磨料制品及其制备方法 背景技术
磨料制品用于工业中的研磨、磨削和抛光应用。它们可以多种被转变形式(例如带、盘、片、等等)、以多个不同的尺寸获得。
一般来讲,在采用“片状制品”(即:盘和片)形式的磨料制品时,使用支撑垫将磨料制品安装或附连到研磨工具上。一种支撑垫具有通过一系列的槽连接的集尘孔。集尘孔通常连接到真空源,以有助于控制颗粒,例如为堆积在磨料制品研磨表面上的尘屑(如本文所用,术语“尘屑”是指松散的材料,例如在研磨处理期间产生的粉尘和碎屑)。已知的是,清除研磨表面上的尘屑会提高磨料制品的性能。
一些研磨工具具有带集尘装置的集成真空系统。这些研磨工具的提取能力和固定能力有限,这部分是由于现有磨盘的相关支撑垫对磨盘的抽吸要求所造成的。
在一些研磨工具构造中,通过连接到研磨工具上的软管将粉尘收集在复合集尘系统中。然而,研磨工具操作人员并非总是能得到集尘系统。另外,需要软管的集尘系统的使用会很麻烦,并且会干扰操作人员操作研磨工具。
【发明内容】
在一个方面,本发明提供磨料制品,该磨料制品包括:
多孔磨料构件,包括:磨料层,其邻近并附连到基底的第一表面上,该磨料层包括多个磨粒,磨粒通过至少一种粘结剂附连到基底的第一表面上,其中磨料层具有外研磨表面,其中基底具有与基底的第一表面相对的第二表面,并且其中多个开口从外研磨表面延伸到基底的第二表面;
非织造过滤介质,其具有第一表面和与第一表面相对的第二表面,其中非织造过滤介质的第一表面邻近并附连到基底的第二表面上,其中该非织造过滤介质包括多根纤维;和
多孔附着织物,其邻近并附连到非织造过滤介质的第二表面上。
其中多个开口与该非织造过滤介质合作,以允许颗粒从外研磨表面流向多孔附着织物,并且其中在未使用的状态下,根据压降测量试验,磨料制品的至少一部分具有0.2毫米水柱至20毫米水柱范围内的压降。
在另一方面,本发明提供一种制备磨料制品的方法,该方法包括:
提供多孔磨料构件,包括:磨料层,其邻近并附连到基底的第一表面上,该磨料层包括多个磨粒,磨粒通过至少一种粘结剂附连到基底的第一表面上,其中磨料层具有外研磨表面,其中基底具有与基底的第一表面相对的第二表面,并且其中多个开口从外研磨表面延伸到基底的第二表面;
提供非织造过滤介质,该非织造过滤介质具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面,其中非织造过滤介质的第一表面邻近并附连到基底的第二表面上;
将非织造过滤介质附连到基底的第二表面上;以及
将多孔附着织物附连到非织造过滤介质的第二表面上。
其中多个开口与该非织造过滤介质合作,以允许颗粒从外研磨表面流向多孔附着织物,并且其中在未使用的状态下,根据压降测量试验,磨料制品的至少一部分具有0.2毫米水柱至20毫米水柱范围内的压降。
在又一个方面,本发明提供了一种磨料制品,包括:
多孔磨料构件,包括:磨料层,其邻近并附连到基底的第一表面上,该磨料层包括多个磨粒,磨粒通过至少一种粘结剂附连到基底的第一表面上,其中磨料层具有外研磨表面,其中基底具有与基底的第一表面相对的第二表面,并且其中多个开口从外研磨表面延伸到基底的第二表面;
非织造过滤介质,其具有第一表面和与第一表面相对的第二表面,其中非织造过滤介质的第一表面邻近并附连到基底的第二表面上,其中非织造过滤介质包括多根纤维,并且其中非织造过滤介质的厚度为1至25毫米,体密度为0.04克/立方厘米至0.5克/立方厘米;以及
多孔附着织物,其邻近并附连到非织造过滤介质的第二表面上。
其中多个开口与非织造过滤介质合作,以允许颗粒从外研磨表面流向多孔附着织物。
在又一个方面,本发明提供了一种制备磨料制品的方法,该方法包括:
提供多孔磨料构件,包括:磨料层,其邻近并附连到基底的第一表面上,该磨料层包括多个磨粒,磨粒通过至少一种粘结剂附连到基底的第一表面上,其中磨料层具有外研磨表面,其中基底具有与基底的第一表面相对地第二表面,并且其中多个开口从外研磨表面延伸到基底的第二表面;
提供非织造过滤介质,其具有第一表面和与第一表面相对的第二表面,其中非织造过滤介质的第一表面邻近基底的第二表面,其中第二非织造过滤介质的厚度为0.5厘米至15厘米,体密度为0.04克/立方厘米至0.5克/立方厘米;
将非织造过滤介质附连到基底的第二表面上;以及
将多孔附着织物附连到非织造过滤介质的第二表面上。
其中多个开口与非织造过滤介质合作,以允许颗粒从外研磨表面流向多孔附着织物。
在某些实施例中,多孔磨料构件包括开孔的涂覆磨料。在某些实施例中,多孔磨料构件包括筛网磨料。在某些实施例中,多孔附着织物包括两部分机械接合系统的环部分或钩部分。在某些实施例中,非织造过滤介质和多孔附着织物通过针轧或缝编彼此附连。在某些实施例中,多孔磨料构件通过粘合剂附连到非织造过滤介质上。在某些实施例中,非织造过滤介质通过粘合剂附连到多孔附着织物上。在某些实施例中,非织造过滤介质具有外周边缘,该外周边缘是密封的。在某些实施例中,非织造过滤介质包括合成纤维,其选自由聚丙烯纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、以及它们的混合物组成的组。在某些实施例中,非织造过滤介质包括吹塑微纤维网。在某些实施例中,非织造过滤介质具有驻极体电荷。
在某些实施例中,基底的第二表面和非织造过滤介质的第一表面是共延的。在某些实施例中,基底选自由金属箔、纸张、织物、和塑料薄膜组成的组。在某些实施例中,磨料制品包括磨盘。
在某些实施例中,多孔附着织物附连到非织造过滤介质上。在某些实施例中,多孔附着织物包括两部分机械接合系统的环部分或钩部分。在某些实施例中,非织造过滤介质和多孔附着织物通过针轧或缝编彼此附连。
根据本发明的磨料制品可用于研磨工件表面,方法(例如)包括:使表面与磨料制品接触,然后使磨料制品和表面相对运动,以机械的方式改性表面。
有利的是,例如,如果与具有真空源的工具结合使用的话,根据本发明的磨料制品尤其适用于产生可测量的颗粒(例如尘屑)量的那些研磨应用,并且在至少一些实施例中,可以有效地捕集在这类研磨应用中产生的颗粒的至少40%、50%(即大部分)、60%、70%、80%、或甚至大于90%。
如本文所用,
术语“空气阻力”是指空气穿过非织造织物或磨料制品的厚度维度时受到的阻力,并且当用于比较目的时,所有的空气阻力值均拟根据类似的条件测量;
术语“织物”包括织造和针织的材料,但不包括非织造材料。
术语“非织造过滤介质”是指一种材料,其具有内部空隙空间,并且基本上由多根纤维通过除机织或针织以外的方法缠绕和/或粘合形成的;以及
术语“厚度”用于非织造过滤介质时是指使用13.8Pa(每平方英寸0.002磅)的压板力,根据ASTM D5736-95标准(2001年重新审订)“Standard Test Method for Thickness of Highloft NonwovenFabrics”测得的非织造织物的厚度。
【附图说明】
图1A为根据本发明的一个实施例的示例性磨料制品在部分切除之后的透视图,以反映形成制品的层;
图1B为图1A所示的磨料制品的示意性剖视图;
图2A为可用于根据本发明的磨料制品的示例性多孔磨料构件的俯视图;
图2B为图2A所示的多孔磨料构件的剖视图;
图3为可用于根据本发明的磨料制品的示例性多孔磨料构件在部分切除之后的俯视图,以反映形成磨料制品的部件;以及
图4为示出示例性孔图形400的比例俯视图,已用于直径为12.7cm(5英寸)的涂附磨盘。
这些理想化的附图旨在仅示例性而非限制性地示出本发明的磨料制品。
【具体实施方式】
图1A示出已部分切除的示例性磨料制品102(作为磨盘示出)的透视图。如图1A所示,磨料制品102具有多孔磨料构件104、非织造过滤介质120和多孔附着织物146。多孔磨料构件104包括使得颗粒(例如在研磨期间产生的尘屑)流动穿过多孔磨料构件104的多个开口。然后颗粒被过滤介质捕捉在磨料制品内。可选的密封件105密封非织造过滤介质120的外周边缘106(图1B中示出),从而抑制磨料制品未保留下来的颗粒从侧面逸出。
图1B示出图1A所示的磨料制品102的示意性剖视图。如图1B所示,磨料制品102包括多个层。非织造过滤介质120包括第一表面122以及与第一表面122相对的第二表面124。非织造过滤介质120的第一表面122邻近多孔磨料构件104。非织造过滤介质120的第二表面124邻近多孔附着织物146。
图2A示出用于形成多孔磨料构件的示例性涂附磨料的俯视图。图2B示出图2A所示的多孔磨料构件一部分的剖视图。如图2B所示,多孔磨料构件204包括具有第一表面208和第二表面210的基底206、底胶214、多个磨粒212、和复胶215。如图2A所示,多孔磨料构件204包括多个小孔216(图2B中未示出)。
图3示出用于形成多孔磨料构件的示例性筛网磨料的俯视图。图3包括部分剖面图以反映构成研磨层的部件。如图3所示,多孔磨料构件304包括开口网片基底306、底胶314、多个磨粒312、以及复胶315。多孔磨料构件304包括穿过多孔磨料构件延伸的多个开口316。开口316由开口网片基底306中的开口318形成。
开口网片基底可以由任何多孔材料制成,包括(例如)打孔膜、非织物、或机织织物或针织织物。在图3中所示的实施例中,开口网片基底306是打孔膜。用于基底的膜可由金属、纸张、或塑料制成,包括模制热塑性材料和模制热固性材料。在一些实施例中,开口网片基底包括打孔或有狭缝且经过拉伸的片状材料。在一些实施例中,开口网片基底包括玻璃纤维、尼龙、聚酯、聚丙烯、或铝。
开口网片基底306中的开口318可以成大致的正方形,如图3所示。在其它实施例中,开口的形状可以是其它几何形状,包括(例如)矩形、圆形、椭圆形、三角形、平行四边形、多边形、或这些形状的组合。可以将开口网片基底306中的开口318确定为均一的尺寸并如图3所示进行设置。在其它实施例中,通过例如采用随机的开口布置图形、改变开口的尺寸或形状、或随机设置、随机形状、以及随机尺寸的任何组合,可以不均一地设置开口。
在另一个方面,具有机织或针织基底的筛网磨料可用于形成多孔磨料构件。机织基底通常包括沿第一方向延伸的多个大致平行的经向元件和沿第二方向延伸的多个大致平行的纬向元件。开口网片基底的纬向元件和经向元件相交以形成大量开口。第二方向可以与第一方向垂直,以在织造开口网片基底中形成正方形开口。在一些实施例中,第一方向和第二方向相交形成菱形的图案。开口的形状可以是其它几何形状,包括(例如)矩形、圆形、椭圆形、三角形、平行四边形、多边形、或这些形状的组合。在一些实施例中,经向元件和纬向元件是以一上一下织法织造在一起的纱线。
经向元件和纬向元件可以本领域中的技术人员已知的任何方式进行组合,包括(例如)针织、缝编或粘合剂粘合。经向元件和纬向元件可以是纤维、原丝、线、纱线或它们的组合。经向元件和纬向元件可以由本领域内的技术人员已知的多种材料制成,包括(例如)合成纤维、天然纤维、玻璃纤维、以及金属。在一些实施例中,经向元件和纬向元件包括由热塑性材料或金属丝形成的单原丝。在一些实施例中,织造开口网片基底包括尼龙、聚酯、或聚丙烯。
多孔磨料构件,不管是筛网磨料、打孔的涂覆磨料、或以其它方式,均可包括具有不同开口面积的开口。多孔磨料构件中开口的“开口面积”是指在多孔磨料构件的厚度的上方测得的开口的面积(即由材料的周边界定的面积,三维物体可穿过该材料形成的开口通过)。可用的多孔磨料构件的平均开口面积通常为每个开口至少约0.5平方毫米。在一些实施例中,多孔磨料构件的平均开口面积为每个开口至少约1平方毫米。在另外一些实施例中,多孔磨料构件的平均开口面积为每个开口至少约1.5平方毫米。
多孔磨料构件,不管是机织的、打孔的或以其它方式,均包括总开口面积,该总开口面积影响可以穿过多孔磨料构件的空气量以及磨料层的有效面积和性能。多孔磨料构件的“总开口面积”是指在由多孔磨料构件的周边所形成的区域的上方测得的开口的累计开口面积。多孔磨料构件的总开口面积为每平方厘米磨料层至少约0.01平方厘米(即1%的开口面积)。在一些实施例中,多孔磨料构件的总开口面积为每平方厘米磨料层至少约0.03平方厘米(即3%的开口面积)。在另外一些实施例中,多孔磨料构件的总开口面积为每平方厘米磨料层至少约0.05平方厘米(即5%的开口面积)。
通常,多孔磨料构件的总开口面积小于每平方厘米磨料层约0.95平方厘米(即95%的开口面积)。在一些实施例中,多孔磨料构件的总开口面积小于每平方厘米磨料层约0.9平方厘米(即90%的开口面积)。在另外一些实施例中,多孔磨料构件的总开口面积小于每平方厘米磨料层约0.80平方厘米(即80%的开口面积)。
如上所述,多孔磨料构件,不管是打孔的涂覆磨料、涂附筛网磨料、非织造磨具、或以其它方式,均包括多个磨粒和至少一种粘结剂。在一些实施例中,磨料层包括底胶、复胶、超胶涂层、或它们的组合。在一些实施例中,通过固化在粘结剂前体中含有磨粒的浆料涂层,至少部分地形成磨料层。通常,使用含有第一粘结剂前体的底胶层前体涂覆基底的至少一部分(例如处理过或未处理过的背衬、开口网片或非织造纤维织物),来制备涂覆磨料的底胶层。
可在基底上进行一种或多种处理(例如涂覆背胶层、预胶层、浸渍剂、或亚胶层)。合适的基底在磨料领域中是广泛已知的,可由(例如)金属箔、纸张、织物(例如针织物、非织物(包括开口稀松布和紧密织造的织物)、织造网(例如稀松布)、塑料薄膜(例如包括热塑性材料,例如聚酯、聚乙烯、和聚丙烯)、以及它们的组合组成。在一些实施例中,基底不具有层合物结构。
优选的是,基底相对薄,并且是柔性的。例如,在一些实施例中,基底的厚度可小于1毫米、小于0.5毫米、或甚至小于0.1毫米。在一些实施例中,延伸穿过基底厚度的孔、洞或其它多孔结构在其整个长度上具有大致均匀的横截面。
然后磨粒被至少部分地嵌入(例如通过静电或滴涂)包括第一粘结剂前体的底胶层前体,并且底胶层前体至少部分地固化。磨粒的静电涂层通常会形成直立取向的磨粒。围绕磨料制品,术语“直立取向”是指大多数磨粒的较长维度基本上以垂直于基底的方向(即介于60度和120度之间)取向的特性。也可以使用使磨粒直立取向的其它技术。
然后,通过以下方式制备复胶层:在底胶层和磨粒的至少一部分上涂覆包含第二粘结剂前体(其可以与第一粘结剂前体相同或不同)的复胶层前体,并且至少部分地固化此复胶层前体。在一些涂覆的磨料制品中,将顶胶涂布到复胶层的至少一部分。如果存在,则顶胶层通常包括助磨剂和/或抗填充材料。
通常,粘结剂是通过固化(例如,通过加热装置、或通过使用电磁辐射或粒子辐射)粘结剂前体形成的。底胶、复胶、顶胶、和浆料涂布中适用的可用的粘结剂前体在磨料领域中是熟知的,并且包括(例如)自由基聚合性单体和/或低聚物、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树酯、氨基塑料树脂、氰酸酯树脂、或它们的组合。可用的粘结剂前体包括热固化树脂和辐射固化树脂,这些树脂可通过(例如)加热和/或暴露于辐射而被固化。
如在本领域中熟知的,催化剂、引发剂、和/或固化剂可通常以有效量与粘结剂前体联合使用。
适于涂覆磨料的磨粒包括(例如)通常用于磨料制品的任何已知的磨粒或材料。可用于涂附磨料的磨粒实例包括(例如):熔融氧化铝、热处理过的氧化铝、白色熔融氧化铝、黑碳化硅、绿碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝-氧化锆、溶胶-凝胶磨粒、硅石、氧化铁、氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、硅酸盐、金属碳酸盐(如碳酸钙(如白垩、方解石、泥灰岩、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、硅石(如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(如滑石、粘土(蒙脱石)、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐(如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、三水合铝、石墨、金属氧化物(如氧化锡、氧化钙、氧化铝、二氧化钛)和金属亚硫酸盐(如亚硫酸钙)、金属颗粒(如锡、铅、铜)、由热塑性材料(如聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、缩醛聚合物、聚氯乙烯、聚氨酯、尼龙)形成的塑料磨粒、由交联聚合物(如酚醛树脂、氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、丙烯酸酯树脂、丙烯酸改性异氰脲酸酯树脂、脲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂、丙烯酸改性环氧树脂)形成的塑料磨粒、以及它们的组合。磨粒也可以是包括附加组分(例如为粘结剂)的凝聚物或复合物。在选择用于具体研磨应用的磨粒时所采用的标准通常包括:研磨寿命、切削速率、基底表面光洁度、磨削效率、和产品成本。
涂覆磨料构件还可以包括可选的添加剂,例如磨粒表面改性添加剂、偶联剂、增塑剂、填充剂、膨胀剂、纤维、抗静电剂、引发剂、悬浮剂、光敏剂、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、UV稳定剂、和悬浮剂。选择这些材料的量从而得到所需的特性。也可将添加剂掺入到粘合剂中、作为单独的涂层涂覆、保持在凝聚物的孔内、或上述方式的组合。
如果磨料构件不是固有多孔的(如由于基底的实质),可以(例如)通过机械打孔(如模冲)、激光打孔、任何其它适用技术对其进行打孔。可采用任何图形的孔。孔可为(例如)倒圆或长方形、直的、弧形、或某些复合形状。多孔磨料构件应该有足够的孔隙率,使得颗粒(如尘屑)以相当于其产生的速率从外磨料表面流向非织造过滤介质。
适用于作为多孔磨料构件的商购开孔涂附磨料制品的实例包括以商品名“NORTON MULTI-AIR”得自Saint-Gobain Abrasives GmbH(Wesseling,Germany)的材料、以及以商品名“CLEAN SANDING DISC”得自3M公司(Saint Paul.Minnesota)的涂附磨盘。
在一些实施例中,非织选过滤介质的平均厚度在至少0.5毫米、1毫米、或甚至至少5毫米至多达10毫米或15毫米的范围之内。在其它实施例中,非织造过滤介质的厚度为多达20毫米、或甚至30毫米、或更多。在一些实施例中,非织造过滤介质的平均厚度小于约20毫米。
在一些实施例中,非织造过滤介质的体密度为0.04克/立方厘米至0.5克/立方厘米(g/cm3)。例如,过滤介质的体密度可为0.75g/cm3至0.4g/cm3,或者从1g/cm3至0.3g/cm3。
可以对磨料制品的过滤介质进行静电充电。静电充电通过增加颗粒和过滤介质表面之间的吸引力来提高过滤介质从流体流中除去颗粒物的能力。靠近过滤介质的纤维的无碰撞颗粒更容易从流体流中除去,而碰撞颗粒则粘附得更加牢固。无源静电充电由驻极体提供,驻极体是具有半永久性电荷或永久性电荷的电介质材料。可由驻极体充电的聚合物材料包括非极性聚合物,例如聚四氟乙烯(PTFE)和聚丙烯。
采用若干方法对电介质材料充电,其中任何一种方法均可用于对磨料制品的过滤介质充电,这些方法包括电晕放电、在存在荷电电场的情况下加热和冷却材料、接触起电、用荷电颗粒喷射纤维织物、以及用水射流或水滴流撞击表面。此外,可以通过使用共混材料提高表面的荷电率。充电方法在下述美国专利中公开:No.RE 30,782(van Turnhout等人);No.RE 31,285(van Turnhout等人);No.5,496,507(Angadjivand等人);No.5,472,481(Jones等人);No.4,215,682(Kubik等人);No.5,057,710(Nishiura等人);以及No.4,592,815(Nakao);No.5,976,208(Rousseau等人)。
非织造过滤介质包括多根纤维。
在一些实施例中,非织造过滤介质包括直径小于约100微米、并且直径有时小于约50微米、并且有时小于约1微米的纤维。
非织造过滤介质可由许多有机高分子材料制成,包括混合物和共混物。适用的过滤介质包括宽泛的商购材料范围。这些过滤介质包括聚烯烃,例如聚丙烯、直链低密度聚乙烯、聚-1-丁烯、聚(4-甲基-1-戊烯)、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯;或聚氯乙烯;芳族聚芳烃,例如聚苯乙烯;聚碳酸酯;聚酯;以及它们的组合(包括共混物或共聚物)。在一些实施例中,这些材料包括无支链烷基的聚烯烃和它们的共聚物。在其它实施例中,这些材料包括热塑性纤维前体(如聚烯烃,例如聚乙烯、聚丙烯、它们的共聚物等)。其它合适的材料包括:热塑性聚合物,例如聚乳酸(PLA);非热塑性纤维,例如纤维素、人造丝、丙烯酸以及改性的丙烯酸(卤素改性的丙烯酸);聚酰胺或聚酸亚胺纤维,例如以商品名“NOMEX”和“KEVLAR”得自E.I.du Pont de Nemours&Co.(Wilmington,Delaware)的那些;以及不同聚合物的纤维共混物。
可采用常规的非织造技术将非织造过滤介质形成织物,包括(例如)熔喷(例如形成吹塑微纤维网)、纺粘、梳理法、气纺(干纺)、或湿法成网技术。有关吹塑微纤维网的详细信息及其制造方法在本领域中是熟知的,并且可存在于(例如)美国专利No.6,139,308(Berrigan等人)和No.5,496,507(Angadjivand等人)中。示例性熔喷非织造过滤介质包括双峰吹塑微纤维介质,(例如)在2006年7月31日提交的Brandner等人的美国专利申请No.11/461136中有所描述。
如果需要,非织造过滤介质可具有梯度密度,(例如)通过使可热成形的非织造织物与热罐接触来制备。
如果需要,可以采用已知方法(包括(例如)使用电晕放电电极或高强度电场)对纤维或纤维织物充电。可以在形成纤维期间、将纤维形成过滤纤维织物之前或之中或形成过滤纤维织物之后,对纤维充电。非织造过滤介质可包括涂有聚合物粘结剂或粘合剂(包括压敏粘合剂)的纤维。。
多孔附着织物允许气流通过。多孔附着织物可包括粘合剂层、织物、片状材料、模制主体、或它们的组合。片状材料可包括(例如)两部分机械接合系统的环部分或钩部分。多孔附着织物可包括带有任选隔离衬片的压敏粘合剂层,以在处理过程中对其加以保护。
在一些实施例中,多孔附着织物包括织造或针织的环材料。环材料可用于将磨料制品附连到具有互补配合部件的支撑垫上。织造和针织的多孔附着织物材料可具有包括在其织物结构内的成环原丝或纱线,以形成与钩接合的直立的环。所使用的织造或非织造材料可以由天然纤维(如木纤维或棉纤维)、合成纤维(如聚酯或聚丙烯纤维)或天然纤维和合成纤维的组合制成。在一些实施例中,多孔附着织物包括尼龙、聚酯或聚丙烯。
在一些实施例中,选择了具有不会显著妨碍气流由其穿过的开口结构的环多孔附着织物。在一些实施例中,至少部分地基于材料的孔隙率来选择多孔附着织物材料。
在一些实施例中,多孔附着织物包括钩材料。用于形成在磨粒制品中可用的钩材料的材料可通过本领域内的技术人员已知的多种不同方法中的一种来制备。在制备多孔附着织物中有用的钩材料的若干合适的制备方法包括(例如)下列几个美国专利中描述的方法:No.5,058,247(Thomas等人);No.4,894,060(Nestegard);No.5,679,302(Mil l er等人);以及No.6,579,161(Chesley等人)。
钩材料可为多孔材料,例如为美国专利申请公开No.2004/0170801(Seth等人)中记录的聚合物结网材料。在其它实施例中,钩材料可以开孔,以允许气流通过。钩材料中的孔可以采用本领域内的技术人员已知的任何方式形成。例如,可以使用冲模、激光或本领域的技术人员已知的其它穿孔工具从钩材料片剖切孔。在其它实施例中,钩材料可以形成为具有孔。
磨料制品的多孔磨料构件与过滤介质彼此附连的方式应使得不会抑制颗粒从一个层流到下一个层,但可存在对颗粒流动的部分或较小阻碍。在一些实施例中,多孔磨料构件与过滤介质彼此附连的方式应不会明显阻碍颗粒从一个层流到下一个层。在一些实施例中,在多孔研磨构件和非织造过滤介质之间引入粘合剂,从而至少部分地限制颗粒流动穿过磨料制品的程度。可以通过采用不连续的方式在层之间施加粘合剂,例如为分立的粘合剂区域(如雾化喷雾或贫料挤出模头)或不同的粘合剂线(如热熔旋流喷雾或图案辊涂布机),使限制的程度最小化。
磨料制品的多孔附着织物以不抑制气流通过过滤介质的方式附连到过滤介质上。在一些实施例中,磨料制品的多孔附着织物以基本上不阻碍气流通过过滤介质的方式附连到过滤介质上。可通过在包括片状材料的多孔附着织物和过滤介质之间引入粘合剂的方式来至少部分地限制气流穿过多孔附着织物的程度。可通过以不连续的方式,例如为分立的粘合区域(如雾化喷雾或贫料挤出模头)或不同的粘合线条(如热熔旋流喷雾或图案化辊涂布机),在多孔附着织物的片状材料和过滤介质之间涂布粘合剂,使限制的程度最小化。
示例性的可用的粘合剂包括压敏粘合剂和非压敏粘合剂。压敏粘结剂通常在室温下具有粘性,而且至多用手指轻轻一压就能粘附到表面,而非压敏粘结剂包括溶剂活化、加热活化或辐射活化的粘结剂体系。可用的粘合剂的实例包括基于聚丙烯酸的一般组合物;聚乙烯醚;包含二烯的橡胶,例如天然橡胶、聚异戊二烯、和聚异丁烯;聚氯丁二烯;丁基橡胶;丁二烯-丙烯腈聚合物;热塑性弹性体;嵌段共聚物,例如苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯-二烯聚合物和苯乙烯-丁二烯聚合物;聚(α-烯烃);无定形聚烯烃;有机硅;含有乙烯的共聚物,例如聚(乙烯-co-乙酸乙烯),聚(乙烯-co-丙烯酸乙酯),以及聚(乙烯-co-甲基丙烯酸乙酯)。聚氨酯;聚酰胺;聚酯;环氧树脂;聚(乙烯基吡咯烷酮)和乙烯基吡咯烷酮共聚物;以及上述材料的混合物。另外,粘结剂可以包含添加剂,例如增粘剂、增塑剂、填充剂、抗氧化剂、稳定剂、颜料、散射颗粒、固化剂、和溶剂。
使用任何适当的附连形式(例如胶粘法、压敏粘合剂、热熔粘合剂、喷雾粘合剂、热粘结、针轧、缝编法和超声波结合)将磨料制品中的各种层保持在一起。在一些实施例中,通过在多孔磨料制品的一侧涂布喷雾粘合剂将层彼此粘合在一起,该喷雾粘合剂为(例如为)得自3M公司(St.Paul,Minnesota)的“3M BRAND SUPER 77 ADHESIVE”。在其它实施例中,使用热熔喷枪或具有梳状垫片的挤出机将热熔粘合剂涂布到层的一侧上。在其它实施例中,在待接合的层之间放置预成形的粘合剂网片。
如果需要,可将密封件施加到磨料制品的外周边缘上,典型的是施加到外周边缘的至少大部分(如果不是全部),以减少或抑制磨料制品未保留下来的颗粒从侧面逸出。密封件的实例包括焊接、条带、乳胶涂层、铆接、和密封剂(如乳胶或有机硅)。
根据本发明的磨料制品通常用于在研磨过程中收集颗粒,并且在某些情况下,能够保留高速递送的大量颗粒。磨料制品适用于可与该制品联合使用的任何器件一起使用。实例包括无规轨道、双功能磨砂盘、带有或不带有施加到多孔附着织物和/或第二非织造过滤介质的真空。
因此,在一些实施例中,采用压降测量试验(见下文),根据本发明的磨料制品的至少一部分(如代表性的打孔区域)(在未使用的状态下)具有0.2毫米水柱至20毫米水柱范围内的压降。例如,采用压降测量试验,根据本发明的磨料制品的至少一部分(在未使用状态下)可具有1毫米水柱至15毫米水柱、或甚至4毫米水柱至10毫米水柱范围内的压降。
压降测量试验按以下步骤进行:
确定在整个磨料制品厚度上的压降的方法是:使用过滤器测试装置,其包括串联安装的一对内径相同的圆筒,使得圆筒的长度在垂直方向上,并且气流以每秒5.2厘米的沿面速度流动穿过圆筒。将压力传感器安装到每一个圆筒上,以测量圆筒内的压力。将顶部圆筒和底部圆筒的相邻末端密封在磨料制品上。为抑制侧漏,将被测试的磨料制品紧紧地夹在圆筒之间,使磨料制品的外磨料表面与气流的方向垂直且面向气流。第一圆筒和第二圆筒之间的气压差记录为磨料制品的压降。
本文引用的所有专利、专利申请、和出版物每一个如同单独并入的一样全文以引用方式并入。
下面实例进一步说明了本发明的优点和其它实施例,但是这些实例中叙述的具体材料和数量、以及其它条件和细节,均不应被理解为对本发明的不当限制。
除非另外指明,否则实例和说明书的其余部分中的所有部件、百分比、比率等均按重量计。
实例
以下缩写在以下实例中贯穿使用:
步骤1:密封过滤介质边缘
将DAP Products,Inc.(Baltimore,Maryland)制造的商品名为“DAP ALEX PLUS”的硅丙烯酸填隙材料的平滑、连续的珠围绕盘的外周边缘施加(与周围邻接),由此密封过滤介质1(FM1)的盘的边缘。通过刮刀使填隙材料进入过滤介质的边缘。允许填隙材料干燥至少8小时。将以这种方式密封的FM1定为FM3。
步骤2:将胶带层合到磨料上,然后用激光器打孔
将磨料片1(AM1)层合到类似大小的双面胶带上,该胶带以商品名“3M9640.33mm(13MIL)TRANSFER TAPE”得自3M公司。移除胶带的一侧底纸,将AM1片上与外研磨表面相对的一侧手动层合到胶带的暴露的、发粘的压敏粘合剂。按照图4所示的图形400对层合的磨料进行激光器打孔。将这种层状构造的激光器打孔并且切削成直径12.7cm(5英寸)的盘定为AM2。
步骤3:将过滤介质或磨料附连到AT1上。
将以商品名“SUPER 77 SPRAY ADHESIVE”商购自3M公司的压敏粘合剂涂布到约为15.2cm(6英寸)的方形AT1片的非环一侧,并且使其在25摄氏度下干燥大约30秒。粘合剂的干重为约12毫克/平方厘米(mg/cm2)。将过滤介质FM1或FM3、或磨料AM5或AM6的圆形表面层合到AT1的粘合剂涂布的表面上。用剪刀剪除从构造的边缘突出的多余AT1材料,形成圆形的、大致共延的多层构造。
步骤4:将过滤介质附连到AM2上
移除AM2的胶带的底纸,暴露出胶带的发粘的压敏粘合剂。将过滤介质FM1或FM3的合适圆盘与粘合剂对齐,然后手动地将其层合到粘合剂上,使得AM2层与过滤介质层基本上为共延的。
使用上述步骤,按照表1、表2和表3中指定的那样制备多种多层磨料滤盘。复制品实例(即相同构造的复制品)由数字加字母的形式(例如实例1a、实例1b)表示。复制品比较例由字母加数字的形式(例如比较例A1、比较例A2)表示。表4中记录了一些介质材料的各种特性。
对于任何指定的具体实例而言,在表中彼此相邻的部件(如磨料介质、过滤介质和附着织物)在实际的磨料制品中也是彼此相邻的。对本领域内的技术人员显而易见的是,只要能获得所需的最终构造,往往不用特别注意层组合在一起形成多层磨盘的处理序列。
测试方法
磨砂测试方法1
对直径为12.7cm(5.0英寸)的磨盘进行称重,然后将其附连到以商品名“3M HOOKIT BACKUP PAD,#20206”得自3M公司的具有40个孔、直径为12.7cm(5.0英寸)、厚度为0.95cm(3/8英寸)的泡沫支撑垫上。然后将支撑垫和盘组件安装到得自Dynabrade Corp.(Clarence,NewYork)的21033型、直径为12.7cm(5.0英寸)的中级精修双功能定轨磨砂机上。手动地使盘的磨料面接触预称重的、46cm×76cm(18英寸×30英寸)凝胶涂布的玻璃纤维强化塑料面板,该塑料面板得自White BearBoat Works(White Bear Lake,Minnesota)。磨砂机在620kPa(90psi)的空气管道压力和44N(10磅)下压力下运行两个循环,每一个循环各75秒。采用与所用工件的表面呈0度的角度。每一个循环由24次重叠的横向打磨构成,总长为12.8m(504英寸),模具以每秒17cm(6.7英寸/秒)的速度越过面板表面,从而得到均匀打磨的测试面板区域。第一个磨砂循环之后,通过在整个打磨面板的顶部吹送压缩空气以移除可见粉尘来清洁测试面板。从支撑垫上移除盘,并称重面板和盘。将磨料重新安装到支撑垫上,然后使用同一测试面板重复75秒的磨砂循环。再次通过在整个打磨面板的顶部吹送压缩空气以移除可见粉尘来清洁测试面板。从支撑垫上移除磨盘,并称重面板和磨盘。记录第二个磨砂循环后的数据,累计磨砂时间为150秒。
对通过这种方法测试的每一个样品进行以下测量,将每个样品的两个测试样品的平均值记录在表1和表2中,如所指出的那样:
“切削量”:从塑料面板中移除的重量,以克为单位;
“保留量”:样品盘中收集到的颗粒的重量,以克为单位;以及
“DE%”:保留量与切削量的比率乘以100。
表面光洁度测量测试方法
使用以商品名“PERTHOMETER MODEL M4P-130589”得自MahrCorporation(Cincinnati,Ohio)的表面光洁度测试装置确定经研磨的测试面板的所得表面光洁度。在测试面板的三个经研磨的区域上测量表面光洁度值,每一个区域都经过150秒的磨砂测试。记录每一次测量的Rz(也称为Rtm),Rz为最大峰谷值的平均数。
改进的压降测量测试
本文上述的压降测量测试采用过滤测试装置,该装置包括一对内径为11.4cm(4.5英寸)的圆筒,气流流速为32升/分钟。压力传感器以商品名“MKS BARATRON PRESSURE TRANSDUCER,398HD-00010SP12”(1.33kPa(10托)范围)得自MKS Instruments(Wilmington,Massachusetts)。
将磨砂测试1作为与表1中生成的数据相对应的研磨步骤使用。
并非所有的实例都采用改进的压降测试进行测量。表2记录表1记录的某些实例的改进压降测试数据以及其它比较例的相关数据。
磨料制品先使用改进的压降测试进行测量,然后再采用磨砂测试方法1进行任何研磨。
表2
磨料 构件 非织造过滤 介质 附着织物 ΔP (毫米水柱) 实例1B AM2 FM1 AT1 0.71 比较例G2 AM2 FM1 无 0.38 比较例A2 AM3 无 无 0.06 比较例B AM4 无 无 0.03 比较例C AM5 无 无 0.03 比较例D AM5 无 AT1 0.09 比较例E AM6 无 无 0.03 比较例F AM6 无 AT1 0.10
表3
介质 基重(g/m2) 厚度, (cm) 体密度(g/cm3) 纤维直径 (微米) FM1 482 (461-503) 0.706 (0.67-0.74) 0.068 30 AT1 70 0.045 0.156 未确定
在不脱离本发明的范围和精神的情况下,本领域内的技术人员可以对本发明作出各种修改和更改,并且应该理解的是,不应该将本发明不适当地限制于本文示出的示例性实施例。