复合磨料制品 发明的背景
复合磨料制品(如磨轮或磨垫)是通过用有机聚合物将磨粒粘合到非织造纤维织物的纤维上制成的。然后将许多层这种织物层压成可切割成产品的板材，或将这种织物螺旋地绕成可切割成轮形产品的圆柱(log)。这些广泛使用的磨料制品(通常称为“复合磨料”)的用途包括金属部件的清理、去毛刺、精磨和抛光。它们也广泛用于木制家具的精磨。
最常用的磨粒是熔凝氧化铝，但也可使用其它磨粒，如碳化硅、熔凝氧化铝/氧化锆以及溶胶凝胶氧化铝磨粒。
复合磨轮中最常用的有机粘结剂是如美国专利4,011,063、4,078,340、4,609,380、4,933,373和5,290,903中所述的聚氨酯。可以使用的其它粘结剂包括丙烯酸类聚合物、酚醛树脂、密胺树脂、聚氯乙烯和聚乙酸乙烯酯。
发明的概述
本发明提供一种新型复合磨料。这种复合磨料包括无规非织造纤维织物和用有机聚合物粘接到该织物上的磨粒，其特征在于该磨粒是形状规则(shaped)的磨料颗粒，它沿纵轴方向有基本均一的横断面形状，且长细比(定义为长度和与该长度相垂直的最大尺寸之比)至少为1.5∶1。
制造该磨粒所用的材料例如是氧化铝、碳化硅、氧化铝/氧化锆或其它适于制成形状规则磨粒的磨料。优选的材料是用如下方法制得的溶胶凝胶氧化铝，即将α氧化铝前体的溶胶或凝胶进行干燥，然后锻烧，使该前体转化为α相。加入能产生极细晶体显微结构的晶种颗粒和/或本技术领域中已知地其它改性剂，可对这种前体进行改性。上述的改性剂例如是氧化镁、氧化锆、稀土金属氧化物(如氧化镧、氧化铈、氧化钐等)、过渡金属氧化物(如二氧化钛、氧化钇、氧化铬、氧化铁、氧化钴、氧化镍和二氧化锰)以及二氧化硅。
本发明中所用的形状规则的磨粒可用如下方法制成，即对前体材料的分散体(通常是水中分散体)进行挤塑或模塑，然后煅烧这些具有所需形状的颗粒，将其转化成最终磨粒。
虽然其它的横截面形状(如三角形、正方形、多边形和椭圆)通常可以产生所需的结果，但最常见和最便利的形状主要是直柱。虽然横截面形状是一致的，但其尺寸可以变化，从而产生能保持均匀横截面形状的角锥形、截顶园锥形、针形或其它规则形状。
磨粒可以有任何适用于复合磨料的粒度。但是已发现，粒度较小(例如约从120磨粒粒度号或更细，更好是约从150磨粒粒度号直至约400磨粒粒度号)时，由于使用本发明所揭示的形状规则磨粒所产生的效果非常明显。本说明书中所用的磨粒粒度是按标准FEPA磨粒粒度量度的，所述的FEPA磨粒粒度表征着在与被测量颗粒通过筛孔的方向垂直的横截面上的最大尺寸。磨粒的长细比可以是1.5∶1-25∶1，但最合适的范围一般为1.5∶1-10∶1，更好的为2∶1-6∶1。
本发明的复合磨轮可用工业上已知的适当技术制造。这些磨轮的形状一般是具有用户都所需尺寸的圆盘形或圆柱形。磨轮的基体材料可以是非织造纤维织物，也可以是含或不含增强物的发泡有机聚合物。
优选实施方案的描述
用如下非限定性的实施例对本发明作进一步的说明。如果没有其它说明，所有的份为重量份。
实施例1
在织布机(web-forming machine)上用15旦尼尔的尼龙6-6纤维制成重量为95g/m2、厚度为9.4mm的低密度非织造纤维织物。用预粘合粘结剂(prebond binder)喷涂所制得的低密度织物，产生40-48g/m2的干增重，所用的喷涂混合料由55.9％苯乙烯-丁二烯胶乳(商品名称为“Tylac 68132”，购自Reichold Co.)、31.1％水、10.5％密胺树脂(商品名称“Cymel 385”，购自American Cyanamide Co.)和痕量的表面活性剂和酸催化剂组成。让喷涂过的织物通过一个对流烘箱(温度保持在148.8℃)，在烘箱中的时间为3.3分钟，使预粘合粘结剂固化至无粘性状态。所制得的预粘合非织造织物的厚度约为8mm，重量约为128g/m2。
按1.6g/m2的干增重，将粘合性粘结剂(adhesive binder)(下文称为第一道粘结剂)用作预粘合织物的浸渍处理剂，所述第一道粘合性粘结剂由28.5％水、29.2％酚醛树脂粘结剂(商品名称为BM-11，购自Bendix Corporation)、0.1％消泡剂和29.1％Alpine滑石(用作无机填料)组成。趁粘结剂仍有粘性时，将磨粒料藉重力加到织物的表面上，使磨粒粘着于粘结剂上。加磨粒的干增重为0.8g/m2。让经浸渍的织物通过一个对流烘箱(温度保持于160℃)，在烘箱中的时间为8分钟，使第一道粘合性粘结剂固化至无粘性状态。所得织物的厚度约为6.4mm，重量约为3.3g/m2。
然后再用另一种粘合剂/粘结剂混合物(下文称为第二道粘结剂)去浸渍已用粘合剂/粘结剂浸渍过的织物片段，部分干燥后产生可相互层压成复合磨轮的层(称为“板材”)。
将14层尺寸为275mm见方的这种板材(上面有着部分干燥的第二道粘结剂)叠放在两个金属板之间，压缩至25.4mm厚。然后把它放在121℃烘箱中1小时。1小时后取去金属板，接着再固化16小时。让固化的层压板材冷却至室温，从该25mm厚的层压板材上冲切出外径为248mm，其中有32mm孔的磨轮。
制造了四组磨轮，用来比较由加晶种溶胶凝胶氧化铝制得的形状规则的磨粒(长细比为3∶1)和标准熔凝氧化铝磨粒的性能。除了不同粒度使用了不同的粘结剂外，基本上使用相同的制造方法。
对于表1中表示为实施例1-6的磨轮，测量了其对金属磨削的克数和磨削过程中脱落的磨粒克数。方法是将磨轮安装在适于支承该磨轮的Floor Lathe Belt磨床的轴上，用5马力马达驱动安装在水平轴上的磨轮。磨轮轴的转速为1800rpm。
在磨床的另一根水平驱动轴(与第一根轴平行)上支承着外径为90mm、内径为83mm、长度为90mm的圆柱形试件，将它以静载荷为1362g的力向着第一根轴的方向推进，使试件的外圆周面与测试磨轮接触。试验过程中试件也沿旋转轴的方向作往复运动，保证几乎所有的外圆周面相继与磨轮接触。
试件在与磨轮相同的方向上的旋转，转速为9rpm，进行两次时间各为15分钟的接触。每次接触进行磨削后，取下试件，检查它的重量和表面光洁度，同时也测量测试磨轮外径的减少量。
结果列于如下表1中。
表1磨粒粒度所用的粘结剂磨削量(克)形状规则的SG180V-802010.4熔凝的A/O180V-80201.4形状规则的SG120V-B6352.8熔凝的A/O120V-B6351.5
用作粘结剂的树脂是购自Uniroyal Chemical Company，商品名称为“Vibrathane”的聚氨酯。形状规则的SG磨粒的具有圆柱形截面，其长细比为3∶1。
从上述的数据可知，包含形状规则的磨粒的磨轮比标准熔凝氧化铝磨轮磨削速度更快。