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CN106687253A - 制备磨料制品以及可由此制备的粘结磨料轮的方法 - Google Patents

制备磨料制品以及可由此制备的粘结磨料轮的方法 Download PDF

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CN106687253A
CN106687253A CN201580048434.1A CN201580048434A CN106687253A CN 106687253 A CN106687253 A CN 106687253A CN 201580048434 A CN201580048434 A CN 201580048434A CN 106687253 A CN106687253 A CN 106687253A
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斯科特·R·卡勒
布赖恩·D·格斯
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尼格斯·B·艾德弗里斯
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Abstract

本发明提供了制备磨料制品的方法，所述方法涉及根据预定的图案和任选的取向将成型磨粒粘附至加强构件，以及将填充空间的粘结剂前体沉积在所述加强构件和所述成型磨粒上以提供经填充的磨料预成型件，将另一加强构件设置到所述经填充的磨料预成型件上，以及固化所述磨料制品前体以形成所述磨料制品。在一些方面，多个磨料预成型件彼此叠堆。本发明还公开了可根据所述方法制备的粘结磨料轮。

Description

制备磨料制品以及可由此制备的粘结磨料轮的方法
技术领域
本发明广义地涉及磨料制品及其制备方法。
背景技术
粘结磨料制品具有保持在粘结剂(在本领域中也称为粘结介质)中的磨粒，该粘结剂将这些磨粒粘结在一起作为成型团块。典型粘结磨料的示例包括砂轮、磨石、油石和切割轮。粘结剂可为有机树脂、陶瓷或玻璃态材料(二者在本领域中已知作为玻璃质粘结剂的示例)或金属。
切割轮通常为用于普通切割操作的相对较薄的轮。轮的直径通常为约1至约200厘米，并且厚度为若干毫米至若干厘米(轮的直径越大，厚度越大)。它们可以约1000至50000转/分钟的速度操作，并用于诸如将聚合物、复合金属或玻璃切割成标称长度的操作。切割轮还被称为“工业切割锯片”，并且在诸如铸造厂等一些环境中被称为“劈锯”。顾名思义，切割轮用于通过研磨穿过物品而切割储料，诸如金属棒。
一直存在对于新型粘结磨料的需求，所述新型粘结模料具有改善的研磨特性和/或在相同性能水平下降低的成本。
发明内容
在第一方面，本公开提供了制备磨料制品的方法，该方法包括以下步骤：
A)提供具有工作表面的定位工具，该工作表面中形成有多个腔体，其中该腔体根据图案和取向布置在工作表面上；
b)制备磨料预成型件，该磨料预成型件包括粘附到第一加强构件的多个成型磨粒，该第一加强构件具有相背对的前表面和后表面，并且其中磨料预成型件通过包括以下步骤的方法制备：
i)将成型磨粒设置在定位工具的腔体中的至少一些腔体中；
ii)将成型磨粒转移至第一加强构件，使得成型磨粒根据腔体的图案邻近第一加强构件的前表面设置；
iii)将转移的成型磨粒粘附到第一加强构件的前表面；以及
iv)将填充空间的粘结剂前体沉积在第一加强构件和转移的成型磨粒上，使得转移的成型磨粒之间的空间至少部分地由填充空间的粘结剂前体填充；
c)将第二加强构件设置在磨料预成型件上以提供磨料制品前体，其中第一加强构件的前表面面向所述第二加强构件；以及
d)压紧并固化磨料制品前体以形成磨料制品。在另一方面，本公开提供了制备磨料制品的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供具有工作表面的定位工具，该工作表面中形成有多个腔体，其中该腔体根据图案布置在工作表面上；
b)制备多个磨料预成型件，其中每个磨料预成型件分别包括粘附至第一加强构件的多个成型磨粒，并且其中每个磨料预成型件分别由包括以下步骤的方法制备：
i)将成型磨粒设置在定位工具的腔体中的至少一些腔体中；
ii)将成型磨粒转移至具有前表面和后表面的第一加强构件，使得成型磨粒根据腔体的图案设置在第一加强构件的前表面上；
iii)将转移的成型磨粒粘附到第一加强构件的前表面；
iv)将填充空间的粘结剂前体沉积到第一加强构件和转移的成型磨粒上，使得转移的成型磨粒之间的空间至少部分地由填充空间的粘结剂前体填充；
d)形成包括多个磨料预成型件的叠堆，其中该叠堆具有顶部和底部，从而提供磨料制品前体；以及
e)在将多个磨料预成型件压紧在一起时固化磨料制品前体以形成磨料制品。
根据本公开的方法可用于制备磨料制品。
因此，在另一方面，本公开提供了磨料轮，该磨料轮包括保持在有机粘结剂材料中的精确成型的磨粒，其中磨料轮包括接触周边表面的两个面，其中磨料轮具有延伸穿过其中心的旋转轴线，其中该精确成型的磨粒的至少一部分根据预定的三维位置和取向设置在有机粘结剂材料中，其中该精确成型的磨粒包括由多个侧壁连接的基部和顶部，并且其中精确成型的磨粒的相应基部布置成基本上垂直于旋转轴线。
如本文所用，术语“酚醛树脂”是指通过至少一种苯酚(例如，苯酚、间苯二酚、间甲酚、3,5-二甲苯酚、叔丁基酚和/或对苯基苯酚)与至少一种醛(例如，甲醛、乙醛、氯酸盐、丁醛、糠醛和/或丙烯醛)的反应获得的合成热固性树脂。
如本文所用，术语“成型磨粒”是指其中至少一部分磨粒具有专门形成的形状的磨粒，所述专门形成的形状通过制造期间的成型工艺来赋予。如本文所用的成型磨粒不包括通过机械压碎操作获得的随机设定尺寸的磨粒。制备成型磨粒的非限制性工艺包括：在具有预定的形状的模具中使前体磨粒成型；通过具有预定的形状的孔口挤出前体磨粒；通过具有预定的形状的印刷丝网中的开口印刷前体磨粒；或者将前体磨粒压印成预定的形状或图案。成型磨粒的非限制性示例包括在模具中形成的成型磨粒，例如美国专利RE 35,570(Rowenhorst等人)、5,201,916(Berg等人)以及5,984,988(Berg等人)中所公开的三角形板；或由圣戈班磨料磨具公司(Saint-Gobain Abrasives)生产的通常具有圆形横截面的挤出的细长陶瓷棒/细丝，其示例在美国专利5,372,620(Rowse等人)中有所公开。本文所用的成型磨粒不包括通过机械压碎操作获得的随机设定尺寸的磨粒。
如本文所用，关于定位工具或框架中的磨粒或腔体的术语“精确成型”是指具有由表面相对光滑的侧面限定的三维形状的磨粒或腔体，这些侧面通过精确限定的锐边来界定和接合，这些锐边具有不同的长度并且具有由各侧面相交所限定的不同端点。因此，术语“精确成型的磨粒”不包括通过常规机械压碎操作获得的陶瓷磨粒。
在考虑具体实施方式以及所附权利要求书之后，将进一步理解本公开的特征和优点。
附图说明
图1为制备根据本发明一个实施方案的磨料制品的方法的示意性工艺流程图。
图2A为示例性定位工具210的示意性平面图。
图2B为图2A中的腔体214的示意性透视图。
图3为磨料制品前体360的示意性分解透视图。
图4A为示例性粘结磨料轮400的示意性透视图。
图4B为粘结磨料轮400内精确成型的磨粒410和填充空间的粘结剂前体140的示意图。
图5为精确成型的磨粒410的示意性透视图。
图6为实施例1所用的定位工具常规设计的示意性俯视图。
图7为实施例2和3所用的定位工具的示意性剖面透视图。
图8为实施例5所用的定位工具的示意性俯视图。
图9为实施例4所用的定位工具900的示意性剖面透视图。
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开相同或类似的特征或元件。应当理解，本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其他修改形式和实施方案。附图可能未按比例绘制。
具体实施方式
图1示出了制备根据本公开的磨料制品180的方法的一个示例性实施方案。
首先，提供了定位工具110。定位工具110具有工作表面112，该工作表面中形成有多个腔体114，所述腔体根据预定的图案119和取向布置在工作表面112上。在一些优选实施方案中，定位工具的工作表面中的腔体具有沿着锐边会聚的平面，并形成截棱锥的侧面和顶部(例如，截顶三方锥)。
可用的定位工具可具有根据任何图案以及任选地取向(例如，就具有直边的腔体而言)布置的腔体。腔体可以随机、伪随机或根据规则阵列(例如，圆形阵列、矩形阵列、六边形阵列)布置。在一些实施方案中，尤其对于制备磨料轮有用的是，腔体可被布置成使得它们周向交错，从而磨粒始终相对于轮的旋转轴线位于任何径向距离上。
聚合物定位工具可由金属母模复制而成。母模工具将具有定位工具所需的反向图案。在一个实施方案中，母模工具由金属(例如，镍)制成，并且经过金刚石车削。主工具和/或定位工具可为带、片材、连续纤维网、涂布辊(诸如轮转凹版辊)、安装在涂布辊上的套管、或模具。
可将聚合物片材连同母模工具一起加热，使得通过将二者压制在一起而对聚合物材料压印出母模工具的反向图案。也可将聚合物或热塑性材料挤出或浇铸到母模工具上，然后对其进行压制。冷却热塑性材料以使其硬化，从而制得定位工具。如果采用热塑性定位工具，则应当注意不要产生过多热量，这些热量可使热塑性定位工具变形，从而限制其寿命。
合适的聚合物材料的示例包括热塑性材料，例如聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚烯烃(例如，聚乙烯和聚丙烯)、聚苯乙烯、热固性材料以及它们的组合。在一个实施方案中，整个定位工具由聚合物材料制成。在另一个实施方案中，在干燥时与溶胶-凝胶(例如，勃姆石溶胶-凝胶)接触的定位工具表面(例如，多个腔体的表面)包含聚合物材料，而该定位工具的其他部分可由其他材料制成。
图2A示出了在工作表面212处具有腔体214的示例性定位工具210，所述腔体成型为截顶三方锥并且根据第一预定的图案和取向布置。径向重叠周边行290、292、294被布置成使得在所得磨料制品中，在耗尽磨粒的外周边行之前，来自外周边缘的磨蚀使新的磨粒暴露至研磨表面。
图2B示出了具有开口217的腔体214，并且任选的导管258从定位工具210的工作表面212朝向减压源(未示出)延伸。
关于定位工具和主工具的设计和制造的更多信息以及腔体图案可见于美国专利5,152,917(Pieper等人)、5,435,816(Spurgeon等人)、5,672,097(Hoopman等人)、5,946,991(Hoopman等人)、5,975,987(Hoopman等人)和6,129,540(Hoopman等人)。
再次参见图1，定位工具110用于制备包括粘附到第一加强构件130的磨粒126的磨料预成型件125，所述第一加强构件具有前表面132和后表面134。磨料预成型件125可通过以下方法制备：将磨粒126设置在定位工具110的腔体114中，将磨粒126粘附至第一加强构件130，并移除定位工具110。然后将填充空间的粘结剂前体140沉积到第一加强构件130和转移的磨粒126上，使得磨粒之间的空间至少部分地由填充空间的粘结剂前体填充，从而得到经填充的磨料预成型件120。
可根据需要将磨粒全部或仅部分地置于腔体中。可使用任何填充技术，包括手动填充、振动填充、鼓吹和抽吸。晃动磨料框架、用刷子擦拭框架的表面和/或用压紧气体(例如，空气或氮气)在其上鼓吹可能有助于防止未与腔体一同驻留的外来微粒掺入所得磨料制品中。
将磨粒126转移至第一加强构件130，使得磨粒126根据预定的图案119设置在前表面132上，然后粘附。该步骤可例如通过以下方式执行：将第一加强构件的前表面放置在定位工具的腔体中的磨粒顶部以形成组装件，将该组装件夹在一起，翻转组装件，使得第一加强构件面朝上位于底部上，然后移除定位工具，并让磨粒保持预定的位置和取向。
在一些实施方案中，通过将液体粘结剂前体薄涂层沉积在成型磨料的表面上；将颗粒状粘结剂前体粘附至液体粘结剂前体薄涂层，然后再将它们置于定位工具中，从而实现粘附。通过加热软化颗粒状粘结剂前体并将其粘附至加强构件。另选地或除此之外，第一加强构件的前表面可具有设置在其至少一部分上的可固化粘合剂前体(例如，其可发粘或可热软化)，用于向加强构件提供粘附力。如果使用的话，可固化的粘合剂前体优选地为液体，但其也可包含A阶段或B阶段发粘树脂。
然后将填充空间的粘结剂前体140设置在磨粒126的表面和加强构件130的表面132(例如，描述为稀松布)的至少一部分上。填充空间的粘结剂前体140包含固化的(即，共价交联)有机热固性树脂。热固性树脂的示例在上文中有所描述。优选地，热固性有机树脂包含至少一种酚醛树脂(例如，线型酚醛树脂和/或可溶酚醛树酯)。有机粘结剂材料通常但是任选地还包含一种或多种添加剂，这些添加剂已知用于树脂粘结磨料制品中。示例包括助磨剂、润滑剂、抗静电剂和填料；例如下文所述。
腔体114具有预定的形状(即，截顶三方锥)并且根据预定的图案119和取向布置在工作表面上。转移的磨粒126通过加强构件上液体粘结剂前体的粘著性或通过充分加热颗粒状粘结剂前体和/或粘合性粘结剂前体使其a)优选地流动；以及b)至少部分地固化，从而可粘附至前表面132(例如，在将磨粒与稀松布接触之后，但是在分离第一加强构件和定位工具之前)。经填充的磨料预成型件120通过以下方式完成：将填充空间的粘结剂前体140沉积到第一加强构件130的前表面132和转移的磨粒126上，使得磨粒126之间的空间至少部分地由任选的填充空间的粘结剂前体140填充。
通过将任选的第二加强构件142设置到填充空间的粘结剂前体140和转移的磨粒126上来提供磨料制品前体160。
根据本公开的磨料预成型件可包含陶瓷和/或非陶瓷磨粒。在一些实施方案中，磨粒包括精确成型的磨粒(例如，包括至少一种金属的氧化物或碳化物)。陶瓷金属氧化物的示例包括氧化铝、镁铝氧化物(例如，尖晶石)、氧化锆、钠铝氧化物、锶铝氧化物、锂铝氧化物、铁铝氧化物、镁铝氧化物和/或锰铝氧化物。合适的陶瓷金属碳化物的示例包括碳化硅、碳化钛和碳化钨。
由α-氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六铝酸盐的微晶构成的磨粒可根据例如美国专利5,213,591(Celikkaya等人)和美国公布专利申请2009/0165394A1(Culler等人)和2009/0169816A1(Erickson等人)中描述的方法制备。
溶胶-凝胶法制备的磨粒及其制备方法的示例可见于美国专利4,314,827(Leitheiser等人)、4,623,364(Cottringer等人)、4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等人)和4,881,951(Monroe等人)，以及美国公布专利申请2009/0165394Al(Culler等人)中。还可以设想，磨粒可包括研磨团聚物，例如在美国专利4,652,275(Bloecher等人)或4,799,939(Bloecher等人)中描述的那些。在一些实施方案中，磨粒可用偶联剂(例如，有机硅烷偶联剂)进行表面处理或进行其它物理处理(例如氧化铁或二氧化钛)以提高磨粒与粘结剂的附着力。磨粒可在它们与粘结剂结合之前进行处理，或者它们可通过将偶联剂包括到粘结剂中进行原位表面处理。
虽然对成型磨粒的形状没有特别限制，但是其优选地通过利用模具将包括陶瓷前体材料(例如，勃姆石溶胶-凝胶)的前体颗粒成型然后通过烧结而形成为预定的形状。成型磨粒可包括单一种磨粒或通过两种或更多种磨料或两种或更多种磨料的磨料混合物形成的磨料聚集体。在一些实施方案中，成型磨粒是精确成型的，因为各个成型磨粒将具有这样的形状，该形状基本上为模具或定位工具的腔体的一部分的形状，在该模具或定位工具中颗粒前体被干燥，然后进行任选的煅烧和烧结。
在一些实施方案中，磨粒包括成型磨粒(例如，溶胶-凝胶法制备的成型多晶α氧化铝颗粒)，该成型磨粒一般成型为棱柱(例如，3、4、5或6面棱柱)或截棱锥(例如，3、4、5或6面截棱锥)。在一些实施方案中，溶胶-凝胶法制备的成型α-氧化铝颗粒为精确成型颗粒(即，颗粒具有的形状至少部分地由用于制备其的定位工具中的腔体的形状决定)。溶胶-凝胶法制备的成型α-氧化铝磨粒的示例可见于美国专利5,201,916(Berg)、5,366,523(Rowenhorst(Re 35,570))和5,984,988(Berg)中。
关于此类磨粒及其制备方法的详细信息可见于例如美国专利8,142,531(Adefris等人)、8,142,891(Culler等人)和8,142,532(Erickson等人)；以及美国专利申请公布2012/0227333(Adefris等人)、2013/0040537(Schwabel等人)和2013/0125477(Adefris)中。
本公开中使用的成型磨粒通常可以使用工具(即，模具)制成，并使用精确加工工具进行切割，从而提供比其它制造替代方法(诸如，压印或冲压等)更高的特征清晰度。通常，工具表面中的腔体具有沿着尖锐边缘交汇的平面，并形成截棱锥的侧面和顶部。所得的成型磨粒具有对应于工具表面中的腔体的形状(例如，截棱锥)的对应标称平均形状；然而，在制造过程中可发生标称平均形状的变型(例如，无规变型)，并且表现这种变型的成型磨粒被包括在本文所用的成型磨粒的定义内。
在一些实施方案中，成型磨粒的基部和顶表面基本上平行，从而得到棱柱或截棱锥形状，但是这不是必需的。在一些实施方案中，截顶三方锥的侧面具有相等的尺寸并且与基部形成约82度的二面角。然而，将认识到，也可使用其它二面角(包括90度)。例如，基部和侧面中的每一个之间的二面角可独立地在45至90度的范围内变化，通常在70至90度的范围内变化，更通常在75至85度的范围内变化。
如本文所用，在涉及成型磨粒时，术语“长度”是指成型磨粒的最大尺寸。“宽度”是指与长度垂直的成型磨粒的最大尺寸。术语“厚度”或“高度”是指与长度和宽度垂直的成型磨粒的尺寸。
磨粒通常被选为具有1微米至15000微米、更通常10微米至约10000微米、并且仍然更通常150微米至2600微米范围内的长度，但是也可使用其它长度。
优选地，成型磨粒具有0.1微米至3500微米、更优选100微米至3000微米、并且更优选100微米至2600微米范围内的宽度，但是也可使用其它宽度。优选地，成型磨粒具有0.1微米至1600微米、更优选1微米至1200微米范围内的厚度，但是也可使用其它厚度。在一些实施方案中，成型磨料颗粒可具有至少2、3、4、5、6或更大的纵横比(长度与厚度之比)。
在一些实施方案中，长度可被表示为包含其的磨料轮的厚度的一部分。例如，成型磨粒的长度可大于磨料轮的厚度的一半。在一些实施方案中，例如对于切割轮，成型磨粒的长度可大于切割轮的厚度。
除成型磨粒之外，根据本公开的磨料预成型件和制品可任选地还包含其它磨粒。
可用的其它磨粒可包括例如上文公开的成型磨粒中的任一种，以及/或者特别压碎的颗粒磨粒。其它磨粒可为压碎的磨粒或成型磨粒或它们的组合。其它磨粒可包含在填充空间的粘结剂前体中。
可用的其它磨粒(例如，压碎的磨粒)可包括例如：熔融氧化铝；热处理的氧化铝；白色熔融氧化铝；陶瓷氧化铝材料，诸如以商品名3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN(3M陶瓷磨料颗粒)从美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,Saint Paul,Minnesota)商购获得的那些；棕色氧化铝；蓝色氧化铝；以及溶胶-凝胶法制备的磨粒(例如，包括成型形式和压碎形式)；以及它们的组合。
磨粒(例如，成型磨粒和/或压碎的磨粒)上的表面涂层可用于改善磨粒与粘结剂材料之间的粘附力，或者可用于帮助陶瓷磨粒的沉积。在一个实施方案中，可使用如美国专利5,352,254(Celikkaya)中描述的表面涂层，相对于成型磨粒的重量，表面涂层的量为0.1％至2％。此类表面涂层在美国专利5,213,591(Celikkaya等人)、5,011,508(Wald等人)、1,910,444(Nicholson)、3,041,156(Rowse等人)、5,009,675(Kunz等人)、5,085,671(Martin等人)、4,997,461(Markhoff-Matheny等人)和5,042,991(Kunz等人)中有所描述。另外，表面涂层可防止成型磨粒封堵。“封堵”这一术语用来描述来自正在研磨的工件的金属颗粒熔焊到成型磨粒的顶部的现象。实现上述功能的表面涂层是本领域的技术人员已知的。
根据磨料行业公认的规定标称等级，可独立地设定磨粒(例如，压碎的磨粒或成型磨粒)的尺寸。示例性磨料行业公认的分级标准包括由ANSI(美国国家标准学会)、FEPA(欧洲磨料制造者联盟)和JIS(日本工业标准)颁布的那些标准。这种行业公认的分级标准包括例如：ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI 24、ANSI 30、ANSI 36、ANSI 40、ANSI 50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI 100、ANSI 120、ANSI 150、ANSI180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400和ANSI 600；FEPA P8、FEPA P12、FEPA P16、FEPA P24、FEPA P30、FEPA P36、FEPA P40、FEPA P50、FEPA P60、FEPA P80、FEPA P100、FEPA P120、FEPA P150、FEPA P180、FEPA P220、FEPA P320、FEPA P400、FEPA P500、FEPA P600、FEPAP800、FEPA P1000、FEPA P1200；FEPA F8、FEPA F12、FEPA F16和FEPA F24；以及JIS 8、JIS12、JIS16、JIS 24、JIS 36、JIS 46、JIS 54、JIS 60、JIS 80、JIS 100、JIS 150、JIS180、JIS220、JIS 240、JIS 280、JIS 320、JIS 360、JIS 400、JIS 400、JIS600、JIS 800、JIS 1000、JIS 1500、JIS 2500、JIS 4000、JIS 6000、JIS 8000和JIS 10,000。更通常的是，将粉碎的氧化铝颗粒和无晶种溶胶-凝胶衍生的氧化铝基磨料颗粒的尺寸被独立地设定为ANSI 60和80或者FEPA F36、F46、F54和F60或者FEPA P60和P80分级标准。
另选地，磨粒(例如，成型磨粒或压碎的磨粒)可利用符合ASTM E-11“StandardSpecification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes”(ASTM E-11“针对测试目的的筛布和筛的标准规格”)的美国标准试验筛被分级为标称筛选等级。ASTME-11规定了试验筛的设计和构造需求，该试验筛利用安装在框架中的织造筛布为介质，以用于根据指定的粒度对材料进行分类。典型标号可以表示为-18+20，其意指陶瓷成型磨粒通过符合ASTM E-11规范的18目试验筛，并且保留在符合ASTM E-11规范的20目试验筛上。在一个实施方案中，成型磨粒具有这样的粒度：使得大多数磨粒通过18目试验筛并且可保留在20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目试验筛上。在多个实施方案中，陶瓷成型磨粒可具有的标称筛分等级包括：-18+20、-20+25、-25+30、-30+35、-35+40、-40+45、-45+50、-50+60、-60+70、-70+80、-80+100、-100+120、-120+140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325、-325+400、-400+450、-450+500或-500+635。或者，可以使用诸如-90+100的定制网目尺寸。
用于颗粒状粘结剂前体、液体粘结剂前体和填充空间的粘结剂前体的合适的可固化材料包括例如一种或多种有机热固性化合物，这些化合物通常包含一种或多种添加剂，例如填料、固化剂(例如，催化剂、硬化剂、自由基引发剂(光引发剂或热引发剂)、助磨剂(例如，冰晶石)、增塑剂、抗负荷化合物、润滑剂、偶联剂、抗氧化剂、光稳定剂和/或抗静电剂。
合适的有机热固性化合物的示例包括酚醛树脂(例如，线型酚醛树脂和/或可溶酚醛树酯)、丙烯酸类单体(例如，聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酰胺)、环氧树脂、氰酸酯树脂、异氰酸酯树脂(包括聚脲和聚氨酯树脂)、醇酸树脂、脲醛树脂、氨基塑料树脂以及它们的组合。在固化期间，这些热固性化合物形成共价交联的粘结网络，并且将所得粘结剂材料硬化和强化。
可用的酚醛树脂包括线型酚醛树脂和可溶酚醛树脂。线型酚醛树脂的特征在于被酸催化，并且甲醛与苯酚的比率小于1，通常介于0.5:1和0.8:1之间。可溶酚醛树脂的特征在于被碱催化，并且甲醛与苯酚的比率大于或等于1，通常为1:1至3:1。线型酚醛树脂和可溶酚醛树脂可以被化学改性(例如，通过与环氧化合物反应)，或者它们可以不被改性。适于固化酚醛树脂的示例性酸性催化剂包括硫酸、盐酸、磷酸、草酸和对甲苯磺酸。适于固化酚醛树脂的碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钾、氢氧化钙、有机胺和/或碳酸钠。
线型酚醛树脂在室温下通常为固态，并且通常可以粉末和/或颗粒形式使用。它们特别适合用作颗粒状粘结剂前体和填充空间的粘结剂前体；但是作为替代或补充，也可使用其它热固性树脂。
可溶酚醛树脂在室温下通常为液态。它们尤其适合用作液态粘结剂前体，但其它液体热固性树脂通常也是合适的。
可商购获得的酚醛树脂的示例包括下述商品名的那些：“DUREZ”和“VARCUM”，得自美国密歇根州诺维的杜雷兹公司(Durez Corporation,Novi,Michigan)；“RESINOX”，得自美国密苏里州圣路易斯的孟山都公司(Monsanto Co.,Saint Louis,Missouri)；“AROFENE”和“AROTAP”，得自美国俄亥俄州哥伦布的亚仕兰化学品公司(Ashland Chemical Co.,Columbus,Ohio)；“RUTAPHEN”，得自美国俄亥俄州哥伦布的迈图公司(Momentive,Columbus,Ohio)；以及“PHENOLITE”，得自韩国首尔的江南化学公司(Kangnam ChemicalCompany Ltd.,Seoul,South Korea)。可商购获得的线型酚醛树脂的示例包括杜雷兹公司(Durez Corporation)以商品名DUREZ 1364和VARCUM 29302出售的那些。可商购获得的可溶酚醛树脂的示例包括等级为29217、29306、29318、29338和29353的VARCUM的可溶酚醛树脂；AEROFENE 295；以及PHENOLITE TD-2207。
可用的氨基塑料的示例包括可以商品名CYMEL 373和CYMEL 323得自美国康涅狄格州斯坦福德的氰特公司(Cytec Inc.,Stamford,Connecticut)的那些。
可用脲醛树脂的示例包括美国俄亥俄州哥伦布的波顿化学公司(BordenChemical,Columbus,Ohio)以商品名AL3029R出售的那些，以及美国乔治亚州亚特兰大的乔治亚太平洋公司(Georgia Pacific Corp.,Atlanta,Georgia)以商品名AMRES LOPR、AMRESPR247HV和AMRES PR335CU出售的那些。
可用多异氰酸酯的示例包括单体多异氰酸酯、低聚多异氰酸酯和聚合多异氰酸酯(例如，二异氰酸酯和三异氰酸酯)以及它们的混合物和封端型式。多异氰酸酯可为脂族、芳族和/或它们的混合物。
可用聚环氧化合物的示例包括单体聚环氧化合物、低聚聚环氧化合物、聚合聚环氧化合物以及它们的混合物。聚环氧化合物可为脂族、芳族或它们的混合物。
脂环聚环氧化合物单体的示例包括环氧环己烷-羧酸酯(例如，3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己烷羧酸酯(例如，如可以“ERL-4221”得自美国密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical Co.,Midland,Michigan))；3,4-环氧-2-甲基环己基甲基3,4-环氧-2-甲基环己烷-羧酸酯；双(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)己二酸酯；3,4-环氧-6-甲基环己基甲基3,4-环氧-6-甲基环己烷羧酸酯(可以ERL-4201得自陶氏化学公司(Dow ChemicalCo.))；乙烯基环已烯二氧化物(可以ERL-4206得自陶氏化学公司(Dow Chemical Co.))；双(2,3-环氧环戊基)醚(可以ERL-0400得自陶氏化学公司(Dow Chemical Co.))；双(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)己二酸酯(可以ERL-4289得自陶氏化学公司(Dow Chemical Co.))；浸肠道二氧化物(dipenteric dioxide)(可以ERL-4269得自陶氏化学公司(Dow ChemicalCo.))；2-(3,4-环氧环己基-5,1'-螺-3',4'-环氧环己烷-1,3-二烷；和2,2-双(3,4-环氧环己基)丙烷；以及衍生自表氯醇的聚环氧化合物)。
芳族聚环氧化合物的示例包括多羟基酚的丙三醇缩水甘油醚，例如：双酚A型树脂及其衍生物，包括以商品名“EPON”得自美国德克萨斯州休斯顿的锐意卓越高性能产品公司(Resolution Performance Products,Houston,Texas)的这类环氧树脂；环氧甲酚酚醛树脂；双酚F型树脂及其衍生物；环氧苯酚酚醛清漆树脂；以及芳族羧酸的缩水甘油酯(如，邻苯二甲酸二缩水甘油酯、间苯二甲酸二缩水甘油酯、偏苯三甲酸三缩水甘油酯和苯均四酸四缩水甘油酯)，以及它们的混合物。可商购获得的芳族聚环氧化合物包括例如可以商品名“ARALDITE”得自美国纽约州塔里敦的汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals，Tarrytown，N.Y.)的那些；以商品名“EPON”得自锐意卓越高性能产品公司(ResolutionPerformance Products)的芳族聚环氧化合物；以及以商品名“DER”、“DEN”和“QUATREX”得自陶氏化学公司(Dow Chemical Co.)的芳族聚环氧化合物。
聚环氧化合物通常与诸如聚胺(例如，双(咪唑))、聚酰胺(例如，双氰胺)、多硫醇或酸性催化剂的固化剂混合，但固化剂可能不是固化所必需。
可用的丙烯酸类树脂可包括至少一种(甲基)丙烯酸酯(术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯)单体或低聚物(具有至少为二的平均丙烯酸官能度，例如至少为3、4或甚至是5)，并且可为不同(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)丙烯酸酯低聚物和/或(甲基)丙烯酸化聚合物的共混物。多种(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)丙烯酸酯低聚物和(甲基)丙烯酸化聚合物易于从例如美国宾夕法尼亚州埃克斯顿的沙多玛公司(SartomerCompany,Exton,Pennsylvania)和美国乔治亚州士麦那的UCB雷德科公司(UCB Radcure,Smyrna,Georgia)等供应商处商购获得。示例性的丙烯酸酯单体包括乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯和、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、山梨糖醇三(甲基)丙烯酸酯、山梨糖醇六(甲基)丙烯酸酯、双酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯以及它们的混合物。其它可用的多官能(甲基)丙烯酸酯低聚物包括聚醚低聚物，诸如沙多玛公司(Sartomer Company)以商品名SR259出售的聚乙二醇200二丙烯酸酯；以及沙多玛公司(Sartomer Company)以商品名SR 344出售的聚乙二醇400二丙烯酸酯。
聚合性丙烯酸类单体和诸如上述的低聚物通常借助于至少一种自由基热引发剂(例如，有机过氧化物)或光引发剂(例如，噻吨酮、酰基膦、酰基膦氧化物、安息香缩酮、α-羟基酮和α-二烷基氨基酮)固化。基于有机粘结剂材料前体的重量计，典型量在0.1重量％至10重量％、优选1重量％至3重量％的范围内。
基于所得磨料制品的总重量计，有机热固性化合物以及任选的热塑性聚合物(如果存在)通常的使用量足以得到总含量在约5重量％至约30重量％、更典型地约10重量％至约25重量％、更典型地约15重量％至约24重量％的范围内的有机粘结剂材料，但也可使用其它量。
在一个优选实施方案中，粘结剂材料前体包含与糠醇和填料结合的线型酚醛树脂。在一个优选实施方案中，延展性热固性粘结剂材料组合物包含与糠醇和填料结合的线型酚醛树脂(粉末形式)。基于总重量计，优选的组合物包含3重量％至12重量％的糠醇(更优选4重量％至8重量％)、30重量％至60重量％的线型酚醛树脂(任选地包含六亚甲基四胺，更优选为35重量％至45重量％)以及40重量％至70重量％的助磨剂和/或填料。线型酚醛树脂在室温下通常为固体，但是通过添加糠醇和填料(以及任何其它成分)，它们被优选地配制以形成延展性和/或类似油灰的组合物，该组合物可进行模制但是除非受热和/或受到机械力(例如，拉伸或挤压)，否则将保持其形状。可商购获得的线型酚醛树脂的示例包括：以GP 2074、GP 5300、GP 5833、RESI-FLAKE GP-2049、RESI-FLAKE GP-2050和RESI-FLAKE GP-2211得自美国乔治亚州亚特兰大的乔治亚太平洋公司(Georgia PacificResins,Atlanta,Georgia)的那些；以RUTAPHEN 8656F得自德国弗里伦多尔夫的巴特利克公司(Bakelite AG,Frielendorf,Germany)的那些；以及以DURITE 423A和DURITE SD 1731得自美国俄亥俄州哥伦布波顿化学公司(Borden Chemical,Inc.,Columbus,Ohio)的那些。
可用填料的示例包括金属碳酸盐(例如，碳酸钙(例如白垩、方解石、泥灰土、石灰华、大理石和石灰石、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁))、氟化钾铝、二氧化硅(例如，石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(例如，滑石、粘土、(蒙脱石)长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐(例如，硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、碳化硅、石膏、蛭石、木粉、三水合铝、炭黑、金属氧化物(例如，氧化钙(石灰)、氧化铝、二氧化钛)和金属亚硫酸盐(例如，亚硫酸钙)。
对于颗粒状粘结剂前体和填料，只要颗粒足够小且适合其预期用途，则粒度并非特别重要。通常，粉末形式是优选的，因为其可装填到小特征结构中。
如本文所用，术语“颗粒状粘结剂前体”是指包括固体或准固体颗粒的粘结剂前体。术语“颗粒状粘结剂前体”不包括液体粘结剂前体小滴/雾。
为了有利于与磨粒或框架的接触粘合，可将液体粘结剂前体施加至磨粒或框架，使得颗粒状粘结剂前体和/或填充空间的粘结剂前体(如果为颗粒状)将会一直粘附(例如，通过毛细管作用)直至固化在适当位置。
再次参见图1，任选的第二加强构件142设置在磨料预成型件120上，使得第一加强构件130的前表面132面向第二加强构件142以提供磨料制品前体160。
合适的加强构件(第一加强构件和/或第二加强构件)的示例包括已知用于带涂层磨料制品、粘结磨料制品和成套磨料轮中的背衬和加强稀松布。示例包括纸张、聚合物膜、金属箔、硫化纤维、合成纤维和/或天然纤维非织造物(例如，膨松有弹性的开放非织造合成纤维网和熔纺稀松布)、合成和/或天然纤维针织物、合成纤维和/或天然纤维织造物(例如，织造玻璃织物/稀松布、织造聚酯纤维、它们经处理的型式以及它们的组合)。合适的多孔加强稀松布的示例包括多孔玻璃纤维稀松布和多孔聚合稀松布(例如，包含聚烯烃、聚酰胺、聚酯、醋酸纤维素、聚酰亚胺和/或聚氨酯)，该稀松布可为例如熔纺、熔吹、湿法成网或气流成网的。
对于本文所述的各种加强构件(例如，稀松布和背衬)的孔隙率和基重的选择在磨料领域的技术人员的能力范围内，并且通常取决于预期用途。
再次参见图1，磨料制品前体160受压紧固化(其中磨料预成型件120和第二加强构件142压紧在一起)，以提供磨料制品180(例如，切割轮)。
固化条件的选择将根据所制备的特定磨料制品以及所选的粘结剂前体体系而变化。此类选择在本领域的普通技术人员的能力范围内。
加热通常在施加外部压力的情况下进行(例如，在加热压机或模具中)，但这并非必需。加热条件将取决于所选特定粘结剂材料前体的性质以及预期的磨料制品。
例如，含有机树脂粘结剂的粘结磨料通常在最高至约220℃的温度下(但也可使用更高的温度)受热足够时间以固化热固性材料并形成耐用的粘结剂材料。
在另一个实施方案中(在图3中示出)，堆叠填充的磨料预成型件320a、320b、320c(如图1所示制备成磨料预成型件120)以形成磨料制品前体360。经填充的磨料预成型件320a、320b、320c具有相应的正面322a、322b、322c。
叠堆361包括经填充的磨料预成型件320a、320b、320c以及邻近正面322a、322b、322c的任选加强构件340a、340b、340c。经填充的磨料预成型件320a、320b、320c的正面322a、322b、322c面向叠堆361的顶部362。
磨料制品前体360经压紧固化，使得经填充的磨料预成型件320a、320b、320c和加强构件342压紧在一起并受热以形成磨料制品。
根据本公开的方法可用于制备粘合制品，例如切割轮和磨削轮。现在参见图4A和图4B，示例性粘结磨料轮400包括保持在有机粘结剂材料140中的精确成型的磨粒410，并通过任选的稀松布430强化。精确成型的磨粒410根据预定的三维位置和取向布置成垂直于粘结磨料轮400的旋转轴线440。
现在参见图5，精确成型的磨粒410包括截顶三方锥，该截顶三方锥包括通过三个倾斜侧壁425a、425b、425c连接的基部421和顶部423，形成周向表面416。基部421和顶部423接触并被周向表面416分隔开。
根据本公开的磨料制品可用作例如油石、磨削轮和切割轮。
磨削轮的厚度通常为0.5cm至100cm，更通常地为1cm至10cm，并且其直径通常在约1cm和100cm之间，更通常地在约10cm和100cm之间，但也可以使用其它尺寸。例如，磨料制品可以采用直径通常在10和15cm之间的杯形轮的形式，或者可以采用直径最多100cm的荒磨轮形式。可以使用任选的中心孔来将磨削轮附接至动力驱动的工具。如果存在的话，中心孔通常直径为0.5cm至2.5cm，但也可使用其它尺寸。任选的中心孔可以是经过强化的；例如，通过金属凸缘强化。作为另外一种选择，可以将机械紧固件沿轴向固定至切割轮的一个表面。示例包括螺纹柱和卡口安装架。
典型切割轮的厚度通常为0.80毫米(mm)至16mm，更通常为1mm至8mm，并且其直径通常在2.5cm至100cm(40英寸)之间，更通常地在约7cm至13cm之间，但最高达若干米的直径也是已知的。可以使用任选的中心孔(可压缩该中心孔)来将切割轮附接至动力驱动的工具。如果存在的话，中心孔通常直径为0.5cm至2.5cm，但也可使用其它尺寸。任选的中心孔可以是经过强化的；例如，通过金属凸缘强化。作为另外一种选择，可以将机械紧固件沿轴向固定至切割轮的一个表面。示例包括螺纹柱、螺母、Tinnerman螺母和卡口安装柱。
根据本公开制备的磨料制品可用于例如研磨工件。例如，可将它们形成磨削轮或切割轮，该磨削轮或切割轮表现良好的磨削特性，同时保持可避免对工件造成热损坏的相对低的工作温度。
在使用中，该方法通常包括：将磨料制品中的磨粒与工件的表面进行摩擦接触，以及使磨料制品和工件的表面中的至少一个相对于另一个移动，以研磨工件的表面的至少一部分。磨料制品还可用于精密研磨应用，诸如用玻璃化粘结轮磨削凸轮轴。用于特定研磨应用的磨料颗粒的尺寸对于本领域的技术人员将是显而易见的。
粘结磨料轮可安装在磨削工具(例如，直角磨削工具)上使用。该工具可通常以约1000至50000转/分钟(rpm)的速度被电力或气压驱动。
研磨可以干法或湿法进行。对于湿法研磨，所引入的液体可以按轻雾到完全水流的形式提供。常用液体的示例包括：水、水溶性油、有机润滑剂和乳液。这些液体可用来减少与研磨相关的热和/或作为润滑剂使用。液体可含有微量添加剂，诸如杀菌剂、消泡剂等。
工件的示例包括铝金属、碳钢、低碳钢(例如1018低碳钢和1045低碳钢)、工具钢、不锈钢、硬化钢、钛、玻璃、陶瓷、木材、木材类材料(例如胶合板和刨花板)、油漆、涂漆表面、有机物涂覆表面等。在研磨期间施加的力通常在约1至约100千克(kg)的范围内，但也可以使用其它压力。
本公开的精选实施方案
在第一实施方案中，本公开提供了制备磨料制品的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供具有工作表面的定位工具，该工作表面中形成有多个腔体，其中该腔体根据图案和取向布置在工作表面上；
b)制备磨料预成型件，该磨料预成型件包括粘附到第一加强构件的多个成型磨粒，该第一加强构件具有相背对的前表面和后表面，并且其中磨料预成型件通过包括以下步骤的方法制备：
i)将成型磨粒设置在定位工具的腔体中的至少一些腔体中；
ii)将成型磨粒转移至第一加强构件，使得成型磨粒根据腔体的图案邻近第一加强构件的前表面设置；
iii)将转移的成型磨粒粘附到第一加强构件的前表面；以及
iv)将填充空间的粘结剂前体沉积在第一加强构件和转移的成型磨粒上，使得转移的成型磨粒之间的空间至少部分地由填充空间的粘结剂前体填充；
c)将第二加强构件设置在磨料预成型件上以提供磨料制品前体，其中第一加强构件的前表面面向所述第二加强构件；以及
d)压紧并固化磨料制品前体以形成磨料制品。
在第二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案所述的方法，其中在步骤i)中，成型磨粒具有设置在其表面的至少一部分上的颗粒状粘结剂前体。
在第三实施方案中，本公开提供了根据第二实施方案所述的方法，其中颗粒状粘结剂前体通过包括以下步骤的方法设置在成型磨粒上：
将液体粘结剂前体的薄涂层沉积在成型磨粒的表面上；然后
将颗粒状粘结剂前体粘附至液体粘结剂前体的薄涂层。
在第四实施方案中，本公开提供了根据第三实施方案所述的方法，其中液体粘结剂前体包含可溶酚醛树脂。
在第五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第四实施方案中任一项所述的方法，其中在步骤i)中，加强构件磨粒的前表面具有设置在其至少一部分上的可固化粘合剂前体。
在第六实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第五实施方案中任一项所述的方法，其中腔体的预定的图案和取向具有旋转对称轴，并且其中腔体布置在径向重叠的周边行中。
在第七实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第六实施方案中任一项所述的方法，其中成型磨粒包括精确成型的磨粒，其中精确成型的磨粒包括由多个侧壁连接的基部和顶部，并且其中精确成型的磨粒的相应基部布置成基本上平行于磨料预成型件的背部。
在第八实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第七实施方案中任一项所述的方法，其中大部分的腔体具有平行于定位工具的工作表面的平坦底部。
在第九实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第八实施方案中任一项所述的方法，其中腔体中的至少一些腔体包括从定位工具的工作表面朝向减压源延伸的导管。
在第十实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第九实施方案中任一项所述的方法，其中颗粒状粘结剂前体和填充空间的粘结剂前体中的至少一者包含线型酚醛树脂。
在第十一实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十实施方案中任一项所述的方法，其中第一加强构件包括多孔稀松布。
在第十二实施方案中，本公开提供了包括以下步骤的制备磨料制品的方法：
a)提供具有工作表面的定位工具，该工作表面中形成有多个腔体，其中该腔体根据图案布置在工作表面上；
b)制备多个磨料预成型件，其中每个磨料预成型件分别包括粘附至第一加强构件的多个成型磨粒，并且其中每个磨料预成型件分别由包括以下步骤的方法制备：
i)将成型磨粒设置在定位工具的腔体中的至少一些腔体中；
ii)将成型磨粒转移至具有前表面和后表面的第一加强构件，使得成型磨粒根据腔体的图案设置在第一加强构件的前表面上；
iii)将转移的成型磨粒粘附到第一加强构件的前表面；
iv)将填充空间的粘结剂前体沉积到第一加强构件和转移的成型磨粒上，使得转移的成型磨粒之间的空间至少部分地由填充空间的粘结剂前体填充；
d)形成包括多个磨料预成型件的叠堆，其中该叠堆具有顶部和底部，从而提供磨料制品前体；以及
e)在将多个磨料预成型件压紧在一起时固化磨料制品前体以形成磨料制品。
在第十三实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案所述的制备磨料制品的方法，其中叠堆的顶部和底部各自包括相应的第一加强构件。
在第十四实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案或第十三实施方案所述的方法，其中在步骤i)中，成型磨粒具有设置在其表面的至少一部分上的颗粒状粘结剂前体。
在第十五实施方案中，本公开提供了根据第十四实施方案所述的方法，其中颗粒状粘结剂前体通过包括以下步骤的方法设置在成型磨粒上：
将液体粘结剂前体的薄涂层沉积在成型磨粒的表面上；然后
将颗粒状粘结剂前体粘附至液体粘结剂前体的薄涂层。
在第十六实施方案中，本公开提供了根据第十五实施方案所述的方法，其中液体粘合剂前体包含可溶酚醛树脂。
在第十七实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第十六实施方案中任一项所述的方法，其中在步骤i)中，第一加强构件的前表面具有设置在其至少一部分上的粘合剂前体。
在第十八实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第十七实施方案中任一项所述的方法，其中腔体具有预定的形状，并且其中腔体根据预定的图案和取向布置在工作表面上。
在第十九实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第十八实施方案中任一项所述的方法，其中精确成型的磨粒共同采用的预定的三维位置和取向相对于旋转轴线旋转对称，并且其中精确成型的磨粒腔体布置在径向重叠的周边行中。
在第二十实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第十九实施方案中任一项所述的方法，其中成型磨粒包括精确成型的磨粒，其中精确成型的磨粒包括通过多个倾斜侧壁连接的基部和顶部，并且其中精确成型的磨粒的相应基部布置成基本上平行于彼此。
在第二十一实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第二十实施方案中任一项所述的方法，其中大部分的腔体具有平行于定位工具的工作表面的平坦底部。
在第二十二实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第二十一实施方案中任一项所述的方法，其中颗粒状粘结剂前体和填充空间的粘结剂前体中的至少一者包含线型酚醛树脂。
在第二十三实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第二十二实施方案中任一项所述的方法，其中成型磨粒中的至少一些包括精确成型的磨粒。
在第二十四实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第二十三实施方案中任一项所述的方法，其中腔体包括从定位工具的工作表面朝向减压源延伸的导管。
在第二十五实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第二十四实施方案中任一项所述的方法，其中相应的第一加强构件中的至少一个第一加强构件包括多孔稀松布。
在第二十六实施方案中，本公开提供了磨料轮，该磨料轮包括保持在有机粘结剂材料中的精确成型的磨粒，其中磨料轮包括接触周边表面的两个面，其中磨料轮具有延伸穿过其中心的旋转轴线，其中精确成型的磨粒的至少一部分根据预定的三维位置和取向设置在有机粘结剂材料中，其中精确成型的磨粒包括由多个侧壁连接的基部和顶部，并且其中精确成型的磨粒的相应基部布置成基本上垂直于旋转轴线。
在第二十七实施方案中，本公开提供了根据第二十六实施方案所述的磨料轮，其中精确成型的磨粒包括截棱锥。
在第二十八实施方案中，本公开提供了根据第二十六实施方案或第二十七实施方案所述的磨料轮，其中有机粘结剂材料包含固化的酚醛树脂。
在第二十九实施方案中，本公开提供了根据第二十六实施方案至第二十八实施方案中任一项所述的磨料轮，其中精确成型的磨粒共同采用的预定的三维位置和取向相对于旋转轴线旋转对称。
通过以下非限制性实施例，进一步说明了本公开的目的和优点，但是这些实施例中引用的具体材料及其量以及其它条件和细节不应视为对本公开的不当限制。
实施例：
除非另外指明，否则在实施例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分数、比率等均为以重量计。
磨粒的制备
实施例中的精确成型的α氧化铝磨粒SAP1、SAP2、SAP3、SAP4大体上根据美国专利8,142,531(Adefris等人)的实施例1的公开内容通过在等边三角形聚丙烯模具腔体中模制氧化铝溶胶-凝胶制备而成，不同之处在于磨粒尺寸有所变化，并且对于SAP1和SAP3，浸渍溶液包含93.1重量％的Mg(NO2)3、6.43重量％的去离子水以及0.47重量％的Co(NO3)2。
下面的表1列出了实施例中所使用的各种材料。
表1
切割测试方法
将1/8英寸(3.2mm)厚、40英寸(16cm)长的不锈钢片材固定，使其主表面相对于水平面以35度角倾斜。沿着倾斜片材的向下倾斜顶表面固定导轨。将DeWalt D28114型4.5英寸(11.4cm)/5英寸(12.7cm)切割轮角磨机固定至导轨，使得工具在重力作用下沿向下路径引导。
将用于评估的切割轮安装在工具上，使得在切割轮被释放以在重力作用下沿着轨道向下行进时遇到不锈钢片材的整个厚度。激活切割轮工具以在10000rpm下旋转切割轮，释放工具以开始下降，并且在60秒后测量不锈钢片材的所得切割的长度。在切割测试之前和之后测量切割轮的尺寸以确定磨损情况。
实施例1
将SCA(3.3克)添加至165克RP并用压舌板手动混合。将SCA和RP混合物添加至1950克SAP1，并在KitchenAid Commercial搅拌器(Model KSM C50S)中混合。然后将该混合物在Eirich搅拌器(Model#RV02E)的搅拌钵中与885克PP混合，并以75RPM的水平转速和977RPM的转子电机轴速度混合。使Eirich搅拌器以逆时针方向旋转，并且工具直径为185mm。然后使用16目和30目筛网(+16/-30)筛选所得混合物，以分离被颗粒状粘结剂涂覆的成型磨粒。
然后用被颗粒状粘结剂涂覆的成型磨粒借助于轻敲来填充将具有水平三角形腔体的定位工具600(如图6所示)，该水平三角形腔体具有0.075英寸(1.9mm)长的尺寸、相对于每个腔体底部的98度侧壁角以及0.0138英寸(0.35mm)的模具腔体深度并且以径向阵列(所有顶点都指向周边)布置。通过扫刷和晃动去除容纳到工具腔体中的磨粒之外的过量磨粒。
然后用25重量％的RP在异丙醇中的溶液用漆刷涂覆125mm直径的玻璃纤维网片圆盘RXO 10-125×23mm(还称为稀松布，得自波兰雷马努夫的瑞玛泰克斯公司(Rymatex inRymanów,Poland))。让网片上的涂层风干10分钟，以允许涂层变得发粘。然后将装有成型磨粒的工具贴近被粘合剂涂覆的圆盘并翻转从而在被粘合剂涂覆的圆盘上以精确布置和取向的图案沉积成型磨粒。总共施加2.2克(g)的被树脂涂覆的SAP。
直径为125mm的第二稀松布同样用树脂和颗粒涂覆，并放置在5英寸(127mm)直径×1英寸(2.5cm)深的金属模具腔体的底部，使涂覆侧朝上。模具的内径为23mm。然后将包含650克AP1、1.1克SCA、55克RP和295克PP的填充混合物(26.6g)放置在经涂覆的稀松布的顶部上。接着将第一稀松布放置在填充混合物的顶部上，使涂覆侧朝下。将得自波兰亚斯沃卢曼特PPUH公司(Lumet PPUH in Jaslo,Poland)的金属凸缘28mm×22.45mm×1.2mm放置在第一稀松布的顶部上。闭合模具，并且将带涂层稀松布-填充物-带涂层稀松布的夹心构造在室温下以50吨(907kg)的负载按压2秒。然后将切割轮前体从模具上移除，并在叠堆中以30小时(hr)固化周期固化：在75℃下保持2小时，在90℃下保持2小时，在110℃下保持5小时，在135℃下保持3小时，在188℃下保持3小时，在188℃下保持13小时，然后冷却2小时使温度降至60℃。轮的最终厚度为0.050英寸。对总共5个轮进行四次根据实施例1所述的平行测定。
实施例2
重复实施例1，不同之处在于定位工具是具有紧密堆积的等边三角形腔体阵列(如图7所示)的聚丙烯片材，其中三角形腔体具有边长为0.088英寸(2.24mm)的尺寸、98度的侧壁锥角以及0.022英寸(0.559mm)的模具腔体深度。每块稀松布具有根据定位工具图案定位的5.5克被树脂涂覆的SAP2，并且填充混合物为约20克由650克AP1、55克RP和295克PP制备的混合物。
实施例3
以与实施例2相同的方式制备实施例3的磨料制品，不同之处在于填充混合物完全由20克PP构成。
实施例4
重复实施例1，不同之处在于定位工具具有等边三棱柱开口，其中每个棱柱的基部面向工具中的开口，使得三棱柱SAP在工具孔中垂直上下倒转，如图9所示。腔体具有1.698mm的长度和1.456mm的深度。开口的顶部为0.621mm宽并且侧壁以8度角倾斜，使得在最深点处，腔体宽度为0.363mm。腔体(以及由此定位在每块稀松布上的被树脂涂覆的颗粒)的密度为0.729个腔体/mm2。颗粒之间的区域由PP填充。
实施例5
重复实施例1，不同之处在于被树脂涂覆的颗粒通过将1.2克SCA与45克RP混合并用压舌板手动混合来制备。将SCA和RP混合物添加至650克SAP4，并在KitchenAidCommercial搅拌器(Model KSM C50S)中混合。然后在KitchenAid Commercial搅拌器(Model KSM C50S)中将该混合物与340克PP结合。使用10目和30目筛网(+10/-30)筛选所得混合物以分离磨粒。
如图8所示，定位工具800具有水平三角形腔体，该水平三角形腔体具有0.136英寸(3.4545mm)长的尺寸、98度的侧壁角以及0.0315英寸(0.8mm)的模具深度并且以径向阵列布置(所有顶点指向周边)。然后借助于轻敲用SAP4填充定位工具。通过扫刷和晃动去除容纳到工具腔体中的成型磨粒之外的过量磨粒。将被树脂涂覆的磨粒(7.2克)转移至每块稀松布。
将每个所得的磨料预成型件放置在5英寸(127mm)直径×1英寸(2.5cm)深的金属模具腔体的底部，使涂覆侧朝上。模具的内径为23mm。然后将包含600克AP1、60克RP、1.2克SPC和340克PP的填充混合物(33.8克)放置在经涂覆的稀松布的顶部上。然后将未涂覆的稀松布放置在填充混合物的顶部上，使玻璃纤维网片侧朝下，后接金属凸缘。模制切割轮，并且以与实施例1相同的方式固化。轮的最终厚度为0.073英寸(1.85mm)。对总共4个样品进行三次根据实施例5所述的平行测定。
实施例6
重复实施例5，不同之处在于SAP4颗粒未涂覆树脂。如图8所示，该定位工具与定位工具800相似，具有水平三角形腔体，该水平三角形腔体具有0.136英寸(3.4545mm)长的尺寸、98度的侧壁角以及0.0315英寸(0.8mm)的模具深度并且以径向阵列布置(所有顶点指向周边)，不同之处在于每个腔体还具有从定位工具的工作表面朝向减压源延伸的导管。其他区别在于定位工具仅包含三角形腔体的七个外圈。借助于轻敲用裸SAP4填充定位工具。开启减压源，并且将定位工具上下倒转，同时保持大多数腔体中具有单个颗粒。以这种方式去除容纳到工具腔体中的成型磨粒之外的过量磨粒。将SAP4磨粒(4.5克)转移至123mm直径的玻璃纤维网片圆盘RXO 08-123×23mm(还称为稀松布2，得自波兰雷马努夫的瑞玛泰克斯公司(Rymatex in Rymanów,Poland))，并通过稀释的树脂固定在适当的位置，如实施例1所述。所得磨料预成型件包括附接至稀松布2的SAP4。
使用减压源使得定位工具的腔体能够以比不使用减压源的情况下更快且更好地填充。此外，在使用减压源时，从定位工具到稀松布的转移过程中SAP4的移动更少。
自动化Maternini压机用于制备切割轮。将一块未涂覆的稀松布2放置到六个模具腔体中的每一个中，使玻璃纤维网片侧朝上。将包含1200克AP2、120克RP和680克PP的填充混合物(大约39克)在稀松布2的顶部上进行梭箱处理。将磨料预成型件放置在模具腔体顶部上，使磨粒侧朝下。将2.625英寸直径的标签放置在磨料预成型件顶部上，后接金属凸缘。模制切割轮，并且以与实施例1相同的方式固化。轮的最终厚度为0.068英寸(1.73mm)。对总共18个样品进行根据实施例6所述的三个梭箱周期。测试了三个样品。
实施例7
以与实施例6相同的方式制备实施例7，不同之处在于用于制备磨料预成型件的稀松布为123mm直径的玻璃纤维网片圆盘，该玻璃纤维网片圆盘具有附接至底侧面的聚乙烯膜。对总共6个样品进行根据实施例7所述的一个梭箱周期。测试了两个样品。
比较例A
重复实施例1，不同之处在于未在任一稀松布上放置成型磨粒，并且填充混合物为200克SAP2、400克SAP3、60克RP、1.2克SCP和340克PP的31克混合物。此外，轮具有标签。对总共四个样品进行三次根据比较例A所述的平行测定。
比较例B
重复实施例1，不同之处在于未在任一稀松布上放置SAP，并且填充混合物为200gSAP2、400g SAP3、60g RP、1.2g SCP和340g PP的31克混合物。此外，采用更短的24小时固化周期对轮进行固化：在75℃下保持2小时、在90℃下保持2小时、在110℃下保持5小时、在135℃下保持3小时、在188℃下保持3小时、在188℃下保持7小时，然后冷却2小时使温度降至60℃。对总共四个样品进行三次根据比较例B所述的平行测定。
比较例C
以与实施例1相同的方式制备比较例C的磨料制品，不同之处在于未在任一稀松布上放置SAP，并且填充混合物为用650克AP1、55克RP和295克PP制备的26克混合物。对总共2个样品进行根据比较例C所述的平行测定。
比较例D
以与实施例1相同的方式制备比较例D的磨料制品，不同之处在于未在任一稀松布上放置SAP，并且填充混合物为3.3克SCA、165克RP、1950克SAP1和885克PP的26克混合物，如实施例1所述进行制备。对总共2个样品进行根据比较例D所述的平行测定。
比较例E
以与比较例D相同的方式制备比较例E的磨料制品，不同之处在于填充混合物为1.1克SCA、55克RP、650克SAP1和295克PP的41克混合物，如实施例1所述进行制备。轮的最终厚度为0.070英寸(1.78mm)。对总共3个样品进行两次根据比较例D所述的平行测定。
比较例F
重复实施例6，不同之处在于未在任一稀松布上放置成型磨粒，并且填充混合物为1200克AP2、120克RP、680克PP的大约40克混合物。对总共12个样品进行根据比较例F所述的两个梭箱周期。测试了两个样品。
下面的表2列出了以上各个实施例根据切割测试方法得到的结果。
表2
以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实现受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。

Claims (29)

1.一种制备磨料制品的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供具有工作表面的定位工具，所述工作表面中形成有多个腔体，其中所述腔体根据图案和取向布置在所述工作表面上；
b)制备磨料预成型件，所述磨料预成型件包括粘附到第一加强构件的多个成型磨粒，所述第一加强构件具有相背对的前表面和后表面，并且其中所述磨料预成型件通过包括以下步骤的方法制备：
i)将所述成型磨粒设置在所述定位工具的所述腔体中的至少一些腔体中；
ii)将所述成型磨粒转移至所述第一加强构件，使得所述成型磨粒根据所述腔体的图案邻近所述第一加强构件的所述前表面设置；
iii)将所述转移的成型磨粒粘附到所述第一加强构件的所述前表面；以及
iv)将填充空间的粘结剂前体沉积在所述第一加强构件和所述转移的成型磨粒上，使得所述转移的成型磨粒之间的空间至少部分地由所述填充空间的粘结剂前体填充；
c)将第二加强构件设置在所述磨料预成型件上以提供磨料制品前体，其中所述第一加强构件的所述前表面面向所述第二加强构件；以及
d)压紧并固化所述磨料制品前体以形成所述磨料制品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤i)中，所述成型磨粒具有设置在其表面的至少一部分上的颗粒状粘结剂前体。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述颗粒状粘结剂前体通过包括以下步骤的方法设置在所述成型磨粒上：
将液体粘结剂前体的薄涂层沉积在所述成型磨粒的表面上；以及然后
将所述颗粒状粘结剂前体粘附至所述液体粘结剂前体的薄涂层。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述液体粘结剂前体包含可溶酚醛树脂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在步骤i)中，所述第一加强构件的所述前表面具有设置在其至少一部分上的可固化粘合剂前体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述腔体的所述预定的图案和取向具有旋转对称轴，并且其中所述腔体布置在径向重叠的周边行中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述成型磨粒包括精确成型的磨粒，其中所述精确成型的磨粒包括由多个侧壁连接的基部和顶部，并且其中所述精确成型的磨粒的相应基部被布置成基本上平行于所述磨料预成型件的背部。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中大部分的所述腔体具有平行于所述定位工具的所述工作表面的平坦底部。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述腔体中的至少一些腔体包括从所述定位工具的所述工作表面朝向减压源延伸的导管。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述颗粒状粘结剂前体和所述填充空间的粘结剂前体中的至少一者包含线型酚醛树脂。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述第一加强构件包括多孔稀松布。
12.一种制备磨料制品的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供具有工作表面的定位工具，所述工作表面中形成有多个腔体，其中所述腔体根据图案布置在所述工作表面上；
b)制备多个磨料预成型件，其中每个磨料预成型件分别包括粘附至第一加强构件的多个成型磨粒，并且其中每个磨料预成型件分别由包括以下步骤的方法制备：
i)将成型磨粒设置在所述定位工具的所述腔体中的至少一些腔体中；
ii)将所述成型磨粒转移至具有前表面和后表面的第一加强构件，使得所述成型磨粒根据所述腔体的所述图案设置在所述第一加强构件的所述前表面上；
iii)将所述转移的成型磨粒粘附到所述第一加强构件的所述前表面；
iv)将填充空间的粘结剂前体沉积到所述第一加强构件和所述转移的成型磨粒上，使得所述转移的成型磨粒之间的空间至少部分地由所述填充空间的粘结剂前体填充；
d)形成包括所述多个磨料预成型件的叠堆，其中所述叠堆具有顶部和底部，从而提供磨料制品前体；以及
e)在将所述多个磨料预成型件压紧在一起时固化所述磨料制品前体以形成所述磨料制品。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述叠堆的所述顶部和底部各自包括相应的第一加强构件。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中在步骤i)中，所述成型磨粒具有设置在其表面的至少一部分上的颗粒状粘结剂前体。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述颗粒状粘结剂前体通过包括以下步骤的方法设置在所述成型磨粒上：
将液体粘结剂前体的薄涂层沉积在所述成型磨粒的所述表面上；以及然后
将所述颗粒状粘结剂前体粘附至所述液体粘结剂前体的薄涂层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述液体粘结剂前体包含可溶酚醛树脂。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其中在步骤i)中，所述第一加强构件的所述前表面具有设置在其至少一部分上的可固化粘合剂前体。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其中所述腔体具有预定的形状，并且其中所述腔体根据预定的图案和取向布置在所述工作表面上。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中所述腔体共同采用的所述预定的图案和取向具有旋转对称轴，并且其中所述腔体布置在径向重叠的周边行中。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的方法，其中所述成型磨粒包括精确成型的磨粒，其中所述精确成型的磨粒包括截棱锥，所述截棱锥包括通过多个倾斜侧壁连接的基部和顶部，并且其中所述精确成型的磨粒的相应基部布置成基本上平行于彼此。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的方法，其中大部分的所述腔体具有平行于所述定位工具的所述工作表面的平坦底部。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的方法，其中所述颗粒状粘结剂前体和所述填充空间的粘结剂前体中的至少一者包含线型酚醛树脂。
23.根据权利要求12至22中任一项所述的方法，其中所述成型磨粒中的至少一些包括精确成型的磨粒。
24.根据权利要求12至23中任一项所述的方法，其中所述腔体包括从所述定位工具的所述工作表面朝向减压源延伸的导管。
25.根据权利要求12至24中任一项所述的方法，其中所述相应的第一加强构件中的至少一个第一加强构件包括多孔稀松布。
26.一种磨料轮，所述磨料轮包括保持在有机粘结剂材料中的精确成型的磨粒，其中所述磨料轮包括接触周边表面的两个面，其中所述磨料轮具有延伸穿过其中心的旋转轴线，其中所述精确成型的磨粒的至少一部分根据预定的三维位置和取向设置在所述有机粘结剂材料中，其中所述精确成型的磨粒包括由多个侧壁连接的基部和顶部，并且其中所述精确成型的磨粒的相应基部布置成基本上垂直于所述旋转轴线。
27.根据权利要求26所述的粘结磨料轮，其中所述精确成型的磨粒包括截棱锥。
28.根据权利要求26或27所述的粘结磨料轮，其中所述有机粘结剂材料包含固化的酚醛树脂。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的粘结磨料轮，其中所述精确成型的磨粒共同采用的所述预定的三维位置和取向相对于所述旋转轴线旋转对称，并且其中所述精确成型的磨粒腔体布置在径向重叠的周边行中。
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