CN103878706A

CN103878706A - 生产粘结的磨轮的方法

Info

Publication number: CN103878706A
Application number: CN201410094074.6A
Authority: CN
Inventors: E·C·佛兰克伊斯; G·张; M·W·克莱特
Original assignee: Saint Gobain Abrasifs SA; Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasifs SA; Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2014-06-25
Also published as: EP2384260A2; TW201402280A; EP2384260B1; ES2682295T3; TWI415716B; BRPI0923722A2; CA2748353C; CN102256746A; AU2009332973A1; AU2009332973B2; WO2010078191A3; US20100190424A1; CA2748353A1; US8641481B2; AR074929A1; TW201024035A; WO2010078191A2; PL2384260T3; EP2384260A4; CN102256746B

Abstract

本发明是针对生产粘结的磨轮的方法。该方法包括：所述方法包括：a.使磨料颗粒与粘结材料相结合以制备混合物；b.将所述混合物模制成一个生坯，所述生坯包括至少一种玻璃纤维增强物；并且c.使所述粘结材料固化以生产所述粘结的磨料物品，其中所述玻璃纤维增强物被涂覆有胶料系统和不包括蜡的第二涂层。采用本发明方法得到的磨轮具有良好的机械特性并且运行良好。

Description

生产粘结的磨轮的方法

本申请是申请日为2009年12月23日、申请号为200980151083.1、发明名称为“增强的粘结的磨料工具”的发明专利申请的分案申请。

相关申请

本申请对在2008年12月30日提交的美国申请号61/141,429要求优先权，该申请通过引用将其全部结合在此。

技术领域

本申请涉及增强的粘结的磨料工具及生产粘结的磨轮的方法。

背景技术

粘结的切割轮可以被用来粗磨或切分材料，如石头或金属。为了提高切割的质量、减少功率消耗和重量，切割轮通常具有相对小的直径。然而，薄的轮在其操作过程中趋于有更小的对作用在轮上的力的抵抗力。其结果是，这种轮通常是在内部被增强的。

在许多情况下，薄的轮包括从尼龙、碳、玻璃或棉的布料上切下的盘并且这种增强材料的成本能够增加整个制造成本。此外，结合多个圆盘可以使制造过程复杂化并且轮中的增强材料的存在和/或整合可以影响轮的特性和/或性能。

因此，继续存在着对于呈现出良好机械特性并且能够经济地生产而没有牺牲轮的性能和轮的使用寿命的切割轮的一种需要。在一个更普遍的意义上，对于改进的增强粘结的磨料轮存在一种需要。

发明内容

在此描述的增强特征和技术可以被用在利用适当的磨料颗粒和粘结系统的任何粘结的磨料工具中。这些特征和技术可以被单独或组合使用，并且总体上包括一种增强物(如一种增强纤维网片)的最佳配置特性(包括网中的开口的尺寸)、增强层和粘结系统之间的改进的黏附性、以及例如通过策略布置和/或定增强层的尺寸来最小化所需要的增强材料的量。

本发明的一些方面涉及减少或最小化在一种粘结的磨料工具(例如，一个研磨轮)中所使用的增强材料的量。在一些实现方式中，该材料是玻璃纤维。本发明的其他方面涉及改进一种玻璃纤维增强物与构成该轮的本体的组合物(例如，包含保持在一种树脂黏合剂中的磨料颗粒的一种组合物)之间的黏附性。

在一个实施方案中，例如，本发明是针对一种粘结的磨料轮，该磨料轮包括一个第一面、一个第二面、以及在该第一面与该第二面之间的一个研磨区域，该研磨区域从一个未使用的区域延伸至一个轮外直径；接近该第一面的一个第一增强物；接近该第二面的一个第二增强物；以及在该轮的一个中性区域处的一个可任选的中间增强物，其中该可任选的中间增强物具有小于该轮的外直径的一个外直径。

在另一个实施方案中，本发明是针对一种粘结的磨料工具，该磨料工具包括至少一个玻璃纤维网片，该玻璃纤维网片具有每单位的玻璃纤维表面是不大于0.95，例如，在从大约0.2至大约0.95的范围之中。

在又一个实施方案中，本发明是针对一种粘结的磨料工具，该磨料工具包括一个玻璃纤维网片，该玻璃纤维网片具有不大于约2mm的一个厚度。

在一个另外的实施方案中，本发明是针对一种粘结的磨料工具，该磨料工具包括一个或多个玻璃纤维网片，其中这一个或多个玻璃纤维网片不包括蜡添加剂。仍然在其他实施方案中，本发明是针对一种粘结的磨料工具，该磨料工具使用一个玻璃纤维网片制成，该玻璃纤维网片具有一个第二涂层，该第二涂层不包括蜡或是部分地交联的。

在另一个实施方案中，本发明是针对生产一个粘结的磨料物品的一种方法，该方法包括：结合磨料颗粒和一种粘结材料以制备一种混合物；将该混合物模制成包括至少一个玻璃纤维增强物的一个生坯物品；并且固化该粘结材料以生产该粘结的磨料物品，其中：(i)该玻璃纤维增强物被涂覆有一种树脂，该树脂不包括蜡添加剂；或(ii)该玻璃纤维增强物具有不大于0.95的一个玻璃纤维表面密度。

在又一个实施方案中，本发明是针对一种改进一个纤维增强的切割轮性能的方法，所述性能是通过一个轮的G-比值测量的，该方法包括减少在该轮的一个研磨区域中所使用的纤维增强物的量。

本发明的实施方案具有许多优点。例如，如在此所说明的粘结的切割轮具有良好的机械特性并且运行良好，如，例如藉由它们的研磨性能或G比值所表明的。本发明的一些实现方式减少了玻璃纤维的需求，导致更低的制造成本。玻璃纤维材料的减少可以提供在该研磨区域中的额外的磨料颗粒，由此改进该轮的性能。在其他实施方案中，轮的性能是通过改进该纤维增强物与用来制造该粘结的磨料轮的混合物之间的黏附性或连接性增强的。

附图说明

在这些附图中，贯穿不同视图中的参考符号是指相同部分。这些图不一定是按比例的；而是着重于展示本发明的原则。在附图中：

图1A和图1B分别是垂直于根据本发明的一个实施方案所构造的一个粘结的磨料轮的直径切割的顶部视图和截面视图。

图2A是可以根据本发明的多个实施方案增强的一个切割轮的截面视图。

图2B是如在图2A中所示的一个轮的研磨区域的截面视图。

图3是施加在一个切割轮上的弯曲条件的示意性图示。

图4是包括三个增强物(连续线)的一个轮模型与包括两个增强物(开放环)的一个模型之间的对比。

图5是根据本发明的一个实施方案构造的一个粘结的磨料轮的研磨区域的截面视图。

图6是展示施加在混合物和图5中所示的两个增强层上的应力作为这些层之间的距离的一个函数的一系列曲线图。

图7是可以根据本发明的实施方案使用的一个玻璃纤维网片中的网开口的视图。

图8A和图8B分别示出了在实验室和现场测试中由包括具有不同密度(或网开口)的玻璃纤维网片的轮所获得的G比值。

图9展示了在一个标准轮与根据本发明的不同实施方案构造的多个轮之间的对比，包括多个因素，诸如缺少蜡添加剂和涂覆有一个胶料系统。

具体实施方式

本发明总体上涉及粘结的磨料工具并且具体是涉及增强的粘结的磨料工具。

粘结的磨料工具总体上的特征是一种三维结构，其中磨料颗粒被保持在一个基体或粘结体之中。这些工具具有许多用途并且通常被提供有一个或多个增强层。在本发明的许多方面中，所使用的至少一个增强层是由纤维，优选玻璃纤维制成。

如在此使用的，术语如“增强的”或“增强物”指一种增强材料的多个分离的层或插入层或其他此种部件，该增强材料不同于粘结剂和用来制成该粘结的磨料工具的磨料材料。术语如“内部增强物”或“内部增强的”表明这些部件是在该工具的本体之中或嵌在其中。

在一些实现方式中，这些工具是大直径的切割轮(LDCO)，典型地具有至少800毫米(mm)的一个直径。根据本发明的多个实施方案的切割轮的具体实例具有不大于约16mm(例如，在从大约9mm至大约16mm的范围之中)的一个厚度以及至少800mm(例如，在从大约800mm至大约1600mm的范围之中)的一个直径。直径与厚度之比可以是在200∶3至100∶1的范围内。

图1A和图1B中所示的是如在此说明的可以被增强的切割轮10。轮10具有用于将该轮安装在一个机器的一个旋转轴上的轴孔12、以及从该轮的内直径或ID(由轴孔12定义)延伸至该轮的外直径或OD的轮本体14。

轮本体14包括未使用的区或未使用的区域16以及研磨区或研磨区域18，该未使用的区域典型地被固定在多个凸缘(在图1A和图1B中未示出)之间并且因此在该轮工作时不能用于切削一个工件。

虽然在未使用的区域16中的应力大部分是由离心力引起的，但是在研磨区域中的破损(典型地发生在这个区域的外圆周)通常是由轮10与工件之间的相互作用引起的，如由箭头F所表明。例如，在一个切削过程中，一个工件可以移动，从而扭曲轮10。

在切割轮中，内部增强物可以是，例如，处于一个盘形状，具有一个中间开口以容纳该轮的轴孔。在一些轮中，这些增强物从该轴孔延伸至这些轮的周边。在其他之中，多个增强物从该轮的圆周延伸至恰好在用来固定该轮的凸缘之下的一个点。一些轮可以是用围绕该轮的轴孔和凸缘区域(该轮直径的大约50％)的(内部)纤维增强物“区域增强的”。

例如，在图2A中所示的是切割轮40，该轮包括限定轴孔44并且具有面46和48的轮本体42。轮40包括三个全直径的增强层，这三个增强层由例如玻璃纤维制成，即层50、52和54，层52被布置在轮的中央对称平面(在图2中如中性轴A表明的)处。轮40还可以包括半直径的玻璃纤维增强层56、58、60和62。全直径的增强物和半直径的增强物可以由相同的或不同类型的材料(例如，不同类型的玻璃纤维材料)制成。

在图2B中所示的是切割轮40的研磨区域的一个区，包括全直径增强层50、52和54的多个部分。

粘结的磨料轮和其他粘结的磨料工具可以使用在此说明的特征和/或技术中的任一个或任意组合被增强，例如像，通过策略布置和/或定强化层的大小(尺寸)来最小化所使用的增强材料的量和/或使用具有用于研磨应用的最佳尺寸的多个开口的一个纤维增强网片，和/或配置增强层以改进其对粘结系统的黏附性。与这些技术中的每一个相关的细节将依次被讨论。与增强技术和材料相关的背景细节被描述于例如，在1974年10月1日颁发的Lakhani等人的美国专利号3,838,543中，该专利通过引用以其全文结合在此。

本发明的一些实施方案是针对减少用来增强粘结的磨料工具的增强材料的量并且涉及增强物的尺寸方面连同在该复合材料之中的增强层的策略布置。这些实施方案可以用任意类型的适当的粘结剂、磨料颗粒、可任选的添加剂以及可以用来制造磨料物品的增强材料来付诸实施。在一些实现方式中，本发明的这些方面结合具有一个或多个以下进一步描述的特性的玻璃纤维增强网来付诸实施。

在本发明的一个实施方案中，一个粘结的切割轮是通过从该研磨区域消除中间增强层来增强的。与常规的思维相对，从研磨区域消除在中轴A(图2A和2B中所示)处的增强层没有消极地影响机械特性，例如，该轮的抗弯强度，并且本发明的示例性的轮可以具有75兆帕斯卡(Mpa)或更大的抗弯强度。

一个三点弯曲测试被示例性地展示为如图3中轮截面所示的弯曲负载条件B，并且表明在该中间增强层上存在最小应力。两种情况下的应力分布在图4中示出，其中将包括三个增强物(连续线)的一个常规轮模型与根据本发明的一个实施方案的包括两个增强物(开放环)的一个模型对比。如在图4中可见，该中间增强物承受非常小的负荷并且可以被消除，由此减少增强层的量以及相关的成本。

如在图5中所示的一个实例是轮区段80，具有轮本体82以及面84和86。由例如玻璃纤维材料制成的增强物88和90被嵌在轮本体82中并且没有采用中间增强层。因此在具体实施方案中，在该研磨区域中所提供的整个增强物由以上说明的两个层(例如，层88和90)构成或基本上构成。优选地，没有层被定位在中性区域或轴处。

与一个切割轮的抗弯强度相关联的一个参数是增强物88与90之间的空间或距离。在具体实现方式中，在研磨区域之中在中轴处不被增强的一个切割轮具有从大约12mm至大约16mm的范围之中的一个厚度，以及增强物88与90之间在从大约2mm至大约10mm的范围之中的一个距离。在优选的实施方案中，一个或优选两个增强物88和99离该中轴尽可能地远，或尽可能地接近面82和84。在图5中，这是通过彼此远离指向的箭头示意性地展示的。在一些实施方案中，一个或两个增强物在该轮的面处。

在图6中所示的是通过建模计算关于施加在混合物层(包含磨料颗粒和粘结剂)、第一增强层以及第二增强层上的最大应力作为两个增强层之间的距离的一个函数获得的曲线图。如在图6中可见，当增强层之间的距离增加时施加在混合物层上的最大应力减小。

并非希望被限制在一种具体的解释上，应当认为接近轮面的增强层更能够容纳弯曲负荷，因此减小该轮的本体(例如，包含磨料颗粒和粘结剂的混合物)中的应力水平。

对于增强材料的需求还可以通过保持该中间层而减小其总尺寸而减少。优选地，这一中间增强物具有比该轮的外直径小的一个外直径。在一个情况下，该中间层可以从在轴孔处的内直径穿过未使用的区域并且部分地穿过研磨区域延伸。例如，该中间层可以延伸至该轮的外直径的大约80％的一个距离。在其他实例中，该中间增强层可以延伸至小于该轮的外直径的大约80％，例如，70％、60％、50％、40％、或更低。

在一个具体实例中，具有53英寸直径的一个轮在中性区域具有42英寸直径的一个增强层。当在该心轴的区中提供增强物时，这个具体实例允许更多的磨料材料存在于该研磨区域中，由此改进研磨性能或至少16％的G-比值并且减少与所使用的增强材料(例如，玻璃纤维)的量相关的成本。

如以上说明，优选实施方案包括其中剩余的全尺寸的增强层尽可能彼此远离或接近轮面的那些。

在许多实施方案中，所采用的一个或多个增强层由玻璃纤维制成并且本发明还涉及玻璃纤维增强物在一个粘结的磨料物品(如一个切割轮)中的特性、设计或整合。在具体实例中，该玻璃纤维是处于一个网片的形式，例如，由非常细的玻璃纤维所织的一种材料，在此也被称为玻璃布。可以使用一个、两个或多于两个的这种玻璃纤维网片。

在具体实施方案中，所使用的玻璃纤维是E-玻璃(具有小于1wt％的碱氧化物类的铝硼硅酸盐玻璃)。其他类型的玻璃纤维，例如，A-玻璃(具有很少或没有氧化硼的碱-石灰玻璃)、E-CR-玻璃(具有小于1wt％的碱性氧化物类的硅酸铝-石灰玻璃，具有高的耐酸性能)、C-玻璃(具有高氧化硼含量的碱-石灰玻璃，例如用于玻璃短纤维)、D-玻璃(具有高介电常数的硅酸硼玻璃)、R-玻璃(不具有MgO及CaO具有高机械要求的硅酸铝玻璃)、以及S-玻璃(不具有CaO但是具有高MgO含量具有高拉伸强度的硅酸铝玻璃)。

以下说明的玻璃纤维网片可以按任何适当的方式被安排在该粘结的磨料工具中。具体实例包括常规的构型连同如以上讨论的那些增强几何形状。例如，一个切割轮可以包括定位在接近该轮的面的两个全直径玻璃纤维以及在中性轴处的一个中间网片，该中间网片具有小于该轮的外直径的一个外直径。在一些情况下，该中间层穿过该研磨区域部分地延伸。在其他情况下，它仅穿过该轮的未使用的区域延伸。在另外的情况下，该中间层增强了该轮的心轴区并且仅穿过未使用的区域部分地延伸。仍然在其他情况下，仅提供在该研磨区域中的增强物由两个全直径的玻璃纤维网片构成，两个网片都不在中性轴处。切割轮还可以在中性区域处具有一个全直径的玻璃纤维网片，例如，具有在此说明的一个或多个特征。

本发明的具体实施方案涉及一个或多个以下的表征该网片的因素：(i)该网片的物理设计，例如，孔的开口、原丝支数(strandyield)、细丝直径、和/或涂层的量，例如，用涂层覆盖该网；(ii)涂层的化学成分(来改进涂层和母体树脂的相容性)；或(iii)用在玻璃纤维段上的胶料的化学成分，以改进玻璃和涂层的相容性。这些实施方案在以下进一步进行说明。

虽然已经发现轮的性能不直接依赖于玻璃纤维的拉伸强度，但是已经被发现所采用的纤维网片的其他特性影响这个性能。在一个方面中，例如，本发明涉及纤维增强物的设计，例如，涉及具有最佳尺寸的网开口的增强物网。

对于如图7中所示的一种纺织品安排，每一单位面积的玻璃纤维可以如以下计算。将在x方向上的一个玻璃纤维的宽度定义为Wx并且将在y方向上的一个纤维的宽度定义为Wy，每一单位面积的纤维表面是：(i)Wx乘以在x方向上的每一单位面积的原丝数目与(ii)Wy乘以在y方向上的每一单位面积的原丝数目之和。如以下所示：

每一单位玻璃纤维表面＝[Wx*(x方向上的原丝#)+Wy*(y方向上的原丝#)]。

已经发现玻璃纤维密度的减少(或网开口的尺寸的增加)导致改进的性能。在优选实例中，玻璃纤维增强物具有不大于0.95的一个表面密度。

例如，在图8A和图8B中所示的是每一单位的玻璃表面以及相应的G-比值结果，这些结果是对于被表示为A、B、C、D和E并且从Shrewsburry，Massachusetts的Industrial Polymers and Chemicals(IPAC)所获得的五个网片材料。研磨或G-比值是公认的性能测量并且总体上被定义为在一个具体操作中所去除的材料的体积除以磨掉的轮的体积。

如在图8A和图8B中所展示的，实验室和现场测试都显示出性能的改进(G-比值增加)和每一单位的玻璃表面的减少。因此具有在玻璃网片中的更大开口的切割轮显示出改进的性能和更长的产品寿命。

根据本发明的实施方案的示例性的轮具有一个或多个玻璃纤维增强层，它们中的至少一个是网片或筛状的并且具有一个每一单位面积的表面，即，例如，在从大约0.2至大约0.95的范围之中。

可替代地或除了减少如以上说明的表面密度之外，所采用的玻璃纤维的量可以通过减小纤维的厚度被减少。在一个实例中，例如，该玻璃纤维网片优选地具有不大于约2mm的一个厚度。在具体实现方式中，在一个切割轮中所用的玻璃纤维网片具有在从大约0.25mm至大约1mm的范围之中的一个厚度，优选是从大约0.4mm至大约0.9mm。

该玻璃纤维增强物可以具有不大于0.2％(例如，不大于0.95％)的一个玻璃体积比(它是玻璃表面比乘以该增强物的厚度)。

细丝直径还可以影响该网片的物理特性。在具体实例中，增强物是使用在从大约5微米至大约30微米的范围之中的细丝直径制成。

原丝支数描述了在施用涂层之前的无遮盖的玻璃立方码数。在具体实例中，原丝支数是300至2400特克斯(tex)。

虽然该玻璃纤维增强物的强度可以影响在此说明的磨料物品的性能，但是本发明还解决与玻璃纤维涂层相关的化学方面，如在以下进一步描述。

总的来说，存在两种类型的化学“涂层”，这些涂层存在于一个玻璃纤维网片上。通常被称为“胶料”的一个第一涂层在这些玻璃纤维原丝离开套管之后被立即施用在它们上并且它包括多种成分，如成膜剂、润滑剂、硅烷(典型地分散在水中)。将一个第二涂层施用在玻璃网片上并且它按照惯例地包括蜡，主要用来防止在运输和储存过程中的“粘连”。

该胶料典型地提供对细丝的保护，使其免于加工相关的退化(如磨耗)。它还可以在二次加工(如编织成一个网片)过程中提供磨耗保护。本发明的一些方面涉及与该第一涂层(胶料)相关的特性的策略操作。在一些实现方式中，用在该增强网片中的玻璃纤维原丝用一种或多种化合物(例如，胶料剂)处理，并且改进的黏附性是通过考虑该胶料剂的化学成分获得的。在本发明的具体实现方式中，该玻璃纤维被一种无淀粉的塑料胶料处理，该胶料包含硅烷粘结剂类，这些硅烷粘结剂是可以与树脂系统(如，环氧、苯酚或不饱和的聚酯)相容的。一种商业上可获得的实例是由Saint-GobainVetrotex在名称TD22下开发的胶料系统。还可以采用其他胶料类。并非希望被限制在一种具体的解释上，在此相信该第一涂层(胶料)的化学成分改进了玻璃与该第二涂层之间的相容性。

优选地，该第二涂层是可以与该胶料(第一涂层)以及打算加入该增强物中的母体树脂相容的。本发明的多个方面涉及该化学成分的策略操作，例如，组合物、和/或与该第二涂层相关的其他特性，如在以下进一步说明。并非希望被限制在一种具体的解释上，应当认为该化学成分和/或与该第二涂层相关的其他参数可以改进该第二涂层与有机树脂之间的相容性，该有机树脂存在于被用来制成该轮的粘结剂-磨料颗粒混合物中。

典型地，这种混合物包括磨料颗粒、一种粘结材料(例如，一种母体树脂)、以及可任选的成分，例如像，填充剂类、加工助剂类、润滑剂类、交联剂类、抗静电剂类等等。

适合的磨料颗粒包括，例如，基于氧化铝的磨料颗粒。如在此使用的，术语“氧化铝(alumina)”、“Al₂O₃”和“氧化铝(aluminum oxide)”是可互换使用的。多种基于氧化铝的磨料颗粒是商业上可获得的并且特殊颗粒是可以定制的。可以用在本发明中的适合的基于氧化铝的磨料颗粒的具体实例包括来自Saint-Gobain Ceramics&Plastics，Inc.名称为“38Agrain”的白色刚铝石颗粒或来自Treibacher Schleifmittel，AG名称为“86Agrain”的粉红色刚铝石。还可以使用其他磨料颗粒，例如像，接种的或未接种的烧结的溶胶凝胶氧化铝(有或无化学改性)，如稀土氧化物类、MgO、等等，氧化铝-氧化锆、硼-氧化铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼、氧氮化铝、以及其他，连同不同类型的磨料颗粒的组合。在一个实现方式中，所使用的至少一部分颗粒是通过在高温(例如，1950℃)下熔融氧化锆以及氧化铝所生产的耐磨并且抗脆性的氧化铝-氧化锆颗粒。这种颗粒的实例是可从Saint-Gobain Corporation以名称

可获得的。耐磨并且抗脆性的氧化铝-氧化锆颗粒可以与例如，烧结的铝土矿(例如，76A)颗粒、陶瓷涂覆的熔融的氧化铝(例如，U57A)颗粒、特别是与C和MgO合金化的并且具有棱角颗粒形状的熔融的氧化铝颗粒(例如，从Treibacher Schleifmittel，AG以名称KMGSK获得的)以及其他研磨材料相结合。

磨料颗粒的尺寸通常被表示为砾料大小，并且示出了磨料粒度与其对应的平均颗粒尺寸(表达为微米或英寸)之间的关系的图表在本领域中是已知的，如对应的美国标准筛(USS)网孔尺寸的关系。粒径的选择取决于打算使用磨料工具的应用或过程。可以被用在本发明的不同实施方案中的适合的磨料粒度的范围是，例如，从大约16(对应于大约1660微米(μm)的一个平均尺寸)至大约320(对应于大约32μm的一个平均尺寸)。

在本发明的具体实现方式中，该粘结剂是一种有机粘结剂，也被称为一种“聚合物的”或“树脂”粘结剂，典型地通过固化一种粘结材料获得。可以被用来制造粘结的磨料物品的一种有机粘结材料的一个实例包括一种或多种酚醛树脂。这些树脂可以通过使苯酚类和醛类聚合获得，具体是甲醛、多聚甲醛或糠醛。除了苯酚类以外，可以采用苯甲酚类、二甲苯酚类和取代的苯酚类。还可以使用同等的无甲醛树脂。

在酚醛树脂之中，甲阶酚醛树脂总体上是通过水性甲醛与苯酚之间在碱性催化剂存在下的一个一步反应获得的。线性酚醛树脂(也被称为两级酚醛树脂)总体上是在酸性条件下并且在一种交联剂(如，六亚甲基四胺(通常也被称为“六料(hexa)”))存在下生产的。

该粘结材料可以包含多于一种的酚醛树脂，例如，至少一种甲阶酚醛树脂和至少线性酚醛型酚醛树脂。在许多情况下，至少一种基于苯酚的树脂是处于液体形式。多种酚醛树脂的适当组合被描述在，例如，授予Gardziella等人的美国专利号4,918,116中，其全部内容通过引用结合在此。

其他适合的有机粘结材料的实例包括环氧树脂类、聚酯树脂类、聚氨酯类、聚酯、橡胶、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、芳香族聚酰胺、等等，连同它们的混合物。在一个具体实施方案中，该粘结剂包括酚醛树脂。

可以使用已知的粘结技术和设备(如，例如，Eirich混合机，例如，ModelRV02，Littleford碗型混合机以及其他设备)将磨料颗粒和粘结材料相结合以形成一种混合物。

该混合物还可以包括填充剂类、固化剂类以及其他典型地用来制成有机粘结的磨料物品的化合物。任何或所有这些添加成分可以与颗粒、粘结材料或与颗粒和粘结材料的一种混合物相结合。

填充剂类可以处于一种精细分离的粉末、颗粒、球状、纤维或一些其他形状的材料的形式。适合的填充剂类的实例包括砂、碳化硅、泡沫氧化铝(bubble alumina)、矾土、铬铁矿类、菱镁矿、白云石类、泡沫莫来石(bubblemullite)、硼化物类、气相白炭黑、二氧化钛、碳产品(例如，碳黑、焦炭或石墨)、木粉、粘土、滑石、六方氮化硼、二硫化钼、长石、霞石正长岩、不同形式的玻璃(如，玻璃纤维和空心的玻璃球)以及其他。还有可能是多于一种填充剂的混合物。可以被加入的其他材料包括加工助剂类，如：抗静电剂类，例如，金属氧化物类，如石灰、氧化锌、氧化镁、它们的混合物等等；以及润滑剂类，例如，硬脂酸和单硬脂酸甘油酯、石墨、碳、二硫化钼、蜡珠粒、氟化钙以及它们的混合物。应当注意，填充剂类可以是功能性的(例如，助磨剂，如润滑剂、孔隙诱导剂、和/或二次磨料颗粒)或更倾向于非功能的特性，如美学(例如，着色剂)。在一个具体实现方式中，该填充剂包括氟硼酸钾和/或锰化合物，例如，锰的氯化物盐，例如通过熔融二氯化锰(MnCl₂)和氯化钾(KCl)(可从Washington Mills以名称MKCS获得)制成的一种低共熔盐。

在许多情况下，填充剂的量是基于该整个组合物的重量按重量计在从大约0.1和大约30份的范围内。在磨料盘的情况下，填充材料的水平可以是基于该圆盘的重量按重量计在大约5至20份的范围内。

在具体实施方案中，这些磨料颗粒是熔融的氧化铝-氧化锆磨料、刚铝石磨料，并且粘结剂包括酚醛树脂和填充剂。

可以使用的固化剂或交联剂取决于选定的粘结材料。例如，为了固化苯酚线性酚醛树脂，一种典型的固化剂是六料。还可以采用其他胺类，例如，乙二胺、亚乙基三胺；甲基胺类以及固化剂的前体，例如，与甲醛反应以形成六料。固化剂的适当的量可以是在例如按每百份的总苯酚线性酚醛树脂的重量计从大约5至大约20份的范围内。

通常可以采用的固化剂的有效量是每100份的总线性酚醛树脂的固化剂的大约5至大约20份(按重量计)。在树脂粘结的磨料物品领域的那些普通技术人员将能够基于不同的因素调整这个水平，这些不同的因素是例如，所使用的树脂的具体类型、所需要的固化程度、以及所希望的物品的最终特性：强度、硬度、以及研磨性能。在磨料轮的制备中，固化剂的一个优选的水平是按重量计大约8份至大约15份。—

如以上所述，被设计用于增强磨料物品的玻璃纤维网片或筛是通过以下处理制备的，例如，通过涂覆、浸渍或其他方式的浸渍，该玻璃纤维网片或筛(玻璃纤维原丝已经被涂覆有一种胶料剂)具有一个第二涂层。按照惯例，这个第二涂层的组合物包括蜡、一种普通的润滑剂。该组合物还可以包括高分子材料，例如，酚或环氧改性的树脂。

该处理的玻璃纤维网片可以通过本领域中已知的任何适当的方式被烘焙或固化。在本发明的一些方面中，该玻璃纤维网片上的第二涂层被固化以实现存在于该涂层中的高分子材料(例如，酚或环氧改性的树脂)的部分交联。并非希望被限制在本发明的一种具体的解释上，应当认为该网片涂层的一个低的固化程度(或聚合反应程度)可以增加或最大化对所采用的母体树脂的黏附性以形成该粘结的磨料物品，黏附性随着反应活性部位的数目以及该涂层对于该基体树脂并与其在一起的可溶性而变。在本发明的另外方面中，固化的程度是黏附性与“操作”两者的平衡，因为在一些情况下，实现低程度的聚合反应以及大数目的反应活性部位可能导致“堵塞”，在其中的一个过程中该网片与其他网片熔融在一起。

该玻璃纤维强化物可以例如在干燥步骤之后被成形以用于所打算的用途。例如，对于研磨轮应用，该网片被切割以形成如以上说明的增强物并且被冲孔以容纳一个旋转轴。

已经发现，当没有蜡被用在该玻璃纤维的处理中时，一个玻璃纤维增强物与一个包含有机(例如，酚醛树脂)粘结剂的混合物之间的黏附性被增强了。因此在本发明的具体方面中，该第二涂层是不包括蜡在内的一个组合物(包含，例如，酚或环氧改性的树脂)，该第二涂层用来处理所采用的形成粘结的磨料工具的玻璃纤维增强物。

并非希望被限制在本发明的一种具体的解释上，认为在该玻璃纤维增强物的处理中没有蜡改进了玻璃纤维网片与混合物(例如，如以上描述的一个包含有机粘结剂的混合物)之间的界面的品质，产生了该增强层与该混合物之间的更好粘结。

本发明的一些实施方案解决了该第二涂层的品质，其中优选的涂层是最大化该增强物(例如，一个玻璃纤维网片或筛)在界面表面(在此增强物材料(例如，玻璃纤维材料)接触该混合物的表面)处的覆盖的那些。改进的玻璃纤维的覆盖可以通过如浸渍、浸泡、以及其他技术获得。在具体实现方式中，至少99％的界面表面被涂覆。

图9中所示的是以上讨论的几个因素对G比值的影响的对比。用玻璃纤维增强的一个标准轮使用一个常规树脂类型(包括蜡润滑剂)和一个常规胶料剂制备。

将该标准轮与改性的轮I和II对比，这些改进的轮是根据本发明的方面进行增强的。这些改性的轮是使用与该标准轮相同的磨料颗粒、粘结剂和填充剂制造的，但是就所采用的增强层而言不同于该标准轮。例如，改性的轮I包括一个增强物，该增强物是不用蜡制备的，改性的轮II使用一种胶料剂涂覆，在这种情况下是以上说明的TD22系统。

用来改进玻璃纤维增强物与混合物之间的黏附性的特征和技术可以结合适合于制成粘结的磨料工具的任何增强物构型或几何形状并且结合任何尺寸的纤维网片开口、纤维网片、细丝直径或原丝支数来付诸实施。在具体实例中，该网片增强物具有以上说明的一个或多个设计特征，例如，增加的网片开口尺寸和/或一个减小的网片厚度。

在此说明的粘结的磨料工具可以通过形成包括一个或多个增强层的一个生坯来生产。如在此使用的，术语“生坯(green)”指的是一个本体在下一个操作步骤过程中保持它的形状，但是总体上不具有足够的强度以永久保持它的形状；存在于该生坯中的树脂粘结剂是处于未固化的或未聚合的状态。该生坯优选地被模制成所希望的物品(例如，轮、盘、轮段、磨石和珩磨等等)的形状，其中一个或多个增强层嵌入在其中。

一个或多个增强层(例如，如在此说明的玻璃纤维网片)可以通过以下步骤被结合在该生坯中：将一个第一部分的包含磨料颗粒和粘结材料的一种混合物放置并且分布在一个适合的模具型腔的底部；并且然后用一个第一增强物层覆盖这个部分。一个优选的增强物层是如以上说明的一个玻璃纤维筛或网片。为了改进该混合物与该增强层之间的黏附性或粘结性，该玻璃纤维增强物可以如以上说明的被涂覆有例如不包括蜡的一种组合物并且可以具有一个部分交联的涂层。覆盖至少99％的玻璃纤维界面表面的涂层是优选的。然后一个第二部分的粘结剂/磨料混合物可以被布置并且分布在该第一增强物层之上。如果希望这样的话，则可以提供额外的增强物和/或粘结剂/磨料混合物层。为了形成一个具体层厚度所加入的混合物的量可以如本领域已知的计算。可以采用其他适合的技术以成形该生坯。

可以用来制成根据本发明的实施方案的粘结的磨料轮的方法包括，例如，冷压、温压或热压。

冷压被描述在例如美国专利号3,619,151中，该专利通过引用结合在此。冷压可以通过将一个预定的、称量的共混组合物或混合物进料传送至并且均匀地分布在一个适合的模具的型腔中来实施。该混合物被保持在环境温度下，例如，小于约30摄氏度(C)。通过适当的装置(如，液压机)将压力施加在未固化的材料的块体上。施加的压力可以是例如在大约70.3kg/cm²(0.5tsi)至大约2109.3kg/cm²(15tsi)的范围内，并且更典型地是在大约140.6kg/cm²(1tsi)至大约(6tsi)的范围内。在压机之中的保持时间可以是例如在从大约5秒至大约1分钟的范围之内。

温压是与冷压非常相似的一种技术，除外在模具中的混合物的温度通常被升高至低于约140C的一个温度，并且更经常是低于约100C。适当的压力和保持时间参数可以是例如与冷压情况下的相同。

热压被描述在，例如，一个Bakelite公布、Rutaphen.RTM.-Resins forGrinding Wheels-Technical Information.(KN50E-09.92-G&S-BA)中，以及另一个Bakelite公布：Rutaphen Phenolic Resins-Guide/ProductRanges/Application(KN107/e-10.89GS-BG)中。有用的信息还可以在与The Plastics and Rubber Institute联合发行的1981年George GoodwinLtd.的由J.F.Monk编辑的Thermosetting Plastics，第三章(″Compression Moulding of Thermosets″)，中找到。对于本披露的目的，术语“热压”的范围包括热压铸步骤，这些步骤在本领域中是已知的。在一个典型热压铸步骤中，压力是在模具组件从加热炉中取出之后施加在其上的。

为了展示，一个磨料物品可以通过将在一个或多个增强物层之下或之上的一种混合物的多个层放置在一个适当的模具(通常由不锈-、高碳-、或高铬钢制成)中制备，该混合物包括磨料颗粒、粘结材料以及可任选的其他成分。成形的柱塞可以被用来将混合物脱盖。有时使用冷预压，接着在带负荷的模具组件已经被放在一个适当的炉中之后预热。模具组件可以通过任何常规的方法被加热：电、蒸汽、加压的热水、热油或气体火焰。可以采用一个电阻-或感应-型加热器。可以引入一种惰性气体(像氮气)以最小化在固化过程中的氧化作用。

具体的温度、压力和时间的范围可以改变并且将取决于所采用的具体材料、使用的设备类型、尺寸和其他参数。压力可以是例如在大约70.3kg/cm²(0.5tsi)至大约703.2kg/cm²(5.0tsi)的范围内，并且更典型地是从大约70.3kg/cm²(0.5tsi)至大约281.2kg/cm²(2.0tsi)。该方法的压制温度典型地是在大约115C至大约200C的范围内，并且更典型是从大约140C至大约170C。在模具之中的保持时间通常是每一毫米磨料物品厚度大约30至大约60秒。

通过固化有机粘结材料形成一个粘结的磨料物品。如在此使用的，术语“最终固化温度”是模制的物品被保持以完成有机粘结材料的聚合(例如，交联)的温度，由此形成该磨料物品。如在此使用的，“交联”是指在热的存在下并且经常是在交联剂(例如，六料)的存在下发生的化学反应，由此该有机粘结组合物硬化。总的来说，该模制的物品在一个最终固化温度下被浸泡一段时间，例如，在10与36小时之间，或者直到该模制的物品块体的中心达到交联温度并且硬化。

例如，一个固化温度的选择取决于多种因素，如所采用的粘结材料的类型、强度、硬度、以及所希望的研磨性能。在许多情况下，该固化温度可以在从大约150C至大约250C的范围内。在采用有机粘结剂的更具体实施方案中，该固化温度可以在大约150C至大约200C的范围内。适当的固化时间间隔的范围可以在例如从大约6小时至大约48小时。

例如，基于酚的树脂的聚合反应总体上在大约110C与大约225C之间的范围内的一个温度下发生。甲阶酚醛树脂总体上在大约140C与大约225C之间的范围内的一个温度下聚合，并且线性酚醛树脂总体上在大约110C与大约195C之间的范围内的一个温度下聚合。最终固化温度还可以取决于其他因素，例如像，该物品的尺寸和/或形状、固化的持续时间、所采用的确切的催化剂系统、轮的等级、树脂分子量和化学成分、固化气氛以及其他指标。对于许多基于酚的材料，该最终固化温度是至少大约150C。

将一个生坯加热至该最终固化温度并且将其保持在完成该粘结材料硬化的时间下的过程经常被称作是“固化”或“烘焙”周期。优选通过允许发生传热过程来缓慢加热大的生坯以均匀地固化该产品。可以在给定的温度下使用“浸泡”阶段以允许该轮块体在达到该粘结材料的聚合温度之前在加热突然升温过程中的温度下平衡。一个“渗透”阶段是指将该模制的混合物(例如，生坯)在一个给定的温度下保持一段时间。一种缓慢加热的方式还允许在烘焙循环过程中从副产品中产生的挥发物的缓慢(受控制的)释放。

为了展示，用于生产一个增强的粘结的磨料物品的生坯可以被预加热至一个初始温度，例如，大约100C，在此它被浸泡一段时间，例如，从大约0.5小时至几小时。然后经过一段时间(例如，几小时)将该生坯加热至一个最终固化温度，在此它被保持或浸泡一个适当的时间间隔以实现固化。如果开始施加到存在于该生坯中的网片增强物上的第二涂层仅被部分地固化(交联)，那么生坯物品经受的为了形成增强的粘结的磨料物品的烘焙循环可以完成存在于该第二涂层中的材料的聚合反应，由此改进该增强物与该母体树脂之间的黏附性。

一旦该烘焙循环完成，可以将该磨料物品从模具中脱离并且空气冷却。如果希望的话，可以根据标准惯例实施随后的步骤，如，饰边、最终处理、校准、平衡等等。

在此说明的这些增强的粘结的磨料物品可以被制成具有一个所希望的孔隙率。该孔隙率可以被设置为提供一个所希望的轮的性能，包括参数如轮的硬度和强度，连同切屑间隙以及切屑排除。

孔隙性可以包括封闭型孔隙性，此时空的孔或小室总体上相互不相通)或开放式的(也被称为是“互相连通的”)孔隙性。两种类型都可以存在。可以被用来产生封闭和连通的孔隙性的技术的实例被描述在美国专利号5,203,886、5,221,294、5,429,648、5,738,696和5,738,697、6,685,755和6,755,729中，这些专利各自通过引用将其全部结合在此。在此描述的最终粘结的磨料物品可以包含在从大约0％至大约80％的范围之内的孔隙率。在一个实现方式中，该孔隙率是在从大约0％至大约30％的范围之内。

根据本发明的实施方案配置的一个粘结的磨料物品可以是实际上整体的或分段的。如根据本披露将清楚，对于任一情况该增强物部件基本上是相同的，其中该增强物的尺寸和形状被调整为适合在该整体的或分段的设计之中。

以下实例展示了本发明的具体方面并且不是意在限制。

实例

制备实验的和对比的切割轮，这些切割轮包含相同的磨料颗粒和有机粘结剂。两类都被配置为包括几个内部的E-玻璃增强物，如在以下表1中所示，它还示出了所测试的实验和对比轮的轮直径。在所有情况下，这些内部增强物具有与该轮相同的直径。

表1

实验#	内部增强物的数目	轮直径(mm)
			A	3	1510
B	5	1510
			C	3	1515
D	4	1560
			E	3	1550

在实验的轮的情况下，玻璃的体积比是74％。增强物层的厚度是0.64mm并且开口的尺寸是4.2mm乘以3mm。没有蜡或添加剂被用在该玻璃纤维网片粘结剂上。所采用的胶料是Saint-Gobain Vetrotex TD22。

对比轮具有82％的玻璃体积比。增强物层具有0.76mm的厚度以及3.1mm乘以4mm的开口尺寸。使用了蜡或添加剂但是没有采用胶料。

这些轮被在热或冷切的不锈钢、特级不锈钢、钛、镍或碳钢工件上测试。在一些实验中，该工件是具有190mm棒尺寸的特级不锈钢。该轮的进料速率是每秒2.5至3平方英寸并且轮的速度是每分钟16500英尺。

在其他实验中，该工件是150mm至230mm的碳钢棒。该轮的进料速率是大约每秒1.6平方英寸并且轮的速度是每秒80米。

用这些实验轮观察到的G-比值比用这些对比轮观察到的G-比值大至少15％。在一些情况下，这种改进是至少20％。在其他情况下，它是至少30％。例如，用具有3个内部增强物(实验#A)的一个轮在40个工件上的冷切测试示出了相对于对应的对比轮的多于20％的改进。用具有3个内部增强物(实验#C)的实验轮的热切测试示出了相对于对比轮在G-比值上的多于15％的改进。用具有5个内部增强物(实验#B)的实验轮的热切示出了相对于对比轮在G-比值上的多于30％的改进。具有4个内部增强物(实验#D)的实验轮示出了关于对比轮在G-比值上的15％的改进。用实验#E的实验轮也观察到了良好的结果。

在许多情况下，这些实验轮还胜过现有的典型地用在相应的切削操作中的商品化的轮。

虽然已参考本发明的优选实施方案具体示出并描述了本发明，但本领域的普通技术人员将会理解，无须脱离所附的权利要求所涵盖的本发明的范围即可在其中进行形式和细节中的不同的修改。

披露内容摘要是仅遵循U.S.要求而提供的，并且按以下理解而提交，即它将不被用于解释或者限制权利要求的范围和含义。另外，在以上的详细说明中，为了使披露精简而可能将不同的特征集合在一起或者在一个单独的实施方案中描述。本披露不得被解释为反映了一种意图，即提出权利要求的实施方案要求的特征多于在每一项权利要求中清楚引述的特征。相反，如以下的权利要求反映出，发明主题可以是针对少于任何披露的实施方案的全部特征。因此，以下的权利要求被结合在详细说明之中，而每一项权利要求自身独立地限定了分别提出权利要求的主题。

Claims

1.一种生产粘结的磨轮的方法，所述方法包括：

a.使磨料颗粒与粘结材料相结合以制备混合物；

b.将所述混合物模制成一个生坯，所述生坯包括至少一种玻璃纤维增强物；并且

c.使所述粘结材料固化以生产所述粘结的磨料物品，其中所述玻璃纤维增强物被涂覆有胶料系统和不包括蜡的第二涂层。

2.如权利要求1所述的方法，其中至少99％的玻璃纤维界面表面涂覆有所述第二涂层。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述玻璃纤维增强物具有大约0.2至大约0.95的范围内的表面密度。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述轮具有不大于16mm的厚度。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述轮具有至少800mm的外直径。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述轮具有的直径与厚度的比值是在从大约200∶3与大约100∶1的范围之内。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述轮具有大约75Mpa的抗弯强度。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述磨料颗粒选自熔合的氧化铝-氧化锆磨料以及刚铝石磨料组成的群组。

9.如权利要求1所述的方法，其中一种或多种的所述增强物是玻璃纤维网片。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述玻璃纤维网片具有的每单位上玻璃纤维表面是在从大约0.2至大约0.95的范围之内。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述玻璃纤维网片具有不大于约2mm的厚度。