CN108472788A - 研磨工具和其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种研磨工具可包含：包含主体的粘合磨料；和粘合到所述主体的主表面的障壁层。所述主体可包含含于粘合材料内的磨料颗粒。障壁材料可包含聚合物，所述聚合物包含双向拉伸材料。在一实施例中，所述障壁层可包含含聚合物的膜作为所述研磨工具的外表面。所述研磨工具可形成，使得所述障壁层伴随所述粘合磨料的形成而原位形成。

Description

研磨工具和其形成方法
技术领域
本发明大体来说涉及研磨工具并且具体来说涉及包含障壁层的粘合磨料。
背景技术
粘合研磨制品可通过将磨料颗粒与粘结剂及任选的添加剂掺混并且使用例如合适模具使所得混合物成形来制备。混合物可成形以形成可例如通过固化进行热处理的生坯，以产生其中磨料颗粒保持在三维粘合基质中的制品。在粘合研磨工具当中，存在各种粘合基质材料，包含例如有机材料如树脂。一些基于树脂的粘合基质材料可能容易吸水，这可降低研磨制品的性能。继续存在对改进的研磨制品的需要。
附图说明
在附图中以举例方式说明实施例，并且不作限制。
图1包含根据本文所描述的实施例的研磨工具如粘合研磨砂轮粘合磨料的剖视图。
图2A包含根据实施例的包含磨料层、增强层和障壁层的研磨工具的一部分的剖视图。
图2B包含根据实施例的包含磨料层和障壁层的研磨工具的一部分的剖视图。
图2C包含根据实施例的包含磨料层和障壁层的研磨工具的一部分的剖视图。
图2D包含根据实施例的包含磨料层和障壁层的研磨工具的一部分的剖视图。
图3A包含根据实施例的包含覆盖磨料层的障壁层的研磨工具的一部分的剖视图。
图3B包含根据实施例的包含覆盖磨料层的障壁层的研磨工具的一部分的剖视图。
图3C包含根据实施例的包含覆盖磨料层的障壁层的研磨工具的一部分的剖视图。
图4A包含根据实施例的包含含金属的膜和含聚合物的膜的障壁层的一部分的剖视图。
图4B包含根据实施例的包含超过一个含聚合物的膜和一个含聚合物的膜的障壁层的一部分的剖视图。
图4C包含根据实施例的包含超过一个含聚合物的膜和一个含聚合物的膜的障壁层的一部分的剖视图。
图5包含粘合研磨砂轮样品在一段时间内的水分吸收率的曲线图。
图6包含粘合研磨砂轮样品的磨削比的曲线图。
图7包含粘合研磨砂轮样品在一段时间内的水分吸收率的曲线图。
图8包含粘合研磨砂轮样品的磨削比的曲线图。
所属领域的技术人员应了解，图中的元件仅为简单和清晰起见而进行说明，并不一定按比例绘制。举例来说，图中一些元件的尺寸可相对于其它元件扩大以帮助改进对本发明的实施例的理解。
具体实施方式
与图结合提供以下描述来帮助理解本文所公开的教示内容。以下论述将集中于教示内容的特定实施方案和实施例上。提供此焦点以帮助描述教示内容，并且此焦点不应被解释为对所述教示内容的范围或适用性的限制。然而，其它教示内容当然可以用于本申请中。
如本文所用，术语“包括(comprises/comprising)”、“包含(includes/including)”、“具有(has/having)”或其任何其它变化形式旨在涵盖非排它性的包括。举例来说，包括特征列表的方法、制品或设备未必仅限于那些特征，而是可以包含没有明确列出的其它特征或这类方法、制品或设备所固有的其它特征。另外，除非明确相反地陈述，否则“或”是指包含性的或，而非排它性的或。举例来说，条件A或B通过以下中的任一者来得到满足：A是真的(或存在的)并且B是假的(或不存在的)、A是假的(或不存在的)并且B是真的(或存在的)以及A和B都是真的(或存在的)。
另外，使用“一(a/an)”是用于描述本文所描述的元件和组件。这样做只是为了方便起见和给出本发明范围的一般性意义。除非显而易见指的是其它情况，否则应将此描述解读成包含一个或至少一个，并且单数也包含多个，或反之亦然。举例来说，当本文描述单个项目时，可以使用多于一个项目来代替单个项目。类似地，在本文描述多于一个项目的情况下，可以用单个项目取代所述多于一个项目。
除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解相同的含义。材料、方法和实例仅是说明性的，并不旨在为限制性的。就未描述关于特定材料和处理动作的某些细节来说，这类细节可以包含常规方法，其可以发现于制造领域内的参考书籍和其它来源中。
本文所公开的实施例涉及包含粘合磨料和障壁层的研磨工具。粘合磨料可包含主体，其包含含于粘合材料内的磨料颗粒。在一个实施例中，障壁层可粘合到主体的主表面。障壁层可有助于减少在存储、运送和/或使用期间某些材料(包含水和/或水蒸气)的吸收，以减少粘合基质材料的老化。通过减少某些种类的材料如水蒸气的吸收(这可减少粘合基质材料的降解)，障壁层可有助于改进研磨制品的使用期限和性能。
一些其它实施例涉及形成研磨工具的方法，其中障壁层伴随粘合磨料的形成而原位形成。如本文所用，原位旨在意指在粘合磨料的形成期间。具体来说，在有机材料用于形成粘合磨料的粘合材料时，原位意指障壁层在形成生坯期间在主体上成型并且在生坯的固化期间粘合到所述主体。
本文所公开的研磨工具包含粘合磨料。在特定实施方案中，粘合磨料可包含如本领域中已知的任何合适类型的研磨砂轮，包含薄盘形状的研磨制品。举例来说，粘合研磨砂轮可为凹陷中心砂轮，例如ANSI(美国国家标准协会)27型、28型或29型砂轮，或欧洲标准(EN 14312)42型砂轮。在具体实施例中，粘合研磨工具可包含41型或1型砂轮，其可被称为直砂轮，在内部中无凹陷部，但是具有相同轮廓并且沿相同平面沿砂轮的直径的长度延伸。另外，基本上任何粘合研磨砂轮构造可用于本发明的实施例。此外，研磨工具可呈切割砂轮的形式。在一个非限制性实施例中，并不认为粘合磨料是回旋状研磨砂轮或非织造研磨制品。
举例来说，在图1A中示出粘合磨料10的凹陷中心的剖视图，所述磨料10可包含包含背(顶)面12和前(底)面14的主体。背面12可包含***毂区域16和外部平坦后砂轮区域18。前面14可包含凹陷中心区域20和外部平坦前砂轮区域22(这提供砂轮的工作表面)。继而，***毂区域16可具有***毂表面24和背倾斜(或斜)表面26；凹陷中心区域20可包含凹陷中心28和前倾斜(或斜)表面30。粘合磨料10的主体可具有用于将粘合磨料10安装在工具例如手持式角研磨机的旋转轴上的中心开口32。在操作期间，粘合磨料10可通过安装硬件(在图1A中未示出)例如合适凸缘***来固定。粘合磨料10还可为包含安装硬件的一体化布置的一部分。
粘合磨料10的主体可具有厚度“t”，其可在各种位置处测量，包含在粘合的磨料主体的周缘处。粘合磨料10的主体的厚度可沿从粘合磨料10的中心开口36到外边缘(周缘)38的径向方向相同或基本上相同。在其它设计中，主体的厚度“t”可沿从中心开口36到周缘38的径向距离变化(可增加或降低)。举例来说，粘合磨料10的主体的厚度“t”可为至少0.8mm，如至少0.9mm、至少1mm、至少1.2mm、至少1.3mm、至少1.5mm、至少1.8mm、至少2mm、至少2.2mm、至少2.5mm、至少2.8mm、至少3mm、至少3.2mm、至少3.5mm、至少3.8mm、至少4mm、至少4.2mm、至少4.5mm、至少4.8mm或甚至至少5mm。在另一个非限制性实施例中，粘合磨料10的主体的厚度“t”可不大于20mm，如不大于18mm、不大于16mm、不大于15mm、不大于12mm、不大于10mm、不大于9mm、不大于8mm、不大于7mm、不大于6mm、不大于5.8mm、不大于5.5mm、不大于5.2mm、不大于5mm、不大于4.5mm、不大于4mm、不大于3.5mm或甚至不大于3mm。应了解，粘合磨料10的主体的厚度“t”可在包含以上提到的任何最小值和最大值的范围内，包含例如在包含0.8mm到20mm的范围内，如0.8mm到15mm的范围，或甚至0.8mm到10mm的范围。
在某些替代实施例中，粘合磨料的主体可利用图案化工作表面，其中工作表面为研磨工具的主表面(例如，前(底)面14)，其旨在接触工件并且进行材料去除操作。举例来说，在图1B中示出砂轮150的正视图，所述砂轮150具有安装孔155、中心区域151和工作表面153，所述工作表面153可经图案化以具有通过凹部(或槽)159分隔开的突起部157的阵列。应了解，任何布置、分布或图案可用于本文实施例中的任一个。
在替代实施例中，粘合磨料可具有基本上不含图案化特征的工作表面。举例来说，图1C示出粘合磨料100的主体的正视图，所述粘合磨料100具有中心区域101、安装孔105和大体上平滑(即，非图案化)的工作表面103。换句话说，工作表面103不具有突起部或槽(凹部)。
另外，应了解某些粘合磨料(其呈具有粘合的磨料主体的粘合研磨砂轮形式)可用作切割工具，其中主体的***表面用于研磨材料去除操作。在这类情况下，主体的主表面如相应地图1B和1C的工作表面153和103不必用于进行材料去除操作。相反，主体的外部***表面(例如，图1B的***表面161或图1C的***表面107)可被配置成接触工件的表面并且进行材料去除操作。这类研磨工具可为薄切断砂轮等。
另外，本文实施例的粘合磨料的主体可包含直径，自顶向下查看时，所述直径限定在周界上和通过圆形主体的中心的两个点之间延伸的长度。在一个非限制性实施例中，直径可为至少50mm，如至少55mm、至少60mm、至少65mm、至少70mm或甚至至少75mm。在另一个非限制性实施例中，直径可不大于400mm，如不大于350mm、不大于300mm、不大于275mm、不大于230mm、不大于200mm或甚至不大于150mm。应了解，粘合的磨料主体的直径可在包含以上提到的任何最小值到最大值的范围内，例如，在50mm到400mm的范围内，如在50mm到230mm、75mm到230mm的范围内，或甚至在75mm到150mm的范围内。
粘合磨料的主体可具有特定纵横比，其为可有助于某些磨料操作的主体的直径(D)与主体的厚度(t)的比率(直径∶厚度)。举例来说，主体的纵横比可为至少10∶1、至少15∶1、至少20∶1、至少35∶1、至少50∶1、至少75∶1、至少100∶1或甚至至少125∶1。在其它例子中，粘合磨料的主体的纵横比(直径∶厚度)可为不大于125∶1、不大于100∶1、不大于75∶1、不大于50∶1、不大于35∶1、不大于25∶1、不大于20∶1或不大于15∶1。比率可在包含任何以上最小值和最大值的范围内，如在125∶1到15∶1的范围内，如100∶1到30∶1。然而，本发明可用具有不同尺寸和尺寸之间不同比率的砂轮来实践。举例来说，薄砂轮型研磨制品的期望纵横比也可在5到160的范围内，如在15到160的范围内，在15到150的范围内或甚至在20到125的范围内。
本文实施例的粘合磨料可具有某些构造。应了解，本文实施例的主体可为由具有单一构造、具有贯穿粘合磨料主体体积的大体上均匀坡度和结构的单层形成的整体制品。替代地，本文实施例的主体可为具有一层或多层的复合主体，其中层中的至少两个基于以下特性而彼此不同，如磨料颗粒类型、磨料颗粒的含量、多孔结构类型(例如，闭合或开放性)、多孔结构的含量、粘合材料的类型、粘合材料的含量、磨料颗粒的分布、硬度、挠曲性、填充剂含量、填充材料、层的形状、层的尺寸(例如，厚度、宽度、直径、周长或长度)、层的构造(例如，实心、织造、非织造等)和其组合。
磨料颗粒
粘合磨料如有或没有增强层的粘合研磨砂轮(包含凹陷中心砂轮)可通过包含一种或多种类型的磨料颗粒或粒子、粘合材料(例如，有机材料(树脂)或无机材料)和在多数情况下其它成分例如活性或惰性填充剂、加工助剂、润滑剂、交联剂、抗静电剂等来制备。
磨料颗粒可包含无机材料、有机材料、天然存在材料(例如，矿石)、超磨材料、合成材料(例如，多晶金刚石复合片)和其组合。一些合适示例性磨料颗粒可包含氧化物、碳化物、碳基材料、氮化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物、硼氧化物和其组合。具体实例可包含氧化铝基磨料颗粒。如本文所用，术语“氧化铝”、“Al2O3”和“铝氧化物”可互换使用。可以用于本发明中的合适氧化铝基磨料粒子的特定实例包含白色刚玉粒子(来自圣戈班陶瓷&塑料公司(Saint-Gobain Ceramics&Plastics，Inc.))或粉色刚玉(来自TreibacherSchleifmittel，AG)、单晶体氧化铝、涂布或未经涂布的棕色熔融氧化铝、热处理氧化铝、碳化硅和其组合。
其它磨料颗粒可包含作为晶种进行结晶或未结晶的烧结溶胶凝胶氧化铝(用或未用化学品改性)，如可利用稀土氧化物、MgO等。在又一个实施例中，供用于粘合磨料中的磨料颗粒可包含二氧化硅、氧化铝(熔融或烧结的)、氧化锆、氧化铝-氧化锆、碳化硅、石榴石、硼-氧化铝、金刚石、立方氮化硼、铝-氮氧化物、二氧化铈、二氧化钛、二硼化钛、碳化硼、氧化锡、碳化钨、碳化钛、氧化铁、氧化铬、燧石、刚砂、铝矾土和其组合利用。
磨料颗粒还可包含各种形状、结构和/或构型。举例来说，磨料颗粒可为成形磨料颗粒。成形磨料颗粒可具有明确限定的和规则布置(即，非随机)的边缘和侧面，因此限定可辨别和受控制的形状。此外，成形磨料颗粒与传统压碎或未成形的磨料颗粒不同，因为成形磨料颗粒具有相对于彼此大体上相同的形状，其中传统压碎磨料颗粒在相对于彼此的形状上变化显著。举例来说，成形磨料颗粒可具有如在平面上查看由长度、宽度和高度中的任何两个尺寸限定(例如，在平面上查看由长度和宽度限定)的多边形形状。一些示例性多边形形状可为三角形、四边形(例如，矩形、正方形、梯形、平行四边形)、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形等。此外，成形磨料颗粒可具有由多面体形状如棱柱形形状等限定的三维形状。另外，成形磨料颗粒可具有弯曲边缘和/或表面，使得成形磨料颗粒可具有凸面形状、凹面形状、椭球形形状。示例性成形磨料颗粒公开于美国专利第8,758,461号中，所述专利全文并入本文中。
成形磨料颗粒可呈任何字母数字字符形式，例如，1、2、3等，A、B、C等。另外，成形磨料颗粒可呈符号、商标，选自希腊字母、现代拉丁字母、古代拉丁字母、俄罗斯字母、任何其它字母(例如，日本汉字字符)的字符和其任何组合的形式。
磨料颗粒的大小可表达为磨料粒度单位大小，并且示出在磨料粒度单位大小与其对应的平均粒度(以微米或英寸为单位表达)之间关系的图表为本领域中已知为与对应美国标准筛(USSS)网孔大小具有相关性。粒度选择取决于其中期望研磨工具的应用或过程，并且按照ANSI磨料粒度单位大小标示范围可为10到325。具体地说，磨料粒度单位大小范围可为16到120或16到80。
根据一个具体实施例，磨料颗粒的平均粒度(D50)可为至少1微米，如至少10微米、至少20微米、至少30微米或至少40微米。另外，在另一个非限制性实施例中，磨料颗粒的平均粒度可为不大于2mm，如不大于1mm、不大于800微米、不大于600微米、不大于500微米、不大于400微米、不大于300微米、不大于280微米、不大于250微米、不大于200微米。应了解，磨料颗粒的平均粒度可在包含以上提到的任何最小值和最大值的范围内，包含例如在1微米与2mm之间的范围内，在10微米与1mm之间的范围内，或甚至在20微米与200微米之间的范围内。
粘合材料
本发明的研磨工具以及制备和使用所述研磨工具的方法可包含各种粘合材料和前体粘合材料。在本发明的特定实施方案中，粘合材料和前体粘合材料中的至少一种为有机材料，也称为“聚合”或“树脂”材料，其可通过固化来成形为最终形成的粘合材料。可用于制造粘合研磨制品的有机粘合材料的实例可包含酚醛树脂。这类树脂可通过聚合苯酚与醛(具体来说，甲醛、多聚甲醛或糠醛)来获得。除了苯酚之外，可采用甲酚、二甲苯酚和经取代的苯酚。还可利用类似的无甲醛树脂。其它合适的有机粘合材料的实例包含环氧树脂、聚酯树脂、聚氨基甲酸酯、聚酯、橡胶、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、芳香族聚酰胺、经过改性的酚醛树脂(如：经环氧树脂改性的和经橡胶改性的树脂，或与增塑剂掺混的酚醛树脂等)等以及其混合物。
在酚醛树脂当中，可通过在含水甲醛与苯酚之间在碱催化剂存在的情况下的一步反应来获得甲阶酚醛树脂。酚醛清漆树脂(也被称为二步法酚醛树脂)可在酸性条件下产生并且在碾磨过程期间与交联剂如六亚甲基四胺(hexamethylenetetramine)(通常也称为“六亚甲基四胺(hexa)”)掺混。示例性酚醛树脂可以包含甲阶酚醛树脂和酚醛清漆。甲阶酚醛树脂可被碱性催化并且甲醛与苯酚的比率为大于或等于一，如1∶1到3∶1。酚醛清漆树脂可被酸催化并且甲醛与苯酚的比率为小于一，如0.5∶1到0.8∶1。
粘合材料可含有多于一种酚醛树脂，包含例如至少一种甲阶酚醛树脂和至少酚醛清漆类型酚醛树脂。在许多情况下，至少一种酚类树脂呈液体形式。酚醛树脂的合适组合描述于例如Gardziella等人的美国专利第4,918,116号中，其全部内容以引用的方式并入本文中。
环氧树脂可包含芳香族环氧树脂或脂肪族环氧树脂。芳香族环氧树脂组分包含一个或多个环氧基和一个或多个芳环。实例芳香族环氧树脂包含衍生自多酚、例如衍生自双酚的环氧树脂，如双酚A(4，4′-亚异丙基二苯酚)、双酚F(双[4-羟基苯基]甲烷)、双酚S(4，4′-磺酰基二苯酚)、4，4′-亚环己基双酚、4，4′-联苯酚、4，4′-(9-亚芴基)二苯酚或其任何组合。可使双酚烷氧基化(例如乙氧基化或丙氧基化)或卤化(例如溴化)。双酚环氧树脂的实例包含双酚二缩水甘油醚，如双酚A或双酚F的二缩水甘油醚。芳香族环氧树脂的另一实例包含三苯酚甲烷三缩水甘油醚、1，1，1-三(对羟基苯基)乙烷三缩水甘油醚或衍生自单酚的芳香族环氧树脂，例如衍生自间苯二酚(例如间苯二酚二缩水甘油醚)或对苯二酚(例如对苯二酚二缩水甘油醚)。另一个实例是壬基苯基缩水甘油醚。另外，芳香族环氧树脂的实例包含环氧酚醛，例如苯酚环氧酚醛和甲酚环氧酚醛。脂肪族环氧树脂组分具有一个或多个环氧基并且不含芳环。外相可包含一种或多种脂肪族环氧树脂。脂肪族环氧树脂的实例包含C2-C30烷基的缩水甘油醚；C3-C30烷基的1，2环氧树脂；脂肪醇或多元醇(如1，4-丁二醇、新戊二醇、环己烷二甲醇、二溴新戊二醇、三羟甲基丙烷、聚氧化四甲基醚、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、甘油)和烷氧基化脂肪醇或多元醇的单或多缩水甘油醚。在一个实施例中，脂肪族环氧树脂包含一个或多个环脂环结构。举例来说，脂肪族环氧树脂可具有一个或多个氧化环己烯结构，例如两个氧化环己烯结构。
包括环结构的脂肪族环氧树脂的实例包含氢化双酚A二缩水甘油醚、氢化双酚F二缩水甘油醚、氢化双酚S二缩水甘油醚、双(4-羟基环己基)甲烷二缩水甘油醚、2，2-双(4-羟基环己基)丙烷二缩水甘油醚、3，4-环氧基环己基甲基-3，4-环氧基环己烷甲酸酯、3，4-环氧基-6-甲基环己基甲基-3，4-环氧基-6-甲基环己烷甲酸酯、二(3，4-环氧基环己基甲基)己二酸酯、二(3，4-环氧基-6甲基环己基甲基)己二酸酯、亚乙基双(3，4-环氧基环己烷甲酸酯)、乙二醇二(3，4-环氧基环己基甲基)醚或2-(3，4-环氧基环己基-5，5-螺-3，4-环氧基)环己烷-1，3-二恶烷。
示例性多官能丙烯酸可包含三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙三醇三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、山梨糖醇三丙烯酸酯、山梨糖醇六丙烯酸酯或其任何组合。在另一个实例中，丙烯酸聚合物可由含具有1-4个碳原子的烷基、具有1-4个碳原子的缩水甘油基或羟烷基的单体形成。代表性丙烯酸聚合物包含聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯酸羟乙酯和其混合物。
可利用的固化或交联剂取决于选择的粘合材料。对于固化苯酚酚醛清漆树脂，例如，典型固化剂为六亚甲基四胺。还可采用其它胺(例如乙二胺；亚乙基三胺；甲基胺)和固化剂的前体(例如，与甲醛反应以形成六亚甲基四胺的氢氧化铵)。固化剂的合适量可在例如5到20重量份或8重量份到15重量份的固化剂/百份总酚醛清漆树脂的范围内。应了解，可基于各种因素调节比率，包含例如所用树脂的具体类型、需要的固化程度和制品的最终期望特性，如强度、硬度和磨削性能。
在一个非限制性实施例中，在固化之后，粘合磨料可形成为包含粘合整体主体。粘合整体主体可包含粘合材料和磨料颗粒。在另一非限制性实施例中，粘合整体主体可包含贯穿粘合主体的研磨部分的整个体积连续地延伸的粘合材料的三维基质。
增强层
根据一个实施例，可借助一个或多个(例如，两个或三个)增强层来增强粘合磨料，所述增强层可呈贯穿粘合材料分布的材料的层、分层、分立集束和其组合的形式。如本文所用，术语“增强层”可指的是可由与在粘合的磨料主体内用于制备磨料层的粘合材料和磨料颗粒不同的材料制成的分立组件。在一个实施例中，增强层不包含磨料颗粒。相对于粘合磨料的厚度，增强层可嵌入于粘合磨料的主体内并且这类粘合磨料可被称为“在内部”增强。增强层还可接近或附接到粘合磨料的主体的前和/或背面。若干增强层可安置在贯穿粘合磨料的厚度的各种深度处。
某些增强层可具有圆形几何形状。增强层的***还可具有正方形、六边形或另外的多边形几何形状。还可使用不规则外边缘。可利用的合适非圆形形状描述于以全文引用的方式并入本文中的美国专利第6,749,496号和第6,942,561号中。在其中粘合磨料呈砂轮或盘形式的某些例子中，增强层可从粘合的磨料主体的内径(中心开口的边缘)延伸到最外边缘(即，***表面)。可采用部分增强层并且在这类情况下，增强层可从例如安装孔沿粘合的磨料主体的半径，或对于非圆形形状，沿最大“半径”的等效物延伸到至少30％。举例来说，部分增强层可沿粘合磨料的主体的半径或对于非圆形形状，沿最大“半径”的等效物延伸至少60％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％或甚至至少99％。在另一个非限制性实施例中，部分增强层可沿粘合的磨料主体的半径或最大“半径”的等效物延伸不大于100％，如不大于99％、不大于97％、不大于95％、不大于90％、不大于85％、不大于80％、不大于70％或甚至不大于60％。应了解，部分增强层可在包含以上提到的任何最小值和最大值的范围内延伸。举例来说，部分增强层可沿粘合的磨料主体的半径或最大“半径”的等效物在60％到100％的范围内，如在70％到99％的范围内，或在80％到90％的范围内延伸。
增强层可包含各种材料，包含单一材料或多于一种类型材料，如复合材料。此外，本文实施例的粘合磨料可使用单一类型增强层或可使用不同类型增强层，其可采用相对于彼此不同的材料。一些合适增强层材料可包含织造材料或非织造材料。在一个非限制性实施例中，粘合磨料的主体可基本上不含非织造材料。在至少一个实施例中，增强层可包含玻璃材料，包含(但不限于)玻璃纤维材料。在又其它实施例中，增强层可包含纤维(例如，)、玄武岩、碳、编织有机材料(例如，弹性体、橡胶)、材料的组合等。示例性增强层可包含聚合膜(包含底涂膜)，包含例如聚烯烃膜(例如，包含双向拉伸聚丙烯的聚丙烯)、聚酯膜(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰氨膜、纤维素酯膜、金属箔、网状物、泡沫(例如，天然海绵材料或聚氨基甲酸酯泡沫)、布(例如，由纤维或包括玻璃纤维、聚酯、尼龙、真丝、棉、聚棉或人造丝的纱线制得的布)、纸、硫化纸、硫化橡胶、硫化纤维、非织造材料，或其任何组合，或其经处理的型式。布背衬可为织造的或缝合粘合的。在具体实例中，增强层选自由以下组成的组：纸、聚合物膜、布、棉、聚棉、人造丝、聚酯、聚尼龙、硫化橡胶、硫化纤维、玻璃纤维织物、金属箔或其任何组合。在其它实例中，增强层包含织造玻璃纤维织物。在一个具体实例中，粘合磨料可包含一层多层的玻璃纤维，在其之间，掺混磨料粒子或颗粒结合在粘合材料如聚合物基质中。使用增强层还可允许在粘合磨料的增强层与(一个或多个)相邻区域之间的界面(其含有分布在三维粘合材料基质中的磨料粒子或颗粒)处的剪应力。应了解，增强层可主要由前述材料中的任一种组成，或主要由以上提到的前述材料中的两种或更多种组成。
在特定实例中，粘合磨料的主体可包含例如呈(一个或多个)玻璃纤维网形式提供的至少一个或多个玻璃纤维增强层。玻璃纤维网可包含由非常细的玻璃的纤维构成的玻璃纤维机织物。玻璃纤维网可包含纱罗织物或平面机织物。利用的玻璃纤维可包含E-玻璃(具有小于1wt％碱金属氧化物的铝-硼硅酸盐玻璃)。其它类型的玻璃纤维可包含例如A-玻璃(具有极少或无氧化硼的碱-石灰玻璃)、E-CR-玻璃(具有小于1wt％碱金属氧化物、具有高耐酸性的铝-石灰硅酸盐)、C-玻璃(具有高氧化硼含量的碱-石灰玻璃，用于玻璃短纤维的实例)、D-玻璃(具有高介电常数的硼硅酸盐玻璃)、R-玻璃(具有高机械要求的无MgO和CaO的铝硅酸盐玻璃)或S-玻璃(具有高拉伸强度的无CaO但是具有高MgO含量的铝硅酸盐玻璃)。
玻璃纤维网可以任何合适方式布置在粘合磨料如粘合研磨砂轮中。在某些实施方案中，可避免在砂轮的工作面处放置玻璃纤维网。本文实施例中的任一个可借助具有与砂轮的安装孔对应的孔和与砂轮相同的直径的至少一种玻璃纤维网增强。还可使用从安装孔延伸贯穿一些而非砂轮总半径的部分网增强层，如可为其它网增强放置。
增强层的特征可在于以下物理参数中的一个或多个：重量(g/m2)、厚度(mm)、每cm的开口和拉伸强度(MPa)，所述拉伸强度可相对于编链组织(相对于卷筒的长度连续地延展的长网组分)的拉伸强度和填充剂(横向于卷筒方向延展的短组分)的拉伸强度进一步划定。在某些例子中，采用的玻璃纤维网中的一个或多个最小拉伸强度为至少200MPa。其它因素包含如本领域中已知的长丝直径、涂层的量，例如涂层对网的覆盖度等。
化学参数可涉及提供在玻璃纤维网上的涂层的化学性质。一般而言，存在两种类型的化学“涂层”。第一涂层(被称作“上浆”)可在玻璃纤维股束离开套管之后立即施加到其，并且包含例如可分散于水中的成分如成膜剂、润滑剂、硅烷。上浆可提供长丝免受加工相关的降解(如磨蚀)的保护。上浆还可在二次加工(如编织成网)期间提供磨蚀保护。与第一涂层(上浆)相关联的特性的策略性操纵可影响玻璃纤维与第二涂层的相容性，这继而可影响涂层与树脂粘合剂的相容性。第二涂层可施加到玻璃网并且传统上包含蜡，主要用于防止在货运和存储期间网的“粘连”。在许多情况下，第二涂层可与上浆(第一涂层)和其中期望强化的基质树脂均相容。
具有或没有一个或多个增强层的粘合磨料如粘合研磨砂轮工具可通过组合磨料粒子或颗粒、粘合材料例如有机材料(树脂)或无机材料和在许多情况下其它成分例如填充剂、加工助剂、润滑剂、交联剂、抗静电剂等来制备。
各种成分可以任何合适次序添加并且使用已知技术和设备例如Eirich混合器(例如，型号RV02，Littleford)槽式混合器等进行掺混。所得混合物可用于形成生坯。如本文所用，术语“生坯”指的是在随后工艺步骤期间维持其形状，但是通常不具有足够强度来永久地维持其形状的主体。生坯还可指的是未加工的主体，或在将生坯转换成最后形成的粘合磨料之前存在尚待完成的另外工艺的主体。举例来说，存在于生坯中的树脂粘合剂处于未固化或未聚合的状态。生坯优选地成型为期望制品(包含例如粘合研磨砂轮)的形状(冷、温或热成型)。
一个或多个增强层可结合在生坯中。举例来说，含有一种或多种类型的磨料粒子或颗粒和粘合材料的混合物的第一部分可放置并且分布在适当模具空腔的底部，并且然后由第一增强层覆盖。粘合/磨料混合物的第二部分然后可设置并且分布在第一增强层上方。可提供附加增强层和/或粘合/磨料混合物层，如果期望如此的话。经添加以形成具体层厚度的混合物的量可修改，以便适于研磨制品的预期目的。可采用其它合适的顺序和/或技术来成形所增强的生坯。举例来说，一张纸或玻璃纤维网状物或网，或者一张纸与纤维玻璃网状物或网可在第一混合物之前***在模具空腔中。
在一些布置中，含有一种或多种类型的磨料颗粒和粘合材料的层(在本文中也被称为“磨料层”)可就一个或多个特性而言彼此不同，例如，层厚度、层配方(例如，采用的成分的量和或类型、磨料粒度单位大小、磨料粒度单位形状、孔隙率)、填充材料、粘合剂组合物、粘合剂含量、磨料含量、磨料颗粒组成、孔隙率、孔径、多孔结构分布、多孔结构类型(即，闭合和/或开放性多孔结构)等。
为了形成粘合磨料，如粘合研磨砂轮，第一磨料层a1(含有磨料颗粒和粘合材料)在模具中成网。第一增强层V1安置在第一磨料层a1上，接着第二磨料层a2，其可与第一磨料层a1相同或不同。第二增强层V2(其可与V1相同或不同)可安置在第二磨料层a2上。如果需要，包含磨料颗粒和粘合材料的第三磨料层a3可用于覆盖第二增强层V2。第三磨料层a3可相对于磨料层a1和/或a2中的一个或多个相同或不同。附加增强层和磨料层可基本上如所描述添加，以获得期望数量的磨料层和增强层。在另一种方法中，第一增强层V1放置在模具的底部并且由第一磨料层a1覆盖，其中附加磨料层和增强层如上所述安置。其中相邻磨料层an和an+1不通过增强层分隔开的布置也是可能的，如同其中两个或更多个增强层例如Vn和Vn+1不通过磨料层分隔开的那些。由纸或聚合物制成的标签还可附连到砂轮的主要面。这些标签可用于识别砂轮。它们可在研磨砂轮形成过程期间附连到砂轮或在固化之后施加。
混合物层的单个厚度可大体上相同。在某些例子中，混合物层的厚度可不同。在任何两个混合物层之间的厚度的差可通过使用式[(tabl-tab2)/tabl]x100％计算，其中tab1为两个混合物层的厚度中的较大厚度并且tab2为相对于tab1的较小厚度。举例来说，在两个磨料层之间的厚度的差可至少差5％、至少差10％、至少差20％、至少差25％、至少差30％或甚至至少差50％。在两个磨料层之间的厚度的工程化差异可促进在磨削性能方面的某些机械特性和优点。除了厚度变化之外或替代厚度变化，磨料层和/或增强层可在配方、采用的材料和/或其它特性方面不同。
填充剂
本文实施例的磨料层中的任一个可包含一种或多种填充剂，其可含于粘合剂内。根据一个实施例，填充剂可包含粉末、颗粒剂、球体、纤维或其组合。在另一个实施例中，填充剂可包含无机材料、有机材料或其组合。举例来说，合适填充剂可包含沙子、碳化硅、氧化铝空心球、铝矾土、铬铁矿、菱镁矿、白云石、多铝红柱石空心球、硼化物、二氧化钛、碳产品(例如，碳黑、焦炭或石墨)、原木粉、粘土、滑石、六边形氮化硼、二硫化钼、长石、霞石正长岩、玻璃纤维、玻璃球体、CaF2、KBF4、冰晶石(Na3A1F6)、钾冰晶石(K3A1F6)、黄铁矿、ZnS、硫化铜、矿物油、氟化物、碳酸盐、碳酸钙或其组合。在另一实施例中，填充剂可包含抗静电剂、金属氧化物、润滑剂、多孔结构诱导剂、着色剂或其组合。润滑剂的实例可包含硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、石墨、碳、二硫化钼、蜡珠粒、碳酸钙、氟化钙或其任何组合。金属氧化物的实例可包含石灰、氧化锌、氧化镁或其任何组合。
应注意，填充剂可具有功能性，如磨削助剂、润滑剂和多孔结构诱导剂。在替代的例子中，填充剂可用于功能性和/或美观性，如着色剂。根据一个实施例，填充剂可与磨料颗粒不同。在又一个实施例中，填充剂可包含辅助磨料粒子。
在一个实施例中，填充剂的量可为整个组合物的总重量的每一重量至少1份，如至少2份、至少3份、至少4份或甚至至少5份。在另一个实施例中，以整体组合物的重量计，填充剂的量可不大于30份，如不大于28份、不大于27份或甚至不大于25重量份。应了解，填充剂的量可在包含以上提到的任何最小值和最大值的范围内。举例来说，以整体组合物的重量计，填充剂的量可在1和30份的范围内，如2份到28份或5到25重量份。
粘合磨料或其(一个或多个)混合物层可形成以包含粘合磨料的总体积或磨料层的比体积的至少20vol％粘合材料。举例来说，可利用至少30vol％、至少40vol％、至少50vol％或甚至至少60vol％。另外，在另一个实施例中，粘合材料的含量可不大于90vol％，如不大于80vol％，或不大于70vol％，或不大于60vol％，或不大于50vol％，或不大于40vol％。应了解，主体或在主体内的磨料的层的粘合材料含量可在包含以上提到的任何最小百分比和最大百分比的范围内。
粘合磨料(或在粘合磨料的主体内的磨料的给定层)可含有具体含量的磨料颗粒，如对于主体的总体积或主体内磨料的层，至少20vol％磨料颗粒，如至少35vol％，或至少45vol％，或至少55vol％，或至少60vol％或至少65vol％磨料颗粒。另外，在另一个非限制性实施例中，磨料颗粒的含量可不大于90vol％，或不大于80vol％，或不大于70vol％，或不大于60vol％，或不大于50vol％，或不大于40vol％。应了解，主体或在主体内的磨料的层的磨料颗粒的含量可在包含以上提到的任何最小百分比和最大百分比的范围内。
本文所描述的粘合的磨料主体可制造成具有一定多孔结构。多孔结构可设定成提供粘合磨料的具体性能，包含参数如硬度、强度和初始刚度，以及屑隙和切屑去除。多孔结构可均匀地或不均匀地分布在整个粘合磨料的主体中并且可为固有多孔结构，通过粒子在粘合剂基质内的布置、所用的磨料粒子和/或粘合剂前体的形状、压制条件、固化条件等来获得，或可通过使用孔诱导剂来产生。可存在两种类型的多孔结构。
多孔结构可为闭合和/或互连的(开放性)。在“闭合”类型的多孔结构中，孔通常相对于彼此分立并且不互连。相反，“开放性”多孔结构呈现彼此互连的孔，从而创建槽的互连网络。
以在粘合磨料的主体中磨料层的总体积计，最终形成的粘合磨料的孔隙率可为至少0.1vol％，如至少1 vol％、至少2vol％、至少3vol％或甚至至少5vol％。在另一个非限制性实施例中，对于在粘合磨料的主体内的磨料层的总体积，孔隙率可不大于40vol％，如不大于35vol％、不大于30vol％、不大于25vol％或不大于20vol％，不大于15vol％、不大于10vol％或甚至不大于5vol％。应了解，粘合磨料的孔隙率可在包含以上提到的任何最小值和最大值的范围内，如在0vol％到40vol％的范围内。举例来说，本文所描述的粘合磨料(或其混合物层)的孔隙率可在0vol％到30vol％的范围内，例如，在1vo1％与25vol％之间或在5vol％与25vol％之间的范围内。
可用于生产粘合磨料(包含例如具有或没有增强层的粘合研磨砂轮)的技术可包含冷压制、温压制或热压制。根据具体实施例，在本文中形成研磨制品的方法可包含冷压制。在冷压制中，在模具中的材料维持在大约环境温度下，如小于30摄氏度(℃)。力可施加到于模具中的材料。举例来说，施加的力可为至少40吨。施加的力可不大于2000吨。施加的力可在100吨到2000吨的范围内。替代地，压力可通过合适手段如液压机施加到材料。施加的压力可例如在4.2kg/cm2(60psi或0.03tsi)到8.4kg/cm2(120psi或0.06tsi)的范围内，在70.3kg/cm2(0.5tsi)到2109.3kg/cm2(15tsi)的范围内，或在140.6kg/cm2(1tsi)到843，6kg/cm2(6tsi)的范围内。在压机内的保持时间可例如在小于2.5秒到1分钟的范围内。
砂轮可单独地成型或可成型大“蝙蝠”，稍后将其掏空得到单个砂轮。根据一个实施例，各种磨料混合物层(其包括磨料粒子、树脂和填充剂、玻璃纤维增强和障壁层材料)可依序地以适当构型放置到模具空腔中。障壁层可充当叠层的最外层。可使用与上述压力相称的力压制整个叠层。障壁层可粘附到磨料混合物，并且因此通过固化工艺而最终原位粘合到研磨砂轮。
根据另一个实施例，可形成包含粘合前体材料和磨料颗粒的混合物。如本文实施例中所指出的，混合物还可包含其它组分，如期望的填充剂、辅助磨料颗粒或这两者。混合物可使用成形装置如模具成形为生坯并且在同时接合到障壁层。生坯可包含含于粘合前体材料中的磨料颗粒。在一个具体实施例中，障壁层材料可接合到增强部分(如玻璃纤维增强物)以形成障壁层构造，并且然后障壁层构造可在混合物安置到模具中之前或之后放置到模具中。障壁层构造的增强部分可与混合物直接接触。视需要，障壁层构造可放置于模具的底部中，覆盖混合物的上表面，或这两者，使得在形成生坯时，障壁层构造接合到生坯的一个或每个主表面。更具体来说，障壁屏障构造的增强部分直接地接合到生坯。可使生坯固化以形成包含含于粘合材料中的磨料颗粒的粘合主体。在生坯的固化期间，增强部分粘合到主体，并且障壁层粘合到增强部分，使得障壁层形成粘合主体的外表面。
然而，应了解，可利用温压制或热压制来形成研磨制品。温压制和热压制类似于冷压制操作，不同之处在于在施加压力期间可利用更高温度。
在采用有机粘合材料的实施例中，粘合磨料可通过固化有机粘合材料来形成。如本文所用，术语“最终固化温度”为这样的温度，在所述温度下，保持成型制品进行有机粘合材料的聚合例如交联，从而形成粘合材料的最终组合物，但是交联可在更低温度下开始。可在其它过程期间，如在冷压制操作期间，利用固化温度。替代地，本文实施例的某些过程可利用独立固化步骤，其可与其它过程如冷压制操作分开。在这类情况下，可首先进行压制操作，并且未固化研磨制品可从压机中取出并且放置于温度受控腔室中以有助于固化。如本文所用，“交联”指的是在存在加热的情况下和通常在存在交联剂如“六亚甲基四胺(hexa)”或六亚甲基四胺的情况下发生的(一个或多个)化学反应，其中有机粘合组合物硬化。一般而言，成型制品可保持在最终固化温度下持续一段时间，如在6小时与48小时之间，在10与36小时之间，或直至成型制品的质量中心达到交联温度和期望磨削性能(例如，交联的密度)。
举例来说，固化温度的选择取决于如采用的粘合材料的类型、强度、硬度和期望磨削性能的因素。根据某些实施例，固化温度可在包含至少100℃到不大于250℃的范围内。在采用有机粘合剂的更特定实施例中，固化温度可在包含至少150℃到不大于230℃的范围内。酚醛清漆类树脂的聚合可在包含至少110℃且不大于225℃的范围内的温度下进行。甲阶酚醛树脂可在包含至少100℃且不大于225℃的范围内的温度下聚合。适合于本文实施例的某些酚醛清漆树脂可在包含至少110℃且不大于250℃的范围内的温度下聚合。
障壁层
可在粘合磨料的主体上采用一个或多个障壁层以有助于改进研磨工具的性能。举例来说，一个或多个障壁层可施加到粘合磨料的主体的具体表面，以限制主体(包含例如粘合材料)对某些物质(例如，水)的吸收，这可有助于改进研磨工具的性能。
根据一个实施例，粘合磨料的主体可极为接近障壁层以便构造本文所公开的研磨工具。在具体实施例中，障壁层可直接接触(即，抵靠)包含粘合的磨料主体的粘合材料和磨料颗粒的至少一个主表面。在一个甚至更具体实施例中，障壁层可直接地粘合到包含粘合的磨料主体的粘合材料和磨料颗粒的至少一个主表面，使得障壁层将在研磨工具的操作期间不与粘合磨料分离。在一个具体非限制性实施例中，障壁层可直接地粘合到粘合主体的主表面，而不需在粘合主体与障壁层之间使用粘结剂。
在一个非限制性实施例中，增强层可粘合到粘合主体的主表面并且限定粘合主体的最外表面，并且障壁层可粘合到增强层。图2A包含研磨工具200的一部分的剖视图。研磨工具200包含覆盖附接到粘合主体206主表面的增强层230的障壁层202。增强层230可包含本文所公开的增强材料中的任一种。在一个具体实例中，增强层230可包含玻璃纤维。更具体来说，增强层230可主要由玻璃纤维组成。在另一个实施例中，增强层可施加到粘合主体的两个主表面，并且障壁层可粘合到增强物层。
在另一个非限制性实施例中，中间层可施加在增强层与障壁层之间以有助于形成研磨工具。中间层可在一侧上粘合到增强层并且在相对侧上粘合到障壁层。在一个具体但非限制性实施例中，中间层可包含非织造材料，如非织造毛绒。
在其它实施例中，障壁层可直接接触粘合主体的主表面、***表面或这两者。图2B包含根据实施例的研磨工具的一部分的剖视图。研磨工具200包含覆盖粘合磨料的主体206的障壁层202。主体206包含主表面208和210，其中障壁层202抵靠主表面208。在图2C中，主体206可在障壁层202的顶部上，并且主表面210直接接触障壁层202。替代地，研磨工具200可包含多于一个障壁层。此外，障壁层可直接接触粘合磨料的主体的一个或多个主表面。图2D包含根据实施例的包含障壁层的粘合磨料的主体的一部分的剖视图。如所示出，粘合磨料的主体206可安置在第一障壁层202与第二屏障层204之间。举例来说，障壁层202可直接接触主表面208并且障壁层204可直接接触主表面210。
尽管障壁层202和204示出为单层，但是应了解障壁层202和204可包含多于一个如本文实施例中所描述的层(即，膜)。
根据一个实施例，障壁层覆盖在主体的主表面的整个表面区域上面。在另一实施例中，障壁层可不在***表面上方延伸，所述***表面在主体的主表面之间延伸。在图3A中，障壁层302可覆盖在粘合的磨料主体312的主表面306上面，而不在310的***表面上方延伸。在图3B中，障壁层302可覆盖在主体312的主表面306上面并且在上方延伸到***表面310的至少一部分。替代地，在图3C中，障壁层302可覆盖在主表面306上面并且延伸成覆盖在主体312的***表面310的整个表面区域上面。在另一个非限制性实施例中，与粘合到***表面310的障壁层相比，粘合到主表面306的障壁层可包含不同组成。根据这些实施例，在使用研磨工具前，可不必要去除障壁层。举例来说，障壁层可在研磨工具的操作(如磨削或切割)期间去除，而不干扰操作过程。另举一例，障壁层可形成，使得在应用研磨工具期间遇到的力可足以选择性地去除障壁层的至少一部分以暴露粘合磨料的工作表面的至少一部分。去除障壁层可在不影响粘合磨料的研磨能力的情况下进行。
根据实施例，障壁层可包含单层或包含多于一个层，其中每个离散层可被称为膜。根据实施例，障壁层可包含含金属的膜。含金属的膜可包含金属或金属合金。具体来说，金属可选自由以下组成的组：铝、铁、锡、铜、钪、钛、钒、铬、锰、镍、锌、钇、锆、铌、钼、银、钯镉、钽、钨、铂、金和其组合。金属合金可包含包含本文所公开的金属中的一种或多种的合金。此外，含金属的膜可主要由以上提到的金属中的任一种组成。此外，含金属的膜可主要由以上提到的金属中的两种或更多种制成的金属合金组成。
根据另一个实施例，障壁层可包含含聚合物的膜。含聚合物的膜可包含聚合物。在一个具体实施例中，含聚合物的膜可主要由聚合物组成。聚合物的实例可包含热塑性材料、热固性材料等。在一个具体实施例中，聚合物可选自由热塑性材料和热固性材料组成的组。热塑性材料的实例可包含聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯并咪唑、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、热塑性弹性体或其任何组合。热固性材料的实例可包含聚酯、聚氨基甲酸酯、苯酚-甲醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺或其任何组合。在一个更具体实施例中，聚合物选自由以下组成的组：聚酰胺、聚烯烃、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂、树脂、聚氨基甲酸酯、橡胶、聚酰亚胺、酚醛树脂、聚苯并咪唑、芳香族聚酰胺、离聚物(例如，含离子的聚合物和含离子的共聚物)和其组合。示例性离聚物可包含借助金属离子(如锌、铯、钠、镁、钙或钾)部分或完全地中和的酸基。酸基可为丙烯酸、羧酸、甲基丙烯酸、磺酸和其共聚物的酸基。在一个更具体实施例中，聚合物主要由聚对苯二甲酸乙二醇酯组成。
根据另一个实施例，障壁层可包含双向拉伸材料。示例性双向拉伸材料可包含聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚酰胺如尼龙6，6和尼龙6，以及聚烯烃如聚丙烯。根据另一实施例，含聚合物的膜可包含双向拉伸材料。具体来说，含聚合物的膜可主要由双向拉伸材料组成，如双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯或双向拉伸尼龙。更具体来说，含聚合物的膜可为双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或双向拉伸尼龙膜。根据另一个实施例，含聚合物的膜可具有可有助于形成特性和/或性能改进的研磨工具的具体拉伸强度。举例来说，含聚合物的膜可包含至少25,000psi(如至少28,000psi或至少29,000psi)的沿加工方向的拉伸强度。在另一个例子中，沿加工方向的拉伸强度可为至多35,000psi，如至多32,000psi。在另一例子中，沿加工方向的拉伸强度可在包含本文提到的任何最小值和最大值的范围内，如在包含至少25,000psi和至多35,000psi的范围内。在再另一个例子中，含聚合物的膜可包含至少32,000psi如至少34,000psi的沿横向方向的拉伸强度。另外地或替代地，沿横向方向的拉伸强度可为至多41,000psi，如至多39,000psi。在另一例子中，沿横向方向的拉伸强度可在包含本文提到的任何最小值和最大值的范围内，如在包含至少32,000psi和至多41,000psi的范围内。如本文所公开，根据ASTM-D882测量拉伸强度。
应了解，障壁层可主要由前述材料中的任一种组成，或主要由以上提到的前述材料中的两种或更多种组成。在一个具体实施例中，障壁层可基本上不含环氧树脂。在另一个具体实施例中，障壁层可基本上不含链烷烃。在仍另一个具体实施例中，障壁层可基本上不含蜡。
在一些例子中，障壁层可包含多于一个层，如在本文实施例中的膜的组合。如图4A所示，障壁层410可包含覆盖含金属的膜404的含聚合物的膜402。具体来说，含聚合物的膜可直接地粘合到含金属的膜，这可有助于增强障壁层的结构稳定性。障壁层还可包含多于一个含金属的膜、含聚合物的膜或多层这些膜的组合。图4B到4D包含障壁层410的一些示例性构型。图4B描绘安置在两个含聚合物的膜402与406之间的含金属的膜304。在图4C中，含聚合物的膜402安置在含聚合物的膜406和含金属的膜404之间，如图4C所示。在一个具体实施例中，含聚合物的膜、含金属的膜或这两者可用可促进粘附的试剂(如硅烷)处理，以改进在粘合主体与障壁层之间的粘合。
在另一个实施例中，障壁层可包含安置在相邻膜之间的一个或多个连接层。连接层可包含聚合物如粘结剂，以有助于在另外可不粘附到彼此的相异层之间的粘合。举例来说，连接层可放置在PET膜和含金属的层或含聚合物的层之间。
在又一个实施例中，障壁层可包含聚合物类密封剂层以有助于在障壁层与粘合主体之间的粘合。在一个具体但非限制性实施例中，密封剂层可包含具有一定熔点的聚乙烯类材料，其可有助于形成特性和/或性能改进的研磨工具。举例来说，熔点可为至多200℃，如至多180℃或至多160℃。在另一个例子中，熔点可为至少100℃，如至少120℃。在另一实施例中，熔点可包含本文提到的任何最小值和最大值，如在至少100℃到至多200℃的范围内。在一个更具体实施例中，密封剂层可包含线性低密度聚乙烯类材料。在另一个实施例中，密封剂层可包含离聚物。离聚物可包含用包含锌、铯、钠、镁、钙、钾或其组合的离子中和的聚(乙烯-共-甲基丙烯酸)。应了解，一个或多个含金属的膜或含聚合物的膜的各种组合在本发明的实施例的范围内，并且包含多于一层的含金属的膜和含聚合物的膜的障壁层的许多其它构型将为可能的并且在本文实施例的范围内。
根据具体实施例，障壁层可包含安置在多个含金属的层(包含例如两个含金属的膜)之间的含聚合物的膜。两个含金属的膜可包含相同金属材料如铝，然而这并不总是必要的。聚合物可包含本文提到的聚合物中的任一种，包含例如聚乙烯。具体来说，障壁层可为双侧反射铝，其中聚乙烯织造增强物安置在两层铝之间。
根据另一个具体实施例，障壁层可包含含金属的膜和含聚合物的膜。含聚合物的膜可放置在粘合的磨料主体与含金属的膜之间。在一个更具体实施例中，含聚合物的膜可直接接触含金属的膜。在另一个更具体实施例中，含金属的膜可为障壁层的最外层。
在另一个具体实施例中，障壁层可包含多个膜。障壁层可包含第一含聚合物的膜、第二含聚合物的膜、含金属的膜、第三含聚合物的膜和第四含聚合物的膜。第一含聚合物的膜可包含双向拉伸尼龙、PET或聚丙烯。第二含聚合物的膜可包含聚乙烯。含金属的膜可为箔。第三含聚合物的膜可包含聚乙烯。第四含聚合物的膜可包含聚乙烯，如共挤出聚乙烯。在一个甚至更具体实施例中，第四含聚合物的膜可为背对粘合的磨料主体的障壁层的最外层。在另一个更具体的主体中，含金属的膜可为障壁层的最外层。应了解，前述膜中的任一个和相应材料包含主要由如上所述对应材料组成的膜。举例来说，第四含聚合物的膜可主要由共挤出聚乙烯组成。
在采用包含含金属的膜和含聚合物的膜的障壁层的实施例中，这些膜的平均厚度可类似或不同。在一些实施例中，含聚合物的膜的平均厚度可大于含金属的膜的平均厚度。在其它实施例中，含金属的膜的平均厚度可大于含聚合物的膜的平均厚度。
根据实施例，含金属的膜可粘合到主体的主表面，使得含金属的膜可直接接触包含主体的粘合材料和磨料颗粒的主表面。在这类实施例中，含金属的膜可安置在主体的主表面与覆盖含金属的膜的另一个膜(例如，含聚合物的膜)之间。根据另一个实施例，含聚合物的膜可粘合到主体的主表面，使得含聚合物的膜可直接接触包含主体的粘合材料和磨料颗粒的主表面。在这类实施例中，含聚合物的膜可安置在主体的主表面与覆盖含聚合物膜的另一个膜(例如，含金属的膜)之间。在包含含金属的膜和含聚合物的膜两者的障壁层的具体实施例中，含聚合物的膜可直接地粘合到主体的主表面。
在另一实施例中，障壁层可包含包含蜡的膜。举例来说，障壁层可包含主要由蜡组成的膜。在另一个例子中，障壁层可包含包含蜡和与蜡不同的材料(如蜡和聚合物的共混物)的膜。在一个具体非限制性实施例中，含蜡的膜可包含蜡和聚乙烯的共混物。在一个更具体非限制性实施例中，障壁层可包含多个紧邻粘合主体主表面的膜(包含含蜡的膜)。
在另一个实施例中，含蜡的膜可为障壁层的最外膜(例如，最远离粘合主体)。在一个具体非限制性实施例中，障壁层可包含多个膜，并且最外膜可为含蜡的膜，并且更具体来说，最外膜可主要由蜡组成。
在另一个实施例中，接触粘合主体的主表面的障壁层可包含多个膜(例如，含聚合物的膜、含金属的膜或其组合)，其包含含蜡的膜。具体来说，含蜡的膜可为在主表面上的障壁层的最外膜，并且更具体来说，最外膜可主要由蜡组成。在又一个实施例中，接触粘合主体的***表面的障壁层可包含蜡。在一个具体非限制性实施例中，接触***表面的障壁层可主要由含蜡的膜组成。在一个更具体但非限制性实施例中，接触***表面的障壁层可主要由蜡组成。
已经提到，鉴于本文实施例的具体形成过程，障壁层可易受到损坏，如形成可延伸穿过障壁层的厚度的穿孔(例如，部分穿过所述厚度或完全穿过所述厚度)。在形成研磨工具的过程期间，穿孔可在障壁层中形成。此外，穿孔可在常规处置和货运期间形成。穿孔可具有类似或不同尺寸。举例来说，穿孔可具有各种直径尺寸。在一个实施例中，穿孔直径可为至少2μm，如8μm、至少13μm、至少25μm、至少50μm、至少75μm、至少105μm、至少145μm、至少220μm或甚至至少280μm。在另一个实施例中，穿孔的穿孔直径可不大于1000μm，如不大于950μm、不大于890μm、不大于810μm、不大于750μm、不大于680μm、不大于610μm、不大于520μm或甚至不大于420μm。应了解，穿孔的直径可在包含本文所公开的任何最小值和最大值的范围内。举例来说，穿孔的直径可在2μm到1000μm的范围内，如在50μm到890μm的范围内。
穿孔可具有平均尺寸，如平均直径。在一个实施例中，穿孔的平均直径可为至少200μm、至少240μm、至少260μm、至少285μm或甚至至少310μm。在另一个实施例中，平均直径可不大于580μm，如不大于520μm、不大于480μm、不大于430μm或甚至不大于380μm。应了解，穿孔的平均直径可在包含以上提到的任何最小值和最大值的范围内。举例来说，穿孔的平均直径可在200μm到580μm的范围内，如在285μm到430μm的范围内。
可通过计数在背对粘合的磨料主体的障壁层的表面的随机所选区域内的穿孔的数量来确定穿孔的密度。可选择至少4个区域。具有背面照明的放大镜或显微镜可用于辅助识别穿孔。穿孔密度可为通过总检测面积进行归一化的穿孔总数。
根据另一个实施例，穿孔密度可不大于不大于200穿孔/平方厘米，如不大于180穿孔/平方厘米、不大于160穿孔/平方厘米、不大于140穿孔/平方厘米、不大于120穿孔/平方厘米、不大于100穿孔/平方厘米、不大于90穿孔/平方厘米、不大于80穿孔/平方厘米、不大于70穿孔/平方厘米、不大于60穿孔/平方厘米、不大于50穿孔/平方厘米、不大于40穿孔/平方厘米、不大于30穿孔/平方厘米、不大于20穿孔/平方厘米、不大于15穿孔/平方厘米、不大于10穿孔/平方厘米、不大于9穿孔/平方厘米、不大于8穿孔/平方厘米、不大于7穿孔/平方厘米、不大于6穿孔/平方厘米或不大于5穿孔/平方厘米、不大于4穿孔/平方厘米、不大于3穿孔/平方厘米、不大于2穿孔/平方厘米、不大于1穿孔/平方厘米。对于至少一个实施例，障壁层可基本上不含穿孔。另外，在至少一个非限制性实施例中，可存在一些少量穿孔，使得穿孔密度可为至少0.1穿孔/平方厘米，如至少0.5穿孔/平方厘米、至少1穿孔/平方厘米、至少1.5穿孔/平方厘米、至少1.8穿孔/平方厘米、至少2穿孔/平方厘米、至少2.3穿孔/平方厘米、至少2.5穿孔/平方厘米、至少3穿孔/平方厘米、至少3.5穿孔/平方厘米、至少4穿孔/平方厘米、至少4.5穿孔/平方厘米、至少5穿孔/平方厘米、至少5.6穿孔/平方厘米、至少6穿孔/平方厘米、至少6.5穿孔/平方厘米、至少7.2穿孔/平方厘米、至少8穿孔/平方厘米、至少9穿孔/平方厘米或甚至至少10穿孔/平方厘米。应了解穿孔密度可在包含以上提到的任何最小值到最大值的范围内。举例来说，穿孔密度可在0.1穿孔/平方厘米到200穿孔/平方厘米的范围内，如在0.5穿孔/平方厘米到180穿孔/平方厘米的范围内，在1穿孔/平方厘米到160穿孔/平方厘米的范围内，在2穿孔/平方厘米到140穿孔/平方厘米的范围内，在5穿孔/平方厘米到120穿孔/平方厘米的范围内，或在10穿孔/平方厘米到100穿孔/平方厘米的范围内。
在一个实施例中，相较于常规研磨工具，障壁层可防止或减少水蒸气传输到粘合的磨料主体中。在一个非限制性实施例中，障壁层的耐水蒸气性可通过测量水蒸气透过率(WVTR)来测试，所述水蒸气透过率可使用ASTM F1249-01(使用调制红外传感器的用于通过塑料膜和薄片的水蒸气透过率的标准测试方法)测定。在一个非限制性实施例中，障壁层的WVTR可不大于约2.0克/平方米-天(即，克/平方米每24小时)，例如WVTR可不大于约1.5克/平方米-天，例如不超过约1克/平方米-天、不大于约0.1克/平方米-天、不大于约0.015克/平方米-天、不大于约0.010克/平方米-天、不大于约0.005克/平方米-天、不大于约0.001克/平方米-天或甚至不超过约0.0005克/平方米-天。在另一个非限制性实施例中，障壁层的WVTR可大于0克/平方米-天，如至少0.00001克/平方米-天。应了解，障壁层的WVTR可在包含本文提到的任何最小值和最大值的范围内。举例来说，WVTR可在包含大于0克/平方米-天和不大于2.0克/平方米-天的范围内，如在包含至少0.00001克/平方米-天和不大于2.0克/平方米-天的范围内。
在某些实施例中，障壁层的膜的取向可影响穿孔的密度。可期望使含聚合物的膜作为障壁层的最外层，如在一些例子中，依据含聚合物的膜材料，在加工期间，材料可显示被配置成密封一些形成于障壁层中的穿孔的自密封能力。值得注意的是，某些含聚合物的膜可在加工期间显示流动行为，其有助于流动和密封在加工期间形成的穿孔。举例来说，在一些实施例中，包含共挤出聚乙烯的含聚合物的膜可安置为最外层，以减少可获得的障壁层的穿孔密度。
在至少一个其它应用中，含聚合物的膜可放置在含金属的膜与粘合的磨料主体之间，这可有助于在形成研磨工具的过程期间减少在含金属的膜中形成穿孔。举例来说，在固化期间，含聚合物的膜的材料可流动并且密封至少一些形成于含金属的膜中的穿孔。另外地或替代地，在加工期间，材料可有助于流动和密封在含金属的膜中的穿孔。含金属的膜可被用作障壁层的最外层。
障壁层的形成可伴随形成粘合磨料(例如研磨砂轮)而原位进行。值得注意的是，障壁层可经选择，使得其可耐受形成粘合磨料的形成过程。障壁层可具有防穿刺性，使得在障壁层的原位形成期间，穿孔的形成可减到最少或甚至减弱。举例来说，防穿刺性障壁层可具有本文所公开的穿孔密度。此外，障壁层可不干扰研磨制品的功能或性能。具体来说，障壁层可对延伸穿过整个障壁层的穿孔的形成具有抵抗性，并且障壁层的存在可不会不利地影响性能，如磨削性能。此外，障壁层可在形成过程期间经历一些修饰，包含例如一些有助于障壁层与粘合的磨料主体的一个或多个表面粘合的物理或化学改变。
根据实施例，障壁层可包含至少一个具有防穿刺性的膜。防穿刺性膜可为包含本文所公开双向拉伸材料的含聚合物的膜。根据具体实施例，障壁层可包含防穿刺性膜、连接层、含金属的膜、另一连接层和密封剂层。密封剂层可面向主体的主表面并且防穿刺性膜可形成研磨制品的外表面。在一个更具体实施例中，障壁层可包含双向拉伸PET膜、连接层、含铝的膜、连接层和聚乙烯密封剂层，其中聚乙烯密封剂层面向主体的主表面并且双向拉伸PET膜限定研磨工具的外表面。在另一个更具体实施例中，障壁层可包含双向拉伸尼龙膜、连接层、含铝的膜、连接层和聚乙烯密封剂层，其中聚乙烯密封剂层面向主体的主表面，并且双向拉伸尼龙膜形成研磨制品的外表面。
根据一个具体形成过程，障壁层可安置在模具内，在所述障壁层的顶部上，包含含于粘合材料中的磨料颗粒的磨料层可按根据本文实施例的方式添加。磨料层可呈生坯、混合物、各种层的形式或上述任何其它形式。在某些例子中，另一个障壁层可位于研磨体的顶部上。在一些其它实施例中，障壁层可仅放置邻近于研磨体的底部或顶部。此外，障壁层可置于模具中，使得其邻近磨料层的***表面，使得障壁层可形成于粘合的磨料主体的***表面上。
在利用有机粘合材料以形成粘合材料的实施例中，在有机粘合材料的固化期间，障壁层可粘附到主体的一个或多个主表面和/或主体的***表面。在一个非限制性实施例中，障壁层可固化粘合到主体的主表面和/或***表面。在另一个非限制性实施例中，障壁层可熔融粘合到主体的主表面和/或***表面。
在一些实施例中，热压制可用于形成粘合磨料并且可用于障壁层以直接地粘合到主表面。热压制操作可包含如在本文实施例中详述的参数。
在一个实施例中，在障壁层施加到粘合的磨料主体的一个或多个主表面之后，研磨工具可借助放置在相邻工具之间的金属隔板进行堆叠以便固化。在另一个非限制性实施例中，可在工具与金属隔板之间使用间隔物，以防止在固化期间工具粘附到金属隔板。为了有助于工具与金属隔板分离，间隔物可为不粘的。在一个具体实施例中，间隔物可为包含硅氧烷、特氟龙或Kapton的不粘膜。在另一个具体实施例中，间隔物可包含经含氟聚合物涂布，如经PTFE涂布的玻璃纤维。使用间隔物还可改进在粘合主体的障壁层与主表面之间的接触，这可预期改进研磨工具的防潮性。
某些温度范围可特别适于处理障壁层。举例来说，温度可为至少50℃、至少100℃或至少150℃。在另一个例子中，温度可不大于250℃、不大于225℃或不大于200℃。温度可在本文所公开的任何最小值和最大值内举例来说，温度可在固化研磨砂轮的类似范围内。
本文所公开的实施例代表现有技术水平研磨制品的偏离。根据本文实施例的障壁层可大体上不可渗透水分，如完全不可渗透水分。利用障壁层减少粘合磨料的水分吸收可随着时间推移改进研磨工具的性能并且减轻老化。
许多不同方面和实施例是可能的。在本文中描述那些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书之后，熟练的技术人员将了解，那些方面和实施例仅仅是说明性的，并且不限制本发明的范围。实施例可根据以下所列项目中的任何一者或多者。
实施例1.一种研磨工具，包括：
包含主体的粘合磨料，所述主体包括含于粘合材料内的磨料颗粒；和
粘合到所述主体的至少一个主表面的障壁层，所述障壁层包括含金属的膜。
实施例2.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括覆盖所述含金属的膜的含聚合物的膜。
实施例3.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括直接地粘合到所述含金属的膜的含聚合物的膜。
实施例4.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括主要由聚合物组成的含聚合物的膜。
实施例5.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述聚合物选自由热塑性材料和热固性材料组成的组。
实施例6.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述聚合物选自由以下组成的组：聚酰胺、聚酯、聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂、树脂、聚氨基甲酸酯、橡胶、聚酰亚胺、酚醛树脂、聚苯并咪唑、芳香族聚酰胺和其组合。
实施例7.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括双向拉伸材料。
实施例8.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括包含双向拉伸材料的聚合物。
实施例9.根据实施例8所述的研磨工具，其中所述聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或其中所述聚合物主要由聚对苯二甲酸乙二醇酯组成。
实施例10.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括含聚合物的膜并且其中所述含聚合物的膜的平均厚度大于所述含金属的膜的平均厚度。
实施例11.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括含聚合物的膜并且其中所述含聚合物的膜的平均厚度大于所述含金属的膜的平均厚度。
实施例12.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括含聚合物的膜并且其中所述含聚合物的膜直接地粘合到所述主体的所述主表面。
实施例13.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述主体包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，和在所述第一主表面与所述第二主表面之间延伸的***表面，并且其中所述障壁层直接地粘合到所述第一主表面和第二主表面。
实施例14.根据实施例13所述的研磨工具，其中所述障壁层覆盖在所述***表面的至少一部分上面。
实施例15.根据实施例13所述的研磨工具，其中所述障壁层覆盖在所述第一主表面和所述第二主表面的整个表面区域上面。
实施例16.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述含金属的膜直接接触所述主体的所述主表面。
实施例17.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述含金属的膜包括金属或金属合金。
实施例18.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层主要由所述含金属的膜组成，其中所述障壁层主要由单层所述含金属的膜组成。
实施例19.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述含金属的膜包括至少一种选自由以下组成的组的金属：铝、铁、锡、铜、钪、钛、钒、铬、锰、镍、锌、钇、锆、铌、钼、银、钯镉、钽、钨、铂、金和其组合。
实施例20.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述磨料颗粒包含选自由以下组成的组的材料：氧化物、氮化物、碳化物、碳基材料、硼化物、氮氧化物、碳氧化物、硼氧化物、天然存在矿石和其组合，并且其中所述磨料颗粒包括成形的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒包括氧化铝。
实施例21.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述主体包括含于所述粘合剂内的填充剂，其中所述填充剂选自由以下组成的组：粉末、颗粒剂、球体、纤维和其组合，其中所述填充剂选自由以下组成的组：无机材料、有机材料和其组合，其中所述填充剂选自由以下组成的组：沙子、氧化铝空心球、铝矾土、铬铁矿、菱镁矿、白云石、多铝红柱石空心球、硼化物、二氧化钛、碳产品(例如，碳黑、焦炭或石墨)、原木粉、粘土、滑石、六边形氮化硼、二硫化钼、长石、霞石正长岩、玻璃球体、玻璃纤维、CaF2、KBF4、冰晶石(Na3AlF6)、钾冰晶石(K3A1F6)、黄铁矿、ZnS、硫化铜、矿物油、氟化物、碳酸盐、碳酸钙和其组合，其中所述填充剂选自由以下组成的组：抗静电剂、金属氧化物、润滑剂、多孔结构诱导剂、着色剂和其组合，其中所述填充剂与所述磨料颗粒不同。
实施例22.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述主体包括径向延伸穿过所述主体的至少一部分的至少一个增强层，其中所述至少一个增强层包括选自由以下组成的组的材料：织物、纤维、膜、织造材料、非织造材料、玻璃、玻璃纤维、陶瓷、聚合物、树脂、聚合物、氟化聚合物、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨基甲酸酯、聚酯、橡胶、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、芳香族聚酰胺、经过改性的酚醛树脂和其组合。
实施例23.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述主体包括在所述主体上径向延伸的直径(D)和在所述主体上轴向延伸的厚度(t)，其中所述主体的直径：厚度的比率为至少约10：1或至少约20：1或至少约50：1或至少约100：1。
实施例24.一种形成研磨制品的方法，包括：
伴随包含主体的粘合磨料的形成而原位形成障壁层，所述主体包括含于包括有机材料的粘合材料内的磨料颗粒。
实施例25.根据实施例24所述的方法，其中在所述粘合材料固化时，所述障壁层粘附到所述主体的主表面。
实施例26.根据实施例24所述的方法，其中使用用于形成所述粘合的磨料主体的热压制操作，将所述障壁层直接地粘合到所述主体的主表面。
实施例27.根据实施例24所述的方法，其中所述障壁层被配置成在包含至少20℃和不大于50℃的范围内的温度下施加，其中所述障壁层一体地粘合到所述主表面，其中所述障壁层在冷压制操作期间一体地粘合到所述主表面，其中所述障壁层在固化所述粘合磨料的所述粘合材料期间一体地粘合到所述主表面。
实施例28.根据实施例24所述的方法，其中所述障壁层在施加在40吨与2000吨之间的范围内的力的热压制操作期间施加。
实施例29.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括第一含金属的膜、第二含金属的膜和含聚合物的膜，其中所述含聚合物的膜安置在所述第一含金属的膜与所述第二含金属的膜之间。
实施例30.根据实施例29所述的研磨工具，其中所述第一含金属的膜和所述第二含金属的膜包括包含铝的相同金属并且所述含聚合物的膜包含聚乙烯织造增强物。
实施例31.根据实施例1所述的研磨工具，进一步包括第一含聚合物的双向拉伸尼龙、包含聚乙烯的第二含聚合物的膜、包含聚乙烯的第三含聚合物的膜和包含共挤出聚乙烯的第四含聚合物的膜，其中所述含金属的膜包含箔。
实施例32.根据实施例31所述的研磨工具，其中所述含金属的膜为所述障壁层的最外膜。
实施例33.根据实施例31所述的研磨工具，其中所述第四含聚合物的膜为所述障壁层的最外层。
实施例34.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括在所述障壁层的表面上的穿孔密度，所述穿孔密度为至少0.1穿孔/平方厘米，或至少0.5穿孔/平方厘米，或至少1穿孔/平方厘米，或至少2/平方厘米，或至少5穿孔/平方厘米，或至少10穿孔/平方厘米。
实施例35.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层的穿孔密度为：不大于200穿孔/平方厘米，或不大于180穿孔/平方厘米，不大于160穿孔/平方厘米，或不大于140穿孔/平方厘米，或不大于120穿孔/平方厘米，或不大于100穿孔/平方厘米。
实施例36.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括在以下范围内的在所述障壁层的表面上的穿孔密度：在0.1穿孔/平方厘米到200穿孔/平方厘米的范围内，或在0.5穿孔/平方厘米到180穿孔/平方厘米的范围内，或在1穿孔/平方厘米到160穿孔/平方厘米的范围内，或在2穿孔/平方厘米到140穿孔/平方厘米的范围内，或在5穿孔/平方厘米到120穿孔/平方厘米的范围内，或在10穿孔/平方厘米到100穿孔/平方厘米的范围内。
实施例37.根据实施例1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括在包含至少0.00001克/平方米-天和不大于2.0克/平方米-天范围内的水蒸气透过率。
实例1
测试常规磨料粘合研磨砂轮A和表示本文实施例的具有不同障壁层的磨轮(砂轮B到F)，以确定水分对性能的影响。砂轮A到F通过冷压制的方法形成，所述方法包含在大约室温下施加在90-120巴范围内的压力。然后，所有砂轮堆叠并且在大约200℃下的烘箱中固化。砂轮A制成不含障壁层。砂轮B到F为具有障壁层/玻璃纤维增强物/磨料混合物/玻璃纤维增强物/障壁层的结构的41型砂轮。磨料混合物含有40vol％的46磨料粒度单位陶瓷涂布的棕色熔融氧化铝、34.5vol％树脂(甲阶酚醛树脂和酚醛清漆)、各自5.75vol％的氟化钾铝和硫酸钾和对于磨料混合物的主体的总体积为14vol％的多孔结构。砂轮B到F的障壁层包含本文实施例中描述的含聚合物的膜和含金属的膜的不同组合。本文按从最外层到最内层(例如，接触玻璃纤维层或最接近于研磨制品)次序，提供用于每个障壁层的膜的取向。砂轮B的障壁层包含双向拉伸尼龙膜、聚乙烯薄膜、箔、另一聚乙烯膜和共挤出聚乙烯膜。砂轮C的障壁层包含定向聚丙烯膜、聚乙烯薄膜、箔和另一聚乙烯薄膜。砂轮D包含障壁层，所述障壁层包含安置在铝膜之间的聚乙烯织造增强物，使得铝膜为最内和最外膜。砂轮E的障壁层包含铝箔。砂轮F的障壁层包含低密度聚乙烯膜。砂轮B到F的障壁层的其它信息提供于下表1中。
表1
所有研磨砂轮为125×1.6×22.3mm并且暴露于90％相对湿度的相同老化条件持续至少5天。研磨砂轮A、B和D暴露于老化条件持续33天，而研磨砂轮C、E和F暴露持续20天。在某些天时，通过测定砂轮在暴露之前和之后之间的重量差并且比较重量差与在暴露之前的重量，测量每个砂轮的水分吸收率。结果在图5中示出。在第5天，常规研磨砂轮A中的水分吸收率测量为0.75重量％，而砂轮B到F的水分吸收率仅分别为大约0.10％、0.25％、0.30％、0.40％和0.50％。在第10天，常规砂轮A的水分吸收率增加到大于大约0.90％，并且在第20天达到大约1.00％。砂轮B到F的水分吸收率在第10天分别为大约0.10％、0.30％、0.40％、0.50％和0.70％，并且在第20天分别为大约0.20％、0.55％、0.55％、～0.70％和0.80％。在第33天，砂轮A的水分吸收率为1.10％，但是砂轮B和D的水分吸收率仅分别为大约0.25％和0.65％。
砂轮老化和性能退化观察到与水分吸收率相关联。干燥和老化砂轮A和D经受磨削比测试。干燥砂轮保持在125℃至少过夜。通过测定干燥砂轮和老化砂轮的平均磨削比之间的差并且除以相对于干燥砂轮的平均磨削比的差来测量磨削比的降低百分比。如图6所示出，相较于在老化测试之前，砂轮A在老化测试之后的磨削比降低为39％，而相较于在老化测试之前，砂轮D的磨削比在老化测试之后仅下降25％。因此，相较于无障壁层的标准砂轮(砂轮A)，砂轮D和其特定障壁层显示在磨削比方面高14％的保留率。
实例2
根据本文实施例形成砂轮G和H。砂轮G和H的障壁层均包含双向拉伸尼龙的膜、聚乙烯薄膜、箔膜、另一聚乙烯薄膜和共挤出聚乙烯膜。在砂轮G中，双向拉伸尼龙为障壁层的最外层(背对粘合的磨料主体)，而在砂轮H中，共挤出聚乙烯膜(覆盖有附加黑色纸)为最外层。砂轮G和H暴露于90％相对湿度的相同老化条件持续7天。如图7和下表2所示出，障壁层的膜的取向对砂轮的水分吸收率具有影响。图8包含在老化测试之前和之后进行的砂轮G和H的磨削比测试的曲线图。相较于在老化测试之前的磨削比，老化砂轮G的磨削比降低27％。相较于在老化测试之前的磨削比，老化砂轮H的磨削比降低50％。因此，如由数据指示，障壁层的取向以及材料的类型可对限制砂轮的老化具有影响。
表2
砂轮G 砂轮H
第3天 0.06％ 0.28％
第4天 0.07％ 0.33％
第5天 0.06％ 0.38％
第6天 0.08％ 0.40％
第7天 0.10％ 0.43％
实例3
测试常规粘合研磨砂轮3A和表示本文实施例的具有不同障壁层的研磨砂轮(砂轮3B、3C、3D、3E、3F、3G和3H)以确定障壁层的组成对进入粘合研磨砂轮的水分吸收率的影响。所有砂轮通过冷压制方法利用冷压制机器(例如，由Poggi Pasqualino制造的350吨压机)来形成，并且在压机中的压力在大约室温下保持在90-120巴(对应于9MPa到12MPa)范围内。然后，障壁层放置在砂轮周围，以制得在表3中提到的砂轮样品。无障壁层施加到砂轮3A。砂轮然后在大约200℃下的烘箱中固化。通过用销钉穿刺铝膜，在砂轮3F的每一侧的障壁层中形成十个穿孔。障壁层的组成和厚度包含于表3中。所有研磨砂轮为125×1.6×22.3mm并且暴露于如在表3中指示的老化条件持续7天。如实例1中所公开，测定水分吸收率。
表3
如表3中所公开，砂轮3B具有包含双向拉伸尼龙膜、聚乙烯(PE)膜、箔、PE膜和重型共挤出聚乙烯薄膜的障壁层，其中双向拉伸尼龙膜作为最外层。相较于常规样品3A的0.83％，3B的障壁层具有降低的水分吸收率，0.09％。砂轮3C的障壁层包含双向尼龙膜、PE膜、交叉层合PE膜、PE膜、箔和重型共挤出聚乙烯，其中双向拉伸尼龙膜作为最外层。砂轮3C具有与3B类似地低的水分吸收率。砂轮3D的障壁层包含双侧反射铝膜、聚乙烯织造增强物和第二双侧反射铝膜。砂轮3D显示相较于砂轮3A降低的水分吸收率(0.14％与0.83％)。3E的障壁层包含无小孔的铝膜，并且砂轮3E的水分吸收率为0.24％。在砂轮3F的磨料主体的每一侧上的铝膜具有10个小孔，并且3F砂轮的水分吸收率为0.3％。砂轮3G具有经硅烷处理的黑色PTFE膜的障壁层并且水分吸收率为0.17％。砂轮3H具有经硅烷处理的透明PTFE膜的障壁层并且水分吸收率为0.45％。
实例4
以与实例3相同方式准备并且形成代表性粘合研磨砂轮4A到4C。测试砂轮的水分吸收率和磨削比。砂轮4A的障壁层包含金属化PET膜、第一连接层、第二连接层和聚乙烯类可热密封层。砂轮4B的障壁层包含聚酯膜、第一连接膜、箔膜、第二连接膜和聚乙烯类可热密封膜。砂轮4C的障壁层包含经PVDC涂布的聚酯膜，其通过粘结剂附接到聚乙烯类可热密封层。如实例3中在砂轮成型之后和在固化之前，障壁层施加到对应砂轮，其中聚乙烯类可热密封层朝向砂轮的主表面。
在砂轮在20℃下暴露于90％相对湿度持续7天之后，以与实例1中所公开的相同方式测定进入砂轮的水分吸收率。此外，一组砂轮4A到4C在用于水分吸收率测试的条件中老化，而另一组保持干燥。两组均借助便携式磨削器在碳钢上以手动磨削方式测试，以确定在老化之后砂轮的磨削比变化。老化砂轮的水分吸收率和磨削比降低的结果包含于表4中。以与实例1中所公开的相同方式测量磨削比降低。相较于其它砂轮，砂轮4B显示引人注意的结果。
表4
砂轮 水分吸收率(wt％) 在老化之后磨削比的降低
4A 0.20％ 17％
4B 0.10％ 3％
4C 0.33％ 28％
实例5
附加代表性粘合研磨砂轮5A、5B和5C以与实例3中所公开的方式类似的方式形成，不同之处在于，通过在砂轮形成期间直接地施加障壁层而使障壁层原位形成(在其上成型)。在形成之后，5A砂轮和5B砂轮分别堆叠，并且固化。5C砂轮堆叠有施加在砂轮与金属隔板平板之间的经PTFE涂布的玻璃纤维间隔物并且固化。经PTFE涂布的玻璃纤维用于防止在固化期间砂轮粘附到金属隔板平板。对于每个样品，障壁层组成相同，包含PET膜、第一连接膜、箔膜、第二连接膜和聚乙烯类可热密封膜。聚乙烯类可热密封层为最内层(例如，紧邻粘合的磨料主体)。砂轮5A和5C在砂轮的每个主表面上具有单一障壁层，而砂轮5B在每个主表面上具有两个障壁层，其中每个障壁层具有如本文所公开的组成和取向。测量砂轮的水分吸收率和某些性能特性。
实例6
以与实例5中所公开的砂轮5A和5B相同的方式形成代表性砂轮6A和6B。以类似方式在不施加任何障壁层的情况下形成常规砂轮STD。6A在砂轮的每个主表面上具有单一障壁层，其包含PET膜、第一连接膜、箔膜、第二连接膜和聚乙烯类可热密封膜。聚乙烯类可热密封膜为最内层(例如，紧邻粘合的磨料主体)。6B具有与砂轮5A相同的障壁层组成和取向。测量砂轮的水分吸收率和性能特性。
实例7
形成包含具有表5中所公开的组成和取向的附加代表性砂轮。以与实例3中所公开的相同方式形成一组砂轮7A到7P。另一组以与实例5中所公开的砂轮5A和5B相同的方式形成。砂轮经老化，并且如实例4中所公开，测量水分吸收率和磨削比降低。
表5
实例8
砂轮7C和7D如实例7中所公开地形成，并且然后经进一步处理以具有附加涂层。第一组砂轮浸渍到蜡中或经喷漆，使得蜡顶层形成于整个砂轮上(包含障壁层的顶部和砂轮主体的边缘表面)。第二组浸渍到蜡中，其方式使得蜡仅施加到未被障壁层覆盖的砂轮边缘以形成边缘涂层。砂轮经老化，并且如实例4中所公开，测量水分吸收率和磨削比降低的。
实例9
形成和固化不含障壁层的砂轮。形成具有实例中7的7C和7D的组成的障壁层并且以不同方式施加到砂轮。障壁层通过热压制或使用粘结剂施加到一些砂轮的主表面。替代地，障壁层放置在砂轮的主表面上方，并且在高于可热密封膜的密封温度的温度下施加热量，以将障壁层粘合到砂轮的主表面。如实例4中所公开，对具有障壁层的砂轮测试水分吸收率和砂轮性能。
实例10
在实例7中的一组砂轮7A到7P以与实例3中所公开的类似非原位方式形成，不同之处在于在障壁层安置在适当位置之后，砂轮堆叠有放置在相邻砂轮之间的不粘膜，并且固化。使用不粘膜预期改进在障壁层与砂轮表面之间的接触。使用包含硅氧烷、特氟龙或Kapton的不粘膜。对具有障壁层的砂轮测试水分吸收率和某些砂轮性能特性。
实例11
形成代表性砂轮11A和11B以及常规砂轮11C。砂轮11A和11B以与实例中5的样品5C类似的原位(在其上成型)方式形成。砂轮11C以与实例3中所公开的常规样品类似的方式形成。砂轮11A和11B在砂轮的每个主表面上具有障壁层。砂轮11A的障壁层包含双向拉伸PET膜/连接层/箔/连接层/线性低密度聚乙烯密封剂，其中双向拉伸PET膜为砂轮的外表面并且密封剂邻近砂轮。砂轮11B的障壁层包含第一铝膜/聚乙烯织造增强物/第二铝膜，其中第二铝膜面向砂轮并且第一铝膜限定砂轮的外表面。
在砂轮在20℃下暴露于90％相对湿度持续3到7天之后，以与实例1中所公开的相同方式测定样品的水分吸收率。砂轮11B暴露于水分持续3天，并且水分吸收率包含于表6中。砂轮11A和C暴露持续7天并且水分吸收率包含于表7中。此外，砂轮11A和11C在用于水分吸收率测试的条件下老化，并且对老化砂轮测试磨削性能并且将其与不经老化处理的相同砂轮进行比较。在老化之后，借助便携式磨削器在碳钢上以手动磨削方式测试磨削性能以确定磨削比降低。磨削比降低以与实例1中所公开的相同方式测量和包含于表7中。相较于砂轮11C，砂轮11A显示降低的水分吸收率和磨削比降低。相较于在第3天的砂轮11B，砂轮11A在第7天还具有更低水分吸收率。
表6
砂轮 吸收率百分比(3天，20℃，90％RH)
11B 0.3％
表7
已经作出某些尝试来降低老化的影响，包含放置粘合研磨制品在包中或用蜡或树脂材料涂布粘合磨料的表面以密封表面。然而，本文实施例代表从这些技术的偏离，并且具体来说，本文实施例有助于高效和大规模制造粘合研磨制品。值得注意的是，发现原位形成障壁层是一项重要研究并且发现与粘合磨料组合的障壁层的一个或多个特征是引人注意和/或出乎意料的，包含特征如障壁层的材料、障壁层的水蒸气透过率、粘合磨料的结构和坡度、障壁层相对于粘合磨料的取向、穿孔密度等。
应注意，并非在上文一般描述或实例中所描述的所有活动都是需要的，一部分具体活动可为不需要的，并且可以执行除所述活动之外的一种或多种其它活动。再者，其中所述活动列出的次序未必是其执行的次序。
上文已关于具体实施例描述益处、其它优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题解决的方案以及可使任何益处、优点或解决方案发生或变得更明显的(一个或多个)任何特征不应被理解为任何或所有权利要求的重要、必要或基本的特征。
在本文中所描述的实施例的说明书和图示旨在提供各种实施例的结构的一般理解。本说明书和图示并非旨在用于详尽和全面描述使用本文所描述的结构或方法的设备和***的所有要素和特征。为简洁起见，在本文中在单独实施例的上下文中所描述的某些特征也可以组合的形式提供于单个实施例中。相反，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中所描述的各种特征也可单独地或以子组合形式提供。另外，对在范围中所陈述的值的引用包含所述范围内的每一个值。仅在阅读本说明书之后，所属领域的技术人员就可以清楚许多其它实施例。其它实施例可被使用且可被从本公开导出，使得在不脱离本公开的范围的情况下，可进行结构替代、逻辑替代或另一变化。因此，本公开应被视为说明性的而不是限制性的。

Claims (15)

1.一种研磨工具，包括：
包含主体的粘合磨料，所述主体包括含于粘合材料内的磨料颗粒；和
粘合到所述主体的至少一个主表面的障壁层，所述障壁层包括包含双向拉伸材料的聚合物。
2.根据权利要求1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括覆盖含金属的膜的含聚合物的膜，并且其中所述含聚合物的膜包括所述聚合物。
3.根据权利要求2所述的研磨工具，其中所述障壁层包括安置在所述含金属的膜与所述含聚合物的膜之间的连接层。
4.根据权利要求1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括邻近所述主体的密封剂层。
5.根据权利要求4所述的研磨工具，其中所述密封剂层包括聚乙烯类材料。
6.根据权利要求4所述的研磨工具，其中所述密封剂层包括线性低密度聚乙烯类材料。
7.根据权利要求2所述的研磨工具，其中所述含聚合物的膜主要由所述双向拉伸材料组成并且为所述研磨工具的外表面。
8.根据权利要求7所述的研磨工具，其中含聚合物的层主要由双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯或双向拉伸尼龙组成。
9.根据权利要求1所述的研磨工具，进一步包括安置在所述主体与所述障壁层之间的增强层，其中所述增强层包括选自由以下组成的组的材料：织物、纤维、膜、织造材料、非织造材料、玻璃、玻璃纤维、陶瓷、聚合物、树脂、聚合物、氟化聚合物、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨基甲酸酯、聚酯、橡胶、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、芳香族聚酰胺、经过改性的酚醛树脂和其组合。
10.根据权利要求9所述的研磨工具，其中所述障壁层直接地粘合到所述增强层。
11.根据权利要求1所述的研磨工具，其中所述障壁层包括含聚合物的膜、第一连接层、含金属的膜、第二连接层和密封剂层，其中所述密封剂层邻近所述主体并且所述含聚合物的膜为所述研磨工具的外表面，并且其中所述含金属的膜包含铝。
12.根据权利要求11所述的研磨工具，其中所述含聚合物的膜由双向拉伸尼龙或双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯组成。
13.一种形成研磨制品的方法，包括：
形成包括磨料颗粒和包括有机材料的粘合前体材料的混合物；
将所述混合物成形为生坯；和
在将所述混合物成形为所述生坯时，将障壁层构造接合到所述生坯。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述障壁层构造包括附接到障壁层的增强部分。
15.根据权利要求14所述的方法，包括：
固化所述生坯以形成粘合主体，
其中在所述生坯的固化期间，所述障壁层粘合到所述增强部分并且所述增强部分粘合到所述粘合主体。
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