Gebundene Schleifartikel sind im allgemeinen durch eine dreidimensionale Struktur gekennzeichnet, bei welcher Schleifkorn in einer Matrix oder Bindung gehalten wird. In manchen Fällen ist die Bindung eine organische Bindung, die auch als polymere oder Harz-Bindung bezeichnet wird. Organisch gebundene Werkzeuge bieten jedoch unter Naßschleifbedingungen oft schlechte Leistungen. Die Beibehaltung der Naßschleiffestigkeit ist besonders schlecht im Fall einiger Werkzeuge, die aus Körnern auf Aluminiumoxidbasis, die in Phenolharzbindungen gehalten werden, gebildet sind. Schleifräder beispielsweise, die als "38A" Korn bezeichnetes Schleifkorn gebunden in Phenolharz enthalten, sind für schnellen Verschleiß des Rades beim Naßschleifen bekannt, wegen, so wird angenommen, der hoch wasserempfindlichen Oberflächenchemie, d. h. dem hohen Na₂O Gehalt, in diesem Typ von Schleifkorn. In Gegenwart einer Schleifflüssigkeit auf Wasserbasis wird unverbrauchtes Schleifkorn vorzeitig aus der Bindung gelöst.

Bei einem Versuch, die Naßleistung von Schleifwerkzeugen, die Phenolharzbindungen verwenden, zu verbessern, werden Schleifkörner mit Silanen behandelt, wodurch die Körner hydrophob gemacht werden. Wie jedoch in dem US Patent Nr. 5,042,991 an Kunz et al. berichtet, wird diese Technik von Herstellungsschwierigkeiten begleitet, und die verbesserte Leistungsfähigkeit des Korn verringert sich nach wenigen Monaten der Lagerung.

Nach einem anderen Ansatz, beschrieben in dem US Patent Nr. 3,323,885, wird die Lebensdauer des Rades verbessert, indem der vorzeitige Verlust von nutzbarem Korn aus der Bindung verhindert wird; im Anfangsschritt des Härtungsprozesses wird durch die gesamte Masse des grünen Rades Feuchtigkeit zur Verfügung gestellt, d. h., es wird eine relative Feuchtigkeit von mindestens 20% für mindestens fünf Minuten bei etwa 100°C aufrechterhalten. Als Mittel zum Zurverfügungstellen dieser relativen Feuchtigkeit wird das grüne Rad vor dem Härten in eine feuchtigkeitsundurchlässige Folie eingewickelt. Während die erhaltenen Räder eine verbesserte Radlebensdauer aufweisen, tragen die Schritte des Ein- und Auswickelns jeden Rades zu den Herstellungskosten der gebundenen Schleifwerkzeuge bei. Des weiteren verhindert die Folie das Entweichen unerwünschter Reaktionsprodukte, wie Ammoniak, welches in dem Körper des fertigen Artikels eingeschlossen bleibt. In Abwesenheit der Hülle wird Wasserdampf ausgetrieben und verdampft, wenn der Grünkörper auf über 100°C erwärmt wird.

Es besteht daher ein Bedarf an organisch gebundenen Schleifmitteln und Verfahren zu deren Herstellung, welche die oben genannten Schwierigkeiten vermindern oder minimieren.

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein organisch gebundene Schleifartikel, wie Schleifräder, Radsegmente und andere sowie Verfahren zur deren Herstellung.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines organisch gebundenen Schleifartikels gerichtet, welches das Kombinieren einer Schleifmittelkomponente und einer Harzkomponente auf Phenolbasis umfaßt. Die kombinierten Komponenten werden geformt. Die Harzkomponente auf Phenolbasis wird in einer Atmosphäre, die Feuchtigkeit enthält, thermisch gehärtet, wodurch der organisch gebundene Schleifartikel gebildet wird. Die feuchtigkeitshaltige Atmosphäre steht mit den geformten Komponenten in Kontakt.

Die Erfindung ist auch auf einen Schleifartikel gerichtet, der durch ein Verfahren hergestellt ist, welches das Kombinieren einer Schleifmittelkomponente und einer Harzkomponente auf Phenolbasis und das Formen der kombinierten Komponenten umfaßt. Die Harzkomponente auf Phenolbasis wird in einer feuchtigkeitsenthaltenden Atmosphäre thermisch gehärtet, wobei die Atmosphäre mit den geformten Komponenten in Kontakt steht.

In einem Beispiel wird die feuchtigkeitsenthaltende Atmosphäre erhalten, indem Dampf in die Kammer geleitet wird, die verwendet wird, um die thermische Härtung durchzuführen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wird das Schleifkorn zuerst mit einer siliciumorganischen Komponente kombiniert, um siliciumorganisch behandeltes Schleifkorn zu bilden, gefolgt von einer Kombinierung der Harzkomponente auf Phenolbasis mit dem siliciumorganisch behandelten Schleifkorn.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Erfindung auf ein Schleifrad gerichtet, das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist und eine Beibehaltung der Festigkeit von größer als 57% aufweist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Erfindung auf einen Schleifartikel gerichtet, der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist und eine Menge an von in dem Rad vorhandenen Ammoniak aufweist, die kleiner als etwa 50 Teile pro Million (ppm) ist.

Die Erfindung weist viele Vorteile auf. Beispielsweise eliminiert die Erfindung die Notwendigkeit der Ein- und Auswickelschritte bei der Herstellung von Schleifrädern. Ferner wird die Menge an Ammoniak und anderen unerwünschten Reaktionsprodukten, die während der Herstellung in dem Radkörper eingeschlossen werden, vermindert. Schleifwerkzeuge, die bei Durchführung der Erfindung erhalten werden, weisen im allgemeinen eine gute Beibehaltung der Naßfestigkeit auf, d. h., Schleifkörner werden während der Dauer ihrer nutzbaren Lebenszeit unter Naßschleifbedingungen in der organischen Bindung zurückgehalten. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft, indem sie die Beibehaltung der Naßfestigkeit bei weichgradigen Schleifrädern gewährleistet. "Weichgradige Schleifräder" wie hier definiert, bezieht sich auf Räder, die weicher sind als der Grad Q der Gradskala der Norton Company. Nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schleifwerkzeuge weisen auch eine gute Beibehaltung der Trockenfestigkeit und eine geringe Verschlechterung der Schleifleistung auf.

Die vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, mehr ins Detail gehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung. Eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung folgt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung organisch gebundener Schleifartikel.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt das Kombinieren einer Schleifmittelkomponente und einer Harzkomponente auf Phenolbasis. Die kombinierten Komponenten können geformt werden, beispielsweise zu einem Grünkörper mit einer Gestalt, die zur Bildung eines Schleifartikels geeignet ist. Die Harzkomponente auf Phenolbasis wird thermisch in einer Atmosphäre gehärtet, die Feuchtigkeit enthält, und die mit den geformten Komponenten in Kontakt steht.

Gemäß einer Ausführungsform enthält die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Schleifkornkomponente Schleifkörner auf Aluminiumoxidbasis. Wie sie hier verwendet werden, werden die Begriffe "Alumina", "Al₂O₃" und "Aluminiumoxid" austauschbar verwendet. Viele Schleifkörner auf Aluminiumoxidbasis sind im Handel erhältlich und Spezialkörner können auf Bestellung angefertigt werden. Spezielle Beispiele von geeigneten Schleifkörnern auf Aluminiumoxidbasis, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen weißes Alundumkorn, als " 38A Korn" bezeichnet, von der Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., oder rosa Alundum, als "86A Korn" bezeichnet, von der Treibacher Schleifmittel AG, mit ein. Andere Schleifkörner, wie beispielsweise beimpftes oder unbeimpftes, gesintertes Sol-Gel-Aluminiumoxid, mit oder ohne chemische Modifizierung, wie Seltenerdoxiden, MgO, und ähnlichem, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid, Bor-Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Diamant, kubisches Bornitrid, Aluminiumoxynitrid, und Kombinationen verschiedener Schleifkörner können ebenfalls eingesetzt werden.

Die Größe von Schleifkörnern wird häufig als Korngröße ausgedrückt, und Tabellen, welche die Beziehung zwischen einer Korngröße und deren entsprechender durchschnittlichen Partikelgröße, ausgedrückt in Mikrometern oder Inches, zeigen, sind auf dem Fachgebiet ebenso bekannt wie Korrelationen zu der entsprechenden United States Standard Sieb (USS) Maschengröße. Die Auswahl der Schleifkorngröße hängt von der Schleifanwendung oder von dem Verfahren, für welches das Schleifwerkzeug eingesetzt werden soll, ab. Geeignete Korngrößen, die gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, reichen von etwa 16 (entsprechend einer Durchschnittsgröße von etwa 1660 &mgr;m) bis etwa 320 (entsprechend einer Durchschnittsgröße von etwa 32 &mgr;m).

Das Al₂O₃-Korn wird vorzugsweise vor der Herstellung des Schleifartikels mit einer siliciumorganischen Verbindung beschichtet. Geeignete siliciumorganische Komponenten umfassen Silane mit organischer Funktionalität, wie sie typischerweise als Haftvermittler eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind Aminosilane, beispielsweise gamma-Aminopropyltriethoxysilan. Andere Beispiele siliciumorganischer Verbindungen, die eingesetzt werden können, umfassen, sind aber nicht begrenzt auf Vinyltriethoxysilan, gamma-Aminopropyltrimethoxysilan und Diaminopropylethoxysilan.

Die Harzkomponente auf Phenolbasis enthält zumindest ein Phenolharz. Phenolharze werden im allgemeinen durch Polymerisierung von Phenolen mit Aldehyden erhalten, insbesondere Formaldehyd, Paraformaldehyd oder Furfural. Zusätzlich zu Phenolen können Kresole, Xylenole und substituierte Phenole eingesetzt werden. Resole werden im allgemeinen durch eine einstufige Reaktion zwischen wäßrigem Formaldehyd und Phenol in Gegenwart eines alkalischen Katalysators erhalten. Novolakharze, auch als zweistufige Phenolharze bekannt, werden im allgemeinen unter sauren Bedingungen und in Gegenwart eines Vernetzungsmittels, wie Hexamethylentetramin (hier auch als "Heia" bezeichnet), hergestellt.

Es kann entweder ein Resol oder ein Novolakharz verwendet werden. Es kann mehr als ein Harz auf Phenolbasis eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform enthält die Harzkomponente auf Phenolbasis mindestens ein Resol und mindestens ein Phenolharz vom Novolaktyp. Vorzugsweise liegt zumindest ein Harz auf Phenolbasis in flüssiger Form vor. Geeignete Kombinationen von Phenolharzen sind beispielsweise im US Patent Nr. 4,918,116 an Gardziella et al. beschrieben, dessen gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Schleifmittelkomponente zuerst mit der siliciumorganischen Komponente kombiniert. Verfahren zur Behandlung von Schleifkörnern mit einer siliciumorganischen Verbindung sind auf dem Fachgebiet bekannt. Beispielsweise können die Schleifkörner benetzt, besprüht oder in einer Lösung dispergiert werden, welche eine geeignete siliciumorganische Verbindung enthält, um das Korn zu beschichten. Das beschichtete Korn wird im allgemeinen vor der Verwendung getrocknet.

Das siliciumorganisch behandelte Schleifkorn wird dann mit der Harzkomponente auf Phenolbasis kombiniert. In einem Beispiel wird das siliciumorganisch behandelte Schleifkorn zuerst mit einem Harz auf Phenolbasis oder mehreren Harzen auf Phenolbasis in flüssiger Form kombiniert und dann mit einem Phenolharz oder mehreren Phenolharzen in Pulverform. In einem anderen Beispiel werden sowohl die flüssigen als auch die pulverförmigen Harze auf Phenolbasis gleichzeitig zu dem siliciumorganisch behandelten Schleifkorn zugegeben.

Das siliciumorganischen behandelte Schleifkorn und die Harzkomponente auf Phenolbasis werden durch ein geeignetes Verfahren kombiniert, wie Mischen in einem geeigneten Mischgerät. Ein Beispiel für ein geeignetes Mischgerät ist ein Eirich Mischer, z. B. das Modell RV02, ein Littleford Mischer oder ein Mischer vom Schüsseltyp.

Gemäß anderen Ausführungsformen wird der siliciumorganische Bestandteil zuerst mit der Harzkomponente auf Phenolbasis kombiniert und dann mit dem Schleifkornbestandteil.

Beispielsweise kann der siliciumorganische Bestandteil mit einem flüssigen Harz auf Phenolbasis oder mehreren flüssigen Harzen auf Phenolbasis kombiniert werden. Gemäß noch weiterer Ausführungsformen werden alle Komponenten in einem Schritt kombiniert. Verfahren zum Kombinieren der Komponenten sind auf dem Fachgebiet bekannt.

Weitere Inhaltsstoffe, wie beispielsweise Füllmittel, Härtungsmittel und andere Verbindungen, die typischerweise bei der Herstellung von organisch gebundenen Schleifartikeln verwendet werden, können ebenfalls enthalten sein. Füllstoffe können in Form eines fein zerteilten Pulvers, als Granulat, Kugel, Faser oder einigen anders geformten Stücken vorliegen. Beispiele für geeignete Füllmittel schließen Sand, Siliciumcarbid, blasenförmiges Aluminiumoxid, Bauxit, Chromite, Magnesit, Dolomite, blasenförmiges Mullit, Boride, Quarzstaub, Titandioxid, Kohlenstoffprodukte (z. B. Ruß, Koks oder Graphit), Holzmehl, Ton, Talk, hexagonales Bornitrid, Molybdändisulfid, Feldspat, Nephelinsyenit, und verschiedene Formen von Glas, wie Glasfasern und hohle Glaskugeln, ein. Im allgemeinen liegt die Menge des Füllmittels in dem Bereich von etwa 0,1 und etwa 30 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht der gesamten Zusammensetzung.

Vernetzungsmittel, die bei der Härtung von Phenolnonvolakharzen eingesetzt werden schließen Hexa und andere auf dem Fachgebiet bekannte Härtungsmittel mit ein. Vorstufen solcher Materialien, wie beispielsweise Ammoniumhydroxid, können ebenfalls eingesetzt werden. Geeignete Mengen des Härtungsmittels werden eingesetzt, wie zwischen etwa 5 und etwa 20 Gewichtsteilen Härtungsmittel pro hundert Teilen des gesamten Phenolnovolakharzes.

Andere Materialien, die zugesetzt werden können, schließen Verarbeitungshilfsmittel, wie: Antistatikmittel; Metalloxide, wie Kalk, Zinkoxid, Magnesiumoxid; Schmiermittel, wie Stearinsäure und Glycerinmonostearat und Gemische davon mit ein. Die geeignete Menge von jedem dieser Materialien kann durch Fachleute auch bestimmt werden.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Grünkörper gebildet, indem die kombinierten Bestandteile in einer geeigneten Form zum Pressen angeordnet werden. Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff "grün" auf einen Körper, der seine Form während des nächsten Verfahrensschritts beibehält, jedoch keine ausreichende Festigkeit aufweist, um seine Form dauerhaft beizubehalten; in dem Grünkörper vorhandenes Harzbindemittel befindet sich in einem ungehärteten oder nicht polymerisierten Zustand. Die vereinigten Bestandteile können in die Gestalt des gewünschten Artikel geformt werden. Beispielsweise können die vereinigten Bestandteile in die Gestalt von Rädern, Scheiben, Radsegementen, Steinen und Wetzsteinen geformt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die vereinigten Bestandteile in eine Gestalt geformt und gepreßt, die für ein Schleifrad geeignet ist. Geformte Stempel können verwendet werden, um die Mischung abzudecken, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.

Um den erfindungsgemäßen Artikel herzustellen wird die Harzkomponente auf Phenolbasis des Grünkörpers in einer feuchtigkeitsenthaltenden Atmosphäre thermisch gehärtet, d.h. polymerisiert. Während der Grünkörper erwärmt wird, laufen physikalische und chemische Prozesse ab, beispielsweise werden wärmehärtbare Harze auf Phenolbasis vernetzt, wodurch der Schleifartikel gebildet wird.

Im allgemeinen wird der Grünkörper regulierbar schrittweise auf eine endgültige Härtungstemperatur erwärmt. Der gesamte Prozeß wird im allgemeinen als "Härtungs" oder "Back-"Zyklus bezeichnet. Im allgemeinen werden große Grünkörper langsam erwärmt, um das Produkt gleichmäßig zu härten, indem dem Wärmeübertragungsprozeß ermöglicht wird, stattzufinden. "Durchwärmungs"-Stufen können bei gegebenen Temperaturen verwendet werden, um es der Masse des Rades zu ermöglichen, sich während der Aufheizphase an die Temperatur anzupassen, bevor die Temperatur erreicht wird, bei welcher das Harz auf Phenolbasis polymerisiert wird. Eine "Durchwärmungs"-Stufe bezieht sich darauf, die geformten Bestandteile, z. B. den Grünkörper, bei einer gegebenen Temperatur für eine Zeitdauer zu halten. Der Grünkörper wird auch langsam erwärmt, z. B. von Raum(Umgebungs-)Temperatur auf eine Durchwärmungstemperatur, um die langsame (kontrollierte) Abgabe von flüchtigen Stoffen zu ermöglichen, die aus Nebenprodukten der Härtung aus dem Schleifrad erzeugt werden.

Der Grünkörper kann beispielsweise auf eine anfängliche Temperatur, z. B. etwa 100°C, vorgewärmt werden, bei der er durchwärmt wird, beispielsweise für eine Zeitdauer von etwa 0,5 Stunden bis mehreren Stunden. Dann wird der Grünkörper über eine Zeitdauer, z. B. mehreren Stunden, auf die endgültige Härtungstemperatur erwärmt. Wie er hier verwendet wird bedeutet der Begriff "endgültige Härtungstemperatur" die Temperatur, bei welcher der geformte Artikel durchwärmt wird, um die Polymerisierung, z. B. Vernetzung, einer Harzkomponente auf Phenolbasis zu bewirken, wodurch ein Schleifartikel gebildet wird. Wie er hier verwendet wird bezieht sich der Begriff "Vernetzung" auf eine chemische Reaktion oder mehrere chemische Reaktionen, die in Gegenwart von Wärme und im allgemeinen in Gegenwart eines Vernetzungsmittels, z. B. Hexa, stattfindet/stattfinden, wobei eine Harzkomponente auf Phenolbasis aushärtet. Im allgemeinen wird der geformte Artikel bei der endgültigen Härtungstemperatur für eine Zeitdauer, z. B. zwischen 10 und 36 Stunden, oder bis die Mitte der Masse des geformten Artikels die Vernetzungstemperatur erreicht und aushärtet, durchwärmt.

Die endgültige Härtungstemperatur hängt von der Harzzusammensetzung ab. Die Polymerisierung von Harzen auf Phenolbasis findet im allgemeinen bei einer Temperatur in dem Bereich von zwischen etwa 110°C und etwa 225°C statt. Resolharze polymerisieren im allgemeinen bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen etwa 140°C und etwa 225°C und Novolakharze im allgemeinen bei einer Temperatur in einem Bereich von zwischen etwa 110°C und etwa 195°C. Die endgültige Härtungstemperatur kann auch von anderen Faktoren, wie zum Beispiel der Größe und/oder Gestalt des Artikels, der Dauer der Härtung, dem genau eingesetzten Katalysatorsystem, dem Grad des Rads, dem Molekulargewicht und der Chemie des Harzes, der Härtungsatmosphäre und anderem abhängen. Für mehrere der hier beschriebenen geeigneten Komponenten auf Phenolbasis beträgt die endgültige Härtungstemperatur mindestens etwa 150°C.

Thermisches Härten, d. h. die Polymerisation, von Harzkomponenten auf Phenolbasis wird in einer feuchtigkeitsenthaltenden Atmosphäre durchgeführt, d. h. einer Atmosphäre, die eine relative Feuchtigkeit, R.H., aufweist, welche die normale R.H. bei einer gegebenen Temperatur übersteigt. Wie es hier verwendet wird, beziehen sich relative Feuchtigkeitsprozent, "R.H.%", auf das Verhältnis der aktuellen Konzentration an Wasserdampf in einem Gas, z. B. Luft, Stickstoff, bei einer gegebenen Temperatur, und der Konzentration an Wasser bei Sättigung, in dem gleichen Gas und bei der gleichen Temperatur. Die feuchtigkeitsenthaltende Atmosphäre steht mit dem Grünkörper in Kontakt, d. h., die Oberfläche des Grünkörpers ist nicht in ein Sperrschichtmaterial, wie eine wasserundurchlässige Folie, eingewickelt, sondern sie ist der Atmosphäre, die Feuchtigkeit oder Wasserdampf enthält, ausgesetzt. Zusätzlich zu Wasserdampf kann die feuchtigkeitsenthaltende Atmosphäre des weiteren Luft oder ein anderes geeignetes Gas, wie beispielsweise Stickstoff, enthalten. Die Atmosphäre, die Feuchtigkeit enthält, kann auch Wassertröpfchen, Ammonikgas, Kohlendioxidgas und andere Bestandteile enthalten.

Vorzugsweise wird das thermische Härten bei der maximalen relativen prozentualen Feuchtigkeit (R.H.%) durchgeführt, die bei der endgültigen Härtungstemperatur erreichbar ist. In der Praxis ist die aktuell erhaltene R.H.% bei einer gegebenen Temperatur etwas geringer als die theoretische R.H.%. Bei einer Temperatur von 150°C beispielsweise beträgt die theoretische maximale R.H.% bei einem Druck von einer Atmosphäre 21,30%. Die ausgegebene R.H.% in einem geeigneten Feuchtigkeitsofen liegt zwischen etwa 18 bis etwa 20%, was in einem Unterschied von etwa 5–15% bezogen auf die theoretische maximale R.H.% resultiert. Vorzugsweise wird die thermische Härtung bei einer maximalen relativen prozentualen Feuchtigkeit (R.H.%) durchgeführt, die bei der endgültigen Härtungstemperatur erreichbar ist. In Luft sind im allgemeinen mindestens 85–90% der maximalen theoretischen R.H.% bevorzugt.

Das thermische Härten kann auch in einer feuchtigkeitsenthaltenden Atmosphäre durchgeführt werden, indem weniger R.H.% als die maximal erreichbare R.H.% bei einer gegebenen Temperatur eingesetzt wird. Es wurde beispielsweise gefunden, daß 40%–50% weniger als die maximal bei der Temperatur der thermischen Härtung in Luft erreichbare R.H.% die Leistung von Werkzeugen unter feuchten Bedingungen verbessert, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden.

Die Atmosphäre, welche die Feuchtigkeit enthält, kann für die gesamte Dauer vorhanden sein, während der die Harzkomponente auf Phenolbasis polymerisiert, wodurch der Schleifartikel gebildet wird. Sie kann auch für eine kürzere Zeit vorhanden sein. Beispielsweise kann für Härtungszyklen, die 23 bis etwa 36 Stunden dauern, um die Polymerisation der Harzkomponente auf Phenolbasis und Bildung des Schleifartikels zu bewirken, eine feuchtigkeitsenthaltende Atmosphäre für etwa 5 bis etwa 16 Stunden zur Verfügung gestellt werden. Diese kann für nur 35% der Zeit, die zum Härten der Harzkomponente bei der maximalen Härtungstemperatur eingesetzt wird, zur Verfügung gestellt werden.

Eine feuchtigkeitsenthaltende Atmosphäre kann auch vor der thermischen Härtung des Grünkörpers vorhanden sein, z. B. während des Vorwärmens und/oder während des Erwärmens von der Ausgangshärtungstemperatur auf die Temperatur, bei welcher die Harzkomponente auf Phenolbasis thermisch gehärtet wird. Verfahren, bei denen die feuchtigkeitsenthaltende Atmosphäre während des gesamten Härtungszykluses vorhanden ist, d. h. von Raumtemperatur bis zur endgültigen Härtungstemperatur und während der Dauer der endgültigen Härtungstemperatur, sind bevorzugt. Des weiteren kann eine feuchtigkeitsenthaltende Atmosphäre auch während der Abkühlung des Schleifartikels vorhanden sein, z. B. während der Zeit, in der die Temperatur des Ofens auf etwa 100°C reduziert ist. Verschiedene Niveaus an R.H.% können bei verschiedenen Stufen des Härtungszykluses eingesetzt werden.

Das thermische Härten der Harzkomponente auf Phenolbasis in einer feuchtigkeitsenthaltenden Atmosphäre kann in einer abgedichteten Kammer in Gegenwart einer bekannten Menge an vor dem Härten in die Kammer eingeführten Wasser erfolgen. Die bekannte Wassermenge kann ferner gelöste Gase, wie beispielsweise Ammoniak oder Kohlendioxid, und/oder gelöste Metallsalze, z. B. Metallhalogenide, Carbonate, Acetate, Metallhydroxide, Metallkomplexe und andere Verbindungen enthalten. Sie kann ebenfalls wäßrige phenolische Resole, Acrylharzderivate und anderes enthalten.

Andere Techniken zur Herstellung einer feuchtigkeitsenthaltenden Atmosphäre in einer abgedichteten Kammer umfassen, zum Beispiel, den Einsatz von Adsorbentien, die bei erhöhten Temperaturen Wasser freisetzen können, z. B. hydratisierte Zeolite, wasseradsorbierende Molekularsiebmaterialien, hydratisiertes Siliciumoxid, hydratisiertes Aluminiumoxid und andere. Metallsalze und Metallkomplexe, die gebundenes Wasser enthalten, können in einer abgedichteten Kammer auch enthalten sein, um während des thermischen Härtens eine feuchtigkeitsenthaltende Atmosphäre zu erzeugen.

Thermisches Härten der Harzkomponente auf Phenolbasis in einer feuchtigkeitsenthaltenden Atmosphäre kann auch durchgeführt werden indem Dampf in eine selbst enthaltene Kammer geleitet wird. Beispielsweise kann ein Härtungsofen oder ein Autoklav mit Kanälen versehen werden, um Direktdampf zu injizieren. Wie es hier verwendet wird bezieht sich "Direktdampf" auf Dampf von einer außerhalb der Härtungskammer gelegenen Dampfquelle, beispielsweise einem Dampferzeuger. In einem Beispiel wird die Kammer abgedichtet und bei geringem internen Druck betrieben, z. B. in einem Bereich von Atmosphärendruck bis weniger als 2 Pfund pro Quadratinch (psig). Die Kammer kann auch mit Mitteln zur Rezirkulierung des Dampfes versehen sein, um eine gleichmäßige Feuchtigkeit innerhalb der gesamten Kammer zu unterstützen. Geeignete Mittel zur Rezierkulierung von Dampf umfassen Pumpen, Gebläse, Kondensoren, Dampfsperren/Röhren und andere auf dem Fachgebiet bekannte Mittel.

Die Kammer kann beispielsweise eine Kammer in einem elektrischen Ofen sein, was es ermöglicht, in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit zu Härten, ohne die Leistungsfähigkeit des elektrischen Ofens zu stören und vor einer Beschädigung des elektrischen Kreislaufs zu schützen. Die Kammer kann beispielsweise mit einer perforierten Platte ausgerüstet sein, um den Dampf gleichmäßig zu verteilen. Sie kann mit einem regulierbaren Schieber an dem Auslaßkanal versehen sein, um den Luftumsatz in der Kammer zu steuern, mit Einlaßkanälen zur Luftaufnahme sowie zum Einführen von Thermoelementen und Feuchtigkeitssensoren, und steuerbaren Dampfeinlaßventilen. Es können Dampfkammern eingesetzt werden, die groß genug sind, um organische Räder voller Größe zu härten, z. B. mit bis zu 860 Millimetern (mm) im Durchmesser.

Gemäß einer Ausführungsform wird Direktdampf allein oder in Kombination mit anderen auf dem Fachgebiet bekannten Techniken eingesetzt, um den Grünkörper aufzuwärmen, beispielsweise auf die endgültige Härtungstemperatur oder auf eine Temperatur unterhalb der endgültigen Härtungstemperatur. Direktdampf kann auf den Grünkörper aufgebracht werden, nachdem die Lufttemperatur der das Rad umschließenden Umgebung mindestens 80°C erreicht, wodurch die Kondensierung von Dampf an den Wänden der Kammer während des anfänglichen Temperaturanstiegs minimiert wird. Dampf, der aus der Zuführleitung austritt, hat eine Temperatur von etwa 110°C, und es wird externe Wärme zugeführt, um die Temperatur der Härtungsumgebung auf die endgültige Durchwärmungstemperatur anzuheben.

Thermische Härtung der Harzkomponente auf Phenolbasis in einer feuchtigkeitsenthaltenden Atmosphäre kann auch in einem feuchtigkeitsgesteuerten Ofen durchgeführt werden. Geeignete Beispiele für feuchtigkeitsgesteuerte Öfen sind beispielsweise bei M. Grande, "Process heating", Seiten 22–24 (April 2000) beschrieben. Es können sowohl Nebel- als auch Dampfwasserinjektion eingesetzt werden. Feuchtigkeitsgesteuerte Öfen mit Dampfinjektion sind bevorzugt. Ein geeigneter, im Handel erhältlicher, feuchtigkeitsgesteuerter Ofen kann kommerziell bei Despatch Industries, Minneapolis, MN, bezogen werden. Im Handel erhältliche Feuchtigkeitsöfen sind üblicherweise mit Profilen für maximale R.H.% bei den Ofenbetriebstemperaturen ausgestattet.

Da der Grünkörper mit der Atmosphäre in Kontakt steht oder dieser ausgesetzt ist, d. h. daß dessen Oberfläche nicht in eine wasserundurchlässige Folie eingewickelt ist, kann Wasser aus der Härtungsatmosphäre in den und aus dem Grünkörper zirkulieren und Produkte von Reaktionen, die während dessen Erwärmung und Durchwärmung stattfinden, können entweichen; Mengen an in dem fertigen Artikel eingeschlossenen Reaktionsprodukten, wie zum Beispiel Ammoniak, sind reduziert verglichen mit Mengen, die in Artikeln gefunden werden, die durch Einwickeln hergestellt wurden. Ein Verfahren zur Bestimmung des Ammoniakgehalts in einem Schleifartikel ist die Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff (TKN) Methode, die in EPA Method 351.3 beschrieben ist.

Gemäß einer Ausführungsform weist ein Schleifartikel, z. B. ein Schleifrad, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, eine Beibehaltung der Festigkeit von größer als 57% auf. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist Ammoniak in einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Artikel in einer Menge von weniger als 50 ppm vorhanden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt, um Schleifräder mit einer offenporigen Struktur herzustellen. Im allgemeinen werden solche Räder eine offene Porosität aufweisen, die vorzugsweise in einem Bereich von etwa 20 bis etwa 40 Volumenprozent, und gegebenenfalls von 2 bis etwa 60 Volumenprozent, liegt.

Ohne durch irgendeine bestimmte Interpretation des chemischen Mechanismuses der Erfindung gebunden zu sein wird davon ausgegangen, daß Wassermoleküle die Befestigung von einigen funktionellen Gruppen der silicumorganischen Verbindung an die Kornoberfläche unterbrechen, während ein Teil der siliciumorganischen Verbindung an die Oberfläche des Schleifkorns gebunden bleibt. Im Falle aminofunktionaler Silane beispielsweise befreit die Gegenwart von Wasser das Aminoende des Silans. Während der Härtung reagiert eine Amino- (-NH₂) mit der Hydroxy- (-OH) Gruppe des Harzes auf Phenolbasis, wodurch eine feste Zwischenschicht zwischen dem Schleifkorn und der organischen Bindung gewährleistet wird.

Des weiteren kann die Zugabe von Wasser während des Härtens auch eine Auswirkung auf die Gleichgewichtsreaktion zum Vernetzen des Resols haben. Es wird angenommen, daß die Gegenwart von Wasser die Vernetzungsreaktion in einem bestimmten Maße hemmt, wodurch zusätzliche freie Alkylhydroxy- (z. B. -CH,OH) Gruppen zur Verfügung gestellt werden, die für eine Umsetzung mit einem Aminosilan, z. B. Aminopropylsilan, verfügbar sind. Im Fall von Novolakharzen wird angenommen, daß Wasser die Hydrolyse von Hexa katalysiert. Dies ist ein notwendiger Prozeß für die Vernetzungsreaktion zwischen Hexa und Novolakharzen, was zu einer erhöhten Vernetzungsdichte führt. Es wird angenommen, daß Novolakharze mit einer erhöhten Vernetzungsdichte weniger angreifbar durch Wasser sein können.

Weiterhin wird angenommen, daß die Mengen an Ammoniak in Rädern, die durch erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurden, zu großen Teilen vermindert sind und daß, dann wieder, dies ebenfalls in einer erhöhten Radlebensdauer sowie in einer länger andauernden Kühllösung resultiert. Ammoniak ist ein Nebenprodukt der Novolakhärtungsreaktion, und es wird während des Harzhärtungsprozesses gebildet. Ammoniak ist beim Naßschleifen nachteilig, da es den pH-Wert der Kühllösungen erhöht, was nachfolgend den Abbau des Schleifrades fördert, indem der hydrolytische Zusammenbruch der Harz/Schleifmittel-Zwischenschicht beschleunigt wird, was zu verminderter Radlebensdauer führt. Herkömmliche Verfahren zum Härten von Rädern in geschlossenen Umgebungen, z. B. eingewickelt in eine Folie, bewirken, daß Ammoniak in dem Rad eingeschlossen wird, während es gehärtet wird. Bei dem hier beschriebenen Verfahren erfolgt die Härtung in einer offenen Umgebung, d. h., der Grünkörper wird der Härtungsatmosphäre ausgesetzt, wodurch Ammoniakgas aus dem Rad verdampfen kann, während es aushärtet.

Die Erfindung wird weiterhin durch die folgenden Beispiele beschrieben, die nicht als einschränkend beabsichtigt sind.

Elf Kontrollproben wurden unter Verwendung des als "38A" bezeichneten Schleifkorns hergestellt, bezogen von Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc., Worcester, MA. Dieses Schleifkorn ist ein weißes, bröckeliges Alundum, was dafür bekannt ist, eine geringe Beibehaltung der Festigkeit aufzuweisen, wenn es bei Naßschleifprozessen eingesetzt wird. Aminopropyltriethoxysilan wurde von Witco Corp., Greenwich, CT, bezogen. Flüssiges Phenolharz (LPR) wurde von Oxychem-Durez, Buffalo, NY, bezogen. Zwei trockene Phenolharzbindemittel, A und B, bezogen von Oxychem-Durez, Buffalo, NY, enthaltend 9 Hexa, wurden eingesetzt. Beide Harze wurden mit Decylalkohol (TDA) (20 cm³/lb) trockenes Harz befeuchtet, um Staub unter Kontrolle zu halten. Beide Bindemittel A und B wiesen eine mittlere Fließfähigkeit und ein mittleres Molekulargewicht auf.

Die Formulierungen #1A und #1B, bei denen die Bindemittel A bzw. Bindemittel B verwendet wurden, wiesen die folgenden Zusammensetzungen und Eigenschaften auf:

Gemische wurden entweder zu Stäben oder Testrädern geformt. Die Dimensionen der Teststäbe waren 4,0" (101,60 mm) mal 1,0" (25,40 mm) mal 0,5" (12,70 mm). Testräder waren 5,125" (130,175 mm) mal 1,0" (25,40 mm) mal 0,4" (10,16 mm). Ein Gewicht des Gemisches von 74,8 g wurde verwendet, um die geformten Teststäbe herzustellen.

Um das Einwickeln, wie im US Patent Nr. 3,323,885 an Rowse et al. beschrieben, zu simulieren, wurden Probepartikel in einem Behälter plaziert und der Behälter wurde nach dem Formen und vor dem Erwärmen mit Papierband abgedichtet. Es wurde dem Behälter vor der thermischen Härtung der Harzkomponente auf Phenolbasis kein Wasser zugesetzt.

Die grünen Kontrollproben wurden in einem Ofen gehärtet, indem die Temperatur kontrolliert von Raumtemperatur auf 160°C erhöht und 10 Stunden lang bei 160°C gehalten wurde.

Biegefestigkeitsmessungen (ASTM D 790-91) wurden unter Verwendung eines Dreipunktbiegetests und einer 2" Überbrückung sowie einer Geschwindigkeit des Querkopfs von 0,1"/Minute durchgeführt. Sowohl die Trocken- als auch die Naßfestigkeit wurden für jede Probe bestimmt, indem für jede Probe 6 bis 8 Datenpunkte gesammelt wurden. Die in Tabelle 1 gezeigten Daten sind Durchschnittsbiegefestigkeiten (&sgr;) und entsprechende Standardabweichungen, s.d. Die Ergebnisse für jede der elf Proben und die durchschnittlichen Ergebnisse für die elf Proben sind in Tabelle 1 gezeigt.

Grüne Teststäbe hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben wurden in Gegenwart von 10, 25 und 75 Kubikzentimeter (cm³ oder cc) Wasser in einen abgedichteten Behälter gesetzt. Das Wasser wurde in eine kleine Metallpfanne gegeben und am Boden des Behälters plaziert. Die Teststäbe wurden auf festen Keramikklötzen oberhalb der Wasserpfanne plaziert. Die Verteilung von Dampf innerhalb des gesamtes Behälters konnte während des Härtens leicht erreicht werden. Die Auswirkung der Wasserkonzentration während der Härtung (Partialdruck des Dampfes) auf die Naßfestigkeit wurde bestimmt, indem das Wasservolumen in dem Behälter während der Härtung eingestellt wurde. Basierend auf Ergebnissen von Teststäben wurde eine Wassermenge verwendet, um die Naßfestigkeit zu maximieren. Die Härtungsbedingungen waren die gleichen wie die in Beispiel 1 beschriebenen, mit der Ausnahme, daß während des Härtens Feuchtigkeit anwesend war.

Trocken- und Naßbiegefestigkeit sowie die prozentuale Beibehaltung der Festigkeit von erfindungsgemäß bei verschiedenen Niveaus an Wasserkonzentration hergestellten Proben sind unten in Tabelle 2 gezeigt. Vergleichsdaten werden durch die in Tabelle 1 berichteten Proben # 2, 3, 6 und 11 zur Verfügung gestellt, die ohne zugesetztes Wasser gehärtet wurden.

Die Auswirkungen der Feuchtigkeit wurden ebenfalls durch Einführung von Dampf bei einem Druck von einer Atmosphäre in den Ofen während der Härtung untersucht.

Vorschriften zur Herstellung dieser Proben werden in Beispiel 1 berichtet, wobei die Formulierung #1A ein kautschukmodifiziertes Phenolharz und die Formulierung #1B ein unmodifiziertes Phenolharz verwendeten.

Grüne Teststäbe mit der in Beispiel 1 beschriebenen Zusammensetzung wurden auf ein Drahtsieb gesetzt und oberhalb von Wasser aufgehängt, das am Boden eines drucklosen 10 Gallonen Kesselreaktors plaziert war. Der ventilierte, bedeckte Kessel enthaltend die Teststäbe und etwa 1,5 Gallonen Wasser wurde in dem Härtungsofen plaziert. Feuchtigkeit war während des gesamten Zykluses vorhanden. Die Temperaturen und Zeitdauern waren wie in Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, daß anschließend an die Härtung Restwasser in der Pfanne verblieb, was anzeigt, daß eine wassergesättigte Atmosphäre während der gesamten Härtung erreicht wurde einschließlich der Durchwärmung bei der endgültigen Härtungstemperatur (eine Erschöpfung des Wassers trat während der Dauer des Härtungszykluses nicht auf).

Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt und werden mit dem Durchschnitt der in Tabelle 1 gezeigten Proben 1 bis 11 verglichen.

Die % RH sowie die Dauer der Feuchtigkeitskontrolle während der Härtung wurden unter Verwendung von 6-3/16" X 3-3/8" Teststababschnitten untersucht. Die grünen Stababschnitte wurden unter Einsatz des in Beispiel 1 beschriebenen kautschukmodifizierten Trockenharzes (Bindemittel A) wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt.

Eine Kontrollprobe wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt. Siebzehn grüne Proben wurden in Gegenwart von Feuchtigkeit bei einem Druck von 1 Atmosphäre in einer Umgebungskammer Despatch Model 519, hergestellt von Despatch Industries, Minneapolis, MN, gehärtet.

Es wird festgestellt, daß bei erhöhten Temperaturen die R.H.-Werte exponentiell als Funktion der Temperatur über 100°C abnehmen. Daher werden die als Einstellwert verwendeten% R.H.-Werte nicht erzielt, wenn die Temperatur während des gesamten Härtungszykluses über 100°C steigt. Beispielsweise fiel die relative prozentuale Feuchtigkeit von 90% auf 15% bei 160°C, obwohl ein Einstellwert von 90% verwendet wurde. Maximal erhältliche R.H.-Werte als eine Funktion der Temperatur sind in Tabelle 4A für Temperaturen, die größer sind als der Siedepunkt von reinem Wasser (100°C), angegeben. Diese Werte sind theoretisch, und sie wurden aufgrund des Dampfdrucks von Wasser über den gesamten Temperaturbereich berechnet.

Eine Wasserdampftabelle kann im CRC Handbook of Chemistry and Physics, Vol. 76, Seiten 6–15, CRC Press, Boca Raton, FL, gefunden werden. Dies stellt die ersten 3 Spalten der unten angegebenen Tabelle 4A dar. Die vierte Spalte in Tabelle 4A (RH,%) wurde auf der Basis folgender Beziehung berechnet: RH = (p/p₀) × 100% oder RH = 1/p₀ × 100%, wobei p der Druck des Systems ist (es wird angenommen, daß er 1 atm beträgt) und P₀ der Dampfdruck von Wasser bei einer gegebenen Temperatur ist (dieser Wert ist in Spalte 3 der Tabelle angegeben).

Das Feuchtigkeitsprofil des Ofens variierte mit der Temperatur. Die maximal bei einer gegebenen Temperatur in den Öfen erhältliche R.H. kann in der Ofentemperatur/Feuchtigkeitsprofil-Tabelle gefunden werden.

Es wurden Experimente durchgeführt unter Variierung entweder der relativen Feuchtigkeit und Konstanthaltung der Feuchtigkeit für den gesamten Härtungszyklus oder unter Variierung der Länge der Zeitdauer, welcher die Proben maximalen Feuchtigkeiten während des Härtens ausgesetzt waren. Die Länge der Zeitdauer für das Aussetzen der Proben gegenüber Feuchtigkeit reichte von 5 Stunden bis zu 15 Stunden für den vollen Härtungszyklus. In Experimenten, bei denen ein Einstellwert von 90% R.H. der maximalen Feuchtigkeit in dem System für die angegebene Zeitdauer erhalten wurde, werden die Daten in den Tabellen 4B und 4C berichtet.

Die Ergebnisse zeigten, daß die relative Feuchtigkeit und die Dauer des Ausgesetztseins gegenüber Feuchtigkeit, wenn diese erhöht wurden, zu verbesserten Eigenschaften führten. Die optimalen Bedingungen waren bei der höchsten, in dem Ofen bei einer gegebenen Temperatur für die Dauer des Härtungszykluses erhältlichen Feuchtigkeit. Die Naßbiegefestigkeitswerte für Proben, die unter optimierten Bedingungen gehärtet wurden, betrugen mehr als das Zweifache der Naßfestigkeit der Kontrollprobe.

Standardräder wurden auf 5,125" (130,175 mm) × 0,40" (10,16 mm) × 1,0" (25,4 mm) geformt für eine Endgröße von 5,0" (127,00 mm) × 0,200" (5,08 mm) × 1,25 (31,75 mm). Die Räder wurden unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Korns, des Silans, des Resols und des trockenen Bindemittels A hergestellt.

Zwei untersuchte Proben, #3A und #4A, hatten die unten angegebenen Zusammensetzungen und Eigenschaften:

Die Räder wurden gehärtet, indem kontrolliert die Temperatur von Raumtemperatur auf 160°C für 10 Stunden erhöht wurde.

Standardräder wurden auf einzelne keramische Klötze gestapelt und in einem Gefäß (Dose) ohne Zugabe von Wasser eingeschlossen und unter trockenen Bedingungen gehärtet. Diese Räder waren die Kontrollräder.

Feuchtigkeitsgehärtete (Dampf) grüne Räder wurden nach dem Formen in einem abgedichteten Gefäß enthaltend 0,25 l Wasser auf einzelne Klötze gesetzt, um den Effekt von Rädern zu bestimmen, die unter hoher relativer Feuchtigkeit gehärtet wurden.

Anfänglich wassergesättigte Räder wurden vor dem Härten mittels Einweichen in Wasser (etwa 10 Gew.-% Wasser/Radgewicht) gesättigt und in dem Ofen auf offene Klötze gesetzt, um den Effekt von hoher Feuchtigkeit während nur der frühen Stadien des Härtungszykluses zu bestimmen. Es wurde kein zusätzliches Wasser hinzugefügt und die thermische Härtung erfolgte in Abwesenheit von Feuchtigkeit.

Oberflächenschleiftests wurden unter den unten gezeigten Maschineneinstellbedingungen durchgeführt, wobei F.P.M. für Fuß pro Minute steht.

Räder wurden wie hergestellt getestet und nach einem zweitägigen Einweichen in Kühlmittel, um Langzeitaussetzung gegenüber Kühlmittel während des Schleifens zu simulieren und um die Wasserbeständigkeitseigenschaften der Testräder zu bestimmen. Ergebnisse für feuchtigkeitsgehärtete Standardräder und anfänglich wassergesättigte Räder sind in Tabelle 5A gezeigt. (MMR bedeutet Materialentfernungsrate.) Hioki Leistungsdaten für Standard- und feuchtigkeitsgehärtete Räder sind in Tabelle 5B gezeigt. Die Oberflächenschleifdaten zeigten, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Testräder eine verbesserte Beibehaltung des G-Verhältnises von bis zu 90% aufwiesen. Zusätzlich erreichten diese Räder früh im Schleifprozeß Gleichgewichtsschleifbedingungen.

Die Verwendung von beimpftem Gel (SG) Premium Aluminiumoxidschleifmittel in organisch gebundenen Schleifprodukten wurde beim Schleifen von Oberflächenschlitzen untersucht. Eine auf das Gewicht bezogene 30/70 Mischung aus (gesintertem), beimpftem Sol-Gel Premium alpha-Aluminiumoxidkorn mit 38A Alundumkorn, beide bezogen von der Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., wurde verwendet, um Standardräder zu bilden. Räder, die unter Verwendung herkömmlicher Technologie gehärtet wurden, wurden verglichen mit Rädern, die unter dem in Beispiel 2 beschriebenen, feuchtigkeitskontrollierten Brennzyklus gehärtet wurden.

Die Proben wurden wie folgt hergestellt:

Die Dimensionen des geformten Rads waren 5,125 (130,175 mm) × 0,373 (9,47 mm) × 1" (25,40 mm). Räder wurden für den Test auf eine Größe von 5" (127,00 mm) × 0,25 (6,35 mm) × 1,25" (31,75 mm) zugerichtet.

Die Räder wurden wie hergestellt und im Anschluß an ein zweitägiges Einweichen in Kühlmittel zur Simulierung der Langzeiteffekte (halbsynthetisches Master Chemical Trim SC210 Kühlmittel, verwendet bei 5% in Wasser) des Kühlmittelabbaus auf die gebundenen Schleifprodukte getestet. Die Räder wurden unter den unten gezeigten Maschineneinstellbedingungen getestet.

Die Ergebnisse für diesen Test werden in den Tabellen 6A und 6B berichtet. Diese Ergebnisse zeigen, daß unter feuchtigkeitsinduzierten thermischen Härtungsbedingungen hergestellte Räder das Standardprodukt um mehr als 50% beim Planschleifen übertreffen. Die Beibehaltung des G-Verhältnises nach Aussetzung gegenüber Kühlmittel war nahe oder größer als 90% unter verschiedenen Schleifbedingungen bei harten und weichen Graden. Die Leistungsdaten zeigen, daß sowohl Standardräder als auch Räder, die in einer feuchtigkeitsenthaltenden Atmosphäre thermisch gehärtet wurden, in den selben Leistungsbereichen arbeiteten.

Eine Reihe von tassenförmigen 5" (127,00 mm) × 2" (50,8 mm) × 1,5" (38,10 mm) Rädern wurden zum Plankontaktschleifen eines großen Gebiets auf einer Senkrechtschleifmaschine hergestellt. Das für diesen Test verwendete Bindemittelsystem ist unten gezeigt:

Drei verschiedene Radspezifikationen mit verschiedenen Graden (H, J, L), jeweils enthaltend diese trockene Bindung, wurden hergestellt und sie werden unten beschrieben.

Die Räder wurden gehärtet, indem entweder der in Beispiel 1 beschriebene Standardherkömmliche) Härtungszyklus oder der in Beispiel 2 beschriebene feuchtigkeitskontrollierte Härtungszyklus verwendet wurde.

Die Räder wurden getestet wie hergestellt und im Anschluß an ein 5-tägiges Einweichen in Kühlmittel, um unter den unten gezeigten Maschineneinstellbedingungen zum Schleifen breiter Kontaktflächen Langzeiteffekte des Kühlmittelabbaus auf das gebundene Schleifprodukt zu simulieren, wobei R.P.M. für Umdrehungen pro Minute und S.F.P.M. für Quadratfuß pro Minute stehen:

Die Ergebnisse sind unten in den Tabellen 7A und 7B gezeigt.

Die Ergebnisse in den Tabellen 7A und 7B zeigten klar, daß gebundene Schleifprodukte, die unter hohen Feuchtigkeitsbedingungen (90% bei 95°C bis 15% bei 160°C) gehärtet wurden, dem Abbau durch Kühlmittel bei Scheibenschleifanwendungen einen starken Widerstand entgegensetzten. Die oben gezeigten Daten deuten darauf hin, daß bei Verwendung phenolgebundener Schleifprodukte, die erfindungsgemäß verarbeitet wurden, eine Beibehaltung des G-Verhältnises von 100% erreicht werden kann. Es wird erwartet, daß die sich daraus ergebenden Verlängerungen der Lebensdauer dieser Produkte 40%, basierend auf den Werten der Beibehaltung des G-Verhältnises, betragen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Räder wurden Bersttests unterworfen. Die verwendeten Formulierungen sind unten gezeigt.

Bersttesträder (12" (304,79 mm) × 1" (25,4 mm) × 4" (101,60 mm)) wurden in Bindemittel C und in Bindemittel A hergestellt, wie in den Beispielen 7 bzw. 1 beschrieben. Ein weicher Grad und grobes Korn wurden verwendet, um die Naßberstfestigkeit zu testen. Diese Tests wurden unter Verwendung von 38A Schleifmittel durchgeführt, das dafür bekannt ist, geringe Naßfestigkeit aufzuweisen, sowohl in BINDEMITTEL C als auch in BINDEMITTEL A. Die Testspezifikation für Planschleifanwendungen war BINDEMITTEL A, Probe #7A, und für Scheibenschleifanwendungen BINDEMITTEL C, Probe #4C. Die Standardprodukte wurden durch oben beschriebenes herkömmliches Einwickeln hergestellt. Die minimalen Eignungsgeschwindigkeiten und Naßberstdaten sind in Tabelle 8 gezeigt.

Eine Anstieg der Naßberstgeschwindigkeit um 35% wurde bei dem experimentellen Produkt verglichen mit dem Standardprodukt bei der Planschleifspezifikation beobachtet. Ein Anstieg der Naßberstgeschwindigkeit um 9% gegenüber einem Standardrad wurde beim Scheibenschleifen bei dem Rad beobachtet, das in einer feuchtigkeitshaltigen Atmosphäre gehärtet wurde.

Sowohl Standardproben als auch in einer feuchtigkeitsenthaltenden Atmosphäre thermisch gehärtete Proben wurden gemäß dem in Beispiel 5 beschriebenen Verfahren hergestellt. (Bindemittel A, Proben #3A und 4A). Die erhaltenen Proben wurden in einem unter Druck stehenden Gefäß (Autoklav) mit Wasser plaziert, um Ammoniak aus den Proben zu extrahieren. Der Autoklav wurde aus dem Ofen entfernt und vor dem Öffnen des Reaktors einspritzgekühlt. Die Ammoniakmengen in dem sich ergebenden Extrakt wurden unter Verwendung des EPA Verfahrens 351.3 auf gesamten Kjeldahl-Stickstoff (TKN) analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt.

Die Ammoniakkonzentration ist in mg/l (ppm) angegeben. Sie stellt die Menge Ammoniak dar, die aus einem 1000 g schweren Radsegment in einem kontrollierten Wasservolumen (1000 cm³) extrahiert wird.

Während diese Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde ist es für Fachleute klar, daß verschiedene Änderungen in der Form und in Details vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, der durch die angefügten Ansprüche umfaßt wird, abzuweichen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines organisch gebundenen Schleifartikels umfaßt das Kombinieren einer Schleifkornkomponente und einer Harzkomponente auf Phenolbasis. Die vereinigten Komponenten werden geformt und in einer Atmosphäre, die Feuchtigkeit enthält, gehärtet, wobei die Atmosphäre mit den geformten Komponenten in Kontakt steht, wodurch das organisch gebundene Schleifkorn hergestellt wird. Das Schleifkorn kann gegebenenfalls zuerst mit einer siliciumorganischen Komponente kombiniert werden, um siliciumorganisch behandeltes Schleifkorn zu bilden, und dann mit der Harzkomponente auf Phenolbasis. In einem Beispiel wird das Harz auf Phenolbasis in Gegenwart von Dampf thermisch gehärtet. Schleifartikel, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurden, haben im allgemeinen verbesserte Eigenschaften unter Naßschleifbedingungen. In einem Beispiel enthält der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Schleifartikel Ammoniak in einer Menge von weniger als etwa 50 ppm. In einem anderen Beispiel weist das nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Schleifrad eine Beibehaltung der Festigkeit von größer als etwa 57 Prozent auf.