專利名稱：非織造磨料制品及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有紋理的磨料制品，該磨料制品包括蓬松的非織造基底，所述基底上具有磨料涂層。
背景技術(shù)：
通常，通過將磨料涂層施加到非織造基底并使所述磨料涂層固化來制造非織造的磨料產(chǎn)品?？梢圆捎弥T如粗梳法、氣流成網(wǎng)法、紡粘法或濕法成網(wǎng)之類的方法來提供合適的非織造基底?？梢葬樋p非織造基底，以使組成纖維致密并機械地糾纏在一起。在進一步加工之前，可以施加初始的“預(yù)粘結(jié)”涂層并使其固化以穩(wěn)定非織造基底。將磨料涂層或磨料層施加到非織造基底上以形成磨料產(chǎn)品，所述磨料涂層或磨料層包含可固化的(可硬化的)粘結(jié)劑和磨粒。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將美國專利No.2,958,593中所定義類型的低密度磨料產(chǎn)品作為表面處理產(chǎn)品取得了明顯的商業(yè)成功，該產(chǎn)品是由位于美國明尼蘇達州圣保羅市的3M公司銷售的商品名稱為“SCOTCH-BRITE”的產(chǎn)品。這種類型的磨料產(chǎn)品通常由卷曲的短纖維制成，所述短纖維已制成墊子并浸漬有樹脂粘結(jié)劑和磨料?？梢再徺I到提供多種功能的各種類型的這種材料。
非織造磨料產(chǎn)品的常用形式是用于安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的盤或輪、帶、用于精加工裝置的墊(例如地板處理墊)或用作手墊的薄片。在使用過程中磨料制品可以附著到支撐體(例如用于研磨機的支撐墊)上，或者，磨料制品可以包含足夠的容量以用作手墊。
在某些應(yīng)用中，非織造磨料盤比通常具有布、紙或塑料背襯的帶有涂層的磨料盤更優(yōu)選，因為非織造盤更適用于精加工的表面。例如，非織造磨料盤容易適應(yīng)尖角和焊接處，而不會撕裂盤或刨削精加工的表面。對于某些應(yīng)用而言，這種適應(yīng)性有它的缺點，因為非織造盤通常具有比帶有涂層的磨料盤更低的研磨特性(例如切削速度)。
人們需要的是這樣一種非織造磨料制品，該磨料制品保持非織造磨料制品的適應(yīng)性特點，并且具有提高的切削性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有帶紋理的非平坦表面的非織造磨料制品，具體來說，涉及蓬松的非織造磨料制品。紋理表面由峰(或高區(qū)域)和谷(或凹區(qū)域)構(gòu)成，相對于具有基本上平坦的研磨表面的非織造磨料制品，所述紋理表面提供了改善的切削性能。用于帶紋理的非平坦表面的一個常用術(shù)語是“波紋狀”。
在一個具體方面，本發(fā)明涉及一種非織造磨料制品，該磨料制品包括蓬松的非織造基底，所述基底具有第一表面和相對的第二表面；以及磨料涂層，所述磨料涂層包含粘結(jié)劑和磨粒并且存在于所述第一表面的至少一部分上。所述第一表面和所述第二表面限定了多個峰和谷。所述非織造基底具有由所述第一表面和所述第二表面限定的厚度，所述厚度在整個所述基底上基本上是不變的。
在另一具體方面，本發(fā)明涉及一種制造非織造磨料制品的方法該方法包括提供具有第一表面和相對的第二表面的蓬松的非織造基底；以及將包含粘結(jié)劑和磨粒的磨料涂層設(shè)置在所述蓬松的非織造基底的所述第一表面的至少一部分上。所述非織造基底的所述第一表面和所述第二表面限定多個峰和谷。所述非織造基底具有由所述第一表面和所述第二表面限定的厚度，所述厚度在整個所述基底上基本上是不變的。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的磨料制品的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的磨料制品的第一實施例的沿圖1中線1-1截取的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的磨料制品的第二實施例的沿圖1中線1-1截取的剖視圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的磨料制品的第三實施例的沿圖1中線1-1截取的剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的磨料制品的第四實施例的沿圖1中線1-1截取的剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的磨料制品的第五實施例的透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的磨料制品的第六實施例的透視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的磨料制品的第七實施例的沿圖1中線1-1截取的剖視圖；以及圖9是制造用于本發(fā)明的磨料制品中的基底的方法的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明總的來說涉及磨料制品，該磨料制品具有用作磨料涂層的載體基底的蓬松的非織造材料。該磨料制品具有三維形貌，并且具有研磨表面，所述研磨表面包含多個被谷(或凹區(qū)域)分隔開的峰(或凸起區(qū)域)。磨料涂層可以存在于蓬松的非織造基底的整個表面上，或者限于峰或谷處。磨料涂層可以存在于磨料制品的任意一面或兩面上。
下面將更詳細地描述本發(fā)明磨料制品的這些和其它有利的特征、以及制造和使用這種磨料制品的方法。
參照附圖，圖1示出根據(jù)本發(fā)明的磨料制品，用標號10表示。圖2至圖7示出磨料制品10的各種實施例。每一種磨料制品具有唯一的標號(即，圖2中的磨料制品10A，圖3中的磨料制品10B，等等)，但是，在各個實施例中，相同的特征用相同的標號表示。
如圖2所示，磨料制品10A具有支撐磨料涂層14的基底12?；?2被限定在第一表面22和相對的第二表面24之間?；?2具有多個峰(或凸起區(qū)域)26和多個谷(或凹區(qū)域)28。每個表面22，24都包含側(cè)壁部分27，所述側(cè)壁部分從峰26延伸到谷28。
第二表面24遵循第一表面22的輪廓，從而形成厚度基本不變的基底。在整個基底12上，基底12的厚度“t”的變化不超過50％，通常不超過30％。厚度變化優(yōu)選不超過20％。存在第一表面22與第二表面24反向的基底12，允許將磨料涂層14施加在表面22，24的任意一個或者二者上，并且仍然可以得到帶紋理的研磨表面。另外，存在厚度基本不變的基底12，其提供具有用于支撐磨料涂層的一致表面的磨料制品，并且提供具有一致厚度的磨料制品，從而產(chǎn)生一致的研磨或拋光結(jié)果。
磨料涂層14包含多個磨粒32，所述磨粒由粘結(jié)劑34保持在基底12的第一表面22上。磨粒32可以分布在整個粘結(jié)劑34中，或者通?？梢园凑辰Y(jié)劑34保持的層的形式存在。
磨料制品10A具有磨料涂層14，所述磨料涂層存在于峰26、谷28以及連接峰26和谷28的側(cè)壁部分27上。圖3至圖5示出磨料涂層14的變化。除了磨料制品10B的磨料涂層14存在于峰26上而不存在于谷28或側(cè)壁27上以外，圖3的磨料制品10B與圖2的磨料制品10A相似。除了磨料制品10C的磨料涂層14存在于谷28中而不存在于峰26上以外，圖4的磨料制品10C與圖2的磨料制品10A相似。由于蓬松的非織造基底12，圖5的磨料制品10D與上述的磨料制品10A，10B，10C不同。磨料制品10D的基底包括峰26、谷28以及連接峰26和谷28的臺肩部分(land portion)30。臺肩部分30是峰26和谷28之間的中間高地。
圖6和圖7示出磨料制品的兩種不同實施例，它們具有結(jié)構(gòu)相同的基底，但是磨料涂層位于基底的相對側(cè)上。關(guān)于磨料制品10E(圖6)和磨料制品10F(圖7)，基底都具有多個谷和峰，其中磨料涂層存在于整個基底上。圖6的磨料制品10E具有獨立的峰和相連的谷，其中磨料涂層存在于峰和谷上，這些峰類似“枕頭”。在磨料制品10E的可選實施例中，磨料涂層可以主要存在于蓬松的非織造基底的峰或“枕頭”上。圖7的磨料制品10F具有獨立的谷和相連的峰，這些谷類似“口袋”。在磨料制品10F的可選實施例中，磨料涂層可以主要存在于蓬松的非織造基底的“口袋”中。
在圖2至圖7的實施例中，最好參見圖6和圖7，磨料制品具有由峰26和谷28構(gòu)成的形貌，這些峰和谷以直線網(wǎng)格的形式存在。也就是說，峰26和谷28橫跨磨料制品的寬度和長度。與這些實施例不同，圖8的磨料制品10G具有長度延長的峰26和谷28。
磨料制品10等的總厚度，是從磨料制品10的外邊緣測到制品10的相對的最外表面。圖2中示出的厚度“T”定義為從磨料涂層14的外表面到基底12的第二表面24所限定的外表面的距離。在圖3和圖4中，其中存在附加基底(如下面將詳細討論的那樣)，厚度定義為從第二基底所限定的外表面到相對的表面(或者是磨料涂層14的外表面(圖3)或者是峰26的頂部(圖4))的距離。一般而言，磨料制品10等的厚度至少為3mm，通常至少為3.175mm(1/8英寸)，更通常至少為6.35mm(1/4英寸)。
下面討論磨料制品的各種特征。
基底磨料制品10等的基底12是蓬松的非織造纖維材料。使用術(shù)語“蓬松的非織造”，其含義是一層由多根隨機取向的纖維構(gòu)成的非織造薄片材料，所述層的厚度(波紋化之前)至少為150微米，通常至少為500微米(0.5mm)。在多數(shù)實施例中，蓬松的非織造基底12至少為3.175mm(1/8英寸)厚?；?2的常用厚度是(例如)6.35mm(1/4英寸)和12.7mm(1/2英寸)。將預(yù)粘結(jié)的粘結(jié)劑加到纖維墊上，不會明顯改變基底的厚度。在波紋化的過程中，由于對非織造基底施加壓力，所以蓬松的非織造基底會降低厚度。與波紋化之前的非織造基底相比較，波紋狀基底12將保持其初始厚度的至少35％，優(yōu)選至少50％?？梢灶A(yù)料的是，較厚的非織造材料比較薄的非織造材料在厚度上下降得更多。波紋化之后，基底12的厚度“t”(從表面22到表面24)至少為150微米，通常至少為500微米。在多數(shù)實施例中，該厚度至少為1000微米(1mm)，優(yōu)選的范圍是1mm至15mm。典型的是，該厚度不超過2cm，通常不超過1.5cm。波紋狀基底12的常用厚度包括3.4mm和6.5mm。
用于蓬松的非織造基底12的優(yōu)選部件包括非織造薄片，所述薄片由已知用以形成纖維的多種熱塑性聚合物中的一種或多種制成。合適的熱塑性聚合物可選自聚烯烴(例如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯)、聚酰胺(例如尼龍6、尼龍6/6和尼龍10)、聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二酯)、含有丙烯酸單體的共聚物、及其混合物和共聚物。半合成纖維(例如醋酸纖維)、天然纖維(例如棉花)、再生纖維(例如人造纖維)和其它非熱塑性纖維也可以與熱塑性纖維混合。
纖維的纖度通常為大約6旦尼爾到大約200旦尼爾，更通常為大約50旦尼爾到大約100旦尼爾。蓬松的非織造基底12(僅含有纖維，沒有預(yù)粘結(jié)的粘結(jié)劑層)的基重優(yōu)選為大約50克/平方米到大約1千克/平方米，更優(yōu)選為大約150克/平方米到大約600克/平方米。通常，將預(yù)粘結(jié)的粘結(jié)劑施加到蓬松的非織造基底上以固定纖維。具有預(yù)粘結(jié)的粘結(jié)劑的蓬松的非織造基底12的基重通常為大約100克/平方米到大約2千克/平方米，更優(yōu)選為大約300克/平方米到大約1.5千克/平方米。一個具有預(yù)粘結(jié)的粘結(jié)劑的具體的合適的基底12具有大約1.15千克/平方米的基重。
可以通過任何合適的薄片形成操作來制備蓬松的非織造基底。例如，可以通過粗梳法、紡粘法、水織法、熔噴法、氣流成網(wǎng)法、縐紗法或本領(lǐng)域公知的其它方法來制造蓬松的非織造薄片。
形貌基底12具有本文中表現(xiàn)的三維形貌，從而為磨料制品10等提供了非平坦的研磨表面。形成形貌的峰26和谷28優(yōu)選以規(guī)則的圖案或陣列形式設(shè)置在基底12上。例如，峰或凸起區(qū)域26可以設(shè)置成由谷28分隔開的大體平行的連續(xù)行的形式，如圖8所示。可選的是，峰或凸起區(qū)域26可以被圖案(通常直線網(wǎng)格)形式的谷28分隔開。凸起區(qū)域26和谷28可以是矩形或正方形，或者具有其它的圖案和形狀，包括(但不限于)菱形、圓形、橢圓形、三角形、淚滴形、六邊形和八邊形。峰26和谷28可以按看起來成隨機圖案的形式設(shè)置，但是，因為通常采用周期性地重復(fù)隨機圖案的輥或其它設(shè)備來形成峰，所以實際上這種布置可以是重復(fù)的隨機圖案或半隨機圖案。
峰26的高度和谷28的深度由基底表面22或24相對于其非波紋狀態(tài)的位移距離限定。峰的高度或谷的深度還與側(cè)壁27的長度相等。
雖然峰和谷可以具有變化的高度和深度，但是峰26的高度或谷28的深度通常是均勻的，其范圍在大約0.5mm至大約5mm之間，優(yōu)選在大約1.5mm至大約4mm之間。對于一個具體實施例，峰26的高度是2.2mm到3.5mm。例如，峰或凸起區(qū)域26被設(shè)置成直線網(wǎng)格形式的谷28分隔開，如圖2至圖7所示的實施例，在這種情況下，獨立的峰或凸起區(qū)域的表面面積在大約9mm2到大約250mm2的范圍內(nèi)。關(guān)于這樣的波紋狀樣品，其中峰或凸起區(qū)域26設(shè)置成被谷分隔開的大體平行的連續(xù)行的形式，如圖8所述的那些情況，峰或凸起區(qū)域26的表面面積在大約150mm2到大約450mm2的范圍內(nèi)(當對表面面積為大約650mm2的部分進行測量時)。
峰可以占面積的大約25％至大約75％。峰26和谷28所占面積的比率通常在25∶75至75∶25的范圍內(nèi)，在多數(shù)實施例中，該面積比在40∶60至60∶40的范圍內(nèi)。如上所述，基底12具有基本不變的厚度，其中第二表面24遵循第一表面22。峰26和谷28的面積比為50∶50的基底是有利的，因為這樣可以涂覆表面22和24中任意一個，并旦使得峰26和谷28具有相同的表面面積。
背襯或稀松布除了蓬松的非織造基底12外，磨料制品還可以包含第二基底。該第二基底可以是存在于所述蓬松的非織造基底的背側(cè)上的背襯層，或者可以是存在于所述蓬松的非織造基底中的稀松布或其它層。例如，可以包含第二基底，以使磨料制品變硬、減小延伸性、提供改善的抗撕裂性、提供附著裝置或者增強需要的制品性能(例如吸收性)。圖2至圖4示出了具有第二基底的磨料制品的各種結(jié)構(gòu)。圖3和圖4示出背襯40存在于第二表面24上，圖2示出稀松布42(例如增強稀松布)存在于第一表面22和第二表面24之間的基底12中。優(yōu)選的是，第二基底40，42是磨料制品10的永久特征，即，不易從基底12上除去第二基底40，42。
第二基底40，42可以是非常薄的材料，其厚度小于基底12的厚度。薄材料的例子包括針織或編織織物或布、非織造網(wǎng)、熱塑性或其它塑料膜、紙、或其疊層體。這種材料的厚度通常是250微米到4mm，但是較厚的材料和較薄的材料也都是合適的。其它合適的材料包括其上具有環(huán)或鉤的基底，所述環(huán)或鉤是附著系統(tǒng)的一半，并用來將磨粒10附著到支撐墊等上?？蛇x的是，第二基底40可以是非常厚，其厚度大于基底12的厚度。例如，合適的較厚的第二基底40包括海綿，所述海綿可以是開孔單元或閉孔單元。常用的海綿材料包括纖維素和聚氨酯。這些材料的厚度通常是3.175mm(1/8英寸)至5.1cm(2英寸)或更大。
參照圖3，示出具有第二基底40的一個實施例。關(guān)于磨料制品10B，第二基底40在基底12的與磨料涂層14相對的一側(cè)上附著到第二表面24的谷28上，而沒有附著到第二表面24的峰26上。在這種結(jié)構(gòu)中，在已經(jīng)給基底12賦予紋理之后，將第二基底40附著到基底12上。
參照圖4，示出具有第二基底40的另一實施例。磨料制品10C具有第二基底40，該第二基底40在基底12的與磨料涂層14相對的一側(cè)上附著到第二表面24的峰26和谷28上。在這種結(jié)構(gòu)中，在給基底12賦予紋理之前或者與此同時，將第二基底40附著到基底12上。因此，給基底12和第二基底14都賦予紋理。
在圖2中，示出稀松布42的實施例。磨料制品10A具有存在于基底12中的第二基底42，所述第二基底42位于第一表面22和第二表面24之間?？梢允瓜∷刹?2定位成更靠近表面22，24中的一個表面，或者可以使稀松布42位于這兩個表面的中間。在這種結(jié)構(gòu)中，在給基底12賦予紋理之前，將稀松布42放置在基底12中?？梢栽谥圃炫钏傻姆强椩觳牧系倪^程中將稀松布42放置在基底12中，或者隨后(例如)通過針縫來添加該稀松布。關(guān)于其中稀松布42被針縫到基底12中的實施例，稀松布42通常是編織或針織的網(wǎng)狀材料。
在圖3和圖4中，可以用粘接劑使第二基底40固定到第二表面24上，或者，如果基底12和第二基底40中的一個或者二者包括熱塑性材料，則可以加熱該材料并使其熔化，以使基底12，40固定在一起。
波紋化蓬松的非織造基底的方法制造本發(fā)明的磨料制品的蓬松的波紋狀非織造基底的合適方法有很多。圖9示意性地示出用于形成蓬松的非織造基底12的裝置和方法，所述非織造基底適用于圖2至圖8的磨料制品。圖9所示的方法大體上包括形成波紋狀基底或帶紋理的基底，從而使該基底具有峰或凸起區(qū)域26以及谷或凹區(qū)域28。在賦予紋理之后，將第二基底附著到帶紋理的基底的一側(cè)上。
在圖9中，一片預(yù)制的非波紋狀的蓬松的非織造材料200用作圖示方法中的起始材料。將該蓬松的非織造材料200進給在保持嚙合關(guān)系的第一波紋化部件或輥126和第二波紋化部件或輥127之間，每一個所述部件或輥都具有軸，并且包括多個沿圓周分隔開的大體上軸向延伸的脊128，所述脊位于所述部件或輥的外圍周圍并限定其外圍，脊128之間的間距適應(yīng)于接受另一個波紋化部件126或127的脊128的一些部分，非織造片200位于嚙合的脊128之間?？梢约訜岵y化部件126或127中一個或二者，以有助于波紋化加工；優(yōu)選的是，熱量并非高至使得非織造材料200明顯熔化，但是纖維的一定量熔化是可以接受的。以與脊128的一些部分保持軸向平行的關(guān)系(一般以輪齒的方式)來安裝波紋化部件126，127。使波紋化部件126，127中的至少一個旋轉(zhuǎn)，非織造材料200進給在波紋化部件126，127的脊128的嚙合部分之間，以使非織造材料200大體上成波紋狀。當波紋狀非織造材料200移動經(jīng)過脊128的嚙合部分之后，其保留為沿著第二波紋化部件127的外圍。
在圖示的工序中，將背襯部件(例如圖3的磨料制品10B的第二基底40)施加到基底12上。
將粘接劑層250從模具124擠出到形成在第二波紋化部件127和平坦表面的冷卻輥125之間的輥隙中，與此同時，沿輥125的表面將背襯部件300供給到波紋化部件127和冷卻輥125之間的輥隙中。這樣使得粘接劑層250沉積在背襯部件300和非織造材料200之間，從而沿谷部分110將背襯部件300和非織造材料200粘結(jié)在一起。然后，使所得到的非織造疊層體100部分圍繞冷卻輥125傳送，以便完全冷卻。
可選的是，可以通過將背襯部件300熱粘結(jié)或超聲粘結(jié)在波紋狀的非織造材料上而形成磨料制品10B的基底。
對于圖4的磨料制品10C，其中背襯40沿著基底12的長度層疊并且遵循基底12的峰和谷，波紋化除了不是擠出用來將背襯部件300粘結(jié)到非織造片200上的粘接劑層之外，用于形成圖4的磨料制品10C的裝置與圖9所示的裝置相同，用于形成圖4的磨料制品10C的方法與圖9所示的方法相似，在薄片200在波紋化部件126，127之間行進之前使背襯部件300形成并粘結(jié)到非織造片200上。
磨料涂層基底12支撐的磨料涂層14是由磨粒32組成的，所述磨粒由粘結(jié)劑34保持在基底12上。
磨粒磨粒32可以是有機顆粒或者無機顆粒。合適的無機磨粒的例子包括氧化鋁或三氧化二鋁(例如熔融三氧化二鋁、經(jīng)熱處理的熔融三氧化二鋁、陶瓷三氧化二鋁、經(jīng)熱處理的三氧化二鋁)、碳化硅、二硼化鈦、氧化鋁氧化鋯、金剛石、碳化硼、二氧化鈰、硅酸鋁、立方氮化硼、石榴石、二氧化硅及其組合物。優(yōu)選的熔融三氧化二鋁包括可購買到的由位于美國紐約州Tonawanda市的Exolon ESK公司或華盛頓米爾斯電熔礦物公司(Washington Mills Electro MineralsCorp.)預(yù)處理的那些熔融三氧化二鋁。優(yōu)選的陶瓷三氧化二鋁磨粒包括在美國專利No.4,314,827、4,623,364、4,744,802、4,770,671、4,881,951；4,964,883、5,011,508和5,164,348中所描述的那些磨粒，所有這些專利的內(nèi)容都以引用的方式并入本文中。用于本發(fā)明的顆粒的其它例子包括實心玻璃球、中空玻璃球、碳酸鈣、聚合物泡、二氧化硅和硅酸酯、三水合鋁、莫來石和浮石。
適用于磨粒制品的有機磨粒優(yōu)選由熱塑性聚合物和/或熱固性聚合物形成。有機磨粒可由熱塑性材料(例如聚碳酸酯、聚醚酰亞胺、聚酯、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、縮醛聚合物、聚氨酯、聚酰胺及其組合物)形成。有機磨?？梢允菬崴苄跃酆衔锖蜔峁绦跃酆衔锏幕旌衔?。
優(yōu)選的有機磨粒是金屬模制清潔塑料噴射介質(zhì)(可購自位于美國印第安納州南本德的Maxi Blast公司的“MC”噴射介質(zhì))，該噴射介質(zhì)可以具有抗靜電涂層，但是優(yōu)選沒有經(jīng)過處理。“MC”介質(zhì)是99％三聚氰胺甲醛濃縮物，一種氨基熱固性塑料。
有機或無機磨?？梢跃哂腥魏尉_的形狀，或者可以具有不規(guī)則的或隨機的形狀。這種三維形狀的例子包括棱錐、圓柱、圓錐、球、四方形、立方形、多邊形等?？蛇x的是，有機磨?？梢允窍鄬Ρ容^平坦的，并且具有諸如菱形、十字形、圓形、三角形、矩形、正方形、橢圓形、八邊形、五邊形、六邊形、多邊形等形狀的橫截面。成形的磨粒及其制造方法在美國專利No.5,009,676、5,185,012、5,244,477和5,372,620中有所教導(dǎo)，所有這些專利的內(nèi)容都以引用的方式并入本文中?？梢愿鶕?jù)美國專利No.5,500,273制備成形的熱固性有機磨粒，該專利以引用的方式并入本文中。
可以用偶聯(lián)劑對磨粒的表面(部分表面或者全部表面)進行處理，以增強對粘結(jié)劑34的粘附性和/或在粘結(jié)劑34中的分散性。
用于本發(fā)明有益應(yīng)用場合的磨粒的平均粒度至少為大約10微米，通常至少為大約50微米，優(yōu)選為至少大約100微米。根據(jù)美國國家標準協(xié)會(ANSI)的標準B74.18-1984，大約50微米的粒度近似對應(yīng)于磨粒級別為280的涂覆磨粒，100微米對應(yīng)于大約級別120,600微米對應(yīng)于大約級別30，所有這些尺寸都適用于根據(jù)本發(fā)明的磨料制品。
根據(jù)所期望的磨料制品10的最終用途，磨粒32可以在磨料涂層14中具有一定的取向，或者可以無取向地施加到基底12上。
制備磨料制品可以采用多種方法來制備根據(jù)本發(fā)明的磨料制品10等。可以采用常規(guī)的磨料涂布技術(shù)將磨料涂層14施加到基底12上。
磨料涂層14可以具有分散在整個粘結(jié)劑34中的磨粒32。這種涂層是通過將磨粒32和液體粘結(jié)劑34的漿液施加到基底12，然后使粘結(jié)劑34固化或以其它方式硬化而得到的。可以將第二粘結(jié)劑層(通常稱為膠結(jié)涂層(size coat))施加到漿液層之上并使其硬化，所述第二粘結(jié)劑層可以含有附加的磨粒，也可以不含附加的磨粒。
另一常用的磨料涂層14利用制型涂層(make coat)或輥涂涂層。這種涂層是通過將一層液體粘結(jié)劑34施加(通常噴涂或輥涂)到基底上，然后將磨粒32施加于其上而得到的。磨粒32可以僅僅滴落到粘結(jié)劑34上，或者可以具有一定的取向(例如通過靜電場)。磨粒32至少部分嵌入到粘結(jié)劑34中。在施加顆粒32之后，使粘結(jié)劑34固化或以其它方式硬化?？梢詫⒌诙辰Y(jié)劑層(通常稱為膠結(jié)涂層)施加在制型涂層或輥涂涂層之上，然后使其硬化。
粘結(jié)劑磨料涂層14的粘結(jié)劑34使磨粒32保持在基底12上。粘結(jié)劑34由包括可聚合有機樹脂的液體粘結(jié)劑或粘結(jié)劑前體產(chǎn)生，所述液體粘結(jié)劑或粘結(jié)劑前體硬化或固化后形成粘結(jié)劑34。在制造磨料制品10的過程中，粘結(jié)劑前體被暴露于能源下，所述能源有助于引發(fā)聚合或固化過程。能源的例子包括熱能和輻射能。在該聚合過程中，樹脂進行聚合，粘結(jié)劑前體轉(zhuǎn)化成凝固的粘結(jié)劑。凝固、硬化或固化的粘結(jié)劑34是不粘的。
適用于粘結(jié)劑34的有機樹脂的例子包括酚醛樹脂(甲階段酚醛樹脂和酚醛清漆樹脂)、脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、丙烯酸酯聚氨酯、丙烯酸酯環(huán)氧樹脂、非飽和烯鍵化合物、具有非飽和羰基側(cè)基的氨基塑料衍生物、具有至少一個丙烯酸酯側(cè)基的異氰尿酸酯衍生物、具有至少一個丙烯酸酯側(cè)基的異氰酸酯衍生物、乙烯醚、環(huán)氧樹脂及其混合物和組合物。這些群組以外的其它材料也適合用作粘結(jié)劑34。
磨料制品的用法在使用常規(guī)非織造磨料制品的任何應(yīng)用中都可以使用本發(fā)明的磨料制品10。本發(fā)明的磨料制品可用作研磨盤、環(huán)帶、薄片、手墊等。本發(fā)明的磨料制品按照與常規(guī)制品相同的方式使用。
實例除非另有說明，采用根據(jù)以下程序制備的非織造預(yù)粘結(jié)劑，制備以下實例中所描述的制品。除非另有指出，所有的比值、份數(shù)、百分比數(shù)等都是按重量計的。
使用空氣成網(wǎng)Rando Weber機器(購自位于美國紐約州Macedon市的Rando Machine公司)，由58旦尼爾(64.5特克斯)×5.1cm尼龍短纖維制備基重為293克/平方米的蓬松的非織造材料。該蓬松的非織造材料的厚度是大約1.8cm。將所得到的非織造材料放到301克/平方米織造聚酯稀松布(“101×43 Polyester Cloth Power Strate”，得自位于美國南卡羅來納州斯巴達堡的Milliken & Co.公司)上，讓兩層經(jīng)過針織機(購自位于美國北卡羅來納州夏洛特市的Dilo公司)，該針織機裝有由15×18×25×3.5RB針(購自位于美國威斯康星州馬尼托沃克市的Foster Needle公司)構(gòu)成的針板。該針織機以每分鐘600沖數(shù)、13mm的穿透深度、6.1米/分鐘的速度進行工作。所得到的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)有大約55％的厚度位于由聚酯稀松布限定的平面之上(頂部)，有大約45％的厚度位于該平面之下(底部)。接下來，使該復(fù)合材料經(jīng)過一對相對的輥(外徑為25.4cm或10英寸)，壓力設(shè)為大約1.75千克/平方厘米。將頂輥加熱并保持在174℃。
通過使針扎復(fù)合材料經(jīng)過雙輥涂布機，用預(yù)粘結(jié)樹脂前體浸漬該復(fù)合材料，以提供大約556克/平方米的附加干重。下面提供預(yù)粘結(jié)樹脂前體的配方。

1.在POLYSOLV溶劑(購自位于美國伊利諾伊州芝加哥市的Witco公司)中41％的硬酯酸鋰(購自位于美國佛羅里達州坦帕市的JLM Marketing公司)的分散體。
2.得自位于美國康奈提格州Middlebury市的Uniroyal Chemical公司的嵌段的多官能異氰酸酯聚合物。
在預(yù)粘結(jié)的樹脂前體被涂布到非織造材料之后，將它放在143℃的隧道爐中持續(xù)大約4分鐘而使其固化。將固化的非織造預(yù)粘結(jié)片切成12英寸寬的卷筒，以便用于下列實例的進一步處理中。
實例1除了互相嚙合的第一圖案輥和第二圖案輥(分別是波紋化部件126和127)被加工有棱形圖案外，用與圖9所示的方法和裝置相似的方法和裝置波紋化對上述蓬松的非織造片進行波紋化。棱形的每邊都近似為8mm，并且每平方英寸(6.45cm2)有大約9個棱形，而且每個棱形之間有一定的間隙。將兩個圖案輥加熱到232℃。將蓬松的非織造片進給到互相嚙合的圖案輥之間的輥隙中，使得薄片第一主表面朝上。所得到的圖案化的非織造片在其第一主表面上具有凹陷區(qū)域或口袋。每個口袋為大約3mm深。
將磨料涂層施加到該圖案化的薄片的第一主表面上。
使用噴槍(“BINKS SPRAY GUN #601”)將樹脂/磨料漿以5英尺/分鐘(1.5米/分鐘)的線速度噴涂該薄片的表面，所述噴槍裝有噴嘴#59ASS和噴蓋#151(所有這些都得自位于美國明尼蘇達州圣保羅市的Midway Industrial Supply公司)。利用Bredel Hose PumpSP/15(得自位于美國明尼蘇達州Coon Rapids的Powell EquipmentSales公司)使噴霧發(fā)送到噴槍中。該噴槍以每分鐘61個來回的速度在薄片上往復(fù)運動，以提供293顆/24平方英寸(1225克/平方米)的附加濕重。
通過以下方式來制備漿液將10.8磅(4.9千克)的酚醛樹脂(得自加拿大的Neste Resins公司，商品名稱為BB077)、6.3磅(2.86千克)丙二醇單甲醚(得自位于美國密歇根州米德蘭市的DowChemical公司)、1.9磅(0.86千克)Ace Lube(得自LubricationTechnologies公司，商品名稱為Ace-Lube 23N)、0.5磅(0.23千克)膨潤土(得自American Colloid公司，商品名稱為Volcay 325)、2.3磅(1.04千克)Epicure 852(得自位于美國得克薩斯州休斯頓市的Resolution Performance Products公司，商品名稱為Epi-Cure 3015)以及29.0磅(13.2千克)100/150級別的三氧化二鋁磨料礦(Al2O3)(得自華盛頓米爾斯公司，商品名稱為Duralum)一起混合。
將所得到的噴涂片在350(177℃)的20英尺(6.1m)長的空氣強迫對流箱中干燥，滯留時間為大約4分鐘。
使用噴嘴#67和#67噴蓋(得自Midway Industrial Supply公司)，對薄片的第一主表面上進行第二次噴涂。通過以下方式來制備該漿液將5.81磅(2.64千克)丙二醇單甲醚醋酸酯(PM醋酸酯)(得自位于美國密歇根州米德蘭市的Dow Chemical公司)、7.29磅(3.31千克)的65％PM醋酸酯和35％MDA(得自位于美國紐約州LakeSuccess的Aceto公司的4，4-二苯氨基甲烷)的溶液以及16.9磅(7.67千克)ADIPRENE BL-31(得自位于美國康奈提格州Middlebury市的Uniroyal Chemical公司)混合在一起。以上面所述方式來進行第二噴涂，以達到80顆/24平方英寸(334克/平方米)的附加濕重。以上面所述的方式來干燥所得到的噴涂片。
干燥的成品薄片具有616顆/24平方英寸(2572克/平方米)的總重量。
實例1的帶涂層的成品磨料制品與圖7所示的磨料制品相似，具有相連的峰。
實例2除了將非織造片翻過來使得當將它進給到互相嚙合的圖案輥之間的輥隙中時第一主表面面向下以外，根據(jù)實例1中所述的工序來制備實例2。所得到的圖案化的非織造片形成為這樣，在第一主表面上形成有凸起部分或峰。每個凸起部分為大約3mm高。所有的后續(xù)涂布操作與實例1中所述的相同。
實例2的帶涂層的成品磨料制品與圖6中所示的磨料制品相似，具有獨立的峰。
實例3除了互相嚙合的圖案輥被加熱到177℃以外，根據(jù)實例1所述的工序制備實例3。由于非織造織物的熱成形較小，所以所得到的非織造片具有較小的凹區(qū)域或口袋。形成的口袋為大約2-3mm深。
實例3的帶涂層的成品磨料制品與圖7所示的磨料制品相似，具有相連的峰。
實例4除了互相嚙合的圖案輥被加熱到177℃以外，根據(jù)實例2所述的工序制備實例4。由于非織造織物的熱成形較小，所以所得到的非織造片具有較小的凸起部分或峰。形成的凸起部分為大約2mm高。
實例4的帶涂層的成品磨料制品與圖6所示的磨料制品相似，具有獨立的峰。
實例5除了將改性的磨料漿施加到波紋狀的非織造片上以外，與實例3一樣來制備本實例。通過以下方式來制備漿液將8.49磅(3.85千克)的酚醛樹脂(得自加拿大的Neste Resins公司，商品名稱為BB077)、5.48磅(2.49千克)水、0.69磅(0.31千克)的75％羥基乙基乙烯脲水溶液(得自Sartomer公司，商品名稱為SR511A)、2.39磅(1.08千克)氟硼酸鉀粉末(得自位于美國明尼蘇達州明尼阿波利斯的Carter Day International公司)以及34.0磅(15.42千克)80級別的三氧化二鋁磨料礦(Al2O3)(得自華盛頓米爾斯公司，商品名稱為Duralam G52)一起混合。如實例1中所述的那樣進行噴射和干燥。施加漿液噴霧，以達到333顆/24平方英寸(1392克/平方米)的附加濕重。
實例5的帶涂層的成品磨料制品與圖7所示的磨料制品相似，具有相連的峰。
實例6除了將非織造片翻過來使得當將它進給到互相嚙合的圖案輥之間的輥隙中時第一主表面面向下以外，如實例5一樣來制備本實例。所得到的圖案化的非織造片形成為這樣，在第一主表面上形成有凸起部分或峰。每個凸起部分為大約3mm高。所有的后續(xù)涂布操作與實例5中所述的相同。
實例6的帶涂層的成品磨料制品與圖6中所示的磨料制品相似，具有獨立的峰。
比較例A利用如實例1-6中所用但不具有波紋圖案的針織的非織造片來制造該比較對照例。涂布方法和涂布重量與實例1的相同。
比較例B利用如實例5-6中所用但不具有波紋圖案的針織的非織造片來制造該比較對照例。涂布方法和涂布重量與實例5的相同。
比較例C該比較例描述了一種圓盤，在完成所有薄片涂布工序之后，對該圓盤加印壓花圖案。該實例利用比較例B中所述的帶涂層的非波紋狀薄片。從比較例B中所述的薄片上切割下直徑7英寸(17.8cm)的圓盤。通過以下方式來實現(xiàn)對該薄片的后續(xù)壓花將多孔篩放置在該薄片的上面；將該薄片(上面具有篩)放置在加熱到340(171℃)的兩個壓印盤之間；以25短噸(22679千克)的計示壓力閉合這些壓印盤并保持20秒。該多孔篩是16型(0.159cm)1008冷輥鋼篩，在7/32英寸(0.219cm)中心上具有直徑為5/32英寸(0.397cm)的孔。所得到的圓盤在該圓盤表面上具有凸起部分，這些凸起部分的尺寸和間隙與多孔圖案篩的尺寸和間隙相同。
比較例D該比較例描述了一種圓盤，在完成所有薄片涂布工序之后，對該圓盤加印壓花圖案。該實例利用比較例B中所述的帶涂層的非波紋狀薄片。從比較例B中所述的薄片上切割下直徑7英寸(17.8cm)的圓盤。通過加熱鋁棒(1/2英寸×1/4英寸×10英寸)(1.27cm×0.64cm×25.4cm)到300(149℃)來實現(xiàn)對該薄片的后續(xù)壓花。然后將該棒的1/4英寸面放在帶涂層的非織造盤的頂面上，使得棒的中心通過圓盤的中心。將該圓盤(鋁棒處于適當位置)放置在加熱到300(149℃)的壓印盤之間。以6短噸(5443千克)的計示壓力閉合這些壓印盤并保持6秒。該工序重復(fù)11次以上，使得成品壓花圓盤在該圓盤表面上具有22個凸起部分，這些凸起部分彼此之間被22個浮凸區(qū)域分隔開，所述浮凸區(qū)域從圓盤的中心徑向延伸。
比較例E該比較例描述了一種非織造圓盤，該非織造圓盤具有直徑為1/4英寸(0.64cm)的孔，所述孔位于圓盤的外環(huán)中。
利用直徑為7英寸(17.8cm)的非織造圓盤，而且該圓盤沒有上述的波紋或浮凸圖案(如比較例B中所制造的)。接下來，利用1/4英寸(0.64cm)的中心沖孔機和錘子，使該圓盤具有直徑為1/4英寸(0.64cm)的孔。沖孔使得三排孔位于該圓盤的環(huán)形陣列上。最外排在大約6.38英寸(16.21cm)的直徑上包含42個孔。中間排在大約5.50英寸(13.97cm)的直徑上包含39個孔。最內(nèi)排在大約4.63英寸(11.76cm)的直徑上包含32個孔。所產(chǎn)生的提供給試驗工件的圓盤面積具有大約25％的開孔面積。
試驗方法使用下面所述的試驗，通過和比較例比較來對磨料制品實例進行評價。
稱碳鋼棒(4英寸×18英寸×1/2英寸)(10.2cm×46cm×1.27cm)的重量，然后將該碳鋼棒固定到工作臺上。用7英寸(17.8cm)的支撐墊(得自位于美國明尼蘇達州圣保羅市的3M公司，3M DiscPad Face Plate，零件號碼為051144-80517)將7英寸(17.8cm)直徑的試驗樣品安裝到直角的壓縮空氣工具(在零負荷的情況下能夠以6000rpm的速度旋轉(zhuǎn))上。啟動壓縮空氣工具，傾斜該工具以使得該試驗樣品相對于由扁棒限定的平面傾斜大約7度，通過在沒有負荷的情況下(除了工具自身施加的重量(大約7磅(3.2千克))以外)沿棒的長尺度方向移動旋轉(zhuǎn)的試驗樣品，來使該工具與該棒研磨接觸。保持該研磨操作持續(xù)1分鐘間隔。每一個間隔之后記錄該棒的重量。報告5次試驗間隔的總切削量。

對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的范圍和原則的情況下，對本發(fā)明的各種修改和替換將是顯而易見的。應(yīng)該這樣理解，本發(fā)明不僅僅局限于上面所述的那些示例性實施例。
上面的詳述部分、實例和數(shù)據(jù)對本發(fā)明組合物的制造和使用提供了全面的說明。因為在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下可以對本發(fā)明作出各種實施方案，所以本發(fā)明由下面所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種非織造磨料制品，包括(a)蓬松的非織造基底，其具有第一表面和相對的第二表面，所述第一表面和所述第二表面限定多個峰和谷，所述第一表面和所述第二表面還限定厚度，所述厚度在整個所述基底上是基本不變的；以及(b)磨料涂層，其包含粘結(jié)劑和磨粒，其存在于所述第一表面的至少一部分上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，其中，所述基底的厚度至少為500微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非織造磨料制品，其中，所述基底的厚度至少為1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，其中，所述磨料涂層包括制型涂層和至少部分嵌入所述制型涂層的磨粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，其中，所述磨料涂層還包括在所述磨粒之上的膠結(jié)涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，其中，所述磨料涂層包括分散在全部粘結(jié)劑中的磨粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，其中，所述磨料涂層至少存在于所述基底的所述峰上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，其中，所述磨料涂層至少存在于所述基底的所述谷中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，所述非織造磨料制品還包括存在于所述第二表面的至少一部分上的磨料涂層，所述磨料涂層包括粘結(jié)劑和磨粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，所述非織造磨料制品還包括第二基底，所述第二基底附著到所述蓬松的非織造基底的所述第二表面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的非織造磨料制品，其中，所述第二基底包括海綿。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的非織造磨料制品，其中，所述第二基底包括織物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，其中，所述磨粒的粒度至少為10微米。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的非織造磨料制品，其中，所述磨粒的粒度為50微米至600微米。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，其中，所述峰的高度至少為0.5mm。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，所述非織造磨料制品的總厚度至少為3mm。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，其中，峰∶谷的面積比率是75∶25至25∶75。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的非織造磨料制品，其中，所述峰∶谷的面積比是50∶50。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非織造磨料制品，所述非織造磨料制品還包含增強稀松布。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的非織造磨料制品，所述增強稀松布存在于所述蓬松的非織造基底的所述第一表面和所述相對的第二表面之間。
21.一種制造非織造磨料制品的方法，該方法包括(a)提供具有第一表面和相對的第二表面的蓬松的非織造基底，所述第一表面和所述第二表面限定多個峰和谷，所述第一表面和所述第二表面還限定厚度，所述厚度在整個所述基底上是基本不變的；以及(b)將磨料涂層設(shè)置在所述蓬松的非織造基底的所述第一表面的至少一部分上，所述磨料涂層包括粘結(jié)劑和磨粒。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述設(shè)置磨料涂層的步驟包括(a)將制型涂層施加到所述蓬松的非織造基底上；以及(b)使多個磨粒沉積到所述制型涂層中。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述設(shè)置磨料涂層的步驟還包括(a)將膠結(jié)涂層施加在所述磨粒之上。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述設(shè)置磨料涂層的步驟包括(a)制備包括粘結(jié)劑和磨粒的磨料漿；以及(b)將所述磨料漿施加到所述蓬松的非織造基底上。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，所述方法還包括(a)將膠結(jié)涂層施加在所述磨料漿之上。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述施加磨料漿的步驟包括(a)將所述磨料漿施加在所述峰上，并保留所述谷不被涂覆。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述施加磨料漿的步驟包括(a)將所述磨料漿施加在所述谷上，并保留所述峰不被涂覆。
全文摘要
本發(fā)明涉及其上具有帶紋理的非平坦表面和磨料涂層(14)的非織造磨料制品，具體來說，涉及蓬松的非織造磨料制品。所述涂層可以覆蓋整個表面或者僅覆蓋部分表面。相對于具有基本上平坦的研磨表面的非織造磨料制品，由峰(26)(或高區(qū)域)和谷(28)(或凹區(qū)域)構(gòu)成的紋理表面提供改善的切削性能。
文檔編號B24D18/00GK1942283SQ200580011241
公開日2007年4月4日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
發(fā)明者盧卡斯·M·奧加瑞, 戴維·R·布朗, 斯科特·M·法博奇, 羅伯特·J·梅基, 勞倫斯·J·曼, 路易斯·S·莫倫, 蘭迪·L·莫森, 金·C·薩克斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司