包含形成的磨料顆粒的非織造磨料制品的制作方法
【專利說明】包含形成的磨料顆粒的非織造磨料制品
【背景技術(shù)】
[0001] 非織造磨料制品通常具有非織造纖維網(wǎng)（例如，膨松有彈性的開口纖維纖維網(wǎng)）、 磨料顆粒、和粘合劑材料（通常稱為"粘合劑"），粘合劑將非織造纖維網(wǎng)內(nèi)的纖維互相粘合 并將磨料顆粒固定到非織造纖維網(wǎng)。非織造磨料制品的示例包括非織造磨料手工研磨墊， 諸如由明尼蘇達州圣保羅的3M公司（3M Company)以商品名"SC0TCH-BRITE"出售的那些。
[0002] 非織造磨料制品的其它示例包括回旋磨輪和成套磨輪。非織造磨輪通常具有通過 用粘合劑粘合在一起的非織造纖維網(wǎng)層分布的磨料顆粒，粘合劑將非織造纖維網(wǎng)層粘合在 一起，并且也將磨料顆粒粘合到非織造纖維網(wǎng)。成套磨輪具有以平行方式布置的各個非織 造纖維網(wǎng)盤，以形成具有中空軸芯的圓柱體。另選地，回旋磨輪具有繞著芯構(gòu)件螺旋卷繞并 固定到芯構(gòu)件上的非織造纖維網(wǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 當在工件上使用非織造磨料制品時它們的材料去除率和所得光潔度為重要性能 屬性。對于一些應用而言，非常期望降低在工件上的所得表面粗糙度（光潔度）同時保持 或甚至增大使用中非織造磨料制品的材料去除率。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，如根據(jù)所公開的測試 方法所評估，根據(jù)本發(fā)明的非織造磨料制品當與如實例中所示的使用壓碎磨料顆粒的替代 非織造磨料制品相比時在總切割量方面表現(xiàn)出顯著改進。
[0004] 具體地，發(fā)現(xiàn)形成的陶瓷磨料顆粒尺寸與非織造纖維直徑的比率對非織造磨料制 品的總切割量具有令人驚訝的影響。如果比率變得過小，那么總切割量急劇減少，且如果比 率變得過大，那么總切割速率又急劇下降。該結(jié)果是尤其令人驚訝的，因為對照樣品具有各 種尺寸的壓碎磨料顆粒，并且具有與磨料顆粒尺寸或非織造纖維直徑無關(guān)的相當一致的總 切割量。因此，僅使用形成的陶瓷磨料顆粒的非織造織物表現(xiàn)出該獨特的屬性。
[0005] 從而，在一方面，本發(fā)明在于非織造磨料制品，其包括非織造纖維網(wǎng)；將形成的陶 瓷磨料顆粒粘附到非織造纖維網(wǎng)的纖維的粘合劑；形成的陶瓷磨料顆粒具有形成的陶瓷磨 料顆粒尺寸并且纖維具有纖維直徑；并且其中形成的陶瓷磨料顆粒尺寸與非織造纖維直徑 的比率為0.3至5.0。
【附圖說明】
[0006] 在說明書和附圖中重復使用的標記旨在表示本公開的相同或類似的特征結(jié)構(gòu)或 元件。
[0007] 圖IA是非織造磨料的顯微照片，該非織造磨料具有通過粘合劑被粘附到非織造 纖維的成形磨料顆粒并且形成的陶瓷磨料顆粒尺寸與纖維直徑的比率為〇. 31。
[0008] 圖IB是非織造磨料的顯微照片，該非織造磨料具有通過粘合劑被粘附到非織造 纖維的成形磨料顆粒并且形成的陶瓷磨料顆粒尺寸與纖維直徑的比率為〇. 73。
[0009] 圖IC是非織造磨料的顯微照片，該非織造磨料具有通過粘合劑被粘附到非織造 纖維的成形磨料顆粒并且形成的陶瓷磨料顆粒尺寸與纖維直徑的比率為4. 86。
[0010] 圖2是繪制具有成形磨料顆粒的非織造磨料制品與具有壓碎磨料顆粒的非織造 磨料制品相比的總切割量對磨料顆粒尺寸與纖維直徑的比率的曲線圖。
[0011] 圖3是繪制具有成形磨料顆粒的基于短纖維的非織造磨料制品的總切割量對磨 料顆粒尺寸與纖維直徑的比率的曲線圖。
[0012]
[0013] 如本文所用，詞語"包含"、"具有"和"包括"的變型在法律上是等同的且是開放式 的。因此，除了所列舉的元件、功能、步驟或限制之外，還可以存在其它未列舉的元件、功能、 步驟或限制。
[0014] 如本文所用，"形成的陶瓷磨料顆粒"意指具有至少部分地復制的形狀的磨料顆 粒。制作形成的陶瓷磨料顆粒的一種工藝包括在具有預定形狀的模具中使前體陶瓷磨料顆 粒成形以制作陶瓷成形磨料顆粒。在模具中形成的陶瓷成形磨料顆粒是在形成的陶瓷磨料 顆粒種類中的一個種類。制作其它種類的形成的陶瓷磨料顆粒的其它工藝包括通過具有預 定形狀的孔口擠出前體陶瓷磨料顆粒，通過具有預定形狀的印刷絲網(wǎng)中的開口印刷前體陶 瓷磨料顆粒，或者將前體陶瓷磨料顆粒壓印為預定形狀或圖案。形成的陶瓷磨料顆粒的非 限制性示例包括成形磨料顆粒，諸如，如公開于美國專利再公告專利35, 570 ;5, 201，916 ; 5, 984, 998 ;8, 034, 137 ;8, 123, 828 ;8, 142, 531 ;8, 142, 532 和 8, 142, 891 ;以及公開于美國 專利公開2009/0169816、2010/0146867和2010/0319269中的三角形板，或由圣戈班磨料磨 具公司（Saint-Gobain Abrasives)生產(chǎn)的通常具有圓形截面的細長陶瓷棒/長絲，其例子 在美國專利號5, 372, 620中公開。形成的陶瓷磨料顆粒通常是大體均勻的或基本上一致 的，并且保持其燒結(jié)形狀而無需使用將較小磨料顆粒粘合到凝聚結(jié)構(gòu)中的粘合劑諸如有機 或無機粘合劑，但不包括通過生產(chǎn)無規(guī)尺寸和形狀的磨料顆粒的壓碎或粉碎工藝得到的磨 料顆粒。在多個實施例中，形成的陶瓷磨料顆粒包括燒結(jié)的α氧化鋁的均勻結(jié)構(gòu)或主要由 燒結(jié)的α氧化鋁組成。
【具體實施方式】
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的各種示例性磨料制品，其包括膨松有彈性的開口非織造磨料制品 (例如纖維網(wǎng)和片材）、成套磨輪和回旋磨輪，該磨料制品可以通過包括諸如，例如在非織 造纖維網(wǎng)上涂敷通常呈漿液形式的可固化組合物的步驟的工藝制造。在形成回旋磨輪或成 套磨輪的過程中，通常相對于在膨松有彈性的開口非織造纖維制品中所用的非織造纖維網(wǎng) 來壓縮非織造纖維網(wǎng)（即，使其致密）。
[0016] 在其它工藝中，非織造磨料制品可以通過以下步驟制作：首先形成非織造纖維 網(wǎng)、將底膠層施加到非織造纖維網(wǎng)、將形成的陶瓷磨料顆粒施加到底膠層、固化底膠層并 且然后將復膠涂層施加在底膠層上并固化復膠涂層。在題為"Low Density Abrasive Product and Method of Making the Same (低密度磨料產(chǎn)品及其制備方法）"的美國專利 號4, 227, 350 (Fitzer)中公開了此類工藝和非織造纖維網(wǎng)。
[0017] 非織誥纖維網(wǎng)
[0018] 適用于上述磨料制品的非織造纖維網(wǎng)在磨料領(lǐng)域中是眾所周知的。通常，非織造 纖維網(wǎng)包括纏結(jié)的纖維纖維網(wǎng)。纖維可包括連續(xù)纖維、短纖維或它們的組合。例如，非織造 纖維網(wǎng)可包括長度為至少約20毫米（mm)、至少約30mm、或至少約40mm，且小于約110mm、小 于約85mm、或小于約65mm的短纖維，但更短和更長的纖維（例如連續(xù)長絲）也是可用的。 纖維的細度或線密度可為至少約1. 7分特（dtex，即，克/10000米）、至少約6dtex、或至少 約17dtex，且小于約560dtext、小于約280dtex、或小于約120dtex，但具有更小和/或更大 線密度的纖維也是可用的。具有不同線密度的纖維的混合物可用于例如提供磨料制品，所 述磨料制品在使用時將會產(chǎn)生尤其優(yōu)選的表面光潔度。如果使用的是紡粘非織造物，那么 長絲可以具有大得多的直徑，例如，直徑高達2_或更大。
[0019] 可例如通過常規(guī)的氣流成網(wǎng)、梳理、縫編、紡粘、濕法成網(wǎng)和/或熔噴過程制造非 織造纖維網(wǎng)。可使用諸如，例如可商品名"RANDO WEBBER"從紐約州馬其頓的蘭多機器公司 (Rando Machine Company, Macedon, New York)商購獲得的設(shè)備制備氣流成網(wǎng)非織造纖維 網(wǎng)。
[0020] 通常選擇這樣的非織造纖維網(wǎng)：該非織造纖維網(wǎng)與粘附粘合劑和磨料顆粒適宜地 相容，同時還可與磨料制品的其它組分組合地加工，并且通?？梢猿惺芗庸l件（例如溫 度），諸如在施加和固化可固化組合物的過程中采用的那些條件。可以選擇纖維以影響磨 料制品的特性諸如，例如，柔韌性、彈性、耐久性或保質(zhì)期、研磨性和光潔度特性?？梢赃m用 的纖維的示例包括天然纖維、合成纖維、以及天然和/或合成纖維的混合物。合成纖維的示 例包括由聚酯（例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯）、尼龍（例如，六亞甲基己二酰胺、聚己內(nèi)酰 胺）、聚丙烯、丙烯腈（即，丙烯酸類樹脂）、人造絲、醋酸纖維素、聚偏二氯乙烯-氯乙烯共 聚物、以及氯乙烯-丙烯腈共聚物制成的那些。合適的天然纖維的示例包括棉花、羊毛、黃 麻、和大麻。纖維可為天然的材料或例如從服裝碎料、地毯制造、纖維制造或紡織物加工中 回收的再循環(huán)材料或廢料。纖維可為均勻的或復合材料，諸如，雙組分纖維（例如，共紡的 皮-芯型纖維）。纖維可為拉伸和卷曲的，但是也可為連續(xù)長絲，諸如由擠出工藝形成的那 些長絲。也可以使用纖維的組合。
[0021] 在用可固化組合物浸漬之前，如在任何涂布（例如，用可固化組合物或任選的預 粘合樹脂）之前所測得，非織造纖維網(wǎng)的每單位面積重量（即，基重）通常為至少約50克 每平方米（gsm)、至少約lOOgsm、或至少約200gsm ;和/或小于約400gsm、小于約350gsm、 或小于約300gsm，但也可使用更大和更小的基重。此外，在用可固化組合物浸漬之前，纖維 纖維網(wǎng)的厚度通常為至少約5mm、至少約6mm、或至少約IOmm ;和/或小于約200mm、小于約 75mm、或小于約30mm，但更大和更小的厚度也是可用的。
[0022] 與非織造磨料制品、磨輪以及它們的制造方法相關(guān)的另外細節(jié)可見于例如美國專 利 2,958, 593 (Hoover 等人）；5,591，239 (Larson 等人）；6, 017, 83I (Beardsley 等人）以及 6, 979, 713 (Barber, Jr.)。
[0023] 很多情況下，在用可固化組合物涂布之前將預粘合樹脂施加到非織造纖維網(wǎng)上是 可用的。預粘合樹脂用于例如在處理過程中幫助保持非織造纖維網(wǎng)的完整性，并且還可以 促進聚氨基甲酸酯粘合劑與非織造纖維網(wǎng)的粘合。預粘合樹脂的示例包括酚醛樹脂、聚氨 基甲酸酯樹脂、皮膠、丙烯酸類樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環(huán)氧樹脂以及它們的組 合。通常將以此方式使用的預粘合樹脂的量朝著符合在纖維的交叉接觸點處將纖維粘合在 一起的最小量進行調(diào)節(jié)。如果非織造纖維網(wǎng)包括可熱粘合的纖維，那么非織造纖維網(wǎng)的熱 粘合也可以有助于在加工過程中保持纖維網(wǎng)的完整性。
[0024] 在其它實施例中，非織造纖維網(wǎng)可以通過在美國專利4, 227, 350中公開并且在其 中合成有機長絲形成材料被加熱至熔融狀態(tài)并從噴絲頭擠出以提供的自由落下的長絲束 的實例中使用的工藝來制造。長絲自由落下通過空氣空