蜂窩狀磨料制品的制作方法

專利名稱：蜂窩狀磨料制品的制作方法
技術領域：
本發明涉及包含分散在蜂窩狀聚合物材料中的燒結磨粒的磨料制品(如磨輪)以及該磨具的制造方法和用途。
相關技術介紹包含涂敷在和/或分散在有機蜂窩狀或泡沫狀基質(如聚氨酯)中的磨粒的磨具已經廣為人知。這種磨具例子包括墊，片，盤和輪的形式(如美國專利2780533(Hurst)，2885276(Upton，Jr.)，2972527(Upton，Jr.)和3252775(TocciGuilbert))。這些磨具用來打磨各種工件，包括金屬和木制工件。它們已經被用于從“打磨”等粗的尺寸加工到擦亮和磨光等精加工范圍的研磨加工。
包含分散在聚氨酯蜂窩狀或泡沫狀基質中和/或粘附在其上的研磨顆粒的磨具已經被用來在各種應用中，使金屬(如鋼，不銹鋼，鋁，鈦或鈦合金)等基材上獲得最后精細的表面修飾。在加工這種基片時，要求是使金屬表面的每個部分都得到重復的處理，符合金屬表面的設計要求，并且在加工后的金屬表面上沒有殘留磨具材料(“沾污”)。目前的蜂窩狀或泡沫狀磨具不能同時滿足以上各項要求。
發明簡述本發明提供了一種磨具(如磨輪)。本發明的磨具包括由分散在蜂窩狀(如具有整體上分布的空隙)聚合物材料中的附聚磨粒構成的磨粒，附聚磨粒包括磨粒和由輻射可固化的可聚合粘合劑前體形成的聚合物基質，其中附聚磨粒具有基本一致的截面積和大于1磅(0.454千克)的抗碎強度。優選的聚合物材料是聚氨酯。
本發明的研磨顆粒的空隙體積至少為25％為宜，較好至少45％，更好在50％到85％的范圍內。
另一方面，本發明的磨具較好的進一步包含潤滑劑(如脂肪酸的金屬鹽，脂肪酸酯，固體潤滑劑和礦物油以及蠟，和聚(二甲基硅氧烷)樹膠)。
還有一方面，本發明提供了一種研磨表面的方法，該方法包括提供本發明的磨具，該磨具具有一個外表面；
磨具的至少一部分外表面與工件表面摩擦接觸；和將磨具的至少一個外表面或工件表面相對另一方移動，打磨工件的至少一部分表面。該方法包括使用磨光化合物，其中拋光化合物位于磨具的至少一部分外表面上。
本發明磨具的實施方案優選柔軟的，均勻的和輕質的。本發明優選的磨輪可以平穩地轉動，比傳統磨輪具有更少的“刀震(chatter)”。而且，本發明的磨輪可以使用比傳統磨輪更少的磨粒材料。本發明優選的磨輪在使用時不容易“沾污”。當與磨具接觸的工件變得足夠熱時，部分磨具會變軟并轉移到工件上，發生通常不希望出現的沾污現象。


圖1是本發明磨輪的透視圖；圖2是本發明磨料塊的透視圖；和圖3是本發明磨盤的透視圖。
詳細說明磨具可以是本領域已知的任何形狀和構型，包括輪，塊，圓盤和帶形。參照圖1，本發明的磨輪10包括內環芯層12，蜂窩狀聚合物材料14和磨料附聚物16。在圖2和2A中，本發明的磨料塊20包括蜂窩狀聚合物材料24，磨料附聚物26和空隙28。而圖3所示的本發明磨盤包括可固定背襯盤31，蜂窩狀聚合物材料34和磨料附聚物36。
用于制造蜂窩狀聚合物材料的物質包括本領域已知的蜂窩狀聚氨酯材料。蜂窩狀聚氨酯材料可以通過例如使異氰酸酯官能部分(官能度等于或大于2)(如多異氰酸酯)與對其反應活性物質(如羥基官能物質官能度等于或大于2，如多元醇)和發泡劑(如水)反應而制得。異氰酸酯官能物質和異氰酸酯官能活性物質的當量可在很大范圍變化。因此，反應的化學計量比基于異氰酸酯指數(異氰酸酯官能部分的當量除以異氰酸酯活性化學官能部分(如多元醇或水)的當量，乘以100)，所以，異氰酸酯指數為100表示計量量平衡(即一個異氰酸酯官能度有一個與異氰酸酯反應的活性官能度)。
本發明較好的磨具中，通常是1重量份聚合物對應每2重量份附聚磨粒。
蜂窩狀聚合物材料的空隙可以是孤立的(即“閉孔”)和/或內部連通的(即“開孔”)蜂窩狀聚合物材料，可以是柔軟的或剛性的。本發明磨具較好具有至少25％空隙體積，更好至少45％空隙體積，或甚至在50％-85％空隙體積范圍內，該空隙體積百分率等于磨料制品體積和各組分的固體物質體積份數總和之間的差值，除以磨具體積，乘以100％的計算值。
另一方面，本發明的磨具較好進一步包含潤滑劑(如，脂肪酸金屬鹽，固體潤滑劑，脂肪酸酯，礦物油以及蠟，和聚(二甲基硅氧烷)樹膠)。
蜂窩狀聚合物材料較好的是聚氨酯。這里使用的術語“聚氨酯”包括真聚氨酯，真聚脲，聚脲氨基甲酸酯和聚氨酯-脲。聚氨酯可以通過將含有多元醇和多異氰酸酯的組分反應結合而制備。在一些實施方案中，較好聚氨酯是通過將含有飽和多元醇，飽和多異氰酸酯和自由基源(如，過氧化物)的組分混合后反應而制備的。
多元醇這里所稱的“多元醇”是指羥基官能度至少為2的羥基官能物質。合適的多元醇包括聚酯多元醇，聚醚多元醇和聚二烯多元醇。可用的聚酯二醇包括基于二酸如己二酸、戊二酸和苯二甲酸與二醇如乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、二甘醇、新戊二醇、1，6-己二醇和二丙二醇的縮合物。可用的聚酯三醇包括基于以上多元酸物質與三醇和三羥甲基丙烷或丙三醇的縮聚而成的物質。其他可用的聚酯多元醇包括基于γ-己酸內酯與雙官能和三官能的起始物質聚合而成的聚己內酯多元醇。
可用的聚醚多元醇包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚1，4-丁二醇和它們的共聚物及混合物和結合有丙三醇或三羥甲基丙烷等三官能起始物質的聚丙二醇三醇。
合適的多元醇還包括以少于二官能異氰酸酯化學計量量延長鏈以形成羥基官能的聚氨酯低聚物的多元醇。
多元醇其他例子包括短鏈二醇和三醇，如乙二醇、二甘醇、二丙二醇、1，4-丁二醇、1，4-環己烷二甲醇/新戊二醇、1，6-己二醇、對苯二酚雙(2-羥基乙基)醚、間苯二酚雙(2-羥基乙基)醚、三乙醇胺。這些短鏈二醇和三醇可以與較長鏈的多元醇結合，從而提高機械特性。此外多元醇中可以結合胺進行改性。這些胺例子包括可以從Albemarle Corp.，Baton Rouge，LA獲得商品名為“ETHACURE 100”和“ETHACURE 300”的產品，以及可以從Air Products，Allentown，PA獲得商品名為“VERSALINK1000”的產品。
多元醇包括飽和多元醇(或“非烯屬多元醇”)。“飽和多元醇”是指羥基官能度至少是2且對經典不飽和度溴試驗結果為負的羥基官能團物質，即溴試驗中，將多元醇滴入溴溶液時不會產生迅速褪色。
制造本發明磨具的多元醇的來源在本領域是已知的，而且包括市售商品，如，將從Polyurethane Corporation of America(Polyurethane SpecialtiesCompany，Inc.)，Lyndhurst，NJ獲得商品名為“MILLOXANE 7209A”的產品作為預配制的泡沫體系的一部分。(這個體系中還包括多異氰酸酯，同樣得自于商品名為“MILLOXANE 7209B”的產品)。這里所稱的“預配制”是指不僅包括主要反應組分，還包括添加劑如穩定劑，催化劑和發泡劑等優選能制得指定反應產物的組合物。
這里所稱的“多異氰酸酯”是指異氰酸酯官能度至少是2的異氰酸酯官能團物質。合適的多異氰酸酯包括基于二苯甲烷4，4’-二異氰酸酯(4，4’MDI)，二苯甲烷2，4’-二異氰酸酯(2，4’MDI)，二苯甲烷2，2’-二異氰酸酯(4，4’MDI)和它們的混合物和低聚物，以及改性形式，如碳化二亞胺，脲基甲酸酯，以及與多元醇完全或部分反應所得孤立或與自由異氰酸酯結合的異氰酸酯官能團形成的低聚物形成的預聚物和假預聚物，以及基于甲苯2，4-二異氰酸酯(2，4TDI)，甲苯2，6-二異氰酸酯(2，6TDI)和這兩種異氰酸酯的混合物；與多元醇完全或部分反應所得孤立或與自由異氰酸酯結合的異氰酸酯官能團氨基甲酸酯低聚物形成的預聚物和假預聚物。
多異氰酸酯包括飽和多異氰酸酯(或“非烯屬多異氰酸酯”)。“飽和多異氰酸酯”是指異氰酸酯官能度至少是2且對經典不飽和度溴試驗結果為負的異氰酸酯官能團物質，即溴試驗中將多異氰酸酯滴入溴溶液時不會產生迅速褪色。異氰酸酯官能團與三甲胺和乙醇反應后，使異氰酸酯更不活潑。對本發明而言，芳香異氰酸酯不被視為不飽和。
用于制造本發明磨具的多異氰酸酯來源是本領域已知的，包括市售商品，如，將從Polyurethane Corporation of America(Polyurethane SpecialtiesCompany，Inc.)，Lyndhurst，NJ獲得品名為“MILLOXANE7209B”的產品作為預配制泡沫體系的一部分。這個體系中還包括商品名為“MILLOXANE7209A”的飽和多元醇。
本發明磨具可任選包含自由基源。合適的自由基源包括有機過氧化物，偶氮化合物，過硫酸鹽化合物和它們的組合。也可以采用由光化或電離化輻射產生的自由基，用于尺寸較小或有效透明度的磨具。
自由基源物質的優選量是飽和多元醇和飽和多異氰酸酯的聚合反應產物重量的約0.1％到約10％范圍內(更優選在約1％到約5％范圍內)。
合適的有機過氧化物包括過氧異丁酸叔丁酯、過氧化乙酰、過氧化月桂酰、過氧化苯甲酰、過氧化p-氯苯甲酰、過氧化羥庚基、過氧化環己酮、雙過鄰苯二甲酸二-(叔丁)酯、過乙酸叔丁酯、過苯甲酸叔丁酯、過氧化二枯基、氫過氧化叔丁基、過氧化甲基乙基酮、過氧化二-(叔丁基)、氫過氧化蒎烷、氫過氧化枯烯、烯丁基過氧-2-乙基己酸酯、1，1’-二雙(叔丁基過氧)-3，3，5-三甲基環己烷、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧)己烷、2，5-二氫過氧化2，5-二甲基己烷、聯十六烷基過氧二碳酸酯、二(4-叔丁基環己基)過氧二碳酸酯、過氧新戊酸叔丁酯。
合適的偶氮化合物包括2，2’-偶氮雙(4-甲氧基-2，4-二甲基戊腈)、二氫氯化2，2’-偶氮雙(2-脒基丙烷)、2，2’-偶氮雙(2，4-二甲基戊腈)、2，2’-偶氮雙(異丁腈)、2，2’-偶氮雙(2-甲基丁腈)、1，1’-偶氮雙(1-環己腈)、2，2’-偶氮雙(甲基異丁酸酯)。合適的過硫酸鹽引發劑包括孤立的或與亞硫酸氫鹽等還原劑結合的鉀、鈉或氨的過硫酸鹽。其他合適的自由基源對了解已公開內容的本領域技術人員而言是顯而易見的。
附聚磨粒包括磨粒和由輻射可固化的可聚合粘合劑前體形成的聚合基質，其中附聚磨粒具有基本一致的截面積和大于1磅(0.454千克)的抗碎強度。附聚磨粒可以由附聚磨料前體顆粒固化后制成。附聚磨料前體顆粒較好是由使含有輻射可固化聚合的粘合劑前體和磨粒的組合物擠壓通過一多孔基片而制成。將制得的附聚磨料前體顆粒從多孔基片上分離，用輻射能輻照，得到附聚磨粒。擠出，分離和輻照步驟優選空間上以垂直方向上的串聯方式排列，并以連續方式按順序進行。另一方面，附聚磨粒宜在輻照步驟后和收集步驟前進行固化使其易處理。
選擇或改變磨粒和粘合劑的級別和種類，提供各種粘合劑硬度和附聚破裂特性。
輻射可固化聚合粘合劑前體也可以是熱固化的。較好的輻射可固化聚合粘合劑前體包括環氧樹脂，丙烯酸酯化的氨基甲酸酯樹脂，丙烯酸酯化的環氧樹脂，烯鍵不飽和樹脂，具有不飽和羰基側鏈的氨基塑料樹脂，具有至少一個丙烯酸酯側鏈的異氰脲酸酯衍生物，具有至少一個丙烯酸酯側鏈的異氰酸酯衍生物或它們的組合。
附聚顆粒還可任選包含無機粘合劑前體和/或改性添加劑。這種無機粘合劑前體添加劑例子包括玻璃粉，玻璃料，粘土，熔劑礦物，二氧化硅溶膠和它們的組合。這種改性添加劑例子包括偶聯劑，研磨助劑，填料，表面活性劑，潤滑劑和它們的組合。用于制造附聚磨粒的潤滑劑例子包括金屬羧酸鹽(如硬脂酸鋰和硬脂酸鋅)，固體潤滑劑(如，(聚)四氟乙烯(PTFE)，石墨和二硫化鉬)，聚(二甲基硅氧烷)樹膠和它們的組合。
用于制造附聚磨粒的研磨助劑例子包括蠟，有機鹵化物，鹵鹽和金屬。這些研磨助劑和它們的市售來源為本領域已知。其他合適的研磨助劑對了解本公開內容的本領域技術人員而言是顯而易見的。有機鹵化物通常會在研磨時破裂，并釋放出氫鹵酸或氣態鹵化物。這類物質的例子包括氯化的蠟如四氯萘，五氯萘和聚氯乙烯。鹵鹽例子包括氯化鈉，鉀冰晶石，鈉冰晶石，銨冰晶石，四氟硼酸鉀，四氟硼酸鈉，氟化硅，氯化鉀和氯化鎂。金屬的例子包括錫，鉛，鉍，鈷，銻，鎘和鐵鈦。其他研磨助劑包括硫，有機硫化物，石墨和金屬硫化物。使用不同研磨助劑的組合也在本發明范圍內。優選的研磨助劑是冰晶石；最好的研磨助劑是四氟硼酸鉀(KBF4)。
偶聯劑的例子包括硅烷，如γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，N-β(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、三乙酰氧基乙烯基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3，4-環氧環己基甲基三甲氧基硅烷、γ-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷。硅烷偶聯劑的市售來源包括Dow Corning，Midland MI.。其他可用的偶聯劑包括鈦酸酯，如異丙基三異硬脂酰基鈦酸酯、異丙基三(月桂基-肉豆蔻烷基)鈦酸酯、異丙基異硬脂酰基二甲基丙烯酰基鈦酸酯、異丙基三(十二烷基苯磺酰基)鈦酸酯、異丙基三(二異辛基磷酸)三(二辛基焦磷酸)鈦酸酯(isoproply tri(diisooctylphosphato)tri(dioctyl pyrophosphatotitanate)、異丙基三丙烯酰基鈦酸酯。鈦酸酯偶聯劑的市售來源包括KenrichPetrochemicals，Bayone，NJ。
填料的例子包括碳酸鈣，二氧化硅，硫酸鋇，二氧化鈦，長石，高嶺土，硅酸鎂和滑石。
偶聯劑，研磨助劑，填料，表面活性劑，潤滑劑的來源包括市售來源是本領域公知的。其他合適的偶聯劑，研磨助劑，填料，表面活性劑，潤滑劑對了解本公開內容的本領域技術人員是顯而易見的。
磨粒的粒度通常宜在約ANSI級60至約JIS級8000(約250微米到約1微米)范圍內，盡管不過超過該范圍的粒度和磨粒也是可用的。通常，研磨顆粒的莫氏硬度至少是5，6，7，8，9或甚至10。合適的磨粒包括熔凝氧化鋁(包括白色熔凝氧化鋁、熱處理的氧化鋁和棕色氧化鋁)、碳化硅(包括綠色碳化硅)，碳化硼，碳化鈦，金剛石，立方氮化硼，石榴石，硅藻巖(微晶二氧化硅)，氧化鉻，氧化鈰，熔凝氧化鋁-氧化鋯和溶膠凝膠制備的磨粒等。溶膠凝膠制備的磨粒可以是晶種結晶的或非晶種結晶的。同樣，溶膠凝膠制備的磨粒可以是任意形狀的或是類似如棒狀或三角形的形狀。溶膠凝膠磨粒的例子包括如美國專利4314827(Leitheiser等)，4518397(Leitheiser等)，4623364(Cottringer等)，4744802(Schwabel)，4770671(Monroe等)，4881951(Wood等)，5011508(Wald等)，5090968(Pellow)，5139978(Wood)，5201916(Berg等)，5227104(Bauer)，5366523(Rowenhorst等)，5429647(Larmie)，5498269(Larmie)和5551963(Larmie)所述。其他有關由氧化鋁粉末作為原材料制備的燒結氧化鋁研磨顆粒的詳細情況，可在美國專利5259147(Falz)，5593467(Monroe)和5665127(Moltgen)找到。其他合適的磨粒對了解本公開內容的本領域技術人員是顯而易見的。
磨料附聚物可以含有100％特定種類和/或級別的磨粒或它們的混合。如果是磨粒的混合，則構成混合物的磨粒種類可以是相同粒度的。或者這些磨粒種類具有不同的粒度。
磨料附聚物通常含有占磨料附聚物總重量的5％-95％，或更優選40％-95％的磨粒。
較好的含有輻射可固化聚合的粘合劑前體和磨粒的組合物具有較高粘度。另一方面，含有輻射可固化聚合的粘合劑前體和磨粒的組合物是100％的固體(即不含處理溫度下的揮發性溶劑)。
將包含輻射可固化聚合粘合劑前體和磨粒的組合物擠壓通過多孔基片的方法，包括擠出，混煉，壓延和它們的組合。在一個優選實施方案中，用例如QuadroEngineering Incorporated，Waterloo，Ontario，Canada制造的粉碎機進行擠壓操作。
在一個實施方案中，附聚磨料前體顆粒通過包含輻射源的第一固化區進行輻照。優選的輻射源包括電子束，紫外光，可見光，激光和它們的組合。在另一個實施方案中，附聚磨粒通過第二固化區進一步得到固化。第二固化區中優選的能量源包括熱源，電子束，紫外光，可見光，激光，微波和它們的組合。
附聚磨粒優選是絲狀的，其長度在約10微米到約20毫米范圍內，較好在約20微米到約10毫米范圍內，更好在約50微米到約2.5毫米范圍內。較好的絲狀附聚磨粒的直徑在約0.61毫米(0.024英寸)到約1.9毫米(0.075英寸)范圍內，并且其長度在約0.61毫米(0.024英寸)到約15毫米(0.5英寸)范圍內。因此可以說這些附聚磨粒具有通常稱為L/D的長徑比，即長度對直徑的比例來表示顆粒。附聚顆粒的截面積可以是任何形狀的，包括圓形的或多邊形的。附聚磨粒的截面為一致的為宜。
如果形成的附聚磨粒太大，例如可以在第一輻照步驟后或通過第二固化區后，減小粒度。減小縮度徑的較好方法是使用粉碎機，如由Quadro EngineeringIncorported制造的機器。也可以通過控制附聚磨料前體顆粒的粒度，來控制附聚磨粒的粒度。也可以通過所用圓孔的尺寸來控制附聚磨料前體顆粒的粒度。
附聚磨粒抗碎強度的測定方法是，將5克附聚顆粒放置在小紙杯中，如果初始形狀是絲狀的話，則用手壓裂以縮減長度。將壓裂的附聚顆粒倒在玻璃盤上。只有長度小于100密耳(2.54毫米)的樣品才被壓裂。用從Chatillon獲得的DPP-25型壓裂測試儀(配備著平板式壓合接頭的測力計度)來測定壓裂顆粒的力。測力計讀數為0到25磅。測力計的平板式壓腳水平放置在待壓顆粒上，并用手施加恒定的力直到顆粒破裂(聽到聲音和/或感覺到)。記錄使顆粒破裂需要的力，并對其他十一個樣品重復該測試。壓裂測試結果是使12個顆粒破裂的平均力。
有關制造本發明磨具的附聚磨粒的其他具體情況，可以參見2000年10月16日同時提交的序列號為09/688484，09/688486和09/688444(Culler等)的臨時申請文件。
用于制備本發明磨具的潤滑劑包括金屬脂肪酸鹽(如硬脂酸鋰，硬脂酸鋅)，固體潤滑劑(如(聚)四氟乙烯(PTFE)，石墨和二硫化鉬)，礦物油，蠟，脂肪酸酯(如硬脂酸丁酯)，聚(二甲基硅氧烷)樹膠和它們的組合。這些潤滑劑和它們的市售來源是本領域公知的。其他合適的潤滑劑對了解本公開內容的本領域技術人員是顯而易見的。
本發明的磨具可以進一步包含稀釋顆粒，如云石，石膏，燧石，二氧化硅，氧化鐵，硅酸鋁和玻璃(包括玻璃泡和玻璃珠)。例如，磨具中稀釋顆粒對磨粒的重量比在2％到50％之間。
發泡劑，也稱為“起泡劑”，也有助于制成本發明的磨具。一般來說，預調配的多元醇中除了其他物質外，還含有足夠的起泡劑使組合物產生泡沫。這時需要較高空隙體積泡沫，另外或其他起泡劑可以包括如水、低沸點液體(如環戊烷)和分解后會放出氣體(如偶氮二碳酰亞胺等偶氮化合物)的化學品。或者，也可以通過湍動混合或發泡，使空氣(或其他環境氣體)被摻入或帶入組合物中。
本發明磨具中除了特定的必需附聚磨粒之外，可以任選包含個別磨粒和/或附聚物，以及增強纖維，填料和顏料(如氧化鐵和氧化鈦)。其他任選的添加劑包括起泡助劑如水，可以用來制造較低密度的泡沫。有關其他附聚磨粒的具體情況可以參見，如美國專利4311489(Kressner)，4652275(Bloecher等)，4799939(Bloecher等)，5549962(Holmes等)和5975988(Christianson)。
一般說來，多元醇與任選添加劑如潤滑劑混合，然后加入附聚磨粒和可任選添加劑如顏料并混合。最后添加并混合的組分通常是多異氰酸酯。不過也可以采用其他混合順序。可以將特定必需的附聚磨粒與任選添加劑如潤滑劑分散在多元醇中，例如，使用從Morehouse-COWLES，Fullerton，CA獲得的商品名為DISCPERSERMIXER的混料機。
也可以使用連續混料機混合這些組分，這時用計量裝置對物料流進行計量(如齒輪泵計量到混料機中的)。混料機中宜包括高切變混合葉片。連續混料機可以從例如Edge Sweets Company，Grand Rapids，MI獲得，商品名為“FFHMIXER”。可以用例如從Zenith Products Division，Sanford，NC獲得的商品名為ZENITH GEARPUMP的泵，將多元醇和任選非研磨性添加劑連續計量到連續混料機。或者用如從Moyno，Inc，Springfield，OH獲得的商品名為MOYNO PROGRESSIVE CAVITY PUMP(FC2cSSE3 DAA型泵)，連續混料機所用的多元醇和潤滑劑或任選添加劑和研磨添加劑連續計量到連續混料機中。可以選擇研磨物質的添加方式，使其對泵部件的研磨接觸最小。例如，可以用單螺桿或雙螺桿式體積進料器，如從K-TronInternational，Inc.，Pitman NJ獲得的商品名為K-TRON TWIN SCREW VOLUMETRICFEEDER(T35型)的產品，將磨料連續計量到連續混料機中，直接供給混料機而不是將其預分散在飽和多元醇中。可以用例如Zenith Products Division，Sanford，NC獲得的商品名為ZENITH GEAR PUMP的泵，將多異氰酸酯連續計量到連續混料機中。
可選將多元醇和相對較細的研磨顆粒和/或填料混合成“預混合”組合物，其中研磨顆粒/填料起到使最終的泡沫變硬的作用，并增強泡沫的研磨性能。然后將附多研磨顆粒和多異氰酸酯同時加入到多元醇預混合組合物中，并劇烈和快速混合。當最終組分流按重量基準加入混合腔室中時，這種混合過程可以間歇方式進行，然后用高切變混料機混合。
當組分流是通過計量裝置(如齒輪泵)對進入混料機的流體進行計量時，也可以使用連續混料機進行混合，該混料機具有高速混料葉片，混合好的物料以連續方式從混料機排出。用螺旋式體積進料器將干物料流加入連續混料機中。
可以使用公知的技術，包括用模具，制造磨具。例如，適于制造磨輪的模具包括具有要求的合適直徑和高度的環行，具有一個頂部和底部密封面(模板)，和穿透頂板與底板的內芯。合適的模具，包括用于制造模具的材料(如金屬，紙板，玻璃纖維，酚和塑料)都是本領域公知的。用脫模襯墊(如涂敷有硅酮的紙)能很容易地將磨具從模具中取出。
多元醇/多異氰酸酯混合物在固化時通常會膨脹。在選擇和填充模具時，必須將這種膨脹考慮在內，還要考慮要求的磨具空隙體積或密度。
雖然不想拘泥于理論解釋，但申請人認為磨具的硬度受到磨粒與聚合物比例(AG/P)的顯著影響，其中AG包括內附聚粘合劑重量，這里所稱聚合物是指蜂窩狀聚合物材料。硬度計刻度范圍為肖氏A級(對軟性材料)至肖氏D級(對較硬的材料)。對本發明較好的磨具而言，肖氏A級是泡沫材料順應性和硬度的指標。
一般說來，本發明磨具的柔軟度，順應性，柔韌性和研磨性能是可以通過例如改變AG/P比值而調整的。例如，隨著磨粒/附聚物相對量的降低，研磨性能會降低，但磨輪的柔軟度和順應性提高。反之，隨著磨粒/附聚物水平的提高，研磨性能會提高，但磨輪的柔軟度和順應性下降。
對使用附聚磨粒的本發明磨具而言，磨具的順應性，柔軟度和研磨性能一般高于含有相同重量非附聚磨粒的相同磨具的性質。附聚磨粒和泡沫材料都會磨蝕，并形成一個連續的切削表面，與含有相等重量非附聚磨粒(即孤立的磨粒)的類似磨具相比，切削表面上粘附的蜂窩狀聚合物材料最少。通常，本發明磨具AG/P比值在約0.5到約3.5范圍內。本發明磨具密度宜為至少4克/英寸3(0.24克/厘米3)，更好為4克/英寸3(0.24克/厘米3)到22克/英寸3(1.34克/厘米3)，肖氏A硬度計值至少為10，更較在10到95范圍。
對于由閉合式壓模(即加入泡沫前體后密封的模具)制造的磨具，過量填注模具往往會減少空隙量，從而增加腔壁厚度，通常會降低泡沫的順應性。
根據蜂窩狀聚合物材料的性質，可能需要固化步驟。例如，對優選的蜂窩狀聚氨酯材料，多元醇/多異氰酸酯混合物通常加熱進行固化。例如，將混合物加熱到溫度在約25到約100℃，在此溫度范圍并保持幾分鐘到幾小時(更好約45到60分鐘)。
使用一次性環形模具和防止泡沫粘連的脫模襯墊，如頂模板和底模板，也在本發明范圍內。這種模具配置可以在室溫下進行較短時間的部分固化，將一次性環形模具中的部分固化磨具從模具組件中取出，然后完成固化。
模腔中任選還含有增強纖維，紗布或網織物，與反應混合物整體模制，并嵌入模制磨具中。
在一些應用中，蜂窩狀聚合物材料可能需要后固化步驟。例如，對蜂窩狀聚氨酯材料，用自由基源與多元醇和多異氰酸酯的固化過程，通常兩個不同的階段進行，稱為“固化”和“后固化”。首先，當模具被保持在第一溫度時，混合物固化(即基本由多元醇和多異氰酸酯的反應形成)。隨后，將磨具加熱到超過第一溫度的第二溫度，完成第二固化階段(即后固化)。在第二溫度下，自由基源提供額外的固化步驟，使磨具更適于使用。第二溫度足夠高，并保持足夠長的時間，使自由基源分解，這時第二階段的固化才基本完成。例如，一般將混合物加熱至約25℃到約100℃(或比自由基源分解溫度低50℃，或更低)并在該溫度范圍保持幾分鐘到幾小時(更好約45到60分鐘)。
本發明范圍還包括將磨具部分分段，提供要求的性質，如額外的順應性。例如，可以采取在模具內兩塊模板間插入從外徑向內徑延伸到內芯的徑向插片的形式進行分段。徑向插片在制得的模制體中提供徑向間隙。徑向插片的長度可以改變磨具的彎曲特性。模制品中徑向空隙間的磨輪分段可以通過形成磨具隔板，提高磨輪的順應性。徑向空隙的個數會增大順應性。
另一種分段方法是對內芯附近的同心圓環采用不同的材料。例如，磨具內同心圓環是含非研磨性顆粒的蜂窩狀聚合物材料，外同心圓環中含有研磨材料，結果是使磨輪獲得更大的順應性。例如蜂窩狀聚合物材料的內同心圓環可以是嵌入模具的泡沫材料的模切片或是預模制蜂窩狀聚合物材料環。
本發明的磨具通常在使用前經過修整(如，除去磨具外皮層)。
用本發明的磨具可以進行干磨也可以濕磨。濕磨時，所加液體可以從輕灑到完全浸沒。通常使用的液體的例子包括水，水溶性油，有機潤滑劑和乳劑。可以用液體來減少研磨時的熱量和/或起潤滑劑的作用。液體中可包含少量添加劑，如殺菌劑，消泡劑等。本發明的磨具可以與外加磨料化合物共同一起使用如上拋光化合物或磨光化合物等。
本發明的磨具可以用于研磨工件，如鋁或鋁合金，碳鋼，軟鋼，工具鋼，不銹鋼，硬化鋼，黃銅，鈦，玻璃，陶瓷，木材，類木材料，塑料，油漆，油漆表面，有機涂層表面等。
本領域公知，對許多非織造磨輪，除非非織造磨輪的工作表面接觸到尖銳的工件邊緣時，磨輪的工作面才會失去光澤和變暗。也就是說，如果非織造磨輪只用于打磨平面，會產生熱量和殘余物，磨輪會失去光澤和變暗，切削速率會顯著降低。如果存在尖銳的工件邊緣，該邊緣會使非織造表面磨蝕，露出新的研磨面。對磨輪而言，這種效應發生的程度較低。磨輪一般都是非常堅硬的，通常只適于平面研磨。調整的力度往往比非織造磨輪的更大，并往往在不同的時間段表現出更高的磨切速率。但是調整磨輪的活性表面只位于磨輪的圓周外圍。這種研磨整形輪的圓周外圍往往會很快磨損，使磨輪無法繼續使用。
下面的一些實施例將進一步說明本發明的優點和實施方式，但這些實例中和數量以，及其他條件和細節，不應被解釋為對發明的不多限制。除了特別說明以外，所有組分和百分比都以重量表示。
實施例實施例1按照以下方法制造磨輪。將80克預配制飽和多元醇(從PolyurethaneSpecialties Company Inc，Lyndhurst，NJ獲得，商品名為MILLOXANE7209A)和4.8克細粉碎的硬脂酸鋰潤滑劑混合制得混合物。用常規實驗室用三葉漿的空氣馬達混料機高速劇烈攪拌該混合物。
待硬脂酸鋰均勻分散后，在不攪拌情況下，在該混合物中加入80克預調配的飽和多異氰酸酯(從Polyurethane Specialties Company Inc，Lyndhurst，NJ獲得，商品名為MILLOXANE 7209B)；然后加入440克附聚磨粒。按照2000年10月16日同時提交的序列號為09/688444的臨時美國專利申請所述方法制備該附聚物。
具體地說，將3865克三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(從Sartomer Co.，Exton，PA獲得，商品名為“SR351”)，1658克三(羥乙基)異氰脲酸酯的三丙烯酸酯(從Sartomer Co.獲得，商品名為“SR368”)，27克異丙基苯過氧化氫(從AldrichChemicalCompany，Inc，Milwaukee，WI獲得)，189克硅烷偶聯劑(3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，從Union Carbide(現為Dow Chemical)獲得，商品名為A-174)，54克2-芐基-2-N，N-二甲基氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮(從Ciba Specialty Chemicals Corp.，Terrytown，NY獲得，商品名為“IRGACURE369”)，108克無定形二氧化硅填料(從Cabot Corp.，Alpharetta，GA獲得，商品名為“CAB-O-SIL”)和3811克四氟硼酸鉀(從Atotech USA，Inc.，Cleveland，OH獲得，商品名為“SPEC102”)在Toledo混料機(從Toledo ScaleCo.，Rochester，NY獲得，型號為TM60)中以#2混合速度徹底攪拌10分鐘，形成預混合組合物，進而制成磨料附聚物。
用同樣的混料機以#1混合速度將上述預混合組合物與37260克P-120氧化鋁磨粒混和20分鐘，制成磨料附聚漿料。用粉碎機(從Quadro EngineeringIncorporated，Waterloo，Ontario，Canada獲得，商品名為“QUADRO COMIL”，型號為197)將上述磨料附聚漿料加工成附聚磨粒。粉碎機的構造包括葉輪和固定隔板。漿料被引入粉碎機的進料斗，同時葉輪以350轉/分的速度旋轉。漿料通過配備有錐形篩網的粉碎機進行加工，篩網上具有1.14毫米(0.045英寸)的圓孔，距離箭頭葉輪5.1毫米(0.2英寸)。當漿料在葉輪的作用下通過篩網的孔時，達到臨界長度后，絲狀附聚物前體顆粒離開篩網，由于重力而掉落并通過紫外固化腔(由Fusion UV System，Inc.，Gaithersburg，MD設計和制造，型號為DRE410Q)，腔中配備有兩個設定在高能量的600瓦“d”型聚變燈(fnsim lamp)。絲狀附聚物前體顆粒暴露于紫外輻射下而部分固化，轉變成可處理的固體形態。附聚磨粒在177℃(350°F)的烘箱中進一步固化6小時。熱固化后附聚磨粒的長度為約13毫米(0.5英寸)。
制得的飽和多元醇，飽和多異氰酸酯，硬脂酸鋰，磨料附聚物的組合物用空氣馬達混料機高速混合約20秒。該聚氨酯體系的乳化時間，即充分混合但不會發生中間反應的時間，是約21秒。
制得混合好的物料被迅速即盡可能完全地轉移到直徑20.6厘米(8.125英寸)，深2.5厘米(1英寸)的鋼制模腔中。將直徑7.6厘米(3英寸)，重約50克的玻璃纖維芯子放置在模具中心。將單層有機硅涂層紙放置在模具底部，將單層針織襯墊(從ApexMillsCorporation，Inwood，NY獲得，商品名為TA84)放置在脫模紙頂部。將模具預加熱到54℃(130°F)。“混合好的”物質平均分布在模具中，將另一張單層襯墊放置在模具頂部，將另一張脫模紙放置在襯墊上，將模具緊密地封閉，使聚氨酯體系反應時模具保持緊閉。填注了的模具置于加熱到54℃(130°F)的爐子中。1小時后，從模具中取出磨具，并放回同一加熱到54℃(130°F)的爐子中并再持續12小時。制得的磨輪厚2.5厘米(1英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.6厘米(8.125英寸)。磨輪重636克，AG/P比值2.75，密度為0.82克/厘米3(13.5克/英寸3)，肖氏A硬度值為30-40，空隙體積為62.0％。
先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
實施例2采用與實施例1所述相同方法制造實施例2中的磨輪，區別在于，使用有1.91毫米(0.075英寸)圓孔錐形成形篩網制備附聚磨粒。附聚磨粒長度約為1.3厘米(1/2英寸)。制得的磨輪厚2.5厘米(1英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.6厘米(8.125英寸)。磨輪重634克，AG/P比值為2.75，密度為0.82克/厘米3(13.4克/英寸3)，肖氏A硬度值為30-50，空隙體積為62.4％。先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
實施例3采用與實施例1所述相同方法制造實施例3中的磨輪，區別在于，使用有1.91毫米(0.075英寸)圓孔的錐形成形篩網制備附聚磨粒，未添加硬脂酸鋰潤滑劑，沒有使用玻璃纖維芯子和針織襯墊。而且，混合物是用109克預調配飽和多元醇(“MILLOXANE7209A”)，109克預調配飽和多異氰酸酯(“MILLOXANE7209b”)和444克附聚磨粒制備的。附聚磨粒長度約1.3厘米(1/2英寸)。
制得的磨輪厚2.5厘米(1英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.6厘米(8.125英寸)。磨輪重552克，AG/P比值為2.04，密度為0.67克/厘米3(10.9克/英寸3)，肖氏A硬度值為30-50，空隙體積為67.4％。
先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
實施例4采用與實施例1所述相同方法制造實施例4中的磨輪，區別在于，使用有1.91毫米(0.075英寸)圓孔的錐形成形篩網制備附聚磨粒，添加較少量硬脂酸鋰潤滑劑，沒有使用針織襯墊。而且，混合物是用100克預調配飽和多元醇(“MILLOXANE7209a”)，100克預調配飽和多異氰酸酯(“MILLOXANE7209b”)，2克硬脂酸鋰潤滑劑和400克附聚磨粒制備的。附聚磨粒長度約1.3厘米(0.5英寸)。
制得的磨輪厚2.5厘米(1英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.6厘米(8.125英寸)。磨輪重614克，AG/P比值為2.0，密度為0.80克/厘米3(13.1克/英寸3)，肖氏A硬度值為50-60，空隙體積為60.4％。
先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
實施例5采用與實施例1所述相同方法制造實施例5中的磨輪，區別在于附聚磨粒粒度較小。附聚磨粒粒度減小的方法如下使附聚磨粒通過在配備有109篩網，5.1毫米(0.2英寸)隔板和以252轉/分速度旋轉的箭頭式葉片的粉碎機(QUADROCOMIL)一次，然后在配備有79G篩網，5.1毫米(0.2英寸)隔板和以252轉/分速度旋轉的箭頭式葉片的粉碎機中粉碎兩次。
附聚磨粒的L/D比值為約1-2。制得的磨輪厚2.5厘米(1英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.6厘米(8.125英寸)。磨輪重572克，AG/P比值為2.75，密度為0.80克/厘米2(13.1克/英寸3)，肖氏A硬度值為28-32，空隙體積為62.8％。
先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
實施例6采用與實施例1所述相同方法制造實施例6中的磨輪，區別在于，使用有1.91毫米(0.075英寸)圓孔的錐形成形篩網制備附聚磨粒，添加較少量硬脂酸鋰潤滑劑，使用不同的襯墊。使用的是織造襯墊(從Apex Mills Corporation，Inwood，NY獲得，商品名為“H66”)。而且，混合物是用80克預調配飽和多元醇(“MILLOXANE7209a”)，80克預調配飽和多異氰酸酯(“MILLOXANE7209b”)，2.4克硬脂酸鋰潤滑劑和440克附聚磨粒制成。附聚磨粒長度約1.3厘米(0.5英寸)。
制得的磨輪厚2.5厘米(1英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.6厘米(8.125英寸)。磨輪重635克，AG/P比值為2.75，密度為0.82克/厘米3(13.4克/英寸3)，肖氏A硬度值為62-65，空隙體積為62.6％。
先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
實施例7實施例7的磨輪按以下方法制造。將9770克預調配飽和多元醇(“MILLOXANE7209a”)，1077克細粉碎的硬脂酸鋰潤滑劑，431克過辛酸叔丁酯(熱活化自由基源；從AKZO Chemicals，Inc.，Pasedena，TX獲得，商品名為“TRIGONOX21-OP050”)和72克去離子水混合制成混合物。用工業混料機(從Morehouse-COWLES，Fullerton，CA獲得，商品名為“COWLES DISCPERSER”)以高速劇烈攪拌該混合物。將混合物用齒輪泵(從Zenith Products Division，Sanford，NC獲得，商品名為“ZENITH GEAR PUMP”)以567克/分鐘的速率送入混料機(從EdgeSweets Company，Grand Rapids，MI獲得，商品名為“FFHMIXER”)的混合頭的進料口中。將多異氰酸酯(“MILLOXANE7209b”)用另一臺齒輪泵(“ZENITH GEARPUMP”)以585克/分鐘的速率送入混料機混合頭的另一個進料口中。
采用與實施例1所述相同方法制造本實施例中的附聚磨粒，區別在于，混合時沒有使用無定形二氧化硅填料(“CAB-O-SIL”)，該預混合物中添加聚乙二醇，磨粒是綠色碳化硅(平均粒度11.9微米；用Multisizer測得Dv為50％；從FujimiCorporation，Elmhurst，IL獲得，商品名為“GC1000”)。預混合物中含有588克三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(“SR351”)，251.7克三(羥乙基)異氰脲酸酯三丙烯酸酯(SR368)，8.1克氫過氧化枯烯，47.5克硅烷偶聯劑(A-174)，13.8克2-芐基-2-N，N-二甲基氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮(“IRGACURE369”)，951.7克四氟硼酸鉀和810克聚乙二醇(從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI獲得，商品名為“PEG600”)，并用4.7升(5夸脫)Hobart混料機在#1混合速度下混合10分鐘制成預混合組合物。用同樣的混料機以#1混合速度下將預混合組合物與6150克綠色碳化硅(GC1000)混合30分鐘，制成研磨附聚物漿料。用配備有錐形篩網的粉碎機“QUADRO COMIL”加工研磨附聚物漿料，錐形篩網上的圓孔直徑是0.61毫米(0.024英寸)且距離以300轉/分鐘速率旋轉的箭頭式葉片6.4毫米(0.25英寸)。熱固化后附聚磨粒的長度為1.3到2.5毫米(0.050英寸到0.10英寸)。附聚磨粒的L/D比值是約2到4。
用雙螺桿體積進料器(從K-Tron International，Inc.，Pitman，NJ獲得，商品名為“K-TRON MODELT35”)以約1134克/分鐘的速度將附聚磨粒加入混料機的第三個進料口。連上攪拌頭并劇烈混合輸入的物料流。
混合好的物料在60秒鐘內被送入儲料槽中，使混合物穩定。60秒鐘后，在37.3秒內，將混合好的物料移入直徑31.8厘米(12.5英寸)，深度5.1厘米(2英寸)的鋼制模腔中。將直徑12.7厘米(5英寸)，重約163克的玻璃纖維芯子放置在模具中心，將脫模紙放置在模具底部。模具預加熱到54℃(130°F)。“混合好”的物料均勻分布在模具中，并在模具頂部放置脫模紙。將模具閉合，使其在聚氨酯體系反應期間仍能保持緊閉。填注了的模具置于加熱到54℃(130°F)的爐子中。1小時后，從模具中取出磨具，并放入加熱到110℃(230°F)爐子中再保持6小時。
制得的磨輪厚5.1厘米(2英寸)，內徑12.7厘米(5英寸)，外徑31.8厘米(12.5英寸)。磨輪重1540克，AG/P比值為0.42，密度為0.42克/厘米3(6.9克/英寸3)，肖氏A硬度值為42，空隙體積為74.2％。
先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
實施例8實施例8的磨輪按以下方法制造。將預調配飽和多元醇(“MILLOXANE7209a”)用齒輪泵(ZENITH GEAR PUMP)以304克/分鐘的速度送入混料機(FFHMIXER)混合頭的進料口中。將預調配的飽和多異氰酸酯(MILLOXANE7209B)用另一臺齒輪泵(ZENITH GEAR PUMP)以304克/分鐘的速度送入混料機混合頭的另一個進料口中。
采用與實施例1所述相同方法制造本實施例中的附聚磨粒，區別在于，使用了具有1.91毫米(0.075英寸)圓孔的錐形成形篩網，而且磨料附聚物的粒徑較小。將實施例2中的熱固化顆粒通過配備有109篩，5.1毫米(0.2英寸)隔板和以252轉/分速度旋轉的箭頭式葉片的粉碎機(QUADROCOMIL)一次，然后在配備有79G篩，5.1毫米(0.2英寸)隔板和以252轉/分速度旋轉的箭頭式葉片的粉碎機中通過兩次，使附聚磨粒的粒徑減小。附聚磨粒的L/D比值是約1到2。用雙螺桿體積給料器(K-TRONMODELT35)以約1504克/分鐘的速度將附聚磨粒加入混料機的第三個進料口。連上混合頭并劇烈攪拌輸入的物料流。
混合好的物料在60秒鐘內被送入儲料槽中，使混合物穩定。60秒鐘后，將混合好的物料在33.8秒內移入直徑20.6厘米(8.125英寸)，深度5.1厘米(2英寸)的鋼制模腔中。將直徑7.6厘米(3英寸)，重約163克的玻璃纖維芯子放置在模具中心，將脫模紙放置在模具底部。模具預熱到54℃(130°F)。將“混合好的”物料均勻分布在模具中，在模具頂部放置脫模紙。將模具閉合，使其在聚氨酯體系反應時仍能保持緊閉。
制得的磨輪厚5.1厘米(2英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.6厘米(8.125英寸)。磨輪重1295克，AG/P比值2.47，密度為0.85克/厘米3(13.9克/英寸3)，肖氏A硬度值為60-65，空隙體積為60.2％。
先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
實施例9實施例9按照與實施例8相同的方法制備，區別在于燒結研磨顆粒從連續混料機中流出的速度是1666克/分鐘。向預加熱的敞開的鋼模中進行填注的時間為35.7秒。“混合好的”物料被均勻分布在模具中，在模具頂部放置脫模紙。將模具閉合，使其在聚氨酯體系反應時仍能保持緊閉。
填注了的模具置于加熱到54℃(130°F)的爐子中。1小時后，從模具中取出磨具，并放入加熱到54℃(130°F)爐子中再持續6小時。
制得的磨輪厚5.1厘米(2英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.6厘米(8.125英寸)。磨輪重1331克，AG/P比值2.74，密度為0.87克/厘米3(14.2克/英寸3)，肖氏A硬度值為65-70，空隙體積為60.0％。
先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
實施例10實施例10按照與實施例9相同的方法制備，區別在于，燒結研磨顆粒從連續混料機中流出的速率是1816克/分鐘。
制得的磨輪厚5.1厘米(2英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.6厘米(8.125英寸)。磨輪重1492克，AG/P比值2.98，密度為0.99克/厘米3(16.2克/英寸3)，肖氏A硬度值為70-75，空隙體積為55.6％。
先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
實施例11實施例11按照與實施例9相同的方法制備，區別在于，燒結研磨顆粒從連續混料機中流出的速率是1976克/分鐘。
制得的磨輪厚5.1厘米(2英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.6厘米(8.125英寸)。磨輪重1594克，AG/P比值是3.25，密度為1.06克/厘米3(17.4克/英寸3)，肖氏A硬度值為75-80，空隙體積為53.2％。
先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
實施例12實施例12的磨輪按以下方法制造。將平均活性氫官能度為2且平均分子量約2000的聚亞丁基乙二醚(從PennSpecialtyChemicalsInc，Conshohoken，PA獲得，商品名為POLYMEG2000)在烘箱中加熱到50℃熔化成流體。在配合料容器中，將以下組分制成混合物3391克熔化的聚亞甲基醚乙二醇，10951克羥基端基平均活性氫官能度為2.4到2.6和平均分子量約2800的聚丁二烯(從Atochem NorthAmerica Inc.，Philadephia，PA獲得，商品名為“POLYBD R-45HT”)，2170克1，4-丁二醇(從BASF，Mount Oliver，NJ獲得)，227克二乙基甲苯二胺DETDA(從Albemarle Corp.，Baton Rouge，LA獲得)，91克去離子水，987克過辛酸叔丁酯(“TRIGONOX21-OP050”)，213克四(2，2二烯丙氧基甲基)丁基-二(二(十三烷基))亞磷酸根合鈦酸酯(tetra(2，2diallyoxymethyl)butyl-di(ditridecyl)phosphito titanate)(從Kenrieh Petrochemicals，Inc.，Bayone，NJ獲得，商品名為“KR-55”)，1762克混合的C7，C9和C11二烷基鄰苯二甲酸酯(從BASF，Mount Olive，NJ獲得，商品名為“PALATINOL711-P”)，564克有機硅表面活性劑(從Witco Corporation，Greenwich，CT獲得，商品名為“L-603”)和分別為46克及16克的兩種催化劑(從Air Productsand Chemicals，Inc.，Allentown，PA獲得，商品名為“DABCODC-1”和“DABCODC-2”)。
用工業混料機(COWLES DISCPERSER)以高速劇烈攪拌制得的物料。用齒輪泵(“ZENITH GEAR PUMP”)以754克/分鐘的速率將混合物送入混料機(FFHMIXER)混合頭的進料口中。
用另一臺齒輪泵(“ZENITH GEAR PUMP”)以422克/分鐘的速度將改性的4，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯(從Dow Chemical Company，Midland，MI獲得，商品名為“ISONATE 143L”)送入混料機混合頭的另一個進料口中。按照實施例1的方法制備附聚磨粒。用雙螺桿體積給料器(K-TRON MODEL T35)將附聚磨粒以約2679克/分鐘的速度送入混料機的第三個進料口。按上混合頭并劇烈攪拌輸入的物料流。
混合好的物料在60秒鐘內被送入儲料槽中，使混合物穩定。60秒鐘后，將混合物移入外徑20.3厘米(8.0英寸)，深度2.5厘米(1英寸)，內徑3.2厘米(1.25英寸)的鋼制模腔中，填注時間為17.2秒。在模具底部放置脫模紙。“混合好的”物料均勻分布在模具中，在模具頂部放置脫模紙。將模具閉合，使其在聚氨酯體系反應時仍能保持緊閉。20分鐘后，從模具中取出磨具，放在加熱到110℃(230°F)的爐子中再保持1.75小時。
制得的磨輪厚2.5厘米(1英寸)，內徑3.18厘米(1.25英寸)，外徑20.3厘米(8.0英寸)。磨輪重1540克，AG/P比值2.58，密度為1.3克/厘米3(21.3克/英寸3)，肖氏A硬度值為82-92。先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
對比例A采用與實施例3所述相同方法制造對比例A的磨輪，區別在于用相同AG/P的ANSI級P120砂狀氧化鋁研磨顆粒代替附聚磨粒；初始固化在54℃(130°F)進行1小時，后固化在54℃(130°F)進行12小時。磨輪重626克，密度13.4克/立方英尺(0.82克/厘米3)，肖氏A硬度值為52，空隙體積為58.7％。
先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
對比例B對比例B的磨輪是從3M Company，St.Paul，MN獲得的商品名為3MSCOTCH-BRITE CPM WHEEL(9A中級)的市售磨輪。該磨輪厚2.5厘米(1英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.3厘米(8英寸)，重511克。該磨輪含有ANSI 100級的氧化鋁磨料，密度為0.74克/厘米3(12.2克/英寸3)，肖氏A硬度值為75-85。一般建議這種磨輪用于去除毛刺和磨邊修飾(grivnd-line condition)。先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
對比例C對比例C的磨輪是從3M Company獲得的商品名為3M SCOTCH-BRITEEXL(8A中等整體式磨輪)的市售磨輪。這種磨輪厚2.5厘米(1英寸)，內徑7.6厘米(3英寸)，外徑20.3厘米(8英寸)，重481克。該磨輪含有ANSI 120/150級的氧化鋁磨料，密度為0.84克/厘米3(13.8克/英寸3)，肖氏A硬度值為89-90。一般建議這種磨輪用于去除毛刺和拋光金屬。先用磨具對磨輪的工作表面進行修整，除去表皮，然后進行評價。
對比例D對比例D的磨輪是由棉制磨光件制備的棉制磨輪(從JacksonLea，Conover，NC獲得，商品名為CONCENTRICSTITCHEDFULLDISKBUFF)，包含疊成約13毫米(0.5英寸)厚度并縫合成5個同心圓環多層棉織物，每個縫合圓環相距約9.5毫米(0.375英寸)。該磨輪用熱皮膠涂敷，在ANSI80級砂狀氧化鋁中軋制并固化。磨輪有一個3.3厘米(1.25英寸)的中心孔以容納機器的機軸，磨輪直徑為13.7厘米(5.375英寸)。
打磨性能評價實施例1和2以及對比例B，C和D磨輪的研磨性能評價如下。表面修整過的磨輪安裝在馬達驅動軸上。寬2英寸，長11英寸，厚1/16英寸(5.1厘米×27.9厘米×0.16厘米)的1008冷軋鋼測試片在受控壓力(用Chatillon測力計測量)和指定表面速度下，壓在旋轉待測磨輪表面與之接觸。測試片以正切于旋轉的磨輪做來回振蕩式的運動。測試片與磨輪接觸30秒，然后不接觸30秒。測試片相對磨輪來回運動一次耗時6秒。按照這個順序重復4次，為評價的一個測試周期。一個測試周期中與磨輪接觸的總時間是2分鐘。測試片來回運動的速度是每分鐘36個來回，一個來回的長度為14.6厘米(5.75英寸)。每個周期后對測試片和實施例的磨輪進行稱重。實施例1和實施例2的磨輪都能平滑進行沒有顫痕或彈跳。結果列在以下的表1中。
表1

*磨輪不能承受研磨力。
實施例3和4以及對比例A的研磨性能也按照上述評價實施例1和2以及對比例B-D的方法進行評價。對比例A中發現一些細小的沾污。實施例3和4未觀察到沾污。結果列在下表2中。
表2

實施例1磨輪的研磨性能按照以下方法評價。修整過的磨輪安裝在馬達驅動軸上。將金屬測試片(寬1.5英寸，長11英寸，厚0.5英寸(3.8厘米×27.9厘米×1.27厘米))以62.4N(14lbs)的壓力(用Chatillon測力計測量)按壓在旋轉待測磨輪表面與之接觸。磨輪的表面速度是1150米/分鐘(3770英尺/分鐘)。測試片正切于旋轉的磨輪做來回振蕩式的運動。測試片與磨輪接觸30秒，然后不接觸30秒。使測試片相對磨輪來回運動一次耗時6秒，這個順序為評價的一個測試周期。測試片來回運動的速度是每分鐘36個來回，一個來回的長度為14.6厘米(5.75英寸)。每4，8，16，32和64個周期后都對測試片和磨輪進行稱重。測試片重量的差值表示為“磨削”。磨輪重量的差值表示為“磨損”。將磨削值除以磨損值計算出研磨效率。在304不銹鋼測試片和1008冷軋鋼測試片上的評價結果分別列在下表3和4中。
表3

表4

實施例1和5的磨輪的研磨特性按照與上述實施例1和2及對比例B-D磨輪相同的方法進行評價，區別在于接觸壓力為89.3N(20lbs)。磨削速率以每個周期的克數(即每2分鐘的磨削時間)列在下表5中。
表5

在不超過本發明范圍和原理下作出的各種修改和變動對本領域技術人員是顯而易見的，本發明并受限于以上說明性實施例。
權利要求
1.一種磨具，包含分散在蜂窩狀聚合物材料中的附聚磨粒，該附聚磨粒包含磨粒和由輻射可固化聚合粘合劑前體形成的聚合基質，其特征在于所述附聚磨粒具有基本一致的截面積和大于1磅的抗碎強度。
2.如權利要求1所述磨具，其特征在于該磨具是磨輪。
3.如權利要求2所述磨輪，其特征在于該蜂窩狀聚合物材料是蜂窩狀聚氨酯。
4.如權利要求3所述磨輪，其特征在于該蜂窩狀聚合物材料具有至少25％的空隙體積。
5.如權利要求3所述磨輪，其特征在于該蜂窩狀聚合物材料的空隙體積為50％到85％。
6.如權利要求3所述磨輪，其特征在于所述磨輪進一步包含潤滑劑。
7.如權利要求6所述磨輪，其特征在于，所述潤滑劑選自金屬鹽，固體潤滑劑，礦物油和它們的組合。
8.如權利要求6所述磨輪，其特征在于該潤滑劑選自硬脂酸鋰，硬脂酸鋅，聚(四氟乙烯)，石墨，二硫化鉬，硬脂酸丁酯，(聚)二甲基硅氧烷樹膠和它們的組合。
9.如權利要求3所述磨輪，其特征在于減去任何驅動裝置，所述組合物密度為22克/英寸3，肖氏A硬度值為10-95。
10.如權利要求3所述磨輪，其特征在于該附聚磨粒是絲狀且長度為約10到約20,000微米。
11.如權利要求3所述磨輪，其特征在于該附聚磨粒長度為約20到約10,000微米。
12.如權利要求3所述磨輪，其特征在于該附聚磨粒長度為約50到約2500微米。
13.如權利要求3所述磨輪，其特征在于該附聚磨粒的粘合劑前體包含環氧樹脂，丙烯酸酯化氨基甲酸酯樹脂，丙烯酸酯化環氧樹脂，烯鍵不飽和樹脂，具有不飽和羰基側鏈的氨基塑料樹脂，具有至少一個丙烯酸酯側鏈的異氰脲酸酯衍生物和具有至少一個丙烯酸酯側鏈的異氰酸酯衍生物中的至少一種。
14.如權利要求3所述磨輪，其特征在于所述粘合劑前體進一步包含自由基引發劑。
15.如權利要求3所述磨輪，其特征在于大量磨粒占附聚磨粒組合物重量的40％到95％。
16.如權利要求2所述磨具，其特征在于該附聚磨粒是絲狀的且長度為約10到約1500微米。
17.如權利要求1所述磨輪，其特征在于該附聚磨粒長度為約20到約800微米。
18.如權利要求1所述磨輪，其特征在于該附聚磨粒長度為約50到約400微米。
19.如權利要求1所述磨輪，其特征在于該附聚磨粒的粘合劑前體包含環氧樹脂，丙烯酸酯化的氨基甲酸酯樹脂，丙烯酸酯化的環氧樹脂，烯鍵不飽和樹脂，具有不飽和羰基側鏈的氨基塑料樹脂，具有至少一個丙烯酸酯側鏈的異氰脲酸酯衍生物和具有至少一個丙烯酸酯側鏈的異氰酸酯衍生物中的至少一種。
20.如權利要求1所述磨輪，其特征在于該粘合劑前體進一步包含自由基引發劑。
21.如權利要求1所述磨輪，其特征在于大量磨粒占附聚磨粒組合物重量的40％到95％。
22.一種研磨表面的方法，該方法包括提供一種含有分散在蜂窩狀聚合物材料中的附聚磨粒的磨具，該附聚磨粒包含磨粒和由輻射可固化聚合粘合劑前體制成的聚合基質，其特征在于該附聚磨粒具有基本一致的截面積和大于1磅的抗碎強度，該磨具具有外表面；將該磨具的至少一部分外表面與工件表面摩擦接觸；和將該磨具的至少一個外表面或工件表面相對另一方移動，研磨工件的至少一部分表面。
23.如權利要求21所述方法，其特征在于磨具的至少一部分外表面上具有磨光化合物。
全文摘要
含有分散在蜂窩狀聚合物材料(14)中的附聚磨粒(16)的磨具(如磨輪)(10)，以及該磨具的制造方法和用途。
文檔編號B24D3/32GK1524029SQ02810471
公開日2004年8月25日 申請日期2002年3月6日 優先權日2001年5月22日
發明者S·J·凱波特, J·S·盧克, D·G·維利甘, S J 凱波特, 盧克, 維利甘 申請人:3M創新有限公司