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Verfahren zum Herstellen von Schleifmitteln
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Die drflndung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schleif= mitteln,
bei denen entweder auf eine Unterlage aus Papier, Gewe= be, Vulkanfiber, Vliesstoff,
Folie oo äo Bindemittel und Schleif= körner aufgetragen und getrocknet bzwo gehärtet
werden, oder Mi= schungen von Bindemitteln und Schleifkörnern in einer Form ver=
preßt und anschließend gehärtet werden0 Verfahren zum Herstellen von bahn- und blattförmigen
Schleifmitz teln werden üblicherweise dergestalt durchgeführt, daß auf ein Trägermaterial,
wie z.B. Vulkanfiber, eine Grundbindemittelschicht auf der Basis von Phenolharz
mit oder ohne Füllstoff aufgetragen wird, danach entweder mit Hilfe des Schwerkraftfeldes
oder des elektrostatischen Kraftfeldes Schleifkörner an die Oberfläche der Grundbindemittelschicht
herangebracht werden und diese dann nach dem Antrocknen der Grundbindemittelschicht
mit einer Deckbindemits telschicht überzogen werden, wobei das Bindemittel das Schleifkorn
soweit umgibt, daß noch genügend Kornspitzen aus der Bindemittel= schicht herausragen
und schleifwirksam werden können. Für den Schleiferfolg ist neben der Art und Form
der Schleifkörner auch die Haftung der Schleifkörner mit der sie umgebenden Bindemittel=
schicht, der Matrix, maßgebend.
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Verfahren zum Herstellen von Schleifkörpern werden üblicherweise dergestalt
durchgeführt, daß die Matrix, die aus verschiedenartigen Phenolharzen, zoB Resolen,
Novolaken, und Füllstoffen besteht, mit Schleifkörnern gemischt wird, wobei eine
rieselfähige und preßform= beständige Mischung gewonnen wird, die nach der Formgebung
durch Härten unter Wärmeeinwirkung oder Katalyse ihre Endeigenschaften erhält. Auch
hierbei ist die Haftung der Schleifkörner in der Matrix entscheidend für den SchleiferfolgO
Schleifkörner
sind kristalline Körper mit weitestgehend chemisch identischer Zusammensetzung.
korund und Siliziumkarbid sind die bekanntesten Vertreter der Arten der Schleifkörner.
Die Benetzt barkeit ihrer Oberflachen mit den Bindemitteln ist die bestimmen de
Voraussetzung für die Standfestigkeit des Schleifmittels über haupt. hierbei ist
es nicht so sehr eine Frage der sterischen Ausfüllung der Kornunebenheiten durch
die Matrix9 sondern es ist viels mehr eine Frage der Grenzflächenwechselwirkungskräfte,
wie fest das einzelne Schleifkorn in der Matrix eingebunden ist, Die Standzeit eines
Schleifmittels auf Unterlage oder eines Schleif= körpers während des Schleifvorganges
wird durch den Verlust des schleifenden Wirkstoffs, des Schleifkorns, bestimmt.
Der Abschliff des Werkstücks wird durch Schleifkornart und Schleifkornform unter
Einbeziehung von Elastizität und Härte der Matrix beeinflußt, wobei der gewichtsmäßige
Abschliff auf eine bestimmte, begrenzte Zeit be= zogen ist.
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So ist es die erklärt Absicht der Technologie zur Herstellung der
artiger Schleifmittel, daß bei hohem Abschliff am Werkstück gleit chermaßen ein
geringer Kornverlust am Schleifmittel auftritt; deh.
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der schleifvorgang soll wirtschaftlich optimal erfolgen: Höchst mögliche
Ausnutzung des Schleifnittels hinsichtlich Zerspanung und Standzeit und wenigstmöglicher
Wechsel des Schleifmittels als Schleif= band, Schleifscheibe oder Schleifkörper
bei gleichbleibender Schliff güteO Die Wechselwirkung zwischen Abschliff am Werkstück
und Korns verlust am Schleifmittel findet sich wieder in der Formulierung des Schleifquotienten
"Q2, derdas Verhältnis von Gewichtsmenge an Abschliff des Werkstücks ( Zerspanung
) zu der Gewichtsmenge an Korn= verlust wiedergibt0 Dieser Schleifquotient dient
als vergleichende, relative Maßzahl für den Schleiferfolg, wobei hohe Werte einerseits
der Steigerung der Zerspanung oder andererseits der Verringerung des Kornverlustes
entsprechen, in jedem Fall aber die qualitative und quantitative Verbesserung des
ßchleifvorganges wiedergeben. Je größer der Wert Q ist, umso größer ist die Zerspanung
bei gleichem Kornverx lust oder unso kleiner ist der Kornverlust bei glerher Zerspanung.
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Es besteht deshalb ein dringliches technisches bedürfnis nach Schleif=
mitteln, bei denen die Standzeit verlängert wird, indem der üblicher= weise zu Beginn
des Schleifprozesses auftretende Kornverlust zurückgedrängt wird0 Daraus ergibt
sich auf die Anzahl und auf die Fläche der schleifbaren Werkstücke ein günstigerer,
d.h. geringerer Schleif= mittelverbrauchO Das Problem der Verfestigung des Schleifkorns
in der Matrix wird bisher technisch derart angegangen, durch Zusatz von nichtionogenen
Netzmitteln eine ausreichende Benetzung der Schleif kornoberfläche mit dem Bindemittel
zu ermöglichen, wobei zu beachten ist, daß die Netzmittel dem Bindemittel, z0B.
dem wässrigen Phenol= Kresol, eine hinreichende Spreitung an der Grenzfläche Schleifkorn-Matrix
gestatten, d.b. das Korn in der Matrix einbetten, daß aber andererseits sich an
der Grenzflache Schleifkorn-Matrix die nichts ionogenen Netzmittel wie alle Netzmittel
aufgrund ihres amphipatis schen Aufbaus anreichern und im Sinne einer Trennschicht
wirksam werden können0 weshalb zeigen derart eingebundene Schleifkörner trotz hervorragender
mikroskopischer Einbettung in der Matrix bei mecha= nischer Belastung, aoB. wahrend
des anfänglichen Schleifvorgangs, starken Kornverlust: Die Jchleifwirksamkeit wird
damit schon zu Be ginn des Schleifprozesses uberproportional herabgesetzt0 Uberraschenderweise
wurde nun gefunden, daß sich dieses seit langem anstehende technische Problem für
ein Verfahren zum Herstellen von Schleifmitteln auf Unterlagen oder zum Herstellen
von Schleifkörpern, bei denen die Schleifkörner auch während des Schleifprozesses
beson= ders fest an der Matrix haften, dadurch lösen läßt, daß die Schleif= körner
mit einer Schicht von teilweise oder vollständig gehärteten, stickstoffhaltigen
Duroplasten oder stickstofthaltigen, temperatur= beständigeren Thermoplasten umhüllt
sind0 Diese Plaste, die zur Grup= pe der Leiterpolymeren, der Halbleiterpolymeren
und/oder der einbindigen Polyheterocyclen gehören, haben vorzugsweise Amid- und/oder
Imidgruppen im Molekül0 Es scheint zweckmäßig, den Anteil an Umhül= lungsharz zu
etwa 1,5 bis 5 Gewichtsteilen Festharz auf 100 Gewichts= teile Schleifkörner ou
beschränken, wobei jedoch geringere und auch höhere Harzanteile möglich sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, da(S das Umhullungshars in Form seiner Lösungen vorzugsweise mit
10 bis 30 Prozent bestharzgehalt auf die Kornoberflåche aufgebracht wird0 Als Lösungsmittel
können chlorierte Kohlenwasserstoffe ( oBo Dichlormethan )9 Aromaten ( Toluol9 Kresol,
Styrol ) u.a. verwendet werden0 Die Benetzung der Kornoberflachen mit vorgenannten
Lösungen ist vollständig0 Mit der Ausgestaltung der Konzentration der Lösung kann
die Schichtdicke des Festharzes auf der Kornoberfläche nach Wunsch und Anforderung
variiert werden0 Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich weiterhin vorteilhaft
ausgestalten, indem dem Umhüllungsharz schleifwirksame oder den Schleiferfolg unterstützende
Füllstoffe, wie Bo Calciumfluorid, Kaliumfluoborat oder Kryolith, beigegeben werden0
Eiierbei ist der Vorteil in dem deutlich geringeren Mengeneinsatz dieser Füllstoffe
zu sehen, die in VergeselLschaftung mit dem Umhüllungsharz nur in direkter Nachbarschaft
zum Schleifkorn wirksam werden.
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Mlt dem erfindungsgemäßen Verfahren werden erhebllche und äußerst
vielfaltige Vorteile erbracht Der wesentliche Vorteil besteht zunächst darin, daß
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen von Schleifmitteln über den Vorgang
der separaten Umhüllung des Schleifkorns der Schleifvorgang mit Schleifbändern,
Schleifscheiben oder Schleifkörpern bei gleichbleibender Zerspanung und Schliffgüte
hinsichtlich der Schleifzeit verlangert werden kanne Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß der überproportionale Ab= fall der Zerspanung mit der Schleifdauer, der
auf der Tatsache be= ruht, daß der während des Schleifprozesses anfallende wärmestau
am Schleifkorn und in der das Korn umgebenden Matrix zu einem thermischen Abbau
der Bindungskräfte und damit zum Ausbrechen des Korns führt, in seiner Wirkung herabgesetzt
oder vermindert wird. Sobald Schleif= körner nicht ausbrechen, sondern schleifen
( zerspanen ), wird sich das positive Ergebnis auch in der Schliffgüte auffinden
lassen.
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bin nicht unbedeutender Vorteil besteht weiterhin darin, daß das Umbüllungsharz
nicht als gesamte Matrix, sondern nur zu Bruchteil len, namlich direkt an der Kornoberflache
der Schleifkörner, einge= setzt wird. Damit wird erst technologisch die Möglichkeit
geschaffen, die fertigungstechnischen Vorteile bei der Verwendung von Phenolrer
solen auf bestehenden Schleifmlttelfertigungsanlagen mit den schleif technologischen
Vorteilen thermisch beständigerer Amid- und/oder Imid-Harze zu kombinieren. Die
ausschließliche Verwendung von Amid-und/oder Imid-Harzen als Gesamtmatrixharze scheidet
sowohl aus tech= nologischen als auch aus wirtschaftlichen Gründen aus0 hin weiterer
Vorteil besteht darin, daß infolge der hohen thermischen und mechanischen Belastbarkeit
des umhüllten Schleifkorns die tinbìns dung des Korns mit dem Deckbindemitelharz
( der sog. Matrix ) nicht nach ublichem Maßstab hoch vorgenoml"en werden muß, sondern
daß die einbindung reduziert werden kann, was in einem höheren Zerspanungsa eingriff
des horns resultiert0 Nachfolgend wird die Erfindung an drei typischen Beispielen
näher er lautert, ohne daß die Erfindung auf diese Beispiele beschränkt isto Beispiel
1 Die Mischung, bestehend aus 30 Gewichtsteilen eines ungesättigten Polyesterimidharzes
( unter Mitverwendung eines Initiators, zB.
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Saureperoxid, eines Accelerators, zBo Kobaltoktoat, gefüllt mit Calciumkarbonat
im Verhältnis Festharz : Füllstoff wie 1 : 0,5 ) und Monostyrol ( 2S5 mol Monostyrol
auf 1 mol Doppelbindung des Polyesterimidharzes ) und 70 Gewichtsteilen Dichlormethan,
wird zu 5 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Schleifkorn (Korund, Körr nung 24)
durch Walzen bei 200C aufgebracht0 Das befeuchtete Schleif korn wird unter Schüttelbewegung
bei 60°C während 10 Minuten ge trocknet und anschließend bei 11000 während 5 Minuten
gehärtet. Die Konglomerate an ummanteltem Korn werden in einer Kugelmühle gebros
chen und anschließend gesiebt, wobei Rest-Konglomerate und Korn/Harzs staub entfernt
werden0 Die mikroskopische Uberprüfung zeigt eine voll=
ständige
Ummantelung des Korns Nach vorgenanntem Verfahren ummanteltes Schleifkorn wird auf
eine im Walzenauftrag mit 175 g/m² wassrigem Phenolresol üblicher Pro= venienz beschichtete
Vulkanfiberscheibe von 0,8 un Dicke mit einer Streudichte von 800 g/m² aufgestreut,
bei 40° bis 80°C während 20 Minuten getrocknet und anschließend mit einer Deckbindemittelschicht,-bestehend
aus wässrigem Phenolresol üblicher Provenienz und Calciums Karbonat ( Getichtsverhältnis
wie 1 : 1 ) beschichtet. Die Auftrags menge der Harz-Füllstoff-Schicht beträgt 700
g/m². Der Härtevorgang der Einbindung erfolgt nach üblichen technischen Maßstäben,
d.h.
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2 Stunden bis zu 950C wird vorgetrocknet und dann während 12 Sturz
den bei 1200C ausgehärtet.
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Die Vulkanfiber-Schleifscheibe zum Vergleichstest wurde unter sonst
gleichen Bedingungen gefertigt, mit dem Unterschied, daß Schleif körner (Korund,
Körnung 24) ohne Umhüllung mit einer stickstoffs haltigen Polyester-Styrol-Copolymerisatschicht
verwendet wurden0 Der Schleiftest am Winkelschleifer gegen-Stahlblech im Flächen
schliff erbrachte wahrend der 10-minütigen Schleifdauer einen Schleif quotienten
QF = 25 für umhüllungsfreies Korn und QF s 79 für umhüll= tes Korn. Bei praktisch
gleichbleibender Zerspanung ist der Kornvers lust von 4,4 g/10 min für nicht umhüllter
Korn auf 1,2 g/tO min fur umhülltes Korn zurückgegangene Beispiel 2 Die Lösung eines
schwach verzweigten Polyhydantoinharzes ( Viskosi= tät der 15 prozentigen Lösung
in Kresol beträgt bei 20 0C im Roto= visko 2000 + 500 mPa s ) in Toluol mit 10 Prozent
Festharzgehalt wird zu 15 Gewichtsteilen auf 100 GesichtsteilanSchleifkorn (Halb=
edelkorund, Körnung 24) durch Wälzen bei 200C aufgebracht. Das be= feuchtete Korn
wird unter Schüttelbewegung bei steigender Temperatur von 600 bis 1500C während
60 Minuten getrocknet, dann während zwei Stunden bei 220 0C gehärtet. Die Konglomerate
an unmanteltem Xorn
werden in einer Kugelmuhle gebrochen und anschließend
gesiebt, wobei Konglomerate, die nicht mehr aufKebrochen werden konnten, und Korn/Harzstaub
entfernt werden0 Die mikroskopische Uberprüe fung zeigt eine vollständige Usantelung
des Korns0 Nach vorgenanntem Verfahren ummanteltes Schleifkorn wird auf i= ne im
Walzenauftrag mit 175 g/m² wässrigem Phenolresol üblicher Provenienz beschichtete
Vulkanfiberscheibe von 0,8 m Dicke mit einer Streudichte von 800 g/m² aufgestreut,
bei 40° bis 80°C wäh= rend 20 Minuten getrocknet und anschließend mit einer Deckbindemittelschicht,
bestehend aus wässrigem Phenolresol üblicher Provenienz und Calciumkarbonat ( Gewichtsverhältnis
wie 1 : 1 beschichtet. Die Auftragsmenge der Harz/Füllstoff-Schicht beträgt 2 700
g/m Der Härtevorgang der Einbindung erfolgt nach üblichen technischen Maßstäben,
d.h. 2 Stunden bis zu 95°C wird vorgetrocknet und dann wahrend 12 Stunden bei 120°C
ausgehartet.
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Die Vulkanfiberscheibe zum vergleichenden Schleiftest wurde unter
gleichen Bedingungen gefertigt, mit dem Unterschied,daß Schleif= körner (Halbedelkorund,
Körnung 24) ohne Umhüllung mit einer Poly= hydantoinschicht verwendet wurden Der
Schleiftest am Winkelschleifer gegen Stahlblech im Flächen= schliff erbrachte während
der 10-minütigen Schleifdauer einen Schleifquotienten von QF = 25 für umhüllungsfreies
Korn und von QF s 111 für umhülltes Korn. Bei praktisch gleichbleibender Zerspanung
ist der Kornverlust von 4,4 g/10 min für nicht umhülltes Korn auf 0,8 g/10 min für
umhülltes Korn zurückgegangen.
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Beispiel 3 Die Umhüllung von Halbedelkorund, Körnung 30, wird mit
einem Poly= hydantoinharz ( Viskosität der 15 prozenti6en Lösung in Kresol be= trägt
bei 200C, im Rotovisko 6000 + 1000 nPa s ) nach den Verfahren des Beispiels 2 vorgenommen.
Unter Verwendung dieser umhüllten Schleifkörner wird eine Schruppscheibe (Schleifkörper
zur groben Z.rspanung)
der Abmessung 178 x 6 x 22,2 (mm) gefertigt,
deren Matrix der üblichen organischen Bindung entspricht.
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Das Schleifergebnis gegen Stahl zeigt im Vergleich mit umhüllungsfreiem
Korn für umhüllter Korn eine Steigerung des Schleif quotienten und eine Verringerung
des Scheibenverlustes bei zwang zig-minütiger Schleifdauer von 33,3 Prozent.