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Die
Erfindung betrifft die Herstellung von konstruierten Schleifmitteln
auf Substraten (Trägern)
in einer Form, die geeignet ist, Substrate wie Metalle, Holz, Kunststoffe
und Glas zu schleifen und endzubehandeln.
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Der
Vorschlag, im allgemeinen isolierte Strukturen, wie Inseln oder
Stege, eines Gemisches aus einem Bindemittel und einem Schleifmaterial
auf einem Trägermaterial
abzulagern, um sogenannte „konstruierte Schleifmittel" („engineered
abrasives", auch „structured
abrasives" oder „strukturierte
Schleifmittel" genannt) herzustellen,
ist seit vielen Jahren bekannt. Wenn die Inseln oder Stege sehr ähnliche
Höhen über dem
Träger aufweisen
und hinreichend voneinander entfernt sind (möglicherweise nach einem kleineren
Abrichtvorgang), kann die Verwendung des Produkts zu einem verminderten
Verkratzen der Oberfläche
und einer verbesserten Oberflächenglattheit
führen.
Zusätzlich
stellen die Räume
zwischen den Inseln einen Weg zur Verfügung, über den durch das Schleifen
erzeugter Abrieb aus der Bearbeitungszone entfernt werden und Kühlmittel
zirkulieren kann.
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Bei
einem herkömmlichen
beschichteten Schleifmittel zeigt die Untersuchung der Schleiffläche, daß nur eine
vergleichsweise geringe Zahl der Oberflächenschleifkörner in
einer aktiven Schleifzone gleichzeitig mit dem Werkstück in Verbindung
steht. Während
die Oberfläche
abgetragen wird, nimmt diese Zahl zwar zu, aber in gleichem Maße nimmt
die Wirksamkeit einiger dieser Schleifkörner durch Stumpfwerden ab.
Die Verwendung strukturierter Schleifmittel hat den Vorteil, daß die gleichmäßigen Inseln
im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit abgenutzt werden,
so daß eine
gleichmäßige Abschleifrate über längere Zeiträume aufrechterhalten
werden kann. Es wird gewissermaßen
die Abschleifarbeit gleichmäßiger über eine
größere Zahl an
Schleifpunkten verteilt. Da die Inseln des weiteren viele kleinere
Partikel des Schleifmittels enthalten, legt die Erosion (Abnutzung)
einer Insel neue, nicht gebrauchte Schleifpartikel frei, die noch
nicht stumpf geworden sind. Ein Schleifmittel mit einer Beschichtung
wird etwa in
US 5,549,962 gelehrt.
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Eine
Technik zur Herstellung einer solchen Anordnung von isolierten Inseln
oder Punkten, die beschrieben wurde, ist die des Rotationstiefdrucks.
Die Technik des Rotationstiefdrucks verwendet eine Walze, in deren
Oberfläche
ein Muster an Zellen eingraviert worden ist. Die Zellen werden mit
einer Zubereitung aus Schleifmittel und Bindemittel gefüllt, die
Walze wird gegen eine Oberfläche
gedrückt
und die Zubereitung in den Zellen wird auf die Oberfläche übertragen.
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Chasman
et al. haben in der
US-A-4,773,920 beschrieben,
daß es
bei Verwendung einer Rotationstiefdruckbeschichtungsvorrichtung
möglich
ist, ein einheitliches Muster an Stegen und Tälern in die Bindemittelzubereitung
aufzubringen, welches, wenn es gehärtet ist, als Kanäle für die Entfernung
von Schmiermitteln und Abrieb dienen kann. Außer der bloßen Feststellung, daß dies möglich ist,
werden jedoch keine Einzelheiten angegeben, die lehren würden, wie
dies ausgeführt
werden könnte.
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Kaczmarek
et al. verwendeten in der
US-A-4,644,703 eine
Rotationstiefdruckwalze in einer eher herkömmlichen Art, um eine Zubereitung
aus Schleifmittel und Bindemittel abzulagern, wobei zuerst eine
Schicht abgelagert wird, die dann geglättet wird, bevor eine zweite
Schicht durch einen Rotationstiefdruckprozeß auf der geglätteten ersten
Schicht abgelagert wird. Es gibt keinen Hinweis auf die Art der
endgültigen,
gehärteten Oberfläche.
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In
der
US-A-5,014,468 (Ravipati
et al.) wurde vorgeschlagen, ein Gemisch aus Schleifmittel und Bindemittel
zu verwenden, das Nicht-Newtonsche Fließeigenschaften aufweist, und
dieses Gemisch mittels einer Rotationstiefdrucktechnik auf einer
Folie abzulagern. Bei diesem Verfahren wurde das Gemisch von den
Kanten der Rotationstiefdruckzellen abgelagert, um einzigartige
Strukturen mit Ablagerungen herzustellen, deren Dicke mit dem Abstand
weg von der Oberfläche
abnimmt, umgeben von Bereichen ohne Gemisch. Wenn die Zellen nahe
genug beieinander liegen, können
die Oberflächenstrukturen
als miteinander verbunden erscheinen. Dieses Produkt hat sich als
sehr nützlich
erwiesen, insbesondere in ophthalmischen Feinbearbeitungsprozessen.
Eine weitere Verfeinerung eines solchen Rotationstiefdruckverfahrens
wurde in der
US-A-5,840,088 beschrieben.
Das Verfahren ist sehr geeignet, aber es ist mit dem möglichen
Problem behaftet, daß sich
vermehrt Material in den Zellen der Rotationstiefdruckwalze ansammelt,
so daß sich
das abgelagerte Muster während
eines längeren
Herstellungsdurchlaufs leicht verändern kann. Zusätzlich ist
die Art des Verfahrens so, daß es
auf Zubereitungen begrenzt ist, die relativ feine Schleifkörner (üblicherweise
kleiner als 20 Mikrometer) enthalten.
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Ein
weiterer Ansatz, konstruierte Schleifmittel herzustellen, wird zur
Verfügung
gestellt, indem ein Gemisch aus Schleifmittel und Bindemittel auf
einer Substratoberfläche (Trägeroberfläche) abgelagert
und dann ein Muster enthaltend eine Anordnung von isolierten Strukturen
durch Härten
des Bindemittels auf das Gemisch aufgebracht wird, während dieses
mit einer Form in Kontakt steht, welche invers zu dem gewünschten Oberflächenmuster
ist. Dieser Ansatz wird in den
US-A-5,437,754 ;
5,378,251 ;
5,304,223 und
5,152,917 beschrieben. Es gibt viele
Abwandlungen dieses Themas, aber allen ist das Merkmal gemeinsam,
daß jede Struktur
in dem Muster durch Härten
des Bindemittels ausgehärtet
wird, während
der Verbundstoff in Kontakt mit einer formgebenden Oberfläche steht.
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In
der
US-A-5,863,306 (Wei
et al.) ist eine andere Technik beschrieben, um konstruierte Schleifmittel mittels
eines Prägeverfahrens
herzustellen, welches bei einem Gemisch aus Schleifmittel und härtbarem
Bindemittel eingesetzt wird.
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Gemäß der
US-A-5,833,724 (Wei
et al.) werden konstruierte Schleifmittelstrukturen, die mittels
jeglichem nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren abgelagert
wurden, verfeinert, indem ein „funktionelles
Pulver" auf die
konstruierte Oberfläche
aufgebracht wird. Dieses funktionelle Pulver können Schleifpartikel oder Schleifhilfsmittel
oder jeder andere Zusatz sein, der eine spezielle, vorteilhafte
Eigenschaft auf die konstruierte Schleifmitteloberfläche überträgt. In den
meisten Fällen
ist das Pulver ein Gemisch aus Schleifmittelpartikeln und einem
Schleifhilfsmittel. Solch ein funktionelles Pulver gewährleistet
einen sehr aggresiven anfänglichen
Abrieb, der sehr erwünscht
ist.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Schleifmittel
zur Verfügung
zu stellen, das die vorgenannten Nachteile bekannter Produkte nicht
aufweist bzw. deren Eigenschaften verbessert. Diese Aufgabe löst die Erfindung
durch das im unabhängigen
Anspruch 1 beschriebene beschichtete Schleifmittel. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen
Patentansprüchen,
der Beschreibung, den Beispielen und den Zeichnungen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine zusätzliche Verbesserung des in
der vorgenannten
US-A-5,833,724 beschriebenen
Konzepts zur Verfügung,
wobei die zusätzliche
Verbesserung einen maximalen Vorteil aus der Beschichtung eines
strukturierten Schleifmittels mit funktionellem Pulver sicherstellt.
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Es
wurde gefunden, daß ein
beschichtetes Schleifmittel hergestellt werden kann, dessen Oberfläche konstruiert
(d. h. bearbeitet oder strukturiert) worden ist, um eine Vielzahl
an geformten Verbundkörpern
zu enthalten, die an einem gemeinsamen Trägermaterial befestigt sind,
wobei diese Verbundkörper
ein z. B. mittels UV gehärtetes
Harz mit darin verteilten Schleifmittelpartikeln enthalten, und
die Oberfläche
der geformten Schleifmittelverbundkörper eine Schicht aus daran
haftenden Teilchen eines funktionellen Pulvers aufweist, und wobei
das beschichtete Schleifmittel dadurch gekennzeichnet ist, daß über den
Teilchen des funktionellen Pulvers eine oberste Bedeckungsbeschichtung
(„top
size coat") liegt.
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Die „oberste
Bedeckungsbeschichtung" bzw. „oberste
Bedeckungsschicht" ist
eine Schicht, die ein gehärtetes
Bindemittel enthält,
das über
dem funktionellen Pulver angeordnet ist und dazu beitragt, die Teilchen des
Pulvers während
des Schleifens in ihrer Position zu halten. Wie der Name bereits
besagt, wird mit diesem Begriff die am obersten angeordnete Schicht
eines beschichteten Schleifmittels bezeichnet, womit diese die erste
ist, die bei Gebrauch des beschichteten Schleifmittels mit dem Werkstück in Kontakt
kommt. Die oberste Bedeckungsbeschichtung kann auch noch weitere,
nicht schleifende Bestandteile, wie Füllmaterialien oder ein Pigment,
enthalten, um die physikalischen Eigenschaften und/oder das Erscheinungsbild
der Oberfläche
zu modifizieren. Das Bindemittel kann ein wärmehärtbarer Kunststoff oder ein
durch Strahlung härtbares
Harz sein. Beispiele für
solche Kunststoffe bzw. Harze sind Phenol/Formaldehyd-Harze, Harnstoff/Formaldehyd-Harze,
Epoxidharze, (Meth)acrylatpolymere und -copolymere, Urethan(meth)acrylat-Harze,
Polyester/(Meth)acrylat-Harze, Epoxid-(Meth)acrylat-Harze und andere
auf dem Fachgebiet für
diesen Verwendungszweck bekannte Harze und Kunststoffe. Wenn in
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung der Begriff „Harz" verwendet wird,
so umfaßt
dieser auch allgemeiner alle geeigneten Kunststoffe.
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Vorzugsweise
ist die oberste Bedeckungsschicht mit der Schicht kompatibel, auf
die sie aufgebracht wird. Dies ist deshalb bevorzugt, damit sich
unter Schleifbedingungen die gehärtete
oberste Bedeckungsschicht nicht von der unmittelbar darunterliegenden
Schicht löst.
Beispielsweise können
Verbundkörper,
in denen das gehärtete
Bindemittel ein mittels Strahlung gehärtetes Bindemittel auf Acrylatbasis
ist, mit einer obersten Schicht überlagert
werden, die ebenfalls ein Acrylatharz, ein Epoxidharz oder ein Phenolharz
ist.
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Die
Erfindung ist besonders nützlich,
wenn die Oberfläche
des konstruierten Schleifmittels eine Beschichtung aus einem funktionellen
Pulver enthält,
das separat aufgebracht und mit der Oberfläche verbunden ist oder auf
das Gemisch aus UV-härtbarem
Bindemittel und Schleifmittel, aus dem die Verbundkörper gebildet werden,
vor einem Härten
des Bindemittels aufgebracht werden, so daß das Pulver in der Oberflächenschicht der
Schichtkörper
konzentriert ist, wie dies in der
US-A-5,833,724 gelehrt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird unter einem „funktionellen
Pulver" ein fein
zerteiltes Material verstanden, das die Schleifeigenschaften des
konstruierten Schleifmittels, für
welches es verwendet wird, modifiziert. Diese Modifizierung kann
so einfach sein wie ein aggresiveres Schleifverhalten des konstruierten Schleifmittels
oder eine Verminderung der Abriebbildung oder eine Verminderung
der statischen Ladung auf der Oberfläche. Einige funktionelle Pulver
können
zusätzlich
dazu dienen, als ein Freigabemittel oder eine Barriere zwischen
der Harzformulierung und dem Prägewerkzeug
zu wirken, wodurch Anhaftprobleme vermindert werden und eine erleichterte
Freigabe ermöglicht
wird. „Funktionelle
Pulver" schließen auch
feine Schleifkörner,
Schleifhilfsmittel, Anti-Statik-Zusätze, Gleitmittelpulver
und ähnliches
mit ein. Die einzelnen Teilchen des Pulvers haben üblicherweise
eine durchschnittliche Partikelgröße (D50)
von weniger als etwa 250 mm, wie vorzugsweise von etwa 1 bis etwa
150 μm und
insbesondere von etwa 10 bis etwa 100 μm.
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1 ist
eine graphische Darstellung, welche die Änderung der Schleifrate in
Abhängigkeit
von der Zeit bei den vergleichenden Versuchen von Beispiel 1 zeigt.
Die 2 und 3 betreffen ebenfalls Daten, die
im selben Beispiel erzeugt wurden, und sie vergleichen Veränderungen
der Musterhöhe
mit der Zeit (2) und Verlust an kumuliertem
Schleifmittelvolumen (Bandvolumen) in Abhängigkeit von der Zeit (3). 4 schließlich betrifft
die Daten des Beispiels 2 und ist eine graphische Darstellung der
Schleifrate (des Abriebs) gegen die Anzahl der Durchgänge für verschiedene
Formulierungen für
die oberste Bedeckungsschicht.
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Die
Herstellung der Oberfläche
des konstruierten Schleifmittels kann mit jedem der gemäß des Standes
der Technik bekannten Verfahren erfolgen, bei welchen eine Schleifmittel
und eine Bindemittelvorstufe enthaltende, zusammengesetzte Aufschlämmung gehärtet werden,
während
diese Aufschlämmung
mit einem Träger
und einem Herstellungswerkzeug in Verbindung steht, so daß diese
mit einer Oberfläche
an dem Träger anhaften
und auf der anderen Oberfläche
die genaue Struktur der inneren Oberfläche des Herstellungswerkzeugs
aufgedrückt
bekommt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in den
US-A-5,152,917 ;
5,304,223 ;
5,378,251 ; und
5,437,754 beschrieben, auf die hiermit
alle in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird. Alternative Herstellungsverfahren,
einschließlich
Rotationstiefdruckbeschichtung, sind in den
US-A-5,014,468 und
4,773,920 beschrieben, auf
die in dieser Anmeldung ebenfalls in ihrer Gesamtheit Bezug genommen
wird.
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Die
Oberfläche
des konstruierten Schleifmittels kann jedes gewünschte Muster aufweisen, wobei
dieses zu einem großen
Teil von dem vorgesehenen Verwendungszweck für das beschichtete Schleifmittelprodukt
abhängt.
Es ist beispielsweise möglich,
ein Schleifmittel zur Verfügung
zu stellen, bei dem die Oberfläche aus
abwechselnden Stegen und Tälern
gebildet ist, die sich in jede gewünschte Richtung erstrecken.
Alternativ dazu kann die Oberfläche
eine Vielzahl an vorstehenden Verbundkörperformen aufweisen, die getrennt
oder miteinander verbunden sind und entweder gleich wie benachbarte
Formen sind oder von diesen verschieden. Am häufigsten weisen die Oberflächen des
konstruierten Schleifmittels im wesentlichen identische Formen (Strukturen)
oder Gruppen von sich wiederholenden Formen (Strukturen) in vorgegebenen
Mustern über
die Oberfläche
des konstruierten Schleifmittels verteilt auf. Solche Formen können z.
B. die Form einer Pyramide mit quadratischem oder dreieckigem Grundriß oder sie
können
mehr gerundete Formen haben ohne klare Kanten, wo sich benachbarte
Ebenen treffen. Die gerundeten Formen können im Querschnitt kreisförmig oder länglich sein,
abhängig
von den Bedingungen der Ablagerung und dem beabsichtigten Verwendungszweck. Die
Regelmäßigkeit
der Formen hängt
zu einem gewissen Maß von
der beabsichtigten Verwendung ab. Näher aneinander angeordnete
Formen, beispielsweise mehr als 1000 pro Quadratzentimeter, werden
bevorzugt für feine
Endbehandlungen oder für
Polieren verwendet, während
aggressiveres Schleifen durch weiter beabstandete Formen begünstigt wird.
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Der
Schleifmittelbestandteil der Formulierung kann jedes der verfügbaren,
auf dem Fachgebiet bekannten Materialien sein, wie beispielsweise
alpha Aluminiumoxid (geschmolzen oder gesinterte Keramik), Siliciumcarbid,
geschmolzenes Aluminiumoxid/Zirconiumoxid, kubisches Bornitrid,
Diamant und ähnliches
sowie Kombinationen davon. Schleifpartikel, die gemäß der vorliegenden
Erfindung geeignet sind, haben üblicher- und
vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 1 bis etwa 150 μm und insbesondere
von etwa 1 bis etwa 80 μm.
Im allgemeinen beträgt
die Menge an in der Formulierung enthaltenem Schleifmittel von etwa
10 bis etwa 90 Gew.-%, insbesondere von etwa 30 bis etwa 80 Gew.-%.
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Der
andere Hauptbestandteil der Formulierung ist das Bindemittel. Dieses
ist vorzugsweise eine härtbare
Harzformulierung, ausgewählt
aus mittels Strahlung härtbaren
Harzen, wie die, welche durch Elektronenstrahlen, UV Strahlung,
oder sichtbares Licht gehärtet
werden können.
Darunter fallen acrylierte Oligomere von acrylierten Epoxidharzen,
acrylierte Urethane und Polyesteracrylate und acrylierte Monomere
einschließlich
monoacrylierten und/oder mehrfach acrylierten Monomeren. Es ist
sehr häufig
günstig,
in der Formulierung eine durch Strahlung härtbare Komponente zu haben,
die relativ schnell gehärtet
werden kann nachdem die Formulierung abgelagert worden ist, um die
Stabilität
der abgelagerten Struktur zu stärken.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist der Ausdruck „durch
Strahlung härtbar" so zu verstehen,
daß er
die Verwendung von sichtbarem Licht, ultravioletter (UV) Strahlung
und Elektronenstrahlung als Agens, welche die Härtung bewirkt, mit einschließt. In einigen
Fallen, in denen die Wärmehärtung und
die Härtung
durch Strahlung funktioniert, kann diese Eigenschaft durch verschiedene
Funktionalitäten
im selben Molekül
erreicht werden. Dies ist oft ein erwünschtes Hilfsmittel.
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Die
Harzbindemittelformulierung kann auch ein nicht-reaktives thermoplastisches
Harz enthalten, das die Selbstschärfungseigenschaften des abgelagerten
Schleifmittelschichtkörpers
verbessert, indem die Anfälligkeit
für Erosion
verbessert wird. Beispiele für
solche thermoplastische Harze schließen Polypropylenglykol, Polyethylenglykol,
Polyoxypropylen/Polyoxyethylen-Blockcopolymere und ähnliche
mit ein.
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Füllmittel
können
in die aufgeschlämmte
Formulierung mit dem Schleifmittel eingebracht werden, um die Fließeigenschaften
der Formulierung und die Härte
und Festigkeit der gehärteten
Bindemittel zu modifizieren. Beispiele für geeignete Füllmaterialien
sind: Metallcarbonate, wie Calciumcarbonat und Natriumcarbonat; Siliciumoxide,
wie Quarz, Glasperlen und hohle Glaskügelchen; Silicate, wie Talk,
Tone und Calciummetasilicat; Metallsulfate, wie Bariumsulfat, Calciumsulfat
und Aluminiumsulfat; Metalloxide, wie Calciumoxid und Aluminiumoxid;
und Aluminiumtrihydrat.
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Die
aufgeschlämmte
Formulierung mit dem Schleifmittel, aus welcher das strukturierte
Schleifmittel gebildet wird, kann auch ein oder mehrere Schleifhilfsmittel
enthalten, um die Schleifeffizienz und die Schneidrate zu erhöhen. Geeignete
Schleifhilfsmittel können
eine anorganische Basis haben, wie Halogenidsalze, beispielsweise
Natriumkryolith, Kaliumtetrafluoroborat, etc., oder eine organische
Basis, wie chlorierte Wachse, beispielsweise Polyvinylchlorid. Besonders
bevorzugte Schleifhilfsmittel in dieser Formulierung sind Kryolith und
Kaliumtetrafluoroborat. Die Partikelgröße der Schleifhilfsmittel beträgt vorzugsweise
zwischen 1 und 80 μm,
insbesondere zwischen 5 und 30 μm.
Der Gewichtsprozentanteil an Schleifhilfsmitteln beträgt 0 bis
50%, insbesondere 10 bis 30%.
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Die
aufgeschlämmten
Formulierungen aus Schleif- und Bindemittel, die erfindungsgemäß verwendet werden,
können
fakultativ weitere Zusätze
enthalten, welche einschließen:
Kopplungsmittel, wie Silankopplungsmittel, beispielsweise A-174
und A-1100, erhältlich
von Osi Specialties, Inc., organische Titanate und Zircoaluminiate;
Anti-Statik-Mittel, wie Graphit, Ruß und ähnliches; Suspensionsmittel,
Viskositätsmodifizierungsmittel,
wie Quarzstaub, beispielsweise Cab-O-Sil M5 und Aerosil 200; Antiladungsmittel,
wie Zinkstearat; Gleitmittel, wie Wachs; Benetzungsmittel; Farbstoffe;
Füllmittel;
Viskositätsmodifizierungsmittel;
Dispergiermittel; und Antischaummittel.
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In
Abhängigkeit
von der Anwendung kann das auf der Aufschlämmungsoberfläche abgelagerte
funktionelle Pulver den Schleifprodukten einzigartige Eigenschaften
verleihen. Beispiele für
funktionelle Pulver schließen
ein: 1) Schleifkörner,
alle Arten und Korngrößen; 2)
Füllmittel,
z. B. Calciumcarbonat, Ton, Siliciumoxid, Wollastonit, Aluminiumtrihydrat
etc.; 3) Schleifhilfsmittel, z. B. KBF4,
Kryolith, Halogenidsalz, halogenierte Kohlenwasserstoffe etc.; 4)
Antiladungsmittel, z. B. Zinkstearat, Calciumstearat, etc.; 5) anti-statische
Mittel, z. B. Ruß,
Graphit, etc.; 6) Gleitmittel, z. B. Wachse, PTFE Pulver, Polyethylenglycol,
Polypropylenglycol, Polysiloxane etc.
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Das
Trägermaterial,
auf dem die Formulierung abgelagert wird, kann ein Textilerzeugnis
sein (gewebt, nicht-gewebt oder Vlies), Papier, Kunststoffilm oder
Metallfolie. Im allgemeinen bringen die erfindungsgemäßen Produkte
den größten Nutzen
bei der Herstellung feiner Schleifmaterialien, und somit ist eine
sehr ebene Oberfläche
bevorzugt. Daher ist sehr fein kalandriertes Papier, Kunststoffilm
oder ein Textilerzeugnis mit einer ebenen Oberflächenbeschichtung das bevorzugte
Substrat zur Ablagerung der Kompositformulierungen der vorliegenden
Erfindung.
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Die
Erfindung wird weiterhin mit Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben,
welche nur zum Zwecke der Erläuterung
gedacht sind und keine Beschränkung
des Umfangs der Erfindung darstellen.
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Beispiel 1
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In
diesem Beispiel war das Grundprodukt ein kommerzielles Produkt,
das als NORaX U466 X110 im Handel erhältlich ist. Dieses Produkt
ist ein beschichtetes Schleifmittel mit einer konstruierten Oberfläche, die ein
zufälliges,
trihelicales Muster aus erhabenen Verbundkörpern (Kompositen) aufweist
und die P150 Siliciumcarbidschleifkorn dispergiert in einem gehärteten Acrylatharzbindemittel
enthält.
Die Oberfläche
der Verbundkörper
enthält
eine Schicht aus einem funktionellen Pulver, das aus einem Gemisch
aus P150 Siliciumcarbidschleifkorn und Kaliumfluorborat besteht
und vor dem Aushärten
des Acrylatharzes aufgebracht und befestigt wird. In dem unten beschriebenen
Test wird dieses Produkt der Einfachheit halber als „NORaX" bezeichnet.
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Dieses
Grundprodukt wurde mit einem erfindungsgemäßen Produkt verglichen, wobei
dem Grundprodukt eine oberste Bedeckungsschicht aus einem flüssigen Einschritt
Phenolharz verabreicht wurde, das von der Firma Oxychem unter der
Bezeichnung Plyophen 43575 erhalten wurde. Diese oberste Bedeckungsschicht
wurde unter Verwendung einer Beschichtungsvorrichtung, die zwei
Walzen aufwies, aufgebracht. Das behandelte beschichtete Schleifmittel
wurde zwölf
Stunden lang bei einer Temperatur gehärtet, die über zehn Stunden linear von
65,6°C auf
121°C erhöht wurde
und zwei Stunden lang bei der höheren
Temperatur gehalten wurde. Dieses Produkt wird nachfolgend als „beschichtetes
NORaX" bezeichnet.
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Aus
beiden Produkten wurden Bänder
von 5 cm × 335,5
cm hergestellt und bei geringer Geschwindigkeit und mittlerem Druck
(ca. 707 m/min (2320 sfpm); ca. 103,5 kPa (15 psi)) getestet, wobei
das bearbeitete (geschliffene) Werkstück Titan war. Das Schleifen
wurde 30 Minuten lang als eine Serie von 5 Sekunden Schleifphasen
durchgeführt.
Die Materialabnahme wurde die ersten 150 Sekunden lang nach jeder
Schleifphase bestimmt und danach nach jeder fünften Schleifphase. Die Dicke
des Bandes wurde an drei Punkten entlang des Bandes unter Verwendung
einer Mikrometermeßeinrichtung
bestimmt, um die Bandabnutzung zu messen. Dies wurde die ersten
30 Sekunden lang nach jeder Schleifphase und danach nach bestimmten
Zeitabschnitten (alle 50 bis 100 Sekunden) durchgeführt.
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1 zeigt
die Schleifergebnisse als Schleifrate aufgetragen gegen die Zeit.
Wie man sieht, hatte das NORaX-Band die beste anfängliche
Schleifrate, aber der Vorteil verschwand nach etwa 15 Minuten. Das
beschichtete NORaX-Band hatte die konstantere Schleifrate.
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Der
wichtigere Faktor jedoch ist die Höhenvariation des Musters während der
Schleifprozeß fortschreitet.
Dieser Parameter wird in 2 verfolgt, aus der ersichtlich
ist, daß beide
Produkte während
der ersten 50 Schleifsekunden schnell an Höhe verloren. Danach verlor
jedoch das beschichtete NORaX viel langsamer an Höhe. Es ist
wichtig festzustellen, daß das
NORaX-Produkt in den ersten 5 Schleifsekunden etwa 20% der ursprünglichen
Musterhöhe
verliert, während
bei dem beschichteten NORaX-Produkt der entsprechende Musterhöhenverlust
nur etwa 1,5% beträgt.
Daraus wird abgeleitet, daß der
Hauptgrund für
die Verminderung eher der Verlust an funktioneller Pulverschicht
von der Oberfläche
ist als eine Abnutzung (Erosion) des geformten Verbundkörpers selbst.
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Die
vorhergehende Schlußfolgerung
wird durch die in 3 gezeigten Daten bestärkt, welche
den über
die Zeit angehäuften
Volumenverlust an Schleifmaterial (Bandmaterial) zeigt. Das beschichtete NORaX-Band
verliert, über
die Dauer des Schleiftests, weniger als 20% des Volumens, welches
vom NORaX-Band verloren wurde.
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Beispiel 2
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In
diesem Beispiel wurde das gleiche beschichtete Grundschleifmittel
mit konstruierter Oberfläche
wie in Beispiel 1 verwendet. Die Art der obersten Bedeckungsschicht
wurde jedoch verändert.
Bei den Läufen
in diesem Beispiel wurden vier verschiedene Formulierungen für die oberste
Bedeckungsschicht verwendet. In jedem Fall war das Bindemittel genau
das gleiche wie das, das für
die Herstellung der geformten Schleifmittelverbundkörperstrukturen
verwendet wurde, aber die Formulierungen unterschieden sich im Hinblick
auf das Füllmittel,
das zusammen mit dem Bindemittel eingesetzt wurde. In jedem Fall
wurde die Formulierung mit der selben Beschichtungseinrichtung mit
zwei Rollen aufgetragen, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde.
Die verwendeten Formulierungen waren wie folgt:
| Probe
1 | wurde
nur mit Acrylatharz allein beschichtet; |
| Probe
2 | enthielt
20% Wollastonit zusammen mit dem Harz; |
| Probe
3 | war
die gleiche wie Probe 2, wobei jedoch Wollastonit durch Kryolith
ersetzt wurde; und |
| Probe
4 | hatte
keine oberste Bedeckungsschicht. |
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Aus
jeder Probe wurde ein 4'' × 54'' (10
cm × 140
cm) großes
Band hergestellt und jedes Band wurde unter Verwendung einer Spitzenlos-Naßschleifmaschine
mittels eines Zylinders aus 304 rostfreiem Stahl mit einer Länge von
10'' (25,4 cm) und einem
Außendurchmesser
von 1,5'' (3,8 cm) getestet.
Die Zufuhr betrug 0,003'' (0,0076 cm) des
ursprünglichen
Zylinderdurchmessers für
jeden Durchgang; jeder Durchgang bestand aus zwei Zylindern, die
durch die Schleifmaschine geschickt wurden. Die zusammengefaßte Schleifmenge (Gesamtmenge
an entferntem Stahl nach der relevanten Anzahl an Durchgangen) wurde
verfolgt und die Ergebnisse sind in der graphischen Darstellung
von 4 wiedergegeben.
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Aus
dieser graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß die zusammengefaßte Schleifmenge
für das erfindungsgemäße Produkt
um 25% über
dem selben Produkt ohne oberster Bedeckungsschicht lag. Die Bandabnutzung
(anhand der Abnahme der Banddicke bestimmt) war praktisch für alle Bänder gleich.
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Aus
den vorhergehenden Daten ist klar, daß die vorhersehbare Lebensdauer
des beschichteten NORaX-Bandes sehr viel größer sein wird als die des NORaX-Bandes
und daß,
obwohl die Schleifraten nach den anfänglichen Schleifperioden etwa
gleich sind, die Gesamtmenge die während der Lebensdauer des beschichteten
NORaX-Bandes entfernbaren Metalls sehr viel größer sein wird.
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Beschrieben
werden somit erfindungsgemäß beschichtete
Schleifmittel, die für
sehr feine Schleifanwendungen geeignet sind, und die erhältlich sind,
indem eine Schicht aus einer Formulierung enthaltend Schleifkörner und
ein Bindemittel sowie gegebenenfalls Füllmittel, Schleifhilfsmittel
und/oder Zusatzstoffe (Additive) auf einem Substrat in Form eines
strukturierten Schleifmittels abgelegt und auf der Oberfläche des
strukturierten Schleifmittels ein funktionelles Pulver angeordnet
wird, wobei dann über
das funktionelle Pulver noch eine oberste Bedeckungsschicht aufgebracht
wird.