非织造磨料制品及其制作方法

专利名称：非织造磨料制品及其制作方法
技术领域：
本发明涉及带有纹理的磨料制品，该磨料制品包括蓬松的非织造基底，所述基底上具有磨料涂层。
背景技术：
通常，通过将磨料涂层施加到非织造基底并使所述磨料涂层固化来制造非织造的磨料产品。可以采用诸如粗梳法、气流成网法、纺粘法或湿法成网之类的方法来提供合适的非织造基底。可以针缝非织造基底，以使组成纤维致密并机械地纠缠在一起。在进一步加工之前，可以施加初始的“预粘结”涂层并使其固化以稳定非织造基底。将磨料涂层或磨料层施加到非织造基底上以形成磨料产品，所述磨料涂层或磨料层包含可固化的(可硬化的)粘结剂和磨粒。
人们已经发现，将美国专利No.2,958,593中所定义类型的低密度磨料产品作为表面处理产品取得了明显的商业成功，该产品是由位于美国明尼苏达州圣保罗市的3M公司销售的商品名称为“SCOTCH-BRITE”的产品。这种类型的磨料产品通常由卷曲的短纤维制成，所述短纤维已制成垫子并浸渍有树脂粘结剂和磨料。可以购买到提供多种功能的各种类型的这种材料。
非织造磨料产品的常用形式是用于安装在旋转轴上的盘或轮、带、用于精加工装置的垫(例如地板处理垫)或用作手垫的薄片。在使用过程中磨料制品可以附着到支撑体(例如用于研磨机的支撑垫)上，或者，磨料制品可以包含足够的容量以用作手垫。
在某些应用中，非织造磨料盘比通常具有布、纸或塑料背衬的带有涂层的磨料盘更优选，因为非织造盘更适用于精加工的表面。例如，非织造磨料盘容易适应尖角和焊接处，而不会撕裂盘或刨削精加工的表面。对于某些应用而言，这种适应性有它的缺点，因为非织造盘通常具有比带有涂层的磨料盘更低的研磨特性(例如切削速度)。
人们需要的是这样一种非织造磨料制品，该磨料制品保持非织造磨料制品的适应性特点，并且具有提高的切削性能。

发明内容
本发明涉及具有带纹理的非平坦表面的非织造磨料制品，具体来说，涉及蓬松的非织造磨料制品。纹理表面由峰(或高区域)和谷(或凹区域)构成，相对于具有基本上平坦的研磨表面的非织造磨料制品，所述纹理表面提供了改善的切削性能。用于带纹理的非平坦表面的一个常用术语是“波纹状”。
在一个具体方面，本发明涉及一种非织造磨料制品，该磨料制品包括蓬松的非织造基底，所述基底具有第一表面和相对的第二表面；以及磨料涂层，所述磨料涂层包含粘结剂和磨粒并且存在于所述第一表面的至少一部分上。所述第一表面和所述第二表面限定了多个峰和谷。所述非织造基底具有由所述第一表面和所述第二表面限定的厚度，所述厚度在整个所述基底上基本上是不变的。
在另一具体方面，本发明涉及一种制造非织造磨料制品的方法该方法包括提供具有第一表面和相对的第二表面的蓬松的非织造基底；以及将包含粘结剂和磨粒的磨料涂层设置在所述蓬松的非织造基底的所述第一表面的至少一部分上。所述非织造基底的所述第一表面和所述第二表面限定多个峰和谷。所述非织造基底具有由所述第一表面和所述第二表面限定的厚度，所述厚度在整个所述基底上基本上是不变的。


图1是根据本发明的磨料制品的透视图；图2是根据本发明的磨料制品的第一实施例的沿图1中线1-1截取的剖视图；图3是根据本发明的磨料制品的第二实施例的沿图1中线1-1截取的剖视图；
图4是根据本发明的磨料制品的第三实施例的沿图1中线1-1截取的剖视图；图5是根据本发明的磨料制品的第四实施例的沿图1中线1-1截取的剖视图；图6是根据本发明的磨料制品的第五实施例的透视图；图7是根据本发明的磨料制品的第六实施例的透视图；图8是根据本发明的磨料制品的第七实施例的沿图1中线1-1截取的剖视图；以及图9是制造用于本发明的磨料制品中的基底的方法的示意图。
具体实施例方式
本发明总的来说涉及磨料制品，该磨料制品具有用作磨料涂层的载体基底的蓬松的非织造材料。该磨料制品具有三维形貌，并且具有研磨表面，所述研磨表面包含多个被谷(或凹区域)分隔开的峰(或凸起区域)。磨料涂层可以存在于蓬松的非织造基底的整个表面上，或者限于峰或谷处。磨料涂层可以存在于磨料制品的任意一面或两面上。
下面将更详细地描述本发明磨料制品的这些和其它有利的特征、以及制造和使用这种磨料制品的方法。
参照附图，图1示出根据本发明的磨料制品，用标号10表示。图2至图7示出磨料制品10的各种实施例。每一种磨料制品具有唯一的标号(即，图2中的磨料制品10A，图3中的磨料制品10B，等等)，但是，在各个实施例中，相同的特征用相同的标号表示。
如图2所示，磨料制品10A具有支撑磨料涂层14的基底12。基底12被限定在第一表面22和相对的第二表面24之间。基底12具有多个峰(或凸起区域)26和多个谷(或凹区域)28。每个表面22，24都包含侧壁部分27，所述侧壁部分从峰26延伸到谷28。
第二表面24遵循第一表面22的轮廓，从而形成厚度基本不变的基底。在整个基底12上，基底12的厚度“t”的变化不超过50％，通常不超过30％。厚度变化优选不超过20％。存在第一表面22与第二表面24反向的基底12，允许将磨料涂层14施加在表面22，24的任意一个或者二者上，并且仍然可以得到带纹理的研磨表面。另外，存在厚度基本不变的基底12，其提供具有用于支撑磨料涂层的一致表面的磨料制品，并且提供具有一致厚度的磨料制品，从而产生一致的研磨或抛光结果。
磨料涂层14包含多个磨粒32，所述磨粒由粘结剂34保持在基底12的第一表面22上。磨粒32可以分布在整个粘结剂34中，或者通常可以按粘结剂34保持的层的形式存在。
磨料制品10A具有磨料涂层14，所述磨料涂层存在于峰26、谷28以及连接峰26和谷28的侧壁部分27上。图3至图5示出磨料涂层14的变化。除了磨料制品10B的磨料涂层14存在于峰26上而不存在于谷28或侧壁27上以外，图3的磨料制品10B与图2的磨料制品10A相似。除了磨料制品10C的磨料涂层14存在于谷28中而不存在于峰26上以外，图4的磨料制品10C与图2的磨料制品10A相似。由于蓬松的非织造基底12，图5的磨料制品10D与上述的磨料制品10A，10B，10C不同。磨料制品10D的基底包括峰26、谷28以及连接峰26和谷28的台肩部分(land portion)30。台肩部分30是峰26和谷28之间的中间高地。
图6和图7示出磨料制品的两种不同实施例，它们具有结构相同的基底，但是磨料涂层位于基底的相对侧上。关于磨料制品10E(图6)和磨料制品10F(图7)，基底都具有多个谷和峰，其中磨料涂层存在于整个基底上。图6的磨料制品10E具有独立的峰和相连的谷，其中磨料涂层存在于峰和谷上，这些峰类似“枕头”。在磨料制品10E的可选实施例中，磨料涂层可以主要存在于蓬松的非织造基底的峰或“枕头”上。图7的磨料制品10F具有独立的谷和相连的峰，这些谷类似“口袋”。在磨料制品10F的可选实施例中，磨料涂层可以主要存在于蓬松的非织造基底的“口袋”中。
在图2至图7的实施例中，最好参见图6和图7，磨料制品具有由峰26和谷28构成的形貌，这些峰和谷以直线网格的形式存在。也就是说，峰26和谷28横跨磨料制品的宽度和长度。与这些实施例不同，图8的磨料制品10G具有长度延长的峰26和谷28。
磨料制品10等的总厚度，是从磨料制品10的外边缘测到制品10的相对的最外表面。图2中示出的厚度“T”定义为从磨料涂层14的外表面到基底12的第二表面24所限定的外表面的距离。在图3和图4中，其中存在附加基底(如下面将详细讨论的那样)，厚度定义为从第二基底所限定的外表面到相对的表面(或者是磨料涂层14的外表面(图3)或者是峰26的顶部(图4))的距离。一般而言，磨料制品10等的厚度至少为3mm，通常至少为3.175mm(1/8英寸)，更通常至少为6.35mm(1/4英寸)。
下面讨论磨料制品的各种特征。
基底磨料制品10等的基底12是蓬松的非织造纤维材料。使用术语“蓬松的非织造”，其含义是一层由多根随机取向的纤维构成的非织造薄片材料，所述层的厚度(波纹化之前)至少为150微米，通常至少为500微米(0.5mm)。在多数实施例中，蓬松的非织造基底12至少为3.175mm(1/8英寸)厚。基底12的常用厚度是(例如)6.35mm(1/4英寸)和12.7mm(1/2英寸)。将预粘结的粘结剂加到纤维垫上，不会明显改变基底的厚度。在波纹化的过程中，由于对非织造基底施加压力，所以蓬松的非织造基底会降低厚度。与波纹化之前的非织造基底相比较，波纹状基底12将保持其初始厚度的至少35％，优选至少50％。可以预料的是，较厚的非织造材料比较薄的非织造材料在厚度上下降得更多。波纹化之后，基底12的厚度“t”(从表面22到表面24)至少为150微米，通常至少为500微米。在多数实施例中，该厚度至少为1000微米(1mm)，优选的范围是1mm至15mm。典型的是，该厚度不超过2cm，通常不超过1.5cm。波纹状基底12的常用厚度包括3.4mm和6.5mm。
用于蓬松的非织造基底12的优选部件包括非织造薄片，所述薄片由已知用以形成纤维的多种热塑性聚合物中的一种或多种制成。合适的热塑性聚合物可选自聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯)、聚酰胺(例如尼龙6、尼龙6/6和尼龙10)、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二酯)、含有丙烯酸单体的共聚物、及其混合物和共聚物。半合成纤维(例如醋酸纤维)、天然纤维(例如棉花)、再生纤维(例如人造纤维)和其它非热塑性纤维也可以与热塑性纤维混合。
纤维的纤度通常为大约6旦尼尔到大约200旦尼尔，更通常为大约50旦尼尔到大约100旦尼尔。蓬松的非织造基底12(仅含有纤维，没有预粘结的粘结剂层)的基重优选为大约50克/平方米到大约1千克/平方米，更优选为大约150克/平方米到大约600克/平方米。通常，将预粘结的粘结剂施加到蓬松的非织造基底上以固定纤维。具有预粘结的粘结剂的蓬松的非织造基底12的基重通常为大约100克/平方米到大约2千克/平方米，更优选为大约300克/平方米到大约1.5千克/平方米。一个具有预粘结的粘结剂的具体的合适的基底12具有大约1.15千克/平方米的基重。
可以通过任何合适的薄片形成操作来制备蓬松的非织造基底。例如，可以通过粗梳法、纺粘法、水织法、熔喷法、气流成网法、绉纱法或本领域公知的其它方法来制造蓬松的非织造薄片。
形貌基底12具有本文中表现的三维形貌，从而为磨料制品10等提供了非平坦的研磨表面。形成形貌的峰26和谷28优选以规则的图案或阵列形式设置在基底12上。例如，峰或凸起区域26可以设置成由谷28分隔开的大体平行的连续行的形式，如图8所示。可选的是，峰或凸起区域26可以被图案(通常直线网格)形式的谷28分隔开。凸起区域26和谷28可以是矩形或正方形，或者具有其它的图案和形状，包括(但不限于)菱形、圆形、椭圆形、三角形、泪滴形、六边形和八边形。峰26和谷28可以按看起来成随机图案的形式设置，但是，因为通常采用周期性地重复随机图案的辊或其它设备来形成峰，所以实际上这种布置可以是重复的随机图案或半随机图案。
峰26的高度和谷28的深度由基底表面22或24相对于其非波纹状态的位移距离限定。峰的高度或谷的深度还与侧壁27的长度相等。
虽然峰和谷可以具有变化的高度和深度，但是峰26的高度或谷28的深度通常是均匀的，其范围在大约0.5mm至大约5mm之间，优选在大约1.5mm至大约4mm之间。对于一个具体实施例，峰26的高度是2.2mm到3.5mm。例如，峰或凸起区域26被设置成直线网格形式的谷28分隔开，如图2至图7所示的实施例，在这种情况下，独立的峰或凸起区域的表面面积在大约9mm2到大约250mm2的范围内。关于这样的波纹状样品，其中峰或凸起区域26设置成被谷分隔开的大体平行的连续行的形式，如图8所述的那些情况，峰或凸起区域26的表面面积在大约150mm2到大约450mm2的范围内(当对表面面积为大约650mm2的部分进行测量时)。
峰可以占面积的大约25％至大约75％。峰26和谷28所占面积的比率通常在25∶75至75∶25的范围内，在多数实施例中，该面积比在40∶60至60∶40的范围内。如上所述，基底12具有基本不变的厚度，其中第二表面24遵循第一表面22。峰26和谷28的面积比为50∶50的基底是有利的，因为这样可以涂覆表面22和24中任意一个，并旦使得峰26和谷28具有相同的表面面积。
背衬或稀松布除了蓬松的非织造基底12外，磨料制品还可以包含第二基底。该第二基底可以是存在于所述蓬松的非织造基底的背侧上的背衬层，或者可以是存在于所述蓬松的非织造基底中的稀松布或其它层。例如，可以包含第二基底，以使磨料制品变硬、减小延伸性、提供改善的抗撕裂性、提供附着装置或者增强需要的制品性能(例如吸收性)。图2至图4示出了具有第二基底的磨料制品的各种结构。图3和图4示出背衬40存在于第二表面24上，图2示出稀松布42(例如增强稀松布)存在于第一表面22和第二表面24之间的基底12中。优选的是，第二基底40，42是磨料制品10的永久特征，即，不易从基底12上除去第二基底40，42。
第二基底40，42可以是非常薄的材料，其厚度小于基底12的厚度。薄材料的例子包括针织或编织织物或布、非织造网、热塑性或其它塑料膜、纸、或其叠层体。这种材料的厚度通常是250微米到4mm，但是较厚的材料和较薄的材料也都是合适的。其它合适的材料包括其上具有环或钩的基底，所述环或钩是附着系统的一半，并用来将磨粒10附着到支撑垫等上。可选的是，第二基底40可以是非常厚，其厚度大于基底12的厚度。例如，合适的较厚的第二基底40包括海绵，所述海绵可以是开孔单元或闭孔单元。常用的海绵材料包括纤维素和聚氨酯。这些材料的厚度通常是3.175mm(1/8英寸)至5.1cm(2英寸)或更大。
参照图3，示出具有第二基底40的一个实施例。关于磨料制品10B，第二基底40在基底12的与磨料涂层14相对的一侧上附着到第二表面24的谷28上，而没有附着到第二表面24的峰26上。在这种结构中，在已经给基底12赋予纹理之后，将第二基底40附着到基底12上。
参照图4，示出具有第二基底40的另一实施例。磨料制品10C具有第二基底40，该第二基底40在基底12的与磨料涂层14相对的一侧上附着到第二表面24的峰26和谷28上。在这种结构中，在给基底12赋予纹理之前或者与此同时，将第二基底40附着到基底12上。因此，给基底12和第二基底14都赋予纹理。
在图2中，示出稀松布42的实施例。磨料制品10A具有存在于基底12中的第二基底42，所述第二基底42位于第一表面22和第二表面24之间。可以使稀松布42定位成更靠近表面22，24中的一个表面，或者可以使稀松布42位于这两个表面的中间。在这种结构中，在给基底12赋予纹理之前，将稀松布42放置在基底12中。可以在制造蓬松的非织造材料的过程中将稀松布42放置在基底12中，或者随后(例如)通过针缝来添加该稀松布。关于其中稀松布42被针缝到基底12中的实施例，稀松布42通常是编织或针织的网状材料。
在图3和图4中，可以用粘接剂使第二基底40固定到第二表面24上，或者，如果基底12和第二基底40中的一个或者二者包括热塑性材料，则可以加热该材料并使其熔化，以使基底12，40固定在一起。
波纹化蓬松的非织造基底的方法制造本发明的磨料制品的蓬松的波纹状非织造基底的合适方法有很多。图9示意性地示出用于形成蓬松的非织造基底12的装置和方法，所述非织造基底适用于图2至图8的磨料制品。图9所示的方法大体上包括形成波纹状基底或带纹理的基底，从而使该基底具有峰或凸起区域26以及谷或凹区域28。在赋予纹理之后，将第二基底附着到带纹理的基底的一侧上。
在图9中，一片预制的非波纹状的蓬松的非织造材料200用作图示方法中的起始材料。将该蓬松的非织造材料200进给在保持啮合关系的第一波纹化部件或辊126和第二波纹化部件或辊127之间，每一个所述部件或辊都具有轴，并且包括多个沿圆周分隔开的大体上轴向延伸的脊128，所述脊位于所述部件或辊的外围周围并限定其外围，脊128之间的间距适应于接受另一个波纹化部件126或127的脊128的一些部分，非织造片200位于啮合的脊128之间。可以加热波纹化部件126或127中一个或二者，以有助于波纹化加工；优选的是，热量并非高至使得非织造材料200明显熔化，但是纤维的一定量熔化是可以接受的。以与脊128的一些部分保持轴向平行的关系(一般以轮齿的方式)来安装波纹化部件126，127。使波纹化部件126，127中的至少一个旋转，非织造材料200进给在波纹化部件126，127的脊128的啮合部分之间，以使非织造材料200大体上成波纹状。当波纹状非织造材料200移动经过脊128的啮合部分之后，其保留为沿着第二波纹化部件127的外围。
在图示的工序中，将背衬部件(例如图3的磨料制品10B的第二基底40)施加到基底12上。
将粘接剂层250从模具124挤出到形成在第二波纹化部件127和平坦表面的冷却辊125之间的辊隙中，与此同时，沿辊125的表面将背衬部件300供给到波纹化部件127和冷却辊125之间的辊隙中。这样使得粘接剂层250沉积在背衬部件300和非织造材料200之间，从而沿谷部分110将背衬部件300和非织造材料200粘结在一起。然后，使所得到的非织造叠层体100部分围绕冷却辊125传送，以便完全冷却。
可选的是，可以通过将背衬部件300热粘结或超声粘结在波纹状的非织造材料上而形成磨料制品10B的基底。
对于图4的磨料制品10C，其中背衬40沿着基底12的长度层叠并且遵循基底12的峰和谷，波纹化除了不是挤出用来将背衬部件300粘结到非织造片200上的粘接剂层之外，用于形成图4的磨料制品10C的装置与图9所示的装置相同，用于形成图4的磨料制品10C的方法与图9所示的方法相似，在薄片200在波纹化部件126，127之间行进之前使背衬部件300形成并粘结到非织造片200上。
磨料涂层基底12支撑的磨料涂层14是由磨粒32组成的，所述磨粒由粘结剂34保持在基底12上。
磨粒磨粒32可以是有机颗粒或者无机颗粒。合适的无机磨粒的例子包括氧化铝或三氧化二铝(例如熔融三氧化二铝、经热处理的熔融三氧化二铝、陶瓷三氧化二铝、经热处理的三氧化二铝)、碳化硅、二硼化钛、氧化铝氧化锆、金刚石、碳化硼、二氧化铈、硅酸铝、立方氮化硼、石榴石、二氧化硅及其组合物。优选的熔融三氧化二铝包括可购买到的由位于美国纽约州Tonawanda市的Exolon ESK公司或华盛顿米尔斯电熔矿物公司(Washington Mills Electro MineralsCorp.)预处理的那些熔融三氧化二铝。优选的陶瓷三氧化二铝磨粒包括在美国专利No.4,314,827、4,623,364、4,744,802、4,770,671、4,881,951；4,964,883、5,011,508和5,164,348中所描述的那些磨粒，所有这些专利的内容都以引用的方式并入本文中。用于本发明的颗粒的其它例子包括实心玻璃球、中空玻璃球、碳酸钙、聚合物泡、二氧化硅和硅酸酯、三水合铝、莫来石和浮石。
适用于磨粒制品的有机磨粒优选由热塑性聚合物和/或热固性聚合物形成。有机磨粒可由热塑性材料(例如聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、缩醛聚合物、聚氨酯、聚酰胺及其组合物)形成。有机磨粒可以是热塑性聚合物和热固性聚合物的混合物。
优选的有机磨粒是金属模制清洁塑料喷射介质(可购自位于美国印第安纳州南本德的Maxi Blast公司的“MC”喷射介质)，该喷射介质可以具有抗静电涂层，但是优选没有经过处理。“MC”介质是99％三聚氰胺甲醛浓缩物，一种氨基热固性塑料。
有机或无机磨粒可以具有任何精确的形状，或者可以具有不规则的或随机的形状。这种三维形状的例子包括棱锥、圆柱、圆锥、球、四方形、立方形、多边形等。可选的是，有机磨粒可以是相对比较平坦的，并且具有诸如菱形、十字形、圆形、三角形、矩形、正方形、椭圆形、八边形、五边形、六边形、多边形等形状的横截面。成形的磨粒及其制造方法在美国专利No.5,009,676、5,185,012、5,244,477和5,372,620中有所教导，所有这些专利的内容都以引用的方式并入本文中。可以根据美国专利No.5,500,273制备成形的热固性有机磨粒，该专利以引用的方式并入本文中。
可以用偶联剂对磨粒的表面(部分表面或者全部表面)进行处理，以增强对粘结剂34的粘附性和/或在粘结剂34中的分散性。
用于本发明有益应用场合的磨粒的平均粒度至少为大约10微米，通常至少为大约50微米，优选为至少大约100微米。根据美国国家标准协会(ANSI)的标准B74.18-1984，大约50微米的粒度近似对应于磨粒级别为280的涂覆磨粒，100微米对应于大约级别120,600微米对应于大约级别30，所有这些尺寸都适用于根据本发明的磨料制品。
根据所期望的磨料制品10的最终用途，磨粒32可以在磨料涂层14中具有一定的取向，或者可以无取向地施加到基底12上。
制备磨料制品可以采用多种方法来制备根据本发明的磨料制品10等。可以采用常规的磨料涂布技术将磨料涂层14施加到基底12上。
磨料涂层14可以具有分散在整个粘结剂34中的磨粒32。这种涂层是通过将磨粒32和液体粘结剂34的浆液施加到基底12，然后使粘结剂34固化或以其它方式硬化而得到的。可以将第二粘结剂层(通常称为胶结涂层(size coat))施加到浆液层之上并使其硬化，所述第二粘结剂层可以含有附加的磨粒，也可以不含附加的磨粒。
另一常用的磨料涂层14利用制型涂层(make coat)或辊涂涂层。这种涂层是通过将一层液体粘结剂34施加(通常喷涂或辊涂)到基底上，然后将磨粒32施加于其上而得到的。磨粒32可以仅仅滴落到粘结剂34上，或者可以具有一定的取向(例如通过静电场)。磨粒32至少部分嵌入到粘结剂34中。在施加颗粒32之后，使粘结剂34固化或以其它方式硬化。可以将第二粘结剂层(通常称为胶结涂层)施加在制型涂层或辊涂涂层之上，然后使其硬化。
粘结剂磨料涂层14的粘结剂34使磨粒32保持在基底12上。粘结剂34由包括可聚合有机树脂的液体粘结剂或粘结剂前体产生，所述液体粘结剂或粘结剂前体硬化或固化后形成粘结剂34。在制造磨料制品10的过程中，粘结剂前体被暴露于能源下，所述能源有助于引发聚合或固化过程。能源的例子包括热能和辐射能。在该聚合过程中，树脂进行聚合，粘结剂前体转化成凝固的粘结剂。凝固、硬化或固化的粘结剂34是不粘的。
适用于粘结剂34的有机树脂的例子包括酚醛树脂(甲阶段酚醛树脂和酚醛清漆树脂)、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、丙烯酸酯聚氨酯、丙烯酸酯环氧树脂、非饱和烯键化合物、具有非饱和羰基侧基的氨基塑料衍生物、具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰尿酸酯衍生物、具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰酸酯衍生物、乙烯醚、环氧树脂及其混合物和组合物。这些群组以外的其它材料也适合用作粘结剂34。
磨料制品的用法在使用常规非织造磨料制品的任何应用中都可以使用本发明的磨料制品10。本发明的磨料制品可用作研磨盘、环带、薄片、手垫等。本发明的磨料制品按照与常规制品相同的方式使用。
实例除非另有说明，采用根据以下程序制备的非织造预粘结剂，制备以下实例中所描述的制品。除非另有指出，所有的比值、份数、百分比数等都是按重量计的。
使用空气成网Rando Weber机器(购自位于美国纽约州Macedon市的Rando Machine公司)，由58旦尼尔(64.5特克斯)×5.1cm尼龙短纤维制备基重为293克/平方米的蓬松的非织造材料。该蓬松的非织造材料的厚度是大约1.8cm。将所得到的非织造材料放到301克/平方米织造聚酯稀松布(“101×43 Polyester Cloth Power Strate”，得自位于美国南卡罗来纳州斯巴达堡的Milliken & Co.公司)上，让两层经过针织机(购自位于美国北卡罗来纳州夏洛特市的Dilo公司)，该针织机装有由15×18×25×3.5RB针(购自位于美国威斯康星州马尼托沃克市的Foster Needle公司)构成的针板。该针织机以每分钟600冲数、13mm的穿透深度、6.1米/分钟的速度进行工作。所得到的非织造复合结构有大约55％的厚度位于由聚酯稀松布限定的平面之上(顶部)，有大约45％的厚度位于该平面之下(底部)。接下来，使该复合材料经过一对相对的辊(外径为25.4cm或10英寸)，压力设为大约1.75千克/平方厘米。将顶辊加热并保持在174℃。
通过使针扎复合材料经过双辊涂布机，用预粘结树脂前体浸渍该复合材料，以提供大约556克/平方米的附加干重。下面提供预粘结树脂前体的配方。

1.在POLYSOLV溶剂(购自位于美国伊利诺伊州芝加哥市的Witco公司)中41％的硬酯酸锂(购自位于美国佛罗里达州坦帕市的JLM Marketing公司)的分散体。
2.得自位于美国康奈提格州Middlebury市的Uniroyal Chemical公司的嵌段的多官能异氰酸酯聚合物。
在预粘结的树脂前体被涂布到非织造材料之后，将它放在143℃的隧道炉中持续大约4分钟而使其固化。将固化的非织造预粘结片切成12英寸宽的卷筒，以便用于下列实例的进一步处理中。
实例1除了互相啮合的第一图案辊和第二图案辊(分别是波纹化部件126和127)被加工有棱形图案外，用与图9所示的方法和装置相似的方法和装置波纹化对上述蓬松的非织造片进行波纹化。棱形的每边都近似为8mm，并且每平方英寸(6.45cm2)有大约9个棱形，而且每个棱形之间有一定的间隙。将两个图案辊加热到232℃。将蓬松的非织造片进给到互相啮合的图案辊之间的辊隙中，使得薄片第一主表面朝上。所得到的图案化的非织造片在其第一主表面上具有凹陷区域或口袋。每个口袋为大约3mm深。
将磨料涂层施加到该图案化的薄片的第一主表面上。
使用喷枪(“BINKS SPRAY GUN #601”)将树脂/磨料浆以5英尺/分钟(1.5米/分钟)的线速度喷涂该薄片的表面，所述喷枪装有喷嘴#59ASS和喷盖#151(所有这些都得自位于美国明尼苏达州圣保罗市的Midway Industrial Supply公司)。利用Bredel Hose PumpSP/15(得自位于美国明尼苏达州Coon Rapids的Powell EquipmentSales公司)使喷雾发送到喷枪中。该喷枪以每分钟61个来回的速度在薄片上往复运动，以提供293颗/24平方英寸(1225克/平方米)的附加湿重。
通过以下方式来制备浆液将10.8磅(4.9千克)的酚醛树脂(得自加拿大的Neste Resins公司，商品名称为BB077)、6.3磅(2.86千克)丙二醇单甲醚(得自位于美国密歇根州米德兰市的DowChemical公司)、1.9磅(0.86千克)Ace Lube(得自LubricationTechnologies公司，商品名称为Ace-Lube 23N)、0.5磅(0.23千克)膨润土(得自American Colloid公司，商品名称为Volcay 325)、2.3磅(1.04千克)Epicure 852(得自位于美国得克萨斯州休斯顿市的Resolution Performance Products公司，商品名称为Epi-Cure 3015)以及29.0磅(13.2千克)100/150级别的三氧化二铝磨料矿(Al2O3)(得自华盛顿米尔斯公司，商品名称为Duralum)一起混合。
将所得到的喷涂片在350(177℃)的20英尺(6.1m)长的空气强迫对流箱中干燥，滞留时间为大约4分钟。
使用喷嘴#67和#67喷盖(得自Midway Industrial Supply公司)，对薄片的第一主表面上进行第二次喷涂。通过以下方式来制备该浆液将5.81磅(2.64千克)丙二醇单甲醚醋酸酯(PM醋酸酯)(得自位于美国密歇根州米德兰市的Dow Chemical公司)、7.29磅(3.31千克)的65％PM醋酸酯和35％MDA(得自位于美国纽约州LakeSuccess的Aceto公司的4，4-二苯氨基甲烷)的溶液以及16.9磅(7.67千克)ADIPRENE BL-31(得自位于美国康奈提格州Middlebury市的Uniroyal Chemical公司)混合在一起。以上面所述方式来进行第二喷涂，以达到80颗/24平方英寸(334克/平方米)的附加湿重。以上面所述的方式来干燥所得到的喷涂片。
干燥的成品薄片具有616颗/24平方英寸(2572克/平方米)的总重量。
实例1的带涂层的成品磨料制品与图7所示的磨料制品相似，具有相连的峰。
实例2除了将非织造片翻过来使得当将它进给到互相啮合的图案辊之间的辊隙中时第一主表面面向下以外，根据实例1中所述的工序来制备实例2。所得到的图案化的非织造片形成为这样，在第一主表面上形成有凸起部分或峰。每个凸起部分为大约3mm高。所有的后续涂布操作与实例1中所述的相同。
实例2的带涂层的成品磨料制品与图6中所示的磨料制品相似，具有独立的峰。
实例3除了互相啮合的图案辊被加热到177℃以外，根据实例1所述的工序制备实例3。由于非织造织物的热成形较小，所以所得到的非织造片具有较小的凹区域或口袋。形成的口袋为大约2-3mm深。
实例3的带涂层的成品磨料制品与图7所示的磨料制品相似，具有相连的峰。
实例4除了互相啮合的图案辊被加热到177℃以外，根据实例2所述的工序制备实例4。由于非织造织物的热成形较小，所以所得到的非织造片具有较小的凸起部分或峰。形成的凸起部分为大约2mm高。
实例4的带涂层的成品磨料制品与图6所示的磨料制品相似，具有独立的峰。
实例5除了将改性的磨料浆施加到波纹状的非织造片上以外，与实例3一样来制备本实例。通过以下方式来制备浆液将8.49磅(3.85千克)的酚醛树脂(得自加拿大的Neste Resins公司，商品名称为BB077)、5.48磅(2.49千克)水、0.69磅(0.31千克)的75％羟基乙基乙烯脲水溶液(得自Sartomer公司，商品名称为SR511A)、2.39磅(1.08千克)氟硼酸钾粉末(得自位于美国明尼苏达州明尼阿波利斯的Carter Day International公司)以及34.0磅(15.42千克)80级别的三氧化二铝磨料矿(Al2O3)(得自华盛顿米尔斯公司，商品名称为Duralam G52)一起混合。如实例1中所述的那样进行喷射和干燥。施加浆液喷雾，以达到333颗/24平方英寸(1392克/平方米)的附加湿重。
实例5的带涂层的成品磨料制品与图7所示的磨料制品相似，具有相连的峰。
实例6除了将非织造片翻过来使得当将它进给到互相啮合的图案辊之间的辊隙中时第一主表面面向下以外，如实例5一样来制备本实例。所得到的图案化的非织造片形成为这样，在第一主表面上形成有凸起部分或峰。每个凸起部分为大约3mm高。所有的后续涂布操作与实例5中所述的相同。
实例6的带涂层的成品磨料制品与图6中所示的磨料制品相似，具有独立的峰。
比较例A利用如实例1-6中所用但不具有波纹图案的针织的非织造片来制造该比较对照例。涂布方法和涂布重量与实例1的相同。
比较例B利用如实例5-6中所用但不具有波纹图案的针织的非织造片来制造该比较对照例。涂布方法和涂布重量与实例5的相同。
比较例C该比较例描述了一种圆盘，在完成所有薄片涂布工序之后，对该圆盘加印压花图案。该实例利用比较例B中所述的带涂层的非波纹状薄片。从比较例B中所述的薄片上切割下直径7英寸(17.8cm)的圆盘。通过以下方式来实现对该薄片的后续压花将多孔筛放置在该薄片的上面；将该薄片(上面具有筛)放置在加热到340(171℃)的两个压印盘之间；以25短吨(22679千克)的计示压力闭合这些压印盘并保持20秒。该多孔筛是16型(0.159cm)1008冷辊钢筛，在7/32英寸(0.219cm)中心上具有直径为5/32英寸(0.397cm)的孔。所得到的圆盘在该圆盘表面上具有凸起部分，这些凸起部分的尺寸和间隙与多孔图案筛的尺寸和间隙相同。
比较例D该比较例描述了一种圆盘，在完成所有薄片涂布工序之后，对该圆盘加印压花图案。该实例利用比较例B中所述的带涂层的非波纹状薄片。从比较例B中所述的薄片上切割下直径7英寸(17.8cm)的圆盘。通过加热铝棒(1/2英寸×1/4英寸×10英寸)(1.27cm×0.64cm×25.4cm)到300(149℃)来实现对该薄片的后续压花。然后将该棒的1/4英寸面放在带涂层的非织造盘的顶面上，使得棒的中心通过圆盘的中心。将该圆盘(铝棒处于适当位置)放置在加热到300(149℃)的压印盘之间。以6短吨(5443千克)的计示压力闭合这些压印盘并保持6秒。该工序重复11次以上，使得成品压花圆盘在该圆盘表面上具有22个凸起部分，这些凸起部分彼此之间被22个浮凸区域分隔开，所述浮凸区域从圆盘的中心径向延伸。
比较例E该比较例描述了一种非织造圆盘，该非织造圆盘具有直径为1/4英寸(0.64cm)的孔，所述孔位于圆盘的外环中。
利用直径为7英寸(17.8cm)的非织造圆盘，而且该圆盘没有上述的波纹或浮凸图案(如比较例B中所制造的)。接下来，利用1/4英寸(0.64cm)的中心冲孔机和锤子，使该圆盘具有直径为1/4英寸(0.64cm)的孔。冲孔使得三排孔位于该圆盘的环形阵列上。最外排在大约6.38英寸(16.21cm)的直径上包含42个孔。中间排在大约5.50英寸(13.97cm)的直径上包含39个孔。最内排在大约4.63英寸(11.76cm)的直径上包含32个孔。所产生的提供给试验工件的圆盘面积具有大约25％的开孔面积。
试验方法使用下面所述的试验，通过和比较例比较来对磨料制品实例进行评价。
称碳钢棒(4英寸×18英寸×1/2英寸)(10.2cm×46cm×1.27cm)的重量，然后将该碳钢棒固定到工作台上。用7英寸(17.8cm)的支撑垫(得自位于美国明尼苏达州圣保罗市的3M公司，3M DiscPad Face Plate，零件号码为051144-80517)将7英寸(17.8cm)直径的试验样品安装到直角的压缩空气工具(在零负荷的情况下能够以6000rpm的速度旋转)上。启动压缩空气工具，倾斜该工具以使得该试验样品相对于由扁棒限定的平面倾斜大约7度，通过在没有负荷的情况下(除了工具自身施加的重量(大约7磅(3.2千克))以外)沿棒的长尺度方向移动旋转的试验样品，来使该工具与该棒研磨接触。保持该研磨操作持续1分钟间隔。每一个间隔之后记录该棒的重量。报告5次试验间隔的总切削量。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的范围和原则的情况下，对本发明的各种修改和替换将是显而易见的。应该这样理解，本发明不仅仅局限于上面所述的那些示例性实施例。
上面的详述部分、实例和数据对本发明组合物的制造和使用提供了全面的说明。因为在不脱离本发明的实质和范围的情况下可以对本发明作出各种实施方案，所以本发明由下面所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种非织造磨料制品，包括(a)蓬松的非织造基底，其具有第一表面和相对的第二表面，所述第一表面和所述第二表面限定多个峰和谷，所述第一表面和所述第二表面还限定厚度，所述厚度在整个所述基底上是基本不变的；以及(b)磨料涂层，其包含粘结剂和磨粒，其存在于所述第一表面的至少一部分上。
2.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，其中，所述基底的厚度至少为500微米。
3.根据权利要求2所述的非织造磨料制品，其中，所述基底的厚度至少为1mm。
4.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，其中，所述磨料涂层包括制型涂层和至少部分嵌入所述制型涂层的磨粒。
5.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，其中，所述磨料涂层还包括在所述磨粒之上的胶结涂层。
6.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，其中，所述磨料涂层包括分散在全部粘结剂中的磨粒。
7.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，其中，所述磨料涂层至少存在于所述基底的所述峰上。
8.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，其中，所述磨料涂层至少存在于所述基底的所述谷中。
9.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，所述非织造磨料制品还包括存在于所述第二表面的至少一部分上的磨料涂层，所述磨料涂层包括粘结剂和磨粒。
10.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，所述非织造磨料制品还包括第二基底，所述第二基底附着到所述蓬松的非织造基底的所述第二表面上。
11.根据权利要求10所述的非织造磨料制品，其中，所述第二基底包括海绵。
12.根据权利要求10所述的非织造磨料制品，其中，所述第二基底包括织物。
13.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，其中，所述磨粒的粒度至少为10微米。
14.根据权利要求13所述的非织造磨料制品，其中，所述磨粒的粒度为50微米至600微米。
15.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，其中，所述峰的高度至少为0.5mm。
16.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，所述非织造磨料制品的总厚度至少为3mm。
17.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，其中，峰∶谷的面积比率是75∶25至25∶75。
18.根据权利要求17所述的非织造磨料制品，其中，所述峰∶谷的面积比是50∶50。
19.根据权利要求1所述的非织造磨料制品，所述非织造磨料制品还包含增强稀松布。
20.根据权利要求19所述的非织造磨料制品，所述增强稀松布存在于所述蓬松的非织造基底的所述第一表面和所述相对的第二表面之间。
21.一种制造非织造磨料制品的方法，该方法包括(a)提供具有第一表面和相对的第二表面的蓬松的非织造基底，所述第一表面和所述第二表面限定多个峰和谷，所述第一表面和所述第二表面还限定厚度，所述厚度在整个所述基底上是基本不变的；以及(b)将磨料涂层设置在所述蓬松的非织造基底的所述第一表面的至少一部分上，所述磨料涂层包括粘结剂和磨粒。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述设置磨料涂层的步骤包括(a)将制型涂层施加到所述蓬松的非织造基底上；以及(b)使多个磨粒沉积到所述制型涂层中。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述设置磨料涂层的步骤还包括(a)将胶结涂层施加在所述磨粒之上。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述设置磨料涂层的步骤包括(a)制备包括粘结剂和磨粒的磨料浆；以及(b)将所述磨料浆施加到所述蓬松的非织造基底上。
25.根据权利要求24所述的方法，所述方法还包括(a)将胶结涂层施加在所述磨料浆之上。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述施加磨料浆的步骤包括(a)将所述磨料浆施加在所述峰上，并保留所述谷不被涂覆。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述施加磨料浆的步骤包括(a)将所述磨料浆施加在所述谷上，并保留所述峰不被涂覆。
全文摘要
本发明涉及其上具有带纹理的非平坦表面和磨料涂层(14)的非织造磨料制品，具体来说，涉及蓬松的非织造磨料制品。所述涂层可以覆盖整个表面或者仅覆盖部分表面。相对于具有基本上平坦的研磨表面的非织造磨料制品，由峰(26)(或高区域)和谷(28)(或凹区域)构成的纹理表面提供改善的切削性能。
文档编号B24D18/00GK1942283SQ200580011241
公开日2007年4月4日 申请日期2005年3月11日 优先权日2004年4月13日
发明者卢卡斯·M·奥加瑞, 戴维·R·布朗, 斯科特·M·法博奇, 罗伯特·J·梅基, 劳伦斯·J·曼, 路易斯·S·莫伦, 兰迪·L·莫森, 金·C·萨克斯 申请人:3M创新有限公司