-
Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Agglomeratteilchen,
die ein Bindemittel und Schleifkörner
aufweisen. Die durch die vorliegende Erfindung hergestellten Agglomeratteilchen
können
in Produkten wie z. B. Schleifmitteln, Bedachungsgranulaten, Filtrationsprodukten,
Hartbeschichtungen, Sandstrahlmedien, Taumelmedien, Bremsbelägen, Antischlupf-
und verschleißbeständigen Beschichtungen,
synthetischen Knochen, Zahn zusammensetzungen, retroreflektierendem
Bahnenmaterial und Laminatverbundstrukturen verwendet werden.
-
In
der Schleifindustrie bestehen herkömmlich beschichtete Schleifgegenstände typischerweise
aus einer Schicht von auf einen Träger geklebten Schleifkörnern. Sind
die Schleifkörner
abgenutzt, wird der resultierende Schleifgegenstand funktionslos.
Und der Träger,
einer der teuersten Bestandteile des beschichteten Schleifgegenstands,
muss weggeworfen werden, bevor er abgenutzt ist.
-
Viele
Versuche wurden unternommen, um die Schleifkörner auf dem Träger in einer
derartigen Weise zu verteilen, dass die Schleifkörner besser genutzt werden,
um die nützliche
Standzeit des beschichteten Schleifgegenstands zu verlängern. Durch
Verlängern
der Standzeit des beschichteten Schleifgegenstands sind weniger
Band- oder Scheibenwechsel
erforderlich, wodurch Zeit gespart und Arbeitskosten reduziert werden.
Ein bloßes
Abschei den einer dicken Schicht aus Schleifkörnern auf dem Träger löst nicht
das Problem, da die Körner,
die unter den obersten Körnern
liegen, wahrscheinlich nicht verwendet werden.
-
Verschiedene
Verfahren, durch welche Schleifkörner
in einem beschichteten Schleifgegenstand in einer derartigen Weise
verteilt werden können,
dass die Standzeit des Gegenstands verlängert wird, sind bekannt. Eine
derartige Weise umfasst das Einbringen von Schleifagglomeratteilchen
in den beschichteten Schleifgegenstand. Schleifagglomeratteilchen
bestehen aus Schleifkörnern,
die durch ein Bindemittel zum Bilden einer Masse miteinander verbunden
sind. Die Verwendung von Schleifagglomeratteilchen mit zufälligen Gestalten
und Größen macht
es schwierig, die Qualität
der mit der Oberfläche
eines Werkstücks
in Kontakt kommenden Schleifkörner
vorhersagbar zu steuern. Aus diesem Grund wäre es erwünscht, dass es eine wirtschaftliche
Weise zum Herstellen von Schleifagglomeratteilchen gibt.
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung von
Agglomeratteilchen aus einer Zusammensetzung, die mindestens ein
durch Strahlung aushärtbares
Bindemittel und Schleifkörner
aufweisen. Das Bindemittel ist durch Strahlung aushärtbar und
polymerisierbar.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst wie in Anspruch 1 offenbart
das Bilden von Agglomeratvorläuferteilchen
und deren Aushärtung.
Der erste Schritt umfasst das Zwängen
des Bindemittels und der festen teilchenförmigen Stoffe durch ein perforiertes
Substrat zum Bilden von Agglomeratvorläuferteilchen. Als nächstes werden
die Agglomeratvorläuferteilchen
von dem perforierten Substrat abgetrennt und mit Strahlungsenergie
bestrahlt, um Agglomeratteilchen zur Verfügung zu stellen. Das Verfahren
der Zwäng-,
Abtrennungs- und Bestrahlungsschritte sind in einer senkrechten
und aufeinander folgenden Weise räumlich orientiert und werden
vorzugsweise in einer sequentiellen und kontinuierlichen Weise durchgeführt. Vorzugsweise sind
die Agglomeratteilchen nach dem Bestrahlungsschritt und bevor sie
gesammelt werden verfestigt und handhabbar.
-
Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Bindemittelvorläufer umfassen
durch Wärme
und Strahlung aus härtbare
Bindemittel. Bevorzugte Bindemittelvorläufer weisen Epoxyharze, acrylierte
Urethanharze, acrylierte Epoxyharze, ethylenisch ungesättigte Harze,
Aminoplastharze mit anhängigen
ungesättigten Carbonylgruppen,
Isocyanuratderivate mit mindestens einer anhängigen Acrylatgruppe, Isocyanatderivate
mit mindestens einer anhängigen
Acrylatgruppe oder Kombinationen davon auf. Feste teilchenförmige Stoffe
weisen Schleifkörner
auf. In einer Ausführungsform
betragen die festen teilchenförmigen
Stoffe 5 bis 95 Gew.-% der Zusammensetzung. In einer bevorzugten
Ausführungsform
betragen die festen teilchenförmigen
Stoffe 40 bis 95 Gew.-% der Zusammensetzung.
-
Die
Zusammensetzung des Bindemittelvorläufers und der festen teilchenförmigen Stoffe
weist vorzugsweise eine hohe Viskosität auf. In der besonders bevorzugten
Ausführungsform
ist die Zusammensetzung aus einem Bindemittel gebildet, das aus
100 Feststoffen besteht (d. h. keine flüchtigen Lösungsmittel bei Verarbeitungstemperatur).
-
Verfahren
zum Zwängen
des Bindemittelvorläufers
und der festen teilchenförmigen
Stoffe durch ein perforiertes Substrat weisen Extrusion, Mahlen,
Kalandrieren oder Kombinationen davon auf. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist das Verfahren des Zwängens
durch eine von Quadro Engineering Incorporated hergestellte Größenreduktionsmaschine
zur Verfügung
gestellt.
-
In
einer Ausführungsform
werden die Agglomeratvorläuferteilchen
bestrahlt, indem sie durch eine erste Aushärtungszone, die die Strahlungsquelle
enthält,
geleitet werden. Bevorzugte Strahlungsquellen weisen Elektronenstrahl,
Ultraviolettlicht, sichtbares Licht, Laserlicht oder Kombinationen
davon auf. In einer anderen Ausführungsform
werden die Agglomeratteilchen durch eine zweite Aushärtungszone
geleitet, um weiter ausgehärtet
zu werden. Bevorzugte Energiequellen in der zweiten Aushärtungszone
weisen Wärme,
Elektronenstrahl, Ultraviolettlicht, sichtbares Licht, Laserlicht,
Mikrowellen oder Kombinationen davon auf.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Agglomeratteilchen filamentförmig und weisen eine Länge im Bereich
von etwa 100 bis etwa 5000 Mikrometer auf. Besonders bevorzugt liegt
die Länge
der filamentförmigen
Agglomeratteilchen im Bereich von etwa 200 bis etwa 1000 Mikrometer.
In einer Ausführungsform
sind die Agglomeratteilchen entweder nach dem ersten Bestrahlungsschritt
oder, nachdem sie durch die zweite Aushärtungszone geleitet wurden,
in der Größe reduziert.
Das bevorzugte Verfahren zur Größenreduzierung
erfolgt mit einer von Quadro Engineering Incorporated hergestellten
Größenreduktionsmaschine.
-
In
einer Ausführungsform
weisen die Querschnittsgestalten der Agglomeratteilchen Kreise,
Polygone oder Kombinationen davon auf. Vorzugsweise ist die Querschnittsgestalt
konstant.
-
In
einer Ausführungsform
weisen die Agglomeratteilchen ein anorganisches Bindemittelvorläuferadditiv
auf. Vorzugsweise weist das anorganische Bindemittelvorläuferadditiv
Glaspulver, Fritten, Ton, Flussmineralien Kieselsole oder Kombinationen
davon auf.
-
In
einer Ausführungsform
weisen die Agglomeratteilchen ein Modifizierungsadditiv auf. Vorzugsweise weist
das Modifizierungsadditiv Kupplungsmittel, Mahlhilfen, Füllstoffe,
oberflächenaktive
Mittel oder Kombinationen davon auf.
-
Die
Schleifagglomeratteilchen der Erfindung können in herkömmliche
Schleifteilchen (z. B. gebundene Schleifmittel, beschichtete Schleifmittel
und Vliesschleifmittel) eingebracht sein. Schleifteilchen mit den
Schleifagglomeratteilchen der vorliegenden Erfindung weisen lange
Standzeit, hohe Schnittgeschwindigkeiten und gute Oberflächenguten
auf.
-
1 ist
eine schematische Seitenansicht im Aufriss von einem gemäß dem Verfahren
dieser Erfindung hergestellten Schleifteilchen. Das Teilchen enthält Schleifkörner als
die festen teilchenförmigen
Stoffe und weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf.
-
2 ist
eine Mikroaufnahme eines gemäß dem Verfahren
dieser Erfindung hergestellten Schleifteilchens. Das Teilchen enthält Schleifkörner als
die festen teilchenförmigen
Stoffe und weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf.
-
3 ist
eine schematische Seitenansicht, die ein Verfahren dieser Erfindung
veranschaulicht.
-
4 ist
eine Perspektivansicht einer Größenreduktionsmaschine,
wobei ein Vorderteil der Maschine weg geschnitten ist, um das Innere
der Maschine freizulegen.
-
5 ist
eine Perspektivansicht eines Siebs, das in der Größenreduktionsmaschine
von 4 verwendet wird.
-
Im
Allgemeinen umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung von Schleifagglomeratteilchen. Das Verfahren umfasst
das Zwängen
einer Zusammensetzung, aufweisend einen Bindemittelvorläufer und
Schleifkörner,
durch ein perforiertes Substrat, um Teilchen zu bilden. Nachdem
sich die Teilchen vom perforierten Substrat abtrennen oder abgetrennt
werden, wird ein Teil oder der gesamte Bindemittelvorläufer bestrahlt,
um auszuhärten
oder den Bindemittelvorläufer
zu verfestigen, und um Bindemittel und Agglomeratteilchen zur Verfügung zu
stellen, die verfestigt und handhabbar sind.
-
1 veranschaulicht
ein bevorzugtes nicht beschränkendes
Beispiel eines durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten
filamentförmigen
Agglomeratteilchens.
-
1 veranschaulicht,
was der Begriff „filamentförmiges Agglomeratteilchen" bedeutet. Das Agglomeratteilchen 80 selbst
weist ein Bindemittel 82 und eine Mehrzahl an festen teilchenförmigen Stoffen 84 auf. Handelt
es sich bei der Mehrzahl an festen teilchenförmigen Stoffen 84 um
Schleifkörner,
ermöglichen
die rauen Körner 85 die
Bildung einer starken mechanischen Bindung an das Erzeugnis und
die Schlichtebeschichtungen, die in normalen Herstellungstechniken
für beschichtete
Gegenstände
verwendet werden.
-
Wie
hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „filamentförmig", dass das Agglomeratteilchen ein Seitenverhältnis (Seitenverhältnis =
Länge des
Teilchens (L)/Breite des Teilchens(B)) von größer als oder gleich eins aufweist.
Zum Beispiel veranschaulicht 1 ein filamentförmiges Agglomeratteilchen
mit einem Seitenverhältnis
von mehr als eins. In 1 ist die Länge L des Agglomeratteilchens
größer als
die Breite W des Teilchens.
-
Wie
hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „Bindemittelvorläufer" ein beliebiges Material,
das verformbar ist oder durch Wärme
oder Druck oder beides verformbar gemacht werden kann, und das durch
Strahlungsenergie, Wärmeenergie
oder beides handhabbar gemacht werden kann. Wie hier verwendet bedeutet der
Ausdruck „verfestigtes
handhabbares Bindemittel",
dass ein Teil oder der gesamte Bindemittevorläufer auf einen derartigen Grad
polymerisiert oder ausgehärtet
wurde, dass es im Wesentlichen nicht fließt oder eine deutliche Formänderung
durchmacht. Der Ausdruck „verfestigtes
handhabbares Bindemittel" bedeutet
nicht, dass ein Teil oder der gesamte Bindemittelvorläufer immer
vollständig
polymerisiert oder ausgehärtet
ist, sondern dass er ausreichend polymerisiert oder ausgehärtet ist,
um eine Sammlung davon nach der Bestrahlung zu ermöglichen,
ohne zu einer deutlichen Formänderung
des Bindemittels zu führen.
Wie hier verwendet, ist der Begriff „Bindemittel" mit dem Ausdruck „verfestigtes
handhabbares Bindemittel" sinnverwandt.
-
Wie
hier verwendet, betrifft der Ausdruck „anorganischer Bindemittelvorläufer" teilchenförmige Additive,
welche, wenn sie auf eine Temperatur erwärmt werden, die zum Ausbrennen
von in dem Agglomeratteilchen vorliegenden organischen Materialien
ausreicht, anschließend
miteinander verschmelzen können,
um eine starre anorganische Phase zu bilden, die die Agglomeratteilchen
aneinander bindet. Beispiele für
anorganische Bindemittelvorläufer
schließen
Glaspulver, Fritten, Ton, Flussmineralien Kieselsole oder Kombinationen
davon ein.
-
Wie
hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „anorganisches Aggregatvorläuferagglomeratteilchen" ein Agglomeratteilchen
der vorliegenden Erfindung, aufweisend eine Mehrzahl an festen teilchenförmigen Stoffen, einen
durch Strahlung aushärtbaren,
polymerisierbaren Bindemittelvorläufer und anorganische Bindemittelvorläuferteilchenadditive.
-
Wie
hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „durch Strahlung aushärtbar, polymerisierbar" denjenigen Teil
des Bindemittelvorläufers,
der infolge von durch Strahlungsenergie initiierter Polymerisation
zu einem verfestigten, handhabbaren Bindemittel gemacht werden kann.
-
Wie
hier verwendet bedeutet der Ausdruck „perforiertes Substrat" ein beliebiges Material
mit einer oder mehreren Öffnungen,
um zu ermöglichen,
dass eine Bindemittelvorläufer
und feste teilchenförmige
Stoffe aufweisende Zusammensetzung durch die Öffnung oder die Öffnungen
gezwängt
wird. Das Material sollte auch ausreichende Integrität aufweisen,
um einem Gegendruck, Reibungswärme
oder Leitungs-/Konvektionswärme
zu widerstehen. Im Allgemeinen können
perforierte Substrate z. B. Maschendrahtsiebe (wie z. B. in der
US-Patentschrift 5,090,968 beschrieben)
oder Filmdüsen,
Spinndüsen,
Siebgewebe (wie z. B. in der
US-Patentschrift
4,393,021 beschrieben) oder Drahtsiebe (wie z. B. in der
US-Patentschrift 4,773,599 beschrieben) einschließen. Bevorzugte
perforierte Substrate der vorliegenden Erfindung weisen konische
Drahtsiebe mit einer geometrischen Öffnung mit einem Durchmesser
von einem mil (25 Mikrometer) bis 500 mil (12,7 mm) auf. Besonders
bevorzugte perforierte Substrate der vorliegenden Erfindung weisen
konische Drahtsiebe mit kreisförmigen Öffnungen
mit einem Durchmesser von 15 mil (0,38 mm) bis 250 mil (6,35 mm)
auf.
-
3 veranschaulicht
eine bevorzugte Apparatur 10, die zum Durchführen des
Verfahrens dieser Erfindung zur Herstellung von filamentförmigen Agglomeratteilchen,
geeignet ist. In der Apparatur 10 wird eine Zusammensetzung 12,
aufweisend Bindemittelvorläufer
und feste teilchenförmige
Stoffe, durch Schwerkraft von einem Fülltrichter 14 oder
per Hand in einen Eingang 15 der Maschine 18 gegeben,
um filamentförmige Agglomeratvorläuferteilchen 20 zu
bilden. Die filamentförmigen
Agglomeratvorläuferteilchen
trennen sich vom Größenreduktionsdrahtsieb 22 ab.
Die filamentförmigen
Agglomeratvorläuferteilchen
fallen durch die Schwerkraft durch eine Aushärtungszone 24, in
welcher sie einer Energiequelle 26 ausgesetzt werden, um
den Bindemittelvorläufer
zumindest teilweise auszuhärten,
um ein verfestigtes, handhabbares Bindemittel und filamentförmige Agglomeratteilchen
zur Verfügung
zu stellen. Die filamentförmigen
Agglomeratteilchen 28 werden in einem Behälter 30 gesammelt.
-
Die
Maschine 18 in 3 kann eine beliebige material bildende
Apparatur, wie z. B. ein Extruder, eine Mahl/Größenreduktionsmaschine, eine
Körnungsmaschine
und ein Tiegelagglomerisator sein. 4 veranschaulicht
eine höchst
bevorzugte Materialbildungsapparatur, eine von Quadro Engineering
Incorporated, Modell # 197, hergestellte und unter der Markenbezeichnung „QUADRO
COMIL" vertriebe
Größenreduktionsmaschine.
Die Größenreduktionsmaschine(„QUADRO
COMIL") 40 weist
ein an einer drehbaren Welle 44 befestigtes Flügelrad 42 auf.
Die Welle 44 und das Flügelrad 42 befinden
sich in einem Kanal 46 mit einem Eingang 48 und
einem Ausgang 50. Das Flügelrad 42 ist derart
gestaltet und befestigt, dass ein Spalt 52 zwischen einer Kante
des Flügelrads
und einer spitz zulaufenden Wand des Drahtsiebs im Wesentlichen
konstant ist, wenn sich das Flügelrad
in Bezug auf das Drahtsieb dreht.
-
Im
Allgemeinen kann es sich bei der Gestalt des Flügelrads 42 z. B. um
runde, flache oder winkelförmige
Seitenflächen
handeln. Die in der vorliegenden Erfindung bevorzugten Gestalten
des Flügelrads 42 können rund
sein. Die besonders bevorzugten in der vorliegenden Erfindung verwendeten
Gestalten des Flügelrads 42 sind
pfeilkopfförmig.
-
Im
Allgemeinen kann die Breite des Spalts 52 im Bereich z.
B. von 1–200
mil (25 Mikrometer bis 5,1 mm) liegen. Die besonders bevorzugte
in der vorliegenden Erfindung verwendete Breite des Spalts 52 kann
5 bis 50 mil (0,13–1,3
mm) betragen.
-
Die
Einstellung der Drehgeschwindigkeit des Flügelrads 42 zum Optimieren
der Herstellungsbedingungen ist dem Fachmann leicht ersichtlich.
Die bevorzugte in der vorliegenden Erfindung verwendete Drehgeschwindigkeit
des Flügelrads 42 kann
50 bis 3500 UpM betragen.
-
Der
Kanal 46 enthält
auch einen Träger 54 und
ein Drahtsieb 56, das im Träger derart gehalten wird, dass ein
Bindemittelvorläufer
oder verfestigtes, handhabbares Bindemittel, das vom Eingang 48 zum
Ausgang 50 läuft,
das Drahtsieb 56 durchläuft.
Das Drahtsieb 56 weist eine mit Öffnungen versehene spitz zulaufende Wand 58 auf,
die in eine Kegelstumpfgestalt gebildet ist, wobei ein breites Ende 60 des
Drahtsiebs 56 offen ist und ein enges Ende 62 zumindest
teilweise geschlossen ist. In den meisten Verwendungen ist es erwünscht, dass
das enge Ende 62 vollständig
geschlossen ist. Das Drahtsieb weist gestaltete Öffnungen 64 auf.
-
Im
Allgemeinen können
die Gestalten der Drahtsieböffnungen 64 gekrümmt, kreisförmig oder
polygonal, einschließend
z. B. dreieckig, quadratisch und sechseckig, sein. Die in der vorliegenden
Erfindung verwendeten bevorzugten Gestalten der Drahtsieböffnungen 64 können kreisförmig oder
quadratisch sein. Die besonders bevorzugten in der vorliegenden
Erfindung verwendeten Gestalten der Drahtsieböffnungen 64 können quadratisch
oder kreisförmig
im Größenbereich
von 15–250
mil (0,38–6,35
mm) sein.
-
Wie
es aus 4 leicht zu sehen ist, steht ein Ende 66 der
Welle 44 aus dem Kanal 46 hervor. Eine Energiequelle
(nicht dargestellt) kann leicht an das Ende 66 der Welle 44 angebracht
werden, um zu bewirken, dass sich die Welle 44 und das
Flügelrad 42 in
Bezug auf das Drahtsieb 56 drehen. Vorzugsweise ist die
Energiequelle ein Elektromotor mit variabler Geschwindigkeit. Jedoch
ist die Energiequelle herkömmlich
und sind viele andere Energiequellen zum Betreiben der Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL") 40 geeignet.
-
3 veranschaulicht
einen Abtrennungsschritt des Verfahrens dieser Erfindung. Im Allgemeinen kann
der Abtrennungsschritt aktiv oder passiv sein. Das passive Abtrennungsverfahren
ist in 3 veranschaulicht. Eine passive Abtrennung ist
das Ergebnis der gebildeten Zusammensetzung, die eine kritische Länge erreicht
und sich von der Drahtsieböffnung
abtrennt, nachdem die Zusammensetzung durch ein perforiertes Substrat
gezwängt
wurde. Eine passive Abtrennung ist eine Funktion von z. B. dem Folgenden:
1) den physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Zusammensetzung
(einschließlich
der Viskosität),
2) den physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Verfahrensanlage,
die mit der Zusammensetzung (einschließlich des perforierten Substrats)
koppelt und 3) Verfahrensbetriebsbedingungen (einschließlich der Fließgeschwindigkeit
der Zusammensetzung). Eine aktive Abtrennung ist das Ergebnis der
Verfahrensanlage, die die gebildete Zusammensetzung vom perforierten
Substrat mechanisch abtrennt. Ein Beispiel für eine aktive Abtrennung kann
z. B. ein Streichmesser oder Luftmesser sein, das sich rechtwinklig
zur Richtung des Flusses der Zusammensetzung bewegt.
-
3 veranschaulicht
im Allgemeinen den Bestrahlungsschritt. Quellen für Strahlungsenergie
in dem Bestrahlungsschritt, der ersten Aushärtungszone oder der zweiten
Aushärtungszone
weisen Elektronenstrahlenergie, Ultraviolettlicht, sichtbares Licht,
Mikrowelle, Laserlicht oder Kombinationen davon auf.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird Ultraviolettlicht als Strahlungsquelle verwendet. In der gleichen
Ausführungsform
werden Spiegel in einer Kammer verwendet, die die Ultraviolettstrahlungsquelle
enthält,
um die Ultraviolettwellen in einer Weise zu reflektieren, die die
auf die Agglomeratvorläuferteilchen
ausgesandte Energie intensiviert.
-
Elektronenstrahlstrahlung,
die auch als Ionisierungsstrahlung bekannt ist, kann bei einem Energieniveau
von etwa 0,1 bis etwa 20 Mrad, vorzugsweise bei einem Energieniveau
von etwa einem bis etwa 10 Mrad verwendet werden. Ultraviolettstrahlung
bezeichnet eine Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 200
bis etwa 400 Nanometer, vorzugsweise im Bereich von etwa 250 bis
400 Nanometer. Die Dosierung der Strahlung kann im Bereich von etwa
50 bis etwa 1000 mJ/cm2, vorzugsweise von
etwa 100 mJ/cm2 bis etwa 400 mJ/cm2 liegen. Beispiele von Lampenquellen, die
zum Bereitstellen dieser Dosierungsmenge geeignet sind, stellen
etwa 100 bis etwa 600 Watt/Zoll (39–236 Watt/cm), vorzugsweise
etwa 300 bis etwa 600 Watt/Zoll (118–236 Watt/cm) zur Verfügung. Sichtbare
Strahlung bezeichnet nicht-teilchenförmige Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich
von etwa 400 bis etwa 800 Nanometer, vorzugsweise im Bereich von
etwa 400 bis etwa 550 Nanometer. Die Menge an zum ausreichenden
Aushärten
des Bindemittelvorläufers
benötigter Strahlungsenergie
hängt von
derartigen Faktoren ab wie der chemischen Identität des Bindemittelvorläufers, der
Verweilzeit in der ersten Aushärtungszone,
dem Typ an festen teilchenförmigen
Stoffen und dem Typ an, wenn überhaupt,
wahlweisen Modifizierungsadditiven.
-
Wahlweise
können
die durch die vorliegende Erfindung hergestellten Agglomeratteilchen
durch eine zweite Aushärtungszone
geleitet werden, wobei, wenn überhaupt,
nicht ausgehärteter
Bindemittelvorläufer ausgehärtet wird,
und wobei ein filamentförmiges
Agglomerat mit unterschiedlichen Eigenschaften als die in der ersten
Aushärtungszone
hergestellten Agglomeratteilchen zur Verfügung gestellt wird. Im zweiten
Bestrahlungsschritt kann der Bindemittelvorläufer vorzugsweise durch Strahlungs-
oder Wärmeenergie
ausgehärtet werden.
Quellen für
Strahlungsenergie wurden vorstehend erörtert. Quellen für Wärmeenergie
können
z. B. Heißluftaufprall,
Infrarotstrahlung und erwärmtes
Wasser einschließen.
Die Bedingungen für
Wärmeaushärtung liegen
im Bereich von etwa 50°C
bis etwa 200°C
und für
eine Zeitdauer von Bruchteilen bis hunderte von Minuten. Die tatsächliche
Menge an erforderlicher Wärme
hängt in
hohem Maße
von der Chemie des Bindemittelvorläufers ab.
-
In
einer Ausführungsform
können
die filamentförmigen
Agglomeratteilchen der vorliegenden Erfindung ein Seitenverhältnis im
Bereich von eins bis 30, vorzugsweise von eins bis 15 und besonders
bevorzugt von eins bis 5 aufweisen.
-
Im
Allgemeinen können
Bindemittelvorläufer,
die infolge der Polymerisierung durch Strahlungsenergie handhabbar
gemacht werden können,
z. B. acrylierte Urethane, acrylierte Epoxies, ethylenisch ungesättigte Verbindungen,
Aminoplastderivate mit anhängigen
ungesättigten
Carbonylgruppen, Isocyanuratderivate mit mindestens einer anhängigen Acrylatgruppe,
Isocyanatderivate mit mindestens einer anhängigen Acrylatgruppe, Vinylether,
Epoxyharze und Kombinationen davon einschließen. Der Begriff Acrylat schließt sowohl
Acrylate als auch Methacrylate ein.
-
Acrylierte
Urethane sind Diacrylatester von hydroxyterminierten isocyanatverlängerten
Polyestern oder Polyethern. Beispiele für im Handel erhältliche
acrylierte Urethane schließen „UVITHANE
782" und „UVITHANE
783" beide von Morton
Thiokol Chemical erhältlich,
und „CMD
6600", „CMD 8400" und „CMD 8805", erhältlich von
Radcure Specialties, ein.
-
Acrylierte
Epoxide sind Diacrylaterster von Epoxyharzen wie die Diacrylatester
von Bisphenol, ein Epoxyharz. Beispiele für im Handel erhältliche
acrylierte Epoxide schließen „CMD 3500", „CMD 3600" und „CMD 3700", erhältlich von
Radcure Specialties, ein.
-
Ethylenisch
ungesättigte
Verbindungen schließen
sowohl monomere als auch polymere Verbindungen ein, die Atome von
Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff und wahl weise Stickstoff
und die Halogene enthalten. Sauerstoffatome, Stickstoffatome oder
beide liegen im Allgemeinen in Etter-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harnstoffgruppen
vor. Ethylenisch ungesättigte
Verbindungen weisen vorzugsweise ein Molekulargewicht von weniger
als etwa 4.000 auf und sind vorzugsweise Etter, die aus der Reaktion
von Verbindungen resultieren, die aliphatische Monohydroxygruppen
oder aliphatische Polyhydroxygruppen und ungesättigte Carbonsäuren, wie
Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Itaconsäure,
Crotonsäure,
Isocrotonsäure,
Maleinsäure
und dergleichen enthalten. Repräsentative
Beispiele für
Acrylate schließen
Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Ethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycolmethacrylat,
Hexandioldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glyzerintriacrylat,
Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritolmethacrylat und Pentaerythritoltetraacrylat
ein. Andere ethylenisch ungesättigte
Verbindungen schließen
Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethylallylester und Amide von Carbonsäuren, wie
Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid ein. Noch
andere ethylenisch ungesättigte
Verbindungen schließen
Styrol, Divinylbenzol und Vinyltoluol ein. Andere stickstoffhaltige
ethylenisch ungesättigte
Verbindungen schließen
Tris(2-acryloyloxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-methyacryloxyethyl)-s-triazin,
Acrylamid, Methacrylamid, N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid,
N-Vinylpyrrolidon
und N-Vinylpiperidon ein.
-
Das
Aminoplast kann monomer oder oligomer sein. Die Aminoplastharze
weisen mindestens eine anhängige
a,b-ungesättigte Carbonylgruppe
pro Molekül
auf. Diese a,b-ungesättigten
Carbonylgruppen können Acrylat-,
Methacrylat- oder Acrylamidgruppen sein. Beispiele für derartige
Harze schließen
N-Hydroxymethylacrylamid, N,N-Oxydimethylenbisacrylamid,
ortho- und paraacrylamidomethyliertes Phenol, acrylamidomethyliertes
Phenolnovolak und Kombinationen davon ein. Diese Materialien sind
in
US 4,903,440 und
US 5,236,472 weiter beschrieben.
-
Isocyanuratderivate
mit mindestens einer anhängigen
Acrylatgruppe und Isocyanatderivate mit mindestens einer anhängigen Acrylatgruppe
sind in
US 4,652,274 weiter
beschrieben. Ein bevorzugtes Isocyanuratmaterial ist ein Triacrylat
von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat.
-
Beispiele
für Vinylether,
die für
diese Erfindung geeignet sind, schließen mit Vinylether funktionalisierte Urethanoligomere
ein, die von Allied Signal unter den Markenbezeichnungen „VE 4010", VE 4015", „VE 2010", „VE 2020" und „VE 4020" im Handel erhältlich sind.
-
Epoxide
weisen einen Oxiranring auf und sind durch die Ringöffnung über einen
kationischen Mechanismus polymerisiert. Epoxyharze schließen monomere
Epoxyharze und polymere Epoxyharze ein. Diese Harze können in
der Beschaffenheit ihrer Gerüste
und Substituentengruppen in hohem Maße variieren. Zum Beispiel
kann das Gerüst
ein beliebiger Typ sein, der normalerweise mit Epoxyharzen verbunden,
ist und können Substituentengruppen
daran eine beliebige Gruppe sein, die frei von einem aktiven Wasserstoffatom
ist, das mit einem Oxiranring bei Raumtemperatur reaktiv ist. Repräsentative
Beispiele für
Substituentengruppen für Epoxyharze
schließen
Halogene, Estergruppen, Ethergruppen, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen,
Nitrogruppen und Phosphatgruppen ein. Beispiele für Epoxyharze,
die für
diese Erfindung bevorzugt sind, schließen 2,2-Bis[4-(2,3-epoxypropoxy)phenyl]propan
(Diglycidylether von Bisphenol A) und Materialien unter der Markenbezeichnung „EPON 828", „EPON 1004" und „EPON 1001F", im Handel erhältlich von
Shell Chemical Co., „DER-331", „DER-332" und „DER-4334", im Handel erhältlich von
Dow Chemical Co., ein. Andere geeignete Epoxyharze schließen Glycidylether
von Phenolformaldehydnovolak (z. B. „DEN-431 und „DEN-428", im Handel erhältlich von
Dow Chemical Co.) ein. Die in der Erfindung verwendeten Epoxyharze
können über einen kationischen
Mechanismus mit der Zusetzung von geeigneten Photoinitiator(en)
polymerisieren. Diese Harze sind in
US
4,318,766 und
US 4,751,138 weiter
beschrieben.
-
Wird
ultraviolettes oder sichtbares Licht verwendet, ist vorzugsweise
ein Photoinitiator in dem Gemisch eingeschlossen. Nachdem er ultraviolettem
oder sichtbarem Licht ausgesetzt wurde, erzeugt der Photoinitiator
eine Radikalquelle oder eine Kationenquelle. Diese Radikal- oder
Kationenquelle initiiert dann die Polymerisation des Bindemittelvorläufers. Ein
Photoinitiator ist optional, wenn eine Quelle an Elektronenstrahlenergie
verwendet wird.
-
Beispiele
für Photoinitiatoren,
die eine Radikalquelle erzeugen, wenn sie Ultraviolettlicht ausgesetzt werden,
schließen
diejenigen ein ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus organischen Peroxiden, Azoverbindungen,
Chinonen, Benzophenonen, Nitrosoverbindungen, Acrylhalogeniden,
Hydrozonen, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen, Triacrylimidazolen,
Bisimidazolen, Chloralkyltriazinen, Benzoinethern, Benzilketalen,
Thioxanthonen und Acetophenonderivate und Gemische davon, sind jedoch
nicht darauf beschränkt.
Beispiele für
Photoinitiatoren, die eine Radikalquelle erzeugen, wenn sie sichtbarem
Licht ausgesetzt werden, sind in
US
4,735,632 beschrieben.
-
Kationische
Photoinitiatoren erzeugen eine Säurequelle,
um die Polymerisation eines Epoxyharzes oder eines Urethans zu initiieren.
Kationische Photoinitiatoren können
ein Salz mit einem Oniumkation und einem halogenhaltigen Komplexanion
eines Metalls oder Halbmetalls einschließen. Andere kationische Photoinitiatoren
schließen
ein Salz mit einem organometallischen Komplexkation und ein halogenhaltiges
Komplexanion eines Metalls oder Halbmetall ein. Diese Photoinitiatoren sind
in
US 4,751,138 weiter
beschrieben. Ein anderes Beispiel ist ein organometallisches Salz
und ein in
US 4,985,340 ;
EP 0306161 und
EP 0306161 beschriebenes Oniumsalz.
Noch weitere kationische Photoinitiatoren schließen ein ionisches Salz von
einem Organometallkomplex ein, in welchem das Metall ausgewählt ist
aus den Elementen der Periodengruppen IVB, VB, VIB, VIIB und VIIIB.
-
Die
festen teilchenförmigen
Stoffe in der vorliegenden Erfindung weisen Schleifkörner und
wahlweise Kunststoffteilchen, Verstärkungsteilchen, anorganische
Bindemittelvorläuferteilchen,
Füllstoffe,
Schleifhilfen, Fasern, Schmiermittel, Pigmente, Antistatikmittel,
Stellmittel und Kombinationen davon auf.
-
In
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weisen die festen teilchenförmigen Stoffe
Schleifkörner
als die Mehrzahl an festen Teilchen auf. Der ausgehärtete Bindemittelvorläufer, d.
h. das Bindemittel, wirkt zum Aneinanderbinden der Schleifkörner, um
ein gestaltetes Schleifagglomeratteilchen zu bilden. Die Schleifkörner weisen
typischerweise eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 0,5
bis 1500 Mikrometer, vorzugsweise von etwa einem bis etwa 1300 Mikrometer,
stärker
bevorzugt von etwa einem bis etwa 800 Mikrometer und besonders bevorzugt
von etwa einem bis etwa 400 Mikrometer auf. In einer bevorzugten
Ausführungsform
weisen die Schleifkörner
eine Mohs-Härte von
mindestens 8, stärker
bevorzugt über
9 auf. Beispiele für
Materialien von derartigen Schleifkörnern schließen geschmolzenes
Aluminiumoxid, keramisches Aluminiumoxid, weißes geschmolzenes Aluminiumoxid,
wärmebehandeltes
Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Siliciumcarbid, grünes Siliciumcarbid,
Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid,
Diamant, Cerdioxid, kubisches Bornitrid, Granat, Polierschiefer
und Kombinationen davon auf. Das keramische Aluminiumoxid wird vorzugsweise
gemäß einem
wie in
US 4,314,827 ;
US 4,744,802 ;
US 4,623,364 ;
US 4,770,671 ;
US 4,881,951 ;
US 5,011,508 ; und
US 5,213,591 beschriebenen Solgelverfahren
hergestellt. Das keramische Schleifgut weist Alphaaluminiumoxid
und wahlweise ein Metallmodifizierungsmittel wie Magnesiumoxid,
Zirkoniumdioxid, Zinkoxid, Nickeloxid, Hafniumoxid, Yttriumoxid,
Siliciumdioxid, Eisenoxid, Titandioxid, Lanthandioxid, Cerdioxid,
Neodyniumoxid und Kombinationen davon auf. Das keramische Aluminiumoxid
kann auch wahlweise einen Keimbildner wie Alphaaluminiumoxid, Eisenoxid,
Eisenoxidvorläufer,
Titandioxid, Chromoxid oder Kombinationen davon aufweisen. Das keramische
Aluminiumoxid kann auch eine Gestalt aufweisen, wie diejenige, die
in
US 5,201,916 und
US 5,090,968 beschrieben
ist.
-
Das
Schleifgut kann auch eine Oberflächenbeschichtung
aufweisen. Eine Oberflächenbeschichtung kann
die Haftung zwischen dem Schleifgut in dem Bindemittel im Schleifagglomeratteilchen
verbessern und/oder die Schleifeigenschaften des Schleifguts abändern. Derartige
Oberflächenbeschichtungen
sind in
US 5,011,508 ;
US 1,910,444 ;
US 3,041,156 ;
US 5,009,675 ;
US 4,997,461 ;
US 5,213,591 ; und
US 5,042,991 beschrieben. Ein Schleifgut
kann auch ein Kupplungsmittel wie ein Silankupplungsmittel auf seiner
Oberfläche enthalten.
Beispiele für
Kupplungsmittel, die für
diese Erfindung geeignet sind, schließen Organosilane, Zirkoaluminate
und Titanate ein. Beispiele für
Antistatikmittel schließen
Graphit, Ruß,
leitende Polymere, Feuchtmittel, Vanadiumoxid und dergleichen ein.
Die Mengen dieser Materialien können
eingestellt werden, um die gewünschten
Eigenschaften bereitzustellen.
-
In
einer Ausführungsform
weisen die festen teilchenförmigen
Stoffe einen einzigen Schleifguttyp, zwei oder mehrere Typen an
unterschiedlichen Schleifkörnern
oder zumindest einen Schleifguttyp mit mindestens einem Typ an Füllstoffmaterial
auf. Beispiele für
Materialien für
Füllstoffe
schließen
Calciumcarbonat, Glasblasen, Glasperlen, Graustein, Marmor, Gips,
Ton SiO2, Na2SiF6, Kryolit, organische Blasen, organische
Perlen und anorganische Bindemittelvorläuferteilchen ein.
-
Schleifhilfen
umfassen eine breite Vielfalt an unterschiedlichen Materialien und
können
anorganisch oder organisch sein. Beispiele für Schleifhilfen schließen Wachse,
organische Halogenidverbindungen, Halogenidsalze und Metalle und
ihre Legierungen ein. Die organischen Halogenidverbindungen brechen
typischerweise während
des Schleifens auf und setzen eine Halogenidsäure oder eine gasförmige Halogenidverbindung
frei. Beispiele für
derartige Materialien schließen
chlorierte Wachse wie Tetrachlornaphthalin, Pentachlornaphthalin
und Polyvinylchlorid ein. Beispiele für Halogenidsalze schließen Natriumchlorid,
Kaliumkryolit, Natriumkryolit, Ammoniumkryolit, Kaliumtetrafluorborat,
Natriumtetrafluorborat, Siliciumfluoride, Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid
ein. Beispiele für
Metalle schließen
Zinn, Blei, Bismut, Cobalt, Antimon, Cadmium, Eisen und Titan ein.
Andere Schleifhilfen schließen
Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit und Metallsulfide
ein. Es liegt auch im Umfang dieser Erfindung, eine Kombination
von unterschiedlichen Schleifhilfen zu verwenden, und in manchen
Fällen
kann dies einen synergetischen Effekt herstellen. Die vorstehend erwähnten Beispiele
für Schleifhilfen
bedeuten eine repräsentative
Darstellung von Schleifhilfen und bedeuten nicht, dass sie alle
Schleifhilfen umfassen.
-
Antistatikmittel
können
Graphit, Ruß,
leitende Polymerteilchen oder Kombinationen davon einschließen.
-
Die
Zusammensetzung zur Verwendung in dieser Erfindung kann des Weiteren
optionale Modifikationsadditive wie z. B. Füllstoffe, anorganische Bindemittelvorläufer und
oberflächenaktive
Mittel aufweisen.
-
Beispiele
für Füllstoffe,
die für
diese Erfindung geeignet sind, schließen Holzstoff, Vermiculit und
Kombinationen davon, Metallcarbonate wie Calciumcarbonat, z. B.
Kreide, Calcit, Mergel, Travertin, Marmor und Kalkstein, Calciummagnesiumcarbonat,
Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat; Silicium, wie amorphes Silicium,
Quarz Glasperlen, Glaspulver, Glasblasen und Glasfasern; Silicate
wie Talkum, Tone (Bentonit), Feldspat, Glimmer, Calciumsilicat,
Calciummetasilicat, Natriumaluminosilicat, Natriumsilicat; Metallsulfate
wie Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat,
Aluminiumsulfat; Gips; Vermiculit; Holzmehl; Aluminiumtrihydrat;
Metalloxide wie Calciumoxid (Kalk), Aluminiumoxid, Titandioxid und
Metallsulfite wie Calciumsulfit ein.
-
Beispiele
für anorganische
Bindemittelvorläufer,
die für
diese Erfindung geeignet sind, schließen Glaspulver, Fritten, Ton,
Flussmineralien, Kieselsole oder Kombinationen davon ein.
-
Es
ist bevorzugt, dass die Schleifkörner
enthaltenden filamentförmigen
Agglomeratteilchen während des
Schleifens zerfallen können.
-
Einige
Ausführungsformen
und bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den folgenden Punkten zusammengefasst;
- 1. Verfahren zur Herstellung von Schleifagglomeratteilchen,
aufweisend die Schritte:
(a) Zwängen einer Zusammensetzung,
aufweisend einen durch Strahlung aushärtbaren, polymerisierbaren Bindemittelvorläufer und
eine Mehrzahl von Schleifkörnern,
durch ein perforiertes Substrat zum Bilden von Schleifagglomeratvorläuferteilchen;
(b)
Abtrennen der Schleifagglomeratvorläuferteil chen von dem perforierten
Substrat; und
(c) Bestrahlen der Schleifagglomeratvorläuferteilchen,
wobei die Strahlungsenergie von einer Strahlungsenergiequelle zu
den Schleifagglomeratvorläuferteilchen
ausgesandt wird, um den Bindemittelvorläufer zumindest teilweise auszuhärten, um
Schleifagglomeratteilchen zur Verfügung zu stellen, und wobei
die Verfahrenskomponenten in den Schritten (a), (b) und (c) in einer
senkrechten und aufeinander folgenden Weise räumlich orientiert sind.
- 2. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Agglomeratteilchen nach
dem Bestrahlungsschritt gesammelt werden.
- 3. Verfahren nach Punkt 1, wobei der Bestrahlungsschritt einen
Schritt des Leitens der Agglomeratvorläuferteilchen in eine erste
Aushärtungszone,
die die Strahlungsquelle enthält,
aufweist.
- 4. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Agglomeratteilchen durch
eine zweite Aushärtungszone
geleitet werden, wobei Energie von einer Energiequelle zu den Agglomeratteilchen
ausgesandt wird, um die Agglomeratteilchen weiter auszuhärten.
- 5. Verfahren nach Punkt 1, wobei der Bindemittelvorläufer Epoxyharze,
acrylierte Urethanharze, acrylierte Epoxyharze, ethylenisch ungesättigte Harze,
Aminoplastharze mit anhängigen
ungesättigten
Carbonylgruppen, Isocyanuratderivate mit mindestens einer anhängigen Acrylatgruppe,
Isocyanatderivate mit mindestens einer anhängigen Acrylatgruppe oder Kombinationen
davon aufweist.
- 6. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Agglomerat teilchen filamentförmig sind
und eine Länge
im Bereich von etwa 10 bis etwa 1500 Mikrometer aufweisen.
- 7. Verfahren nach Punkt 6, wobei die Länge der Agglomeratteilchen
im Bereich von etwa 20 bis etwa 800 Mikrometer liegt.
- 8. Verfahren nach Punkt 7, wobei die Länge der Agglomeratteilchen
im Bereich von etwa 50 bis etwa 400 Mikrometer liegt.
- 9. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Agglomeratteilchen eine
im Wesentlichen konstante Querschnittsgestalt aufweisen.
- 10. Verfahren nach Punkt 9, wobei die Querschnittsgestalt Kreise,
Polygone oder Kombinationen davon aufweist.
- 11. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Agglomeratvorläuferteilchen
des Weiteren ein Modifizierungsadditiv aufweisen.
- 12. Verfahren nach Punkt 11, wobei die Modifizierungsadditive
Kupplungsmittel, Schleifhilfen, Füllstoffe, anorganische Bindemittelvorläufer, oberflächenaktive
Mittel oder Kombinationen davon aufweisen.
- 13. Verfahren nach Punkt 1, wobei der Schritt des Zwängens der
Zusammensetzung durch das perforierte Substrat zum Bilden der Agglomeratteilchen
Verfahren der Extrusion, des Mahlens oder Kalandrierens aufweist.
- 14. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Strahlungsquelle Elektronenstrahl,
Ultraviolettlicht, sichtbares Licht, Laserlicht oder Kombinationen
davon auf weist.
- 15. Verfahren nach Punkt 3, wobei die Strahlungsquelle Elektronenstrahl,
Ultraviolettlicht, sichtbares Licht, Laserlicht oder Kombinationen
davon aufweist.
- 16. Verfahren nach Punkt 4, wobei die Energiequelle Elektronenstrahl,
Ultraviolettlicht, sichtbares Licht, Mikrowelle, Laserlicht Wärme oder
Kombinationen davon aufweist.
- 17. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Schritte (a), (b) und
(c) nacheinander und kontinuierlich durchgeführt werden.
- 18. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Mehrzahl von festen teilchenförmigen Stoffen
5 bis 95 Gew.-% der Zusammensetzung aufweist.
- 19. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Mehrzahl von festen teilchenförmigen Stoffen
40 bis 95 Gew.-% der Zusammensetzung aufweist.
- 20. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Zusammensetzung aus 100%
Feststoffen besteht.
- 21. Verfahren nach Punkt 1, wobei an den Agglomeratteilchen
nach dem Bestrahlungsschritt ein Größenreduktionsschritt durchgeführt wird.
- 22. Verfahren nach Punkt 4, wobei an den Agglomeratteilchen
nach dem Leiten durch die zweite Aushärtungszone ein Größenreduktionsschritt
durchgeführt
wird.
- 23. Verfahren nach Punkt 21, wobei der Größenreduktionsschritt die Verfahren
des Mahlens, Zerkleinerns und Taumelns aufweist.
- 24. Verfahren nach Punkt 22, wobei der Größenreduktionsschritt die Verfahren
des Mahlens, Zerkleinerns und Taumelns aufweist.
-
Die
Auswahl und Menge des Bindemittelvorläufers, der Schleifkörner und
optionaler Additive beeinflussen die Zerfallseigenschaften des Teilchens.
-
Die
folgenden Beispiele veranschaulichen weiter spezifische Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Der Durchschnittsfachmann erkennt, dass
die vorliegende Erfindung auch Modifikationen und Alternativen der
in den Beispielen dargelegten Ausführungsformen einschließt, und
dass die veranschaulichenden Beispiele den Umfang der beanspruchten
Erfindung nicht beschränken.
-
BEISPIELE
-
Die
folgenden Abkürzungen
werden in den Beispielen verwendet. Alle Teile, Prozentangaben,
Verhältnisse
usw. in den Beispielen sind auf das Gewicht bezogen, wenn nicht
anders angegeben.
- AO:
- wärmebehandelte geschmolzene
Aluminiumoxidschleifkörnung;
im Handel erhältlich
von Treibacher, Villach, Österreich.
- ASF:
- amorpher Siliciumfüllstoff,
im Handel von DeGussa Corp. unter der Markenbezeichnung „OX-50" erhältlich.
- AG321:
- von Solgel abgeleitetes
Schleifkorn auf Aluminiumbasis, im Handel von Minnesota Mining and Manufacturing,
St. Paul, MN unter der Markenbezeichnung „CUBITRON 321" erhältlich.
- CaCO3
- Calciumcarbonatfüllstoff,
im Handel von J. M. Huber Corp., Quincy, IL erhältlich.
- CEO:
- Cerdioxidschleifteilchen
mit einer mittleren Teilchengröße von etwa
0,5 Mikrometer, im Handel von Rhone Poulenc, Shelton, CT erhältlich.
- Cer:
- Keramisches Schleifmineral
CCPL, im Handel von Treibacher, Villach, Österreich erhältlich.
- CH:
- Cumolwasserstoffperoxid,
im Handel von Aldrich Chemical Company, Inc. Milwaukee, WI erhältlich.
- CMSK:
- behandelter Calciummetasilicatfüllstoff,
im Handel von NYCO, Willsboro, NY, unter der Markenbezeichnung „WOLLOSTOKUP" erhältlich.
- CRY:
- Kryolit RTN im Handel
von Tarconard Trading a/s, Avernakke Nyberg, Dänemark erhältlich.
- EAA:
- Ethylenscrylsäurecopolymerprimer
für den
PET-Folienträger.
- KB1:
- 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethanon,
im Handel von Lamberti S. P. A. (durch Sartomer Co.) unter der Markenbezeichnung „ESACURE
KB 1" erhältlich.
- KBF4:
- Kaliumtetrafluorborat
SPEC 102 und 104 im Handel von Atotech USA, Inc., Cleveland, OH
erhältlich.
- PC:
- Perlenfreier Ton #4,
im Handel von R. T. Vanderbilt co., Inc., Bath, SC erhältlich.
- Perkadox
- 16S, Di-(4-tertbutylcyclohexyl)peroxydicarbonat,
im Handel von AKZO Nobel Chemical, Inc., Chicago, IL erhältlich.
- PET:
- Polyesterfolienträger mit
einer Dicke von 5 mil (125 Mikron).
- PH2:
- 2-Benzyl-2-N,N-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-1-butanon,
im Handel erhältlich
von Ciba Geigy Corp. unter der Markenbezeichnung „IRGACURE
369".
- PH3:
- 2-Phenyl-2,2-dimethoxyacetophenon,
im Handel von Ciba Geigy Corp. unter der Markenbezeichnung „IRGACURE
651" erhältlich.
- PRO:
- ein Gemisch aus 60/40/1
TMPTA/TATHEIC/KB1, im Handel von Sartomer Co erhältlich.
- SCA:
- Silankupplungsmittel
3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, im Handel von Union Carbide
unter der Markenbezeichnung „A-174" erhältlich.
- SGP:
- Aluminiumborsilicatglaspulver, –325 Maschen,
im Handel von Specialty Glass Inc., Oldsmar, FL unter der Markenbezeichnung „SP1086" erhältlich.
- SiC:
- Siliciumcarbidschleifmineral,
im Handel von Minnesota Mining and Manufacturing, St. Paul, MN erhältlich.
- TATHEIC:
- Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat,
im Handel von Sartomer Co., unter der Markenbezeichnung „SR368" erhältlich.
- TMPTA:
- Trimethylolpropantriacrylat,
im Handel von Sartomer Co. unter der Markenbezeichnung „SR351" erhältlich.
- VAZO 52:
- 2,2-Azobis(2,4-dimethylpentannitril)
im Handel von DuPont Co., Wilmington, DE erhältlich.
-
Allgemeines Verfahren zur
Herstellung einer Agglomeratvorläuferteilchenaufschlämmung
-
Zum
Bilden einer einen Bindemittelvorläufer und Schleifkörner aufweisenden
Aufschlämmungszusammensetzung
können
die Komponenten durch eine beliebige herkömmliche Technik, wie z. B.
Hochschermischen, Luftrühren
oder Taumeln miteinander vermischt werden. Ein Vakuum kann zum Minimieren
des Einschlusses von Luft während
des Mischens auf das Gemisch verwendet werden.
-
Eine
Aufschlämmungszusammensetzung
wird durch gründliches
Mischen der festen teilchenförmigen Stoffe,
einschließend
Schleifkörner
und einen Wärmeinitiator,
falls überhaupt,
zu einem Vorgemisch hergestellt. Das Vorgemisch weist einen Bindemittelvorläufer auf,
der die in Tabelle 1 oder Tabelle 1A (nachstehend) aufgelisteten
Inhaltsstoffe einschließt.
Nach dem Mischen wird die Aufschlämmung abgekühlt, bevor jegliche zusätzliche
Verfahrensschritte erfolgen. Die Aufschlämmungszusammensetzungen sind
sehr dick mit zementähnlichen
Handhabungseigenschaften. Die Verhältnisse in Tabelle 1 und Tabelle
1A sind auf Gewichtsbasis. Tabelle
1, Zusammensetzung des Vorgemischs #1
| Inhaltsstoff | % |
| PH2 | 0,568 |
| TMPTA | 39,4 |
| TATHEIC | 16,89 |
| KBF4 | 39,21 |
| ASF | 1,96 |
| SCA | 1,96 |
Tabelle
1A. Zusammensetzung des Vorgemischs #2
| Inhaltsstoff | % |
| KB1 | 0,274 |
| TMPTA | 32,874 |
| TATHEIC | 21,916 |
| CMSK | 41,09 |
| ASF | 1,1 |
| SCA | 2,74 |
-
Allgemeines Verfahren zur
Herstellung von Agglomeratteilchen
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Aufschlämmung
mit Hilfe einer durch Quadro Engineering Incorporated, Modell #
197, hergestellten und unter der Markenbezeichnung „QUADRO
COMIL" vertriebenen
Größenreduktionsmaschine
zu Agglomeratteilchen verarbeitet. Vorzugsweise wird die Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL") mit einem
Flügelrad
und einem fixierten Abstandhalter in Betrieb genommen. Ein kegelförmiges Drahtsieb
mit runden oder quadratisch gestalteten Lochöffnungen wird zum Erzeugen der
gewünschten
Filamentgestalt verwendet. Die Aufschlämmung wird durch den Trichter
der Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL") zugesetzt,
während
sich das Flügelrad
mit einer voreingestellten Geschwindigkeit (UpM) dreht. Die Aufschlämmung wird
durch die Flügelräder durch
die Öffnungen
im kegelförmigen
Drahtsieb gezwängt,
und wenn eine kritische Länge
erreicht ist, trennen sich die filamentförmigen Agglomeratvorläuferteilchen
von der Außenseite
des Drahtsiebs ab und fallen durch die Schwerkraft durch eine UV-Aushärtungskammer
(konstruiert und gebaut von Fusion Company, Modell # DER 410Q),
die mit zwei auf hohe Leistung eingestellte „d"-Fusionslampen mit 600 Watt ausgestattet
ist. Die filamentförmigen
Agglomeratvorläuferteilchen
werden durch das Aussetzen an die W-Strahlung teilweise ausgehärtet und
dadurch in eine feste handhabbare Form umgewandelt. Die filamentförmigen Agglomeratteilchen
können
mit dem Aussetzen an Wärmeenergie,
Mikrowellenenergie oder zusätzliche
UV-Energie, wie in den nachstehenden Beispielen gewünscht, weiter
ausgehärtet
werden.
-
Allgemeines Verfahren zur
Herstellung von beschichteten Schleifgegenständen unter Verwendung von Agglomeratteilchen
-
Die
Schleifgegenstände,
die die Agglomeratteilchen der vorliegenden Erfindung einsetzen,
wurden durch Aufbringen einer Beschichtung eines Vorgemischs (hergestellt
aus Tabelle 1) mit 12 mil (0,3 mm) auf eine PET-Folie mit 5 mil (0,13 mm) mit einer
EAA-Grundierung von 0,8 mil (20 Mikrometer) hergestellt. Die Agglomeratteilchen
wurden auf die beschichtete Folie gegossen, und die Agglomeratteilchen
wurden auf der beschichteten Bahn getaumelt, bis eine gleichmäßige Beschichtung
erzielt war. Die überschüssigen Agglomeratteilchen
wurden durch Schütteln
der beschichteten Bahn bis zum Herabfallen aller überschüssigen Teilchen entfernt.
Die beschichtete Probe wurde auf eine Metallplatte geklebt und UV
und sichtbarem Licht ausgesetzt, indem sie 3 mal unter einer auf
hohe Energie eingestellte „D"-Fusionslampe mit 600 Watt bei 30 FPM
(9,1 m/Min.) durchgeleitet wurden. Die ausgehärtete Probe wurde über einem
Stab mit 2 Zoll (5,1 cm) gebogen. Als nächstes wurde der Schleifgegenstand
mit dem Vorgemisch (hergestellt aus Tabelle 1) mit Schlichte beschichtet
und mit einem Streichpinsel aufgetragen. Ein Luftstrom wurde aufgebracht,
um die Schlichtebeschichtung gleichmäßiger auszubreiten. Die überschüssige Schlichte
wurde durch Absorbieren in ein Papierhandtuch entfernt. Durch Durchleiten
der Probe unter der UV-Lampe für
zusätzliche
3 Durchgänge
bei 30 FPM (9,1 m/Min) härtete dann
die mit Schlichte versehene Probe aus. Der ausgehärtete Schleifgegenstand
wird erneut über
einen Stab mit 2 Zoll (5,1 cm) gebogen. Die Proben wurden in eine
Größe zum Testen
gemäß dem Schütteltrommeltest,
dem nachstehend beschriebenen Testverfahren, geschnitten.
-
Testverfahren
-
Schütteltrommeltest
-
Gebogene
Schleifgegenstände
wurden in Lagen von 10 Zoll mal 2,5 Zoll (25,4 cm mal 6,4 cm) umgewandelt.
Diese Proben wurden an einer zylinderförmigen Stahltrommel einer Testmaschine
befestigt, die in einem kleinen Bogen vorwärts und zurück oszilliert (schüttelt).
Ein Werkstück
aus Kohlenstoffstahl vom Typ 1018 mit 3/16 Zoll (0,48 cm) im Quadrat
wurde in einer Hebelarmanordnung über der Schleifprobe fixiert,
und eine Last von 8 Pfund (3,6 kg) wurde auf das Werkstück aufgebracht.
Als der Schleifgegenstand zurück
und vorwärts
geschüttelt
wurde, wurde das Werkstück
geschliffen, und ein Verschleißweg
von 3/16 mal 5,5 Zoll (0,48 cm mal 14 cm) wurde auf dem Schleifgegenstand
erzeugt. Es lagen etwa 60 Hübe
pro Minute auf diesem Verschleißweg
vor. Ein unter Druck stehender Luftstrom (20 psi, 138 kPa) wurde
auf die Probe geleitet, um Schleifstaub und -schlamm aus dem Verschleißweg zu
beseitigen. Die Menge an nach 1000 Zyklen (wobei ein Zyklus eine
Vorwärts-
und Rückwärtsbewegung
ist) entferntem Stahl wurde als der Intervallschnitt aufgezeichnet,
und der Gesamtschnitt war die am Endpunkt des Tests entfernte angesammelte
Menge an Stahl.
-
Zerdrückungstest
-
Etwa
5 Gramm Agglomeratteilchen wurden in einen Dixie-Becher gegeben und von Hand zerdrückt, um
die Länge
zu reduzieren, falls sie ursprünglich
als Filamente ge bildet waren. Die zerdrückten Agglomeratteilchen wurden
auf eine Glasplatte gegossen. Es wurden nur Proben zerdrückt, die
eine Länge
von weniger als 100 mil (2,5 mm) aufwiesen. Der verwendete Zerdrückungstester
war ein Kraftmesser von Chatillon, Modell DPP-25, ausgestattet mit
einer flachen Druckhalterung. Der Kraftmesser reicht von 0–25 Pfund
(0–11,3
Kilogramm). Der flache Druckhalterungsfuß des Kraftmessers wurde in
eine horizontale Position über
dem zu zerdrückenden
Teilchen angeordnet, und eine konstante Kraft wurde von Hand aufgebracht,
bis das Teilchen brach (hörbares
Geräusch
und/oder Gefühl).
Die zum Brechen des Teilchens erforderliche Kraft wurde aufgezeichnet,
und der Test wurde an elf anderen Proben wiederholt. Die in den
Tabellen aufgelisteten Zerdrückungstestwerte
sind die mittleren Kräfte,
um zwölf
Teilchen der Versuchsformulierungen zu brechen.
-
Beispiele 1–5
-
Die
Agglomeratteilchen von Beispiel 1 wurden durch gründliches
Mischen von 900 Gramm der Vorgemischzusammensetzung in Tabelle 1
(vorstehend) mit 2,2 Gramm CH und 3450 Gramm P-120 AO-Mineral (der
feste teilchenförmige
Stoff ist ein Schleifkorn) unter niedrigem Scheren hergestellt.
Die Aufschlämmung wurde
durch die Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL"), die mit
einem runden kegelförmigen
Drahtsieb mit 45 mil (1,14 mm), beabstandet mit 75 mil (1,9 mm)
mit einem mit 1601 UpM laufenden kleinen, runden Flügelrad,
aufgebaut war. Die teilweise ausgehärteten Agglomeratteilchen wurden
in einem Mikrowellenofen bei 1000 Watt für eine Dauer von 4 Minuten
weiter ausgehärtet.
Die ausgehärteten
Agglomeratteilchen wurden in der Größe reduziert, indem man sie
einmal durch die Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL"), die mit
einem größeren Drahtsieb
(Öffnungsgröße 94 mil
(2,4 mm)), einem Abstandhalter mit 0,05 Zoll (1,3 mm) und einem
umgekehrten Schneidquadratflügelrad
mit 1601 UpM aufgebaut war, laufen ließ. Die in der Größe reduzierten
Agglomeratteilchen wurden dann gemäß dem Verfahren zum Herstellen
eines Schleifgegenstands für
das Schütteltrommeltesten
zu einem Schleifteilchen gemacht. Die Schütteltrommelschneidergebnisse
für Beispiel
1 sind nachstehend in Tabelle 2 dargestellt.
-
Die
Beispiele 2–5
wurden durch das gleiche Verfahren wie Beispiel 1 hergestellt, mit
Ausnahme der folgenden Änderungen:
Die Agglomeratteilchen wurden nicht weiter in einem Mikrowellenofen,
sondern in einem Wärmeofen
für eine
Dauer von 7 Stunden bei 230°F
(110°C)
ausgehärtet.
Beispiel 2 wurde in der Größe reduziert,
indem es dreimal durch ein Reibeisendrahtsieb mit 125 mil (3,2 mm)
geleitet wurde. Beispiel 3 wurde in der Größe reduziert, indem es zweimal
durch ein Reibeisendrahtsieb mit 94 mil (2,4 mm) geleitet wurde. Beispiel
4 wurde in der Größe reduziert,
indem es einmal durch ein Reibeisendrahtsieb mit 79 mil (2 mm) geleitet
wurde. Beispiel 5 wurde in der Größe reduziert, indem es einmal
durch ein größeres Drahtsieb
mit 62 mil (1,6 mm) geleitet wurde.
-
Vergleichsbeispiel
A ist ein von VSM (Hannover, Deutschland) unter dem Produktcode
P-120 KK712 im Handel erhältliches
Produkt. Tabelle 2
| Beispiel
Nummer | Schütteltrommel-Zyklen | Schnitt
(Gramm) |
| 1 | 1000 | 0,74 |
| | 2000 | 0,68 |
| | 3000 | 0,55 |
| | 4000 | 0,46 |
| | 5000 | 0,26 |
| Vergleichsbeispiel
A | 1000 | 0,73 |
| | 2000 | 0,74 |
| | 3000 | 0,70 |
| | 4000 | 0,63 |
| | 5000 | 0,37 |
| 2 | 1000 | 0,76 |
| | 2000 | 0,80 |
| | 3000 | 0,76 |
| | 4000 | 0,70 |
| 3 | 1000 | 0,79 |
| | 2000 | 0,83 |
| | 3000 | 0,79 |
| | 4000 | 0,70 |
| 4 | 1000 | 0,76 |
| | 2000 | 0,84 |
| | 3000 | 0,83 |
| | 4000 | 0,61 |
| 5 | 1000 | 0,70 |
| | 2000 | 0,78 |
| | 3000 | 0,74 |
| | 4000 | 0,62 |
-
Die
in Tabelle 2 (vorstehend) dargestellten Ergebnisse des trockenen
Schütteltrommeltest
zeigen, dass wenn Agglomeratteilchen, die als die festen teilchenförmigen Stoffe
Schleifkörner
aufweisen, unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung
hergestellt sind und in einem Schleifgegenstand verwendet werden,
sie Schleifergebnisse auf ungehärtetem
Stahl zur Verfügung
stellen, die mit einem im Handel erhältlichen beschichteten Schleifprodukt,
welches agglomerisierte Schleifteilchen mit der gleichen Mineralgüte enthielt,
vergleichbar sind. Die Ergebnisse in Tabelle 2 (vorstehend) weisen
auch darauf hin, dass die Größe der durch
den Größenreduktionsschritt
erzeugten Agglomeratteilchen einen Einfluss auf die Schleifleistung aufweist.
-
Beispiele 6–10
-
Die
gestalteten Agglomeratteilchen der Beispiele 6–10 wurden durch gründliches
Mischen von 630 Gramm der Vorgemischzusammensetzung in Tabelle 1
(vorstehend) mit 1,8 Gramm CH und 2415 Gramm P-120 AO-Mineral unter
niedrigem Scheren hergestellt.
-
Die
Aufschlämmung
wurde durch die Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL"), die mit
in Tabelle 3 (vorstehend) aufgelisteten kegelförmigen Drahtsieben von verschiedenen
Größen und
Gestalten und mit einem bei 1601 UpM laufenden kleinen runden Flügelrad bei
75 mil (1,9 mm) beabstandet, aufgebaut war, verarbeitet. Das teilweise
ausgehärtete
Agglomeratteilchen wurde in einem Wärmeofen für eine Dauer von 6 Stunden
bei 350°F
(177°C)
weiter ausgehärtet.
Die Agglomeratteilchen wurden in der Größe reduziert, indem man es
einmal durch die Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL"), die mit
einer größeren Öffnungsgröße des Reibeisendrahtsiebs
von 74 mil (1,9 mm) einem Abstandhalter von 0,05 Zoll (1,3 mm) und
einem mit 300 UpM laufenden umgekehrten Schneidquadratflügelrad ausgestattet
war, laufen ließ.
Die in der Größe reduzierten
Agglomeratteilchen wurden dann gemäß dem Verfahren zur Herstellung
eines Schleifgegenstands für
das Schütteltrommeltesten
zu einem Schleifgegenstand gemacht. Die Ergebnisse des trockenen
Schütteltrommeltests
für die
Beispiele 6–10
sind in der nachstehenden Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3
| Bsp. | Schütteltrommelzyklen | Schnitt
Grammm | Drahtsieb
Beschreibung | Zerdrückfestigkeit
Pfund
(kg) |
| 6 | 1000 | 0,75 | Quadratisch/62 mil (1,6 mm)/37 mil (0,94
mm) dick | 10,4 (4,7) |
| 2000 | 0,71 |
| 3000 | 0,64 |
| 4000 | 0,58 |
| 5000 | 0,44 |
| 7 | 1000 | 0,78 | Rund/45 mil (1,14 mm) dm./31 mil. (0,8 mm)
dick | 9,3 (4,2) |
| 2000 | 0,74 |
| 3000 | 0,65 |
| 4000 | 0,60 |
| 5000 | 0,37 |
| 8 | 1000 | 0,74 | Rund/62 mil (1,6 mm) dm./37 mil. (0,94 mm)
dick | 11,4 (5,2) |
| 2000 | 0,70 |
| 3000 | 0,67 |
| 4000 | 0,60 |
| 5000 | 0,40 |
| 9 | 1000 | 0,76 | Rund/32 mil (0,8 mm) dm./25 mil. (0,64 mm)
dick | 9,5 (4,3) |
| 2000 | 0,77 |
| 3000 | 0,76 |
| 4000 | 0,70 |
| 5000 | 0,64 |
| 6000 | 0,54 |
| 10 | 1000 | 0,76 | Rund 75 mil (0,94 mm) dm./37 mil 0,94 mm)
dick | 3,9 (1,8) |
| 2000 | 0,66 |
| 3000 | 0,56 |
| 4000 | 0,47 |
| 5000 | 0,41 |
-
Die
in Tabelle 3 (vorstehend) dargestellten Ergebnisse des trockenen
Schütteltrommeltests
weisen darauf hin, dass der Einheitsquerschnittsbereich der Agglomerat
teilchen die Schnittgeschwindigkeit über die Lebensdauer der Teilchen
beeinflusst. Sie weisen auch darauf hin, dass akzeptable Leistungsgrade
mit anderen Gestalten erzielt werden können, wie durch die Ergebnisse
der mit dem quadratischen Drahtsieb hergestellten Agglomeratteilchen
gezeigt. Ein Blick auf den Querschnittsbereich der Agglomeratteilchen
unter einem Mikroskop weist darauf hin, dass das quadratische Drahtsieb
Agglomeratteilchen mit einem quadratischen Einheitsquerschnitt herstellte
und das runde Drahtsieb Agglomeratteilchen mit einem runden Einheitsquerschnitt herstellte.
-
Beispiele 11–15
-
Die
Beispiele 11–15
wurden wie Beispiel 6 hergestellt, außer dass die Menge an Vorgemisch
für die Bei
spiele 12–15
geändert
wurde, um die Wirkung von Mineralbeladung bei der Herstellung von
Agglomeratteilchen mit dem Verfahren dieser Erfindung zu untersuchen.
Anstatt in Beispiel 6 und 11 verwendeten 630 Gramm Vorgemisch wurden
für Beispiel
12 609 Gramm, für
Bei spiel 13 579 Gramm, für
Beispiel 14 670 Gramm und für
Beispiel 15 548 Gramm verwendet.
-
Die
folgenden Änderungen
wurden für
diese Beispiele an der Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO COMIL") gemacht. Das mit
350 UpM laufende große
runde Flügelrad
mit einem Abstandhalter von 125 mil (3,2 mm) wurde zur Herstellung
von Agglomeratteilchen verwendet. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden
Tabelle 4. Tabelle 4
| Bsp. | Schütteltrommelzyklen | Schnitt
Gramm | Zerdrückfestigkeit
Pfund
(Kilogramm) |
| 11 | 1000 | 0,70 | 8,9 (4) |
| 2000 | 0,66 |
| 3000 | 0,64 |
| 4000 | 0,52 |
| 5000 | 0,49 |
| 12 | 1000 | 0,74 | 9,0 (4,1) |
| 2000 | 0,68 |
| 3000 | 0,59 |
| 4000 | 0,51 |
| 5000 | 0,38 |
| 13 | 1000 | 0,72 | 8,9 (4) |
| 2000 | 0,70 |
| 3000 | 0,60 |
| 4000 | 0,54 |
| 5000 | 0,46 |
| 14 | 1000 | 0,68 | 8,3 (3,8) |
| 2000 | 0,66 |
| 3000 | 0,56 |
| 4000 | 0,50 |
| 5000 | 0,40 |
| 15 | 1000 | 0,72 | 8,3 (3,8) |
| 2000 | 0,74 |
| 3000 | 0,67 |
| 4000 | 0,54 |
| 5000 | 0,51 |
-
Die
Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL") konnte die
Beispiele 11–15
herstellen, jedoch beeinträchtigte
die Mineralbeladung die Menge an Agglomeratteilchen, die zusammenklebten
und durch die UV-Lampen ausgehärtet
wurden. Beispiel 14, das die niedrigste Mineralbeladung aufwies,
wies so viel wie 8–10
einzelne Agglomeratteilchen auf, die zusammengeklebten und durch
den UV-Aushärtungsschritt
zusammen ausgehärtet
wurden. Zum Ver gleich wies Beispiel 15, das die höchste Mineralbeladung
aufwies, keinerlei zusammengeklebte und ausgehärtete Agglomeratteilchen auf.
Die Beispiele 11–13
wiesen verschiedene Mengen an zusammen geklebten und ausgehärteten Agglomeratteilchen
auf, gewöhnlich
etwa 2 oder 3. Die geklebten/ausgehärteten Agglomeratteilchen waren
sehr leicht zu trennen, außer
im Fall von Beispiel 14. Die in Tabelle 4 (vorstehend) aufgelisteten
Ergebnisse des trockenen Schütteltrommeltests
weisen auch darauf hin, dass die Mineralbeladung nicht die Schnittgeschwindigkeit über die
Länge des
Tests beeinträchtigt.
-
Die
beschichteten Gegenstände
der Beispiele 1–15
wurden hergestellt mit einem gesamten UV-Aushärtungsaufbau- und Schlichtesystem.
-
Beispiele 16–20
-
Die
Beispiele 16–20
wurden durchgeführt,
um zu zeigen, dass andere Mineraltypen und -größen durch die Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL") verarbeitet
werden könnten.
Tabelle 5 (nachstehend) listet die Formulierungen der Beispiele
16–20
auf. Diese Aufschlämmungen
wurden gemäß dem Verfahren
für Beispiel
1 gemischt. Beispiel 18 wies zusätzliche
364 Gramm KBF4 auf und Beispiel 20 wies der Formulierung zugesetzte
165 zusätzliche
Gramm KBF4 auf. Die Beispiele 16 und 18 wurden für eine Dauer von 7 Stunden bei
230 F durch Wärme
ausgehärtet.
Beispiel 18 wurde auch für
eine Dauer von 2 Minuten in einem Mikrowellenofen ausgehärtet. Alle
Beispiele in Tabelle 5 (nachstehend) wurden durch die Größenreduktionsmaschine („QUADRO
COMIL") unter Verwendung
eines runden kegelförmigen
Drahtsiebs mit 45 mil (1,14 mm) mit einem mit 1601 UpM laufenden
kleinen, runden Flügelrad
leicht hergestellt. Jedoch waren einige der in den Beispielen 17
und 20 hergestellten Agglomeratteilchen nach der UV-Aushärtung zusammengeklebt.
Als eine Abhilfe muss die Viskosität der Aufschlämmung nach
oben eingestellt werden, so kleben die Agglomeratteilchen nicht
zusammen. Schleifgegenstände
wurden gemäß dem Verfahren
zur Herstellung für
Schütteltrommelproben
hergestellt und unter Verwendung des trockenen Schütteltrommeltests
getestet. Diese Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle 6 dargestellt. Tabelle 5
| Bsp. | Mineral
Güte/Gramm | Mineraltyp | Vorgemisch
Gramm | CH
Gramm | Cab-O-sil
Gramm |
| 16 | P-180/2700 | AO | 900 | 2,2 | 15 |
| 17 | P-2000/2000 | AO | 900 | 2,3 | |
| 18 | P-120/2435 | SiC | 546 | 2,5 | 12 |
| 19 | P-120/3500 | Cer | 900 | 2,2 | |
| 20 | P-80/2820 | AO | 900 | 2,8 | 15 |
Tabelle 6
| Bsp. | Schütteltrommelzyklen | Schnitt
Gramm | Zerdrückfestigkeit
Pfund
(Kilogramm) |
| 16 | 1000 | 0,56 | NA |
| 2000 | 0,63 |
| 3000 | 0,61 |
| 4000 | 0,56 |
| 5000 | 0,48 |
| 17 | 1000 | 0,08 | 7,8 (3,5) |
| 2000 | 0,08 |
| 3000 | 0,06 |
| 4000 | 0,06 |
| 5000 | 0,06 |
| 18 | 1000 | 0,51 | NA |
| 2000 | 0,48 |
| 3000 | 0,43 |
| 19 | 1000 | 0,71 | 10,8 (4,9) |
| 2000 | 0,71 |
| 3000 | 0,72 |
| 4000 | 0,72 |
| 5000 | 0,72 |
| 20 | 1000 | 0,80 | 8,8 (4) |
| 2000 | 0,56 |
| 3000 | 0,34 |
-
Beispiel
17 zeigt, dass sehr kleine Schleifmineralien, Güte P-2000, mit in dieser Erfindung
beschriebenen Formulierungen hergestellt werden können. Beispiel
20 zeigt, dass sehr große
Schleifmineralien mit in dieser Erfindung beschriebenen Formulierungen
hergestellt werden können.
Die Beispiele 18 und 19 zeigen, dass andere Mineralientypen mit
Formulierungen dieser Erfindung verarbeitet werden können.
-
Die
Schleifagglomeratteilchen von Beispiel 18 wurden zum Herstellen
eines beschichteten Schleifbands verwendet. Der verwendete Träger war
ein 65/35 Polyester/Baumwolle Endloskörpergewebe mit einem Basisgewicht
von 228 g/m2 (geliefert von Millken & co., Lagrange,
GA) wurde düsenbeschichtet
und getrocknet. Der Stoff wurde dann mit einer Lösung aus Acryllatex (geliefert
von B. F. Goodrich Corp. unter der Markenbezeichnung „HYCAR
2679") und Phenolharz
GP 387-D51 (geliefert von Georgia Pacific Co.) gesättigt, um ein
85/15 Acryl/Phenol Trockenbeschichtungsgewicht von 38 g/m2 zu ergeben. Die Körperseite wurde dann mit einer
Lösung
aus Phenolharz (geliefert von Ashland Co. unter der Markenbezeichnung „AFOFENE 72155"), #4 Tonkaolin und
Nitrillatex (geliefert von B. F. Goodrich Corp. unter der Markenbezeichnung „HYCAR 1581") beschichtet, um
ein 50/35/15 Phenol/Ton/Nitril Trockenbeschichtungsgewicht von 38
g/m2 zu ergeben. Sechzig Körner (3,9
Gramm) eines herkömmlichen
mit Calciumcarbonat gefüllten
Phenolmarkenharzes auf Wasserbasis wurde aufgebracht und 73 Körner (4,7
Gramm) der Agglomeratteilchen von Beispiel 18 wurden auf den zu
beschichtenden Träger
tropfbeschichtet. Dies wurde für
eine Dauer von 30 Minuten bei 175°F (80°C) und 90
Minuten bei 200°F
(93°C) vorgehärtet. Die
vor gehärtete
Beschichtung wurde mit 110 Körnern (7,1
Gramm) aus 82 Feststoffen, Epoxyharz auf Wasserbasis, das darin
verteilte Kaliumtetrafluorboratschleifhilfe enthielt mit Schlichte
beschichtet. Die Schlichtebeschichtung wurde für eine Dauer von 60 Minuten
bei 175°F
(80°C) und
120 Minuten bei 195°F
(91°C) ausgehärtet. Das
ausgehärtete
Produkt war völlig
flexibel über einer
Stange mit 3/8 Zoll (9,5 mm). Der völlig flexible beschichtete
Schleifgegenstand wurde in Bänder
von 3 Zoll mal 132 Zoll (7,6 cm mal 3,35 cm) unter Verwendung von
Standardspleißungsverfahren
umgewandelt. Die Bänder
wurden durch Schleifen eines Titanwerkstücks mit 1 Zoll mal 7 Zoll (2,5
cm mal 17,8 cm) auf einem Roboter unter Verwendung eines Durchmessers
von 14 Zoll (35,6 cm), 1:1 45 Grad Schnitt, Härte von 90 Shore A, Radlauf
bei 1.300 UpM sowohl bei 5 als auch 10 Pfund (2,27 und 4,54 Kilogramm)
Normalkraft getestet. Die Bänder
wurden für
eine Dauer von 20 Minuten getestet, und der Schnitt wurde an jedem
Intervall von 60 Sekunden aufgezeichnet.
-
Das
Kontrollband war dasjenige, das von 3M Company St. Paul MN unter
der Markenbezeichnung „3M P-120
421A" im Handel
erhältlich
ist. Die Robotertestergebnisse sind in nachstehender Tabelle 7 dargestellt. Tabelle 7 Tabelle 7. Vergleich von Titanschleifergebnissen
für ein
mit Beispiel 18 beschichtetes Schleifband mit einem im Handel erhältlichen
herkömmlich
beschichteten Schleifband der Güte
P-120.
| Probe | Schleifkraft
Pfund/normal
(kg/normal) | Gesamtschnitt
Gramm | Gesamtschnitt,
% von P-120 421A |
| P-120
3M421A | 3,8–5,5 (1,7–2,5) | 21,4 | 100 |
| Probe
18 | 3,8–5,5 (1,7–2,5) | 29,7 | 139 |
| P-120
3M421A | 9,0–11 (4,1–5) | 39,4 | 100 |
| Probe
18 | 9,0–11 (4,1–5) | 67,0 | 170 |
-
Die
in Tabelle 7 (vorstehend) dargestellten Roboter Schleifergebnisse
zeigen, dass die mit den Agglomeratteilchen der vorliegenden Erfindung
hergestellten Bänder
bei zwei typischen Schleifkräften
mehr Titan entfernen als ein herkömmliches Schleifband. Für die getestete
Konstruktion schnitten die Schleifgegenstände der vorliegenden Erfindung
besser ab (entfernten mehr Titan), wenn die Normalkraft höher war.
-
Alle
der vorstehenden zu Schleifgegenständen gemachten Beispiele wurden
mit einem gesamten UV-Aushärtungsaufbau-
und Schlichtesystem hergestellt.
-
Beispiele 21–23
-
Beispiel
21 wurde wie folgt hergestellt: Eine gleichmäßige Beschichtung eines mit
Calciumcarbonat mit 52:48 pro Gewicht gefüllten Phenolmarkenharzes wurde
auf einen 50VX-Träger
auf einer Tiefziehapparatur (geliefert von Paul N. Gardner Co.,
Pompano Beach, FL unter der Markenbezeichnung „ACCU-LAB") unter Verwendung eines Drahtwickelstabs
#60, um ein Beschichtungs gewicht von 676 g/2 zu
ergeben, aufgebracht; der 50VX-Träger ist
als 35/19 20/28 100% Baumwollstoff 2/1 Träger mit einem Basisgewicht
von 390–400 g/m2, geliefert durch Vereinigte Schmirgel-
und Maschinenfabriken AG, Hannover, Deutschland beschrieben; die
Agglomeratteilchen wurden auf das nasse Markenharz gegossen und
mehrmals vorwärts
und rückwärts gewalzt,
um eine vollständig
beladene, gleichmäßig verteilte
Beschichtung an Agglomeratteilchen auf dem Träger zur Verfügung zu
stellen. Über
schüssige
Agglomeratteilchen wurden abgeschüttelt und das beschichtete
Material in einem zwangsbelüfteten
Ofen bei 180°F
(82°C) über Nacht
erwärmt.
Ein 52:48 Gewicht mit Calciumcarbonat gefülltes Phenolschlichteharz wurde
dann von Hand mit einem Malerpinsel gleichmäßig aufgetragen. Beispiele
wurden für
eine Dauer von 1 Stunde bei 180°F
(82°C) erwärmt und
dann für
eine Dauer von zwei Stunden bei 200°F (93°C), gefolgt von 30 Minuten bei
220°F (104°C) und einer
Stunde bei 245°F
(118°C) ausgehärtet. Nach
dem Aushärten
wurden die beschichteten Schleifproben über einen Stab mit einem Durchmesser
von 2'' (5 cm) gebogen.
Beispiel 22 wurde gemäß Beispiel
21 hergestellt, außer
der Verwendung eines Drahtwickelstabs #36, um ein Markenharzbeschichtungsgewicht
von 493 g/m2 herzustellen. Beispiel 23 wurde gemäß Beispiel
21 hergestellt, außer
der Verwendung eines Drahtwickelstabs #52, um das Markenharz aufzubringen,
um ein Beschichtungsgewicht von 614 g/m2 zu
erhalten.
-
Die
Beispiele 21–23
wurden durchgeführt,
um zu zeigen, dass herkömmliche
Marken- und Leimharze auf Phenolbasis mit den Agglomeratteilchen
verwendet werden können,
um sie zur Herstellung eines Schleifgegenstands an einen Stoffträger zu binden.
Die Agglomeratteilchen wurden gleich hergestellt wie Beispiel 19. Die
Ergebnisse des trockenen Schütteltrommeltests
sind in Tabelle 8 dargestellt. Die Ergebnisse in Tabelle 8 vergleichen
vorteilhaft Vergleichsbeispiel A sowohl für die Schnittgeschwindigkeit
als auch die Standzeit. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass
die Agglomeratteilchen mit vielen Kombinationen an traditionellen
Schleifmarken- und
Leimharzsystemen sowie durch Strahlung aushärtbare Marken- und Leimharzsysteme
verwendet werden können. Tabelle 8
| Bsp. | Schaukeltrommelzyklen | Schnitt,
Gramm |
| 21 | 1000 | 0,68 |
| 2000 | 0,72 |
| 3000 | 0,68 |
| 4000 | 0,66 |
| 5000 | 0,59 |
| 6000 | 0,55 |
| 7000 | 0,50 |
| 22 | 1000 | 0,70 |
| 2000 | 0,63 |
| 3000 | 0,72 |
| 4000 | 0,67 |
| 5000 | 0,62 |
| 6000 | 0,54 |
| 7000 | 0,42 |
| 23 | 1000 | 0,68 |
| 2000 | 0,72 |
| 3000 | 0,70 |
| 4000 | 0,68 |
| 5000 | 0,64 |
| 6000 | 0,58 |
| 7000 | 0,56 |
| 8000 | 0,52 |
-
Beispiele 24–27
-
Die
Beispiele 24–27
wurden hergestellt, um die Vielseitigkeit dieser Erfindung zu zeigen.
Diese Beispiele wurden durch das gleiche allgemeine Verfahren hergestellt,
wie dasjenige, das zur Herstellung von Beispiel 11 verwendet wurde.
Beispiel 24 wies 2160 Gramm an Vorgemisch in Tabelle 1A, 6 Gramm
CH, 28,8 Gramm M5 und 6450 Gramm P-180 AO auf und wurde in einem
Hobart-Mischer mit
5 Quart (4,7 Liter) auf Geschwindigkeit eins gemischt. Beispiel
25 wies 680 Gramm an Vorgemisch in Tabelle 1 (vorstehend), 1,8 Gramm
CH, 2770 Gramm P-120
AO und 274 Gramm PC auf. Beispiel 26 wies 680 Gramm an Vorgemisch
in Tabelle 1 (vorstehend), 1,8 Gramm CH, 2590 Gramm P120 AO und
457 Gramm P-180 grünes
Siliciumcarbid auf. Beispiel 27 wies 1188 Gramm TMPTA, 12 Gramm
KB1 und 5000 Gramm Ceroxid mit 0,5 Mikrometer auf. Die Zerdrückfestigkeit
der in den Beispielen 24–27
herge stellten Agglomeratteilchen ist in nachstehender Tabelle 9
dargestellt. Diese Beispiele wurden in einem Ofen für eine Dauer
von 6 Stunden bei 350°F
(177°) weiter ausgehärtet, außer der
Beispiele 25 und 26, die in einem Vakuumofen bei 24 Zoll (61 cm)
Quecksilber für
eine Dauer von einer Stunde weiter ausgehärtet wurden.
-
Tabelle
9 (nachstehend) stellt die Zerdrückfestigkeit
der Beispiele 24–27
dar. Tabelle 9
| Beispiel | Zerdrückfestigkeit,
Pfund (Kilogramm) |
| 24 | 16,2
(7,4) |
| 25 | 1,9
(0,9) |
| 26 | 6,0
2,7) |
| 27 | 10
(4,5) |
-
Beispiele 28–31
-
Beispiel
28 wurde durchgeführt,
um zu zeigen, dass ein anderer Maschinentyp verwendet werden kann,
um eine Zusammensetzung durch ein perforiertes Substrat zu zwängen, um
die Agglomeratteilchen der vorliegenden Erfindung herzustellen.
Das Agglomeratteilchen von Beispiel 28 wurde durch gründliches
Mischen von 2160 Gramm der Vorgemischzusammensetzung in Tabelle
1 (vorstehend) mit 6 Gramm CH und 8280 Gramm P-120 AO-Mineral unter niedrigem
Scheren hergestellt. Die Aufschlämmung
wurde durch eine Wischerstabrotordrahtsiebmaschine ausgestattet
mit einer runden Öffnung
von 65 min (1,65 mm) und einem Spalt von 1/16 Zoll (1,6 mm) zwischen
dem Drahtsieb und dem Wischerblatt verarbeitet. Die gebildeten Agglomeratvorläuferteilchen
wurden in einer Schale gesammelt und mit einer Birnenlampe vom Typ
Fusion D mit 600 Watt bei 30 FPM bestrahlt, um Agglomeratteilchen
zur Verfügung
zu stellen. Die Agglomeratteilchen wurden in einem Wärmeofen
für eine
Dauer von 6 Stunden bei 350°F
(177°C)
weiter ausgehärtet.
Die Zerdrückfestigkeit
des ausgehärteten
Filaments betrug 15,9 Pfund (7,2 Kilogramm).
-
Die
Beispiele 29 und 30 wurden durchgeführt, um zu zeigen, dass andere
Wärmeinitiatoren
zum weiteren Aushärten
der durch die vorliegende Erfindung hergestellten Agglomeratteilchen
verwendet werden könnten.
-
Die
Aufschlämmungsformulierung
war die gleiche, wie die in Beispiel 28, außer dass Beispiel 29 6 Gramm
Vazo 52 und Beispiel 30 6 Gramm Perkadox 16S statt dem in Beispiel
28 verwendeten CH-Initiator verwendeten. Die Aufschlämmung wurde
durch die Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL") unter Verwendung
eines runden Drahtsiebs mit 45 mil (1,14 mm) einem mit 350 UpM laufenden
soliden Flügelrad einem
Kragen und einem Abstandhalter mit 225 mil (5,7 mm) verarbeitet.
Nach der Bestrahlung wurden die Agglomeratteilchen in einem Wärmeofen
für eine
Dauer von 6 Stunden bei 350°F
(177°C)
weiter ausgehärtet. Die
Zerdrückfestigkeit
für die
Beispiele 29 betrug 15 Pfund (6,8 Kilogramm) und 11 Pfund (5 Kilogramm)
für Beispiel
30.
-
Beispiel
31 wurde gemäß dem Verfahren
für Beispiel
29 hergestellt, außer
dass das Agglomeratteilchen in heißem Wasser 195°F (91°C) für eine Dauer
von 1 Stunde weiter ausgehärtet
wurde. Die Zerdrückfestigkeit
für das
weiter ausgehärtete
Agglomeratteilchen betrug 11 Pfund (5 Kilogramm). Dieses Beispiel
zeigt, dass andere Quellen an Wärmeenergie
in weiteren Aushärtungsschritten
verwendet werden können.
-
Beispiele 32 und 33
-
Anorganische
Aggregatvorläuferagglomeratteilchen
wurden in den Beispielen 32 und 33 hergestellt. Aufschlämmungen
wurden wie im „Allgemeinen
Verfahren zur Herstellung von Agglomeratvorläuferteilchenaufschlämmung" beschrieben unter
Verwendung eines Schleifkorns der Güte #60 AG321 und SGP-Glaspulver hergestellt.
Die Aufschlämmungsformulierung
ist in nachstehender Tabelle 10 aufgelistet. Tabelle 10
| Material | Beispiel
32
Menge (g) | Beispiel
33
Menge (g) |
| TMPTA | 891 | 594 |
| KB1 | 9,0 | 6,0 |
| CH | 4,0 | 4,0 |
| SGP | 2120 | 1509 |
| #60
AG321 | 3180 | 4527 |
| | | |
| Gesamtgehalt
an anorganischen Feststoffen | 86
Gew.-% | 91
Gew.-% |
-
Das
SGP und AG321 wurden von Hand in einem Kunststoffbehälter vorgemischt,
dann langsam dem Harzgemisch von TMPTA, KB1 und THl zugesetzt. Ein
Hobart-Mixer mit 12 Quart (11,36 Liter), Modell Al20T wurde mit
einem flachen Quirlrotor verwendet. Der Mixer wurde während der
Zusetzung des SGP/AG321-Gemischs auf der langsamsten Geschwindigkeit
betrieben. Die Geschwindigkeit wurde dann auf „mittel" erhöht, nachdem
alle Zutaten zugesetzt waren und das Mischen wurde für eine Dauer
von 25 Minuten fortgesetzt. Die endgültige Temperatur des Gemischs
lag im Bereich von etwa 100°F
(38°C) bis
120°F (49°C).
-
Anorganische
Aggregatvorläuferagglomeratteilchen
wurden wie im „General
Procedure For Making Agglomerat Particles" beschrieben hergestellt. Die Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL") war mit einem
kleinen runden Flügelrad
bei einem Abstand von 0,075" (1,9
mm) und einem kegelförmigen
Drahtsieb mit runden Löchern
vom Reibeisentyp mit 0,062” (1,6
mm) aufgebaut und die Geschwindigkeit des Antriebsmotors betrug
470 UpM. Nachdem die anorganischen Aggregatvorläuferagglomeratteilchen erfindungsgemäß hergestellt
waren, wurden sie in Aluminiumpfannen angeordnet und in einem zwangsbelüfteten Ofen
für eine Dauer
von 6 Stunden bei 350°F
(177°C)
weiter ausgehärtet.
Die Aggregatvorläuferagglomeratteilchen
wurden mit einem zusätzlichen
Durchgang durch die Größenreduktionsmaschine
(„QUADRO
COMIL") unter Verwendung
eines Abstandhalters mit 0,075" (1,90
mm) und einem Reibeisendrahtsieb mit 0,094” (2,39 mm) in der Größe angepasst.
Die der Größe angepassten
Teilchen wurden gesiebt und das Größenbruchteil, das durch ein
Maschendrahtsieb #24 (-24
Maschen) ging wurde vom Bruchteil abgetrennt, der vom Maschendrahtsieb #24
(+24 Maschen) zurückgehalten
wurde. Der +24-Maschenteilchenbruchteil wurde gesammelt und die
Festigkeit der Aggregatvorläuferagglomeratteilchen
wurde unter Verwendung des Zerdrückungstests
gemessen.
-
Die
mittlere Zerdrückungsfestigkeit
für die
Teilchen von Beispiel 32 betrug 20,2 Pfund (9,2 Kilogramm). Die
mittlere Zerdrückungsfestigkeit
für die
Teilchen von Beispiel 33 betrug 11,4 Pfund (5,2 Kilogramm).