包含形成的磨料颗粒的非织造磨料制品的制作方法
【专利说明】包含形成的磨料颗粒的非织造磨料制品
【背景技术】
[0001] 非织造磨料制品通常具有非织造纤维网（例如，膨松有弹性的开口纤维纤维网）、 磨料颗粒、和粘合剂材料（通常称为"粘合剂"），粘合剂将非织造纤维网内的纤维互相粘合 并将磨料颗粒固定到非织造纤维网。非织造磨料制品的示例包括非织造磨料手工研磨垫， 诸如由明尼苏达州圣保罗的3M公司（3M Company)以商品名"SC0TCH-BRITE"出售的那些。
[0002] 非织造磨料制品的其它示例包括回旋磨轮和成套磨轮。非织造磨轮通常具有通过 用粘合剂粘合在一起的非织造纤维网层分布的磨料颗粒，粘合剂将非织造纤维网层粘合在 一起，并且也将磨料颗粒粘合到非织造纤维网。成套磨轮具有以平行方式布置的各个非织 造纤维网盘，以形成具有中空轴芯的圆柱体。另选地，回旋磨轮具有绕着芯构件螺旋卷绕并 固定到芯构件上的非织造纤维网。
【发明内容】
[0003] 当在工件上使用非织造磨料制品时它们的材料去除率和所得光洁度为重要性能 属性。对于一些应用而言，非常期望降低在工件上的所得表面粗糙度（光洁度）同时保持 或甚至增大使用中非织造磨料制品的材料去除率。令人惊讶地发现，如根据所公开的测试 方法所评估，根据本发明的非织造磨料制品当与如实例中所示的使用压碎磨料颗粒的替代 非织造磨料制品相比时在总切割量方面表现出显著改进。
[0004] 具体地，发现形成的陶瓷磨料颗粒尺寸与非织造纤维直径的比率对非织造磨料制 品的总切割量具有令人惊讶的影响。如果比率变得过小，那么总切割量急剧减少，且如果比 率变得过大，那么总切割速率又急剧下降。该结果是尤其令人惊讶的，因为对照样品具有各 种尺寸的压碎磨料颗粒，并且具有与磨料颗粒尺寸或非织造纤维直径无关的相当一致的总 切割量。因此，仅使用形成的陶瓷磨料颗粒的非织造织物表现出该独特的属性。
[0005] 从而，在一方面，本发明在于非织造磨料制品，其包括非织造纤维网；将形成的陶 瓷磨料颗粒粘附到非织造纤维网的纤维的粘合剂；形成的陶瓷磨料颗粒具有形成的陶瓷磨 料颗粒尺寸并且纤维具有纤维直径；并且其中形成的陶瓷磨料颗粒尺寸与非织造纤维直径 的比率为0.3至5.0。
【附图说明】
[0006] 在说明书和附图中重复使用的标记旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或 元件。
[0007] 图IA是非织造磨料的显微照片，该非织造磨料具有通过粘合剂被粘附到非织造 纤维的成形磨料颗粒并且形成的陶瓷磨料颗粒尺寸与纤维直径的比率为〇. 31。
[0008] 图IB是非织造磨料的显微照片，该非织造磨料具有通过粘合剂被粘附到非织造 纤维的成形磨料颗粒并且形成的陶瓷磨料颗粒尺寸与纤维直径的比率为〇. 73。
[0009] 图IC是非织造磨料的显微照片，该非织造磨料具有通过粘合剂被粘附到非织造 纤维的成形磨料颗粒并且形成的陶瓷磨料颗粒尺寸与纤维直径的比率为4. 86。
[0010] 图2是绘制具有成形磨料颗粒的非织造磨料制品与具有压碎磨料颗粒的非织造 磨料制品相比的总切割量对磨料颗粒尺寸与纤维直径的比率的曲线图。
[0011] 图3是绘制具有成形磨料颗粒的基于短纤维的非织造磨料制品的总切割量对磨 料颗粒尺寸与纤维直径的比率的曲线图。
[0012]
[0013] 如本文所用，词语"包含"、"具有"和"包括"的变型在法律上是等同的且是开放式 的。因此，除了所列举的元件、功能、步骤或限制之外，还可以存在其它未列举的元件、功能、 步骤或限制。
[0014] 如本文所用，"形成的陶瓷磨料颗粒"意指具有至少部分地复制的形状的磨料颗 粒。制作形成的陶瓷磨料颗粒的一种工艺包括在具有预定形状的模具中使前体陶瓷磨料颗 粒成形以制作陶瓷成形磨料颗粒。在模具中形成的陶瓷成形磨料颗粒是在形成的陶瓷磨料 颗粒种类中的一个种类。制作其它种类的形成的陶瓷磨料颗粒的其它工艺包括通过具有预 定形状的孔口挤出前体陶瓷磨料颗粒，通过具有预定形状的印刷丝网中的开口印刷前体陶 瓷磨料颗粒，或者将前体陶瓷磨料颗粒压印为预定形状或图案。形成的陶瓷磨料颗粒的非 限制性示例包括成形磨料颗粒，诸如，如公开于美国专利再公告专利35, 570 ;5, 201，916 ; 5, 984, 998 ;8, 034, 137 ;8, 123, 828 ;8, 142, 531 ;8, 142, 532 和 8, 142, 891 ;以及公开于美国 专利公开2009/0169816、2010/0146867和2010/0319269中的三角形板，或由圣戈班磨料磨 具公司（Saint-Gobain Abrasives)生产的通常具有圆形截面的细长陶瓷棒/长丝，其例子 在美国专利号5, 372, 620中公开。形成的陶瓷磨料颗粒通常是大体均匀的或基本上一致 的，并且保持其烧结形状而无需使用将较小磨料颗粒粘合到凝聚结构中的粘合剂诸如有机 或无机粘合剂，但不包括通过生产无规尺寸和形状的磨料颗粒的压碎或粉碎工艺得到的磨 料颗粒。在多个实施例中，形成的陶瓷磨料颗粒包括烧结的α氧化铝的均匀结构或主要由 烧结的α氧化铝组成。
【具体实施方式】
[0015] 根据本发明的各种示例性磨料制品，其包括膨松有弹性的开口非织造磨料制品 (例如纤维网和片材）、成套磨轮和回旋磨轮，该磨料制品可以通过包括诸如，例如在非织 造纤维网上涂敷通常呈浆液形式的可固化组合物的步骤的工艺制造。在形成回旋磨轮或成 套磨轮的过程中，通常相对于在膨松有弹性的开口非织造纤维制品中所用的非织造纤维网 来压缩非织造纤维网（即，使其致密）。
[0016] 在其它工艺中，非织造磨料制品可以通过以下步骤制作：首先形成非织造纤维 网、将底胶层施加到非织造纤维网、将形成的陶瓷磨料颗粒施加到底胶层、固化底胶层并 且然后将复胶涂层施加在底胶层上并固化复胶涂层。在题为"Low Density Abrasive Product and Method of Making the Same (低密度磨料产品及其制备方法）"的美国专利 号4, 227, 350 (Fitzer)中公开了此类工艺和非织造纤维网。
[0017] 非织诰纤维网
[0018] 适用于上述磨料制品的非织造纤维网在磨料领域中是众所周知的。通常，非织造 纤维网包括缠结的纤维纤维网。纤维可包括连续纤维、短纤维或它们的组合。例如，非织造 纤维网可包括长度为至少约20毫米（mm)、至少约30mm、或至少约40mm，且小于约110mm、小 于约85mm、或小于约65mm的短纤维，但更短和更长的纤维（例如连续长丝）也是可用的。 纤维的细度或线密度可为至少约1. 7分特（dtex，即，克/10000米）、至少约6dtex、或至少 约17dtex，且小于约560dtext、小于约280dtex、或小于约120dtex，但具有更小和/或更大 线密度的纤维也是可用的。具有不同线密度的纤维的混合物可用于例如提供磨料制品，所 述磨料制品在使用时将会产生尤其优选的表面光洁度。如果使用的是纺粘非织造物，那么 长丝可以具有大得多的直径，例如，直径高达2_或更大。
[0019] 可例如通过常规的气流成网、梳理、缝编、纺粘、湿法成网和/或熔喷过程制造非 织造纤维网。可使用诸如，例如可商品名"RANDO WEBBER"从纽约州马其顿的兰多机器公司 (Rando Machine Company, Macedon, New York)商购获得的设备制备气流成网非织造纤维 网。
[0020] 通常选择这样的非织造纤维网：该非织造纤维网与粘附粘合剂和磨料颗粒适宜地 相容，同时还可与磨料制品的其它组分组合地加工，并且通常可以承受加工条件（例如温 度），诸如在施加和固化可固化组合物的过程中采用的那些条件。可以选择纤维以影响磨 料制品的特性诸如，例如，柔韧性、弹性、耐久性或保质期、研磨性和光洁度特性。可以适用 的纤维的示例包括天然纤维、合成纤维、以及天然和/或合成纤维的混合物。合成纤维的示 例包括由聚酯（例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯）、尼龙（例如，六亚甲基己二酰胺、聚己内酰 胺）、聚丙烯、丙烯腈（即，丙烯酸类树脂）、人造丝、醋酸纤维素、聚偏二氯乙烯-氯乙烯共 聚物、以及氯乙烯-丙烯腈共聚物制成的那些。合适的天然纤维的示例包括棉花、羊毛、黄 麻、和大麻。纤维可为天然的材料或例如从服装碎料、地毯制造、纤维制造或纺织物加工中 回收的再循环材料或废料。纤维可为均匀的或复合材料，诸如，双组分纤维（例如，共纺的 皮-芯型纤维）。纤维可为拉伸和卷曲的，但是也可为连续长丝，诸如由挤出工艺形成的那 些长丝。也可以使用纤维的组合。
[0021] 在用可固化组合物浸渍之前，如在任何涂布（例如，用可固化组合物或任选的预 粘合树脂）之前所测得，非织造纤维网的每单位面积重量（即，基重）通常为至少约50克 每平方米（gsm)、至少约lOOgsm、或至少约200gsm ;和/或小于约400gsm、小于约350gsm、 或小于约300gsm，但也可使用更大和更小的基重。此外，在用可固化组合物浸渍之前，纤维 纤维网的厚度通常为至少约5mm、至少约6mm、或至少约IOmm ;和/或小于约200mm、小于约 75mm、或小于约30mm，但更大和更小的厚度也是可用的。
[0022] 与非织造磨料制品、磨轮以及它们的制造方法相关的另外细节可见于例如美国专 利 2,958, 593 (Hoover 等人）；5,591，239 (Larson 等人）；6, 017, 83I (Beardsley 等人）以及 6, 979, 713 (Barber, Jr.)。
[0023] 很多情况下，在用可固化组合物涂布之前将预粘合树脂施加到非织造纤维网上是 可用的。预粘合树脂用于例如在处理过程中帮助保持非织造纤维网的完整性，并且还可以 促进聚氨基甲酸酯粘合剂与非织造纤维网的粘合。预粘合树脂的示例包括酚醛树脂、聚氨 基甲酸酯树脂、皮胶、丙烯酸类树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂以及它们的组 合。通常将以此方式使用的预粘合树脂的量朝着符合在纤维的交叉接触点处将纤维粘合在 一起的最小量进行调节。如果非织造纤维网包括可热粘合的纤维，那么非织造纤维网的热 粘合也可以有助于在加工过程中保持纤维网的完整性。
[0024] 在其它实施例中，非织造纤维网可以通过在美国专利4, 227, 350中公开并且在其 中合成有机长丝形成材料被加热至熔融状态并从喷丝头挤出以提供的自由落下的长丝束 的实例中使用的工艺来制造。长丝自由落下通过空气空