磨料制品及其制备方法
技术领域
本发明整体涉及一种磨料制品。更具体地讲，本发明涉及一种带一体式集尘系统的磨料制品。
背景技术
磨料制品在工业中用于研磨、磨削和抛光应用。磨料制品可以许多不同的尺寸和各种转变的形状获得，如带状、盘状及片状等等。
一般来讲，在采用“片状制品”(即：盘状和片状)形式的磨料制品时，使用支撑垫将磨料制品安装或连接到研磨工具上。一种支撑垫具有多个集尘孔，这些集尘孔通过一系列凹槽相连。集尘孔通常与真空源相连，以帮助控制切屑在磨料制品的研磨表面上的积聚。已知的是，去除研磨表面上的切屑、尘屑和碎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一体式真空系统。这些研磨工具的吸出能力和保持能力有限，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。
在一些研磨工具的构造中，通过与研磨工具相连的软管将切屑收集在复杂的集尘系统中。然而，研磨工具操作人员手头并非总有集尘系统可用。此外，集尘系统需要使用软管，而这些软管可能会很笨重，并且可能干扰操作人员对研磨工具的操作。
因此，一直需要一种提供具有吸尘能力的研磨系统的替代方式。尤其希望提供一种在有或没有中央真空系统的情况下都能使用的磨料制品。
发明内容
本发明整体涉及一种磨料制品。更具体地讲，本发明涉及一种带一体式集尘系统的磨料制品，该集尘系统具有至少两个带通道的过滤介质。两个带通道的过滤介质的组合已显示出具有优于单个带通道的过滤介质的优点，该单个带通道的过滤介质具有相当于这两个带通道的单个过滤介质的总和的尺寸。也就是说，例如，本发明的包括两个5毫米带通道过滤介质的组合的磨料制品已证明具有优于包括单个10毫米带通道过滤介质的对比磨料制品的性能优点。
在一个方面，本发明提供一种磨料制品，该磨料制品包括带开口的多孔磨料层、带通道的第一过滤介质、第二过滤介质、带通道的第三过滤介质、第四过滤介质、以及可任选的附连层。多孔磨料层的开口与通道合作以使颗粒从磨料表面流动到过滤介质。磨料层包括具有第一表面的基底、与第一表面相对的第二表面、使用至少一种粘结剂附连到第一表面的多个磨粒、和从磨料表面延伸至多孔磨料层的第二表面的多个开口。第一和第二过滤介质各包括从过滤介质的第一表面延伸至过滤介质的第二表面的多个通道。
根据本发明的磨料制品的磨料制品的多孔磨料层可以是本领域已知的开孔的涂覆磨料、筛网磨料、非织造磨料、或其它多孔磨料。
在一些方面，带通道的过滤介质的通道由形成通道侧壁的聚合物膜堆叠形成。聚合物侧壁可以包含结构化表面和/或电荷。
在一些方面，第二和第四过滤介质包含非织造材料。在一些方面中，第二和第四过滤介质中的每一个过滤介质包括过滤材料的组合，所述过滤材料包括例如2、3、4或更多层的类似或不同的过滤材料。非织造材料可由聚烯烃纤维形成并且可以具有10至200克/平方米范围内的基重。
在一些方面，附连层为压敏粘合剂，或包括两部分式机械接合系统的环部分或钩部分。
根据本发明的磨料制品的磨料制品用于研磨各种表面，包括例如油漆、底漆、木材、塑料、玻璃纤维以及金属。可改变过滤介质的数量和类型，以使制造商针对指定应用优化磨料制品的性能。磨料制品可以被设计与或者不与中央真空系统一起使用。在一些实施例中，磨料制品可以被用于具有一体式真空系统的工具或连接到中央真空系统的工具。
在另一方面，本发明提供制备具有一体式集尘能力的磨料制品的方法。
根据本发明的磨料制品的磨料制品的上述发明内容并非意图描述根据本发明的磨料制品的磨料制品的每种实施方式的每个公开实施例。后面的附图和详细描述会更具体地举例说明示例性实施例。通过端点给出的数值范围包括了该范围内的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、4、4.80、和5)。
附图说明
图1A为根据本发明的示例性磨料制品在部分切除之后的透视图，以显示构成制品的各层；
图1B为图1A中所示的磨料制品的剖视图；
图2为根据本发明具有一体式附连界面的示例性磨料制品的剖视图；
图3A为根据本发明的示例性多孔磨料层的视图；
图3B为图3A中示出的多孔磨料层的剖视图；
图4为根据本发明的示例性多孔磨料层的俯视图，该多孔磨料层被部分切除以显示构成磨料层的各个部分；
图5A为根据本发明的示例性第一过滤介质层的透视图，该第一过滤介质层包括堆叠的薄膜层；
图5B为图5A所示的示例性第一过滤介质层的一部分的俯视图；
图6为根据本发明的示例性第一过滤介质层的透视图，该第一过滤介质层包括打孔的主体；以及
图7为在实例中标识为“AM”的磨料层的照片。
这些附图都是理想化的，仅仅旨在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示出部分地被剖切的示例性磨料制品102的透视图。如图1所示，磨料制品102具有多孔磨料层104、第一过滤介质120、第二过滤介质140、第三过滤介质160、第四过滤介质180、以及可任选的附连层146。
第一过滤介质120和第三过滤介质160具有分立的通道，如下所述。第二过滤介质140和第四过滤介质180通常由纤维材料制成，例如非织造纤维网。
多孔磨料层104包括能使颗粒流过多孔磨料层104的多个开口。然后由磨料制品中的过滤介质来捕获颗粒。
图1B示出图1A所示的磨料制品的剖视图。如图1B所示，磨料制品102包括多个层。第一过滤介质120包括第一表面122和与第一表面122相对的第二表面124。第二过滤介质140包括第一表面142和与第一表面142相对的第二表面144。第三过滤介质160包括第一表面162和与第一表面162相对的第二表面164。第四过滤介质180包括第一表面182和与第一表面182相对的第二表面184。
第一过滤介质120的第一表面122紧靠多孔磨料层104。第一过滤介质120的第二表面124紧靠第二过滤介质140的第一表面142。第二过滤介质140的第二表面144紧靠第三过滤介质160的第一表面162。第三过滤介质160的第二表面164紧靠第四过滤介质180的第一表面182。附连层146紧靠第四过滤介质180的第二表面184。
本发明的磨料制品的附连层可由粘合剂层、薄片材料、模制本体或它们的组合构成。例如，薄片材料可包括两部分式机械接合系统的环部分或钩部分。在另一个实施例中，附连层包括压敏粘合剂层，该压敏粘合剂层具有可选的隔离衬片以在处理过程中保护压敏粘合剂。在一些优选实施例中，附连层是多孔的，并且允许空气从中穿过。
在一些实施例中，本发明的磨料制品的附连层包含非织造、织造或针织环材料。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。
用于环附连层的适合材料包括织造材料和非织造材料。织造和针织的附连层材料可以具有包括在其织物结构内的成环细丝或纱线，以形成与钩接合的直立的环。非织造环附连界面材料可具有由互锁纤维所形成的环。在一些非织造环附连界面材料中，环是通过以下方式形成的：穿过非织造纤维网来缝制纱线，从而形成直立的环。
适合用作环附连层的可用非织造材料包括(但不限于)气流成网非织造材料、纺粘非织造材料、水刺非织造材料、粘合熔喷纤维网以及粘合梳理纤维网。可以以本领域的技术人员所已知的多种方式来粘合非织造材料，包括例如针刺、缝编、水刺、化学粘接以及热粘接。所用的织造或非织造材料可由天然纤维(例如木纤维或棉纤维)、合成纤维(例如聚酯纤维或聚丙烯纤维)或天然纤维与合成纤维的组合制成。在一些实施例中，附连层由尼龙、聚酯或聚丙烯制成。
在一些实施例中，选择具有不会显著妨碍气流通过的开口结构的环附连层。在一些实施例中，至少部分地根据材料的孔隙度来选择附连层材料。在其它的实施例中，环附连层被选择成起到第四过滤介质以及附连层的作用。
在一些实施例中，本发明的磨料制品的附连层包括钩材料。用于形成在根据本发明的磨料制品的磨料制品中可用的钩材料的材料可以以本领域的技术人员已知的许多不同的方法之一来制备。制备在制备本发明所用的附连层中可用的钩材料的几种合适的方法包括，例如，美国专利No.5,058,247(Thomas等人)(用于低成本的钩扣件)；美国专利No.4,894,060(Nestegard)(用于尿布扣件)、名称为“Method for making amushroom-type hook strip for a mechanical fastener(制备用于机械扣件的蘑菇状吊钩带的方法)”的美国专利No.5,679,302(Miller等人)和美国专利No.6,579,161(Chesley等人)中所述的方法，这些专利均以引用的方式并入本文。
钩材料可以是多孔材料，例如在美国专利公开2004/0170801(Seth等人)中报道的聚合物结网材料，此项专利以引用的方式并入本文。在其它实施例中，钩材料可能有开孔，以便允许气流通过。钩材料中的开孔可以通过本领域技术人员已知的多种方式形成。例如，可以使用冲模、激光或本领域的技术人员已知的其他穿孔工具在一张钩材料上切割出开孔。在其它实施例中，钩材料可以形成有开孔。
图2示出根据本发明的具有一体式附连界面的示例性磨料制品的剖视图如图2所示，磨料制品202包括多个层。第一过滤介质220包括第一表面222和与第一表面222相对的第二表面224。第二过滤介质240包括第一表面242和与第一表面242相对的第二表面244。第三过滤介质260包括第一表面262和与第一表面262相对的第二表面264。第四过滤介质280包括第一表面282和与第一表面相对的附连界面284。与图1A和1B所示的实施例不同，第四过滤介质包括一体式附连界面。在一些实施例中，一体式附连界面可起到两部分式机械接合系统的环部分的作用。环可以是织造或针织纤维，或可以由非织造料片的纤维形成。在其它实施例中，将压敏粘合剂直接施加到第四过滤介质以起到附连界面的作用。
可以利用任何适用的连接形式将本发明磨料制品中的各层保持在一起，例如利用胶水、压敏粘合剂、热熔粘合剂、喷雾粘合剂、热粘结以及超声波粘结。在一些实施例中，通过在多孔磨料制品的一侧上施加喷雾粘合剂将各层彼此粘合在一起，其中喷雾粘合剂例如是得自明尼苏达州圣保罗市3M公司的“3M BRAND SUPER 77 ADHESIVE”。在其它实施例中，使用热熔融喷雾枪、热熔融挤出机或带梳形垫片的挤出机将热熔粘合剂施加到层的一侧。在其它实施例中，在待接合的层之间放置预制的粘合剂网。在一些实施例中，磨料制品中的各层使用焊接保持在一起，如例如在2006年6月13日提交的美国专利申请号11/423,829(Sanders等人)中所公开的。
本发明的磨料制品的多孔磨料层和各个过滤介质层以不阻碍颗粒从一个层流向下一个层的方式彼此附连。在一些实施例中，本发明的磨料制品的多孔磨料层和各个过滤介质层以基本上不阻碍颗粒从一层流向下一层的方式彼此附连。颗粒穿过磨料制品流动的程度可至少部分地因在多孔磨料层与第一过滤介质之间、或第一过滤介质与第二过滤介质之间引入粘合剂而受到限制。可以通过采用不连续的方式在各层之间施加粘合剂，如分立的粘合剂区域(例如雾化喷雾或贫料挤出模头)、不同的粘合剂线(如热熔旋流喷雾或图案辊涂布机)，来使限制的程度最小。在一些实施例中，在层的周边附近施加粘合剂。
本发明的磨料制品的附连层以不阻碍空气从过滤介质流动的方式附连到过滤介质。在一些实施例中，本发明磨料制品的附连层以基本上不阻碍空气从过滤介质流动的方式附连到过滤介质。空气穿过附连层的流动程度可至少部分地因在包括薄片材料的附连层与过滤介质之间引入粘合剂而受到限制。可以通过采用不连续的方式在附连层的薄片材料与过滤介质之间施加粘合剂，如分立的粘合剂区域(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)，来使限制的程度最小。
本发明可用的粘合剂包括压敏粘合剂和非压敏粘合剂。压敏粘合剂通常在室温下就具有粘性，而且最多用手指轻轻一压就能粘附到表面上，而非压敏粘合剂包括溶剂活化、加热活化或辐射活化的粘合剂体系。可用于本发明的粘合剂的实例包括基于以下普通组合物的那些：聚丙烯酸酯；聚乙烯醚；包含二烯的橡胶，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，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一丁二烯聚合物；聚α-烯烃；无定形聚烯烃；硅酮；包含乙烯的共聚物，如乙烯-醋酸乙烯、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸乙酯；聚氨酯；聚酰胺；聚酯；环氧树脂；聚乙烯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，粘合剂可包含添加剂，如增粘剂、增塑剂、填充剂、抗氧化剂、稳定剂、颜料、扩散颗粒、固化剂以及溶剂。
图3A示出用于形成根据本发明的多孔磨料层的示例性涂覆磨料的视图。图3B示出图3A所示的多孔磨料层的部分的剖视图。如图3B所示，多孔磨料层304包括具有第一表面308和第二表面310的基底306、底胶314、多个磨粒312以及复胶315。底胶和复胶可以单独称为或统称为“粘结剂”。如图3A所示，多孔磨料层304包括大量的孔316(图3B未示出)。
图4示出用于形成根据本发明的多孔磨料层的示例性筛网磨料的俯视图。图4包括部分剖面图以显示构成研磨层的各个部件。如图4所示，多孔磨料层404包括开口网基底406、底胶414、大量的磨粒412以及复胶415。多孔磨料层404包括延伸贯穿多孔磨料层的多个开口416。开口416由开口网基底406中的开口418形成。
开口网基底可以由任何多孔材料制成，包括如打孔薄膜、非织物、或机织织物或针织织物。在图4所示的实施例中，开口网基底406是打孔的薄膜。用于背衬的薄膜可由金属、纸或塑料制成，包括由模制热塑性材料和模制热固性材料制成。在一些实施例中，开口网基底由打孔或有切口且经过拉伸的薄片材料制成。在一些实施例中，开口网基底由玻璃纤维、尼龙、聚酯、聚丙烯或铝制成。
开口网基底406中的开口418可以采用图4所示的大致正方形形状。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。开口网基底406中的开口418可采用如图4所示的均一的尺寸和位置。在其它实施例中，通过例如采用随机的开口布置图案、改变开口的形状或尺寸、或者随机布置、随机形状和随机尺寸的任何组合，可使开口布置得不均一。
在另一方面，可用具有机织或针织基底的筛网磨料来形成本发明中的多孔磨料层。机织基底通常包括沿第一方向延伸的大量大致平行的经向元件和沿第二方向延伸的大量大致平行的纬向元件。开口网基底的纬向元件和经向元件相交形成大量开口。第二方向可以与第一方向垂直，以在织造开口网基底中形成正方形开口。在一些实施例中，第一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，经向和纬向元件是以一上一下织法织造在一起的纱线。
经向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。经向和纬向元件可以是纤维、长丝、线、纱线或它们的组合。经向和纬向元件可以由本领域内的技术人员所知的多种材料制成，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，经向和纬向元件包括由热塑性材料或金属丝形成的单丝。在一些实施例中，织造开口网基底包括尼龙、聚酯或聚丙烯。
多孔磨料层，无论是筛网磨料、涂覆磨料、还是其它，都可以包括具有不同开口面积的开口。多孔磨料层中开口的“开口面积”是指在多孔磨料层的厚度上测量的开口的面积(即，由构成开口的材料的周边所限定的面积，其中三维物体可通过该开口)。通常，本发明可用的多孔磨料层的平均开口面积为至少约0.5平方毫米/开口。在一些实施例中，多孔磨料层的平均开口面积为至少约1平方毫米/开口。在其它实施例中，多孔磨料层的平均开口面积为至少约1.5平方毫米/开口。
通常，多孔磨料层的平均开口面积为小于约100平方毫米/开口。在一些实施例中，多孔磨料层的平均开口面积为小于约50平方毫米/开口。在其它实施例中，多孔磨料层的平均开口面积为小于约10平方毫米/开口。
多孔磨料层，不论织造的、打孔的还是其它形式的，都具有总开口面积，该总开口面积影响可通过多孔磨料层的空气量以及磨料层的有效面积和性能。多孔磨料层的“总开口面积”是指在由多孔磨料层的周边所形成的区域上测得的开口的累计开口面积。本发明所用的多孔磨料层具有至少约0.01平方厘米/平方厘米磨料层的总开口面积(即1％的开口面积)。在一些实施例中，多孔磨料层具有至少约0.03平方厘米/平方厘米磨料层的总开口面积(即3％的开口面积)。在其它实施例中，多孔磨料层具有至少约0.05平方厘米/平方厘米磨料层的总开口面积(即5％的开口面积)。
通常，本发明所用的多孔磨料层具有小于约0.95平方厘米/平方厘米磨料层的总开口面积(即95％的开口面积)。在一些实施例中，多孔磨料层具有小于约0.9平方厘米/平方厘米磨料层的总开口面积(即90％的开口面积)。在其它实施例中，多孔磨料层具有小于约0.80平方厘米/平方厘米磨料层的总开口面积(即80％的开口面积)。
如上所述，多孔磨料层，不论是打孔的涂覆磨料、带涂层的筛网磨料、非织造磨料、或其它形式的，都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，可以对基底进行处理，例如施加预胶、背胶、亚胶或饱和剂。
通常，通过在(处理过的或未处理过的)基底的至少一部分上涂覆底胶层前体来制备涂覆磨料的底胶层。然后磨粒被至少部分地嵌入(例如，通过静电涂敷)到包括第一粘结剂前体的底胶前体，并且至少部分地固化此底胶。磨粒的静电涂敷通常会形成直立取向的磨粒。对于本发明的磨料制品来说，术语“直立取向”是指大多数磨粒的较长尺寸基本上垂直于(即在60到120度之间)背衬取向的特性。也可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(其可能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，在复胶层的至少一部分上涂覆顶胶层。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，或者通过使用电磁辐射或粒子辐射)粘结剂前体形成的。研磨领域内已知的可用的第一和第二粘结剂前体包括例如可自由基聚合的单体和/或低聚物、环氧树脂、丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、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，这些树脂可例如通过热和/或暴露在辐射而被固化。
可用于本发明的涂覆磨料的合适的磨粒可以是任何已知的磨粒或在磨料制品中常用的材料。可用于涂覆磨料的合适的磨粒实例包括：例如熔融氧化铝、热处理过的氧化铝、熔融白刚玉、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(例如，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(例如，石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(例如，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(例如，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(例如，氧化锡、氧化钙、氧化铝、二氧化钛)和金属亚硫酸盐(例如，亚硫酸钙)、金属颗粒(例如，锡、铅、铜)、由热塑性材料(例如，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、尼龙)形成的塑料磨粒、由交联聚合物(例如，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、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(如粘结剂)的聚集体或复合材料。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。
本发明可用的涂覆磨料还可以包括可任选的添加剂，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、紫外稳定剂以及悬浮剂。选择这些材料的量以提供所需的特性。也可将添加剂混入粘结剂中、作为单独的涂层涂覆、保持在聚集体的孔内或采用上述方式的组合。
图5A示出用作本发明的第一过滤介质和第三过滤介质的示例性过滤介质的透视图，该过滤介质包括堆叠的薄膜层。图5B示出图5A所示的示例性过滤介质层的一部分的俯视图。如图5A所示，介质层的厚度或高度为H。可以改变第一和第三过滤介质的高度以适应不同的应用。例如，如果特定研磨应用要求具有大的颗粒保持能力的磨料制品，那么可以增加第一或第三过滤介质的高度。可以通过其它参数，包括例如磨料制品的所需刚性，来定义第一或第三过滤介质的高度。在一些实施例中，与磨料制品中使用的其它过滤介质相比，本发明的磨料制品的第一和第三过滤介质的刚性相对较大。
通常，本发明可用的第一和第三过滤介质的平均高度为至少约0.5毫米。在一些实施例中，第一过滤介质的平均高度为至少约1毫米。在其它实施例中，第一过滤介质的平均高度为至少约3毫米。
通常，本发明可用的第一和第三过滤介质的平均高度各为小于约30毫米。在一些实施例中，第一和第三过滤介质的平均高度各为小于约20毫米。在其它实施例中，第一和第三过滤介质的平均高度各为小于约10毫米。
如图5B所示，本发明可用的示例性第一或第三过滤介质包括聚合物薄膜叠堆532，这些聚合物薄膜构成了贯穿第一过滤介质或第三过滤介质520的整个高度的通道526的侧壁528。侧壁528在粘结区域534处被保持在一起。根据本发明的磨料制品的磨料制品中可以包含的第一和第三过滤介质包括例如在美国专利No.6,280,824(Insley等人)、美国专利No.6,454,839(Hagglund等人)和美国专利No.6,589,317(Zhang等人)中描述的过滤介质，其中每项专利均以引用的方式并入本文。
可用于构成本发明的第一和第三过滤介质的聚合物薄膜侧壁的聚合物包括(但不限于)聚烯烃，例如，聚乙烯和聚乙烯共聚物、聚丙烯和聚丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯(PVDF)以及聚四氟乙烯(PTFE)。其它聚合物材料包括醋酸酯、纤维素醚、聚乙烯醇、多糖、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚氨酯、聚脲、聚碳酸酯和聚苯乙烯。聚合物薄膜层可以由可固化树脂材料(如丙烯酸酯或环氧树脂)浇铸成，并通过在加热、紫外线辐射、电子束辐射的作用下以化学方式促进的自由基途径来固化。在一些优选的实施例中，聚合物薄膜层由能够带电的聚合物材料(即介电聚合物)及共混物(如聚烯烃或聚苯乙烯的共混物)形成。
聚合物薄膜层可以具有限定在一面或两面上的结构化表面，如美国专利No.6,280,824(Insley等人)所报道的那样，该美国专利以引用的方式并入本文。结构化表面的形状可以是直立杆或凸起的形状，例如棱锥、立体角、J形钩、蘑菇头等；连续的或断续的脊；例如带有居间通道的矩形脊或V形脊；或它们的组合。这些凸起可以是规则的、无规的或断续的，或与其他结构例如脊相组合。脊式结构可以是规则的、无规的、断续的、彼此平行延伸的、或呈相交或不相交的角度并与脊之间的其它结构(如套脊或凸起)相组合。通常，高纵横比结构可以延伸于薄膜的整个范围或仅一个区域上。当薄膜区域中存在这种结构时，该结构提供比对应的平面薄膜更大的表面积。
可以通过形成结构化薄膜的任何已知方法来制作结构化表面，如在美国专利No.5,069,403和5,133,516(均为Marantic等人)、5,691,846(Benson等人)、5,514,120(Johnston等人)、5,175,030(Lu等人)、4,668,558(Barber)、4,775,310(Fisher)、3,594,863(Erb)或5,077,870(Melbye等人)中所公开的方法。所有这些方法全文以引用方式并入。
图6示出本发明可用的包括打孔主体的另一个示例性第一或第三过滤介质层的透视图。如图6所示，过滤介质620包括具有通道侧壁628的多个通道626，通道侧壁628从过滤介质的第一表面延伸至第二表面。图6所示的过滤介质可以由多种材料构成，包括例如泡沫、纸或塑料，其中塑料包括模制热塑性材料和模制热固性材料。在一些实施例中，第一过滤介质由打孔的多孔泡沫材料制成。在其它实施例中，第一过滤介质由打孔或有切口且经过拉伸的薄片材料制成。在一些使用打孔主体作为第一过滤介质的实施例中，该打孔主体由玻璃纤维、尼龙、聚酯或聚丙烯制成。
第一和第三过滤介质具有从各过滤介质的第一表面延伸至其第二表面的分立通道。通道可以具有直接从过滤介质的第一表面延伸至其第二表面的非曲折路径。通道的横截面积可以用有效圆直径来描述，有效圆直径是指穿过单个通道的最大圆的直径。
通常，本发明可用的具有分立通道的过滤介质的通道的平均有效圆直径为至少约0.1毫米。在一些实施例中，过滤介质的通道的平均有效圆直径为至少约0.3毫米。在其它实施例中，过滤介质的通道的平均有效圆直径为至少约0.5毫米。
通常，本发明可用的带分立通道的过滤介质的通道的平均有效圆直径为小于约2毫米。在一些实施例中，过滤介质的通道的平均有效圆直径为小于约1毫米。在其它实施例中，过滤介质的通道的平均有效圆直径为小于约0.5毫米。
可以使本发明的磨料制品的过滤介质(包括第一、第二、第三以及第四过滤介质)带电荷。充电会增强颗粒和过滤介质表面之间的吸引力，从而提高过滤介质从流体流中除去颗粒物的能力。靠近侧壁通过的非撞击颗粒更容易脱离流体流，而撞击颗粒受到的粘附力更强。驻极体可提供被动的静电充电，驻极体是一种长时间带有电荷的电介质材料。可由驻极体充电的聚合物材料包括非极性聚合物，如聚四氟乙烯(PTFE)和聚丙烯。
有若干方法可以用于使电介质材料带电，其中任何一种方法均可用于使本发明的磨料制品的过滤介质带电，这些方法包括电晕放电、在带电场存在的情况下加热和冷却材料、接触起电、用带电颗粒喷射纤维网及用水射流或水滴流撞击表面。此外，可以通过使用混合材料提高表面的带电能力。以下专利文献中公开了充电方法的实例：美国专利No.RE30,782(vanTurnhout等人)、美国专利No.RE31,285(van Turnhout等人)、美国专利No.5,496,507(Angadjivand等人)、美国专利No.5,472,481(Jones等人)、美国专利No.4,215,682(Kubik等人)、美国专利No.5,057,710(Nishiura等人)和美国专利No.4,592,815(Nakao)。
第二和第四过滤介质可以包括在过滤产品、尤其是空气过滤产品中常规使用的多种类型的多孔过滤介质。第二和第四过滤介质可彼此相同或不同。第二和/或第四过滤介质可以是纤维材料、泡沫、多孔薄膜、薄纸等等。在一些实施例中，第二和/或第四过滤介质包含纤维材料。第二和/或第四过滤介质可以是纤维过滤网，如非织造纤维网，但也可使用机织和针织纤维网。
在一些实施例中，第二和/或第四过滤介质包含纤维材料，该纤维材料的纤维尺寸在直径上小于约100微米，有时小于约50微米，有时小于约1微米。在第二和第四过滤介质中可使用多种基重。如果需要，第二和第四过滤介质可以包括一层或多层(网状结构)的过滤介质。在一些实施例中，第二过滤介质的基重小于第一过滤介质的基重。
第二过滤介质的基重通常在约2克/平方米至约200克/平方米的范围内。在一些实施例中，第二过滤介质在约5克/平方米至约100克/平方米的范围内。在其它实施例中，第二过滤介质在约10克/平方米至约70克/平方米的范围内。
第四过滤介质的基重通常在约10克/平方米至约1000克/平方米的范围内。在一些实施例中，第四过滤介质在约30克/平方米至约500克/平方米的范围内。在其它实施例中，第四过滤介质在约50克/平方米至约200克/平方米的范围内。
第二和第四过滤介质可由多种有机聚合物材料制成，有机聚合物材料包括混合物和共混物。适用的过滤介质包括各种市售材料。它们包括聚烯烃，例如聚丙烯、线性低密度聚乙烯、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(polyarenes)，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(例如，聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯和它们的共聚物等)。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，例如纤维素纤维、人造丝、丙烯酸纤维以及改性的丙烯酸纤维(卤素改性的丙烯酸纤维)；聚酰胺或聚酰亚胺纤维，例如以商品名“NOMEX”和“KEVLAR”从杜邦公司获得的那些；以及不同聚合物的纤维共混物。
在采用了非织造材料作为过滤介质的实施例中，可通过包括熔喷法、纺粘法、梳理法、气流成网法(干法成网)、湿法成网或类似方法在内的传统非织造技术在网中形成非织造过滤介质。如果需要，可以通过已知的方法使纤维或网充电，已知的方法包括例如通过使用电晕放电电极或高强度电场或化学涂敷方法。可以在形成纤维期间、由纤维形成过滤纤维网之前或形成过程中或者形成过滤纤维网之后，使纤维带电。形成过滤介质的纤维甚至可以在与第一过滤介质连接之后再被充电。第二和/或第四过滤介质可以包括涂敷有聚合物粘结剂或粘合剂的纤维，包括压敏粘合剂。
本发明的上下文中第一、第二、第三以及第四过滤介质的有序名称仅与所命名的层有关，不包括可以用在本发明的磨料制品中的其它可选的层。例如，如果在图1A中所示的实施例具有在多孔磨料层104和第一过滤介质120之间的另外的材料层例如可选的过滤层，那么第一过滤介质120出于本发明的目的仍旧被命名为第一过滤介质，即使它实际上是远离磨料层的“第二”过滤介质。同样，如果另外的材料层设置在第二过滤介质140和第三过滤介质160之间，这不会改变第二过滤介质140和第三过滤介质160的名称。
已经发现，本发明的磨料制品能以高的输送速率有效收集大量的颗粒。已经发现，本发明中使用的多个过滤部件能够克服现有磨料制品的缺陷。尽管不希望受任何特定理论的约束，但据信就本发明的磨料制品而言，所述多个过滤部件可按以下方式发挥作用：一给定部件(例如第一过滤介质)可以由辅助部件(例如第二、第三或第四过滤介质)辅助，该辅助部件可以解决第一部件的失效模式问题并进行补偿，进而保持整体高效性并将性能提升至与和其一起使用的磨料的性能相一致的水平。
下面的实例进一步说明了本发明的优点和其他实施例，但是这些例子中所提到的具体材料和其数量以及其他条件和细节，均不应被解释为对本发明的不当限制。除非另外指明，否则所有份数和百分比都按重量计。
实例：
在下面的实例中将使用下列缩写：
![]()
样品制备说明
实例1
将附连介质(AT)、过滤介质1(FM1)、过滤介质2(FM2)和过滤介质3(FM3)的约5英寸(12.7cm)直径的磨盘从各自基底的较大薄片中冲切出。使用这些约5英寸(12.7cm)直径的磨盘来构造样品磨盘。将以商品名SUPER 77SPRAY ADHESIVE从3M公司商购获得的压敏粘合剂施用到附连介质(AT)的约5英寸(12.7cm)直径磨盘的非套环侧，使其在25摄氏度下干燥约30秒。粘合剂的干重为约12毫克/平方厘米(mg/cm2)。在所有的压敏粘合剂应用步骤中均使用该干燥步骤。将过滤介质FM1的磨盘层合到AT的粘合剂涂层表面，形成两层式构造，使得两个磨盘基本上共延伸。然后，将相似量的压敏粘合剂喷到FM1磨盘的暴露表面上，并且使其干燥。将FM3的磨盘层合到FM1的粘合剂涂层表面，形成三层式构造，使得这些磨盘基本上共延伸。接下来，将得自3M公司的“3M Hot MeltAdhesive 3764-PG”薄的、可流动珠沿其外径施加到FM3的相对面。当粘合剂珠仍然可流动时，将FM2的磨盘层合到FM3，形成四层式构造，使得这些磨盘基本上共延伸。在层合期间，施加压力以使粘合剂珠与FM3和FM2两者产生良好的接触。使热熔粘合剂冷却并且硬化。然后，将“3MHot Melt Adhesive 3764-PG”薄的、可流动珠沿其外径施加到FM3的新磨盘的顶面(即表面)上。当粘合剂珠仍然可流动时，将FM3的磨盘层合到所述四层式构造的FM2，以形成五层式构造，使得这些磨盘基本上共延伸。在层合期间，施加压力以使粘合剂珠与FM3和FM2两者产生良好的接触。使热熔粘合剂冷却并且硬化。在其背面即非磨料表面上使用相似量的压敏粘合剂喷涂磨料介质(AM)的磨盘。使粘合剂干燥。通过将五层式构造的粘合剂涂布的AM表面与FM3的暴露侧层合在一起而形成六层式构造，从而形成样品磨盘，使得这些磨盘基本上共延伸。
比较例A
比较例A的制备与实例1相同，具有下面的修改形式。所述构造的第四层(FM2)、所述构造的第五层(FM3)以及两个热熔粘合剂施用步骤没有用于该构造中。通过将三层式构造的粘合剂涂布的AM表面与FM3的暴露侧层合在一起而形成四层式构造，从而形成样品磨盘，使得这些磨盘基本上共延伸。
比较例B
比较例B的制备与比较例A相同，具有下面的修改形式。磨盘FM3被过滤介质4(FM4)取代，FM4已从较大的基底片中冲切出。通过将三层式构造的粘合剂涂布的AM表面与FM4的暴露侧层合在一起而形成四层式构造，从而形成样品磨盘，使得这些磨盘基本上共延伸。
磨砂测试工序
将5英寸(12.7厘米)的样品磨盘连接到直径5英寸(12.7厘米)×厚度3/8英寸(0.95厘米)的泡沫支撑垫(可以商品名“DynabradeBack-Up Pad 56320型”购自Dynabrade公司(Clarence，纽约))。对支撑垫和磨盘组件进行称重，然后将其装配到购自Dynabrade公司的“21033”型双功能定轨磨砂机上。将软管和袋组件与磨砂机分离。
使磨盘的研磨面与预称重的18英寸×30英寸(45.7×76.2厘米)涂敷有凝胶的玻璃纤维强化塑料板(购自明尼苏达州白熊湖城WhitebearBoatworks公司)接触。磨砂机以91.5磅/立方英寸(630.9千帕(Kpa))的空气线压力在垂直位置运行20秒钟。20秒钟间隔之后，对已通过在其表面上吹压缩空气而得到清洁的测试面板和带支撑垫的样品重新称重。将带有样品的支撑垫重新安装到磨砂机上，并继续对面板进行磨砂。磨砂、样品磨盘和已清洁面板的重新称重、以及继续磨砂这个序列可保持下面的额外时间间隔：20、20、30、30、30、30、30、30、30以及30秒钟(对于5分钟的总磨砂时间)。在一些情况下，通过消除一些后面的30秒钟间隔而使用较短的总持续时间。
在每个测试间隔中作出下面的测定：
“切除”：从塑料面板中移除的重量，单位为克；
“保持”：在样品磨盘中收集的尘屑重量，单位为克；以及
“DE％”：保持/切除的比率X 100。
实例1和比较例A和B根据“样品制备说明”来制备，并且使用“磨砂测试工序”测试。每个时间间隔和累积磨砂时间中的切除、保持、以及DE％的结果分别在表1和表2中示出。
表1
![]()
表2
![]()
![]()
应当理解，即使在以上说明和实例中给出的本发明磨料制品的众多特性和优点、以及本发明的结构和功能的细节中，本发明所公开的内容也只是示例性的。可在权利要求书的意思所表明的本发明的原理的整个范围内作出细节上的改变，尤其是与过滤介质层的形状、尺寸和布置方式及其制备和使用方法有关的改变。