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CN105592982B - 粘结磨料制品及方法 - Google Patents

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CN105592982B
CN105592982B CN201480054594.2A CN201480054594A CN105592982B CN 105592982 B CN105592982 B CN 105592982B CN 201480054594 A CN201480054594 A CN 201480054594A CN 105592982 B CN105592982 B CN 105592982B
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grinding
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
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    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
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Abstract

本发明提供了一种粘结磨料制品，该粘结磨料制品具有基质和磨削层，该基质由基质磨料颗粒和基质粘结剂形成，该磨削层具有垂直取向的磨料颗粒和磨削层粘结剂。该磨削层设置在粘结磨料制品的外表面上或至少部分地设置在粘结磨料制品的内部。

Description

粘结磨料制品及方法
背景技术
粘结磨料制品具有通过粘结介质而粘结在一起的磨料颗粒。对于高性能磨料制品，诸如更快地研磨材料同时满足紧密度容限而不损害工件的磨削轮的需求增加。
诸如磨石、细磨石和磨轮的磨料制品可由固定安装的电机诸如例如台式研磨机驱动，或附接至手动操作式便携研磨机并由其驱动。手动操作式便携研磨机通常相对于工件表面以微小角度固定，并且可用于将例如焊道、飞翅、浇口和冒口从铸件磨掉。
发明内容
与常规粘结圆盘相比，发现将磨削层设置在粘结磨料制品的表面处或粘结磨料制品的内部令人惊奇地提高切削和磨削性能。具体地，除其它优点之外，总切削量令人惊奇地增大。
在一个方面，本公开提供了一种粘结磨料制品，该粘结磨料制品包括基质和磨削层。基质包含基质磨料颗粒和基质粘结剂。磨削层包含垂直取向的磨料颗粒和磨削层粘结剂。磨削层设置在粘结磨料制品的外表面上或至少部分地设置在粘结磨料制品的内部。
在另一方面，本公开提供了一种形成粘结磨料制品的方法。该方法包括将可垂直取向的磨料颗粒分散在第一载体上，将磨削层粘结剂施加至第二载体，使磨削层粘结剂与可垂直取向的磨料颗粒接触；以及使磨削层粘结剂固化。
在另一方面，本公开提供了一种形成粘结磨料制品的方法，该方法包括将基质混合物施加至磨削层，该基质混合物包含可固化的基质粘结剂和基质磨料制品，磨削层包含垂直取向的磨削磨料颗粒；以及使基质粘结剂固化。
附图说明
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开相同或类似的特征或元件。
图1A为根据实施例的粘结磨料制品的示意性剖视图。
图1B为根据实施例的粘结磨料制品的示意性剖视图。
图2为根据实施例的粘结磨料制品的示意性剖视图。
图3为根据实施例的粘结磨料制品的示意性剖视图。
图4A为用于使磨料颗粒垂直取向的装置的示意图。
图4B为带有垂直取向的磨料颗粒的磨料制品的示意性剖视图。
图5A为带有垂直取向的磨料颗粒的制品的示意性俯视图。
图5B为根据实施例的形成粘结磨料制品的示意性方法。
图5C为根据实施例的粘结磨料制品的透视图。
图5D为根据实施例的粘结磨料制品的透视图。
定义
如本文所用，词语“包含”、“具有”和“包括”的变型在法律上是等同的且是开放式的。因此，除了列举的元件、功能、步骤或限制之外，还可存在其它未列举的元件、功能、步骤或限制。
“粘结磨料制品”是具有粘结磨具的磨料制品，包括但不限于磨削轮、磨削盘、磨削圆筒或任何其它形式的磨料制品。
尽管上述绘图示出了本公开的若干实施例，但如论述中指出，还可以想到其它的实施例。附图可能未按比例绘制。在所有附图中，类似的参考标号可以用来表示类似的部件。
具体实施方式
现在参见图1A，根据一个实施例的示例性粘结磨料制品10具有基质 13和磨削层16。基质13具有两个相对的主表面：第一主表面21和第二主表面23。磨削层16具有两个相对的面，磨削面19和背面17。磨削面19 包括垂直取向的磨料颗粒18的远侧末端并且根椐所采用的磨料颗粒可以是不平的或起伏的。背面17为基本上平面的复制面，在一个实施例中为施加垂直取向的磨料颗粒的平面支撑表面。在一个实施例中，磨削层16设置在第一主表面21或第二主表面23上，由此使得背面17位于基质13的近侧并且磨削面19位于基质13的远侧。
基质13包括基质磨料颗粒12和基质粘结剂14。基质13的形状可以像圆盘、轮、圆筒或本领域中已知的任何其它合适的形状。基质13可具有开口，该开口包括中心开口诸如中心孔。基质13可具有带有中心孔的凹陷中心。基质13可具有背衬，包括纸材、织物、或膜背衬、或本领域中已知的或以下所述的任何其它背衬或它们的组合。
基质粘结剂14以固定构型将基质磨料颗粒12保持在基质13内并且为基质13提供刚性结构。基质粘结剂14可包含任何合适的有机粘结剂、树脂粘结剂、金属粘结剂、陶瓷粘结剂或本领域中已知的任何其它粘结剂诸如以下所述的粘结剂或它们的组合。
基质磨料颗粒12可以是本领域中已知的任何磨料颗粒，包括常规粉碎的磨料颗粒、成形磨料颗粒或以下所述的任何磨料颗粒或它们的组合。基质磨料颗粒12可以无规分散在基质14内，或者可以预定图案分散在基质14内。基质磨料颗粒12在基质14内可以是无规取向的，或者可以预定取向在基质14内取向。基质磨料颗粒12中的一些、全部可以基本上类似或平行的取向在基质13内取向或者均不以基本上类似或平行的取向在基质13 内取向。基质磨料颗粒12中的一些、全部可具有基本上相同的、类似的或不同的尺寸或者均不具有基本上相同的、类似的或不同的尺寸。基质磨料颗粒12中的一些、全部可具有基本上相同的、类似的或不同的形状或者均不具有基本上相同的、类似的或不同的形状。基质磨料颗粒12可包含具有相同或不同化学组成的磨料颗粒，该磨料颗粒具有相同的、类似的、相异的或不同的化学和物理特性，诸如静电吸引、硬度和断裂韧度。基质磨料颗粒12中的一些、全部可以完全浸入基质14内或者均不完全浸入基质14 内。基质磨料颗粒12中的一些、全部可以不完全浸入基质14内。基质磨料颗粒12研磨表面至不同的程度，诸如低磨损、中等磨损、高磨损或任何其它已知的磨损程度，这取决于诸如基质磨料颗粒12的尺寸、几何结构、取向和材料等因素以及诸如表面暴露至基质13的压力和速度等因素。
磨削层16包含垂直取向的磨料颗粒18，该垂直取向的磨料颗粒18通过磨削层粘结剂20以垂直取向的构型粘结并保持。在一个实施例中，磨削层16还包含非垂直取向的磨料颗粒。在一个实施例中，磨削层16具有小于基质13的厚度的厚度。在一个实施例中，磨削层16具有基质13的厚度的95％、或90％、或85％、或80％、或75％、或70％、或65％或60％或55％或50％或小于100％但大于0％的任何其它百分比的厚度。在另一个实施例中，磨削层粘结剂20足够厚以便所有垂直取向的颗粒浸入磨削层16 内。在另一个实施例中，磨削层粘结剂20具有小于垂直取向的颗粒18的高度的厚度，由此使得该垂直取向的颗粒18从磨削层粘结剂20的暴露表面至少部分地突出。
磨削层16可任选地通过粘合剂来粘结到基质13。磨削层16可任选地通过磨削层粘结剂20来粘结到基质13。磨削层16可任选地通过另外的粘结剂层来粘结到基质13，该粘结剂层包含本领域中已知的任何合适的粘结剂，包括以下所述的任何一种或多种合适的粘结剂，包括有机粘结剂、树脂粘结剂、金属粘结剂或陶瓷粘结剂。
磨削层粘结剂20以固定构型将垂直取向的磨料颗粒18保持在磨削层 16内。磨削层粘结剂20可包含任何合适的有机粘结剂、树脂粘结剂、金属粘结剂、陶瓷粘结剂或本领域中已知的任何其它粘结剂诸如以下所述的粘结剂或在底胶层中所使用的那些或它们的组合。可通过将可固化磨削层前体涂布至基质13的主表面上来形成磨削层粘结剂20。磨削层前体是指施加至基质13的可涂覆型材料，该可涂覆型材料可例如通过固化来硬化以形成磨削层16。还可通过将磨削层前体涂布在可用来组装磨削层16的任何其它合适的保持表面上来形成磨削层粘结剂20。该磨削层前体或磨削层粘结剂 20可以包含例如胶水、酚醛树脂、氨基塑料树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚氨酯树脂、可自由基聚合的多官能(甲基)丙烯酸酯(例如具有侧链α,β-不饱和基团的氨基塑料树脂、丙烯酸酯化聚氨酯、丙烯酸酯化环氧树脂、丙烯酸酯化异氰脲酸酯)、环氧树脂(包括双-马来酰亚胺和芴- 改性的环氧树脂)、异氰脲酸酯树脂、以及以下所述的任何粘结剂或它们的混合物。
垂直取向的磨料颗粒18是具有相对于磨削层16垂直取向的预定轴线的磨料颗粒。该预定轴线可以是穿过制品的任何几何轴线。在一个实施例中，该预定轴线是穿过垂直取向的磨料颗粒18中的每个的最长轴线。在另一个实施例中，该预定轴线是穿过垂直取向的磨料颗粒18中的每个的最短轴线。在另一个实施例中，该预定轴线是穿过垂直取向的磨料颗粒18中的每个的尖锐研磨顶点的轴线。在另一个实施例中，该预定轴线穿过垂直取向的磨料颗粒18中的每个的质心。在其它实施例中，该预定轴线是任何其它几何轴线。
垂直取向的磨料颗粒18包括具有预定轴线的颗粒，该预定轴线可具有相对于磨削层16不限于30°至90°范围内的任何合适的角度。例如在一个实施例中，该预定轴线与磨削层16基本上正交。基本上垂直或正交的预定轴线具有相对于磨削层16接近90°或是在预定公差内的直角的角度。在另一个实施例中，该预定轴线具有小于90°的非垂直的角度，例如不限于30°至 89°范围内的任何角度。
在一个实施例中，垂直取向的磨料颗粒18包括具有至少一个相对于磨削层升高的顶点的磨料颗粒，垂直取向的磨料颗粒18包括磨料颗粒。在另一个实施例中，垂直取向的磨料颗粒18包括具有至少一个从磨削层16突出的顶点的磨料颗粒。顶点是诸如磨料颗粒的顶端、端部、点、突出部或任何其它几何顶点的任何几何顶点。
在一个实施例中，磨削层16中的所有磨料颗粒是垂直取向的磨料颗粒 18。在另一个实施例中，磨削层中的磨料颗粒的至少10重量％是垂直取向的磨料颗粒18。在另一个实施例中，磨料颗粒的至少20重量％、或至少30 重量％、或至少40重量％、或至少50重量％、或至少60重量％、或至少 70重量％、或至少80重量％、或至少90重量％是垂直取向的磨料颗粒。在其它实施例中，磨削层中的磨料颗粒包含10重量％至100重量％范围内的任何量的垂直取向的磨料颗粒18。
垂直取向的颗粒18可包括成形磨料颗粒或形成的磨料颗粒。在一个实施例中，成形磨料颗粒具有多边形面和多边形基部。在另一个实施例中，成形磨料颗粒具有三角形面和梯形基部。在其它实施例中，垂直取向的磨料颗粒18包含本领域中已知的其它磨料颗粒，包括常规粉碎磨料颗粒、成形磨料颗粒或以下所述的任何磨料颗粒或它们的组合，该磨料颗粒设置在磨削层16中使得该颗粒的预定轴线是垂直取向的。在一个实施例中，预定轴线垂直于三角形成形磨料颗粒的一侧并且延伸穿过三角形成形磨料颗粒的相对顶点或顶端，使得垂直取向的磨料颗粒如图1A所示的布置。
磨料颗粒可包括如美国专利8,034,137中所公开的成形的破碎磨料颗粒；如美国专利8,123,828中所公开的磨料碎片、具有开口的成形磨料颗粒或碟形磨料颗粒；如美国专利8,142,891中所公开的具有凹面的碟形磨料颗粒；如美国专利8,142,532中所公开的具有开口的成形磨料颗粒；如已公布的美国专利申请2010/0146867中所公开的具有凹槽的成形磨料颗粒；如美国专利8,142,531中所公开的具有倾斜侧壁的成形磨料颗粒；如已公布的美国专利申请2010/0319269中所公开的具有低圆度因子的成形磨料颗粒；如 P.C.T.申请PCT/US2010/057713中所公开的两端变细的成形磨料颗粒；以及如已公布的美国专利申请2011/0146509中所公开的成形磨料颗粒。
垂直取向的磨料颗粒18可以无规分散在磨削层16上，或者可以预定图案分散在磨削层16上。垂直取向的颗粒18可以不同取向定向在磨削层 16上，使得即使垂直取向的颗粒18中的每个是基本上垂直取向的，垂直取向的颗粒18中的每个也具有不同的取向。垂直取向的磨料颗粒16中的一些、全部可以基本上类似的取向或平行的取向在磨削层16上取向或者均不以基本上类似的取向或平行的取向在磨削层16上取向。垂直取向的磨料颗粒18中的一些、全部可具有基本上相同的、类似的或不同的尺寸或者均不具有基本上相同的、类似的或不同的尺寸。垂直取向的磨料颗粒18中的一些、全部可具有基本上相同的、类似的或不同的形状或者均不具有基本上相同的、类似的或不同的形状。垂直取向的磨料颗粒18可包含相同或不同化学组成的磨料颗粒，该磨料颗粒具有相同的、类似的、相异的或不同的化学和物理特性，诸如静电吸引、硬度和断裂韧度。垂直取向的磨料颗粒 18可研磨表面至不同的程度，诸如低磨损、中等磨损、高磨损或任何其它已知的磨损程度，这取决于诸如垂直取向的磨料颗粒18的尺寸、几何结构、取向和组成等因素以及诸如表面暴露至包含垂直取向的磨料颗粒18的磨削层16的压力和速度等因素。
基质粘结剂14和磨削层粘结剂20可以是相同的或不同的(化学不同或物理不同)。例如，基质粘结剂14可以是第一酚醛粘结剂，而磨削层粘结剂20可以是与第一酚醛粘结剂不同的第二酚醛粘结剂。
在一个实施例中，任选的上浆层22任选地涂布在磨削层16的表面处的垂直取向的颗粒18上。上浆层22可以通过任何常规技术涂布，诸如刮刀涂布、喷涂、辊涂、帘式涂布、照相凹版涂布等等。上浆层22维持包括垂直取向的磨料颗粒18的磨削层16的完整性。上浆层22可包含任何合适的有机粘结剂、树脂粘结剂、金属粘结剂、陶瓷粘结剂或本领域中已知的任何其它胶粘剂或粘结剂，诸如以下所述的粘结剂或在上浆层中所使用的那些或它们的组合。可通过将可固化上浆层前体涂布到磨削层16的暴露表面上来形成上浆层22。上浆层前体是指施加至磨削层16的可涂覆型材料，例如施加在垂直取向的磨料颗粒18的顶部上。上浆层前体可例如通过固化来硬化以形成上浆层22。该上浆层前体或上浆层粘结剂20可以包含例如胶水、酚醛树脂、氨基塑料树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚氨酯树脂、可自由基聚合的多官能(甲基)丙烯酸酯(例如具有侧链α,β-不饱和基团的氨基塑料树脂、丙烯酸酯化聚氨酯、丙烯酸酯化环氧树脂、丙烯酸酯化异氰脲酸酯)、环氧树脂(包括双-马来酰亚胺和芴-改性的环氧树脂)、异氰脲酸酯树脂、或以下所述的任何粘结剂或它们的混合物。
基质粘结剂14、磨削层粘结剂20或上浆层22还可各自包含本领域中已知的添加剂，诸如例如填料、助磨剂、润湿剂、表面活性剂、染料、颜料、偶联剂、或本文所述的任何其它添加剂以及它们的组合。
在一个实施例中，基质13是具有7英寸的直径且带有直径为7/8英寸的中心孔的圆盘。磨削层16设置在基质13的主表面中的一个上。基质13 和磨削层16的合并厚度是1/8英寸。因此，粘结磨料制品具有7英寸的直径且带有直径为7/8英寸的中心孔。粘结磨料制品可具有凹陷的中心区域，例如呈型号27的圆盘形式。
图1B为根据实施例的粘结磨料制品的示意性剖视图。该粘结磨料制品包括基质14和磨削层16。以上描述基质14。尽管图1B表示其中磨削层 16包括垂直取向的磨料颗粒18的实施例，该垂直取向的磨料颗粒18包括粉碎磨料颗粒，但是该垂直取向的磨料颗粒18可以是如本文所述的任何垂直取向的磨料颗粒18。
在一个实施例中，磨削层16还任选地包括背衬24。背衬24可设置在磨削层16的背面17处，使得背衬24设置在基质13和背面17之间。背衬 24可以是连续的，例如连续延伸横跨磨削层16和基质13之间的底部未暴露表面。背衬24可以是不连续的，例如以规则或不规则图案或贴片延伸横跨磨削层16和基质13之间的底部未暴露表面。背衬24有助于保持磨削层 16、磨削层粘结剂18以及垂直取向的磨料颗粒18的构型。背衬24可包括本领域中已知的任何背衬，包括纸材、织物、或膜背衬、或本领域中已知的或以下所述的任何其它背衬或它们的组合。在另一个实施例中，背衬24 可包括稀松布材料，诸如施加垂直取向的磨料颗粒的稀松编织的机织材料或针织材料。用于磨削层16的稀松布背衬还可用于增强基质14；尤其是当磨削层16主要设置在基质14内时。
在一个实施例中，磨削层16包括背衬24、磨削层粘结剂20、垂直取向的磨料颗粒18以及上浆层22。在另一个实施例中，磨削层16包括带涂层磨料制品，该带涂层磨料制品包括背衬24、磨削层粘结剂20、垂直取向的磨料颗粒18以及上浆层22。
磨削层16任选地通过粘合剂层26附接到基质。在一个实施例中，磨削层16包括粘合剂层26。在另一个实施例中，磨削层16包括背衬24和粘合剂层26两者。在另一个实施例中，磨削层16包括磨料制品和粘合剂层 26，该磨料制品包括背衬24、磨削层粘结剂20、垂直取向的磨料颗粒18 以及上浆层22，其中粘合剂层26设置在背衬24和基质13之间。
粘合剂层26可包含本领域中已知的任何粘合剂，包括但不限于压敏粘合剂、可固化环氧树脂、酚醛树脂、树脂、硅树脂、丙烯酸类树脂以及苯乙烯-丁二烯共聚物或它们的组合。
图2为根据实施例的粘结磨料制品的示意性剖视图。磨削层16设置在基质13的第二主表面23上，使得基质覆盖磨削层16。磨削面19位于基质 13的近侧，同时磨削层16的背面17位于基质13的远侧。在一个实施例中，磨削层16包括本文所述的任选的上浆层22。在另一个实施例中，磨削层16包括本文所述的任选的背衬24。
在一个实施例中，磨削层16部分地设置在基质13的内部，使得基质 13覆盖磨削面19的至少一部分。在另一个实施例中，磨削层16完全设置在基质13的内部，使得基质13基本上覆盖磨削面19。
图3为根据实施例的粘结磨料制品的示意性剖视图。在一个实施例中，粘结磨料制品包括基质13、第一磨削层16’和第二磨削层16”。第一磨削层16’包括垂直取向的磨料颗粒18’和磨削层粘结剂20’。第二磨削层16”包含垂直取向的磨料颗粒18”和磨削层粘结剂20”。第一磨削层16’具有磨削面19’和背面17’。第二磨削层16”具有磨削面19”和背面17”。第一磨削层16’设置在基质的第一主表面21处，使得第一磨削层16’的背面17’位于基质13的近侧并且磨削面19’位于基质13的远侧。第二磨削层16”设置在基质的第二主表面23处，使得第二磨削层16”的背面17”位于基质13的近侧并且磨削面19”位于基质13的远侧。基质13覆盖第二磨削层16”的磨削面19”。第二磨削层16”包括背衬24”。
在一个实施例中，第一磨削层16’的背面17’粘结到基质13。在另一个实施例中，第一磨削层16’包括背衬24并且基质13粘结到背衬24。在另一个实施例中，第一磨削层16’包括背衬24和粘合剂层26并且基质13通过粘合剂层26粘结到背衬24。
在一个实施例中，多个磨削层16被设置成使得多个磨削层16中的一些、全部设置在基质13的表面处或者均不设置在基质13的表面处，多个磨削层16中的一些、全部部分地设置在基质13的内部或者均不部分地设置在基质13的内部，以及多个磨削层16中的一些、全部完全设置在基质 13的内部或者均不完全设置在基质13的内部。
图4A为用于使磨料颗粒垂直取向的装置的示意图。在一个实施例中，一种形成粘结磨料制品的方法包括使磨料颗粒18’以静电方式垂直取向。磨料颗粒18’分布在第一载体28上。磨削层粘结剂前体20’被涂布在基质13的第一主表面21上。在一个实施例中，磨削层粘结剂前体20’被涂布在基质13的第二主表面23上。经过涂布的主表面被维持在磨料颗粒18’附近。在第一载体28和基质13之间施加静电场。静电场使磨料颗粒18’垂直取向并且使得它们被吸引至基质13，使得磨料颗粒18’附接到磨削层粘结剂前体20’的涂层同时保持垂直取向的构型。
可使用本领域中已知的任何已知的静电场发生装置生成静电场。例如，可用的静电场发生装置包括电极，该电极具有施加在它们之间的电势，其中一个电极布置在基质13上方并且相反电极布置在第一载体28下方。可通过合适的交流电源或直流电源供应电势。在一个实施例中，成形电极用于以预定图案施加磨粒18’，例如，如美国专利6,511,713中所公开的。
在一个实施例中，第一载体28是固定的。在另一个实施例中，第一载体28包括移动带或移动表面。在一个实施例中，基质13是固定的。在另一个实施例中，基质13在磨料颗粒18’被静电吸引朝向基质13时移动。在各种实施例中，至少一些、或大多数、或基本上所有的磨料颗粒18’被吸引至基质13并且附接到磨削层前体20’的涂层。
图4B为带有垂直取向的磨料颗粒的磨料制品的示意性剖视图。已通过静电场被吸引至基质13的磨料颗粒18’在磨削层粘结剂前体20’的处于基质 13的主表面21和23中的一个上的涂层上形成垂直取向的磨料颗粒18。
在一个实施例中，在磨料颗粒18’已被附接之后，磨削层粘结剂前体20’例如通过固化来硬化，同时保持它们的垂直取向的构型，以形成带有垂直取向的磨料颗粒18的已固化的磨削层粘结剂20。在另一个实施例中，在磨料颗粒18’被附接到磨削层粘结剂前体20’之前，磨削层粘结剂前体20’是部分固化的，并且在磨料颗粒18’被附接之后，磨削层粘结剂前体20’是完全固化的。
图5A、5B、5C和5D示出根据实施例的一种用于制备粘结磨料制品的方法。图5A为在施加基质13之前磨料制品32的示意性透视图。磨料制品32包括磨削层16和垂直取向的磨料颗粒18。磨料制品32以圆盘的形式成形并且具有安装孔30。在一个实施例中，磨料制品32被成形为与型号 27的磨削轮的形状相符。在另一个实施例中，磨料制品32以圆盘的形式成形，该圆盘具有7英寸的直径并且带有直径为7/8英寸的中心孔。在一个实施例中，磨料制品包括任选的背衬24。在另一个实施例中，磨料制品包括任选的上浆层22。
图5B为施加至磨料制品32的基质前体13’的剖视图。磨料制品32包括磨削层16。磨削层16包括磨削层粘结剂20。基质前体13’被施加至磨料制品32的磨削面。基质前体13’包括可固化的基质粘结剂14’和基质磨料颗粒12。预定量的基质前体13’可通过本领域中已知的任何方法被施加至磨料制品32的表面，包括但不限于铺展、涂布、分散或它们的组合。
图5C为施加至磨料制品32的基质前体13’的剖视图。磨料制品32包括磨削层16。磨削层16包括磨削层粘结剂20。施加的基质前体13’被沉降并且可固化的基质粘结剂14’被固化以形成基质粘结剂14。基质前体13’包括可固化的基质粘结剂14’和基质磨料颗粒12。在一个实施例中，基质前体13’在固化时轻微凝结使得包括可固化的基质粘结剂14’的基质前体13’的厚度大于包括已固化的基质粘结剂14的基质13的厚度。
图5D为根据实施例的在施加并且固化基质前体之后的粘结磨料制品的透视图。磨料制品32包括磨削层16、垂直取向的磨料颗粒18和基质 13。通过使基质前体13’中的可固化的基质粘结剂14’固化来在磨料制品32 的磨削面上形成基质13。垂直取向的磨料颗粒18保持它们的初始构型。基质13被粘结到磨料制品32中的磨削层16的磨削面19。
以下描述了磨料颗粒、粘结剂、填充剂、背衬、助磨剂以及可用于各种实施例中的其它添加剂。
磨料颗粒
可用的磨料颗粒包括常规磨料颗粒，包括磨料领域中已知的任何磨料颗粒。示例性可用的磨料颗粒包括基于熔融氧化铝的材料，诸如氧化铝、陶瓷氧化铝(其可包括一种或多种金属氧化物改性剂和/或促结晶剂或成核剂)、和经过热处理的氧化铝、碳化硅、黑碳化硅、绿碳化硅、共熔融的氧化铝-氧化锆、金刚石、二氧化铈、二硼化钛、立方氮化硼、碳化硼、石榴石、燧石、金刚砂、由溶胶-凝胶衍生的磨料颗粒、以及它们的混合物。这些磨料颗粒可以是例如单独的颗粒、凝聚物、复合颗粒以及它们的混合物的形式。
可用的粉碎的磨料颗粒包括例如熔融氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料(诸如以商品名3M陶瓷磨料颗粒由明尼苏达州圣保罗的3M公司市售的那些)、二硼化钛、碳化钨、碳化钛、溶胶-凝胶衍生的磨料颗粒、氧化铁、氧化铬、氧化锆、二氧化钛、硅酸盐、氧化锡、二氧化硅 (诸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)硅酸盐(诸如滑石粉、粘土 (例如蒙脱石)、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、硅酸钠) 的粉碎颗粒。溶胶-凝胶衍生的磨料颗粒的示例可见于美国专利4,314,827 (Leitheiser等人)、4,623,364(Cottringer等人)；4,744,802(Schwabel)、 4,770,671(Monroe等人)；和4,881,951(Monroe等人)。还设想磨料颗粒可包括研磨凝聚物，诸如例如在美国专利4,652,275(Bloecher等人)或 4,799,939(Bloecher等人)中描述的那些。
磨料颗粒可以例如具有至少约0.1微米、至少约1微米或至少约10微米以及小于约10,000微米、或小于约8,000微米或小于约5,000微米的平均直径，尽管也可以使用更大和更小的磨料颗粒。例如，常规的磨料颗粒可具有磨料行业指定的标称等级。此类磨料行业认可的等级标准包括那些称为美国国家标准协会公司(ANSI)(American NationalStandards Institute, Inc.)标准、欧洲研磨产品制造商联合会(FEPA)(Federation ofEuropean Producers of Abrasive Products)标准以及日本行业标准(JIS)(JapaneseIndustrial Standard)标准。示例性ANSI等级名称(即，指定的标称等级)包括：ANSI 12(1842μm)、ANSI 16(1320μm)、ANSI 20(905μm)、 ANSI 24(728μm)、ANSI 36(530μm)、ANSI40(420μm)、ANSI 50 (351μm)、ANSI 60(264μm)、ANSI 80(195μm)、ANSI 100 (141μm)、ANSI120(116μm)、ANSI 150(93μm)、ANSI 180 (78μm)、ANSI 220(66μm)、ANSI 240(53μm)、ANSI280 (44μm)、ANSI 320(46μm)、ANSI 360(30μm)、ANSI 400(24μm) 和ANSI 600(16μm)。示例性FEPA等级名称包括P12(1746μm)、P16 (1320μm)、P20(984μm)、P24(728μm)、P30(630μm)、P36 (530μm)、P40(420μm)、P50(326μm)、P60(264μm)、P80 (195μm)、P100(156μm)、P120(127μm)、P120(127μm)、P150 (97μm)、P180(78μm)、P220(66μm)、P240(60μm)、P280 (53μm)、P320(46μm)、P360(41μm)、P400(36μm)、P500 (30μm)、P600(26μm)和P800(22μm)。每种等级的近似平均粒度列在每种等级名称后的括号中。
可用的磨料颗粒还包括形成的陶瓷磨料颗粒并且尤其是成形磨料颗粒。可根据美国专利8,142,531的公开内容制备成形磨料颗粒。通过使氧化铝溶胶凝胶从例如边长为0.031英寸(0.79mm)且模具深度为0.008英寸 (0.2mm)的等边三角形形状的聚丙烯模具腔成形来制备成形磨料颗粒。在干燥和焙烧之后，这种所得的成形磨料颗粒构成约280微米(最长尺寸)的三角片并且将通过50目筛网并被保留在60目筛网上。在一个实施例中，三角形形状的磨料颗粒包括第一面、通过侧壁连接到第一面的相对的第二面，在所述侧壁处每个面的周边是三角形并且理想地是等边三角形。在一些实施例中，侧壁是倾斜侧壁，而不是与两个面呈90度角的侧壁，如公开于美国专利8,142,531中的具有在第二面和倾斜侧壁之间在约95 度至约130度之间的拔模角度α的倾斜侧壁，其已被确定较大提高三角形形状的磨料颗粒的切削速率。
如本文所用，“形成的陶瓷磨料颗粒”意指具有至少部分地复制的形状的磨料颗粒。制作形成的陶瓷磨料颗粒的一种工艺包括在具有预定形状的模具中使前体陶瓷磨料颗粒成形以制作陶瓷成形磨料颗粒。在模具中形成的陶瓷成形磨料颗粒是在形成的陶瓷磨料颗粒种类中的一个种类。制作其它种类的形成的陶瓷磨料颗粒的其它工艺包括通过具有预定形状的孔口挤出前体陶瓷磨料颗粒，通过具有预定形状的印刷丝网中的开口印刷前体陶瓷磨料颗粒，或者将前体陶瓷磨料颗粒压印为预定形状或图案。形成的陶瓷磨料颗粒的非限制性示例包括成形磨料颗粒，诸如，如公开于美国专利再公告专利35,570；5,201,916；5,984,998；8,034,137；8,123,828； 8,142,531；8,142,532和8,142,891；以及公开于美国专利公开 2009/0169816、2010/0146867和2010/0319269中的三角形板，或由圣戈班磨料磨具公司(Saint-Gobain Abrasives)生产的通常具有圆形截面的细长陶瓷棒/长丝，其示例在美国专利号5,372,620中公开。形成的陶瓷磨料颗粒通常是大体均匀的或基本上一致的，并且保持其烧结形状而无需使用将较小磨料颗粒粘结到凝聚结构中的粘结剂诸如有机或无机粘结剂，但不包括通过生产无规尺寸和形状的磨料颗粒的压碎或粉碎工艺得到的磨料颗粒。在多个实施例中，形成的陶瓷磨料颗粒包含烧结的α氧化铝的均匀结构或主要由烧结的α氧化铝组成。
形成的陶瓷磨料颗粒可以使用符合ASTM E-11“用于测试目的的筛布和筛网的标准规范(Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for TestingPurposes)”的美国标准测试筛分级为标称筛选等级。ASTME-11规定了试验筛的设计和构造需求，所述试验筛利用安装在框架中的织造筛布为介质根据指定的颗粒尺寸对材料进行分类。典型名称可表示为-18+20，其意指形成的陶瓷磨料颗粒通过符合ASTM E-11规范的18目测试筛，并且保留在符合ASTM E-11规范的20目测试筛上。在一个实施例中，形成的陶瓷磨料颗粒具有这样的粒度，使得大多数形成的陶瓷磨料颗粒通过18 目试验筛并且可保持在20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目试验筛上。在本发明的各种实施例中，形成的陶瓷磨料颗粒可具有标称筛选等级，其包括：-18+20(925μm)、-20+25(780μm)、-25+30 (655μm)、-30+35(550μm)、-35+40(463μm)、-40+45(390μm)、- 45+50(328μm)、-50+60(275μm)、-60+70(231μm)、-70+80 (196μm)、-80+100(165μm)、-100+120(138μm)、-120+140 (116μm)、-140+170(98μm)、-170+200(83μm)、-200+230 (69μm)、-230+270(58μm)、-270+325(49μm)、-325+400 (42μm)、-400+450(35μm)、-450+500(29μm)或-500+635 (23μm)。
平均粒度是符合行业指定等级的磨料颗粒的期望平均尺寸，或就筛而言，是颗粒通过的筛网开口的尺寸以及颗粒保持在上面的筛网开口的尺寸之间的平均值。在等级或筛网名称后的括号中的数字是以μm为单位的平均磨料颗粒尺寸。
填料颗粒
填料颗粒在磨料制品中可与磨料颗粒共混。可用的填料的示例包括金属碳酸盐(诸如碳酸钙、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、二氧化硅(诸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(诸如滑石、粘土、蒙脱石、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、硅铝酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐 (诸如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、蛭石、糖、木粉、三水合铝、炭黑、金属氧化物(诸如氧化钙、氧化铝、氧化锡、二氧化钛)、金属亚硫酸盐(诸如亚硫酸钙)、热塑性颗粒(诸如聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚(氯乙烯)、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、乙缩醛聚合物、聚氨酯、尼龙颗粒)、以及热固性颗粒(诸如酚醛泡、酚醛珠、聚氨酯泡沫颗粒等)。该填料还可为盐，诸如卤化物盐。卤化物盐的示例包括氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾、氯化镁。金属填料的示例包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁和钛。其它杂类填料包括硫、有机硫化合物、石墨、硬脂酸锂和金属硫化物。
在一些实施例中，利用偶联剂(例如，有机硅烷偶联剂)处理磨料颗粒以提高磨料颗粒与粘结剂的粘合力。可在将磨料颗粒与粘结剂材料结合之前对磨料颗粒进行处理，或者可通过将偶联剂包括到粘结剂材料中而就地对磨料颗粒进行表面处理。
助磨剂
在一些实施例中，根据本公开的粘结磨具轮含有额外的助磨剂，所述助磨剂诸如例如聚四氟乙烯颗粒、冰晶石、氯化钠、FeS2(二硫化铁)或 KBF4；其量通常为1至25重量％，更通常为10至20重量％，但要受其它组分所要满足的重量范围要求的限制。添加助磨剂以改进切割轮的切削特性，通常通过降低切割界面的温度改进切割轮的切削特性。助磨剂可为助磨剂颗粒的单一颗粒或凝聚物的形式。精确成形助磨剂颗粒的示例在美国专利公开2002/0026752Al(Culler等人)中进行了公开。
背衬
可用的背衬包括例如纸材、织物、稀松布或开口编织物背衬或膜背衬。合适的膜背衬包括聚合物膜和涂底漆的聚合物膜，尤其是磨料领域中所用的那些。可用的聚合物膜包括例如聚酯膜(例如，涂有乙烯-丙烯酸共聚物底漆的聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚烯烃膜(例如，聚乙烯或聚丙烯膜)和弹性聚氨酯膜。膜背衬可以是两种聚合物膜的层合物。可用于形成膜的弹性体聚氨酯的示例包括以商品名ESTANE购自B.F.古德里奇公司 (俄亥俄州克利夫兰)(B.F.Goodrich and Co.(Cleveland,OH))的那些以及以下美国专利中所述的那些：2,871,218(Schollenberger)；3,645,835 (Hodgson)；4,595,001(Potter等人)；5,088,483(Heinecke)；6,838,589 (Liedtke等人)以及RE 33,353(Heinecke)。涂有压敏粘合剂的聚氨酯弹性体膜可以商品名TEGADERM从3M公司商够获得。可用的聚合物膜的厚度通常为约0.02至约0.5毫米，例如，厚度为0.02毫米至0.1毫米；但这并非必要条件。
粘结剂
粘结剂材料通常包括玻璃质无机材料(例如，就玻璃化磨具轮而言)、金属、或有机树脂(例如，就树脂粘结磨具轮而言)。
玻璃态无机粘结剂可由不同金属氧化物的混合物制成。这些金属氧化物玻璃状粘结剂的示例包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁、二氧化钛、氧化镁、氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化锰、氧化硼、氧化磷等。玻璃状粘结剂的具体示例(基于重量计)包括例如47.61％的SiO2、16.65％的 Al2O3、0.38％的Fe2O3、0.35％的TiO2、1.58％的CaO、0.10％的MgO、 9,63％的Na2O、2.86％的]3/40、1.77％的Li2O、19.03％的B2O3、0.02％的 MnO2和0.22％的P2O5；以及63％的SiO2、12％的Al2O3、1.2％的CaO、 6.3％的Na2O、7.5％的K2O和10％的B2O3。在玻璃状粘结磨具轮的制造过程中，粉末形式的玻璃状粘结剂可与短效粘结剂(通常为有机粘结剂) 混合。玻璃化粘结剂还可由玻璃料形成，例如约1％至100％的任何数量的玻璃料，但通常是20％至100％的玻璃料。玻璃料粘结剂中使用的普通材料的一些示例包括长石、硼砂、石英、苏打灰、氧化锌、白垩、三氧化锑、二氧化钛、氟硅酸钠、燧石、冰晶石、硼酸以及它们的组合。这些材料通常作为粉末混合在一起，燃烧以熔合该混合物，然后冷却熔合的混合物。将冷却的混合物粉碎并筛分至非常细的粉末，以便随后用作玻璃料粘结剂。这些玻璃料粘结剂的成熟温度取决于它的化学性质，但是该温度可在约600℃至约1800℃之间的任何温度范围内。
金属粘结剂的示例包括锡、铜、铝、镍以及它们的组合。
基于粘结磨具轮的总重量计，所包括的有机粘结剂材料的量通常为5 重量％至30重量％，更通常为10重量％至25重量％，并且更通常为15重量％至24重量％。酚醛树脂是最常用的有机粘结剂材料，并且可按照粉末状和液态二者的形式被使用。虽然酚醛树脂被广泛使用，但是使用其它有机粘结剂材料也在本公开的范围内，该其它有机粘结剂材料包括例如环氧树脂、脲醛树脂、橡胶、紫胶和丙烯酸粘结剂。有机粘结剂材料还可用其它粘结剂材料进行改性以提高或改变所述粘结剂材料的性质。可用的酚醛树脂包括线型酚醛树脂和可溶酚醛树脂。线型酚醛树脂的特征在于被酸催化并且甲醛与酚的比率小于1，通常介于0.5:1和0.8:1之间。可溶酚醛树脂的特征在于被碱催化并且甲醛与酚的比率大于或等于1，通常为1:1至 3:1。线型酚醛树脂和可溶酚醛树脂可以被化学改性(例如，通过与环氧化合物反应)，或者它们可以不被改性。适于固化酚醛树脂的示例性酸性催化剂包括硫酸、盐酸、磷酸、草酸和对甲苯磺酸。适于固化酚醛树脂的碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钾、氢氧化钙、有机胺或碳酸钠。
酚醛树脂是公知的，并且可容易地从商业来源获得。市售的线型酚醛树脂的示例包括DUREZ 1364，为一种两步粉末化的酚醛树脂(以商品名 VARCUM(例如29302)由德克萨斯州艾迪生的Durez公司(Durez Corporation of Addison,Texas)销售)，或者HEXIONAD5534RESIN(由肯塔基州路易斯维尔的瀚森化工公司(Hexion Specialty Chemicals,Inc.)销售)。在本公开的实施过程中可用的市售的可溶酚醛树脂的示例包括以商品名VARCUM(例如29217、29306、29318、29338、29353)由Durez公司销售的那些；以商品名AEROFENE(例如AEROFENE 295)由佛罗里达州巴托的亚什兰化工公司(Ashland ChemicalCo.of Bartow,Florida)销售的那些；以及以商品名“PHENOLITE”(例如PHENOLITE TD-2207)由韩国首尔的江南化工有限公司(Kangnam Chemical Company Ltd.of Seoul,South Korea)销售的那些。
有机粘结剂材料前体的固化温度将随着所选材料和轮设计而变化。合适条件的选择在本领域的普通技术人员的能力范围内。针对酚醛粘结剂的示例性条件可包括：在室温下，每4英寸直径施加约20吨(224kg/cm2)的压力，然后将温度加热至最高约185℃并持续足够长的时间，以固化该有机粘结剂材料前体。
根据各种实施例的粘结磨料制品可以采用任何多种常规的形式。优选的磨料制品呈轮形式。磨具轮通常呈盘或直圆柱体形式，尺寸可以是非常小的，例如圆柱体高度为大约数微米，或非常大的，例如一米或更大，且直径可以是非常小的，例如为大约数厘米，或非常大的，例如数十厘米。轮通常具有用于支承体的中心开口，通过适当心轴或其它机械保持部件使得轮能够在使用中旋转。轮尺寸、构型、支承部件和旋转部件在本领域中都是众所周知的。
例如，磨料颗粒可以是在整个粘结磨料制品上均匀分布或不均匀分布的。例如，如果粘结磨料制品是磨削轮或切割轮，则该磨料颗粒可朝中间区域(例如，位于远离磨削轮或切割轮的外表面)集中，或仅在外边缘，即磨削轮或切割轮的周边集中。中心下凹部分可含有较少量的磨料颗粒。在另一变型中，第一磨料颗粒可在该轮的一侧，不同的磨料颗粒可在另一侧。然而，通常所有的磨料颗粒彼此均质地分布，这是因为轮的制造更容易，并且当两类磨料颗粒彼此紧密地布置时切削效果被优化。
任选地，根据各种实施例的粘结磨料制品还可以包括用于强化粘结磨料制品的稀松布；例如，该稀松布设置在粘结磨料制品的一个或两个主表面上，或者设置在粘结磨料制品内。稀松布的示例包括织造布或针织布。稀松布中的纤维可以由玻璃纤维(例如玻璃丝(fiberglass))、有机纤维(诸如聚酰胺、聚酯或聚酰亚胺)制成。在某些情况下，可能期望在粘结介质中包括强化短纤维，以使纤维均匀地分散在整个粘结磨料制品上。
实施例
在实施例1中，一种粘结磨料制品，该粘结磨料制品包括：
基质，该基质包含基质磨料颗粒和基质粘结剂；
磨削层，该磨削层包含垂直取向的磨料颗粒和磨削层粘结剂；
其中该磨削层设置在该粘结磨料制品的外表面上或至少部分地设置在该粘结磨料制品的内部。
在实施例2中，根据实施例1所述的粘结磨料制品，
该磨削层还包括磨削面和背面，
其中该磨削层设置在该基质的表面上，其中该背面位于该基质的近侧并且该磨削面位于该基质的远侧。
在实施例3中，根据实施例1或2所述的粘结磨料制品，
该磨削层还包括磨削面和背面，
其中该磨削层设置在该基质的表面上，其中该背面位于该基质的远侧，并且该磨削面位于该基质的近侧。
在实施例4中，根据实施例1、2或3所述的粘结磨料制品，其中该垂直取向的磨料颗粒包括以静电方式垂直取向的磨料颗粒。
在实施例5中，根据实施例1、2、3或4所述的粘结磨料制品，其中该基质磨料颗粒和该垂直取向的磨料颗粒中的任一者或两者均包括
精密成形磨料颗粒。
在实施例6中，一种磨削轮，该磨削轮包括根据以上实施例中任一个所述的粘结制品。
在实施例7中，根据以上实施例中任一个所述的粘结磨料制品，
该磨削层还包括背衬，
其中该垂直取向的磨料颗粒用该磨削层粘结剂附接到该背衬。
在实施例8中，根据以上实施例中任一个所述的粘结磨料制品，该磨削层
包括粘结剂层。
在实施例9中，根据以上实施例中任一个所述的粘结磨料制品，该磨削层
包括上浆层。
在实施例10中，根据以上实施例中任一个所述的粘结磨料制品，其中
该磨削层至少部分地设置在该基质的内部。
在实施例11中，根据以上实施例中任一个所述的粘结磨料制品，
该粘结磨料制品还包括第二磨削层；该第二磨削层还包括磨削面和背面，
其中该第二磨削层设置在该基质的表面上，其中该背面位于该基质的远侧，并且该磨削面位于该基质的近侧。
在实施例12中，一种形成粘结磨料制品的方法，该方法包括：
将垂直取向的磨料颗粒分散在第一载体上，
将磨削层粘结剂施加至第二载体，
使该磨削层粘结剂与该垂直取向的磨料颗粒接触；
使该磨削层粘结剂固化。
在实施例13中，根据实施例12所述的方法，其中该接触还包括：
在该第一载体和该第二载体之间施加静电场，其中该垂直取向的磨料颗粒在该静电场的影响下被吸引到并且被附接到该磨削层，
其中该垂直取向的磨料颗粒在该磨削层粘结剂上实现垂直取向的构型。
在实施例14中，根据实施例12或13所述的方法，其中该分散还包括：
使该垂直取向的磨料颗粒垂直取向。
在实施例15中，根据实施例12、13或14所述的方法，其中该分散包括
使该垂直取向的磨料颗粒以静电方式垂直取向。
在实施例16中，根据实施例12、13、14或15所述的方法，其中该接触还包括：
减小该第一载体和该第二载体之间的距离。
在实施例17中，根据实施例12、13、14、15或16所述的方法，该方法还包括：
将上浆层施加至该垂直取向的磨料颗粒。
在实施例18中，一种形成粘结磨料制品的方法，该方法包括：
将基质混合物施加至磨削层，
该基质混合物包含可固化的基质粘结剂和基质磨料颗粒，
该磨削层包含垂直取向的磨削磨料颗粒；以及
使该基质粘结剂固化。
在实施例19中，根据实施例18所述的方法，其中该磨削层还包括背衬和磨削层粘结剂。
在实施例20中，根据实施例18或19所述的方法，其中该磨削层包括磨削面，其中该施加还包括使该基质混合物与该磨削面接触。
在实施例21中，根据实施例18、19或20所述的方法，其中该磨削层包括
背面，其中该施加还包括使该基质混合物与该背面接触。
在实施例22中，根据实施例18、19、20或21所述的方法，其中该磨削层
包括背面和磨削面，其中该施加还包括使该基质混合物与该背面和该磨削面接触。
在实施例23中，一种形成粘结磨料制品的方法，该方法包括：
将基质混合物施加至磨削层，该基质混合物包含可固化的基质粘结剂和基质磨料颗粒，该磨削层包含垂直取向的磨削磨料颗粒；以及使该基质粘结剂固化。
在实施例24中，根据实施例23所述的方法，其中该磨削层还包括背衬和磨削层粘结剂。
在实施例25中，根据实施例23所述的方法，其中该磨削层包括磨削面，其中该施加还包括使该基质混合物与该磨削面接触。
在实施例26中，根据实施例23所述的方法，其中该磨削层包括背面，其中该施加还包括使该基质混合物与该背面接触。
在实施例27中，根据实施例23所述的方法，其中该磨削层包括背面和
磨削面，其中该施加还包括使该基质混合物与该背面和该磨削面接触。
在实施例28中，一种形成粘结磨料制品的方法，该方法包括：
将磨削层前体施加至基质的第一主表面，将垂直取向的颗粒沉积在该磨削层前体上，将上浆层施加在该垂直取向的颗粒上，并且使该磨削层前体固化以形成附接到该第一主表面的磨削层。
在实施例29中，根据实施例 28所述的方法，其中该沉积包括：
使磨料颗粒以静电方式垂直取向在该磨削层上。
实例：
本公开的对象和优点通过下面的非限制性实例进一步说明。这些实例中所提到的具体材料及其量以及其它条件和细节，不应被解释为是对本公开的不当限制。除非另外指明，否则在实例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分数、比率等均为以重量计。
材料
磨料制品制备
实例1-8
使用具有各种尺寸的常规磨料颗粒和成形磨料颗粒来制备实例1至实例8的磨料制品。
实例1
如下以中心凹陷的磨削轮(型号27的磨削轮)的形式制备磨料制品。
通过使用空气混合器将860克AP1和55克PR1混合来形成混合物1。
通过在桨叶式搅拌器中将155克PR2、155克CRY1混合1分钟来制备混合物2。
通过在桨叶式搅拌器中将混合物1和混合物2混合10分钟来制备混合物3。
通过使用高剪切空气混合器将860克SAP1和55克PR1混合来制备混合物4。
通过将混合物2和混合物4组合并且在桨叶式搅拌器中混合10分钟来制备混合物5。
通过将700g混合物3和300g混合物5组合并且在桨叶式搅拌器中混合10分钟来制备混合物6。
将直径为6.75英寸(17.1cm)的SCRIM圆盘布置在7"(18cm)的型腔模中。将250克混合物6均匀地散布在稀松布上，并且将第二个6.75英寸的SCRIM布置在混合物的顶部上。然后以40吨/38平方英寸 (14.51MPa)挤压填充的型腔模以形成圆盘。
然后将多个得到的圆盘放置在中心凹陷铝板之间的心轴上，以便将其压制成型号27的中心凹陷的磨削轮。以5吨/38平方英寸(1.81MPa)压缩圆盘。将压缩的圆盘在烘箱中通过在79℃下加热7小时、在107℃下加热3 小时、在185℃下加热18小时来固化，并且之后经过4小时的匀变下降至 27℃以形成固化的圆盘。该固化的圆盘具有180mm的直径和4mm的厚度，带有直径为7/8"的中心孔。
用15克底胶树脂混合物喷涂该固化的圆盘以待用于静电矿物质涂布，该底胶树脂混合物由51份PR3、42份CACO、6份水和1份SURF组成。将具有约47克SAP1的层沉积在样品的顶部上。然后将圆盘在226℉下固化90分钟。
然后通过喷涂上浆树脂混合物来设定矿物质涂布的圆盘的大小，该上浆树脂混合物由45份PR3、53份CRY2和2份CB组成，之后在190℉下固化80分钟。最后，将干燥的圆盘在212℉下固化12小时以形成磨削轮。
通过使用6000RPM空气研磨机(英格索兰公司(Ingersoll-Rand))在 0.5"厚且18"长的低碳钢条上用手研磨10个1分钟循环来测试磨削轮。研磨机重量导致13磅(5.9kg)的施加负荷。在每个循环之前以及在每个循环之后，测量钢条的重量以测量切削量。将磨削每循环从端至端重复16次，每个循环约1分钟。每次测试后，记录磨削盘的重量损失。磨削测试结果汇总于表1中。
实例2
如实例1来制备磨削轮，且另外喷涂15克实例1的底胶树脂混合物，以用于第一次固化之后制备静电矿物质涂层。将第二层SAP1沉积在第一层 SAP1的顶部上，称重约47g。然后将样品在226℉(108℃)下固化90分钟。
然后通过喷涂实例1的上浆树脂混合物来设定矿物质涂布的圆盘的大小，之后在190℉(88℃)下固化80分钟。
最后，将干燥的圆盘在212℉(100℃)下固化12小时以形成磨削轮。磨削测试结果汇总于表1中。
实例3
如实例1来制备磨削轮，用AP2替代静电矿物质涂布的SAP1。磨削测试结果汇总于表1中。
实例4
如实例1来制备磨削轮，但是用混合物7(40份混合物3和60份混合物4)替代混合物6。磨削测试结果汇总于表1中。
实例5
如实例4制备磨削轮，用AP2替代静电矿物质涂布的精密成形的晶粒矿物层。磨削测试结果汇总于表1中。
实例6
根据下面的过程制备中心凹陷的磨削轮。
通过使用高剪切空气混合器将430克SAP1、430克AP1、72克PR1和 2克CB混合1分钟来制备混合物8。
通过在桨叶式搅拌器中将175克PR2和151克CRY1混合1分钟来制备混合物9。
通过将混合物8和混合物9组合并且在桨叶式搅拌器中混合10分钟来制备混合物10。
然后通过带有2×2mm开口的筛网筛分混合物10以去除凝聚物。然后将该筛分后的混合物压制成178mm直径的模。将SCRIM放置在模中，将 200克混合物10均匀地散布并且将第二玻璃纤维网片放置在混合物的顶部上。添加金属中心孔衬套。然后以40吨/38平方英寸(14.5MPa)挤压混合物以形成圆盘。
将这些圆盘放置在中心凹陷的铝板之间的心轴上，以便将其压制以形成型号27的中心凹陷的磨削轮。以5吨/38平方英寸(1.8MPa)压缩5层板的堆叠和压制的圆盘。将圆盘在烘箱中通过在79℃下保持7小时、在 107℃下保持3小时、在185℃下保持18小时来固化，并且经过4小时匀变下降至27℃。该固化的圆盘具有180mm的直径和4mm的厚度，带有直径为22.32的中心孔。
将圆盘的工作表面通过下面的过程涂布SAP1。用15g实例1的底胶树脂混合物喷涂圆盘。将重约42克的SAP1层沉积在圆盘的顶部上。然后将圆盘在226℉(108℃)下固化75分钟。接着，为具有经设定大小的样品，用实例1的上浆树脂混合物喷涂矿物质涂布的圆盘。然后，将圆盘在190℉ (88℃)下固化80分钟。
最后，将干燥的圆盘在212℉(100℃)下固化12小时以产生磨削轮用于测试。
通过使用6000RPM空气研磨机(英格索兰公司(Ingersoll-Rand))在 0.5"厚且18"长的低碳钢条上用手研磨10个1分钟循环来测试磨削轮。研磨机重量导致13磅的施加压力。在每个循环之前以及在每个循环之后，测量钢条的重量以测量切削量。将磨削每循环从端至端重复16次，每循环约1 分钟。每次测试后，记录磨削盘的重量损失。磨削测试结果汇总于表2 中。
实例7
使用实例6的方法来涂布可商购获得的中心凹陷的磨削轮(92309， 7"×1/8"×7/8"，得自泰国的3M公司(3M Company,Thailand))。磨削测试结果汇总于表2中。
实例8
通过将23份AP3、38份SAP1、15份AP4、4份PR1、6份PR2、4份 PR4、3份CRY3、2份AP5、4份CRY2、0.1份CB、0.2份硅烷、0.3份溶剂和0.4份油混合来制备7"×1/8"×7/8"圆盘。将组分混合10分钟。将制备的圆盘压缩、涂布并且固化成如实例6中的磨削轮。磨削测试结果汇总于表2中。
比较例1
如实例1来制备磨削轮，其不具有磨削层。磨削测试结果汇总于表1 中。
比较例2
如实例4来制备磨削轮，其不具有磨削层。磨削测试结果汇总于表1 中。
比较例3
如实例6来制备7"×1/8"×7/8"中心凹陷的磨削轮，其不具有另外涂布的粘结剂层。磨削测试结果汇总于表2中。
比较例4
不具有实例6的添加磨削层的可商购获得的中心凹陷的磨削轮 (92309，7"×1/8"×7/8"，得自泰国的3M公司(3M Company,Thailand))。磨削测试结果汇总于表2中。
比较例5
如实例8来制备7"×1/8"×7/8"中心凹陷的磨削轮，但是不具有涂布的粘结剂层。磨削测试结果汇总于表2中。
表1
表2
测试结果的讨论
表3呈现了根据实例1至5和比较例1至2的磨削轮的磨削性能的对比分析。
表3
比较例 ％总切削量改善
将实例1与比较例1作比较 18％
将实例2与比较例1作比较 52％
将实例3与比较例1作比较 15％
将实例4与比较例2作比较 32％
将实例5与比较例2作比较 3％
如可从表3看出，根据各种实施例的磨削轮表现出显著改善的总切削量和磨削性能。
在不脱离本公开的实质和范围的情况下，本领域普通技术人员可以实践本公开的其它修改和变型，本公开的实质和范围在附随的权利要求书中更具体地示出。应当理解，各种实施例的方面可整体地或部分地与各种实施例的其它方面互换或结合。以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利或专利申请全文以一致的方式以引用方式并入本文中。在并入的参考文献的部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的技术人员能够实现受权利要求书保护的本发明而给定的前述说明不应理解为是对本发明范围的限制，本发明的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。

Claims (18)

1.一种粘结磨料制品，所述粘结磨料制品包括：
基质，所述基质包含基质磨料颗粒和基质粘结剂；以及
磨削层，所述磨削层包含垂直取向的磨料颗粒和磨削层粘结剂，所述磨削层粘结剂包含硬化的磨削层粘结剂前体，所述磨削层前体包含玻璃状粘结剂、有机树脂、或它们的组合；
其中所述磨削层设置在所述粘结磨料制品的外表面上或至少部分地设置在所述粘结磨料制品的内部。
2.根据权利要求1所述的粘结磨料制品，
所述磨削层还包括磨削面和背面；
其中所述磨削层设置在所述基质的第一主表面上；并且
其中所述背面位于所述基质的近侧，并且所述磨削面位于所述基质的远侧。
3.根据权利要求1所述的粘结磨料制品，
所述磨削层还包括磨削面和背面，
其中所述磨削层至少部分地设置在所述粘结磨料制品的内部；并且
其中所述背面位于所述基质的远侧，并且所述磨削面位于所述基质的近侧。
4.根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述垂直取向的磨料颗粒包括以静电方式垂直取向的磨料颗粒。
5.根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述基质磨料颗粒和所述垂直取向的磨料颗粒中的任一者或两者包括精密成形的磨料颗粒。
6.根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中
所述磨削层还包括背衬；并且
其中所述磨削层粘结剂将所述垂直取向的磨料颗粒粘结到所述背衬。
7.根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述磨削层通过粘结剂层附接到所述粘结磨料制品。
8.根据权利要求1所述的粘结磨料制品，所述磨削层还包括上浆层。
9.根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述磨削层完全设置在所述基质的内部。
10.根据权利要求1所述的粘结磨料制品，
所述粘结磨料制品还包括第二磨削层；所述第二磨削层还包括磨削面和背面，
其中所述第二磨削层设置在所述基质的第一主表面上，其中所述背面位于所述基质的远侧，并且所述磨削面位于所述基质的近侧。
11.一种磨削轮，所述磨削轮包括根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述磨削轮具有安装孔。
12.一种形成粘结磨料制品的方法，所述方法包括：
将基质混合物施加至磨削层，
所述基质混合物包含可固化的基质粘结剂和基质磨料颗粒，
所述磨削层包含垂直取向的磨削磨料颗粒和磨削层粘结剂，所述磨削层粘结剂包含硬化的磨削层前体，所述磨削层前体包含玻璃状粘结剂、有机树脂、或它们的组合；以及
使所述基质粘结剂固化。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述磨削层还包括背衬和磨削层粘结剂。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述磨削层包括磨削面，其中所述施加还包括使所述基质混合物与所述磨削面接触。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述磨削层包括背面，其中所述施加还包括使所述基质混合物与所述背面接触。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述磨削层包括背面和磨削面，其中所述施加还包括使所述基质混合物与所述背面和所述磨削面接触。
17.一种形成粘结磨料制品的方法，所述方法包括：
将磨削层前体施加至基质的第一主表面，所述基质包含基质磨料颗粒和基质粘结剂，所述磨削层前体包含磨削层粘结剂前体，所述磨削层粘结剂前体包含玻璃状粘结剂、有机树脂、或它们的组合；
将垂直取向的颗粒沉积在所述磨削层前体上；
将上浆层施加在所述垂直取向的颗粒上；以及
使所述磨削层前体固化以形成附接到所述第一主表面的磨削层。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述沉积包括：使磨料颗粒以静电方式垂直取向在所述磨削层上。
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