DE69424167T2

DE69424167T2 - Verfahren zur herstellung von präzisionsteilchen

Info

Publication number: DE69424167T2
Application number: DE69424167T
Authority: DE
Inventors: R. Culler; H. Hardy; K. Harmon; V. Heiti; A. Hendrickson; L. Holmes; P. Klun; M. Spurgeon; J. Studiner
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1994-05-18
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2014-05-19
Also published as: EP0706440A1; TW334462B; EP0835724A2; CN1126454A; JP3579053B2; US5500273A; AU672316B2; US5714259A; BR9406987A; RU2123927C1; EP0835724A3; WO1995001241A1; US5690705A; ATE192059T1; AU6953194A; EP0706440B1; US5549962A; US5628952A; ES2145138T3; CN1081971C

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von einen Binder aufweisendem Teilchenmaterial. Wenn das Teilchenmaterial ferner Schleifkörner enthält, kann es in gebundenen Schleifmitteln, beschichteten Schleifmitteln und Vliesschleifmitteln verwendet werden.
Herkömmliche beschichtete Schleifartikel bestehen typischerweise aus einer auf einem Träger befestigten Schleifkornschicht. Im allgemeinen wird nur ein kleiner Anteil der Schleifkörner in dieser Schicht während der Nutzungsdauer des beschichteten Schleifartikels tatsächlich genutzt. Ein großer Anteil der Schleifkörner in dieser Schicht wird verschwendet. Ferner muß der Träger, eine der teureren Komponenten des beschichteten Schleifartikels ebenfalls weggeworfen werden, bevor er verschlissen ist.
Es wurden bereits viele Versuche gemacht, die Schleifkörner auf dem Träger so zu verteilen, daß ein höherer Prozentsatz der Schleifkörner tatsächlich genutzt wird, um dadurch die Nutzungsdauer des beschichteten Schleifartikels zu erhöhen. Durch eine Verlängerung der Lebensdauer des beschichteten Schleifartikels sind weniger Band- oder Scheibenwechsel erforderlich, wodurch Zeit eingespart und Arbeitskosten reduziert werden. Eine einfache Abscheidung einer dicken Schleifkornschicht auf dem Träger löst das Problem nicht, da unterhalb der obersten Körner liegende Körner wahrscheinlich nicht genutzt werden.
Es sind einige Verfahren bekannt, wodurch Schleifkörner in einem beschichteten Schleifartikel in einer solchen Weise verteilt werden, daß sie die Lebensdauer des Artikels verlängern. Eine derartige Möglichkeit beinhaltet den Einbau von Schleifagglomeraten in den beschichteten Schleifartikel.
Schleifagglomerate bestehen aus Schleifkörnern, die mittels eines Binders zur Ausbildung einer Masse miteinander verbunden werden. Die Verwendung von Schleifagglomeraten mit zufälligen Größen und Formen macht es schwierig, die Menge der Schleifkörner, die mit der Oberfläche eines Werkstückes in Kontakt kommen, vorhersagbar zu steuern. Aus diesen Grunde wäre es wünschenswert, über eine wirtschaftliche Möglichkeit zu verfügen, präzise geformte Schleifagglomerate herzustellen.
FR-A-2 507 101 beschreibt ein Verfahren, durch welches körnige Schleifteilchen durch Verteilen eines Gemisches aus Schleifteilchen, Füller und wärmehärtendem Harz durch eine Produktionswerkzeug (Sieb) hindurch, Härten der so ausgebildeten Teilchen in einer Härtezone, und weiteres Sieben der Teilchen hergestellt werden. Die Teilchen werden anschließend in ein Schleifprodukt unter Anwendung eines Faser- oder Vliesproduktes eingebaut.
FR-A-2 254 373 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Schleifteilchen durch ein Formungsverfahren, in welchem die einzelnen Formen kontinuierlich rotieren.
EP-A-0 480 133 beschreibt eine Schleifscheibe oder ein Scheibensegment oder ein beschichtetes Schleifband oder - Kissen mit Solgel-Schleifteilchen, die von einem organischen Bindermaterial in ihrer Lage gehalten werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Herstellung von präzise geformten Teilchen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß den Ansprüchen gelöst.
Die Teilchen weisen einen Binder auf. In einer Wunschausführungsform werden mehrere Schleifkörner in dem Binder verteilt.
Das Verfahren dieser Erfindung weist die Schritte auf:
(a) Bereitstellen eines Produktionswerkzeuges mit einem dreidimensionalem Körper, welcher mindestens eine zusammenhängende Oberfläche, mindestens eine Öffnung, die in der zusammenhängenden Oberfläche ausgebildet ist und mindesten eine Ausnehmung bzw. einen Hohlraum aufweist; wobei die mindestens eine Öffnung einen Zugang zu der mindestens einen Ausnehmung bzw. dem Hohlraum in dem dreidimensionalen Körper bereitstellt;
(b) Bereitstellen einer Abgabeeinrichtung, welche eine Bindervorstufe, die ein durch freie Radikale polymerisierbares Harz aufweist, in den mindestens einen Hohlraum durch die mindestens eine Öffnung einbringen kann;
(c) Bereitstellen einer Strahlungs-Härtungseinrichtung innerhalb einer Härtungszone, um die Bindervorstufe zumindest teilweise durch Strahlungsenergie zu härten;
(d) Einbringen der Bindervorstufe zumindest in einen Teil des mindestens einen Hohlraums;
(e) kontinuierliches Bewegen des mindestens einen Hohlraums durch die Härtungszone, um die Bindervorstufe mindestens teilweise durch Strahlung zu härten, um eine verfestigten handhabbaren Binder mit einer Form zu erzeugen, die dem Teil des Hohlraums entspricht, in welchen die Bindervorstufe eingebracht worden war; und
(f) Entfernen des Binders aus dem mindestens einem Hohlraum.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Schleifkörner in der Bindervorstufe in Schritt (d) enthalten, und ein Schleifkörner enthaltender Binder wird im Schritt (e) ausgebildet. Der Binder, der Schleifkörner enthält, wird von dem mindestens einem Hohlraum des Produktionswerkzeuges im Schritt (f) entfernt. Andere Materialien als Schleifkörner können in der Bindervorstufe enthalten sein.
Die Härtungszone enthält eine Strahlungsenergiequelle im Gegensatz zu beispielsweise einer Wärmeenergiequelle. Geeignete Strahlungsenergiequellen umfassen Elektronenstrahlen sichtbares Licht und ultraviolettes Licht. In einer Variante des allgemeinen Verfahrens kann die Härtung durch eine Kombination von Strahlungsenergie und Wärmeenergie bewirkt werden.
Sowohl in den allgemeinen als auch den bevorzugten Ausführungsformen ist es bevorzugt, daß die Schritte (d), (e) und (f) auf einer kontinuierlichen Basis ausgeführt werden oder in einer kontinuierlichen Art ausgeführt werden. Bevorzugt verwendet man für diese Ausführungsformen eine endlose Bahn (Band) oder eine Trommel, bevorzugt eine zylindrische Trommel, welche sich um ihre Achse dreht. Alternativ kann eine Bahn mit zwei Enden verwendet werden. Eine zweiendige Bahn verläuft von einer Abwickelstation zu einer Aufwickelstation. Bevorzugt weist das Produktionswerkzeug mehrere Hohlräume auf.
Während des Schrittes (e) des Verfahrens wird die Bindervorstufe so verfestigt, daß sie in einen handhabbaren Binder umgewandelt wird.
Der Binder kann mittels verschiedener Einrichtungen in Teilchen umgewandelt werden. Bei einer Einrichtung wird der Binder, wenn er aus den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges entfernt wird, in Form einzelner Teilchen freigesetzt. Dieses Teilchen können zusätzliche Materialien enthalten, oder von zusätzlichen Materialien frei sein. Ein typisches Material, das in diesen Teilchen enthalten sein kann, sind Schleifkörner. Die sich ergebenden Teilchen weisen bevorzugt Formen auf, die im wesentlichen dieselben wie die Formen der Hohlräume des Produktionswerkzeuges sind. Somit weisen die Teilchen Formen auf, die durch die Formen der Hohlräume des Produktionswerkzeuges bestimmt sind. In dieser ersten Einrichtung werden die Schritte (f) und der Umwandlungsschritt des Binders zur Ausbildung von präzise geformten Teilchen gleichzeitig ausgeführt, da die geformten Teilchen ihre charakteristische Form aufweisen, wenn sie von den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges freigegeben werden.
In einer zweiten Einrichtung wird der Binder von der Hauptoberfläche des Produktionswerkzeuges in der Form einer Bahn bzw. eines Bogens entfernt, die bzw. der geformte Abschnitte aufweist, die bzw. der im wesentlichen dieselbe Größe und Form wie die Hohlräume des Produktionswerkzeugs auf weisen, aber miteinander über eine relativ dünne Verbindungsschicht aus dem Material des Binders verbunden sind. In dieser zweiten Einrichtung wird die Bahn dann entlang der dünnen Verbindungsschicht des Bindermaterials gebrochen oder zerkleinert, um das Teilchenmaterial dieser Erfindung auszubilden. Die Teilchen können auf eine gewünschte Größenverteilung gesiebt oder klassifiziert werden. Wenn die Verbindungsschicht aus dem Bindermaterial sorgfältig gebrochen oder zerkleinert wird, können die sich ergebenden Teilchen Formen aufweisen die im wesentlichen dieselben sind, wie diejenigen der Hohlräume des Produktionswerkzeuges.
Es liegt ferner innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung eine Trägerbahn zu verwenden, um die Bindervorstufe an das Produktionswerkzeug zu liefern. Die Bindervorstufe kann auf eine Hauptoberfläche, d. h., die Vorderseite einer Trägerbahn beschichtet und dann die sich ergebende beschichtete Trägerbahn mit der zusammenhängenden Oberfläche des Produktionswerkzeuges, das die Hohlräume enthält, in Kontakt gebracht werden. Nach einer mindestens teilweisen Härtung, d. h., Verfestigung der Bindervorstufe in dem Produktionswerkzeug, wird der Binder, welcher bevorzugt an der Oberfläche der Trägerbahn haftet, zuerst von dem Produktionswerkzeug und dann von der Trägerbahn entfernt. Alternativ wird die Bindervorstufe auf die kontinuierliche Oberfläche des die Hohlräume aufweisenden Produktionswerkzeuges beschichtet, wodurch derartige Hohlräume gefüllt werden, und die Trägerbahn mit der zusammenhängenden Oberfläche des die Bindervorstufe enthaltenden Produktionswerkzeuges in einer solchen Weise in Kontakt gebracht wird, daß die in den Hohlräumen enthaltene Bindervorstufe mit der Oberfläche der Trägerbahn in Kontakt kommt. Nach einer mindestens teilweisen Härtung, d. h., Verfestigung der Bindervorstufe haftet der Binder an der Oberfläche der Trägerbahn statt an dem Produktionswerkzeug. Der Binder kann dann von der Trägerbahn entfernt werden. Anschließend werden die präzise geformten Teilchen erzeugt.
Die präzise geformten Teilchen können mittels Zusätzen zur Verwendung in Schleifanwendungen entweder selbst oder als Komponenten eines Schleifartikels modifiziert werden. Die Teilchen dieser Erfindung können zur Herstellung von Schleifartikeln, welche eine Vielzahl von geformten Teilchen aufweisen, wovon jedes mindestens ein Schleifkorn und einen Binder aufweist, wobei der Binder aus einer Bindervorstufe erzeugt wird, die ein wärmehärtbares Harz aufweist, das mittels Strahlungsenergie gehärtet werden kann. Die Teilchen können zur Erzeugung einer geformten Masse, z. B. einer Scheibe miteinander verbunden werden; alternativ können die Teilchen mit einem Träger verbunden werden, um einen beschichteten Schleifartikel zu erzeugen; oder die Teilchen können in ein fasriges Vliessubstrat eingebunden werden, um einen Vliesschleifartikel zu erzeugen.
Diese Erfindung ermöglicht es, für spezifische Anwendungen geeignete Teilchen durch Veränderung der Form und Zusammensetzung der Teilchen zu entwerfen. Der Prozeß dieser Erfindung stellt ein einfaches, schnelles und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Teilchen, insbesondere Schleifteilchen mit einer präzisen Form bereit. Der Prozeß dieser Erfindung erlaubt es, in genauer Weise Schleifteilchen mit denselben Abmessung von Charge zu Charge zu erzeugen, und führt damit zu gleichmäßigeren Schleifteilchen.
Fig. 1, 2 und 3 sind schematische Seitenansichten, welche verschiedene Verfahren zur Ausführung der Prozesse dieser Erfindung darstellen.
Fig. 4 und 5 sind schematische Seitenansichten eines beschichteten Schleifartikels, der die Teilchen dieser Erfindung verwendet.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Segments des Produktionswerkzeuges von Fig. 1. Das in Fig. 6 dargestellte Segment ähnelt im wesentlichen den Segmenten der Produktionswerkzeuge von Fig. 1, 2 und 3.
Fig. 7 ist eine Rasterelektronenmikrophotographie eines gemäß dem Prozeß dieser Erfindung geformten Schleifteilchens. Das Teilchen weist die Form einer Pyramide mit dreieckiger Basis auf.
Fig. 8 und 9 sind schematische Seitenansichten, welche weitere Verfahren zur Ausführung des Prozesses dieser Erfindung darstellen.
So wie er hierin verwendet wird, bedeutet der Ausdruck "Bindervorstufe" jedes Material, das formbar ist oder durch Hitze oder Druck oder beides formbar gemacht werden kann und das mittels Strahlungsenergie oder Wärmeenergie oder beides nicht-formbar gemacht werden kann. So wie er hierin verwendet wird, bedeutet der Ausdruck "verfestigter, handhabbarer Binder" eine Bindervorstufe, die in einem solchen Maße polymerisiert oder gehärtet wurde, daß sie im wesentlichen nicht fließt oder eine wesentliche Formveränderung erfährt. Der Ausdruck "verfestigter, handhabbarer Binder" bedeutet nicht, daß Bindervorstufe immer vollständig polymerisiert oder gehärtet ist, sondern daß sie ausreichend polymerisiert oder gehärtet ist, um deren Entfernung von dem Produktionswerkzeug zu ermöglichen, während sich das Produktionswerkzeug weiter bewegt, ohne daß dieses zu einer wesentlichen Veränderung der Form des Binders führt. Nach der Entfernung des Binder von dem Produktionswerkzeug kann der Binder einer zusätzlichen Energiequelle ausgesetzt werden, um eine zusätzliche Härtung oder Polymerisation des Binders zu erzeugen. So wie er hierin verwendet wird, ist der Ausdruck "Binder" synonym zu dem Ausdruck "verfestigter handhabbarer Binder".
In einem ersten Aspekt beinhaltet diese Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von präzise geformten Teilchen, welche einen verfestigten, handhabbaren Binder aufweisen. In einem weiteren Aspekt beinhaltet diese Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Schleifartikeln, wie z. B. verbundenen Schleifartikeln, beschichteten Schleifartikeln und Vlies- Schleifartikeln, welche das Präzisionsteilchenmaterial dieser Erfindung aufweist.
Fig. 1 stellt eine Vorrichtung dar, welche das Verfahren dieser Erfindung zur Herstellung der Teilchen dieser Erfindung durchführen kann. In einer Vorrichtung 10, wird eine Bindervorstufe 12 mittels Schwerkraft aus einem Trichter 14 einem Produktionswerkzeug 16 zugeführt, welches in der Form eines Endlosbandes vorliegt. Das Band 16 verläuft über 2 Rollen bzw. Walzen 18, 20, wovon mindestens eine angetrieben wird. Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Segments des Produktionswerkzeuges 16. Wie man in Fig. 6 sehen kann, ist das Produktionswerkzeug 16 ein dreidimensionaler Körper mit einer kontinuierlichen bzw. zusammenhängenden Oberfläche 21, die eine Öffnung 22 enthält, welche einen Zugang zu einem Hohlraum 23 in dem dreidimensionalen Körper bereitstellt. Die Bindervorstufe 12 füllt zumindest einen Teil des Hohlraums 23. Die Bindervorstufe 12 wandert dann durch eine Härtungszone 24, wo sie einer Strahlungsenergiequelle 25 ausgesetzt wird, um die Bindervorstufe 12 zur Ausbildung eines verfestigten handhabbaren Binders mindestens teilweise zu härten. Die Teilchen aus dem präzise geformten Bindermaterial 26 werden von dem Produktionswerkzeug 16 entfernt, und in einem Behälter 28 gesammelt. Eine externe Einrichtung 29, z. B. Ultraschallenergie kann dazu verwendet werden, um das Ablösen der Teilchen aus dem Bindermaterial 26 von dem Produktionswerkzeug 16 zu unterstützen. In dem Produktionswerkzeug verbleibender Schmutz kann ausgewaschen werden, bevor irgend eine frische Bindervorstufe dem Produktionswerkzeug zugeführt wird.
Fig. 2 stellt eine weitere Variante der Vorrichtung dar, welche das Verfahren dieser Erfindung durchführen kann. Die Vorrichtung 30 weist eine Trägerbahn 32 auf, welche von einer Abwickelstation 34 aus zugeführt wird. Die Abwickelstation 34 liegt in der Form einer Rolle bzw. Walze vor. Die Trägerbahn 32 kann aus einem Material, wie z. B. Papier, Stoff, Polymerfilm, Vliesbahn, vulkanisierter Faser, Kombinationen davon und behandelter Versionen davon bestehen. Das bevorzugte Material für die Trägerbahn 32 ist ein Polymerfilm, wie z. B. ein Polyesterfilm. In Fig. 2 ist die Trägerbahn 32 strah lungstransparent. Eine Bindervorstufe 36 wird mittels Schwerkraft aus einem Trichter 38 auf eine Hauptoberfläche der Trägerbahn 32 zugeführt. Die Hauptoberfläche der die Bindervorstufe 36 enthaltende Trägerbahn 32 wird mittels einer Andruckwalze 42 gegen die Oberfläche eines Produktionswerkzeuges 40 gedrückt. Die Oberfläche des Produktionswerkzeuges 40, welche die Trägerbahn berührt, ist gekrümmt, aber ansonsten mit der des Segments des in Fig. 6 dargestellten Produktionswerkzeuges identisch. Die Andruckwalze 42 unterstützt auch das Hineindrücken der Bindervorstufe 36 in die Hohlräume des Produktionswerkzeuges 40. Die Bindervorstufe 36 wandert dann durch eine Härtungszone 43, wo sie einer Strahlungsenergiequelle 44 ausgesetzt wird, um die Bindervorstufe 36 zur Ausbildung eines verfestigten handhabbaren Binders zumindest teilweise zu härten. Anschließend wird die den verfestigten, handhabbaren Binder enthaltende Trägerbahn 32 über eine Andruckwalze 46 geführt. Es muß eine ausreichende Haftung zwischen der Trägerbahn und dem verfestigten, handhabbaren Binder vorliegen, um die anschließende Entfernung des Binders aus den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges 40 zu ermöglichen. Die Teilchen des Bindermaterials 48 werden aus der Trägerbahn 32 entfernt, und in einem Behälter 50 gesammelt. Eine externe Einrichtung 51, wie z. B. Ultraschallenergie kann zur Unterstützung der Ablösung der Teilchen 48 von der Trägerbahn 32 verwendet werden. Die Trägerbahn 32 wird dann an der Aufwickelstation 52 aufgewickelt, so daß sie wiederverwendet werden kann. Die Aufwickelstation 52 liegt in der Form einer Rolle bzw. Walze vor.
Das Entfernen der Bindermaterialteilchen von der Trägerbahn kann mittels eines alternativen Verfahrens effizient ausgeführt werden. In dieser Alternative kann die Trägerbahn eine dünne, wasserlösliche Schicht auf ihrer Hauptoberfläche aufweisen, welche die Bindervorstufe 36 aus dem Trichter 38 aufnimmt. Die wasserlösliche Schicht kommt mit der Bindervorstufe 36 in Kontakt. Nach der mindestens teilweisen Härtung der Bindervorstufe 36 wird die Kombination der Trägerbahn 32 und des verfestigten, handhabbaren Binders einer Wasserquelle ausgesetzt, wodurch das Wasser die wasserlösliche Schicht auf der Trägerbahn 32 auflöst und dadurch die Trennung der Bindermaterialteilchen von der Trägerbahn 32 bewirkt. Ein Beispiel einer für die Variante nützlichen, wasserlöslichen Schicht ist eine Schicht aus einem wasserlöslichen Polymer, wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon und aus Zellulosederivaten.
Fig. 3 stellt eine weitere Variante einer Vorrichtung dar, welche das Verfahren dieser Erfindung durchführen kann. In der Vorrichtung 70 wird die Bindervorstufe 72 aus einem Trichter 74 auf ein Produktionswerkzeug 76 rakelbeschichtet. Das Produktionswerkzeug liegt in der Form einer zylindrischen Trommel vor und weist eine Achse 78 auf. Die zusammenhängende Oberfläche des Produktionswerkzeuges 76 ist gekrümmt, ist aber andererseits mit dem Segment des in Fig. 6 dargestellten Produktionswerkzeuges identisch. Wenn das Produktionswerkzeug 76 sich um die Achse 78 dreht, wandert die Bindervorstufe 72 durch eine Härtungszone 79, wo sie einer Strahlungsquelle 80 ausgesetzt wird, um sie zur Ausbildung eines verfestigten, handhabbaren Binders mindestens teilweise zu härten. Anschließend werden die sich aus dem Härtungsschritt des Prozesses ergebenden Teilchen des verfestigten, handhabbaren Binders 82 von dem Produktionswerkzeug 76 entfernt und in einem Behälter 84 gesammelt. Die Entfernung wird bevorzugt mittels einer mechanischen Einrichtung, wie z. B. mit einem Wasserstrahl durchgeführt. Bevorzugt wird jeder in dem Produktionswerkzeug 76 verbleibende Schmutz entfernt, bevor irgend eine frische Bindervorstufe aufgebracht wird. Die Schmutzentfernung kann durch eine Bürste einen Luftstrahl oder irgend eine andere herkömmliche Technik entfernt werden. Obwohl es in Fig. 3 nicht dargestellt ist, kann eine zusätzliche Einrichtung zur Unterstützung bei der Entfernung der Binderteilchen von dem Produktionswerkzeug 76 verwendet werden.
Das Produktionswerkzeug ist ein dreidimensionaler Körper mit mindestens einer zusammenhängenden Oberfläche. Die zusammenhängende Oberfläche weist mindestens eine Öffnung, bevor zugt mehrere Öffnungen auf, die in der zusammenhängenden Oberfläche ausgebildet sind. Jede Öffnung stellt ein Zugang zu einem in dem dreidimensionalen Körper ausgebildeten Hohlraum bereit. Wie in diesem Zusammenhang gebraucht, bedeutet der Begriff "zusammenhängend" eine Charakterisierung durch eine ununterbrochene räumliche Erstreckung; die Öffnungen und Hohlräume sind Merkmale in der zusammenhängenden Oberfläche, unterteilen aber die Oberfläche nicht in mehrere Einzelflächen. Das Produktionswerkzeug kann in der Form einer Bahn, eines Bandes, wie z. B. eines Endlosbandes, eines Bogens, einer Beschichtungswalze oder einer auf einer Beschichtungswalze befestigten Hülse vorliegen. Bevorzugt ist das Produktionswerkzeug eines, welche kontinuierliche Betriebsvorgänge erlaubt, wie z. B. ein Endlosband oder eine zylindrische Beschichtungswalze, welche sich um eine Achse dreht. Typischerweise liegt eine zylindrische Beschichtungswalze in der Form eines geraden Zylinders vor, weist einen Durchmesser von etwa 25 bis etwa 45 cm auf, und ist aus einem festen Material aufgebaut. Vorrichtungen, welche eine zweiendiges Band verwenden, können ebenfalls für die Bereitstellung kontinuierlicher Betriebsvorgänge angepaßt werden. Die bevorzugten Materialien für ein Produktionswerkzeug sind Polymere, wie z. B. Polyolefine, wie Polypropylen, oder Metalle, wie z. B. Nickel. Das Produktionswerkzeug kann auch aus einem keramischen Material hergestellt sein.
Ein aus Metall bestehendes Produktionswerkzeug kann durch Gravieren, Photolithographie, Einsenken, Ätzen, Rändeln, Anordnen mehrerer in der gewünschten Konfiguration bearbeiteter Metallteile, Formstanzen oder andere mechanische Mittel oder durch Elektroformung hergestellt werden. Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung eines Metallproduktionswerkzeuges oder Hauptwerkzeuges ist Diamantdrehen. Diese Techniken sind ausführlicher in der Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Vol. 8, John Wiley & Sons, Inc. (1968), p. 651-665, und in dem U. S. Patent Nr. 3,689,346, Spalte 7, Zeilen 30 bis 55 beschrieben. Das Produktionswerkzeug kann auch eine Ablösebeschichtung aufweisen, um ein leichteres Entfernen des Binders aus den Hohlräumen zu ermöglichen und um den Verschleiß des Produktionswerkzeuges zu minimieren. Beispiele solcher Ablösebeschichtungen umfassen Hartbeschichtungen, wie z. B. Metallkarbide, Metallnitride, Metallboride, Diamant, oder diamantähnlicher Kohlenstoff. Es liegt ebenfalls innerhalb des Schutzumfanges dieser Erfindung, ein beheiztes Produktionswerkzeug zu verwenden, welches bevorzugt aus Metall besteht. Ein beheiztes Werkzeug kann eine einfachere Verarbeitung, schnelleres Härten und leichteres Lösen der geformten Teilchen aus dem Werkzeug ermöglichen.
In einigen Fällen kann ein Polymerproduktionswerkzeug aus einem Originalhauptwerkzeug repliziert werden. Dieses wird insbesondere bevorzugt, wenn das Produktionswerkzeug in der Form eines Bandes oder Bahn vorliegt. Ein Vorteil von Polymerwerkzeugen gegenüber metallische Werkzeuge besteht in den Kosten. Ein weiterer Vorteil von Polymerwerkzeugen ist die Fähigkeit, Strahlung aus der Strahlungsquelle durch das Produktionswerkzeug hindurch und in die Bindervorstufe passieren zu lassen. Ein Polymerproduktionswerkzeug kann durch Beschichten eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes, wie z. B. Polypropylen, auf das Hauptwerkzeug hergestellt werden. Das geschmolzene Harz kann dann abgeschreckt werden, um ein thermoplastisches Replikat des Hauptwerkzeuges zu erzeugen. Dieses Polymerreplikat kann als das Produktionswerkzeug verwendet werden. Zusätzlich kann die Oberfläche des Produktionswerkzeuges eine Ablösebeschichtung aufweisen, wie z. B. ein auf Silikon basierendes Material oder ein auf Fluorchemie basierendes Material, um die Ablösbarkeit des Binders von dem Produktionswerkzeug zu verbessern. Es liegt ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, ein Trennmittel in das Polymer einzubringen, aus welchem das Produktionswerkzeug hergestellt wird. Zu typischen Trennmitteln zählen auf Silikon basierende Materialien und auf Fluorchemie basierende Materialien. Es liegt innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, Produktionswerkzeuge aus Polymeren herzustellen, die gute Trenneigenschaften aufweisen. Ein solches Polymer ist in der WO-A-9215626, veröffentlicht am 17. September 1992, be schrieben. Diese Literaturstelle beschreibt ein fluorchemisches Pfropfkopolymer welches aufweist: ein Basispolymer mit polymerisierten Einheiten, die von Monomeren mit oleofinischen Doppelendbindungen abgeleitet werden, mit einer Hälfte, die eine darauf gepfropfte fluoraliphatische Gruppe aufweist. Die gepfropfte fluoraliphatische Gruppe wird im allgemeinen von einem fluorchemischen Olefin abgeleitet, welche eine fluoraliphatische Gruppe und eine polymerisierbare Doppelbindung aufweist.
Die fluoraliphatische Gruppe des fluorchemischen Olefins ist im allgemeinen mit der polymerisierbaren Doppelbindung über eine Verbindungsgruppe verbunden. Solche fluorchemischen Olefine können durch die nachstehende Formel dargestellt werden:
(Rf)sQ(CR=CH&sub2;)b
wobei R Wasserstoff, Trifluormethyl oder eine Geradketten- oder Verzweigungsketten-Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt;
a eine ganze Zahl von 1 bis 10 darstellt;
b eine ganze Zahl von 1 bis 6 darstellt;
Q eine (a + b)-valente Verbindungsgruppe darstellt, die nicht im wesentlichen mit einer freien Radikalenpolymerisation interferiert; und
Rf eine fluoraliphatische Gruppe darstellt, welche eine vollfluorisierte Endgruppe aufweist, welche mindestens 7 Fluoratome enthält.
Das Metallhauptwerkzeug kann mittels derselben Verfahren hergestellt werden, die zur Herstellung von Metallproduktionswerkzeugen angewendet werden. Weitere Verfahren zur Herstellung von Produktionswerkzeugen sind in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung Ser. No. 08/004,929, eingereicht am 14. Januar 1993, des Zessionars beschrieben.
Wenn das Produktionswerkzeug aus einem thermoplastischen Material hergestellt wird, sollten die Bedingungen des Verfahrens so eingestellt werden, daß jede in der Härtungszone erzeugte Wärme das Produktionswerkzeug nicht nachteilig beeinflußt.
Mindestens eine zusammenhängende Oberfläche des Produktionswerkzeuges weist mindestens einen Hohlraum, bevorzugt mehrere Hohlräume, auf. Die verfestigte, handhabbare Bindervorstufe nimmt eine Form an, die der Form des Hohlraums entspricht. Ein Hohlraum kann jede beliebige geometrische Form, wie z. B. die einer Pyramide, eines Prismas, Zylinders, Konus oder eines dünnen Körpers mit gegenüberliegenden polygonalen Flächen aufweisen. Die geometrischen Formen können Stumpfversionen der vorgenannten sein. Es liegt ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, daß ein gegebenes Produktionswerkzeug eine Vielfalt von Hohlräumen unterschiedlicher Formen oder Hohlräume unterschiedlicher Größe oder beides aufweisen kann. Im Falle einer Bahn oder eines Bandes kann sich der Hohlraum vollständig durch das Produktionswerkzeug hindurch erstrecken. Die Hohlräume können aneinander anstoßen oder Zwischenflächen zwischen sich aufweisen. Bevorzugt weisen die Seiten der Hohlräume eine ihnen zugeordnete Neigung auf, um ein leichteres Entfernen des Binders aus dem Produktionswerkzeug zu ermöglichen.
Für diese Erfindung geeignete Bindervorstufen weisen ein Harz auf, das mittels Strahlungsenergie im Gegensatz zu beispielsweise mittels einer Wärmeenergiequelle, gehärtet werden kann. Die Bindervorstufe polymerisiert über einen Mechanismus freier Radikale oder sowohl über einen Mechanismus freier Radikale und einen kationischen Mechanismus. Die Bindervorstufe kann ungefüllt sein oder kann herkömmliches Füllermaterial enthalten.
Die Bindervorstufe wird mittels Strahlungsenergie gehärtet. Zu Strahlurgsenergiequellen zählen Elektronenstrahlenergie, ultraviolettes Licht, sichtbares Licht und Laserlicht. Wenn ultraviolettes oder sichtbares Licht verwendet wird, wird bevorzugt ein Photoinitiator in das Gemisch eingebracht. Nach der Aussetzung an ultraviolettes oder sichtbares Licht erzeugt der Photoinitiator eine Quelle freier Radikale oder eine kationische Quelle. Diese Quelle freier Radikale oder kationische Quelle initialisiert die Polymerisation der Bindervorstufe. Ein Photoinitiator ist optional, wenn eine Elektronenstrahlenergiequelle verwendet wird.
Zu Beispielen von Bindervorstufen, die mittels Strahlungsenergie gehärtet werden können, zählen acrylierte Urethane, acrylierte Epoxide, Ethylen-ungesättigte Verbindungen, Aminoplastderivate mit offenen ungesättigten Karbonylgruppen, Isocyanuratderivate mit mindestens einer offenen Acrylatgruppe, Isocyanatderivate mit mindestens einer offenen Acrylatgruppe, Vinylether, Epoxidharze und Kombinationen davon. Der Begriff Acrylat umfaßt sowohl Acrylate als auch Methacrylate.
Acrylierte Urethane sind Diacrylatester von mit Hydroxid abgeschlossenen Isocyanat-erweiterten Polyestern oder Polyethern. Zu Beispielen von im Handel erhältlichen Urethanen zählen "UVITHANE 782", erhältlich von Morton Thiocol Chemical und "CMD 6600", "CMD 8400", und "CMD 8805", erhältlich von Radcure Specialties.
Acrylierte Epoxide sind Diacrylatester von Epoxidharzen, wie z. B. die Diacrylatester von Bisphenol-A-Epoxidharz. Zu Beispielen im Handel erhältlichen acrylierten Epoxiden zählen "CMD 3500" "CMD 3600" und "CMD 3700", erhältlich von Radcure Specialties.
Ethylen-ungesättigte Verbindungen umfassen sowohl monomerische als auch polymerische Verbindungen, die Atome aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff und optional Stickstoff und den Halogenen enthalten. Sauerstoff- oder Stickstoffatome oder beide sind im allgemeinen in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harnstoff-Gruppen enthalten. Ethylenungesättigte Verbindungen weisen bevorzugt ein Molekulargewicht von weniger als etwa 4,000 auf und sind bevorzugt Ester, die sich aus der Reaktion von Verbindungen ergeben, die aliphatische Monohydroxygruppen oder aliphatische Polyhy droxygruppen und ungesättigte Kohlenstoffsäuren, wie z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Itakonsäure, Krotonsäure, Isokrotonsäure, Maleinsäure und dergleichen enthalten. Zu repräsentativen Beispielen von Acrylaten zählen Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykolmethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglykoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glyceroltriacrylat, Pentaerytritoltriacrylat, Pentaerytritolmethacrylat und Pentaerytritoltetraacrylat. Zu weiteren Ethylen-ungesättigten Verbindungen zählen Monoallyl, Polyallyl und Polymethyallylester und Amide von Kohlenstoffsäuren, wie z. B. Diallylphtalat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid. Zu weiteren Ethylen-ungesättigten Verbindungen zählen Styrol, Divinylbenzol- und Vinyltoluol. Zu weiteren stickstoffhaltigen Ethylen-ungesättigten Verbindungen zählen Tris(2-Acryloyl-Oxyethyl)Isocyanurat, 1,3,5- Tri(2-Methyacryloxyethyl)-s-Triacin, Acrylamid, Methylacrylamid, N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-Vinylpyrrolidon und N-Vinylpiperidon.
Das Aminoplast kann monomerisch oder oligomerisch sein. Die Aminoplastharze weisen mindestens eine offene α,β- ungesättigte Karbonylgruppe pro Molekül auf. Diese α,β- ungesättigten Karbonylgruppen können Acrylat-, Methacrylat- oder Acrylamidgruppen sein. Zu Beispielen derartiger Harzen zählen N-Hydroxymethyl-Acrylamid, N,N'-Oxydimethylenebisacrylamid, Ortho- und paraacrylamidomethyliertes Phenol, acrylamidomethyliertes phenolisches Novolac und Kombinationen davon. Diese Materialien sind ferner in US-A-4 903 440 und USSN 07/659,752, eingereicht am 24.2.91, beschrieben, welche beide hierin durch Bezugnahme beinhaltet sind.
Isocyanuratderivate mit mindestens einer offenen Acrylatgruppe und Isocyanatderivate mit mindestens einer offenen Acrylatgruppe sind ferner in US-A-4 652 274 beschrieben. Das bevorzugte Isocyanuratmaterial ist ein Triacrylat aus Tris(Hydroxyethyl)Isocyanurat.
Zu Beispielen von für diese Erfindung geeigneten Vinylethern zählen Vinylether-funktionalisierte Urethanoligomere, die im Handel von Allied Signal unter den Handelsbezeichnungen "VE 4010", "VE 4015", "VE 2010", "VE 2020", "VE 4020" erhältlich sind.
Epoxide weisen einen Oxiranring auf und werden über die Ringöffnung oxidiert. Epoxidharze enthalten monomerische Epoxidharze und polymerische Epoxidharze. Diese Harze können stark in der Art ihres Hauptkette und Substitutionsgruppen variieren. Beispielsweise kann die Hauptkette ein beliebiger Epoxidharzen zugeordneter Typ sein, und die Substitionsgruppen daran können eine beliebige Gruppe ohne aktives Wasserstoffatom sein, das mit einem Oxiranring bei Raumtemperaturreagiert. Zu repräsentativen Beispielen von Substitutionsgruppen für Epoxidharze zählen Halogene, Estergruppen, Ethergruppen, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen, Nitrogruppen und Phosphatgruppen. Zu Beispielen von in dieser Erfindung bevorzugten Epoxidharzen zählen 2,2-Bis[4-(2,3-Epoxypropoxy)Phenyl]propan (Diglycidylether von Diphenol A) und Materialien unter der Handelsbezeichnung "Epon 828", "Epon 1004" und "Epon 1001F", die im Handel von Shell Chemical Co. erhältlich sind, und "DER-331","DER-332" und "DER-334", die im Handel von Dow Chemical Co. erhältlich sind. Zu weiteren geeigneten Epoxidharzen zählen Glycidylether aus Phenolformaldehydnovolac (z. B. "DEN-431" und "DEN-428", die im Handel von Dow Chemical erhältlich sind). Die Epoxidharze der Erfindung können über einen kationischen Mechanismus unter Zusatz eines geeigneten Photoinitiators oder von Photoinitiatoren polymerisiert werden. Diese Harze sind ausführlicher in Smith, US-A-4 318 766 und Tumey et al. US-A-4 751 138 beschrieben.
Zu Beispielen von Photoinitiatoren, die eine Quelle von freien Radikalen erzeugen, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden, zählen, sind aber nicht darauf beschränkt, diejenigen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus organischen Peroxiden, Azo-Verbindungen, Quinonen, Benzophenonen, Nitrosoverbindungen, Acylhaliden, Hydrozonen, Mercaptoverbindungen, Pyrilliumverbindungen, Triacrylimidazolen, Bisimidazonen, Chloralkytriazinen, Benzoinethern, Benzylketa len, Tioxanthonen und Acetophenonderivaten und Gemischen davon ausgewählt werden. Beispiele von Photoinitiatoren, die eine Quelle freier Radikalen erzeugen, wenn sie sichtbarem Licht ausgesetzt werden, sind in US-A-4 735 632 beschrieben.
Kationische Photoinitiatoren erzeugen eine Säurequelle, um die Polymerisation eines Epoxidharzes oder eines Urethans zu initialisieren. Kationische Photoinitiatoren können ein Salz mit einem Oniumkation und ein Halogen-enthaltendes Komplexanion eines Metalls oder Metalloids enthalten. Weitere kationische Photoinitiatoren enthalten ein Salz mit einem organometallischen Koplexkation und ein Halogen-enthaltendes Komplexanion eines Metalls oder Metalloids. Diese Photoinitiatoren sind ferner in US-A-4 751 138 (Spalte 6, Zeile 65 bis Spalte 9, Zeile 45) beschrieben. Ein weiteres Beispiel ist ein in US-A-4 985 340 (Spalte 4, Zeile 65 bis Spalte 14, Zeile 50) und in den europäischen Patentanmeldungen EP-A-306 161; 306 162 beschriebenes organometallisches Salz und ein Oniumsalz. Noch andere kationische Photoinitiatoren enthalten ein ionisches Salz eines organometallischen Komplexes, in welchem das Metall aus den Elementen der Periodengruppen IVB, VB, VIB, VIIB und VIIIB ausgewählt wird. Dieser Photoinitiator ist in der europäischen Patentanmeldung EP-A-109 581 beschrieben.
In einer besonders nützlichen Ausführungsform kann die Bindervorstufe Schleifkörner enthalten. Der gehärtete Bindervorstufe, d. h., der Binder hat die Funktion, die Schleifkörner miteinander zu verbinden, um präzise geformte Schleifteilchen zu erzeugen. Die Schleifkörner weisen typischerweise eine mittlere Teilchengröße in dem Bereich von etwa 0,1 bis 1500 um, bevorzugt von etwa 1 bis 1300 um, bevorzugt 1 bis 500 um und am meisten bevorzugt von 1 bis etwa 150 um auf. Bevorzugt weisen die Schleifkörner eine Mohs'sche Härte von mindestens 8 bevorzugt über 9 auf. Zu Beispielen von Materialien solcher Schleifkörner zählen geschmolzenes Aluminiumoxid bzw. Kunstkorrund, keramisches Aluminiumoxid, weißer Kunstkorrund, wärmebehandeltes Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Sili ziumkarbid, grünes Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Diamant, Zeriumoxid, kubisches Bornitrid, Granat, Polierschiefer bzw. Tripoli und Kombinationen davon. Das keramische Aluminiumoxid wird bevorzugt gemäß einem Solgel-Prozeß hergestellt, wie er beispielsweise in US-A-4 314 827; 4 744 802; 4 623 364; 4 770 671; 4 881 951; 5 011 508 und 5 213 591 beschrieben ist. Das keramische Schleifkorn weist α- Aluminiumoxid und optional einen Metalloxidmodifikator, wie z. B. Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Zinkoxid, Nickeloxid, Hafniumoxid, Yttriumoxid, Siliziumoxid, Eisenoxid, Titanoxid, Lanthanoxid, Zeriumoxid, Neodymoxid und Kombinationen davon auf. Das keramische Oxid kann optional ein Keimungsmittel aufweisen, wie z. B. α-Aluminiumoxid, Eisenoxid eine Eisenoxidvorstufe, Titanoxid, Chromoxid oder Kombinationen davon. Das keramische Aluminiumoxid kann auch eine Form aufweisen wie die, welche in US-A-5 201 916 und 5 090 968 beschrieben ist. Die keramischen Schleifkörner können auch eine Oberflächenbeschichtung aufweisen.
Das Schleifkorn kann auch eine Oberflächenbeschichtung aufweisen. Eine Oberflächenbeschichtung kann die Haftung zwischen dem Schleifkorn und dem Binder in dem Schleifteil verbessern und/oder die Schleifeigenschaften des Schleifkorns verändern. Solchen Oberflächenbeschichtungen sind in US-A-5 011 508; 1 910 444; 3 041 156; 5 009 675; 4 997 461; 5 213 591 und 5 042 991 beschrieben. Ein Schleifkorn kann auch ein Haftvermittler auf seiner Oberfläche wie z. B. einen Silanhaftvermittler aufweisen.
Die Bindervorstufe kann nur einen Schleifkorntyp, zwei oder mehr Typen oder unterschiedliche Schleifkörner oder mindestens einen Schleifkorntyp mit mindestens einem Verdünnungsmaterialtyp aufweisen. Zu Beispielen von Verdünnungsmaterialien zählen Calciumcarbonat, Glaskugeln, Glasperlen, Graustein, Marmor, Gips, Ton, SiO&sub2;, KBF&sub4;, Na&sub2; SiF&sub6;, Kryolith, organische Kugeln, organische Perlen und dergleichen.
Die Bindervorstufe zur Verwendung in dieser Erfindung kann ferner zusätzlich optionale Zusätze wie z. B. Füller (einschließlich Schleifhilfen), Fasern, Schmiermittel, Benetzungsmittel, Tenside, Pigmente, Farbstoffe, Haftvermittler, Plastifizierer, Antistatikmittel und Suspensionsmittel aufweisen. Zu Beispielen von für diese Erfindung geeigneten Füllern zählen Holzpulpe, Vermiculit und Kombinationen davon, Metallcarbonate wie etwa Calciumcarbonat, z. B. Kalk, Calcit, Mergel, Travertin, Marmor und Kalkstein, Calciummagnesiumcarbonat, Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat; Siliziumoxid, wie etwa amorphes Siliziumoxid, Quarz, Glasperlen, Glaskugeln, und Glasfasern; und Silicate wie etwa Talk, Tone, (Montmorillonit), Feldspat, Glimmer, Calciumsilicat, Calciummetasilicat, Natriumaluminiumsilicat, Natriumsilicat; Metallsulfate wie etwa Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat; Gips, Vermiculit; Holzmehl; Aluminiumtrihydrat; Metalloxide, wie etwa Calciumoxid (Kalk), Aluminiumoxid, Titandioxid, und Metallsulfitte wie etwa Calciumsulfit.
Eine Schleifhilfe ist als ein Teilchenmateial definiert, dessen Zusatz zu einem Schleifteilchen eine signifikante Auswirkung auf die chemischen und physikalischen Prozesse des Abtrags aufweist, und dadurch zu einer verbesserten Leistung führt. Insbesondere glaubt man, daß die Schleifhilfe (1) die Reibung zwischen den Schleifkörnern und dem zu schleifenden Werkstück verringert, (2) ein "Überdecken" der Schleifkörner verhindert, d. h., verhindert, daß Metallteilchen mit den Spitzen der Schleifkörner verschweißt werden, (3) die Grenzflächentemperatur zwischen den Schleifkörnern und dem Werkstück verringert oder (4) die Schleifkräfte verringert. Im allgemeinen verlängert der Zusatz einer Schleifhilfe die Nutzungslebensdauer des beschichteten Schleifartikels. Zu Schleifhilfen zählen eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien, welche anorganisch oder organisch sein können. Beispiele von Schleifhilfen umfassen Wachse, organische Halogenidverbindungen, Halogenidsalze und Metalle und deren Legierungen. Die organischen Halogenidverbindungen brechen typischerweise während des Schleifens auf und setzen eine Halogensäure oder eine gasförmige Halogenidverbindung frei. Zu Beispielen solcher Materialien zählen chlorierte Wachse wie etwa Tetrachlornaphtalen, Pentachlornaphtalen oder Polyvinylchloride. Beispiele von Halogenidsalzen umfassen Natriumchlorid, Kaliumkryolith, Natriumkryolith, Ammoniumkryolith, Kaliumtetrafluorborat, Natriumtetrafluorborat, Siliziumfluoride, Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid. Zu Beispielen von Metallen zählen Zinn, Blei, Wismuth, Kobalt, Antimon, Kadmium, Eisen und Titan. Zu weiteren Schleifhilfen zählen Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit und Metallsulfide. Es liegt ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, eine Kombination unterschiedlicher Schleifhilfen zu verwenden, und in einigen Fällen kann dieses einen synergetischen Effekt erzeugen. Die vorstehend erwähnten Beispiele für Schleifhilfen sind als eine repräsentative Darstellung von Schleifhilfen gedacht, und nicht als umfassende Darstellung aller Schleifhilfen gemeint.
Beispiele von für diese Erfindung geeigneten Haftvermittlern umfassen Organo-Silane, Zirkoaluminate und Titanate. Zu Beispielen von Antistatikmitteln zählen Graphit, Ruß, leitende Polymere, Feuchthaltemittel, Vanadiumoxid und dergleichen. Die Anteile dieser Materialien können zur Erzeugung der gewünschten Eigenschaften angepaßt werden. Die Bindervorstufe kann optional Wasser oder ein organisches Lösungsmittel enthalten.
Wenn das Teilchen Schleifkörner enthält, wird es bevorzugt, daß das Teilchen während des Schleifvorgangs zerbrechen kann. Die Auswahl und Menge der Bindervorstufe, der Schleifkörner und optionalen Zusätze beeinflußt die Brechungseigenschaften des Teilchens.
Um ein eine Bindervorstufe und andere Materialien, wie z. B. Schleifkörner, enthaltendes Gemisch zu erzeugen, können die Komponenten mittels einer beliebigen herkömmlichen Technik, wie z. B. einen Mischvorgang mit hoher Scherung, Luftrührung oder Trommelmischung gemischt werden. Vakuum kann auf das Gemisch während des Mischvorgangs ausgeübt werden, um den Einschluß von Luft zu minimieren.
Die Bindervorstufe kann in den Hohlraum des Produktionswerkzeuges durch eine Abgabe- bzw. Verteilungseinrichtung, welche eine beliebige herkömmliche Technik anwendet, wie z. B. Schwerkraftzuführung, Pumpen, Gießbeschichten oder Vakuumtropfengießbeschichten eingebracht werden. Die Bindervorstufe kann in die Hohlräume des Produktionswerkzeuges auch mittels einer Übertragung durch eine Trägerbahn eingebracht werden. Die Bindervorstufe kann während des Mischschrittes oder unmittelbar vor dem Beschichtungsschritt einer Ultraschallenergie unterworfen werden, um die Viskosität der Bindervorstufe zu verringern.
Obwohl die Bindervorstufe nur einen Teil des Hohlraums füllen muß, füllt die Bindervorstufe bevorzugt den Hohlraum in der Oberfläche des Produktionswerkzeuges vollständig, so daß das sich ergebende Teilchenmaterial wenige Hohlräume oder Unvollkommenheiten enthält. Diese Unvollkommenheiten bewirken, daß die Form des Teilchenmaterials von der gewünschten präzisen Form abweicht. Zusätzlich kann, wenn das präzise geformte Bindermaterial aus dem Produktionswerkzeug entfernt wird, eine Kante abbrechen, wodurch eine Unvollkommenheit und eine Abweichung von der Präzision der Form erzeugt wird. Bevorzugt wird während des ganzen Prozesses Sorgfalt aufgewendet, um solche Unvollkommenheiten zu minimieren. Manchmal sind Hohlräume oder Unvollkommenheiten wünschenswert, da sie eine Porosität in den sich ergebenden Teilchen erzeugen, und dadurch bewirken, daß die Teilchen eine größere Erodierfähigkeit aufweisen. Es wird ferner bevorzugt, daß sich die Bindervorstufe nicht wesentlich über die zusammenhängende Oberfläche des Produktionswerkzeuges hinaus erstreckt und sich nicht wesentlich über die Öffnungen der Hohlräume des Produktionswerkzeuges hinaus erstreckt.
Es wird manchmal bevorzugt, daß die Bindervorstufe vor der Einführung in das Produktionswerkzeug typischerweise auf eine Temperatur in dem Bereich von etwa 40 bis 90ºC erwärmt wird. Wenn die Bindervorstufe erwärmt ist, wird deren Visko sität mit dem Ergebnis verringert, daß sie leichter in die Hohlräume des Produktionswerkzeuges fließen kann.
Der der Einbringung der Bindervorstufe in die Hohlräume des Produktionswerkzeuges folgende Schritt beinhaltet zumindest eine teilweise Härtung der Bindervorstufe, indem diese während sie sich in den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges befindet, einer Strahlungsenergie ausgesetzt wird. Alternativ kann die Bindervorstufe zumindest teilweise gehärtet werden, während sie sich in dem Hohlräumen des Produktionswerkzeuges befindet, und dann nachgehärtet werden, nachdem der Binder aus den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges entfernt wurde. Der Nachhärtungsschritt kann weggelassen werden. Der Grad der Härtung ist ausreichend, daß der sich ergebende verfestigte, handhabbare Binder seine Form nach der Entfernung aus dem Produktionswerkzeug beibehält.
Beispiele für Strahlungsenergiequellen zur Anwendung in der Härtungszone umfassen Elektronenstrahlen, ultraviolettes Licht, sichtbares Licht und Laserlicht. Elektronenstrahl- Strahlung, welche auch als Ionisierungsstrahlung bekannt ist, kann bei einem Energiepegel von etwa 0,1 bis etwa 20 Mrad, bevorzugt bei einem Energiepegel von 1 bis etwa 10 Mrad verwendet werden. Ultraviolette Strahlung bezieht sich auf eine Nicht-Teilchenstrahlung mit einer Wellenlänge innerhalb des Bereiches von etwa 200 bis 400 nm, bevorzugt im Bereich von etwa 250 bis 400 nm. Die Strahlungsdosis kann von etwa 50 bis etwa 1000 mJ/cm², bevorzugt von etwa 100 mJ/cm² bis etwa 400 mJ/cm² reichen. Beispiele von Lampenquellen, die für die Erzeugung dieser Dosismenge geeignet sind, liefern etwa 100 bis etwa 600 Watt/Zoll, bevorzugt etwa 300 bis etwa 600 Watt/Zoll. Sichtbare Strahlung bezieht sich auf eine Nicht- Teilchenstrahlung mit einer Wellenlänge innerhalb eines Bereiches von etwa 400 bis 800 nm, bevorzugt im Bereich von 400 bis 550 nm. Die zur ausreichenden Härtung der Bindervorstufe erforderliche Strahlungsenergiemenge hängt von Faktoren, wie z. B. der Tiefe der Bindervorstufe in dem Hohlraum, der chemi schen Identität, und dem Typ des Ladematerials, wenn vorhanden, ab.
Nach einer mindestens teilweisen Härtung haftet der sich ergebende verfestigte, handhabbare Binder bevorzugt nicht stark an der Oberfläche des Produktionswerkzeuges an. In jedem Fall wird zu diesem Zeitpunkt die verfestigte Bindervorstufe aus dem Produktionswerkzeug entfernt.
Es gibt verschiedene alternative Verfahren zum Entfernen des verfestigten, handhabbaren Binders, d. h., des Binders, aus dem Produktionswerkzeug. In einem ersten Verfahren wird der Binder direkt aus dem Produktionswerkzeug in einem Sammelbehälter, z. B. ein Trichter übertragen. Bei diesem Verfahren kann der Binder, wenn das Produktionswerkzeug aus einem Polymermaterial besteht, aus den Hohlräumen mittels Ultraschallenergie, Vakuum, einem Luftmesser, Kombinationen davon oder mittels anderer herkömmlicher mechanischer Einrichtungen entfernt werden. Wenn das Produktionswerkzeug aus Metall besteht, kann der Binder aus den Hohlräumen mittels eines Wasserstrahls oder eines Luftstrahls entfernt werden. Wenn das Produktionswerkzeug Hohlräume aufweist, welche sich vollständig durch das Produktionswerkzeug hindurch erstrecken, z. B. wenn das Produktionswerkzeug ein Band mit sich vollständig dadurch erstreckenden Perforationen ist, kann der Binder mittels Ultraschallenergie, mechanischer Kraft, Wasserstrahl, Luftstrahl, Kombinationen davon oder andere mechanische Einrichtungen unabhängig von dem Material des Aufbaus des Produktionswerkzeuges entfernt werden.
In einem weiteren Verfahren kann der Binder indirekt von dem Produktionswerkzeug in einen Sammelbehälter übertragen werden. In einer Ausführungsform kann der Binder von dem Produktionswerkzeug auf eine glatte Walze übertragen werden. Der Binder zeigt eine größere Haftung an der glatten Walze als an dem Produktionswerkzeug. Der übertragene Binder kann dann von der glatten Walze mittels Abschälen, Vakuum, Wasserstrahl, Luftstrahl oder eine andere mechanische Einrichtung entfernt werden. In einer spezifischen Ausführungsform kann der Binder von dem Produktionswerkzeug auf eine Hauptoberfläche einer Trägerbahn übertragen werden. Der Binder zeigt eine größere Haftung an der Hauptoberfläche der Trägerbahn als an dem Produktionswerkzeug. Die Hauptoberfläche der Trägerbahn, auf welche der Träger übertragen wird, kann eine Schicht aus einem Material tragen, die in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel löslich ist. Der Binder kann leicht von der Trägerbahn entfernt werden, indem lediglich das Material, das die lösliche Schicht bildet, aufgelöst wird. Zusätzlich können mechanische Mittel, wie z. B. Abschälen, Vakuum oder Ultraschall dazu verwendet werden, den Binder zu entfernen. Ultraschallenergie kann direkt über eine Hauptoberfläche der Bahn oder seitlich zu einer Hauptoberfläche der Bahn aufgebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Hauptoberfläche der Bahn eine Grundierung bzw. einen Primer darauf aufweisen. Zu Beispielen von für die Trägerbahn geeigneten Primern zählen Ethylenacrylsäurekopolymer, Polyvinylidenchlorid, vernetztes Hexandioldiacrylat, Aziridinmaterialien und dergleichen. Der Binder haftet bevorzugt an der mit einem Primer versehenen Trägerbahn. Der Binder kann von der mit dem Primer versehenen Trägerbahn durch mechanische Mittel wie z. B. Abschälen, Vakuum oder Ultraschall entfernt werden.
Nach der Entfernung des Binders von dem Produktionswerkzeug, entweder durch direkte oder indirekte Mittel, wird er dann in Teilchen umgewandelt. In einem Umwandlungsmodus wird der Binder von dem Produktionswerkzeug in der Form von Teilchen abgelöst. Ein gegebenes Teilchen weist eine Form auf, die im wesentlichen die Form des Teils des Hohlraums des Produktionswerkzeuges aufweist, in welchem das Teilchen zumindest teilweise gehärtet wurde. Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Teilchen bereits die geeignete Gradierung oder die geeignete Teilchengrößenverteilung für eine anschließende Verwendung, z. B. die Einfügung in einen Schleifartikel aufweist. Bei der herkömmlichen Herstellungsart von Schleifteilchen, wie z. B. Agglomeraten, müssen die Schleifteilchen zuerst zerkleinert und dann gesiebt werden, um eine geeignete Teilchengrößenverteilung zu erhalten.
In einer zweiten Umwandlungsmodus wird der Binder von dem Produktionswerkzeug als ein Bogen- bzw. Bahnmaterial abgelöst, welches präzise geformtes Bindermaterial aufweist, das über eine dünne Schicht Bindermaterial miteinander verbunden ist. Der Binder wird dann entlang der dünnen Zwischenverbindungsteile gebrochen oder zerkleinert, um die Teilchen dieser Erfindung zu erzeugen.
In einer Variante kann das Produktionswerkzeug eine Trommel oder ein Band sein, das sich um eine Achse dreht. Wenn sich das Produktionswerkzeug um eine Achse dreht, kann der Prozeß kontinuierlich durchgeführt werden. Wenn das Produktionswerkzeug feststeht, wie in dem Prozeß nach dem Stand der Technik, wird der Prozeß chargenweise ausgeführt. Der kontinuierliche Prozeß dieser Erfindung ist üblicherweise effizienter und wirtschaftlicher als die Chargenprozesse nach dem Stand der Technik.
Schleifartikel, welche gemäß dem Prozeß dieser Erfindung hergestellte Schleifteilchen enthalten, können Artikel mit gebundenem Schleifkörper, beschichtete Schleifartikel oder Vliesschleifartikel sein. Für einen Schleifartikel mit gebundenem Schleifkörper werden die präzise geformten Schleifteilchen mittels eines Verbindungsmediums miteinander verbunden, um eine geformte Masse, z. B. eine Scheibe oder Schneidscheibe, zu erzeugen. Verbundene Schleifartikel werden typischerweise mittels eines Formungsprozesses hergestellt. Bei einem beschichteten Schleifartikel werden die präzise geformten Teilchen mittels eines Verbindungsmediums mit einem Träger verbunden. Bei einem Vliesschleifartikel werden die präzise geformten Schleifteilchen mittels eines Verbindungsmediums mit einem faseriges Vliessubstrat verbunden.
Zu Trägern, die für die Herstellung beschichteter Schleifartikel geeignet sind, zählen Polymerfilme, mit Primer versehene Polymerfilme, Stoff, Papier, vulkanisierte Faser, Polymerschaum, Vliese, behandelte Versionen davon und Kombinationen davon. Gemäß Fig. 4 und 5 weist der beschichtete Schleifartikel 100 zwei Beschichtungen zum Verbinden der Schleifteilchen mit dem Träger auf. Die allgemein als eine Herstellungs- bzw. Klebeschicht bezeichnete Beschichtung 102 wird über den Träger 104 aufgebracht und verbindet Schleifteilchen 106 mit der Trägerschicht 104. Die allgemein als Schleifschicht bezeichnete Beschichtung 108 wird über den Schleifteilchen 106 aufgebracht und verstärkt die Schleifteilchen 106. Es kann auch eine allgemein als eine Überschleifschicht bezeichnete dritte Beschichtung 110 vorhanden sein, die über der Schleifschicht 108 aufgebracht ist. Wie vorstehend erwähnt, weisen die Schleifteilchen 106 mehrere Schleifkörner 112 und einen Binder 114 auf. Die Schleifteilchen können auf den Träger mittels herkömmlicher Techniken, z. B. Fallbeschichtung oder elektrostatische Beschichtung, aufgebracht werden. Abhängig von dem Beschichtungsverfahren können die Schleifteilchen entweder in einer nicht zufälligen Art gemäß Fig. 4 oder in einer zufälligen Art gemäß Fig. 5 ausgerichtet sein.
Das Material für die Verbindung des Schleifmaterials mit einem Substrat oder miteinander, weist einen gehärteten Harzkleber und optionale Zusätze auf. Zu Beispielen von für diese Erfindung geeigneten Harzklebern zählen Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Epoxidharze, Acrylatharze, acrylierte Isocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Isocyanuratharze, acrylierte Urethanharze, Vinylether, acrylierte Epoxidharze und Kombinationen davon. Zu den optionalen Zusätzen zählen Füller (einschließlich Schleifhilfen, Fasern, Schmiermittel, Benetzungsmittel, Tenside, Pigmente, Farbstoffe, Haftvermittler, Plastifizierer und Suspensionsmittel. Zu Beispielen für Füller zählen Talk, Calciumcarbonat, Calciummetasilicat, Siliziumoxid und Kombinationen davon. Die Anteile dieser Materialien werden so gewählt, daß sie die gewünschten Eigenschaften ergeben.
Ein Vliesschleifartikel weist ein offenes, poröses, faseriges Vliessubstrat mit mehreren in das Substrat eingebundenen Schleifteilchen auf. Dieser Typ eines Vliesschleifartikels ist in dem U. S. Patent No. 2,958,593 beschrieben.
Die Schleifartikel können ferner herkömmliche Schleifagglomerate oder einzelne Schleifkörner oder beides aufweisen. Herkömmliche Schleifagglomerate werden ferner in den U. S. Patenten Nr. 4,311,489; 4,652,275; und 4,799,939 beschrieben. Einzelne Schleifkörner können auch so gewählt werden, daß sie eine präzise Form aufweisen. Zu Beispielen einzelner Schleifkörner zählen Kunstkorrund, keramisches Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Diamant, Zeriumoxid, kubisches Bornitrid, Granat und Kombinationen davon. Mindestens 10%, bevorzugt mindestens 50% und besonders bevorzugt mindestens 70% des Schleifmaterials sollten die präzise geformten Schleifteilchen dieser Erfindung sein. In einem beschichteten Schleifartikel können die einzelnen Schleifkörner über den präzise geformten Schleifteilchen angeordnet werden. Alternativ können die einzelnen Schleifkörner unterhalb der präzisen geformten Schleifteilchen angeordnet sein. Das einzelne Schleifkorn kann zwischen zwei präzise geformten Schleifteilchen angeordnet sein.
Bevorzugt sollten die präzise geformten Teilchen keine Abmessung größer als 2500 um aufweisen. Bevorzugt sollte die Größe der präzise geformten Teilchen einen Bereich von 0,1 bis 1500 um, und bevorzugter von 0,1 bis 500 um aufweisen. Wie vorstehend angegeben, entspricht die präzise Form Abschnitten der Oberfläche des Produktionswerkzeuges, z. B. den in der Oberfläche des Produktionswerkzeuges ausgebildeten Hohlräumen. Die Teilchen dieser Erfindung weisen eine präzise Form auf. Diese Präzision ist darauf zurückzuführen, daß die Bindervorstufen zumindest teilweise in den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges gehärtet werden. Es können jedoch kleinere Unvollkommenheiten bei den Teilchen vorliegen, die entstehen, wenn die Teilchen aus den Hohlräumen entfernt werden. Wenn die Bindervorstufe in den Hohlräumen nicht ausreichend gehärtet wird, fließt die Bindervorstufe und die sich ergebende Form stimmt nicht mit der Form der Hohlräume überein. Dieser Mangel an Übereinstimmung gibt dem Teilchen eine unpräzise und unregelmäßige Form. Diese präzise Form kann jede geometrische Form, wie z. B. ein Konus, dreieckiges Prisma, Zylinder, Pyramide, Kugel und ein Körper mit zwei gegenüberliegenden polygonalen Flächen sein, die von einer konstanten oder einer variierenden Distanz getrennt werden, d. h., ein polygonales Plättchen sein. Pyramiden weisen bevorzugt Basen mit drei oder vier Seiten auf. Der Schleifartikel kann eine Vielfalt von Schleifteilchen mit unterschiedlichen Formen aufweisen. Fig. 7 ist eine Rasterelektronenmikrophotographie, aufgenommen mit einer 300-fachen Vergrößerung eines Schleifteilchens in der Form eine Pyramide mit einer dreieckigen Basis.
Die Gewichtsprozente der Schleifkörner und des Binders in dem präzise geformten Teilchen hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. dem beabsichtigten Einsatz des Schleifartikels und der Teilchengröße und der Schleifkornverteilung. Typischerweise reicht der Gewichtsprozentsatz der Schleifkörner von etwa 5 bis 95% und der Gewichtsprozentsatz des Binders von etwa 95 bis 5%. Bevorzugt reicht der Gewichtsprozentsatz der Schleifkörner von etwa 20 bis 75% und der Prozentsatz des Binders von etwa 80 bis 25%.
Gemäß einem weiteren Aspekt enthalten die präzise geformten Teilchen keinerlei Schleifkörner. Diese präzise geformten Teilchen, die frei von Schleifkörnern sind, können in einem beschichteten Schleifartikel als Verdünnungsteilchen verwendet werden. Beispielsweise kann ein beschichteter Schleifartikel einen Träger aufweisen und auf den Träger sind Schleifkörner und präzise geformte Teilchen, die frei von Schleifkörnern sind, angeordnet. Alternativ kann der beschichtete Schleifartikel einen Träger, eine erste Schicht aus gehärtetem Harzkleber (Klebeschicht), die auf der Vorderseite des Trägers aufgebracht ist, Schleifkörner und präzise geformte Teilchen aufweisen, wobei die Körner und präzise geformten Teilchen an dem Träger mittels der Klebeschicht befestigt sind. Über den Schleifkörnern und präzise geformte Teilchen befindet sich eine zweite Schicht gehärtetem Harzklebers (Schleifschicht).
Die präzise geformten Schleifteilchen können beschichtet oder zufällig auf dem Träger angeordnet sein. Alternativ können die präzise geformten Schleifteilchen auf den Träger in einer spezifizierten Richtung ausgerichtet sein. In dem Falle von präzise geformten Teilchen mit der Form von Pyramiden, Konusformen und Prismen (z. B. dreieckig geformte Prismen) können die Teilchen so ausgerichtet sein, daß ihre Basen auf den Träger zu zeigen und ihre Spitzen von dem Träger weg zeigen, wie in Fig. 4, oder sie können so angeordnet sein, daß ihre Spitzen auf den Träger zu und ihre Basen von dem Träger weg zeigen, wie es vier von den Teilchen in Fig. 5 machen. Bezüglich Pyramiden und Konusformen ist die genannte Spitze die gemeinsame Spitze.
Der beschichtete Schleifartikel kann gemäß der nachstehenden Prozedur hergestellt werden. Ein Träger mit einer Vorder- und einer Rückseite wird bereitgestellt. Die Vorderseite des Trägers wird mit einem ersten härtbaren Verbindungsmedium, das einen Harzkleber aufweist, beschichtet; dann werden die präzise geformten Schleifteilchen und optional die einzelnen Schleifkörner in das erste härtbare Verbindungsmedium beschichtet oder eingebracht. Die präzise geformten Schleifteilchen und optionalen Schleifkörner können fallbeschichtet oder elektrostatisch beschichtet werden. Das erste härtbare Verbindungsmedium wird dann verfestigt oder gehärtet, um einen gehärteten Harzkleber zu erzeugen. Optional kann ein zweites härtbares Verbindungsmedium, das einen Harzkleber aufweist, über die präzise geformten Schleifteilchen aufgebracht und dann verfestigt oder gehärtet werden, um eine gehärtete Harzschicht zu erzeugen. Das zweite härtbare Verbindungsmedium kann vor oder anschließend an die Verfestigung oder Härtung des ersten härtbaren Verbindungsmediums aufgebracht werden.
Es liegt ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, eine Beschichtung auf der Außenoberfläche des präzise geformten Teilchens zu erzeugen. Die Beschichtung kann zusammenhängend oder nicht zusammenhängend sein. Zu Beispielen von für die Teilchen geeigneten Beschichtungen zählen Metallbeschichtungen, Metalloxidbeschichtungen, Karbidbeschichtungen, Nitridbeschichtungen, Boridbeschichtungen, Kohlenstoffbeschichtungen, Diamantbeschichtungen, diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen und dergleichen. Alternativ kann eine organische Beschichtung auf der Oberfläche des Teilchens vorhanden sein. Die organische Beschichtung kann auch Füller, Haftvermittler, Antistatikmittel, Schleifhilfen und dergleichen enthalten.
Die Auswahl und Menge der Beschichtung hängt von den gewünschten Eigenschaften des Teilchens ab. Beispielsweise ergeben einige Beschichtungen ein retroreflektives Teilchen. Alternativ verbessern einige Beschichtungen die Haftung des Teilchens an anderen Materialien oder an einem Substrat.
Die nachstehenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung weiter. Alle Teil- und Prozentangaben sowie Verhältnisse usw. in den Beispielen beziehen sich auf das Gewicht, soweit es nicht anderweitig angegeben wird.
Die nachstehenden Abkürzungen und Handelsbezeichnungen werden durchgängig durch die Beispiele verwendet.
TATHEIC ein Triacrylat aus Tris(hydroxyethyl)isocyanurat PH1 2,2-Dimethoxy-1-2-Diphenyl-1-Ethanon, im Handel erhältlich von Ciba Geigy Company unter der Handelsbezeichnung "IRGACURE 651"
PH2 2-Benzyl-2-N,N-Dimethylamino-1-(4-Morpolinophenyl)- 1-Butanon, im Handel erhältlich von Ciba Geigy unter der Handelsbezeichnung "IRGACURE 369"
WAO1 weißes Aluminiumoxid, 40 um Gradierungsverteilung
WAO2 weißes Aluminiumoxid, Gradierung P-100
TMPTA Trimethylolpropantriacrylat
MSCA 3-Methacryloxypropyl-Trimetoxysilan-Haftvermittler, im Handel erhältlich von Union Carbide Corp. unter der Handelsbezeichnung "A-174"
ASF amorphe Siliziumoxidteilchen mit einem mittleren Oberflächenbereich von etwa 50 m²/g, im Handel erhältlich von Degussa Corp. (Richfield Part, NJ) unter der Handelsbezeichnung "OX-50"
PH3 Neopenthylglykolpropoxylatdiacrylat, im Handel erhältlich von der Henkel Corp. (Ambler, PA), unter der Handelsbezeichnung "Photomer 4127"
HMPP 2-Hydroxy-2-Methyl-1-Phenyl-Propan-1-one, im Handel erhältlich von Ciba Geigy Company unter der Handelsbezeichnung "Darocur 1173"
IOA Isooctylacrylat, im Handel erhältlich von CPS Chemicals (West Memphis, AR)
UDO aliphatisches Urethandiacrylatoligomer, verdünnt mit 15% Tripropylenglykoldiacrylat, im Handel erhältlich von Radcure Specialties, Inc. (Louisville, KY), unter der Handelsbezeichnung "Ebecryl 4883"
ACU Acrylaturethan mit 25% Hexandioldiacrylat, im Handel erhältlich von Cargill, Inc. (Minneapolis, MN) unter der Handelsbezeichnung "15-1525"
APC hydrolisierte Form von 3-(Trimethoxysilyl)-Propylmethacrylat
Die Schleifteilchen wurden gemäß einer der nachstehend beschriebenen allgemeinen Prozeduren zur Herstellung von Schleifteilchen erzeugt. Mittels der Verfahren der Erfindung erzeugte Schleifteilchen wurden in einen beschichteten Schleifartikel gemäß der nachstehend beschriebenen allgemeinen Prozedur zur Herstellung eines beschichteten Schleifartikels eingebracht. Die Schleifartikel wurden gemäß einer der nachstehend beschriebenen Testprozeduren getestet.

Allgemeine Prozedur I zur Herstellung von Schleifteilchen

Ein TATHEIC (50 Teile), TMPTA (50 Teile), PH&sub1; (2 Teile), MSCA (0,5 Teile) und WAO1 (200 Teile) enthaltenes Gemisch mit einer mittleren Teilchengröße von 40 um wurde auf die Oberfläche eines Produktionswerkzeuges mit einem Muster aus darin ausgebildeten Hohlräumen aufgebracht, wobei die Hohlräume als umgedrehte Pyramiden charakterisiert werden können. Das Werkzeug wurde aus Nickel hergestellt, und lag im wesentlichen in der Form einer Platte vor. Eine ausreichende Menge des Gemisches wurde zum Füllen der Hohlräume des Produktionswerkzeuges verwendet. Die Pyramiden des Musters waren so angeordnet, daß deren Basen aneinander anstießen. Die Länge der Basis der Pyramide war etwa 530 um und die Höhe der Pyramide war etwa 530 um. Dieser Mustertyp ist in Fig. 1 von US-A-5 152 917 dargestellt. Anschließend wurde ein Polyesterfilm (Polyethylenterephthalat; 130 um dick) mittels einer Walze gegen das Produktionswerkzeug gedrückt, und das Gemisch benetzte die Vorderseite des Polyesterfilms. Die Vorderseite des Polyesterfilms wies eine Primerbeschichtung aus Ethylenacrylsäure mit einer Dicke von etwa 20 um auf. Dann wurde ultraviolettes Licht durch den Polyesterfilm hindurch und in das Gemisch gesendet, um die Polymerisation der Bindervorstufe zu initialisieren. Die Ultraviolett-Lichtquelle bestand aus zwei Aetek- Mitteldruckquecksilberlampen, die mit 300 Watt/Zoll betrieben wurden. Anschließend wurde der Polyesterfilm von dem Produktionswerkzeug getrennt. Die sich ergebenden Schleifteilchen, welche bevorzugt an dem Polyesterfilm anhafteten, wurden dann durch mechanische Einrichtungen von dem Polyesterfilm entfernt. Dann wurden die Schleifteilchen durch einen 850 um Sieb gesiebt, um die aneinanderhaftenden Schleifteilchen zu trennen und dadurch einzelne Schleifteilchen zu erzeugen.

Allgemeine Prozedur II zur Herstellung von Schleifteilchen

Die allgemeine Prozedur II war ähnlich wie die allgemeine Prozedur I mit den nachstehenden Ausnahmen.
Eine Bindervorstufe wurde durch Mischen einer aus 29,5 Teilen eines 50 : 50 : 1-Gemisches aus TMPTA : TATHEIC : PH2 und 0,5 Teilen APC mit 69 Teilen WAO1 und 1 Teil ASF bestehenden Zusammensetzung hergestellt. Ein Tropfen bzw. Teil der Bindervorstufe wurde auf das Produktionswerkzeug gegossen, welches dasselbe wie das in der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung von Schleifteilchen war. Die Trägerbahn wurde mit der Primerseite nach unten auf die Bindervorstufe und das Produktionswerkzeug plaziert. Eine Plastikklinge wurde auf die Rückseite der Trägerbahn aufgebracht, um die Bindervorstufe in die Hohlräume des Werkzeuges zu quetschen. Der Trägerbahn/Vorstufe/Produktionswerkzeug-Aufbau wurde dann mit der Polyesterseite nach oben auf eine Metallplatte mit einem Band aufgeklebt und wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,1 m/min bestrahlt. Die Strahlungsenergiequelle war eine "V"- Röhre mit 600 Watt (erhältlich von Fusion Systems) in hoher Einstellung. Eine Stickstoffspülung wurde angewendet.

Allgemeine Prozedur zur Herstellung beschichteter Schleifartikel für Vergleichsbeispiele

Beschichtete Schleifartikel wurden gemäß den Lehren von US-A-5 152 917 hergestellt. Ein Schleifkörner und eine Bindervorstufe aufweisendes Gemisch wurde auf ein Produktionswerkzeug beschichtet. Das Produktionswerkzeug hatte Hohlräume mit der Form umgedrehter Pyramiden. Die Pyramiden waren so angeordnet, daß ihre Basen aneinanderstießen. Die Länge der Pyramidenbasis war etwa 530 um, und die Höhe der Pyramide war etwa 530 um. Dieser Mustertyp ist in Fig. 1 von US-A-5 152 917 dargestellt. Das Gemisch wurde in einer Art zur Füllung der Hohlräume aufgebracht. Anschließend wurde ein Polyesterfilm (80 um dick) mittels einer Walze gegen das Produktionswerkzeug gedrückt, und das Gemisch benetzte die Vorderseite des Polyesterfilms. Die Vorderseite des Polyesterfilms wies eine Primerbeschichtung aus Ethylenacrylsäure auf. Dann wurde ultraviolettes Licht durch den Polyesterfilm hindurch und in das Gemisch übertragen, um die Polymerisation der Bindervorstufe zu initialisieren. Das Gemisch wurde in einen Schleif verbundstoff umgewandelt. Die Ultraviolettlichtquelle bestand aus zwei Aetek-Mitteldruckquecksilberlampen, die mit 300 Watt/Zoll betrieben würden. Anschließend wurde der Polyesterfilm/Schleifverbundstoff von dem Werkzeug getrennt, um einen Schleifartikel auszubilden. Dieser Prozeß war ein kontinuierlich Prozeß, der mit etwa 2,4 m/min ablief. Anschließend wurde der sich ergebende Schleifartikel mittels eines Doppelklebebandes auf vulkanisierte Fasern (etwa 0,8 mm Dicke) laminiert.

Allgemeine Prozedur zur Herstellung beschichteter Schleifartikel dieser Erfindung (Scheibe)

Die Schleifteilchen wurden in eine beschichtete Schleifscheibe mit einem aus vulkanisierter Faser bestehenden Träger eingebaut. Dieses Faserscheiben wurden einzeln hergestellt, und hatten einen Durchmesser von 17,8 cm mit einer Mittenöffnung mit einem Durchmesser von 2,2 cm. Die Klebeschicht war ein herkömmliches mit Calciumcarbonat gefülltes Phenolharz (48% Harz, 52% CaCO&sub3;). Die Schleifteilchen wurden elektrostatisch in die Klebeschicht beschichtet. Die Schleifschicht war ebenfalls ein herkömmliches mit Calciumcarbonat gefülltes Phenolharz (48% Harz, 52% CaCO&sub3;). Die Faserscheiben wurden vor dem Test gebogen. Das Gewicht der feuchten Klebeschicht war etwa 4 g/Scheibe und das Gewicht der feuchten Schleifschicht war etwa 7 g/Scheibe.

Allgemeine Prozedur zur Herstellung beschichteter Schleifartikel dieser Erfindung (Band)

Die Schleifteilchen wurden in ein beschichtetes Endlosschleifband mit einem verbindungslosen Träger gemäß den Lehren in USSN 07/919,541, eingereicht am 24. Juli 1992 beschichtet. Die Klebeschicht war ein herkömmliches mit Calciumcarbonat gefülltes Phenolharz (48% Harz, 52% CaCO&sub3;). Die Schleifteilchen wurden auf den Träger mit einem Beschichtungsgewicht von 80 Körnern pro 10 cm · 15 cm Probe fallbeschichtet. Die Schleifschicht war ebenfalls ein herkömmliche mit Calciumcarbonat gefülltes Phenolharz (48% Harz, 52% Ca- CO&sub3;). Die Bänder wurden vor dem Test gebogen.

Testprozedur I

Die beschichtete Schleifscheibe wurde zuerst auf einer abgeschrägter Aluminiumstützunterlage befestigt und dann zum Schleifen der Fläche eines 1018 Weichstahlwerkstückes von 1,25 cm · 18 cm verwendet. Die Scheibe wurde mit 5500 U/min angetrieben, wobei der über der abgeschrägten Kante der Stützunterlage liegende Bereich das Werkstück mit einer Belastung von 4,5 kg berührte. Jede Scheibe wurde zum Schleifen eines einzelnen Werkstückes in. Intervallen von 1 Minute für eine Gesamtschleifzeit von 5 Minuten verwendet. Die Menge des während jeder einzelnen Minute entfernten Metalls wurde aufgezeichnet.

Testprozedur II

Die Testprozedur II war dieselbe wie die Testprozedur I mit Ausnahme der nachstehenden Veränderungen. Die Last war 300 Gramm; der Test wurde beendet, wenn das Werkstück zu brennen begann, d. h., schwarz oder blau anlief; und das Schleifintervall war 30 Sekunden. Der Anfangsabtrag für die Testprozedur II war die nach 30 Sekunden Schleifen entfernte Materialmenge. Der Endabtrag für die Testprozedur II war die in den letzten 30 Sekunden entfernte Materialmenge. Der Gesamtabtrag ist die Summe des Abtrags während des gesamten Tests.

Testprozedur III

Der beschichtete Schleifartikel wurde in ein Endlosband von 7,6 cm · 335 cm umgewandelt und auf einem Oberflächenschleifer mit konstanter Belastung gemessen. Ein vorgewogenes Werkstück aus 4150 Weichstahl, etwa 2,5 cm · 5 cm · 18 cm wurde in einem Halter befestigt. Das Werkstück wurde vertikal angeordnet, wobei die Seite mit 2,5 cm · 18 cm einer gekerbten Gummikontaktscheibe mit etwa 36 cm Durchmesser (85 Shore A Durometer) mit aneinanerliegenden Zwischenstücken, über welche das beschichtete Schleifband gespannt war, gegenüberlag. Das Werkstück wurde vertikal über einen Weg von 18 cm mit einer Rate von 20 Zyklen/Minute hin- und hergeführt, während ein federbelasteter Stempel das Werkstück gegen das Band mit einer Belastung von etwa 6,8 kg drückte, während das Band mit etwa 2050 Metern pro Minute angetrieben wurde. Nach Verstreichen von einer Minute Schleifzeit wurde die Werkstückhalteranordnung entfernt und noch einmal gewogen, die Menge des entfernten Materials berechnet, indem das Gewicht nach dem Schleifen von dem ursprünglichen Gewicht subtrahiert wurde, und ein neues vorgewogenes Werkstück und ein Halter wurden in dem Gerät befestigt. Etwa zwei Bänder wurden getestet.

Beispiel 1

Die Teilchen für Beispiel 1 wurden auf der in Fig. 8 dargestellten Vorrichtung hergestellt. Die Vorrichtung 120 wies ein Produktionswerkzeug 122 in der Form einer Bahn auf, welche von einer ersten Abwickelstation 124 zugeführt wurde. Die Abwickelstation 124 lag in der Form einer Rolle bzw. Walze vor. Das Produktionswerkzeug 122 bestand aus Polymermaterial, das strahlungstransparent war. Das Produktionswerkzeug bestand aus einem Polymer mit einem Polyethylenhauptkette und daran angelagerten fluoraliphatischen Gruppen. Dieses Polymer ist ferner in WO-A-92/15626, veröffentlicht am 17. September 1990, beschrieben. Das Ethylenpolymer wurde mit dem Polyester verbunden und war durch ein Muster von Hohlräumen in der Form von Pyramiden mit quadratischen Basen und so angeordnet, daß die Basen aneinander anstießen, gekennzeichnet. Die Höhe der Pyramide war etwa 500 um und die Länge jeder Basisseite war etwa 900 um. Die Oberfläche des die Hohlräume enthaltenden Produktionswerkzeuges war ähnlich dem Segment des in Fig. 6 dargestellten Produktionswerkzeuges. Sobald das Produktionswerkzeug 122 die Abwickelstation 124 verließ, verließ eine Trägerbahn 126 eine zweite Abwickelstation 128. Die Trägerbahn 126 bestand aus einem mit Polyvinylalkohol beschichteten Papier, das im Handel von Schoeller Technical Papers, Inc. of Pulaski, New York; Lagernummer 89-84-4 erhältlich ist. Eine Bindervorstufe 130 wurde mittels einer Beschichtervorrichtung 132 in die Hohlräume des Produktionswerkzeuges 122 eingebracht. Die Bindervorstufe bestand aus ACU (65 Teile), PH&sub3; (35 Teile), HMPP (1 Teil). Der die Bindervorstufe enthaltende Abschnitt des Produktionswerkzeuges 134 wurde mit der Trägerbahn 126 mittels einer Andruckwalze 136 in Kontakt gebracht. Der die Bindervorstufe und die Trägerbahn 126 enthaltende Abschnitt des Produktionswerkzeuges 134 wurde gegen eine Walze bzw. einen Dorn 138 gedrückt. Der Dorn 138 drehte sich um eine Achse 140. Anschließend wurde Strahlungsenergie von einer Strahlungsquelle 141 in einer Härtungszone 142 durch das Produktionswerkzeug 122 hindurch und in die Bindervorstufe übertragen. Die Strahlungsenergiequelle war eine Ultraviolett- Mitteldruckquecksilberdampflampe, die bei 300 Watt/Zoll (120 Watt/cm) arbeitete. Nach der Aussetzung an die Energiequelle war die Bindervorstufe in einen verfestigten, handhabbaren Binder umgewandelt. Sowohl das den verfestigten, handhabbaren Binder enthaltende Produktionswerkzeug als auch die Trägerbahn wurden kontinuierlich durch die Härtungszone 142 mittels des Dorns 138 bewegt. Die Trägerbahn 126 wurde von dem den Binder enthaltenden Produktionswerkzeug in der Nähe einer Andruckwalze 143 getrennt. Die Trägerbahn 126 wurde auf eine Aufwickelstation 144 aufgewickelt.
Der Prozeß war kontinuierlich und arbeitete bei einer Bahngeschwindigkeit von 3,1 Meter/Minute. Nach der Härtung wurde das mit Polyvinylalkohol beschichtete Papier mit darauf befestigten Teilchen aus der Vorrichtung entfernt, und die freiliegenden Teilchen mit Aluminium mittels eines Kathodenlichtbogens beschichtet. Die Dicke der Beschichtung war 60 nm (600 Å). Die Polyvinylalkoholschicht wurde dann von dem Papierträger abgezogen, in. Wasser (100ºC) durch Rühren über 3 Minuten aufgelöst. Die Teilchen wurden dann mittels Vakuumfiltration gesammelt. Die beschichteten Teilchen besaßen die erforderliche spiegelnde Retroreflexion, die für Materialien mit niedrigem Index erforderlich ist, um einen größeren Winkelbereich zu erzeugen, und um als gute Retroreflektoren zu funktionieren.

Beispiel 2

Die Teilchen von Beispiel 2 wurden auf der in Fig. 9 dargestellten Vorrichtung hergestellt. Die Vorrichtung 160 wies ein Produktionswerkzeug 162 in der Form eines Endlosbandes auf, welches Über eine Folge von Walzen 164 verlief, wovon mindestens eine angetrieben war. Das Produktionswerkzeug 162 war aus demselben Material wie das Produktionswerkzeug in Beispiel 1 hergestellt, und war durch ein Muster von Pyramiden mit dreieckigen Basen, und so angeordnet, daß die Basen aneinander anstießen, gekennzeichnet. Die Höhe der Pyramide war etwa 75 um und die Länge jeder Seite der Basis war etwa 125 um. Eine Bindervorstufe 166 wurde mittels eines Rakelbeschichters 168 in die Hohlräume des Produktionswerkzeuges 162 eingebracht.
Die Bindervorstufe bestand aus UDO (67 Teile), IOA (28 Teile), MSCA (4 Teile) und HMPP (1 Teil). Die Bindervorstufe 166 wanderte dann durch eine Härtungszone 170, wo sie einer Strahlungsquelle 172 ausgesetzt wurde. Die Strahlungsquelle war eine Ultraviolett-Mitteldruckquecksilberdampflampe, die mit 300 Watt/Zoll (120 Watt/cm) betrieben würde. Der Prozeß war kontinuierlich und arbeitete bei einer Bahngeschwindigkeit von 0,6 Meter/Minute. Nach der Aussetzung an die Energiequelle 172 war die Bindervorstufe 166 in einen verfestigten, handhabbaren Binder umgewandelt. Die Teilchen des Binders 178 hafteten bevorzugt an einer glattflächigen Walze 174 an. Unmittelbar nach dem Verlassen der Härtungszone 170 wurden die Teilchen 178 von der glattflächigen Walze 174 mittels einer Abschäleinrichtung 176 entfernt und mittels eines (nicht dargestellten) Vakuums gesammelt. Die Teilchen 178 wurden dann in einer Trommel mittels des nachfolgenden Prozesses mit Silber dampfbeschichtet. Während die präzise geformten Teilchen (8,0 g) in einer Vakuumkammer geschleudert wurden, wurden sie mit Silberdampf von einem Sputter-Target sputterbeschichtet. Das runde Silber-Target (5 cm Durchmesser und 0,4, cm Dicke) war an einer Strahlenkanone Modell 200 US von US, Inc. (Campbell, CA) befestigt. Die Sputterkanone wur de für 105 Minuten in einem Gleichstrom-, Planarmagnetron- Modus bei einer angelegten Leistung von 0,1 kW betrieben, wobei sich ein Kathodenpotential in dem Bereich von 476 bis 502 Volt ergab. Der Druck des Argon-Sputtergases betrug etwa 6 mTorr und der Hintergrunddruck war 8 · 10&supmin;&sup6; Torr. Die sich ergebenden präzise geformten Teilchen waren silbern gefärbt, und wiesen einen spezifischen Pulvervolumenwiderstand von 0,3 Ohm-cm auf. Die beschichteten Teilchen besaßen eine hochspiegelnd reflektierende Beschichtung, was sie zur Anwendung in der Signalgebung und bei reflektiver Oberbekleidung geeignet machte.

Beispiele 3 bis 9

Die Teilchen im Beispiel 3 wurden gemäß der allgemeinen Prozedur I zur Erzeugung von Schleifteilchen mit der Ausnahme erzeugt, daß PH&sub2; anstelle von PH&sub1; verendet wurde. Die präzise geformten Teilchen in den Beispielen 3 bis 9 wurden von der Trägerbahn mittels Ultraschallenergie entfernt. Insbesondere wurde die Rückseite der Trägerbahn unter Zugspannung quer zu der Vorderkante eines Ultraschallhorns, das sich auf nur einer Kante verjüngte, gezogen. Das Horn wurde mit einer Oszillationsfrequenz von 19100 Hz bei einer Amplitude von etwa 130 um betrieben. Das Horn bestand aus 6-4 Titan und wurde mit einer 900 Watt 184 V Branson-Energiequelle betrieben, die mit einem 2 : 1 Nachverstärker 802 Piezo-Umwandler verbunden war.
Die nachstehende Tabelle erläutert den Aufbau der Trägerbahn von jedem der Beispiele 3 bis 9. Die Teilchen in den Beispielen 4 bis 9 wurden gemäß der allgemeinen Prozedur II zur Herstellung von Schleifteilchen hergestellt. Tabelle 1
¹PET bedeutet Polyethylenterephthalat
²EAA bedeutet Ethylenacrylsäure; PVA bedeutet Polyvinylalkohol; PVDC bedeutet Polyvinylidenchlorid; HDDA bedeutet Hexandioldiacrylat;
³der Primer bestand aus einer Unterschicht aus EAA (20 um) und einer Oberschicht aus PVA (13 um).
Die Tabelle 2 beschreibt die Bewertung der Entfernung von der Trägerbahn. Zwei Prozedurausführungsbeispiele wurden getestet: (1) direktes Führen des Films über das Ultraschallhorn und (2) Erwärmen der Trägerbahn und der Verbundstoffe bei 115ºC für 10 Minuten bevor der Film über das Ultraschallhorn geführt wurde. Tabelle 2

Beispiele 10 bis 13

Die Beispiele 10 bis 13 demonstrieren die Verwendung von wasserlöslichen Primern für das Entfernen der Teilchen von der Trägerbahn.

Beispiel 10

Die Teilchen von Beispiel 10 wurden gemäß der allgemeinen Prozedur II mit der Ausnahme hergestellt, daß das Produktionswerkzeug ein transparentes Silikonwerkzeug mit derselben Topographie wie das Nickelproduktionswerkzeug war. Die Bindervorstufe wurde durch das transparente Werkzeug hindurch mittels einer 600 Watt "V"-Lampe (Fusions Systems) in der Einstellung "hoch" mit einer Rate von 3,1 Meter/Minute gehärtet. Die Trägerbahn war ein Ablösepapier mit einer 13 um dicken Beschichtung aus Polyvinylalkohol, erhältlich von Schoeller Technical Papers, Inc. Nach der Härtung der Bindervorstufe wurde der Sandwichaufbau abgeschält. Die Trägerbahn mit den daran anhafteten verfestigten Teilchen wurde unter Leitungswasser gelegt, die Teilchen von dem Träger abgelöst und die einzelnen Teilchen durch mechanische Verarbeitung zurückgewonnen.

Beispiel 11

Die Teilchen von Beispiel 11 wurden gemäß der allgemeinen Prozedur II zur Herstellung von Schleifteilchen hergestellt. Eine beschichtete Ablöseschicht gemäß Beschreibung in Beispiel 10 wurde auf einen nicht mit einem Primer vorbehandelten 100 um Polyethylenterephthalatfilm mittels eines beheizten Walzenpaares in einer Weise aufgebracht, daß die Polyvinylalkoholbeschichtung von dem Ablösepapier auf den Film übertragen wurde. Der mit einem Primer versehene Film wurde als die Trägerbahn verwendet. Nach der Härtung der Bindervorstufe wurde der Sandwichaufbau abgeschält. Die Trägerbahn mit den daran anhaftenden verfestigten Teilchen wurde unter Leitungswasser gelegt, die Teilchen von dem Träger abgelöst und die einzelnen Teilchen durch mechanische Verarbeitung zurückgewonnen worden.

Beispiel 12

Das Beispiel 11 wurde wiederholt mit der einzigen Ausnahme, daß der nicht mit einem Primer versehene Polyethylenterephthalatfilm 130 um dick war, und eine Primerbeschichtung aus Polyvinyliden aufwies.

Beispiel 13

Das Beispiel 12 wurde wiederholt mit der einzigen Ausnahme, daß der Polyethylenterephthalatfilm mit einem Primer (13 um) aus Ethylenacrylsäure versehen wurde.

Beispiel 14 und Vergleichsbeispiele A und B

Die Schleifteilchen von Beispiel 14 wurden gemäß der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung von Schleifteilchen hergestellt. Der beschichtete Schleifartikel von Beispiel 14 wurde gemäß der allgemeinen Prozedur zur Herstellung beschichteter Schleifartikel dieser Erfindung (Scheibe) hergestellt.
Das Vergleichsbeispiel A verwendete einen herkömmlichen Läppfilm (40 um, 3M 286L Imperial Microfinishing Film, im Handel erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Com pany, St. Paul, MN). Dieser beschichtete Schleifartikel war auf einem vulkanisierten Faserträger (0,8 um dick) laminiert.
Das Vergleichsbeispiel B verwendete einen herkömmlichen dreidimensionalen beschichteten Schleifartikel (P400 Multicut XF Schleifleinen, im Handel erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN). Dieses Produkt enthielt herkömmliche Schleifagglomerate, hergestellt nach den Lehren des U. S. Patentes Nr. 4,652,275. Dieser beschichtete Schleifartikel war auf einem vulkanisierten Faserträger (0,8 um dick) laminiert.
Der Artikel von Beispiel 14 wurde gemäß Testprozedur I getestet und die Testergebnisse sind in Tabelle 3 beschrieben. Die Artikel vom Beispiel 3 und die Vergleichsbeispiele A und B wurden gemäß Testprozedur II getestet, und die Testergebnisse sind in Tabelle 4 beschrieben.

Tabelle 3

Zeit (Minuten) Menge des entfernten Metalls

1 7
2 6
3 6
4 5
5 5 Tabelle 4

Beispiel 15 und Vergleichsbeispiel C und D

Der Schleifartikel vom Beispiel 15 wurde in derselben Weise hergestellt, wie der Schleifartikel vom Beispiel 14 hergestellt wurde, mit der Ausnahme der nachstehenden Änderungen. Das Schleifkorn war WAO2. Zusätzlich betrug die Länge der Basis der Pyramide und die Höhe der Pyramide etwa 710 um.
Der Schleifartikel des Vergleichsbeispiels C war eine Faserscheibe "P100 Regal Resin Bond", im Handel erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN. Dieses Produkt enthält herkömmliche einzelne keramische Aluminiumoxidschleifkörner ("Cubitron", erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company), verbunden mit einer vulkanisierten Faserträgerschicht.
Der Schleifartikel des Vergleichsbeispiels D wurde gemäß der allgemeinen Prozedur zur Herstellung beschichteter Schleifartikel für Vergleichsbeispiele hergestellt. Das Gemisch für die Herstellung der Schleifteilchen für das Vergleichsbeispiel D wurde durch Zusammenmischen von TATHEIC (50 Teile), TMPTA (50 Teile), PH1 (2 Teile) und WAO2 (200 Teile) hergestellt.
Die Schleifartikel von Beispiel 15 und den Vergleichsbeispielen C und D wurden gemäß Testprozedur II getestet. Der Test wurde beendet, wenn das Werkstück verbrannt war. Die Testergebnisse sind in Tabelle 5 beschreiben. Tabelle 5
Der beschichtete Schleifartikel vom Beispiel 15 zeigte bessere Ergebnisse, als der beschichtete Schleifartikel des Vergleichsbeispiels B und funktionierte fast genauso gut, wie der beschichtete Schleifartikel des Vergleichsbeispiels C.

Beispiel 16 und Vergleichsbeispiele E und F

Der Schleifartikel von Beispiel 16 wurde in derselben Weise hergestellt wie der Schleifartikel vom Beispiel 14 mit der Ausnahme der nachstehenden Änderungen. Der verwendete Photoinitiator war PH2, und die Länge der Basis der Pyramide und die Höhe der Pyramide war etwa 710 um. Zusätzlich wurde ein endloses beschichtetes Schleifband gemäß der allgemeinen Prozedur zur Herstellung beschichteter Schleifartikel dieser Erfindung (Band) hergestellt.
Der Schleifartikel des Vergleichsbeispiels E war ein Band "P400 Regal Multicut Resin Bond, 3M 359F", im Handel erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN. Dieses Produkt enthielt herkömmliche keramische Aluminiumoxidkornagglomerate ("Cubitron").
Die Schleifartikel von Beispiel 16 und das Vergleichsbeispiel E wurden gemäß der Testprozedur III getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 6 beschrieben. Tabelle 6

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines präzise geformten Teilchens mit den Schritten:

(a) Bereitstellen eines Produktionswerkzeuges mit einem dreidimensionalem Körper, welcher mindestens eine zusammenhängende Oberfläche, mindestens eine Öffnung, die in der zusammenhängenden Oberfläche ausgebildet ist, und mindesten einen Hohlraum aufweist; wobei die mindestens eine Öffnung einen Zugang zu dem mindestens einem Hohlraum in dem dreidimensionalen Körper bereitstellt;

(b) Bereitstellen einer Abgabeeinrichtung, welche eine Bindervorstufe, die ein durch freie Radikale polymerisierbares Harz aufweist, in den mindestens einen Hohlraum durch die mindestens eine Öffnung einbringen kann;

(c) Bereitstellen einer Strahlungs-Härtungseinrichtung innerhalb einer Härtungszone, um die Bindervorstufe zumindest teilweise durch Strahlungsenergie zu härten;

(d) Einbringen der Bindervorstufe mindestens in einen Teil des mindestens einen Hohlraums;

(e) kontinuierliches Bewegen des mindestens einen Hohlraums durch die Härtungszone, um die Bindervorstufe mindestens teilweise durch Strahlung zu härten, um eine verfestigten handhabbaren Binder mit einer Form zu erzeugen, die dem Teil des Hohlraums entspricht, in welchen die Bindervorstufe eingebracht worden war; und

(f) Entfernen des Binders aus dem mindestens einem Hohlraum.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bindervorstufe ferner Schleifkörner aufweist.

3. Verfahren nach 1 oder 2, wobei das durch freie Radikale polymerisierbare Harz aus der aus Phenolharzen, Aminoplastharzen, acrylierten Polyesterharzen, Urethanharzen, Epoxidharzen, Acrylatharzen, acrylierten Isocyanuratharzen, Harnstoff-Formaldehydharzen, Isocyanuratharzen, acrylierten Urethanharzen, acrylierten Epoxidharzen und Gemischen davon bestehenden Gruppen ausgewählt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt der Einbringung der Bindervorstufe die vollständige Füllung des mindestens einem Hohlraums mit der Bindervorstufe umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bindervorstufe ferner mindestens einen Zusatz aufweist, der von der aus Füllern, Schleifhilfen, Fasern, Schmiermitteln, Benetzungsmitteln, Tensiden, Wasser, Lösungsmitteln, Pigmenten, Farbstoffen, Kupplungsmitteln, Antistatikmitteln, Weichmachern und Suspensionsmitteln und Kombinationen davon bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Produktionswerkzeug ein Zylinder ist, der sich um eine Achse dreht.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Hohlraum eine spezifizierte Form aufweist, die von der aus Pyramiden, Pyramidenstümpfen, Konusformen, Konusstümpfen und Prismen bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Strahlungsenergie durch das Produktionswerkzeug hindurch übertragen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Strahlungsenergie von der aus Elektronenstrahl, Ultraviolettlicht und sichtbarem Licht bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach dem Entfernen des Binders aus dem mindestens einen Hohlraum der Binder in der Form einer Lage bzw. Platte mit präzise geformten Bindermaterial vorliegt, das durch eine dünne Schicht aus Bindermaterial untereinander verbunden ist; wobei das Verfahren ferner den Schritt der Umwandlung der Platte aus Bindermaterial in einzelne präzise geformte Teilchen aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die Bindervorstufe nicht wesentlich über die Öffnungen der Hohlräume in dem Produktionswerkzeug hinaus erstreckt.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schritte (a), (b), (c), (d), (e) und (f) kontinuierlich durchgeführt werden.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Produktionswerkzeug ein flexibles thermoplastisches Substrat ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das flexible Substrat ein Endlosband ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das flexible Substrat ein Bahn mit zwei Enden ist.

16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bindervorstufe ferner einen Photoinitiator aufweist. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ferner mit den Schritte:

Verbinden der Teilchen (106) untereinander mittels eines Verbindungsmediums, um eine geformte Masse auszu bilden, oder mittels eines Verbindungsmediums in ein poröses, vliesartiges Fasersubstrat.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ferner mit den Schritten:

(a) Bereitstellen eines Trägers (104);

(b) Bereitstellen einer Schicht mit mehreren präzise geformten Teilchen (106), die einen Binder (114) aufweisen, der aus einer durch freie Radikale polymerisierbaren Bindervorstufe nach Aussetzung an Strahlungsenergie erzeugt wird, wobei die präzise geformten Teilchen (106) Scheitel aufweisen, und mindesten ein Teil der Teilchen (106) so ausgerichtet ist, daß die Scheitel auf den Träger (109) zu zeigen; und

(c) Bereitstellen eines Verbindungsmittels, welches zum Befestigen der präzise geformten Teilchen (106) an dem Träger (104) dient.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die präzise geformten Teilchen (106) Formen aufweisen, die von der aus Pyramiden, Konusformen, Prismen, Kugeln und Ellipsoiden bestehenden Gruppe ausgewählt werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Schleifteilchen keine Abmessung größer als 2500 um aufweisen.