는 것이 매우 바람직할 수 있다. 놀랍게도, 본 발명에 따른 부직포 연마 용품은 실시예에 나타낸 바와 같이 분쇄된(crushed) 연마 입자를 사용하는 대안의 부직포 연마 용품과 비교할 때 개시된 시험 방법에 따라 평가 시에 총 절단량의 상당한 향상을 나타내는 것으로 밝혀졌다.
특히, 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비가 부직포 연마 용품의 총 절단량에 놀라운 영향을 미친다는 것으로 밝혀졌다. 이 비가 너무 작아지면 총 절단량이 급격히 줄어들고, 이 비가 너무 커지면 총 절단율이 또한 급격히 줄어든다. 이 결과는, 다양한 크기의 분쇄된 연마 입자를 갖는 대조 샘플들이 연마 입자 크기 또는 부직포 섬유 직경에 관계없이 상당히 균일한 총 절단량을 가졌기 때문에 특히 놀랍다. 그리하여, 형성된 세라믹 연마 입자를 사용하는 부직포만이 이러한 독특한 속성을 나타냈다.
따라서, 일 태양에서, 본 발명은 부직포 연마 용품에 관한 것으로, 부직포 연마 용품은 부직포 웨브; 및 형성된 세라믹 연마 입자를 부직포 웨브의 섬유에 접착시키는 결합제를 포함하고, 형성된 세라믹 연마 입자는 형성된 세라믹 연마 입자 크기를 갖고 섬유는 섬유 직경을 가지며, 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비는 0.3 내지 5.0이다.
본 명세서 및 도면에서 도면 부호의 반복되는 사용은 본 개시 내용의 동일하거나 유사한 특징부 또는 요소를 나타내도록 의도된다.
도 1a는 결합제에 의해 부직포 섬유에 접착되는 형상화된 연마 입자를 갖고 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 섬유 직경의 비가 0.31인 부직포 연마재의 현미경 사진이다.
도 1b는 결합제에 의해 부직포 섬유에 접착되는 형상화된 연마 입자를 갖고 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 섬유 직경의 비가 0.73인 부직포 연마재의 현미경 사진이다.
도 1c는 결합제에 의해 부직포 섬유에 접착되는 형상화된 연마 입자를 갖고 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 섬유 직경의 비가 4.86인 부직포 연마재의 현미경 사진이다.
도 2는 형상화된 연마 입자를 갖는 부직포 연마 용품에 대하여, 분쇄된 연마 입자를 갖는 부직포 연마 용품과 비교할 때, 연마 입자 크기 대 섬유 직경의 비에 대한 총 절단량을 플롯한 그래프이다.
도 3은 형상화된 연마 입자를 갖는 스테이플 섬유(staple fiber) 기반 부직포 연마 용품에 대하여 연마 입자 크기 대 섬유 직경의 비에 대한 총 절단량을 플롯한 그래프이다.
정의
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "포함하다", "갖다", 및 "포함되다"라는 단어의 변형은 법률적으로 동등하며 제한이 없다. 따라서, 열거된 요소, 기능, 단계 또는 제한에 더하여 추가의 열거되지 않은 요소, 기능, 단계 또는 제한이 존재할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "형성된 세라믹 연마 입자"는 적어도 부분적으로 복제된 형상을 갖는 연마 입자를 의미한다. 형성된 세라믹 연마 입자를 제조하기 위한 하나의 방법은 사전결정된 형상을 갖는 주형 내에서 전구체 세라믹 연마 입자를 형상화하여 세라믹 형상화된 연마 입자를 제조하는 단계를 포함한다. 주형 내에서 형성되는 세라믹 형상화된 연마 입자는 형성된 세라믹 연마 입자들의 부류 중 한 종류이다. 다른 종류의 형성된 세라믹 연마 입자를 제조하기 위한 다른 방법은 사전결정된 형상을 갖는 오리피스를 통하여 전구체 세라믹 연마 입자를 압출하는 단계, 사전결정된 형상을 갖는 인쇄 스크린 내에서 개구를 통하여 전구체 세라믹 연마 입자를 인쇄하는 단계, 또는 사전결정된 형상 또는 패턴으로 전구체 세라믹 연마 입자를 엠보싱하는 단계를 포함한다. 형성된 세라믹 연마 입자의 비제한적인 예에는 형상화된 연마 입자, 예를 들어 미국 특허 RE 35,570호; 제5,201,916호; 제5,984,998호; 제8,034,137호; 제8,123,828호; 제8,142,531호; 제8,142,532호; 및 제8,142,891호; 및 미국 특허 출원 공개 제2009/0169816호, 제2010/0146867호, 및 제2010/0319269호에 개시된 바와 같은 삼각형 플레이트; 또는 미국 특허 제5,372,620호에 그 예가 개시되어 있는, 세인트-고바인 어브레시브즈(Saint-Gobain Abrasives)에 의해 제조된, 흔히 원형 단면을 갖는 긴 세라믹 로드/필라멘트가 포함되다. 형성된 세라믹 연마 입자는 대체로 균질하거나 실질적으로 균일하고, 더 작은 연마 입자들을 응집된 구조물로 결합시키는 유기 또는 무기 결합제와 같은 결합제의 사용 없이 그들의 소결된 형상을 유지하고, 랜덤 크기 및 형상의 연마 입자를 제조하는 분쇄 또는 파쇄 공정에 의해 획득되는 연마 입자를 배제한다. 많은 실시 형태에서, 형성된 세라믹 연마 입자는 소결된 알파 알루미나의 균질한 구조물을 포함하거나 또는 소결된 알파 알루미나로 본질적으로 이루어진다.
로프티 개방 부직포 연마 용품(예를 들어, 웨브 및 시트), 유나이티즈드 연마 휠, 및 콘볼루트 연마 휠을 포함하는 본 발명에 따른 다양한 예시적인 연마 용품은 예를 들어, 부직포 웨브 상에서 전형적으로 슬러리 형태로 경화성 조성물을 코팅하는 것과 같은 단계를 포함하는 방법을 통하여 제조될 수 있다. 콘볼루트 또는 유나이티즈 연마 휠의 형성 시에, 부직포 웨브는 전형적으로 로프티 개방 부직포 섬유 용품 내에서 사용된 부직포 웨브에 대해 압착(즉, 치밀화)된다.
다른 공정에서, 부직포 연마 용품은, 먼저 부직포 웨브를 형성하고, 메이크 코트(make coat)를 부직포 웨브에 적용하고, 형성된 세라믹 연마 입자를 메이크 코트에 적용하고, 메이크 코트를 경화시킨 후에, 메이크 코트 위에 사이즈 코트(size coat)를 적용하고 사이즈 코트를 경화시킴으로써 제조될 수 있다. 이러한 공정 및 부직포 웨브는 발명의 명칭이 "저밀도 연마 제품 및 그 제조 방법(Low Density Abrasive Product and Method of Making the Same)"인 미국 특허 제4,227,350호(피처(Fitzer))에 개시되어 있다.
부직포 웨브
전술된 연마 용품에서 사용하기에 적합한 부직포 웨브가 연마재 분야에서 잘 공지되어 있다. 전형적으로, 부직포 웨브는 뒤엉킨 섬유 웨브를 포함한다. 섬유는 연속 섬유, 스테이플 섬유, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 부직포 웨브는 길이가 적어도 약 20 밀리미터(mm), 적어도 약 30 mm, 또는 적어도 약 40 mm, 및 약 110 mm 미만, 약 85 mm 미만, 또는 약 65 mm 미만인 스테이플 섬유를 포함할 수 있지만, 더 짧은 섬유 및 더 긴 섬유(예를 들어, 연속 필라멘트)도 역시 유용할 수 있다. 섬유는 적어도 약 1.7 덱시텍스(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 또한 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, 예를 들어, 직경이 최대 2 mm 이상까지의, 실질적으로 더 큰 직경을 가질 수 있다.
부직포 웨브는 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 메이스던 소재의 란도 머신 컴퍼니(Rando Machine Company)로부터 구매가능한 "란도 웨버(RANDO WEBBER)"라는 상표명으로 입수가능한 것과 같은 설비를 사용하여 에어 레이드 부직포 웨브가 제조될 수 있다.
부직포 웨브는 전형적으로 접착 결합제 및 연마 입자와 적절히 상용성이 있으면서 또한 연마 용품의 다른 구성요소와 조합하여 처리될 수 있도록 선택되고, 전형적으로 경화성 조성물의 적용 및 경화 동안 이용되는 것들과 같이 처리 조건(예를 들어, 온도)을 견뎌낼 수 있다. 연마 용품의 특성(예를 들어, 가요성, 탄성, 내구성 또는 수명, 마모성, 및 거칠기 특성)에 영향을 주도록 섬유가 선택될 수 있다. 적합할 수 있는 섬유의 예에는 천연 섬유, 합성 섬유 및 천연 섬유 및/또는 합성 섬유의 혼합물이 포함된다. 합성 섬유의 예에는 폴리에스테르(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트), 나일론(예를 들어, 헥사메틸렌 아디파미드, 폴리카프로락탐), 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴(즉, 아크릴), 레이온, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐리덴 클로라이드-비닐 클로라이드 공중합체, 및 비닐 클로라이드-아크릴로니트릴 공중합체로부터 제조된 것들이 포함된다. 적합한 천연 섬유의 예에는 면, 양모, 황마, 및 대마가 포함된다. 섬유는 초기 재료(virgin material)로 되어 있거나, 또는 예를 들어, 의복 재단, 카펫 제조, 섬유 제조, 또는 직물 처리로부터 재생되는 재활용 재료 또는 폐기 재료로 되어 있을 수 있다. 섬유는 균질하거나 또는 2 성분 섬유(예를 들어, 코스펀 쉬스-코어 섬유(co-spun sheath-core fiber))와 같은 복합물일 수 있다. 섬유가 인장되고 주름잡혀있을 수 있지만, 또한 압출 방법에 의해 형성된 것과 같이 연속 필라멘트일 수도 있다. 섬유들의 조합이 또한 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(예를 들어, 경화성 조성물 또는 선택적인 예비접합 수지(pre-bond resin)에 의한 임의의 코팅 이전에 측정된 것임)이지만, 더 큰 평량 및 더 작은 평량도 역시 사용될 수 있다. 추가로, 경화성 조성물에 의한 함침 이전에, 섬유 웨브는 전형적으로 두께가 적어도 약 5 mm, 적어도 약 6 mm, 또는 적어도 약 10 mm, 및/또는 약 200 mm 미만, 약 75 mm 미만, 또는 약 30 mm 미만이지만, 더 큰 두께 및 더 작은 두께도 역시 유용할 수 있다.
부직포 연마 용품, 연마 휠, 및 이들의 제조 방법에 관한 추가 상세 사항은 예를 들어 미국 특허 제2,958,593호(후버(Hoover) 등); 제5,591,239호(라슨(Larson) 등); 제6,017,831호(비어즐리(Beardsley) 등); 및 제6,979,713호(바버 주니어(Barber, Jr.))에서 알게 될 수 있다.
종종, 경화성 조성물에 의한 코팅 이전에 예비접합 수지를 부직포 웨브에 적용하는 것이 유용하다. 예비접합 수지는 예를 들어, 취급 동안에 부직포 웨브의 무결성의 유지를 돕기 위해 제공되고, 또한 부직포 웨브에 우레탄 결합제의 결합을 도울 수 있다. 예비접합 수지의 예에는 페놀 수지, 우레탄 수지, 가죽 아교(hide glue), 아크릴 수지, 우레아-포름알데하이드 수지, 멜라민-포름알데하이드 수지, 에폭시 수지 및 이들의 조합이 포함한다. 이러한 방식에서 사용되는 예비접합 수지의 양은 전형적으로 섬유들을 그들의 교차 접촉점에서 서로 결합시키는 것에 따른 최소량으로 조정된다. 부직포 웨브가 열 결합성 섬유를 포함하는 경우에, 부직포 웨브의 열결합이 또한 처리 동안 웨브 무결성을 유지하는 데 도움을 줄 수 있다.
다른 실시 형태에서, 부직포 웨브는, 미국 특허 제4,227,350호에 개시되고 합성 유기 필라멘트 형성 재료가 용융 상태로 가열되고 방사구(spinneret)로부터 압출되어 자유 낙하 필라멘트의 다발을 제공하는 실시예에서 사용된 방법에 의해 제조될 수 있다. 필라멘트는 에어 공간을 통하여 급랭조(quench bath) 내로 자유 낙하하는데, 여기서 급랭조의 표면 또는 그 근처에서 그가 감겨 있고 파형을 이루어 자생으로 결합된 웨브를 형성한다. 웨브는 영구적으로 변형되기에는 여전히 충분히 가소성이지만, 웨브는 급랭조 내에 침지된 대향 롤러들 사이에서 통과되어 웨브의 두께부를 압밀하고 압착한다. 웨브는 급랭조로부터 꺼내지고, 건조 스테이션을 통과하고, 경화성 액체 수지 결합제(메이크 코트)로 코팅되고, 웨브의 하나의 주요 표면 또는 양쪽 주요 표면들 상에서 연마 입자로 코팅되고, 경화 오븐을 통과하고, 수지 결합제의 제2 코팅물(사이즈 코트)로 코팅되고, 제2 경화 스테이션을 통과하는데, 그 후에 그것은 핸드 패드, 유나이티즈드 연마 휠, 또는 콘볼루트 연마 휠과 같은 다양한 유형의 연마 용품으로 변환된다. 제조 공정 및 결과적인 형성되는 연마 용품에 대한 추가 상세 사항에 대해서는 미국 특허 제4,227,350호의 도 1 내지 도 6을 참조한다.
상술된 공정에 의해 형성되는 결과적인 연마 용품은 저밀도 연마 제품을 포함할 수 있다. 연마 제품은 적어도 하나의 층을 갖는 개방 다공성 로프티 웨브의 균일한 단면을 갖는데, 각 층은, 인접 섬유들이 서로 접촉하는 곳에서 이들이 자생으로 결합되고 교합(inter-engage)되어 있는 유기 열가소성 재료의 다수의 연속 3차원 파형 섬유를 갖는다. 연마 제품은 결합제에 의해 웨브의 섬유에 결합되는 형성된 세라믹 연마 입자와 같은 다수의 연마 입자를 갖는다.
적합한 유기 섬유 형성 재료에는 폴리카프로락탐 및 폴리헥사메틸렌과 같은 폴리아미드; 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀; 폴리에스테르; 및 폴리카르보네이트가 포함된다. 일부 실시 형태에서, 섬유 형성 재료의 항복 강도(yield strength)는 적어도 3000 psi이다. 일부 실시 형태에서, 섬유 직경은 5 내지 125 밀(127 마이크로미터 내지 3.175 mm), 또는 10 내지 20 밀(254 내지 508 마이크로미터)이다. 다른 실시 형태에서, 섬유 직경은 50 내지 385 마이크로미터이다.
부직포 연마 용품이 2개 이상의 상이한 섬유 직경을 갖는 섬유들의 블렌드를 포함할 경우에, 형성된 연마 입자 크기 대 섬유 직경의 비는 적어도 섬유들의 블렌드에서 가장 큰 중량 퍼센트를 갖는 섬유의 직경에 대해 만족되어야 한다. 일부 실시 형태에서, 형성된 연마 입자 크기 대 섬유 직경의 비는 부직포 연마 용품 내부에 포함된 모든 섬유에 대해 만족된다. 다른 실시 형태에서, 충전제, 강도 증진제, 또는 블렌드 내의 다른 첨가물로서 사용될 때에 부직포 연마 용품 내의 작은 중량 백분율의 섬유가 형성된 연마 입자 크기 대 섬유 직경의 청구되는 비의 범위 밖에 있을 수 있고, 이 실시 형태에서 블렌드 내의 30% 미만, 또는 20% 미만, 또는 10% 미만, 또는 5% 미만이지만 0% 초과의 섬유들이 형성된 연마 입자 크기 대 섬유 직경의 비를 만족하지 않을 것이다.
일부 실시 형태에서, 부직포 연마 용품은 비원형 단면 형상을 갖는 섬유를 사용할 수 있고, 또는 원형 단면 형상을 갖는 섬유와 비원형 단면 형상을 갖는 섬유의 블렌드가 사용될 수 있다. 섬유 구성요소(들)가 비원형 단면 형상(예컨대, 삼각형, 델타, H-형, 삼엽(trilobal), 직사각형, 정사각형, 도그본(dog bone), 리본 형상, 타원형)을 가질 경우에, 형성된 연마 입자 크기 대 섬유 직경의 비의 계산을 위한 유효 섬유 직경은 비원형 섬유의 단면 주위에서 그릴 수 있는 가장 작은 외접원의 직경에 의해 결정된다.
연마 입자
본 발명의 응집체로 혼입하기 위한 유용한 연마 입자는 형성된 세라믹 연마 입자, 특히 형상화된 연마 입자이다. 미국 특허 제8,142,531호의 개시 내용에 따라 형상화된 연마 입자를 제조하였다. 예를 들어, 변 길이 0.031 인치(0.79 mm) 및 주형 깊이 0.008 인치(0.2 mm)의 등변삼각형 형상의 폴리프로필렌 주형 공동으로부터 알루미나 졸 겔을 형상화함으로써 형상화된 연마 입자를 제조하였다. 건조 및 소성 이후에, 이러한 결과적인 형상화된 연마 입자는 약 280 마이크로미터(가장 긴 치수)인 삼각형 플레이트를 포함하였고, 50-메시 체(mesh sieve)를 통과하고 60-메시 체에 걸려서 유지될 수 있다. 일 실시 형태에서, 삼각형 형상의 연마 입자는 제1 면, 측벽에 의해 제1 면에 연결되는 반대편 제2 면을 포함하는데, 여기서 각 면의 주연부(perimeter)는 삼각형이며, 바람직하게는 등변삼각형이다. 일부 실시 형태에서, 측벽은, 양면에 대해 90도 각도를 갖지 않고, 미국 특허 제8,142,531호에 개시된 바와 같이, 제2 면과의 사이의 드래프트 각(draft angle) α가 약 95도 내지 약 130도인 비스듬한 측벽으로, 이는 삼각형 형상의 연마 입자의 절단율을 더 크게 향상시키기 위해 결정되었다.
형상화된 연마 입자에 추가로, 본 발명의 용품은 또한 통상적인 (예를 들어, 분쇄된) 연마 입자를 함유할 수 있다. 형상화된 연마 입자와 블렌딩하기 위한 유용한 통상적인 연마 입자의 예에는 연마재 분야에서 공지된 임의의 연마 입자가 포함된다. 예시적인 유용한 연마 입자에는 용해(fused) 산화알루미늄계 재료, 예를 들어 산화알루미늄, 세라믹 산화알루미늄(하나 이상의 금속 산화물 개질제 및/또는 시딩제(seeding agent) 또는 핵화제(nucleating agent)를 포함할 수 있음) 및 열처리된 산화알루미늄, 탄화규소, 공용해 알루미나-지르코니아, 다이아몬드, 세리아(ceria), 이붕화티타늄(titanium diboride), 입방정 질화붕소(cubic boron nitride), 탄화붕소, 가닛(garnet), 플린트(flint), 에머리(emery), 졸-젤(sol-gel) 유도된 연마 입자들 및 이의 혼합물이 포함된다. 연마 입자는, 예를 들어, 개개의 입자, 응집체, 복합체 입자, 및 이의 혼합물의 형태로 되어 있을 수 있다.
통상적인 연마 입자는 예를 들어, 평균 직경이 적어도 약 0.1 마이크로미터, 적어도 약 1 마이크로미터, 또는 적어도 약 10 마이크로미터, 및 약 2000 마이크로미터 미만, 약 1300 마이크로미터 미만, 또는 약 1000 마이크로미터 미만일 수 있지만, 더 큰 연마 입자 및 더 작은 연마 입자가 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 통상적인 연마 입자는 연마재 산업 명시 공칭 등급을 가질 수 있다. 이러한 연마재 산업에서 승인된 분류 표준에는 미국 규격 협회(American National Standards Institute, Inc.; ANSI) 표준, 연마 제품의 유럽 생산자 연맹(Federation of European Producers of Abrasive Products; FEPA) 표준 및 일본 공업 규격(Japanese Industrial Standard; JIS) 표준으로 알려진 것들이 포함된다. 예시적인 ANSI 등급 명칭(즉, 규정된 공칭 등급)에는, ANSI 12 (1842 μm), ANSI 16 (1320 μm), ANSI 20 (905 μm), ANSI 24 (728 μm), ANSI 36 (530 μm), ANSI 40 (420 μm), ANSI 50 (351 μm), ANSI 60 (264 μm), ANSI 80 (195 μm), ANSI 100 (141 μm), ANSI 120 (116 μm), ANSI 150 (93 μm), ANSI 180 (78 μm), ANSI 220 (66 μm), ANSI 240 (53 μm), ANSI 280 (44 μm), ANSI 320 (46 μm), ANSI 360 (30 μm), ANSI 400 (24 μm), 및 ANSI 600 (16 μm)이 포함된다. 예시적인 FEPA 등급 명칭에는 P12 (1746 μm), P16 (1320 μm), P20 (984 μm), P24 (728 μm), P30 (630 μm), P36 (530 μm), P40 (420 μm), P50 (326 μm), P60 (264 μm), P80 (195 μm), P100 (156 μm), P120 (127 μm), P120 (127 μm), P150 (97 μm), P180 (78 μm), P220 (66 μm), P240 (60 μm), P280 (53 μm), P320 (46 μm), P360 (41 μm), P400 (36 μm), P500 (30 μm), P600 (26 μm), 및 P800 (22 μm)이 포함된다. 도달 등급의 근사 평균 입자 크기는 각 등급 명칭 뒤의 괄호 안에 나열되어 있다.
형성된 세라믹 연마 입자는 ASTM E-11 "시험 목적용 쇠그물 및 체를 위한 표준 사양(Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes)"에 따른 미국 표준 시험용 체를 사용하여 공칭 선별 등급으로 분류될 수 있다. ASTM E-11은 지정된 입자 크기에 따른 재료의 분류를 위해 프레임에 장착된 짜여진 쇠그물 매체를 사용하여 시험용 체의 설계 및 구성을 위한 요건을 규정하고 있다. 전형적인 명칭은 -18+20으로 나타낼 수 있는데, 이는 형성된 세라믹 연마 입자가 18번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 만족시키는 시험용 체를 통과하고 20번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 만족하는 시험용 체에 걸려서 유지된다는 것을 의미한다. 일 실시 형태에서, 형성된 세라믹 연마 입자는 대부분의 형성된 세라믹 연마 입자가 18 메시 시험용 체를 통과하고 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50 메시 시험용 체에 걸려서 유지될 수 있게 하는 입자 크기를 갖는다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 형성된 세라믹 연마 입자는 이하의 공칭 선별 등급을 가질 수 있다: -18+20 (925 μm), -20+25 (780 μm), -25+30 (655 μm), -30+35 (550 μm), -35+40 (463 μm), -40+45 (390 μm), -45+50 (328 μm), -50+60 (275 μm), -60+70 (231 μm), -70+80 (196 μm), -80+100 (165 μm), -100+120 (138 μm), -120+140 (116 μm), -140+170 (98 μm), -170+200 (83 μm), -200+230 (69 μm), -230+270 (58 μm), -270+325 (49 μm), -325+400 (42 μm), -400+450 (35 μm), -450+500 (29 μm), 또는 -500+635 (23 μm).
본 명세서에서 후술되는 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 섬유 직경의 비를 계산하기 위한 목적으로, 연마 입자에 관한 상기 등급에는 평균 입자 크기가 부여되어 있다. 평균 입자 크기는 산업 명시 등급에 따른 연마 입자의 예상된 평균 크기이거나, 체의 경우에, 입자가 통과한 스크린 개구의 크기와 입자가 걸려서 유지되는 스크린 개구의 크기 사이의 평균이다. 등급 또는 스크린 명칭 뒤의 괄호 안의 숫자는 μm 단위의 평균 연마 입자 크기이고 비의 계산에서 사용될 것이다.
통상적인 연마 입자와 같은 충전제 입자는 연마 용품 내의 형성된 세라믹 연마 입자와 블렌딩될 수 있다. 본 발명에 유용한 충전제의 예에는 금속 탄산염(예를 들어, 탄산칼슘, 탄산마그네슘칼슘, 탄산나트륨, 탄산마그네슘), 실리카(예를 들어, 석영, 유리 비드, 유리 버블 및 유리 섬유), 규산염(예를 들어, 활석, 점토, 몬모릴로나이트(montmorillonite), 장석, 운모, 규산칼슘, 메타규산칼슘, 알루미노규산나트륨, 규산나트륨), 금속 황산염(예를 들어, 황산칼슘, 황산바륨, 황산나트륨, 황산나트륨알루미늄, 황산알루미늄), 석고, 질석, 설탕, 목분(wood flour), 알루미늄 3수화물, 카본 블랙, 금속 산화물(예를 들어, 산화칼슘, 산화알루미늄, 산화주석, 이산화티타늄), 금속 아황산염(예를 들어, 아황산칼슘), 열가소성 입자(예를 들어, 폴리카르보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리(비닐클로라이드), 폴리설폰, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 아세탈 중합체, 폴리우레탄, 나일론 입자) 및 열경화성 입자(예를 들어, 페놀 버블, 페놀 비드, 폴리우레탄 폼 입자 등)가 포함된다. 충전제는 또한 할라이드 염과 같은 염일 수 있다. 할라이드 염의 예에는 염화나트륨, 칼륨 빙정석, 나트륨 빙정석, 암모늄 빙정석, 사플루오로붕산칼륨, 사플루오로붕산나트륨, 불화규소, 염화칼륨, 염화마그네슘이 포함된다. 금속 충전제의 예에는 주석, 납, 비스무트, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철, 및 티타늄이 포함된다. 다른 다양한 충전제에는 황, 유기 황 화합물, 그래파이트, 리튬 스테아레이트 및 금속 황화물이 포함된다.
전형적인 부직포 연마 용품은 웨브에 적용되는 연마 입자 및 충전제 입자 중의 중량 백분율로서 적어도 50 중량%의 형성된 세라믹 연마 입자를 포함한다. 최상의 결과를 위해, 형성된 세라믹 연마 입자 함량은 50 중량%, 60 중량%, 70 중량%, 80 중량%, 90 중량%, 95 중량% 내지 100 중량%이다. 일부 실시 형태에서, 형성된 세라믹 연마 입자 크기는 120 마이크로미터 내지 1020 마이크로미터이다.
부직포 연마 용품
부직포 연마 웨브는 형성된 세라믹 연마 입자를 부직포 웨브에 경화성 제2 결합제를 이용하여 접착시킴으로써 제조된다. 전형적으로, 형성된 세라믹 연마 입자에 대한 코팅 중량은, 예를 들어 사용되는 특정한 결합제, 형성된 세라믹 연마 입자를 적용하기 위한 공정, 및 형성된 세라믹 연마 입자의 크기에 좌우될 수 있다. 예를 들어, (임의의 압착 이전의) 부직포 웨브 상의 형성된 세라믹 연마 입자의 코팅 중량은 제곱미터당 적어도 100 그램(적어도 100 gsm), 적어도 600 gsm, 또는 적어도 800 gsm; 및/또는 2000 gsm 미만, 약 1600 gsm 미만, 또는 약 1200 gsm 미만일 수 있지만, 더 크거나 또는 더 작은 코팅 중량도 역시 사용될 수 있다.
형성된 세라믹 연마 입자를 부직포 웨브에 접착하기에 유용한 결합제는 당업계에 공지되어 있으며 최종 제품 요건에 따라 선택된다. 전형적인 결합제에는 폴리우레탄, 페놀, 아크릴레이트, 및 페놀과 아크릴레이트의 블렌드를 포함하는 것들이 포함된다.
실시예에서 후술되는 바와 같이, 본 발명자들은, 형상화된 연마 입자와 같은 형성된 세라믹 연마 입자에 대하여, 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비가 놀랍게도 연마 용품의 총 절단량에 영향을 미친다는 것을 발견하였다. 이러한 발견은 분쇄된 연마 입자를 이용한 이전의 실험적 경험이 이러한 의존성을 드러내지 못했기 때문에 예상치 못한 일이다. 그리고, 실제로, 대조예는, 분쇄된 연마 입자에 대하여, 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비가 총 절단량에 영향을 주지 않음을 확인시켜 준다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 형성된 세라믹 연마 입자 크기(μm 단위) 대 부직포 섬유 직경(μm 단위)의 비는 0.4 내지 3.5, 또는 0.5 내지 2.25, 또는 0.7 내지 1.5이다. 등급 또는 스크린 절단량에 의거한 연마 입자의 평균 크기(μm 단위)가 섬유의 측정 직경(μm 단위)으로 나눠진다.
이제 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 형상화된 연마 입자가 결합제를 이용하여 부직포 웨브의 섬유에 접착된 다양한 부직포 연마 용품이 예시된다. 도 1a에서, 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비는 0.31이고, 절단 시험에 의해 시험된 바와 같은 총 절단량은 0.97 그램이었다. 이 샘플은 분쇄된 연마 입자를 사용한 부직포 연마 용품과 대략 동일한 총 절단량으로 수행하였다. 더 작은 삼각형 형상의 연마 입자는 섬유 상에 훨씬 더 조밀하게 함께 패킹되므로, 삼각형의 덜 예리한 에지가 노출되게 하고 총 절단량을 감소시킨다고 여겨진다. 도 1b에서, 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비는 0.73이고, 절단 시험에 의해 시험된 바와 같은 총 절단량은 2.31 그램이었다. 이 샘플은 분쇄된 연마 입자를 사용한 비교 샘플의 절단량의 대략 2.25배를 가지고 있었다. 중간 크기의 삼각형 형상의 연마 입자는 섬유 상에 최적의 밀도로 함께 패킹되므로, "삼각형 연마 입자가 세워져 있는" 경향이 있어, 삼각형의 예리한 에지가 노출되게 하고 총 절단량을 증가시킨다고 여겨진다. 도 1c에서, 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비는 4.86이고, 절단 시험에 의해 시험된 바와 같은 총 절단량은 0.47 그램이었다. 이 샘플은 비록 연마 입자 크기가 훨씬 더 크긴 하지만 분쇄된 연마 입자를 사용한 부직포 연마 용품보다 더 적은 총 절단량을 가지고 있었다. 큰 크기의 삼각형 형상의 연마 입자는 섬유 상에 너무 낮은 밀도로 함께 패킹되므로, 섬유 상에 레이 다운(lay down)되는 경향이 있어, 삼각형의 평평한 측면이 노출되게 하고 총 절단량을 감소시킨다고 여겨진다.
본 발명의 부직포 연마 용품은 임의의 다양한 통상적인 형태를 취할 수 있다. 선호되는 부직포 연마 용품은 휠의 형태이다. 부직포 연마 휠은 전형적으로, 치수가 매우 작을 수 있거나(예컨대, 실린더 높이가 대략 수 밀리미터) 또는 매우 클 수 있고(예컨대, 미터 초과), 직경이 매우 작을 수 있거나(예컨대, 대략 수 센티미터) 또는 매우 클 수 있는(예컨대, 수십 센티미터) 디스크 또는 수직 실린더(right cylinder)의 형태이다. 휠은 전형적으로 휠이 사용 중에 회전할 수 있도록 하는 적합한 아버(arbor) 또는 다른 기계적 보유 수단에 의해 지지를 위한 중심 개구를 갖는다. 휠 치수, 형상, 지지 수단, 및 회전 수단 모두가 기술 분야에 잘 공지되어 있다.
콘볼루트 연마 휠은 예를 들어, 함침된 부직포 층이 압착되도록 코어 부재(예를 들어, 관형 또는 로드 형상의 코어 부재) 주위에 인장 하에서 경화성 조성물로 함침되는 부직포 웨브를 감고, 그 후에 일 실시 형태에서 형성된 세라믹 연마 입자를 부직포 섬유에 결합하고 부직포 웨브의 층들을 서로 결합하는 결합제를 제공하기 위하여 경화성 조성물을 경화시킴으로써 제공될 수 있다. 예시적인 콘볼루트 연마 휠은, 웨브 상의 결합제가, 부직포 웨브가 코어 부재에 부착되고 이 주위에 나선형으로 감기도록 경화되고 원형 형상을 유지하도록 경화되어 있는 것이다. 원하는 경우, 콘볼루트 연마 휠은 예를 들어, 연마재 분야에서 공지된 방법을 사용하여 표면 불균일을 제거하기 위해 사용에 앞서 드레싱(dressing)될 수 있다.
예시적인 유나이티즈드 연마 휠은 예를 들어, 부직포 층을 압착하는 결합제 함침 부직포 웨브를 (예컨대, 층상 연속 웨브로서 또는 중심 홀을 갖는 일정한 원형 디스크들 또는 시트들의 스택으로서) 적층하고, (예컨대, 열을 사용하여) 경화성 결합제를 경화시킴으로써 제공될 수 있다. 부직포 웨브의 층들을 압착시킬 때, 층들은 전형적으로 압착되어, 그들의 비압착된 상태에서의 층들의 밀도보다 1 내지 20 배의 밀도를 가지는 번(bun)을 형성한다. 이어서, 번은, 전형적으로 결합제, 예를 들어 우레탄 및 번 크기에 따라, 승온에서 (예컨대, 135℃에서) (예를 들어, 2 시간 내지 20 시간 동안) 열 성형을 전형적으로 거친다.
실시예
본 발명의 목적 및 이점이 하기 비제한적인 예에 의해 추가로 예시된다. 이들 예에서 열거된 특정 재료 및 그 양 그리고 다른 조건 및 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 달리 언급되지 않는 한, 실시예 및 명세서의 나머지 부분에서 모든 부(part), 백분율, 비 등은 중량 기준이다.
[표 1]
Figure pct00001
절단 시험
시험될 4 인치(10.16 cm) 직경의 부직포 연마 디스크를 전기 회전 공구 상에 장착하였는데, 전기 회전 공구는 치수가 3 인치 × 1 인치 × 0.625 인치(76mm × 25 mm × 16mm)인 11개의 다이 룰 스틸 블레이드(die rule steel blade)들이 Y 방향으로 블레이드들 사이에 0.5 인치(13 mm)의 간격을 갖고 X 방향으로 3 인치(76 mm) 및 Y 방향으로 0.625 인치(16mm) 연장되도록 고정되어 있는 X-Y 테이블 위에 배치되었다. 이어서, 공구를, +Y 방향으로 2.00 인치/초 (51 mm/초)의 속도로 5-인치(127 mm) 경로를 횡단하고; 그 다음에 +X 방향으로 4.00 인치/초(102 mm/초)의 속도로 0.0077-인치(0.20 mm) 경로를 횡단하고; 그 다음에 -Y 방향으로 2.00 인치/초(51 mm/초)의 속도로 5-인치(127 mm) 경로를 횡단하고; +X 방향으로 4.00 인치/초(102 mm/초)의 속도로 0.007-인치(0.20 mm) 경로를 횡단하도록 설정하였다. 이러한 시퀀스를 Y 방향으로 총 40번 통과하는 동안 19회 반복하였다. 이어서, 회전 공구를 무부하 하에서 3750 rpm으로 회전하도록 작동시켰다. 그 후에, 연마 용품을 그의 회전축이 X 방향에 평행한 상태에서 2.8 lbs(1.27 ㎏)의 부하에서 블레이드들에 대항하여 방사상으로 가압하였다. 이어서, 공구를 규정된 경로를 거쳐 이동하도록 작동시켰다. 그램 단위의 총 질량 손실을 결정하기 위해 각 시험 전후에 블레이드의 질량을 측정하였다. 시험 결과의 재현성을 결정하기 위해 각 예(예마다 2개의 용품)를 2회씩 시험하였다.
연마 입자 제조
실시예 1 내지 실시예 8
다양한 크기의 형상화된 연마 입자 및 0.015 in(0.38 cm) 직경의 필라멘트를 갖는 부직포 웨브를 사용하여 실시예 1 내지 실시예 8의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 1
미국 특허 제4,227,350호의 실시예 1의 부직포 웨브와 유사하게 연속 필라멘트 부직포 웨브를 제조하였다. 폴리카프로락탐(나일론 6, 미국 뉴저지주 마운트 올리브 소재의 바스프 코포레이션(BASF Corporation)의 폴리머즈 디비전(Polymers Division)으로부터 상표명 "B27E"로 구매가능함)을, 육각형의 밀하게 패킹된 어레이에서 0.080 인치(0.2 cm) 이격된 8개의 동등한 행들로 배열되는 약 2890개의 카운트 싱크형(counter sunk), 카운터 보어형(counter bored) 개구들을 갖는 60-인치(1.52 미터) 길이의 방사구를 통하여 2800 psi(1.93×10 4 ㎪)의 압력으로 압출하였는데, 각 개구는 직경이 0.016 인치(0.406 mm)이고 랜드 길이(land length)가 0.079 인치(2.01 mm)였다. 방사구를 약 248℃로 가열하였고 급랭조의 표면보다 약 7 인치(17.78 cm) 위에 위치시켰는데, 급랭조를 약 0.5 갈론/분(약 2 리터/분)의 유량으로 수돗물로 계속하여 충전하고 수세하였다. 방사구로부터 압출되는 필라멘트들을 급랭조 내로 들어갈 수 있도록 하였는데, 여기서 이들은 4 인치(10.16 cm) 직경, 60 인치(1.52 m) 길이의 매끄러운 표면의 롤들 사이에서 파형을 이루고 감겨 있었다. 두 롤들을 조의 표면보다 약 2 인치(5.1 cm) 아래에 그들의 회전축을 가진 채 급랭조 내에 위치시켰고, 롤들을 약 9 피트/분(2.74 m/분) 표면 속도로 반대 방향으로 회전시켰다. 결과적인 압출된 웨브의 표면들을 가볍게 압착하도록 롤들을 이격시켜, 양면에 평탄하지만 치밀하지 않은 표면을 제공하였다. 중합체를 약 700 lb./hr (318 ㎏/hr.)의 속도로 압출하여, 감긴 파형의 필라멘트들의 8개의 행들을 갖는 59 인치 폭, 0.66 인치 두께(1.50 m 폭 ×16.8 mm 두께)의 웨브를 제조하였다. 결과적인 웨브는 중량이 약 14.8 g/24 in2(0.956 ㎏/m2)였고, 약 95%의 보이드 체적(void volume)을 가지고 있었다. 필라멘트 직경은 평균 약 0.38 cm(0.015 in)였다. 웨브를 롤들 중 하나 주위에 급랭조로부터 운반하였고, 실온(약 23℃) 에어 블라스트로 건조시킴으로써 웨브로부터 과잉 물을 제거하였다. 롤 속도, 필라멘트 자유 낙하를 위한 에어 공간, 및 압출기 출력의 조정에 의해 웨브 중량 및 필라멘트 직경을 변경하여 예들을 제조하였다.
이와 같이 형성된 건조 웨브를 나중에 결합제 수지 코팅, 광물 코팅 및 사이즈 코팅을 적용함으로써 연마 조성물로 변환하였다. 결합제 수지 코팅은 표 2에 나타낸 성분들을 함유하였고, 2-롤 코터(coater)를 통해 적용되었다. 결합제 수지 코팅을 적용하여 약 93 그레인(grain)/24 in2(0.39 ㎏/m2) 건조 부가물을 달성하고 나서, 이어서 드롭 코터(drop coater)를 통해 수지 코팅된 웨브에 SAP1을 적용하여 590 그레인/24 in2(2.47 ㎏/m2)의 부가물을 달성하였다. 이어서, 조성물을 174℃로 가열된 경화 오븐을 통과시켜 약 6 분의 체류 시간을 제공하여 결합제 수지를 실질적으로 경화시켰다.
[표 2]
Figure pct00002
이어서, 조성물의 상측에 표 3에 나타낸 조성의 사이즈 코팅을 분무하고, 163℃에서 6분간 오븐 내에서 가열하였다. 조성물을 반전시키고, 다른 측에 동일한 양의 사이즈 코팅으로 분무하고, 163℃에서 6분간 오븐 내에서 가열하였다. 최종 사이즈 코팅 건조 부가물은 약 0.53 ㎏/m2(126 그레인/24 in2)였다. 결과적인 조성물은 두께가 0.7250 in(1.84 cm)이고 중량이 1056 그레인/24 in2(4.42 ㎏/m2)였다. 이어서, 이러한 조성물을, 절단 시험에 따른 절단량 시험을 위해 직경이 4 in(10.16 cm)이고 중심 홀이 0.5 in(1.27 cm)인 휠로 변환시켰다.
[표 3]
Figure pct00003
실시예 2
메이크 코트 부가물이 105 그레인/24 in2(0.44 ㎏/m2)이고, SAP1을 SAP2로 대체하고 적용하여 573 그레인/24 in2(2.40 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 123 그레인/24 in2(0.51 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 2의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 3
메이크 코트 부가물이 110 그레인/24 in2(0.46 ㎏/m2)이고, SAP1을 SAP3으로 대체하고 적용하여 579 그레인/24 in2(2.42 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 132 그레인/24 in2(0.55 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 3의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 4
메이크 코트 부가물이 113 그레인/24 in2(0.47 ㎏/m2)이고, SAP1을 SAP4로 대체하고 적용하여 740 그레인/24 in2(3.10 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 127 그레인/24 in2(0.53 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 4의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 5
메이크 코트 부가물이 107 그레인/24 in2(0.45 ㎏/m2)이고, SAP1을 SAP5로 대체하고 적용하여 614 그레인/24 in2(2.57 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 137 그레인/24 in2(0.57 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 5의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 6
메이크 코트 부가물이 115 그레인/24 in2(0.48 ㎏/m2)이고, SAP1을 SAP6으로 대체하고 적용하여 633 그레인/24 in2(2.65 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 138 그레인/24 in2(0.58 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 6의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 7
메이크 코트 부가물이 115 그레인/24 in2(0.48 ㎏/m2)이고, SAP1을 SAP7로 대체하고 적용하여 618 그레인/24 in2(2.59 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 139 그레인/24 in2(0.58 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 7의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 8
메이크 코트 부가물이 88 그레인/24 in2(0.37 ㎏/m2)이고, SAP1을 SAP8로 대체하고 적용하여 614 그레인/24 in2(2.57 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 116 그레인/24 in2(0.49 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 8의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 9 내지 실시예 14
다양한 크기의 형상화된 연마 입자 및 0.011 in(0.279 cm) 직경의 필라멘트를 갖는 부직포 웨브를 사용하여 실시예 9 내지 실시예 14의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 9
방사구를 급랭조의 표면보다 약 9.5 in(241 mm) 위에 위치시킨다는 것을 제외하고는, 실시예 1의 연속 필라멘트 부직포 웨브와 같이 실시예 9의 연속 필라멘트 부직포 웨브를 제조하였다. 이와 같이 제조된 웨브는 필라멘트 직경이 평균 0.011 인치(0.279 mm)였다.
메이크 코트 부가물이 98 그레인/24 in2(0.41 ㎏/m2)이고, SAP1을 SAP2로 대체하고 적용하여 537 그레인/24 in2(2.25 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 133 그레인/24 in2(0.56 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차 및 이러한 개질된 웨브를 사용하여 실시예 9의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 10
메이크 코트 부가물이 88 그레인/24 in2(0.37 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP3으로 대체하고 적용하여 623 그레인/24 in2(2.61 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 117 그레인/24 in2(0.49 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 9에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 10의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 11
메이크 코트 부가물이 88 그레인/24 in2(0.37 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP4로 대체하고 적용하여 607 그레인/24 in2(2.54 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 116 그레인/24 in2(0.49 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 9에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 11의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 12
메이크 코트 부가물이 95 그레인/24 in2(0.40 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP5로 대체하고 적용하여 504 그레인/24 in2(2.11 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 178 그레인/24 in2(0.74 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 9에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 12의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 13
메이크 코트 부가물이 88 그레인/24 in2(0.37 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP6으로 대체하고 적용하여 671 그레인/24 in2(2.81 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 117 그레인/24 in2(0.49 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 9에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 13의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 14
메이크 코트 부가물이 88 그레인/24 in2(0.37 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP7로 대체하고 적용하여 609 그레인/24 in2(2.55 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 118 그레인/24 in2(0.49 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 9에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 14의 연마 용품을 제조하였다.
비교예 A 내지 비교예 F
다양한 크기의 통상적인 연마 입자 및 0.015 in(0.38 cm) 직경의 필라멘트를 갖는 부직포 웨브를 사용하여 비교예 A 내지 비교예 F의 연마 용품을 제조하였다.
비교예 A
메이크 코트 부가물이 98 그레인/24 in2(0.41 ㎏/m2)이고, SAP1을 AP1로 대체하고 적용하여 546 그레인/24 in2(2.29 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 133 그레인/24 in2(0.56 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 비교예 A의 연마 용품을 제조하였다.
비교예 B
메이크 코트 부가물이 109 그레인/24 in2(0.46 ㎏/m2)이고, SAP1을 AP2로 대체하고 적용하여 392 그레인/24 in2(1.64 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 74 그레인/24 in2(0.31 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 비교예 B의 연마 용품을 제조하였다.
비교예 C
메이크 코트 부가물이 108 그레인/24 in2(0.45 ㎏/m2)이고, SAP1을 AP3으로 대체하고 적용하여 362 그레인/24 in2(1.52 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 109 그레인/24 in2(0.46 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 비교예 C의 연마 용품을 제조하였다.
비교예 D
메이크 코트 부가물이 109 그레인/24 in2(0.46 ㎏/m2)이고, SAP1을 AP4로 대체하고 적용하여 407 그레인/24 in2(1.70 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 78 그레인/24 in2(0.33 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 비교예 D의 연마 용품을 제조하였다.
비교예 E
메이크 코트 부가물이 93 그레인/24 in2(0.39 ㎏/m2)이고, SAP1을 AP5로 대체하고 적용하여 558 그레인/24 in2(2.34 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 121 그레인/24 in2(0.51 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 비교예 E의 연마 용품을 제조하였다.
비교예 F
메이크 코트 부가물이 98 그레인/24 in2(0.41 ㎏/m2)이고, SAP1을 AP6으로 대체하고 적용하여 511 그레인/24 in2(2.14 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 134 그레인/24 in2(0.56 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 1에 대해 설명된 절차를 사용하여 비교예 F의 연마 용품을 제조하였다.
시험 결과의 논의
각 예에 대해, 형성된 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비를, 앞서 부여된 입자 크기를 사용하여 계산하고 표 4 및 표 5에 기록하였다. 모든 예들을 절단 시험 절차에 따라 시험하였고, 절단 결과는 표 4 및 표 5에 나타나 있다.
표 4에서 알 수 있듯이, 형성된 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비와 총 절단 성능 사이에 관계가 있다. 이 관계가 도 2에 그래프로 도시되어 있다.
표 5에서 알 수 있듯이, 산업 표준의 분쇄된 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비와 총 절단 성능 사이에는 어떠한 관계도 없다. 분쇄된 입자 데이터도 또한 도 2에 그래프로 도시되어 있다. 실시예 1 내지 실시예 14와 비교예 A 내지 비교예 F를 비교할 때, 제품 성능에 대한 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 영향은 실시예 1 내지 실시예 14에서만, 즉, 형상화된 연마 입자로 코팅된 것들에서만 보여진다.
[표 4]
Figure pct00004
[표 5]
Figure pct00005
실시예 15 내지 실시예 20
다양한 크기의 형상화된 연마 입자 및 200 데니어(약 160 μm 직경)의 스테이플 섬유를 갖는 부직포 웨브를 사용하여 실시예 15 내지 실시예 20의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 15
미국 뉴욕주 메이스던 소재의 란도 머신 코포레이션으로부터 상표명 "란도-웨버"로 입수가능한 에어 레이드 섬유 웨브 형성 장치 상에서 부직포 웨브를 형성하였다. 스테이플 길이가 2.1 인치인 200 데니어의 나일론 주름 설정된 섬유로부터 섬유 웨브를 형성하였다. 웨브의 중량은 대략 130 그레인/24 in2(0.544 ㎏/m2)였다. 결합제 수지 코팅은 표 6에 나타낸 성분들을 함유하였고, 2-롤 코터를 통해 적용되었다. 웨브를 수평 2-롤 코터로 이송하였는데, 여기서 예비접합 수지를 적용하여 96 그레인/24 in2(0.402 ㎏/m2)의 건조 부가물 중량을 얻었다. 코팅된 웨브를 7분 동안 174℃의 컨벡션 오븐(convection oven)을 통과시킴으로써 예비접합 수지를 비-점착 상태로 경화시켜, 평량이 226 그레인/24 in2(0.946 ㎏/m2)이고 두께가 대략 0.84 인치(2.14 cm)인 예비접합된 부직포 웨브를 수득하였다.
[표 6]
Figure pct00006
이와 같이 형성되는 건조된 웨브는 나중에 메이크 수지 코팅, 광물 코팅, 및 사이즈 코팅을 적용함으로써 연마 조성물로 변환시켰다. 메이크 수지 코팅은 표 2에 나타낸 성분들을 함유하였고, 2-롤 코터를 통해 적용되었다. 결합제 수지 코팅을 적용하여 약 107.4 그레인/24 in2(0.45 ㎏/m2) 건조 부가물을 달성하고 나서, 이어서 드롭 코터를 통해 수지 코팅된 웨브에 SAP2를 적용하여 565 그레인/24 in2(2.37 ㎏/m2)의 부가물을 달성하였다. 이어서 조성물을 174℃로 가열된 경화 오븐을 통과시켜 약 6 분의 체류 시간을 제공하여 결합제 수지를 실질적으로 경화시켰다.
이어서, 조성물의 상측에 표 3에 나타낸 조성의 사이즈 코팅을 분무하고, 163℃에서 6분간 오븐 내에서 가열하였다. 조성물을 반전시키고, 다른 측을 동일한 양의 사이즈 코팅으로 분무하고, 163℃에서 6분간 오븐 내에서 가열하였다. 최종 사이즈 코팅 건조 부가물은 약 129.7 그레인/24 in2(0.54 ㎏/m 2)였다. 결과적인 조성물은 두께가 0.850 in(2.16 cm)이고 중량이 1022 그레인/24 in2(4.277 ㎏/m2)였다. 이어서, 이러한 조성물을, 절단 시험에 따라 시험하기 위해 직경이 4 in(10.16 cm)이고 중심 홀이 0.5 in(1.27 cm)인 휠로 변환시켰다.
실시예 16
메이크 코트 부가물이 107 그레인/24 in2(0.45 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP3으로 대체하고 적용하여 614 그레인/24 in2(2.53 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 128 그레인/24 in2(0.54 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 15에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 16의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 17
메이크 코트 부가물이 107 그레인/24 in2(0.45 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP4로 대체하고 적용하여 555 그레인/24 in2(2.32 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 132 그레인/24 in2(0.55 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 15에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 17의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 18
메이크 코트 부가물이 107 그레인/24 in2(0.45 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP5로 대체하고 적용하여 642 그레인/24 in2(2.68 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 130 그레인/24 in2(0.54 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 15에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 18의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 19
메이크 코트 부가물이 107 그레인/24 in2(0.45 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP6으로 대체하고 적용하여 568 그레인/24 in2(2.37 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 133 그레인/24 in2(0.56 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 15에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 19의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 20
메이크 코트 부가물이 107 그레인/24 in2(0.45 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP7로 대체하고 적용하여 560 그레인/24 in2(2.34 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 129 그레인/24 in2(0.54 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 15에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 20의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 21 내지 실시예 26
다양한 크기의 형상화된 연마 입자 및 500 데니어(약 250 μm 직경)의 스테이플 섬유를 갖는 부직포 웨브를 사용하여 실시예 21 내지 실시예 26의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 21
실시예 21의 부직포 웨브를 실시예 15와 유사하게 형성하였다. 스테이플 길이가 2.5 인치인 500 데니어의 나일론 주름 설정된 섬유로부터 섬유 웨브를 형성하였다. 웨브의 중량은 대략 126 그레인/24 in2(0.528 ㎏/m2)였다. 결합제 수지 코팅은 표 6에 나타낸 성분들을 함유하였고, 2-롤 코터를 통해 적용되었다. 웨브를 수평 2-롤 코터로 이송하였는데, 여기서 예비접합 수지를 적용하여 117 그레인/24 in2(0.490 ㎏/m2)의 건조 부가물 중량을 얻었다. 코팅된 웨브를 7분 동안 174℃에서의 컨벡션 오븐을 통과시킴으로써 예비접합 수지를 비-점착 상태로 경화시켜, 평량이 243 그레인/24 in2(1.017 ㎏/m2)이고 두께가 대략 1.02 인치(2.59 cm)인 예비접합된 부직포 웨브를 수득하였다.
이와 같이 형성되는 건조된 웨브는 나중에 메이크 수지 코팅, 광물 코팅, 및 사이즈 코팅을 적용함으로써 연마 조성물로 변환시켰다. 메이크 수지 코팅은 표 2에 나타낸 성분들을 함유하였고, 2-롤 코터를 통해 적용되었다. 메이크 수지 코팅을 적용하여 약 112 그레인/24 in2(0.47 ㎏/m2) 건조 부가물을 달성하고 나서, 이어서 드롭 코터를 통해 수지 코팅된 웨브에 SAP2를 적용하여 557 그레인/24 in2(2.33 ㎏/m2)의 부가물을 달성하였다. 이어서 조성물을 174℃로 가열된 경화 오븐을 통과시켜 약 6 분의 체류 시간을 제공하여 결합제 수지를 실질적으로 경화시켰다.
이어서, 조성물의 상측에 표 3에 나타낸 조성의 사이즈 코팅을 분무하고, 163℃에서 6분간 오븐 내에서 가열하였다. 조성물을 반전시키고, 다른 측에 동일한 양의 사이즈 코팅으로 분무하고, 163℃에서 6분간 오븐 내에서 가열하였다. 최종 사이즈 코팅 건조 부가물은 약 128 그레인/24 in2(0.54 ㎏/m 2)였다. 결과적인 조성물은 두께가 1.12 in(2.85 cm)이고 중량이 1048 그레인/24 in2(4.387 ㎏/m2)였다. 이어서, 이러한 조성물을, 절단 시험에 따른 절단량 시험을 위해 직경이 4 in(10.16 cm)이고 중심 홀이 0.5 in(1.27 cm)인 휠로 변환시켰다.
실시예 22
메이크 코트 부가물이 112 그레인/24 in2(0.47 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP3으로 대체하고 적용하여 772 그레인/24 in2(3.23 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 130 그레인/24 in2(0.54 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 21에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 22의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 23
메이크 코트 부가물이 112 그레인/24 in2(0.47 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP4로 대체하고 적용하여 535 그레인/24 in2(2.24 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 128 그레인/24 in2(0.54 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 21에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 23의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 24
메이크 코트 부가물이 112 그레인/24 in2(0.47 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP5로 대체하고 적용하여 701 그레인/24 in2(2.93 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 131 그레인/24 in2(0.55 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 21에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 24의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 25
메이크 코트 부가물이 112 그레인/24 in2(0.47 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP6으로 대체하고 적용하여 705 그레인/24 in2(2.95 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 130 그레인/24 in2(0.54 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 21에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 25의 연마 용품을 제조하였다.
실시예 26
메이크 코트 부가물이 112 그레인/24 in2(0.47 ㎏/m2)이고, SAP2를 SAP6으로 대체하고 적용하여 714 그레인/24 in2(2.98 ㎏/m2)의 연마 입자 코팅 중량을 달성하고, 최종 사이즈 코팅 건조 부가물이 약 130 그레인/24 in2(0.54 ㎏/m2)인 것을 제외하고는, 실시예 21에 대해 설명된 절차를 사용하여 실시예 26의 연마 용품을 제조하였다.
시험 결과의 논의
실시예 15 내지 실시예 20에 대한 절단 시험 결과가 표 7에 나타나 있고, 실시예 21 내지 실시예 26에 대한 절단 시험 결과가 표 8에 나타나 있다. 입자 크기:섬유 크기 비의 각 시리즈에 대해, 절단량은 특정 입자 크기:섬유 크기 비의 범위에서 최대치를 나타낸다.
[표 7]
Figure pct00007
[표 8]
Figure pct00008
본 발명에 대한 다른 수정 및 변경이 첨부된 청구범위에 보다 구체적으로 진술되는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 실시될 수 있다. 다양한 실시 형태의 태양은 전체적으로 또는 부분적으로 상호교환될 수 있거나 다양한 실시 형태의 다른 태양과 조합될 수 있는 것으로 이해된다. 특허증을 위한 상기 출원에서 인용된 모든 참고 문헌, 특허 또는 특허 출원은 전체적으로 일관된 방식으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 포함된 참고 문헌의 부분과 본 출원 사이에 불일치 또는 모순이 있는 경우, 전술한 설명의 정보가 우선하여야 한다. 당업자가 청구된 본 발명을 실시할 수 있게 하도록 주어진 전술한 설명은 청구범위 및 그에 대한 모든 등가물에 의해 규정되는 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (9)

  1. 부직포 연마 용품으로서,
    부직포 웨브; 및
    형성된 세라믹 연마 입자를 부직포 웨브의 섬유에 접착시키는 결합제를 포함하고,
    형성된 세라믹 연마 입자는 형성된 세라믹 연마 입자 크기를 갖고 섬유는 섬유 직경을 가지며,
    형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비가 0.4 내지 3.5인 부직포 연마 용품.
  2. 제1항에 있어서, 섬유는 스테이플 섬유(staple fiber)를 포함하는 부직포 연마 용품.
  3. 제1항에 있어서, 섬유는 연속적인 부직포 연마 용품.
  4. 제3항에 있어서, 섬유는, 인접 섬유들이 교합되고(inter-engaged) 이들이 서로 접촉하는 곳에서 자생으로 결합되어 있는 파형 섬유(undulated fiber)를 포함하는 부직포 연마 용품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 형성된 세라믹 연마 입자는 삼각형 형상의 연마 입자를 포함하는 부직포 연마 용품.
  6. 제5항에 있어서, 형성된 세라믹 연마 입자 크기는 120 내지 1020 마이크로미터인 부직포 연마 용품.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 섬유 직경은 50 내지 385 마이크로미터인 부직포 연마 용품.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비가 0.5 내지 2.25인 부직포 연마 용품.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 형성된 세라믹 연마 입자 크기 대 부직포 섬유 직경의 비가 0.7 내지 1.5인 부직포 연마 용품.
KR1020157025705A 2013-03-04 2014-03-04 형성된 연마 입자를 포함하는 부직포 연마 용품 KR20150125968A (ko)

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