專利名稱：涂敷的磨料底材的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及涂敷的磨料制品。更具體地說，本發(fā)明涉及其基底材料中含有熱塑性樹脂和纖維增強物質的涂敷磨料制品。
涂敷磨料制品一般包含用一層或多層粘合劑粘著在底材上的磨料(通常磨料為顆粒形式)。這類制品一般采取片狀、圓盤、帶、條等形式。
許多磨料制品以圓盤形式用于研磨裝置中。典型的這類磨料砂磨或研磨裝置包括用橡膠或塑料之類的彈性材料或增強材料做成的墊板或支承板;磨料圓盤(通常是靠摩擦力裝到墊板上);以及把磨料圓盤和墊板裝配在一起的轉軸和蓋帽，裝配時將蓋帽擰入軸上的螺紋，從而加壓力于圓盤，使圓盤擠壓在墊板上。使用時上述示例裝置的軸轉動起來，磨料涂敷的圓盤表面以較大的力量頂壓在工件上。因此圓盤受到很重的應力。對于其它形狀(如帶狀)的磨料制品情況亦是如此。
涂敷磨料制品中常用的底材是用紙、聚合物、布、非織物、硬化紙板，或這些材料的結合所制成的。這些材料中有不少不適合于某些應用，因為它們的強度、撓性或耐沖擊性不夠高。有些這類材料的老化過快而不能采用。在有些場合下，該材料對用作冷卻劑和切削液的液體很敏感。因之在某些應用中會出現(xiàn)過早的失效或性能很差。
涂敷磨料底材常用的一種材料是硬化紙板。硬化紙板底材一般耐熱而且有較高強度，當涂敷磨料用于涉及高發(fā)熱和高壓的嚴峻條件的研磨操作中時，這兩條是很有利的特性。例如，硬化紙板用于諸如熔焊研磨，外形打磨及邊緣打磨等研磨操作中，其中涂敷磨料會接觸到140℃以上的溫度。但是硬化紙板底材比較貴，容易吸濕，因而對濕度較敏感。
在極端的濕度條件(即很高和很低的濕度條件)下，硬化紙板會由于吸水或失水而分別受到膨脹或收縮的影響。其結果是用硬化紙板做成的研磨制品會趨于卷成杯狀，這就導致涂敷的磨料圓盤發(fā)生凹形或凸形卷曲。一旦發(fā)生這種杯卷或卷曲，受其影響的涂敷磨料圓盤就不會平整地貼合在墊板或支承板上。這就使涂敷磨料圓盤基本上不能工作。
本發(fā)明中的涂敷磨料制品可用于較嚴峻的研磨工況而不會出現(xiàn)明顯的底材變形或損壞。這里的“嚴峻的研磨工況”一詞是指研磨過程中摩擦界面處的溫度至少為200℃左右(一般至少為300℃左右)，摩擦界面處的壓力至少為7kg/cm2左右(一般至少為13.4kg/cm2左右)。被研磨表面在摩擦界面處的溫度與壓力是指底材上磨料顆粒與工件之間的接觸位置處涂敷磨料制品所經受的瞬時或局部值，不帶有噴水之類的外部冷卻源。雖然在研磨過程中瞬時的或局部的溫度可能高于200℃，甚至往往高于300℃，但是由于散熱作用，底材上一般所受到的是低于這些值的總體溫度或平衡溫度。當然，如果需要的話這類制品也可以用于不那么條件苛刻的研磨操作中。
本發(fā)明的涂敷磨料底材包括熱塑性粘合劑物質(宜為韌性耐熱的熱塑性粘合材料);以及有效數(shù)量的纖維質增強物料。所述的纖維質增強物料宜分布在整個熱塑性粘合材料中。該纖維質增強物料一般由纖維構成，即長闊比至少為100∶1左右的細線狀物料。粘合劑與纖維質增強物料一起形成在使用中基本上不變形或裂解的硬化組合物。這種“韌性耐熱”的熱塑性粘合材料應使硬化組合物具有所要求的特性，使之在各種磨損(即研磨)條件下基本上不變形或裂解。更理想的是，纖維質增強物料與韌性耐熱的熱塑性粘合材料的硬化組合物在以上定義的嚴峻研磨工況下基本上不會變形或裂解。
所述的底材宜包含約60%至99%的熱塑性粘合材料(以底材重量為基準)，其熔點宜為至少約200℃;同時包含有效數(shù)量的纖維質增強物料。所述的硬化組合物宜含有足夠數(shù)量的熱塑性粘合材料以使本發(fā)明的底材所具有的孔隙體積小于約0.10%。熱塑性材料可選自以下一組物質聚碳酸酯、聚醚亞胺、聚酯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、縮醛聚合物、聚酰胺，以及它們的結合形式。最適用的熱塑性粘合材料為聚酰胺材料。纖維質增強物料宜為單股纖維或纖維多股線的形式，如玻璃纖維。纖維質增強物料的熔點宜比熱塑性粘合材料的熔點高出至少25℃左右。
本發(fā)明的涂敷磨料底材宜包含1%至30%的增韌性劑(以底材總重量為基準)。該增韌性劑宜為橡膠增韌劑或增塑劑。增韌性劑更適宜于選自以下一組物質甲苯磺酰胺衍生物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醚骨架聚酰胺、橡膠-聚酰胺接枝共聚物、苯乙烯-(亞乙基亞丁基)-苯乙烯三嵌段共聚物，以及它們的混合物。在這些增韌劑中，橡膠-聚酰胺共聚物和苯乙烯-(亞乙基亞丁基)-苯乙烯三嵌段共聚物更為適用，尤以橡膠-聚酰胺共聚物最佳。
構成涂敷磨料底材的硬化的粘合劑/纖維組合物宜為撓性，在環(huán)境條件下的彎曲模量為至少約17，500kg/cm2，更好的是在約17，500至141，000kg/cm2之間，測定方法按ASTM D790號測試方法所概述的步驟進行。這里的“環(huán)境條件”一詞及其變化形式是指室溫(即15至30℃，一般為20至25℃左右)和30%至50%的相對濕度(一般為35%至45%左右的相對濕度)。構成涂敷磨料底材的硬化的粘合劑/纖維組合物還宜具有至少約為17.9kg/cm(寬)的拉伸強度(約150℃下，試樣厚度為0.75至1.0mm左右)。
本發(fā)明的磨料制品包括帶有一個工作表面的底材，亦即其前表面或頂面，在該表面上涂以第一層粘合劑，或稱結構涂層。在第一粘合層中嵌入磨料，最好是磨料顆粒，其平均顆粒大小宜為至少約0.1μm，至少約100μm更好;通常再將第二粘合層，或稱施膠涂層涂在涂覆磨料及第一粘合層上。第一和第二粘合層均宜包含碳酸鈣作填料的可熔酚醛樹脂。
需要時本發(fā)明的涂敷磨料制品可用注模法制作。這種方法包括有一個步驟將熱塑性粘合材料、纖維質增強物料以及可選用的增韌劑結合在一起。該方法宜包括將韌性耐熱熱塑性粘合材料、纖維質增強物料(纖維質增強物料分布在整個粘合劑中，最好是基本上均勻地分布在整個粘合劑中)，以及供選用的增韌劑結合在一起以形成軟性的可模制的混合物。該方法還包括用上述軟性的可模制混合物做成有一定形狀的物件;冷卻該成型的物件以形成由韌性耐熱的熱塑性粘合材料及遍布其中的纖維質增強物料構成的硬化底材。這種硬化底材可用作涂敷磨料制品，它在使用中基本上不會變形或裂解(最好是在被磨表面摩擦界面處溫度至少為約200℃，被磨表面摩擦界面處壓力至少為約7kg/cm2的條件下)。該方法還進一步包括以下步驟將一層粘結劑涂到硬化底材上;將一層磨料涂到已敷有一層粘結劑的硬化底材上。
將韌性耐熱熱塑性粘合材料(宜為聚酰胺)以及纖維質增強物料(宜為玻璃纖維)結合起來這一步比較有利而適宜的方式是用熱塑性粘合材料與纖維質增強物料的軟性可模制混合物造粒。該方法亦可有利而適宜地包括以下步驟在形成成型物件這一步之前往熱塑性粘合材料和纖維質增強物料中添加增韌劑。


圖1為根據(jù)本發(fā)明所述的涂敷磨料制品的前視圖。圖1為草圖性質的，用來反映本發(fā)明所述的結構。
圖2為根據(jù)本發(fā)明所述的涂敷磨料制品的側向局部剖面放大，按圖1中2-2線剖視。
圖3為涂敷磨料制品的后視圖，顯示模制在底材上的肋條。
圖4為根據(jù)本發(fā)明所述的涂敷磨料制品的第二種實施方案(圓盤形狀，帶有一個連接裝配系統(tǒng))的側向局部剖面放大，所取位置大致相似于圖2，但加進了所述的連接裝配系統(tǒng)。
圖5為本文描述的角鐵試驗中用的工件的透視圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明所述的圓盤形涂敷磨料制品的另一種實施方案的側向局部剖面放大，所取位置大致相似于圖2，但伸展為圓盤的整個直徑并略為偏離中心，這樣就不顯出中心孔(相當于圖1中的部位6)。
圖7為根據(jù)本發(fā)明所述的圓盤形涂敷磨料制品的又一種實施方案的側向局部剖面放大，所取位置大致相似于圖2，但伸展為圓盤的整個直徑并略為偏離中心，這樣就不顯出中心孔(相當于圖1中的部位6)。
圖1中所示為圓形盤的前視圖，它包含有圖2的結構。圓盤1表示出本發(fā)明所述的涂敷磨料圓盤的工作表面2。這里的工作表面2亦稱作前表面或頂面，一般代表了用于研磨工件的表面。圖中示出兩大部位4和6。部位4包括圓盤1底材的工作表面2上所粘著的，磨料顆粒8形式的磨料。部位6是圓盤的中心孔，用于裝配到研磨設備的轉軸上去。
一般說來圓盤直徑尺寸范圍為約6至60cm。圓盤直徑為約11至30cm較好，約17至23cm更好。最常用的圓盤的尺寸范圍為約17至23cm直徑。圓盤上一般有中心孔，亦即圖1中的部位6，其直徑通常為約2至3cm。
參看圖2，本發(fā)明所述的涂敷磨料制品10一般包括底材11和第一粘結層12，第一粘結層常稱作結構涂層，涂在底材11的工作表面13上。第一粘結層12的目的是將磨料(如許多磨料顆粒14)固著在底材11的工作表面13上。
參看圖2，常稱作施膠涂層的第二粘結層15則涂覆在磨料顆粒14及第一粘結層12上面。施膠涂層的目的是使磨料顆粒14牢固地固著。常稱作超級施膠涂層的第三粘結層16可以涂覆在第二粘結層15上面。第三粘結層16是選用性的，一般用于涂覆極硬表面研磨用的磨料，例如用于研磨不銹鋼或奇特金屬的工件。
底材11的厚度一般小于約1.5mm以達到最佳的撓性和節(jié)省材料。對于最佳撓性而言，底材11的厚度宜在約0.5至1.2mm之間。底材11的厚度在約0.7至1.0mm之間更好。
參看圖2，底材11的結構中包含熱塑性粘合材料17和纖維質增強物料18。纖維質增強物料可以是單根纖維或多股線形式，或者是纖維簇或織物形式。無論纖維質增強物料18是單根纖維或簇叢形式，纖維質增強物料18宜在底材主體里遍布于熱塑性粘合材料17之中。這種分布宜在底材11主體內基本上均勻遍及更好。也就是說，纖維質增強物料不僅加在底材主體的表面上或者底材各層中。而是使纖維質增強物料基本上完全介入底材的內部結構并遍及分布。當然，纖維簇或織物結構要具有足夠的尺寸以遍布于底材粘合劑中。
底材上可以有一系列的肋條，即交替的厚薄部分，這種肋條模制在底材上，當需要用于某些應用時可提供進一步的好處。模制肋條可用于設計所需的剛性度或“使用中的感覺”(用有限元素分析法)，用于改善冷卻，改善結構完整性，以及當肋條與墊板咬合時增加力矩傳遞。這些肋條可是直線或曲線形、徑向、同心圓、任意圖形，或它們的結合形式。
圖3中示出圓盤31的后視圖。圓盤31表示出帶有模制在底材上的一系列徑向肋條33的涂敷磨料圓盤。此圖代表圓盤31的背面32，這是與圖1所示的表面相對的圓盤表面。也就是說，背面32是一般不帶有磨料的表面。因此涂覆有磨料的底材表面一般是平的，亦即沒有隆起部或肋條。雖然這一特定實施方案中所示的肋條33僅部分伸向中心孔36，留下一個沒有模制肋條的部位35，但若需要的話，肋條33可以沿整個背面伸展到中心孔36處。
模制肋條可以與圓盤半徑成任何角度。也就是說，肋條可與半徑(即從圓盤中心至外緣的線段)處于某個角度關系，也即在0°至90°范圍內。肋條亦可安排成與半徑成可變角度的型式以使空氣流通最大。
此外，底材上可直接模制連接裝配系統(tǒng)以便把涂敷磨料固著到工具和/或工具連接段上去。參看圖4，涂覆磨料40帶有底材41和連裝系統(tǒng)42。連裝系統(tǒng)42和底材41是一元化整體，亦即是同一連續(xù)(模制)的結構。一般情況下若連裝系統(tǒng)是模制的連裝系統(tǒng)，亦即模制在底材上，則底材的直徑要小于約12cm，小于約8cm較好。另外，連裝系統(tǒng)亦宜由熱塑性粘合材料與有效數(shù)量的遍布于熱塑性粘合材料內的纖維質增強物料的硬化組合物所構成。這種整體化的連裝系統(tǒng)比較有利，這至少是因為能將底材容易而牢靠地裝入輪軸的中央。也就是說，如果底材為圓盤形狀，連裝系統(tǒng)可位于圓盤的幾何中心位置處從而可以容易地輪軸上對中。
參看圖6中所示的另一種涂敷磨料制品設計方案60，圓盤形的底材61具有升高的邊緣部位62，在升高的邊緣部位62中，底材61在圓盤外緣部位63處的厚度比圓盤中心部位65處的厚度大。升高的邊緣部位62一般宜使基材厚度增加約2×10-2至3×10-2cm(相對于中心部位65的厚度而言)。通常宜使升高的邊緣部位62為底材61上唯一的涂覆有磨料66和粘結層67，68及69的部位。
較好的是讓本發(fā)明所述的圓盤也可具有中間凹下的部位(如從圖6中所見)，圖中圓盤的底材61模壓成帶凹陷中心部位65的形狀。
本發(fā)明的底材帶有使剛性度增加的加大厚度的邊緣是適宜而有利的。如圖6所示，這樣做可以得到邊緣升高的制品，而磨料則涂覆在邊緣上。另外如圖7中的圓盤70所示，圓盤70的外緣部位73處，底材71帶有增厚的模壓邊緣部位72。邊緣部位72與圓盤70的總表面積相比只代表很小的表面積，這一邊緣部位背朝圓盤70的磨料表面75(即與工件接觸的表面)向外突出。邊緣部位72呈環(huán)狀，位于底材71的外緣區(qū)73，圓環(huán)部位的厚度比底材中心部位74的厚度大，這一邊緣部位72提供了較大的剛性度，使圓盤發(fā)生翹曲之前能耐受較高的應力。與圖6所示的實施方案不同，圖7所示實施方案中磨料76及粘結層77，78和79都是涂覆在帶升高邊緣部位72的表面的背面上。
本發(fā)明中較好的底材還呈現(xiàn)足夠的抗彎曲韌性以耐受嚴峻的研磨工況?！白銐虻目箯澢g性”是指底材有足夠剛度以承受嚴峻的研磨工況，但又不是很脆而在底材中形成裂紋，這種裂紋會降低底材的結構完整性。這一點可以通過對底材或涂敷磨料制品進行角鐵試驗加以證實，該試驗在實施例部分中介紹。
簡單地說，角鐵試驗包括以下步驟制作涂敷磨料制品;彎曲該涂敷磨料制品(如圓盤)使粘結層碎裂而形成小塊的互不相關的磨料區(qū);將磨料涂敷的圓盤在45%的相對濕度下存放于濕度室中3天;將此涂敷磨料圓盤裝到直徑比圓盤小的硬質酚醛墊板上，使涂敷磨料圓盤外緣的7至8cm左右寬度未受到墊板的支承;將涂敷磨料圓盤/墊板固定到能以4，500rpm的速度旋轉的風動研磨機上，空氣壓力為2.3kg/cm2;使涂敷磨料圓盤/墊板保持40°角，將其以2至6kg(2至3kg較好)的恒定負荷壓入到140°角的楔形或V形工件的“V”形槽中;使涂敷磨料圓盤/墊板在約15秒內沿一個方向掃過約0.75m的工件長度;使涂敷磨料圓盤/墊板在約15秒內沿相反方向再掃過約0.75m的工件長度。樣品圓盤連續(xù)掃經工件10至15min或者到涂敷磨料底材“失效”為止(看這兩項中哪一項以較短時間先達到)。
角鐵試驗中所說的“失效”是由底材的裂解，即失去結構完整性來確定的，這可以來自撕裂，折斷，或斷裂。裂解也可以用被試驗的涂敷磨料制品的底材上邊緣裂縫的發(fā)展來衡量。在角鐵試驗中，若涂敷磨料制品底材上在2min的試驗期內出現(xiàn)長度超過約0.6cm的表面裂縫或者喪失了結構完整性，則認為該底材不可用，亦即不具有足夠的抗彎曲韌性以耐受前面定義的嚴峻的研磨工況。如果涂敷磨料制品能研磨至少2min左右而不出現(xiàn)這種裂紋或者不喪失結構完整性，則認為它通過了角鐵試驗，亦即具有可接受的抗彎曲韌性質量。
圖5示例說明角鐵試驗用的工件。該試驗用的工件50包括兩片(51和52)1018號低碳鋼(長0.77m，厚2.54cm)，兩片碳鋼在界面53處焊在一起形成V型，使兩片1018號低碳鋼(51和52)之間的夾角54約為140°。
如果未采用耐墊粘結層(即結構涂層和施膠涂層)，如果未使用研磨1018號鋼的有效的磨料顆粒，或者如果未使用合適粒度的磨料顆粒，則涂層結構就不能通過角鐵試驗。這種失效不能歸因于底材;而應歸因于不合適的結構涂層或施膠涂層，不適用的磨粒顆粒，或者不適當?shù)哪チ项w粒粒度。失效也可能是由于結構涂層或施膠涂層的固化不良，或者試驗前的撓曲處理不恰當不充分。涂敷磨料制品的撓曲處理一般是在控制的加工條件下進行的。例如讓制品通過加載輥子之間，則粘結層均勻而定向地開裂，亦即碎成小塊的互不相連的磨料，而底材上則不出現(xiàn)裂縫。這一處理一般都能改善涂敷磨料制品的撓性。
本發(fā)明所述底材的較好的韌性也可以通過測定涂敷磨料底材的抗沖擊強度來驗證?？箾_擊強度可按ASTM D256或D3029測試方法中所述的試驗步驟進行測定。這些方法均涉及測定使指定尺寸的標準試驗樣品破裂所需的作用力。對于環(huán)境條件下的厚度為0.89mm的樣品，本發(fā)明的底材宜具有至少約為0.4J的抗沖擊強度，亦即加德納沖擊值。對于環(huán)境條件下的厚度為0.89mm的樣品，本發(fā)明的底材具有至少約0.9J的加德納沖擊值較好，最好是至少約1.6J。
本發(fā)明的較好的底材亦具有所需的拉伸強度。拉伸強度衡量物質在不斷裂的情況下所能耐受的最大縱向應力。拉伸強度表示對轉動失效和“斷裂”的耐受能力，而轉動失效和“斷裂”是由于涂敷磨料制品在操作中可能會接觸到工件上的不均勻處，這些部位會生很高的阻力而造成的。測試步驟在實施例部分描述。合乎需要的拉伸強度的定義如下150℃左右的溫度下，樣品厚度約為0.75至1.0mm時，1cm寬度至少為17.9kg/cm左右。
本發(fā)明的較好的底材還具有恰當?shù)谋３中螤畈蛔兊男阅?，對濕度和溫度之類的環(huán)境條件相當不敏感。這一點的含義是本發(fā)明的較好的涂敷磨料底材在很寬的環(huán)境條件范圍內均具有以上列舉的性質。底材宜在約10℃至30℃的溫度范圍和約30%至50%相對濕度(RH)的濕度范圍內具有上述性質。底材在更寬的溫度范圍(即從0℃以下至100℃以上)和更寬的濕度值范圍(從10%RH以下至90%RH以上)內具有上述性質則更好。
本發(fā)明的涂敷磨料制品中所用的較好的底材一般是這樣選擇的即底材與粘結層相容性好，粘結良好(尤其是與結構涂層之間)。粘結良好程度用磨料剝落量來確定。在研磨行業(yè)中“剝落”一詞用于表示磨料從底材上以不希望的過早的方式脫落，一般是以磨料顆粒形式脫落。本發(fā)明的較好底材在邊緣剝落試驗(在實施例部分中詳細描述)條件下，從涂覆有24號級磨料顆粒(美國國家標準所B74.18-1984號標準)的7inch直徑圓盤上剝落下來的磨料量不超過約6g。雖然底材的選用很重要，但剝落量往往在更大程度上取決于粘結劑的選擇以及底材與粘結劑的相容性。
本發(fā)明的涂敷磨料制品包含一種底材，這種底材含有熱塑性粘合材料以及有效數(shù)量的纖維質增強物料?！坝行?shù)量”的纖維質增強物料是指底材中所含纖維質增強物料的量足以如上面討論的使耐熱性、韌性、撓性、剛性、形狀保持性、粘結性等至少有所改善。
底材中熱塑性粘合材料的數(shù)量宜在約60%至99%的范圍內，在約65%至95%范圍內更好，最好是在約70%至85%范圍內(均以底材重量為基準)。典型的較好底材中的其余部分主要是纖維質增強物料，也許還有很少量的遍布在硬化的底材組合物中的孔隙。雖然在粘合劑組成中還可以添加別的組分，但本發(fā)明的涂敷磨料底材主要含有熱塑性粘合材料和有效數(shù)量的纖維質增強物料。
本發(fā)明的涂敷磨料制品的底材中適用的粘合劑為熱塑性物質。熱塑性粘合材料是指這樣一類聚合材料(宜為有機聚合材料)，它在接觸高溫時變軟熔化，而在冷卻到室溫時一般又回復到它的原來狀況，即其原始物理狀態(tài)。在制造過程中，加熱這種熱塑性粘合材料超過其軟化溫度，最好超過其熔化溫度以使其流動，并將涂敷磨料底材做成所需的形狀。底材成形后，使熱塑性粘合劑冷卻固化。這樣可使熱塑性粘合材料被模制成各種形狀和大小。
適用于制備本發(fā)明所述制品中的底材的熱塑性物質的例子有聚碳酸酯、聚醚亞胺、聚酯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、縮醛聚合物、聚酰胺，或它們的結合。在這張單子中以聚酰胺(如各種尼龍)和聚酯較好。聚酰胺材料是最適用的熱塑性粘合材料，這至少是由于它們固有的韌性和耐熱性，它們一般不必涂底料就能與較適用的粘結劑樹脂很好地粘著，而且較為便宜。
可用作本發(fā)明所述制品中的底材的市售尼龍樹脂的例子有孟山都公司的產品“Vydyne”(密蘇里州，圣路易斯);杜邦公司的產品“Zytel”和“Minlon”(特拉華州，威爾明頓);Huls America公司的產品“Trogamid T”(新澤西州，匹斯卡塔威);聯(lián)合化學公司的產品“Capron”(新澤西州，莫里斯頓);Mobay公司的產品“Nydur”(賓夕法尼亞州，匹茲堡);和巴斯夫公司的產品“Utramid”(新澤西州，帕西派尼)。雖然也可以用填充有礦物質的熱塑性物質(如填充礦物質的尼龍6樹脂“Minlon”)，但其中礦物質并非是這里所定義的“纖維”或“纖維質物料”;礦物質是顆粒的形式，它所具有的長闊比一般低于100∶1。
除了熱塑性粘合材料之外，本發(fā)明的底材中還包含有效數(shù)量的纖維質增強物料。這里所說的“有效數(shù)量”的纖維質增強物料是指其數(shù)量足以使硬化底材的物理特性(即耐熱性、韌性、撓性、剛性、形狀保持性能、粘著性等)至少有所改善，但又不是過多的纖維質增強物料以致造成較多數(shù)量的孔隙或者對底材的結構完整性產生不利影響。
底材中纖維質增強物料的數(shù)量(均以底材重量為基準)宜在約1%至40%范圍內，在約5%至35%范圍內較好，在約15%至30%范圍內最好。
纖維質增強物料可以是單股纖維或纖維多股線形式，或者是纖維簇或織物形式。從有利于制作來說，增強物料宜為單纖維或纖維多股線形式。纖維一般定義為長細比至少約為100∶1的細線狀物體。纖維的長細比就是纖維的較長尺寸與較短尺寸之比。纖維簇或織物可以是編織的或非織基體形式。非織簇墊是任意分布的纖維所構成的基體，是用機械手段，熱處理或化學方法將纖維粘著或纏結在一起而制成的。
本發(fā)明應用中適用的增強纖維的例子包括金屬纖維或非金屬纖維。非金屬纖維包括玻璃纖維、碳纖維、礦物質纖維、耐熱有機材料所構成的合成纖維或天然纖維，或者陶瓷材料所制成的纖維。本發(fā)明應用中較適宜的纖維包含非金屬纖維，更為適宜的纖維有耐熱有機纖維、玻璃纖維，或陶瓷纖維。
“耐熱”有機纖維的含義是在本發(fā)明的涂敷磨料底材制造與使用條件下，適用的有機纖維一定不能熔化，否則就會解體。適用的天然有機纖維的例子有羊毛、絲、棉，或纖維素。適用的合成有機纖維的例子有聚乙烯醇纖維、聚酯纖維、人造絲纖維、聚酰胺纖維、丙烯酸纖維、芳香聚酰胺纖維，或酚醛胺纖維。較適合于本發(fā)明應用的有機纖維為芳香聚酰纖維。這種纖維可從杜邦公司(特拉華州，威爾明頓)購得，其商品名為“Kevlar”和“Nomex”。
一般來說，任何陶瓷纖維均可用于本發(fā)明的應用中。適用于本發(fā)明的陶瓷纖維的一個例子是可從3M公司(明尼蘇達州，圣保爾)以商品購得的“Nextel”。
本發(fā)明應用中最適宜的增強纖維為玻璃纖維，這至少是由于玻璃纖維能使涂敷磨料制品具有所需要的特性而且比較便宜。此外，現(xiàn)在已經有適用的界面粘結劑可以增強玻璃纖維與熱塑性材料的粘著性。玻璃纖維一般是用一個字母等級來加以分類。例如E玻璃(代表電氣)和S玻璃(代表強度)。字母代碼也表示直徑范圍，例如尺碼“D”代表直徑約為6μm的細絲，尺碼“G”代表直徑約為10μm的細絲。玻璃纖維中適用的等級包括細絲尺碼標號為D至U的E玻璃和S玻璃。較好的玻璃纖維級號有細絲尺碼號為“G”的E玻璃和細絲尺碼號為“G”的S玻璃。有商品銷售的玻璃纖維可從下列公司購得佛羅里達州奧爾茲瑪市的專業(yè)玻璃公司;俄亥俄州托雷多市歐文斯-柯寧纖維玻璃公司;和密蘇里州羅拉市的Mo-Sci公司。
如果使用玻璃纖維，則玻璃纖維宜與一種界面粘結劑(即偶合劑，例如硅烷偶合劑)配合使用以改善其與熱塑性材料的粘著性。硅烷偶合劑的例子有“Z-6020”和“Z-6040”，它們可從密歇根州密德蘭市的道-康寧公司購得。
采用長度短到只有100μm的纖維材料或者單根連續(xù)纖維長度達到所需值的纖維材料都能得到一定好處。纖維長度宜為約0.5mm至約50mm范圍，從約1mm至約25mm更好，最好是從約1.5mm至約10mm。較好的纖維的增強纖維旦數(shù)(即細度)范圍為約1至約5000旦，一般在約1至約1000旦之間。纖維旦數(shù)在約5至約300之間更好，最好是在約5至約200之間。眾所周知，所用增強纖維的特定類型對旦數(shù)有很大影響。
較好的增韌劑(即橡膠增韌劑和增塑劑)的例子有甲苯磺酰胺衍生物(如N-丁基和N-乙基對甲苯磺酰胺的混合物，可以商品名“Ketjentlex8”從伊利諾依州芝加哥的AKZO化學公司購得);苯乙烯-丁二烯共聚物;聚醚骨架聚酰胺(可以商品名“Pebax”從新澤西州格蘭羅克市的Atochem公司購得);橡膠-聚酰胺共聚物(可以商品名“Zytll FN”從特拉華州威爾明頓的杜邦公司購得);官能化苯乙烯-(亞乙基亞丁基)-苯乙烯三嵌段共聚物(可以商品名“Kraton FG1901”從德克薩斯州休斯敦的殼牌化學公司購得);以及這些物料的混合物。在這一組物質中，橡膠-聚酰胺共聚物和苯乙烯-(亞乙基亞丁基)-苯乙烯三嵌段共聚物更為適用，這至少是由于它們能使本發(fā)明的底材及其制造方法具有不少有利的特性。最適用的是橡膠-聚酰胺共聚物，這至少是由于它們能使本發(fā)明所述的底材具有有利的抗沖擊和研磨特性。
如果底材用注模法制作，則一般以增韌劑顆粒與其它組分的干混合物形式加入增韌劑。過程中通常包括在轉鼓中使增韌劑顆粒與含纖維的熱塑性材料顆?；旌汀８m用的方法包括以下步驟在一臺適用的擠出機中使熱塑性材料、增強纖維和增韌劑結合在一起，將此混和物造粒，然后將這些制得的顆粒送入注模機中。可以買到增韌劑與熱塑性材料的商品組合物，例如以商品名“Ultramid”從巴斯夫公司(新澤西州帕西派尼市)購買。具體地講，“Ultramid B3ZG6”可用于本發(fā)明中，它是含增韌劑和玻璃纖維的一種尼龍樹脂。
除了上述物料之外，本發(fā)明中的底材可根據(jù)所要求的最終性能而包含有效數(shù)量的其它物料或組分。例如，底材中可包含定形劑，亦即熔點高于前面熱塑性粘合材料描述中提到的數(shù)值的熱塑性聚合物。適用的定形劑包括(但不限于)聚苯硫、聚酰亞胺和芳族聚酰胺。較適用的定形劑的例子是聚亞苯基氧化物尼龍混合物，它可以商品名“Noryl GTX910”從馬薩諸塞州匹茲菲爾德的通用電氣公司購得。但若涂敷磨料結構中所用的是酚醛基的結構涂層和施膠涂層，則聚亞苯基氧化物尼龍混合物不適用，因為酚醛樹脂粘結層與尼龍之間的相互作用不均勻，導致抵銷定形效果。這種不均勻相互作用是由于難以得到聚亞苯基氧化物與尼龍的均勻混合物。
本發(fā)明某些應用中的底材還可以加入其它這類物料，其中包括無機或有機填料。無機填料亦稱為礦物填料。填料一般定義為是一種顆粒狀物料，其粒度通常小于約100μm，小于約50μm較好。本發(fā)明應用中適用填料的例子有炭黑、碳酸鈣、二氧化硅、硅酸鈣、冰晶石、酚醛填料，或聚乙烯醇填料。如果使用填料，則可推理認為填料充填在增強纖維之間并可防止裂紋在底材中擴散。以底材重量為基準，填料用量一般不高于約20%。宜使用至少為有效數(shù)量的填料。這里的“有效數(shù)量”一詞是指足以用于充填而又不明顯降低硬化底材拉伸強度的數(shù)量。
本發(fā)明某些應用中的底材還可以加入其它有用物料或組分，其中包括(但不限于)顏料、油類、防靜電劑、阻燃劑、耐熱穩(wěn)定劑、紫外線穩(wěn)定劑、內潤滑劑、抗氧化劑和加工助劑。這些組分要根據(jù)所希望結果的實際需要，一般不要用得過多。
本發(fā)明涂敷磨料制品中的粘結層是由樹脂狀粘結劑形成的。每一層可由同一種或不同的樹脂粘結劑形成?？捎玫臉渲辰Y劑與底材的熱塑性物料相容。樹脂粘結劑亦能經受本文中定義的嚴峻的研磨工況，固化后粘結層不會損壞，也不會過早脫落磨料。
樹脂粘結劑宜為熱固性樹脂層。適用于本發(fā)明的可用的熱固性樹脂粘結劑的例子有(不限于)酚醛樹脂、氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、三聚氰胺一甲醛樹脂、丙烯酸異氰尿酸酯樹脂、脲甲醛樹脂、異氰尿酸酯樹脂、丙烯酸聚氨酯樹脂、丙烯酸環(huán)氧樹脂，或它們的混合物。
上述熱固性樹脂粘結層宜含酚醛樹脂、氨基塑料樹脂，或它們的結合。所說的酚醛樹脂宜為可熔酚醛樹脂。有商品出售的酚醛樹脂的例子有德克薩斯州達拉斯的Oxy Chem公司的產品“Varcum”;俄亥俄州哥倫布市Ashland化學公司的產品“Arofene”;康涅狄格州鄧布里市聯(lián)合碳化物公司的產品“Bakelite”。較適用的氨基塑料樹脂中每個分子含有至少1.1個側鏈α，β-不飽和羰基，它是按美國專利第4，903，440號的披露內容制備的。
第一和第二粘結層(參見圖2中的粘結層12和15，亦即結構涂層和施膠涂層)宜含有磨料制品中常用的其它物料。這些物料常稱為添加劑，其中包括研磨助劑、偶合劑、潤濕劑、染料、顏料、增塑劑、脫模劑，或者它們的結合。一般根據(jù)所希望的結果需要多少這種材料就用多少，不宜過多。在第一和第二粘結層中還可以用填料作為添加劑。從經濟角度以及有利的效果出發(fā)，一般所用的填料數(shù)量不超過粘結劑重量的約50%(結構涂層)或者約70%(施膠涂層)。適用的填料例子有二氧化硅細粉之類的硅化合物，例如粒度為4至10mm的粉末狀二氧化硅(可從伊利諾依州芝加哥的Akzo美國化學公司購得)，和鈣鹽，如碳酸鈣和硅酸鈣(可以商品名“Wollastokup”和“Wollastonite”從紐約州威爾斯波羅市的Nyco公司購得)。
圖2中的第三粘結層16(即超施膠涂層)宜含有研磨助劑以增強涂敷磨料的研磨特性。研磨助劑的例子有四氟硼酸鉀、冰晶石、銨冰晶石和硫。研磨助劑的用量一般不超過預期的結果所需的量。
粘結層，至少是第一和第二粘結層宜由常用的鈣鹽充填的樹脂(例如可熔酚醛樹脂)構成?？扇鄯尤渲^好，這至少是由于其耐熱性，對濕分較低的敏感性，較高的硬度以及較低的成本。更適宜的粘結層是在可熔酚醛樹脂中含大約45%至55%的碳酸鈣或硅酸鈣。粘結層最好是包含約50%的碳酸鈣填料以及約50%的可熔酚醛樹脂、氨基塑料樹脂，或兩者的組合。這里所說的百分比均以粘結劑重量為基準。
本發(fā)明應用中適用的磨料的例子有熔融氧化鋁、熱處理氧化鋁、陶瓷氧化鋁、碳化硅、氧化鋁-氧化鋯、石榴石、金剛石、立方晶形氮化硼，或它們的混合物?！澳チ稀币辉~包含磨料顆粒、磨料燒結團塊，或多顆粒的磨料團粒。
較好的磨料是氧化鋁基的磨料顆粒。本發(fā)明應用中可用的氧化鋁顆粒包括熔融氧化鋁、熱處理氧化鋁和陶瓷氧化鋁。
本發(fā)明較好的應用中，磨料顆粒的平均粒度至少為約0.1μm，至少為約100μm較好。按照美國國家標準所(ANSI)B74.18-1984號標準，粒度約100μm大致相當于120級磨料顆粒的涂敷磨料。磨料可以是定向的或者在涂覆到底材上時是非定向的，這取決于涂敷磨料底材所要求的最終用途。
可以用各種方法制備本發(fā)明所述的磨料制品和底材。有利的是在適用的組成(或組分)中有很多是可以通過注模的辦法來形成底材的。因此不必過多的實驗就很容易達到對制作條件及產品形狀的精確控制。本發(fā)明底材注模所用的實際條件取決于所用注模機的種類和型號。在實施例部分中將介紹一種注模方法。
本發(fā)明涂敷磨料底材的注模還可以有多種替代的以及可以采納的方法。例如，在注模步驟之前可將纖維質增強物料(如增強纖維)與熱塑性物料先混合。為了做到這一點可在加熱的擠出機中使纖維與熱塑性物料混和，然后擠出造粒。
另外也可以將增強纖維的編織墊，非織墊或縫編墊放在模子中。熱塑性物料及任何選用的組分可用模注法充填到簇墊中增強纖維之間的空間中去。在本發(fā)明的這一方式中，增強纖維很容易按所要求的方向定向排列。此外，增強纖維也可以是連續(xù)的纖維，其長度取決于模子和/或待制成的制品的尺寸及形狀。
在某些情況下，模子中可施用常見的脫模劑以利于處理。但若熱塑性物料為尼龍，則模子上一般不必涂覆脫模劑。
底材注模后，一般即可用常規(guī)方法涂覆結構涂層、磨粒顆粒和施膠涂層。例如把粘結層(即結構涂層和施膠涂層)涂覆到底材上去可以采用輥涂、幕涂、噴涂、刷涂，或者任何其它適宜涂敷流體的方法。這些粘結層可以進行硬化(例如固化)，有許多方法，可以任選一種，不同層可以同時也可以分別硬化。磨料顆?？梢杂弥亓恿铣练e，或者是用靜電法沉積到涂有粘結劑的底材上，此時使磨料顆粒帶電并使底材帶有相反的電荷。
構成底材的成分也可以擠出成為薄片狀或卷材狀，用粘合劑和磨料顆粒均勻涂覆，隨后轉化成磨料制品，就像通常的磨料制品制作中所做的那樣。片材或卷材可用各種辦法(如沖剪刀切、噴水切割，或激光切割)切成單個小片或圓盤。這些片材和/或圓盤的形狀和大小可以像前面介紹注模時所述的那樣。接著可用常規(guī)方法(如輥涂粘結劑、靜電沉積顆粒)涂覆結構涂層、磨料顆粒和施膠涂層以構成涂敷磨料制品。
另外也可以是讓底材保持其薄片或卷材形狀，用任何一種常見方法在底材上涂覆結構涂層、磨料顆粒和施膠涂層。然后再沖切出涂敷磨料制品，或者轉化其成為最終所需的形狀或形式。如果是沖切出涂敷磨料制品，則這些片和/或圓盤的形狀及尺寸可以如前面在注模中所述的那樣。以下這種情況也屬于本發(fā)明某些應用的范圍之內用通常的粘接或連接方法將涂敷磨料制品轉換為無端頭的圈帶形式。
另外，同時可擠出兩層或多層以形成本發(fā)明的底材。例如，將兩臺常規(guī)擠出機連到一個雙層模成型模上就可以形成雙層底材，其中的一層使粘合劑與磨料顆粒的粘著性改善，而另一層則比方說可以含有較高數(shù)量的填料，這樣就可以降低成本而又不犧牲性能。
實施例通過下列詳細的實施例進一步描述本發(fā)明。
一般資料沉積在底材上的物料量用每平方米的克數(shù)(g/m2)表示，但在引用時這些數(shù)量都稱作重量;所有比例均基于這些重量值。在所有的實施例中均采用以下縮寫記號。
N6B 尼龍6熱塑性樹脂，可以商品名“UltramidB3F”從巴斯夫公司購得。
MFN6 礦物質充填的尼龍6熱塑性樹脂，可以商品名“Minlon”從杜邦公司購得。
PPO66 聚(2，6-二甲基-1，4-亞苯基氧化物)/尼龍6，6混合物，可以商品為“Noryl GTX-910”從通用電氣公司購得。
EFG G級直徑，標準E型連續(xù)多股玻璃纖維，可從明尼蘇達州溫諾那市的RTP公司購得，是與尼龍6或尼龍6，6樹脂的復合物。在使用“EFG”纖維的所有實施例中，玻璃纖維與尼龍樹脂混和在一起，擠出造粒。顆粒長度約為0.32cm。下面實施例中的重量是指玻璃纖維的實際重量和尼龍的實際重量。
EFGL G級直徑，標準E型連續(xù)多股玻璃纖維，可從特拉華州威爾明頓市的帝國化學工業(yè)公司購得，是與尼龍6或尼龍6，6的復合物。這些玻璃纖維用熔融尼龍聚合物進行飽和處理，牽拉通過圓形截面的成型模，截斷為1.3cm長的顆粒。以下實施例中的重量是指玻璃纖維的實際重量和尼龍的實際重量。
SBS 苯乙烯-(亞乙基亞丁基)-苯乙烯嵌段共聚物增韌劑，可以商品名“Kraton FG1901”從殼牌化學公司購得。
NTS 增塑劑，主要是N-丁基和N-乙基(對甲苯磺酰胺)的混合物，可以商品名“Ketjenflex8”從Akzo化學公司購得。
RP 堿催化可熔酚醛樹脂，其中甲醛∶苯酚之比在約1.5∶1至約3∶1之間。
BAM 帶有至少1.1個側鏈α，β-不飽和羰基的氨基塑料樹脂。該樹脂的制備方法類似于美國專利第4，903，440號介紹的第2種制備方法所述。該項專利在此列為參引資料。簡要地說，該方法包括用37%的甲醛水溶液、丙烯酰胺、91%的仲甲醛和對甲苯磺酸水合物從N-(羥甲基)丙烯酰胺 制備N，N′-氧代二亞甲基二丙烯酰胺醚。
PH1 2，2-二甲氧基-1，2-二苯基-1-乙酮。
CACO 粒度為4至20mm的粉末狀，未經處理的碳酸鈣填料，可從俄亥俄州辛辛那提市的Aluchem公司購得。
CMS 硅酸鈣填料，可以商品名“Wollastokup”從紐約州威爾斯波羅市的Nylo公司購得。
CRY 白色粉末級冰晶石研磨助劑，可從俄亥俄州克利夫蘭市的Kaiser化學公司購得。
底材注模的一般步驟用注模法制作底材的一般步驟如下。用于底材中的成分先在80℃下干燥4小時。尼龍熱塑性樹脂為顆粒形式。纖維包含在顆粒中。增韌劑也呈顆粒形式，只有NTS例外，它是在注模之前預先復合到熱塑性聚合物中去的。各成分稱重后放入一個5加侖容積的桶內。桶中插入漿式混合器，使桶迴轉但保持槳式混合器靜止不動從而使成分充分混和。然后使所得的混合物落入一臺Van Dorn公司制造的300噸注模機的料筒中。該注模機料筒中有三個溫度區(qū)。第一區(qū)的溫度約為265℃，第二區(qū)的溫度約為270℃，第三區(qū)的溫度約為288℃。注模機料筒噴嘴的溫度約為270℃，模子的溫度為約93℃。注射時間為約一秒鐘。螺桿速度較慢，即低于100轉/分(rpm)。注模壓力為100kg/cm2。注射速度約為0.025m/s。一次注射的量為約23cm3。組分通過注模而形成圓盤形狀，其直徑為17.8cm，厚度為0.84mm，中心孔直徑為2.2cm。
邊緣剝落試驗邊緣剝落試驗測量工件上4130號低碳鋼被切削或打磨下來的數(shù)量以及磨料涂敷制品上磨料顆粒損耗的數(shù)量。磨料顆粒損耗就相當于“剝落”量，亦即磨料顆粒從底材上過早脫落。每個實施例中的涂敷磨料圓盤(直徑17.8cm，中心孔徑2.2cm)裝到直徑為16.5cm，最大厚度為1.5cm的硬質酚醛塑料托盤上。托盤再裝到直徑為15.2cm的碳鋼法蘭上。涂敷磨料圓盤以3，550rpm的速度旋轉。工件為直徑25cm的4130號低碳鋼圓盤的外緣(寬1.6mm)，工件方向與垂直于磨料圓盤的位置成18.5°角。工件以2rpm的速度旋轉，并以2.1kg的負載使之與涂敷磨料圓盤的磨料表面接觸。研磨界面處壓力大小約為28kg/cm2范圍。試驗終點為8分鐘。試驗終止后對工件稱重以確定從工件上切削或打磨下來的金屬數(shù)量。另外在測試前后也對磨料圓盤進行稱重以確定在使用中損耗了多少磨料。理想的涂敷磨料制品的磨料顆粒重量損失低，磨削量則較高。所有重量均以克數(shù)給出。
滑動試驗Ⅰ這項試驗以及滑動試驗Ⅱ和Ⅲ設計用于確定在“最糟糕的情況下的”性能。每項試驗的條件逐漸變得更加苛刻。所有三項試驗中采用同一種托盤以減少變化因素。每個實施例中的涂敷磨料圓盤(直徑為17.8cm，中心孔徑2.2cm)裝到作托盤(直徑16.5cm，最大厚度1.5cm)用的鋁板上。然后將磨料涂敷盤裝在風動研磨機上以6000rpm的速度旋轉。工件為304不銹鋼塊(寬2.54cm，長17.8cm)。轉動的涂敷磨料圓盤保持位置不變，工件則在圓盤下方來回往復運動。研磨界面處的作用力約為6.8kg。研磨連續(xù)進行直到涂敷磨料制品失效或研磨時間達到20分鐘為止，兩者中哪一條時間短就以它為準。制品失去結構完整性就是出現(xiàn)“失效”，亦就是撕裂，折斷或斷裂。試驗中打磨下來的不銹鋼的數(shù)量也計算出來。
滑動試驗Ⅱ滑動試驗Ⅱ的操作步驟與滑動試驗I中的相同，只有下列變動。工件為1018號低碳鋼塊(寬2.54cm，長17.8cm)。研磨界面處的作用力約為9.1kg。
滑動試驗Ⅲ滑動試驗Ⅲ的操作步驟與滑動試驗Ⅱ中的相同，只是工件為304不銹鋼塊(寬2.54cm、長17.8cm)。這項試驗是很苛刻的。這些研磨條件并非典型的工業(yè)研磨工況。
拉伸試驗每個實施例中的底材用沖剪或縱向切割的辦法做成寬2.54cm，長17.8cm的試驗樣品。每個試樣沒有粘結涂層(如結構涂層及施膠涂層)和磨料顆粒。每個試樣隨后以12.7cm的標距長度裝到Instron試驗機上，先以0.51cm/min的速度拉伸至伸長率達到5%，隨后以5.1cm/min的速度拉伸以測定拉伸強度，它也就是使試樣斷裂所需的最大作用力。在室溫和150℃的溫度下測定拉伸強度。在有些實施例中試樣沖剪時是按“機器走向”或底材“橫向”進行的。對于注模底材，機器走向的試樣在沖剪時是沿著注模過程中組分流動的平行方向進行的，而橫向試樣在沖剪時則是沿著注模過程中組分流動的垂直方向進行的。在有些實施例中記錄的是平均的拉伸強度測定值，也就是機器走向拉伸值與橫向拉伸值的平均值。
角鐵試驗涂敷磨料圓盤樣品(直徑17.8cm，厚0.76至0.86mm，中心孔徑2.2cm)先進行彎折，也就是使磨料/粘結涂層均勻而定向地開裂，然后攤平放在相對濕度為45%的濕度室中保持3天(除非另有規(guī)定說明)。然后將涂敷磨料裝到直徑10.2cm，最大厚度為1.5cm的硬質酚醛塑料托盤上。這樣做的結果是涂敷磨料圓盤的邊緣并未受到托盤的支承。隨后將每個涂敷磨料圓盤/托盤組件固定在風動研磨機上以4500rpm的速度旋轉。研磨機的風壓為2.3kg/cm2。該風動研磨機裝在辛辛那提Milacron公司T3型工業(yè)機器人上，是機器人臂上恒定負載和均衡器的一部分。該恒定負載為約2.3kg/cm2。本項試驗用的工件包括兩塊1018號低碳鋼，它們焊接在一起構成一個V形工件，使兩塊鋼板之間約成140°角。每塊鋼板長0.77m，厚2.54cm。這種工件如圖5中所示。涂敷磨料圓盤保持為40°角，用力壓入140°角的楔形或V形中并來回掃經工件長度。試樣圓盤掃經工件的速率為涂敷磨料圓盤沿一個方向運動經過0.75m的工件長度用時約為15秒。研磨連續(xù)進行直到試驗結束為止。試驗終點一般為15分鐘或者涂敷磨料底材喪失結構完整性(即撕裂、折斷、斷裂，或出現(xiàn)長度超過0.6cm的邊緣開裂)而失效，這兩項中哪一項先達到即為終點。一般說來，若涂敷磨料制品的底材在2分鐘的試驗時間內就出現(xiàn)長度約為0.6cm的邊緣開裂或者喪失結構完整性，則該底材是不能采納的。涂敷磨料制品若能在至少約2分鐘研磨中不出現(xiàn)這種開裂或不喪失結構完整性，則此制品“通過”角鐵試驗，亦即其質量可以接受。
實施例1至28和對比例A至C這一組實施例說明構成本發(fā)明底材所用組分的各種比例。
對比例A對比例A用的涂敷磨料為24級的商品名為“Paint Buster”的纖維圓盤，可從明尼蘇達州圣保爾市的3M公司購得。
對比例B對比例B用的涂敷磨料為24級的商品名為“CreenCorp”的纖維圓盤，可從明尼蘇達州圣保爾市的3M公司購得。
對比例C對比例C用的涂敷磨料用實施例1至16中相同的方法制作，只是其底材為普通的厚度為0.84mm的硬化紙板底材。
實施例1至28構成本發(fā)明底材的各種組分的比例概括于表1中。底材是按前面“底材注模的一般步驟”一節(jié)中概述的方式制作的。各圓盤(亦即每個實施例中的圓盤)的配方隨后用于涂敷磨料結構中。
實施例1至16用刷子將結構涂層涂到底材的適當?shù)囊粋?，重量?34g/m2。結構涂層由48%的RP與52%的CACO所得的含固體84%的混和物構成。在這一組實施例以及所有的實施例中所用的溶劑為90/10比例的水/C2H5O(CH2)2OH。用靜電涂覆將24號熱處理熔融氧化鋁顆粒植入到結構涂層中，重量為1400g/m2。所得材料在88℃下加熱預固化90分鐘。然后在磨料顆粒上涂以施膠涂層，重量為570g/m2。施膠涂層由48%的RP與52%的CMS所得的含固體78%的混和物構成，所得產物在88℃下加熱預固化90分鐘，再在120℃下最終加熱固化12小時。隨后將每個圓盤通過加重量的碳鋼和橡膠輥子之間使之彎折，以使磨料/粘結涂層均勻而定向地開裂，試驗前在相對濕度為45%的條件下濕潤處理3天。每個圓盤均按邊緣剝落試驗測試。從表2可以看到結果。注意其中的礦物質損耗和鋼材磨削量在每個實施例中均為5個左右圓盤的平均值。
實施例17至28實施例17至28中的涂敷磨料是用分別相應于實施例1至12中的同樣方式制備的，只是所用的結構涂層及施膠涂層的組成以及預固化處理不一樣。另外，實施例17至28中的涂敷磨料只采用邊緣剝落試驗進行測試。結構涂層為0.75%PH1，21.6%BAM，26.4%RP和52%CACO的混和物(含固體84%)。結構涂層的預固化是讓結構涂層/磨料顆粒在4.6m/min的速率下分三次受紫外光線照射。紫外光源是以118w/cm工作的帶聚焦反射器的Fusion“D”燈泡，可從馬里蘭州洛克維爾市的Fusion系統(tǒng)公司購得。涂覆的底材在燈泡下方約10cm處以大約4.6m/min速率通過。通過次數(shù)(本例中為3次)決定于達到足夠固化程度的需要，所謂足夠固化程度是指即使在適度的變形壓力下仍能保持磨料顆粒的取向。試樣按上面實施例1至16中所述經受最終熱固化處理。從表2中可看到打磨結果。
表2邊緣剝落試驗結果
＊在這個實施例中未測定鋼材切削量表2所示結果表明，熱塑性底材成功地達到了試驗所定的標準，即礦物質損耗不超過6g，鋼材磨削量至少為125g。另外，實施例17至28中含BAM的粘結層其性能(按鋼材磨削量而定)相當于或優(yōu)于實施例1至12中含酚醛樹脂但不含BAM的粘結層。
實施例1至16中的涂敷磨料圓盤試樣還在45%相對濕度下濕潤處理3周(而不是表2所列結果用的3天)。然后從濕度室中取出圓盤，放在房間環(huán)境條件下1周。這些圓盤按滑動試驗Ⅲ和角鐵試驗進行測試。結果分別列在下面的表3和表4中。滑動試驗Ⅲ中未測定磨削量，即從工件上磨削下來的鋼材量。在角鐵試驗中，測試在研磨8分鐘之后停止。另外在角鐵試驗中，只要底材中一出現(xiàn)開裂跡象也就終止測試。在許多例子中這些圓盤其實還可以繼續(xù)用于打磨。
表3滑動試驗Ⅲ
表4角鐵試驗
表3結果表明，雖然控制例C顯示其出現(xiàn)失效前的時間最長，但在此項苛刻的試驗中它在打磨4分鐘之后就沒有任何磨削作用了。而實施例1至16則繼續(xù)磨削直至失效，大部分都明顯超過了4分鐘。表4所列結果表明，在此項試驗中本發(fā)明的磨料制品其性能明顯就優(yōu)于對比例。
實施例29與30和對比例D與E這一組實施例將本發(fā)明的底材與普通的涂敷磨料底材進行比較。這些實施例中的涂覆磨料按邊緣剝落試驗、角鐵試驗和滑動試驗Ⅰ進行測試。測試結果是至少兩個圓盤的平均值。測試結果列于表5、6和7中。
實施例29本實施例中的底材是按“底材注模的一般步驟”制作的。該底材含74.7%N6B，20.0%EFG，3.5%PP066和1.8%SBS。包含這種底材的涂覆磨料如下制作。底材頂面一側涂以結構涂層，重量為206g/m2。結構涂層由26.4%RP，21.6%BAM，0.96%PH1，18.2%CMS和33.8%CACO的混和物構成(含固體84%)。接著將50號熱處理熔融氧化鋁磨料顆粒(可從奧地利特雷巴克市特雷巴克化學公司購得)用靜電法植入結構涂層中，重量為618g/m2。涂覆的底材在Fusion“D”紫外線燈泡下方的10cm處通過，燈泡工作功率為118w/cm，通過速度為4.6m/min。通過次數(shù)(本例中為3次)取決于達到足夠固化程度的需要，所謂足夠固化程度提指即使在適度的變形壓力下仍能保持磨料顆粒取向不變。樣品如實施例1至16所述經受最終熱固化處理。然后在磨料顆粒上涂以施膠涂層，重量為380g/m2。該施膠涂層由32%RP，66%CRY和2%氧化鐵的混合物構成(含固體78%)，氧化鐵用于染色。所得產物在88℃下接受加熱預固化90分鐘，再在120℃下接受最終熱固化處理12小時。隨后在測試前對圓盤進行撓曲處理并在45%相對濕度下濕潤3天。
實施例30實施例30中的涂敷磨料制品的制作及測試方式與實施例29中相同，只是涂敷磨料制品在測試前先在一桶室溫的水中浸泡24小時，然后在室溫下干燥。
對比例D對比例D中的涂敷磨料制品的制作與測試方式與實施例29中相同，只是其底材為普通的0.84mm厚的硬化紙板底材，這種底材可從特拉華州約克林市的NVF公司購得。
對比例E對比例E中的涂敷磨料制品的制作與測試方式與實施例30中的相同，只是采用不同的熱塑性底材。該熱塑性底材按“底材注模的一般步驟”制作。該底材基本上只包含MFN6。在此底材中沒有增強纖維。

這些結果表明本發(fā)明的磨料制品等價于或超過對比例的性能。對比例E嚴重失效，圓盤上好幾塊在角鐵試驗中同時脫落。雖然對比例E是用充填礦物質的尼龍6制作的，在底材整體中并無纖維質增強物料分布。
實施例31至33和對比例F與G這些例子將本發(fā)明的各個方面與普通底材進行比較。按這些例子制作的涂覆磨料均按邊緣剝落試驗測試。結果列于表8中。
實施例31實施例31中的涂敷磨料圓盤是按實施例29中的同樣方法制作的，只是所用的是不同的磨料顆粒。這種磨料顆粒為按美國專利第4，744，802和5，011，508號介紹的方法制備的50號陶瓷氧化鋁，這兩項專利均在此并入本文作為公開內容的一部分。
實施例32實施例32中的涂敷磨料圓盤是按實施例31中的同樣方法制作的，只是圓盤的結構特性不同。該圓盤直徑17.8cm，中心孔徑2.2cm。該圓盤上有180條肋沿著靠外緣的3.2cm從盤中心向外投射，與半徑方向成50°角(見圖3)。
實施例33實施例33中的涂敷磨料圓盤是按實施例32中的同樣方法制作的，只是底材的組成不同。該底材含73.5%N6B，20.7%EFG，3.9% NTS和1.9%SBS。
對比例F對比例F中的涂覆磨料為50號“Regal”樹脂粘合纖維圓盤，可從明尼蘇達州圣保爾市的3M公司購得。
對比例G對比例G中的涂敷磨料圓盤是用實施例31中同樣的方法制作的，只是底材為0.84mm厚的硬化紙板底材，它可從特拉華州約克林市的NVF公司購得。
這些結果表明本發(fā)明的磨料制品很容易就達到試驗標準即礦物質損耗不超過6g，鋼材磨削量至少為125g。
實施例34至36和對比例H這些例子將本發(fā)明的各個方面與普通底材進行比較。按這些例子制作的涂敷磨料制品用滑動試驗Ⅱ測試。結果列于表9中。
實施例34實施例34中的底材按“底材注模的一般步驟”制備。底材包含80%N6B，5%EFG，12%PP066和3%SBS。制作涂敷磨料制品的其余步驟與實施例17至28中所概述的相同。
實施例35實施例35中的涂敷磨料制品是用實施例34中相同的方法制作的，只是其底材包含74.7%N6B，20%EFG，3.5%PP066和1.8%SBS。
實施例36實施例36中的涂敷磨料制品是用實施例34中相同的方法制作的，只是其底材包含54%N6B，31%EFG，12%PP066和3%SBS。
對比例H對比例H中的涂敷磨料制品包含24號“Three-M-ite”樹脂粘合纖維盤，可從明尼蘇達州圣保爾市的3M公司購得。
這些結果表明，增強纖維含量對于磨料制品底材達到適宜的性能是很重要的，最好在底材中含約15%至30%的纖維。在實施例34中，底材失效出現(xiàn)時間比其它樣品短。底材在工件上翹曲，出現(xiàn)斷裂，底材上的小塊飛散。據(jù)認為這是由于增強玻璃纖維的數(shù)量不足以經受本項特殊試驗的苛刻條件。這不一定意味著就不能發(fā)展一種含1%至5%纖維質增強物料又較長時間經受這項試驗的條件的底材。實施例35中的圓盤經受住了整個試驗，只是底材稍有變形。在實施例36中，圓盤也經受住了整個試驗，但有一些邊緣剝落。
實施例37至42和對比例Ⅰ這一組例子將本發(fā)明各種底材結構的拉伸強度值與普通的硬化紙板底材進行比較。試驗在室溫和150℃下進行。在實施例37至42中，底材均按“底材注模的一般步驟”制作。結果列于表10中。
實施例37本實施例的底材包含74.7%N6B，20%EFG，3.5%PPO66和1.8%SBS。
實施例38本實施例的底材包含74.7%N6B，20%EFGL，3.5%PP066和1.8%SBS。
實施例39本實施例的底材包含74.7%N6B，10%EFG，10%EFGL，3.5%PPO66和1.8%SBS。
實施例40本實施例的底材包含80%N6B，5%EFG，12%PPO66和3%SBS。
實施例41本實施例的底材包含75%N6B，15%PPO66和10%SBS。
實施例42本實施例的底材包含54%N6B，31%EFG，12%PPO66和3%SBS。
對比例Ⅰ本例中的底材為普通的0.84mm厚的硬化紙板，可從特拉華州約克林市NVF公司購得。
所列結果為至少三個讀數(shù)的平均值。所有試樣顯示可接受的拉伸強度。除實施例40以外的所有試樣均通過下述標準150℃下斷裂強度至少為2.54cm寬度45.5kg。這些結果還表明，與對比例相比，本發(fā)明底材的拉伸強度值隨底材取向的變動較小。
實施例43至45實施例43至45按“底材注模的一般步驟”制備，其組成如下面所述。磨料涂層如實施例1至16中所述涂覆，只是所用的是50號“Cubitron”陶瓷氧化鋁顆粒(可從明尼蘇達州圣保爾市3M公司購得)。在這些實施例中對滑動試驗Ⅰ作了改動，是用1018號低碳鋼作工件，研磨操作20分鐘。角鐵試驗延長到20分鐘。這些實施例的試驗結果示于表11中。
實施例43本實施例的底材由100%N6B構成。沒有增韌劑或增強纖維。
實施例44本實施例的底材包含85%N6B和15%EFG。沒有用增韌劑。
實施例45本實施例的底材包含80%N6B和20%EFG。沒有用增韌劑。
這些結果表明沒有增韌劑也能制備性能改善的較好的底材，但仍宜使用增韌劑為好。這些數(shù)據(jù)也進一步證明纖維增強物料的下述好處雖然韌性要比使用增韌劑時低一些，但纖維增強物料可以提供耐熱性和耐壓性，而這是制作可接受的磨料底材所必需的性能。此外，這些數(shù)據(jù)還證明了采用最新型磨料顆粒(相對于前面的實施例而言)的底材具有最優(yōu)良的性能。
實施例46和47以及對比例J和K這一組實施例說明使用橡膠-聚酰胺共聚物增韌劑制作的本發(fā)明底材的特性。這些增韌劑可以商品名“Zytel”從杜邦公司購得。在這些實施例中所用的增韌劑為“Zytel”FN樹脂，它們是撓性尼龍合金。它們是官能化聚酰胺接枝到官能化丙烯酸橡膠上的接枝共聚物。在實施例46和47中，底材按“底材注模的一般步驟”制作。按實施例43至45中所述將磨料涂層涂到實施例46，47，對比例J和對比例K的樣品上。結果列于表12中。
實施例46本實施例的底材包含71.3%N6B，20%EFG和8.7%“Zytel”FN726增韌劑。
實施例47本實施例的底材包含71.5%N6B，20%EFG和8.5%“Zytel”FN718增韌劑。
對比例J本例的底材為普通的0.84mm厚的硬化紙板，可從特拉華州約克林市的NVF公司購得。
對比例K本例的底材為50號“Regal”NF硬化紙板盤，可從明尼蘇達州圣保爾市的3M公司購得。
已就本發(fā)明的各種具體和較適宜的實施方案和方法作了描述。但是應該理解，還可以作出許多變動和修改而仍屬于本發(fā)明的主旨與范疇之內。
權利要求
1.涂敷磨料底材，其特征在于該底材包含(a)韌性、耐熱的熱塑性粘合材料；和(b)分布在上述韌性、耐熱的熱塑性粘合材料整體中的有效數(shù)量的纖維質增強物料，其中韌性耐熱的熱塑性粘合材料與纖維質增強物料一起構成硬化的組合物，它在研磨條件下不會明顯地變形或裂解。
2.根據(jù)權利要求1所述的涂敷磨料底材，其進一步特征為(a)所述的韌性、耐熱的熱塑性粘合材料的熔點至少為200℃;和(b)所述的纖維質增強物料為單纖維形式，其熔點至少比所述的韌性、耐熱的熱塑性粘合材料的熔點高25℃。
3.根據(jù)權利要求1所述的涂敷磨料底材，其進一步特征為以底材重量為基準，所述的韌性、耐熱的熱塑性粘合材料的含量為60%至99%(重量)。
4.根據(jù)權利要求1所述的涂敷磨料底材，其中進一步包含模注在其上的連裝部分。
5.根據(jù)權利要求4所述的涂敷磨料底材，其中的底材為圓盤形，所述的連裝部分位于圓盤中心。
6.涂敷磨料制品，其特征為包含前述權利要求中任何一項所述的底材，其進一步的特征在于(a)在底材的工作表面上涂有第一粘結層;(b)磨料嵌入第一粘結層中;和(c)在磨料和第一粘結層上涂以第二粘結層。
7.根據(jù)權利要求6所述的涂敷磨料制品，其進一步特征在于所述底材的背面有模制其上的肋條，該肋條以徑向方式模制在所述底材的背面上。
8.根據(jù)權利要求6所述的涂敷磨料制品，其進一步特征在于所述的底材有一個邊緣區(qū)和中心區(qū);所說的邊緣區(qū)相對于所說的中心區(qū)而言厚度要增加一些。
9.制作權利要求6，7和8項中任何一項所述的涂敷磨料制品的方法，該方法的進一步特征在于(a)將韌性、耐熱的熱塑性粘合材料與有效數(shù)量的纖維質增強物料結合在一起，使纖維質增強物料分布在整個韌性、耐熱的熱塑性粘合材料中，從而形成軟性的可模注混合物;(b)用上述軟性的可模注混合物做成成形的物件;(c)冷卻上述成形物件以形成涂敷磨料制品用的硬化底材;該硬化底材在使用中能耐受工作條件，因而該硬化底材不會明顯地變形或裂解;(d)在硬化底材上涂一層粘結劑;和(e)在上述的涂覆有一層粘結劑的硬化底材上敷一層磨料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種涂敷磨料制品用的底材。本發(fā)明的底材包含韌性、耐熱的熱塑性粘合材料和有效數(shù)量的遍布于所述的熱塑性粘合材料中的纖維質增強物料。所述的韌性、耐熱的熱塑性粘合材料與纖維質增強物料一起構成硬化組合物，它在使用中不會明顯變形或裂解。
文檔編號B24D11/00GK1073389SQ9211372
公開日1993年6月23日 申請日期1992年12月18日 優(yōu)先權日1991年12月20日
發(fā)明者G·M·斯托特, J·G·霍曼, J·R·姆利納, L·R·賴特 申請人:明尼蘇達州采礦制造公司