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CN112020407A - 带涂层磨料制品及其制造方法 - Google Patents

带涂层磨料制品及其制造方法 Download PDF

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CN112020407A
CN112020407A CN201980028132.6A CN201980028132A CN112020407A CN 112020407 A CN112020407 A CN 112020407A CN 201980028132 A CN201980028132 A CN 201980028132A CN 112020407 A CN112020407 A CN 112020407A
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CN
China
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magnetizable
abrasive particles
particles
magnetic field
layer precursor
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Application number
CN201980028132.6A
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阿龙·K·尼纳贝尔
约瑟夫·B·埃克尔
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3M Innovative Properties Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
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Abstract

本发明公开了一种制造带涂层磨料制品的方法。背衬具有相对的第一主表面和第二主表面。底胶层前体设置在第一主表面的至少一部分上。在施加的磁场的影响下，将可磁化磨料颗粒设置到底胶层前体上。至少大部分可磁化磨料颗粒沿着与施加的磁场基本上对准的取向远离底胶层前体延伸。然后在施加的磁场的影响下，将不可磁化颗粒设置到底胶层前体上。不可磁化颗粒中的至少一些不可磁化颗粒设置在可磁化磨料颗粒之间。然后，至少部分地固化底胶层前体以提供底胶层。

Description

带涂层磨料制品及其制造方法
技术领域
本公开广义地涉及制造带涂层磨料制品的方法。
背景技术
带涂层磨料制品常规通过将磨料颗粒涂覆到设置在背衬上的底胶层(makelayer)前体上来制造。然后至少部分地固化底胶前体层以形成底胶层，其中磨料颗粒通过底胶层粘合至背衬。将复胶层(size layer)前体设置在底胶层和磨料颗粒上，并且固化复胶层前体。任选地，但常常，顶胶层(其可以含助磨剂、润滑剂等)置于复胶层上。底胶层和复胶层一般包括热固性树脂(例如，酚醛树脂、氨基塑料树脂、可固化丙烯酸树脂、氰酸酯树脂或它们的组合)。
带涂层磨料制品中的磨料颗粒的取向通常对研磨特性有影响。在磨料颗粒精确成形的情况下(例如，精确成形为三角形片状物或锥形颗粒)，这种取向效应可能特别重要。
已知存在定位成形磨料颗粒的各种方法。
例如，美国专利申请公布号US 2013/0344786 A1(Keipert)公开了具有多个成形陶瓷磨料颗粒的带涂层磨料制品，其中磨料颗粒各自具有表面特征结构。所述多个成形陶瓷磨粒由包含树脂性粘合剂的底胶层附接到柔性背衬而形成磨料层。该表面特征结构具有规定的z-方向旋转取向，并且磨料层中规定的z-方向旋转取向比表面特征结构的随机z-方向旋转取向进行得更频繁。
类似地，WO 2015/100220 A1(Culler等人)公开了带涂层磨料制品制造设备，其包括：第一幅材路径，用于引导生产工具，使得其缠绕磨料颗粒传送辊的外圆周的一部分；带树脂涂层背衬的第二幅材路径，用于引导带树脂涂层背衬，使得其缠绕磨料颗粒传送辊的外圆周的一部分，其中树脂层被定位成面向生产工具的分配表面，其中生产工具被定位在带树脂涂层背衬与磨料颗粒传送辊的外圆周之间；并且其中随着带树脂涂层背衬和生产工具围绕磨料颗粒传送辊横穿，将磨料颗粒从生产工具中的腔传送到带树脂涂层背衬。
美国专利申请公布2016/0221153 A1(Rizzo,Jr.)描述了磨料颗粒可响应于暴露于电流和/或磁场而对准。磨料颗粒可对准被加工成磨轮的膜。
发明内容
本公开提供了用于制造带涂层磨料制品的另选的实用方法，该方法依赖于在将可磁化磨料颗粒施加到底胶层前体期间施加的磁场，从而影响它们在带涂层磨料制品中的最终取向。
有利地，与由相同组分以类似方式(但其中不可磁化颗粒沉积在底胶层前体上，基本上不受施加的磁场的影响)制成的带涂层磨料制品相比，根据本公开制造的带涂层磨料制品表现出优异的研磨性能特性。此外，底胶层前体的固化可在基本上不受磁场的影响的稍后时间点完成，且可磁化磨料颗粒不失去其取向。
因此，在一个方面，本公开提供了一种制造带涂层磨料制品的方法，该方法按顺序包括：
提供具有相对的第一主表面和第二主表面的背衬，其中底胶层前体设置在第一主表面的至少一部分上；
将不可磁化颗粒设置在底胶层前体上，其中不可磁化颗粒中的至少一些不可磁化颗粒在施加的磁场的影响下设置在可磁化磨料颗粒之间；以及
至少部分地固化底胶层前体以提供底胶层。
在一些实施方案中，该方法还包括：
将复胶层前体设置在底胶层、可磁化磨料颗粒和不可磁化颗粒的至少一部分上；以及
至少部分地固化复胶层前体以提供复胶层。
在另一方面，本公开提供了根据本公开的方法制造的带涂层磨料制品。
如本文所用：
术语“施加的磁场”是指故意产生的磁场，并且排除由任何一个或多个自然体(例如天体，例如地球或太阳)产生的磁场或者是环境电路(例如建筑电线)的意外结果的磁场。
术语“长宽比”是指对象的长度/厚度的比率。
术语“粉碎磨料颗粒”是指通过机械压裂过程形成的磨料颗粒，并且特别地排除通过模塑操作明显形成为成形磨料颗粒并且然后压裂的磨料颗粒。压裂以产生粉碎磨料颗粒的材料可以为大块磨料或磨料前体的形式。其还可以为挤出杆或其它轮廓的形式，或者是挤出的或以其它方式形成的磨料或磨料前体的片材。机械压裂包括例如辊或颚式粉碎以及通过爆炸性粉碎压裂。
术语“基本上不含”意指基于所涉及的物体的总重量计含有少于5重量％(例如，小于4重量％、3重量％、2重量％、1重量％、0.1重量％、或甚至小于0.01重量％，或甚至完全不含)。
术语“亚铁磁的”是指呈现出亚铁磁性的材料。亚铁磁性是一类在固体中进行的永磁性，其中与单个原子相关联的磁场自发地自身对准，一些是平行的，或在相同的方向上(如在铁磁性中)，而其它是大致反平行的，或在相反的方向上结成对(如在反铁磁性中)。亚铁磁材料的单晶的磁性行为可归因于平行对准；这些原子在反平行排列中的稀释效应将这些材料的磁强度保持为通常小于诸如金属铁的纯铁磁固体的磁强度。亚铁磁性主要在称为铁氧体的磁性氧化物中进行。产生亚铁磁性的自发对准在高于称为居里点的温度(每个亚铁磁材料的特性)时被完全破坏。当材料的温度降至低于居里点时，亚铁磁性恢复。
术语“铁磁的”是指呈现出铁磁性的材料。铁磁性是一种物理现象，其中某些不带电荷的材料会强烈吸引其它材料。与其它物质相比，铁磁材料被容易地磁化，并且在强磁场中，磁化接近称为饱和的明确极限。当应用场然后将其去除时，磁化不会恢复到其初始值。此现象被称为滞后。当加热至称为居里点的某一温度(这对于每种物质来讲通常是不同的)时，铁磁材料失去其固有特性并且不再是磁性的；然而，它们在冷却时再次变成铁磁的。
术语“长度”是指物体的最长尺寸。
术语“磁体”可包括响应于磁场并充当磁体的铁磁材料。“磁体”可以是在永久、半永久或暂时状态下施加磁场的任何材料。术语“磁体”可以是一个单独的磁体或充当单个磁体的磁体组件。术语“磁体”可包括永磁体和电磁体。
术语“磁性的”和“磁化”意指是在20℃是铁磁的或亚铁磁的，或者能够如此制得，除非另外指明。优选地，根据本公开的可磁化层具有或者可通过暴露于施加的磁场而制成具有至少0.001个电磁单位(emu)的磁矩、更优选地具有至少0.005emu的磁矩、更优选地具有0.01emu的磁矩、最多具有包括0.1emu的磁矩的磁矩，但是这不是必需的。
术语“可磁化的”是指能够被磁化或已经处于磁化状态。
术语“板状粉碎磨料颗粒”是指类似于片状和/或薄片的粉碎磨料颗粒，其特征在于厚度小于宽度和长度。例如，厚度可以小于长度和/或宽度的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9，或甚至小于1/10。同样地，宽度可以小于长度的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9，或甚至小于1/10。
术语“精确成形磨料颗粒”是指这样一种磨料颗粒，其中磨料颗粒的至少一部分具有从用于形成前体精确成形磨料颗粒的模具腔复制的预定形状，该前体精确成形磨料颗粒被烧结以形成精确成形磨料颗粒。精确成形磨料颗粒通常将具有大体上复制了用于形成磨料颗粒的模具腔的预定几何形状。
术语“成形磨料颗粒”是指已在磨料颗粒的制备过程中的某一点处有意成形(例如挤出、模切、模制、丝网印刷)的陶瓷磨料颗粒，使得所得磨料颗粒是有规成形的。如本文所用的术语“成形磨料颗粒”排除通过机械粉碎或研磨操作获得的磨料颗粒。
术语“基本上”是指在涉及的属性的35％内(优选地在30％内，更优选地在25％内，更优选地在20％内，更优选地在10％内，并且更优选地在5％内)。
后缀“(s)”表示修改后的单词可以是单数或复数。
术语“厚度”是指对象的垂直于对象的长度和宽度的最长的尺寸。
术语“宽度”是指对象的垂直于对象的长度的最长的尺寸。
在考虑具体实施方式以及所附权利要求书时，将进一步理解本公开的特征和优点。
附图说明
图1是根据本公开的示例性方法的第一部分的示意图，其中可磁化磨料颗粒设置在底胶层前体上。
图2是根据本公开的示例性方法的第二部分的示意图，其中不可磁化颗粒设置在底胶层前体上。
图3是根据本公开的方法制备的带涂层磨料制品300的示意性侧视图。
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本公开原理的范围内及符合本公开原理的实质的其它修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的用于制造带涂层磨料制品的示例性过程100。
现在参见图3，其示出了根据本公开的方法制备的示例性带涂层磨料制品300，底胶层320设置在背衬315上。复胶层360覆盖底胶层320以及可磁化磨料颗粒340和不可磁化颗粒342，从而将它们固定到背衬315。任选的顶胶层370覆盖复胶层360。背衬315具有相对的第一主表面和第二主表面(322,324)，其中底胶层320设置在第一主表面和第二主表面上。底胶层320包括第一可固化粘结剂前体(未示出)。
再次参见图1，可磁化磨料颗粒340从第一料斗175下落，穿过由磁体140产生的施加的磁场145的一部分，落在设置在背衬315上的底胶层前体120上。磁体140具有北极(N)和南极(S)。一旦沉积在底胶层前体120上，可磁化磨料颗粒340与施加的磁场基本上对准，从而导致它们从底胶层前体120基本上垂直地向外延伸。
现在参见图2，随后，在仍然处于施加的磁场的影响下，将不可磁化颗粒342从第二料斗177沉积在底胶层前体120上。底胶层前体的至少部分固化可在此时或稍后在远离施加的磁场的位置处进行。不受理论的束缚，据信不可磁化颗粒填充了可磁化磨料颗粒之间的间隙，从而降低了它们在不再处于施加的磁场中时失去其取向(例如掉落)的能力。
一般来讲，在本公开的实践中使用的施加的磁场在受影响(例如被吸引/取向)可磁化颗粒的区域中具有至少约10高斯(1mT)(优选至少约100高斯(10mT)、并且更优选至少约1000高斯(0.1T))的磁场强度，但是这不是必需的。
施加的磁场可由例如一个或多个永磁体和/或电磁体提供。优选的永磁体包括上文所述的包含可磁化材料的稀土磁体。施加的磁场可以是静态的或可变的(例如振荡)。施加的磁场可由上部磁性构件和/或下部磁性构件提供，每个磁性构件具有北极(N)和南极(S)，并且可为单片的，或者它们可由例如多个部件磁体和/或可磁化主体构成。如果由多个磁体构成，则给定磁性构件中的多个磁体应优选地相对于其部件磁体彼此最接近的磁场线邻接和/或共同对准(例如至少基本上平行)。
一旦将可磁化磨料颗粒和不可磁化颗粒设置在底胶层前体上，它们就在第一固化站处至少部分地固化，以便将可磁化磨料颗粒和不可磁化颗粒牢固地保持在适当位置。
在一些实施方案中，可在固化之前将另外的可磁化颗粒和/或不可磁化颗粒(例如填料磨料颗粒和/或助磨剂颗粒)施加到底胶层前体。
复胶层前体通常施加在至少部分固化的底胶层前体、可磁化磨料颗粒上，但是这不是必需的。如果存在复胶层前体，则在第二固化站处至少部分地固化复胶层前体，任选地进一步固化至少部分地固化的底胶层前体。在一些实施方案中，顶胶层设置在至少部分固化的复胶层前体上。
最后，将成品幅材转化成可用形式的带涂层磨料制品，诸如例如盘、片和/或带。
对于本领域的技术人员将显而易见的是，底胶层前体、任选的复胶层前体和任选的顶胶层可使用常规技术进行涂覆，诸如例如凹版涂覆、帘式涂覆、刮涂、喷涂、辊涂、逆转辊凹版涂覆或棒涂。
示例性背衬包括本领域已知的用于制造带涂层磨料制品的那些背衬，包括常规的密封涂覆磨料背衬和多孔非密封背衬。通常，背衬具有两个相对的主表面。背衬的厚度通常在约0.02毫米至约5毫米的范围内、有利地在约0.05毫米至约2.5毫米的范围内、并且更有利地在约0.1毫米至约0.4毫米的范围内，不过也可使用在这些范围之外的厚度。
背衬可为柔性的或刚性的。有利地，背衬为柔性的。示例性背衬包括聚合物膜(包括涂底漆的膜)(诸如，聚烯烃膜(例如，包括双轴取向的聚丙烯在内的聚丙烯、聚酯膜、聚酰胺膜、纤维素酯膜))、金属箔、网片、泡沫(例如，天然海绵材料或聚氨酯泡沫)、布料(如，由纤维或纱线制成的布料，包括聚酯、尼龙、丝、棉和/或人造丝)、纸材、硬化纸、硫化纤维、非织造材料、它们的组合、以及它们的经处理的型式。布料背衬可以是机织材料或缝编的。有利地，背衬包括聚丙烯膜。
背衬可由各种材料中的任意种材料制成，包括传统上在制造涂覆磨料时用作背衬的那些材料。示例包括纸材、布料、膜、聚合物泡沫、硫化纤维、织造和非织造材料、这些材料中的两种或更多种的组合、以及它们的经处理的型式。背衬还可为两种材料(例如，纸材/膜、布料/纸材、膜/布料)的层合物。
可对背衬进行处理以包括预胶层(即，覆盖在其上施加有磨料层的背衬的主表面上的阻隔涂层)、背胶(即，覆盖在背衬的与其上施加有磨料层的主表面相对的主表面上的阻隔涂层)、浸渍剂(即，涂覆在背衬的所有暴露表面上的阻隔涂层)或它们的组合。可用的预胶层、背胶层和浸渍剂组合物包括胶料、酚醛树脂、胶乳、环氧树脂、脲醛、聚氨酯、三聚氰胺-甲醛、氯丁橡胶、丙烯酸丁酯、苯乙烯、淀粉以及它们的组合。也可使用本领域已知的其它任选层(例如接合层；参见例如美国专利号5,700,302(Stoetzel等人))。
背衬处理可以含有另外的添加剂，例如为填料和/或抗静电材料(例如炭黑粒子、五氧化二钒粒子)。加入抗静电材料可降低带涂层磨料制品在对木材或仿木材料进行砂光时积聚静电的趋势。关于抗静电背衬和背衬处理的另外细节可见于例如美国专利号5,108,463(Buchanan等人)；5,137,542(Buchanan等人)；5,328,716(Buchanan)；和5,560,753(Buchanan等人)。
通常，背衬的至少一个主表面是光滑的(例如，该表面可用作第一主表面)。背衬的第二主表面可包括防滑或摩擦涂层。此类涂层的示例包括分散在粘合剂中的无机微粒(如碳酸钙或石英)。
背衬可包含各种添加剂。合适的添加剂的示例包括着色剂、加工助剂、增强纤维、热稳定剂、紫外线稳定剂和抗氧化剂。可用的填料的示例包括粘土、碳酸钙、玻璃珠、滑石粉、黏土、云母、木屑和炭黑。
背衬可为纤维增强的热塑性塑料，诸如例如在美国专利号5,417,726(Stout等人)中描述的纤维增强的热塑性塑料，或者可为环形无接头带，例如如在美国专利号5,573,619(Benedict等人)中描述的环形无接头带。同样，背衬可为具有从其突出的钩杆的聚合物基材，诸如例如在美国专利号5,505,747(Chesley等人)中描述的聚合物基材。类似地，背衬可为套环织物，诸如例如在美国专利号5,565,011(Follett等人)中描述的套环织物。
底胶层前体和复胶层前体包含相应的可固化粘结剂前体组合物，这些粘结剂前体组合物可以相同或不同。
在底胶层前体和/或复胶层前体中使用的可固化粘结剂前体组合物的示例包括酚醛树脂、脲醛树脂、丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、氨基塑料树脂以及它们的组合。可固化粘结剂前体组合物还可包括各种添加剂，包括例如增塑剂、填料、纤维、润滑剂、表面活性剂、润湿剂、染料、颜料、消泡剂、染料、偶联剂、增塑剂和悬浮剂。
根据所选的任何可固化粘结剂前体组合物，可添加适当的固化剂以有利于固化。此类固化剂对于本领域的技术人员将是显而易见的，并且可为例如热活化的、光化学活化的或两者。
可用的顶胶层组合物的示例包括脂肪酸的金属盐、脲醛、酚醛清漆酚醛树脂、环氧树脂、蜡和矿物油。
可磁化磨料颗粒具有足够的磁化率，使得它们可受到施加的磁场的影响(例如被吸引)。可使用任何可磁化磨料颗粒。在一些优选的实施方案中，可磁化磨料颗粒具有设置在不可磁化颗粒的外表面的至少一部分上的可磁化层。例如，通过用可磁化材料涂层涂覆颗粒表面的一些或全部，可使原本非磁性(例如不可磁化)颗粒变得可磁化。
可磁化涂层的示例包括粘合剂(例如水玻璃)和可磁化颗粒诸如例如铁磁金属和/或铁磁金属氧化物的涂层。在该方法中，磨料颗粒的外表面用水玻璃润湿。如本文所用，术语“水玻璃”是指一种或多种碱硅酸盐(例如，硅酸锂、硅酸钠和/或硅酸钾)以及它们的组合的含水溶液。碱硅酸盐是具有式(SiO2)n(M2O)的化合物以及它们的水合物的通用名称，其中n为正整数并且M为碱金属(例如，钠或钾)。该系列的熟知成员为偏硅酸钠Na2SiO3(即n＝1，M＝Na)，其可以无水和水合形式(例如Na2SiO3·5H2O)商购获得。尽管水应当通常为主要液体组分，但也可存在有机共溶剂(例如甲醇、乙醇、异丙醇、甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、丙二醇和/或丙酮)。如果需要，水玻璃中可包含其它组分，诸如例如表面活性剂、增稠剂、触变胶和着色剂。水玻璃中的碱硅酸盐的浓度不是关键性的(只要它溶解并且水玻璃为液体即可)，但该浓度优选为25至70重量％，更优选30至55重量％。在这种情况下，重量百分比是基于水玻璃中存在的无水形式的碱硅酸盐计算的。
水玻璃中包括的可磁化颗粒可包含可磁化材料，诸如例如：铁；钴；镍；销售为各种等级的坡莫合金(Permalloy)的各种镍和铁的合金；销售为铁镍钴合金(Fernico)、科瓦铁镍钴合金(Kovar)、铁镍钴合金I(Fernico I)或铁镍钴合金II(Fernico II)的各种铁、镍和钴的合金；销售为各种等级的铝镍钴合金(Alnico)的各种铁、铝、镍、钴、以及(有时还有)铜和/或钛的合金；销售为铁铝硅合金(Sendust)的铁、硅和铝(按重量计通常约为85:9:6)的合金；赫斯勒合金(例如，Cu2MnSn)；锰铋化物(也称为铋化锰(Bismanol))；稀土可磁化材料，诸如钆、镝、钬、铕氧化物、以及钕、铁和硼的合金(例如，Nd2Fe14B)、以及钐和钴的合金(例如，SmCo5)；MnSb；MnOFe2O3；Y3Fe5O12；CrO2；MnAs；铁氧体，诸如铁氧体、磁铁矿；锌铁氧体；镍铁氧体；钴铁氧体、镁铁氧体、钡铁氧体、以及锶铁氧体；钇铁石榴石；以及前述的组合。在一些优选的实施方案中，可磁化材料包括至少一种金属，该至少一种金属选自：铁；镍；和钴；两种或更多种此类金属的合金；或至少一种此类金属与选自磷和锰的至少一种元素的合金。在一些优选的实施方案中，可磁化材料是含有8至12重量％(wt.％)的铝、15至26重量％的镍、5至24重量％的钴、高达6重量％的铜、高达1％的钛的合金，其中加起来到100重量％的剩余的材料是铁。
在一些其它实施方案中，使用气相沉积技术，诸如例如物理气相沉积(PVD)，包括磁控溅射，可在不可磁化磨料颗粒主体上沉积可磁化层。各种金属、金属氧化物和金属合金的PVD金属化在例如美国专利4,612,242(Vesley)和7,727,931(Brey等人)中公开。
可气相沉积的金属材料的示例包括不锈钢、镍、钴。示例性有用的可磁化颗粒/材料可包括：铁；钴；镍；销售为各种等级的坡莫合金(Permalloy)的各种镍和铁的合金；销售为铁镍钴合金(Fernico)、科瓦铁镍钴合金(Kovar)、铁镍钴合金I(Fernico I)或铁镍钴合金II(Fernico II)的各种铁、镍和钴的合金；销售为各种等级的铝镍钴合金(Alnico)的各种铁、铝、镍、钴、以及(有时还有)铜和/或钛的合金；销售为铁铝硅合金(Sendust)的铁、硅和铝(按重量计通常约为85:9:6)的合金；赫斯勒合金(例如，Cu2MnSn)；锰铋化物(也称为铋化锰(Bismanol))；稀土可磁化材料，诸如钆、镝、钬、氧化铕、以及钐和钴的合金(例如SmCo5)；MnSb；铁氧体，诸如铁氧体、磁铁矿；锌铁氧体；镍铁氧体；钴铁氧体、镁铁氧体、钡铁氧体、以及锶铁氧体；以及前述的组合。在一些实施方案中，可磁化材料包括至少一种金属，该至少一种金属选自：铁；镍；和钴；两种或更多种此类金属的合金；或至少一种此类金属与选自磷和锰的至少一种元素的合金。在一些实施方案中，可磁化材料是含有8重量百分比(重量％)至12重量％铝、15重量％至26重量％铝、5重量％至24重量％钴、高达6重量％铜、高达1重量％钛的合金，其中添加高达100重量％的材料余量是铁。这种合金可以商品名“ALNICO”购得。
可使用可磁化磨料颗粒与不可磁化颗粒的任何比率。在一些实施方案中，可磁化磨料颗粒占颗粒总重量的重量百分比可为至少5％、至少15％、至少25％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％或甚至至少95％。在一些实施方案中，不可磁化颗粒占颗粒总重量的重量百分比可为至少5％、至少15％、至少25％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％或甚至至少95％。
可磁化磨料颗粒可具有单峰或多峰(例如双峰、三峰)分布。
可磁化磨料颗粒和不可磁化颗粒可包含相同或不同的基体材料组合物。在一些优选的实施方案中，可磁化磨料颗粒具有设置在磨料颗粒的至少一部分上的可磁化层。
无论是粉碎的还是成形的，可磁化磨料颗粒都应具有足够的硬度和表面粗糙度以在研磨过程中用作磨料颗粒。优选地，可磁化磨料颗粒(例如排除任何可能存在于其上的可磁化层)具有至少4、至少5、至少6、至少7或甚至至少8的莫氏硬度。
可在可磁化颗粒和任选的不可磁化颗粒中使用的可用的研磨材料包括例如熔融氧化铝、热处理氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料(诸如可从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,Minnesota)以3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN商购获得的那些)、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、溶胶-凝胶衍生陶瓷(例如掺杂氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、二氧化硅和/或氧化锡的氧化铝陶瓷)、二氧化硅(例如，石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、长石或燧石。溶胶-凝胶法制备的粉碎的陶瓷颗粒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)中。
如前所述，可磁化磨料颗粒可以是成形的(例如，精确成形的)或无规的(例如，粉碎的)。将可磁化涂层施加到不可磁化成形磨料颗粒的表面可产生成形可磁化磨料颗粒。成形磨料颗粒和精确成形磨料颗粒可通过例如使用溶胶-凝胶技术的模制工艺来制备，其中溶胶-凝胶技术描述于美国专利号5,201,916(Berg)、5,366,523(Rowenhorst(Re 35,570))和5,984,988(Berg)中。美国专利8,034,137(Erickson等人)描述了已形成特定形状的氧化铝颗粒，然后将其粉碎以形成碎片，这些碎片保持其初始形状特征结构的一部分。磨料颗粒的示例性形状包括粉碎的、棱锥(例如，3-面、4-面、5-面或6-面棱锥)、截棱锥(例如，3-面、4-面、5-面或6-面截棱锥)、圆锥体、截圆锥体、杆(例如，圆柱形、蠕虫状)和棱镜(例如，3-面、4-面、5-面或6-面棱镜)。
可根据磨料行业公认的规定标称等级将可磁化磨料颗粒独立地按尺寸分类。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。ANSI等级标号(即规定的标称等级)包括例如：ANSI4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI 24、ANSI 36、ANSI 46、ANSI 54、ANSI 60、ANSI 70、ANSI80、ANSI 90、ANSI 100、ANSI 120、ANSI 150、ANSI 180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400、和ANSI 600。FEPA等级标号包括：F4、F5、F6、F7、F8、F10、F12、F14、F16、F20、F22、F24、F30、F36、F40、F46、F54、F60、F70、F80、F90、F100、F120、F150、F180、F220、F230、F240、F280、F320、F360、F400、F500、F600、F800、F1000、F1200、F1500和F2000。JIS等级标号包括：JIS8、JIS12、JIS16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、JIS8000和JIS10,000。
不可磁化成形磨料颗粒的示例可见于美国专利号5,201,916(Berg)；5,366,523(Rowenhorst(Re 35,570))和5,984,988(Berg)中。美国专利号8,034,137(Erickson等人)描述了氧化铝粉碎磨料颗粒，该氧化铝粉碎磨料颗粒已形成特定形状，然后被粉碎以形成保留其初始形状特征的一部分的碎片。在一些实施方案中，成形的α氧化铝颗粒为精确成形颗粒(即，颗粒具有的形状至少部分地由用于制造它们的生产工具中的腔的形状决定)。关于此类粉碎磨料颗粒及其制备方法的细节可见于例如美国专利号8,142,531(Adefris等人)；8,142,891(Culler等人)；和8,142,532(Erickson等人)中；和美国专利申请公布2012/0227333(Adefris等人)；2013/0040537(Schwabel等人)；和2013/0125477(Adefris)中。
在可磁化磨料颗粒和/或不可磁化颗粒被成形为三角形片状物的实施方案中，它们可具有顶点为90度的主表面(对应于直角三角形)，或者它们可具有顶点大于90度的主表面(对应于钝角三角形)，但是这不是必需的。示例包括至少91度、至少95度、至少100度、至少110度、至少120度或甚至至少130度。
在一些优选的实施方案中，不可磁化颗粒包括粉碎磨料颗粒(包括板状粉碎磨料颗粒)。此类磨料颗粒可通过已知的方法从商业供应商获得，和/或按形状分选此类粉碎磨料颗粒获得；例如，使用本领域已知的形状分选表。
合适的磨料颗粒的示例包括包含以下的粉碎磨料颗粒：熔融氧化铝、经热处理的氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料(诸如可从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,Minnesota)以3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN商购获得的那些)、棕色氧化铝、蓝色氧化铝、碳化硅(包括绿色碳化硅)、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、石榴石、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、氧化铁、氧化铬、氧化锆、二氧化钛、氧化锡、石英、长石、燧石、金刚砂、溶胶-凝胶法衍生的陶瓷(例如，α氧化铝)以及它们的组合。另外的示例包括粘结剂基质中磨料颗粒(这些磨料颗粒可以是或不是板状的)的粉碎磨料复合物，诸如在美国专利号5,152,917(Pieper等人)中描述的那些。许多此类磨料颗粒、团聚物和复合物在本领域中是已知的。
优选地，粉碎磨料颗粒包括陶瓷粉碎磨料颗粒，诸如例如溶胶-凝胶法衍生的多晶α氧化铝颗粒。可根据例如美国专利号5,213,591(Celikkaya等人)以及美国公布专利申请2009/0165394A1(Culler等人)和2009/0169816A1(Erickson等人)中描述的方法使用溶胶-凝胶α氧化铝颗粒前体来制备由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六铝酸盐的微晶构成的陶瓷粉碎磨料颗粒。
可从其中分离粉碎磨料颗粒的溶胶-凝胶法衍生的磨料颗粒的示例以及它们的制备方法可见于美国专利号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)中。还设想，粉碎磨料颗粒可包括研磨团聚物，诸如例如在美国专利号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，粉碎磨料颗粒可用偶联剂(例如，有机硅烷偶联剂)或其它物理处理(例如，氧化铁或氧化钛)进行表面处理以增强粉碎磨料颗粒与粘结剂的粘附性。粉碎磨料颗粒可以在它们与粘结剂组合之前进行处理，或者它们可以通过将偶联剂包括到粘结剂进行原位表面处理。
关于制造溶胶-凝胶法衍生的磨粒的方法的更多详细细节可见于例如美国专利No.4,314,827(Leitheiser)、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)中；以及美国公开专利申请No.2009/0165394Al(Culler等人)中。
各种磨料颗粒上的表面涂层可以用于改善磨料制品中磨料颗粒与粘结剂之间的粘附性，或者可用于帮助静电沉积。在一个实施方案中，可以相对于磨料颗粒的重量的0.1％至2％的表面涂层的量使用在美国专利号5,352,254(Celikkaya)中所述的表面涂层。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，表面涂层可防止成形磨料颗粒封堵。“封盖”这一术语用来描述来自正在研磨的工件的金属颗粒熔焊在粉碎磨粒的顶部的现象。执行上述功能的表面涂层对本领域的技术人员而言是已知的。
在本公开的实践中使用的粉碎磨料颗粒优选地被选择为具有在0.1微米至3500微米的范围内的长度和/或宽度，可磁化颗粒的平均最大颗粒尺寸为25微米至3000微米、更通常100微米至3000微米、并且更通常100微米至2600微米，但是也可使用其它长度和宽度。
粉碎磨料颗粒可被选择为具有在0.1微米至1600微米、更通常1微米至1200微米的范围内的厚度，但可使用其它厚度。在一些实施方案中，板状粉碎磨料颗粒的纵横比(长度与厚度之比)可以为至少2、3、4、5、6或更大。
磨料颗粒的长度、宽度和厚度可根据需要在单个或平均的基础上确定。合适的技术可包括检查和测量单个颗粒，以及根据测试方法ISO 13402-2:2006“粒度分析-图像分析方法-第2部分：动态图形分析方法”使用自动图像分析技术(例如使用动态图像分析仪，诸如来自德国哈恩的莱弛科技有限公司(Retsch Technology Gmbh,Haan,Germany)的CAMSIZER XT图像分析仪)。
在一些实施方案中，不可磁化颗粒包括助磨剂颗粒。助磨剂涵盖多种不同的材料，并且可以是基于无机或基于有机的。助磨剂的化学基团的示例包括蜡、有机卤化物化合物、卤化物盐、金属以及它们的合金。有机卤化物化合物通常在研磨期间分解，并且释放卤酸或气态卤化物。此类材料的示例包括氯化蜡，如四氯化萘、五氯化萘；和聚氯乙烯。卤化物盐的示例包括氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾、氯化镁。金属的示例包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁、钛，其它各种助磨剂包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物。本公开还涵盖使用不同助磨剂的组合，并且在一些情况下，这可产生协同增强效应。
可将根据本公开的带涂层磨料制品转变成例如带、卷、盘(包括打孔的盘)和/或片材。对于带应用，可以使用已知的方法将磨料片材的两个自由端接合在一起，以形成拼接带。
除了上述包含的描述之外，用于制造带涂层磨料制品的技术和材料的进一步描述可见于例如美国专利号4,314,827(Leitheiser等人)；4,518,397(Leitheiser等人)；4,623,364(Cottringer等人)；4,652,275(Bloecher等人)；4,734,104(Broberg)、4,737,163(Larkey)；4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等人)；4,799,939(Bloecher等人)、4,881,951(Wood等人)；4,927,431(Buchanan等人)；5,498,269(Larmie)；5,011,508(Wald等人)；5,078,753(Broberg等人)；5,090,968(Pellow)；5,108,463(Buchanan等人)；5,137,542(Buchanan等人)；5,139,978(Wood)；5,152,917(Pieper等人)；5,203,884(Buchanan等人)；5,227,104(Bauer)；和5,328,716(Buchanan)中。
根据本公开的方法的带涂层磨料制品可用于例如研磨工件。工件材料的示例包括金属、金属合金、异金属合金、陶瓷、玻璃、木材、仿木材料、复合材料、涂漆表面、塑料、增强塑料、石材和/或它们的组合。工件可以是平坦的或具有与之关联的形状或轮廓。示例性工件包括金属部件、塑料部件、颗粒板、凸轮轴、曲柄轴、家具和涡轮叶片。研磨过程中所施用的力通常在约1千克至约100千克的范围内。
根据本公开的方法制造的带涂层磨料制品可手动使用和/或与机器结合地使用。进行研磨时，使带涂层磨料制品和工件中的至少一者相对于另一者移动。可在湿润或干燥条件下进行研磨。用于润湿研磨的示例性液体包括水、含有常规防锈化合物的水、润滑剂、油、肥皂和切削液。液体还可含有例如消泡剂、去油剂。
本公开的选择实施方案
在第一实施方案中，本公开提供了制造带涂层磨料制品的方法，所述方法按顺序包括：
提供具有相对的第一主表面和第二主表面的背衬，其中底胶层前体设置在所述第一主表面的至少一部分上；
在施加的磁场的影响下将可磁化磨料颗粒设置在所述底胶层前体上，使得至少大部分所述可磁化磨料颗粒沿着与所述施加的磁场基本上对准的取向远离所述底胶层前体延伸；
将不可磁化颗粒设置在所述底胶层前体上，其中所述不可磁化颗粒中的至少一些不可磁化颗粒在所述施加的磁场的影响下设置在所述可磁化磨料颗粒之间；以及
至少部分地固化所述底胶层前体以提供底胶层。
在第二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案的方法，还包括：
将复胶层前体设置在所述底胶层、可磁化磨料颗粒和不可磁化颗粒的至少一部分上；以及
至少部分地固化所述复胶层前体以提供复胶层。
在第三实施方案中，本公开提供了根据第二实施方案的方法，还包括在复胶层的至少一部分上施加顶胶层。
在第四实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第三实施方案中任一项的方法，其中可磁化磨料颗粒的平均最大颗粒尺寸为小于或等于25微米至3000微米。
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的方法，其中可磁化磨料颗粒的平均长宽比为至少3:1。
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的方法，其中可磁化磨料颗粒包括设置在不可磁化磨料颗粒的至少一部分上的可磁化层。
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的方法，其中施加的磁场是恒定的。
在第八实施方案中，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的方法，其中施加的磁场是调制的。
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的方法，其中可磁化磨料颗粒的至少大部分包括可磁化磨料片。
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的方法，其中可磁化磨料颗粒的至少大部分包括可磁化成形磨料颗粒。
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十一实施方案中任一项的方法，其中在这样的位置处进行所述至少部分地固化底胶层前体，在该位置处，施加的磁场不够强而不能使可磁化磨料颗粒与施加的磁场基本上对准。
在第十二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十一实施方案中任一项的方法，其中在这样的位置处进行所述至少部分地固化底胶层前体，在该位置处，施加的磁场不够强而不能使可磁化磨料颗粒与施加的磁场基本上对准。
在第十三实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十二实施方案中任一项的方法，其中不可磁化颗粒包括助磨剂颗粒。
在第十四实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十二实施方案中任一项的方法，其中不可磁化颗粒包括粉碎磨料颗粒。
在第十五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十四实施方案中任一项制造的带涂层磨料制品，其中可磁化磨料颗粒成形为截头三角形棱锥。
通过以下非限制性实施例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在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
除非另有说明，否则实施例及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。除非另外说明，否则所有其它试剂均得自或购自诸如密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Company,St.Louis,Missouri)的化学供应商，或者可通过已知的方法合成。实施例中使用的材料和试剂的缩写列在下面。
PF1苯酚-甲醛树脂，其苯酚和甲醛的摩尔比为1.5至2.1，并且用2.5重量％的氢氧化钾催化。
BACK1聚酯背衬，根据美国专利号6,843,815(Thurber等人)中的实施例12中所公开的描述。
FIL1硅酸钙，以M400 WOLLASTOCOAT得自纽约州威尔斯伯勒的NYCO(NYCO,Willsboro,New York)。
RIO红色氧化铁颜料，以KROMA RO-3097得自伊利诺伊州东圣路易斯的海明斯公司(Elementis,East Saint Louis,Illinois)。
MIN1根据美国专利号8,142,531(Adefris等人)的公开制备成形磨料颗粒。通过在等边三角形形状的聚丙烯模具腔中模制氧化铝溶胶-凝胶来制备成形磨料颗粒。经焙烧的成形磨料颗粒为约1.40mm(边长)×0.35mm厚，其中拔模角为约98度。
MIN2 ANSI等级50的石榴石磨料矿石，得自纽约州尼亚加拉瀑布城的华盛顿米尔斯电子矿物公司(Washington Mills Electro Minerals Corporation,Niagara Falls,New York)。
MAG1 N52钕20.3cm直径圆盘磁体，通过其厚度磁化，由阿拉巴马州帕勒姆的SM磁性元件公司(SM Magnetics,Pelham,Alabama)提供。
可磁化磨料颗粒(MAP1)的制备
使用物理气相沉积和磁控溅射用304不锈钢涂覆MIN1，304不锈钢溅射靶材(由Barbee等人在Thin Solid Films(固体薄膜，1979年，第63卷，第143-150页)中所述)沉积为磁性铁素体中心立方体形式。用于制备304不锈钢膜涂覆的磨料颗粒(即可磁化磨料颗粒)的设备公开于美国专利号8,698,394(McCutcheon等人)中。将3592克MIN1置于颗粒搅拌器中，该搅拌器公开于美国专利号7,727,931(Brey等人，第13栏，第60行)中。刀片末端与搅拌器壁的间隙距离为1.7mm。以10毫托(1.33帕斯卡)的氩溅射气体压力，在5.0千瓦下对MIN1执行物理气相沉积12小时。涂覆的磨粒中金属涂层的重量百分比为0.65％，涂层厚度为1微米。
比较例A
底胶粘合剂组合物的制备方式为：向4升塑料容器加注1521克PF1、1236克FIL1，机械混合，并且然后用水稀释至总重量为3千克。
使用辊涂方法，用底胶粘合剂组合物以110.0克/平方米(g/m2)的涂层重量涂覆BACK1。
将BACK1的未涂覆侧朝下放置在MAG1的表面上。以约80g/m2的重量将MAP1沉积在BACK1的顶部，这导致MAP1粘附到BACK1，同时保持直立取向。然后从磁场中移除BACK1并置于木质台上。然后将MIN2施加在BACK1的顶部，使表面完全饱和。然后通过倒置样品来去除松散的MIN2。然后将所得磨料幅材物置于65.6℃下的烘箱中15分钟，然后置于98.9℃下90分钟。
实施例1
重复在比较例A中制造的样品，不同的是在从磁场移除BACK1之前将MIN2施加到BACK1的顶部表面。成状矿物的所得取向报告于下表1中。
表1
Figure BDA0002740398070000181
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，应以前述具体实施方式中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践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 (15)

1.一种制造带涂层磨料制品的方法，所述方法按顺序包括：
提供具有相对的第一主表面和第二主表面的背衬，其中底胶层前体设置在所述第一主表面的至少一部分上；
在施加的磁场的影响下将可磁化磨料颗粒设置在所述底胶层前体上，使得至少大部分所述可磁化磨料颗粒沿着与所述施加的磁场基本上对准的取向远离所述底胶层前体延伸；
将不可磁化颗粒设置在所述底胶层前体上，其中所述不可磁化颗粒中的至少一些不可磁化颗粒在所述施加的磁场的影响下设置在所述可磁化磨料颗粒之间；以及
至少部分地固化所述底胶层前体以提供底胶层。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将复胶层前体设置在所述底胶层、可磁化磨料颗粒和不可磁化颗粒的至少一部分上；以及
至少部分地固化所述复胶层前体以提供复胶层。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括将顶胶层施加在所述复胶层的至少一部分上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述可磁化磨料颗粒的平均最大颗粒尺寸为小于或等于25微米至3000微米。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述可磁化磨料颗粒的平均长宽比为至少3:1。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述可磁化磨料颗粒包括设置在不可磁化磨料颗粒的至少一部分上的可磁化层。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述施加的磁场是恒定的。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述施加的磁场是调制的。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述可磁化磨料颗粒的至少大部分包括可磁化磨料片。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述可磁化磨料颗粒的至少大部分包括可磁化成形磨料颗粒。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述可磁化磨料颗粒的至少大部分成形为截头三角形棱锥。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中在这样的位置处进行所述至少部分地固化所述底胶层前体，在该位置处，所述施加的磁场不够强而不能使所述可磁化磨料颗粒与所述施加的磁场基本上对准。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述不可磁化颗粒包括助磨剂颗粒。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述不可磁化颗粒包括粉碎磨料颗粒。
15.一种带涂层磨料制品，所述带涂层磨料制品是根据权利要求1至14中任一项所述的方法制造的。
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