用不连续纤维强化薄轮的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用不连续纤维强化的薄轮。薄轮产品包括具有有机粘结剂材料、研磨粒子以及用于强化的短切玻璃纤维束的研磨体。所述产品可以在所述研磨体内具有多孔性且在所述短切纤维束周围具有孔。所述产品超过爆裂速度和边缘荷载所需安全标准，并且具有良好的磨削性能。
【专利说明】用不连续纤维强化薄轮
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及磨轮，并且具体来说涉及一种用短切纤维强化薄轮的系统、方法 以及设备。
【背景技术】
[0002] 当包括充分连续纤维强化物（实际上是织物网）时，薄切削砂轮的爆裂速度及边 缘荷载得到增强。通过充分连续纤维强化物，薄轮韧性大大增加，因为在显微镜下，在织物 断裂之前，基质中多处裂纹使能量消散。短纤维随机分布的脆性材料比含连续纤维的脆性 材料难变强韧。在桥接现有裂纹的随机分布的短切纤维的情况下，一部分纤维不交叉裂纹 侧面并且一部分纤维由于嵌入长度短在小裂口位移处拉拔。因此，随机分布纤维的裂纹桥 接力大大地降低并且难以解决。因此，继续关注改善薄轮构造。
【发明内容】
[0003] 披露了用不连续纤维强化的薄轮的实施例。举例来说，研磨物品可以包含研磨体， 它具有轴、不大于约300_的外径0D以及不大于约10_的轴向厚度AT。研磨体可以包含 具有有机粘结剂和研磨粒子的研磨基质。研磨体可以进一步包括强化物，它包含不连续纤 维。
[0004] 考虑到以下详细描述以及所附权利要求书和附图，这些实施例的前述和其它目的 与优点对所属领域的技术人员来说将是显而易知的。
【专利附图】
【附图说明】
[0005] 为了使实施例的特征和优点以更详细的方式获得和可以被了解，可以参照附图中 所示的其实施例进行更具体的描述。然而，各图仅说明一些实施例并且因此不应认为限制 范围，因为可能存在其它同等有效的实施例。
[0006] 图1和2是研磨物品的实施例的示意性侧视图和边视图。
[0007] 图3A-3D分别是不连续纤维、研磨层、不连续纤维层以及研磨物品的实施例的照 片。
[0008] 图4-6是研磨物品的替代性实施例的边视图。
[0009] 图7A和7B是不连续纤维的实施例的端视图和侧视图。
[0010] 图8和9是爆裂速度测试图。
[0011] 图10是边缘荷载测试图。
[0012] 图11是性能测试图。
[0013] 图12是单纤维拉拔测试的示意图。
[0014] 在不同图式中使用相同参考符号表示相似或相同的物件。
【具体实施方式】
[0015] 披露了通过不连续纤维强化的薄轮的系统、方法以及设备的实施例。举例来说，研 磨物品11可以包含具有轴15的研磨体13。在一些版本中，研磨体13可以具有外径（0D) 和轴向厚度（AT)。
[0016] 举例来说，0D可以是不大于约300mm。在其它实施例中，0D可以是不大于约250mm， 如不大于约200mm，不大于约150mm，或甚至不大于约100mm。在其它版本中，0D可以是至少 约25mm，如至少约50mm，至少约75mm，或甚至至少约100mm。或者，0D可以在介于这些最小 值与最大值中的任一者之间的范围内。
[0017] 在其它实例中，AT可以是不大于约10mm。在一些实施例中，AT可以是不大于约 8mm，如不大于约6mm，不大于约4mm，不大于约2mm，不大于约1mm，或甚至不大于约0· 5mm。 在其它版本中，AT可以是至少约0. 1mm，如至少约0. 5mm，至少约1mm，或甚至至少约2mm。或 者，AT可以在介于这些最小值与最大值中的任一者之间的范围内。
[0018] 研磨体13的实施例可以包含研磨基质17,它包含有机粘结剂和研磨粒子。研磨体 可以进一步包含强化物19,它包含不连续纤维21 (图3A)。举例来说，不连续纤维21可以 包含短切股纤维（CSF)。在另一版本中，不连续纤维21可以包含涂有酚醛树脂的玻璃纤维 短切股纤维。
[0019] 不连续纤维21可以分散在研磨基质17中（图4)。在一个实例中，不连续纤维21 可以分散在整个研磨基质17中，以使得所述不连续纤维21基本上随机分布在整个研磨体 13中并且不形成分隔层。
[0020] 不连续纤维21也可以在研磨基质17中按离散层19(图2和3C)形式形成。研磨 物品11可以包含研磨部分13,它包含有机粘结剂材料和分散在有机粘结剂材料中的研磨 粒子。短切股纤维（CSF)的离散层19可以至少部分定位在有机粘结剂材料中并且安装到 研磨部分13用于对其进行强化。
[0021] 在其它实例中，离散层19可以包含通过研磨基质17(图3B)的部分或层彼此轴向 隔开的多个离散层19 (图5)。研磨部分17可以包含至少两个研磨层，以使得离散层19定 位在所述至少两个研磨层之间并且在其间径向延伸。
[0022] 在一些版本中，研磨体13并不具有连续纤维强化网，以使得研磨体13仅通过不连 续纤维21 (图3D)来强化。研磨物品11的其它版本可以在研磨体13中进一步包含至少一 种连续纤维强化网23 (图6)，以使得研磨体13通过不连续纤维21和连续纤维强化网23来 强化。
[0023] 如图7A中所示，不连续纤维21的实施例可以包含基本上矩形截面形状，它所具有 的宽度W比厚度T的截面纵横比在约1.25 : 1到约3 : 1的范围内。举例来说，截面纵横 比可以是约1.75 : 1到约2.75 : 1，或甚至约2 : 1到约2.5 : 1。
[0024] 在一些实施例中，不连续纤维21可以包含至少约0. 1mm的宽度W(例如径向宽 度）。举例来说，径向宽度可以是至少约〇.2_，如至少约0.3_。在其它版本中，径向宽度 可以是不大于约〇. 5mm，如不大于约0. 4mm，不大于约0. 3mm，或甚至不大于约0. 2mm。所述 宽度可以在介于最小值与最大值中的任一者之间的范围内。
[0025] 如图7B中所示，不连续纤维21的实施例可以包含至少约6mm的轴向长度AL。在 其它版本中，AL可以是至少约7mm，如至少约8mm，至少约10mm，至少约15mm，或甚至至少约 20mm。AL的其它版本可以是不大于约150mm，如不大于约100mm，不大于约75mm，不大于约 50mm，不大于约40mm，或甚至不大于约30mm。AL可以在介于这些最小值与最大值中的任一 者之间的范围内。
[0026] 不连续纤维21的实施例可以具有至少约12的轴向长度AL比径向宽度W的纵横 t匕。举例来说，纵横比可以是至少约25,如至少约50,至少约75,至少约100,至少约250,或 甚至至少约500。在其它版本中，纵横比可以是不大于约1500,如不大于约1000,不大于约 750,不大于约500,不大于约250,不大于约200,或甚至不大于约150。纵横比可以在介于 这些最小值与最大值中的任一者之间的范围内。
[0027] 在一些实施例中，不连续纤维21可以在介于研磨基质13与不连续纤维21之间的 界面处具有至少约5Mpa的单纤维束拉拔剪切强度。举例来说，单纤维拉拔剪切强度可以是 至少约lOMpa，如至少约15Mpa。单纤维拉拔剪切强度可以在介于这些最小值与最大值中的 任一者之间的范围内。
[0028] 研磨物品11的实施例可以具有不连续纤维21，其中在介于研磨基质与不连续纤 维之间的界面处的单纤维束拉拔断裂应力是至少约40N。举例来说，在介于研磨基质与不连 续纤维之间的界面处的单纤维束拉拔断裂应力可以是至少约50N，如至少约60N。在介于研 磨基质与不连续纤维之间的界面处的单纤维束拉拔断裂应力可以在介于这些最小值与最 大值中的任一者之间的范围内。
[0029] 研磨物品11的其它实施例可以具有临界嵌入长度Lc至少约2mm的不连续纤维。 举例来说，临界嵌入长度Lc可以是至少约3mm，如至少约4mm。
[0030] 研磨体13的实施例可以包含的不连续纤维21的体积百分比是至少约1体积％。 举例来说，不连续纤维的体积百分比可以是至少约2体积％，如至少约3体积％，至少约4 体积％,至少约5体积％，至少约6体积％，或甚至至少约9体积％。在其它版本中，不连续 纤维的体积百分比可以是不大于约25体积％，如不大于约20体积％，或甚至不大于约15 体积％。不连续纤维的体积百分比可以在介于这些最小值与最大值中的任一者之间的范围 内。
[0031] 在其它实例中，研磨物品可以包含约25体积％到约50体积％的有机粘结剂材料。 在另一实例中，研磨物品可以包含约40体积％到约70体积％的研磨粒子。在另一实例中， 研磨物品可以包含约6体积％到约12体积％的不连续纤维。
[0032] 研磨物品11的实施例可以具有的爆裂速度超过具有至少一种连续纤维强化物的 常规研磨物品的爆裂速度。举例来说，研磨物品11的爆裂速度可以比常规研磨物品的爆裂 速度快至少约1%，如大至少约5%，或比常规研磨物品的爆裂速度快甚至至少约10%。
[0033] 在其它实施例中，形成研磨物品的方法可以包含向研磨部分提供有机粘结剂材料 和分散在有机粘结剂材料中的研磨粒子；形成不连续纤维的离散层；以及然后压制研磨物 品，它具有研磨部分和作为研磨物品的强化物的离散层。
[0034] 所述方法可以包含在研磨部分顶部上或在其中形成离散层。或者，所述方法可以 包含以多个离散层形式形成所述离散层，并且使所述离散层通过所述研磨部分的部分彼此 轴向隔开。在其它版本中，所述方法可以包含形成不具有连续纤维强化网的研磨物品，以使 得所述研磨物品仅通过不连续纤维离散层来强化。
[0035] 实例
[0036] 一些研磨物品需要符合研磨安全欧洲标准EN1214。举例来说，手持式机器的强化 轮可能需要通过爆裂速度测试。直径100mm的轮可能需要通过至少26, 500rpm爆裂速度。 直径115_的轮可能需要通过21，200rpm爆裂速度。关于这个测试，对无网强化物的轮和 通过常规连续纤维网强化的标准轮（即85g-14目，2片织物）样品进行测试用于比较。
[0037] 涂有酚醛树脂的玻璃纤维束具有0. 34mmX0. 15mm的矩形横截面形状。选择长度 20mm的短切纤维（图3A)来强化研磨基质。选择短纤维的体积分数为6. 0%、9. 0%、10. 5% 以及12. 0%。在展布约50体积％的研磨基质作为基层（图3B)之后，在所述表面上随机添 加短切纤维（图3C)。然后，烘烤所述结构并且压制数秒以确保纤维扁平并且无规图案未处 理步骤改变。最后，将其余50%的研磨基质展布在上面并且施加178巴的压力，并且保持数 秒以形成研磨物品（图3D)。参见表1。
[0038] 表1.样品说明书和制造参数
[0039]
【权利要求】
1. 一种研磨物品，其包含： 研磨体，它具有轴和不大于约1〇_的轴向厚度AT ;所述研磨体包含： 研磨基质，它包含有机粘结剂和研磨粒子；和 强化物，它包含不连续纤维。
2. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维是短切股纤维（CSF)。
3. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维分散在所述研磨基质中。
4. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维在所述研磨基质中形成为离 散层。
5. 根据权利要求4所述的研磨物品，其中所述离散层包含通过所述研磨基质部分彼此 轴向隔开的多个离散层。
6. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述研磨物品不包括连续纤维强化网，以使 得所述研磨物品仅通过所述不连续纤维来强化。
7. 根据权利要求1所述的研磨物品，在所述研磨物品中进一步包含至少一连续纤维强 化网，以使得且所述研磨物品通过所述不连续纤维和所述连续纤维强化网来强化。
8. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维分散在整个所述研磨基质 中，以使得所述不连续纤维基本上随机分布在整个所述研磨体中。
9. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述研磨体具有不大于约300mm，不大于约 250mm，不大于约200mm，不大于约150mm或不大于约100mm的外径（OD)。
10. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述AT不大于约8mm，不大于约6mm，不大于 约4mm,不大于约2mm,不大于约1mm,不大于约0· 5mm。
11. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维包含涂有酚醛树脂的玻璃 纤维短切股纤维。
12. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维包含基本上矩形截面形状， 所述矩形截面形状具有的宽度比厚度的截面纵横比在约1.25 : 1到约3 : 1，约1.75 : 1 到约2.75 : 1或约2 : 1到约2.5 : 1的范围内。
13. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维所包含的轴向长度是至 少约6mm，至少约7mm，至少约8mm，至少约10mm，至少约15mm，至少约20mm并且不大于约 150mm，不大于约100mm，不大于约75mm，不大于约50mm，不大于约40mm，或不大于约30mm。
14. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维所包含的径向宽度是至 少约0· 1mm,至少约0· 2mm，至少约0· 3mm并且不大于约0· 5mm,不大于约0· 4mm,不大于约 0. 3mm或不大于约0. 2mm。
15. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维所具有的介于所述研磨 基质与所述不连续纤维之间的界面处的单纤维束拉拔剪切强度是至少约5Mpa，至少约 lOMpa，至少约 15Mpa。
16. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维所具有的介于所述研磨基 质与所述不连续纤维之间的界面处的单纤维束拉拔断裂应力是至少约40N，至少约50N，至 少约60N。
17. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维所具有的临界嵌入长度Lc 是至少约2mm，至少约3mm，至少约4mm。
18. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述研磨体所包含的所述不连续纤维的体 积百分比是至少约1体积％,至少约2体积％，至少约3体积％，至少约4体积％，至少约5 体积％，至少约6体积％，至少约9体积％并且不大于约25体积％，不大于约20体积％，不 大于约15体积％。
19. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述研磨物品包含约25体积％到约50体 积％的所述有机粘结剂材料；约40体积％到约70体积％的所述研磨粒子；以及约6体积％ 到约12体积％的所述不连续纤维。
20. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述研磨物品所具有的爆裂速度超过具有 至少一种连续纤维强化物的常规研磨物品的爆裂速度，并且其中所述研磨物品的爆裂速度 比常规研磨物品的爆裂速度大至少约1%，大至少约5%或大至少约10%。
21. 根据权利要求1所述的研磨物品，其中所述不连续纤维所具有的轴向长度比径向 宽度的纵横比是至少约12,至少约25,至少约50,至少约75,至少约100,至少约250,至少 约500并且不大于约1500,不大于约1000,不大于约750,不大于约500,不大于约250,不大 于约200,不大于约150。
22. -种研磨物品，其包含： 研磨部分，它包含有机粘结剂材料和分散在所述有机粘结剂材料中的研磨粒子；以及 在所述有机粘结剂材料中的短切股纤维（CSF)离散层，其安装于所述研磨部分用于对 其进行强化。
23. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述研磨部分包含至少两个研磨层，以使 得所述离散层定位在所述至少两个研磨层之间并且在其间径向延伸。
24. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述研磨部分具有不大于约300mm的外径 OD和不大于约10mm的轴向厚度AT。
25. 根据权利要求24所述的研磨物品，其中所述外径（OD)不大于约200mm，不大于约 150mm或大于约100mm。
26. 根据权利要求24所述的研磨物品，其中所述厚度（AT)不大于约8mm，不大于约 6mm，不大于约4mm，不大于约2mm，不大于约1mm，不大于约0. 5mm。
27. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述离散层包含通过所述研磨部分的部分 彼此轴向隔开的多个离散层。
28. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述研磨物品并不具有连续纤维强化网， 以使得所述研磨体仅通过所述切股纤维（CSF)来强化。
29. 根据权利要求22所述的研磨物品，在所述研磨体中进一步包含至少一种连续纤维 强化网，以使得所述研磨物品通过所述切股纤维（CSF)和所述连续纤维强化网来强化。
30. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述切股纤维（CSF)包含涂有酚醛树脂的 玻璃纤维。
31. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述切股纤维（CSF)为矩形截面形状，它所 具有的宽度比厚度的截面纵横比在约1.25 : 1到约3 : 1，约1.75 : 1到约2.75 : 1或 约2 : 1到约2.5 : 1的范围内。
32. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述切股纤维（CSF)所包含的轴向长度是 至少约6mm,至少约7mm,至少约8mm,至少约10mm,至少约15mm,至少约20mm并且不大于约 150mm，不大于约100mm，不大于约75mm，不大于约50mm，不大于约40mm或不大于约30mm。
33. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述切股纤维（CSF)所包含的径向宽度是 至少约0. 1mm,至少约0. 2mm，至少约0. 3mm并且不大于约0. 5mm,不大于约0. 4mm,不大于约 0. 3mm或不大于约0. 2mm。
34. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述CSF所具有的介于所述研磨部分与所 述CSF之间的界面处的单纤维束拉拔剪切强度是至少约5Mpa，至少约lOMpa，至少约15Mpa。
35. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述切股纤维（CSF)所具有的介于所述研 磨部分与所述切股纤维（CSF)之间的界面处的单纤维束拉拔断裂应力是至少约40N，至少 约50N，至少约60N。
36. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述CSF所具有的临界嵌入长度（Lc)是至 少约2mm，至少约3mm，至少约4mm〇
37. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述研磨部分所包含的所述切股纤维 (CSF)的体积百分比是至少约1体积％，至少约2体积％，至少约3体积％，至少约4体积％， 至少约5体积％，至少约6体积％，至少约9体积％并且不大于约25体积％，不大于约20 体积％，不大于约15体积％。
38. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述研磨物品包含约25体积％到约50体 积％的所述有机粘结剂材料；约40体积％到约70体积％的所述研磨粒子；以及约6体积％ 到约12体积％的所述切股纤维（CSF)。
39. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述研磨物品所具有的爆裂速度超过具有 至少一种连续纤维强化物的常规研磨物品的爆裂速度，并且其中所述研磨物品的爆裂速度 比常规研磨物品的爆裂速度快至少约1%，快至少约5%或快至少约10%。
40. 根据权利要求22所述的研磨物品，其中所述切股纤维（CSF)所具有的轴向长度比 径向宽度的纵横比是至少约12,至少约25,至少约50,至少约75,至少约100,至少约250， 至少约500并且不大于约1500,不大于约1000,不大于约750,不大于约500,不大于约250， 不大于约200,不大于约150。
41. 一种形成研磨物品的方法，其包含： 向研磨部分提供有机粘结剂材料和分散在所述有机粘结剂材料中的研磨粒子； 形成不连续纤维的离散层；以及 压制所述研磨物品，它具有所述研磨部分和作为所述研磨物品的强化物的所述离散 层。
42. 根据权利要求41所述的方法，其中形成包含在所述研磨部分顶部上或在其中形成 所述离散层。
43. 根据权利要求41所述的方法，其中形成包含以多个离散层形式形成所述离散层， 并且使所述离散层由所述研磨部分的部分彼此轴向隔开。
44. 根据权利要求41所述的方法，其中形成包含形成不具有连续纤维强化网的所述研 磨物品，以使得所述研磨物品仅通过所述不连续纤维离散层来强化。
【文档编号】B24D7/04GK104249309SQ201310270129
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】余湘彬, 郑丹, 王钢, 聂大仕 申请人:圣戈班磨料磨具有限公司, 法国圣戈班磨料磨具公司