KR100372592B1

KR100372592B1 - 코팅된연마용물품,이의제조방법및사용방법

Info

Publication number: KR100372592B1
Application number: KR1019970701937A
Authority: KR
Inventors: 제이. 크리스티안슨 토드
Original assignee: 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 2003-05-16
Also published as: JPH10506579A; WO1996010471A1; MX9702267A; BR9509116A; US6217413B1; AU3139495A; ZA957039B; EP0783394A1; CA2201156A1; AU687598B2; DE69530780T2; EP0783394B1; ATE240188T1; DE69530780D1; US5975988A

Abstract

본 발명은,

(a) 제 1 주표면을 가진 백킹; 및

(b) 상기 제 1 주표면상에 코팅된 연마층을 포함하는 코팅된 용마용 제품으로서, 상기 연마층은 제 1 주표면에 접착된 접촉면, 이의 대향면과 접촉면으로부터 대향면까지의 두께를 갖고, (i) 유기 결합 시스템, 및 (ii) (1) 유기 결합제 및 다수개의 연마 입자를 포함하고, (2) 거의 균일한 크기 및 모양을 가진 상기 결합 시스템에 접착된 다수개의 연마 응집체를 포함하며, 두께의 중심지점에서 두께에 수직인 연마층의 단면은 연마 응집체의 총 단면적을 가지는데, 이 단면적은 상기 중심지점과 접촉면사이 거리의 75% 에 해당하는 두께를 따른 일지점에서와 거의 동일한 코팅된 연마용 제품; 이 코팅된 연마용 제품의 제조방법; 및 코팅된 연마용 제품을 사용하여 단단한 가공물을 연마하는 방법에 관한 것으로서, 상기 코팅된 연마용 제품은 크누프 경도가 70 이상인 결합 시스템을 포함하고, 또한 절두된 4면의 피라미드형을 가진 연마 응집체를 포함한다.

Description

코팅된 연마용 제품, 이의 제조 방법 및 사용 방법{COATED ABRASIVE ARTICLE, METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND METHOD OF USING}

연마 입자를 포함하는 연마용 물품은 다양한 용도에서 각종 재료(가공물로서 통칭됨)를 연마하고/하거나 마무리하는 데 사용된다. 이러한 용도는 금속 제련시 고압하에 다량의 원료를 제거하는 용도에서부터 안경 렌즈를 연마하는 용도에 이른다.

그레인 및/또는 응집물을 포함할 수 있는 연마 입자는, 연마제 산업에서 이들을 사용할 수 있게 해주는 다양한 특성을 가지고 있다. 구체적 유형의 연마 입자의 선택은 통상적으로 입자의 물리적 특성, 연마할 가공물, 달성하고자 하는 표면 특성, 연마 입자의 성능, 및 특이적 용도에 맞게 구체적 연마 입자를 선택하는 경제성에 의해 결정된다.

산화알루미늄 또는 알루미나는 코팅된 연마제(예, 샌드페이퍼)의 제조시 가장 널리 사용되는 연마 입자 중 하나이다. 알루미나는 다수의 용도, 예를 들면 페인트 샌딩, 금속 연마 및 플라스틱 광택 작업에 사용된다. 역시 많이 사용되는 연마제인 탄화규소는 통상적으로 알루미나보다 날카로운 광물로 공지되어 있으므로, 목재 가공, 페인트 및 유리 연마 용도에 주로 사용된다. "초연마제"로 통칭되는 다이아몬드 및 질화붕소 입방체(이하 "CBN"으로 칭함)는 경화된 강철, 세라믹, 주조 철 및 돌과 같은 매우 단단한 가공물의 연마에 특히 바람직하다. 다이아몬드는 통상적으로 비(非)철 물질에 바람직한 초연마제인 한편, CBN은 통상적으로 경화된 강철과 같은 철 함유 물질에 바람직한 초연마제이다. 그러나, 다이아몬드 및 CBN과 같은 초연마제는 종래의 연마 입자, 즉 산화알루미늄, 탄화규소보다 가격이 1000 배 이상 높을 수 있다. 따라서, 초연마제를 완전히 이용하는 것이 바람직하다.

상기 주지한 바와 같이, 연마 입자는 단일 그레인 또는 응집체 형태일 수 있다. 연마 응집체는 다수개의 연마 그레인들이 결합제에 서로 결합되어 구성된 복합 입자들이다. 이들 응집체는 연마 중에 통상적으로 이미 사용된 단일 연마 그레인들을 부식시키거나 분해시켜 배출시킴으로써, 새로운 연마 그레인을 노출시킨다. 응집체는 코팅된 연마재, 부직 연마재, 및 연마용 휠과 같은 연마용 물품에 사용될 수 있고, 연마 입자의 긴 유효 수명 및 효율적인 이용을 가능하게 해준다.

미국 특허 제2,001,911호에는 가요성 백킹, 및 가요성의 탄성 중간 물질층에 의해 백킹에 접착되는 결합된 연마 물질의 작은 부분들을 다수 가진 연마용 물품이 개시되어 있다. 결합된 연마 물질은, 백킹에 부착되어 있으면서 좁은 균열부에 의해 양측이 서로 분리되어 있는 다수개의 연마 블록으로 구성되어 있다.

미국 특허 제2,194,472호에는 가요성일 수 있는 백킹, 및 다공성이고 평평하지 않은 각진 연마 응집체 코팅(이것은 결합 시스템에 의해 함께 결합된 다수개의 단일 연마 그레인을 포함함)을 포함하는 연마용 제품이 개시되어 있다. 연마용 물품의 제조시에는, 적당히 균일한 크기의 응집체 입자를 제공하도록 응집체의 선별 작업이 수반될 수 있다.

미국 특허 제3,986,847호에는 연마 상 및 유리질 결합체를 포함하는 연마부를 가진 연마용 휠과 같은 연마용 물품이 개시되어 있다. 연마 상은 CBN을 단독으로, 또는 열 팽창 계수가 CBN과 실질적으로 동일한 제2 연마 그레인과 함께 포함한다. 유리 결합체는 열 팽창 계수가 CBN과 실질적으로 동일한 유리질 결합제이다.

미국 특허 제4,256,467호에는 가요성의 비전기 전도성 메쉬 물질 및 전기 침착된 금속층을 포함하는 가요성의 연마용 물품이 개시되어 있는데, 상기 금속 층은 그 안에 다이아몬드 연마 물질이 매립되어 있으며 메쉬 물질에 직접 접착되어 관통하여 메쉬 물질이 금속 층에 매립된 상태로 존재한다.

미국 특허 제4,393,021호에는 개별 그릿을 결합 매질 및 충전제와 혼합하여 반죽 덩어리를 형성하는 입상 그릿 입자의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 반죽 덩어리를 압출시키고 가열하여 경화시킨 후, 경화된 물품은 입상 그릿 입자들로 분해시킬 수 있는데, 이들 각각의 입자들은 수개의 개별 그릿을 포함한다.

미국 특허 제4,799,939호에는 중공체(hollow bodies) 및 결합제를 포함하는 부식성 매트릭스 중에 배치된 개별 연마 그레인을 포함하는 부식성 응집체를 포함하는 연마용 물품이 개시되어 있다. 개별 연마 그레인으로는 산화알루미늄,탄화물(예, 탄화 규소), 질화물(예, CBN), 다이아몬드 및 부싯돌이 있다. 결합제로는 합성 유기 결합제가 바람직하나, 천연 유기 결합제 및 무기 결합제도 또한 사용할 수 있다. 응집체는 통상적으로 모양이 불규칙하나, 구형, 회전 타원형, 타원형, 펠릿형, 봉형, 또는 다른 통상의 형태로 성형할 수 있다.

미국 특허 제4,871,376호에는 기재 백킹; 연마 물질; 및 수지 접착제, 무기 충전제 및 결합제를 포함하는 결합계를 포함하는 코팅된 연마용 물품이 개시되어 있다. 결합제는 실란, 티탄산염 및 지르콘알루미네이트 결합제로 구성된 군 중에서 선택할 수 있다.

미국 특허 제5,039,311호에는 제1 결합제에 의해 함께 결합되어 부식성의 기본 응집체를 형성하는 다수개의 제1 연마 그레인들을 포함하는, 부식성 연마 과립을 포함하는 연마용 물품이 개시되어 있다. 상기 기본 응집체는 제2 결합제에 의해 기본 응집체의 주변에 결합된 제2 연마 그레인에 의해 적어도 부분적으로 코팅된다. 제1 및 제2 결합제는 동일하거나 또는 다를 수 있고, 유기 또는 무기일 수 있으며, 충전제, 연마 보조제, 가소제, 습윤제, 및 결합제와 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 연마 그레인은 동일하거나 또는 다를 수 있으며, 그 예로는 산화알루미늄, 탄화규소, 다이아몬드, 부싯돌, CBN, 질화규소 및 이들의 조합물이 있다. 기본 응집체는 통상적으로 모양이 불규칙하나, 구형, 회전 타원형, 타원형, 펠릿형, 봉형, 또는 다른 통상의 형태로 성형될 수 있다.

미국 특허 제5,152,917호에는 하나 이상의 주표면을 가진 백킹, 및 하나 이상의 주표면 상에 존재하는 연마 복합체를 포함하는 코팅된 연마용 물품이 개시되어 있다. 연마 복합체는 결합제 중에 분산되어 있는 다수개의 연마 그레인을 포함하고, 그 형태는 소정의 형태, 예를 들면 피라미드형일 수 있으며, 상기 결합제는 또한 백킹에 연마 복합체를 결합시키는 데에도 사용될 수 있다.

미국 특허 제5,210,916호에는 특정 형태의 구멍을 갖춘 금형 내에 보에마이트 졸을 주입하고, 충분량의 액체를 상기 졸에서 제거하여 연마 입자의 전구체를 형성시키고, 전구체를 금형으로부터 꺼내고, 꺼낸 전구체를 하소시킨 후, 하소된 전구체를 소결시켜 연마 입자를 형성시키는 방식으로 제조한 연마 입자가 개시되어 있다. 금형의 구멍은 정해진 3차원 형태를 가지며, 삼각형, 원형, 장방형, 사각형, 또는 역 피라미드형, 절두 피라미드형, 절두 구형, 절두 타원형, 원뿔형 및 절두 원추형일 수 있다.

미국 특허 제5,314,513호에는 가요성 기재; 메이크 코트 및 임의로 1종 이상의 추가 코트에 의해 기재의 앞면에 결합된 하나 이상의 연마 그레인층을 가진 연마용 물품이 개시되어 있는데, 상기 하나 이상의 코트는 말레이미드 결합제를 포함한다.

미국 특허 제5,318,604호에는 연마 부재가 결합제 매트릭스 중에 분산되어 포함된 연마용 물품이 개시되어 있다. 연마 부재는 개별 입자의 연마 물질을 포함하며, 이들 물질은 실질적으로 모두 금속 결합제 내에 부분적으로 매립되어 있다.

독일 특허 제OS 2941298-A1호(1981.4.23)에는, 울퉁불퉁하고 불규칙한 표면을 가진 연마 집성체를 포함하는 코팅된 연마용 물품이 교시되어 있는데, 이는 연마용 무기 그레인을 유리 프릿 및 결합제와 강하게 혼합하고, 이 혼합물을 가공하고, 압착하여, 건조시킨 후, 이들 물질을 소결시킨 뒤, 분쇄시켜 집성체를 제조하는 방식을 통해 제조한다.

미국 특허 제 08/085,638호에는 유기계 결합제를 포함하는 정교한 형태의 입자 및 그러한 입자를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 유기계 결합제는 그 안에 다수개의 연마 그릿이 분산되어 있을 수도 있다.

연마용 물품은 통상적으로 이들의 물리적 특성 및 연마용 물품의 유효 수명을 연장시키고 연마도를 최대화하고자 하는 요건을 바탕으로 하여 선택되긴 하나, 연마제 산업 분야에서, 예를 들어 미국 특허 제4,833,834호에 개시된 캠축 벨트 그라인더에서 단단한 물질(예, 캠축 및 크랭크 축)을 연마할 수 있는 긴 수명의 연마물품이 요구되면서, 한편으로는 정교하게 연마된 가공물을 제공하도록 디자인 허용오차도 만족할 수 있기를 원하는 경우에는 특별한 고려 사항이 발생하기도 한다.

본 발명은 매우 단단한 가공물, 예를 들면 경화된 강철, 주조 철, 세라믹, 및 석조 가공물을 연마하기에 적합한 연마층을 가진 코팅된 연마용 제품, 및 이러한 코팅된 연마용 물품의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 연마용 물품을 사용하여 단단한 가공물을 연마하는 방법에 관한 것이기도 하다.

도 1은 절두된 4면 피라미드형의 연마용 응집체를 가진 본 발명의 코팅된 연마용 물품의 단면을 확대한 측면도이다.

도 2는 입방형 응집체 및 섬유 보강 백킹을 가진 본 발명의 코팅된 연마용 물품의 또다른 구체예의 단면을 확대한 측면도이다.

[발명의 구성 및 작용]

도 1에서, 본 발명의 코팅된 연마용 물품(10)은 백킹(11)의 제1 주표면(18)상에 존재하는 메이크 코트(12)를 가진 백킹(11)을 포함한다. 다수개의 연마 응집체(13)는 메이크 코트에 접착된다. 메이크 코트는 연마 응집체를 백킹에 접착시키는 작용을 한다. 연마 응집체는 다수개의 연마 그레인(14) 및 금속 산화물 무기 결합제(15)를 포함한다. 이러한 구체예에서, 연마 응집체는 절두된 4면의 피라미드형을 갖는다. 연마 응집체 상에는 사이즈 코트(16)가 존재한다. 사이즈 코트의 하나의 목적은 백킹에 대한 연마 응집체의 접착을 강화시키기 위한 것이다. 이 구체예에서 메이크 코트, 사이즈 코트 및 연마 응집체는 연마층(17)을 형성한다.

도 2에서, 본 발명의 코팅된 연마용 물품(20)은 입방형 응집체(23)를 백킹의 제1 주표면(28) 상에 결합시키는 메이크 코트(22)를 가진 백킹(21)을 포함한다. 이 구체예에서, 백킹은 보강 섬유(29)를 포함하므로 신장성이 낮다. 연마 응집체는 다수개의 연마 그레인(24) 및 금속 산화물 무기 결합제(25)를 포함한다. 연마 응집체 위에는 사이즈 코트(26)가 존재한다. 이 구체예에서 메이트 코트, 사이즈 코트, 및 연마 응집체는 연마층(27)을 형성한다.

전술한 구체예의 각 부재는 이하에서 개별적으로 설명할 것이다.

백킹

본 발명의 연마용 물품에 사용된 백킹은 2개 이상의 주표면을 갖는다. 연마층이 코팅된 표면을 제1 표면으로 칭할 수 있다. 통상의 백킹예로는 중합체 필름, 초벌 처리된 중합체 필름, 그레이그(greige) 천, 천, 종이, 가황처리 섬유, 부직물, 및 이들의 처리된 변형물 및/또는 이들의 조합물이 있다.

백킹은 임의의 첨가제, 예를 들어 충전제, 섬유, 대전방지제, 윤활제, 습윤제, 계면활성제, 안료, 염료, 결합제, 가소화제 및 현탁제를 더 포함할 수도 있다. 이들 임의 물질의 양은 원하는 특성에 따라 달라진다. 통상적으로, 백킹은 연마 과정 동안의 처리 및 사용 조건을 견디기에 충분한 강도 및 내열성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 연마용 물품을 습한 조건 또는 윤활 조건에서 사용하고자 하는 경우에는, 열경화성 수지, 예를 들면 고무에 의해 임의로 변성될 수도 있는 페놀 수지, 플루오렌 화합물에 의해 임의로 변성될 수도 있는 에폭시 수지 및/또는 비스말레이미드 수지로 백킹을 처리하여 백킹을 제조함으로써 백킹이 충분한 내수성 및/또는 내유성을 갖도록 하는 것이 바람직하며, 이로써 상기 백킹은 연마 동안 열화되지 않는다.

본 발명의 바람직한 백킹은 천 백킹이다. 천은 통상적으로 날실 방향, 즉 종방향의 사(絲), 및 씨실 방향, 즉 횡방향의 사로 구성된다. 천 백킹은 직조된 직물 백킹, 편물 백킹, 스티치 결합된 직물 백킹, 또는 씨실 삽입형 직물 백킹일 수 있다. 직물 구조의 예로는 씨실 1땀당 날실 4땀으로 구성된 수자직, 3:1의 능직(twill), 1:1의 평직, 및 및 2:2의 능직(drill)이 있다. 스티치 결합된 직물 또는 씨실 삽입형 백킹에서, 날실 및 씨실은 상호 직조되지 않고, 서로 2개의 별개의 방향으로 배향된다. 날실이 씨실의 위에 놓여지며 스티치사 또는 접착제에 의해 서로 고정된다.

천 백킹 중의 사는 천연, 합성 또는 이들의 조합물일 수 있다. 천연사의 예로는 셀룰로즈 물질, 예를 들면 면, 삼, 케이폭, 아마, 사이잘초, 황마, 탄소, 마닐라 및 이들의 조합물이 있다. 합성사의 예로는 폴리에스테르사, 폴리프로필렌사, 유리사, 폴리비닐 알콜사, 폴리아라미드사, 폴리이미드사, 방향족 폴리아미드사, 레이온사, 나일론사, 폴리에틸렌사, 및 이들의 조합물이 있다. 본 발명의 바람직한 사는 폴리에스테르사, 나일론사, 폴리아라미드사, 폴리에스테르와 면의 혼방사, 레이온사, 및 방향족 폴리아미드사가 있다. 천 백킹은 염색 및 신장시키고, 풀을 제거하거나 또는 열신장시킬 수 있다. 또한, 천 백킹 중의 사는 초벌 처리제, 염료, 안료, 또는 습윤제를 포함할 수 있으며, 꼬거나 또는 텍스쳐 처리할 수 있다.

폴리에스테르사는 통상적으로 테레프탈산과 이가 알콜의 에스테르를 반응시켜 제조한 장쇄의 중합체로 제조된다. 이 중합체는 직쇄형 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)인 것이 바람직하다. 폴리테스테르사에는 3개의 주요 유형, 즉 고리 방적사, 말단 개방사 및 필라멘트사가 있다. 고리 방적사는 통상적으로, 폴리에스테르사에 연속적으로 송풍시키고, 상기 사들을 꼰 후 보빈에 감아서 제조한다. 말단 개방사는 통상적으로 은 또는 조방사로 직접 제조하는데, 즉 일련의 폴리에스테르 조방사를 풀어 조방사를 모두 연속적으로 방적 장치로 보내 연속사를 제조한다. 필라멘트사는 통상적으로 긴 연속 섬유로서 폴리에스테르 섬유에 대한 꼬임도가 매우 낮거나 또는 거의 없는 것이다.

천 백킹 섬유의 데니어는 통상적으로 약 2000 미만, 바람직하게는 약 100 내지 1500이다. 코팅된 연마용 물품의 천 백킹에서, 그레이그 천, 즉 미처리된 천의 중량은 통상적으로 약 0.15 내지 1kg/㎡, 바람직하게는 약 0.15 내지 0.75kg/㎡이다.

백킹은 백킹을 밀봉하고/하거나 백킹의 사 또는 섬유를 보호하기 위해 임의의 포화 코트, 프리사이즈 코트 및/또는 백사이즈 코트를 가질 수도 있다. 포화 코트, 프리사이즈 코트 및/또는 백사이즈 코트를 첨가하면 또한 백킹의 앞면 또는 뒷면 상의 표면이 보다 평활해질 수 있다. 천 백킹의 처리에 대해서는 미국 특허 제 07/903,360호에 보다 상세히 기재되어 있다. 이들 코트는 통상적으로 수지 결합제전구물질을 포함한다. 그러한 전구물질의 예로는, 고무 변성된 페놀 수지를 비롯한 페놀 수지, 플루오렌 변성된 에폭시 수지를 비롯한 에폭시 수지, 및 펜던트 알파, 베타 불포화된 카르보닐기를 가진 아미노플라스트 수지가 있다. 코팅 후, 이들 결합제 전구물질은 에너지원(대개는 열)으로 처리하면 열경화성 결합제로 전환된다. 또한, 무기 충전제를 수지 중에 첨가할 수도 있다. 그러한 충전제의 예로는 탄산 칼슘, 점토, 실리카 및 돌로마이트가 있다. 백킹이 천 백킹인 경우에는, 이들 3개의 코팅중 하나 이상이 존재하는 것이 바람직하고, 코팅은 내열성 유기 수지를 포함하는 것이 바람직하다.

포화 코트, 백사이즈 코트 또는 프리사이즈 코트 중 어느 하나를 백킹에 도포한 후에는, 생성된 백킹을 적어도 건조시키고/또는 고화시키는 조건, 예를 들어 열 처리 조건에 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 결합제 전구물질을 건조 및/또는 가교 결합시킬 수도 있는 가열 처리과정 동안에는, 생성된 천을 텐터 프레임에 배치시킬 수도 있다. 텐터 프레임은 임의의 수축을 최소화하면서 직물의 팽팽함을 유지시킨다. 또한, 백킹을 가열한 후에는 가열된 캔을 통해 가공하여 백킹을 캘린더링할 수 있다. 이러한 캘린더링 단계는 백킹과 관련된 임의의 표면 거칠음을 평활하게 가공하는 데 도움을 줄 수 있다.

본 발명의 연마용 제품에 사용된 백킹은 저신장성 백킹으로 하는 것이 바람직하다. 저신장성 백킹은 연마 물질을 보다 장기간 동안 및/또는 보다 완전히 이용할 수 있게 해준다. 코팅된 연마용 물품이 초연마 그레인을 포함하는 경우에는, 초연마 그레인을 완전히 이용할 수 있도록 백킹이 저신장성인 것이 바람직하다. 백킹이 너무 많이 신장되면, 예를 들어 물품이 드라이브 및/또는 아이들러 휠 상에서 작동하는 연마용 벨트인 경우 물품이 부적절한 궤도를 돌아, 응집체 내의 초연마 그레인이 완전히 이용될 수 없다.

용어 "저신장성"은, 결합 시스템 및 연마 물질을 도포하기 전 상태의 백킹 자체를 칭하는 것이다. 저신장성 백킹에 의하면, 기계 상에서 부당하게 신장되는 일없이 종래의 백킹에서 관찰되는 것보다 대개는 긴 시간 동안 가공물을 연마할 수 있는 코팅된 연마용 벨트가 제조될 수 있다. "저신장성"의 개념은 인장 테스트 측정치로 정의될 수 있으며, 상기 인장 테스트 측정치는 100 lbs/인치(45 kg/2.5 cm;벨트 폭에 사용)에서 구한 백킹의 신장률로서 통상적으로는 10% 미만, 대개는 5% 미만, 바람직하게는 2% 미만이며, 보다 바람직하게는 1% 미만이다. 가장 바람직한 신장률은 0.5% 미만이다.

하기 방법은, 백킹에 결합 시스템 또는 연마 물질의 일부를 도포하기 전에 백킹을 테스트한 인장 테스트를 요약한 것이다.

인장 테스트

종방향의 백킹을 2.5 cm x 17.8 cm의 조각으로 전환시켰다. 이 조각을 인장 테스트기, 예를 들어 시스템스 인티그레이션 테스놀로지, 인코오포레이티드(미국, 매사추세츠, 스토우톤 소재)에서 시판하는 신테크 기계에 설치하고, 이 샘플을 종방향으로 잡아당겼다. 신장률은 100 lbs(45 kg)에서 측정하여 하기 수학식 1에 따라 계산하였다.

본 발명의 코팅된 연마용 물품의 보다 바람직한 백킹으로는 수자직 폴리에스테르 천과 보강 섬유의 라미네이트가 있다. 폴리에스테르 천을 서로 연결시키면 연속 벨트를 제조할 수 있다. 바람직한 연결부(splice)는 평면의 인접 단부를 가짐으로써 사인 곡선 형태의 선을 형성하는데, 이 선은 보강된 직조 폴리에스테르 테이프에 의해 도포된다. 폴리에스테르 천은 유기계 결합 시스템 및 연마 입자 또는 응집체에 양호한 접착력을 제공함으로써, 통상적으로 코팅된 연마용 물품의 유효 수명을 단축시킬 수 있는 바람직하지 않은 임의의 박리 현상, 즉 연마 입자 또는 응집체의 조기 방출을 최소화할 수 있다. 통상적으로, 보강 섬유는 강한 내열성 적층 접착제에 의해 적층되며, 폴리에스테르 천은 페놀계 포화제 및 백사이즈 처리제를함유한다. 보강된 중합성 연결(splice) 테이프는 폴리에스테르 또는 폴리아라미드 보강사가 폴리에스테르 필름 중에 매립되어 구성된 것이며, 그 두께는 통상적으로 0.010 인치(0.025cm) 미만이다.

예를 들어, 보강 섬유 또는 보강사는 미국 특허 제08/199,835호에 기재된 바와 같이 폴리에스테르 천 벨트의 이면에 적층될 수 있으며, 천 벨트의 이면에 연속적으로 도포될 수 있다. 통상적으로 보강사의 목적은 인장 강도를 증가시키고 백킹과 관련된 신장도를 최소화시키기 위한 것이다. 바람직한 보강사의 예로는 폴리아라미드 섬유, 예를 들면 이. 아이. 듀퐁에서 제조한 상표명 "Kevlar"의 폴리아라미드 섬유, 폴리에스테르사, 유리사, 폴리아미드사 및 이들의 조합물이 있다. 보강사가 연결부(splice)를 강화시키고, 연결부의 파손을 최소화할 수 있도록 연결부 및 조인트(joints)는 보강사와 연결되지 않는 것이 바람직하다.

결합 시스템

결합 시스템은, 예를 들어 연마용 슬러리 또는 2개 이상의 접착제 층(이중 한층은 이하 "메이크 코트"로 칭하고, 나머지 한층은 "사이즈 코트"로 칭한다)을 포함할 수 있는 유기계 결합 시스템이다. 연마용 슬러리는 다른 종의 연마 입자들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 균질한 것이 바람직하다.

통상적으로, 메이크 코트 및 사이즈 코트는 유기 결합제 전구물질, 예를 들면 수지로 제조된다. 메이크 코트를 제조하는 데 사용되는 전구물질은 사이즈 코트를 형성하는 데 사용된 것과 동일하거나 또는 다를 수 있다. 적절한 조건, 예를 들면 적당한 에너지원에 노출시키면, 수지는 중합되어 가교 결합된 열경화성 중합체 또는 결합제를 형성한다. 통상적 수지 접착제의 예로는 페놀 수지; 펜던트 알파, 베타, 불포화된 카르보닐기를 가진 아미노플라스트 수지; 우레탄 수지; 에폭시 수지; 에틸렌게 불포화 수지; 아크릴레이트 이소시아누레이트 수지; 우레아-포름알데히드 수지; 이소시아누레이트 수지; 아크릴레이트 우레탄 수지; 아크릴레이트 에폭시 수지; 비스말레이미드 수지; 불소 변성 에폭시 수지; 및 이들의 혼합물이 있다. 이중에서도 에폭시 수지 및 페놀 수지가 바람직하다.

페놀 수지는 그 열 특성, 입수 가능성, 가격 및 취급 용이성으로 인해 결합제 전구물질로서 널리 이용된다. 페놀 수지에는 레졸 및 노볼락의 2종류가 있다. 레졸 페놀 수지는 통상적으로 포름알데히드 대 페놀의 분자비가 1:1 이상, 통상적으로는 1.5:1 내지 3:1이다. 노볼락 수지는 통상적으로 포름알데히드 대 페놀의 분자비가 1:1 미만이다. 시판되는 페놀 수지의 예로는 옥시덴탈 케미칼스 코오포레이션에서 시판되는 상표명 "Durez" 및 "Varcum"; 몬산토에서 시판하는 "Resinox"; 및 애쉴랜드 케미칼 컴패니에서 시판되는 "Arofene" 및 "Arotap"으로 공지된 것들이 있다.

아미노플라스트 수지는 통상적으로 분자 또는 소중합체 1개당 하나 이상의 펜던트 알파, 베타 불포화된 카르보닐기를 가진다. 유용한 아미노플라스트 수지로는 미국 특허 제4,903,440호 및 제5,236,472호에 기재된 것들이 있다.

에폭시 수지는 옥시란 고리를 가지며, 개환을 통해 중합된다. 적당한 에폭시 수지로는 단량체 에폭시 수지 및 중합체 에폭시 수지가 있으며, 각종 골조 및 치환기를 가질 수 있다. 통상적으로 골조는 에폭시 수지와 연관된 임의의 형태, 예를 들면 비스 페놀 A일 수 있으며, 치환기로는 실온에서 옥시란 고리와 반응성을 갖는 활성 수소 원자가 없는 임의의 기를 들 수 있다. 적당한 치환기의 대표적인 예로는 할로겐, 에스테르기, 에테르기, 설포네이트기, 실록산기, 니트로기 및 인산염기가 있다.

바람직한 에폭시 수지의 예로는 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)-페닐]프로판(비스페놀의 디글리시딜 에테르); 쉘 케미칼 컴패니에서 상표명 "Epon 828", "Epon 1004", 및 "Epon 1001F"로 시판되는 물질; 및 다우 케미칼 컴패니에서 시판되는 상표명 "DER-331", "DER-332" 및 "DER-334"가 있다. 다른 적당한 에폭시 수지로는 페놀 포름알데히드 노볼락의 글리시딜 에테르, 예를 들면 다우 케미칼 컴패니에서 시판되는 "DEN-431" 및 "DEN-428"이 있다.

에틸렌계 불포화 수지로는 단량체 및 중합체 화합물이 모두 포함되는데, 이들은 탄소, 수소 및 산소, 및 임의의 질소 및 할로겐 원자를 포함한다. 산소 또는 질소 원자 또는 이들 모두는 통상적으로 에테르, 에스테르, 우레탄, 아미드 및 우레아기 중에 존재한다. 에틸렌계 불포화 화합물은 분자량이 약 4,000 미만인 것이 바람직하고, 지방족 모노히드록시기 또는 지방족 폴리히드록시기를 포함한 화합물과 불포화 카르복실산(예, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 이소크로톤산 및 말레산)과의 반응을 통해 제조된 에스테르가 바람직하다.

아크릴레이트 수지의 대표적인 예로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 스티렌, 디비닐벤젠, 비닐 톨루엔, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 글리세롤 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트 및 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트가 있다.

다른 에틸렌계 불포화 수지로는 모노알릴, 폴리알릴 및 폴리메탈릴 에스테르 및 카르복실산의 아미드, 예를 들면 디알릴 프탈레이트, 디알릴 아디페이트 및 N,N-디알릴아드키파미드가 있다. 다른 적당한 질소 함유 화합물로는 트리스(2-아크릴로일옥시에틸)이소시아누레이트, 1,3,5-트리(2-메틸아크릴옥시에틸)-s-트리아진,아크릴아미드, 메틸아크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐피롤리돈 및 N-비닐피페리돈이 있다.

아크릴레이트 우레탄은 히드록시 말단의 NCO 연장된 폴리에스테르 또는 폴리에테르의 디아크릴레이트 에스테르이다. 시판되는 아크릴레이트 우레탄의 예로는 모르톤 티오콜 케미칼에서 시판되는 "Uvithane 782", 및 래드큐어 스페셜티즈에서 시판되는 "CMD 6600", "CMD 8400", 및 "CMD 8805"가 있다.

아크릴레이트 에폭시는 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르, 예를 들면 비스페놀 A 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르이다. 시판되는 아크릴레이트 에폭시의 예로는 래드큐어 스페셜티즈에서 시판하는 "CMD 3500", "CMD 3600" 및 "CMD 3700"이 있다.

본 발명의 결합 시스템, 예를 들어 메이크 코트 및/또는 사이즈 코트는 임의의 첨가제, 예를 들면 충전제(예, 연마 보조제), 섬유, 대전방지제, 윤활제, 습윤제, 계면활성제, 안료, 염료, 결합제, 가소화제 및 현탁제를 더 포함할 수 있다. 이들 물질의 양은 원하는 특성을 제공하도록 선택할 수 있다.

본 발명에 유용한 충전제의 예로는 금속 탄산염[예, 탄산 칼슘(예. 초크, 방해석, 이회토, 석회화, 대리석 및 석회석), 칼슘 마그네슘 탄산염, 탄산나트륨 및 탄산마그네슘]; 실리카(예, 석영, 유리 비드, 유리 버블 및 유리 섬유); 규산염[예, 탈크, 점토(예, 몬트모릴로나이트), 장석, 운모, 규산칼슘, 칼슘 메타실리케이트, 나트륨 알루미노실리케이트, 규산 나트륨]; 금속 황산염(예, 황산 칼슘, 황산 바륨, 황산나트륨, 알루미늄나트륨 황산염, 황산알루미늄); 석고; 질석; 목재가루;알루미늄 트리히드레이트; 카본 블랙; 금속 산화물[예, 산화칼슘(석회), 산화알루미늄(알루미나), 및 이산화티탄]; 및 금속 아황산염(예, 아황산칼슘)이 있다. 충전제는 통상적으로 평균 입자 크기가 약 0.1 ㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 50㎛, 보다 바람직하게는 1 ㎛ 내지 25㎛이다.

적당한 연마 보조제로는 입상 물질이 있는데, 이 물질을 첨가하면 연마의 화학적 및 물리적 가공에 유의적인 영향을 주어 우수한 성능이 제공된다. 특히, 연마 보조제는 1) 연마 그레인과 연마할 가공물간의 마찰을 감소시키고, 2) 연마 그레인이 "캡핑"되는 것을 방지하며, 즉 금속 입자가 연마 그레인의 상부에 용접되는 것을 방지하고, 3) 연마 그레인과 가공물간의 계면 온도를 저하시키고/거나 4) 연마력을 감소시킬 수 있다. 통상적으로, 연마 보조제를 첨가하면 코팅된 연마제의 유효 수명이 연장된다. 연마 보조제는 다양한 다른 물질을 포함하며 무기계 또는 유기계일 수 있다.

연마 보조제의 예로는 왁스, 유기 할라이드 화합물, 할라이드 염 및 금속과 이들의 합금이 있다. 유기 할라이드 화합물은 통상적으로 연마 과정 동안 분해되어 할로겐 산 또는 가스 할라이드 화합물을 방출시킨다. 그러한 물질의 예로는 테트라클로로나프탈렌, 펜타클로로나프탈렌과 같은 염소처리된 왁스, 및 폴리염화비닐이 있다. 할라이드 염의 예로는 염화나트륨, 칼륨 크리올라이트, 나트륨 크리올라이트, 암모늄 크리올라이트, 칼륨 테트라플루오로보레이트, 나트륨 테트라플루오로보레이트, 불화규소, 염화칼륨, 염화마그네슘이 있다. 금속의 예로는 주석, 납, 비스무스, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철, 및 티탄이 있다. 다른 연마 보조제의 예로는황, 유기황 화합물, 흑연 및 금속 황화물이 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 08/213,541호에 기재된 바와 같이 칼륨 테트라플루오로보레이트와 할로겐화된 중합체의 조합물을 비롯하여 다른 연마 보조제의 조합물을 사용할 수도 있다. 상기 언급된 연마 보조제의 예는 연마 보조제를 대표적으로 나타낸 것이며, 모든 연마 보조제를 포괄하는 것은 아니다.

대전방지제의 예로는 흑연, 카본 블랙, 산화바나듐, 흡습성 물질 등이 있다. 이들 대전 방지제는 미국 특허 제5,061,294호, 제5,137,542호 및 제5,203,884호에 개시되어 있다.

본 발명의 결합 시스템, 예를 들어 메이크 코트 및 사이즈 코트는 분해되지 않고 연마력을 견딜 수 있도록 하기 위해, 크누프 경도치(KHN)가 50 KHN 이상(이는 또한 kgf/㎟ 단위로도 나타낼 수 있음), 통상적으로는 약 60 KHN 이상, 바람직하게는 약 70 KHN 이상, 보다 바람직하게는 약 80 KHN 이상, 가장 바람직하게는 약 90 KHN 이상인 것이 바람직하다(이는 ASTM E384-89에 따라 측정함).

통상적으로 결합 시스템이 메이크 코트 및 사이즈 코트를 포함하는 경우, 이들 코트 중 하나 이상은 약 5 중량부 내지 95 중량부, 바람직하게는 30 중량부 내지 70 중량부의 결합제 전구물질, 예를 들면 열경화성 수지와, 약 5 중량부 내지 95 중량부, 바람직하게는 30 중량부 내지 70 중량부의 충전제를 포함할 수 있다. 결합 시스템이 연마 슬러리를 포함하는 경우, 결합제 전구물질의 양은 연마 슬러리의 중량을 기준으로 하여 5 중량부 내지 95 중량%일 수 있으며, 충전제의 양은 5 중량% 내지 95 중량%일 수 있다.

예를 들어, 결합 시스템에 바람직한 크누프 경도치 범위, 즉 바람직하게는 70 KHN 이상, 보다 바람직하게는 80 KHN 이상, 가장 바람직하게는 90 KHN 이상의 범위는 전술한 충전제 입자의 존재하에 달성될 수 있다. 충전제 입자는 경화된 열 경화성 수지를 경화시키며 결합 시스템, 예를 들어 메이크 코트 및 사이즈 코트를 강화시킨다. 충전제 입자의 양 및 결합제의 존재는 결합 시스템의 크누프 경도를 제어하는데 도움을 준다.

바람직한 크누프 경도 범위를 이루기 위해, 충전제 및/또는 연마 입자 상에 결합제를 배치할 수도 있다. 결합제는 결합 시스템과 충전제 및/또는 연마 입자간에 결합 브릿지를 제공한다. 적당한 결합제의 예로는 유기 실란, 지르코알루미네이트 및 티탄산염이 있다. 결합제는 대개 충전제와 연마 응집체의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 3.0 중량%의 양으로 존재한다.

상기 충전제는 결합제, 예를 들어 유기 실란 결합제로 예비 처리할 수 있다. 이러한 종류의 결합제는 유니온 카바이드에서 상표명 "A-1100"으로 시판된다. 보다 바람직하게는 칼슘 메타실리케이트 충전제 입자와 알루미나 충전제 입자를 실란 결합제로 예비 처리할 수 있다. 대안으로, 결합제는 수지와 충전제의 혼합물에 첨가할 수도 있다. 충전제 입자의 조합물을 사용할 수도 있으나, 칼슘 메타실리케이트 입자만을 단독으로 사용하는 것이 바람직하다. 결합제로 처리하면, 결합 시스템과 연마 입자간의 접착력이 향상될 수 있다. 또한, 결합제의 존재는, 예를 들어 레졸 페놀 수지 및 칼슘 메타실리케이트 충전제 입자를 포함하는 결합제 전구물질의 유동성을 개선시키는 경향이 있다.

특히, 70 KHN 이상의 크누프 경도를 달성하려면, 결합 시스템이 이 중량을 기준으로 하여 50 중량% 내지 90 중량%의 충전제 및 0.2 중량부 내지 50 중량부의 결합제를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 메이크 코트 및/또는 사이즈 코트는 이들의 중량을 기준으로 하여 35 중량부의 가교 결합된 레졸 페놀 수지 및 65중량부의 칼슘 매타실리케이트 및 알루미나 충전제 입자(이것은 0.5 중량부의 결합제로 예비 처리됨)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 칼슘 메타실리케이트 및 알루미나 충전제 입자의 입자 조합물이 사용되는 경우에는, 평균 입자 크기가 0.2 ㎛ 내지 50 ㎛, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 25 ㎛, 보다 바람직하게는 2 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.

주변 코팅층

결합 시스템은 주변 코팅층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합 시스템이 메이크 코트 및 사이즈 코트를 포함하는 경우에는, 주변 코팅층(일명 수퍼사이즈 코팅으로도 공지됨)을 사이즈 코트 상에 코팅할 수 있거나 또는 주변 코팅층을 연마 슬러리 상에 코팅할 수 있다. 주변 코팅층은 유기계 결합제 전구물질, 예를 들면 메이크 코트 및 사이즈 코트에 대해 기재된 것과 같은 수지로 제조할 수 있으며, 연마 보조제를 포함할 수 있다. 적당한 연마 보조제로는 상기 결합 시스템에 대해 기재된 것들이 있다. 예를 들어, 주변 코팅층은 가교 결합된 에폭시 수지 전체에 걸쳐 분포된 칼륨 테트라풀루오로보레이트 입자를 포함할 수 있다. 주변 코팅층은 대개 경화된 사이즈 코트 또는 슬러리 상에 롤 또는 분사 코팅된 후 사이즈 코트및/또는 연마 슬러리와는 따로 경화된다.

연마 입자

본 발명의 코팅된 연마용 제품에 사용된 연마 입자는, 다수개의 연마 그레인이 무기 결합제에 의해 결합되어 개별 괴상체를 형성하는 응집체를 포함한다. 연마응집체는 다수개의 연마 그레인으로 구성되어 있기 때문에, 연마용 물품 중의 개별 연마 그레인과는 달리 수명이 길다는 장점을 제공한다. 사용되는 동안, 마모된 연마 그레인은 연마 응집체로부터 배출되어 새로운 연마 그레인이 노출된다.

유용한 연마 응집체는 통상적으로 평균 입자 크기가 약 20 ㎛ 내지 약 3000㎛, 바람직하게는 50 ㎛ 내지 2000 ㎛, 보다 바람직하게는 200 ㎛ 내지 1500 ㎛이다.

각 연마 응집체는 무기 결합제 및 다수개의 연마 그레인을 포함한다. 적당한 연마 그레인의 예로는 용융된 산화알루미늄, 세라믹 산화알루미늄, 열 처리된 산화 알루미늄, 탄화규소, 알루미나 지르코니아, 세리아, 가넷, 붕소 카르보니트라이드, 산화붕소(B₆O 및 B₁₀O 형태), 다이아몬드, CBN, 및 이의 조합물로 제조된 것들이 있다. 세라믹 산화알루미늄의 예는 미국 특허 제4,314,827호, 제4,770,671호, 제4,744,802호, 제4,881,951호, 제5,011,508호, 제5,139,978호, 제5,164,348호, 제5,201,916호 및 제5,213,591호에 개시되어 있다.

연마 그레인은 "초연마" 그레인이거나 또는 "초연마 그레인"을 상당량 함유한다. "초연마" 그레인은 통상적으로 경도가 약 35 GPa 이상, 바람직하게는 약 40GPa 이상인 것으로서, 예를 들면 다이아몬드, CBN 또는 이들의 조합물이다. 연마 그레인으로는 CBN이 바람직하다. 초연마 그레인을 설명하는 데 사용된 용어 "상당량 함유하는"이란, 연마 그레인의 30 중량% 이상, 바람직하게는 50 중량% 이상, 보다 바람직하게는 75 중량% 이상, 100 중량% 이하가 초연마 그레인임을 의미하는 것이다.

초연마 그레인은 경화된 강철, 세라믹, 주조 철 및 돌과 같은 매우 단단한 가공물을 연마하는 데 특히 효율적이다. 초연마 그레인, 즉 다이아몬드와 CBN은 모두 많은 공급처, 예를 들면 제너럴 일렉트릭, 어메리칸 보아트 컴패니, 및 드비어스에서 시판된다. 특히, 다이아몬드 그레인은 자연산이거나 인공으로 제조할 수 있다. CBN은 인공으로 제조되며 제너럴 일렉트릭 코오포레이션에서 상표명 "Borazon"으로 시판된다. 시판되는 다이아몬드 및 CBN에는 다양한 종류가 있으며, 이들은 각각 다른 품질을 갖는다. 경도, 강도, 다중 또는 단일 결정도, 천연 또는 합성, 및 그레인 또는 입자의 모양이 다를 수 있다.

연마 그레인은 통상적으로 입자 크기가 약 0.1 ㎛ 내지 1500 ㎛, 바람직하게는 약 1 ㎛ 내지 1300 ㎛이다. 연마 그레인의 입자 크기는 통상적으로 원하는 절삭률 및 코팅된 연마용 물품에 의해 생성될 표면 마무리도에 의해 결정된다. 응집체는 연마 그레인을 포함하기 때문에, 제시된 응집체가 다수개의 연마 그레인을 포함할 수 있도록 응집체 중 연마 그레인의 입자 크기는 응집체의 입자 크기보다 실질적으로 작게 한다.

또한, 본 발명의 연마 그레인은 표면 코팅을 포함할 수도 있다. 표면 코팅은응집체의 연마 그레인과 결합제간의 접착력 및 응집체와 결합 시스템간의 접착력을 향상시킴으로써, 연마 그레인/응집체의 연마 특성을 개선시키는 것으로 공지되어 있다. 적당한 표면 코팅으로는 미국 특허 제1,910,444호, 제3,041,156호, 제 5,009,675호, 제4,997,461호, 제5,011,508호, 제5,213,591호 및 제5,042,991호에 기재된 것들이 있다. 예를 들어, 다이아몬드 및/또는 CBN이 표면 처리제, 예를 들면 금속 또는 금속 산화물을 포함하면 응집체 중의 무기 결합제에 대한 접착력이 향상될 수 있다. 또한, 연마 그레인 상에 얇은 니켈층과 같은 코팅이 존재할 수 있다.

무기 결합제의 예로는 무기 금속 산화물, 예를 들어 유리질 결합제, 유리 세라믹 결합제 및 세라믹 결합제가 있다. 무기 금속 산화물 결합제는 유리 금속을 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 용어 "유리 금속(free metal)"이란 금속 원소를 의미하며, 용어 "실질적으로 함유하지 않는"이란 통상적으로 무기 금속 산화물 결합제 중에 약 1% 이하, 바람직하게는 0.5%, 보다 바람직하게는 0.25%, 및 0%(무기 금속 산화물 결합제의 총 중량 기준)까지의 유리 금속이 존재하는 것을 의미한다.

무기 금속 산화물의 예로는 실리카, 실리케이트, 알루미나, 소디아, 칼시아, 포타시아, 티타니아, 산화철, 산화아연, 산화리튬, 마그네시아, 보리아, 리튬 알루미늄 실리케이트, 보로실리케이트 유리, 및 이들의 조합물이 있다. 무기 금속 산화물로는 리튬 알루미늄 실리케이트 및 보로실리케이트 유리가 바람직하다. 무기 결합제는, 금속 산화물의 분쇄된 혼합물을 용융시킨 후 이 용융물을 냉각시켜 고형유리를 형성시키고, 이어서 유리를 미세한 분말로 분쇄시킴으로써 제조할 수 있다.

무기 결합제의 열 팽창 계수는 연마 그레인과 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 무기 결합제의 열 팽창 계수가 연마 그레인과 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 경우에는, 연마 응집체의 제조 과정 동안(예, 유리화 과정동안) 개별 연마 그레인과 무기 결합체가 보다 균일하게 수축하고, 그 결과 무기 결합제/연마 그레인 계면에서의 내부 응력이 줄어들어 응집체의 조기 분해가 최소화된다.

열 팽창 계수를 표현하는 데 있어서 "실질적"이란 용어는 통상적으로, 결합제의 열 팽창 계수와 연마 그레인의 열 팽창 계수가 약 80% 미만의 차이, 바람직하게는 약 50% 미만의 차이, 보다 바람직하게는 약 30% 미만의 차이가 있음을 의미한다. 이러한 구체예는 무기 결합제가 유리화된 결합제인 경우에 더욱 바람직하다.

예를 들어, CBN은 열 팽창율이 약 3.5 x 10^-6/℃이다. 적당한 유리질 결합제는 열 팽창율이 CBN의 열 팽창율과 약 80% 미만의 차이가 날 수 있으며, 따라서 적당한 유리질 결합제의 열 팽창율은 약 2.8 x 10^-6/℃ 내지 4.4 x 10^-6/℃이다.

연마 그레인 및 유리질 결합제를 포함하는 유리화된 응집체를 제조하는 데 있어서, 상기 결합제는, 생성된 분말이 325 메쉬의 체를 통과하도록 유리화시키기 전에 분쇄하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 바람직한 유리질 결합제는 51.5 중량%의 실리카, 27.0 중량%의 보리아, 8.7 중량%의 알루미나, 7.5 중량%의 마그네시아, 2.0 중량%의 산화아연, 1.1 중량%의 칼시아, 1.0 중량%의 산화나트륨, 1.0 중량%의산화칼륨 및 0.5 중량%의 산화리튬을 포함한다. 보리아를 첨가하면 CBN 연마 그레인에 대한 졉착력이 향상될 수 있다.

통상적으로, 각 연마 응집체는 이 응집체의 중량을 기준으로 하여 약 10 내지 80 중량%, 바람직하게는 약 20 내지 60 중량%의 무기 결합제 및 약 20 내지 90중량%, 바람직하게는 약 40 내지 80 중량%의 연마 그레인을 포함하게 된다.

연마 응집체는 충전제, 연마 보조제, 안료, 정착제, 및 기타 처리 물질과 같은 다른 첨가제를 더 포함할 수도 있다.

충전제의 예로는 작은 유리 버블, 고형 유리구, 알루미나, 지르코니아, 티타니아 및 금속 산화물 충전제가 있는데, 이들은 응집체의 부식성을 향상시킬 수 있다. 연마 보조제의 예로는 상기 거론된 것들이 있다. 안료의 예로는 산화철, 이산화티탄 및 카본 블랙이 있다. 처리 물질, 즉 처리 보조제의 예로는 액체 및 일시적 유기 결합제 전구물질이 있다. 액체로는 물, 유기 용매, 또는 이들의 조합물을 사용할 수 있다. 유기 용매의 예로는 알칸, 알콜(예, 이소프로판올), 케톤(예, 메틸에틸 케톤), 에스테르 및 에테르가 있다.

쉽게 가공할 수 있는 균질한 유동성 혼합물을 제조하는 데 사용될 수 있는 일시적인 유기 결합제 전구물질의 예로는 열가소성 및 열경화성 결합제, 예를 들면 왁스, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 아크릴레이트 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 및 우레아-포름알데히드 수지가 있다. 선택된 무기 결합제의 화학적 성질에 따라, 경화제 또는 가교 결합제를 일시적 유기 결합제 전구물질과 함께 사용할 수도 있다. 일시적 유기 결합제는 연마 응집체의 성형을 돕는다. 일시적 유기 결합제는 유리화 공정중에 분해되어 연마 응집체에 공극을 형성시킨다.

연마 응집체는 무기 입자로 구성된 코팅을 포함하는 것이 바람직하다. 코팅은 표면적을 증가시키므로, 결합 시스템과 연마 응집체간의 접착력이 향상된다. 응집체를 코팅하는 무기 입자의 예로는 충전제 및 연마 그레인, 예를 들면 금속 탄산염, 실리카, 실리케이트, 금속 황산염, 금속 탄화물, 금속 질화물, 금속 붕화물, 석고, 금속 산화물, 흑연 및 금속 아황산염이 있다. 무기 입자는 연마 그레인인 것이 바람직하고, 연마 응집체에서와 동일한 연마 그레인인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 코팅용 연마 그레인은 연마 그레인에 대해 상기 거론한 것들 중에서 선택할 수 있다. 무기 입자는 연마 응집체 중의 연마 그레인과 동일한 크기를 가지거나, 또는 연마 그레인보다 크거나 또는 작을 수도 있다. 무기 입자의 크기는 약 10 ㎛ 내지 500 ㎛가 바람직하고, 25 ㎛ 내지 250 ㎛가 더욱 바람직하다.

또한, 연마 응집체는 유기 또는 무기 코팅으로 캡슐화할 수도 있다. 이로써, 결합 시스템, 예를 들면 메이크 코트 및/또는 사이즈 코트가 캡슐화된 연마 응집체내로 단지 최소량만 침투하게 된다.

하나의 구체예에서, 각 응집체는 무기 결합제 및 다수개의 연마 그레인을 포함하며, 실질적으로 균일한 크기 및 모양을 갖는다. 응집체의 크기 및 모양과 관련된 용어 "실질적으로 균일한"이란, 응집체의 크기 및 모양이 응집체의 평균 크기 및 모양에서 50% 이상, 바람직하게는 40% 이상, 보다 바람직하게는 30% 이상, 가장 바람직하게는 20% 이상 차이가 나지 않음을 의미하는 것이다.

각 응집체는 무기 결합제 및 다수개의 연마 그레인을 포함하며, 절두된 4면의 피라미드형 또는 입방체형을 갖는 것이 바람직하다.

연마층

상기된 연마층은 유기계 결합 시스템 및 다수개의 연마 응집체를 포함한다. 따라서, 백킹의 제1 주표면 상에 코팅된 연마층은, 제1 주표면에 접착되는 면("접촉"면) 및 이의 대향면을 갖는다. 연마층의 "두께"는 접촉면에서 그 대향면에 이르며, 접촉면과 대향면 사이의 최단 거리를 한정하는 가상선이다.

한 실시태양에서, 두께의 중심 지점에서 두께에 수직인 연마층의 단면은 연마 응집체의 총 단면적을 갖는데, 이 총 단면적은 중심지점과 접촉면 사이 거리의 75%에 해당하는 두께를 따른 일 지점에서의 단면적과 실질적으로 동일하다("중심 지점과 접촉면 사이 거리의 75%"는 중심 지점에서 접촉면까지 측정한 것이다). 용어 "연마 응집체의 단면적"은 연마층의 단면 중에서 가공물과 접촉할 수 있는 연마 응집체의 양을 칭하는 것이다. 응집체의 총 단면적을 칭하는 데 있어 "실질적"이란 용어는, 두께의 중심 지점에서 연마 응집체의 총 단면적이, 연마층의 접촉면 및 중심 지점 사이 거리의 75%에 해당하는 지점에서의 단면적과 40% 이하, 바람직하게는 30% 이하, 보다 바람직하게는 20% 이하, 가장 바람직하게는 10% 이하만큼 차이가 나지 않는 것을 의미한다.

드레싱 및 트루잉 처리(truing) 작업

연마용 물품은 연마 과정 이전에 트루잉 처리하고 드레싱하는 것이 바람직하며, 연마 과정 동안 간격을 두고 드레싱 및 트루잉 처리 작업을 수행할 수도 있다. 드레싱은 연마 입자로부터 결합을 제거하여 연마를 위한 틈을 제공하는 작업이다.트루잉 처리 작업은 연마 표면을 고르게 하여 연마 과정 동안 허용오차를 보다 엄격하게 하는 과정이다. 본 발명의 코팅된 연마용 물품의 트루잉 처리 및 드레싱 과정은, 예를 들어 WO 93/02837에 기재된 바와 같이 수행할 수 있다. 예를 들어, 드레싱할 코팅된 연마용 물품(들)의 백킹(들)의 폭과 적어도 실질적으로 동일한 폭을 가지고, 연마 그레인보다 단단한 물질로 제조된 절삭 표면을 가진 다중점의 절삭 수단은 통상적으로 이면에 평행한 동일 평면의 면을 형성하기 위해 연마 입자의 돌출부를 절삭하는 데 사용될 수 있다. 절삭 수단은 다이아몬드, 질화붕소, 또는 연마 그레인보다 단단한 임의의 다른 적당한 절삭 물질로 구성된 표면을 가질 수도 있다. 다중점의 절삭 수단을 사용하면, 단일점 절삭 도구를 사용하여 코팅된 연마용 물품을 드레싱하는 데 필요한 시간에 비해 코팅된 연마용 물품을 드레싱하는 데 필요한 시간을 상당히 단축시킬 수 있다. 절삭 수단의 절삭면은 필요에 따라 가공물 상의 임의의 간격과 동일하게 이격시킬 수도 있다.

연마 응집체의 제조 방법

본 발명에 유용한 연마 응집체의 제조 방법은, 예를 들어 무기 결합제 전구물질, 연마 그레인 및 일시적 유기 결합제 전구물질을 포함하는 출발 물질을 혼합하는 단계를 포함한다. 일시적 유기 결합제 전구물질은, 상기 혼합물이 보다 용이하게 성형되면서 그 모양이 추가의 처리 과정 동안 그대로 보유될 수 있도록 해준다. 임의로, 전술한 다른 첨가제 및 처리 보조제, 예를 들면 무기 충전제, 연마 보조제 및/또는 액체 매질을 사용할 수도 있다.

이들 출발 물질은 임의의 통상 기술을 통해 함께 혼합할 수 있으며, 이로써균일한 혼합물이 형성된다. 연마 그레인은 기계적 혼합 장치(예, 유성 연동 혼합기)에서 일시적 유기 결합제 전구물질과 완전히 혼합하는 것이 바람직하다. 이어서, 생성된 혼합물에 무기 결합제 전구물질을 첨가하고, 균질한 혼합물이 얻어질 때까지, 통상적으로는 10분 내지 30분 정도 혼합한다.

이어서, 이 혼합물을 성형한 후 가공하여 응집체 전구물질을 형성한다. 이 혼합물은, 예를 들어 주조, 압출 및 다이 커팅의 방식으로 성형할 수 있다. 통상적으로 일시적 유기 결합제 전구물질 및 무기 결합제 전구물질의 손실과 관련된 어느정도의 수축이 이루어지며, 이러한 수축은 처음 모양 및 크기를 결정할 때 고려해야 한다. 성형 과정은 배치 방식 또는 연속 방식으로 수행할 수 있다. 연마 응집체를 성형하는 하나의 바람직한 방법은, 조합하여 균질한 혼합물을 형성한 출발 물질을 가요성 금형 내에 배치하는 방법이다. 예를 들어, 절두 피라미드형의 연마 응집체를 형성하고자 하는 경우에는, 금형에 이러한 형태를 찍는다. 가요성 금형은 입자를 쉽게 방출시킬 수 있는 임의의 금형, 예를 들어 실리콘 금형일 수 있다. 또한, 빼내기가 쉽도록 금형에 이형제를 함유시킬 수도 있다. 이후, 상기 혼합물을 함유한 금형을 오븐에 넣고 가열하여 임의의 액체를 적어도 부분적으로 제거한다. 온도는 사용된 일시적 유기 결합제 전구물질에 따라 결정되며, 통상적으로는 35℃ 내지 200℃, 바람직하게는 70℃ 내지 150℃이다. 이어서, 적어도 부분적으로 건조된 혼합물을 금형으로부터 제거한다. 또한, 금형을 완전히 파괴시켜, 즉 금형을 완전히 소각시킴으로써 응집체를 이형시킬 수도 있다.

전술한 바와 같이, 연마 응집체는 무기 입자의 코팅을 포함하는 것이 바람직한데, 이 코팅은 연마 응집체의 표면적을 증가시키며 또한 연마 응집체의 제조 과정동안 이들 응집체가 상호 응집되는 것을 최소화시킨다. 코팅을 형성시키는 하나의 방법은, 응집체 전구물질을 성형한 후, 예를 들어 금형으로부터 제거한 후 응집체 전구물질을 무기 입자와 혼합함으로써 무기 입자, 예를 들어 연마 입자를 응집체 전구물질에 도포하는 방법이다. 무기 입자가 연마 응집체 전구물질의 표면에 부착되는 것을 돕기 위해, 소량, 예를 들어 응집체 전구물질의 중량을 기준으로 하여 5 중량% 내지 15 중량%, 바람직하게는 6 중량% 내지 12 중량%의 물 및/또는 용매, 또는 일시적 유기 결합제 전구물질을 첨가할 수도 있다.

이어서, 응집체 전구물질을 가열하여 사용된 유기 물질을 소각시킴으로써 응집체 전구물질, 예를 들면 일시적 유기 결합제를 제조하고, 무기 결합제를 용융 또는 유리화시키는데, 이 과정은 개별적으로 또는 하나의 연속 단계로서 수행할 수 있으며 임의의 필수적인 온도 변화를 조절한다. 유기 물질을 소각시키는 온도는, 연마 응집체에 원치 않는 기공을 형성시킬 수도 있는 과다한 버블의 형성이 방지되도록 선택하며, 통상적으로는 일시적 유기 결합제 전구물질을 비롯한 임의 성분의 화학적 성질에 따라 결정된다. 통상적으로 유기 물질을 소각시키는 온도는 약 50℃ 내지 600℃, 바람직하게는 75℃ 내지 500℃이나, 보다 고온도 사용할 수도 있다. 무기 결합제를 용융 또는 유리화시키는 온도는 통상적으로 650℃ 내지 1150℃, 바람직하게는 650℃ 내지 950℃이다.

제조된 응집체는 이어서 결합 특성을 최적화하기 위해 열처리할 수 있다. 열처리는 300~900℃, 바람직하게는 350~800℃, 보다 바람직하게는 400~700℃에서 가열하는 것이다.

코팅된 연마용 물품의 제조방법

후술하는 설명은 바람직한 것이긴 하나, 코팅된 연마용 물품의 제조 방법이 이것에 국한되는 것은 아니다. 이 바람직한 방법은 메이크 코트 및 사이즈 코트를 포함하는 결합 시스템 및 제1 주표면을 포함하는 백킹과 관련하여 설명하기로 한다. 그러나, 이 방법은 또한 연마 슬러리를 백킹의 제1 주표면에 도포하는 단계로서, 이때 연마 슬러리는 전술한 다수개의 연마 응집체 및 결합제 전구물질을 포함하는 것인 단계, 및 상기 슬러리를 결합제 전구물질을 고화시키고 연마층을 형성시키는 조건에 노출시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 이 조건에는 메이크 코트 및 사이즈 코트를 경화시키기 위한 후술하는 가열 과정이 포함될 수 있다.

저신장성 백킹을 사용하는 경우에는, 미국 특허 제08/199,835호 또는 WO 93/12911에 기재된 바와 같이 제조할 수 있다. 예를 들어, 보강 배킹의 한 유형은, 웨브 물질, 예를 들어 스크림 물질, 통상의 면 또는 폴리에스테르 백킹 또는 부직매트를 지지 구조체(예, 드럼) 상에 감아 베이스 층을 형성하는 방식으로 제조할 수 있다. 이 베이스 층은 권취 물질로 구성된 수개의 층을 포함하거나, 또는 단일층일 수 있는데, 이들은 통상의 버트 또는 랩 연결부에 의해 임의로 접합될 수 있다. 이 베이스 상에는, 섬유 보강 물질이 감겨진 액체 유기 중합체 결합제를 도포한다. 섬유 보강 물질은 개별 섬유 가닥 형태, 섬유 매트 구조 또는 이들의 조합 형태일 수 있다. 최종 밸트 백킹의 산출된 특성은 섬유 보강 물질 유형, 예를 들어 유리 섬유 필라멘트, 폴리에스테르사, 또는 아라미드 섬유 중에서의 선택에 따라결정된다. 섬유 보강 물질은 유기 중합체 결합제 물질로 감싸는 것이 바람직하다. 이후, 이러한 솔기 및 연결부가 없는 백킹상에 임의의 공지된 방법을 통해 연마 코팅을 코팅한다. 또는, 임의의 종래 코팅된 연마 백킹을 사용할 수도 있다.

제1 유기계 결합제 전구물질을 포함하는 메이크 코트는 임의의 적당한 기술, 예를 들어 분사 코팅, 롤 코팅, 다이 코팅, 분말 코팅, 열 용융 코팅, 또는 나이프 코팅을 통해 백킹의 제1 주표면에 도포할 수 있다. 전술한 바와 같이 제조할 수 있는 연마 응집체는 돌출되어 메이크 코트 전구물질에 접착될 수 있는데, 즉 메이크 코트 전구물질 내에 분포할 수 있다. 통상적으로, 연마 응집체를 적하 코팅하면 바람직하게 단층을 이룬다. 메이크 코트의 두께는, 연마 입자의 한 층을 떼어내고 또 다른 층을 결합시킨 정도의 두께는 아니어야 한다. 또한, 응집체는 균일하게 분포하는 것이 바람직하다. 연마층에 있어 두께의 중심 지점에서 두께에 수직인 단면이, 중심 지점과 접촉면 사이 거리의 75%에 이르는 두께를 따른 일 지점에서의 단면적과 실질적으로 동일한 연마 응집체의 총 단면적을 갖기 위해서는, 예를 들어 실질적으로 균일한 크기 및 모양을 가진 연마 입자를 평균에서 약간 이탈하도록 메이크 코트에 불규칙적으로 전달시킨다.

이후, 생성된 구조물을 제1 에너지원, 예를 들면 열, 자외선, 전자광선에 노출시킴으로써 제1 결합제 전구물질이 적어도 부분적으로 경화되어 메이크 코트가 흐르지 않도록 한다. 에를 들어, 생성된 구조물은 50℃ 내지 130℃, 바람직하게는 80℃ 내지 110℃의 온도에서 30분 내지 3시간 동안 가열할 수 있다. 이후에는, 제 1 유기계 결합제 전구물질과 동일하거나 또는 다를 수 있는 제2 유기계 결합제 전구물질을 포함하는 사이즈 코트를 임의의 통상 기술, 예를 들어 분사 코팅, 롤 코팅 및 커튼 코팅을 통해 연마 응집체 상에 도포한다. 최종적으로, 생성된 연마 구조물을 제1 에너지원과 동일하거나 또는 다를 수 있는 제2 에너지원, 예를 들어 열, 자외선원 또는 전자광선에 노출시킴으로써 메이크 코트 및 제2 결합제 전구물질을 완전히 경화시키거나 또는 열 경화성 중합체로 중합시킨다.

특히, 크누프 경도가 70 KHN 이상인 결합 시스템을 가진 코팅된 연마용 물품은, 제1 및 제2 결합제 전구물질에 사용된 충전제 입자를 칼슘 메타실리케이트와 실란 결합제의 혼합물로 한 점을 제외하고는 전술한 바와 같이 제조할 수 있다.

코팅된 연마용 물품의 사용 방법

연마용 물품은 가공물을 연마하는 데 사용할 수 있다. 가공물은 금속, 금속 합금, 이종 금속 합금, 세라믹, 유리, 목재, 목재류 물질, 복합재, 도색된 표면, 플라스틱, 보강된 플라스틱, 석재 및 이들의 조합물과 같은 임의 유형의 물질일 수 있다. 가공물은 평평하거나 또는 이와 관련된 일정 형태 또는 굴곡을 가질 수 있다. 가공물의 예로는 안경 유리, 플라스틱 안경, 플라스틱 렌즈, 유리 TV 스크린, 금속 자동차 부품, 플라스틱 부품, 입자 보드, 캠축, 크랭크 축, 가구, 터빈 블레이드, 도색된 자동차 부품 및 자기 매체가 있다.

연마 중에는, 연마용 물품이 가공물을 연마하도록 연마용 물품을 가공물에 대해 이동시키나 또는 그 역으로 이동시킨다. 용도에 따라 연마 계면에서의 힘은 약 0.1 kg 내지 1000 kg 이상일 수 있다. 통상적으로, 이러한 범위는 연마 계면에서 1 kg 내지 500 kg에 이른다. 또한, 연마은 습한 조건하에서 이루어질 수도 있다. 습한 조건에는 물 및/또는 액체 유기 화합물이 포함될 수 있다. 통상의 액체 유기 화합물의 예로는 윤활제, 오일, 유화된 유기 화합물, 절삭 유체 및 비누가 있다. 이들 액체는 또한 다른 첨가제, 예를 들면 소포제, 탈지제 및 부식 억제제를 포함할 수도 있다. 사용하는 동안 연마용 물품을 연마 계면에서 진동시켜, 연마되는 가공물상에 보다 고운 표면을 형성시킬 수 있다.

본 발명의 연마용 물품은, 손으로 사용하거나, 또는 벨트 연마기와 같은 기계와 함께 사용할 수 있다. 연마용 물품은, 예를 들어 벨트, 테이프 롤, 디스크 또는 시트로 전환시킬 수 있다.

벨트 용도에서는, 연마 시트의 두 자유 단부를 서로 연결시킴으로써 연속 벨트를 형성한다. WO 93/12911에 기재된 무이음새 연속 벨트도 사용할 수 있다. 통상적으로, 연속적인 연마용 벨트는 하나 이상의 아이들러 롤 및 판 또는 접촉 휠 상을 횡단할 수 있다. 판 또는 접촉 휠의 경도는 원하는 절삭률 및 가공물의 표면 마무리도에 따라 조절된다. 연마용 벨트의 속도는 원하는 절삭률 및 표면 마무리도에 따라 결정되며, 통상적으로 어느 부분에서건 약 20 내지 100 m(표면)/초, 대개는 30 내지 70 m(표면)/초이다. 벨트의 치수는 폭이 약 0.5 내지 100 cm, 바람직하게는 1.0 내지 30 cm이며, 길이는 약 5 cm 내지 1,000 cm, 바람직하게는 50 내지 500 cm이다.

연마용 테이프는 연속 길이를 가진 연마용 물품으로서, 폭은 약 1 mm 내지 1,000 mm, 바람직하게는 5 mm 내지 250 mm일 수 있다. 연마 테이프는 대개 풀려진 후, 테이프를 가공물에 대해 가압하는 지지 패드 상을 횡단한 다음 다시 감겨진다.연마 테이프는 연마 계면을 통해 연속적으로 공급된 후 색인화될 수 있다.

연마제 분야에서 "데이지(daisy)"로 공지된 형태를 가진 것을 포함한 연마 디스크는 직경이 약 50 mm 내지 1,000 mm, 바람직하게는 50 mm 내지 100 mm일 수 있다. 통상적으로, 연마 디스크는 부착 수단에 의해 지지 패드에 고정되어, 100 rpm 내지 20,000 rpm, 통상적으로는 1,000 rpm 내지 15,000 rpm으로 회전할 수 있다.

본 발명의 코팅된 연마용 제품은 락웰 "C" 경도가 약 25 락웰 "C" 이상, 통상적으로는 약 35 락웰 "C" 이상, 바람직하게는 약 45 락웰 "C" 이상, 보다 바람직하게는 약 50 락웰 "C" 이상인 단단한 가공물을 연마하는 데 특히 효과적이다. 그러한 가공물로는 강철 및 주조 철이 있다. 특히, 본 발명의 코팅된 연마용 물품은 단단한 가공물을 정교하게 연마하는 데 특히 효과적이며, 이때 코팅된 연마용 물품은 전술한 바와 같이 가공물과 접촉시키기 전에 트루잉(truing) 처리한다. 상기 물품의 수명기간 동안에는, 물품이 원하는 내역에 부합되지 않을 경우, 예를 들면 표면 마무리도 및/또는 연마의 정밀도가 부합되지 않을 경우에 트루잉 처리할 수 있다.

경도 측정은 ASTM 표준 번호 A 370-90에 따라 수행할 수 있다. 경화된 강철 또는 주로 철 가공물의 예로는 캠축, 크랭크 축, 엔진 부품, 베어링 표면, 및 장기간 동안 강한 또는 완만한 마모 조건을 견딜 수 있어야 하는 임의의 기계 부품이 있다. 상기 연마 방법은, 본 발명의 코팅된 연마용 물품을 제공하는 단계, 코팅된 연마용 물품을 단단한 가공물과 접촉시키는 단계, 및 코팅된 연마용 물품과 가공물을 서로에 대해 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 가공물은 다량의 물의 존재하에 또는 윤활제의 존재 하에 연마할 수도 있다. 바람직한 구체예에서, 코팅된 연마용 물품은 백킹 및 연마층을 포함하는데, 이때 연마층은 결합 시스템 및 연마 응집체를 포함하고, 상기 연마 응집체는 유리화된 결합제 및 초연마 그레인을 포함한다.

본 발명의 한 바람직한 구체예는 미국 특허 제4,833,834호에 기재된 바와 같이 본 발명의 연마용 물품을 이용하여 캠축을 연마하는 것이다.

본 발명은 한 구체예로서 제 1 주표면을 가진 백킹; 및 제1 주표면 상에 코팅되어 있고, 제1 주표면에 접착되는 접촉면 및 그 대향면을 가지며, 두께는 접촉면에서 대향면에 이르는 연마층을 포함하는 코팅된 연마용 물품을 제공하는데, 상기 연마층은 유기계 결합 시스템 및 이 결합 시스템에 접착된 다수개의 연마 응집체를 포함하고, 이들 연마 응집체 각각은 무기 결합제 및 다수개의 연마 그레인을 포함하며, 실질적으로 균일한 크기 및 모양을 가지고, 상기 연마층 두께의 중심 지점에서 두께에 수직인 연마층의 단면은 중심 지점과 접촉면 사이 거리의 75%에 해당하는 두께를 따른 일 지점에서의 단면적과 실질적으로 동일한 연마 응집체의 총단면적을 갖는다.

또다른 구체예에서, 본 발명은 제1 주표면을 가진 백킹; 및 제1 주표면 상에 코팅된 연마층을 포함하는 코팅된 연마용 물품을 제공하는데, 상기 연마층은 유기계 결합 시스템 및 이 결합 시스템에 분산된 다수개의 연마 응집체를 포함하고, 이들 응집체 각각은 무기 결합제 및 다수개의 연마 그레인을 포함하며, 모양은 절두형의 4면 피라미드이다.

또다른 구체예에서, 본 발명은 제1 주표면을 가진 백킹; 및 제1 주표면상에 코팅된 연마층을 포함하는 코팅된 연마용 물품을 제공하는데, 이때 상기 연마층은 유기계 결합 시스템 및 이 결합 시스템에 분산된 다수개의 연마 응집체를 포함하고, 상기 결합 시스템은 결합제 및 무기 충전제 입자를 포함하고, 평균 크누프 경도치가 70 이상이며, 상기 각 응집체는 무기 결합제 및 다수개의 연마 그레인을 포함한다.

또한, 본 발명은 (a) 제1 주표면을 가진 백킹을 제공하는 단계, (b) 연마층을 형성하는 단계로서, 상기 연마층은 백킹의 제1 주표면에 접착되는 접촉면과 그 대향면을 가지며, 두께는 접촉면에서 그 대향면에 이르고, 두께의 중심 지점에서 두께에 수직인 연마층의 단면은 연마 응집체의 총 단면적을 가지는데, 이 단면적은 중심 지점과 접촉면 사이 거리의 75%에 해당하는 두께를 따른 일 지점에서의 단면적과 실질적으로 동일한 것인 단계를 포함하는 코팅된 연마용 물품의 제조 방법을 제공하는데, 이때 상기 (b) 단계는 (1) 제1 유기계 결합제 전구물질을 포함하는 메이크 코트를 백킹의 제1 주표면에 도포하는 단계, (2) (i) 무기 결합제 및 다수개의 연마 그레인을 포함하고 (ii) 실질적으로 균일한 크기 및 모양을 갖는 다수개의 연마용 응집체를 제공하는 단계, (3) 메이크 코트에 상기 응집체를 분배시키는 단계, (4) 상기 메이크 코트를 에너지원에 노출시켜 제1 결합제 전구물질을 적어도 부분적으로 경화시키는 단계, (5) 제2 유기계 결합제 전구물질을 포함하는 사이즈 코트를 연마 응집체에 도포하는 단계, 및 (6) 상기 사이즈 코트를 제2 에너지원에 노출시켜 제2 결합제 전구물질을 경화시키고, 임의로 제1 결합제 전구물질을 완전히 경화시키는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 (1) 백킹 및 연마층을 포함하는 코팅된 연마용 물품을 제공하는 단계로서, 상기 연마층은 결합 시스템 및 연마 응집체를 포함하고, 상기 응집체는 (a) 유리 금속이 실질적으로 함유되지 않은 무기 금속 산화물 결합제 및 (b) 초연마 입자를 상당량 함유하는 연마 그레인을 포함하는 것인 단계; (2) 상기 코팅된 연마용 물품을, 연마에 충분한 압력하에 가공물과 접촉시키는 단계; 및 (3) 코팅된 연마용 물품 및 가공물을 서로에 대해 이동시키는 단계를 포함하는, 락웰 "C" 경도가 25 이상인 단단한 가공물을 연마하는 방법에 관한 것이다.

상기 특성을 가진 코팅된 연마용 물품 및 이의 제조 방법은 이제까지는 이루지 못했던 우수한 연마 질을 산출시킨다. 특히, 본 발명의 코팅된 연마용 물품은 단단한 가공물을 연마하는 데 효율적이면서 효과적이다. 통상적으로, 강철과 같은 단단한 가공물을 결합된 휠을 사용하여 연마하면 수명, 절삭률 및 가공물의 허용오차가 원하는 정도로 얻어진다. 결합된 연마용 물품은 코팅된 연마용 물품에 비해 2가지의 주요 단점이 있다. 결합된 연마용 물품은, 그 효과적인 절삭률이 둔화되고손실되는 것을 방지하기 위해서는 드레싱 및 조절처리(true)가 필요하다. 또한, 결합된 연마용 물품은 강성이며, 가요성이 없다. 이러한 강성은 제품의 용도를 특정의 연마 용도에만 국한시킨다. 예를 들어, 캠축 로브의 이면을 약간 옴폭하게 연마하고자 할 수도 있는데, 이는 결합된 연마용 물품으로는 가능하지 않다. 이와는 대조적으로, 코팅된 연마용 물품은 가요성을 지니므로 이러한 연마 용도에 사용할 수 있다. 그러나, 이미 공지된 코팅된 연마제는 적정 수명을 지니지 못하므로 단단한 가공물을 연마하는 데에는 적합하지 않은 것으로 간주되었다. 한편, 본 발명의 코팅된 연마용 물품은 장기간 사용할 수 있으며, 양호한 절삭률 및 허용오차(tolerance)를 제공하고, 가요성을 지닌다.

하기 실시예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하는 것이며, 이것에 본 발명이 국한되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 부, 퍼센테이지, 비율 등은 다른 지시가 없는 한 중량을 기준으로 한 것이다. 메이크 코트, 사이즈 코트 및 유리화된 응집체 슬러리 조성에서 언급된 중량은 습 중량이다. 전반적으로 이하의 약어들을 사용하였다.

DIW 탈이온수;

EP1 쉘 케미칼 컴패니(텍사스, 휴스턴에 소재)에서 상표명 "Epon 828"로 시판하는 에폭시;

EPH1 헨켈 코오포레이션(미네소타, 미네아폴리스 소재)에서 상표명 "Versamid 125"로 시판하는 에폭시 경화제;

EP2 쉘 케미칼 컴패니(텍사스, 휴스턴에 소재)에서 상표명 "Epon 871"로 시판하는 에폭시;

EPH2 헨켈 폴리머스 디비젼(일리노이, 라그란즈 소재)에서 상표명 "Genamid747"로 시판하는 에폭시 경화제;

PR 유리 포름알데히드 함량이 0.75% 내지 1.4%이고, 유리 페놀 함량이 6% 내지 8%이며 나머지는 물로 구성된 레졸 페놀 수지로서, 고형물 함량은 약 78%이고, pH 8.5, 및 점도는 약 2400 내지 2800 센티포와즈임;

SCA 유니온 카바이드에서 상표명 "A-1100"으로 시판하는 실란 결합제;

PH2 시바 가이기 코오포레이션(뉴욕, 호오돈 소재)에서 상표명 "Irgacure 369"로 시판하는 2-벤질-2-N,N-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1-부타논;

SWA1 악조 케미 어메리카(일리노이, 시카고 소재)에서 상표명 "Interwet 33"으로 시판하는 습윤제;

SWA2 유니온 카바이드 코오포레이션(코넥티컷, 덴버리 소재)에서 상표명 "Silwet L-7604"로 시판하는 습윤제;

SAG 1 제너럴 일렉트릭 컴패니(오하이오, 워딩턴 소재)에서 상표명 "CBN II"로 시판하는 니켈 코팅 함량이 60%인 입방형 질화 붕소;

SAG 2 제너럴 일렉트릭 컴패니(오하이오, 워딩턴 소재)에서 상표명 "CBN I"로 시판하는 입방형 질화 붕소;

AO 산화알루미늄 연마 그레인;

MDA 바스프 코오포레이션(뉴저지, 파시파니 소재)에서 시판하는 메틸렌 디아닐린;

MAA 롬 앤드 하스(펜실베니아, 필라델피아 소재)에서 시판하는 메타크릴산;

PMA 폴리프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트;

UPR 유니로얄 케미칼 컴패니, 인코오포레이티드(코넥티컷, 미들베리 소재)에서 상표명 "Adiprene BL-16"으로 시판하는 우레탄 중합체;

PEG4D 사토머 컴패니, 인코오포레이티드(펜실베니아, 엑스톤 소재)에서 시판하는 폴리에틸렌 글리콜 400 디아크릴레이트;

UAO 모르톤 인터내쇼날(일리노이, 시카고 소재)에서 상표명 "Uvithane 893"으로 시판하는 우레탄 아크릴레이트;

AC 알베말 코오포레이션(로스앤젤레스, 바톤 루즈 소재)에서 상표명 "Ethacure 100"으로 시판하는 아민 경화제;

EGME 올린 콤패니(코넥티컷, 스탬포드 소재)에서 시판하는 에티렌 글리콜 모노부틸 에테르(일명 폴리솔브로도 공지됨);

PS 100 엑슨 케미칼 컴패니(텍사스, 휴스턴 소재)에서 상표명 "WC-100" 및 "Aromatic 100"으로 시판하는 탄화수소 용매;

CMSTNYCO(뉴욕, 윌스보로 소재)에서 상표명 "325 Wollastonite"로 시판하는 칼슘 메타실리케이트;

CMSKNYCO(뉴욕, 윌스보로 소재)에서 상표명 "400 Wollastokup"로 시판하는 칼슘 메타실리케이트;

ASF2 데구사 게엠베하(독일 소재)에서 상표명 "Aerosil R-972"로 시판하는 실리카 충전제;

ASC 엥겔하드 코오포레이션(뉴저지, 에디슨)에서 상표명 "ASP 600"으로 시판하는 점토.

코팅된 연마용 벨트는 비교예 A 및 B와 실시예 1 내지 6에서 다음과 같이 제조하였다.

비교예 A

비교예 A에 사용된 백킹은 폴리에스테르 백킹(360 g/㎡)으로서, 이 백킹은 60부 EP1/40부 EPH1으로 프리사이즈 처리한 후 CaCO₃및 청동 가루가 충전된50부의 EP1/50부의 EPH1 수지로 백사이즈 처리하였다. 하기 표 1에 제시한 연마 슬러리 배합물을 나이프 코팅 방식으로 상기 백킹에 코팅한 후, 생성된 구조물은 실온에서 10분동안 경화시키고, 이어서 90℃에서 90분 동안 경화시키고 다시 113℃에서 14시간 동안 경화시켰다. 통상의 버트 연결부를 사용하여 연속 벨트를 제조하였다(길이 132 인치(335.3cm)). 연결 영역에 캘리퍼의 변경이 없도록 청동이 충전된 백사이즈는 연결 과정동안 벗겨내었다. 이어서, 벨트를 15/16 인치(2.38cm)의 폭으로 절단하였다.

비교예 A에서는, 리톤 랜디스 인더스트리스에서 모델 "3L CNC"로 시판하는 단일 벨트 캠축의 연마기에서 테스트 하였다. 이 기계는 직경이 50 cm인 왕관형 고무 드라이브 휠, 3부로 분할된 다결정형 다이아몬드 지지 슈, 및 상기 슈의 위 및 아래에 위치한 아이들러 및 상기 벨트를 인도하는 쇼울더를 갖추고 있다. 상기 벨트를 벨트 장력을 80~100 파운드/인치(벨트 폭)(14~17.6 N/mm)로 하여 상기 기계에 배치한 후, 분당 7000 피트(표면)(35 m/s)의 속도로 작동시켰다. 연마 가공물은, 경도가 58~60 락웰 "C"의 경도를 가진 경화된 강철 로브를 갖춘 자동차 캠축이었다. 연마 동안 축을 20 rpm으로 회전시켰다. 그러나 연마하기 전에는, 연마된 가공물이 제조업자의 허용오차에 맞도록 하기 위해 벨트를 드레싱하고 트루잉 처리하였다. 다이아몬드로 전기 도금된 4 인치(10.2 cm) 직경의 드레싱 바는 5000 rpm으로 회전시킨 후 구동 벨트의 표면과 접촉시켰다. 드레싱 및 연마 과정 동안 사용된 냉매는 수중의 6% 합성유인 매스터케미칼 트림 VHP E200이었다.

연마되는 캠 로브상에서 만족스러운 표면 마무리 및 테이퍼를 달성하기 위해, 벨트를 다이아몬드 드레싱 휠로 드레싱 및 트루잉 처리할 필요가 있었다. 드레싱 과정에 의하면, 소음이 없어지고 가공물의 표면 마무리도가 62 마이크로인치 (1.6 ㎛) 에서 16 ㎛ 내지 30 ㎛(0.4 ㎛ 내지 0.8 ㎛)로 저하되었다.

비교예 B

비교예 B에 사용된 백킹은 베네딕트 등의 WO 93/12911에 따라 제조된 무 이음새의 구조물이었다. 하기 표 2에 제시한 에폭시/우레탄 혼합물을 얇은 부직 폴리에스테르 매트 상에 나이프 코팅하였다. 200 데니어의 유리 섬유 및 폴리에스테르필라멘트를 교대로 하여 인치당 30개의 실(12개/cm)을 수지에 나선형으로 감았다. 이 공정은 132 인치(335.2cm)의 원주 휠 상에서 수행하였다.

표 3에 기재된 조성을 가진 메이크 수지로 백킹을 분사 코팅하였다. 0.057 g/제곱인치의 밀도(니켈 코팅이 포함된 경우에는 0.143 g/제곱인치)(각각 0.0088g/㎠ 또는 0.022 g/㎠)로 메이크 코트 상에 SAG1(125 ㎛의 평균 입자 크기)를 적하 코팅하였다. 82℃에서 1시간 동안 미리 경화시킨 후, 표 4에 제시된 사이즈 수지를 연마 그레인 상에 분사 코팅하였다. 이어서, 벨트를 82℃에서 1시간 동안 경화시키고 103℃에서 14시간 동안 경화시킨 후, 다시 143℃에서 3시간 동안 경화시켰다.이어서, 벨트를 7/8 인치(22.2 cm)의 폭으로 분할하였다.

연마 조건은 비교예 A에서와 동일하였다. 벨트를 드레싱 및 트루잉 처리한 결과, 표면 마무리도가 105 마이크로인치(2.6 ㎛)에서 16~40 마이크로인치(0.4~1 ㎛)로 저하되고 소음이 없어졌다. 드레싱을 성공적으로 수행한 후에는, 로브 전체의 평평도가 명세 내역을 벗어나기 전에 120 캠축의 로브를 연마하였다. 이어서, 벨트의 마모도를 측정하고, 캠의 로브에서 제거된 금속 용적을 연마과정 동안 손실된 벨트의 용적으로 나눈 값인 G 비율을 계산하였다. G 비율은 다음과 같이 계산할 수 있다:

비교예 B는 G 비율이 약 140이었다. 최대 신장율은 0.6%로 관찰되었다.

실시예 1

실시예 1에 사용된 백킹은, 중량이 360 g/㎡가 되도록 90/10 페놀/라텍스 혼합물로 포화시킨 폴리에스테르 수자직(285 g/㎡)이었다. 에폭시 백사이즈 코팅을 첨가하자 중량이 420 g/㎡까지 증가하였으며, 에폭시 프리사이즈 코팅을 첨가하자 중량이 450 g/㎡까지 증가하였다. 백킹은 12 인치(30.5 cm)의 폭으로 분할하였다. 132.1 인치(335.5 cm)의 길이로 절단하여 약 67。각도에서 사인 곡선 다이를 사용하여 통상의 방식으로 버트 연결시킨 후 3/4 인치(1.9 cm) 폭의 연결 매체를 사용하여 연결시켰다. 연결된 벨트는 이어서 132 인치(335.3 cm)의 원주 및 15 인치(38 cm)폭의 알루미늄 바퀴 상에서 활주시켰다. 표 5에 제시된 조성을 가진 수지를 약 4밀 내지 6밀(102 내지 152 ㎛)의 두께 및 0.036 g/㎠의 중량으로 백킹 상에 나이프 코팅하였다. 코팅한 후, 드럼을 3 rpm으로 회전시키고, 수지의 아크릴레이트 부분을 600 와트/인치의 융합 시스템 "D" 램프에서 40초 동안 경화시켰다.

동일한 수지로 구성된 제2층을 16 내지 20밀(406 내지 508 ㎛)의 두께로 도포하였다. 400 데니어(이.아이. 듀퐁 코오포레이션에서 상표명 "Kevlar 49"로 시판) 및 440 데니어의 폴리에스테르 섬유를 교대로 하여 벨트 폭 인치당 각각 24개의 실(9.5/cm)로 백킹 상에 감았다. 수지를 평활화시킨 후 40초 동안 동일한 융합 시스템 램프로 경화시켰다. 이후, 코팅된 벨트를 2개의 적외선 경화 램프에 약 30분 동안 노출시키면서, 드럼을 회전시켜 수지를 경화시켰다. 실온으로 경화시킨 후, 백킹을 바퀴로부터 제거하고 5 인치(12.7 cm)의 폭으로 절단한 후 코팅하였다.

연마 응집체는, 표 8에 제시된 배합물을 혼합하고 이것을 약 0.050 인치 (1270 ㎛) 길이 및 폭을 가진 사각형 상부 및 약 0.025 인치(635 ㎛) 길이 및 폭의 사각형 기저부를 가진 구멍을 갖춘 실리콘 금형 내에 코팅하여 제조하였다(상기 구멍의 깊이는 0.035 인치(890 ㎛)였다). 실시예 1 내지 4 각각에 기재된 유리 분말은 표 11에 기재한다. 슬러리를 건조시킨 후 90℃의 금형 내에서 30분 동안 경화시켰다. 생성된 입방체는 금형에서 꺼냈다. 응집체가 하소 과정 동안 서로 점착되는 것을 방지하기 위해, 100 g의 220 등급(평균 입자 크기 74 ㎛) AO 및 10.01 g의 DIW를 200 g의 예비 하소된 입방형 응집체와 배합하였다. 알루미나 용기의 바닥은 75 g의 220 등급 AO로 덮고, 배합된 물질은 상부에 배치하였다. 상기 용기는, 공기에 대해 노출된 소형 로 내에 넣었다. 로의 온도는 4시간에 걸쳐 25℃에서 900℃로 상승시킨 후 900℃에서 3시간 동안 유지시킨 뒤, 로를 끄고 하룻밤 동안 실온으로 냉각시켰다. 하소된 유리화 응집체는 16메쉬의 스크린을 통해 걸러내어 이들을 서로 분리시키고 임의의 미세한 AO도 제거하였다.

표 9에 제시된 조성의 메이크 수지를, 제곱인치당 0.22 g의 습중량(0.034 g/㎠)으로 백킹의 폴리에스테르 직물면 상에 나이프 코팅하였다. 이어서, 상기 제조된 응집체를 메이크 수지 상에 0.34 g/제곱인치(0.053 g/㎠)의 중량으로 적하 코팅하였다. 이어서, 벨트를 90℃의 오븐에서 90분 동안 넣어두어 메이크 코트를 미리 경화시키고 응집체를 백킹에 결합시켰다. 표 10에 제시된 사이즈 수지는 연성(쇼어 A=30) 고무 롤을 사용하여 벨트 상에 코팅하였다. 사이즈 수지의 중량은 제곱인치당 0.41 g(0.064 g/㎠)이었다. 이어서, 벨트를 90℃의 오븐에서 16시간 동안 예비 경화시키고 130℃에서 3시간 동안 최종 경화시켰다. 경화를 완료한 후 벨트를 가요화시키고, 1.0 인치(2.54 cm)의 폭으로 절단하여 테스트하였다.

벨트는 다음과 같이 연마 성능면에서 테스트 하였다. 사용된 연마기는 비교예 A에서와 동일하였다. 연마 가공물은, 경도가 58~64 락웰 "C"인 약 0.453 인치 (1.15 cm) 폭의 경화된 로브를 가진 자동차 캠축이었다. 연마하기 전에, 벨트를 동일한 조건하에 드레싱 및 트루잉 처리하였다. 한편, 냉매용 수중의 오일 농도는 5.75%로 하였다.

벨트를 다이아몬드 드레싱 휠과 접촉시킨 후 좁은 다이아몬드를 벨트의 폭에 걸쳐 앞뒤로 서서히 교차시킴으로써 벨트를 트루잉 처리 및 드레싱하였다. 벨트의 두께가 0.0692 인치(0.176 cm)에 도달했을때, 캠축 로브를 성공적으로 연마할 수 있을 정도로 벨트가 충분히 드레싱된 것이다.

제1 로브는 1 회전당 0.001 인치(25 ㎛)의 공급 속도로 연마하였고, 이 로브는 평평도에 있어서 최고치 대 최저치의 총 차이가 0.000060 인치(1.5 ㎛)이며, 평균 표면 마무리도는 20 마이크로인치(0.5 ㎛)였다. 48개의 로브를 연마한 후, 표면 마무리도는 28 마이크로인치(0.7 ㎛)였고 평평도의 차이는 0.000130 인치(3.3 ㎛)였다. 벨트의 마모도는 연마된 로브당 0.0000045 인치(0.114 ㎛)로 측정되었다. G 비율은 96으로 계산되었다.

이어서, 다시 벨트를 드레싱하고 트루잉 처리하였다. 벨트의 두께는 0.0677 인치(0.172 cm)로 감소하였다. 제1 로브는 캠축 1 회전당 0.001 인치(25.4 ㎛)의 공급 속도로 연마하였다. 표면 마무리도는, 제1 로브가 21 마이크로인치(0.55 ㎛)였고, 평평도에 있어서 최고점 대 최저점의 총 차이는 0.000080 인치(2.03 ㎛)였다. 48개의 로브를 연마한 후, 표면 마무리도는 28 마이크로인치(0.7 ㎛)였고, 평평도에 있어서의 총 편차는 0.000100 인치(2.54 ㎛)였다. 벨트의 마모도는 연마된 로브당 0.0000031 인치(0.078 ㎛)인 것으로 측정되었다. G 비율은 139로 계산되었다.

벨트 두께가 0.0669 인치가 될 때까지 벨트를 드레싱하고 트루잉 처리하였다. 공급 속도는 0.0015 인치/회전수로 증가되었다. 제1 로브상의 표면 마무리도는 24마이크로인치였고, 평평도에 있어서 최고점 대 최저점의 총 차이는 0.000100 인치였다. 48개의 로브를 연마한 후, 표면 마무리도는 35 마이크로인치였고, 평평도에 있어서의 총 편차는 0.000210 인치였다. 벨트의 마모도는 연마된 로브당 0.0000075 인치인 것으로 측정되었다. G 비율은 58인 것으로 계산되었다.

벨트 두께가 0.0659 인치가 될때까지 벨트를 드레싱하고 트루잉 처리하였다. 공급 속도는 0.00067 인치/회전수로 저하되었다. 제1 로브상의 표면 마무리도는 21마이크로인치였고, 평평도에 있어서 최고점 대 최저점의 총 차이는 0.000085 인치였다. 48개의 로브를 연마한 후, 표면 마무리도는 23 마이크로인치였고, 평평도에 있어서의 총 편차는 0.000120 인치였다. 118개의 로브를 연마한 후, 표면 마무리도는 24 마이크로인치였고, 평평도에 있어서의 총 차이는 0.000170 인치였다. 벨트의 마모도는 연마된 로브당 0.0000021 인치인 것으로 측정되었다. G 비율은 206으로 계산되었다.

개별(비 응집된) 연마 그레인으로 제조한 연마 벨트를 사용하여 동일한 조건하에서 동일한 장치를 사용했을 때 비교예에서는 로브 평평도가 얻어지지 않았다.

상기 벨트 구조물은 매회 만족스러운 평평도가 얻어질 때까지 드레싱하고 트루잉 처리하였다. 연마된 캠 로브의 평평도를 일관적으로 달성하는 것은, 캠축 연마용 연마 벨트의 성공 여부 및 유용성에 있어서 중요한 사항이다.

실시예 2

실시예 2에 사용된 백킹은 실시예 1에서와 유사한 방식으로 제조하되, 단 섬유를 접착시키기 위한 배합물은 표 6에 제시된 바와 같으며 기타 실시예 1과 다른 점은 후술한다.

섬유 상에 수지를 코팅한 후, 드럼을 3 rpm으로 회전시키고, 수지를 400 와트/인치(157.5 와트/cm)의 융합 시스템 "V" 램프를 사용하여 60초 동안 경화시켰다.

동일한 수지로 구성된 제2층을 16 내지 20 밀(406 내지 105 ㎛)의 두께로 도포하고, 이.아이. 듀퐁 코오포레이션에서 시판되는 상표명 "Kevlar 49"의 800 데니어 섬유를 42개의 실/인치(벨트 폭)(16.5/cm)로 백킹 상에 감았다. 수지를 평활화시킨 후 동일한 융합 시스템 램프를 사용하여 60초 동안 경화시켰다. 이후, 코팅된 벨트를 2개의 적외선 경화 램프에 약 120분 동안 노출시키면서 드럼을 회전시킴으로써 수지를 경화시켰다. 실온으로 냉각시킨 후, 백킹을 바퀴로부터 제거하고 코팅을 위해 5인치(12.7 cm)의 폭으로 절단하였다.

표 8에 제시된 슬러리를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 혼합하여 유리화된 응집체를 제조하였다. 이 슬러리는 건조시키고 90℃의 금형 내에서 30분 동안 경화시킨 후, 생성된 입방체는 초음파 호른을 사용하여 금형에서 제거했다. 하소과정 동안 예비 하소된 응집체가 서로 점착되는 것을 방지하기 위해, 150 등급의 AO(평균 입자 크기 약 105 ㎛)를 응집체와 혼합하였다. 알루미나 용기의 바닥은 150 등급의 AO로 덮고 혼합된 물질을 상부에 배치하였다. 용기는 공기에 노출된 소형 로내에 배치하였다. 상기 응집체는 900℃에서 하소시켰다. 하소된 유리화된 응집체는 이어서 ANSI 16메쉬의 스크린을 통해 선별하여 서로 분리시켰다. 미세한 AO도 역시 선별해냈다.

표 9에 제시된 메이크 수지를 0.21 g/제곱인치(0.033 g/㎠)의 중량으로 백킹상에 나이프 코팅하였다. 생성된 응집체는 메이크 수지 상에 0.57 g/제곱 인치(0.088g/㎠)의 중량으로 적하 코팅하였다. 이어서 벨트를 90℃의 오븐 내에 90분동안 넣어 메이크 수지를 예비 경화시키고, 백킹에 응집체를 결합시켰다.

표 10에 제시된 사이즈 수지는 연성(쇼어 A=30) 고무 롤을 사용하여 벨트상에 코팅하였다. 사이즈 수지의 중량은 0.50 g/제곱인치(0.0775 g/㎠)였다. 이어서, 벨트를 90℃의 오븐에서 90분 동안 예비 경화시키고, 105℃에서 10시간 및 130℃에서 3시간 동안 경화시켰다. 경화가 완료되면 벨트를 가요화시키고, 테스트를 위해 0.75 내지 1.0 인치(1.9 내지 2.5 cm)의 폭으로 절단하였다.

이어서, 벨트를 경화된 강철 캠 로브 상에서 연마 성능에 대해 테스트 하였다. 사용된 연마기는 J.D. 필립스 코포레이션(미주리, 알페나 소재)에서 시판하는 표준형 벨트 연마기였으나, 기본적으로는 리톤 랜디스 연마기와 유사하였다. 지지 슈는 다결정형 다이아몬드 슈였고, 아이들러는 슈의 위와 아래에 배치하였으며, 슈의 각 면에 플랜지를 구비하여 벨트를 인도하였다. 상기 벨트는 50 내지 73 파운드/인치(8.8~12.8 N/mm)의 장력하에 작동하고, 12 인치(30.5 cm) 직경의 왕관형 고무 구동 휠에 의해 7740 피트(표면)/분(39.3 m/s)의 속도로 작동하였다. 벨트는, 10 rpm으로 회전하는 3 인치(7.6 cm) 직경의 다이아몬드 휠(벨트의 방향에 대해 역회전)을 사용하여 드레싱 및 트루잉 처리하였다. 벨트 상에서 다이아몬드 휠의 접촉 폭은 약 1/2 인치(1.27cm)였다. 회전 다이아몬드 횔을 벨트의 좌측면 상에 표시하고 벨트를 좌측에서 우측으로 횡단시켰다. 연마된 가공물은 V-8 엔진용 자동차 캠축으로서, 이들 각 로브는 약 0.45 인치(1.14 cm)이고, 경도는 60~62 락웰 "C" 였다. 사용된 냉매는 합성유인 Cimperial 1010으로서, 이것은 수중 농도가 약 5%였다.

드레싱, 트루잉 처리 및 연마 이전의 연마용 벨트 두께는 약 0.100 인치 (0.25 cm)였다. 연마용 벨트를 다이아몬드 드레싱 휠과 접촉시킨 후 다이아몬드 휠을 벨트의 폭에 걸쳐 서서히 횡단시킴으로써 상기 벨트를 트루잉 처리 및 드레싱 하였다. 벨트의 두꼐가 0.085 인치에 도달했을 때가, 캠 로브를 성공적으로 연마할 수 있기에 충분할 정도로 벨트가 드레싱된 것이다.

테스트 연마기 상의 8개의 헤드를 사용하여 캠축 상의 2개의 로브를 연마할 수 있었다. 각 축 상의 첫 번째 2개 로브를 연마한 후, 벨트를 제2 헤드로 이동시켜 제3 및 제4 로브를 연마하였다. 벨트를 이동시키지 않고 연마할 수 있는 로브의 최대 갯수는 94개였다.

1개의 벨트로 428개의 로브를 연마하였다. 벨트는 이 시점에서만 약간 사용하였다. 따라서, 이 벨트의 마모도를 성공적으로 측정할 수가 없으므로 G 비율을 계산할 수가 없었다.

로브의 기저부 원에 대한 표면 마무리도는 드레싱 직후 약 13 마이크로인치 (0.325 ㎛)였다. 180개의 로브를 연마한 후 기저부 원에 대한 표면 마무리도는 여전히 20 마이크로인치(0.5 ㎛) 미만이었다. 최종 벨트 신장률은 약 1.8% 미만이었다.

실시예 3

섬유 결합 수지를 표 7에 제시된 수지로 사용한 점을 제외하고는, 실시예 2에서와 동일하게 실시예 3의 백킹을 제조하였다.

표 8에 제시된 슬러리 배합물을 사용하여 실시예 2에서와 동일한 방식으로연마 응집체를 제조하였다. 예비 하소된 응집체가 하소 과정 동안 서로 접착되는 것을 방지하기 위해, 200/230 등급(평균 입자 크기 74 ㎛)의 SAG2를 응집체와 혼합하였다. 알루미나 용기의 바닥은 200/230 등급의 SAG2로 덮고, 혼합된 물질은 상부에 배치하였다. 상기 용기는, 공기에 대해 노출된 소형 로 내에 넣었다. 응집체는 900℃에서 하소시켰다. 하소된 유리화 응집체는 ANSI 16 메쉬의 스크린을 통해 선별하여 이들을 서로 분리시켰다. 미세한 SAG2도 선별 제거하였다.

표 9에 제시된 메이크 수지를, 제곱인치당 약 0.25 g의 중량으로 백킹의 폴리에스테르 직물면에 나이프 코팅하였다. 이어서, 상기 하소된 응집체를 메이크 수지 상에 0.73 g/제곱인치의 중량으로 적하 코팅하였다. 이어서, 벨트를 90℃의 오븐에서 90분 동안 넣어두어 메이크 코트를 미리 경화시키고 응집체를 백킹에 결합시켰다. 표 10에 제시된 사이즈 수지는 연성(쇼어 A=30) 고무 롤을 사용하여 벨트상에 코팅하였다. 사이즈 수지의 중량은 제곱인치당 0.43 g이었다. 이어서, 벨트를 90℃의 오븐에서 90분 동안 예비 경화시키고 105℃에서 10시간 동안, 130℃에서 3시간 동안 최종 경화시켰다. 경화를 완료한 후 벨트를 가요화하고, 테스트를 위해 0.75 인치 내지 1.0 인치(1.9 cm 내지 2.5 cm)의 폭으로 절단하였다.

이어서, 벨트를 경화된 강철 캠 로브 및 경화된 주조 철 상에서 연마 성능에 대해 테스트하였다. 연마 조건은 다음과 같았다. 사용된 연마기는 상기 실시예에 사용된 것과 동일한 리튼 랜디스 연마기였다. 벨트 상의 장력은 80 내지 100 파운드/인치(14~17.6 N/mm)이고, 이들은 20 인치(50.8 cm) 직경의 왕관형 고무 휠(이것은 벨트가 구동 휠 상에서 미끄러지는 것을 최소화하기 위해 거칠은 연마재에 의해조악화된 것임)에 의해 6000 내지 11000 피트(표면)/분(30.5 내지 55.9 m/s)의 속도로 구동하였다. 상기 벨트는 전술된 바와 동일한 방식으로 드레싱 및 트루잉 처리하였다. 벨트 표면 상의 다이아몬드 드레싱 휠의 접촉 폭은 약 1/8 인치(0.32 cm)이고, 회전 휠은 벨트의 좌측면에 표시하고 벨트를 우측으로 횡단시킨 후, 다시 표시하고 좌측으로 횡단시켰다. 연마된 가공물은 경화된 강철 자동차 캠축(경도 58~64 락웰 "C"), 및 성형된 철 캠축(경도 48~50 락웰 "C")이었다. 연마과정 동안, 캠은 20 rpm으로 회전하고, 1.4 Hz에서 0.120 인치(0.3 cm)로 진동하였다. 사용된 냉매는 매스터케미칼 트립 VHP E200으로서, 이것은 농도가 3 내지 6%였다.

드레싱, 트루잉 처리 작업 및 연마과정 이전의 벨트의 두께는 약 0.130 인치(0.33 cm)였다. 백킹의 두께는 0.050 인치(0.127 cm)였다. 벨트는 직경이 약 0.040 인치(0.102 cm)인 응집체 단일층으로 코팅하였다. 수개의 응집체를 제2층으로 무작위로 코팅하였다. 그러나, 이들 이종 응집체는 초기 드레싱/트루잉 처리 작업 과정 동안 벨트로부터 떨어져 나갔다.

연마용 벨트를 다이아몬드 드레싱 휠과 접촉시킨 후 좁은 다이아몬드를 벨트의 폭에 걸쳐 앞뒤로 서서히 횡단시킴으로써 상기 벨트를 트루잉 처리 및 드레싱 하였다. 벨트의 두께가 0.089 인치(0.226 cm)가 되었을 때, 그 벨트는 캠 로브를 성공적으로 연마할 수 있도록 충분히 드레싱 및 트루잉 처리된 것이다.

다양한 연마 조건하에 경화된 강철 캠축의 로브 상에서, G 비율 범위는 60 내지 110이었다. 다양한 연마 조건하에 경화된 주조 철 캠 로브 상에서, G 비율은 98 내지 427이었다.

테스트 과정 동안 벨트의 신장률은 1.0% 미만이었다. 하룻밤 동안 장력을 제거했을 때 벨트는 원래 길이의 0.5% 이내로 복귀되었다.

실시예 4

실시예 4는 실시예 3에서와 동일하게 제조하였다. 백킹 및 연마 응집체는 실시예 3의 백킹에서와 동일한 방식으로 제조하되, 단 생성된 연마용 벨트는 158 인치(400 cm)의 길이 및 1.0 인치(2.54 cm)의 폭을 가졌다.

표 9에 제시된 조성의 메이크 수지를, 제곱인치당 0.21 g의 중량(0.033 g/㎠)으로 백킹의 폴리에스테르 직물면 상에 나이프 코팅하였다. 이어서, 상기 제조된 응집체를 메이크 수지 상에 0.68 g/제곱인치(0.105 g/㎠)의 중량으로 적하 코팅하였다. 이어서, 벨트를 90℃의 오븐에 90분 동안 넣어두어 메이크 코트를 미리 경화시키고 응집체를 백킹에 결합시켰다.

표 10에 제시된 사이즈 수지는 연성(쇼어 A=30) 고무 롤을 사용하여 벨트 상에 코팅하였다. 사이즈 수지의 중량은 제곱인치당 0.27 g(0.042 g/㎠)이었다. 이어서 벨트를 90℃의 오븐에서 90분 동안 예비 경화시키고 105℃에서 10시간 동안, 130℃에서 3시간 동안 최종 경화시켰다. 경화를 완료한 후 벨트를 가요화하고, 테스트를 위해 1.0 인치(2.54 cm)의 폭으로 절단하였다.

벨트는 다음과 같이 테스트 하였다. 사용된 연마기는 샤우트(독일 소재)에서 시판하는 단일 벨트 캠축 연마기인 모델 CBS1이었다. 지지 슈는 폭이 1.07 인치 (2.73 cm)이고, 왕관형 아이들러는 슈의 위와 아래에 배치하였다. 벨트 상의 장력은 50 파운드/인치(8.8 N/mm)였고, 15 인치(38 cm)의 직경 및 3 인치(7.5 cm)의 폭을 가진 고무 휠(이것은 벨트가 구동 휠상에서 미끄러지는 것을 최소화하기 위해 거칠은 연마재에 의해 조악화된 것임)에 의해 9000 피트(표면)/분(45 m/s)의 속도로 구동하였다. 연마된 가공물은 경화된 주조 철의 자동차 캠축(락웰 "C" 경도는 램프 및 노즈 상에서는 54였고, 기저부 상에서는 42였다)이었으며, 폭이 약 0.5 인치(13 mm)였다. 연마 과정 동안 사용된 냉매는 타 프리기메트 MA 174-N으로서, 이것의 수중 농도는 2.5%였다.

연마용 벨트는 3000 피트/분(15 m/초)으로 역회전하는 5.9 인치(15 cm) 직경, 0.012 인치(0.3 mm) 폭의 다이아몬드 휠을 사용하여 드레싱하고 트루잉 처리 하였다. 회전 다이아몬드 휠은 벨트의 우측면에 표시하고 우측에서 좌측으로 횡단시킨 후, 다시 표시하고 우측에서 좌측으로 횡단시켰다.

34초/로브에 필요한 연마 사이클을 이용하여 190개의 캠축, 또는 1520개의 캠 로브를 연마하였다. 테스트 초반에는 5개의 캠축(40개의 로브) 마다 벨트를 드레싱 및 트루잉 처리하였다. 드레싱 및 트루잉 처리 작업사이에 연마된 축의 갯수는 36(288 로브)로 점점 증가하였는데, 이는 일부가 내역 내에 존재하는 것으로 확인되었다. 1520개의 로브를 연마하는 데 대해 계산된 총 G 비율은 300으로서 낮은데, 이는 테스트 초반에 너무 빈번하게 드레싱 및 트루잉 처리했기 때문이다. 이러한 사이클 시간으로 연마된 최종 560개의 로브에 대해 계산된 G 비율은 1000이었다. 벨트 신장률은 테스트 동안 0.7% 미만이었다.

표 8은 실시예 1 내지 4의 연마 응집체용 연마 응집체 슬러리의 제조에 사용된 배합물을 제시한 것이다.

표 9 및 표 10은 실시예 1 내지 4에 각각 사용된 각 메이크 코트 및 사이즈 코트의 조성을 기재한 것이다.

표 11에 제시된 유리 분말은 표 8에 따른 슬러리에 사용하였다. 유리 분말은 325 메쉬보다 미세하게 분쇄하였다. 유리는, 열 팽창 계수가 실시예에 사용된 초연마 그레인의 열 팽창 계수(3.5 x 10^-6/℃)와 거의 동일하도록 제조하였다. 에폭시 수지는 응집체용 임시 결합제로서 작용한다. 산화 붕소를 배합물에 첨가하면 유리와 연마 그레인간의 접착력이 향상된다.

Claims

(a) 제1 주표면을 지니며, 신장율이 약 2% 미만인 저신장성 백킹, 및

(b) 상기 제1 주표면 상에 코팅된 연마층

을 포함하는 코팅된 연마용 물품으로서,

상기 연마층은 제1 주표면에 접착된 접촉면, 이의 대향면, 및 접촉면으로부터 대향면에 이르는 두께를 가지고, (i) 유기계 결합 시스템 및 (ii) 상기 결합 시스템에 접착된 다수개의 연마 응집체를 포함하며,

상기 연마 응집체는 각각 (1) 무기 결합제 및 다수개의 연마 그레인을 포함하고, (2) 실질적으로 균일한 크기 및 모양을 가지며,

상기 두께의 중심 지점에서 두께에 수직인 연마층의 단면은, 상기 중심 지점과 접촉면 사이 거리의 75%에 해당하는 두께를 따른 일 지점에서의 단면적과 실질적으로 동일한 연마 응집체의 총 단면적을 가지는 것이 특징인 코팅된 연마용 물품.
제1항에 있어서, 상기 응집체가 절두된 4면의 피라미드형 또는 입방체형인 것이 특징인 코팅된 연마용 물품.
제1항에 있어서, 다수개의 연마 그레인이 다이아몬드, 입방형 질화붕소 및 이들의 조합물로 구성된 군 중에서 선택된 초연마 그레인인 것이 특징인 코팅된 연마용 물품.
(1) 제1항의 코팅된 연마용 물품을 제공하는 단계,

(2) 상기 코팅된 연마용 물품을 가공물과 접촉시키는 단계, 및

(3) 상기 코팅된 연마용 물품과 가공물을 서로에 대해 이동시키는 단계

를 포함하는 것이 특징인, 락웰 "C" 경도가 25 이상인 단단한 가공물을 연마하는 방법.
제4항에 있어서, 코팅된 연마용 물품을 단단한 가공물과 접촉시키기 전에 상기 물품을 트루잉(truing) 처리함으로써 단단한 가공물을 정교하게 연마하는 것이 특징인 방법.