CN106573361B

CN106573361B - 制备磨料制品的方法

Info

Publication number: CN106573361B
Application number: CN201580045133.3A
Authority: CN
Inventors: 雅各布·S·贝弗里奇; 史蒂文·J·凯佩特
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2019-07-09
Anticipated expiration: 2035-08-05
Also published as: KR20170045263A; KR102305255B1; EP3186037B1; EP3186037A1; EP3186037A4; CN106573361A; JP2017525576A; US20170225300A1; JP6640193B2; US10245708B2; WO2016032711A1

Abstract

本发明公开了制备磨料制品的方法，其包括促进有延展性的热固性可熔融流动的组合物穿过延伸穿过多孔磨料构件的开口，以形成磨料制品前体；该磨料制品前体被加热以形成磨料制品。多个磨料制品可以在加热之前进行堆叠。方法可以用于制造磨料制品诸如磨削轮和切割轮。

Description

制备磨料制品的方法

技术领域

本公开广义地涉及磨料制品及其制备方法。

背景技术

粘结磨料制品具有保持在粘结剂(在本领域中也称为粘结介质)中的磨料颗粒，粘结剂将磨料颗粒粘结在一起作为成形块。典型粘结磨料的示例包括磨削轮、石材、珩磨和切割轮。粘结剂可为有机树脂、陶瓷或玻璃材料(在本领域中均已知为玻璃质粘结剂的示例)或金属。粘结磨料诸如例如磨削轮和切割轮通常含有一种或多种稀松布作为增强物。

切割轮通常为用于普通切割操作的相对薄的轮。该轮直径通常为约5厘米至约200厘米，并且几毫米至几厘米厚(对于较大直径的轮具有更大厚度)。它们可以约1000转/分钟至50,000转/分钟的速度操作，并用于诸如将例如金属或玻璃切割成标称长度的操作。切割轮还被称为“工业切割锯片”，并且在诸如铸造厂的一些设置中被称为“劈锯”。顾名思义，切割轮用于通过研磨穿过物品而切割所述物品，所述物品诸如例如金属棒。

持续需要新粘结磨料，该新粘结磨料在相同性能水平下具有改善的研磨性能和/或降低的成本。

发明内容

在一个方面，本公开提供了制备磨料制品的方法，该方法包括以下步骤：

a)提供具有相对的第一主表面和第二主表面的多孔磨料构件，其中开口从第一主表面延伸穿过多孔磨料构件至第二主表面，其中多孔磨料构件包含通过至少一种粘结剂材料固定至多孔基材的磨料颗粒；

b)促使有延展性的热固性可熔融流动的组合物穿过位于多孔磨料构件中的开口以形成磨料制品前体；以及

c)加热磨料制品前体以形成磨料制品，其中磨料制品包括相对的第一主表面和第二主表面，并且其中第一主表面和第二主表面均包含有延展性的热固性可熔融流动的组合物的交联反应产物。

在另一方面，本公开提供了制备磨料制品的方法，该方法包括以下步骤：

i)提供多个磨料制品前体，其中每个磨料制品前体分别通过包括以下步骤的方法制备：

a)提供具有相对的第一主表面和第二主表面的多孔磨料构件，其中开口从第一主表面延伸穿过多孔磨料构件至第二主表面，其中多孔磨料构件包含通过至少一种粘结剂材料固定至多孔基材的磨料颗粒；以及

ii)将多个磨料制品前体任选地与邻近磨料制品前体中的每个磨料制品前体设置的一个或多个加固稀松布进行堆叠，以提供磨料制品前体叠堆；以及

iii)加热磨料制品前体叠堆以形成粘结磨料制品，其中磨料制品包括相对的第一主表面和第二主表面，并且其中第一主表面和第二主表面均包含有延展性的热固性可熔融流动的组合物的交联反应产物。

如本文所用，术语“B阶段”指示在热固性组合物的固化中的中间阶段，其中发生一些交联(即，共价键形成)，但该过程还未完成，并且组合物可以被加热并使其流动，并且然后最终固化成预期的形状。

如本文所用，参考组合物的术语“可熔融流动的”意指当在环境温度之上的温度加热时，组合物发生软化和流动(在重力和/或以其他方式施加的压力下)。在热固性组合物的情况下，在环境温度之上的温度优选低于热固性组合物的固化温度。可熔融流动的热固性组合物包括例如B阶热固性组合物。

如本文所用，术语“热固性组合物”是指可通过施加能量(例如热能或电磁辐射)通过形成共价化学键而固化的组合物。

如本文所用，术语“稀松布”是指在工业中使用的耐用松散织造织物(例如，由玻璃纤维、聚酯或棉制成)。

在考虑具体实施方式以及所附权利要求书之后，将进一步理解本公开的特征和优点。

附图说明

图1为根据本公开的制备磨料制品的示例性方法100的示意性工艺流程图。

图2为根据本公开的可在制备磨料制品中使用的示例性磨料制品前体叠堆200的分解示意性透视图。

图3为根据本公开的方法的示例性开口网筛磨料300的示意性透视图，该示例性开口网筛磨料被部分切除以显示出磨料层的组分，并作为用于制备粘结磨料制品的有用的磨料构件。

图4A为根据本公开的方法的可用作用于制备粘结磨料制品的磨料构件的示例性非织造磨料400的透视图。

图4B为在图4A中的区域4A的放大视图。

在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开相同或类似的特征或元件。应当理解，本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其它的修改形式和实施方案。附图可能未按比例绘制。

具体实施方式

图1描述了根据本公开的制备磨料制品160的示例性方法100。现在参见图1，在第一步骤中提供多孔磨料构件110。多孔磨料构件110具有相对的第一主表面112和第二主表面114。开口116从第一主表面112延伸穿过多孔磨料构件110至第二主表面114。有延展性的热固性可熔融流动的组合物120和多孔磨料构件110通过压料辊130a、130b进给，其促使有延展性的热固性可熔融流动的组合物120穿过位于磨料构件中的开口以形成磨料制品前体150。

在一个实施方案中，磨料制品前体150可以在直接从压料辊形成时而固化(例如，通过任选的烘箱190)，或者可以通过在固化之前将一个或多个加固稀松布邻近磨料制品前体放置而加固以形成磨料制品160(例如，其可以被转换成切割轮)。

在另一个实施方案中，多个磨料制品前体150可以布置成叠堆200，任选地通过在固化之前将一个或多个加固稀松布210邻近至少一个磨料制品前体150放置而加固，以形成具有中心心轴孔250的磨料制品(例如，磨削轮)。

磨料构件诸如砂磨筛网、磨料稀松布和非织造磨料制品可以用作磨料构件。筛网磨料通常具有固定到开口网孔基材(诸如例如丝网、玻璃纤维稀松布、打孔金属箔和片材以及打孔聚合物或纸片材，或聚合物纤维(例如聚酰亚胺纤维)稀松布)的磨料颗粒。

开口网孔基材可由任何多孔材料制成，例如，包括打孔膜或织造织物或针织织物。用于背衬的膜可由金属、纸或塑料制成，包括模制热塑性材料和模制热固性材料。在一些实施方案中，开口网孔基材由打孔或切开且经过拉伸的薄片材料制成。在一些实施方案中，开口网孔背衬由玻璃纤维、尼龙、聚酯、聚丙烯或铝制成。在其中耐久性是重要的那些实施方案中，多孔基材包括丝网或玻璃纤维稀松布。

图3示出示例性筛网磨料300，此示例性筛网磨料适合作为多孔磨料构件，已被部分切除以显示磨料层的组分。参见图3，筛网磨料300具有相对的第一主表面312和第二主表面314。开口316从第一主表面312延伸穿过筛网磨料300至第二主表面314。筛网磨料300包含通过至少一种粘结剂材料(即，底漆层332和任选的面漆层334)固定到多孔开口网孔基材322的磨料颗粒330。

磨料层340包括底漆层332、磨料颗粒330和任选的面漆层334。多个开口316延伸穿过筛网磨料300。织造开口网孔基材322包含沿第一方向延伸的多个大致平行经纱元件338和沿第二方向延伸的多个大致平行纬纱元件336。开口网孔基材322的纬纱元件338和经纱元件336形成多个开口316。可使用任选的锁定层326以改善开口网孔背衬的完整性或改善磨料层对开口网孔背衬的附着性。

如图3所示，开口316大致为正方形。在一些实施方案中，开口的形状可以是其它几何形状，包括例如矩形、圆形、椭圆形、三角形、平行四边形、多边形或这些形状的组合。开口网孔基材322中的开口324可以是如图3中所示的一致的尺寸和布置。在其它实施方案中，开口可被布置得不一致，例如通过采用无规的开口布置图案，使开口的尺寸或形状多样化，或者是布置、形状和尺寸的任意无规组合。

通常，通过在(处理过的或未处理过的)多孔基材的至少一部分上涂覆底漆层前体来制备带涂层磨料的底漆层。然后磨料颗粒被至少部分地嵌入(例如，通过滴涂或静电涂覆)到包含第一粘结剂前体的底漆层前体，并且随后至少部分地固化该底漆层前体。磨料颗粒的静电涂覆通常提供直立取向的磨料颗粒。

然后，通过在底漆层和磨料颗粒的至少一部分上涂覆包含第二粘结剂前体(可与第一粘结剂前体相同或不同)的面漆层前体，并且至少部分地固化此面漆层前体，来制备任选的面漆层。

可将顶胶层施加至面漆层的至少一部分上。如果存在顶胶层，则其通常包含助磨剂和/或抗填充材料。通常，粘结剂是通过固化(例如，通过热部件、或通过使用电磁或颗粒辐射)粘结剂前体形成的。有用的第一粘结剂前体和第二粘结剂前体是磨料领域内已知的并且包括，例如，可自由基聚合的单体和/或低聚物、环氧树脂、丙烯酸类树脂、聚氨基甲酸酯树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、氨基塑料树脂、氰酸酯树脂或它们的组合。有用的粘结剂前体包括可热固化树脂和可辐射固化树脂，这些树脂可例如通过热和/或暴露于辐射而被固化。

对于底漆层/面漆层磨料层，另选地，可以通过浆液涂覆方法形成磨料层，其中包含磨料颗粒和粘结剂前体的浆液涂覆在开口网孔基材上。在该实施方案中，磨料颗粒和粘结剂在多孔背衬上形成单层。

可用于本发明磨料制品中的筛网磨料的合适磨料颗粒可以是磨料制品中常用的已为人们所知的任何磨料颗粒或材料。用于涂覆磨料的有用的磨料颗粒的示例包括，例如熔融氧化铝、热处理过的氧化铝、白色熔融氧化铝、黑碳化硅、绿碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝-氧化锆、溶胶-凝胶磨料颗粒、硅石、氧化铁、氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、硅酸酯、金属碳酸盐(诸如碳酸钙(例如，白垩、方解石、泥灰岩、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、硅石(例如，石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(例如，滑石、粘土、(蒙脱石)长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐(例如，硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、三水合铝、石墨、金属氧化物(例如，氧化锡、氧化钙)、氧化铝、二氧化钛)和金属亚硫酸盐(例如，亚硫酸钙)、金属颗粒(例如，锡、铅、铜)、由热塑性材料形成的塑料磨料颗粒(例如，聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、乙缩醛共聚物、聚氯乙烯、聚氨酯、尼龙)、由交联聚合物形成的塑料磨料颗粒(例如，酚醛树脂、氨基塑料树脂、聚氨基甲酸酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺-甲醛、丙烯酸树脂、丙烯酸化异氰脲酸酯树脂、脲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸化聚氨基甲酸酯树脂、丙烯酸化环氧树脂)以及它们的组合。磨料颗粒也可为包括附加组分诸如例如粘结剂的聚集体或复合材料。为选择用于具体研磨应用的磨料颗粒而采用的标准通常包括：研磨寿命、切割率、基材表面光洁度、磨削效率和产品成本。

可用的磨料颗粒还包括成形磨料颗粒(例如，精确成形的磨料颗粒)。关于此类磨料颗粒的细节以及其制备方法可见于例如美国专利8,142,531(Adefris等人)；8,142,891(Culler等人)；和8,142,532(Erickson等人)和美国专利申请公布2012/0227333(Adefris等人)；2013/0040537(Schwabel等人)；和2013/0125477(Adefris)。

涂覆的筛网磨料还可包含任选的添加剂，诸如磨料颗粒表面改性添加剂、偶联剂、增塑剂、填料、膨胀剂、纤维、抗静电剂、引发剂、悬浮剂、光敏剂、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、紫外稳定剂和悬浮剂。选择这些材料的量以提供所需的特性。也可将添加剂结合到粘结剂中、作为独立涂层施加、保持在聚集体的孔内或这些方式的组合。

筛网磨料可购自多个商业源。关于筛网磨料的另外细节可以见于例如美国专利7,258,705(Woo等人)和5,674,122(Krech)。

非织造磨料制品通常包括多孔的(例如膨松有弹性的开孔式多孔的)聚合物长丝结构，该结构具有通过粘结剂粘结到其上的磨料颗粒。在图4A和图4B示出根据本公开的非织造磨料制品的示例性实施方案。现在参见图4A和图4B，非织造磨料400具有相对的第一主表面412和第二主表面414。开口416从第一主表面412延伸穿过非织造磨料400至第二主表面414。非织造磨料400包含通过至少一种粘结剂材料440固定到纤维幅材460的磨料颗粒420。膨松有弹性的开孔式低密度纤维幅材460由浸渍有粘结剂440的缠结长丝410形成。磨粒颗粒420被分散在位于长丝410的暴露表面上的整个纤维幅材460中。粘结剂材料440均匀地涂覆长丝410的一些部分，并形成小珠450，该小珠可以环绕单根长丝或成束长丝，附着至长丝的表面和/或聚集在接触长丝的交叉处，从而在整个非织造磨料制品中提供研磨点。上面参考筛网磨料描述的粘结剂前体、粘结剂材料和磨料颗粒也可用于制造非织造磨料制品。

纤维幅材可以包括可以彼此卷曲和/或缠结的连续长丝(例如，纺粘纤维幅材)和/或短纤维。示例性纤维包括聚酯纤维、聚酰胺纤维和芳族聚酰胺纤维。通常根据预期用途来选择纤维长度、直径和基重，并且在本领域普通技术人员的能力范围内。

非织造磨料可购自多个商业源。用于制备非织造磨料制品的技术和材料的另外描述可见于，例如，美国专利2,958,593(Hoover等人)；4,227,350(Fitzer)；4,609,380(Barnett等人)；4,991,362(Heyer等人)；5,712,210(Windisch等人)；5,591,239(Edblom等人)；5,858,140(Berger等人)；6,017,831(Beardsley等人)；6,207,246(Moren等人)和6,302,930(Lux)。

可用于制备多孔磨料构件以及有延展性的热固性可熔融流动的组合物的有机粘结剂材料的粘结剂材料前体通常包括一种或多种有机热固性化合物，其通常含有一种或多种添加剂，诸如例如填料、固化剂(例如催化剂、硬化剂、自由基引发剂(光或热)、助磨剂(例如冰晶石)、增塑剂、抗填充化合物、润滑剂、偶联剂、抗氧化剂、光稳定剂和/或抗静电剂。合适的有机热固性化合物的示例包括酚醛树脂(例如酚醛清漆酚醛树脂和/或甲阶酚醛树脂)、丙烯酸类单体(例如聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酰胺)、环氧树脂、氰酸酯树脂、异氰酸酯树脂(包括聚脲和聚氨酯树脂)、醇酸树脂、脲醛树脂、氨基塑料树脂及它们的组合。在固化期间，这些热固性化合物形成共价交联的粘结网络，其硬化并强化所得的有机粘结剂材料。

可用的酚醛树脂包括酚醛清漆酚醛树脂和甲阶酚醛树脂。酚醛清漆酚醛树脂的特征在于被酸催化并且甲醛与酚的比率小于一，通常介于0.5:1和0.8:1之间。甲阶酚醛树脂的特征在于被碱催化并且甲醛与酚的比率大于或等于一，通常为1:1至3:1。酚醛清漆酚醛树脂和甲阶酚醛树脂可以被化学改性(例如，通过与环氧化合物反应)，或者它们可以不被改性。适于固化酚醛树脂的示例性酸性催化剂包括硫酸、盐酸、磷酸、草酸和对甲苯磺酸。适于固化酚醛树脂的碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钾、氢氧化钙、有机胺和/或碳酸钠。

可商购获得的酚醛树脂的示例包括以下已知的那些：来自密歇根州诺维(Novi，Michigan)的Durez公司的商品名为“DUREZ”和“VARCUM”；来自明尼苏达州圣路易斯市孟山都公司(Monsanto Corp.,Saint Louis,Missouri)的“RESINOX”；来自俄亥俄州哥伦比亚市的亚什兰化学品公司(Ashland Chemical Co.，Columbus，Ohio)的“AROFENE”和“AROTAP”；和俄亥俄州哥伦比亚市迈图集团(Momentive，Columbus，Ohio)的“RUTAPHEN”；和韩国首尔Kangnam化学品公司(Kangnam Chemical Company Ltd.of Seoul,South Korea)的“PHENOLITE”。可商购获得的酚醛清漆树脂的示例包括来自由Durez公司以DUREZ 1364和VARCUM 29302销售的那些。可商购获得的甲阶酚醛树脂的示例包括等级29217、29306、29318、29338和29353的VARCUM甲阶酚醛树脂；AEROFENE 295和PHENOLITE TD-2207。

有用的氨基塑料的示例包括从康涅狄格州斯坦福德的氰特公司(Cytec Inc.，Stamford，Connecticut)获得的作为CYMEL 373和CYMEL 323的那些。

可用的脲醛树脂的示例包括从俄亥俄州哥伦比亚市的波顿化学品公司(BordenChemical，Columbus，Ohio)以AL3029R销售的那些，以及由佐治亚州亚特兰大市的佐治亚太平洋公司(Georgia Pacific Corp.，Atlanta，Georgia)以AMRES LOPR、AMRES PR247HV和AMRES PR335CU销售的那些。

有用的多异氰酸酯的示例包括单体的、低聚的和聚合多异氰酸酯(例如二异氰酸酯和三异氰酸酯)及它们的混合物和封端形式。多异氰酸酯可以是脂族、芳族和/或它们的混合物。

可用的聚环氧化合物的示例包括单体聚环氧化合物、低聚聚环氧化合物、聚合聚环氧化合物及其混合物。聚环氧化合物可为脂族、芳族，或它们的混合物。

脂族聚环氧化合物单体的示例包括环氧环己烷羧酸酯(例如，3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己烷羧酸酯(例如，如可以商品名“ERL-4221”得自密歇根州米德兰市的陶氏化学公司(Dow Chemical Co.(Midland,Mich.)))；3,4-环氧-2-甲基环己基甲基3,4-环氧-2-甲基环己烷羧酸酯；双(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)己二酸酯；3,4-环氧-6-甲基环己基甲基3,4-环氧-6-甲基环己烷羧酸酯(可以ERL-4201得自陶氏化学公司(Dow ChemicalCo.))；乙烯基环己烯二氧化物(可以ERL-4206得自陶氏化学公司(Dow Chemical Co.))；双(2,3-环氧环戊基)醚(可以ERL-0400得自陶氏化学公司(Dow Chemical Co.))；双(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)己二酸酯(可以ERL-4289得自陶氏化学公司(Dow Chemical Co.))；浸肠道二氧化物(dipenteric dioxide)(可以ERL-4269得自陶氏化学公司(Dow ChemicalCo.))；2-(3,4-环氧环己基-5,1'-螺-3',4'-环氧环己烷-1,3-二烷；和2,2-双(3,4-环氧环己基)丙烷和衍生自表氯醇的聚环氧化合物树脂。

芳族聚环氧化合物的示例包括多元酚的多缩水甘油醚，诸如：双酚A型树脂及其衍生物，包括得自德克萨斯州休斯顿市锐意卓越产品有限公司(Resolution PerformanceProducts，Houston，Texas)商品名为“EPON”的此类环氧树脂；环氧甲酚-酚醛清漆树脂；双酚-F树脂及其衍生物；环氧酚-酚醛清漆树脂和芳族羧酸的缩水甘油酯(例如，邻苯二甲酸二缩水甘油酯、间苯二甲酸二缩水甘油酯、偏苯三酸三缩水甘油酯和均苯四酸四缩水甘油酯)及它们的混合物。可商购获得的芳族聚环氧化合物包括例如可得自纽约州柏油村汽巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals，Tarrytown，New York)的具有商品名“ARALDITE”的那些；得自锐意卓越产品有限公司(Resolution Performance Products)的具有商品名“EPON”的芳族聚环氧化合物和具有以商品名“DER”、“DEN”和“QUATREX”得自陶氏化学公司的芳族聚环氧化合物。

一种或多种聚环氧化合物通常与固化剂诸如例如多胺(例如双(咪唑))、聚酰胺(例如双氰胺)、多硫醇或酸性催化剂组合，但是固化可不是必需的。

有用的丙烯酸类树脂可以包括平均丙烯酸酯官能度为至少二例如至少3、4或甚至5的至少一种(甲基)丙烯酸酯单体或低聚物(术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯)，并且可为不同(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)丙烯酸酯低聚物和/或(甲基)丙烯酸酯化的聚合物的共混物。多种(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)丙烯酸酯低聚物，和(甲基)丙烯酸酯化的聚合物易于例如从诸如宾夕法尼亚州艾斯顿市的沙多玛公司(SartomerCompany(Exton，Pennsylvania))和佐治亚州士麦那的UCB Radcure基团(UCB Radcure(Smyrna，Georgia))的此类供应商处商购获得。示例性丙烯酸酯单体包括乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、山梨糖醇三(甲基)丙烯酸酯、山梨糖醇六(甲基)丙烯酸酯、双酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、以及它们的混合物。附加有用的多官能(甲基)丙烯酸酯低聚物包括聚醚低聚物诸如沙多玛公司(Sartomer Company)以SR 259出售的聚乙二醇200二丙烯酸酯；和沙多玛公司(Sartomer Company)以SR 344出售的聚乙二醇400二丙烯酸酯。

可聚合丙烯酸类单体和低聚物诸如以上那些通常借助至少一种自由基热引发剂(例如有机过氧化物)或光引发剂(例如噻吨酮、酰基膦、酰基氧化膦、苯偶姻缩酮、α-羟基酮和α-二烷基氨基酮)而固化。基于有机粘结剂材料前体的重量，典型的量范围为约0.1重量％至10重量％、优选地1重量％至3重量％。

基于所得的粘结制品的总重量，一种或多种有机热固性化合物和任选的热塑性聚合物(如果存在的话)通常以足以引起有机粘结剂材料总含量为约5重量％至约重量30％、更通常地为约10重量％至约重量25％、并且更通常为约15重量磨料％至约24重量％的量使用，但是也可以使用其它量。

在一个优选实施方案中，有延展性的热固性粘结剂材料前体组合物包含与填料和至少一种共聚反应性溶剂诸如例如糠醇、糠醛、聚(糠醛)或苯甲醛结合的酚醛清漆酚醛树脂(粉末形式)。以总重量计，优选的组合物包含3％至25％的共聚反应性溶剂(更优选4％至8％)，25％至60％的含有有效量的甲醛源的酚醛清漆酚醛树脂，诸如，例如，六亚甲基四胺(优选以基于甲醛源和酚醛清漆树脂的组合总重量的1重量％至15重量％的量包含)和40％至70％的助磨剂和/或/70％的填料。酚醛清漆树脂在室温下通常是固体，但是通过加入共聚反应性溶剂和填料(和任何附加组分)，它们优选配制以形成可模塑的有延展性的和/或油灰状组合物，但将保持其形状，除非加热和/或经受机械力(例如，拉伸或压缩)。可商购获得的酚醛清漆酚醛树脂的示例包括以下面商品名得到的那些：来自佐治亚州亚特兰大市的佐治亚太平洋树脂公司(Georgia Pacific Resins，Atlanta，Georgia,Atlanta,Georgia)的GP 2074、GP 5300、GP 5833、RESI-FLAKE GP-2049、RESI-FLAKE GP-2050和RESI-FLAKEGP-2211；来自德国弗里伦多尔夫贝格莱特公司(Bakelite AG，Frielendorf，Germany)的RUTAPHEN 8656F；和来自俄亥俄州哥伦比亚市的波顿化学品公司(Borden Chemical,Inc.Columbus,Ohio)的DURITE 423A和DURITE SD 1731。

有用的填料的示例包括金属碳酸盐(例如，碳酸钙(例如白垩、方解石、泥灰岩、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、硅石(例如，石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(例如，滑石、粘土、(蒙脱石)长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐(例如，硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、蛭石、木粉、三水合铝、碳黑、金属氧化物(例如，氧化钙(石灰)、氧化铝、二氧化钛)和金属亚硫酸盐(例如，亚硫酸钙)。

有延展性的热固性可熔融流动的组合物被配制成使得其可以作为类似于油灰或糊剂的单一材料被处理；例如，不是作为松散颗粒料或液体。一般来讲，它是半固体的。该组合物可以包含本文所述的任何可固化的粘结剂前体和/或填料(例如，在制造底漆层、面漆层或浆液层中)。如果需要，则可以向该组合物中加入热塑性聚合物(例如聚烯烃、聚酰胺、聚酯和/或聚碳酸酯)以赋予熔融流动特性。在一些实施方案中，有延展性的热固性可熔融流动的组合物包含酚醛清漆酚醛树脂和糠醇。在一些实施方案中，有延展性的热固性可熔融流动的组合物基本上由酚醛清漆酚醛树脂、糠醇和填料组成。

可以通过在混合器或捏合机中机械混合组分来制备有延展性的热固性可熔融流动的组合物。该组合物可在其与磨料构件接触之前形成为片材或卷；然而这不是必需的。在任何情况下，当组合物和多孔磨料构件通过辊隙时，组合物和多孔磨料构件必须彼此接触，或者以其它方式(例如在压机中)推压在一起。

有利地，相比于液体或粉末树脂自身，有延展性的热固性可熔融流动的组合物可以易于用手操控，使得其更适用于手工制造方法诸如，例如砂轮制造。

施加到多孔磨料构件的组合物的量将取决于多孔磨料构件的孔隙率和厚度以及所得粘结磨料制品的预期用途。在一些优选实施方案中，磨料制品前体的未固化质量的30重量％至70重量％可由有延展性的热固性可熔融流动的组合物构成。适当量的选择在本领域的普通技术人员的能力范围内。

相似地，一个或多个压料辊速度和一个或多个辊间隙或压制压力的选择可以由本领域的普通技术人员容易地确定。在促进有延展性的热固性可熔融流动的组合物穿过多孔磨料构件中的开口之后，可以从磨料制品前体(例如，从其边缘)中修整任何过量的组合物并通过该方法再循环。

无论是单独地还是与其它堆叠，磨料制品前体被加热以形成粘结磨料制品。在加热期间，有延展性的热固性可熔融流动的组合物软化并流动，然后交联(即，至少部分固化)成为在使用中保持磨料制品的形状的强粘结剂材料。磨料制品前体通常在最多达约220℃(但也可使用更高温度)的温度下加热足够时间以固化有延展性的热固性可熔融流动的组合物并形成耐久的粘结剂材料。

例如，根据本公开的粘结磨料制品可用作珩磨机、磨削轮和切割轮。

磨削轮的厚度通常为0.5cm到100cm，更通常地为1cm到10cm，并且其直径通常在约1cm和100cm之间，更通常地在约10cm和100cm之间，但是也可以使用其它尺寸。例如，粘结磨料制品可以采用直径通常在10cm和15cm之间的杯形轮的形式，或者可以采用直径最多达100cm的荒磨轮形式。可以使用任选的中心孔来将磨削轮附接至动力驱动的工具。如果存在的话，则中心孔通常直径为0.5cm至2.5cm，但也可使用其它尺寸。任选的中心孔可以是经过加固的；例如，通过金属凸缘加固。另选地，可以将机械紧固件沿轴向固定至切割轮的一个表面。示例包括螺杆。

切割轮的厚度通常为0.80毫米(mm)至16mm，更通常为1mm至8mm，并且其直径通常在2.5cm至100cm(40英寸)之间，更通常地在约7cm至13cm之间，但最多达数米的直径是已知的。可以使用任选的中心孔(其可为凹陷的)来将切割轮附接至动力驱动的工具。如果存在的话，则中心孔的直径通常为0.5cm至2.5cm，但也可使用其它尺寸。任选的中心孔可以是经过加固的；例如，通过金属凸缘加固。另选地，可以将机械紧固件沿轴向固定至切割轮的一个表面。示例包括螺杆、螺母、Tinnerman螺母和卡口固定杆。

本公开的选择实施方案

在第一实施方案中，本公开提供了制备磨料制品的方法，该方法包括以下步骤：

在第二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案的方法，其中有延展性的可熔融流动的组合物包括酚醛清漆酚醛树脂和糠醇。

在第三实施方案中，本公开提供根据第一实施方案或第二实施方案所述的方法，其中至少一种粘结剂材料包括底漆层和面漆层。

在第四实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第三实施方案中任一项所述的方法，其中基材包括织造稀松布。

在第五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第三实施方案中任一项所述的方法，其中基材包括膨松有弹性的开孔式非织造纤维幅材。

在第六实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第五实施方案中任一项所述的方法，其中步骤b)包括贴靠磨料构件的第一主表面来设置有延展性的热固性可熔融流动的组合物，并使有延展性的热固性可熔融流动的组合物和磨料构件在一对压料辊之间通过。

在第七实施方案中，本公开提供了制备磨料制品的方法，该方法包括以下步骤：

在第八实施方案中，本公开提供了根据第七实施方案所述的方法，其中在磨料制品前体叠堆处于压缩时进行步骤iii)。

在第九实施方案中，本公开提供了根据第七实施方案或第八实施方案所述的方法，其中有延展性的可熔融流动的组合物还包含酚醛清漆酚醛树脂和糠醇。

在第十实施方案中，本公开提供了根据第七实施方案至第九实施方案中任一项所述的方法，其中至少一种粘结剂材料包括底漆层和面漆层。

在第十一实施方案中，本公开提供了根据第七实施方案至第十实施方案中任一项所述的方法，其中基材包括织造纤维稀松布或丝网。

在第十二实施方案中，本公开提供了根据第七实施方案至第十实施方案中任一项所述的方法，其中基材包括膨松有弹性的开孔式非织造纤维幅材。

在第十三实施方案中，本公开提供了根据第七实施方案至第十二实施方案中任一项所述的方法，其中步骤b)包括贴靠磨料构件的第一主表面来设置有延展性的热固性可熔融流动的组合物，并使有延展性的热固性可熔融流动的组合物和磨料构件在一对压料辊之间通过。

通过以下非限制性实施例，进一步说明了本公开的目的和优点，但是这些实施例中引用的具体材料及其量以及其它条件和细节不应视为对本公开的不当限制。

实施例

除非另外指明，否则在实施例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分数、比率等均为以重量计。

成形磨料颗粒(SAP1)的制备

成形为截头三角形椎体的基于α铝的陶瓷磨粒颗粒根据美国专利8,142,531(Adefris等人)的公开内容制备，其中标称等边长度为0.88mm，标称厚度0.15mm，并且侧壁角度为98°。

成形磨料颗粒(SAP2)的制备

成形为截头三角形椎体的基于α铝的陶瓷磨粒颗粒根据美国专利8,142,531(Adefris等人)的公开内容制备，其中标称等边长度为1.49mm，标称厚度0.33mm，并且侧壁角度为98°。

有延展性的热固性可熔融流动的组合物(MTMFC1)的制备

通过将200g购自俄亥俄州哥伦比亚市的迈图集团(Momentive，Columbus，Ohio)的BAKELITE 0224SP酚醛清漆、258g粉末状氟化钾铝助磨剂(荷兰的KBM Affilips BV公司(KBM Affilips B.V.，The Netherlands)和来自法国库尔布瓦的圣戈班公司(Saint-Gobain，Courbevoie，France)的40g SIKA碳化硅组合混合在一起来制备有延展性的热固性可熔融流动的组合物。向该混合物中加入40g糠醇(来自马萨诸塞州沃德山的阿法埃莎公司(Alfa Aesar，98％，Ward Hill，Massachusetts)。在150℉(65.6℃)下将所得的化合物压制成2mm至10mm厚的片材。

有延展性的热固性可熔融流动的组合物(MTMFC2)的制备

通过将来自迈图集团的150g BAKELITE 0224SP酚醛清漆树脂和350g硅酸钙铝填料(以商品名ZEEOSPHERES N-400得自路易斯安那州洛克波特市的空心微珠陶瓷公司(Zeeospheres Ceramics,Lockport,Louisiana))组合来制备有延展性的热固性可熔融流动的组合物。向该混合物加入25g的糠醇。在150℉(65.6℃)下将所得的化合物压制成2mm至10mm厚的片材。

底漆涂层前体(MCP1)的制备

通过将49份甲阶酚醛树脂(摩尔比1.5:1至2.1:1的苯酚：甲醛的基于催化的冷凝物)、41份碳酸钙(伊利诺伊州昆西市Huber工程材料公司的HUBERCARB(HUBERCARB，HuberEngineered Materials，Quincy，Illinois))和10份水混合来制备底漆涂层前体。

面漆涂层前体(SCP1)的制备

通过将29份甲阶酚醛树脂(摩尔比1.5:1至2.1:1的苯酚：甲醛的基于催化的冷凝物)、51份冰晶石、2份红氧化铁和18份水混合来制备面漆涂层前体。

切割测试方法

将40英寸(102cm)长、厚度为0.25英寸(6.4mm)的304不锈钢片材固定，其中其主表面相对于水平面倾斜35度角。沿着倾斜片材的向下倾斜的顶表面固定导轨。将DeWalt型号D28114 4.5英寸(11.4cm)/5英寸(12.7cm)的切割轮角磨机固定到导轨上，由此使得工具在重力作用下在向下路径上被引导。

用于评估的切割轮安装在工具上，由此使得当切割轮工具在重力作用下沿轨道被释放以向下横移时，切割轮遇到不锈钢板的全部厚度。激活切割轮工具以在10000rpm使切割轮旋转，释放工具以开始切割轮工具的下降，并且在60秒后测量在不锈钢板中所得的切割件的长度。

磨削测试方法

使用在6000转/分钟(90磅/平方英寸压力(620kPa))下操作的7英寸(18cm)的Ingersoll Rand气动磨削机，手动执行磨削轮的评估。研磨18英寸(46cm)长和3/8英寸(0.95cm)厚的304型不锈钢金属工件一分钟间歇。在研磨之前和之后记录工件的重量以确定质量损失。在切割5分钟之前和之后对磨削轮称重。通过将切割5分钟时平均切削量除以5次一分钟切割量的轮质量损失来确定G比率(无单位)。

比较例A

比较例A为3M CUBITRON II型I切割轮(3M CUBITRON II TYPE I CUT-OFFWHEEL)，直径5英寸(12.5cm)、0.06英寸(1.6mm)厚，来自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3MCompany,Saint Paul,Minnesota)。

实施例1-实施例6

MCP1刷涂到具有1mm开口的5英寸(12.7cm)直径的玻璃纤维稀松布的两个侧面上。使用0.11g/平方英寸(0.017g/cm²)的MCP1涂层重量。然后将如表1所示的成形的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒滴涂在底漆涂层前体涂覆的稀松布材料的两个侧面上。磨料颗粒的涂层重量为26g。将所得的矿物涂覆的稀松布在90℃下在烘箱中预固化3小时，之后通过辊涂在两个侧面上(如所示)任选地施加SCP1并在90℃下在烘箱中预固化2小时。SCP1的涂层重量为5g。然后在150℉(65.6℃)和1050磅/平方英寸的压力下，将经涂覆的稀松布与MTMFC1在液压机中组合。通过堆叠在一起以形成磨料制品的经矿物涂覆的稀松布的磨料粒度、量以及数量来确定磨料制品的厚度。从砂轮的边缘修整过量的MTMFC1，并且所得的磨料盘前体在缓慢升高至峰值温度190℃的温度下在分批的烤箱中固化36小时的时段。磨料盘的组分为：6重量％的玻璃纤维增强物、4重量％的底漆涂层前体、10重量％的面漆涂层前体、55重量％的矿物和25重量％的可熔融流动的化合物。

根据“切割测试方法”测试所得的磨料切割轮和比较实施例A。在表1(下面)中记录结果。

比较例B

比较例B为3M CUBITRON II型27凹陷的中心磨削轮(3M CUBITRON II TYPE27DEPRESSED CENTER GRINDING WHEEL)，7英寸(17.8cm)直径，0.25英寸(6.35mm)厚，来自明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company,Saint Paul,Minnesota)。

实施例7：

MCP1刷涂到具有1mm开口的7英寸(17.8cm)直径的玻璃纤维稀松布的两个侧面上。使用0.11g/平方英寸(0.017g/cm₂)的MCP1涂层重量。成形为截头三角形椎体并且根据美国专利8,142,531(Adefris等人)的公开内容制备的基于α铝的陶瓷磨粒颗粒，其具有1.49mm的标称等边长度，0.33mm的标称厚度，和98°的侧壁角度，然后被滴涂在底漆涂层前体涂覆的稀松布材料的两个侧面上。矿物的涂层重量为52g。将所得的矿物涂覆的稀松布在90℃下在烘箱中预固化3小时，之后通过辊涂在两个侧面上施加10g SCP1并在90℃下在烘箱中预固化2小时。如上制备的两种矿物涂覆的稀松布在彼此顶部堆叠。然后在150℉(65.6℃)和1050磅/平方英寸的压力下，将经涂覆的稀松布与MTMFC1在液压机中组合。通过堆叠在一起以形成磨料制品的经矿物涂覆的稀松布的磨料粒度、量以及数量来确定磨料制品的厚度。从砂轮的边缘修整过量的MTMFC1，并且所得的磨料盘前体在缓慢升高至峰值温度190℃的温度下在分批的烤箱中固化36小时的时段。磨料盘的组分为：6重量％的玻璃纤维增强物、4重量％的底漆涂层前体、10重量％的面漆涂层前体、55重量％的矿物和25重量％的可熔融流动的化合物。

根据“磨削测试方法”测试所得的磨料磨削轮和比较实施例B。在表2(下面)中记录结果。

表2

以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献的部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实现受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。

Claims

1.一种制备磨料制品的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供具有相对的第一主表面和第二主表面的多孔磨料构件，其中开口从所述第一主表面延伸穿过所述多孔磨料构件至所述第二主表面，其中所述多孔磨料构件包含通过至少一种粘结剂材料固定至多孔基材的磨料颗粒；

b)促使有延展性的热固性可熔融流动的组合物穿过位于所述多孔磨料构件中的所述开口以形成磨料制品前体，其中所述有延展性的热固性可熔融流动的组合物包含酚醛清漆酚醛树脂和糠醇；以及

c)加热所述磨料制品前体以形成所述磨料制品，其中所述磨料制品包括相对的第一主表面和第二主表面，并且其中所述第一主表面和所述第二主表面均包含所述有延展性的热固性可熔融流动的组合物的交联反应产物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种粘结剂材料包括底漆层和面漆层。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述基材包括织造稀松布。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述基材包括膨松有弹性的开孔式非织造纤维幅材。

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)包括贴靠所述磨料构件的所述第一主表面来设置所述有延展性的热固性可熔融流动的组合物，并使所述有延展性的热固性可熔融流动的组合物和所述磨料构件在一对压料辊之间通过。

6.一种制备磨料制品的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供具有相对的第一主表面和第二主表面的多孔磨料构件，其中开口从所述第一主表面延伸穿过所述多孔磨料构件至所述第二主表面，其中所述多孔磨料构件包含通过至少一种粘结剂材料固定至多孔基材的磨料颗粒；以及

b)促使有延展性的热固性可熔融流动的组合物穿过位于所述多孔磨料构件中的所述开口以形成磨料制品前体；以及

ii)将所述多个磨料制品前体任选地与邻近所述磨料制品前体中的每个磨料制品前体设置的一个或多个加固稀松布进行堆叠，以提供磨料制品前体叠堆；以及

iii)加热所述磨料制品前体叠堆以形成所述磨料制品，其中所述磨料制品包括相对的第一主表面和第二主表面，并且其中所述第一主表面和所述第二主表面均包含所述有延展性的热固性可熔融流动的组合物的交联反应产物。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述磨料制品前体叠堆处于压缩时执行步骤iii)。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述有延展性的热固性可熔融流动的组合物包含酚醛清漆酚醛树脂和糠醇。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述至少一种粘结剂材料包括底漆层和面漆层。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述基材包括织造纤维稀松布或丝网。

11.根据权利要求6所述的方法，其中所述基材包括膨松有弹性的开孔式非织造纤维幅材。

12.根据权利要求6所述的方法，其中步骤b)包括贴靠所述磨料构件的所述第一主表面来设置所述有延展性的热固性可熔融流动的组合物，并使所述有延展性的热固性可熔融流动的组合物和所述磨料构件在一对压料辊之间通过。