用來增強粘結磨料制品的玻璃絲組織的制作方法

專利名稱：用來增強粘結磨料制品的玻璃絲組織的制作方法
用來增強粘結磨料制品的玻璃絲組織 本發明涉及磨料領域。更確切地說它涉及基于涂有樹脂組合物的玻
璃絲的組織(structure),其用來增強粘結磨料制品，特別地砂輪，用于涂 敷這種組織的樹脂組合物和包含這種組織的粘結磨料制品(articles abrasifs agglom6r6es)。
磨料制品包含大量的通過粘合劑彼此牢固地粘合在一起的磨粒。這 些制品廣泛地用于加工由各種材料制成的部件，特別地在切斷、去毛刺、 表面研磨和拋光操作中。
傳統地，可以區分
-砂帶("coated abrasives"),其包括柔性支撐體，在該支撐體表面上 分布了在粘合劑中被固定的磨粒。柔性支撐體可以是一張紙或者纖維網 狀組織，例如墊、氈或者織物。這些制品可以采用各種形式片狀、盤、 帶、錐體等等。
-粘結磨料制品("bonded abrasives"),其從磨粒和粘合劑的混合物獲 得，通過在壓力下模制成型并且壓實。它們基本上為砂輪。
本發明更特別地涉及的粘結磨料制品是用于切割堅硬材料(特別地 鋼)的研磨砂輪。這些砂輪在高圓周速度下運行的機器上使用，并且由此 必須能經受由后者產生的高機械應力。
特別地，重要的是，要滿足以下要求
-磨粒必須適于待被加工的材料的性質它們必須是足夠牢固的以便 在與所述材料接觸中不碎，并且保持足夠鋒利的邊緣以便可以切斷它；
-粘合劑必須具有優良的拉伸斷裂強度以使磨粒保持與它粘合并且 在離心力的作用下不被拔出。另外，粘合劑將能經受由與待處理的材料 的高摩擦產生的高溫；該粘合劑應該不流動且在熱作用下不應該被降 解，
-研磨砂輪將不會過早地磨損也不破裂；它必須盡可能長地保持它的 初始的空間性質以便在良好狀態下進行。
通常地通過在其中加入至少一種基于增強絲，特別地玻璃絲(其可以 是例如織物形式)的組織來加強砂輪。
然而，已知棵露的玻璃絲對粘合劑幾乎沒有粘附力，需要用樹脂組合物涂敷玻璃絲的組織，該組合物保證玻璃和粘合劑之間的粘合。
通過已知方法，通過使玻璃絲通過具有樹脂組合物浴中，然后使其
通過兩個輥之間(以便除去過量樹脂)，最后在被加熱到約100-145°C 的溫度的箱中達最多幾分鐘(以便將溶劑相對于樹脂的量降低至大約 5%-10%的值)獲得該增強組織，其中該樹脂組合物由包含大約70重量 %樹脂的醇溶液組成。如此獲得的增強組織以繞組的形式(例如線圈)進 行收集，或者例如使用沖壓機被切成片狀或者直接地切成期望的最終砂 輪的形狀和尺寸。
在隨后步驟中，根據本方法獲得砂輪，該方法在于將磨粒(particules abrasives)—方面和粘合劑的混合物和另 一方面和增強組織的混合物的 多個層交替地放置在模型中，和通過熱壓制或者冷壓制進行模制。在脫 模后，獲得的制品在能夠使粘合劑交聯并且最終獲得砂輪的溫度條件下 進行熱處理。
最通常用于制備上述的增強組織的樹脂組合物包含至少 一種熱固 性樹脂，其選自
-脲-醛樹脂，例如脲-曱醛樹脂(GB-A-419812),
-酚醛樹脂，例如與交聯劑己二胺組合的酚醛清漆(GB-A-1151174) 或者溶液形式的酚醛樹脂A和與交聯劑六亞甲基四胺組合的酚醛清漆 的混合物(US-A-4338357),和
-脲-^樹脂和酚酪樹脂的混合物，例如脲-甲醛預聚合物和步驟A中 的酚醛樹脂(US-A-4038046)或者在酸催化劑存在下的脲-曱醛樹脂和酚 醛樹脂A(US-A-5551961)。
上述樹脂組合物是不昂貴的，并且它們能夠獲得顯示出優良性質的 增強組織，特別地在柔韌性和粘附力方面。
事實上重要的是，該組織具有足夠高的柔韌性，即該樹脂不是太 "硬"使得如先前描述的切割操作可以在可接受的條件下進行，同時產生 最少可能的粉塵并且使得樹脂在該組織的切割邊緣附近不被除去(玻璃 不應該一皮棵露)。
然而，還應該的是，該粘附力(還被稱為"p6gosit6"或英文"tack") 不是太高，以便不弄臟切割工具，限制在儲存期間由于粘附在組織上的 粉塵產生的污染，和避免在其被繞組前必須將防粘材料放置在該組織上 或者在凈皮切割的組織之間。至于規定方面，需要具有有用的非污染性樹脂組合物，即包含-而且其在施用至該增強組織期間或者隨后產生盡可能少的被認為能夠對人類健康或者環境有害的化合物的那些。
在這方面，上述的樹脂組合物不是完全滿意的。
脲-甲醛樹脂不是熱穩定的并且一旦溫度超過100°C進行降解同時
釋放甲醛。當制備該增強組織時，在被加熱的箱中干燥期間和當使用砂輪時，曱醛因此可以被釋放出來。
酚醛樹脂通過縮合苯酚和甲醛，以低于1的甲醛/苯酚摩爾比在酸催化劑存在下獲得(酚醛清漆)或者以大于1的甲醛/苯酚摩爾比在堿性催
化劑存在下獲得(酚醛樹脂A)。酚醛清漆幾乎不包含游離的曱醛但是它
們與不是熱穩定的交聯催化劑(如己二胺和六亞曱基四胺)結合使用并且在制備該增強組織期間和在使用該砂輪期間產生甲醛和氨的排放物。
酚醛樹脂A包含相對高的量的游離曱醛。 _本發明的目的為開發適合涂敷玻璃絲組織的樹脂組合物，其向該組
織提供大的柔韌性和低的粘附力，而且限制甲醛和含氮化合物的污染性
排放物的風險，所述玻璃絲組織用來增強粘結磨料制品，特別地砂輪。該目的借助于本發明實現，本發明提供涂有樹脂組合物的增強組
織，該樹脂組合物包含用固體物質的重量百分率表示的比例的以下組
分
-75-98%的至少一種具有低于或者等于60°C的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆和至少一種具有高于60。C的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆的混合物，
-0.5-10%至少一種蠟，-0-3.5%至少一種增塑劑。
具有不同玻璃化轉變溫度的酚醛清漆和蠟的組合已經被證明對于制備能夠涂敷適合于增強粘結的磨料的玻璃絲組織的樹脂組合物是特別有用的。酚醛清漆和蠟的性質事實上是互補的。
具有較低的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆對該組織提供柔韌性并且可以具有高的柔韌性水平。它可以彌補具有較高玻璃化轉變溫度的酚醛清漆的過大剛度并因此將柔韌性調節至期望的水平。
如已經提到的，具有高柔韌性是重要的，使得該組織可以正確地被切斷，特別地不發生樹脂組合物在邊緣區域可能"脫落"同時留下棵露玻璃。
優選地，具有較低的玻璃化轉變溫度，即低于或者等于60°C的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆占盼醛清漆的混合物的50-80重量％。
有利地，具有較低的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆的玻璃化轉變溫度高于40。C。類似地，具有較高的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆的玻璃化轉變溫度高于或者等于80。C,有利地低于或者等于100。C。
才艮據本發明的酚醛清漆可以選自本領域的技術人員已知的酚醛清漆，它們通過使酚化合物(優選地苯酚)和醛(優選地甲醛)在酸性催化劑(大約4-7的pH)存在下反應而獲得。優選地，甲醛/苯酚摩爾比為0.75-0.85。根據期望的玻璃化轉變溫度選擇酚醛清漆。
可以在本發明的范圍中使用的酚醛清漆包含低于0.1重量％,優選地低于0.05%的游離甲醛。
蠟用作防粘合劑("anti-blocking")并且可以彌補具有較低的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆的高粘附力。如已經所述，不過高的粘附力可以，一方面使被切割的增強組織保持在非常有用的避免粉塵污染的清潔狀態，另一方面可以在適中的壓力下以最小的它們彼此粘附的風險來處理這些被切割的組織，特別地在儲存期間。
蠟選自石蠟(例如聚乙烯或者聚丙烯蠟)和亞乙基雙酰胺蠟，特別地N,N，-亞乙基雙(乙酰磺胺)。有利地，該蠟是微晶的。
優選地，蠟含量不超過樹脂組合物固體物質的5重量％，有利地小于或等于3%。
增塑劑有助于改善樹脂組合物的柔韌性。作為這種劑的實施例，可以提到烷基磷酸酯、鄰苯二曱酸酯、三乙醇胺、油類和多元醇，特別地甘油和二醇。
優選地，增塑劑含量不超過樹脂組合物的固體物質的1重量％。
應當注意到，根據本發明的涂敷該增強組織的樹脂組合物不包含任何交聯劑，其是特別地有利的，因為酚醛清漆由此可以保持它們的初始熱塑性。樹脂組合物不能隨著時間發生變化，使得該增強組織可以存儲非常長的時間，這與已知的樹脂組合物相比是附加的優點。
增強組織可以由連續的玻璃絲組成，優選地為無紡形式，如網或者墊、篩或者織物，或者切斷的絲簇(matdefils)的形式。
所述玻璃絲為被稱為"增強"的玻璃絲，其由從模具的多個孔流出的熔融態玻璃細絲進行工業制備，這些細絲以連續纖維形式被機械地抽
出，該連續纖維被組合為原絲(fils debase),然后通過在旋轉支撐物上繞 組進行收集。
根據本發明的玻璃絲因此為原絲，來自這些絲的產品，特別地這些 原絲的粗紗(stratifils)形式的組合件。這種組合件通過同時地退繞多個原 絲的線圈然后使它們組合進入被盤在旋轉支撐體上繞組的網孔中。玻璃 絲可以經受扭曲操作以制備用于制備織物的織物絲。
玻璃絲由玻璃纖維組成，該玻璃纖維的直徑可以在寬范圍內進行改 變，例如9-24微米，優選地9-17微米。有利地，玻璃絲具有34-4800 特，優選地34-1200特的支數(或者單位長度質量)。
該絲可以由任何類型玻璃構成，特別地E、 C和AR(抗堿的)。優選 地，它們為E玻璃。.
根據優選的實施方案，該組織為由玻璃絲組成的織物，具有 100-1000g/m2的克數。
該樹脂組合物其本身，在它被施用于增強組織之前，也構成本發明 的目的。因此，該樹脂組合物包含以下化合物(用重量百分率表示)
-25-55%至少一種具有小于或等于60°C的玻璃化轉變溫度的酚醛 清漆，
-10-30%至少一種具有高于60°C的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆，
-0.5-6.5%至少一種蠟，
-0-2.5%至少一種增塑劑，
-25-45%至少一種醇，
-0-15%水。
作為根據本發明的醇，可以提到甲醇、乙醇、異丙醇和這些醇的混
合物。，—。、、，，， —，、 ，j "壯 、"口q
中混合上述組分進行制備酚醛清漆優選地為在乙醇中或者在乙醇和甲 醇的混合物中的溶液形式，該蠟為在水中的分散體，和增塑劑為液體。
必要時，初t脂組合物可以包含添加劑，如乳〗匕劑、顏料、漆充物、
防泳移劑(agents anti-migration)、聚結劑、潤濕劑、殺生物劑、有機硅烷、 消泡劑、著色劑和抗氧化劑。該添加劑含量不超過該樹脂組合物固體物 質的3重量％。經涂敷的增強組織的制備通過使其首先穿過由液態樹脂組合物組 成的浸漬浴，然后穿過由兩個輥組成的砑光機的間隙，最后穿過被加熱 的箱(以便除去溶劑部分)而連續進行，所述砑光機設備的間隙可以將樹
脂組合物含量調節至接近于固體物質的30重量％的值。優選地，該箱包
括被加熱到大約130。C的溫度的第一區域和至少一個被加熱到大約 110°C的溫度的第二區域，該增強組織在兩個區域整體的停留時間通常 低于十分鐘，優選地為30秒至3分鐘。優選地，在增強組織中的溶劑 百分比低于12%，有利地低于10%。獲得的增強組織然后以繞組的形式 進行收集并且被切割成片狀或者直接地切割成最終砂輪的形狀和尺寸， 這些經切割的組織然后以堆積形式進行保存。
根據本發明的增強組織可以特別地用于制備粘結磨料制品，如砂 輪，這些制品因此構成本發明的目的。
這些磨料制品可以特另'J地根據本領域的技術人員已知的壓塑技術 進行制備。例如，砂輪可以通過在模型內部沉積多個交替的磨粒的粒狀 混合物層和預先切成模型尺寸的增強組織而獲得。增強組織的數目根據 對于砂輪期望的性能水平進行改變；通常該數字不超過10。
將該模型置于足夠的壓力下以形成"生(crue)，，部件，其具有內聚力使 得其可以在下面的步驟中進行操作和處理而對形狀和尺寸基本沒有改
變。該模型可以是在壓制期間(熱模制)被加熱到通常低于170。C或甚至 150°C的溫度。該粘合劑在這個階段為非交聯狀態。
該生部件從模型移出并且在爐中被加熱至能夠使粘合劑交聯并且 以產生硬化聚合物網絡的溫度，其使該部件得到其最終形狀。根據傳統 的熟化周期進行該交聯，該周期包括使該生部件升溫至大約100。C的溫 度和使其保持在這個溫度30分鐘至幾個小時以便可以使形成的揮發性 產物除去。該部件然后被加熱到大約200-250°C的溫度達10-35小時。
以這種方法獲得的砂輪可以用于所有類型的要求研磨性能的應用， 例如在砂磨、去毛刺、表面精加工操作、更特別地切割堅硬材料(如鋼) 操作中。
在下文中給出的實施例能夠舉例說明本發明而不限制本發明。 在這些實施例中，樹脂組合物的性質和增強組織的性質在以下條件 下進行評價 樹脂 玻璃化轉變溫度(Tg)通過DMTA(動態力學熱分析)進行測量。
^數均分子量(Mn)和重均分子量(Mw)通過凝膠滲透色譜法(GPC)在
以下條件下進行測定
-靜止相由Waters銷售的Stymgel HR4E，保持在30。C
-流動相四氫呋喃(THF)
-檢測差示折光法(ARI)
-校準聚苯乙烯標準樣
樹脂組合物
樹脂組合物的柔韌性如下進行測量將樹脂組合物(固體物質重量 含量40-60%)沉積在紙(尺寸20mmx70mm;克數3600g/m2)上并借 助于膜涂布器鋪展開200nm厚的層。該紙在被加熱至140。C的箱中干燥 1分鐘。該紙的自由端被固定到水平支撐物上并且在另一端懸掛2.8g的
重量。在4分鐘后，測量該紙與水平形成的角度e。當角度e的值大于
或者等于30。時，柔韌性是合適的。
粘附力如下進行評價使用具有圓形截面的兩個圓柱形鋁塊(面積 3.2cm2)。將0.2毫升樹脂組合物沉積在每個截面上并且將所述塊放置于 -故加熱到130。C的通風箱中IO分鐘。在環境溫度下冷卻30分鐘后，所 述塊被保存在受控氣氛(溫度22°C;相對濕度50%)中達可變時間。 將涂有樹脂組合物的表面彼此接觸放置，同時施加50N的壓力1分鐘。 將該組合件放置在拉伸試驗臺上并測量分離所述塊所必需的力。當該力 低于30N時，粘附力是令人滿意的。
增強組織
^斗分塵比率(taux de poussi^res):稱重增強組織的樣品并且沿著 44-46厘米的長度進行手動折疊。將樣品展開并稱重。樣品的重量損失 百分比對應于粉塵比率。粉塵比率是可以評價被切割的能力(aptitude & la d6coupe)的參數:當它的值低于2%時，它被認為是可接受的。
^粘附力:將兩個直徑10-12厘米的盤形式的增強組織重疊并且施用 50N壓力達1分鐘。將樣品放置在拉伸試^^臺上并測量分離該組織所必 需的力。當該力低于5N時，粘附力是令人滿意的。
^在適用于最高至2000特的玻璃絲的標準ISO 3341的條件下測量 經線或者綿線的拉伸強度。拉伸強度的值應該大于300N。
^在標準ISO 1887條件下測量燒失量。實施例1
制備包含以下組分的樹脂組合物
-酚醛清漆("(Tg大約40。C) 50.0
-酚醛清漆(2)(Tg大約80。C) 13.0
-聚乙烯蠟(3) 2.0
-水 3.0
-醇 32.0 該樹脂組合物具有以下性質
柔韌性35°
粘附力
(%固體物質) 76.47 20.58 2.95
ON在t=0時 0.13N在t+15天時 2.37N在t+30天時
-醇
該樹脂組合物具有以下性質
柔韌性35°
粘附力
實施例2
制備包含以下組分的樹脂組合物
(重量％
-酚醛清漆(D(Tg大約40。C) 47.0 -酚醛清漆(2)(Tg大約80。C) 13.0 -聚乙烯蠟③ 3.5 -水 5.5
31.0
(%固體物質) 74.28 20.00 5.72
0.80N在t=0時 1.20N在t+15天時 1.35N在t+30天時
對比實施例1
在實施例1條件下制備樹脂組合物，改變的是它僅包含酚醛清漆(1):
(重量％) (%固體物質)-酚醛清漆("(Tg大約40°C) 65.0 100 -醇 35.0 樹脂組合物具有以下性質
柔韌性>30。
粘附力 88.44N在t-0時
只于比實施例2
在實施例1條件下制備樹脂組合物，改變的是它包含以下組分
(重量％) (%固體物質) -酚醛清漆(D(Tg大約40°C) 59.0 94.20 -聚乙烯蠟(3) 3.5 5.80
-水 5.5 -醇 32.0 該樹脂組合物具有以下性質
柔韌性>30。
粘附力 26.95N在t^0時
對比實施例3
在實施例1條件下制備樹脂組合物，改變的是它包含以下組分
(重量％) (%固體物質) -酚醛清漆("(Tg大約40°C) 52.0 78.80 -酚醛清漆(2)(Tg大約80°C) 14.0 21.20 -醇 34.0 樹脂組合物具有以下性質
柔韌性35°
粘附力 34.40N在t^0時 實施例3
該實施例舉例說明該樹脂組合物在半工業生產裝置中的應用。 將從繞組展開的0.5m寬的玻璃絲織物(克數198g/m2;經線絲EC 204特s/z;綿線絲RO408特)布置在連續運行的涂敷生產線上。在它的 路徑上，該織物通過包含樹脂組合物的浸漬浴中，然后在包括被加熱到125。C的第一部分和:故加熱到115。C的第二部分的爐中進行處理
以繞組的形式進行收集。
該樹脂組合物包含以下組分
然后
-酚醛清漆W(Tg大約40°C)
.酚醛清漆②(Tg大約80。C)
-聚乙烯蠟(3)
-水
-醇
(重量％)
50.0
14.0
1.3
1.7
33.0
(%固體物質) 77.15 20.77 2.08
增強織物具有以下性質 粉塵比率0.03% 粘附力ON
拉伸強度(經線)304N 拉伸強度(緯線)343N 燒失量30%
揮發性化合物比率4.65%
(1) 苯酚-甲醛的酚醛清漆:Mn二829; Mw=2176; 65重量％固體物質的 乙醇溶液。
(2) 苯酚-曱醛的酚搭清漆:Mn-1247; Mw=5779;在25:5的乙醇曱醇 混合物中70重量％固體物質的溶液
(3) 由Shamrock公司以商標"Hydrocer 69"銷售。
權利要求
1.涂有樹脂組合物的玻璃絲組織，尤其其用于增強粘結磨料制品，特征在于該樹脂組合物包含用固體物質的重量百分率表示的比例的以下組分-75-98％的至少一種具有低于或者等于60℃的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆和至少一種具有高于60℃的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆的混合物，-0.5-10％至少一種蠟，-0-3.5％至少一種增塑劑。
2. 根據權利要求1的組織，特征在于具有較低的玻璃化轉變溫度的 酚醛清漆占朌醛清漆的混合物的50-80重量％。
3. 根據權利要求1或2的組織，特征在于具有較低的玻璃化轉變溫 度的酚醛清漆具有高于40°C的玻璃化轉變溫度。
4. 根據權利要求l-3任一項的組織，特征在于具有較高的玻璃化轉 變溫度的酚醛清漆具有高于或者等于80。C,有利地低于或者等于100°C 的玻璃化轉變溫度。
5. 根據權利要求l-4任一項的組織，特征在于酚醛清漆通過使苯酚 和甲醛以0.75-0.85的曱醛/苯酚摩爾比進行反應而獲得。
6. 根據權利要求l-5任一項的組織，特征在于蠟選自石蠟，優選地 聚乙烯或者聚丙烯蠟，和亞乙基雙酰胺蠟，優選地N,N，-亞乙基雙(乙酰 磺胺)。
7. 根據權利要求l-6任一項的組織，特征在于蠟含量不超過樹脂組 合物的固體物質的5重量％，優選地小于或等于3重量％。
8. 根據權利要求l-7任一項的組織，特征在于所述增塑劑選自烷基 磷酸酯、鄰苯二曱酸酯、三乙醇胺、油類和多元醇。
9. 根據權利要求l-8任一項的組織，特征在于增塑劑含量不超過樹 脂組合物的固體物質的1重量％。
10. 根據權利要求l-9任一項的組織，特征在于它由連續的玻璃絲 組成，優選地為無紡形式，如網或者墊、篩或者織物形式，或者切斷的 絲簇的形式。
11. 根據權利要求10的組織，特征在于該玻璃絲的直徑為9-24微 米，優選地9-17孩i米。
12. 才艮據權利要求10或11的組織，特征在于玻璃絲具有34-4800 特，優選地34-1200特的支數(或者單位長度質量)。
13. 根據權利要求1至12任一項的組織，特征在于它為具有 100-1000g/m2的克數的織物形式。
14. 能夠涂敷根據權利要求l-13任一項的組織的樹脂組合物，特征 在于它包含以下化合物，用重量百分率表示-25-55%至少一種具有小于或等于60。C的玻璃化轉變溫度的酚醛 清漆，-10-30%至少一種具有高于60。C的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆，-0.5-6.5%至少一種蠟，-0-2.5%至少一種增塑劑，-25-45%至少一種醇，-0-15%水。
15. 根據權利要求14的樹脂組合物，特征在于所述醇選自曱醇、乙 醇、異丙醇和這些醇的混合物。
16. 基于通過粘合劑粘結磨粒的粘結磨料制品，特征在于它包含根 據權利要求l-13任一項的增強組織。
17. 根據權利要求16的制品，特征在于它為砂輪。
全文摘要
本發明涉及基于涂有樹脂組合物的用來增強粘結磨料制品的玻璃絲的組織，該樹脂組合物特征在于它包含所提到量的以下組分，該量用固體物質的重量百分率表示75-98％的至少一種具有低于或者等于60℃的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆和至少一種具有高于60℃的玻璃化轉變溫度的酚醛清漆的混合物；0.5-10％至少一種蠟；0-3.5％至少一種增塑劑。本發明還涉及能夠獲得增強組織的樹脂組合物和包含這種組織的粘結磨料制品，特別地砂輪。
文檔編號B24D3/34GK101687699SQ200880020909
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月18日 優先權日2007年6月18日
發明者A·阿諾德, C·塞格尼特, P·埃斯派爾德 申請人:歐洲圣戈班技術結構公司