非織造磨料制品及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)廣義上涉及非織造磨料制品及其制備方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 包括粘結(jié)在相鄰纖維之間的接觸點(diǎn)處的三維纖維幅材的非織造磨料制品廣泛地 用于磨料制品的制造，以用于多個(gè)表面的任何表面上的清潔、研磨、修整和拋光應(yīng)用。除了 織造幅材之外，非織造磨料制品通常包括磨料顆粒和粘合劑材料（通常稱(chēng)為"粘合劑"），所 述粘合劑材料將非織造幅材內(nèi)的纖維彼此粘結(jié)并將磨料顆粒固定到非織造幅材。
[0004] 一種常見(jiàn)類(lèi)型的非織造磨料包括膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材。此類(lèi)非織造磨料制 品的示例為美國(guó)專(zhuān)利2, 958, 593 (Hoover等人）中描述的那些。示例性商業(yè)非織造磨料制 品包括非織造磨料手工研磨墊，諸如由明尼蘇達(dá)州圣保羅的3M公司（3MCompanyofSaint Paul,Minnesota)以商品名SC0TCH-BRITE出售的那些。
[0005] 非織造磨料制品的其他示例包括回旋磨輪和成套磨輪。非織造磨輪通常具有穿過(guò) 用粘合劑粘合在一起的非織造幅材層分布的磨料顆粒，所述粘合劑將非織造幅材層粘結(jié)在 一起，并同樣將磨料顆粒粘合劑非織造幅材上。成套磨輪具有以平行方式布置的各個(gè)非織 造幅材盤(pán)，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)件螺旋地卷繞并 附連到芯構(gòu)件的非織造幅材。
[0006] 不管非織造磨料制品的構(gòu)造如何，它們的研磨性能由于經(jīng)常使用一般隨時(shí)間推移 而降低。一直存在著對(duì)延長(zhǎng)非織造磨料制品的可用研磨壽命的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將包含金屬硬脂酸酯的疊層組合物施涂到具有未深度浸沒(méi)在 粘合劑材料內(nèi)的磨料顆粒的非織造磨料制品改善了研磨性能，而在磨料顆粒被深度浸沒(méi)的 情況下，相同疊層組合物的添加導(dǎo)致降低的研磨性能。
[0008] 在一個(gè)方面，本公開(kāi)提供一種非織造磨料制品，其包括：
[0009] a)具有工作表面的非織造磨料構(gòu)件，其中所述非織造磨料構(gòu)件包括：
[0010] 膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材，其包括彼此粘結(jié)的纖維；
[0011] 磨料顆粒，其通過(guò)粘合劑材料附著到纖維的至少一部分，其中磨料顆粒的至少一 部分沿與非織造磨料構(gòu)件的工作表面相鄰的纖維形成磨料顆粒的可見(jiàn)外層，其中可見(jiàn)外層 中的磨料顆粒是密集堆積的，并且其中在數(shù)值基礎(chǔ)上，可見(jiàn)外層中的磨料顆粒的至少80% 具有可辨認(rèn)輪廓；以及
[0012] b)疊層組合物，其設(shè)置在磨料顆粒的可見(jiàn)外層的至少一部分上，從而形成非織造 磨料制品，其中疊層組合物包含脂肪酸金屬鹽。
[0013] 在另一方面，本公開(kāi)提供一種制備磨料制品的方法，該方法按順序包括：
[0014] a)提供具有工作表面的非織造磨料構(gòu)件，其中所述非織造磨料構(gòu)件包括：
[0015] 膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材，所述膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材包括彼此粘合的纖 維；
[0016] 磨料顆粒，其通過(guò)粘合劑材料附著到纖維的至少一部分，其中磨料顆粒的至少一 部分沿與非織造磨料構(gòu)件的工作表面相鄰的纖維形成磨料顆粒的可見(jiàn)外層，其中可見(jiàn)外層 中的磨料顆粒是密集堆積的，并且其中在數(shù)值基礎(chǔ)上，可見(jiàn)外層中的磨料顆粒的至少80% 具有可辨認(rèn)輪廓；以及
[0017]b)將疊層組合物設(shè)置在磨料顆粒的可見(jiàn)外層的至少一部分上，從而形成非織造磨 料制品，其中疊層組合物包含脂肪酸金屬鹽。
[0018] 本發(fā)明人已進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了一種便利的測(cè)試，該測(cè)試可預(yù)測(cè)哪些非織造磨料制品將 從含有金屬硬脂酸酯的疊層組合物的施涂中受益。
[0019] 因此，在另一方面，本公開(kāi)提供一種非織造磨料制品，其包括：
[0020] 具有工作表面的非織造磨料構(gòu)件，其中所述非織造磨料構(gòu)件包括：
[0021 ] 膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材，所述膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材包括彼此粘結(jié)的纖 維；以及
[0022] 通過(guò)粘合劑材料附著到纖維的磨料顆粒，其中根據(jù)本文所描述的摩擦測(cè)試，非織 造磨料構(gòu)件的工作表面具有至少〇. 54的動(dòng)力學(xué)摩擦系數(shù)；以及
[0023] 疊層組合物，其設(shè)置在與工作表面相鄰的粘合劑材料和磨料顆粒的至少一部分 上，從而形成非織造磨料制品，其中疊層組合物包含脂肪酸金屬鹽。
[0024] 同樣，在另一方面，本公開(kāi)提供一種制備磨料制品的方法，該方法按順序包括：
[0025] 提供具有工作表面的非織造磨料構(gòu)件，其中所述非織造磨料構(gòu)件包括：
[0026] 膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材，所述膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材包括彼此粘結(jié)的纖 維；
[0027] 通過(guò)粘合劑材料附著到纖維的磨料顆粒，其中根據(jù)本文所描述的摩擦測(cè)試，非織 造磨料構(gòu)件的工作表面具有至少〇. 54的動(dòng)力學(xué)摩擦系數(shù)；以及
[0028] 將疊層組合物設(shè)置在與工作表面相鄰的粘合劑材料和磨料顆粒的至少一部分上， 從而形成非織造磨料制品，其中疊層組合物包含脂肪酸金屬鹽。
[0029] 鑒于上述內(nèi)容，本公開(kāi)也提供一種制備磨料制品的方法，該方法包括：
[0030] a)提供具有工作表面的非織造磨料構(gòu)件，其中所述非織造磨料構(gòu)件包括：
[0031 ] 膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材，所述膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材包括彼此粘結(jié)的纖 維；以及
[0032] 通過(guò)粘合劑材料附著到纖維的至少一部分的磨料顆粒，其中磨料顆粒的至少一部 分被至少部分地嵌入粘合劑材料；以及
[0033] b)等離子體蝕刻與工作表面相鄰的粘合劑材料的一部分，以暴露磨料顆粒的先前 嵌入粘合劑材料的部分，從而提供等離子體蝕刻的非織造磨料構(gòu)件；以及
[0034]c)將疊層組合物設(shè)置在等離子體蝕刻的非織造磨料構(gòu)件的工作表面的至少一部 分上，其中疊層組合物包含脂肪酸金屬鹽。
[0035] 如本文所用，關(guān)于磨料顆粒的術(shù)語(yǔ)"密集堆積"意味著基本上所有的磨料顆粒在最 近的磨料顆粒的一個(gè)平均粒徑的距離內(nèi)（在外表面之間），但是不一定意味著磨料顆粒處 于最密集的理論上可能的包裝布置。
[0036] 如本文所用，關(guān)于磨料顆粒的術(shù)語(yǔ)"可辨認(rèn)輪廓"意味著當(dāng)從至少一個(gè)方向觀察時(shí) 磨料顆粒的周邊輪廓在放大150倍（即，150x)的情況下可由具有20/20視力的肉眼識(shí)別。
[0037] 例如，磨料顆?；旧衔唇](méi)在大量的粘合劑材料中，但是磨料顆?？删哂斜〉?(例如，基本上均勻的）粘合劑涂層，如果薄的粘合劑涂層符合磨料顆粒的形狀，則所述薄 的粘合劑涂層覆蓋磨料顆粒。
[0038] 如本文所用，摩擦測(cè)試如下：
[0039] 非織造磨料構(gòu)件的試樣和待用在該測(cè)試工序中的聚甲基丙烯酸甲酯盤(pán)在使用之 前在17%的相對(duì)濕度和25°C下平衡至少24小時(shí)。通過(guò)將4英寸（10. 2cm)直徑X1/8英 寸（3. 2_)厚的聚甲基丙烯酸甲酯（PMM)盤(pán)（M標(biāo)度的鋼球硬度為90-105)附接到水平測(cè) 試塔板來(lái)制備標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試表面，使得其在測(cè)試期間不可相對(duì)于該塔板移動(dòng)。PMMA表面的表面 粗糙度為=Ra= 〇. 384+/-0. 08 微英寸（0. 0098+/-0. 002 微米），Rz= 3. 95+/-0. 32 微英寸 (0? 100+/-0. 008 微米），R_= 6. 09+/-0. 67 微英寸（0? 155+/-0. 017 微米）。接下來(lái)，從待 測(cè)試的非織造磨料構(gòu)件切割面積為2英寸X2英寸（5cmX5cm)的試樣，并且使用雙面壓敏 粘合帶將該試樣附連到2英寸X2英寸（5cmX5cm)的500克金屬砝碼上，從而確保面積為 2英寸X2英寸的試樣與金屬砝碼相鄰。
[0040] 加權(quán)試樣放置在測(cè)試表面上并且在17%的相對(duì)濕度和25°C下附接到摩擦測(cè)試 機(jī)（例如，購(gòu)自新澤西州西柏林的斯溫-阿爾伯特儀器公司（Thwing-AlbertInstrument Company，WestBerlin，NewJersey)的Thwing-Albert摩擦/剝離測(cè)試儀，型號(hào) 225-100,或 功能等效物）的負(fù)荷傳感器，其中工作表面（即，旨在研磨工件的非織造磨料構(gòu)件的表面） 與PMMA盤(pán)接觸。摩擦測(cè)試機(jī)在31cm/分鐘的水平塔板平移速度下施加水平力，并且動(dòng)力學(xué) 摩擦系數(shù)確定為在5秒時(shí)間間隔內(nèi)的平均動(dòng)力學(xué)摩擦系數(shù)。非織造磨料構(gòu)件通常具有一個(gè) 工作表面（例如，帶）或兩個(gè)工作表面（例如，手工研磨墊）。在非織造磨料構(gòu)件具有多個(gè) 工作表面的情況下，可以使用任何工作表面。
[0041] 圖24示出用于執(zhí)行上述摩擦測(cè)試的示例性構(gòu)造。現(xiàn)在參見(jiàn)圖24,PMMA盤(pán)2420附 接到水平測(cè)試塔板2450。非織造磨料構(gòu)件試樣2410放置在PMMA盤(pán)2420上，并且金屬砝 碼2400用雙面膠帶2415固定到試樣2410。水平桿2430附接到摩擦測(cè)試裝置負(fù)荷傳感器 2460和金屬砝碼2400。在測(cè)試期間通過(guò)摩擦測(cè)試機(jī)沿方向2470施加力。
[0042] 在考慮【具體實(shí)施方式】以及所附權(quán)利要求書(shū)之后，將進(jìn)一步理解本公開(kāi)的特征和優(yōu) 點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0043] 圖IA是根據(jù)本公開(kāi)的示例性非織造磨料制品100的透視圖；
[0044] 圖IB是圖IA中所示的非織造磨料顆粒100的區(qū)域IB的放大視圖；
[0045] 圖IC是沿線1C-1C截取的圖IB中所示的粘結(jié)纖維的剖視圖。
[0046] 圖2和圖3是分別用在實(shí)例1和實(shí)例2中的非織造磨料構(gòu)件的掃描電鏡（SEM)顯 微圖。
[0047] 圖4和圖5是用在比較例A和比較例B中的相應(yīng)非織造磨料構(gòu)件的SEM顯微圖。
[0048] 圖6-圖7是用在實(shí)例3和實(shí)例4中的相應(yīng)非織造磨料構(gòu)件的SEM顯微圖。
[0049] 圖8是用在實(shí)例5中的非織造磨料構(gòu)件的SEM顯微圖。
[0050] 圖9-圖11是用在實(shí)例6-實(shí)例8中的相應(yīng)非織造磨料構(gòu)件的SEM顯微圖。
[0051] 圖12是用在比較例C中的非織造磨料構(gòu)件的SEM顯微圖。
[0052] 圖13-圖23是用在實(shí)例9-實(shí)例23中的相應(yīng)非織造磨料構(gòu)件的SEM顯微圖。
[0053] 圖24是用于執(zhí)行摩擦測(cè)試的構(gòu)造的示意圖。
[0054] 在說(shuō)明書(shū)和附圖中重復(fù)使用的標(biāo)記旨在表示本公開(kāi)相同或類(lèi)似的特征或元件。應(yīng) 當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出大量其他修改形式和實(shí)施例，這些修改形式和實(shí)施 例落入本公開(kāi)原理的范圍和精神內(nèi)?？刹话幢壤L制這些圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 現(xiàn)在參見(jiàn)圖IA-圖1C，示例性非織造磨料制品100包括非織造磨料構(gòu)件110。非 織造磨料構(gòu)件110包括膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材120,所述膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材 120包括彼此粘結(jié)的纖維130。非織造磨料構(gòu)件110具有第一工作表面142和與之相對(duì)的 第二工作表面144。磨料顆粒150通過(guò)粘合劑材料155附著到纖維130。
[0056] 在圖IA-圖IC中所示的一些實(shí)施例中，與工作表面142、144相鄰的磨料顆粒150 沿纖維130形成磨料顆粒150的可見(jiàn)外層165?？梢?jiàn)外層165中的磨料顆粒150密集堆積 并且具有可辨認(rèn)輪廓170 (還可參見(jiàn)圖10)。疊層組合物160包含脂肪酸金屬鹽，并且設(shè)置 在與非織造磨料構(gòu)件110的工作表面142和144相鄰的粘合劑材料155和磨料顆粒150的 至少一部分上。
[0057] 在一些實(shí)施例中，在數(shù)值基礎(chǔ)上，可見(jiàn)外層中的磨料顆粒的百分比可以是至少 80%、至少85%、至少90%、至少95%、至少97%、或99%、或甚至100%。
[0058] 在一些實(shí)施例中，裂縫設(shè)置在可見(jiàn)外層中的相鄰磨料顆粒之間。例如，參見(jiàn)圖10， 裂縫180設(shè)置在相鄰磨料顆粒150之間。
[0059] 在一些實(shí)施例中，磨料顆粒的可見(jiàn)外層中的磨料顆粒的至少一部分彼此重疊，例 如，如圖15所示，其中磨料顆粒150與相鄰的磨料顆粒重疊。
[0060] 在一些實(shí)施例中，根據(jù)本文所描述的摩擦測(cè)試，工作表面142、144中的至少一個(gè) 具有可以是至少〇. 54的動(dòng)力學(xué)摩擦系數(shù)。
[0061] 膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材是具有貫穿延伸的空隙的基本上連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)的膨松 有彈性的非織造纖維材料。通過(guò)使用術(shù)語(yǔ)"膨松有彈性的開(kāi)口纖維幅材"，其意指由通常纏 結(jié)的多個(gè)無(wú)規(guī)取向的纖維構(gòu)成的非織造幅材材料層，所述多個(gè)無(wú)規(guī)取向的纖維具有貫穿延 伸的互連空隙的基本上連續(xù)