DE69528370T2

DE69528370T2 - Schleiffolie zur Oberflächenkonditionierung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69528370T2
Application number: DE1995628370
Authority: DE
Inventors: Giovanni Battista Paganessi; Bernard Vincent
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2015-11-29
Also published as: EP0776733B1; EP0776733A1; WO1997019786A1; DE69528370D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Oberflächenkonditionierungsartikel, die aus einer mit organischen Bindemitteln beschichteten und von Bindemitteln umgebenen organischen Matrix bestehen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbundstoffs, aus dem ein Oberflächenkonditionierungsartikel maschinell konfektioniert werden kann.
Oberflächenkonditionierungsartikel sind Oberflächenbehandlungsartikel, die aus einer aus organischem Feststoffpolymer oder geschäumtem organischem Polymer oder aus Faservlies gebildeten organischen Polymermatrix hergestellt werden und die bei der Oberflächenbehandlung zur Vorbereitung für weitere Beschichtungen eingesetzt werden können. Bärte und Grate an gegossenen, gebohrten oder gestanzten Teilen müssen zur Erreichung einer gewünschten Form oder Oberflächengüte entfernt werden. Oberflächenkonditionierungsartikel in Form von Rädern, Scheiben oder Bändern, die bei hohen Geschwindigkeiten und Drücken arbeiten, müssen beim Einwirken hoher Arbeitsdrücke, unter denen sie gegen das Werkstück gepresst werden, eine ausreichende Festigkeit und Haltbarkeit aufweisen. Zum Eindringen in Spalten im Werkstück ist es wünschenswert, dass der Artikel elastisch ist. Darüber hinaus muss die Neigung des Artikels, auf dem Werkstück zu schmieren, berücksichtigt werden. Schmieren wird im Allgemeinen als schädlich betrachtet.
Bei Verwendung in dieser Patentschrift soll der Ausdruck "schmierfest" Ausführungen der Erfindung bezeichnen, bei denen der Oberflächenbehandlungsartikel nach der Behandlung des Werkstücks im Wesentlichen keine sichtbaren Spuren auf dem Werkstück hinterlässt. Die erfindungsgemäßen Artikel können bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten und/oder -drücken gegen ein Werkstück gepresst werden, ohne dass es zum Schmieren des Artikels auf dem Werkstück kommt. Der Ausdruck "Oberflächenkonditionierung" wird in dieser Patentschrift als Bezeichnung für alle Arbeitsschritte zwischen der anfänglichen Materialabtragung und dem abschließenden Polieren oder Endbearbeitungsschritt verwendet. Zu diesen Arbeitsschritten gehören Schleifen, Läppen, Entgraten und dergleichen.
Bei den zum Binden der Matrix oder zum Befestigen von Schleifkörnern in der Matrix eines derartigen Produkts verwendeten Polymerharzbindemitteln handelt es sich bisher im Allgemeinen entweder um Stoffe vom Typ wärmehärtbare Duroplaste oder um Stoffe vom Typ feste, zähe Elastomere. Wärmehärtbare Duroplastharze, wie basisch katalysiertes Phenolformaldehyd, werden in großem Umfang eingesetzt, um Schleifkörner auf flächengebildeartigen Unterlagen oder den Fasern eines Vlieses zu befestigen. Derartige harte Harzbinder weisen im Allgemeinen eine hohe Zugfestigkeit, eine geringe Bruch- oder Zerreißdehnung und eine gute Beständigkeit gegen erhebliche Änderungen bei erhöhten Temperaturen auf, sind aber, unerwünscht sprödbruchempfindlich. Feste, zähe Elastomerharzbindemittel sind bei bestimmten Einsatzgebieten, die Oberflächenbehandlungsprodukte mit einer größeren Zähigkeit und Haltbarkeit verlangen, vorzuziehen. Solche elastomeren Bindemittel weisen eine ausgezeichnete Zugfestigkeit, eine sehr hohe Bruchdehnung und Sprödbruchfestigkeit auf, können aber bei erhöhten Temperaturen, die auftreten können, wenn der Oberflächenbehandlungsartikel bei hohen Geschwindigkeiten und Drücken gegen ein Werkstück gepresst wird, in erheblichem Maße weich werden. Eine solche Erweichung kann zum Schmieren oder zur Übertragung von Teilen des Artikels auf die Werkstückoberfläche führen, was, wie vorstehend erwähnt, vom Anwender nicht gewünscht wird.
Die Oberflächenkonditionierungsindustrie ist ständig um die Entwicklung von Artikeln bemüht, die den Forderungen der Anwender besser entsprechen. Darüber hinaus geht das Bestreben besonders dahin, umweltfreundliche Verfahren zur Herstellung von Oberflächenkonditionierungsartikeln zu entwickeln, insbesondere im Hinblick auf Luft- und Wasserverschmutzung.
Angesichts der vorgenannten Forderungen aus dem Anwenderbereich wäre es vorteilhaft, wenn Oberflächenkonditionierungsartikel entwickelt werden könnten, die aufgrund einer einfachen Einstellung von Bindemittelbestandteilen so "maßgeschneidert" werden können, dass sie elastisch und beim Arbeitsdruck und der Arbeitstemperatur im Wesentlichen schmierfrei sind, wozu bei den Herstellungsprozessen Formulierungen auf Wasserbasis eingesetzt werden, bei denen keine Verwendung und anschließende Abtrennung von flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen erforderlich ist.
Spezifische Eigenschaften, die bei den Beschichtungen benötigt werden, hängen mit den Einsatzgebieten der Endprodukte zusammen. Die erfindungsgemäßen Artikel sind vorzugsweise elastisch und formbar, damit sie auf komplexen oder texturierten Oberflächen eingesetzt werden können und beispielsweise die Herstellung von endlosen Bändern ermöglichen. Zur Vermeidung eines übermäßigen Verschleißes beim Gebrauch sollten die erfindungsgemäßen Artikel sowohl abrieb- als auch sprödbruchfest sein. Die Artikel sollten hitzebeständig sein, damit sie den hohen Temperaturen standhalten, die in der Regel bei den hohen Arbeitsdrücken und/oder -geschwindigkeiten auftreten, und damit gleichzeitig Schmiererscheinungen auf den behandelten Oberflächen vermieden werden.
Das gegenwärtig existierende Standardreferenzerzeugnis wird mit Urethanharzen hergestellt, die in einem System auf Lösungsmittelbasis eingesetzt und mit einem MDA (Methylendianilin) katalysiert werden. Es wurden mehrere Versuche durchgeführt, um für den Einsatz dieser Harze auf Lösungsmittelbasis eine Alternative auf Wasserbasis zu finden.
Oberflächenkonditionierungsartikel sind bisher nach dem folgenden allgemein bekannten Schema hergestellt worden: Auf das Vlies wird eine erste oder "Vorbindungsbindemittelschicht" aus einer Bindemittelvorläuferlösung, die eines oder mehrere der vorgenannten Harze enthält, aufgebracht und durch Wärmeeinwirkung gehärtet, um dem Vlies eine ausreichende Festigkeit für die weitere Verarbeitung zu verleihen. Dann wird zur Befestigung von feinen Schleifkörnern an allen Stellen der voluminösen Fasermatte ein "Arbeitsbindemittel" oder "Suspensionsbindemittel", das ein organisches Harzbindemittel enthält, auf das Vlies aufgebracht und gehärtet. Anschließend wird zur Verbesserung der abrasiven Eigenschaften des Artikels, wie zur Verhinderung des Abplatzens des Schleifminerals, eine "Schlichtebeschichtung" aus einem Harzbindemittel und wahlweise Schleifkörnern im Allgemeinen durch Aufsprühen auf das vorgebundene Vlies aufgebracht. Dann wird die Schlichteschicht gehärtet. Die Harze und die verschiedenen "Vorbindemittel-", "Suspensionsbindemittel-" und "Schlichtebeschichtungen" können chemisch unterschiedliche Stoffe sein.
Der Einsatz von lösungsmittelbeschichteten vernetzten Polyurethanen in der "Vorbindung" sorgt für die erforderliche Elastizität und schützt die Nylonfasern des Vlieses vor dem Angriff der anschließend aufgebrachten Phenolarbeitsschichten, die verwendet werden, um die Schleifkörner an die Vliesfasern zu binden.
Darüber hinaus schützt die Vorbindungsschicht die Fasern des Vlieses vor einer Erweichung, wenn beim Einsatz des Artikels hohe Arbeitsdrücke auftreten.
Insbesondere Phenolharzbindemittel werden wegen ihrer thermischen Eigenschaften, der Verfügbarkeit, der geringen Kosten und des leichten Umgangs mit ihnen bei der Herstellung von Schleifartikeln aus Vlies häufig als Bindemittel für die Schleifkörner eingesetzt. Die zur Herstellung von Phenolharzen am meisten eingesetzten Monomere sind Phenol und Formaldehyd.
Zur Verringerung der Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen ist vorgeschlagen worden, die Kompatibilität von Phenolharzen mit Wasser zu erhöhen. In einem Artikel mit dem Titel "Water Compatible Phenolic Resins" (Wasserkompatible Phenolharze) in Proceedings of the American Chemical Society, Division of Polymeric Materials: Science and Engineering, Nr. 65 Seite 275-276 (1991) beschreibt J. D. Fisher Verfahren zur Herstellung von "wasserkompatiblen" Phenolharzen, ihre Vorteile und ihre Nachteile.
Ein Kompatibilitätsproblem ergibt sich insbesondere auch bei Verwendung des Phenolharzbindemittels zusammen mit einem auf Polyamidfasern beruhenden Vlies. Ein besonders gut einsetzbarer bekannter Vliesschleifartikel ist ein Artikel, der aus einem Polyamidfaservlies und einem Bindemittel besteht, das zum Typ der Resole gehörende Phenolharze enthält. Eine solche Zusammensetzung lässt feste, zähe, temperaturbeständige Schleifartikel entstehen, die wirtschaftlich hergestellt werden können.
Aus dem gemeinschaftlich erteilten US-Patent Nr. 2 958 593 (Hoover et al.) ist bekannt, dass bei der Herstellung von Schleifartikeln aus Vlies auch kautschukmodifizierte Phenolharze zur wahlweisen Behandlung mit Gummi auf einer Seite des Schichtaufbaus eingesetzt wurden, um die Reiß- und Zerreißfestigkeit des Gesamtaufbaus des Schleifartikels zu erhöhen. Hoover et al. erläutern zum Beispiel ein Nylonfaservlies, das zunächst mit einer Beschichtung versehen wird, die ein Polyamidharz mit Phenolformaldehyd- und Aminabschluss enthält, anschließend wird das phenolbehandelte Vlies in einen Nachbehandlungsofen überführt, in dem das beschichtete Vlies so wärmebehandelt wird, dass das aus dem Ofen kommende behandelte Vlies bis zu einem Zustand gehärtet ist, in dem das noch warme Vlies nicht klebt; erst dann wird eine auf einem Latex aus Butadien-Acrylnitril- Copolymerisat (z. B. Handelsname "Hycar® Latex 1561" von B. F. Goodrich Co.) beruhende gummiartige Masse auf die Gegenseite des Vlieses aufgebracht und in einem Ofen wärmegehärtet.
Aus der US-Patentanmeldung Nr. 08/297,807 ist die Modifizierung eines Phenolharzvorläufersystems bekannt, das eingesetzt wird, um Polyamidvliesfasern mit einer geringeren Zähigkeit durch Zusatz einer kleinen Menge Latex aus Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat, weniger als 40%, als Modifikator zu binden, was den Abbau der Polyamidfasern in Gegenwart von Phenol verringert. Bei dieser Anwendung hat der Latex die Funktion, die mechanischen Eigenschaften eines phenolgetränkten Vlieses zu verbessern und insbesondere das Reißen des offenen Vliesschleifartikels, der eine geringe Dichte aufweist, zu vermindern.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von Oberflächenkonditionierungsartikeln, die bei hohem Druck und/oder hoher Geschwindigkeit ohne unerwünschtes Schmieren oder anderweitige Übertragung des Artikels auf die Werkstückoberfläche gegen ein Werkstück gepresst werden können. Die vorliegende Erfindung zielt weiterhin darauf ab, einen Oberflächenkonditionierungsartikel zu schaffen, der mit Formulierungen auf Wasserbasis hergestellt wird und der Eigenschaften, insbesondere Elastizität und Schmierfestigkeit, aufweist, die dem zur Zeit existierenden Polyurethanstandardreferenzartikel gleichwertig sind.
Formulierungen auf Wasserbasis für Oberflächenbehandlungsprodukte mit einem breiter gefächerten möglichen Einsatzbereich als dem Einsatzbereich des erfindungsgemäßen spezifischen Oberflächenkonditionierungsartikels sind aus dem US- Patent 5 306 319 bekannt. Die auf Wasserbasis beruhenden Formulierungen des US-Patents 5 306 319 enthalten Bindemittel, die aus einem Reaktionsprodukt von Polyurethanvorpolymeren und einer Vielzahl von Addukten bestehen. Diese Addukte machen das Herstellungsverfahren schwierig und kostspielig. Weiterhin erfüllen die Eigenschaften nicht vollständig alle Kundenbedürfnisse, die für den spezifischen Einsatzbereich des Oberflächenkonditionierungsartikels als "Schnitt", "Verschleißfestigkeit", "Schmierfestigkeit" und "Elastizität" definiert sind.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht deshalb darin, neue Formulierungen auf Wasserbasis zu schaffen, die besonders gut für Oberflächenkonditionierungsmittel einsetzbar sind und mit einem geringeren Kostenaufwand hergestellt werden können als die Artikel, die aus dem vorstehend angeführten US-Patent 5 306 319 bekannt sind.
Um das zu erreichen, besteht ein erster Aspekt der Erfindung in einem Oberflächenkonditionierungsartikel, der eine organische Matrix und an dieser Matrix haftende organische Bindemittel auf Wasserbasis umfasst, wobei zu diesen Bindemitteln ein erstes oder "Vorbindungsbindemittel" und ein zweites oder "Suspensionsbindemittel" mit darin dispergierten und an ihm haftenden Schleifkörnern gehören und das erste Bindemittel eine Mischung aus einem Phenolharz und einem Latex aus carboxyliertem Butadien-Acrylnitril- Copolymerisat in einem Masseverhältnis Trockenstoffe des Latex zu Phenolharz im Bereich von 90/10 bis 60/40 enthält und wobei der Artikel ein drittes über dem Suspensionsbindemittel aufgebrachtes Bindemittel enthält, wobei dieses dritte Bindemittel eine Mischung aus Phenolharz und einem Latex aus carboxyliertem Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat enthält.
Das Phenolharz verleiht der Beschichtung Härte, Kohäsion, Haftung innerhalb des Faservlieses und zwischen verschiedenen Schichten sowie eine hohe Wärmebeständigkeit; es stellt eine perfekte Unterlage für die mineralhaltigen Schichten für Schleifzwecke dar. Phenolharz kann bei alleiniger Verwendung als Alternative zu Urethanbeschichtungen zu spröde und zu hart sein. Um die Beimengung eines hohen Prozentsatzes einer Latexdispersion ohne Bildung von Gels, die Ausdruck einer Inkompatibilität sind, zu ermöglichen, weist das verwendete Phenolharz vorzugsweise eine hohe Wassertoleranz auf. Bei einem solchen Phenolharz wäre die Kondensationsreaktion zwischen Formaldehyd und Phenol nicht weit fortgeschritten, und es würde eine geringe Molekularmasse aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart ist das Phenolharz des ersten Bindemittels ein zum Typ der Resole gehörendes Phenolharz mit einer Wassertoleranz von mindestens 500 Masse-%. Genauer gesagt umfasst die Wassertoleranz den Bereich von 500 bis 2500%. Eine Wassertoleranz von 500 Masse-% bedeutet, dass das Harz mit einer Wassermenge, die seiner fünffachen Eigenmasse entspricht, vermischt werden kann, ohne dass es zur Ausfällung kommt.
Die Molekularmasse des Phenolharzes des ersten Bindemittels liegt vorzugsweise im Bereich von 100 bis 1000.
Eine wichtige Funktion des Latex aus carboxyliertem Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat (nachstehend als "NBR"-Latex bezeichnet) besteht bei der vorliegenden Erfindung darin, bei einer elastischen Beschichtung für eine hervorragende Wärmebeständigkeit zu sorgen. Das schützt die Fasern vor einer Erweichung bei hohen Temperaturen. Gleichzeitig werden dem Endprodukt Elastizität und Schmierfestigkeit verliehen. Diese Funktion hängt mit der Art und Weise zusammen, wie der temperaturabhängige Abbau von carboxyliertem NBR-Latex erfolgt - Zyklisierung vor dem Schmelzen - im Gegensatz zu Systemen, bei denen eine solche Zyklisierung nicht möglich ist. Sie weisen keinerlei Restthermoplastizität auf; eine Eigenschaft, auf der die gute Eignung von NBR-Latizes beispielsweise als Bestandteile von Brems- und Kupplungsbelägen beruht.
NBR-Latex verleiht solchen elastischen Beschichtungen eine hohe Flexibilität (Tg annähernd -30ºC), Formbarkeit, Weichheit und eine sehr hohe Beständigkeit gegen Biegeermüdung sowie sehr gute mechanische Eigenschaften. Er weist eine sehr hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit auf. Die hohe Elastizität bleibt bei niedrigen Temperaturen erhalten. Angesichts aller dieser Eigenschaften wird die Verwendung eines carboxylierten NBR-Latex mit einem hohen Molprozentanteil Acrylnitril bevorzugt, insbesondere eines Butadien-Acrylnitril-Latex mit einem Molprozentsatz Acrylnitril von mindestens 25%. Genauer gesagt liegt der Molprozentsatz Acrylnitril zwischen 25 und 35%.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart weisen die Latexpartikel eine Größe von 10 bis 500 nm auf.
Die erfindungsgemäßen Artikel stehen in einem großen Bereich von Elastizitäts- und Schmierfestigkeitswerten zur Verfügung, wodurch sie gut zur Verwendung in Artikeln geeignet sind, die zum Abschleifen, Entgraten, Abreiben der Oberfläche oder Glanzschleifen eines Werkstücks vorgesehen sind. Darüber hinaus wird das erfindungsgemäße Bindemittel in Form einer wässrigen Lösung auf die organische Matrix aufgebracht, wodurch die Freisetzung von flüchtigen organischen Verbindungen im Prozess der Herstellung der erfindungsgemäßen Artikel ausgeschlossen oder wesentlich herabgesetzt wird. Die Carboxylgruppen ermöglichen die Selbstvernetzung des Copolymerisats ohne den Einsatz von Katalysatoren.
Bei einer Ausführungsart enthält die organische Matrix ein offenes, voluminöses dreidimensionales Vlies des Artikels, das eine Vielzahl von organischen Polymerfasern enthält, die durch das erste Bindemittel an gemeinsamen Kontaktpunkten aneinander gebunden sind.
Der Artikel enthält auch ein drittes oder "Schlichtebindemittel", das über dem zweiten Bindemittel aufgebracht wird, wobei das dritte Bindemittel eine Mischung aus Phenolharz und einem Latex aus carboxyliertem Butadien-Acrylnitril- Copolymerisat enthält.
Vorzugsweise liegt das Masseverhältnis Trockenstoffe des Latex zu Phenolharz in dem dritten Bindemittel im Bereich von 60/40 bis 40/60.
Bei einer Ausführungsart werden in dem ersten und dritten Bindemittel das gleiche Phenolharz und der gleiche Latex aus carboxyliertem Butadien-Acrylnitril- Copolymerisat eingesetzt.
Das Phenolharz des ersten und dritten Bindemittels kann aus dem Angebot handelsüblicher Stoffe ausgewählt werden. Zu den für die Verwendung in dem ersten und dritten Bindemittel geeigneten Phenolharzen gehören die unter der Warenbezeichnung Lacfen 420® von Satef Huttens Albertus Spa gelieferten sowie die unter der Warenbezeichnung SW378® von Bakelite gelieferten Bindemittel. Zu den geeigneten handelsüblichen Butadien-Acrylnitril-Latizes gehören die unter der Warenbezeichnung Perbunan® N2890 von Bayer sowie unter der Warenbezeichnung LN240S® von BASF gelieferten Produkte.
Das zweite Bindemittel des erfindungsgemäßen Artikels kann ein herkömmliches zum Typ der Resole gehörendes Phenolharz auf Wasserbasis enthalten.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbundstoffs, aus dem ein erfindungsgemäßer Oberflächenkonditionierungsartikel maschinell konfektioniert werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
a) Beschichtung des größten Teils der organischen Fasern eines offenen, voluminösen, dreidimensionalen Vlieses mit einer (ersten) Vorbindungsbindemittelzusammensetzung;
b) Behandlung des mit der ersten Beschichtung versehenen Vlieses mit einer Energie, die ausreicht, um die erste Bindemittelzusammensetzung zur Bildung eines offenen, voluminösen, dreidimensionalen vorgebundenen Faservlieses zumindest teilweise auszuhärten;
c) Beschichtung mindestens eines Teils der Fasern des vorgebundenen Vlieses mit einem wässrigen Suspensionsbindemittel, das Wasser, Schleifkörner und ein organisches Bindemittel auf Wasserbasis enthält, zur Bildung eines zweiten beschichteten Vlieses;
d) Behandlung des zweiten beschichteten Vlieses mit einer Energie, die ausreicht, um das (zweite) Suspensionsbindemittel auszuhärten;
e) Beschichtung mindestens eines Teils der Fasern des zweiten beschichteten Vlieses mit einem dritten Bindemittel;
f) Behandlung des dritten beschichteten Vlieses mit einer Energie, die ausreicht, um das dritte Bindemittel auszuhärten und im Wesentlichen das gesamte Wasser zu entfernen, wodurch ein im Wesentlichen getrocknetes Vlies entsteht;
g) Übereinanderlegen einer Vielzahl von im Wesentlichen getrockneten Vliesbahnen aus dem Schritt f) zur Bildung eines Schichtverbundstoffvorläufermaterials - und
h) Pressen des Schichtverbundstoffvorläufermaterials bei einem Druck und einer Temperatur, die zur Bildung des Schichtverbundstoffs ausreichen.
Bei einer Ausführungsart umfasst das Verfahren vor dem Schritt a)
1) Bildung eines offenen, voluminösen, dreidimensionalen Vliesmaterials aus organischen Fasern sowie wahlweise
2) Verschlingung der organischen Fasern des Vlieses zur Bildung eines in sich verschlungenen Vlieses.
Bevorzugt werden Verfahren, bei denen der Schichtverbundstoff maschinell zu einem Oberflächenkonditionierungsartikel in Form einer Scheibe, eines Rades, eines endlosen Bands, eines rechteckigen Blocks oder dergleichen konfektioniert wird.
Das Vlies kann aus handelsüblichen Materialien ausgewählt werden.
Ein weiterer bevorzugter Gesichtspunkt der Erfindung ist jedoch ein Verfahren zur Herstellung eines offenen, voluminösen Vliesoberflächenkonditionierungsartikels, bei dem der Schritt a) zwei Unterschritte umfasst:
a) Bildung eines offenen, voluminösen, dreidimensionalen organischen Faservlieses - und
b) Verschlingung der organischen Fasern des Vlieses zur Bildung eines in sich verschlungenen Vlieses.
Die erfindungsgemäßen Oberflächenkonditionierungsartikel sind für die Verwendung in einer Vielzahl unterschiedlicher Einsatzbereiche geeignet. Sie können an die Verwendung bei beliebigen Werkstückzusammensetzungen angepasst werden, einschließlich Metall, Holz, Kunststoffe, Verbundstoffe, Glas, Keramik, Beton und andere. Sie sind für alle Behandlungsstufen von der Materialabtragung von einem Werkstück bis zur Säuberung eines Werkstücks in Vorbereitung auf den Anstrich, die Metallisierung usw. bestimmt.
Erfindungsgemäße Oberflächenkonditionierungsartikel sind besonders wirkungsvoll, um Metalle zu konditionieren, ohne dass es zu wesentlichen Schmiererscheinungen auf dem Metallwerkstück kommt.
Wenn der erfindungsgemäße Oberflächenkonditionierungsartikel unter Bedingungen, bei denen Wärme entsteht, wie z. B. bei hohem Druck eines. Rades und bei hoher Geschwindigkeit, unter Drehen gegen das Werkstück gepresst wird, führen diese Bedingungen nicht dazu, dass Oberflächenteile des Rades schmieren oder auf die Oberfläche des Werkstücks übergehen.
Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, dass bei den erfindungsgemäßen Artikeln neuartige Bindemittel zum Einsatz kommen, durch die die Artikel eine hohe Biegeermüdungsbeständigkeit erhalten (anders gesagt: die sie in die Lage versetzen, sich in einem zyklischen Prozess zu verformen und in Rillen und Vertiefungen in einem Metallwerkstück einzudringen und dann wieder in die Ausgangsform zurückzukehren).
Die Bindemittel können wahlweise Zusatzstoffe oder Füllstoffe, wie Farbstoffe, Verdickungsmittel, Puffersubstanzen zur pH-Werteinstellung und Desoxidationsmittel, enthalten. Wie vorstehend angegeben, werden die Bindemittel in Form wässriger Zusammensetzungen (Emulsionen, Dispersionen oder Aufschlämmungen) auf die organische Matrix aufgetragen. Die wässrigen Zusammensetzungen können Weichmacher, Viskositätsmodifikatoren, Schleifhilfen und Schleifkörner enthalten.
Verdickungsmittel können verwendet werden, um zur Schaffung einer leicht auftragbaren Zusammensetzung die Viskosität des in Wasser oder einem Lösungsmittel dispergierten Bindemittelsystems, d. h. des als Flüssigkeit vorliegenden Bindemittels, einzustellen. Beispiele für geeignete Verdickungsmittel sind unter anderem. Polyacrylsäurecarboxymethylcellulosesalz, Guargummi, Tragantgummi, Poly (vinylalkohol)- Methylcellulosehomo- und -copolymere, modifizierte Stärke und dergleichen. Das Verdickungsmittel erhöht die Viskosität des feuchten Gemischs so, dass beim Walzenauftrag eine ausreichende Menge auf das Faservlies aufgetragen werden kann.
Geeignete Puffermittel zur pH-Werteinstellung können Stoffe wie Triethanolamin und Ammoniak sein. Puffermittel zur Einstellung des pH-Werts unterstützen die Eindickungswirksamkeit, ohne dass beim Trocknen basische Restbestandteile in der feuchten Beschichtung zurückbleiben.
Geeignete Desoxidationsmittel können Stoffe wie Harnstoff oder Melamin sein. Desoxidationsmittel setzen Formaldehydemissionen aus Phenolharzen beim Trocknen auf ein Mindestmaß herab.
Beispiele für Farbstoffe sind anorganische Pigmente, organische Farbstoffe und dergleichen. Zu Füllstoffen können beispielsweise kurze organische oder anorganische Fasern, Kugeln oder Partikel gehören. Schleifmittel können Stoffe wie Poly(vinylchlorid), Kaliumfluorborat und dergleichen sein. Füllstoffe können Kalziumcarbonat, pyrogene Kieselsäure und andere Stoffe sein, die im Hinblick auf den Gebrauchswert der Artikel primär inert sind. Weichmacher sind beispielsweise Phthalsäureester, Öle und andere Stoffe mit einer relativ niedrigen Molekularmasse.
Um dem erfindungsgemäßen Oberflächenkonditionierungsartikel in seiner Wirkung auf ein Werkstück eine größere Angriffskraft zu verleihen, werden dem Bindemittelsystem Schleifkörner zugesetzt. Geeignet sind alle üblicherweise in der Technik eingesetzten Schleifkörner. Im Hinblick auf Größe und Art der Schleifkörner können alle üblicherweise zur Herstellung von Oberflächenkonditionierungsartikeln eingesetzten Größen und Arten verwendet werden. Beispiele für geeignete Schleifkörner sind Siliconcarbid, Aluminiumoxid, Zeroxid, Tonerdezirkonia, kubisches Bornitrid, Granat, Bimsstein, Sand, Schmirgel, Glimmer, Flintstein, Talkum, Korund, Quarz, Diamant, Borcarbid, geschmolzene Tonerde, gesinterte Tonerde, keramische Stoffe auf α-Aluminiumoxidgrundlage (lieferbar von Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint-Paul, MN unter der Warenbezeichnung "CUBITRON") sowie Gemische daraus. Agglomeratschleifkörner, wie die in den US-Patenten Nr. 4 652 275 und 4 799 939 beschriebenen, können ebenfalls eingesetzt werden. Für Polierzwecke können weichere Schleifkörner, wie aus thermoplastischen oder wärmehärtbaren Stoffen, Glas und anderen Stoffen hergestellte Schleifkörner, sowie andere weichere Schleifkörner verwendet werden. Die Auswahl des geeigneten Schleifmittels für den besonderen Einsatzzweck ohne unangemessenes Experimentieren wird als Fachwissen betrachtet.
Die organische Matrix hat die Aufgabe, den erfindungsgemäßen Oberflächenkonditionierungsartikeln Festigkeit und strukturellen Zusammenhalt zu verleihen und bildet gleichzeitig eine Unterlage für die Bindemittel und die Schleifkörner.
Die organische Matrix kann entweder ein Feststoff aus einem geschäumten organischen Polymer oder ein organische Fasern enthaltendes Vlies sein, wobei es sich vorzugsweise um hydrophile organische Fasern handelt. Wenn hydrophile organische Fasern verwendet werden, kann ein Erwärmungsschritt ausgelassen oder reduziert werden, da die Fasern Wasser aus dem emulgierten Bindemittel aufnehmen. Ein Beispiel für ein voluminöses aus gekräuselten Stapelfasern gebildetes Vlies mit an Kontaktpunkten haftendem Bindemittel, das Schleifkörner enthält, ist aus dem US-Patent Nr. 2 958 593 (Hoover et al.) bekannt. Aus dem US-Patent Nr. 4 227 350 (Fitzer) ist eine aus dreidimensionalen, gewellten, ineinandergreifenden, autogen gebundenen Endlosfasern bestehende Matrix bekannt.
Die organische Matrix kann aus organischen thermoplastischen Stapelfasern, wie Nylon (Polyamid), Polyester und dergleichen, oder aus einer Kombination von thermoplastischen und Cellulosestapelfasern, wie Viskosekunstseide und dergleichen, bestehen. Beim Einsatz einer Kombination aus thermoplastischen organischen Fasern und Cellulosefasern werden als thermoplastische Fasern Nylonstapelfasern, insbesondere Nylon 6,6 bevorzugt. Das Masseverhältnis Cellulosefasern als prozentualer Anteil an der Gesamtfasermasse kann von etwa 5 bis zu etwa 50 Masse-% betragen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart enthält das offene voluminöse dreidimensionale Vlies organische Polyester- oder Polyamidfasern.
Die Fasern weisen vorzugsweise einen Titer von etwa 1,11 bis 11,11 tex (10 bis 100 Denier) und eine Länge von etwa 10 bis 100 mm auf.
Der erfindungsgemäße Oberflächenkonditionierungsartikel kann auf eine Unterlage, wie eine aus Cellulosefasern hergestellte Unterlage, aufgebracht werden, oder die organische Matrix des Oberflächenkonditionierungsartikels kann auf einem verstärkenden Trägergewebe, beispielsweise einem Nylon-, PET- oder einem anderen Gewebe, befestigt sein, damit die organische Matrix, insbesondere das Vlies, eine größere Festigkeit erhält.
Erfindungsgemäße Oberflächenkonditionierungsartikel können eine Vielzahl verschiedener konventioneller Formen annehmen, wie Tafeln, Blöcke, Streifen, Bänder, Bürsten, rotierende Lappen, Scheiben oder kompakte bzw. aus Schaumstoff gefertigte Räder. Besonders gut einsetzbare Formen sind Räder in der Form einer Scheibe oder eines geraden Kreiszylinders mit Abmessungen, die sehr klein, beispielsweise mit einer Zylinderhöhe in der Größenordnung von wenigen Millimetern, oder sehr groß, beispielsweise zwei Meter oder mehr, und einem Durchmesser, der sehr klein, beispielsweise in der Größenordnung von wenigen Zentimetern, oder sehr groß, beispielsweise ein Meter oder mehr, sein können. Die Räder weisen normalerweise eine mittige Öffnung zur Halterung auf einer entsprechenden Welle oder einem anderen mechanischen Befestigungsmittel auf, damit das Rad beim Einsatz in eine Drehbewegung versetzt werden kann. Radabmessungen, Ausführungsarten, Halterungen und Mittel zur Erzeugung der Drehbewegung sind in der Fachwelt gut bekannt. Eine nützliche Zusammenfassung verschiedener Radformen von Oberflächenbehandlungsartikeln, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Bindemittel hergestellt werden können, sind in der Veröffentlichung "3M Wheels" beschrieben, die 1990 von der Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint-Paul, MN herausgegeben wurde ("3M").
Erfindungsgemäße Oberflächenbehandlungsartikel, die eine organische Matrix und ein an der Matrix haftendes Bindemittel enthalten, können durch Bildung eines Schichtverbundstoffs hergestellt werden. Schichtverbundstoffe (in der Fachwelt als "Platten" bekannt) können durch Schneiden, Stanzen oder anders geartete maschinelle Konfektionierungen aus ungehärteten oder teilweise gehärteten Vliesen hergestellt werden, die zu Tafeln oder Scheiben verarbeitet und dann miteinander überlappt, anschließend zusammengepresst und nachbehandelt werden, um eine Platte mit einer höheren Dichte zu erhalten. Solche Schneid-, Stanz- und anderen maschinellen Konfektionierungstechniken sind in Fachkreisen gut bekannt.
Ein Schichtverbundstoff kann als Ausgangsmaterial für eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Artikeln verwendet werden, die entsprechend den Bedürfnissen des Nutzers jeweils verschiedene Durchmesser oder alle den gleichen Durchmesser aufweisen. Der erfindungsgemäße Artikel kann aus den Schichtverbundstoffen unter Verwendung entsprechender Techniken, die in der Fachwelt ebenfalls gut bekannt sind, maschinell konfektioniert werden. Beispielsweise kann eine Radform aus einer Schichtverbundstoffplatte ausgestanzt werden. Darüber hinaus können Bänder, Streifen oder langgezogene Segmente des Schichtverbundstoffs spiralförmig zur Form eines Rades aufgewickelt werden, solange das Bindemittel ungehärtet oder teilweise gehärtet ist, und dann zur Ausbildung eines Rades voll ausgehärtet werden.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung gehen aus den folgenden Zeichnungsfiguren und der Beschreibung bevorzugter Ausführungsarten und Beispiele hervor.
Fig. 1 ist eine Darstellung der Ergebnisse der Untersuchung der Vorverbundelastizität in Abhängigkeit vom Trockenstoffverhältnis Latex/Harz bei den Beispielprodukten.
Fig. 2 ist eine Darstellung der Ergebnisse der Untersuchung der Verschleißfestigkeit in Abhängigkeit vom Trockenstoffverhältnis Latex/Harz bei den Beispielprodukten.
Fig. 3 ist eine Darstellung der Ergebnisse der Untersuchung des "Schnitts" in Abhängigkeit vom Trockenstoffverhältnis Latex/Harz bei den Beispielprodukten im Vorbindungsstadium.
Fig. 4 ist eine Darstellung der Ergebnisse der Rauheitsmessungen in Abhängigkeit vom Trockenstoffverhältnis Latex/Harz des Schlichtebindemittels für die Stufe "Schlichteauftrag" bei den Beispielprodukten.
Fig. 5 ist eine Darstellung der Ergebnisse der Auswirkungen auf den "Verschleiß" der Scheibe, die sich bei den Beispielprodukten in Abhängigkeit vom Trockenstoffverhältnis Latex/Harz bei der Stufe "Schlichteauftrag" ergeben.
Fig. 6 zeigt, wie sich das Trockenstoffverhältnis Latex/Harz in den Beispielprodukten bei der Stufe "Schlichteauftrag" auf den "Schnitt" auswirkt.
Fig. 7 zeigt in den Tabellen 1 und 2 die Ergebnisse für die "Schmierfestigkeit", "Kantenfestigkeit" "Anstrichentfernung" und "Lastwiderstand" für die Artikel der Beispiele 15-25.
Fig. 8 zeigt die Ergebnisse für "Schnitt und Verschleiß für die Formen Scheibe und Band" sowie für "Endbearbeitungsgüte auf Edelstahl" bei den Artikeln der Beispiele 15-19.

1. Allgemeine Merkmale der Herstellung des Erzeugnisses

Die erfindungsgemäßen Artikel werden vorzugsweise in einem vierstufigen Prozess, wie nachstehend beschrieben, hergestellt. In der nachfolgenden Beschreibung der allgemeinen Prozessbedingungen wird auch auf die spezifischen Bedingungen Bezug genommen, die bei den in dieser Schrift angeführten Beispielen vorlagen.
1.1 Bildung des Faservlieses: Es wird ein Vlies aus Stapelfasern, die aus Nylon, Polyester oder dergleichen bestehen, hergestellt. Die Vliesfasern weisen eine lineare Dichte im Bereich von 10 bis zu mehreren Hundert Denier und Längen im Bereich von etwa 10 bis zu mehreren Hundert Millimetern auf. Die Fasern können gekräuselt oder ungekräuselt sein. Ein Vlies aus den vorgenannten Fasern kann mit einer Kombination aus mehreren bekannten Prozessen hergestellt werden, einschließlich Blasverfahren, Kardierung, kreuzweise Anordnung und Vernadelung. Zur Verfestigung oder Verstärkung des Vlieses kann ein Gittergewebe aus Nylon, PET oder ein anderes Gewebe verwendet werden.
Das Gittergewebe kann beispielsweise durch Nadelheftung an dem Vlies befestigt werden. Bei den Beispielen besteht das Vlies aus Nylonfasern mit einer Garnfeinheit von 60 und 100 Denier (die von Wellman International Limited LTD. bezogen werden können) und einer Länge von etwa 76 mm. Das Vlies wurde auf einer Kardiermaschine (von Octir Spa Italien) vorgeformt und zur Gewinnung eines Vlieses aus acht Schichten in kreuzweiser Anordnung und mit einer Masse von etwa 300 bis 350 Gramm je Quadratmeter auf einem Kreuzleger (von Asselin) weiter verfestigt. Das Vlies wurde dann zur Befestigung der kreuzweise gelegten Schichten aneinander auf einer Nadelmaschine (von Fehrer AG, Österreich) geheftet. Ein zweiter Nadelheftschritt wurde zum Befestigen eines Nylongewebes (oder PET- Gewebes) auf dem kreuzweise angeordneten Vlies durchgeführt, um die Festigkeit des Vlieses für die Herstellung von endlosen Bändern zu erhöhen. Die Masse des Gewebes betrug 150 Gramm je Quadratmeter und die Dicke des Vlieses 5 bis 15 Millimeter.
1.2. Walzenauftrag der Vorbindungsschicht: Das Faservlies wird mit einer auftragbaren Vorbindungsharzmischung gesättigt, die auf eine bekannte Art und Weise (z. B. durch Walzenauftrag mit einer Zweiwalzenauftragsmaschine) so aufgetragen wird, dass die Vliesfasern gesättigt sind. Die auf das Faservlies aufgetragene Masse feuchtes Vorbindungsharz reicht normalerweise aus, um das Vlies zu sättigen (d. h. sie beträgt von etwa 10 bis zu mehreren Tausend Gramm je Quadratmeter). Die Nassbeschichtung mit dem Vorbindungsharz wird dann in einem Ofen mindestens etwa 10 Minuten lang bei einer Temperatur im Bereich von etwa 90 bis 170ºC so weit getrocknet, dass sie nicht mehr klebrig ist. Bei den Beispielen wurde die Vorbindungsbeschichtung 15 Minuten lang bei 90 bis 110ºC getrocknet.
1.3. Aufsprühen der Suspension: Das vorgebundene Vlies wird zur Bildung einer Arbeitsschicht mit einer hohen mechanischen und thermischen Beständigkeit auf einer seiner Oberflächen mit einem Gemisch aus Phenolharz und Schleifkörnern behandelt. Das Harz der Arbeitsschicht wird in einer bekannten Art und Weise, normalerweise in Form eines Sprühauftrags, auf eine Hauptfläche des vorgebundenen Vlieses aufgetragen, wobei die Harzmasse von der vorgesehenen Verwendung des Fertigerzeugnisses abhängt. Normalerweise liegt die Masse des Harzes für die Arbeitsschicht im Bereich von zehn bis zu mehreren Tausend Gramm je Quadratmeter. Das Arbeitsharz wird anschließend in einem Ofen bei einer Temperatur zwischen etwa 100 und 170ºC kurz getrocknet (normalerweise weniger als 10 Minuten). Bei den Beispielen wurde die Suspension der Arbeitsschicht etwa 6 Minuten bei 100 bis 145ºC getrocknet.
1.4 Aufsprühen der Schlichte: Nach dem Härten der Arbeitsschicht wird über dieser Schicht eine Schlichtemischung aufgetragen, normalerweise durch Aufsprühen. Die Schlichteschicht wird als eine auftragsfähige Harzzusammensetzung aufgebracht, die nach dem Härten auf dem Fertigerzeugnis eine Außenschicht bildet, die in der Lage ist, die Arbeitsschicht beim Einsatz des Erzeugnisses gegen einen übermäßigen Anfangsverschleiß zu schützen. Die Masse der Schlichtemischung im Nasszustand hängt von dem vorgesehenen Endeinsatzzweck des Artikels ab und fällt normalerweise in den Bereich von etwa zehn bis zu mehreren Tausend Gramm je Quadratmeter. Die Schlichteschicht wird dann in einem Ofen über einen Zeitraum von mehr als einer Stunde bei etwa 100 bis 170ºC getrocknet, um das Harz vollständig zu härten. Bei den nachfolgend aufgeführten Beispielen wurde die Schlichteschicht über eine Zeitdauer von zwei Stunden bei einer Temperatur zwischen 100 und 145ºC gehärtet.
1.5 Weiterverarbeitung: Das vorstehend beschriebene Erzeugnis kann dann für die Lagerung oder Weiterverarbeitung aufgerollt werden. Zur Herstellung von gebrauchsfähigen Artikeln wird die Rolle abgewickelt und auf eine bekannte Art und Weise zu einer Vielzahl von Fertigerzeugnissen weiterverarbeitet. Gebrauchsfähige Artikel, die in den Umfang dieser Erfindung fallen, sind Scheiben, endlose Bänder, Handschleifkissen, Rollen, Räder, Bürsten und dergleichen.

2. Prüfverfahren

2.1 Leistungsnachweisprüfung für Bänder: "Schnitt" und "Verschleiß": Das vorstehend beschriebene Erzeugnis wird zu einem endlosen Band verarbeitet, indem ein rechteckiges Stück Material zugeschnitten wird, das ausreicht, um ein 2500 Millimeter langes und 50 Millimeter breites Band herzustellen. Die Enden des rechteckigen Stücks werden durch Klebverbindung verbunden. Das Band wird auf eine herkömmliche Gegenständermaschine montiert, die bei 2830 Umin&supmin;¹ arbeitet und ein Gummikontaktrad mit einer Härte im Bereich von 80 bis 90 Shore A und einem Durchmesser von etwa 200 Millimeter aufweist. Die Oberfläche des Kontaktrads weist eine Verzahnung im Verhältnis 1 : 1 mit einem Winkel von 45º auf.
Zum Prüfen der Schleifmaterialien werden Stahlstäbe (XC38REF) verwendet. Die Stäbe haben eine Länge von 200 Millimeter und einen Durchmesser von 20 Millimeter und werden bei der Prüfung in einen Halter eingespannt und längs zu den Bändern positioniert. Der Schleifdruck beträgt bei jedem 50 mm breiten Band 5,8 Kilogramm. Der Arbeitszyklus dauert 30 Sekunden und wird bei insgesamt 24 Arbeitszyklen je Stab viermal wiederholt. Der je Stab abgetragene Stahl wird gemessen und als "Schnitt" erfasst. Der Masseverlust des Bandes wird als "Verschleiß" erfasst. Der Wirkungsgrad des Schleifvorgangs wird als Verhältnis Schnitt/Verschleiß erfasst.
2.2 Leistungsnachweisprüfung für Scheiben: "Schnitt" und "Verschleiß": Das Erzeugnis wird zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 178 mm und einem mittigen Loch weiterverarbeitet und für die Prüfung auf einem Halter befestigt (Schleifscheibenhalter der Marke 3M, Erzeugnisnummer für Europa: 09921). Zur Durchführung der Prüfung wird eine Druckluft-Handschleifmaschine (Typenbezeichnung: G. Renault PL 120, Betriebsdrehzahl: 2000 min&supmin;¹) eingesetzt. Dieses Druckluftgerät wird in einer Roboterstation (Typenbezeichnung ABB 3000 von Asea Boveri Brown, St. Ouen 1'Aumone, Frankreich) angeordnet, die mit einem Druckausgleichssystem ausgestattet ist. Das Werkzeug mit aufgesetzter Scheibe wird von der Roboterstation zu einem Halter mit 20 Edelstahlblechen geführt.
Diese Bleche (30 · 80 · 1 mm) sind in dem Halter in einem Abstand von 5 Millimetern zwischen den Blechen senkrecht angeordnet. Die Bleche sind in dem Halter in Längsrichtung angeordnet, die Kante der Schleifscheibe wird auf das Blech aufgesetzt und über einen Zeitraum von 30 Sekunden von links nach rechts über das Blech geführt. Der Druck der Scheibe beträgt etwa 4 Kilogramm bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von etwa 16 Millimeter je Sekunde. Der Winkel zwischen der Scheibe und dem Boden beträgt etwa 7 Grad. Der Verlust an abgetragenem Stahl wird für jedes Blatt gemessen und der Gesamtwert als "Schnitt" erfasst. Der Masseverlust der Scheibe wird ebenfalls gemessen und am Ende der Prüfung als "Verschleiß" erfasst. Der "Wirkungsgrad." wird als Verhältnis "Schnitt/Verschleiß" ebenfalls erfasst.
Der für die Größe "Schnitt" erhaltene Zahlenwert stellt die Fähigkeit des Schleifmittels dar, bei typischen Verwendungen Material abzutragen (z. B. Rost oder Anstrich). Der für den "Verschleiß" erhaltene Zahlenwert des Schleifmittels steht in Beziehung zur Nutzlebensdauer des Produkts. Im Allgemeinen ist ein höherer Wert für den Verschleiß (als Prozentsatz ausgedrückt) ein Zeichen für eine kürzere Nutzlebensdauer des Produkts.
2.3. Leistungsnachweisprüfung: Werkzeugbewertung (Scheibe): Das Produkt wird zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 178 mm ohne mittiges Loch weiterverarbeitet. Die Scheibe wird zur Prüfung in einem Halter befestigt (3M-Schleifscheibenhalter, Erzeugnisnummer 0917). Für die Durchführung der Prüfung wird eine Drucklufthandschleifmaschine (Typenbezeichnung: G. Renault PL 120, Betriebsdrehzahl: 200 Umin&supmin;¹) verwendet. Die Haltbarkeit der Scheibe wird mittels Sichtprüfung bewertet, nachdem ein Kohlenstoffstahlkörper etwa 20 Sekunden lang mit der Kante der Scheibe geschliffen wurde. Die Leistung des Produkts wird durch die Zeit repräsentiert, die zum Abtrag der Anstrichschicht von einem gewöhnlichen lackierten Autoblech benötigt wird. Der Verschmierwiderstand wird nach der Abtragung der Farbschicht anhand des Aussehens bewertet. Die Schmierfestigkeit wird anhand einer Sichtprüfung bewertet, indem der Handdruck verstärkt und anhand des Aussehens eingeschätzt wird, ob die Scheibe auf dem Edelstahlkörper eine Schmierspur hinterlassen hat.
2.4. Leistungsnachweisprüfung: Bewertung der Oberflächengüte und der Schmierfestigkeit: Das Produkt wird zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 178 mm ohne mittiges Loch weiterverarbeitet und zur Prüfung auf einem Halter befestigt (3M-Schleifscheibenhalter, Erzeugnisnummer 0917). Für die Durchführung der Prüfung wird eine Drucklufthandschleifmaschine (Typenbezeichnung: G. Renault PL 120, Betriebsdrehzahl: 2000 Umin&supmin;¹) verwendet. Dieses Druckluftgerät wird in einer Roboterstation angeordnet (Typenbezeichnung: ABB 3000, mit Druckausgleichssystem). Das Werkzeug mit aufgezogener Scheibe wird von der Roboterstation zu einem Edelstahlblech mit den Abmessungen 50 cm · 50 cm und einer anfänglichen Referenzoberflächengüte 2B geführt. Die Maschine führt in etwa 15 Sekunden auf dem Metall zwei Arbeitsgänge von oben nach unten bei einer Drehzahl von 2000 Umin&supmin;¹ aus, die Länge der geschliffenen Oberfläche beträgt etwa 30 cm, der Druck wird auf 4 kg geregelt, und der Anstellwinkel liegt in der Nähe von 7º.
Die Oberflächengüte wird durch Rauheitsmessungen mit einem Perthometergerät (Erzeugnisnummer PRK S8P von Mahr Perthen Cy - Göttlinger - D3400 Deutschland) gemessen; die Rauheitswerte Ra, Rz und Rmax werden erfasst.
Die Schmierfestigkeit wird durch eine Sichtprüfung bewertet, indem festgestellt wird, ob die Scheibe auf dem Edelstahlblech eine "Schmierspur" hinterlassen hat.
2.5. Methode zur Bewertung der Elastizität: Bei jedem geprüften Artikel wurde eine Bewertung zur Ermittlung seiner relativen Elastizität vorgenommen. Bei dieser Bewertung werden die Artikel zur Ermittlung ihrer relativen Elastizität im Vergleich zur Elastizität eines Standardartikels von Hand bewegt (z. B. Vergleichsbeispiel A). Diesem Standardartikel wird ein Elastizitätswert von 100 zugeordnet. Artikeln, die elastischer sind als der verwendete Bezugsstandard, wird ein Wert von weniger als 100 zugeordnet, während Artikel, die steifer sind als der Bezugsstandard, einen Wert über 100 erhalten. Der zulässige Elastizitätsbereich liegt zwischen 75 und 125 (±25) des Sollwerts des Bezugsstandards.

3. Referenzprodukt: Vergleichsbeispiel A

Bei den Beispielen wurde als Vergleichsbeispiel A ein handelsübliches Oberflächenkonditionierungsband verwendet. Das Oberflächenkonditionierungsband kann im Handel von der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Company of Saint-Paul, Minnesota unter der Handelsbezeichnung SCOTCH-BRITE bezogen werden und ist ein Gitterstoff-verstärktes Oberflächenkonditionierungsband mit Aluminiumoxidschleifkörnern, Körnungsnummer 80, deren Haftung auf einer Vliesunterlage mit einem gehärteten Phenolharz erreicht wird. Das Phenolharz ist mit einer elastischen Urethanharzschlichteschicht überzogen. Die Vliesunterlage besteht aus Fasern mit einer Garnfeinheit von 7,77 und 6,44 tex (70 und 58 den), die durch Nadelheftung auf einem offenen Nylonträgergewebe befestigt sind.

4. Beispielprodukte

4.1 Rohstoffkennwerte des Phenolharzes und des NBR- Latex in den Vorbindungs- und Schlichtebindemitteln
4.1.1 Art des Produkts Phenolharz
Produktbezeichnung LACFEN 420
Name d. Lieferfirma Satef Huttenes Albertus Spa - Italien
Hauptkennwerte Feststoffe 60-52% (3 Std. bei 135ºC)
Viskosität n. Brookfield: 40/60 cP
Aushärtungszeit: bei 120ºC: 15' ± 1
pH-Wert: 8,5 ± 1
freies Phenol: 0,9/1,0%
freies Formaldehyd: 3,0/3,5%
Mittlere Molekularmasse: 180-190
4.1.2 Art des Produkts NBR-Latex
(Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat mit Carboxylgruppen, selbstvernetzende kolloidale Dispersion)
Produktbezeichnung Perbunan N 2890
Name d. Lieferfirma BAYER
Hauptkennwerte Feststoffe 41 ± 0,5%
Art der Dispersion: anionisch/nicht- anionisch
Volumenmasse: 1,02 g/cm³
pH-Wert: 7,5 ± 1
Viskosität n. Brookfield: etwa 14 cP (SL IS60)
Korngröße: etwa 100 nm
hoher Nitrilanteil: 28%
4.1.3 Andere Bestandteile
BEZEICHNUNGEN LIEFERFIRMEN
Carbosol CMC (Carboxymethyl, Schaum) LAMBERTI SpA
Braunes Pigment (Marrone Permasol - Mu) SICOM SRL
Al&sub2;O&sub3; - Körnungsnummer 80 SMYRIS ABRASTVI SRL
Al&sub2;O&sub3; - Körnungsnummer 100 SMYRIS ABRASIVI SRL
Policril 307 R (Polyacrylharz) FAR FABRICA ADESIVI RESINE SpA
Melaminpulver BASLINI SpA
Kalziumcarbonat MAFFEI SpA
TEA (Triethanolamin 85)IPCOCHEMICALS SpA
Nylonträgergewebe (Nylon 6363/8401- Trägergewebe) TESSITURA QUADRELLI SpA
Faser 6,66 tex (60 den) (Nylon 6,6 100 Denari)WELLMAN INTERNATIONAL LTD
Faser 11,11 tex (100 den) (Nylon 6.6, 100 Denari) WELLMAN INTERNATIONAL LTD
Flüssiges Melanin (Cellofix M/50) LAMBERTI SpA
Policril A/D (Polyacrylharzsalz) FAR SpA
Technischer Harnstoff BASLINI SpA
Butofan LN240S BASF
Nylonträgergewebe oder TESSITURA QUADRELLI SpA
Polyesterterephthalat(PET) - Trägergewebe
Hauptkennwerte 6,3 · 6,3 Garne/m²
Masse 150 g/m²
Zug 438 N/cm
Dicke 0,46 mm

5. Auswirkungen des Verhältnisses der einzelnen Bestandteile in dem wässrigen Gemisch auf die Leistungskennwerte des Beispielprodukts

5.1 Auf der Ebene der Vorbindung: Es wurden mehrere Versuche durchgeführt, um zu ermitteln, wie sich das Trockenstoffverhältnis Latex/Harz in dem Schritt der Vorbindung auf die Leistungskennziffern des Produkts auswirkt. Die Versuchsprodukte sind nachstehend beschrieben:
Vergleichsbeispiel 1 ist eine Vorbindungsschicht, die vollständig aus NBR-Latex besteht.
Beispiel 2 ist eine Vorbindung, die mit einem Trockenstoffverhältnis Latex/Harz von 90% zu 10% hergestellt wurde.
Beispiel 3 ist eine Vorbindung, die mit einem Trockenstoffverhältnis Latex/Harz von 70% zu 30% hergestellt wurde.
Vergleichsbeispiel 4 ist eine Vorbindung, die mit einem Trockenstoffverhältnis Latex/Harz von 50 % zu 50% hergestellt wurde.
Vergleichsbeispiel 5 ist eine Vorbindung, die mit einem Trockenstoffverhältnis Latex/Harz von 30% zu 70% hergestellt wurde.
In den Tabellen der folgenden Beispiele bedeuten: "RM" "Rohstoffe", "Menge" "Menge", ausgedrückt als Prozentsatz des jeweiligen Bestandteils, "g/m²" "Gramm je Quadratmeter". Für jede Beschichtung sind die Gesamtmasse (als "Nassmenge") und die Trockenmasse (als "Trockenmenge") angegeben.
Die Versuchsprodukte wurden mit dem großtechnisch hergestellten und verwendeten Referenzprodukt auf "Urethan-Lösungsmittelbasis" verglichen.
Die Leistungsnachweisprüfungen der Produkte mit den unterschiedlichen Verhältnissen Latex/Harz wurden folgendermaßen durchgeführt:
Die Elastizität wurde nach der "Hand"- Bewertungsmethode, wie vorstehend beschrieben, eingeschätzt. Schnitt und Verschleiß wurden nach der vorstehend beschriebenen Methode untersucht. Die Oberflächengüte und die "Schmierfestigkeit" wurden nach der vorstehend beschriebenen Methode untersucht.
Die Ergebnisse sind in den Diagrammen der Fig. 1, 2 und 6 dargestellt.
Die Artikel der Beispiele 2 und 3 wiesen; im Vergleich zu dem Referenzprodukt des Vergleichsbeispiels A eine gute Elastizität auf.
Die Artikel der Vergleichsbeispiele 4 und 5 wurden im Vergleich zu dem Referenzartikel des Vergleichsbeispiels A als starr eingeschätzt. Dementsprechend kann die Weiterverarbeitung zu Artikeln, bei denen Elastizität verlangt wird, wie beispielsweise endlosen Bändern, schwierig sein.
Die Artikel der Beispiele 2 und 3 weisen "Verschleißfestigkeiten" auf, die im zulässigen Bereich der Leistungsanforderungen liegen. Alle Produkte weisen einen guten Schnitt auf. Bei keinem der Produkte zeigten sich "Schmier"-erscheinungen. Die Oberflächengüte ist bei allen Produkten annehmbar.
Als Schlussfolgerung kann gesagt werden, dass Produkte, die mit einem Trockenstoffverhältnis von 90/10 bis 70/30 in dem Vorbindungsbindemittel hergestellt wurden, bessere Leistungskennwerte aufweisen. VERGLEICHSBEISPIEL 1 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 2 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 3 VERSUCHSPRODUKT VERGLEICHSBEISPIEL 4 VERSUCHSPRODUKT VERGLEICHSBEISPIEL 5 VERSUCHSPRODUKT
5.2 Schlichtespray - Untersuchung I: Zur Ermittlung der Auswirkungen des auf die Trockenmasse bezogenen Mengenverhältnisses Latex/Harz in der Schlichteschicht auf die Leistungskennwerte des Produkts wurden zwei Gruppen von Versuchen durchgeführt. Die Artikel der Beispiele sind nachstehend beschrieben.
Vergleichsbeispiel 6 ist eine aufgesprühte Schlichte, die vollständig aus NBR-Latex besteht.
Beispiel 7 ist eine Schlichte, die aus Latex und Harz im Verhältnis 80% zu 20%, bezogen auf die Trockenmasse, hergestellt wurde.
Beispiel 8 ist eine Schlichte, die aus Latex und Harz im Verhältnis 60% zu 40%, bezogen auf die Trockenmasse, hergestellt wurde.
Beispiel 9 ist eine Schlichte, die aus Latex und Harz im Verhältnis 40% zu 60%, bezogen auf die Trockenmasse, hergestellt wurde.
Beispiel 10 ist eine Schlichte, die aus Latex und Harz im Verhältnis 20% zu 80%, bezogen auf die Trockenmasse, hergestellt wurde.
Vergleichsbeispiel 11 ist eine aufgesprühte Schlichte, die vollständig aus Phenolharz besteht.
Die Formulierungen werden nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
Leistungsnachweisprüfungen der Produkte mit unterschiedlichen Verhältnissen Latex/Harz wurden folgendermaßen durchgeführt:
Die Elastizität wurde nach der "Hand"- Bewertungsmethode, untersucht. Schnitt und Verschleiß wurden nach der vorstehend beschriebenen Methode untersucht. Die Oberflächengüte und die "Schmierfestigkeit" wurden nach der vorstehend beschriebenen Methode untersucht.
Die Ergebnisse sind in den Diagrammen der Fig. 3 bis 5 erfasst.
Die Artikel der Beispiele 8 und 9 zeigen die beste Verschleißbeständigkeit. Diese Produkte weisen die geringsten Rauheitswerte zur Erreichung der besten Endergebnisse auf. Die Elastizität wird anscheinend durch die Änderungen des Schlichteverhältnisses nicht beeinflusst. Keines der Produkte der erfindungsgemäßen Beispiele zeigte Schmiererscheinungen. Es kann geschlussfolgert werden, dass die Produkte, die mit einem Verhältnis Latex/Harz von 60/40 bis 40/60, bezogen auf die Trockenmasse, hergestellt wurden, die besten Gesamtleistungskennwerte aufwiesen. VERGLEICHSBEISPIEL 6 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 7 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 8 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 9 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 10 VERSUCHSPRODUKT VERGLEICHSBEISPIEL 11 VERSUCHSPRODUKT
5.3 "Schlichte"-Spray - Untersuchung II: Es werden zusätzliche Artikel beschrieben, bei denen das Verhältnis Latex/Harz, bezogen auf die Trockenmasse, für die Schlichteschicht geändert wurde. Alle Artikel in der folgenden Gruppe von Beispielen weisen in der Vorbindung ein Verhältnis Latex/Harz von 70/30 auf.
Vergleichsbeispiel 12 ist eine aufgesprühte Schlichte, die vollständig aus NBR-Latex hergestellt wurde.
Beispiel 13 ist eine Schlichte, die aus Latex und Harz im Verhältnis 60% zu 40%, bezogen auf Trockenmasse, hergestellt wurde.
Beispiel 14 ist eine Schlichte, die aus Latex und Harz im Verhältnis 30% zu 70%, bezogen auf Trockenmasse, hergestellt wurde.
Die Leistungsnachweisprüfungen der Artikel der vorstehenden Beispiele lieferten Ergebnisse, die mit den für die Untersuchung I aufgeführten Ergebnissen übereinstimmen. VERGLEICHSBEISPIEL 12 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 13 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 14 VERSUCHSPRODUKT
5.4 Bei einer weiteren Gruppe von Beispielen wurden verschiedene Faservlieszusammensetzungen herstellt.
Formulierungseinzelheiten sind nachstehend beschrieben. Die Leistungsnachweisprüfungen lieferten die in den Tabellen 1 bis 4 der Fig. 7 und 8 dargestellten Ergebnisse. BEISPIEL 15 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 16 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 17 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 18 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 19 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 20 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 21 VERSUCHSPRODUKT VERGLEICHSBEISPIEL 22 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 23 VERSUCHSPRODUKT BEISPIEL 24 VERSUCHSPRODUKT VERGLEICHSBEISPIEL 25 VERSUCHSPRODUKT

Claims

1. Oberflächenkonditionierungsartikel, umfassend eine organische Matrix und daran haftende organische Bindemittel auf Wasserbasis, wobei die Bindemittel ein Vorbindungsbindemittel und ein Suspensionsbindemittel umfassen, wobei in dem Suspensionsbindemittel darin haftende Schleifkörner dispergiert sind, wobei das Vorbindungsbindemittel eine Mischung von einem Phenolharz und einem Latex aus carboxyliertem Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat im Gewichtsverhältnis der Trockenstoffe des Latex zu dem Phenolharz von 90/10 bis 60/40 umfasst und wobei der Oberflächenkonditionierungsartikel ein auf dem Suspensionsbindemittel aufgetragenes drittes Bindemittel umfasst, wobei das dritte Bindemittel eine Mischung von Phenolharz und einem Latex aus carboxyliertem Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat umfasst.

2. Oberflächenkonditionierungsartikel nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Phenolharz des Vorbindungsbindemittels um ein zum Typ der Resole gehörendes Phenolharz mit einer Wassertoleranz von mindestens 500 Gew.-% handelt.

3. Oberflächenkonditionierungsartikel nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Phenolharz des Vorbindungsbindemittels ein Molekulargewicht von 100 bis 1000 aufweist.

4. Oberflächenkonditionierungsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Latex aus carboxyliertem Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat einen Molanteil des Acrylnitrils von 25 bis 35% aufweist.

5. Oberflächenkonditionierungsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Latexteilchengröße bei 100 bis 500 nm liegt.

6. Oberflächenkonditionierungsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gewichtsverhältnis der Trockenstoffe des Latex zu dem Phenolharz des dritten Bindemittels bei 60/40 bis 40/60 liegt.

7. Oberflächenkonditionierungsartikel nach Anspruch 6, wobei das Gewichtsverhältnis Latex zu Phenolharz beim Vorbindungsbindemittel 70/30 und beim dritten Bindemittel 60/40 beträgt.

8. Oberflächenkonditionierungsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Phenolharz und der Latex aus carboxyliertem Butadien-Acrylnitril- Copolymerisat im Vorbindungs- und dritten Bindemittel gleich sind.

9. Oberflächenkonditionierungsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die organische Matrix ein offenes, voluminöses, dreidimensionales Vlies umfasst.

10. Oberflächenkonditionierungsartikel nach Anspruch 9, wobei das Vlies organische Polyester- oder Polyamidfasern umfasst.

11. Oberflächenkonditionierungsartikel nach Anspruch 10, wobei die Fasern jeweils einen Titer zwischen 1, 11 bis 11, 11 tex (10 bis 100 Denier) und eine Länge zwischen 10 bis 100 mm aufweisen.

12. Oberflächenkonditionierungsartikel nach Anspruch 9, wobei die organische Matrix an einem verstärkenden Gitter befestigt ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbundstoffes, aus dem man einen Oberflächenkonditionierungsartikel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 maschinell konfektionierer kann, das Verfahren umfassend:

a) die organischen Fasern eines offenen, voluminösen, dreidimensionalen Vlieses zu einem Großteil mit einem Vorbindungsbindemittel beschichtet, wobei man ein erstes beschichtetes Vlies erhält,

b) auf das erste beschichtete Vlies genügend Energie einwirken läßt, das Vorbindungsbindemittel zumindestens teilweise zu vernetzen, wobei man ein vorgebundenes, offenes, voluminöses, dreidimensionales Faservlies erhält,

c) die Fasern des vorgebundenen Vlieses mindestens teilweise mit einem wäßrigen Suspensionsbindemittel, enthaltend Wasser, Schleifkörner und ein organisches Bindemittel auf Wasserbasis, beschichtet, wobei man ein zweites beschichtetes Vlies erhält,

d) auf das zweite beschichtete Vlies genügend Energie einwirken läßt, das Suspensionsbindemittel zu vernetzen,

e) die Fasern des zweiten beschichteten Vlieses mindestens teilweise mit einem dritten Bindemittel beschichtet,

f) auf das dritte beschichtete Vlies genügend Energie einwirken läßt, das dritte Bindemittel zu vernetzen und das Wasser im wesentlichen vollständig zu entfernen, wobei man ein im wesentlichen trockenes Vlies erhält,

g) mehrere im wesentlichen trockene Vliese aus Schritt f) übereinanderlegt, wobei man einen Schichtverbund erhält, und

h) den Schichtverbund unter Druck- und Temperatureinwirkung zu dem Schichtverbundstoff komprimiert.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem vor Schritt a) die folgenden Schritte durchgeführt sind, umfassend:

1) aus organischen Fasern ein offenes, voluminöses, dreidimensionales Vlies bildet und

2) die organischen Fasern des Vlieses verwirbelt, wobei man ein verwirbeltes Vlies erhält.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem man in den Schritten c) und e) das zweite bzw. dritte Bindemittel aufsprüht.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem man den Schichtverbundstoff maschinell zu Oberflächenkonditionierungsartikeln in Form von Scheiben, Rädern, Quadern und Endlosbändern konfektioniert.