DE69520735T2

DE69520735T2 - Beschichtete schleifmittel und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE69520735T2
Application number: DE69520735T
Authority: DE
Inventors: W. Bange; W. Benedict; L. Heacox; J. Trudeau
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1994-02-22
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2015-01-28
Also published as: EP0746447B1; WO1995022434A1; DE69520735D1; ZA95935B; KR970701117A; AU1692495A; MX9603329A; CN1141015A; EP0746447A1; JPH09509105A; KR100338288B1; BR9506844A; CA2182495A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft beschichtete Schleifartikel und insbesondere beschichtete Schleifartikel, die an einem organischen polymerischen Bindemittel haftende Schleifteilchen aufweisen, wobei sich im Bindemittel ein Faserverstärkungsmaterial befindet. Diese Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zum Herstellen solcher Artikel.
Beschichtete Schleifartikel enthalten im allgemeinen ein typischerweise in Form von Schleifkörnern vorliegendes Schleifmaterial, das durch eine oder mehrere Haftschichten mit einer zuvor hergestellten Unterlage verbunden ist. Die Haftschichten und die Schleifkörner werden herkömmlicherweise nach dem Herstellen der Unterlage in einem getrennten Schritt (in getrennten Schritten) auf die Unterlage aufgebracht. Diese Artikel haben gewöhnlich die Form von Bögen, Scheiben, Riemen, Bändern und dergleichen, die so angepaßt werden können, daß sie auf Riemenscheiben, Rädern oder Trommeln angebracht werden können. Schleifartikel können zum Schmirgeln, Schleifen oder Polieren verschiedener Oberflächen, beispielsweise von Stahl und anderen Metallen, Holz, holzartigen Laminaten, Kunststoff, Glasfasern, Leder oder Keramik verwendet werden.
Die bei beschichteten Schleifartikeln verwendeten Unterlagen bestehen typischerweise aus Papier, Polymermaterialien, Stoff, nicht gewebten Materialien bzw. Vliesen, vulkanisierten Fasern oder Kombinationen dieser Materialien. Viele dieser Materialien liefern für bestimmte Anwendungen unannehmbare Unterlagen, weil ihre Festigkeit, Flexibilität oder Stoßbeständigkeit nicht ausreicht. Weiterhin sind einige gegenüber Flüssigkeiten empfindlich, die als Kühlmittel und Schneidflüssigkeiten verwendet werden. Dadurch können bei bestimmten Anwendungen ein frühes Ausfallen und eine schlechte Funktionsweise auftreten.
Bei einem typischen Prozeß zur Herstellung der oben erwähnten herkömmlichen beschichteten Schleifmittel wird ein beschichteter Schleifartikel durch Zuführen einer vorgeformten Unterlage in Form einer zusammenhängenden Bahn durch eine Reihe von Beschichtungs- und Härteschritten, in denen Bindemittelschichten und Schleifteilchen aufgebracht werden, hergestellt. Die beschichtete Bahn wird dann in die gewünschte Konstruktion, wie ein Bogen, eine Scheibe, einen Riemen oder dergleichen, umgewandelt. Eine der nützlichsten Konstruktionen eines beschichteten Schleifartikels ist ein endloser beschichteter Schleifriemen bzw. ein endloses beschichtetes Schleifmittel, also eine zusammenhängende Schleife aus beschichtetem Schleifmaterial. Zum Herstellen eines solchen endlosen Riemens wird die Bahnform typischerweise in einen langgestreckten Streifen mit einer gewünschten Breite und Länge geschnitten. Die Enden des länglichen Streifens werden dann miteinander verbunden, um eine "Verbindung" oder eine "Spleißung" zu erzeugen.
In der am 8. Juli 1993 veröffentlichten internationalen PCT-Veröffentlichung WO 93/12911 sind polymerische faserverstärkte Unterlagen und beschichtete Schleifmittel, bei denen diese verwendet werden, offenbart. Beim Herstellen der Unterlage werden die Fasern durch einen Polymer eingeschlossen, und der Polymer wird dann abhängig von seiner chemischen Zusammensetzung verfestigt oder gehärtet. Schleifteilchen werden dann durch eine auf die Unterlage aufgebrachte folgende Harzbeschichtung (manchmal als eine "Grundbeschichtung" bezeichnet), typischerweise ein Resolphenolharz, an die Unterlage angeklebt. Für die in WO 93/12911 beschriebenen Schleifteilchen und Verfahren zu ihrer Herstellung ist daher ein getrennter Grundbeschichtungsschritt erforderlich. Weiterhin sind die Prozeduren zum Herstellen der faserverstärkten Unterlagen im wesentlichen Stapelprozeduren.
Es wäre vorteilhaft, wenn faserverstärkte beschichtete Schleifartikel unter Fortlassen des Schritts des Aufbringens einer getrennten Grundbeschichtung auf eine vorgeformte Unterlage hergestellt werden könnten und wenn der Prozeß des Herstellens eines beschichteten Schleifmittels mit einer faserverstärkten Unterlage ein Stapelprozeß oder ein kontinuierlicher Bahnprozeß sein könnte.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf faserverstärkte beschichtete Schleifartikel, die abhängig vom zu ihrer Herstellung verwendeten Prozeß endlose, nahtlose Riemen oder Bänder, endlose mit einer Naht versehene Riemen oder Bänder, Scheiben, Bögen, Ketten und dergleichen sein können. Mit dem Ausdruck "endlos, nahtlos" ist gemeint, daß Ausführungsformen von Artikeln dieser Art über ihre ganze Länge in Form einer zusammenhängenden Struktur vorliegen. Das heißt, daß sie von jeglichen ausgeprägten Spleißungen oder Verbindungen frei sind. Dies bedeutet jedoch nicht, daß es keine inneren Spleißungen, beispielsweise eine Faserverstärkungsschicht, gibt, oder daß es keine Spleißungen in einer Schleifschicht gibt. Dies bedeutet vielmehr, daß es keine Spleißungen oder Verbindungen in der Faserverstärkung gibt, die sich aus dem Zusammenfügen der Enden eines langgestreckten Materialstreifens ergeben. Beschichtete Schleifartikel gemäß der Erfindung, die endlose, nahtlose Riemen sind, weisen viele der Nachteile, die bei aus eine Spleißung enthaltenden vorgeformten Unterlagsschleifen hergestellten beschichteten Schleifriemen auftreten, nicht auf.
Die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen beschichteten Schleifartikel weist auf:
(a) ein Teil mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche und einem sich zwischen den Hauptflächen erstreckenden Mittelabschnitt, wobei der Mittelabschnitt eine wirksame Menge eines in ein einziges organisches polymerisches Bindemittel eingeschlossenen Faserverstärkungsmaterials aufweist, wobei das Bindemittel einen im wesentlichen von· dem Faserverstärkungsmaterial freien an die erste Hauptfläche angrenzenden Bereich festlegt,
(b) mehrere Schleifteilchen, die teilweise in das Bindemittel auf der ersten Hauptfläche eingebettet sind, wobei die Mehrzahl der Teilchen aus dem Bindemittel vorsteht, und
(c) eine optionale Überbeschichtung, die über den Schleifteilchen und dem Bindemittel der ersten Hauptfläche liegt.
Das bei der Erfindung verwendete organische polymerische Bindemittel dient dementsprechend der Behandlung der Verstärkungsfasern und auch dem Bereitstellen eines Mittels zum Festhalten der Schleifteilchen am Artikel bzw. zum Ankleben der Schleifteilchen an den Artikel. Das organische polymerische Bindemittel stellt in dem Sinne eine Behandlung für die Verstärkungsfasern dar, daß mindestens eine der folgenden Funktionen erfüllt wird:
1) ein verbessertes Haften der Schleifteilchen an einem Artikel, in dem sich Verstärkungsfasern befinden,
2) das Schützen der Fasern sowohl gegenüber der Schleifgrenzfläche als auch gegenüber einer "Abnutzung der Unterlage" (die beispielsweise dann auftritt, wenn ein endloser Riemen über eine Tragplatte läuft) und
3) das Verkleben einzelner Fasern miteinander oder mit anderen getrennten Faserverstärkungen innerhalb der Grenzen des organischen polymerischen Bindemittels.
Es ist bevorzugt, daß beschichtete Schleifmittel gemäß der Erfindung endlose, nahtlose Riemen oder Schleifen sind. Es liegt jedoch innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, das beschichtete Schleifmittel bei einem Bahnherstellungsprozeß herzustellen und die Bahn dann in gespleißte Riemen, Scheiben, Platten, Ketten und dergleichen umzuwandeln.
Beschichtete Schleifartikel gemäß der Erfindung können einfach so hergestellt werden, daß sie entlang dem ganzen Artikel im wesentlichen die gleiche Dicke oder die gleiche Stärke aufweisen. Typischerweise ändert sich die Dicke der endlosen, nahtlosen Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung entlang der ganzen Länge der Schleife um nicht mehr als etwa 15%.
Wenngleich es keine getrennte, abgesetzte Harzgrenze zwischen dem normalerweise als "Unterlage" bezeichneten Abschnitt der endgültigen Schleifartikel gemäß der Erfindung und der Schleiffläche gibt, können die beschichteten Schleifartikel gemäß der vorliegenden Erfindung als ein "im wesentlichen ebenes Teil" enthaltend beschrieben werden, das ein organisches polymerisches Bindemittel enthält, welches ein Faserverstärkungsmaterial im wesentlichem einschließt oder über dieses verteilt ist. (Mit "im wesentlichen eben" ist gemeint, daß das Teil im wesentlichen bogenartig angeordnet ist und vorzugsweise parallele Seitenränder aufweist.)
Typischerweise und vorzugsweise liegt das Gewicht des Bindemittels beim ebenen Teil auf der Grundlage des Gesamtgewichts des Teils innerhalb eines Bereichs von etwa 40-99 Gew.-%, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von etwa 50-95 Gew.-% und bevorzugter innerhalb eines Bereich von etwa 65-92 Gew.-%. Das polymerische Bindemittel kann ein unter Wärme aushärtendes, thermoplastisches oder elastomeres Material oder eine Kombination von diesen sein. Es ist vorzugsweise ein unter Wärme aushärtendes Material. In manchen Fällen ist die Verwendung einer Kombination eines unter Wärme aushärtenden Materials und eines elastomeren Materials bevorzugt.
Der Rest eines typischen, bevorzugten, ebenen Teils besteht hauptsächlich aus Faserverstärkungsmaterial. Wenngleich der Bindemittelzusammensetzung zusätzliche Bestandteile hinzugefügt werden können, weist ein beschichtetes Schleifmittel gemäß der vorliegenden Erfindung hauptsächlich an einer Hauptfläche eines organischen polymerischen Bindemittels, in das eine wirksame Menge eines Faserverstärkungsmaterials eingeschlossen ist, haftende Schleifteilchen auf. Die Artikel gemäß der Erfindung haben demgemäß eine Schleiffläche und eine nicht schleifende Fläche. Der Ausdruck "wirksame Menge" von Faserverstärkungsmaterial betrifft eine Menge, die ausreicht, um den erfindungsgemäßen Artikeln die gewünschten physikalischen Eigenschaften, wie das Verringern des Streckens oder Aufspaltens während der Verwendung, wobei die Artikel Temperaturen von bis zu 80ºC und Schleifdrücken von bis zu 196, 2 N/cm² (20 kg/cm²) ausgesetzt werden können, zu verleihen. Als ein typischer Schleifdruck werden Bereiche von etwa 3,43 bis etwa 6,87 N/cm² (0,35 bis etwa 0,70 kg/cm²) verwendet.
Ähnlich wie in WO 93/12911 weisen das organische polymerische Bindemittel und das Faserverstärkungsmaterial zusammen eine flexible Zusammensetzung auf, die die Form einer endlosen, nahtlosen Schleife mit im wesentlichen parallelen Seitenrändern annehmen kann. Bei der gegenwärtig beanspruchten Erfindung ist das organische polymerische Bindemittel jedoch auch in ausreichender Menge vorhanden, um als das Bindemittel für Schleifteilchen zu wirken, die, wie hier weiter erklärt wird, aufgebracht werden, wenn sich das Bindemittel noch in einem ungehärteten und/oder nicht verfestigten Zustand befindet. Die flexiblen beschichteten Schleifmittel gemäß der vorliegenden Erfindung weisen typischerweise entlang der ganzen Länge oder eines Bereichs des Artikels mindestens eine Schicht aus Faserverstärkungsmaterial auf. Diese Schicht aus Faserverstärkungsmaterial ist vorzugsweise im wesentlichen vollständig vom organischen polymerischen Bindemittel umgeben (also darin eingeschlossen). Das heißt, daß die Schicht aus Faserverstärkungsmaterial in die innere Struktur des Artikels, also in den Körper des Artikels, eingebettet oder eingeschlossen ist, so daß es überschüssiges organisches Bindemittel gibt, das zu Bereichen organischen Bindemittels führt, die auf entgegengesetzten Flächen der Schicht des Faserverstärkungsmaterials frei von Faserverstärkungsmaterial sind. Weiterhin wird während des Herstellens der Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung eine von Faserverstärkungsmaterial freie Fläche des Teils mit ausreichend Bindemittel versehen, um Schleifteilchen daran zu binden. Auf diese Weise weist eine Fläche, beispielsweise die Innenfläche einer auf einer Tragstruktur ausgebildeten endlosen Schleife, eine im wesentlichen glatte, gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit auf, während an der entgegengesetzten Fläche Schleifteilchen haften. Demgemäß werden der Schritt des Aufbringens einer getrennten Grundbeschichtungsvorstufe und die dafür erforderliche Einrichtung überflüssig gemacht.
Das Faserverstärkungsmaterial kann in Form einzelner Faserstränge oder einer Fasermattenstruktur vorliegen. Die beschichteten Schleifartikel gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen vorzugsweise aus verschiedenen Schichten einzelner Faserverstärkungsstränge und/oder Fasermattenstrukturen, die in die innere Struktur oder den Körper des Artikels aufgenommen oder darin eingeschlossen sind. Bevorzugte Riemen enthalten beispielsweise ein unter Wärme aushärtendes Bindemittel, eine Schicht nicht miteinander verflochtener paralleler und in einer Ebene liegender einzelner Faserverstärkungsstränge und eine Schicht einer Fasermattenstruktur, wobei das Fasermaterial innerhalb einer Schicht nicht mit dem Fasermaterial innerhalb der anderen Schicht verflochten ist.
Bestimmte bevorzugte beschichtete Schleifriemen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten auch eine Sperrschicht, beispielsweise aus Papier oder Polymerfilm, die auf der den Schleifteilchen entgegengesetzten Fläche an dem Artikel haftet. Die Sperrschicht kann mit einem Haftmittel bzw. Kleber auf den Artikel laminiert werden, oder sie kann bevorzugt unter Verwendung des organischen polymerischen Bindemittels angeklebt werden, während sich das Bindemittel noch in seinem fließfähigen Zustand befindet. Diese Ausführungsformen der beschichteten Schleifartikel gemäß der vorliegenden Erfindung sind deswegen, weil es einfach ist, den Artikel von einer zum Herstellen der Artikel im Stapelmodus verwendeten Tragvorrichtung zu entfernen, aus ästhetischen Gründen und deswegen, weil sie ein kostengünstiges Erhöhen der Zugfestigkeit der Artikel gemäß der Erfindung darstellen, vorteilhaft. Weiterhin werden die "Verträglichkeit mit einer Andruckplatte" und die Abnutzung der Unterlage durch Antriebsrollen insbesondere dann zunehmend wichtig, wenn das Bindemittel ein unter Wärme aushärtendes Harz ist und wenn der Artikel ein endloser Riemen ist, weil unter Wärme aushärtende Materialien im allgemeinen einen höheren Reibungskoeffizienten aufweisen als thermoplastische Materialien. Falls die Reibungsabnutzung oder die Abnutzung der Unterlage zu groß ist, kann eine Beschädigung der Rückseite (der nicht schleifenden Seite) der Riemen auftreten, was natürlich nicht bevorzugt ist.
Die beschichteten Schleifmittel gemäß der vorliegenden Erfindung können durch zwei Verfahren, nämlich ein Stapelverfahren, und ein kontinuierliches Verfahren hergestellt werden. Bei Stapelprozessen wird im allgemeinen eine endlose Riemenstruktur, die ein flüssiges organisches Bindemittelvorstufen-Material aufweist, in dem sich ein Faserverstärkungsmaterial befindet, sich um den Außenbereich einer Tragstruktur, wie einer Trommel, erstreckend hergestellt. Es wird eine ausreichende Menge des flüssigen organischen Bindemittelvorstufen-Materials so aufgebracht, daß nicht nur die ganze Faserverstärkung in die Bindemittelvorstufe eingeschlossen wird, sondern daß sich auch eine Schicht der nicht ausgehärteten Bindemittelvorstufe auf der Außenfläche des Artikels aufbaut. In diesem Stadium kann der Artikel abhängig von der chemischen Zusammensetzung des organischen Polymers der Bindemittelvorstufe wahlweise Bedingungen zum teilweisen Härten oder Gelieren der Bindemittelvorstufe ausgesetzt werden, so daß er klebrig genug wird, um Schleifteilchen daran zu halten (die Bindemittelvorstufe kann ohne ein solches Aussetzen klebrig genug sein). Der Artikel wird dann, während er sich noch im nicht ausgehärteten Zustand befindet, gedreht, während er einem Strom elektrostatisch, magnetisch oder durch Tropfbeschichten aufgebrachter Schleifteichen ausgesetzt ist, so daß die Mehrzahl der Schleifteilchen aus der Bindemittelvorstufe vorsteht. Der Artikel wird dann Bedingungen ausgesetzt, die zum Verfestigen der Bindemittelvorstufe unter Bildung eines flexiblen, verfestigten Schleifriemenartikels mit einem sich darin befindenden Faserverstärkungsmaterial ausreichen. Das elektrostatische Beschichten ist bevorzugt, weil während des elektrostatischen Beschichtens elektrostatische Ladungen auf die Schleifteilchen aufgebracht werden und die Schleifteilchen hierdurch zum mit der Bindemittelvorstufe beschichteten Artikel getrieben werden. Das elektrostatische Beschichten neigt dazu, die Schleifteilchen auszurichten, was gewöhnlich zu einer besseren Schleifleistung führt. Beim Tropfbeschichten werden die Schleifteilchen aus einer Zuführstation herausgedrängt, und sie fallen unter dem Einfluß der Schwerkraft in die Bindemittelvorstufe. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, die Schleifteilchen durch eine mechanische Kraft zur Bindemittelvorstufe und in diese hinein zu treiben. Beim magnetischen Beschichten werden Magnetfelder verwendet, um Schleifteilchen zur Bindemittelvorstufe und in diese hinein zu drängen.
Falls die Schleifteilchen durch elektrostatisches Beschichten aufgebracht werden, ist es bevorzugt, daß das Teil auf einer Trommel angebracht ist. Diese Trommel ist vorzugsweise die zum Herstellen des Artikels verwendete Originaltragstruktur, oder sie kann eine andere Trommel sein. Die Trommel dient als elektrische Erde für den elektrostatischen Beschichtungsprozeß. Die richtige Menge von Schleifteilchen wird dann auf einer Platte oder Fläche unterhalb der Trommel angeordnet. Als nächstes wird die Trommel gedreht, und das elektrostatische Feld wird eingeschaltet. Wenn sich die Trommel dreht, werden die Schleifteilchen von der Platte gedrängt und vom elektrostatischen Feld gezwungen, sich zur Bindemittelvorstufe hin zu bewegen, und sie werden in die Bindemittelvorstufe eingebettet. Die Trommel wird gedreht, bis die gewünschte Menge an Schleifteilchen aufgebracht wurde. Die sich ergebende Konstruktion wird Bedingungen ausgesetzt, die zum Verfestigen der Bindemittelvorstufe ausreichen. Die Mehrzahl der Schleifteilchen sollte aus dem Bindemittel vorstehen. Dies bedeutet, daß für die Mehrzahl aus der gesamten Anzahl der Schleifteilchen ein Abschnitt des Schleifteilchens in das Bindemittel eingebettet ist, während ein anderer Abschnitt des Schleifteilchens aus dem Bindemittel vorsteht. Vorzugsweise stehen alle Schleifteilchen aus dem Bindemittel vor, dies ist jedoch abhängig von der verwendeten Technik nicht immer gewährleistet. Lies führt zu einem ausgerichteten Schleifteilchen, woraus sich gewöhnlich eine bessere Leistungsfähigkeit ergibt. Es kann einige vollständig in das Bindemittel eingebettete Schleifteilchen geben, die nicht aus dem Bindemittel vorstehen. Die Mehrzahl, vorzugsweise mehr als 50%, der Schleifteilchen steht jedoch aus dem Bindemittel vor.
Die Schleifteilchen liegen im wesentlichen in einer an die erste Ebene angrenzenden zweiten Ebene. Es kann mehr als eine Schicht von Schleifteilchen geben, diese Schleifteilchen liegen jedoch im allgemeinen dicht genug beieinander, um eine Ebene zu bilden. Im allgemeinen verlaufen die Ebenen der Verstärkungsfasern und der Schleifteilchen parallel zueinander und schneiden einander nicht. Demgemäß werden die Schleifteilchen so positioniert, daß sie nicht in der Ebene der Verstärkungsfasern liegen, und die Schleifteilchen sind zwischen keinen der Verstärkungsfasern vorhanden.
Die in Stapelprozessen gemäß der Erfindung gebildeten flexiblen, verfestigten Schleifriemen weisen eine Außenfläche und eine Innenfläche auf. Der Schritt des Herstellens einer Schleife aus flüssigem organischem Bindemittel, in dem sich ein Faserverstärkungsmaterial befindet, weist vorzugsweise die Schritte Aufbringen einer Faserverstärkungsmatten- Struktur um den Außenbereich einer Tragstruktur in der Art einer Trommel und Wickeln eines einzelnen Verstärkungsstrangs um den Außenbereich der Tragstruktur, beispielsweise der Trommel, in Form einer Schraubenanordnung in Längsrichtung um die Schleife, also entlang der Länge der Schleife, in einer die Breite der Schleife umspannenden Schicht auf.
Ein alternatives und bevorzugtes Stapelverfahren zum Herstellen der endlosen, nahtlosen Schleifen gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Beschichten, also Imprägnieren, einer Faserverstärkungsmatten-Struktur mit einem organischen Bindemittelvorstufen-Material vor dem Aufbringen der Matte um den Außenbereich der Tragstruktur herum auf. Ein Verfahren zum Imprägnieren des Faserverstärkungsmaterials besteht darin, die Fasern durch eine Öffnung hindurch oder durch eine Rakel- bzw. Messerbeschichtungseinrichtung mit dem Bindemittelvorstufen-Material zu beschichten. Falls das organische Bindemittel bei Zimmertemperatur (etwa 20-25ºC) ein festes Material, wie ein thermoplastisches Material, ist, weist der Schritt des Herstellens einer Schleife aus organischem Bindemittel, in dem sich ein Faserverstärkungsmaterial befindet, auf: Aufbringen einer ersten Schicht eines festen organischen Bindemittels um den Außenbereich einer Tragstruktur, vorzugsweise einer Trommel, Aufbringen einer Schicht aus Faserverstärkungsmaterial um die erste Schicht aus festem, organischem, polymerischem Bindemittel auf der Tragstruktur, Aufbringen einer zweiten Schicht aus festem, organischem, polymerischem Bindemittel um die erste Schicht aus festem, organischem, polymerischem Bindemittel und die Schicht aus Faserverstärkungsmaterial auf der Tragstruktur unter Bildung einer Struktur eines festen, organischen, polymerischen Bindemittels, in der sich eine Schicht aus Faserverstärkungsmaterial befindet, Erwärmen des festen, organischen, polymerischen Bindemittels, bis es zerfließt und im wesentlichen eine Schmelze aus thermoplastischem, organischem, polymerischem Bindemittelvorstufen-Material bildet, in dem sich Faserverstärkungsmaterial befindet, Aussetzen des Artikels gegenüber einem Strom von Schleifteilchen, so daß eine Mehrzahl der Teilchen wie oben erklärt vorsteht, und Aussetzen des Artikels gegenüber Bedingungen, die zum Aushärten oder Verfestigen des organischen Bindemittelvorstufen-Materials ausreichen.
Der Begriff "fest" oder "verfestigt" betrifft ein Material, das unter Umgebungstemperaturen und -drücken nicht leicht zerfließt, und es soll ein thixotropes Gel einschließen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird eine Haft- bzw. Klebstoffschicht (manchmal als eine "Überbeschichtung" bezeichnet) vor oder nach dem Verfestigen des flüssigen, organischen, polymerischen Bindemittels auf die Schleifteilchen aufgebracht, und das Bindemittel und der Überhaftstoff werden völlig verfestigt. Bei bestimmten bevorzugten Anwendungen der vorliegenden Erfindung kann, falls gewünscht, eine zweite Haft- bzw. Klebstoffschicht (manchmal als "Supersize" bezeichnet) aufgebracht werden.
Ähnliche Stapelverfahren können auch zum Herstellen eines beschichteten Schleifmittels unter Verwendung einer Tragstruktur, wie eines Fördersystems, verwendet werden. Bei einem solchen System wird typischerweise beispielsweise eine Edelstahl-Laufhülse in Form eines Förderriemens verwendet. Bei dieser Ausführungsform schließt der Schritt des Herstellens einer Schleife aus flüssigem organischem Bindemittel das Herstellen der Schleife um das Förderband herum ein.
Das zweite Verfahren zum Herstellen von Schleifartikeln gemäß der Erfindung ist ein kontinuierlicher Prozeß, der hier manchmal als "Bahnprozeß" bezeichnet wird. Bei diesem Prozeß wird ein Faserverstärkungsmaterial, beispielsweise eine Rolle nicht gewebten oder Vlies-Materials, durch eine organische Bindemittelvorstufe geführt. Die Bindemittelvorstufe wird in ausreichender Menge aufgebracht, um die Faserverstärkungsgarne im allgemeinen zu befeuchten und im wesentlichen einzuschließen. Daraufhin werden Schleifteilchen, vorzugsweise durch eine elektrostatische Beschichtungseinrichtung, in die Bindemittelvorstufe Eingebracht, so daß die Mehrzahl der Teilchen daraus vorsteht. Daraufhin wird die sich ergebende Konstruktion Bedingungen zum Verfestigen der Bindemittelvorstufe ausgesetzt. Eine optionale Überbeschichtungsvorstufe kann durch eine herkömmliche Technik, wie eine Walzbeschichtungseinrichtung, auf die Schleifteilchen aufgebracht werden. Die sich ergebende Konstruktion wird dann Bedingungen zum Verfestigen der Überbeschichtungsvorstufe ausgesetzt und dann typischerweise zu einer Rolle gewickelt. Es kann dann eine weitere Verarbeitung auftreten, wie das Hinzufügen einer Supersize- Beschichtung, ein zusätzliches Aushärten, Biegen und/oder Befeuchten. Nach dieser optionalen weiteren Verarbeitung kann das beschichtete Schleifmittel in Bahnform so umgewandelt werden, daß es die gewünschte Form oder Gestalt annimmt.
Fig. 1 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines beschichteten Schleifmittels gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht (wobei Teile abgetrennt sind) eines endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels, das eine Faserverstärkungsmatten-Struktur und eine Schicht eines in ein unter Wärme aushärtendes Harz eingeschlossenen zusammenhängenden Faserverstärkungsstrangs aufweist,
Fig. 3 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht eines endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels gemäß der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung im wesentlichen entlang der Linie 4-4 aus Fig. 2,
Fig. 4 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht eines endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels gemäß der vorliegenden Erfindung bei im wesentlichen analoger Betrachtung entlang der Linie 4-4 aus Fig. 2,
Fig. 5 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht eines endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels gemäß der vorliegenden Erfindung bei im wesentlichen analoger Betrachtung entlang der Linie 4-4 aus Fig. 2,
Fig. 6 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Aufbringen der Bindemittelvorstufe auf eine Trommel,
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines bevorzugten Prozesses gemäß der vorliegenden Erfindung zum Aufbringen einer unter Wärme aushärtenden Bindemittelvorstufe auf eine Faserverstärkungsmatten-Struktur und eine Schicht eines zusammenhängenden Faserverstärkungsstrangs, so daß sie beide in das unter Wärme aushärtende Harz eingeschlossen werden,
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eines bevorzugten Prozesses gemäß der vorliegenden Erfindung zum Aufbringen einer unter Wärme aushärtenden Bindemittelvorstufe auf ein Verstärkungsgarn, das nachfolgend auf die. Verstärkungsmatte gewickelt wird, so daß sie beide in das unter Wärme aushärtende Harz eingeschlossen werden,
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht einer Alternative zum in Fig. 7 dargestellten Prozeß,
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht (wobei Teile abgetrennt sind) einer weiteren Ausführungsform eines endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels gemäß der Erfindung, wobei sich Verstärkungsgarne nur in der Nähe der Mitte des Artikels befinden,
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht (wobei Teile abgetrennt sind) einer weiteren Ausführungsform eines endlosen, nahtlosen Schleifartikels, wobei sich Verstärkungsgarne nur an den Rändern der Schleife befinden,
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht (wobei Teile abgetrennt sind) einer weiteren Ausführungsform eines endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels, wobei ein Bereich ein Bindemittel, einen Verstärkungsstrang und eine Verstärkungsmatte aufweist und wobei der zweite Bereich nur ein Bindemittel und eine Verstärkungsmatte aufweist,
Fig. 13 ist eine schematische (verkleinerte) Ansicht eines bevorzugten kontinuierlichen Bahnprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen beschichteter Schleifartikel gemäß der Erfindung, und
Fig. 14 ist eine (verkleinerte) Seitenansicht einer zum elektrostatischen Treiben von Schleifteilchen auf einen unter Verwendung der in den Fig. 7 und 9 dargestellten Prozesse hergestellten Artikel verwendbaren Vorrichtung.
Eine Ausführungsform beschichteter Schleifartikel gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 als vergrößerte Querschnitt dargestellt. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, weist die Ausführungsform 10 eines beschichteten Schleifartikels ein Teil 11 auf, welches eine erste Hauptfläche A und eine zweite Hauptfläche B aufweist und aus Fasern 12 und einem Bindemittel 13 besteht. Es gibt bei den Artikeln gemäß dieser Erfindung keine getrennte und gesonderte Grundbeschichtung, weil das Bindemittel 13 zwei Zwecken dient, nämlich dem Einschließen der Fasern 12 der Faserverstärkung und dem Bereitstellen von ausreichend Bindemittel, um Schleifteilchen an das Teil 11 anzukleben. Die Verstärkungsfasern 12 liegen im wesentlichen in einer ersten Ebene 14. Das Bindemittel 13 schließt die Verstärkungsfasern 12 im wesentlichen ein, und es umgibt daher die Fasern, wenngleich es vorstellbar ist, daß die Fasern 12 getrennt sein könnten, so daß es ein erhebliches Eindringen des Bindemittels 13 zwischen die Fasern gibt. Über dem Bindemittel 13 befindet sich eine Schleifmittel-Oberflächenbeschichtung 15, die aus Schleifteilchen 16 und einem Überbeschichtungs-Bindemittel 17 besteht. Die Schleifteilchen 16 sind teilweise in das Bindemittel 13 eingebettet, sie liegen jedoch zum größten Teil in der Schleifmittel-Oberflächenbeschichtung 15 an der Hauptfläche A und bilden diese.
Ein Vorteil endloser Riemenartikel gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber herkömmlichen beschichteten Schleibändern besteht darin, daß es bei Bändern mit geringer Breite eine geringere Neigung zum Ausbrechen von Rändern gibt. Ausbrechen ist der zum Beschreiben des verfrühten Auslösens von Schleifteilchen verwendete Begriff. Das Ausbrechen ist gewöhnlich unerwünscht, weil dadurch die Nutzungsdauer des beschichteten Schleifmittels verringert wird. Das Problem ist bei Bändern besonders lästig, die Breiten von einem Zoll oder weniger aufweisen, weil die Ränder dieser Bänder manchmal in höherem Maße ausbrechen als diejenigen breiterer Bänder. Durch die vorliegende Erfindung wird diese Neigung verringert, weil Ränder der Bänder sehr flexibel und nachgiebig sind. Diese Flexibilität ist auf die Grundbeschichtung zurückzuführen, die die Verstärkungsfasern einschließt und dazu dient, die Schleifteilchen mit den Verstärkungsfasern zu verbinden.
Die Länge der erfindungsgemäßen beschichteten endlosen Schleifbänder kann jeden gewünschten Wert annehmen. Sie beträgt typischerweise etwa 40-1500 Zentimeter (cm). Die Dicke der beschichteten Schleifartikel schwankt vorzugsweise von Ort zu Ort um nicht mehr als etwa 15%.

Eigenschaften beschichteter Schleifmittel

Die beschichteten Schleifartikel gemäß der vorliegenden Erfindung haben allgemein die folgenden Eigenschaften. Die Artikel sind unter Schleifbedingungen, unter denen der Schleifartikel zu verwenden ist, ausreichend wärmebeständig, so daß sie sich nicht infolge der während eines Schleif-, Schmirgel- oder Poliervorgangs erzeugten Wärme in erheblichem Maße zerlegen, also aufspalten, brechen, abschälen, abreißen, oder eine Kombination von diesen auftritt. Die Artikel sind auch ausreichend robust, so daß sie unter den bei Schleifbedingungen, bei denen der Schleifartikel zu verwenden ist, auftretenden Kräften nicht in erheblichem Maße springen oder zersplittern. Das heißt, daß sie ausreichend steif sind, um bei beschichteten Schleifbändern auftretenden typischen Schleifbedingungen zu widerstehen, daß sie jedoch nicht unerwünscht brüchig sind.
Bevorzugte Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung sind ausreichend flexibel, um Schleifbedingungen widerstehen zu können. Mit "ausreichend flexibel" und in diesem Zusammenhang auftretenden Spielarten ist gemeint, daß Artikel gemäß der Erfindung so ausgelegt sind, daß sie sich an das geschliffene Werkstück anpassen können. Beispielsweise ist ein zusammenhängender "flexibler" Artikel ein Artikel, der ausreichend flexibel ist, an einer (oder mehreren) Rollenhalterungen oder an zwei (oder mehreren) Riemenscheibenhalterungen in einer Schleifmaschine verwendet zu werden. Weiterhin können die Artikel bei bevorzugten Schleifanwendungen gebogen werden und sich an die Kontur des geschliffenen Werkstücks anpassen, sie sind jedoch ausreichend fest, um eine wirksame Schleifkraft zu übertragen, wenn sie gegen das Werkstück gepreßt werden.
Bevorzugte beschichtete Schleifartikel gemäß der vorliegenden Erfindung weisen eine im wesentlichen gleichmäßige Zugfestigkeit in Längsrichtung, also in Bearbeitungsrichtung, auf. Vorzugsweise ändert sich die Zugfestigkeit für jeden beliebigen getesteten Abschnitt eines Artikels gemäß der Erfindung um nicht mehr als etwa 20% gegenüber derjenigen irgendeines anderen Abschnitts des Artikels. Die Zugfestigkeit ist allgemein ein Maß für die maximale Beanspruchung, der ein einer Streckbelastung ausgesetztes Material widerstehen kann, ohne zu zerreißen.
Bevorzugte Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung weisen auch eine geeignete Formsteuerung auf und sind gegenüber Umgebungsbedingungen, wie der Feuchtigkeit und der Temperatur, ausreichend unempfindlich. Hiermit ist gemeint, daß bevorzugte beschichtete Schleifmittel gemäß der vorliegenden Erfindung in einem breiten Bereich von Umgebungsbedingungen die oben erwähnten Eigenschaften aufweisen. Sie weisen die oben erwähnten Eigenschaften vorzugsweise innerhalb eines Temperaturbereichs von etwa 10-30ºC und eines Feuchtigkeitsbereichs von etwa 30-50% relative Feuchtigkeit (RH) auf. Sie weisen die oben erwähnten Eigenschaften bevorzugt in einem breiten Bereich von Temperaturen, insbesondere von unterhalb von 0ºC bis oberhalb von 100ºC und in einem breiten Bereich von Feuchtigkeitswerten von unterhalb von 10% RH bis oberhalb von 90% RH auf.
Das bevorzugte organische polymerische Bindemittel, das bei beschichteten Schleifmitteln gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist im allgemeinen so ausgewählt, daß es eine Verträglichkeit mit jeglichen nachfolgend aufgebrachten Haft- oder Klebeschichten, insbesondere mit der Überbeschichtung, und eine gute Haftung an diesen gibt. Eine gute Haftung ist durch das Maß des Ausbrechens des Schleifmaterials bestimmt. Wenngleich die Auswahl des organischen polymerischen Materials wichtig ist, hängt das Ausmaß des Ausbrechens typischerweise in höherem Maße von der Auswahl des nachfolgend aufgebrachten Haftmittels oder Klebstoffs und der Verträglichkeit des organischen polymerischen Bindemittels mit den Haft- oder Klebstoffschichten ab.
Bei bevorzugten Ausführungsformen von Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung ist das organische polymerische Bindemittel in einer ausreichenden Menge vorhanden, um das Faserverstärkungsmaterial, das über die Breite und die ganze Länge der Artikel in mindestens einer im allgemeinen abgesetzten Schicht vorhanden ist, im wesentlichen einzuschließen. Auf diese Weise liegt kein Faserverstärkungsmaterial frei, was bedeutet, daß es Bereiche des organischen polymerischen Bindemittels gibt, die von dem Faserverstärkungsmaterial frei sind. Ausführungsformen, die auch als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegend angesehen werden, sind solche Artikel, bei denen Räume zwischen Verstärkungsfasern existieren, die mit organischem polymerischem Bindemittel und irgendwelchen wahlweise vorgesehenen Zusatzstoffen gefüllt sind. Ausführungsformen, bei denen die Fasern aneinander angrenzen (bei denen sich also kein organisches polymerisches Bindemittel zwischen ihnen befindet) liegen auch innerhalb der Erfindung. Es kann innerhalb der aus Verstärkungsfasern und Bindemittel bestehenden Ebene von Fasern und Bindemittel freie Bereiche, wie offene Poren oder Füllmittelbereiche, geben.
Bei bevorzugten Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung ist das organische polymerische Bindemittel (das die Faserverstärkung einschließt oder vollständig über diese verteilt ist) in ausreichender Menge vorhanden, um die Oberfläche des Artikels im wesentlichen zu dichten, wenngleich der Artikel zwischen den gedichteten Oberflächen eine gewisse Porosität aufweisen kann, solange die Zugfestigkeit und andere mechanische Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden. Der Begriff "Dichtung" bedeutet hier, daß eine Flüssigkeit, wie Wasser, nicht durch die Rückseite (nicht mit Schleifmittel versehene Seite) und aus der Schleifmittelseite des Artikels in die beschichteten Schleifmittel gemäß der Erfindung eindringen kann. Weiterhin muß es ausreichend organisches polymerisches Bindemittel geben, um die Schleifteilchen an die Verstärkungsfäden anzukleben. Weiterhin ist die Menge des Bindemittels in dem Teil ausreichend, um eine Schicht oder einen Vorrat zu bilden, der ausreicht, um mehrere Schleifteilchen auf im wesentlichen einer Ebene des Schleifartikels aufzunehmen und zu halten. Mit anderen Worten sind Schleifteilchen nicht auf dem ganzen Teil sondern nur auf einer Fläche von diesem vorhanden.
Die Schleifteilchen sind vorzugsweise als eine im wesentlichen zusammenhängende Schicht vorhanden, wenngleich es innerhalb der Erfindung liegt, die Schleifteilchen in einem Muster schichtförmig aufzubringen, also Bereiche zu bilden, die von Schleifteilchen frei sind. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem ein elektrostatisches Beschichten verwendet wird, ein Sieb zwischen der Fläche, auf der die Schleifteilchen liegen, und der Bindemittelvorstufe angeordnet werden. Andere Verfahren werden für Fachleute verständlich sein.

Faseriges Verstärkungs-Bindemittel

Die Schleifartikel gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ein von einem Bindemittel 13, das auch so wirkt wie eine traditionelle "Grundbeschichtung", eingeschlossenes Faserverstärkungsmaterial (s. Fig. 1). Das Bindemittel ist ein organisches polymerisches Bindemittel. Es kann ein gehärtetes oder verfestigtes unter Wärme aushärtendes Harz, thermoplastisches Material oder elastomeres Material sein. Das organische polymerische Bindemittel ist vorzugsweise ein gehärtetes oder verfestigtes unter Wärme aushärtendes Harz oder thermoplastisches Material. Bevorzugt ist das organische polymerische Bindemittel ein unter Wärme aushärtendes Harz, was zumindest deswegen gilt, weil diese Harze selbst unter Umgebungsbedingungen in einer sehr flüssigen, fließfähigen Form (mit einer geringen Viskosität) bereitgestellt werden können, wenn sie nicht ausgehärtet sind. Hierbei betreffen der Ausdruck "Umgebungsbedingungen" und Spielarten davon die Zimmertemperatur, d. h. 15-30ºC, im allgemeinen etwa 20-25ºC, und eine relative Feuchtigkeit von 30-50%, im allgemeinen etwa 35-45%.
Falls das organische polymerische Bindemittel 13 ein gehärtetes unter Wärme aushärtendes Harz aufweist, befindet sich das unter Wärme aushärtende Harz vor der Herstellung der erfindungsgemäßen Artikel in einem nicht polymerisierten oder nur teilweise polymerisierten Zustand, typischerweise in einem flüssigen oder halbflüssigen Zustand oder einem Gelzustand. Die in den Fig. 6-9 dargestellten Prozeduren werden vorzugsweise dann eingesetzt, wenn unter Wärme aushärtende Harze verwendet werden.
Beispiele unter Wärme aushärtender Harze, aus denen das Bindemittel 13 hergestellt werden kann, sind Phenolharze, Aminoharze, Polyesterharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Epoxidharze, acrylierte Isocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Isocyanuratharze, acrylierte Urethanharze, acrylierte Epoxidharze oder Mischungen von diesen. Die bevorzugten unter Wärme aushärtenden Harze sind Epoxidharze, Urethanharze, Polyesterharze oder flexible Phenolharze. Die bevorzugtesten Harze sind Epoxidharze und Urethanharze, was zumindest deswegen der Fall ist, weil sie eine annehmbare Aushärtrate, Flexibilität, eine gute thermische Stabilität, Festigkeit und Wasserbeständigkeit aufweisen. Weiterhin weisen typische Epoxidharze im nicht ausgehärteten Zustand selbst bei einem hohen Prozentsatz von Feststoffen eine geringe Viskosität auf. Weiterhin gibt es zahlreiche bei einem hohen Prozentsatz von Feststoffen verfügbare geeignete Urethanen.
Eine bevorzugte Klasse von Bindemittel ist die Klasse der Polyurethanelastomere. Beispiele solcher Polyurethanmaterialien sind im Handel von Uniroyal Chemical unter der Handelsbezeichnung "Vibrathane" erhältlich. Diese Polyurethanelastomere bestehen aus Vorpolymeren, die ein auf einem Vorpolymer mit endständigem Toluoldiisocyanat oder ein auf Diphenylmethandiisocyanat beruhender Polyether sein können. Diese Vorpolymere können mit 4,4"-Methylen-bis-(ortho-chloroanilin) oder einem Diaminvulkanisierungsmittel vernetzt sein. Die Polyurethan-Bindemittel sind auch bevorzugt, weil ihre Viskosität während des thermischen Härtens nicht in erheblichem Maße verringert wird und sie während des Härtens daher nicht in erheblichem Maße fließen. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, Polyurethanharze mit Epoxidharzen zu vermischen.
Phenolharze werden gewöhnlich in die Kategorien Resol- Phenolharze oder Novolac-Phenolharze eingeteilt. Beispiele nützlicher, im Handel erhältlicher Phenolharze sind "Varcum" von BTL Specialty Resins Corporation, Blue Island, IL, "Arofene" von Ashland Chemical Company, Columbus, OH, "Bakelite" von Union Carbide, Danbury, CT und "Resinox" von Monsanto Chemical Company, St. Louis, M0.
Resol-Phenolharze sind dadurch gekennzeichnet, daß sie alkalisch katalysiert sind und ein Molverhältnis von Formaldehyd zu Phenol aufweisen, das größer oder gleich 1 : 1 ist. Typischerweise liegt das Verhältnis von Formaldehyd zu Phenol innerhalb eines Bereichs von 1 : 1 bis etwa 3 : 1. Beispiele von zum Herstellen von Resol-Phenolharzen geeigneten alkalischen Katalysatoren sind Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, organische Amine oder Natriumcarbonat.
Novolac-Phenolharze sind dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Säure katalysiert sind und ein Molverhältnis von Formaldehyd zu Phenol aufweisen, das kleiner als 1 : 1 ist. Typischerweise liegt das Verhältnis von Formaldehyd zu Phenol innerhalb eines Bereichs von etwa 0,4 : 1 bis etwa 0,9 : 1. Beispiele der zum Herstellen von Novolac-Phenolharzen verwendeten Säurekatalysatoren sind Schwefelsäure, Salzsäure, Phosphorsäure, Oxalsäure oder p-Toluolsulfonsäure. Wenngleich Novolac-Phenolharze typischerweise als thermoplastische Harze und nicht als unter Wärme aushärtende Harze angesehen werden, können sie mit anderen Chemikalien (beispielsweise Hexamethylentetraamin) reagieren und ein unter Wärme ausgehärtetes Harz bilden.
Epoxidharze, die in der zum Herstellen der Artikel gemäß dieser Erfindung verwendeten polymerisierbaren Mischung nützlich sind, sind unter anderem monomere oder polymere Epoxide. Nützliche Epoxidmaterialien, also Epoxide, können sich in der Natur ihrer Hauptketten und Substituenten stark unterscheiden. Repräsentative Beispiele annehmbarer Substituenten sind Halogene, Estergruppen, Ethergruppen, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen, Nitrogruppen oder Phosphatgruppen. Das durchschnittliche Molekulargewicht der epoxidhaltigen Polymermaterialien kann von etwa 60 bis etwa 4000 reichen, und es liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von etwa 100 bis etwa 600. Mischungen verschiedener epoxidhaltiger Materialien können in den Zusammensetzungen dieser Erfindung verwendet werden. Beispiele im Handel erhältlicher Epoxidharze sind "Epon" von Shell Chemical, Houston, TX und "DER" von Dow Chemical Company, Midland, M1.
Beispiele im Handel erhältlicher Harnstoff-Formaldehyd- Harze sind "Uformite" von Reichhold Chemical, Inc., Durham, NC, "Durite" von Borden Chemical Co., Columbus, OH und "Resimene" von Monsanto, St. Louis, M0. Beispiele im Handel erhältlicher Melamin-Formaldehyd-Harze sind "Uformite" von Reichhold Chemical, Inc., Durham, NC und "Resimene" von Monsanto, St. Louis, M0. "Resimene" bezeichnet sowohl Harnstoff-Formaldehyd-Harze als auch Melamin-Formaldehyd-Harze.
Beispiele von bei Anwendungen gemäß der vorliegenden Erfindung nützlichen Aminoplastharzen sind solche, die mindestens eine angehängte a,b-ungesättigte Carbonylgruppe je Molekül aufweisen, welche beispielsweise in US-A-4 903 440 und US-A-5 236 472 offenbart sind.
Beispiele acrylierter Isocyanuratharze sind solche, die aus einer Mischung von mindestens einem aus der aus Isocyanuratderivaten mit mindestens einer abschließenden oder angehängten Acrylatgruppe und Isocyanatderivaten mit mindestens einer abschließenden oder angehängten Acrylatgruppe bestehenden Gruppe ausgewählten Monomer und mindestens einem aliphatischen oder zykloaliphatischen Monomer mit mindestens einer abschließenden oder angehängten Acrylatgruppe hergestellt sind. Diese acrylierten Isocyanuratharze sind beispielsweise in US-A-4 652 274 beschrieben.
Acrylierte Urethane sind Diacrylatester von erweiterten -NCO-Polyestern oder -Polyethern mit endständiger Hydroxylgruppe. Beispiele von im Handel erhältlichen acrylierten Urethanen, die bei Anwendungen der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sind solche mit den Handelsnamen "Uvithane 782", erhältlich von Morton Thiokol Chemical, Chicago, IL, "Ebecryl 6600", "Ebecryl 8400" und "Ebecryl 88-5", erhältlich von Radcure Specialties, Atlanta, GA.
Die acrylierten Epoxidharze sind Diacrylatester, wie die Diacrylatester von Bisphenol-A-Epoxidharz. Beispiele im Handel erhältlicher acrylierter Epoxidharze sind jene mit den Handelsnamen "Ebecryl 3500", "Ebecryl 3600" und "Ebecryl 8805", die von Radcure Specialties, Atlanta, GA erhältlich sind.
Geeignete unter Wärme aushärtende Polyesterharze sind als "E-737" oder "E-650" von Owens-Corning Corp., Toledo, OH erhältlich. Geeignete Polyurethane sind als "Vibrathane B-813-Vorpolymer" oder "Adiprene BL-16-Vorpolymer" erhältlich, die mit einem "Caytur-31"-Vulkanisationsmittel verwendet werden. Das unter der Handelsbezeichnung "Adiprene BL-16" bekannte Polyurethan ist ein mit Ketoxim blockiertes Poly- 1,4-butylenglycoldiisocyanat mit einem Molekulargewicht von etwa 1500. Alle sind von Uniroyal Chemical, Middlebury, CT erhältlich.
Wie zuvor angegeben wurde, kann bei manchen Anwendungen der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu den oben erörterten bevorzugten unter Wärme aushärtenden Harzen ein thermoplastisches Bindemittel verwendet werden. Ein thermoplastisches Bindemittel ist ein Polymermaterial, das erweicht, wenn es erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird, und das im allgemeinen in seinen ursprünglichen physikalischen Zustand zurückkehrt, wenn es auf Umgebungstemperaturen gekühlt wird. Während des Herstellungsprozesses wird das thermoplastische Bindemittel über seine Erweichungstemperatur und häufig über seine Schmelztemperatur erwärmt, um dem beschichteten Schleifmittel die gewünschte Form zu geben. Nachdem das Teil 11 gebildet wurde, wird das thermoplastische Bindemittel gekühlt und verfestigt. Demgemäß können bei einem thermoplastischen Material Formprozesse vorteilhaft verwendet werden, oder es kann dabei ein Bahnprozeß verwendet werden, wie weiter unten mit Bezug auf Fig. 13 beschrieben ist.
Bevorzugte thermoplastische Materialien, die bei der vorliegenden Erfindung zu verwenden sind, sind jene, die eine hohe Schmelztemperatur und/oder gute Wärmebeständigkeitseigenschaften aufweisen. Insbesondere haben bevorzugte thermoplastische Materialien einen Schmelzpunkt von mindestens etwa 100ºC, vorzugsweise mindestens etwa 150ºC. Weiterhin liegt der Schmelzpunkt der bevorzugten thermoplastischen Materialien ausreichend niedriger, d. h. um mindestens 25ºC niedriger als die Schmelztemperatur des Verstärkungsmaterials.
Beispiele thermoplastischer Materialien, die für Preparationen von Bindemitteln 13 in Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind Polycarbonate, Polyetherimide, Polyester, Polysulfone, Polystyrene, Acrylnitril-Butadien- Styren-Blockcopolymere, Polypropylene, Acetalpolymere, Polyamide, Polyvinylchloride, Polyethylene, Polyurethane oder Kombinationen von diesen. Aus dieser Liste sind Polyamide, Polyurethane und Polyvinylchloride bevorzugt, wobei Polyurethane und Polyvinylchloride am stärksten bevorzugt sind. Ein dritter Typ eines bei den erfindungsgemäßen Artikeln nützlichen Bindemittels 13 ist ein Elastomermaterial. Ein Elastomermaterial, also ein Elastomer, ist als ein Material definiert, das auf mindestens das Zweifache seiner Ursprungslänge gestreckt werden kann und das sich dann, nachdem es losgelassen wurde, sehr schnell etwa auf seine Ursprungslänge zurückzieht. Beispiele von Elastomermaterialien, die bei Anwendungen der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind Styren-Butadien-Copolymere, Polychloropren (Neopren), Nitrilkautschuk, Butylkautschuk, Polysulfidkautschuk, cis-l,4- Polyisopren, Ethylen-Propylen-Terpolymere, Silikonkautschuk oder Polyurethankautschuk. In manchen Fällen können die Elastomermaterialien mit Schwefel, Peroxiden oder ähnlichen Härtemitteln vernetzt sein, um unter Wärme ausgehärtete Harze zu bilden.
Typischerweise und vorzugsweise wird die Bindemittelvorstufe verfestigt, indem sie einer Energiequelle, wie Wärmeenergie oder Strahlungsenergie, ausgesetzt wird. Für auf einer Stützanordnung hergestellte, endlose, keine Verbindungsstellen aufweisende beschichtete Schleifmittelbänder gemäß der Erfindung ist es gewöhnlich bevorzugt, das Band während des thermischen Aushärtens zu drehen. Durch dieses Drehen wird die Neigung der Bindemittelvorstufe minimiert, während des Härtens zu fließen, und es wird schließlich das Verschieben der Schleifteilchen während des Härtens minimiert.
Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, die Bindemittelvorstufe vor dem Aufbringen der Schleifteilchen zu trocknen und/oder teilweise zu trocknen. Die Bindemittelvorstufe sollte jedoch nicht in solchem Maße getrocknet oder gehärtet werden, daß sie die Schleifteilchen nicht hält.
Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, daß die Bindemittelvorstufe vor dem Aufbringen der Überbeschichtungsvorstufe nicht verfestigt oder gehärtet wird. Bei dieser Abwandlung des Verfahrens wird die Überbeschichtungsvorstufe direkt auf die Bindemittelvorstufe und die Schleifteilchen aufgebracht. Der Vorteil dieser Abwandlung des Verfahrens besteht darin, daß dadurch ein Prozeßschritt eingespart wird, der darin besteht, daß die Bindemittelvorstufe nicht vorgehärtet wird. Es ist im allgemeinen bevorzugt, daß die Überbeschichtungsvorstufe in einem berührungsfreien Verfahren, beispielsweise durch Aufsprühen, aufgebracht wird. Nach dem Aufbringen der Überbeschichtungsvorstufe wird die sich ergebende Konstruktion solchen Bedingungen ausgesetzt, bei denen die Bindemittelvorstufe und die Überbeschichtungsvorstufe gehärtet und verfestigt werden. Es ist wiederum bevorzugt, daß die sich ergebende Konstruktion während des thermischen Aushärtens gedreht wird, um dabei zu helfen, zu verhindern, daß die Bindemittelvorstufe und die Überbeschichtungsvorstufe fließen.

Faserverstärkungsmaterial

Das organische polymerische Bindemittel 13 weist eine wirksame Menge eines Faserverstärkungsmaterials auf. Hierbei ist eine "wirksame Menge" eines Faserverstärkungsmaterials eine Menge, die ausreicht, um die wünschenswerten Eigenschaften der Artikel zumindest zu verbessern, wie oben erörtert wurde, die jedoch nicht so groß ist, daß eine erhebliche Anzahl von Hohlräumen und eine schädliche Wirkung auf die strukturelle Unversehrtheit der Artikel auftritt. Typischerweise liegt der Anteil des Faserverstärkungsmaterials im Bindemittel 13 auf der Basis des Gesamtgewichts des Bindemittels 13 und der Fasern im Bereich von etwa 1-80 Gew.-%, vorzugsweise von 5-50 Gew.-% und bevorzugter von 8-35 Gew.-%.
Das Faserverstärkungsmaterial kann die Form von Fasersträngen, einer Fasermatte oder einer Faserbahn oder einer nähgewirkten oder gewebten Einsatzmatte annehmen. Faserstränge sind im Handel als Bänder, Schnüre, Garne, Rovings und Fäden erhältlich. Bänder und Schnüre sind typischerweise zusammengesetzte Garne. Ein Band hat einen sehr hohen Verdrillungsgrad mit einer eine geringe Reibung aufweisenden Oberfläche. Eine Schnur kann durch Verflechten oder Verdrillen von Garnen zusammengesetzt werden, und sie ist gewöhnlich größer als ein Band. Ein Garn besteht aus mehreren Fasern oder Fäden, die entweder miteinander verdrillt oder verwickelt sind. Ein Roving besteht aus mehreren. Fasern oder Fäden, die ohne eine Verdrillung oder bei minimaler Verdrillung zusammengezogen sind. Ein Faden ist eine zusammenhängende Faser. Rovings und Garne bestehen aus einzelnen Fäden. Eine Fasermatte oder eine Faserbahn besteht aus einer Matrix von Fasern, also feinen bandartigen Stücken mit einem Seitenverhältnis von mindestens etwa 100. 1. Das Seitenverhältnis einer Faser ist das Verhältnis zwischen der längeren und der kürzeren Abmessung der Faser.
Das Faserverstärkungsmaterial kann aus jedem beliebigen die Festigkeit des Bindemittels 13 erhöhenden Material bestehen. Beispiele bei Anwendungen der vorliegenden Erfindung nützlicher Faserverstärkungsmaterialien sind metallische oder nichtmetallische Fasermaterialien. Das bevorzugte Fasermaterial ist nichtmetallisch. Die nichtmetallischen Fasermaterialien können aus Glas, Kohlenstoff, Mineralien, künstlichen oder natürlichen wärmebeständigen organischen Materialien oder keramischen Materialien bestehen. Für Anwendungen der vorliegenden Erfindung bevorzugte Faserverstärkungsmaterialien sind organische Materialien, Glas und keramische Fasermaterialien.
Mit einem "wärmebeständigen" organischen Fasermaterial ist gemeint, daß verwendbare organische Materialien unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der beschichteten Schleifmittel gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Schmelzen oder einem auf andere Weise erfolgenden Erweichen oder Auseinanderbrechen ausreichend widerstandsfähig sein sollten. Verwendbare natürliche organische Fasermaterialien sind Wolle, Seide, Baumwolle oder Zellulose. Beispiele verwendbarer künstlicher organischer Fasermaterialien bestehen aus Polyvinylalkohol, Nylon, Polyester, Viskose, Polyamid, Acryl, Polyolefin, Aramid oder Phenol. Ein besonders bevorzugtes organisches Fasermaterial für Anwendungen der vorliegenden Erfindung ist Aramid-Fasermaterial.
Dieses Material ist im Handel von Dupont Co., Wilmington, DE unter den Handelsnamen "Kevlar" und "Nomex" erhältlich. Es ist auch möglich, daß sich im Bindemittel 13 mehr als ein Typ einer Verstärkungsfaser befindet.
Allgemein ist jedes keramische Faserverstärkungsmaterial bei Anwendungen der vorliegenden Erfindung verwendbar. Ein Beispiel eines für die vorliegende Erfindung geeigneten keramischen Faserverstärkungsmaterials ist. "Nextel", das im Handel von Minnesota Mining and Manufacturing Co., St. Paul, MN erhältlich ist.
Beispiele verwendbarer, im Handel erhältlicher Glasfaser- Verstärkungsmaterialien in Form von Garn oder Roving sind jene, die unter dem Produktnamen E-Glas-Spulengarn von PPG Industries, Inc., Pittsburgh, PA erhältlich sind, jene, die unter dem Produktnamen "Fiberglass" als zusammenhängendes Fasergarn von Owens-Corning, Toledo, OH erhältlich sind, sowie Glasfaser-Roving, das unter dem Produktnamen "Star Rov 502" von Manville Corporation, Toledo, OH erhältlich ist. Die Größe der Glasfasergarne und -rovings wird typischerweise in Einheiten von 0,9144 m / 0,4536 kg (yards/lb) ausgedrückt. Verwendbare bevorzugte Klassen solcher Garne und Rovings liegen im Bereich von 151,19 bis 30238,1 m/kg (75 bis 15000 yards/1b).
Falls ein Glasfaser-Verstärkungsmaterial verwendet wird, ist es vorzuziehen, daß das Glasfasermaterial zusammen mit einem Grenzflächen-Verbindungsmittel, also einem Kopplungsmittel, wie einem Silan-Kopplungsmittel, verwendet wird, um insbesondere dann, wenn ein thermoplastisches Bindemittel verwendet wird, das Haften am organischen Bindemittel zu verbessern. Beispiele verwendbarer Silan-Kopplungsmittel sind jene, die unter den Handelsbezeichnungen "Z-6020" oder Dow Corning "Z-6040" bekannt sind, welche beide von Dow-Corning Corp., Midland, MI, erhältlich sind.
Die Verstärkungsfasern können irgendeiner Form einer Vorbehandlung unterzogen werden, bevor sie vom Bindemittel 13 eingeschlossen werden. Die Vorbehandlung kann durch ein Haftfördermittel oder eine Schlichtemischung gegeben sein. Beispielsweise können Glasfaser-Verstärkungsfasern eine Oberflächenbehandlung, wie ein mit Glasfasergarn verträgliches Epoxidharz oder Urethan aufweisen, um das Haften am Bindemittel 13 zu fördern. Beispiele solcher Glasfasergarne sind jene, die unter den Handelsbezeichnungen "ECG 150 1/0 1.0Z", Ausführung 903 und "EC9 33 1 · 0 Z40", Ausführung 903 von PPG, Pittsburgh, PA bekannt sind, und jene, die unter den Handelsbezeichnungen "ECG 150 I/O", Ausführung 603 und "ECG 33 1X0 0,72", Ausführung 603 von Owens-Corning, Toledo, OH bekannt sind. Es können Vorteile durch die Verwendung von Faserverstärkungsmaterialien mit einer Länge von lediglich 100 Mikrometern oder einer solchen Länge, wie sie für eine aus einem zusammenhängenden Strang gebildete Faserverstärkungsschicht erforderlich ist, erhalten werden. Es ist bevorzugt, daß das verwendete Faserverstärkungsmaterial die Form eines im wesentlichen zusammenhängenden Strangs je Schicht des Verstärkungsmaterials annimmt. Das heißt, daß es bevorzugt ist, daß das Faserverstärkungsmaterial eine ausreichende Länge aufweist, um sich mehrere Male um die Länge, also den Umfang des beschichteten Schleifrings zu erstrecken und mindestens eine abgesetzte Schicht von Faserverstärkungsmaterial bereitzustellen.
Das Faserverstärkungs-Denier, also der Feinheitsgrad für bevorzugte Faserverstärkungsmaterialien reicht von etwa 5 bis etwa 5000 Denier und liegt typischerweise zwischen etwa 50 und etwa 2000 Denier. Vorzugsweise liegt das Faserverstärkungs-Denier zwischen etwa 200 und etwa 1200 und am bevorzugtesten zwischen etwa 500 und etwa 1000. Es sei bemerkt, daß das Denier stark durch den speziellen Typ des verwendeten Faserverstärkungsmaterials beeinflußt wird.
Das Faserverstärkungsmaterial kann die Form von Fasersträngen, einer Fasermatte oder einer Faserbahn oder einer nähgewirkten oder gewebten Einsatzmatte annehmen. Ein Hauptzweck einer Matten- oder Bahnstruktur besteht darin, die Reißfestigkeit der beschichteten Schleifmittel gemäß der Erfindung zu erhöhen. Die Matte oder die Bahn kann in einer gewebten oder einer nicht gewebten Form vorliegen. Die Matte besteht vorzugsweise zumindest deswegen aus nicht gewebtem bzw. Vlies-Fasermaterial, weil es offen ist, ungerichtete Festigkeitseigenschaften aufweist und kostengünstig ist.
Eine nicht gewebte Matte ist eine Matrix mit einer zufälligen Verteilung von Fasern. Diese Matrix wird typischerweise gebildet, indem Fasern entweder autogen oder durch ein Haftmittel bzw. Klebstoffe miteinander verbunden werden. Insbesondere wird eine nicht gewebte Matte gewöhnlich als eine durch Verbinden oder Verwickeln von Fasern oder Fäden mit mechanischen, thermischen oder chemischen Mitteln hergestellte Schicht- oder Bahnstruktur beschrieben.
Beispiele für diese Erfindung geeigneter nicht gewebter bzw. Vlies-Formen sind geheftete, gesponnene, schmelzgeblasene, genadelte, wasserverwickelte oder durch Wärme verbundene Formen. Eine nicht gewebte Bahn ist typischerweise porös und weist eine Porosität von etwa 15% oder darüber auf. Abhängig von der jeweiligen nicht gewebten Form kann die Faserlänge von etwa 100 Mikrometern bis unendlich reichen, also zusammenhängende Faserstränge annehmen. Nicht gewebte Matten oder Bahnen sind weiter in "The Nonwovens Handbook", herausgegeben von Bernard M. Lichstein, veröffentlicht von The Association of the Nonwoven Fabrics Industry, New-York, 1988, beschrieben.
Die Dicke der Fasermattenstruktur reicht bei Verwendung bei typischen Anwendungen der vorliegenden Erfindung gewöhnlich von etwa 25 bis etwa 800 Mikrometer, vorzugsweise von etwa 100 bis etwa 375 Mikrometer. Das Gewicht einer bevorzugten Fasermattenstruktur reicht gewöhnlich von etwa 7 bis etwa 150 Gramm/Quadratmeter (g/m²), vorzugsweise von etwa 17 bis etwa 70 g/m². Bei bestimmten bevorzugten Anwendungen der vorliegenden Erfindung weist der Artikel nur eine Schicht der Fasermattenstruktur auf. Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen kann er mehrere über das Bindemittel verteilte abgesetzte Schichten der Fasermattenstruktur aufweisen. Es gibt bei Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 1 bis 10 Schichten und bevorzugt 2 bis 5 Schichten. Vorzugsweise bestehen etwa 1-50 Gew.-% und bevorzugt etwa 5-20 Gew.-% der bevorzugten Artikel der vorliegenden Erfindung aus der Faserverstärkungsmatte.
Der Typ der gewählten Faserverstärkung hängt typischerweise vom gewählten organischen polymerischen Bindemittel und der Verwendung des Endprodukts ab. Falls beispielsweise ein thermoplastisches Bindemittel 13 gewünscht ist, sind Verstärkungsstränge wichtig, um Festigkeit in Längsrichtung zu verleihen. Das Bindemittel 13 selbst weist im allgemeinen quer über das Band, also in Breitenrichtung des Bandes eine gute Festigkeit und Flexibilität auf. Falls ein unter Wärme aushärtendes Bindemittel erwünscht ist, ist eine Fasermattenstruktur wichtig, um Festigkeit und Zugbeständigkeit zu verleihen.
Beschichtete Schleifmittel gemäß der vorliegenden Erfindung weisen vorzugsweise und vorteilhafterweise eine Kombination von Faserverstärkungssträngen und einer Fasermattenstruktur auf. Die Faserstränge können zumindest im Hinblick auf die einfache Herstellung vorteilhafterweise in die Fasermattenstruktur eingebetteteeinzelne Stränge sein. Die Faserstränge können auch eine abgesetzte Schicht (abgesetzte Schichten) bilden, die von der Fasermattenstruktur getrennt ist, also nicht in diese eingreift oder mit dieser verflochten ist.
Die Fasermattenstruktur ist zumindest deswegen vorteilhaft, weil durch sie im allgemeinen die Zugfestigkeit endloser, nahtloser Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht wird. Für endlose, nahtlose Artikel, die sowohl Faserverstärkungsstränge als auch eine Fasermattenstruktur aufweisen, nimmt die Fasermattenstruktur vorzugsweise etwa 1-50 Gew.-%, bevorzugt etwa 5-20 Gew.-% der Zusammensetzung des Teils ein, und die Faserverstärkungsstränge nehmen vorzugsweise etwa 5-50 Gew.-%, bevorzugt etwa 7-25 Gew.-% der Zusammensetzung ein.
Wie oben erwähnt wurde, kann das Faserverstärkungsmaterial auch die Form einer Mattenstruktur annehmen, die einen Klebstoff oder ein Haftmittel oder durch Schmelzen verbindbare Fasern aufweist, die zum Integrieren paralleler Stränge einzelner Fasern verwendet werden. Auf diese Weise werden "einzelne" parallele Stränge in die Faserverstärkungsmatte eingebettet, also darin aufgenommen. Diese parallelen Stränge können in Längsrichtung in direktem Kontakt miteinander stehen, oder sie können durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sein. Demgemäß kann der Vorteil des Verwendens einzelner Faserverstärkungsstränge für eine Mattenstruktur ausgenutzt werden. Solche durch Schmelzen verbindbare Fasern sind beispielsweise in der am 8. November 1989 veröffentlichten europäischen Patentanmeldung 340 982 offenbart.
Das Faserverstärkungsmaterial kann so orientiert sein, wie es für vorteilhafte Anwendungen der vorliegenden Erfindung erwünscht ist. Insbesondere kann das Faserverstärkungsmaterial zufällig verteilt sein, oder die Fasern und/oder Stränge können so orientiert sein, daß sie sich entlang einer Richtung erstrecken, die zum Verleihen verbesserter Festigkeits- und Zugbeständigkeitseigenschaften gewünscht ist.
Wie zuvor erwähnt wurde, können einzelne Verstärkungsstränge bei bestimmten Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb einer Schicht von Faserverstärkungsmaterial aneinander angrenzen, ohne daß sie einander überlappen oder kreuzen, oder die Verstärkungsstränge können miteinander verflochten sein. Sie können auch die Form mehrerer nicht verflochtener paralleler und in einer Ebene liegender Verstärkungsstränge annehmen. Weiterhin kann es mehrere Schichten, also Ebenen von Faserverstärkungsmaterial geben, die parallel oder senkrecht zueinander orientiert sein können.
Das Faserverstärkungsmaterial kann so gerichtet werden, daß der Hauptteil der Festigkeit in Querrichtung dem organischen polymerischen Bindemittel zugeschrieben werden kann. Um dies zu erreichen, wird entweder ein hohes Verhältnis zwischen dem Gewicht des Bindemittels und demjenigen des Faserverstärkungsmaterials von beispielsweise etwa 10 : 1 verwendet, oder das Faserverstärkungsmaterial, das gewöhnlich in Form einzelner Verstärkungsstränge vorliegt, ist nur in der Bearbeitungsrichtung, also in Längsrichtung der Schleife, vorhanden.
Wieder auf die Figuren Bezug nehmend sei bemerkt, daß die Fig. 2 bis 5 verschiedene beschichtete Schleifmittel gemäß der Erfindung (nicht maßstabgerecht) zeigen. Es ist bevorzugt, daß das Faserverstärkungsmaterial, insbesondere die einzelnen Verstärkungsstränge, in einer beschichteten Schleifkonstruktion in einer vorbestimmten, also nicht zufälligen Position oder Anordnung vorhanden sind. Beispielsweise sind die einzelnen Wicklungen 31 in der Schicht von Faserverstärkungssträngen bei der Ausführungsform 30 aus Fig. 2 so orientiert, daß sie sich in Bearbeitungsrichtung, also der Längsrichtung des Artikels 30 erstrecken, wobei Fig. 2 eine Darstellung eines endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmaterials ist, wobei ein Teil einer Innenschicht der Verstärkungsstränge freiliegt.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, die eine vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht des endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels 30 bei Betrachtung im wesentlichen entlang der Linie 4-4 aus Fig. 2 ist, ist das Faserverstärkungsmaterial in zwei bestimmten Schichten 32 und 33 vorhanden, wobei sich verfestigte organische Bindemittelschichten 34, 35 und 36 oberhalb der Schichten von Faserverstärkungsmaterial 32 und 33, zwischen ihnen und unter ihnen befinden. Eine Schicht (33) ist oberhalb der anderen Schicht (32) angeordnet und durch eine Schicht aus organischem Bindemittel 35 von dieser getrennt. Die Schicht 33 ist eine Schicht von Fasersträngen, wobei die Wicklungen 31 in Längsrichtung des Artikels verlaufen. Die Schicht 32 ist eine Schicht aus einer Faserverstärkungsmatte oder -bahn. Diese Orientierung der Stränge in Längsrichtung des Artikels bietet vorteilhafte Eigenschaften, insbesondere Zugfestigkeit, also Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Zerreißen in Längsrichtung der Schleife. Die Schichten 34, 35 und 36 entsprechen alle dem Bindemittel 13 aus den Fig. 1 und 2. Es wird verständlich sein, daß die Zusammensetzung der Bindemittelschichten 34, 35 und 36 gleich oder verschieden sein kann. Schleifteilchen 16 und die Überbeschichtung 17 sind in Fig. 1 dargestellt.
Wenngleich dies in keiner bestimmten Figur dargestellt ist, können die Faserverstärkungsstränge alternativ so orientiert sein, daß sie sich in Querrichtung eines beschichteten Schleifmittels erstrecken oder sich der Querrichtung zumindest annähern. Weiterhin können bei in keiner bestimmten Figur dargestellten alternativen Ausführungsformen abwechselnde Schichten von Verstärkungssträngen so orientiert sein, daß sie sich in Längsrichtung bzw. Querrichtung des beschichteten Schleifmittels als ein Gitter erstrecken, falls dies gewünscht ist. Eine erhebliche Verbesserung der Zugfestigkeit in Querrichtung wird erreicht, wenn sich die Fasern in Querrichtung erstrecken, und Segmente können unter Bildung segmentierter beschichteter Schleifmittel verspleißt werden.
Fig. 4 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht eines endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels gemäß der vorliegenden Erfindung bei im wesentlichen analoger Betrachtung entlang der Linie 4-4 aus Fig. 2. Der Artikel 50 weist in seiner inneren Struktur eine Schicht einer Faserverstärkungsmatten-Struktur 52 auf. Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform zeigt eine Faserverstärkungsmatten-Struktur mit einzelnen darin aufgenommenen parallelen Fasersträngen 53. Wenngleich dies in Fig. 4 nicht speziell dargestellt ist, besteht die Schicht der Faserverstärkungsmatten-Struktur typischerweise aus mindestens zwei Wicklungen der Verstärkungsmatte. Bindemittelschichten 55 und 56 entsprechen dem Bindemittel 13, wie mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde. Schleifteilchen 16 und die Überbeschichtung 17 sind in Fig. 1 dargestellt.
Falls nur eine Schicht einer Fasermattenstruktur oder eine Schicht von Faserverstärkungssträngen verwendet wird, ist die Schicht vorzugsweise im Mittelteil der Dicke des Bindemittels 13 orientiert, wenngleich sie zu einer der Außenflächen des Artikels hin angeordnet sein kann. Das heißt, daß, falls es nur eine Schicht eines Faserverstärkungsmaterials gibt, sich dieses nicht auf oder an der Oberfläche des Artikels befindet, sondern vielmehr in die innere Struktur des Bindemittels 13 eingeschlossen ist. Demgemäß gibt es an den Außen- und Innenflächen eines endlosen, nahtlosen Artikels im allgemeinen kein freiliegendes Faserverstärkungsmaterial.
Auf die Ausführungsform aus Fig. 5, die eine vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht eines endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels gemäß der vorliegenden Erfindung bei im wesentlicher analoger Betrachtung entlang der Linie 4-4 aus Fig. 2 ist, Bezug nehmend sei bemerkt, daß ein Artikel 60 drei parallele Schichten, also Ebenen 62, 63 und 64 aus Faserverstärkungsmaterial aufweist. Diese drei Schichten 62, 63 und 64 sind voneinander durch Bereiche organischen polymerischen Bindemittels 65 und 66 getrennt, die dem Bindemittel 13 in Fig. 1 entsprechen. Diese drei Schichten 62, 63 und 64 überlappen oder kreuzen einander gewöhnlich nicht und sind gewöhnlich nicht miteinander verflochten, und sie sind mit Bereichen des organischen Bindemittels 67 und 68 beschichtet. Wenngleich jede der Schichten aus Faserverstärkungsmaterial eine Schicht aus Verstärkungssträngen, eine Schicht aus einer Faserverstärkungsmatte oder -bahn oder eine Schicht aus einer Faserverstärkungsmatte mit darin aufgenommenen Verstärkungssträngen sein könnte, zeigt die Ausführungsform in Fig. 5 die Schichten 62 und 64 als Schichten einer Fasermattenstruktur und die Schicht 63 als eine Schicht von in Bearbeitungsrichtung, also in Längsrichtung des Artikels 60 angeordneten Fasersträngen. Es sei auch bemerkt, daß die Bindemittelschichten 65 und 66 beim Herstellen eines Artikels in der Art des in Fig. 5 dargestellten gleichzeitig oder in zwei getrennten Schritten aufgebracht werden können und daß die Schichten 65 und 66 die gleichen oder verschiedene organische Polymere aufweisen können.
In den Fig. 3, 4 und 5 ist jeweils eine optionale Schicht 37, 57 bzw. 69 dargestellt. Diese betrifft den zuvor erwähnten optionalen Papier- oder Polymerfilm, der zum Erhöhen der Reißfestigkeit, zum Verringern des Abriebs und/oder zum Verbessern des ästhetischen Erscheinungsbilds des Artikels verwendet werden kann. Der Papier- oder Kunststoffilm kann einfach verwendet werden, um das Ablösen des Produkts von einer Tragstruktur während der Herstellung zu gewährleisten. Bevorzugte Polymerfilme sind solche, die Polyester, Polyimid, Polyethylen, Polyamid, Polysulfon und Polypropylen aufweisen.
Beschichtete Schleifmittel gemäß der vorliegenden Erfindung weisen mindestens eine Schicht von Verstärkungssträngen oder mindestens eine Schicht einer Faserverstärkungsmatten- oder -bahnstruktur oder mindestens eine Schicht einer Faserverstärkungsmatte mit darin aufgenommenen Verstärkungssträngen auf. Bevorzugte Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung weisen mehrere Schichten aus Faserverstärkungsmaterial auf. Bevorzugtere Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung weisen zum Erreichen einer vorteilhaften Festigkeit in Längs- und Querrichtung mindestens eine Schicht einer Fasermattenstruktur und mindestens eine Schicht von Verstärkungssträngen auf.

Optionale Zusatzstoffe

Die beschichteten Schleifmittel gemäß der vorliegenden Erfindung können weiter und vorteilhafterweise für bestimmte Anwendungen der vorliegenden Erfindung andere Zusatzstoffe aufweisen. Beispielsweise ist das Aufnehmen eines Mitteis zur Erhöhung der Zähigkeit in das Bindemittel 13 für bestimmte Anwendungen bevorzugt. Bevorzugte Mittel zur Erhöhung der Zähigkeit sind gummiartige Polymere oder Weichmacher. Die bevorzugten aus Kautschuk bestehenden Mittel zur Erhöhung der Zähigkeit sind künstliche Elastomere. Vorzugsweise wird mindestens eine wirksame Menge eines Mittels zur Erhöhung der Zähigkeit verwendet. Der Begriff "wirksame Menge" bezeichnet in diesem Zusammenhang eine zum Erreichen einer Verbesserung der Flexibilität und Zähigkeit ausreichende Menge.
Andere Materialien, die für bestimmte Anwendungen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise zum Bindemittel 13 hinzugefügt werden können, sind anorganische oder organische Füllstoffe. Anorganische Füllstoffe sind auch als mineralische Füllstoffe bekannt. Ein Füllstoff ist als ein teilchenförmiges Material definiert, das typischerweise eine Teilchengröße von weniger als etwa 100 Mikrometer, vorzugsweise von weniger als etwa 50 Mikrometer aufweist. Der Füllstoff kann auch die Form massiver oder hohler Kugelkörper in der Art von hohlen Glas-Kugelkörpern oder hohlen Phenol-Kugelkörpern aufweisen. Füllstoffe können gleichmäßig innerhalb des Bindemittels 13 verteilt werden. Beispiele für Anwendungen der vorliegenden Erfindung verwendbarer Füllstoffe sind Rußschwarz, Calciumcarbonat, Siliciumdioxid, Calciummetasilicat, Kryolith, Phenol-Füllstoffe oder Polyvinylalcohol- Füllstoffe. Wenn ein Füllstoff verwendet wird, wird theoretisch davon ausgegangen, daß der Füllstoff den Raum zwischen den Verstärkungsfasern ausfüllt und möglicherweise das Ausbreiten von Rissen durch das Bindemittel 13 verhindert. Typischerweise wird ein Füllstoff nicht mit einem größeren Anteil als etwa 70 Gew.-% auf der Grundlage des Gewichts des Bindemittels 13 und 70 Gew.-% auf der Grundlage des Gewichts der Überbeschichtung verwendet.
Andere verwendbare Materialien oder Bestandteile, die für bestimmte Anwendungen der vorliegenden Erfindung zum Bindemittel 13 hinzugefügt werden können, sind Pigmente, Öle, Antistatikmittel, Flammenhemmer, Wärmestabilisatoren, Ultraviolettstabilisatoren, innere Schmierstoffe, Antioxidantien und Prozeßhilfen. Beispiele von Antistatikmitteln sind Graphitfasern, Rußschwarz, Metalloxide, wie Vanadiumoxid, leitende Polymere, Feuchthaltemittel und Kombinationen von diesen. Diese Materialien sind weiter beispielsweise in US-A- 5 108 463, US-A-5 137 542 und US-A-5 203 884 beschrieben.

Haftschichten

Die Haft- oder Klebeschicht (die sogenannte "Überbeschichtung" 17 aus Fig. 1) bei den beschichteten Schleifartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Harz-Haftmittel. Verwendbare Harz-Klebstoffe sind solche, die mit dem organischen polymerischen Bindemittel 13 verträglich sind. Ausgehärtete Harz-Klebstoffe vertragen auch Schleifbedingungen, so daß sich die Klebstoffschicht(en) nicht verschlechtert/verschlechtern und das Schleifmaterial verfrüht freigibt/freigeben.
Überklebstoffe bestehen vorzugsweise aus unter Wärme aushärtendem Harz. Beispiele verwendbarer unter Wärme aushärtender Harz-Klebstoffe, die für diese Schichten geeignet sind, sind jene, die oben als beim Bilden des Bindemittels 13 verwendbar erwähnt wurden.
Die Überklebstoffschicht (17 in Fig. 1) kann vorzugsweise andere Materialien enthalten, die gewöhnlich in Schleifartikeln verwendet werden. Diese als Zusatzstoffe bezeichneten Materialien sind Schleifhilfen, Kopplungsmittel, Befeuchtungsmittel, Farbstoffe, Pigmente, Weichmacher, Ablösemittel oder Kombinationen von diesen. Es könnten auch andere Füllstoffe als Zusatzstoffe in diesen Schichten verwendet werden. Füllstoffe oder Schleifhilfen sind typischerweise auf der Grundlage des Gewichts des Klebstoffs bei der Überbeschichtung in keinem größeren Anteil als etwa 70 Gew.-% vorhanden. Beispiele verwendbarer Füllstoffe sind Calciumsalze, wie Calciumcarbonat und Calciummetasilicat, Siliciumdioxid, Metalle, Kohlenstoff oder Glas.
Die optionale Supersizeschicht kann bevorzugt eine Schleifhilfe zum Verbessern der Abtrageigenschaften des beschichteten Schleifmittels aufweisen. Beispiele von Schleifhilfen sind Kaliumtetrafluoroborat, Kryolith, Ammoniumkryolith oder Schwefel. Typischerweise würde nicht mehr als eine Schleifhilfe verwendet werden, die zum Erreichen der gewünschten Ergebnisse erforderlich ist.
Vorzugsweise bestehen die Klebstoffschichten aus einem herkömmlichen mit Calciumsalz gefüllten Harz, wie beispielsweise Resolphenolharz. Resolphenolharze sind mindestens wegen ihrer Wärmebeständigkeit, ihrer relativ geringen Feuchtigkeitsempfindlichkeit, ihrer hohen Härte und ihrer geringen Kosten bevorzugt. Die Klebstoffschichten enthalten bevorzugter etwa 45-55 Gew.-% Calciumcarbonat oder Calciummetasilicat in einem Resolphenolharz. Am bevorzugtesten enthalten die Klebstoffschichten etwa 50 Gew.- % Calciumcarbonat-Füllstoff und etwa 50 Gew.-% Resolphenolharz, Aminoplast oder eine Kombination von diesen. Hierbei beruhen diese Prozentsätze auf dem Gewicht des Klebstoffs.

Schleifmaterial

Beispiele des zur Verwendung bei Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung geeigneten Schleifmaterials 16 sind geschmolzenes Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid, keramisches Aluminiumoxid, Silicumcarbid, Aluminiumoxidzirconiumoxid, Granat, Diamant, kubisches Bornitrid oder Mischungen von diesen. Der Begriff "Schleifmaterial" schließt Schleifkörner, Agglomerate oder mehrkörnige Schleifkörnchen ein. Ein Beispiel dieser Agglomerate ist in US-A-4 652 275 beschrieben. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, durch ein Verdünnungsmittel abtragbare Agglomeratkörner zu verwenden, wie in US-A-5 078 753 offenbart ist.
Ein bevorzugtes Schleifmaterial sind auf Aluminiumoxid beruhende Schleifkörner. Für Anwendungen der vorliegenden Erfindung verwendbare Aluminiumoxidkörner sind geschmolzene Aluminiumoxide, wärmebehandelte Aluminiumoxide und keramische Aluminiumoxide, Beispiele von keramischen Aluminiumoxiden sind in US-A-4 314 827, US-A-4 744 802, US-A-4 770 671 und US-A- 4 881 951 offenbart.
Die durchschnittliche Teilchengröße der Schleifkörner für vorteilhafte Anwendungen der vorliegenden Erfindung beträgt mindestens etwa 0,1 Mikrometer, vorzugsweise mindestens etwa 100 Mikrometer. Eine Korngröße von etwa 100 Mikrometern entspricht nach der Norm B74.18-1984 von American National Standards Institute (ANSI) etwa Schleifkörnern der Klasse 120 beschichteter Schleifmittel. Die Schleifkörner können abhängig von der gewünschten Endanwendung des beschichteten Schleifmittels ausgerichtet oder nicht ausgerichtet auf das Bindemittel 13 aufgebracht werden.

Herstellung der beschichteten Schleifartikel

Es können verschiedene Verfahren zum Herstellen von Schleifartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Das gewählte Verfahren hängt typischerweise vom Typ des gewählten Bindemittels 13 ab.
Ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Schleifmittels weist auf:
(a) Bereitstellen eines Faserverstärkungsmaterials,
(b) Aufbringen einer organischen polymerischen Bindemittelvorstufe auf das Faserverstärkungsmaterial in einer ausreichenden Menge, um das Verstärkungsmaterial mit der Bindemittelvorstufe einzuschließen und weiter einen Bereich der Bindemittelvorstufe bereitzustellen, der im wesentlichen von dem Verstärkungsmaterial frei ist,
(c) Aufbringen mehrerer Schleifteilchen auf den vom Verstärkungsmaterial im wesentlichen freien Bereich der Bindemittelvorstufe, so daß die Schleifteilchen aus der Bindemittelvorstufe vorstehen, und
(d) Aussetzen der Konstruktion aus dem Schritt (c) gegenüber Bedingungen, die ausreichen, um die Bindemittelvorstufe zu verfestigen und dadurch ein Bindemittel zu bilden, wobei der größte Teil der Schleifteilchen aus dem Bindemittel vorsteht.
Ein kontinuierlicher Bahnprozeß, der zum Herstellen mit Nähten versehener beschichteter Schleifmittel verwendbar ist, weist auf:
(a) Hindurchführen eines nicht gewebten Bahnmaterials durch eine Beschichtungsstation, um das nicht gewebte Material in eine organische polymerische Bindemittelvorstufe einzuschließen und dadurch ein gesättigtes nicht gewebtes Material zu bilden, das einen von dem nicht gewebten Material im wesentlichen freien Bereich der Bindemittelvorstufe aufweist,
(b) Einbetten eines Faserverstärkungsgarns in das gesättigte nicht gewebte Material, um einen von dem nicht gewebten Material und dem Garn im wesentlichen freien Bereich zu bilden,
(c) über elektrostatische Kräfte erfolgendes Zuführen mehrerer Schleifteilchen in den von dem nicht gewebten Material und dem Garn im wesentlichen freien Bereich der Bindemittelvorstufe,
(d) Aussetzen der sich aus dem Schritt (c) ergebenden Konstruktion gegenüber Bedingungen, die zum Verfestigen der Bindemittelvorstufe unter Bildung eines Bindemittels ausreichen,
(e) Aufbringen einer Überbeschichtungsvorstufe auf die Schleifteilchen und das Bindemittel,
(f) Aussetzen der sich aus dem Schritt (e) ergebenden Konstruktion gegenüber Bedingungen, die zum Verfestigen der Überbeschichtungsvorstufe unter Bildung eines leimbeschichteten Schleifmittels ausreichend sind,
(g) optionales weiteres Verarbeiten des leimbeschichteten Schleifmittels durch Prozeduren, wie ein zusätzliches Aushärten, Biegen und/oder Befeuchten, und
(h) Umwandeln des leimbeschichteten Schleifmittels, so daß es die gewünschte Form oder Gestalt annimmt.
Ein bevorzugtes kontinuierliches Verfahren zum Herstellen des Schleifartikels gemäß der Erfindung besteht darin, zuerst ein nicht gewebtes bzw. Vlies-Substrat mit einer Bindemittelvorstufe zu sättigen. Dieses Sättigen kann durch irgendein herkömmliches Beschichtungsverfahren, wie Aufsprühen, Walzbeschichten, Messerbeschichten, Eintauchen und Abquetschbeschichten, erreicht werden, wobei die bevorzugte Technik das Messerbeschichten des nicht gewebten Substrats mit der Bindemittelvorstufe ist. Als nächstes wird dieses gesättigte nicht gewebte Material auf eine Tragstruktur aufgebracht. Daraufhin werden abwechselnd Garne von Nylon und Glasfasern auf das nicht gewebte Substrat aufgebracht. Wenn die Garne aufgebracht werden, sollte die Spannung so festgelegt werden, daß die Garne in das gesättigte nicht gewebte Material heruntergezogen werden. Diese Zugspannung unterstützt auch das Befeuchten der Verstärkungsgarne mit der Bindemittelvorstufe. Es gibt genug von der Bindemittelvorstufe, um die Verstärkungsgarne zu befeuchten und einzuschließen und damit noch ein Überschuß der Bindemittelvorstufe über den Verstärkungsgarnen vorhanden ist. Das nicht gewebte Material und die Verstärkungsgarne werden vorzugsweise auf die Tragstruktur aufgebracht, um eine gleichmäßige Anordnung zu erzeugen. In manchen Fällen werden die nicht gewebten Fasern und/oder die Verstärkungsfasern in zwei Schichten aufgebracht, wobei diese zwei Schichten um 180º phasenverschoben sind.
Wie in Fig. 1 allgemein dargestellt ist, liegen die Verstärkungsfasern im wesentlichen in einer ersten Ebene. Falls es mehr als einen Typ von Verstärkungsfasern oder zwei oder mehr Schichten von Verstärkungsfasern gibt, liegen alle Verstärkungsmaterialien verhältnismäßig dicht beieinander. Demgemäß soll diese erste Ebene alle Verstärkungsfasern enthalten.
Fig. 13 zeigt eine schematische, verkleinerte Ansicht eines kontinuierlichen Bahnprozesses, der zum Erzeugen mit einer Naht versehener beschichteter Schleifmittel gemäß der Erfindung verwendbar ist. Eine Rolle von Verstärkungsfasern 31, also eine Rolle nicht gewebten Materials 31 wird abgewickelt und nachfolgend an einer Beschichtungsstation 32 mit einer Bindemittelvorstufe 33 beschichtet. Dieses Beschichten kann durch irgendeine der zuvor erwähnten Techniken erreicht werden. Es ist die Verwendung einer Messerbeschichtungseinrichtung bevorzugt. Optional können andere Verstärkungsfasern, beispielsweise Verstärkungsgarne 35, eine Abwickelstation 34 verlassen und in die Bindemittelvorstufe eingebettet werden. Die Bindemittelvorstufe befeuchtet dann diese Verstärkungsgarne oder schließt sie im wesentlichen ein. Als nächstes werden Schleifteilchen 37, vorzugsweise durch eine elektrostatische Beschichtungseinrichtung 36, schichtförmig in die Bindemittelvorstufe aufgenommen. Es wird eine Grundplatte 38 über der Bahn angeordnet. Daraufhin wird die sich ergebende Konstruktion Bedingungen ausgesetzt, die dem Verfestigen der Bindemittelvorstufe dienen. Es ist bevorzugt, daß die Bindemittelvorstufe einer Energiequelle 39 von thermischer Energie oder von Strahlungsenergie ausgesetzt wird. Als nächstes wird eine Überbeschichtungsvorstufe 42 durch irgendeine herkömmliche Technik schichtförmig auf die Schleifteilchen aufgebracht. In Fig. 13 wird die Überbeschichtungsvorstufe durch eine Walzbeschichtungseinrichtung 40 aufgebracht. Die sich ergebende Konstruktion wird dann Bedingungen ausgesetzt, die ausreichen, um die Überbeschichtungsvorstufe zu verfestigen. Typischerweise wird die Überbeschichtungsvorstufe einer Energiequelle 43 ausgesetzt. Das sich ergebende beschichtete Schleifmittel 44 wird dann zu einer Rolle gewickelt. Es kann daraufhin eine weitere Verarbeitung, wie ein zusätzliches Aushärten, Biegen und/oder Befeuchten, vorgenommen werden. Nach dieser optionalen weiteren Verarbeitung kann das beschichtete Schleifmittel in Bahnform so umgewandelt werden, daß es die gewünschte Form oder Gestalt annimmt.
Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, während des in Fig. 13 dargestellten Prozesses eine Trägerbahn oder eine Stützbahn zu verwenden. Die Trägerbahn hilft dabei, die "Schleifbahn" zu unterstützen, bis die Bindemittelvorstufe verfestigt werden kann. Die Stützbahn kann aus irgendeinem Material bestehen, das die erforderliche Festigkeit und Wärmebeständigkeit aufweist. Beispiele solcher Trägerbahnen sind Papier, Polymerfilm, Kautschukbahnen, Stoff, vulkanisierte Fasern, metallische Riemen sowie behandelte Spielarten und Kombination von diesen. Die Trägerbahn kann perforiert sein. Die Vorderfläche der Trägerbahn kann auch eine Ablösebeschichtung aufweisen, so daß die Trägerbahn nach dem Verfestigen der Grundbeschichtung nicht am Bindemittel haftet.
Die bevorzugte Überbeschichtung ist ein mit einer Schleifhilfe oder einem anorganischen Füllstoff gefülltes Resolphenolharz. Es ist für endlose, nicht verspleißte Bänder bevorzugt, die Überbeschichtungsvorstufe über die Schleifteilchen zu sprühen. Vorzugsweise werden zwei oder mehr Sprühdurchgänge verwendet, um die Überbeschichtungsvorstufe aufzubringen. Nach dem Aufbringen der Überbeschichtungsvorstufe wird sie verfestigt, nachdem sie typischerweise einer Energiequelle ausgesetzt wurde. Typische und bevorzugte Energiequellen sind thermische Energiequellen und Strahlungs- Energiequellen.
Schleifteilchen-Beschichtungstechniken, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar sind, können aus der aus elektrostatischem Beschichten, Tropfbeschichten und magnetischem Beschichten bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Bei der dritten und vierten Ausführungsform kann eine Überbeschichtungsvorstufe auf eine nicht ausgehärtete oder nur teilweise verfestigte Bindemittelvorstufe aufgebracht werden, was bedeutet, daß die Bindemittelvorstufe keinen Bedingungen zum Einleiten der Polymerisation oder des Härtens ausgesetzt wurde.
Die beim ersten und dritten Verfahren verwendete Tragstruktur ist vorzugsweise eine Trommel, die aus einem starren Material, wie Stahl, Metall, Keramik oder einem starken Kunststoffmaterial bestehen kann. Die Trommel wird auf einer Spindel angeordnet, so daß sie mit gesteuerter Geschwindigkeit von einem Motor gedreht werden kann. Diese Drehung kann abhängig von der Anwendung von 0,1 bis 500 Umdrehungen je Minute (rpm), vorzugsweise von 1 bis 100 rpm reichen.
Die Trommel kann einstückig ausgelegt sein oder aus Segmenten oder Teilen bestehen, die zum einfachen Entfernen des endlosen, nahtlosen Artikels zusammengefaltet werden können. Falls ein großer, endloser, nahtloser Artikel bevorzugt ist, besteht die Trommel zum Erreichen der Zusammenfaltbarkeit und zum einfachen Entfernen des Artikels typischerweise aus Segmenten. Falls eine solche Trommel verwendet wird, kann die Innenfläche des Artikels kleine Grate aufweisen, wo die Segmente zusammengefügt werden und in der Trommel eine Naht bilden. Wenngleich es bevorzugt ist, daß die Innenfläche im allgemeinen von solchen Graten frei ist, können solche Grate bei endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmitteln gemäß der vorliegenden Erfindung geduldet werden, um insbesondere bei großen Riemen eine einfache Herstellung zu erreichen.
Die Abmessungen der Trommel entsprechen im allgemeinen den Abmessungen der endlosen, nahtlosen Artikel. Der Umfang der Trommel entspricht im allgemeinen dem inneren Umfang der endlosen, nahtlosen Artikel. Die Breite der endlosen, nahtlosen Artikel kann irgendeinen Wert annehmen, der kleiner ist als die Breite der Trommel oder dieser gleicht. Ein einziges, endloses, nahtloses beschichtetes Schleifmittel kann auf der Trommel hergestellt werden, von der Trommel entfernt werden, und die Seiten können zugerichtet werden. Zusätzlich kann das beschichtete Schleifmittel in Längsrichtung in mehrere Artikel geschoben werden, wobei jeder eine Breite aufweist, die erheblich kleiner ist als diejenige des ursprünglichen Artikels.
Es ist in vielen Fällen bevorzugt, daß eine Ablösebeschichtung auf den Umfang der Trommel aufgebracht wird, bevor das Bindemittel oder irgendwelche der anderen Bestandteile aufgebracht werden. Hierdurch wird ein einfaches Ablösen des endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels nach dem Verfestigen des Bindemittels erreicht. In den meisten Fällen wird diese Ablösebeschichtung nicht Teil des endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels. Falls bei der Herstellung eines großen, endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels eine zusammenfaltbare Trommel verwendet wird, hilft ein solcher Ablöse-Liner dabei, das Bilden von Graten in der Innenfläche des Artikels zu verhindern oder zumindest zu verringern, wie oben erörtert wurde. Beispiele solcher Ablösebeschichtungen sind Silikone, Fluorchemikalien oder mit Silikonen oder Fluorchemikalien beschichtete Polymerfilme. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, eine zweite Ablösebeschichtung zu verwenden, die über der endgültigen oder oberen Beschichtung des Bindemittels angeordnet wird. Diese zweite Ablösebeschichtung ist typischerweise während des Verfestigens des Bindemittels vorhanden und kann danach entfernt werden.
Das unter Wärme aushärtende Bindemittel wird typischerweise in einem flüssigen oder halbflüssigen Zustand auf die Trommel aufgebracht. Das Aufbringen des Bindemittels kann durch irgendeine wirksame Technik, wie Sprühen, Düsenbeschichten, Messerbeschichten, Walzbeschichten, Streichbeschichten oder Übertragungsbeschichten erfolgen. Für diese Beschichtungstechniken wird die Trommel typischerweise während des Aufbringens des unter Wärme aushärtenden Bindemittels gedreht. Wie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt ist, kann ein unter Wärme aushärtendes Bindemittel 72 durch eine Streichbeschichtungseinrichtung 74 aufgebracht werden, die über der Trommel 76 sitzt. Wenn sich die Trommel 76 dreht, wird das unter Wärme aushärtende Bindemittel 72 auf den Außenbereich 77 der Trommel 76 aufgebracht. Es ist typischerweise mehr als eine Drehung der Trommel erforderlich, um die richtige Beschichtung des unter Wärme aushärtenden Bindemittels zu erhalten, so daß das Faserverstärkungsmaterial vollständig beschichtet wird und das organische Bindemittel im Endprodukt vollständig umgibt. Das unter Wärme aushärtende Bindemittel 72 kann auch erwärmt werden, um seine Viskosität zu verringern und es beim Beschichtungsprozeß leichter verwendbar zu machen.
Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, mehr als einen Typ von Bindemittel 13 zu verwenden. Wenn dies erfolgt, können die zwei oder mehr Typen von Bindemitteln, beispielsweise unter Wärme aushärtende Bindemittel, vor dem Beschichtungsschritt gemischt werden und dann auf die Trommel aufgebracht werden. Alternativ kann ein erstes Bindemittel, beispielsweise ein unter Wärme aushärtendes Harz, auf die Trommel aufgebracht werden, dem ein zweites Bindemittel, beispielsweise ein thermoplastisches Material, folgt. Falls ein unter Wärme aushärtendes Harz zusammen mit einem thermoplastischen Material verwendet wird, kann das unter Wärme aushärtende Harz vor dem Aufbringen des thermoplastischen Materials in ein Gel verwandelt oder teilweise gehärtet werden.
Für unter Wärme aushärtende Harze ist der Verfestigungsprozeß tatsächlich ein Härt- oder Polymerisationsprozeß. Das unter Wärme aushärtende Harz wird typischerweise im Laufe der Zeit oder durch eine Kombination von Zeit und Energie gehärtet. Diese Energie kann in Form thermischer Energie, beispielsweise als Wärme oder als Infrarotenergie, vorliegen, oder sie kann in Form von Strahlungsenergie, beispielsweise als ein Elektronenstrahl, als Ultraviolettlicht oder als sichtbares Licht, vorliegen. Für thermische Energie kann die Ofentemperatur innerhalb eines Bereichs von etwa 30-250ºC, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von etwa 75-150ºC liegen. Die für das Aushärten erforderliche Zeit kann von weniger als einer Minute bis zu über 20 Stunden reichen, was von der bestimmten verwendeten chemischen Zusammensetzung des Bindemittels abhängt. Die zum Härten des unter Wärme aushärtenden Bindemittels erforderliche Energiemenge hängt von verschiedenen Faktoren, wie der chemischen Zusammensetzung des Bindemittels, der Dicke des Bindemittels und dem Vorhandensein eines anderen Materials im Bindemittel ab.
Das unter Wärme aushärtende Bindemittel wird vorzugsweise nur getrocknet und in manchen Fällen teilweise verfestigt oder gehärtet, bevor die Schleifteilchen aufgebracht werden.
Das Faserverstärkungsmaterial kann auf mehrere Arten auf die Trommel aufgebracht werden. Das spezielle Verfahren wird in erster Linie durch die Auswahl des Fasermaterials vorgeschrieben. Bei einem bevorzugten Verfahren zum Aufbringen zusammenhängender einzelner Faserverstärkungsstränge wird eine Nivellier-Wickeleinrichtung verwendet. Bei diesem Verfahren wird die Trommel gedreht, während der Faserverstärkungsstrang anfänglich an der Trommel angebracht ist, durch die Nivellier-Wickeleinrichtung gezogen wird und schraubenförmig über die Breite der Trommel um diese herumgewickelt wird, so daß in Längsrichtung um die Länge der Trommel herum eine Schraubenanordnung gebildet wird. Es ist bevorzugt, daß sich die Nivellier-Wickeleinrichtung über die ganze Breite der Trommel bewegt, so daß der zusammenhängende Faserverstärkungsstrang in einer Schicht gleichmäßig um die Trommel herum aufgebracht wird. Bei dieser Ausführungsfarm liegt der Strang in einer Schicht innerhalb des organischen polymerischen Bindemittels in einem schraubenförmig gewickelten Muster mehrerer Wicklungen vor, wobei jede Wicklung des Strangs parallel zur vorherigen Wicklung des Strangs verläuft.
Falls sich die Nivellier-Wickeleinrichtung nicht über die ganze Breite der Trommel bewegt, können die Faserverstärkungsstränge entlang der Breite des nahtlosen, endlosen Artikels in einem bestimmten Abschnitt des Artikels angeordnet werden. Auf diese Weise können Bereiche, in denen Faserverstärkungsstränge in einer Ebene vorhanden sind, voneinander getrennt werden, ohne daß sie einander überlappen. Zum Erreichen einer vorteilhaften Festigkeit liegen die Faserverstärkungsstränge jedoch über die Breite des Riemens in einer zusammenhängenden Schicht vor.
Die Nivellier-Wickeleinrichtung kann auch eine Öffnung aufweisen, so daß der Faserstrang mit einem Bindemittel beschichtet wird, wenn er sich durch die Öffnung vorbewegt. Der Durchmesser der Öffnung wird so ausgewählt, daß er der gewünschten Menge an Bindemittel entspricht.
Es kann zusätzlich bevorzugt sein, zwei oder mehr verschiedene Garne Seite an Seite auf die Nivellier-Wickeleinrichtung zu wickeln. Es ist auch bevorzugt, zwei oder mehr verschiedene Garne zur Zeit in den Artikel zu wickeln. Beispielsweise kann ein Garn aus Glasfasern und das andere aus Polyester bestehen.
Es kann auch eine Zerhackerkanone verwendet werden, um das Faserverstärkungsmaterial aufzubringen. Eine Zerhackerkanone schießt die Fasern auf das Harzmaterial auf der Trommel, vorzugsweise während sich die Trommel dreht und die Kanone ortsfest gehalten wird. Dieses Verfahren ist besonders dann geeignet, wenn die Verstärkungsfasern klein sind, also eine Länge von weniger als etwa 100 mm aufweisen. Falls die Länge der Verstärkungsfasern weniger als etwa 5 Millimeter beträgt, können die Verstärkungsfasern in das Bindemittel gemischt und darin schwebend gehalten werden. Die sich ergebende Mischung aus dem Bindemittel und dem Fasermaterial kann dann ähnlich wie oben für das Bindemittel erörtert auf die Trommel aufgebracht werden.
Bei den Verfahrensausführungsformen 1 und 3 der vorliegenden Erfindung kann das Bindemittel gleichzeitig mit einem Faserverstärkungsmaterial auf eine sich drehende Trommel aufgebracht werden. Das Bindemittel befeuchtet dann typischerweise die Oberflächen des Verstärkungsmaterials. Bei bevorzugten Anwendungen der vorliegenden Erfindung wird das Faserverstärkungsmaterial mit dem Bindemittel beschichtet, und das Bindemittel/Fasermaterial wird dann auf die Trommel aufgebracht.
Falls das Fasermaterial in Form einer Matte oder Bahn, wie einer nicht gewebten oder gewebten Matte, vorliegt, wird die Matte aufgebracht, indem sie von einer Abwickelstation aus gelenkt wird und schraubenförmig während des Drehens der Trommel um diese gewickelt wird. Abhängig von der gewünschten speziellen Konstruktion kann die Fasermattenstruktur mehr als einmal um die Trommel gewickelt werden. Es gibt vorzugsweise mindestens zwei Wicklungen der Fasermatte in jeder "Schicht" der Fasermattenstruktur. Auf diese Weise wird eine ausgeprägte Naht in der Schicht vermieden.
Die Fasermattenstruktur kann auf verschiedene Arten mit dem organischen polymerischen Bindemittel kombiniert werden.
Beispielsweise kann die Matte direkt auf das Bindemittel aufgebracht werden, das zuvor auf die Trommel aufgebracht wurde, kann die Matte zuerst gefolgt von dem Bindemittel auf die Trommel aufgebracht werden oder können die Matte und das Bindemittel in einem Arbeitsgang auf die Trommel aufgebracht werden.
Bei bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Fasermattenstruktur vor dem Aufbringen auf die Trommel mit dem Material der organischen polymerischen Bindemittelvorstufe beschichtet (vorzugsweise gesättigt). Dieses Verfahren ist mindestens deswegen bevorzugt, weil die Menge des Bindemittels einfacher überwacht werden kann. Dieses Beschichten oder Sättigen kann durch eine herkömmliche Technik, wie Walzbeschichten, Messerbeschichten, Streichbeschichten, Sprühbeschichten, Düsenbeschichten oder Tauchbeschichten, vorgenommen werden.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, wird die Fasermattenstruktur 82 bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Zwischenartikels (mit einem Bindemittel, das nur teilweise gehärtet ist), mit dem organischen polymerischen Bindemittel 84 gesättigt, wenn sie von einer Abwickelstation 85 entfernt wird. Die Menge des aufgebrachten Bindemittels 84 wird durch eine Messerbeschichtungseinrichtung 86 bestimmt, bei der ein Spalt 88 die Menge des aufgebrachten polymerischen Bindemittels 84 steuert.
Die Zusammensetzung aus der Matte und dem flüssigen Bindemittel (82/84) wird dann in mindestens einer Schicht, also so, daß die Zusammensetzung aus der Matte und dem flüssigen Bindemittel (82, 84) mindestens einmal vollständig um eine Trommel 90 gewickelt wird, auf diese aufgebracht. Wenngleich die Anordnung nahtlos ist, gibt es in der inneren Struktur einer auf diese Weise hergestellten endlosen, nahtlosen Schleife eine Naht. Es ist zum Vermeiden dieser Naht vorzuziehen, die Zusammensetzung aus der Matte und dem flüssigen Bindemittel (82/84) mindestens zweimal um die Trommel 90 zu wickeln. Die Bindemittelvorstufe befeuchtet die Oberfläche der Fasermattenstruktur vor dem Verfestigen, so daß nach dem Aushärten eine einstückige, endlose, nahtlose Konstruktion erreicht wird.
Falls auch eine Schicht eines zusammenhängenden, einzelnen Faserverstärkungsstrangs verwendet wird, kann der oben beschriebene Prozeß bei ihrer Aufbringung verwendet werden. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, beinhaltet das Verfahren die Verwendung eines Garnführungssystems 91 mit einer Nivellier- Wickeleinrichtung 92. Bei diesem Verfahren wird die Trommel 90 gedreht, während der Verstärkungsfaserstrang 94 zu Anfang an der Trommel 90 angebracht ist, durch die Nivellier-Wickeleinrichtung 92 gezogen wird und schraubenförmig über die Breite der Trommel um die Trommel 90 gewickelt wird, so daß die Schicht des Strangs 94 nicht breiter als die Schicht der Matte 82 ist. Es ist bevorzugt, daß sich die Nivellier- Wickeleinrichtung 92 quer über die Breite der Trommel bewegt, so daß der zusammenhängende Verstärkungsfaserstrang 94 gleichmäßig in einer Schicht über die Breite der Matte 82 aufgebracht wird. Demgemäß liegt der Strang 94 in einem schraubenförmig gewundenen Muster aus mehreren Wicklungen in einer Schicht innerhalb des organischen polymerischen Bindemittels vor, wobei jede Wicklung des Strangs parallel zur vorhergehenden Wicklung des Strangs verläuft. Weiterhin befinden sich die einzelnen Wicklungen des Strangs 94 in einem konstanten, von Null verschiedenen Winkel zu den parallelen Seitenrändern der Matte 82. Es wird eine ausreichende Menge der ungehärteten unter Wärme aushärtenden Bindemittelvorstufe 84 auf die Matte 82 aufgebracht, um mindestens oberhalb und unterhalb des Verstärkungsmaterials, also auf der Außen- und der Innenfläche der Schleife eine Harzschicht bereitzustellen. Weiterhin ist eine Harzschicht zwischen der Matte 82 und der Schicht des Faserstrangs 94 vorhanden, falls ausreichend Harz verwendet wird.
In Fig. 8 ist eine Alternative zur Anordnung in Fig. 7 dargestellt, wobei die Messerbeschichtungseinrichtung 86 in Fig. 7 entfernt werden kann und stattdessen eine Dosierpumpe 86a zum Beschichten des Strangs 94 verwendet wird. Typischerweise und vorzugsweise werden mehrere Stränge 94 (gewöhnlich etwa 6 Stränge) durch einen Kamm (nicht dargestellt) geführt und durch einen einzigen Abfluß von der Dosierpumpe 86a, wodurch die unter Wärme aushärtende Bindemittelvorstufe 84a aus einem Behälter 86b gezogen wird, beschichtet. Typischerweise reichen die Flußraten der Bindemittelvorstufe zum Beschichten von 6 Strängen von etwa 20 bis etwa 40 Gramm je Minute.
In Fig. 9 ist eine alternative Ausführungsform zum Bilden eines endlosen, nahtlosen Faserverstärkungs-Zwischenartikels dargestellt. Dieser Prozeß ähnelt dem in Fig. 7 dargestellten, es wird dabei jedoch eine alternative Tragstruktur verwendet. Bei dieser Ausführungsform verwendet der Prozeß eine Fördereinheit 100. Diese spezielle Prozedur zeigt das allgemeine Verfahren zum Herstellen eines endlosen, nahtlosen Zwischenartikels unter Verwendung eines unter Wärme aushärtenden Bindemittels, wenngleich auch ein thermoplastisches Material verwendet werden könnte. Der Zwischenartikel wird auf einer Laufbuchse 102, also in Form eines Bandes, gebildet. Die Laufbuchse 102 besteht vorzugsweise aus Edelstahl. Die Edelstahl-Laufbuchse 102 kann mit einem Silikon-Ablöse- Liner, also einem Material, das zum einfachen Entfernen der gebildeten endlosen, nahtlosen Schleife auf die Außenfläche der Laufbuchse aufgebracht ist, beschichtet sein. Die Laufbuchse 102 kann jede gewünschte Größe aufweisen. Ein typisches Beispiel weist die Form eines 0,4 mm dicken, 10 cm breiten und einen Umfang von 61 cm aufweisenden Bandes auf. Diese Laufbuchse 102 ist typischerweise auf einem zwei Spannrollen aufweisenden, freitragend angeordneten Antriebssystem 104 angebracht, das die Laufbuchse 102 mit jeder gewünschten Geschwindigkeit dreht. Das Antriebssystem 104 besteht aus zwei Antriebs-Spannrollen 106 und 108, einem Motor 110 und einer Riementreibeinrichtung 112.
Die hier hinsichtlich des Bildens eines endlosen, nahtlosen Zwischenartikels auf einer Trommel beschriebenen Prozeduren lassen sich auch auf das Bilden eines Zwischenartikels auf dieser Fördereinheit 100 anwenden. Beispielsweise wird eine nicht gewebte Bahn 82 analog zum in Fig. 7 erörterten Verfahren durch eine Messerbeschichtungseinrichtung 86 mit einem flüssigen organischen Bindemittel 84 gesättigt. Das sich ergebende gesättigte Material, also die Zusammensetzung aus der Matte und dem flüssigen Bindemittel (82/84) wird dann vorzugsweise zweimal um die Außenfläche, also den Außenbereich der Laufbuchse 102 gewickelt, während sie sich bei einer Rate von beispielsweise 2 Umdrehungen je Minute (rpm) am Antriebssystem 104 dreht. Ein einziger Verstärkungsfaserstrang 94 kann dann durch ein Garnführungssystem 91 mit einer Nivellier-Wickeleinrichtung 92, die sich über die Fläche der Antriebs-Spannrolle 108 bewegt, wenn sich die Laufbuchse 102 am Antriebssystem 104 dreht, über die gesättigte nicht gewebte Bahn, also die Zusammensetzung aus der Matte und dem flüssigen Bindemittel (82/84) gewickelt werden. Die Laufbuchse 102 dreht sich typischerweise mit einer Geschwindigkeit von 50 min&supmin;¹. Dies führt zu einem Zwischenprodukt mit einer abgesetzten Schicht von Faserverstärkungssträngen mit einem Abstand von etwa 10 Strängen je cm der Breite. Dieser Strangabstand kann durch Vergrößern oder Verkleinern der Drehrate der Laufbuchse oder durch Vergrößern oder Verkleinern der Geschwindigkeit der Garnführung geändert werden.
Nachdem der Zwischenartikel durch eines der in den Fig. 7 und 9 dargestellten Verfahren gebildet wurde, werden der Zwischenartikel und der Trommel in eine Umgebung gegeben, die zum Trocknen und/oder teilweisen Aushärten der Bindemittelvorstufe geeignet ist. Falls eine unter Wärme aushärtende Bindemittelvorstufe verwendet wird, ist dies im allgemeinen mit dem Anordnen des Zwischenprodukts in einem Stapelofen über sich drehenden Spindeln und mit dem Drehen der Spindeln mit beispielsweise 10 min&supmin;¹ für einen Zeitraum verbunden, wobei der Ofen auf eine Temperatur gelegt ist, die zum teilweisen Aushärten der bestimmten Bindemittelvorstufe erforderlich ist. Danach werden die Trommel und das Zwischenprodukt aus dem Ofen entnommen und an einer sich drehenden Welle über einer mit Schleifteilchen bedeckten heißen Platte angebracht, um die Teilchen elektrostatisch auf das Zwischenprodukt zu schießen, wie in Fig. 14 dargestellt ist, wobei 130 die Trommel mit dem sich darauf befindenden Zwischenartikel 131 darstellt und sich die Trommel 130 über der heißen Platte 132 dreht. Ein elektrisches Feld E mit Kraftlinien 134 schießt Schleifteilchen 135 auf den Zwischenartikel, wobei die Trommel als Erdungsplatte wirkt. Nach dem Aufbringen der Schleifteilchen werden die Trommel und das Zwischenprodukt wieder im Ofen angeordnet, um die Bindemittelvorstufe wieder vollständiger auszuhärten. Alternativ wird eine Überbeschichtungsvorstufe aufgebracht, und das Zwischenprodukt und die Trommel dann im Ofen angeordnet, um die Bindemittelvorstufe vollständig auszuhärten.
Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, ungleichmäßige beschichtete Schleifmittel herzustellen. Es gibt bei ungleichmäßigen Artikeln mindestens zwei verschiedene Bereiche, in denen die Zusammensetzung und/oder der Anteil der Materialien nicht gleichmäßig ist. Diese Ungleichmäßigkeit kann entweder über die ganze Länge des Artikels, die Breite des Artikels oder sowohl über die Länge als auch über die Breite des Artikels auftreten. Die Ungleichmäßigkeit der Zusammensetzung kann dem Bindemittel 13, dem Faserverstärkungsmaterial oder irgendwelchen optionalen Zusatzstoffen zugeschrieben werden. Die Ungleichmäßigkeit kann auch unterschiedlichen Materialien in verschiedenen Bereichen des Artikels oder dem Mangel an einem Material in bestimmten Bereichen des Artikels zugeordnet werden.
In den Fig. 10 bis 12 sind drei Ausführungsformen ungleichmäßiger beschichteter Schleifmittel dargestellt. Wie in Fig. 10 dargestellt ist, weist das beschichtete Schleifmittel 100 drei Bereiche 101, 102, 103 auf. Der mittlere Bereich 102 weist ein Verstärkungsgarn auf, während die angrenzenden Bereiche 101 und 102 keine Verstärkungsgarne aufweisen. Die Bereiche 101 und 102 bestehen ausschließlich aus dem Bindemittel 13 aus Fig. 1. Das sich ergebende beschichtete Schleifmittel wird gewöhnlich flexiblere Ränder aufweisen. Wie in Fig. 11 dargestellt ist, weist das beschichtete Schleifmittel 110 drei Bereiche 111, 112 und 113 auf. Der mittlere Bereich 112 des Artikels besteht im wesentlichen nur aus dem Bindemittel 13 (Fig. 1), und die an den Mittelbereich 111 und den Bereich 113 angrenzenden Bereiche weisen das Bindemittel und das Verstärkungsmaterial auf. Wie in Fig. 12 dargestellt ist, weist das beschichtete Schleifmittel 120 zwei Bereiche 121 und 122 auf. Im Bereich 122 weist der Artikel Bindemittel, Verstärkungsstränge und eine Verstärkungsmatte auf. Im Bereich 121 weist der Artikel nur Bindemittel und Verstärkungsfasern auf. Es gibt viele Kombinationen von Bindemittel, Verstärkungssträngen, Verstärkungsmatten, Zusatzstoffen und den Anteilen dieser Materialien. Die spezielle Auswahl dieser Materialien und ihrer Konfiguration hängt von der gewünschten Anwendung für das beschichtete Schleifmittel ab. Beispielsweise kann das oben beschriebene und in Fig. 10 dargestellte beschichtete Schleifmittel Anwendungen für einen Abtragvorgang aufweisen, bei dem es gewünscht ist, daß das beschichtete Schleifmittel flexible Ränder aufweist. Das oben beschriebene und in Fig. 11 dargestellte beschichtete Schleifmittel kann Anwendungen für Abtragvorgänge aufweisen, bei denen es gewünscht ist, daß es feste Ränder gibt, um zu verhindern, daß die Ränder ausreißen.
Es gibt viele verschiedene Verfahren zum Herstellen eines ungleichmäßigen beschichteten Schleifmittels. Bei einem Verfahren wickelt die Nivellier-Wickeleinrichtung die Faserstränge nur in bestimmten Bereichen der Trommel. Bei einem anderen Verfahren ordnet die Zerhackerkanone das Verstärkungsmaterial in bestimmten Bereichen an. Bei einem dritten Verfahren werden die Verstärkungsgarne von einer Station abgewickelt und nur in bestimmten Bereichen auf die Trommel gewickelt. Bei einer weiteren Vorgehensweise wird das Bindemittel nur auf bestimmten Bereichen der Trommel angeordnet oder schichtförmig auf diese aufgebracht. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, eine Kombination aller verschiedenen Vorgehensweisen zu verwenden.
Es gibt mehrere Arten, in denen die optionalen Zusatzstoffe aufgebracht werden können. Das Aufbringungsverfahren hängt von den speziellen Bestandteilen ab. Vorzugsweise werden alle Zusatzstoffe im Bindemittel verteilt, bevor das Bindemittel auf die Trommel aufgebracht wird. In manchen Situationen führt das Hinzufügen eines Zusatzstoffs zum Bindemittel jedoch entweder zu einer thixotropen Lösung oder einer Lösung, die eine zu hohe Viskosität aufweist, um verarbeitet zu werden. In dieser Situation wird der Zusatzstoff vorzugsweise getrennt vom Bindemittel aufgebracht. Beispielsweise kann das Bindemittel zuerst auf die Trommel aufgebracht werden, und während es sich in einem "klebrigen" Zustand befindet, können Zusatzstoffe aufgebracht werden. Vorzugsweise dreht sich die Trommel mit dem Bindemittel, während der Zusatzstoff entweder durch Tropfbeschichten auf die Trommel aufgebracht wird oder auf die Trommel getrieben wird. Bei beiden Verfahren kann der Zusatzstoff gleichmäßig über die Breite der Trommel aufgebracht oder in einem bestimmten Bereich konzentriert werden. Alternativ kann der Zusatzstoff (können die Zusatzstoffe) auf das Faserverstärkungsmaterial aufgebracht werden, und die Kombination aus der Faser und dem Zusatzstoff (den Zusatzstoffen) kann auf die Trommel aufgebracht werden.
Falls die Viskosität der Bindemittelvorstufe zu gering ist, neigt die Bindemittelvorstufe während der weiteren Verarbeitung des Schleifartikels dazu, zu zerfließen oder "zu zerlaufen". Dieses Zerfließen ist unerwünscht und kann das Verschieben der Anordnung und der Ausrichtung der Schleifteilchen oder sogar der Verstärkungsfasern hervorrufen. Falls die Viskosität der Bindemittelvorstufe zu hoch ist, befeuchtet die Bindemittelvorstufe die Verstärkungsfasern möglicherweise nicht ausreichend. Ein bevorzugter Viskositätsbereich liegt zwischen etwa 500 bis 20000 mPas (Zentipoise), bevorzugter zwischen etwa 1000 und 5000 mPas (Zentipoise) und am bevorzugtesten zwischen etwa 1500 und 3000 mPas (Zentipoise), wobei dies bei Zimmertemperatur unter Verwendung eines Viskosimeters vom Modell DV-1T von Brookfield mit der Spindel Nummer 3 bei 30 min&supmin;¹ und Zimmertemperatur (20-25ºC) gemessen wird. Die Viskosität kann durch den Lösungsmittelanteil (der Prozentsatz an Feststoffen des Harzes) und/oder die chemische Zusammensetzung des Ausgangsharzes angepaßt werden. Wärme kann auch zum Verringern der Harzviskosität verwendet werden und zusätzlich während der erfindungsgemäßen Prozesse angewendet werden, um ein besseres Befeuchten der Verstärkungsfasern mit der Bindemittelvorstufe zu bewirken. Die Wärmemenge sollte jedoch so gesteuert werden, daß keine vorzeitige Verfestigung der Bindemittelvorstufe auftritt.
Zum Herstellen der endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittel gemäß der Erfindung sollte ausreichend Bindemittel 13 vorhanden sein, um die Oberfläche des Faserverstärkungsmaterials und der Zusatzstoffe vollkommen zu befeuchten und einen Verankerungsmechanismus für die Schleifteilchen bereitzustellen. Weiterhin sollte ausreichend Bindemittel vorhanden sein, damit das Bindemittel die nicht zum Schleifmittel gehörende Oberfläche dichtet und eine relativ "glatte" und gleichmäßige nicht zum Schleifmittel gehörende Oberfläche bereitstellt, wie zuvor erörtert wurde.
Beim Herstellen eines beschichteten Schleifriemens gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Zwischenartikel, auf dem sich Schleifteilchen, jedoch keine Überbeschichtung befindet, um zwei Trommelwalzen herum angebracht werden, die mit einem Motor zum Drehen des Artikels verbunden sind. Alternativ kann das Zwischenprodukt um eine Trommelwalze herum angebracht werden, die mit einem Motor zum Drehen des Artikels verbunden ist. Vorzugsweise kann diese Trommelwalze der Trommel gleichen, die beim Herstellen der zuvor erwähnten Zwischenprodukte verwendet wird. Wenn sich das Zwischenprodukt und die Trommel drehen, kann die Beschichtung der Überklebstoff- Vorstufe durch irgendeine herkömmliche Beschichtungstechnik, wie Walzbeschichten, Sprühbeschichten oder Streichbeschichten, aufgebracht werden. Das Sprühbeschichten ist für bestimmte Anwendungen bevorzugt. Die K. Lebstoffschicht(en) kann/können dann vollständig verfestigt werden, während sich der Artikel noch auf den Trommelwalzen befindet. Alternativ kann das sich ergebende Produkt vor dem Verfestigen der Haftschicht (Haftschichten) von den Trommelwalzen entfernt werden.
Falls das Bindemittel 13 ein thermoplastisches Material ist, gibt es mehrere verschiedene Verfahren, die zum Aufbringen eines thermoplastischen Bindemittels auf eine Nabe, also eine Trommelwalze, verwendet werden können. Beispielsweise kann ein Lösungsmittel zum thermoplastischen Bindemittel hinzugefügt werden, so daß das thermoplastische Material fließen kann. Bei diesem Verfahren kann das thermoplastische Bindemittel durch eine Technik, wie Sprühen, Messerbeschichten, Walzbeschichten, Düsenbeschichten, Streichbeschichten oder Übertragungsbeschichten, auf die Nabe aufgebracht werden. Das thermoplastische Bindemittel wird dann durch einen Trocknungsprozeß zum Entfernen des Lösungsmittels verfestigt. Die Trocknungsbedingungen hängen vom bestimmten verwendeten Lösungsmittel und dem bestimmten verwendeten thermoplastischen Bindemittel ab. Typische Trocknungsbedingungen weisen Temperaturen innerhalb eines Bereichs von etwa 15-200ºC, vorzugsweise 30-100ºC auf.
Alternativ kann das thermoplastische Bindemittel über seinen Erweichungspunkt und vorzugsweise über seinen Schmelzpunkt erwärmt werden, so daß es fließen kann. Bei diesem Verfahren kann das thermoplastische Bindemittel durch irgendeine Technik, wie Sprühen, Messerbeschichten, Walzbeschichten, Düsenbeschichten, Streichbeschichten oder Übertragungsbeschichten, auf die Nabe aufgebracht werden. Das thermoplastische Material wird dann durch Kühlen verfestigt. Bei einem dritten Verfahren kann das thermoplastische Bindemittel in fester oder halbfester Farm aufgebracht werden. Dieses Verfahren ist für bestimmte Anwendungen der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Typischerweise wird ein Segment eines thermoplastischen Materials abgeschnitten und auf die Trommel aufgebracht. Das Faserverstärkungsmaterial und jegliche Zusatzstoffe oder andere Bestandteile werden dann auf die Nabe aufgebracht. Ein zweites Segment eines thermoplastischen Materials wird dann auf das Faserverstärkungsmaterial aufgebracht. Die Nabe und das thermoplastische Material werden dann bis über den Erweichungspunkt und vorzugsweise bis über den Schmelzpunkt des thermoplastischen Bindemittels erwärmt, so daß das thermoplastische Bindemittel zerfließt und das Bindemittel, die Faserverstärkung und optionale Inhaltsstoffe verschmelzt. Das thermoplastische Bindemittel wird dann abgekühlt und verfestigt.
Die elastomeren Bindemittel können dann entweder durch ein Härtemittel und einen Härt- oder Polymerisationsprozeß oder einen Vulkanisationsprozeß verfestigt werden, oder das elastomere Bindemittel kann aus dem Lösungsmittel heraus schichtweise aufgebracht und dann getrocknet werden. Während der Verarbeitung sollten die Temperaturen die Schmelz- oder Zersetzungstemperaturen des Faserverstärkungsmaterials nicht übersteigen.
Bei bestimmten Ausführungsformen beschichteter Schleifmittel gemäß der Erfindung können ein Material wie Stoff, ein Polymerfilm, vulkanisierte Fasern, Vlies, Faserverstärkungsmatte, Papier usw., behandelte Spielarten davon oder Kombinationen davon auf das beschichtete Schleifmittel laminiert werden.
Bei bestimmten Schleifanwendungen, wie Schleifanwendungen, die mit einer Andruckplatte verwendet werden, sollte die Rückseite des beschichteten Schleifmittels während der Verwendung einen geringen Reibkoeffizienten aufweisen. Bei diesen Anwendungen kann ein nicht gewebtes Zellulosematerial, wie Papier, die Rückseite (die nicht schleifende Fläche) des beschichteten Schleifmittels bilden. Während der oben beschriebenen Stapelherstellungsprozesse wird ein Papiersubstrat schraubenförmig auf die Tragtrommel gewickelt. Als nächstes werden die Bindemittelvorstufe und die Verstärkungsfasern (nicht gewebte Garne und/oder Verstärkungsgarne) auf das Papier aufgebracht. Die Bindemittelvorstufe zerfließt und füllt die Zwischenräume der schraubenförmig gewickelten nicht gewebten Fasern auf. Die restlichen Schritte zum Bilden des beschichteten Schleifmittels gleichen im wesentlichen den zuvor beschriebenen. Das Papier kann behandelt werden, oder dies kann ausbleiben. In manchen Fällen wird das Papier irgendeinem Typ einer Behandlung unterzogen, um es zu sättigen oder zu dichten.

Beispiele

Die vorliegende Erfindung wird weiter mit Bezug auf die folgenden detaillierten Beispiele beschrieben, in denen sich alle Anteile und Prozentsätze auf das Gewicht beziehen, soweit nichts anderes angegeben ist. Die folgenden Bezeichnungen werden in allen Beispielen verwendet.
PET1NW eine gesponnene nicht gewebte Polyestermatte mit einer Dicke von 0,127 mm und einem Gewicht von etwa 28 g/m². Sie wurde unter der Handelsbezeichnung "Remay", Ausführung 2275 von Remay Corporation, Old Hickory, TN erworben,
PET Polyethylenterephtalat-Film mit einer Dicke von 5 Millizoll (0,127 mm),
CAT ein in Dioctylphtalat dispergierter Komplex von Methylendianilin und Natriumchlorid. Dieses Material wurde unter der Handelsbezeichnung "Caytur 31" von Uniroyal Chemical Co., Inc., Middlebury, CT erworben,
LR1 ein unter der Handelsbezeichnung "'Hycar 1300 · 31" von BFGoodrich, Cleveland, OH erhältliches Butadienacrylnitrilcopolymer mit endständiger Carboxylgruppe, das einen molaren Acrylnitrilgehalt von 10%, eine Carboxylgehalt-Säurezahl von 28 (Äquivalente je hundert Gummianteile), eine Funktionalität von 1,9, ein zahlenmäßig gemitteltes Molekulargewicht von 3800 und eine durch Differentialscanningkalometrie gemessene Glasübergangstemperatur von -66ºC aufweist,
UR1 ein unter der Handelsbezeichnung ":BL-16" von Uniroyal Chemical Corp. erhältliches Poly-1,4-Butylenglycoldiisocyanat mit einem Ketoximblock mit einem Molekulargewicht von etwa 1500,
ER1 ein unter der Handelsbezeichnung "Epon 828" von Shell Chemical Co., Houston, TX erhältlicher Diglycidylether von Bisphenol-A-Epoxidharz,
ACA ein unter der Handelsbezeichnung "AC-39" von Anhydrides and Chemicals Inc., Newark, NJ erhältliches Anhydrid-Härtemittel,
CA1 2,4,6-Tri(dimethylaminomethyl)phenol, ein unter der Handelsbezeichnung "DMP-30" von Air Products and Chemicals, Allentown, PA erhältlicher Epoxidharz- Härtebeschleuniger,
VIB ein unter der Handelsbezeichnung "Vibrathane B-813" von Uniroyal Chemical Co., Inc., Middlebury, CT erhältliches Vorpolymerpolyurethanelastomer mit auf Polyether basierender Toluendiisocyanat-Endgruppe,
CMD ein mit Wasser aufbringbarer, etwa 55% Feststoffe aufweisender Diglycidylether von Bisphenol-A-Epoxidharz. Dieses Epoxidharz wurde unter der Bezeichnung "CMD 35201" von Hi-Tek Polymers, Jeffersontown, KY erworben,
ERC eine unter der Handelsbezeichnung "EMI-24" von Air Products, Allentown, PA erhältliche 25% Feststoffe aufweisende wässrige Lösung von 2-Ethyl-4-methylimidiazol,
SOL ein organisches Lösungsmittel, das eine Mischung der unter den Handelsbezeichnungen "Aromatic 100" und "Shell CYCLO SOL 53 Solvent" bekannten von Worum Chemical Co., St. Paul, MN erhältlichen leichten aromatischen Kohlenwasserstoffe ist,
GEN ein unter der Handelsbezeichnung "Genamid 747" von Henkel Corporation, LaGrange, IL bekanntes 100% Feststoffe aufweisendes Amidoaminharz mit einer sehr geringen Viskosität, das durch ein theoretisches Aminowasserstoff-Äquivalenzgewicht von 95, einen Aminwert von 462 Milligramm KOH/Gramm Harz und eine Dichte von 7, 8 Pfund je Gallone (0,12 Gramm/cm³) gekennzeichnet ist,
PS eine unter der Handelsbezeichnung "Polysolve" von Worum Chemical Co., St. Paul, MN erhältliche 15/85- Mischung von Wasser und Propylenglycolmonomethylether.

Allgemeine Prozedur zum Herstellen eines endlosen, nahtlosen beschichteten Schleifmittels.

Diese Prozedur veranschaulicht das allgemeine Verfahren zum Herstellen eines Schleifmittels, bei dem die Bindemittelvorstufe dazu dient, die Verstärkungsfasern einzuschließen und die Schleifteilchen am Artikel festzuhalten.
Der Artikel wurde über einer Aluminiumnabe mit einem Durchmesser von 19,4 cm und einem Umfang von 61 cm gebildet. Die Aluminiumnabe hatte eine Wanddicke von 0,64 cm und eine Breite von 61 cm. Sie war auf einem 7,6 cm messenden Dorn eingerichtet, der durch einen Gleichstrommotor gedreht wurde und eine von 1 bis 120 Umdrehungen je Minute (min&supmin;¹) reichende Drehung herbeiführen konnte. Über dem Außenbereich der Nabe befand sich ein 0,05 mm dicker mit Silikon beschichteter Polyesterfilm, der als eine Ablösefläche wirkte. Dieser mit Silikon beschichtete Polyesterfilm war nicht Teil des endgültigen Artikels. Die Endabmessung des Schleifmittels war durch eine Breite von 53 cm und eine Länge von 61 cm gegeben.
Eine etwa 3,8 cm breite nicht gewebte bzw Vlies-Bahn wurde durch eine 5 cm breite Messerbeschichtungseinrichtung mit einer Spalteinstellung von 0,23 mm mit einer Bindervorstufe gesättigt. Die Messerbeschichtungseinrichtung war an einer Nivellier-Wickeleinrichtung angebracht, und das nicht gewebte Material wurde schraubenförmig auf die Nabe gewickelt, während sich die Nabe bei 5 min&supmin;¹ drehte. Es wurden zwei Schichten nicht gewebten Materials über die Nabe gewickelt, wobei die zweite Schicht um 180 Grad gegenüber der ersten phasenverschoben war. Die angrenzenden Wicklungen wurden so aufgebracht, daß sie einander in erheblichem Maße überlappten und der Spalt kleiner als 1 mm war. Als nächstes wurden Verstärkungsstränge oder -garne in das mit Grundbeschichtungsvorstufen gesättigte nicht gewebte Material eingebracht. Die Stränge wurden zuerst durch eine Spanneinrichtung geführt und dann, jeweils zwei zur Zeit, um einen Kamm gewickelt. Die Faserverstärkungsstränge wurden durch ein Garnführungssystem mit einer. Nivellier-Wickeleinrichtung, die sich mit einer Geschwindigkeit von 10 cm je Minute über die Fläche der Nabe bewegte, über die gesättigte nicht gewebte Bahn gewickelt. Während dieses Prozesses drehte sich die Nabe bei 120 min&supmin;¹. Dies führte dazu, daß der Abstand der Verstärkungsstränge 24 Stränge je cm der Breite betrug. Die Verstärkungsstränge bestanden normalerweise aus unterschiedlichen Materialien. Der Strangabstand wurde durch Erhöhen oder Verringern der Geschwindigkeit der Garnführung geändert. Nachdem die Stränge über die Breite der Nabe gewickelt worden waren, wurde die Nabe entfernt und in einen Stapelofen auf sich drehenden Spindeln eingebracht. Die Spindeln drehten sich mit 10 min&supmin;¹. Die Nabe wurde 5 Minuten bei 110ºC im Ofen gehalten.
Danach wurde die Nabe aus dem Ofen entfernt und über einer mit Schleifteilchen bedeckten heißen Platte an einer sich drehenden Welle angebracht. Die Nabe wirkte als Erdungsplatte. Die Schleifteilchen hatten eine durchschnittliche Größe von 286 Mikrometer (ANSI-Klasse 60) und waren eine 15/85-Mischung aus geschmolzenem Aluminiumoxid und keramischem Aluminiumoxid. Das keramische Aluminiumoxid wurde nach den Lehren von US-A-4 314 827 und 4 881 951 hergestellt und ist unter der Handelsbezeichnung "Cubitron 321" von Minnesota Mining and Manufacturing Co., St. Paul, MN ("3M") erhältlich. Die Schleifteilchenmischung wurde entsprechend dem US-Patent 4 734 104 hergestellt. Das Gesamtgewicht der Schleifteilchen betrug etwa 600 g/m². Die Nabe drehte sich während des Aktivierens des elektrischen Felds bei 10 min-1, wodurch die Schleifteilchen schichtförmig in die Grundbeschichtungsvorstufe eingebracht wurden. Nach dem Beschichten wurde die sich ergebende Konstruktion entfernt und für 30 Minuten bei 100ºC auf sich drehenden Spindeln in einen Stapelofen gegeben.
Als nächstes wurde die Nabe an einer sich mit 40 min&supmin;¹ drehenden Welle angebracht. Eine Überbeschichtungsvorstufe wurde auf die Schleifteilchen und die Grundbeschichtung gesprüht. Die Überbeschichtungsvorstufe bestand aus mit einer 90/10-Mischung von Wasser und PS verdünnten 72%igen Feststoffen. Die Überbeschichtungsvorstufe bestand aus 32 Teilen eines Resolphenolharzes, 66 Teilen Kryolith und 2 Teilen eines Eisenoxid-Farbstoffs. Das Gewicht der Überbeschichtungsvorstufe betrug etwa 340 g/m². Nach dem Aufsprühen wurde das beschichtete Schleifmittel einem 60 Minuten dauernden thermischen Aushärten bei 88ºC unterzogen.
Nach diesem thermischen Aushärten wurde die Nabe wieder am Sprühsystem angebracht, und es wurde eine Supersizebeschichtung auf die Überbeschichtung gesprüht. Die Supersizebeschichtung bestand aus 17 Teilen CMD, 76 Teilen Kaliumtetrafluoroborat-Füllstoff, 3 Teilen Verdickungsmittel, 2 Teilen Eisenoxid und 2 Teilen ERC. Der gesamte Supersize bestand aus 72% Feststoffen in Wasser. Das Naßgewicht des Supersize betrug etwa 150 g/m². Die sich ergebende Konstruktion wurde dann für 60 Minuten bei 88ºC thermisch gehärtet und einem abschließenden Aushärten von 10 Stunden bei 150ºC unterzogen. Vor dem Testen wurde das sich ergebende beschichtete Schleifmittel durch Laufen über eins 2,5 cm messende Tragstange und eine angehobene Spiralstange gebogen.

Beispiele 1-12

Dieser Satz von Beispielen vergleicht verschiedene Konstruktionen beschichteter Schleifmittel. Die beschichteten Schleifmittel wurden nach der allgemeinen Prozedur zum Herstellen endloser, nahtloser beschichteter Schleifmittel hergestellt und nach der Testprozedur I getestet. Die Testergebnisse können in Tabelle 1 aufgefunden werden.

Beispiel 1

Die nicht gewebte Matte bestand aus PET1NW, und die Grundbeschichtungsvorstufe bestand aus 60% VIB, 28,5% CAT und 1,5% eines Eisenoxid-Farbstoffs. Die Bindemittelvorstufe war mit SOL auf 90% verdünnt. Die zwei abwechselnd angeordneten Verstärkungsfasern bestanden aus unter der Handelsbezeichnung "DuPont Nylon, Ausführung 728(210-34-R20)" von DuPont, Wilmington, DE erhältlichem 235-Denier-Nylon-Mehrfadengarn. Das andere abwechselnd angeordnete Garn war ein unter der Handelsbezeichnung "ECG 150 1/0 0,7Z", Ausführung 930 von PPG Industries Inc., Pittsburgh, PA erhältliches Glasfaser-Spulengarn mit einer Stranggrenze von 15000. Der Faserabstand war durch 24 Fasern je cm der Breite gegeben. Das Verhältnis zwischen der Bindemittelvorstufe und der Faserverstärkung betrug 4 : 1 (also 80 Gewichtsprozent Bindemittelvorstufe).

Beispiel 2

Das beschichtete Schleifmittel aus dem Beispiel 2 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei das Gewicht der Überbeschichtungsvorstufe jedoch 400 g/m² betrug.

Beispiel 3

Das beschichtete Schleifmittel aus Beispiel 3 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei die Bindemittelvorstufe jedoch vor dem Aufbringen der Schleifteilchen nicht für 5 Minuten thermisch erwärmt wurde.

Beispiel 4

Das beschichtete Schleifmittel aus Beispiel 4 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch vor der ersten Schicht des mit der Bindemittelvorstufe beschichteten nicht gewebten Materials eine Schicht aus mit einem Sperrmaterial beschichteten Papier mit dem Gewicht A um die Nabe gewickelt wurde. Dieses Papier mit dem Gewicht A hatte ein Gewicht von 70 g/m² und blieb ein Teil des endgültigen Artikels.

Beispiel 5

Das beschichtete Schleifmittel aus Beispiel 5 wurden in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch eine Schicht aus 3 Millizoll (76 Mikrometer) dickem Polyesterfilm mit einem Ethylenacrylsäurecopolymer-Grundiermittel vor der ersten Schicht des mit der Bindemittelvorstufe beschichteten nicht gewebten Materials um die Nabe gewickelt wurde. Dieser Film blieb ein Teil des Artikels.

Beispiel 6

Das beschichtete Schleifmittel aus Beispiel 6 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, wobei jedoch auf die zwei Schichten des gesättigten, nicht gewebten Materials keine Verstärkungsfasern gewickelt wurden.

Beispiel 7

Das beschichtete Schleifmittel aus Beispiel 7 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch drei Schichten nicht gewebten Materials verwendet wurden und keine Verstärkungsfasern eingewickelt wurden. Weiterhin betrug das Gewicht der Schleifteilchen 1050 g/m².

Beispiel 8

Das beschichtete Schleifmittel aus Beispiel 8 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 7 hergestellt, wobei jedoch keine Überbeschichtungsvorstufe aufgebracht wurde. Nach dem bei 88ºC für 30 Minuten erfolgenden Härten der Bindemittelvorstufe wurde die Supersizebeschichtungs-Vorstufe auf die Schleifteilchen und die Grundbeschichtung gesprüht. Als nächstes wurde die sich ergebende Konstruktion für eine Stunde bei 115ºC thermisch ausgehärtet, woraufhin gebogen wurde.

Beispiel 9

Das beschichtete Schleifmittel aus Beispiel 9 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei die Überbeschichtungsvorstufe jedoch auf die Schleifteilchen und die Bindemittelvorstufe gesprüht wurde, bevor die Bindemittelvorstufe ausgehärtet wurde.

Beispiel 10

Das beschichtete Schleifmittel aus Beispiel 10 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei die Bindemittelvorstufe jedoch aus 37,5 Teilen UR1, 12,5% einer Lösung von 35% Methylendiamin / 65% 1-Methoxy-2-propylacetat, 33% ER1 und 17% GEN bestand. Die Bindemittelvorstufe wurde mit SOL so verdünnt, daß 90% Feststoffe vorhanden waren.

Beispiel 11

Das beschichtete Schleifmittel aus Beispiel 11 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei die Bindemittelvorstufe jedoch aus 32 Teilen ER1, 50 Teilen ACA, 7 Teilen LR1 und 1 Teil AC bestand. Die Bindemittelvorstufe wurde mit SOL so verdünnt, daß 93% Feststoffe vorhanden waren.

Beispiel 12

Der beschichtete Schleifriemen für dieses Beispiel 12 wurde auf derselben Einrichtung wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Bindemittelvorstufe war ein thermoplastisches Polyurethan. Eine 30 cm breite Schicht aus 0,13 mm dickem festem Polyurethan (unter der Handelsbezeichnung "HPR625FS" von Stevens Elastomers Corp., Northampton, MA bekannt) wurde schraubenförmig auf die Nabe gewickelt. Die Verstärkungsfasern wurden auf diese Schicht gewickelt. Eine zweite Polyurethanschicht wurde schraubenförmig auf die Fasern gewickelt. Die Nabe wurde 30 Minuten bei 21U ºC in einen Ofen gegeben. Die Schleifteilchen wurden auf 210ºC vorgewärmt und gleichmäßig durch Tropfbeschichten in die Außenschicht des thermoplastischen Urethans eingebracht. Die Nabe wurde dann aus dem Ofen entfernt und in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 für Über- und Supersizebeschichtungen verarbeitet.

Vergleichsbeispiel A

Das Vergleichsbeispiel A war ein unter der Handelsbezeichnung "3M 777F Regalite Polycut Resin Bond" von 3M erhältliches verspleißtes beschichtetes Schleifband aus Stoff. Dieses Produkt wies standardmäßige mit Calciumcarbonat gefüllte Phenolformaldehydharze als Grund- und Überbeschichtungen und eine KBF4/Epoxidharz- Supersizebeschichtung auf, und es wurden dabei unter der Handelsbezeichnung "Cubitron 321" von 3M bekannte mit geschmolzenem Aluminiumoxid gemischte keramische Aluminiumoxid-Schleifteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 286 Mikrometer eingesetzt. Die Schleifteilchen des Produkts waren als eine im wesentlichen zusammenhängende Beschichtung vorhanden, d. h., es gab kein Muster von Schleifteilchen.

Vergleichsbeispiel B

Das beschichtete Schleifmittel für das Vergleichsbeispiel B wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei die Bindemittelvorstufe jedoch nicht die Schleifteilchen an den Artikel angeklebt hat. Eine zusätzliche Beschichtung wurde zwischen das Bindemittel und die Schleifteilchen aufgebracht. Nach dem Bilden des Artikels wie in Beispiel 1 und nach dem thermischen Erwärmen für 30 Minuten bei 110ºC wurde eine zusätzliche Beschichtung auf den Artikel gesprüht. Diese zusätzliche Beschichtung war ein standardmäßiges mit Calciumcarbonat gefülltes Resolphenolformaldehyd. Als nächstes wurden die Schleifteilchen elektrostatisch beschichtet. Die restlichen Schritte zum Bilden des Schleifartikels gleichen im wesentlichen denjenigen aus Beispiel 1.

Schleiftestprozedur

Das beschichtete Schleifband (1,3 cm · 61 cm) wurde auf einer luftgetriebenen Schleifriemenmaschine (Modell #11000 von Dynabrade Inc. Clarence, NY) eingerichtet. Diese Bandmaschine wies einen auch von Dynabrade erhältlichen Gummikontaktarm vom Modell #11219 mit einem Durchmesser von 1" und einer Breite von 3/8" (2,54 cm · 0,95 cm) auf. Eine 14" lange, 3" breite und 1/2" dicke (35,56 cm · 7,62 cm · 1,27 cm) Edelstahlstange 304 wurde in einem Schraubstock angebracht. Ein halbmondförmiger Einschnitt mit einer Breite von etwa 1" (2,54 cm) wurde quer über die 1/2" (1,27 cm) aufweisende Abmessung in die Stange geschliffen. Das Band wurde Verwendet, um die 1/2" (1,27 cm) breite Fläche für 5 Minuten oder bis das Band versagte, fortlaufend zu schleifen. Der verwendete Schleifdruck betrug etwa 5-10 Pfund je Quadratzoll (etwa 0,35 bis 0,70 kg/cm²). Das Schleifband wurde vor und nach dem Test gewogen. Die Stange wurde auch vor und nach dem Test gewogen. Eine allgemein bevorzugte Bandkonstruktion schliff bei einer hohen Schneidrate bei einem minimalen Verlust an Bandgewicht (also geringen Werten des Ausbrechens). Die in Tabelle 1 aufgelisteten Ergebnisse waren ein Durchschnitt zweier Bänder.

Zugfestigkeits-Testprozedur

Streifen mit den Abmessungen 2,5 cm · 17,8 cm wurden aus endlosen, nahtlosen Artikeln aus den Beispielen 1-12 entnommen. Die Zugfestigkeitsergebnisse können in Tabelle 2 angetroffen werden. Die Streifen wurden in zwei Richtungen aus den Artikeln entnommen, nämlich in Bearbeitungsrichtung (MD) und in Querrichtung (CD) (senkrecht zur Bearbeitungsrichtung).
Diese Streifen wurden unter Verwendung einer unter der Bezeichnung "Sintech" bekannten Zugfestigkeits-Testmaschine getestet, die den zum Brechen der Streifen erforderlichen Kraftbetrag maßen. Die Maschine wies zwei Spannbacken auf. Jedes Ende eines Streifens wurde in einer Spannbacke angeordnet, und die Spannbacken bewegten sich bis zum Brechen des Streifens in entgegengesetzte Richtungen. Bei jedem Test betrug die Länge des Streifens zwischen den Spannbacken 12,7 cm und die Geschwindigkeit, mit der sich die Spannbacken auseinander bewegten, 0,5 cm/s. Zusätzlich zur zum Brechen des Streifens erforderlichen Kraft wurde der Prozentsatz des Streckens des Streifens am Brechpunkt für die Bearbeitungs- und die Querrichtung der Proben bestimmt. Der "Prozentsatz des Streckens" war als [(endgültige Länge minus Ausgangslänge)/Ausgangslänge] definiert, und dieses Ergebnis wurde mit 100 multipliziert. Tabelle 1 Schleiftestprozedur
* Es trat ein übermäßiges Strecken des Bandes auf
** Es trat ein übermäßiges Ausbrechen auf Tabelle 2 Zugfestigkeits-Testergebnisse

Claims

1. Beschichteter Schleifartikel (10), aufweisend:

(a) ein Teil (11) mit einer ersten Hauptfläche (A) und einer zweiten Hauptfläche (B) und einem sich zwischen den Hauptflächen erstreckenden Mittelabschnitt, wobei der Mittelabschnitt eine wirksame Menge eines in ein einziges organisches polymerisches Bindemittel (13) eingeschlossenen Faserverstärkungsmaterials (12) aufweist, wobei das Bindemittel (13) einen im wesentlichen von dem Faserverstärkungsmaterial (12) freien an die erste Hauptfläche (A) angrenzenden Bereich festlegt,

(b) mehrere Schleifteilchen (16), die teilweise in das Bindemittel (13) auf der ersten Hauptfläche (A) eingebettet sind, wobei die Mehrzahl der Teilchen aus dem Bindemittel vorstehen, und

(c) eine optionale Überbeschichtung (17), die über den Schleifteilchen (16) und dem Bindemittel (13) der ersten Hauptfläche (A) liegt.

2. Artikel nach Anspruch 1, wobei das organische polymerische Bindemittel (13) 4099 Gew.-% des Teils auf Grundlage des Gewichts des Teils aufweist.

3. Artikel nach Anspruch 1 oder 2, wobei das organische polymerische Bindemittel (13) und das Faserverstärkungsmaterial (12) zusammen eine flexible Zusammensetzung in Form einer endlosen, nahtlosen Schleife mit einer im wesentlichen parallele Seitenränder aufweisenden Länge aufweisen.

4. Artikel nach Anspruch 3, wobei die endlose, nahtlose Schleife mehrere nicht miteinander verflochtene Schichten (32, 33) aus Faserverstärkungsmaterial aufweist, die in dem organischen polymerischen Bindemittel (34, 35) eingeschlossen sind.

5. Artikel nach Anspruch 4, wobei das Faserverstärkungsmaterial eine Schicht aus einem zusammenhängenden Faserstrang aufweist, der in Längsrichtung im allgemeinen schraubenförmig um die Länge der Schleife gewickelt ist.

6. Artikel nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Faserverstärkungsmaterial eine Schicht aus einer Fasermattenstruktur (52) aufweist, in die wahlweise einzelne parallele Faserstränge (53) aufgenommen sind.

7. Artikel nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das organische polymerische Bindemittel (13) ein thermoplastisches Material, ein unter Wärme aushärtendes Harz, oder Mischungen davon ist.

8. Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Faserverstärkungsmaterial (12) mehrere Faserverstärkungsschichten aufweist, die voneinander getrennt und durch entsprechende mehrere organische polymerische Bindemittelschichten (13) zusammengeklebt sind, wobei jede der mehreren organischen polymerischen Bindemittelschichten ein anderes organisches polymerisches Bindemittel aufweist.

9. Artikel nach einem der Ansprüche 1-8, der über seine ganze Länge, Breite oder sowohl über seine Länge als auch über seine Breite ungleichmäßig ist, wobei die Ungleichmäßigkeit in der Zusammensetzung des Bindemittels (13), der Menge des Bindemittels und/oder der Menge des Verstärkungsmaterials (12) auftritt.

10. Artikel nach Anspruch 9, wobei das Bindemittel (13) weiter einen Füllstoff aufweist, bei dem die Menge, die Zusammensetzung und der Ort ungleichmäßig sind.

11. Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Schleifmittels (10), aufweisend:

(a) Bereitstellen eines Faserverstärkungsmaterials (12),

(b) Aufbringen einer organischen polymerischen Bindemittelvorstufe auf das Faserverstärkungsmaterial (12) in einer ausreichenden Menge, um das Verstärkungsmaterial mit der Bindemittelvorstufe einzuschließen und weiterhin einen Bereich der Bindemittelvorstufe bereitzustellen, der im wesentlichen von dem Verstärkungsmaterial frei ist,

(c) Aufbringen mehrerer Schleifteilehen (16) auf den Bereich der Bindemittelvorstufe, der im wesentlichen von dem Verstärkungsmaterial (12) frei ist, so daß die Schleifteilchen aus der Bindemittelvorstufe vorstehen, und

(d) Aussetzen der Konstruktion aus dem Schritt (c) gegenüber Bedingungen, die zum Verfestigen der Bindemittelvorstufe unter Bilden eines Bindemittels (13) ausreichen, wodurch die Mehrzahl der Schleifteilchen (16) aus dem Bindemittel vorsteht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, weiter aufweisend:

(a) Aufbringen einer Überbeschichtungsvorstufe auf die Schleifteilchen (16) und die Bindemittelvorstufe, wobei die Bindemittelvorstufe nicht verfestigt wurde und sich noch in einem fließfähigen Zustand befindet, und

(b) Aussetzen der sich aus dem Schritt (a) ergebenden Konstruktion gegenüber Bedingungen, die zum Verfestigen der Bindemittelvorstufe und der Überbeschichtungsvorstufe unter Bildung einer Bindemittelbeschichtung und einer Überbeschichtung (17) ausreichen.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Faserverstärkungsmaterial ein nicht gewebtes Fasersubstrat aufweist, mit den Schritten:

(a) Sättigen eines nicht gewebten Fasersubstrats mit einer organischen polymerischen Bindemittelvorstufe zur Bildung eines gesättigten nicht gewebten Materials,

(b) Aufbringen des gesättigten nicht gewebten Materials auf eine Tragstruktur,

(c) Aufbringen einander abwechselnder Garne aus Nylon und Glasfasern auf das gesättigte nicht gewebte Material, während die Garne so gespannt werden, daß sie in das gesättigte nicht gewebte Material hinuntergezogen werden, wobei es dort ausreichend Bindemittelvorstufe gibt, um die Garne zu befeuchten und einzuschließen, und wobei noch überschüssige Bindemittelvorstufe vorhanden ist, um einen Bereich zu bilden, der im wesentlichen frei von dem nicht gewebten Material und den Garnen ist, wobei das nicht gewebte Material und die Garne in zwei Schichten auf die Tragstruktur aufgebracht werden und die zwei Schichten unter Erzeugung einer gleichmäßigen Struktur phasenverschoben sind,

(d) Aufbringen mehrerer Schleifteilchen auf den von dem nicht gewebten Material und den Garnen im wesentlichen freien Bereich der Bindemittelvorstufe, so daß die Mehrzahl der Schleifteilchen aus der Bindemittelvorstufe vorsteht,

(e) Aussetzen der Konstruktion aus dem Schritt (d) gegenüber Bedingungen, die zum Verfestigen der Bindemittelvorstufe unter Bildung eines Bindemittels ausreichen.

14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Faserverstärkungsmaterial ein nicht gewebtes Fasersubstrat aufweist, mit den Schritten:

(a) Aufbringen des nicht gewebten Fasersubstrats auf eine Tragstruktur,

(b) Aufbringen einander abwechselnder Garne aus Nylon und Glasfaser auf das nicht gewebte Material, während die Garne so gespannt werden, daß sie in das nicht gewebte Material hinuntergezogen werden, wobei die Garne zuvor mit einer Bindemittelvorstufe beschichtet worden sind, wobei es dort ausreichend Bindemittelvorstufe gibt, um die Garne zu befeuchten und einzuschließen, und wobei noch überschüssige Bindemittelvorstufe vorhanden ist, um einen Bereich zu bilden, der im wesentlichen frei von dem nicht gewebten Material und den Garnen ist, wobei das nicht gewebte Material und die Garne in zwei Schichten auf die Tragstruktur aufgebracht werden und die zwei Schichten unter Erzeugung einer gleichmäßigen Struktur phasenverschoben sind,

(c) Aufbringen mehrerer Schleifteilchen auf den von den Garnen und dem nicht gewebten Material im wesentlichen freien Bereich der Bindemittelvorstufe, so daß die Mehrzahl der Schleifteilchen aus der Bindemittelvorstufe vorsteht, und

(d) Aussetzen der Konstruktion aus dem Schritt (c) gegenüber Bedingungen, die zum Verfestigen der Bindemittelvorstufe unter Bildung eines Bindemittels ausreichen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-14, wobei das organische polymerische Bindemittel etwa 40-99 Gew.-% des Gesamtgewichts des organischen polymerischen Bindemittels zuzüglich des Faserverstärkungsmaterials ausmacht.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-15, wobei das organische polymerische Bindemittel und das Faserverstärkungsmaterial zusammen eine flexible, endlose, nahtlose Schleife mit einer im wesentlichen parallele Seitenränder aufweisenden Länge bilden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die gebildete endlose, nahtlose Schleife mehrere nicht miteinander verflochtene Schichten aus in das organische polymerische Bindemittel eingeschlossenem Faserverstärkungsmaterial aufweist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Faserverstärkungsmaterial eine Schicht aus einem zusammenhängenden Faserstrang aufweist, der in Längsrichtung im allgemeinen schraubenförmig um die Länge der Schleife gewickelt ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-18, wobei das beschichtete Schleifmittel weiter eine Schicht einer Fasermattenstruktur aufweist, in die wahlweise einzelne parallele Faserstränge aufgenommen sind und die in das organische polymerische Bindemittel eingeschlossen ist.

20. Kontinuierlicher Bahnprozeß, der zum Herstellen mit eines zusammenhängenden beschichteten Schleifmittels verwendbar ist, mit den Schritten:

(a) Hindurchführen eines nicht gewebten Bahnmaterials durch eine Beschichtungsstation, um das nicht gewebte Material in eine organische polymerische Bindemittelvorstufe einzuschließen und dadurch ein gesättigtes nicht gewebtes Material zu bilden, das einen im wesentlichen von dem nicht gewebten Material freien Bereich der Bindemittelvorstufe aufweist,

(b) Einbetten eines Faserverstärkungsgarns in das gesättigte nicht gewebte Material, um einen von dem nicht gewebten Material und dem Garn im wesentlichen freien Bereich zu bilden,

(c) Zuführen mehrerer Schleifteilchen durch elektrostatische Kräfte in den von dem nicht gewebten Material und dem Garn im wesentlichen freien Bereich der Bindemittelvorstufe,

(d) Aussetzen der sich aus dem Schritt (c) ergebenden Konstruktion gegenüber Bedingungen, die zum Verfestigen der Bindemittelvorstufe unter Bildung eines Bindemittels ausreichen,

(e) Aufbringen einer Überbeschichtungsvorstufe auf die Schleifteilchen und das Bindemittel,

(f) Aussetzen der sich aus dem Schritt (e) ergebenden Konstruktion gegenüber Bedingungen, die zum Verfestigen der Überbeschichtungsvorstufe unter Bildung eines überbeschichteten Schleifmittels ausreichen,

(g) wahlweises Weiterverarbeiten des überbeschichteten Schleifmittels durch Prozeduren, wie ein zusätzliches Härten, Biegen und/oder Befeuchten, und

(h) Umwandeln des leimbeschichteten Schleifmittels derart, daß es die gewünschte Form oder Gestalt annimmt.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das organische polymerische Bindemittel etwa 40-99 Gew.-% des Gesamtgewichts des organischen polymerischen Bindemittels zuzüglich des Faserverstärkungsmaterials ausmacht.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei das organische polymerische Bindemittel und das Faserverstärkungsmaterial zusammen eine flexible, endlose, nahtlose Schleife mit einer im wesentlichen parallele Seitenränder aufweisenden Länge bilden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die gebildete endlose, nahtlose Schleife mehrere nicht miteinander verflochtene Schichten aus in das organische polymerische Bindemittel eingeschlossenem Faserverstärkungsmaterial aufweist.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Faserverstärkungsmaterial eine Schicht aus einem zusammenhängenden Faserstrang aufweist, der in Längsrichtung im allgemeinen schraubenförmig um die Länge der Schleife gewickelt ist.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20-24, wobei das beschichtete Schleifmittel weiter eine Schicht einer Fasermattenstruktur aufweist, in die wahlweise einzelne parallele Faserstränge aufgenommen sind und die in das organische polymerische Bindemittel eingeschlossen ist.