Diese Erfindung betrifft das Heißschleifen von Metallblöcken und insbesondere ein Schleifbandträgermaterial das für die Verwendung in Heißschleifanwendungen angepasst ist.

Das kontinuierliche Gießen von Tafeln, dünnen Platten und Streifen hat bei vielen Unternehmen in den zurückliegenden Jahren beträchtlich zugenommen, insbesondere in den Vereinigten Staaten und in Europa, was zur Entwicklung von Eigentumspositionen bei Gussausstattungen und Technologien geführt hat. Typischerweise wird das metallische Gussgut nach seiner Abkühlung geschliffen und kann dann einfach gehandhabt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dies nicht sehr logisch ist, da das Metall beim Abkühlen sich schnell mit einem Überzug aus Oxid und Ablagerungen bedeckt, die nicht einfach entfernt werden können. Daher sollte aus einem rein theoretischen Gesichtspunkt ein Metall einfacher zu schleifen sein, wenn es heiß ist. Darüber hinaus wird die Zeit, die für das Abkühlen gebraucht wird, im wesentlichen verschwendet. Es wurde daher vorgeschlagen das Metall zu schleifen solange es heiß ist, und geeignete Maschinen und Techniken um dies auszuführen sind in der europäischen Patentanmeldung 435 897 aufgeführt.

Es wurde jedoch herausgefunden, dass existierende Bänder, obwohl sie in derartigen Anwendung verwendbar sind, vorwiegend deshalb versagen, weil das Trägermaterial bei den angewendeten Temperaturen versagt. Es wurde nun herausgefunden, dass dieser Ausfallmodus oft nicht mit dem Verschleiß des Schleifmittels zusammenhängt, sondern mit der beträchtlichen Ausdehnung des Bandes während des Schleifens, wobei die Umgebungstemperatur in der Schleifumgebung mehrere 100°C betragen kann. Diese Ausdehnung kann dazu führen, dass die Spannung des Bandes variiert, und dazu dass es oft an Walzen ausrutscht, auf welchen es getragen wird, oder es kommt sogar zu ungleichem Druck entlang der Breite des Bandes, wo die Ausdehnung ungleichmäßig ist.

Die vorliegende Erfindung stellt ein beschichtetes Schleifband zur Verfügung, das auf einem Träger aufgebaut ist und das insbesondere für die sehr schwierigen Arbeitsbedingungen, die in dieser Anwendung in Betracht gezogen werden, gut angepasst ist. Im Ergebnis wird die Lebensdauer deutlich verlängert und die Schleifqualität verbessert.

Die vorliegende Erfindung stellt ein beschichtetes Schleifband zur Verfügung, das zur Verwendung bei erhöhten Temperaturen angepasst ist und ein Trägermaterial umfasst, welches eine Zugfestigkeit in Maschinenlaufrichtung von mindestens 750 1b/inch (134 kg/cm) sowie eine zyklische Dehnung von weniger als 3% bei 100 lb/inch (17,9 kg/cm) Beladung bei einer Temperatur von 150°C aufweist, sowie eine auf dem Trägermaterial aufgebrachte Schleifmittel enthaltende Schicht umfassend Schleifkörner sowie Grundierungs- und Deckbeschichtungen.

Die „zyklische Dehnung" ist die Dehnung eines Schleifbandes nach dem es zwischen gedehnten und relaxierten Positionen in einer vorgeschriebenen Zahl von Zeiten im Umlauf betrieben wurde. In dem Test wird ein „Instron"-Tester bei einer Streifenprobe des beschichteten Schleifmittelprodukts verwendet, der 2,54 cm breit ist. Der Tester hatte eine anfängliche Klemmbackenöffnung bei nicht vorhandener Zugkraft von 25,4 cm. Die zu testende Probe wurde bei der Testtemperatur von 150°C equilibriert und anschließend einer Ausdehnung mit einer Geschwindigkeit von 2,5 cm/Minute unterzogen, bis eine Kraft von 17,9 kg/cm aufgezeichnet wurde. An diesem Punkt kehrten die Klemmbacken ihre Richtung um und schlossen sich mit der gleichen Geschwindigkeit, bis die Zugkraft auf 3,6 kg/cm verringert war. Dieser Zyklus wurde automatisch fortgesetzt, mit kontinuierlicher Ablesung des Klemmbackenabstands und der Zugkraft, bis mehrere Zyklen die gleichen Klemmbackenöffnungen für jeden Wert der Zugkraft ergaben (ungefähr 20 Zyklen).

Die Zugkraft wurde dann auf 0 zurückgesetzt. Die maximale Dehnung die im letzten Zyklus aufgezeichnet wurde, wird als „zyklische Dehnung" bezeichnet.

Das Trägermaterial kann Stoff sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glatt-, Köper(twill) und Satingeweben oder einem stichverbundenen (stitchbonded) Stoff, von der Art wie im US-Patent 4,722,203 beschrieben. Die Kettgarne umfassen vorzugsweise eine Polyaramidfaser von mindestens 800 Denier, und besonders bevorzugt von etwa 800 bis etwa 2.000 Denier. Vorzugsweise wird die Denier und die Verteilung des Kettgarns so ausgewählt, dass insgesamt mindestens etwa 16.000 Denier/Inch erreicht werden. Die Füllgarne können Polyamid oder Polyestergarne von mindestens 750 Denier umfassen, und besonders bevorzugt von etwa 800 bis etwa 1.200, und der Aufbau hat mindestens 25 Kett- und Füllgarne pro linearem Inch, um insgesamt 10.000 Denier/Inch und eine Zugfestigkeit von mindestens 100 1b/inch zu erreichen. Die bevorzugten Füllgarne sind Multifilamentnylon, besonders bevorzugt ein texturiertes Nylonmultifilamentgarn.

Zusätzlich zu den oben genannten Garnen ist es oft möglich Glasfasergarne zu verwenden, insbesondere wenn diese umwickelt sind, beispielsweise unter Verwendung von Polyaramid wie etwa Kevlar oder einem Polyester.

Während gewebte Stoffe wie oben beschrieben verwendet werden können, ist es auch möglich stichverbundene Stoffe vom Malimo-Typ oder bestimmte kettgestrickte Stoffe (warp nit fabrics), angepasst für den Schussfadeneinsatz (d. h. LIBA) zu verwenden, vorausgesetzt, dass die Eigenschaften eingestellt werden um die oben genannten Niveaus zu erfüllen. Eine derartige Einstellung ist jedoch nicht unkompliziert und die bevorzugten Produkte sind diejenigen, die auf den oben beschriebenen Geweben beruhen.

Die bevorzugten Polyaramidkettgarne sind vorzugsweise Multifilamentgarne, und die Füllgarne können entweder Monofilamentgarne oder texturierte oder nicht texturierte Multifilamentgarne sein, ohne dass signifikante nachteilige Effekte beobachtet werden.

Wenn die Füllgarne aus einem Polyester hergestellt werden, ist dies vorzugsweise ein Polyethylenterephthalat und besonders bevorzugt ein blanker Polyester (bright polyester). Die stärker bevorzugten Garne sind jedoch Nylons, etwa ein Polyaramid wie das von DuPont unter der Marke „Kevlar" vertriebene, üblicherweise können jedoch auch Nylons wie etwa Nylon 6; Nylon 6,6; und Nylon 6,12 verwendet werden. Besonders bevorzugte Nylons sind texturierte Corduranylons.

Das am häufigsten ausgewählte Gewebe ist ein einfaches 1X1 oder oft besonders bevorzugt 2, 3 oder 4X1, wobei die 1X1 (glatt) und 3X1 (köper) Gewebe in gewobenen Strukturen besonders bevorzugt sind. Die Zahl der Kettgarne in stichverbundenen oder Kettstrickdesigns kann niedriger sein als die entsprechende Form bei einem gewebten Design, und kann mit der Auswahl der Maschinenanzeigen korreliert werden.

Die bevorzugte Struktur weist mindestens soviel Kettgarne wie Füllgarne auf, sowie mindestens 25, wie etwa von 30 bis 35 Kettgarne pro Inch, was besonders bevorzugt ist.

Der Träger wird vorzugsweise mit einem Sättigungsmittel sowie einer Hinterfüllung behandelt, bevor er mit der Schleifmittel enthaltenden Schicht ausgestattet wird. Diese können aus den üblicherweise in der Industrie für Schwerstaufgaben-Schleifbänder verwendeten Formulierungen ausgewählt werden.

Die Oberfläche des Trägers wird vorzugsweise mit einer Formulierung bearbeitet, welche einen Füllstoff und ein hochtemperaturstabiles Harz enthält, um eine ausreichende Wärmebeständigkeit zu gewährleisten, während sie zur gleichen Zeit einen angemessenen Grad an Flexibilität des Bandes für die Schleifanwendungen ermöglicht. Eine bevorzugte Harzbeschichtung besteht aus einer Mischung aus einem Epoxidharz, einem Phenolharz und einem Acrylharz, die in einer Menge aufgetragen wird, die bei etwa 20 bis etwa 150% des Stoffgewichtes liegt.

Der behandelte Träger kann mit jeder geeigneten Form von Schleifschicht ausgestattet werden. Herkömmlicherweise wird eine Grundierungsbeschichtung (maker coat) aus einem Harz aufgetragen, gefolgt von einer Schicht Schleifmittelkörner. Die Harzschicht wird anschließend ausgehärtet, zumindest ausreichend um die Körner an Ort und Stelle zu halten.

Eine Harzoberflächenschicht wird anschließend über die Schleifmittelschicht aufgetragen um dabei zu helfen die Körner vor Ort zu halten und oft wird eine Obenaufdeckbeschichtung (supersize coat) aufgetragen, welche Schleifhilfsmittel oder andere erwünschte Additive enthalten kann. Das in den Grundierungs- und Deckbeschichtungen verwendete Harz kann jedes der üblicherweise in beschichteten Schleifmitteln verwendete sein, vorausgesetzt, dass diese in der Lage sind den Temperaturen zu widerstehen, bei welchen die Produkte der vorliegenden Erfindung verwendet werden sollen. Das Schleifmittelkorn kann jedes der üblicherweise in beschichteten Schleifmitteln verwendete sein, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Siliziumcarbid und Aluminiumoxid/Zirkoniumoxidschleifmittel. Im allgemeinen sind aggressiv schneidende Körner wie etwa Sol-Gel Aluminiumoxid abgeleitete Schleifmittel besonders vorteilhaft bei Hochtemperatur-Schleifanwendungen. Die üblicherweise verwendeten Körnungsgrößen sind vergleichsweise grob, da eine feine Endbearbeitung nicht so wichtig ist bei dieser frühen Stufe der Metallplattenproduktion wie die Beständigkeit der Dicke. Daher werden Kömungsgrößen von 24 bis 60 üblicherweise bei dieser Anwendung verwendbar sein.

Die folgenden Bauformen von Trägerkonstruktionen haben sich bei Hochtemperaturanwendungen als wirksam erwiesen. Sie werden verwendet um aufzuzeigen welche Art von Produkten verwendbar sind, beinhalten aber keine notwendige Beschränkung des Schutzumfangs der Erfindung. In jedem Fall war das Kettgarn ein 840 Denier „Kevlar", eine Polyaramidfaser erhältlich unter diesem Markennamen von DuPont Company. Das Gewebe, der Aufbau und die Natur der Füllgarne wurde variiert.

Die Träger sollten eine exzellente Stabilität bei hohen Temperaturen aufweisen, und dies erfordert eine Dehnung bei einer Temperatur von 150°C unter einer Beladung von 17,9 kg/cm von weniger als etwa 3% für die auf diesen Trägern aufgebauten beschichteten Schleifmitteln.

Um die Erfindung weiter zu veranschaulichen wurden zwei beschichtete Schleifbänder erzeugt, basierend auf der B-Typ-struktur wie oben beschrieben.

Beide erhielten die gleichen Sättigungsmittel- und Hinterfüllungsbehandlungen unter Verwendung der folgenden Formulierungen: Sättigungsmittelrezeptur V-1350, ein Phenolharz erhältlich von Bendix Corporation 55% Wasser 4,1% SSXS, ein Viskositätsverringerer von Pilot Chemical Co 2,8% Calfax DB-45, ein Netzmittel von Pilot Chem. Co 4,5% Tamol 165, ein Dispergiermittel erhältlich von Rohm & Haas 1,8% Rotes Pigment 2,8% Nopco NDW, ein Entschäumer erhätlich von Henkel Corp 0,5 % Nalco 2311, ein Entschäumer erhältlich von Nalco Chem. Co 0,5 % A-1100 Silan erhältlich von Union Carbide 0,5 % Wollastonit Füllstoff 27,5% Hinterfüllungsrezeptur 460X-80, ein Vinylchloridcopolymer erhältlich von B. F. Goodrich 37,9% CMD 35201, ein Epoxidharz erhältlich von Shell Co 15,0% Kalziumkarbonat Füllstoff 33,7% Nopco NDW, ein Entschäumer erhätlich von Henkel Corp 3,0% ASE 60, ein Verdickungsmittel erhältlich von Rohm & Haas 3,7% Schwarzer Farbstoff 2,0%

Die auf das Trägermaterial aufgebrachte Grundierungsbeschichtung wurde wie oben aufgezeigt hergestellt, und zwar auf der Basis einer Kombination von phenolischem Harz/Füllstoff mit geringen Mengen an Wasser, Farbstoff, Tensid und Penetrationshilfsmitteln.

Die Deckbeschichtung umfasste die gleiche Phenolharzbasis zusammen mit Tensiden, Farbstoff und einem Kryolithfüllstoff.

In jedem Fall betrug das Stoffgewicht 16 1b/ream (236,8 g/m²); das zusätzliche Sättigungsmittelgewicht betrug 14,2 lb/ream (210 g/m²); das zusätzliche Hinterfüllungsgewicht betrug 5,0 lb/ream (74 g/m²); das Grundierungsgewicht betrug 30 1b/ream (444 g/m²); und das Gesamtgewicht des aufgetragenen Schleifmittelkorns betrug 70 1b/ream (1036 g/m²).

In einem Fall war das Schleifkorn ein herkömmliches Aluminiumoxid/Zirkoniumoxidkorn, vertrieben unter der eingetragenen Marke „Norzon" von Norton Company.

Im anderen Fall war das Schleifkorn ein geimpftes Sol-Gel Aluminiumoxid Schleifmittel, verwendet in der „SG" zur Produktreihe von Norton. In beiden Fällen war die Körnung eine 24-er Körnung.

Die Schleifbänder wurden bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften einschließlich des kritischen zyklischen Dehnungstestes getestet. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

* Die Schälhaftung ist ein Maß der Festigkeit der Verbindung zwischen der Schleifmittel enthaltenden Schicht und dem Träger, und damit des Ausmaßes mit dem das Korn während der Schweraufgaben-Schleifanwendungen auf dem Band zurückgehalten wird.

Für Vergleichszwecke zeigt eine Schwerstaufgaben-stichverbundene Stoffunterlage (Polyesterdesign, Style 23–22H–3A), „Norzon" Schleifmittelkörnung tragend, das von Norton Comp. unter der Bezeichnung E-825 vertrieben wird, eine durchschnittliche zyklische Dehnung unter den gleichen Bedingungen von 5,58%.

Aus den oben angegebenen Daten kann entnommen werden, dass wirksame beschichtete Schleifbänder für Heißschleifbedingungen bereit gestellt werden können.