Die Erfindung betrifft beschichtete Schleifmittel und insbesondere
beschichtete Schieifmittel, bei denen die Schleiffläche eine Vielzahl von im
allgemeinen regelmäßigen Verbundstrukturen aufweist, von denen jede Schleifkorn
in einem gehärteten Bindemittel verteilt enthält. Die Form, der Abstand,
die Größe und die Zusammensetzung der Verbundkörper kann beeinflußt
werden, um einen weiten Bereich an Schleifeigenschaften zu erzielen, und aus diesem
Grund werden die Erzeugnisse häufig als „strukturierte Schleifmittel"
bezeichnet, wobei diese Übereinkunft hier übernommen wird.
Für bestimmte Anwendungsbereiche kann die Leistungsfähigkeit
solcher strukturierter Schleifmittel jedoch ziemlich enttäuschend sein und
hinter den erheblichen Vorteilen, die in anderen Anwendungsbereichen realisiert
werden, zurückbleiben. Eine solche Anwendung ist die, welche man beim Naßschleifen
von Metallen unter Verwendung relativ feiner Korngrößen erhält. Es
wurde nun gefunden, daß es möglich ist, Formulierungen zu entwickeln,
die erheblich verbesserte Ergebnisse erzielen, obwohl grundsätzlich schlechtere
Ergebnisse erwartet werden könnten.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein beschichtetes, strukturiertes
Schleifmittel mit einer strukturierten Schleiffläche zur Verfügung, die
eine Vielzahl von geformten Schleifstrukturen enthält, die mit einem Trägermaterial
verbunden sind, wobei die Strukturen eine gehärtete Formulierung aufweisen,
die ein Bindemittelharz auf Acrylatbasis enthält, wobei in dem Bindemittel
Schleifpartikel gleichmäßig verteilt sind, wobei der Anteil von Harz in
der Formulierung von 58 bis 75 Vol.-%, vorzugsweise von 60 bis Vol.-72%, und insbesondere
von 65 bis 68 Vol.-%, beträgt.
Der Bindemittelharzbestandteil der Formulierung enthält die polymerisierbaren
Bestandteile sowie alle verwendeten Härtungsmittel, um das Aushärten zu
beschleunigen oder zu unterstützen, und Haftsteuerungszusätze. Der Rest
enthält die Schleifpartikel sowie alle verwendeten Füllmittel, um die
Rheologie der gehärteten Formulierungen einzustellen, Schmiermittel und alle
festen Zusätze, wie Schleifhilfsmittel und andere eigenschaftsmodifizierende,
feste Materialien. Andere Bestandteile können ebenfalls vorhanden sein, einschließlich
eines Polymers in einer Menge von bis zu 60 Vol-% des härtbaren Bindemittelharzes,
das zur Modifizierung der physikalischen Eigenschaften wenn die Formulierung dient.
Bei herkömmlichen strukturierten Schleifmitteln, die für
Trockenschleifanwendungen entwickelt wurden, wird optimale Leistung erreicht, wenn
die Schleifstrukturen etwa 55 des gehärteten Harzbestandteils, 28 % Füllmittel
und etwa 17 % Schleifkorn enthalten, wobei alle Anteile sich auf das Volumen beziehen.
Dies wird als das Beste angesehen, um das Maximalvolumen an Schleifpartikeln zu
halten, um die Schleiffunktion durchzuführen. Intuitiv nimmt man an, daß
eine Verringerung des Volumenanteils des Schleifmittels zugunsten des Bindemittels
die Effektivität der Schleifwirkung verringern würde. Es wird jedoch überraschenderweise
gefunden, daß dies nicht der Fall ist. Die Wirksamkeit bei verschiedenen Anwendungen,
einschließlich Naßschleifen (worunter Schleifen unter Verwendung eines
flüssigen Schmiermittels, wie eines flüssigen Schmiermittels auf der Basis
von Wasser oder Öl, verstanden werden soll), wird tatsächlich effektiver
sowohl in Bezug auf die in einer bestimmten Zeitdauer abgeschliffene Materialmenge
als auch in Bezug auf das nach einem Abschleifen verbleibende Finish der abgeschliffenen
Oberfläche. Es wird angenommen, daß die Verbesserung auch bei Anwendungen
wie Trockenanwendungen bei mittlerem bis hohem Druck, wie Glätten einer Schweißnaht
und Entfernung einer Vertiefung auf einer metallischen Oberfläche, gefunden
wird.
Der Bindemittelharzbestandteil, für den der überraschende
Effekt offenbart wird, basiert auf polymerisierbaren Acrylatmonomeren, und dies
bedeutet Polymere basierend auf polymerisierbaren Monoacrylaten, Diacrylaten, Triacrylaten
und anderen Polyacrylaten sowie Mischungen davon, gegebenenfalls des weiteren enthaltend
Oligomere, wie Polyester und Urethane, die mit solchen Acrylaten copolymerisierbar
sind, und copolymerisierbaren Monomeren, welche verwendet werden können, um
den Grad der Vernetzung oder die Rheologie des fertigen Polymers anzupassen.
Es wurde auch gefunden, daß wenn ein weiterer Polymerbestandteil
zu der Formulierung hinzugefügt wird, der vorteilhafte Effekt erhalten bleibt
oder sogar vergrößert werden kann, da es scheint, daß die vorteilhaftesten
Ergebnisse in Richtung auf das obere Ende des oben angegebenen Bereichs erhalten
werden. Dies schient zuzutreffen ob das zugegebene Polymer ein thermoplastisches,
wie PVC, oder ein duroplastisches Harz, wie ein Phenolharz, ist.
Die Menge des Polymers, die zugegeben werden kann, kann bis zu 100 Volumen-% des
Bindemittelharzes betragen, ist aber vorzugsweise von 10 bis 60 und insbesondere
20 bis 40 Volumen-% des Bindemittelharzvolumens.
Die verwendeten Schleifkörner können irgendwelche von denen
sein, die in Zusammenhang mit strukturierten Schleifmitteln beschrieben worden sind,
einschließlich geschmolzenem oder keramischem Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxiden,
Siliciumcarbid, kubischem Bornitrid, Diamant, Ceroxid, Siliciumnitrid und Mischungen
davon. In einigen Fällen können sehr milde Schleifmittel, wie gamma Aluminiumoxid,
Böhmit, Siliciumoxid oder Ceroxid, allein oder in einem Gemisch mit einem oder
mehreren anderen Schleifmitteln, verwendet werden. Die Partikelgrößen
des Schleifmittels, die üblicherweise in strukturierten Schleifmitteln verwendet
werden, sind oft feiner als die in herkömmlichen Schleifmitteln verwendeten,
so daß Partikelgrößen, die von 1 bis 200 Mikrometern und vorzugsweise
von 5 bis 100 Mikrometer reichen, verwendet werden können. Bei den feineren
Körnern ist das erhaltene Finish oft genauso kritisch wie die Aggressivität
der Materialentfernung. Auch hier erweisen sich die Formulierungen der vorliegenden
Erfindung überraschenderweise effektiv, indem glattere Endresultate als mit
herkömmlicheren Formulierungen sichergestellt werden können.
Das Volumen der Schleifkörner in der Formulierung kann von 5
bis 30 %, und vorzugsweise von 10 bis 25 %, bezogen auf das Volumen der Formulierung,
betragen. Wo die Formulierung ein mineralisches Füllmittel enthält, kann
die Menge eines solchen Füllmittels bis zu 40 % und vorzugsweise von 5 bis
30 % des Volumens der Formulierung betragen.
Die Herstellung der strukturierten Schleiffläche kann durch jede
der auf dem Fachgebiet bekannten Technik erfolgen, bei der eine Aufschlämmung
eines Verbunds aus Schleifmittel und einer Bindemittelvorstufe gehärtet wird,
während diese sich in Kontakt mit einem Träger und einem Herstellungswerkzeug
befindet, so daß sie auf einer Oberfläche des Trägers haftet und
auf der anderen Oberfläche die genaue Form der inneren Oberfläche des
Herstellungswerkzeugs aufgedrückt bekommt. Solch ein Verfahren ist beispielsweise
in den US-Patenten 5,152,917; 5,304,223; 5,378,251; und 5,437,254 beschrieben, welche
hiermit alle unter Bezugnahme aufgenommen werden. Alternative Herstellungsmethoden,
einschließlich Tiefdruckbeschichtung, sind in den US-Patenten 5,840,088; 5,014,468
und 4,773,920 beschrieben, und Prägetechniken wie die in den US-Patenten 5,833,724;
und 5,863,306 beschriebenen können verwendet werden, und diese werden ebenfalls
unter Bezugnahme aufgenommen.
Zeichnungen
Die 1 bis 6
zeigen Säulendiagramme der in den Beispielen dargestellten Daten.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die Erfindung wird nun im Besonderen unter Bezugnahme auf spezielle
Formulierungen beschrieben, welche dazu vorgesehen sind, die hier beanspruchte Erfindung
zu erläutern. In den Beispielen werden die folgenden Bestandteile verwendet:
Bindemittelharz
Dies bezieht sich auf ein 70/30 Gemisch von TMPTA mit EBECRYL®
3700
TMPTA
Trimethylolpropantriacrylat
EBECRYL® 3700
Ein acryliertes Epoxidoligomer, geliefert von UCB Radcure Inc.
IRGACURE® 819
Ein Photoinitiator auf der Basis von Phosphinoxid, erhältlich von Ciba
Speciality Chemicals Corp.
A-1100
Ein gamma Aminopropyltriethoxysilan-Haftvermittler, geliefert von Crompton Corp.
unter der Marke SILQUEST® A1100.
Wollastonit
325 mesh Wollastonit, geliefert von Nyco Minerals Co.
EPL 320
P320 Korn braunes Aluminiumoxid, geliefert von Treibacher.
FRPL P1000
P1000 Korn Aluminiumoxid, geliefert von Treibacher.
ATH
Aluminiumtrihydroxid, geliefert von Alcoa.
PVC
Polyvinylchloridpartikel.
Varcum 29217
pulverisiertes phenolisches Resolharz, geliefert von Occidental Chemical Corp.
In allen Beispielen wurde das strukturierte Schleifmittel unter Verwendung
des in Beispiel 1 des US-Patents 5,833,724 dargelegten Verfahrens erhalten. Die
einzigen Abweichungen lagen in der auf dem Träger abgelagerten Formulierung,
die unter Verwendung des hier beschriebenen Verfahrens geprägt wurde. Dieses
Verfahren beinhaltet die Aufbringung eines funktionellen Pulvers auf die Oberfläche
des strukturierten Schleifmittels, um die Viskosität der Oberflächenschicht
zu erhöhen und dadurch ein Fließen zu hemmen, bevor die Härtung vollendet
werden kann. Der Beitrag dieses funktionellen Pulvers zu den Anteilen der Bestandteile
wird ignoriert, da es während des Gebrauchs relativ schnell entfernt wird und
in jedem Fall während der Bewertung eine Konstante darstellt.
Das in den Beispielen verwendete Testverfahren benutzte einen spitzenlose
ACME Einkopf Schleifmaschine. In dieser Maschine wird ein zu testendes Band von
einem Gummikontaktrad getragen und ihm steht ein Gummiregulationsrad gegenüber.
In den Tests wurden zwei 1,5 inch (3,8 cm) Blöcke aus rostfreiem 304er Stahl
durch die Maschine geschickt, wobei der Spalt 0,003 inch (0,0076 cm) kleiner eingestellt
wurde als der Durchmesser des Blocks. Dies zählt als ein Durchgang, und nach
jedem Durchgang wurde der Spalt um weitere 0,003 inch (0,0076 cm) verkleinert. Bei
den Bändern mit feinem Korn (P1000) wurden die Schritte um 0,001 inch (0,0025
cm) pro Durchgang verringert. Der Test wurde fortgeführt, bis das Band bis
auf den Träger abgenutzt war. Die Abmessungen des Testbandes waren 4 in. ×
54 in. (10,2 cm × 137,2 cm) und die Bandgeschwindigkeit betrug 6000 SFPM (1830
SMPM). Das Band wurde unter einer Spannung von 40 1b (18,2 kg) gehalten und der
Block wurde in dem Spalt mit einer Geschwindigkeit von 57 in. (1,46 m) pro Minute
zugeführt. Während des Schleifens wurde ein ein Rostschutzmittel enthaltendes
Wasserkühlmittel auf das Band gesprüht. Die Schleifleistung wurde gemessen
als die Gesamtmenge des von dem Band abgenutzten Metalls nach sieben Durchgängen
für das Band hergestellt mit dem P-320 Schleifkorn und nach 25 Durchgängen
für das Band mit dem P1000 Schleifkorn. Das Oberflächenfinish wurde für
die Produkte mit feinerem Schleifkorn bestimmt, und die ausgewählten Parameter
waren Rz und Ra, jeweils gemessen nach dem 25. Durchgang.
Rz ist die durchschnittliche Höhendifferenz zwischen den fünf
höchsten Peaks und den fünf niedrigesten Tälern über einem definierten
Rauhigkeitsprofil, und Ra ist der durchschnittliche Abstand aller Punkte
in einem Rauhigkeitsprofil oberhalb und unterhalb der mittleren Höhe des Profils.
Beispiel 1
Dieses Beispiel zeigt wie die Schleifleistung der folgenden Formulierungen:
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der kumulative
Abschliff für die Formulierungen, die 65,3 und 70 Vol.-% des Harzbindemittels
enthalten, am größten. Größere und kleinere Volumen führten
zu einer schlechteren kumulativen Abschliffleistung.
In den Beispielen wurden die Anteile an zugesetztem EBECRYL 3700 (welches
durch eine höhere Viskosität als die „Bindemittel"-Formulierung
gekennzeichnet ist) sowie die eingearbeiteten Mengen an Füllmittel im Hinblick
darauf bestimmt, eine konsistente Rheologie zu erhalten, die für die verwendete
Prägetechnik geeignet ist, um eine strukturierte Schleifoberfläche zu
erzeugen.
Beispiel 2
Diese Beispiel zeigt die Wirkung der Zugabe eines PVC Harzes zu der
Formulierung. Zwei Läufe wurden durchgeführt, einer mit PVC Zugabe und
einem erhöhten Volumenverhältnis (in Bezug auf das Schleifmittel) und
der andere unter Verwendung einer typischen, optimierten Formulierung, die für
Trockenschleifanwendungen vorgesehen ist. Die untersuchten Bänder
wurden unter Verwendung von Formulierungen mit den folgenden Zusammensetzungen hergestellt.
Wie aus einem Vergleich der obigen Formulierungen mit dem als
2 gezeigten Säulendiagramm klar wird, war die
Formulierung mit dem verminderten Schleifmittelgehalt und einem höheren Bindemittelgehalt,
der ebenfalls PVC beinhaltete, sehr erheblich besser.
Beispiel 3
Dieses Beispiel zeigt den Effekt der Zugabe eines Phenolharzes zu
der Formulierung zusätzlich zum Anheben des Volumenprozentsatzes des Acrylbindemittelharzes
in der Formulierung abzüglich des Phenolharzes. Die zur Herstellung von Schleifbändern
für die Ausweitungen verwendeten Formulierungen sind in der folgenden Tabelle
gezeigt.
Aus der in 3 gezeigten Graphik, welche
die bei der Bewertung von mittels der obigen Formulierungen hergestellten Bändern
erhaltenen kumulativen Abschleifdaten darstellt, ist es klar, daß selbst mit
einer Menge an Phenolharz entsprechend etwa 30 % der gesamten Bindemittelharzzusammensetzung
die Leistung der erfindungsgemäßen Formulierungen der Leistung von Bändern
überlegen ist, die mit mehr oder weniger als dem bevorzugten Bereich des Harzbindemittels
hergestellt wurden.
Die vorgenannten Beispiele erläutern die Vorteile, die Bänder
bieten, die unter Verwendung verschiedener Formulierungen hergestellt wurden, in
denen die Schleifpartikel eine Korngröße von P320 aufwiesen, was
einer Durchschnittsgröße von 45 Mikrometern entspricht. In der nächsten
Gruppen haben die Schleifpartikel eine durchschnittliche Korngröße von
P1000 oder etwa 16 Mikrometern. Bei diesen Produkten ist das Oberflächenfinish,
das nach dem Schleifen zurückgelassen wird, genauso wichtig wie die Metallentfernungsrate.
Beispiel 4
In diesem Beispiel wurden die folgenden Formulierungen verwendet,
um beschichtete Schleifmittel mit strukturierten Oberflächen herzustellen.
Die Schleifrate wurde unter Verwendung der selben, oben beschriebenen Technik und
Geräte für jede Formulierung bestimmt und die Ergebnisse sind in
4 gezeigt.
Die in 4 gezeigten Daten zeigen deutlich,
daß das selbe Vorteilsmuster in Hinblick auf den kumulativen Abschliff bei
Produkten gefunden wurde, die unter Verwendung sehr viel kleinerer Korngrößen
hergestellt wurden.
Beispiel 5
Dieses Beispiel bewertet Produkte, die denen in Beispiel 4 untersuchten
ähnlich sind. Dieses mal liegt der Bewertungsschwerpunkt jedoch auf dem Finish,
das nach 25 Durchgängen zurückbleibt. Die bewerteten Formulierungen sind
in der folgenden Tabelle gezeigt.
Die 5 und 6
zeigen die Ra- und Rz-Werte für die Oberflächen,
die unter Verwendung von Bändern, hergestellt gemäß der ersten, zweiten
und vierten der obigen Formulierungen, abgeschliffen wurden, und der Rz-Wert
für eine Oberfläche, die geschliffen wurde unter Verwendung eines Bandes
hergestellt unter Verwendung der dritten Formulierung, ist ebenfalls angegeben.
Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß das Oberflächenfinish nur wenig
beeinträchtigt wird und über mindestens einen Teil des Bereichs tatsächlich
geringfügig besser ist.
Anspruch[de]
Verfahren zum Abschleifen einer Metalloberfläche eines Objekts,
umfassend:
Abschleifen der Metalloberfläche eines Objekts unter Verwendung einer spitzenlosen
Schleifvorrichtung, wobei die spitzenlose Schleifvorrichtung ein beschichtetes Schleifmittel
mit einer strukturierten Oberfläche aufweist, die eine Vielzahl von geformten,
an einem Trägermaterial befestigten Schleifstrukturen enthält, wobei die
Strukturen eine gehärtete Formulierung enthalten, die ein Bindemittelharz basierend
auf polymerisierbaren Acrylatmonomeren mit gleichmäßig in dem Bindemittelharz
verteilten Schleifpartikeln aufweisen, wobei der Anteil des Bindemittelharzes in
der Formulierung 58 bis 75 Volumen-% beträgt.Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Anteil des Bindemittelharzes in
der Formulierung 60 bis 72 Volumen-% beträgt.Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittelharz basierend auf polymerisierbaren
Acrylatmonomeren eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Monoacrylaten,
Diacrylaten, Triacrylaten und Gemischen davon, enthält.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formulierung des weiteren 10 bis
60 Volumen-%, basierend auf dem Volumen des Bindemittelharzbestandteils, eines polymeren
Füllmittels enthält.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formulierung weiterhin 5 bis 30
Volumen-% eines Mineralfüllmittels enthält.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formulierung 5 bis 20 Volumen-%
Schleifpartikel enthält.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schleifpartikel eine durchschnittliche
Partikelgröße von 1 bis 200 Mikrometern aufweisen.Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schleifpartikel eine durchschnittliche
Partikelgröße von 5 bis 100 Mikrometern aufweisen.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die spitzenlose Schleifvorrichtung
eine spitzenlose Bandschleifvorrichtung ist.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metalloberfläche des Objekts
in Gegenwart einer Schleifflüssigkeit abgeschliffen wird.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metalloberfläche des Objekts
Stahl ist.Verfahren zum spitzenlosen Schleifen einer Metalloberfläche eines
Werkstücks, umfassend:
(a) Unterstützen des Werkstücks zwischen einem Regulationsrad und einem
Teil eines Schleifbandes, das von einem Kontaktrad gestützt wird; und
(b) Inkontaktbringen des Werkstücks mit dem Schleifband, wodurch die Metalloberfläche
des Werkstücks abgeschliffen wird;
wobei das Schleifband ein beschichtetes Schleifmittel mit einer strukturierten Oberfläche
aufweist, die eine Vielzahl an geformten Schleifstrukturen, die an einem Trägermaterial
befestigt sind, enthält, wobei die Strukturen gehärtete Formulierungen
enthalten, die ein Bindemittelharz basierend auf polymerisierbaren Acrylatmonomeren
mit gleichmäßig in dem Bindemittel verteilten Schleifpartikeln aufweisen,
wobei der Anteil des Bindemittelharzes in der Formulierung 58 bis 75 Volumen-% beträgt.Verfahren nach Anspruch 12, des weiteren umfassend den Schritt des Aufbringens
einer Schleifflüssigkeit auf die Oberfläche des Schleifbandes während
des Schleifens.Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Schleifflüssigkeit Wasser
enthält.Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Anteil des Bindemittelharzes in
der Formulierung 60 bis 72 Volumen-% beträgt.Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bindemittelharz basierend auf
polymerisierbaren Acrylatmonomeren eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Monoacrylaten, Diacrylaten, Triacrylaten und Gemischen davon enthält.Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Schleifpartikel eine durchschnittliche
Partikelgröße von 5 bis 100 Mikrometern aufweisen.Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Metalloberfläche des Werkstücks
Stahl ist.Vorrichtung zum spitzenlosen Schleifen eines Werkstücks, umfassend:
(a) ein Regulationsrad;
(b) ein Kontaktrad;
(c) ein Schleifband, von dem ein Teil durch das Kontaktrad gestützt wird; und
(d) einen Träger, um das Werkstück zwischen und in Kontakt mit dem Regulationsrad
und dem Teil des Schleifbandes, der durch das Kontaktrad gestützt wird, zu
halten;
wobei das Schleifband eine strukturierten Oberfläche aufweist, die eine Vielzahl
von geformten, an einem Trägermaterial befestigten Schleifstrukturen enthält,
wobei die Strukturen eine gehärtete Formulierung enthalten, die ein Bindemittelharz
basierend auf polymerisierbaren Acrylatmonomeren mit gleichmäßig in dem
Bindemittelharz verteilten Schleifpartikeln aufweisen, wobei der Anteil des Bindemittelharzes
in der Formulierung 58 bis 75 Volumen-% beträgt.Spitzenloses Schleifmittel, hergestellt durch ein Verfahren umfassend:
(a) Beschichten eines Trägermaterials mit einer Schleifmittelaufschlämmung
enthaltend ein Bindemittelharz basierend auf polymerisierbaren Acrylatmonomeren
und Schleifpartikeln, wodurch eine Schleifbeschichtung gebildet wird;
(b) Aufbringen eines Musters auf der Schleifbeschichtung, um eine geformte Schleifbeschichtung
zu bilden; und
(c) Härten der geformten Schleifbeschichtung, und dadurch Bilden eines geformten
Schleifmittels;
wobei der Anteil des Bindemittelharzes in dem gehärteten, geformten Schleifmittel
58 bis 75 Volumen-% beträgt.Verfahren zur Herstellung eines spitzenlosen Schleifmittels mit den
Schritten:
(a) Beschichten eines Trägermaterials mit einer Schleifmittelaufschlämmung
enthaltend ein Bindemittelharz basierend auf polymerisierbaren Acrylatmonomeren
und Schleifpartikeln, wodurch eine Schleifbeschichtung gebildet wird;
(b) Aufbringen eines Musters auf der Schleifbeschichtung, um eine geformte Schleifbeschichtung
zu bilden; und
(c) Härten der geformten Schleifbeschichtung, und dadurch Bilden eines geformten
Schleifmittels;
wobei der Anteil des Bindemittelharzes in dem gehärteten, geformten Schleifmittel
58 bis 75 Volumen-% beträgt.
