CN101277789A - 结构化研磨制品的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造研磨产品的方法包括在形成可固化成形结构之前压实磨粒和粒状可固化粘结剂前体构成的内聚层，然后至少部分地固化所述可固化粘结剂前体。

Description

结构化研磨制品的制造方法
背景技术
可供使用的研磨产品多种多样，每种产品通常都是针对具体应用而设计，并且没有哪种类型的产品能够提供适合所有应用的通用研磨工具。例如，研磨产品包括带涂层的磨料、粘结磨料以及低密度或非织造的研磨产品(有时称为表面修整产品)等各种类型。
带涂层的磨料通常包含研磨颗粒，这些研磨颗粒一般均匀地分布并粘附在柔性背衬的表面上。粘结磨料通常具有采用可旋转环面的形式或其它形状(诸如，块状珩磨石)以一定质量牢固地结合在一起的研磨材料，粘结磨料的典型实例为砂轮。低密度或非织造研磨产品通常包括开口的、膨松的三维纤维网，该纤维网用粘合剂进行浸渍，粘合剂不会改变该纤维网的开口特性并且还将研磨颗粒粘附到该纤维网的纤维表面。
研磨产品可在工业上和商业上使用，也可供个人消费者使用，用以制备多种类型的材料以供使用或供进一步加工。研磨产品的示例性用途包括在涂底漆或上漆之前初步制备表面，清洁物体表面以去除氧化物或碎屑，以及磨削或研磨物体以获得具体的形状。在这些应用中，研磨产品可用于将表面或工件研磨成特定形状或形式，研磨表面以进行清洁或有利于粘结涂层(诸如油漆)，或者提供所需的表面光洁度，尤其是光面精整或其它装饰性抛光。
具有固定到背衬上的成形研磨结构的研磨产品可以商购获得。这类研磨产品可以采用例如研磨片、研磨带或研磨轮等形式。成形的研磨结构通常具有磨粒和将磨粒粘结起来并且通常粘结到背衬上的粘结剂。
发明概述
在一个方面，本发明提供一种制作研磨产品的方法，所述方法包括：
a)提供基本上水平放置的背衬；
b)提供干燥可流动的颗粒混合物，该混合物包含磨粒和粒状可固化粘结剂前体，其中磨粒具有45微米或以下的平均粒度；
c)在所述背衬上设置一层所述干燥可流动的颗粒混合物；
d)使该干燥可流动的颗粒混合物层的至少一部分烧结以形成内聚层，在该内聚层中邻近磨粒通过所述可固化粘结剂前体彼此粘附；
e)压实内聚层以形成压实层；
f)对所述压实层进行压花和至少部分切割中的至少一项操作，以形成具有与背衬相隔的顶端和粘附于背衬的附连末端的可固化成形结构；以及
g)至少部分地固化该可固化粘结剂前体以形成包含磨粒和粘结剂的成形研磨结构，该成形研磨结构附连在背衬上。
在一些实施例中，所述方法还包括：
在步骤b)之前，
在背衬上施加粉末状可固化底漆层；以及
烧结该粉末状可固化底漆。
在一些实施例中，所述背衬包括稀松布。在这些实施例中，所述方法还可以包括：
在步骤c)之前，
提供基本上水平布置的载体；
将稀松布设置在该载体上；以及
在步骤g)之前，
使稀松布与载体分离。
在一些实施例中，所述方法还包括将背衬附连到芯上，以使得成形研磨结构相对于该芯向外设置。
根据本发明制备的成形研磨制品通常具有基本上不含明显断裂的成形研磨结构。
在本文中，术语“粒状可固化粘结剂前体”是指室温下为固体并且可以通过下列方法之一软化和固化的多个颗粒：1)如果具有热塑性，则加热并随后冷却；或者2)如果具有热固性，则充分暴露在热源或其它合适的能量源下。
附图说明
图1A为根据本发明一个实施例的一种制造研磨产品的示例性方法的工艺流程的示意图；
图1B为根据本发明一个实施例的压实工序的放大示意图；
图2A为采用图1A中示出的工艺制造的产品的俯视平面图；
图2B为图2A中示出的产品的侧视图；
图3为根据本发明一个实施例制备的示例性可旋转结构化研磨制品的透视图。
具体实施方式
图1A示出根据本发明的一种制作研磨产品的示例性方法。现在参照图1A，背衬供应辊63分配背衬67。在背衬为稀松布的实施例中，可选的载体供应辊61分配载体60。在一些实施例中，例如在其中背衬不是稀松布的那些实施例中，背衬67穿过可选的底漆涂敷工位64和可选的加热台板69。可选的底漆涂敷工位64向背衬67上供应可选的粒状可固化底漆。通过可选的刮刀片65将可选的粒状可固化底漆66定量供应到背衬67上，然后通过可选的加热台板69进行烧结。
涂敷工位70将粒状可固化粘结剂前体和磨粒的混合物71供应到背衬67上，所述背衬可以可选地具有一层烧结粒状可固化底漆66(未示出)。用刮刀片68对混合物71进行定量供应，以在背衬67上形成混合物71的层80。刮刀片68可以在其最长尺度上具有特定轮廓，和/或可以动态地竖直调节以提供层80的外形。如果背衬67为稀松布，则通常嵌入层80中，形成层80的一体部分。层80可以是连续的或不连续的，并且实质上是粒状可固化粘结剂前体中磨粒的薄片，然后当层80传送到加热台板72上并沿着加热台板72传送时，层80被烧结。
在通过加热烧结层80期间，包含可固化粘结剂前体和磨粒的混合物的层80可能会因为收缩而发生断裂。对于矿物等级细微(例如平均粒度为45微米或以下的矿物等级)和可固化粘结剂前体含量高的情况，通常更容易发生断裂。这种不良断裂可能从成形结构的表面延伸至背衬。如果在这种情况下进行压花和固化，可能生产出例如在外观、研磨性能和/或产品寿命方面劣质的产品。
出乎意料的是，已经发现，如果用压实辊73(在图1B中放大示出)将层80压实以形成受背衬67支承的压实层81，则在该层的上表面完全熔融为热塑性状态前，能够减少或者甚至通常能够消除断裂现象。
压实层81从成形辊75和冷却辊76之间穿过，成形辊75和冷却辊76在压实层81中形成可固化成形结构(未示出，但形状通常类似于相应的成形研磨结构，例如，如图2A和2B所示的结构)。在一些实施例中，成形辊75上面可以具有向外设置的切割刀刃的图案，这些刀刃被布置成可以至少部分地切穿压实层81。在其它实施例中，成形辊75可以包括其内具有腔体图案的压花辊；例如，配有刀刃以便在压实层81上形成压花表面和切口图案，如美国公开专利申请No.2005/0130568 A1(Welygan等人)的图2-4中所描述的。
在一些实施例中，成形辊75上的切割刀片或切割刀刃为锥形，并且足以至少部分地切穿可固化粘结剂前体和磨粒的内聚层直到与背衬接触，以提供在底部相邻而在顶部分离的可固化成形结构的组合。
可任选地，此时可以对可固化成形结构进行砑光(例如，为了平整可固化成形结构的顶部)，或在初始可固化成形结构的上表面上压花出次级特征(例如，为了在可固化成形结构的顶端上形成凸凹区域)。如果因热损失而无法实现上述目的时，可以使用辅助加热器(例如红外线加热器)对表面重新加热，从而允许邻近表面的形状可以有任何附加变化。
如果背衬67包括稀松布，那么可选的载体60可以在这一点处与背衬67分离，并被卷到可选的卷收辊59上。背衬67和压花的压实层84随后穿过烘箱77，以形成结构化研磨制品79。结构化研磨制品79接着被卷收到卷收辊83上，在这里结构化研磨制品79能被转化为进一步的产品。
图2A为采用图1A中示出的工艺制造的产品的俯视平面图。应当注意的是，如图2A和2B所示，切割线85和82相交以提供具有位于背衬67上的顶端88的成形研磨结构79。
可以使用任何背衬，然而，背衬通常至少具有一定的柔性。可用的柔性背衬包括，例如柔性聚合物薄膜和打底漆的聚合物薄膜、金属箔、织造织物、针织织物、缝编织物、纸张、柔性硫化纤维、非织造织物、砑光非织造织物、开孔泡沫、闭孔泡沫、经处理的上述材料以及它们的组合。同样，柔性较低的可用背衬包括，例如刚性硫化纤维、刚性聚合物薄片、玻璃或金属的织物或薄片、金属或陶瓷板、经处理的上述材料以及它们的组合。如上所述，背衬上可以进行一种或多种处理，该一种或多种处理可以覆盖第一主表面的至少一部分。这类处理的实例包括未固化、部分固化或固化的底漆、粘结层、饱和剂、预上胶和背胶。关于可用于将成形结构粘附到背衬上的可固化底漆的细节可见于，例如，美国公开专利申请No.2005/0130568 A1(Welygan等人)。
背衬可以是多孔或无孔的。在一些实施例中，背衬为稀松布。在这类实施例中，通常需要用载体支撑稀松布，以防止粒状可固化粘结剂前体穿过稀松布并造成工艺问题。
稀松布可以包含选自如下群组的开口网孔：织造、非织造或针织纤维网孔，合成纤维网孔，天然纤维网孔，金属纤维网孔，模制热塑性聚合物网孔，模制热固性聚合物网孔，打孔薄片材料，切割并且拉伸的薄片材料以及它们的组合。
在一些实施例中，稀松布可以由天然或合成纤维制成，这些纤维可以在具有沿稀松布表面间隔分布的间歇开口的网络中针织或织造。该稀松布不必织成一致的图案，而是还可包括非织造的无规图案。因此，开口既可以成图案地间隔开，又可以无规地间隔开。该稀松布网络开口可以是矩形的，或者它们也可以具有其它形状，包括：菱形、三角形、八边形或这些形状的组合。
多种材料适合用作载体，包括例如，耐热性聚合物薄膜、金属箔、织造物、针织织物、缝编织物、纸张、硫化纤维、非织造织物、砑光非织造织物、经处理的这些材料以及它们的组合。通常，载体的厚度并不重要，只要载体与稀松布分离时具有足够的完整性，并且不过于刚硬以至于无法在本发明的工艺中使用。
根据本发明的方法制备的研磨产品通常包含至少一个成形结构，该结构包括分散在至少部分固化的可固化粘结剂前体中的多个磨粒。该磨粒可以均匀分散在粘结剂内，或作为另外一种选择，该磨粒可以不均匀地分散在粘结剂内。为使所得的研磨产品具有更一致的切割能力，期望磨粒均匀分散在粘结剂内。
总体而言，虽然也可采用其它更小的平均粒度，但是磨粒的平均粒度通常在从0.1、1、5或10微米到45微米的范围内。磨粒的粒度通常规定为磨粒的最长尺寸。在多数情况下，粒度存在一定范围分布。在某些情况下，可以严格控制粒度分布，例如使所得的研磨制品在被研磨的工件上形成一致的表面光洁度。
示例性磨粒包括熔融氧化铝、天然氧化铝碎粒、热处理氧化铝、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(天然和合成)、二氧化硅、氧化铁、氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、硅酸盐、氧化锡、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、玻璃、玻璃陶瓷、金刚砂、金刚石、硬质粒状聚合材料、金属、溶胶凝胶磨粒以及它们的组合。溶胶凝胶磨粒的实例可见于美国专利No.4,314,827(Leithei ser等人)、4,623,364(Cottringer等人)、4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等人)和4,881,951(Wood等人)。
在本文中，术语磨粒还涵盖与聚合物、陶瓷或玻璃粘合在一起以形成研磨团聚物的单一磨粒。研磨团聚物在美国专利No.4,311,489(Kressner)、4,652,275(Bloecher等人)、4,799,939(Bloecher等人)和5,500,273(Holmes等人)中有进一步的描述。作为另外一种选择，磨粒可以通过粒间引力粘合在一起。
磨粒也可具有与之相关的形状。这类形状的实例包括杆形、三角形、棱锥形、圆锥形、实心球形、空心球形等。作为另外一种选择，磨粒可以形成无规的形状。
可以用材料涂布磨粒以便使磨粒具有所需的特性。例如，已经表明，施加到磨粒表面的材料可以增强磨粒和聚合物之间的粘合力。另外，施加到磨粒表面的材料可以增强磨粒与可固化粘结剂前体的粘合力。作为另外一种选择，表面涂层能够改变和改善所得的磨粒的切割特性。这类表面涂层在例如美国专利No.5,011,508(Wald等人)、3,041,156(Rowse等人)、5,009,675(Kunz等人)、4,997,461(Markhoff-Matheny等人)、5,213,591(Celikkaya等人)、5,085,671(Martin等人)和5,042,991(Kunz等人)中有所描述。
可以将一种或多种填料与粒状可固化粘结剂前体和磨粒结合，以便在进一步加工之后形成还包含填料的研磨结构。填料是具有规则形状、不规则形状、细长形、板状、杆状等任意形状的颗粒物质，其平均粒度在0.001到45微米的范围内，通常在1到30微米的范围内。填料可以充当稀释剂、润滑剂、研磨助剂或辅助粉末流动的添加剂。
可用于本发明的填料的实例包括金属碳酸盐(诸如碳酸钙、碳酸镁钙、碳酸钠、碳酸镁)、二氧化硅(诸如石英、玻璃小珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(诸如滑石、粘土、蒙脱石、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、硅铝酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐(诸如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、蛭石、糖、木粉、三水合铝、炭黑、金属氧化物(诸如氧化钙、氧化铝、氧化锡、二氧化钛)、金属亚硫酸盐(诸如亚硫酸钙)、热塑性颗粒(例如，聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、乙缩醛共聚物或聚氨酯的颗粒)、以及热固性颗粒(例如，酚醛泡沫、酚醛小珠或聚氨酯泡沫颗粒)。该填料还可以是盐，诸如卤化物盐。卤化物盐的实例包括氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、四氟化硅、氯化钾和氯化镁。金属填料的实例包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁和钛。其它杂类填料包括硫、有机硫化合物、石墨、硬脂酸锂和金属硫化物。也可以使用上述两个或更多个填料的任何组合。
根据本发明制备的研磨制品的成形结构通常由室温下为粒状固体的可烧结可固化粘结剂前体与磨粒混合而形成。该粒状可固化粘结剂前体通常包含有机热固性和/或热塑性材料，但这不是必要条件。合适的粒状可固化粘结剂前体通常能够受热软化以提供可固化的液体，该液体能够充分流动以便能至少部分地润湿磨粒表面或相邻可固化粘结剂前体颗粒的表面(例如烧结)。
该粒状可固化粘结剂前体可以是符合下列要求的任何合适类型：即，能够提供满意的磨粒粘结力，并可以在避免导致背衬严重热损坏或变形的温度下活化或变粘。符合此标准的可用粒状可固化粘结剂前体包括热固性颗粒物质、热塑性颗粒物质、兼具热固性/热塑性的颗粒物质、热固性颗粒物质和热塑性颗粒物质的混合物、以及它们的混合物。
热固性颗粒物质涉及由温度活化热固性树脂制成的颗粒。通常使用固体颗粒或粉末形态的这类颗粒。温度升高到充分地高于玻璃化转变温度所产生的第一效应或短期效应是将材料软化为可流动的类流体状态。这种物理状态的改变使得树脂颗粒可以相互湿润或接触背衬和磨粒。在这种软化状态下，内聚层可以通过例如砑光、切割或压花而改变形状。长时间暴露在足够高的温度下将触发化学反应，形成交联三维分子网。如此硬化(固化)的树脂颗粒使磨粒和结构局部粘合在背衬表面上。
可用的热固性粒状可固化粘结剂前体包括，例如酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、共聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰胺树脂以及它们的混合物。可用的温度活化热固性材料包括含甲醛的树脂(诸如苯酚甲醛、线性酚醛树脂和尤其那些添加了交联剂(例如六亚甲基四胺)的线性酚醛树脂、酚醛塑料和氨基塑料)、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、醇酸树脂、烯丙基树脂、呋喃树脂、环氧树脂、聚氨酯、氰酸盐酯和聚酰亚胺。可用的热固性树脂包括例如在美国专利No.5,872,192(Kaplan等人)和美国专利No.5,786,430(Kaplan等人)中公开的热固性粉末。
为防止背衬受到热损坏或变形，热固性颗粒的固化温度通常低于导致背衬组分损坏或变形的任何温度。
可用的热塑性粒状可固化粘结剂前体可以包括颗粒状的如下成分：聚烯烃树脂(诸如聚乙烯和聚丙烯)、聚酯和共聚酯树脂、乙烯基树脂(诸如聚氯乙烯和氯乙烯-乙酸乙烯共聚物)、聚乙烯醇缩丁醛、乙酸纤维素、丙烯酸类树脂(包括聚丙烯酸和丙烯酸共聚物(诸如丙烯腈-苯乙烯共聚物))、和聚酰胺(例如，六亚甲基二胺己二酸盐、聚己内酰胺)、共聚酰胺以及它们的组合。
在半结晶性热塑性塑料(例如，聚烯烃、六亚甲基二胺己二酸盐和聚己内酰胺)的情况下，可以将粒状可固化粘结剂前体至少加热到其熔点，这些材料通常在此温度以上熔化成可以流动的流体。
如果使用非结晶热塑性塑料(例如，乙烯基树脂和丙烯酸类树脂)，则通常将其加热到玻璃化转变温度和橡胶状区域以上，直到达到流体流区域。
可用的粒状可固化粘结剂前体还包括上述热固性和热塑性粒状可固化粘结剂前体的混合物和共混物。
可固化粘结剂前体颗粒的粒度没有具体限制。一般来讲，平均粒度为直径小于1000微米，例如，直径小于500微米。一般来讲，因为颗粒分割得越细，其表面积越大，因此可固化粘结剂前体颗粒的粒度越小，就能够越有效地使其可流动。
在粒状可固化粘结剂前体和磨粒的混合物中使用的粒状可固化粘结剂前体的量通常设置成：粒状可固化粘结剂材料的重量百分比在5％到99％的范围内，而剩余1％到95％的重量百分比包含磨粒和可选的填料。典型的是，在混合物中的组分的比例为10％到90％重量百分比的磨粒和10％到90％重量百分比的粒状可固化粘结剂材料，并且更典型的是50％到85％重量百分比的磨粒和15％到50％重量百分比的粒状可固化粘结剂材料，但这不是必要条件。永久性成形结构中可以包括空隙，空隙按体积计在5％到60％的范围。
粒状可固化粘结剂前体可以包括一种或多种可选的添加剂，该可选的添加剂选自一个群组，该群组包括：研磨助剂、填料、润湿剂、化学发泡剂、表面活性剂、颜料、偶联剂、染料、引发剂、能量受体以及它们的混合物。该可选添加剂也可以选自一个群组，该群组包括：氟硼酸钾、硬脂酸锂、玻璃泡、膨胀泡、玻璃小珠、冰晶石、聚氨酯颗粒、聚硅氧烷凝胶、聚合物颗粒、固体蜡、液体蜡以及它们的混合物。可选添加剂可以用来约束粒状可固化粘结剂前体的孔隙度和侵蚀特性。
当所述粒状可固化粘结剂前体和磨粒层随着背衬一同受热时，粒状可固化粘结剂材料被烧结而形成内聚层。例如，当粒状可固化粘结剂前体和磨粒层沿着加热台板前进时，烧结量可以沿着连续区域增大。在这种情况下，在加热台板的初始部分可以观察到较少的烧结量，而烧结量随着行进距离而增大。通常，在压实前烧结到适当高的程度是可取的。例如在压实之前，粒状可固化粘结剂前体和磨粒层的被烧结重量百分比为至少50％、75％、85％、90％或者更多。可以采取任何合适的装置进行加热，包括，例如红外线加热、加热台板、烘箱、加热辊、加热带或它们的组合。
通常采用压实辊压实粒状可固化粘结剂前体和磨粒的混合物的内聚层，但也可采用其它压实装置，例如压力机。减少或消除断裂所需的压实位置和压实量通常随粒状可固化粘结剂前体和磨粒的混合物的具体组成而变化。压实位置通常选择在采用例如加热台板或红外线烘箱加热内聚层时观察到内聚层开始发生断裂以前的位置。可以容易地确定压实量，例如，从最小压实压力开始，逐渐增大压实压力，直到达到减少收缩断裂(通常为消除收缩断裂)所需的程度。当压实压力过低时，内聚层的断裂仍旧保留，而当压实压力过高时，内聚层可能被挤压成比背衬宽许多。压实辊可以由能向内聚层施加足够大的压实力的任何材料制成。合适的压实辊的实例包括金属辊(例如光滑的或具有纹理的)、橡胶辊和具有聚合物(例如，聚四氟乙烯或聚酰亚胺)套管的金属辊。压实辊可以是温度控制型的。已经发现，采用直径10厘米的压实辊向内聚层的每8.9厘米宽度施加6.5到12千克的压实压力，在许多情况下可达到满意的效果。
还可以在形成可固化成形结构以后进行上述压实，而在这种情况下，这样的压实会改变可固化成形结构的原有形状。因此，在形成可固化成形结构之前对内聚层至少进行一定程度的压实。
虽然压花和/或切割可以使用辊子或轮子(或辊子和/或轮子的组合)进行，但也可以使用其它合适的手段，例如用冲模压花或手动操作。具有切割刀刃的合适的压花辊可见于例如美国公开专利申请No.2005/0130568A1(Welygan等人)。也可以使用具有例如排列成所需图案的向外伸出的嵌入式切割刀片的辊子或轮子，例如类似比萨切割刀。一般来讲，无论采用何种技术，在至少部分固化之后，最终都应形成分立的成形研磨结构。通常，这意味着切割刀刃或刀片应穿透内聚层，直至基本接触背衬，尽管在一些情况下，可能只需要穿透内聚层厚度的一部分(例如，如此在内聚层内形成划痕，从而在可固化粘结剂前体至少部分地固化之后，在折曲固化研磨制品时产生断裂线)。
可固化成形结构包含多个与粒状可固化粘结剂材料混合的磨粒，但也可以包括其它添加剂，诸如偶联剂、填料、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、粉末流动添加剂和悬浮剂。选择这些添加剂的量以提供所需的特性。
磨粒可以进一步包含表面改性添加剂，包括润湿剂(有时也称表面活性剂)和偶联剂。偶联剂可以在聚合物粘结剂前体和磨粒之间提供联接。另外，偶联剂能在粘结剂和填料颗粒之间提供联接。偶联剂的实例包括硅烷、钛酸盐(酯)和铝锆偶联剂。
根据本发明的方法制备的研磨制品具有成形研磨结构。术语“成形”在与术语“结构”联用时是指“精确成形”和“不规则成形”结构。本发明的研磨制品可以包含多个这类按照预定阵列(有序图案)排列在背衬上的成形研磨结构。作为另外一种选择，成形研磨结构可以无规地布置(无规图案)或不规则地布置在背衬上。通常，成形结构应以棋盘格布置紧密地排布在背衬表面上，但这不是必要条件。
成形结构(例如，可固化成形结构和成形研磨结构)的形状可以为多种几何构造中的任何一种。例如根据成形辊的设计，例如，成形结构与背衬平行的横截面可以为正方形、矩形、六边形、三角形或它们的组合。在一些实施例中，成形结构可以具有选自下述群组的形状，所述群组包括：三棱锥、截头三棱锥、四棱锥、截头四棱锥、矩形块、立方体、直立肋、具有圆形顶端的直立肋、多面体、以及它们的组合。成形结构基部的横截面形状可能不同于顶端的横截面形状。例如，构成成形结构的侧面可以垂直于背衬、倾斜于背衬或随着宽度朝着顶端递减而呈锥形。这些形状之间的过渡既可以是平滑并且连续的，也可以以不连续的台阶出现。也可以使用顶端的横截面比附连末端的更大的成形结构，但其制造可能更加困难。成形结构也可以具有不同形状的混合。
每个成形结构的高度通常大致相同，但单个研磨制品中也可具有高度变化的成形结构。成形结构的高度通常可以小于20毫米，例如在从0.1到20毫米的范围内，或1到15毫米，并且甚至更典型地为8到12毫米。成形结构的宽度通常在0.25到25毫米或以上的范围内，例如在10到20毫米之间，但也可以采用其它宽度。
成形结构的基部可以相互邻接，或者作为另外一种选择，相邻成形研磨结构的基部之间隔开预定距离(通常为短小的距离)。
成形研磨结构的面密度通常在每平方米1000到70000个成形结构的范围内，例如每平方米5000到50000个成形结构，或每平方米5000到25000个成形结构，但也可以采用这些范围以外的密度。直线间距可以变化，以使结构在一处的密集程度大于另一处。结构的直线间距通常在每直线厘米0.4到10个结构的范围内，例如在每直线厘米0.5到8个结构之间，但也可以采用这些范围以外的间距。
支承面积百分比可以在从5％到95％的范围内，通常从10％到80％，例如从25％到75％，或者甚至从30％到70％。支承面积百分比为顶端面积之和乘以100，再除以其上布置有成形研磨结构的背衬的总面积(包括空白区域)。
可以在成形结构的至少一部分上施加附加涂层。这类涂层也称为“复胶”涂层，其组成可以与它们所施加的结构相同或不同。可选的附加涂层可以为：天然颗粒或液体、热塑性或热固性、无机或有机。这类涂层可以用溶液或分散体施加，或者可以为100％的固体涂层。这类涂层可以包括或不包括附加的磨粒、研磨团聚物或研磨复合物。合适的涂层的实例包括增强树脂、润滑剂、研磨助剂、着色剂或如此改良结构性能或外观的其它材料。
例如，如上文所述，可以在固化之前可选地进一步将压花/切割的内聚层压实。
粘结剂前体的固化可以采用合适的方法进行，例如使用红外线加热器、加热辊或烘箱，并且通常根据所用的具体粘结剂前体和背衬选择固化条件。这类条件的选择完全在本领域普通技术人员的能力范围之内。
可选地，可以折曲固化磨料，例如以使相邻成形研磨结构之间分离。
根据本发明制备的研磨制品可以被切割成盘状，或切割成带状以制作研磨带。根据本发明制备的研磨制品非常适合集成到诸如轮子、套管和辊子等可旋转的研磨制品中。例如，如图3所示，可以将结构化研磨制品79螺旋缠绕在芯310上，以使得背衬与芯相接触，从而形成可旋转的研磨套管300。
可用的芯包括，例如纤维芯、纤维增强芯、金属芯、塑料芯、泡沫芯以及它们的组合(例如，其上具有泡沫套管层的纤维增强芯)。芯可以是实心的(例如，毂或轴)或空心的(例如管)。
下面的非限制性实例进一步说明了本发明的目的和优点，但这些实例中所详述的具体材料和数量，以及其它条件和细节，均不应被解释为对本发明的不当限制。
实例
除非另外注明，在这些实例和说明书其余部分中的所有份数、百分比、比率等均按重量计，并且实例中使用的所有试剂均得自(或可得自)普通化学品供应商，诸如Sigma-Aldrich Company(Saint Louis，Missouri)，或者可用常规技术合成。
缩写表
 载体1   织造人造丝织物，可以商品名“101×62，2.08yd/lb，PFC TENCEL LYOCELL JEANS，1537mmwidth”得自Milliken and Company(Spartanburg，South Carolina)
 稀松布1   织物稀松布，可得自Milliken & Company，样式#924856(32×28，经纱×纬纱；65/35棉/聚酯混纺经纱和纬纱)
 背衬A   织造物，可得自Milliken & Company(Spartanburg，South Carolina)，76×48，1.25码/磅(相对湿度65％时)，65/35聚酯/棉开口端斜纹布，宽64.75英寸
 背衬B   织造聚酯织物，可得自Milliken & Company(Spartanburg，South Carolina)，101×43，1.15码/磅，聚酯缎，高弹，干热定型，宽55.75英寸
 矿物A   粒度800的绿碳化硅，可以商品名“GC800”从Fujimi Corporation(Elmhurst，Illinois)商购获得
 矿物B   粒度320的FEPA级黑碳化硅
 矿物C   粒度80的FEPA级热处理氧化铝，可得自Treibacher(Villach，Austria)
 粉末A   热固性共聚酯粘合剂粉末，可以商品名“GRILTEXD1644E P1”从EMS-CHEMIE(North America)(Sumter，South Carolina)商购获得
 粉末B   热塑性共聚酯粘合剂粉末，可以商品名“GRILTEXD1441E P1”从EMS-CHEMIE(North America)商购获得
 粉末C   四氟硼酸钾，可以商品名“FLUOROBORATE SPEC.104”从Atotech USA，Inc.(Rock Hill，SouthCarolina)商购获得104”
 粉末D   热固性环氧树脂粉末，可以商品名“SCOTCHKOTE6258”从3M Company商购获得
 树脂A   含MDI的聚亚甲基聚苯基异氰酸酯，可以商品名“PAPI 94”得自Dow Chemical Co.(Midland，Michigan)
 树脂B   低聚二胺，可以商品名“VERSALINK P1000”得自Air Products and Chemicals(Allentown，Pennsylvania)
实例1
通过混合1200份粉末D和2800份矿物A，制备粒状可固化粘结剂前体-磨粒混合物。用工业搅拌器(以商品名“TWIN SHELL DRY BLENDER”得自Patterson Kelly Co.(East Stroudsburg，Pennsylvania))搅拌该混合物60分钟。
载体1从张力受控的开卷机退绕，并穿过图1A中示出的设备，然后卷到速度和张力受控的产品卷绕机上。稀松布1从另一台张力受控开卷机退绕，然后在载体1上穿过本发明的这个设备，并卷到另一台速度和张力受控的产品卷绕机上。部分粒状可固化粘结剂-磨料混合物被引入刮刀涂布刀片后面的槽中。
对粒状可固化粘结剂前体-磨料刮刀涂布工位的刮刀涂布刀片进行调节，使其宽度为2.6英寸(6.6厘米)并且在稀松布1上方的间隙为0.286英寸(0.726厘米)，使得在以2.2英尺/分钟(0.67米/分钟)的速度向前输送背衬时，在背衬表面上形成一层粒状可固化粘结剂前体-磨料混合物。
让该粒状可固化粘结剂前体-磨料混合物层穿过72英寸(1.8米)的加热台板使其内聚，该台板经过调节，以在台板的5个等长加热区域上形成温度分布，其中区域1设为320℉(160℃)，区域2设为310℉(154℃)，和区域3-5设为250℉(121℃)。
压实辊位于加热台板上方，并且能与该可固化粘结剂前体-磨料混合物的内聚层接触。压实辊是覆有硅橡胶的铝辊，它能围绕自身的轴自由旋转，并由枢轴臂支承。压实辊与可固化粘结剂前体-磨料混合物的内聚层的接触点与台板起点相距48英寸(1.2米)。压实辊的直径为3.88英寸(9.9厘米)。压实辊的向下力(即，静止重量)为6.5千克/3.5英寸(6.5千克/8.9厘米)。
压花工位由两个同步从动辊组成，上辊具有11个平行的盘，盘直径为5英寸，厚度为约0.062英寸(1.6毫米)，这些盘被打磨出刀刃并且分别相隔0.620英寸(1.6毫米)。在这些平行盘上切出一系列宽度略小于0.0625英寸(1.6毫米)的径向狭槽，狭槽沿周长的间距为约0.500英寸(1.3厘米)。一系列厚度也为0.062英寸(1.6毫米)并且被打磨出相同刀刃的矩形刀片被插入到这些盘的对齐狭槽中，使得纵向刀片的顶端与盘的顶端齐平。该组件类似桨轮，并且起到旋转式饼干切割器的作用。下辊是直径为5英寸(13厘米)的冷却钢辊并且是温度控制型的。调节该下辊，以提供约42℉(5.6℃)的温度。
在加热台板前缘下游48英寸(1.2米)范围内，粒状可固化粘结剂前体-磨粒混合物变得足够软，以至于在使压实辊与刀刮涂层的表面接触时，转移到压实辊的粉末最少，而表面层接近熔点。在这一点上，刀刮涂层中不存在断裂。
如果不允许在该点进行压实，则粉末层继续向下游移动将导致熔化的粉末层断裂。而在该点处进行压实，压实点之后的粉末层观察不到断裂。
接着，用转刀切割仍然软化的压实的可固化粘结剂前体-磨料混合物薄片，以形成标称尺寸为约0.535英寸(1.36厘米)×0.390英寸(0.99厘米)的矩形成形结构，并且结构间的间隔通常为盘的宽度或由刀片径向取向产生的锥形的宽度。需要最小压花压力以压花/切割熔融但软化的热塑性薄片。在压花/切割工艺之后，立即将载体1与稀松布1分离。最小量的粘结剂-磨料混合物穿过稀松布1附着到载体1上。稀松布1和载体1都被卷到各自的卷绕机上。
稀松布1及所附成形结构以2.0英尺/分钟(61厘米/分钟)的速度穿过温度设为390℉(199℃)的30英尺(9.1米)循环空气烘箱。固化之后所得的研磨产品为约6.2毫米厚，并且约34.2克重/(46.5毫米×88毫米)。单个成形研磨结构的空隙体积占该成形研磨结构总体积的33％。该成形研磨结构的肖氏D级硬度为87。单个成形研磨结构的密度为1.58克/立方厘米。
旋转研磨产品使矿物面朝下，以便露出稀松布1。在露出的稀松布上涂上聚氨酯粘合力促进剂。聚氨酯粘合力促进剂是通过混合28.69克树脂A与100克树脂B制备而成。该促进剂用柔性金属刀片施加，然后在室温下固化3小时(固化涂层重量＝660克/平方米)。含有聚氨酯粘合力促进剂的固化产品接着被切成恒定宽度(2个单位宽)并且长度为约55英寸(140厘米)的带状。在酚醛芯的中间9英寸(23厘米)上涂布一层薄的聚氨酯液体粘结剂，该芯内径3英寸(7.6厘米)，壁厚5毫米，并且长度为约13英寸(33厘米)。聚氨酯粘结剂通过混合10.25克树脂A与35.24克树脂B制备而成。
以商品名“L300”从Illbruck(Minneapolis，Minnesota)购得柔性乙烯-醋酸乙烯泡沫圆环，其密度为0.0442克/立方厘米，内径为3.4英寸(8.6厘米)，外径为6英寸(15厘米)，并且长度为3英寸(7.6厘米)。将三个这样的圆环径向地切开，并滑到带聚氨酯液体粘结剂涂层的芯上，并用胶带固定，使其与粘结剂保持接触，然后在室温下固化3小时。固化之后，将固化环修整为恒定的直径。
然后使用同种聚氨酯液体粘结剂涂敷泡沫环的外径，此时，泡沫环已通过约0.5毫米厚的液体层牢牢连接到该芯上。使聚氨酯粘结剂部分地固化，以使得木质压舌板在接触表面时会带离连接到该棒状物上的树脂，并使该树脂在拉离时会形成幕状物。这种部分固化通常需要约40分钟。然后，将前面提到的具有含粘合力促进剂的成形研磨结构的固化带螺旋缠绕在该部分固化的聚氨酯涂布泡沫上。用胶带将该固化带保持在合适的位置，并让整个组件在室温下固化3小时。这样就在该磨料带和该泡沫组件之间获得了出色的粘合效果。然后用金刚石刀具对最终的研磨制品进行修整，以确保同心度。
所得的可旋转研磨制品可作为精加工刀具使用，用于去除印刷电路板制造过程中的不规则部分。
粒度对断裂的影响
通过混合80克粉末D与120克矿物B，制备粒状可固化粘结剂前体-磨粒混合物。在塑料容器中剧烈振荡该混合物60秒，使其充分混合。
通过按40∶60的重量比混合粉末A和粉末B，制备底漆混合物。在工业V型搅拌混合机内搅拌该底漆混合物12分钟，使其充分混合。底漆混合物按0.010英寸(0.025厘米)的标称厚度被刮刀涂布到背衬A上，然后以7英尺/分钟(2.1米/分钟)的速度穿过温度为260℉(127℃)的72英寸(1.8米)的加热台板，该混合物在台板上与背衬熔合。
涂布有底漆混合物的背衬A从张力受控的开卷机退绕，并穿过如图1所示布置的设备，然后卷到速度和张力受控的产品卷绕机上。部分粒状可固化粘结剂前体-磨粒混合物被引入刮刀涂布刀片后面的槽中。对粒状可固化粘结剂前体-磨料刮刀涂布工位的刮刀涂布刀片进行调节，使其宽度为3.0英寸(7.6厘米)并且在背衬A上方的间隙为约0.122英寸(0.31厘米)，使得在以约3.0英尺/分钟(0.91米/分钟)的速度向前输送背衬时，在背衬表面上设置一层粒状可固化粘结剂前体-磨料混合物。
调节72英寸(1.8米)的加热台板，以在其5个等长的加热区域上形成温度分布，其中区域1-3设为350℉(177℃)，区域4-5设为300℉(149℃)。压实辊位于该固化台板上方，并且能与台板表面接触。压实辊是覆有硅橡胶的铝辊，它能围绕自身的轴自由旋转，并由枢轴臂支承。压实辊与台板的接触点与台板起点相距18英寸(0.46米)。压实辊的直径为3.88英寸(9.9厘米)。压实辊的向下力(即，静止重量)为6.5千克/3.5英寸(6.5千克/8.9厘米)。
在该台板前缘下游18英寸(0.46米)范围内，粒状可固化粘结剂前体-磨粒混合物变得足够软，以至于当压实辊与刀刮涂层的表面接触时，转移到压实辊上的粉末最少，而表面层接近熔点。在这一点上，刀刮涂层中不存在断裂。
如果不允许在该点进行压实，则粉末层继续向下游移动将导致熔化的粉末层断裂。而在该点处进行压实，压实点之后的粉末层观察不到断裂。
实例2
重复实例1，但作以下修改：
1.将矿物C、粉末D和粉末C以78∶15∶7的重量比混合，制备粒状可固化粘结剂前体-磨粒混合物。在工业V型搅拌混合机内搅拌该混合物12分钟，使其充分混合。
2.将稀松布1和载体1整体替换为背衬B，背衬B上涂布有0.010英寸(2.5毫米)厚的粉末状底漆混合物涂层，该底漆混合物涂层在温度设定为260℉(127℃)的加热台板上局部熔融，使该底漆混合物在视觉上仍保持其粉末状性质，但又不会从背衬B转移到控制卷材路径所需的任何传送辊上。该粉末状底漆混合物是60份树脂粉末B和40份树脂粉末A充分混合而成的共混物。
3.对粒状可固化粘结剂前体-磨料混合物刮刀涂布工位的刮刀涂布刀片进行调节，使其宽度为3.3英寸(8.4厘米)并且在背衬B上方的间隙为约0.250英寸(0.63厘米)，使得以约3.8英尺/分钟(1.2米/分钟)的速度向前输送背衬时，在背衬表面上设置一层粒状可固化粘结剂前体-磨料混合物。
4.调节72英寸(1.8米)的加热台板，以在其5个等长的加热区域上形成温度分布，其中区域1-3设为330℉(166℃)，而区域4-5设为300℉(149℃)。
5.在切割后，背衬B及其上仍然软化的成形结构穿过一组附加的间隙设为0.250英寸(0.6厘米)的压实辊，然后被固化。
固化之后所得的产品厚度为0.269英寸(0.683厘米)，并且重量为71.89克/(67毫米×111毫米)。单个研磨结构的密度为1.70克/立方厘米。孔隙率为36.5％。成形研磨结构的肖氏D级硬度为约77.5。
在不偏离本发明范围和精神的前提下，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和更改，而且应该理解，本发明不仅限于本文所提供的示例性实施例。

Claims (16)

1.一种制作研磨产品的方法，包括：
a)提供基本上水平布置的背衬；
b)提供干燥可流动的颗粒混合物，所述混合物包含磨粒和粒状可固化粘结剂前体，所述磨粒具有45微米或以下的平均粒度；
c)将一层所述干燥可流动的颗粒混合物设置在所述背衬上；
d)使所述干燥可流动的颗粒混合物层的至少一部分烧结以形成内聚层，在所述内聚层中邻近磨粒通过所述可固化粘结剂前体彼此粘附；
e)压实所述内聚层以形成压实层；
f)对所述压实层进行压花和至少部分切割中的至少一项操作，以形成具有与所述背衬相隔的顶端和粘附于所述背衬的附连末端的可固化成形结构；以及
g)至少部分地固化所述可固化粘结剂前体以形成包含磨粒和粘结剂的成形研磨结构，所述成形研磨结构附连在所述背衬上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述背衬包括经过处理的背衬，所述背衬的至少第一表面包括至少部分固化的底漆层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述背衬包括稀松布。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：
在步骤c)之前，
提供基本上水平布置的载体；
将所述稀松布设置在所述载体上；以及
在步骤g)之前，
使所述稀松布与所述载体分离。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述可固化成形结构的所述顶端进行压花，以形成由凸起区域和凹陷区域构成的图案。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤f)包括至少部分地切割所述压实层。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤f)包括对所述压实层进行压花。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括在步骤g)之后折曲所述背衬。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
压实所述可固化成形结构。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘结剂前体包含热固性环氧树脂。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成形研磨结构的高度在从0.1到20毫米的范围内。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成形研磨结构的面密度在每平方米1000到70000个特征的范围内。
13.一种根据权利要求1所述的形成研磨产品的方法，还包括：
将所述背衬附连到芯上，以使得所述成形研磨结构相对于所述芯向外布置。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述背衬螺旋缠绕在所述芯上。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在步骤b)之前，
将粉末状可固化底漆施加到所述背衬上；以及
烧结所述粉末状可固化底漆。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤d)包括烧结至少90％重量百分比的所述干燥可流动的颗粒混合物层。
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