DE60005793T2

DE60005793T2 - Verfahren zur herstellung eines schleifgegenstandes und damit hergestellte schleifgegenstände

Info

Publication number: DE60005793T2
Application number: DE60005793T
Authority: DE
Inventors: Jr. Loren L. Barber
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: EP1150803B1; KR100612164B1; DE60005793D1; KR20010102235A; AU3470900A; WO2000048790A1; JP2002537129A; EP1150803A1; US6413287B1; US6179887B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schleifgegenstand, wie eine Schleifbürste, der ein Bindemittel und eine Anzahl von Schleifpartikeln einschließt, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schleifgegenstandes durch Reaktionsspritzguss.
Bürsten werden seit vielen Jahren zum Polieren, Säubern und Schleifen vieler verschiedener Substrate verwendet. Diese Bürstenprodukte haben gewöhnlich eine Vielzahl von Borsten, die mit dem Substrat in Kontakt kommen. Den Borsten lassen sich Schleifpartikel zufügen, damit ihre Schleifleistung erhöht wird. Zur Herstellung einer herkömmlichen Schleifbürste, die Schleifpartikel enthaltende Borsten aufweist, sind viele Herstellungsschritte nötig. Ein Gemisch aus Schleifpartikeln und einem thermoplastischen Bindemittel lässt sich zusammenfügen und dann extrudieren, so dass eine Borste erhalten wird. Die Borste wird dann auf die gewünschte Länge geschnitten. Eine Vielzahl dieser Borsten wird dann mechanisch vereint, so dass ein Bürstensegment erhalten wird. Anschließend kann eine Vielzahl dieser Bürstensegmente auf einer Nabe oder einer Platte installiert werden, so dass man eine Bürste erhält.
Ein Beispiel für eine solche Bürste ist in US-Patent 5 045 091 (Abrahamson et al.) offenbart. In Abrahamson et al. ist eine Vielzahl von Schleifborsten mechanisch zusammengeklemmt, und es wird ein Wurzelsystem derart angebracht, dass ein Bürstensegment erhalten wird. Eine Vielzahl dieser Bürstensegmente ist auf einer Drehnabe befestigt. Eine weitere Anordnung für das mechanische Befestigen von Borsten auf einer Nabe, so dass man ein Bürstensegment erhält, ist in US-Patent 5 233 719 (Young et al.) offenbart. Young et al. lehren ein Bürstensegment, das ein Substrat mit einer Lage von Borsten, die auf einer Seite des Substrats bspw. mit einem Polymerharz befestigt sind, und ein Wurzelsystem umfasst, das von der gegenüberliegenden Seite des Substrats ausgeht und in die Drehnabe eingreift. Das US-Patent 5 400 458 (Rambosek) lehrt ein Bürstensegment mit einer Vielzahl von Borsten, die in einem Polymerträgeranteil eingebettet sind. Eine Wurzelvorrichtung zur Befestigung des Segmentes an einer Nabe kann integral mit dem Träger verschmolzen sein.
Das US-Patent Nr. 5 233 794 (Kikutani et al.) offenbart ein Drehwerkzeug mit einer rotierenden Spitze, die integral mit einer Welle verbunden ist. Das Drehwerkzeug ist aus einem wärmehärtenden Harz hergestellt, das anorganische lange Fasern mit einem hohen Härtegrad als Schleifvorrichtung in einer Menge von 50 bis 81 Vol.% enthält. Die langen anorganischen Fasern können einen Durchmesser im Bereich von 3 μm bis 30 μm haben. Bei einer der Ausführungsformen von Kikutani et al. wird die rotierende Spitze als Säule oder Zylinder mit Elementen ausgebildet, die der Borste einer Bürste entsprechen, die von der Spitze ausgeht.
Die US-Patente Nr. 5 152 917 und 5 304 223 (Pieper et al.) lehren beschichtete Schleifgegenstände, die genau geformte Schleifverbundstoffe umfassen, welche an einen Träger gebunden sind. Die Schleif-Verbundstoffe umfassen Bindemittel und Schleifpartikel. Die genau geformten Verbundstoffe können in Form von bspw. Pyramiden, Sägezahnrillen, oder linearen Rillen vorliegen. Der Maximalabstand zwischen den entsprechenden Punkten an benachbarten Verbundstoff-Formen kann kleiner als ein mm sein. Der beschichtete Schleifstoff von Pieper et al. kann bspw. gemäß dem folgenden allgemeinen Verfahren hergestellt werden. Erstens wird ein Schlamm, der Schleifkörner und Bindemittel enthält, in ein Produktionswerkzeug eingebracht. Zweitens wird ein Träger in die Außenfläche des Produktionswerkzeugs eingebracht, so dass der Schlamm die Vorderseite des Trägers benetzt. Drittens wird das Bindemittel zumindest teilweise gehärtet. Viertens wird das Produktionswerkzeug aus dem Träger entfernt.
Die US-Patente Nr. 5 174 795 und 5 232 470 (Wiand) lehren einen ebenen Schleifgegenstand, der einen Plattenabschnitt mit einer Vielzahl von davon ausgehen Vorsprüngen besitzt. Die Schleifpartikel sind homogen im formbaren Material, das den Gegenstand ausmacht, verteilt. Wiand lehrt eine Ausführungsform mit kurzen Vorsprüngen, die 1,6 mm (0,063 Zoll) vom Träger abstehen und einen Durchmesser von 3,2 mm (0,125 Zoll) aufweisen, sowie eine weitere Ausführungsform mit kurzen Vorsprüngen, die 1,3 bis 1,5 mm (0,05 bis 0,06 Zoll) vom Träger abstehen und einen Durchmesser von 1,3 mm (0,05 Zoll) aufweisen.
Die britische Patentanmeldung Nr. 2 043 501 (Dawkins) offenbart einen Schleifgegenstand zum Polieren optischer Werkstücke. Der Schleifgegenstand wird durch Spritzguss eines Gemischs aus Schleifkörnern und einem thermoplastischen Bindemittel hergestellt, so dass man einen Schleifgegenstand herstellt, der einen elastischen Träger mit einer Vielzahl aufrecht stehender Vorsprünge aufweist, deren Enden als Arbeits-Schleifoberflächen dienen.
Das US-Patent Nr. 5 427 595 (Phil et al.) offenbart eine extrudierte Schleiffaser, die einen ersten länglichen Faserbestandteil mit einer kontinuierlichen Oberfläche über ihre Länge und ein erstes gehärtetes organisches Polymermaterial und einen zweiten länglichen Faserbestandteil enthält, der mit dem ersten länglichen Faserbestandteil ein gemeinsames Ende bildet, sowie ein zweites gehärtetes organisches Polymermaterial in Schmelzfusionsklebekontakt mit dem ersten länglichen Faserbestandteil längs der kontinuierlichen Oberfläche. Das zweite gehärtete organische Polymermaterial kann das gleiche wie das erste gehärtete organische Polymermaterial oder ein anderes sein. Mindestens eines der ersten und zweiten gehärteten organischen Polymermaterialien umfasst ein thermoplastisches Elastomer mit darin haftenden Schleifpartikeln. Ebenfalls offenbart ist ein Schleifgegenstand, der mindestens eine Schleiffaser umfasst, die an einem Substrat befestigt ist, bspw. an einer Nabe, die so ausgelegt ist, dass sie bei hoher Geschwindigkeit rotieren kann.
Fasern aus Polyamid, das ebenfalls als "Nylon" bekannt ist, wurden in den späten 1950er Jahren als synthetische Alternative zu Naturfasern entwickelt. Ungefähr zur gleichen Zeit wurde ein Extrusionsverfahren zur gleichförmigen Verteilung von Schleifpartikeln in einer Nylonmatrix in Form einer Faser entwickelt (US-Patente Nr. 3 522 342 und 3 947 169). Eine Übersicht über Schleiffasern ist von Watts, J. H. "Abrasive Monofilaments-Critical Factors that Affect Brush Tool Performance", Society of Manufacturing Engineers Technical Paper, 1988, einer geschriebenen Version einer Präsentation des Autors bei der WESTEC Konferenz, gehalten am 21 bis 24. März 1988, gegeben. Die Verwendung herkömmlicher anorganischer Schleifpartikel mit solchen Polyamidfasernn ist bekannt. Wie von Watts erläutert, werden bei der Abnutzung derartiger Fasern neue Schleifpartikel freigelegt. Ein Schleiffaser-Bürstenwerkzeug, das mit einer Vielzahl dieser Fasern hergestellt wurde, wird so während der Verwendung regeneriert. Verschiedene Polyamide sind zwar für viele Zwecke geeignet, sind jedoch insofern eingeschränkt, als ihre Verwendung für bestimmte Anwendungen von Schleiffasern weniger optimal ist.
Das US-Patent Nr. 5 460 883 (Barber Jr. et al.) beschreibt die Verwendung thermoplastischer Elastomere in Schleiffasern, wodurch diese Einschränkungen der Polyamidfasern reduziert oder bewältigt werden.
Ein integral geformter Schleifgegenstand ist in WO 96/33638 (Johnson et al.), veröffentlicht am 31. Oktober 1996, beschrieben. Johnson et al beschreiben, dass sich formbare Polymere in Bürsten, Bürstensegmenten und Fasern verwenden lassen. Das formbare Polymer ist vorzugsweise ein organisches Bindemittelmaterial, das sich formen lässt, d. h. es kann unter Wärme verformt werden, so dass eine gewünschte Form erhalten wird. Johnson et al. lehren, dass zu den gewünschten formbaren Polymeren thermoplastisches Polymer, wärmehärtendes Polymer, thermoplastisches Elastomer und Gemische davon gehören. Johnson et al. lehren auch, dass thermoplastische Elastomere in Verfahren verwendet werden können, wie Spritzguss, Extrusion, Blasformen und dergleichen. Der Spritzguss, wie von Johnson et al., gelehrt wird, bietet das Unterbringen eines Gemischs aus Pellets, die ein formbares Polymer und gegebenenfalls Schleifpartikel enthalten, in einem Trichter, der das Gemisch zu einer ersten oder hinteren Seite eines Schneckeneinspritzers schickt. Das erweichte Gemisch wird dann in eine Form geleitet, wobei der Schneckeneinspritzer eine erhitzte Trommel zum Schmelzen des Gemischs umfasst, und wobei eine rotierende Schnecke innerhalb der Trommel das Gemisch in der Form umwälzt. Somit nutzt der Spritzguss, wie von Johnson et al. beschrieben wurde, eine einzelne formbare Polymerquelle, mit der der Schneckeeinspritzer und danach die Form beschickt wird.
Es besteht ein Bedarf an einem Schleifgegenstand, bspw. einer Schleifbürste, welcher sich leicht, schnell und billig herstellen lässt. Ein so hergestellter Schleifgegenstand bietet vorzugsweise geeignete Haltbarkeits- und Schleifeigenschaften. Es besteht auch ein Bedarf an der Bereitstellung einer Schleifbürste mit Schleifpartikeln, die fremdes Material aus einer Werkstückoberfläche beseitigen können, ohne die Werkstückoberfläche zu beschädigen oder die der Werkstückoberfläche ein gewünschtes Endaussehen verleihen können.
Erfindungsgemäß wird ein integral geformter Schleifgegenstand nach Anspruch 1 bereitgestellt. Verfahren zur Herstellung eines solchen Schleifgegenstandes sind in den Ansprüchen 3, 6 und 7 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Das Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes ist leicht, schnell und billig, und stellt einen geeigneten Schleifgegenstand bereit, der hinreichend haltbar ist, und annehmbare Schleifeigenschaften besitzt. Das Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes nach Anspruch 3 umfasst das Zuführen einer wirksamen Menge an Schleifpartikeln zu mindestens einem Teil einer Vielzahl von Borstensegmentabschnitten einer Schleifgegenstandform, das Zuführen einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix zur Schleifgegenstandform, wobei die Bindemittel-Vorstufen-Matrix mindestens zwei interaktive Bestandteile umfasst, die ein Bindemittel bilden können, wie Bestandteile, die ausgewählt sind aus einem Polyurethen/Harnstoff-Bindemittel und einem Epoxy-Bindemittel und Härtenlassen der Bindemittel-Vorstufen-Matrix innerhalb der Schleifgegenstandform, so dass die Schleifpartikel sicher in einem Bindemittel befestigt sind, das aus der Bindemittel-Vorstufen-Matrix hergestellt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet das Reaktionsspritzgießen oder RIM.
"Eine wirksame Menge Schleifpartikel" steht für die Menge an Schleifpartikeln, die während eines Verfahrens zur Herstellung eines Schleifgegenstandes zugegeben werden, so dass die resultierende Schleifbürste ohne Beschädigung der Werkstückoberfläche fremdes Material von einer Werkstückoberfläche effizient entfernen kann oder der Werkstückoberfläche das gewünschtes Endaussehen verleihen kann.
"RIM" steht für Reaktionsspritzguss, d. h. für ein Produktionsverfahren, das das Mischen und das Umsetzen von einem oder mehreren, vorzugsweise zwei oder mehreren, chemischen Bestandteilen umfasst, so dass eine feste Struktur erhalten wird. Die beiden oder mehreren chemischen Bestandteile werden als interaktive Flüssigbestandteile zugeführt. Der Begriff "RIM", wie er hier verwendet wird, betrifft auch RRIM und SRIM. "RRIM" steht im allgemeinen für verstärkten Reaktionsspritzguss, wobei Füllstoffe gewöhnlich zu mindestens einer der interaktiven chemischen Bestandteile gegeben werden. Füllstoffe umfassen gewöhnlich solche Materialien, wie gemahlenes Glas, Glasschnitzel, und Glasflocken. "SRIM" steht gewöhnlich für Struktur-Reaktionsspritzguss, das gewöhnlich Verstärkungsmaterialien, wie Glasfaser-Vorform, in der Form enthält, wo die chemischen BEstandteile eingespritzt werden, so dass sie sich um die Vorform verfestigen.
"Interaktiv" bedeutet, dass die Bestandteile der Bindemittel-Vorstufen-Matrix einem gemeinsamen Mechanismus unterliegen, wie kovalente Bindung, Wasserstoffbindung, Ionenbindung, van der Waals-Kräfte und dergleichen, die die Vernetzung und/oder Kettenverlängerung der Bestandteile bewirken.
"Härtungszeit" betrifft einen Zeitraum, der nötig ist, damit eine komplette Wechselwirkung zwischen den Bestandteilen der Bindemittel-Vorstufen-Matrix erfolgen kann, so dass sich die physikalische Beschaffenheit der Matrix irreversibel ändert, und ein Bindemittel erzeugt wird. Der physikalische Zustand der Bindemittel-Vorstufen-Matrix kann in einen anderen Zustand übergehen, so dass das Bindemittel hergestellt wird, wie aus einem im wesentlichen flüssigen Zustand in einen im Wesentlichen festen Zustand.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren beinhaltet vorzugsweise das Zuführen der Bindemittel-Vorstufen-Matrix zur Schleifgegenstandform, indem jeder der mindestens zwei interaktiven Bestandteile vor der Zufuhr der Bindemittel-Vorstufenmatrix zur Schleifgegenstandform gesondert zu einem Mischer geführt wird.
Bei einer Ausführungsform bildet die Bindemittel-Vostufen-Matrix ein Polyurethan/Harnstoff-Bindemittel mit einem Verhältnis von weichem Segment zu hartem Segment von etwa 10 : 1 bis etwa 1 : 2. Die Bindemittel-Vorstufen-Matrix umfasst einen ersten Bestandteil, ausgewählt aus einem Amin, einem Polyol oder einem Gemisch davon, wobei der erste Bestandteil eine durchschnittliche Amin- und/oder Hydroxy-Funktionalität von mindestens etwa 2 und ein Äquivalentgewicht von mindestens etwa 30 g und weniger als etwa 10000 g pro Äquivalent hat, und einen zweiten Bestandteil, der ein polyfunktionelles Isocyanat mit einer durchschnittlichen Isocyanatfunktionalität von mindestens 2 und einem Äquivalentgewicht von mindestens etwa 80 g und weniger als etwa 5000 g je Äquivalent umfasst. Die Bindemittel-Vorstufen-Matrix kann zudem ein Kettenverlängerungsmittel beinhalten.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bindemittel-Vorstufen-Matrix einen ersten Bestandteil, der ein Glycidylether-Epoxidgruppe enthaltendes Material umfasst, und einen zweiten Bestandteil, der ein aliphatisches Polyether-Härtungsmittel mit endständigen Aminogruppen umfasst. Die Bindemittel-Vorstufen-Matrix kann zudem ein Polymerhärtungsmittel mit einer gummiartigen Phase und einer thermoplastischen Phase beinhalten, oder kann mit dem Epoxidgruppen-haltigen Material beim Härten sowohl eine gummiartige Phase als auch eine wärmehärtende Phase bilden; sowie einen Katalysator, der eine Exotherme von mindestens etwa 20°C bereitstellen kann.
Die Zufuhr einer Vielzahl von Schleifpartikeln zu einer Schleifgegenstandform beinhaltet vorzugsweise das Füllen der Schleifpartikel in mindestens einige der Vielzahl von Borstensegmentabschnitte der Form. Der Schritt des Zuführens einer Vielzahl von Schleifpartikel zu mindestens einem Abschnitt der Schleifpartikelform beinhaltet stärker bevorzugt das Füllen von mindestens etwa 50 Vol.% zu mindestens einer Vielzahl von Borstensegmentabschnitten der Form mit Schleifpartikeln.
Erfindungsgemäß erfolgt der Schritt des Zuführens einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix zur Schleifgegenstandform gewöhnlich nach dem Schritt des Zuführens einer Vielzahl von Schleifpartikeln zu mindestens einem Abschnitt einer Schleifgegenstandform.
Das Verfahren kann ebenfalls die Zugabe eines wahlfreien Additivs zur Bindemittelvorstufenmatrix beinhalten, wobei das wahlfreie Additiv vorzugsweise ausgewählt ist aus einem Füllstoff, einer Faser, einem Antistatikum, einem Antioxidans, einem Katalysator, einer Verarbeitungshilfe, einem Trocknungsmittel, einem UV-Stabilisator, einem Flammschutzmittel, einem Gleitmittel, einem Befeuchtungsmittel, einem grenzflächenaktiven Mittel, einem Pigment, einem Farbstoff, einem Kopplungsmittel, einem Weichmacher, einem Suspendierungsmittel, und Kombinationen davon.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt einen durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellten Schleifgegenstand nach Anspruch 1 bereit, wobei eine Vielzahl von Borsten des Schleifgegenstandes ein Bindemittel umfasst, welches aus einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix und einer Vielzahl von mit dem Bindemittel zusammenhaftenden Schleifpartikeln besteht, wobei das Bindemittel und die Vielzahl von Schleifpartikeln in einem Verhältnis von 1 : 3 oder mehr, bezogen auf das Gewicht, vorliegen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes nach Anspruch 6 bereit, umfassend das Füllen einer Vielzahl von Schleifpartikeln auf etwa 50 Vol.% von mindestens einem Teil einer Vielzahl von Borstensegmenten einer Schleifgegenstandform. Das Verfahren beinhaltet auch das Zuführen eine Bindemittel-Vorstufen-Matrix, umfassend mindestens zwei interaktive Bestandteile zu dem geformten Schleifgegenstand, wobei ein erster Bestandteil ausgewählt ist aus einem Polyharnstoff oder Polyurethan/Harnstoff, der aus der Polymerisation eines polyfunktionellen Amins mit einer Funktionalität von mindestens 2 und einem Äquivalentgewicht von mindestens etwa 300 und einem polyfunktionellen Isocyanatpräpolymer mit einer Funktionalität von mindestens 2 und einem Äquivalentgewicht von mindestens etwa 300 resultiert, und ein zweiter Bestandteil ausgewählt ist aus einem polymerisierten polyfunktionellen Isocyanat oder polyfunktionellem Amin mit einer Funktionalität von mindestens etwa 2 und einem Äquivalentgewicht von weniger als etwa 300, und Härtemassen der Bindemittel-Vorstufen-Matrix innerhalb der Schleifgegenstandform, so dass die Schleifpartikel in einem aus der Bindemittelvorstufenmatrix gebildeten Bindemittel sicher befestigt werden, wobei das Bindemittel ein Verhältnis von weichem Segment zu hartem Segment von etwa 10 : 1 bis etwa 1 : 2 beinhaltet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes nach Anspruch 7 bereit, umfassend das Füllen einer Vielzahl von Schleifpartikeln auf etwa 50 Vol.% von mindestens einem Teil einer Vielzahl von Borstensegmenten einer Schleifgegenstandform. Das Verfahren beinhaltet auch das Zuführen einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix, die mindestens zwei interaktive Bestandteile umfasst, zu der Schleifgegenstandform, wobei ein erster Bestandteil ein Glycidylether-Monomer der Formel:
umfasst, wobei R¹ ein Alkyl- oder Arylrest ist und m eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist, und ein zweiter Bestandteil ein Polyetherdiamin der Formel: H₂N-R²O( -R³O) - _nR²-NH₂ umfasst, wobei R² ein gerader oder verzweigter Alkylenrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, R³ ein Hydrocarbolenrest mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen ist, welcher ausgewählt ist aus geradund verzweigtkettigen Alkylenresten mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylenresten mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen und Arenresten mit 6 bis 8 Kohlenstoffatomen, und n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist, so dass das durchschnittliche Molekulargewicht der Verbindung von etwa 175 bis etwa 750 reicht; und Härtenlassen der Bindemittel-Vorstufen-Matrix in der Schleifgegenstandform, so dass die Schleifpartikel sicher in dem Bindemittels befestigt, das aus der Bindemittel-Vorstufen-Matrix gebildet, wobei das Bindemittel und die Vielzahl von Schleifpartikel in einem Verhältnis von etwa 1 : 3 oder mehr, bezogen auf das Gewicht, vorliegen.
Die Vielzahl von Schleifpartikel umfasst vorzugsweise ein Material, ausgewählt aus einem anorganischen Material, einem organischen Material oder einem Agglomerat davon. Der integral geformte Schleifgegenstand kann zudem einen Befestigungsbestandteil auf der zweiten Seite des Trägers umfassen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand verschiedener Ansichten der Zeichnungen weiter erläutert, wobei in sämtlichen Ansichten ähnliche Strukturen durch gleiche Bezugszahlen angegeben sind. Es zeigt/zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung sowie eines Verfahrens zur Durchführung der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer bekannten Vorrichtung und eines Verfahrens zur Herstellung eines Schleifgegenstandes;
3A und 3B schematische Darstellungen einer Form, die sich zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eignet;
4 eine Querschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Schleifgegenstandes, der erfindungsgemäß hergestellt wurde;
5 einen Grundriss des Schleifgegenstandes von 4;
6 einen Aufriss eines Schleifgegenstandes von 4 bei Betrieb;
7 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Borste des Schleifgegenstandes von 4;
8 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Borste des Schleifgegenstandes von 4;
9 eine partielle Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Schleifgegenstandes, der einen erfindungsgemäßen Verstärkungsbestandteil aufweist.
10 eine partielle Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Schleifgegenstandes, der einen alternativen erfindungsgemäßen Verstärkungsbestandteil aufweist;
11 einen Grundriss einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten Schleifgegenstandes;
12 eine Querschnittsansicht des Schleifgegenstandes in 11, längs der Ebene 11-11;
13 einen Grundriss einer erfindungsgemäßen Bürstenanordnung mit einer Vielzahl von Schleifbürsten, die an einem Träger befestigt sind;
14 einen Grundriss einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen radialen Schleifbürstensegmentes;
15 einen Querschnitt des Bürstensegmentes von 14, längs der Linie 13-13.
16a eine isometrische Ansicht einer Vielzahl von Bürstensegmenten der 14, die auf einer Welle zusammengebaut sind, so dass man eine Bürstenanordnung erhält;
16b eine ähnliche Figur wie 16a, wobei die einzelnen Büstensegmente aneinander angrenzen;
17 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen radialen Schleübürstensegmentes;
18 einen Grundriss einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen radialen Schleifbürstensegmentes;
19 eine Endansicht einer Vielzahl von Bürstensegmenten von 18, die zusammen auf einer Welle zusammengebaut sind;
Andere Eigenschaften, Vorteile und weitere Verfahren zur Durchführung der Erfindung werden besser aus der folgenden Beschreibung der Figuren und den bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ersichtlich.
Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes, wie einer geformten Schleifbürste, bereitgestellt. Andere Aspekte der Erfindung betreffen einen Schleifgegenstand und ein Verfahren zur Verwendung eines Schleifgegenstandes.
Verfahren zur Herstellung von Schleifgegenständen
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schleifgegenstandes umfasst die Schritte: Zuführen einer wirksamen Menge von Schleifpartikeln zu mindestens einem Teil einer Schleifgegenstandform, wobei die Schleifgegenstandform eine Vielzahl von Borstensegmentabschnitten umfasst; Zuführen einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix aus mindestens zwei interaktiven Bestandteilen zur Schleifgegenstandform, wobei die Schleifgegenstandform eine Vielzahl von Borstensegmentabschnitten umfasst; und Härtenlassen der Bindemittel-Vorstufen-Matrix in der Schleifgegenstandform, so dass die Schleifpartikel sicher in dem Bindemittel befestigt sind, das aus der Bindemittel-Vorstufen-Matrix hergestellt wird. Die Zufuhr einer wirksamen Menge Schleifpartikel zu mindestens einem Teil einer Schleifgegenstandform erfolgt vorzugsweise durch Füllen der Schleifpartikel in eine Vielzahl von Borstensegmentabschnitten des geformten Schleifgegenstandes. Stärker bevorzugt erfolgt die Zufuhr einer wirksamen Menge von Schleifpartikeln zu mindestens einem Teil einer Schleifgegenstandform durch Füllen von mindestens etwa 50 Vol.%, vorzugsweise etwa 75 Vol.%, in mindestens einige einer Vielzahl von Borstensegmentabschnitten einer Schleifgegenstandform mit Schleifpartikeln. Das Verfahren umfasst noch stärker bevorzugt den Schritt Zuführen einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix zu der Schleifgegenstandform nach dem Schritt des Füllens der Schleifpartikel in die Vielzahl von Borstensegmentabschnitten der Schleifgegenstandform.
Man hat überraschend entdeckt, dass bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ein Schleifgegenstand mit einem Verhältnis von Bindemittel zu Schleifpartikeln von mindestens etwa 1 : 3, gewöhnlich etwa 1 : 4 oder mehr im Borstenabschnitt des Schleifgegenstandes hergestellt wurde und somit die Schleifpartikel im Arbeits- oder Schleifabschnitt des Schleifgegenstandes konzentriert wurden. Es war auch überraschend, dass ein Erhöhen der Schleifpartikelmenge im Arbeitsbereich des Schleifgegenstandes im Wesentlichen den Schleifgegenstand während der Schleifprozesse nicht beeinträchtigte, was man erwartet hätte. Es wurde bspw. erwartet, dass eine Erhöhung der Schleifpartikelkonzentration in den Borsten eines Schleifgegenstandes solch nachteiligen Wirkungen erzeugen würde wie ein stärkeres Versagen des Schleifgegenstandes, da die Borsten beim Schleifen vom Schleifgegenstandträger abbrechen würden.
Das Verfahren umfasst das Reaktionsspritzgießen (RIM, wie oben definiert). RIM-Techniken sind im Fachgebiet bekannt. Bei einer üblichen RIM-Technik lässt sich eine RIM-Vorrichtung 40 wie in 1 veranschaulicht verwenden.
Bestandteile der Bindemittel-Vorstufen-Matrix werden in den RIM-Techniken gewöhnlich als Flüssigkeiten aufgenommen. Sie lassen sich als Flüssigkeiten in Speicherbehältern 42 und 42' halten, wo sich zwei interaktive Bestandteile der Bindemittel-Vorstufen-Matrix befinden. Die Speicherbehälter 42 und 42' können bei einer hinreichenden Temperatur gehalten werden, so dass die Bestandteile an die Verarbeitungstemperatur konditioniert werden, bspw. etwa 20°C bis etwa 90°C. Die Speicherbehälter 42 und 42' können eine Temperaturregulationsvorrichtung 41 und 41' beinhalten, wie sie im Fachgebiet bekannt ist.
Die Beschickungsleitungen 44 und 44' verbinden die Speicherbehälter 42 und 42' flüssig mit den Dosierpumpen 46 bzw. 46'. Die Dosierpumpen sind vorzugsweise so kalibriert, dass die Bestandteile der Bindemittel-Vorstufen-Matrix für eine Abgabe zu einem Mischkopf 56 über die Einspritzbeschickungsleitungen 48 und 48' genau in einem erforderlichen Volumen und Verhältnis zueinander abgemessen sind. Geeignete Dosierpumpen sind im Fachgebiet bekannt und beinhalten Kolbenpumpen, Getriebepumpen und dergleichen.
Die genau abgemessenen Bestandteile fließen durch die Einspritzbeschickungsleitungen 48 und 48', durch die Einspritzdüsen 50 bzw. 50' zu einem Mischkopf 56. Im Mischkopf 56 werden die eingespritzten Bestandteile gemischt. Das Mischen der Bestandteile lässt sich mit einer Reihe von Mischvorrichtungen bewerkstelligen, wie einer Hydraulik-Prallvorrichtung 57. Andere geeignete Mischvorrichtungen können Rührvorrichtungen, Schüttler, Statikmischer und dergleichen umfassen. Sobald die Bestandteile gemischt sind und eine Bindemittel-Vorstufen-Matrix gebildet haben, können sie dann die RIM-Vorrichtung 40 durch den RIM-Auslass 58 zur anschließenden Abgabe an eine Schleifgegenstandform verlassen. Die Abgabe der gemischten Bestandteile kann durch eine Vielzahl bekannter Techniken, wie durch Einspritzen in eine geschlossene Form oder durch Gießen in eine offene Form, wobei nur einige genannt sind, bewerkstelligt werden.
Wahlfreie Materialien, wie Additive, Füllstoffe, usw. lassen sich wenn gewünscht zu einem oder mehreren Bestandteilen geben. Damit die wahlfreien Materialien im Wesentlichen gleichmäßig in dem Bestandteil dispergiert bleiben, können die Aufbewahrungsbehälter (42, 42') mit einer Mischvorrichtung ausgerüstet sein, wie einem Schüttler oder einer Rührvorrichtung. Zusätzlich und wahlfrei kann die RIM-Vorrichtung 40 mit den umlaufenden Leitungen 54 und 54' ausgerüstet sein. Der Fluss der Bestandteile durch die umlaufenden Leitungen (54, 54') lässt sich durch Kontrollvorrichtungen 53 steuern, die wiederum die Ventile 59 und 59' steuern. Durch Ausrichten des Ventils 59 (und 59') in eine Position, kehrt der Bestandteil über die Umlaufleitung 54 (und 54') zum Speicherbehälter 42 (und 42') zurück. Durch Ausrichten des Ventils 59 (und 59') in eine zweite Position gelangt der Bestandteil durch die Einspritzdüse 50 (und 50') zum Mischkopf 56. Es kann wünschenswert sein, eine solche Umlaufleitung in einer RIM-Vorrichtung als Maßnahme zum kontinuierlichen Mischen bereitzustellen, so dass das wahlfreie Material im wesentlichen gleichmäßig in dem Bestandteil verteilt bleibt. Ein wahlfreier Wärmetauscher 55 (und 55') kann zu jeder Umlaufleitung gegeben werden, so dass die Temperatur des Bestandteils, der zum Speicherbehälter 42 (und 42') zurückkehrt, reguliert werden kann.
Der Fachmann erkennt, dass eine RIM-Vorrichtung eine Reihe von Speicherbehältern, Beschickungsleitungen, Dosierpumpen, Einspritzdüsen usw. enthält, die der Anzahl der Bestandteile der Bindemittel-Vorstufen-Matrix entspricht, wenn die Bindemittel-Vorstufen-Matrix mehr als zwei interaktive Bestandteile enthält.
Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird ein herkömmliches Einspritzverfahren gewöhnlich durch eine in 2 gezeigte Vorrichtung bewerkstelligt. Spritzgusstechniken sind im Fachgebiet bekannt, wobei ein Bindemittelmaterial vorzugsweise erhitzt wird, bis es in einem im Wesentlichen geschmolzenen Zustand ist, dann durch eine Schneckeneinspritzvorrichtung in eine Form extrudiert, und das geschmolzene Bindemittelmaterial wird anschließend gekühlt, so dass ein Gegenstand hergestellt wird. Eine typische Spritzgussvorrichtung 60 zur Herstellung eines Schleifgegenstandes ist in 2 veranschaulicht. Nach dem Trocknen durch Erwärmen wird ein Gemisch aus Pellets, das ein formbares Polymer umfasst, gewöhnlich ein Thermoplast-Polymer und gegebenenfalls Schleifpartikel, in einem Trichter 62 untergebracht. Der Trichter leitet das Gemisch in eine erste oder hintere Seite 70 einer Schneckeneinspritzvorrichtung 64, die gewöhnlich eine Schnecke 66 in einer Trommel 68 umfasst. Die gegenüberliegende Seite oder Vorderseite 72 des Schneckeneinspritzers 64 umfasst eine Düse 74 zum Durchleiten des erweichten Gemischs in eine Form 76a, 76b. Die Trommel 68 der Einspritzvorrichtung 64 wird zum Schmelzen des Gemischs erhitzt, und die rotierende Schnecke 66 wälzt das Gemisch in die Richtung der Düse 74. Die Schnecke 66 wird dann linear vorwärts in Richtung B befördert, so dass der "Schuss" des erweichten Gemischs bei einem gewünschten Druck in die Form 76a, 76b übertragen wird.
Erfindungsgemäß wird eine Bindemittel-Vorstufen-Matrix, die mindestens zwei interaktive Bestandteile enthält, wie vorstehend beschrieben, an eine Form abgegeben. Eine Schleifgegenstandform enthält gewöhnlich Hohlräume, die zur gewünschten Schleifgegenstand-Konfiguration umgekehrt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält eine Form Hohlräume, die zur Schleübürstenkonfiguration wie in 3A umgekehrt sind. Ein Form- Design muss die Schleifbürsten-Konfiguration berücksichtigen, wie bspw. in 4 veranschaulicht, einschließlich der Größe und Konfiguration des Trägers 12, der Borsten 18 und des wahlfreien Befestigungsbestandteils 30.
Eine bevorzugte Form 80, wie in 3A gezeigt, umfasst eine Vielzahl von Borstensegmenten 82 und einen Basisabschnitt 88. Bei dieser Ausführungsform ist die Vielzahl der Borstensegmente 82 in eine äußere Borstensegmentreihe 84 und eine innere Bürstensegmentreihe 86 unterteilt. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet die äußere Borstensegmentreihe 84 die Borstensegmente 82, die bei etwa 11,25° gleichmäßig voneinander beabstandet sind. wie es vom Mittelpunkt der Schleifbürste gemessen wurde. Die innere Borstensegmentreihe 86 beinhaltet Segmente 82, die mit etwa 14,40° gleichförmig voneinander beabstandet sind, wie es vom Mittelpunkt der Schleifbürste gemessen wurde.
In 3B längs der Linie 3B-3B in 3A ist ein Querschnitt eine Borstensegmentes 82 und ein Abschnitt des Trägers 88 (mit einer Dicke von etwa 0,5 nm bis etwa 15 nm, durch t gezeigt) gezeigt. Das Borstensegment 82 hat eine Höhe von etwa 0,75 Zoll (1,9 cm), gezeigt durch h, einen Durchmesser von 0,075 Zoll (1,9 mm) an einem Spitzenabschnitt, gezeigt durch d, und eine 5° Verjüngung an der Spitze, die durch Winkel β gezeigt ist. Die Form selbst kann aus einem relativ nicht-nachgiebigen Material, wie Aluminium, Stahl, Messing, Kupfer, Stahl, Gummi und einer Kombination davon, hergestellt werden.
Der Fachmann erkennt, dass sich die Schleifgegenstandform verschiedenen Modifikationen unterwerfen lässt, die die Eigenschaften in einem fertigen Schleifgegenstand beeinflussen. Die Anzahl, der Abstand, die Höhe und/oder der Durchmesser der Borstensegmente können wunschgemäß variiert werden.
Schleifgegenstände
In den 4 und 5 umfasst eine bevorzugte Ausführungsform der Schleübürste 10 einen ebenen Träger 12 mit einer ersten Seite 14 und einer zweiten Seite 16. Eine Vielzahl von Borsten 18 ragen von der ersten Seite 14 des Trägers 12 nach außen. Zwischen den Borsten 18 befinden sich Räume, in denen die erste Seite 14 des Trägers 12 freiliegt. Die Schleübürste 10 ist vorzugsweise integral mit den Borsten 18 geformt, die Schleifpartikel 26 umfassen, welche in einem aus einer Bindemittel-Vorstufenmatrix hergestellten Bindemittel 28 aneinander haften. Der Träger 12 ist im Wesentlichen frei von Schleifpartikeln und enthält vorzugsweise keine Schleifpartikel.
Die Materialien, das Herstellungsverfahren und die Bürstenkonfiguration hängen von der gewünschten Verfeinerungsanwendung ab. Der Begriff "Verfeinern" umfasst mindestens einen der folgenden Schritte: Entfernen eines Teils einer Werkstückoberfläche, das Versehen des Werkstücks mit einem Oberflächen-Finish, Entkalken einer Oberfläche, Entgraten einer Oberfläche, Säubern einer Werkstück-Oberfläche, einschließlich der Entfernung von Farbe oder anderen Beschichtungen, Dichtungsmaterial, Korrosions, Ölrückstand oder anderem Fremdmaterial oder Schlamm, oder eine bestimmte Kombination der vorstehend genannten. Bei einigen Anwendungen lassen sich vorzugsweise aggressive Schleifeigenschaften bereitstellen. In diesem Fall kann das Bürstensegment Schleifpartikel umfassen, größere Schleifpartikel, härtere Schleifpartikel, ein höheres Verhältnis von Schleifpartikel zu Bindemittel, oder eine bestimmte Kombination der oben genannten Ausführungen. Bei anderen Anwendungen kann der zu verfeinernden Oberfläche vorzugsweise en Politur-Finish verliehen werden, oder eine Oberfläche ohne Entfernen des Oberflächenmaterials selbst gereinigt werden. In diesem Fall kann die Bürste keine Schleifpartikel einsetzen, kleinere Schleifpartikel, ein geringeres Verhältnis von Schleifpartikel zu Bindemittel oder eine bestimmte Kombination der vorhergehenden Ausführungen. Man kann Schleifpartikel verschiedener Zusammensetzung und Härte einsetzen, damit die gewünschten Schleifeigenschaften erhalten werden.
Träger
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Träger 12 gewöhnlich eben. Im Rahmen der Erfindung liegt jedoch auch ein kurvenförmiger oder gekrümmter Träger. Der Träger 12 kann bspw. konvexe, konkave oder konische Gestalt haben. Bei einer solchen Anordnung können die Borsten 18 gleichmäßige Länge aufweisen, wobei die Spitzen 22 der Borsten dann nicht koplanar sind, oder die Borsten verschiedene Länge aufweisen können, wobei die Spitzen koplanar sein können. Der Träger 12 kann gegebenenfalls eine Lippe um seinen Rand aufweisen, wobei ein Teil des Trägers radial hinter die äußersten Borsten 18 ragt. Die Größe der Lippe ist vorzugsweise minimiert, so dass sie das Manövrieren der Schleübürste 10 gegen den Oberflächenrand und in einem Winkel relativ zur Oberfläche des Werkstücks nicht stört.
Bei einer Ausführungsform besteht der Träger 12 aus einem geeigneten Material und hat eine geeignete Dicke, dass ein leicht elastischer Träger 12 bereitgestellt wird, so dass mehr Borsten mit einem ungleichmäßigen oder unregelmäßigen Werkstück in Kontakt sind. Der Träger 12 kann sich vorzugsweise mindestens 1°, stärker bevorzugt mindestens 2° und noch stärker bevorzugt mindestens 5° biegen, ohne dass er im Wesentlichen beschädigt oder dauerhaft deformiert wird. Das gewünschte Ausmaß der Biegung hängt auch von der angestrebten Verfeinerungsanwendung und dem Material des Werkstücks ab. Der Träger 12 kann vorzugsweise eine Dicke von etwa 1 bis 15 mm, stärker bevorzugt 1,5 bis 10 mm, noch stärker bevorzugt etwa 2 bis 6 mm, und am stärksten bevorzugt etwa 2,5 bis 4 mm, haben. Der Träger 12 ist vorzugsweise kreisförmig, wie in 4 gezeigt. Der Durchmesser des Trägers 12 reicht vorzugsweise von etwa 2,5 bis 20 cm (1 bis 8 Zoll), obwohl kleinere und größere Träger ebenfalls erwogen werden. Andere Trägerformen als eine runde Form werden in Betracht gezogen, einschließlich, aber nicht eingeschränkt auf ovale, rechteckige, quadratische, dreieckige, rhombische und andere polygonale Formen, da sie relativ starre oder unbiegsame Träger sind.
Der Träger 12 ist integral mit den Borsten 18 geformt, so dass eine Einheitsschleifbürste erhalten wird. Es ist somit keine Klebe- oder Mechanikvorrichtung erforderlich, damit die Borsten 18 an dem Träger 12 haften. Der Träger 12 und die Borsten 18 werden vorzugsweise gleichzeitig geformt. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Schleifpartikeln 26 trocken in die Borstenabschnitte einer Schleifgegenstandform gefüllt. Ein Strom aus einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix wird dann, wie vorstehend in der RIM-Verarbeitung beschrieben, in die Form gespritzt, um diese zu befüllen und um die bereits in der Form befindlichen Partikel herum zu füllen. Bei einer solchen Ausführungsform umfasst die Schleifbürste 10 eine relativ hohe Konzentration an Schleifpartikeln zur Spitze 22 in den Borsten und eine wesentlich niedrigere Menge an Schleifpartikeln im Basisabschnitt.
Alternativ kann ein Gemisch einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix 28 und von Schleifpartikeln 26 eingespritzt werden. Dieses Gemisch befindet sich primär in den Borsten 18. Eine zweite Injektion kann die Bindemittel-Vorstufen-Matrix 28 ohne Schleifpartikel 26 oder mit weniger Schleifpartikeln enthalten. Die Bindemittel-Vorstufen-Matrix 28 ohne Schleifpartikel ist vorwiegend in dem Träger 12 der Schleifbürste 10 zugegen. Zudem kann zuerst eine relativ hohe Konzentration von Schleifpartikeln und danach eine geringere Konzentration von Schleifpartikeln eingespritzt werden, so dass die Dichte der Schleifpartikel an oder nahe den Borstenspitzen größer ist.
Zwei oder mehrere Einspritzungen liegen ebenfalls im erfindungsgemäßen Rahmen, wobei einige oder alle Einspritzungen Schleifpartikel enthalten können. Die erste Einspritzung kann größere Schleifpartikel aufweisen, wohingegen die zweite Injektion kleinere und/oder weichere Schleifpartikel aufweisen kann: Bei einer solchen Ausführungsform werden beim Schleifen zuerst die gröberen Schleifpartikel und dann die feineren Schleifpartikel verwendet.
Borsten
Die Borsten 18 gehen von der ersten Seite 14 des Trägers 12 aus, wobei die Wurzel 20 nahe dem Träger 12 und die Spitze 22 von dem Träger 12 entfernt ist. Die Borsten 18 können einen beliebigen Querschnitt aufweisen, einschließlich, aber nicht eingeschränkt auf rund, sternförmig, halbmondförmig, viertelmondförmig, oval, rechteckig, quadratisch, dreieckig, rhombisch oder polygonal. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Borsten 18 einen konstanten runden Querschnitt längs der Länge der Borste 18. Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen haben die Borsten 18 einen nicht-konstanten oder variablen Querschnitt längs eines Teils oder der gesamten Länge der Borste.
Die Borsten sind vorzugsweise konisch, so dass der Querschnitt der Borste in der zum Träger 12 abgewandten Richtung abnimmt. Die konischen Borsten 18 können einen beliebigen Querschnitt, wie vorstehend beschrieben aufweisen, und haben vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt. Die konischen Borsten 18 neigen dazu, leichter von der Form bei der Herstellung der Schleifbürste entfernt zu werden, als Borsten 18 mit konstantem Querschnitt. Darüber hinaus unterliegen die Borsten 18 Biegespannungen, wenn die Schleifbürste 10 gegen ein Werkstück rotiert, wie es in 6 gezeigt ist. Diese Biegespannungen sind am höchsten an der Wurzel 20 der Borsten 18. Daher ist eine konische Borste, wie sie in den 7 und 8 gezeigt ist, beständiger gegenüber Biegespannungen als eine zylindrische Borste. Die Büste 10 umfasst weiterhin vorzugsweise einen Kehlradius 24 am Übergang zwischen Wurzel 20 der Borste 18 und der ersten Oberfläche 14 des Trägers. Die Kehle 24 kann einen Radius von etwa 0,25 bis 2,5 mm (0,010 bis 0,100 Zoll), und stärker bevorzugt etwa 0,5 bis 1,3 mm (0,020 bis 0,050 Zoll) haben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die in 7 gezeigt ist, sind die Borsten 18 konisch, und haben einen abnehmenden Durchmesser über die gesamte Länge. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, haben die Borsten einen konischen Abschnitt nahe dem Träger und einen zylindrischen Abschnitt beim Rest der Borste. Bei einer bevorzugten Ausführungsform reicht die Verjüngung von Wurzel 20 bis zu etwa 80% der Länge zur Spitze 22, und die Borste ist zylindrisch beim Rest der Länge zur Spitze 22. Die Verjüngung kann auch einen beliebigen geeigneten Winkel umfassen, und bei einer bevorzugten Ausführungsform ist er etwa 3° bis 25°, wie er an Winkel α in den 7 und 8 gemessen wurde.
Die Borsten 18 umfassen ein Seitenverhältnis, definiert als Länge der Borste 18, die von Wurzel 20 zur Spitze 22 gemessen wurde, dividiert durch die Breite der Borste. Bei einer konischen Borste ist die Breite zum Zwecke der Bestimmung des Seitenverhältnisses definiert als die durchschnittliche Breite längs der Länge. Bei einem nicht-kreisförmigen Querschnitt wird die Breite an der längsten Breite in einer gegebenen Ebene, wie die Diagonale von Ecke zu Ecke eines quadratischen Querschnitts genommen. Bei einer in den 4 bis 10 veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform ist das Seitenverhältnis der Borsten 18 vorzugsweise mindestens 1, stärker bevorzugt etwa 4 bis 18 und noch stärker bevorzugt etwa 6 bis 16. Die Größe der Borsten 18 kann für die jeweilige Anwendung der Bürste 10 ausgewählt werden. Die Länge der Borsten 18 ist vorzugsweise etwa 5 bis 80 mm, stärker bevorzugt etwa 5 bis 50 mm, noch stärker bevorzugt 5 bis 25 mm und am stärksten bevorzugt etwa 10 bis 20 mm. Die Breite der Borsten 18 ist vorzugsweise etwa 0,25 bis 10 mm, stärker bevorzugt etwa 0,5 bis 5 mm, noch stärker bevorzugt etwa 0,75 bis 3 mm, und am stärksten bevorzugt etwa 1 bis 2 mm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben sämtliche Borsten 18 die gleichen Abmessungen. Die Borsten 18 auf einer einzelnen Bürste 10 können alternativ verschiedene Abmessungen aufweisen, wie verschiedene Längen, Breiten oder Querschnitte. Die Längen der Borsten 18 und die Kontur des Trägers 12 sind vorzugsweise so gewählt, dass die Spitzen 22 gewöhnlich koplanar sind, obgleich andere Anordnungen gegebenenfalls erfindungsgemäß erwogen werden.
Die Dichte und die Anordnung der Borsten 18 kann so für die jeweilige Anordnung der Schleübürste 10 ausgewählt werden. Die Borsten 18 können auf dem Träger 12 in einem zufälligen oder geordneten Muster angeordnet sein. Ist der Träger 12 kreisförmig, sind die Borsten 18 in konzentrischen kreisförmigen Ringen angeordnet. Wird die Schleifbürste 10 gedreht, um ein Werkstück zu behandeln, wandern solche Borsten nahe der Mitte des Trägers 12 mit einer langsameren linearen Geschwindigkeit als die Borsten 18 nahe dem Außenrand des Trägers 12. Die Borsten 18 bei oder nahe der Mitte des Trägers 12 leisten daher weniger Arbeit als die Borsten 18 abseits der Mitte. Folglich kann die Borste 10 einen Abschnitt einer ersten Fläche 14 in der Mitte des Trägers 12 haben, der keine Borsten 18 trägt, wie in 3A veranschaulicht. Die Borsten 18 können an benachbarte Borsten je nach Bedarf angrenzen oder nicht. Die Dichte der Borsten 18 reicht vorzugsweise von etwa 1 bis 30 Borsten/cm², und am stärksten bevorzugt etwa 1 bis 5 Borsten/cm². Die Borsten können nur über einem Abschnitt der ersten Seite 14 des Trägers 12 zugegen sein oder über im Wesentlichen die gesamte erste Seite 14 des Trägers 12.
Material, Länge und Konfiguration der Borsten sind vorzugsweise so ausgewählt, dass die Borsten 18 hinreichend biegsam sind, dass ungleichmäßige oder unregelmäßige Werkstücke verfeinert werden. Der Träger 12 ist auch leicht biegsam, so dass die Verfeinerung solcher Werkstücke weiter unterstützt wird. Werden biegsame Borsten verwendet, kontaktiert die Borste die Werkstückoberfläche an der Verbindung des Vorderrandes von Spitze 22 und dem äußersten Abschnitt der Seitenoberfläche der Borste, wie in 6 bei A veranschaulicht. Dies ist anders als bei unbiegsamen Schleifvorsprüngen mit sehr niedrigen Seitenverhältnissen, wie sie im Fachgebiet bekannt sind. Solche Vorsprünge kontaktieren vorwiegend das Werkstück mit der gesamten ebenen Oberfläche an der Spitze des Vorsprungs.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Borsten 18 gleich lang und stehen von einem ebenen Träger 12 ab, was zu Spitzen 22 führt, die coplanar sind, wenn die Bürste ruht. Es ist auch möglich, dass der Träger 12 und die Borste 18 so angeordnet sind, dass die Spitzen 22 der Borsten nicht koplanar sind. Die Borsten nahe der Außenseite des Trägers können bspw. länger als die Borsten in der Mitte der Bürste 10 sein. Damit kann bspw. die Verformung der Borsten kompensiert werden, die durch eine hohe Drehgeschwindigkeit (sogar 22000 U/min oder mehr) hervorgerufen wird. Unter solchen Bedingungen laufen die Borsten nahe am Rand des Trägers 12 mit einer höheren Geschwindigkeit als die Borsten nahe der Mitte des Trägers, und biegen sich somit stärker radial nach außen, als die Borsten nahe der Mitte des Trägers. Die Höhenvariation in Ruhe kann so ausgewählt werden, dass nahezu koplanare Borstenspitzen 22 bei Betriebsbedingungen erzielt werden.
Befestigungsbestandteil
In 4 umfasst die Schleifbürste 10 einen Befestigungsbestandteil 30 integral mit Träger 12 jedoch gegenüber den Borsten 18. Der Befestigungsbestandteil 30 stellt eine Vorrichtung zur sicheren Befestigung der Schleifbürste 10 auf einem Drehwerkzeug und/oder einem Trägerkissen oder einem Stützkissen bei Verwendung bereit. Der Befestigungsbestandteil 30 kann integral mit dem Träger und den Borsten geformt sein, obwohl es ebenfalls einfach ist, einen vorher geformten Befestigungsbestandteil in der Form unterzubringen, und dann die Bindemittel-Vorstufen-Matrix einzuspritzen. Bevorzugte Befestigungsbestandteile sind im Fachgebiet bekannt und in den US-Patenten Nr. 3 562 968, 3 667 170 und 3 270 467 beschrieben. Ein stärker bevorzugter Befestigungsbestandteil ist ein Gewindebolzen, der so ausgelegt ist, dass er mit einem rotierenden Werkzeug schraubartig ineinander greift, bspw. wie in US-Patent Nr. 3 562 968 gelehrt. Ein derartiger Befestigungsbestandteil ist für eine runde oder scheibenförmige Bürste 10 bevorzugt. Der Befestigungsbestandteil 30 wird für eine korrekte Drehung vorzugsweise zum Träger 12 zentriert. Der Befestigungsbestandteil 30 kann aus dem gleichen Material wie der Rest der Schleifbürste 10 sein, und kann Schleifpartikel 26 enthalten. Der Befestigungsbestandteil 30 kann in einer anderen Ausführungsform aus einer gesonderten Einspritzung einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix 28 ohne Schleifpartikel 26 hergestellt werden.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Verwendung einer Klettbefestigung, wie sie in US-Patent Nr. 5 077 870 (Melbye et al.) gelehrt wird, oder eines Befestigungstyps, der unter der Handelsbezeichnung SCOTCHMATE von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota kommerziell erhältlich ist. Man kann auch eine Zwitterbefestigungsvorrichtung einsetzen, wie sie unter der Warenbezeichnung DIAL LOCK-Befestiger von Minnesota Mining and Manufacturing Company kommerziell erhältlich ist, um die Schleifbürste an einem Stützkissen zu befestigen. Man kann auch vernetzende strukturierte Oberflächen einsetzen, wie sie in US-Patent Nr. 4 875 259 (Appeldorn) gelehrt werden. Alternativ kann der Träger der Schleifbürste ein oder mehrere Löcher oder Öffnungen mit oder ohne Gewinde aufweisen, so dass die Schleifbürste mechanisch an dem Stützkissen befestigt wird (wie mit Schraube und Mutter).
Verstärkungsbestandteil
Der Trägerteil kann zudem einen Verstärkungsbestandteil umfassen, der einen Faserverstärkungsbestandteil 35a, wie er in 9 gezeigt ist, umfassen kann. Der Verstärkungsbestandteil 35a kann bspw. Gewebe, eine Vliesbahn, Gitter, Mull, und dergleichen umfassen, oder kann einzelne Fasern umfassen, die in die Bindemittel-Vorstufen-Matrix compoundiert und über die Schleübürste verteilt sind. Der Verstärkungsbestandteil kann gegebenenfalls eine Behandlung zur Modifikation seiner physikalischen Eigenschaften beinhalten. Der Verstärkungsbestandteil bezweckt die Steigerung der Biegefestigkeit und Zugfestigkeit des Trägers. Beispiele für Verstärkerfasern, die sich zur erfindungsgemäßen Verwendung eignen, beinhalten Glasfasern, Metallfasern, Kohlefasern, Drahtgitter, Mineralfasern, Fasern aus wärmebeständigen organischen Materialien oder Fasern aus Keramikmaterialien. Andere organische Fasern beinhalten Polyvinylalkoholfasern, Nylonfasern, Polyesterfasern und Phenolfasern. Werden Glasfasern verwendet, kann das formbare Polymergemisch vorzugsweise ein Kopplungsmittel enthalten, wie ein Silan-Kopplungsmittel, um die Haftung an das Material der Bindemittel-Vorstufen-Matrix zu verbessern. Die Länge der Fasern reicht von etwa 0,5 mm bis etwa 50 mm, vorzugsweise etwa 1 mm bis etwa 25 mm, am stärksten bevorzugt von etwa 1,5 mm bis etwa 10 mm. Die Faser hat etwa 25 bis 300 Denier, vorzugsweise 50 bis 200 Denier.
Der Verstärkungsbestandteil kann eine Verstärkungsschicht oder ein Substrat 35b umfassen, wie es in 10 veranschaulicht ist. Die Schleifbürste 10 umfasst einen Träger 12 mit einem an der zweiten Seite 16 befestigten Verstärkersubstrat 35b. Das Verstärkungssubstrat 35b bezweckt die Erhöhung der Festigkeit des Trägers 12. Das Verstärkungssubstrat 35b kann frei von Schleifpartikeln 26 sein. Das Verstärkungssubstrat kann eine Bindemittel-Vorstufen-Matrix umfassen. In diesem Fall kann das Verstärkungssubstrat zeitgleich mit der Schleübürste 10 geformt werden. Das Verstärkungssubstrat 35b kann alternativ ein Trägermaterial sein, wie eine Polymerfolie, eine grundierte Polymerfolie, Tuch, Papier, vulkanisierte Faser, eine Vliesschicht und behandelte Versionen davon. In diesem Fall kann das Verstärkungssubstrat 35b in die Form eingebracht werden, und die Bindemittel-Vorstufen-Matrix 28, die die Bürste 10 bildet, kann an das Verstärkungssubstrat 35b binden. Alternativ kann das Verstärkungssubstrat 35b nach dem Formen der Bürste haftend an die Bürste 10 gebunden werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Verstärkungssubstrat 35b gleichzeitig mit Träger 12, obwohl es je nach Bedarf kleiner oder größer sein kann.
In den 11 und 12 ist eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schleifbürste 110 gezeigt. Die Schleifbürste 110 umfasst einen ebenen Träger 112, der gewöhnlich wie gezeigt ein keilförmiges Polygon ist. Der Träger 112 hat eine erste Seite 114 und eine zweite Seite 116, die einander gegenüber liegen. Von der ersten Seite 114 geht eine Vielzahl von Borsten 118 aus. Die Borsten 118 können konisch sein, so dass die Wurzel 120 über die gesamte Länge der Borsten 118 oder einen Teil davon breiter als die Spitze 122 ist, wie vorstehend in bezug auf die Ausführungsform der 4 und 5 beschrieben.
Die Schleifbürste 110 ist zwar für eine geeignete Verwendung mit rotierenden Bodenmaschinen ausgelegt, die gewöhnlich für Bodenwartungsverfahren verwendet werden, ihr Nutzen ist jedoch dadurch nicht eingeschränkt. Aus der 13 geht hervor, dass eine Vielzahl von Schleifbürsten 110 auf einem geeigneten Träger 140 befestigt sein kann, so dass das Bauteil 150 erhalten wird. Der Träger 140 kann an Rotationsbodenmaschinen oder Flachteil-Entgratungsmaschinen befestigt sein, wie sie im Fachgebiet zur Verfeinerung der Bodenoberfläche oder Verfeinerung von Metalloberflächen bekannt sind.
In den 14 und 15 ist eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schleifbürste gezeigt. Die Begriffe "Schleifbürste" und "Schleifbürstensegment" werden austauschbar verwendet, um diese Ausführungsform zu veranschaulichen. Wie in den 14 und 15 gezeigt, umfasst das Schleifbürstensegment 10 einen Träger- oder Mittelteil 12 mit einem Außenrand 14 und einem Innenrand 16. Eine Vielzahl von Borsten 18 ragt von einem Außenrand 14 nach außen, beginnend an den Borstenwurzeln 20 bis hin zu den Borstenspitzen 22. Zwischen den Borstenwurzeln 20 können Räume vorliegen, worin der Außenrand 14 des Träger- oder Mittelteils 12 frei liegt. Benachbarte Borsten können alternativ an den Wurzeln 20 aneinander stoßen. Das Bürstensegment 10 ist integral geformt, so dass die Borsten 18 und der Mittelteil 12 ineinander übergehen. Das Bürstensegment 10 ist vorzugsweise ein Schleifbürstensegment, das eine gewöhnlich homogene Zusammensetzung von Schleifpartikeln 26 in einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix 28 umfasst.
Gemäß 16a kann eine Vielzahl von Bürstensegmenten 10 auf der Hauptwelle 101 zusammengebaut werden, so dass ein Bürstenbauteil 100 erhalten wird. Eine beliebige Anzahl von Segmenten 10 kann so zusammengebaut werden, dass ein Bauteil 100 mit gewünschter Breite erhalten wird. Die Bürstensegmente 10 sind vorzugsweise einander benachbart, so dass im Wesentlichen kein Raum zwischen den Bürstensegmenten existiert, wie in 16b gezeigt. Alternativ können die Bürstensegmente 10 auf der Welle 101 zusammengebaut werden, dass zwischen benachbarten Bürstensegmenten, wie in 16a gezeigt, ein Raum existiert. Es können bspw. 5 bis 10000 Bürstensegmente 10 zusammengebaut werden, so dass das Bauteil 100 erhalten wird, obwohl wunschgemäß mehr oder weniger verwendet werden können. Ein Bestandteil zur Bereitstellung einer Segment-an-Segment-Befestigung kann enthalten sein, damit die Rotation benachbarter Bürstensegmente relativ zueinander reduziert oder eliminiert wird. Ein solcher Befestigungsbestandteil kann bspw. ein ineinander greifendes Sägezahnmuster oder ein Loch- und Vertiefungsmuster auf den Oberflächen des Mittelteils 12 einschließen. Diese Ausführungsform lässt sich der Einfachheit halber als "Bürstensegment" bezeichnen, wenn es mit anderen Segmenten in einem Bürstenbauteil kombiniert werden soll. Der Begriff "Bürstensegment" soll jedoch selbstverständlich keine Ausführungsformen ausschließen, die alleine ohne Kombination mit anderen Bürstensegmenten verwendet werden, und der Begriff "Bürste" kann auch für ein Bürstensegment stehen.
Mittelteil
Der Begriff "Mittelteil" wird gewöhnlich der Einfachheit halber für Ausführungsformen von Bürsten mit Borsten verwendet, die im Allgemeinen radial nach außen ragen, wie in den 14 bis 19 gezeigt. Der Begriff "Träger" wird gewöhnlich der Einfachheit halber für Ausführungsformen von Bürsten mit Borsten verwendet, die gewöhnlich rechtwinklig zum Träger stehen, wie in den 4 bis 13 gezeigt. Die Begriffe "Träger" und "Mittelteil" sind jedoch selbstverständlich nicht dadurch eingeschränkt und können durchweg austauschbar verwendet werden. In der in 14 gezeigten Ausführungsform ist der Mittelteil oder der Träger 12 ein kontinuierlicher Umfangsabschnitt, der gewöhnlich eben ist. Ein profilierter oder gekrümmter Mittelteil liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Der Mittelteil 12 kann bspw. konvexe, konkave oder konische Gestalt haben. Der 17 zufolge ist der Mittelteil 12a konisch, wobei die Borsten 18 parallel zur konischen Oberfläche verlaufen, die von dem Mittelteil definiert wird.
Das Bürstensegment 10 kann gegebenenfalls einen Befestigungsbestandteil am Mittelteil 12 haben, wie einen Kanal, eine Keilnut oder eine Wurzel, die mehrere Bürstensegmente mechanisch miteinander auf einem Antriebsbestandteil verbindet, so dass ein Bürstenbauteil erhalten wird. Wie in 14 veranschaulicht, umfasst der Mittelteil 12 zwei Befestigungslöcher 19, durch die ein Riegel eingeführt werden kann. Ein Bürstenbauteil 100 mit zwei Riegeln 102, die durch die Löcher 19 eingeführt werden, ist in der 16a gezeigt. Die Welle 101 und die Riegel 102 können dann an einem geeigneten drehbaren Antriebsbestandteil befestigt werden.
In den in den 14 bis 19 veranschaulichten Ausführungsformen kann der Mittelteil 12 vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,5 bis 25 mm, stärker bevorzugt etwa 1 bis 10 mm, noch stärker bevorzugt etwa 1,5 bis 6 mm und am stärksten bevorzugt etwa 1,5 bis 3 mm aufweisen. Der Mittelteil 12 ist wie in 14 gezeigt vorzugsweise kreisförmig. Der Durchmesser des Außenrandes 14 des Mittelteils 12 reicht vorzugsweise von etwa 2,5 bis 61 cm (1 bis 24 Zoll), obgleich kleinere und größere Mittelteile ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Mittelteil 12 aus einem geeigneten Material und hat eine geeignete Dicke, dass ein biegsamer Mittelteil 12 erhalten wird, der dabei hilft, die Borsten mit einem ungleichmäßigen oder unregelmäßigen Werkstück in Kontakt zu halten. Der Mittelteil 12 kann sich um mindestens 10°, stärker bevorzugt mindestens 20°, und noch stärker bevorzugt mindestens 45° biegen, ohne dass er beschädigt wird oder sich wesentlich verformt. Andere Formen des Mittelteils als kreisförmige Formen sind ebenfalls im Rahmen der Erfindung, einschließlich, aber nicht eingeschränkt auf ovale, rechteckige, quadratische, dreieckige, rhombische und andere polygonale Formen, genauso wie relativ feste oder unbiegsame Mittelteile.
Der Mittelteil 12b kann alternativ ein Ringabschnitt sein, wie er in 18 veranschaulicht ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Mittelteil 12b auf jeder Seite von radialen Kanten 13 und 15 umgrenzt. Der Ringabschnitt hat vorzugsweise eine winkelige Breite, die es ermöglicht, dass eine ganzzahlige Anzahl von Ringabschnitten in einem Umfangs-Bürstensegment zusammengebaut werden kann. Vier 90° Ringabschnitte 10b sind bspw. leicht derart angeordnet, dass ein 360° Umfangs-Bürstensegment erhalten wird, wie in 19 veranschaulicht.
Der Mittelteil 12 ist vorzugsweise integral mit den Borsten 18 geformt, so dass ein Einheits-Bürstensegment erhalten wird. Somit ist keine Klebe- oder Mechanikvorrichtung erforderlich, um die Borsten 18 am Mittelteil 12 zu befestigen. Der Mittelteil 12 und die Borsten 18 werden vorzugsweise gleichzeitig geformt. Zur Herstellung eines Schleübürstensegmentes kann ein Einzelgemisch aus Schleifpartikeln 26 und einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix 28 bei einem Einzeleinspritzverfahren in der Form untergebracht werden. Bei einer solchen Ausführungsform umfasst das Schleifbürstensegment insgesamt eine gewöhnlich homogene Zusammensetzung. Aufgrund des Formverfahrens kann das Schleifpartikel/Bindemittel-Gemisch jedoch nicht perfekt homogen sein. Wird bspw. das Polymer und das Schleifgemisch in die Form eingespritzt, bewirken die engen Borstenhohlräume, dass anfangs mehr Polymer nahe der Innenseite des Borstenhohlraums nahe des Trägers kühlt, so dass ein Gemisch mit höherer Konzentration an Schleifpartikeln zur Spitze 22 der Borste gepresst wird.
Es können bspw. zwei oder mehrere Einspritzungen einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix 28 in die Form erfolgen. Eine Einspritzung kann bspw. ein Gemisch aus einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix 28 und Schleifpartikeln 26, die sich vorwiegend in den Borsten 18 befinden, enthalten. Eine zweite Einspritzung kann Bindemittel-Vorstufen-Matrix 28 ohne Schleifpartikel 26 oder mit wenigeren oder andersartigen Schleifpartikeln enthalten, die sich vorwiegend im Mittelteil 12 des Bürstensegmentes 10b befinden. Es ist ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass zwei Einspritzungen durchgeführt werden, die jeweils Schleifpartikel enthalten. Die erste Einspritzung kann Schleifpartikel einer bestimmten Größe, aus einem bestimmten Material und/oder mit bestimmter Härte enthalten, wohingegen die zweite Einspritzung verschiedene Schleifpartikel enthalten kann. Beim Schleifen können die Schleifpartikel, die näher an Spitze 22 sind, zuerst verwendet werden, und dann werden die Schleifpartikel näher an Wurzel 20 verwendet.
Bindemittel-Vorstufen-Matrix
Ein erfindungsgemäßer Schleifgegenstand umfasst ein Bindemittel der Formel I aus einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix, die mindestens zwei interaktive Bestandteile umfasst. Eine Bindemittel-Vorstufen-Matrix kann vorzugsweise ein Bindemittel bilden, das ausgewählt ist aus einem Polyurethan/Harnstoff-Bindemittel und einem Epoxybindemittel.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Bindemittel-Vorstufen-Matrix vorzugsweise mindestens zwei interaktive Bestandteile, so dass ein Polyurethan/Harnstoff-Bindemittel erhalten wird, das einen ersten Bestandteil umfasst, der ausgewählt ist aus einem Amin, einem Polyol oder einem Amin/Polyol-Gemisch mit einer durchschnittlichen Amin- und/oder Hydroxyfunktionalität von mindestens etwa 2 und einem Äquivalentgewicht von mindestens etwa 30 g pro Äquivalent und nicht mehr als etwa 10000 g pro Äquivalent und einen zweiten Bestandteil, der ein polyfunktionelles Isocyanat mit einer durchschnittlichen Isocyanatfunktionalität von mindestens 2 und einem Äquivalentgewicht von mindestens etwa 80 g pro Äquivalent und nicht mehr als etwa 5000 g pro Äquivalent aufweist. Die Bestandteile können vorzugsweise beim Polymerisieren ein weiches Segment und ein hartes Segment bilden, wobei das Verhältnis von weichem Segment zu hartem Segment etwa 10 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise etwa 2 : 1 bis etwa 0,75 zu 1 beträgt.
"Weiches Segment" bedeutet ein weiches biegsames Polymersegment aus Polyharnstoff oder Polyurethan/Harnstoff das aus der Polymerisation eines Makrodiols oder Makrodiamins mit einer Funktionalität von mindestens 2 und einem Äquivalentgewicht von mindestens etwa 300 hervorgeht. Das Weichsegment kann zudem aus einem polyfunktionellen Isocyanat-Prepolyrner mit einer Funktionalität von mindestens 2 und einem Äquivalentgewicht von mindestens 300 gebildet werden.
"Hartes Segment" steht für ein härteres, weniger biegsames Polymersegment, das aus der Polymerisation des funktionellen Isocyanates oder funktionellen Amins oder Polyols mit einer Funktionalität von mindestens etwa 2 hervorgeht.
"Isocyanat-Prepolymer" steht für ein Makropolyol mit einer derart modifizierten Funktionalität, dass ein Molekül mit terminalen Isocyanatgruppen erhalten wurde.
"Kettenverlängerer" steht für Monomere mit geringem Molekulargewicht und mit aktiver Wasserstoff-Funktionalität, wobei "aktive Wasserstoff-Funktionalität" im herkömmlichen Sinne prinzipiell verwendet wird, um reaktive Hydroxy- oder Amingruppen zu bezeichnen, die im Molekül zugegen sind. Die einzelnen weichen Segmente assoziieren und bilden weiche Bereiche im Bindemittel, wohingegen einzelne harte Segmente assoziieren und harte Bereiche im Bindemittel bilden.
"Prozentualer Abrieb des Schleifgegenstandes" bedeutet den Gewichtsverlust eines Schleifgegenstandes oder einer Zusammensetzung während einer vorgegebenen Zeit, während der ein Werkstück geschleift wird, dividiert durch das ursprüngliche Gewicht des Schleifgegenstandes, multipliziert mit 100, so dass der prozentuale Abrieb des Schleifgegenstandes erhalten wird. Der Begriff "Effizienz" betrifft die Abriebbeständigkeit der Schleifgegenstände und bedeutet den Schnitt- oder Gewichtsverlust des geschliffenen Werkstücks, dividiert durch den prozentualen Abrieb des Schleifgegenstandes.
Die folgenden Begriffe beschreiben Trägermaterialien, die sich zur Herstellung von Gegenständen mit den hier beschriebenen Zusammensetzungen eignen und auf den Träger aufgetragen werden:
"Festes Polymer" steht für ein thermoplastisches oder wärmehärtendes Polymer, das bei der Herstellung zur Verwendung als Trägermaterial hinreichende Steife aufweist, so dass es bei Gebrauch im Wesentlichen nicht zur Biegung oder Verformung seiner ursprünglichen Gestalt kommt. Die Steifheit wird bspw. verliehen durch Einstellen der Trägerdicke für eine gegebene Polymerauswahl oder durch Zugabe von Verstärkungsmitteln. Hierzu gehören bspw. Nylon 6, Nylon 6,6, Polypropylen, gefülltes Polypropylen, Polyester, gefüllte Epoxyharze, Resol-Phenolharze, Novolac-Phenolharze, Polyetherimide, Polyphenylensulfid, und andere;
"Elastisches Polymer" steht für ein thermoplastisches oder wärmehärtendes Polymer, das sich bei der Herstellung zur Verwendung als Trägermaterial wesentlich an die Oberflächen des Werkstücks anpassen lässt. Beispiele umfassen Natur- und Synthetik-Kautschuke, thermoplastische Elastomere, Polyurethane, Polyesterelastomere, olefinische Elastomere und dünnere Polymerträger, die gewöhnlich als fest angesehen werden;
"Verbundstoff' steht für ein faser- oder gewebeverstärktes Polymermaterial, umfassend 1) einen Faser- und/oder Gewebebestandteil und 2) eine thermoplastische oder wärmehärtende Polymermatrix. Diese als Träger für diese Erfindung verwendeten Materialien können fest oder elastisch sein. Beispiele umfassen Baumwollgewebe-verstärkte Phenolmaterialien und glasfaserverstärkte Polyestermaterialien, wie sie in US-Patent Nr. 5 316 812 (Stout et al.) offenbart sind; und
"Gewebe" steht für ein Textilmaterial aus Fasern und/oder Garnen, welches durch Weben oder Stricken oder durch Gewirke-formende Techniken, wie Nähbinden; Luftlegen, Kardieren, Spunbonding, Schmelzblasen, Feuchtlegen, oder andere bekannte gewebebildende Techniken hergestellt wird.
Geeignete Bindemittel-Vorstufen-Matrizen zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Schleifgegenständen sind u. a. ein Polymer, einschließlich weicher und harter Segmente, wie beschrieben, wobei das Verhältnis von weichem zu hartem Segment etwa 10 : 1 bis etwa 0,5 : 1, vorzugsweise etwa 2 : 1 bis etwa 0,75 : 1 beträgt. Mit anderen Worten enthält ein Polymer etwa 90 bis etwa 33%, vorzugsweise etwa 66 bis etwa 42% weiche Segmente und etwa 10 bis etwa 66%, vorzugsweise etwa 33% bis etwa 58%, harte Segmente.
Geeignete Polyole schließen 1,2-Ethandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Bis-(2-hydroxyethyl)hydrochinon, Diethylenglycol und Triethylenglycol, Polyoxyethylenpolyole, Polyoxypropylenpolyole, Polytetramethylenoxidpolyole und Polyesterpolyole ein.
Geeignete Amine schließen 1,2-Ethandiamin, 1,4-Butandiamin, 1,6-Hexandiamin, Aminoethylpiperazin, Bisaminopropylpiperazin, Triethylenglycoldiamin, JEFFAMINE EDR-148, JEFFAMINE D-230, JEFFAMINE D-400 und JEFFAMINE ED-600, erhältlich von Huntsman Corporation, Huston, Texas), Diethyltolylendiamin (kommerziell erhältlich unter der Handelsbezeichnung ETHACURE 100, von Albemarle Corporation, Baton Rouge, Louisiana, USA), 2,4- und 2,6-Isomere von 3,5-Dimethylthiotoluoldiamin (kommerziell erhältlich unter der Handelsbezeichnung ETHACURE 300, Albemarle Corporation, Baton Rouge, Louisiana, USA) und aromatische Diamine mit Äquivalentgewichten von etwa 250 bis 2000, die kommerziell unter der Handelsbezeichnung VERSALINK von Air Products Corporation, Allentown, PA, erhältlich sind, ein.
Ein Typ eines erfindungsgemäß geeigneten aromatischen Polvamins hat die Formel:
wobei n eine ganze Zahl von etwa 2 bis 4 ist; jedes x die Bedeutung 1 oder 2 hat; jeder Phenylkern paraamino-, metaamino- oder dimetaamino-substituiert ist; jedes Z
ist, jeder Rest R Wasserstoff oder ein Niederalkylrest mit etwa 4 Kohlenstoffatomen oder weniger ist, und G ein n-wertiger Rest ist, der durch die Entfernung von Hydroxyl- oder Amino-Gruppen erhalten werden kann, aus einem n-wertigen Polyol oder Polyamin mit einem Äquivalentgewicht im Bereich von etwa 300 bis etwa 3000. Beispiele für geeignete aromatische Polyamine umfassen solche, die von Air Products and Chemicals, Inc. unter den Handelsnamen VERSALINK 650, VERSALINK 1000; VERSALINK 1000G, VERSALINK 2000 und VERSALINK 2900 kommerziell erhältlich sind. Die Zahlen bei den verschiedenen als VERSALINK bezeichneten aromatischen Polyaminen stehen für das ungefähre Molekulargewicht, wobei eine Hälfte der Zahl das ungefähre Äquivalentgewicht angibt. Ein weiteres geeignetes polyfunktionelles Amin ist Bis(3-aminopropyl)polytetrahydrofuran. Die Herstellung der erfindungsgemäß geeigneten aromatischen Polyamine ist eingehend beschrieben in US-Patent Nr. 4 328 322. Die aromatischen Polyamine haben vorzugsweise ein Äquivalentgewicht von mindestens etwa 300 und stärker bevorzugt mindestens etwa 400.
Die aromatischen Polyamine bestehen aus 2 Klassen: Aminobenzoesäureester oder -amide, wobei Z ist,
und Aminophenylurethane, wobei Z
ist.
Das oligomere aromatische Polyamin ist bevorzugt ein im Wesentlichen bifunktionelles Oligomer mit endständigen Aminobenzoesäuregruppen mit Poly(di-, tri-, tetra-, penta- oder hexa-)methylenether-Gerüsten und mit Äquivalentgewichten von etwa 300 bis etwa 3000 oder Kombinationen davon. Polytetramethylenethergerüst-Zusammensetzungen sind besonders bevorzugt.
Beim Einsatz oligomerer aromatischer Polyamine als Weichsegment sind die harten Segmente vorzugsweise polyfunktionelle Isocyanate mit einer durchschnittlichen Isocyanat-Funktionalität von etwa 2 bis etwa 4. Die polyfunktionellen Isocyanate können aliphatisch, cycloaliphatisch, arylaliphatisch, aromatisch, heterocyclisch oder Gemische davon sein. Die polyfunktionellen Isocyanate sind vorzugsweise aromatische oder aliphatische Polyisocyanate mit einer durchschnittlichen Isocyanatfunktionalität von mindestens etwa 2 und stärker bevorzugt aromatische Polyisocyanate mit einer Isocyanatfunktionalität von etwa 2 bis etwa 4, stärker bevorzugt von etwa 2 bis 2,5. Das polyfunktionelle Isocyanat sollte in einer Menge zugegen sein, die ausreicht, dass es mit im Wesentlichen den gesamten aktiven Wasserstoffatomen in dem polymerisierbaren Gemisch umgesetzt wird. Das Verhältnis der aktiven Wasserstoffatome der polyfunktionellen Amine zu den Isocyanatgruppen des Polyisocyanates sollte von etwa 0,8 bis etwa 1,2, stärker bevorzugt von etwa 0,9 bis etwa 1,1 reichen.
Beispielhafte polyfunktionelle Isocyanate, die die vorstehenden Anforderungen an Hartsegmente erfüllen, wenn sie polymerisiert werden, umfassen das Reaktionsprodukt mit endständigen Polyisocyanatgruppen des Poly(tetramethylenglycol)polymers und eines aromatischen oder aliphatischen Isocyanates mit einer Isocyanatfunktionalität von mindestens etwa 2 oder das Reaktionsprodukt eines Polyesters mit Dihydroxyende, wie Poly(hexamethylenadipat) und eines aromatischen oder aliphatischen Isocyanates mit einer Isocyanatfunktionalität von mindestens etwa 2. Besonders bevorzugte polyfunktionelle Isocyanate umfassen 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1-4-Cyclohexandiisocyanat, Toluoldiisocyanat, p-Phenyldiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, Naphthalin-1,5-diisocyanat, Polymerisocyanate oder deren Gemische.
Weiche Segmente können alternativ aus polymerisierten polyfunktionellen Isocyanatprepolymeren hergestellt werden, und Beispiele für geeignete polyfunktionelle Isocyanatprepolymere, die sich polymerisiert als weiche Segmente eignen, umfassen das Reaktionsprodukt mit endständigen Polyisocyanatgruppen des Poly(tetramethylen glycol)polymers und eines aromatischen oder aliphatischen Isocyanates mit einer Isocyanatfunktionalität von mindestens etwa 2, stärker bevorzugt von etwa 2 bis etwa 5, oder das Reaktionsprodukt mit endständigen Polyisocyanatgruppen eines Polyesters mit endständigen Dihydroxygruppen, wie Poly(hexamethylenadipat) und eines aromatischen oder aliphatischen Isocyanates mit einer Isocyanatfunktionalität von mindestens etwa 2, stärker bevorzugt von etwa 2 bis etwa 5.
Beispiele für kommerziell verfügbare polyfunktionelle unblockierte Isocyanatprepolymere umfassen ADIPRENE L-315, ADIPRENE L-167 und ADIPRENE L-100, von Uniroyal Chemical Co., Inc.
Werden die weichen Segmente wie soeben beschreiben aus polymerisierten polyfunktionellen Isocyanatprepolymeren hergestellt, bestehen die harten Segmente aus der Polymerisation polyfunktioneller Polyole und/oder einiger Amine. Geeignete polyfunktionelle Amine, die bei der Polymerisation mit Isocyanaten harte Segmente bilden können, umfassen aromatische, alkylaromatische oder alkylpolyfunktionelle Amine, vorzugsweise primäre Amine. Geeignete Beispiele umfassen Isomere von Diethyltolylendiamin, 2,4- und 2,6-Isomere von 3,5-Dimethylthiotoluoldiamin, Methylendianilin (MDA), 3,3'-Dichlormethylendianilin (MOCA), 3,3'-Diethylmethylendianilin und Caytur 21 (Uniroyal Chemical Corporation, Middlebury, CT, USA), polymere Methylendianiline mit einer Funktionalität, die vorzugsweise von etwa 2,1 bis etwa 4 reicht, wozu diejenigen gehören, die unter der Handelsbezeichnung CURITHANE 103, von Dow Chemical Company erhältlich sind, und MDA-85 von Bayer Corporation. CURITHANE 103 hat eine durchschnittliche Aminfunktionalität von etwa 2,3 und besteht aus 65% 4,4'-Methylendianilin, 5% 2,4'-Methylendianilin und 30% polymerem Methylendianilin. MDA-85 enthält etwa 85% 4,4'-Methylendianilin und 15% polymeres Methylendianilin und hat eine Aminfunktionalität von etwa 2,2. Beispiele für geeignete Alkylamine umfassen 1,5-Diamin-2-methylpentan und Tris(2-aminoethyl)amin.
Eine weitere geeignete Bindemittel-Vorstufen-Matrix umfasst mindestens zwei interaktive Bestandteile, die ein Epoxybindemittel bilden, wobei der erste Bestandteil ein Material umfasst, das eine härtbare Glycidyletherepoxidgruppe enthält, und der zweite Bestandteil ein aliphatisches Polyether-Härtungsmittel mit endständigen Aminogruppen umfasst. Der Begriff " aliphatisches Polyether-Härtungsmittel mit endständigen Aminogruppen" steht für ein organisches Material mit zwei oder mehreren aliphatischen Grundgerüsteinheiten, zwei oder mehreren Ethergrundgerüsteinheiten und zwei oder mehreren endständigen Aminogruppen, die ein oder mehrere aktive Wasserstoffatome tragen.
Der erste Bestandteil ist vorzugsweise ein Glycidylether-Derivat mit einem Oxiranring, der durch Ringöffnung polymerisierbar ist. Diese Materialien werden gewöhnlich als Glycidyletherepoxide bezeichnet und umfassen Monomerepoxyverbindungen und Epoxide des Polymertyps. Solche Epoxide sind bekannt und schließen solche Epoxide, wie Glycidyletherepoxyharze und Diglycidylether von Bisphenol A und Novolakharzen ein. Ein epoxidgruppenhaltiges Material, das sich zur erfindungsgemäßen Verwendung eignet, beinhaltet Glycidylethermonomere der Formel:
wobei R¹ ein Alkyl- oder Arylrest ist und m eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist. Beispiele sind die Glycidylether mehrwertiger Phenole, die durch Umsetzen eines mehrwertigen Phenols mit einem Überschuss Chlorhydrin, wie Epichlorhydrin, erhalten werden.
Der zweite Bestandteil umfasst vorzugsweise ein Polyetherdiamin der allgemeinen Formel: H₂N-R²O( -R³O) - _nR²-NH₂ wobei R² ein gerad- oder verzweigtkettiger Alkylenrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, R³ ein Hydrocarbolenrest mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen ist, ausgewählt aus geraden und verzweigten Alkylenresten mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylenresten mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen und Arenresten mit 6 bis 8 Kohlenstoffatomen, und n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist, so dass das durchschnittliche Molekulargewicht der Verbindung von etwa 175 bis etwa 750, vorzugsweise von etwa 175 bis etwa 500 reicht.
Die Bindemittel-Vorstufen-Matrix kann gegebenenfalls ein polymeres Verstärkungsmittel beinhalten, das sowohl eine gummiartige Phase als auch eine thermoplastische Phase umfasst, oder das mit dem epoxidgruppenhaltigen Material sowohl eine gummiartige Phase als auch eine thermoplastische Phase beim Härten bilden kann, so dass das Reißen des gehärteten Epoxid bindemittels verhindert wird. Die Bindemittel-Vorstufe kann ebenfalls einen Katalysator enthalten, der vorzugsweise eine Exotherme von mindestens 20°C bereitstellen kann, wenn der Katalysator an das epoxidgruppenhaltige Material und den aliphatischen Polyether mit endständigen Aminogruppen bindet. Solche Katalysatoren sind gewöhnlich ein Metallsalz, vorzugsweise ausgewählt aus Calciumnitrat, Strontiumnitrat, und ein Metallsalz, einschließlich Calcium-, Strontium- oder Bariumkationen und Perchlorat- oder Trifluormethansulfonatanionen. Ein geeignetes Beispiel für eine Bindemittel-Vorstufen-Matrix, die ein Epoxy-Bindemittel bildet, ist in US-Patent Nr. 4 668 736 (Robins et al.) beschrieben.
Kettenverlängerungsmittel
Bildet die Bindemittel-Vorstufen-Matrix ein Polyharnstoff-Bindemittel aus oligomeren aromatischen Polyamin-Weichsegmenten und polyfunktionellen Isocyanat-Hartsegmenten, können gegebenenfalls Kettenverlängerungsmittel zur Bindemittel-Vorstufen-Matrix zugegeben werden. Kettenverlängerungsmittel haben vorzugsweise eine aktive Wasserstofffunktionalität von etwa 2 bis 8, vorzugsweise von etwa 2 bis 4, und stärker bevorzugt von etwa 2 bis 3, und ein Äquivalentgewicht von weniger als etwa 300, vorzugsweise weniger als etwa 200. Gut geeignete Kettenverlängerungsmittel sind polyfunktionelle Amine mit niedrigem Molekulargewicht, einschließlich aromatischer, alkylaromatischer oder alkylpolyfunktioneller Amine, vorzugsweise primärer Amine. Beispiele für polyfunktionelle aromatische Amine mit niedrigem Molekulargewicht umfassen Methylendianilin ("MDA"), polymere Methylendianiline mit einer Funktionalität von 2,1 bis 4, umfassend das Dianilin CURITHANE 103, das von Dow Chemical Company kommerziell erhältlich ist, und das Dianilin MDA-85, das von der Bayer Corporation erhältlich ist. Das Dianilin CURITHANE 103 hat eine durchschnittliche Aminfunktionalität von etwa 2,3 und besteht aus 65% 4,4'-Methylendianilin, 5% 2,4-Methylendianilin und 30% polymerem Methylendianilin. Das Dianilin MDA-85 enthält etwa 85% 4,4'-Methylendianilin und 15% polymeres Methylendianilin und hat eine Aminfunktionalität von etwa 2,2.
Beispiele für andere geeignete Amin-Kettenverlängerungsmittel umfassen Ethylendiamin, 1,5-Diamin-2-methylpentan und Tris(2-aminoethyl)amin. Andere geeignete Kettenverlängerungsmittel umfassen Trimethylolpropanmonoalkylether, Ethanolamin, Diethanolamin, Methylendianilin, Diethyltoluoldiamin, 2-Methylpentamethylendiamin, para-Phenylendiamin, Ethylen glycol, Proyplenglycol, (1,2- und 1,3-), Butylenglycol (1,4- und 2,3-), 1,4-Butendiol, 1,4-Butandiol, verschiedene Hydroxysubstitutionen von Pentandiol, Hexandiol und Octandiol, Trimethylolpropan oder deren Gemische.
Schleifpartikel
Erfindungsgemäß geeignete Schleifpartikel können einen herkömmlichen Qualitätsgrad aufweisen, der zur Herstellung von Schleifgegenständen verwendet wird. Die Schleifpartikel 26, wie sie bspw. in 4 gezeigt sind, und die sich als Bürsten und Bürstensegmente wie sie hier beschrieben sind eignen, haben gewöhnlich eine Partikelgröße von etwa 0,1 bis 1500 μm, gewöhnlich zwischen etwa 1 bis 1300 μm und vorzugsweise zwischen etwa 50 und 500 μm. Die Schleifpartikel können organisch oder anorganisch sein. Beispiele für anorganische Schleifpartikel umfassen geglühtes Aluminiumoxid, wärmebehandeltes geglühtes Aluminiumoxid, keramisches Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Titandiborid, Aluminiumoxid-Zirkondioxid, Diamant, Borcarbid, Ceroxid, kubisches Bornitrid, Granat und Kombinationen davon. Bevorzugtes geglühtes Aluminiumoxid umfasst solche, die kommerziell vorbehandelt von Exolon ESK Company, Tonawanda, New York, oder Washington Mills Electro Minerals Corp., North Grafton, Massachusetts erhältlich sind. Bevorzugte keramische Aluminiumoxid-Schleifpartikel sind im Fachgebiet bekannt und umfassen solche, die in den US-Patenten Nr. 4 314 827; 4 623 364; 4 744 802; 4 770 671; 4 881 951; 4 964 883; 5 011 508 und 5 164 348 beschrieben sind. Bevorzugte keramische Schleifpartikel auf alpha-Aluminiumoxidbasis, die Alpha-Alunniumoxid und Seltenerdoxid umfassen, beinhalten solche, die unter der Bezeichnung 321 Cubitron Schleifkorn von Minnesota Mining und Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota, erhältlich sind. Andere Beispiele für Schleifpartikel beinhalten feste Glaskügelchen, Hohlglaskügelchen, Calciumcarbonat, Polymerkügelchen, Silikate, Aluminiumtrihydrat und Mullit. Die Schleifpartikel können ein bestimmtes teilchenförmiges Material (anorganisch oder organisch) sein, dass beim Kombinieren mit dem Bindemittel eine Schleifbürste 10 ergibt, die eine Werkstoffoberfläche verfeinern kann. Die Auswahl der Schleifpartikel hängt zum Teil von der angestrebten Anwendung ab. Zum Entfernen von Farben von einem Fahrzeug ist es bspw. gelegentlich bevorzugt, ein relativ weiches Schleifpartikel zu verwenden, damit die Oberfläche unter der Farbe nicht beschädigt wird. Zum Entfernen von Graten von Metalloberflächen wird vorzugs weise ein härteres Schleifpartikel, wie Aluminiumoxid, verwendet. Die erfindungsgemäße Schleifbürste kann zwei oder mehrere Typen und/oder Größen der Schleifpartikel beinhalten.
"Schleifpartikel" kann ebenfalls einzelne Schleifpartikel umfassen, die verbunden sind, so dass ein Schleifagglomerat erhalten wird. Schleifagglomerate können besonders geeignet sein, wenn man den Einbau einer Vielzahl feiner Schleifparikel in einen erfindungsgemäßen Schleifgegenstand wünscht. Feine Schleifparikel haben gewöhnlich eine Größe von etwa 100 grit oder feiner und neigen dazu, den Fluss der Bindemittel-Vorstufe in die Schleifgegenstandform zu "blockieren", so dass Schleifparikel daran gehindert werden, aneinander zu haften, sobald die Bindemittel-Vorstufen-Matrix gehärtet ist. Schleifagglomerate sind im Fachgebiet bekannt und weiter beschrieben in den US-Patenten Nr. 4 311 489, 4 652 275 und 4 799 939. Die erfindungsgemäßen Schleifpartikel können ebenfalls eine Oberflächenbeschichtung enthalten. Oberflächenbeschichtungen verbessern bekanntlich die Haftung zwischen dem Schleifparikel und dem Bindemittel in dem Schleifgegenstand. Solche Oberflächenbeschichtungen sind im Fachgebiet bekannt und sind beschrieben in den US-Patenten Nr. 5 011 508; 1 910 444, 3 041 156, 5 009 675, 4 997 461, 5 213 591 und 5 042 991. In einigen Fällen verbessert die Zugabe der Beschichtung die Schleif- und/oder Verarbeitungseigenschaften des Schleifpartikels.
Organische Schleifpartikel, die ebenfalls als Kunststoff-Schleifpartikel bezeichnet werden, eignen sich in den erfindungsgemäßen Bürsten und Bürstensegmenten. Diese Partikel werden vorzugsweise entweder aus einem thermoplastischen Polymer und/oder wärmehärtenden Polymer gebildet und können einzelne Partikel oder Agglomerate einzelner Partikel sein. Die Agglomerate können einen Vielzahl der plastischen Schleifpartikel umfassen, die über ein Bindemittel zusammengebunden sind, so dass eine geformte Masse erhalten wird.
Die Größe der Kunststoff-Schleifpartikel, die in die Bindemittel-Vorstufen-Matrix eingebaut sind, hängt von der angestrebten Verwendung der Bürste oder des Bürstensegmentes ab. Für Anwendungen, die ein Schneiden oder Rohfertigen erfordern, sind größere Kunststoff-Schleifpartikel bevorzugt, wohingegen Kunststoff-Schleifpartikel mit kleinerer Größe für Finishing-Anwendungen bevorzugt sind. Der durchschnittliche Durchmesser der Partikel ist bevorzugterweise nicht größer als etwa der halbe Durchmesser der Faser oder der Bürsten borste, stärker bevorzugt nicht größer als etwa 1/3 des Durchmessers der Faser oder der Bürstenborste.
Die Kunststoff-Schleifpartikel haben eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 0,1 bis etwa 1500 μm, gewöhnlich zwischen etwa 1 bis etwa 1300 μm, vorzugsweise zwischen etwa 50 bis etwa 500 μm und stärker bevorzugt zwischen etwa 5 und 100 μm. Die durchschnitliche Partikelgröße wird gewöhnlich durch die längste Abmessung angegeben.
Die Kunststoff-Schleifpartikel können eine beliebige genaue Form haben oder sie können unregelmäßig oder zufällig geformt sein. Beispiele für diese dreidimensionalen Formen beinhalten: Pyramiden, Zylinder, Kegel, Kügelchen, Blöcke, Würfel, Polygone und dergleichen. Die Kunststoff-Schleifpartikel können alternativ relativ flach sein und einen Querschnitt aufweisen, wie Raute, Kreuz, Kreis, Dreieck, Rechteck, Quadrat, Oval, Achteck, Fünfeck, Sechseck, Polygon und dergleichen.
Die Oberfläche der Kunststoff-Schleifpartikel (oder eines Teils ihrer Oberfläche, oder die gesamte Oberfläche eines Teils der Partikel) kann mit Kopplungsmitteln behandelt werden, damit die Haftung an und/oder die Dispergierbarkeit in der Bindemittel-Vorstufen-Matrix verstärkt wird. Die Kunststoff-Schleifpartikel müssen nicht gleichförmig in der gehärteten Zusammensetzung verteilt sein, jedoch kann eine gleichförmige Dispersion konsistentere Schleifeigenschaften schaffen.
Die Kunststoff-Schleifpartikel können aus einem thermoplatischen Material hergestellt werden, wie Polycarbonat, Polyetherimid, Polyester, Polyvinylchlorid, Methacrylat, Methylmethacrylat, Polyethylen, Polysulfon, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Blockcopolymer, Polypropylen, Acetalpolymere, Polyurethane, Polyamid, und Kombinationen davon. Die Kunststoff-Schleifpartikel sollten einen höheren Schmelz- oder Erweichungspunkt haben als die Bindemittel-Vorstufen-Matrix, so dass die Kunststoff-Partikel praktisch nicht durch das Bürstenherstellungsverfahren beeinträchtigt werden. Die Kunststoff-Partikel sollten während des Bürstvorgangs einen gewöhnlich teilchenförmigen Zustand beibehalten, und sollten daher so ausgewählt werden, dass sie bei dem Herstellungsverfahren im Wesentlichen nicht schmelzen oder weich werden. Die Kunststoff-Schleifpartikel sollten zudem vorzugsweise die gewünschte Oberflächenverfeinerung ausüben, wie die Entfernung von Fremdmaterial von dem Werkstück oder die Bereitstellung einer feinen Oberflächenbeschaffenheit, wohingegen die Bindemittel-Vorstufen-Matrix sich bei Betrieb abnutzt, so dass der Werkstückoberfläche kontinuierlich frische Kunststoff-Schleifpartikel dargeboten werden.
Die durchschnittliche Knoop-Härte (auch bekannt als "KNH") der Kunststoff-Schleifpartikel ist gewöhnlich kleiner als etwa 80 KNH, und vorzugsweise kleiner als etwa 65 KNH.
Wahlfreie Additive
Die Bindemittel-Vorstufen-Matrix kann zudem weitere wahlfreie Additive umfassen. Die wahlfreien Additive sind vorzugsweise ausgewählt aus Füllstoffen (einschließlich Mahlhilfen), Fasern, Antistatik-Mitteln, Antioxidantien, Katalysatoren, Verarbeitungshilfsmitteln, Trocknungsmitteln, UV-Stabilisatoren, Flammschutzmitteln, Gleitmitteln, Benetzungsmitteln, grenzflächenaktiven Mitteln, Pigmenten, Farbstoffen, Kopplungsmitteln, Weichmachern, Suspendierungsmitteln oder deren Gemischen. Die Mengen dieser Materialien sind so ausgewählt, dass sie die gewünschten Eigenschaften bereitstellen. Ein bevorzugtes Verfahren zum Einbringen bestimmter Additive in die Bindemittel-Vorstufen-Matrix ist die Einkapselung der Additive in eine Hülle, die den RIM-Temperaturen und -Drücken standhalten kann.
Ein Füllstoff, wie er im Fachgebiet bekannt ist, kann in einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix enthalten sein. Beispiele für geeignete endungsgemäße Füllstoffe beinhalten: Metallcarbonate (wie Calciumcarbonat (Kreide, Calcit, Mergel, Travertin, Marmor und Kalkstein), Calciummagnesiumcarbonat, Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat), Siliciumdioxid (wie Quarz, Glasperlen, Glaskügelchen und Glasfasern), Silikate (wie Talk, Tone, (Montmorillonit), Feldspat, Mica, Calciumsilicat, Calciummetasilikat, Natriumaluminiumsilikat, Natriumsilikat), Metallsulfate (wie Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat), Gips, Vermiculit, Holzmehl, Aluminiumtrihydrat, Ruß, Metalloxide (wie Calciumoxid (Kalk), Aluminiuoxid, Titandioxid) und Metallsulfate (wie Calciumsulfit). In einigen Fällen kann der Füllstoff als Schleifpartikel dienen.
Ein bevorzugter Füllstoff, der sich in einem erfindungsgemäßen Schleifgegenstand eignet, ist eine Mahlhilfe. Eine Mahlhilfe ist hier definiert als teilchenförmiges Material, dessen Zugabe eine signifikante Auswirkung auf die chemischen und physikalischen Schleifvorgänge hat, die zu einer verbesserten Leistung führen. Man nimmt im Fachgebiet insbesondere an, dass die Mahlhilfe entweder 1) die Reibung zwischen den Schleifpartikeln und dem zu schleifenden Werkstück senkt, 2) das Schleifpartikel vor dem "Capping" bewahrt wird, d. h. es wird verhindert, dass die Metallpartikel an die Spitzen der Schleifpartikel geschweißt werden, 3) die Grenzflächentemperatur zwischen den Schleifpartikeln und dem Werkstück gesenkt wird, oder 4) die Mahlkräfte gesenkt werden. Beispiele für Mahlhilfen umfassen Wachse, organische Halogenid-Verbindungen, Halogenidsalze und Metalle und ihre Legierungen. Die organischen Halogenid-Verbindungen brechen gewöhnlich während des Schleifens und setzen eine Halogensäure oder eine gasförmige Halogenidverbindung frei. Beispiele für solche Verbindungen umfassen chlorierte Fettsäuren, und chlorierte Wachse, wie Tetrachlornaphthalin, Pentachlornaphthalin und Polyvinylchlorid. Beispiele für Halogenidsalze umfassen Natriumchlorid, Kaliuimcryolit, Natriumcryolit, Ammoniumcryolit, Kaliumtetrafluorborat, Natriumtetrafluorborat, Siliciumfluoride, Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid. Beispiele für Metalle umfassen Zinn, Blei Wismut, Kobalt, Antimon, Cadmium, Eisen und Titan. Andere gemischte Mahlhilfen umfassen Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit und Metallsulfide.
Ein Trocknungsmittel kann zu einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix gegeben werden. Insbesondere wurden bestimmte kommerziell erhältliche Molekularsiebe für diesen Zweck verwendet. Diese Molekularsiebe sind gewöhnlich und vorzugsweise Alkalimetall-Aluminosilikate, wie K₁₂[(AlO₂)₁₂(SiO)₁₂]·xH₂O, das kommerziell von UOP Molecular Sieve Absorbents Co. erhältlich ist. Es besteht die Theorie, dass diese Molekularsiebe, wenn sie in Zusammenhang mit bestimmten Silan-Kopplungsmitteln verwendet werden, die Katalyse der Umsetzung zwischen dem polyfunktionellen Amin und dem polyfunktionellen Isocyanat bewirken.
Bei einigen Verfeinerungsanwendungen umfasst die Bindemittel-Vorstufen-Matrix vorzugsweise ein Gleitmittel. Man nimmt an, dass das Vorhandensein eines Gleitmittels in der Bindemittel-Vorstufen-Matrix die Reibung der Borste, die die Werkstückoberfläche in einem Schleifgegenstand aus einer solchen Bindemittel-Vorstufen-Matrix berührt, reduziert. Dies reduziert anschließend die beim Verfeinern des Werkstücks erzeugte Wärme. Übermäßige Wärme kann dazu führen, dass die Schleifbürste einen Rückstand auf dem Werkstück hinterlässt, oder das Werkstück sonst wie beeinträchtigt wird. Geeignete Gleitmittel umfassen Lithiumstearat, Zinkstearat, Calsiumstearat, Aluminiumstearat, Ethylenbisstearamid, Graphit, Molybdändisulfid, Polytetrafluorethylen (PTFE) und Silikonverbindungen (wie solche, die in US-Patent Nr. 5 849 052 (Barber) beschrieben sind.
Silikonverbindungen sind in vielen verschiedenen Formen erhältlich, bspw. als die eigentliche Verbindung, als dispergierbares Silikonadditiv (wie erhältlich von Dow Corning unter der Bezeichnung Q2-3238) oder als Konzentrat. Beispiele für Polymere, in die das Polysiloxan gemischt werden kann, umfassen Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol, Polyamide, Polyacetal, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polyesterelastomer, die jeweils kommerziell erhältlich sind. Ein Silikon-modifiziertes Polymer; das unter der Handelsbezeichnung HYTREL erhältlich ist, ist kommerziell erhältlich als BY27-010 (oder MB50-010), und silikonmodifiziertes Nylon 6,6 ist kommerziell erhältlich als BY27-005 (oder MB50-005), beide von Dow Corning Company, Midland, Michigan. Kommerziell erhältliche Konzentrate können gewöhnlich ein Polysiloxan mit einem Gewichtsprozentsatz von 40 bis 50 enthalten, jedoch ist jedes Gewichtsprozent für erfindungsgemäße Zwecke annehmbar, solange der gewünschte Prozentsatz im fertigen Produkt erzielt werden kann. Gleitmittel können vorzugsweise in der Bindemittel-Vorstufen-Matrix in Mengen bis zu etwa 20 Gew.-% (ausschließlich des Schleifpartikelgehaltes) und vorzugsweise in einer Menge von etwa 1 bis 10 Prozent zugegen sein, obgleich mehr oder weniger verwendet werden können, wenn gewünscht.
Werkstück
Das Werkstück kann ein beliebiger Materialtyp sein, wie Metall, Metalllegierungen, exotische Metalllegierungen, Keramiken, Glas, Holz, holzartige Materialien, Verbundstoffe, gestrichene Oberflächen, Kunststoffe, verstärkter Kunststoff, Stein oder deren Kombinationen. Das Werkstück kann auch eine ungewünschte Schicht oder eine äußere Beschichtung über der Werkstückoberfläche enthalten. Diese Beschichtung kann bspw. Farbe, Schmutz, Dreck, Ö1, eine Oxidbeschichtung, Rost, Klebstoff Dichtungsmaterial und dergleichen sein. Das Werkstück kann flach sein oder kann eine damit einhergehende Form oder Umrisse aufweisen. Beispiele für Werkstücke umfassen Glas- oder Kunststoff-Brillengläser, Kunststofflinsen, Glas-Fernsehbildschirme, Autobestandteile aus Metall, Kunststoffbestandteile, Spanplatte, Nockenwellen, Gehäusewellen, Küchenspülsteine, Badewannen, Möbel, Turbinenschaufeln, lackierte Autobestandteile, Magnetmedien und dergleichen: Je nach der Anwendung kann die Kraft der Schleifgrenzfläche von etwa 0,1 kg bis über 100 kg reichen. Gewöhnlich ist dieser Bereich zwischen 1 kg bis 50 kg Kraft an der Schleifgrenzfläche. Ebenfalls je nach der Anwendung kann eine Flüssigkeit beim Schleifen zugegen sein. Die Flüssigkeit kann Wasser und/oder eine organische Verbindung sein. Beispiele für übliche organische Verbindungen umfassen Gleitmittel, Öle, emulgierte organische Verbindungen, Schneidflüssigkeiten, Seifen oder dergleichen. Diese Flüssigkeiten können auch andere Additive enthalten, wie Entschäumungsmittel, Entfettungsmittel, Korrosionsinhibitoren oder dergleichen. Der Schleifgegenstand kann bei Gebrauch an der Schleifgrenzfläche oszillieren. In einigen Fällen kann diese Oszillation zu einer feineren Oberfläche auf dem geschliffenen Werkstück resultieren.
Der erfindungsgemäße Bürstengegenstand kann von Hand oder in Kombination mit einer Maschine zur Verfeinerung einer Oberfläche verwendet werden, indem eine Werkstückoberfläche gesäubert wird, wozu auch das Entfernen von Farbe oder anderen Beschichtungen, Dichtungsmaterial, Korrosion oder einem anderen Fremdmaterial gehört. Die Bürste und das Werkstück werden mindestens jeweils allein oder beide zueinander bewegt. Der Schleifgegenstand oder die Bürste können in ein Band, Bandwalzen, eine Scheibe, Platte und dergleichen umgewandelt werden. Gewöhnlich werde die Bürstenscheiben an einem Stützkissen durch einen Befestigungsbestandteil befestigt. Diese Bürstenscheiben können mit zwischen 100 und 20000 U/min, gewöhnlich zwischen 1000 bis 15000 U/min, rotieren.
BEISPIELE
Die Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung, die in den nachfolgenden Beispielen veranschaulicht sind, die bestimmte Materialien und Mengen umfassen, sollten die Erfindung nicht über Gebühr einschränken. Sämtliche Materialien sind, wenn nicht anders angegeben oder offensichtlich, kommerziell erhältlich oder dem Fachmann bekannt.
Für die Beispiele 1 bis 2 wurde eine Stahlform hergestellt, die eine Bürste mit einer 7,62 cm (3 Zoll) runden flachen Rückseite erzeugt, auf der sich zwei periphere Reihen konischer Borsten befanden. Die äußere Reihe bestand aus 17 Borsten, die gleichermaßen um 21,18° beabstandet waren und auf einem 3,00 cm (1,18 Zoll) Radius zentriert waren. Die innere Reihe bestand auch aus 17 Borsten, die gleichermaßen um 21,18° voneinander beabstandet waren und auf einem 2,4 cm (0,94 Zoll) Radius zentriert waren. Jede Borste war 1,5 cm (0,59 Zoll) lang, hatte einen Träger mit 0,6 cm (0,24 Zoll) Durchmesser, und verjüngte sich vom Träger zur Spitze mit 0,35 cm (0,14 Zoll) Durchmesser.

Die bei der Herstellung der folgenden Beispiele eingesetzten Materialien sind nachstehend aufgeführt. Bindemittel-Vorstufen-Bestandteile

RFA-1000	ein Methylen-di-p-phenylenisocyanat von Uniroyal Chemical Corp. Middlebury, CT
RFB-0065	ein aromatisches Amin, von Uniroyal
Versalink 1000	ein Urethan-Härtungsmittel, von Air Products Corporation, Allentown, PA
Versalink 650	ein aromatisches Polyamin, von Air Products
Isonate 143 L	ein Isocyanat, von Dow Chemical Company of Midland, MI
DP-420	eine Zweikomponenten-Bindemittel-Vorstufen-Matrix, die einen Epoxybinder bildet, von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN, (hier verwendet gemäß den Angaben des Herstellers)

Schleifpartikel

SiC	Siliciumcarbid
AlO	geglühtes Aluminiumoxid
C201	Eisenoxid-angeimpftes Sol-Gel-Aluminiumoxid, kommerziell bekannt als 201 CUBITRON-Schleifkorn, von Minnesota Mining and Manufacturing Company.

Die Bürsten der Beispiele 1 und 2 wurden hergestellt durch Füllen der Formborstenhohlräume mit braunem Aluminiumoxid-Schleifpartikeln des Grades 36 bzw. Siliciumcarbid-Schleifpartikeln des Grades 36. Das restliche Hohkaumvolumen wurde mit einer Zweikomponenten-Bindemittel-Vorstufen-Matrix gefüllt, die ein Polyurethanbindemittel bilden konnte. Eine effiziente Menge Schleifparikel wurde in der Form untergebracht, so dass die Borstenanteile etwa 90 bis 100% mit Partikeln gefüllt waren bevor das Harz eingespritzt wurde. Ein Befestigungsbestandteil mit Außengewinde, beschrieben in US-Patent 3 562 968 (Johnson et al) wurde mit einem Schleifgewirke auf einer Seite gescheuert, die an die Bürste gebunden werden sollte und vor dem Einfüllen mit Harz in der Form untergebracht, so dass die resultierende Bürste eine Befestigung aufwies, die von der Rückseite ausging.
Die Bindemittel-Vorstufen-Matrix für beide Beispiele 1 und 2 beinhaltete RFA-1000 als ersten Bindemittel-Vorstufen-Bestandteil und RFB-0095 als zweiten Bindemittel-Vorstufen-Bestandteil. Das Verhältnis des ersten Bindemittel-Vorstufen-Bestandteils zum zweiten Bindemittel-Vorstufen-Bestandteil betrug 100 : 45, bezogen auf das Gewicht. Die Bestandteile wurden aus einem Harzgemisch durch gleichzeitiges Pumpen jedes Bestandteils durch einen statischen Mischer (Teil # 160–632 von TAH Industries, Inc. Robbinsville, NJ 08691) gemischt. Jeder Bestandteil wurde mit einer herkömmlichen Getriebepumpe in den Mischer gefügt. Der Einspritzdruckbei etwa vollständig gefüllter Form betrug etwa 1000 psi.
Die Form wurde mit hinreichend Bindemittel-Vorstufen-Matrix gefüllt, so dass die Borstenhohlräume vollständig gefüllt waren und so, dass der Träger der Bürste bereitgestellt wurde, der etwa 0,254 bis 0,510 cm (0,100 und 0,200 Zoll) dick war. Die Form wurde auf einer Nivellierungsoberfläche untergebracht und die Bindemittel-Vorstufen-Matrix wurde bei einer Temperatur zwischen 60 bis 80°C für etwa eine Stunde härten gelassen. Die Bürste wurde von der Form entfernt und zusätzlich 18 bis 24 Stunden bei 100°C gehärtet.
Die Bürste von Vergleichsbeispiel A war eine spritzgegossene Bürste, die ein thermoplastisches Harz und Aluminiumoxid-Schleifpartikel (Grad 50) umfasste, das von Minnesota Mining and Manufacturing Company St. Paul, MN unter der Handelsbezeichnung ROLOC BRISTLE DISC kommerziell erhältlich ist.
Die in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Schleisbürstenwerkzeuge wurden durch Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel A für die Entfernung der Beschichtung bewertet. Testwerkstücke (Stahltestplatten) wurden gleichförmige hergestellt durch Ausbringen einer sprühbaren Dichtung Nr. 8851 (erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Co., St. Paul, MN) auf die Stahltestplatten. Jedes Schleifwerkzeug wurde auf einem Elektromahlgerät von Hitachi mit einem Hartgummi-Stützkissen (kommerziell erhältlich unter dem Warenzeichen ROLOC BACK UP PAD, von Minnesota Mining and Manufactuing Company St. Paul, MN) befestigt, so dass das Schleifwerkzeug während des Tests gehalten wurde. Das Elektromahlgerät arbeitete mit 10000 U/min. Die Tests wurden über einen Zeitraum von 1,5 min mittels herkömmlicher manueller Verfahren durchgeführt. Die Entfernung der Beschichtung über ein Schleifinahlen wurde bewertet, um die Effizienz der einzelnen Werkzeuge zu bestimmen. Die Testergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt. Die Entfernung der Beschichtung betrifft die Gramm Beschichtungsmaterial, die während des Tests entfernt wurden, berechnet durch Subtraktion des Endgewichts des Test-Werkstücks nach dem Test vom Anfangsgewicht des Testwerkstücks vor dem Test. Der Scheibenabrieb betrifft den Prozentsatz des untersuchten Schleifwerkzeugs, der während des Tests entfernt wurde, und zwar folgendermaßen berechnet: (Anfangsgewicht des Schleifwerkzeugs minus Endgewicht des Schleifwerkzeugs), dividiert durch das Anfangsgewicht des Schleifwerkzeugs. Dieses Ergebnis wurde dann mit 100 multipliziert so dass der prozentuale Scheibenabrieb erhalten wurde.
TABELLE 1
Die Ergebnisse dieser Vergleichstests zeigen, dass die Beispiele 1 und 2 bei der Entfernung der Beschichtung genauso effizient sind, wie ein herkömmlicher Schleifgegenstand (Vergleichsbeispiel A), aber sie weisen eine längere Lebensdauer auf, was durch den niedrigeren prozentualen Abrieb bewiesen wurde.
Ein Vergleichstest wurde unter Verwendung der gleichen Bedingungen wie oben beschrieben durchgeführt, so dass eine Auto-Unterbodenbeschichtung, die kommerziell als 3M Markenprodukt Nr. 8860 (Minnesota Mining and Manufacturing Co., St. Paul, MN) erhältlich ist, entfernt wurde. Die Ergebnisse sind in der nachsteheden Tabelle zusammengefasst.
TABELLE 2
Diese Daten zeigen wiederum, dass die Abriebrate für die Beispiele 1 und 2 verglichen mit Vergleichsbeispiel A signifikant reduziert war.
Für die Beispiele 3 bis 6 wurde eine Stahlform produziert, die eine Bürste mit einer runden flachen Rückseite mit 7,62 cm (3 Zoll) Durchmesser erzeugt, auf der sich zwei periphere Reihen konischer Borsten befanden. Die Außenreihen bestanden aus 32 Borsten, die gleichermaßen 11,25° voneinander entfernt waren und auf einem 3,47 cm (1,367 Zoll) Radius zentriert waren. Die Innenreihe bestand aus 25 Borsten, die gleichermaßen um 14,40° beabstandet waren und auf einem 2,79 cm (1,099 Zoll) Radius zentriert waren. Jede konische Borste war 1,9 cm (0,75 Zoll) lang, hatte einen 0,50 cm (0,197 Zoll) Träger und eine Verjüngung vom Träger zur Spitze von 5°. Der Spitzendurchmesser betrug 0,19 cm (0,075 Zoll).
Die Bürsten der Beispiele 3 bis 6 wurden hergestellt durch Befüllen der Form mit Schleifpartikeln und Bindemittel-Vorstufen-Matrix-Bestandteilen. Die nachstehende Tabelle 3 fasst die Inhaltsstoffe zusammen, die bei der Herstellung der Beispiele 3 bis 6 verwendet werden, wobei die Bindemittel-Vorstufen-Matrix-Bestandteile in Gew.-Teilen angegeben sind. Die Schleifpartikel wurden in der Form untergebracht, so dass die Borsten mit Partikeln gefüllt waren, bevor die Bindemittel-Vorstufen-Matrix eingebracht wurde. Ein Befestigungsbestandteil mit Außengewinde, wie in US-Patent Nr. 3 562 968 (Johnson et al.) beschrieben, wurde vor dem Füllen mit Bindemittel-Vorstufen-Matrix so gefüllt, dass die resultierende Bürste eine Befestigung aufwies, die von der Rückseite ausging. Die Form wurde gewöhnlich mit soviel Bindemittel-Vorstufen-Matrix befüllt, dass die Borstenhohlräume vollständig gefüllt waren und so dass eine flache Schicht bereitgestellt wurde (die die Rückseite der Bürste war), die eine Dicke zwischen 0,254 und 0,510 cm (0,100 und 0,200 Zoll) aufwies. Die Form wurde auf einer Nivellierungsoberfläche untergebracht, und die Bindemittel-Vorstufen-Matrix konnte etwa 1 Stunde bei 60 bis 80°C härten. Dann wurde es aus der Form entnommen und weitere 18 bis 24 Stunden bei 100°C nachgehärtet.
Die Beispiele 3 bis 6 wurden durch Befestigen der Bürste auf einem 7,62 (3 zoll) Stützkissen untersucht, das so ausgelegt war, dass es den Befestigungsbestandteil aufnahm. Das Stützkissen war an einem elektrischen Rechiwinkel-Mahlgerät befestigt (kommerziell erhältlich von Robert Bosch GmbH, Stuttgart, Deutschland), das in aufrechter Stellung sicher befestigt war.
TABELLE 3
Die Daten in der Tabelle 3 zeigen, dass sich diese Reaktions-Spritzguss-Schleifwerkzeuge, die über ein Reaktions-Spritzgussverfahren hergestellt werden, wirksam für die Entfernung von Farbe, Rost und Schweißspritzer von Metalloberflächen verwenden lassen.

Claims

Integral geformter Schleifgegenstand, umfassend: einen Träger (12), welcher eine erste Seite (14) und eine zweite Seite (16) aufweist; eine Vielzahl an Borsten (18), welche mit der ersten Seite (14) des Trägers (12) integral geformt sind und sich von dieser erstrecken; wobei der Träger (12) ein Bindemittel (28) umfasst, welches aus einer mindestens zwei interaktive Bestandteile umfassenden Bindemittel-Vorstufen-Matrix gebildet und im Wesentlichen frei von Schleifpartikeln ist; und mindestens ein Teil der Vielzahl an Borsten (18) eine Vielzahl an im Bindemittel (28) haftenden Schleifpartikeln (26) umfasst, wobei mindestens etwa 3 Gewichtsteile der Schleifpartikel (26) pro 1 Gewichtsteil des Bindemittels (28) vorliegen.
Integral geformter Schleifgegenstand gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Befestigungsbestandteil (30) auf der zweiten Seite (16) des Trägers (12).
Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands, wie in Anspruch 1 definiert, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Zuführen einer wirksamen Menge an Schleifpartikeln zu mindestens einem Teil einer Vielzahl von Borstensegmentteilen einer Schleifgegenstandform; Zuführen einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix zu der Schleifgegenstandform, wobei die Bindemittel-Vorstufen-Matrix mindestens zwei interaktive Bestandteile umfasst, welche in der Lage sind, ein aus einem Polyurethan/Harnstoff-Bindemittel und einem Epoxy-Bindemittel ausgewähltes Bindemittel zu bilden; und Härten lassen der Bindemittel-Vorstufen-Matrix in der Schleifgegenstandform, so dass die Schleifpartikel sicher in einem Bindemittel befestigt sind, welches aus der Binde mittel-Vorstufen-Matrix gebildet wird, wobei der Träger im Wesentlichen frei von Schleifpartikeln ist und in mindestens einem Teil der Vielzahl der Borsten mindestens etwa 3 Gewichtsteile der Schleifpartikel pro 1 Gewichtsteil des Bindemittels vorliegen.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Bindemittel-Vorstufen-Matrix einen ersten Bestandteil, welcher ausgewählt ist aus einem Amin, einem Polyol oder einem Gemisch davon, wobei der erste Bestandteil eine durchschnittliche Amin- oder Hydroxy-Funktionalität von mindestens etwa 2 und ein Äquivalenzgewicht von mindestens etwa 30 Gramm und weniger als etwa 10.000 Gramm pro Äquivalent aufweist; und einen zweiten Bestandteil umfasst, welcher ein polyfunktionelles Isocyanat mit einer durchschnittlichen Isocyanat-Funktionalität von mindestens 2 und einem Äquivalenzgewicht von mindestens etwa 80 Gramm und weniger als etwa 5.000 Gramm pro Äquivalent umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Bindemittel-Vorstufen-Matrix einen ersten Bestandteil, umfassend ein Glycidylether-Epoxidgruppen-enthaltendes Material, und einen zweiten Bestandteil, umfassend ein aliphatisches Polyetherhärtungsmittel mit endständigen Aminogruppen, umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands, wie in Anspruch 1 definiert, wobei das Verfahren umfasst: Einfüllen einer Vielzahl an Schleifpartikeln bis etwa 50% des Volumens von mindestens einem Teil einer Vielzahl der Borstensegmente einer Schleifgegenstandform; Zuführen einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix, umfassend mindestens zwei interaktive Bestandteile, zu der Schleifgegenstandform, wobei ein erster Bestandteil ausgewählt ist aus einem Polyharnstoff oder Polyurethan/Harnstoff welcher aus der Polymerisation eines polyfunktionellen Amins mit einer Funktionalität von mindestens 2 und einem Äquivalenzgewicht von mindestens etwa 300 und eines polyfunktionellen Isocyanat-Prepolymers mit einer Funktionalität von mindestens 2 und einem Äquivalenzgewicht von mindestens etwa 300 hervorgeht; und ein zweiter Bestandteil ausgewählt ist aus einem polymerisierten polyfunktionellen Isocyanat oder polyfunktionellen Amin mit einer Funktionalität von mindestens etwa 2 und einem Äquivalenzgewicht von weniger als etwa 300; und Härten lassen der Bindemittel-Vorstufen-Matrix in der Schleifgegenstandform, so dass die Schleifpartikel sicher in einem Bindemittel befestigt sind, welches aus der Bindemittel-Vorstufen-Matrix gebildet wird, wobei das Bindemittel ein Verhältnis von weichen Segmenten zu harten Segmenten von etwa 10 : 1 bis etwa 0,5 : 1 einschließt, und wobei der Träger im Wesentlichen frei von Schleifpartikeln ist und in mindestens einem Teil der Vielzahl der Borsten mindestens etwa 3 Gewichtsteile der Schleifpartikel pro 1 Gewichtsteil des Bindemittels vorliegen.
Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands, wie in Anspruch 1 definiert, wobei das Verfahren umfasst: Trockeneinfüllen einer Vielzahl an Schleifpartikeln bis etwa 50% des Volumens von mindestens einem Teil einer Vielzahl der Borstensegmente einer Schleifgegenstandform; Zuführen einer Bindemittel-Vorstufen-Matrix, umfassend mindestens zwei interaktive Bestandteile, zu der Schleifgegenstandform, wobei ein erster Bestandteil ein Glycidylether-Monomer der Formel:
umfasst, wobei R1 ein Alkyl- oder Arylrest ist und m eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist; und ein zweiter Bestandteil ein Polyetherdiamin der Formel: H2N-R²O( -R³O) - _nR²-NH₂ umfasst, wobei R² ein linearer oder verzweigt-kettiger Alkandiylrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, R³ ein Hydrocarbolenrest mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen ist, welcher ausgewählt ist aus gerad- und verzweigt-kettigen Alkandiylresten mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, Cycloalkandiylresten mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen und Arenresten mit 6 bis 8 Kohlenstoffatomen, und n eine Zahl von 1 bis 10 ist, so dass das mittlere Molekulargewicht der Verbindung von etwa 175 bis etwa 750 beträgt; und Härten lassen der Bindemittel-Vorstufen-Matrix in der Schleifgegenstandform, so dass die Schleifpartikel sicher in einem Bindemittel befestigt sind, welches aus der Bindemittel-Vorstufen-Matrix gebildet wird, wobei der Träger im Wesentlichen frei von Schleifpartikeln ist und in mindestens einem Teil der Vielzahl der Borsten mindestens etwa 3 Gewichtsteile der Schleifpartikel pro 1 Gewichtsteil des Bindemittels vorliegen.