DE69609978T2

DE69609978T2 - Formpressen von schleifkörpern mit der anwendung des wassers als temporärem bindemittel

Info

Publication number: DE69609978T2
Application number: DE69609978T
Authority: DE
Inventors: B. Keil
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: ATE195683T1; TW474960B; AU6487396A; CN1076251C; CN1192711A; CA2228305A1; WO1997004921A1; AU691122B2; MX9800976A; US5658360A; EP0842013A1; JPH11508193A; US5827337A; NZ312933A; DE69609978D1; CA2228305C; JP3215432B2; KR100293048B1; KR19990036060A; EP0842013B1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Wasser als ein temporäres Bindemittel zur Herstellung von Schleifartikeln durch Formpreßtechniken.

Hintergrund der Erfindung

Harzgebundene Schleifartikel, wie etwa Schleifscheiben, werden typischerweise durch Mischen einzelner Schleifkörner oder -teilchen mit einem Flüssigharzmaterial und einem pulverförmigen Harz und anschließendem Pressen der Mischung unter geeigneten thermischen Bedingungen hergestellt. Andere Bestandteile, wie z. B. Füllmaterialien, Härtungsmittel, Benetzungsmittel und verschiedene Metallpulver, können in die Mischung eingebracht werden. Üblicherweise ist vor dem Pressen ein Alterungszeitraum zur Solvatation der trockenen Mischungsanteile durch das Flüssigharz erforderlich.
Bei der Herstellung von Schleifartikeln ist es notwendig, die Schleifkörner untereinander zu binden, so daß der Artikel geformt werden und anderweitig vor dem Härtungsprozeß gehandhabt werden kann. Während des Härtungsprozesses wird Wärme angewendet, um den Artikel in der gewünschten Gestalt zu fixieren. Ein ideales temporäres Bindemittel verleiht dem ungehärteten Schleifartikel Grünfestigkeit, sorgt für eine Flexibilität in der Herstellungsorganisation, d. h., ein Alterungsschritt wird nicht benötigt, ist entweder beim Formpressen (Kaltpressen) oder bei Heißpreßvorgängen nützlich und verursacht keine irreversible Agglomeration der Schleifkörner, wenn die Körner vor dem Formen des Schleifartikels gelagert werden. Grünfestigkeit ist sowohl beim Entfernen eines ungehärteten Schleifartikels aus der Gußform und beim Transport des Artikels zu Vorrichtungen zur Härtung des Schleifartikels, als auch zum Aufrechterhalten der Unversehrtheit der gewünschten Gestalt, insbesondere bei Präzisionsschleifscheiben wichtig.
Wie im US-Patent A-4918116 (Gardziella et al.) erwähnt, wurden Phenol-Novolak-Harze in Lösungen aus organischen Lösungsmitteln verwendet, um Schleifartikel zu binden. Vor der Härtung wird kein temporäres Bindemittel gebraucht. Nachteile eines solchen Systems sind die leichte Entzündbarkeit des Lösungsmittels bei hohen Temperaturen und die Entsorgung. Auch wenn lösungsmittelfreie, modifizierte Novolak-Harze entwickelt wurden, so sind diese Materialien ziemlich teuer.
Zusätzlich zu den Schwierigkeiten, die mit der Verwendung bestimmter Phenol-Novolak- Bindemittel zur Herstellung von Schleifartikeln verbunden sind, sind die Hersteller manchmal auch mit anderen Herstellungsproblemen konfrontiert. Z. B. kann die Verwendung von flüssigen Benetzungsmitteln für die Körner, wie etwa flüssige Phenol-Harze, beim Herstellen der Formmasse für Schleifscheiben zu einer instabilen Formmischung führen. Darüber hinaus kann die Verwendung einer solchen Mischung eine große Menge an Staub erzeugen, was häufig ein Nachteil für den Fertigungsboden ist.
Die bei Verwendung von Novolak-Bindemitteln auftretenden Staub- und Stabilitätsprobleme scheinen durch die von Gardziella dargelegte Lehre gemindert worden zu sein. Dieses Dokument offenbart die Herstellung verschiedener Formmassen durch Verwendung spezieller Phenol-Novolak-Harze, die ein molares Verhältnis Phenol-Formaldehyd von 1 : 0,2 bis 1 : 0,3 haben. Schleifscheiben werden z. B. durch Verwendung heißer Korundkörner, die mit einer heißen Schmelze des speziellen Phenol-Novolak-Harzes benetzt sind, hergestellt. Die Zusammensetzung wird, nachdem sie bei 140ºC in einem Hochleistungsmischer vermischt wurde, auf 90ºC abgekühlt und dann mit einem zweiten Novolak-Harz und einem Härtungsmittel weiter vermischt.
Gardziella begrenzt seine Kommentare auf "hochtemperaturbeständige Formmassen zur Herstellung von heißgepreßten Schleifscheiben". Er spricht das Kaltpressen von Schleifartikeln nicht an. Basierend auf anderen technischen Lehren wird vermutlich ein organisches Bindemittel, wie etwa Furfural, als temporäres Bindemittel beim Kaltpressen verwendet, um ein Formen und Handhaben des ungehärteten Schleifartikels zu ermöglichen. In der Vergangen heit wurden organische Lösungsmittel und andere organische Materialien, wie etwa Furfural und Alkohol, die kompatibel sind mit Phenol-Harzen und mit Gummimaterialien, die verwendet werden, um flexiblere Harze in Schleifartikeln bereitzustellen, als temporäre Bindemittel verwendet.
Wegen der gesteigerten Aufmerksamkeit gegenüber Umweltproblemen verursacht die Verwendung organischer Lösungsmittel oder anderer organischer Materialien als temporäre Bindemittel Schwierigkeiten beim Herstellungsprozeß. Organische Bindemittel sind unerwünscht in Luft, Wasser und Feststoffsaustrittsströmen. Sie tragen zum flüchtigen organisch-chemischen Gehalt der ungehärteten und, möglicherweise, der gehärteten Artikel bei, führen zu zusätzlichen Lagerkontrollen, die bei organischen Lösungsmitteln benötigt werden; und zu Schwierigkeiten bei der Mülldeponie, die durch die Beseitigung der gebrauchten Schleifartikel, wie etwa Scheibenreste, entstehen. Organische Materialien neigen dazu, auf Mülldeponien aus gebrauchten Schleifartikeln auszutreten und dabei potentiell Grundwasserkontamination, Bodenkontamination oder andere Umwelt- und Regulationsprobleme zu verursachen.
Einige Umweltprobleme werden durch die Verwendung eines Phenol-Novolak-Harzes der Sorte, wie sie Gardziella lehrt, gelindert. Insbesondere sind diese Harze durch einen außergewöhnlich geringen Gehalt an freiem Phenol, in der Größenordnung von weniger als 0,5%, charakterisiert.
Es wurde nun gefunden, daß Wasser, ein umweltfreundliches Lösungsmittel, ein ausgezeichnetes temporäres Bindemittel für mit Phenol-Harzen beschichtete Schleifkörner ist. Wasser verleiht dem ungehärteten Schleifartikel eine ausgezeichnete Grünfestigkeit, ist nützlich bei Kaltpreßvorgängen, ermöglicht die Wiederverwendung der Schleifkornmischungen und eine Flexibilität der Herstellungsvorgänge und ist vollständig frei von Umweltproblemen. Die Verwendung von Wasser als temporäres Bindemittel ist besonders vorteilhaft, wenn es in Kombination mit einem Harz, das einen geringen Anteil an flüchtigen organischen Chemikalien enthält, wie etwa Phenol-Novolak-Harze von Gardziella, verwendet wird.
Darüber hinaus muß das Endprodukt seine funktionellen Eigenschaften behalten. Im Falle einer Schleifscheibe umfassen die gewünschten Eigenschaften Schleifbarkeit und eine lange Lebensdauer. Wasser, das als temporäres Bindemittel verwendet wird, hat keine nachteiligen Einflüsse auf den endgültigen Schleifartikel.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung stellt einen ungehärteten, geformten Schleifartikel bereit, umfassend:
a. ein körniges, gleichförmig mit mindestens einem Phenol-Novolak-Harz überzogenes Schleifmaterial;
b. eine wirksame Menge wenigstens eines Härtungsmittels; und
c. eine Wassermenge, die wirksam ist, um den Schleifartikel vor der Nachbehandlung zu binden;
wobei der Schleifartikel weniger als 0,5 Gewichtsprozent flüchtige, organische Chemikalien umfaßt.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Schleifartikels bereit, umfassend die Schritte:
a. Vormischen bei 80 bis 130ºC eines flüssigen Phenol-Novolak-Harzes mit einer Viskosität von 300 bis 3000 cp mit einem körnigen Schleifmaterial bis gleichförmig überzogenes Schleifkorn gebildet ist;
b. Mischen der gleichförmig überzogenen Schleifkörner mit Schleifartikel-Komponenten, die mindestens ein Härtungsmittel und mindestens ein trockenes Phenol-Novolak- Harz umfassen, um freifließendes, gleichförmig überzogenes Schleifkorn zu bilden;
c. Mischen einer wirksamen Wassermenge mit freifließenden, gleichförmig überzogenen Schleifkörnern, um eine freifließende, preßbare Mischung zu erhalten;
d. Einbringen der freifließenden, preßbaren Mischung in eine Gußform mit gewünschter Formteilanordnung; und
e. Pressen der freifließenden, preßbaren Mischung bei einer Temperatur von weniger als 40ºC bis ein ungehärteter, geformter Schleifartikel erhalten wird,
wobei der ungehärtete, geformte Schleifartikel eine ausreichende Grünfestigkeit hat, um intakt aus der Form entfernt und ohne Verlust der gewünschten Form gehärtet werden zu können.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Ein ungehärteter, geformter Schleifartikel wird mit einer Wassermenge, die wirksam ist, um den Schleifartikel vor der Nachbehandlung temporär zu binden, hergestellt. Die Vorteile von Wasser als temporärem Bindemittel in ungehärteten, geformten Schleifartikeln werden besonders deutlich, wenn Wasser verwendet wird, um körniges Schleifmaterial zu binden, das gleichförmig mit mindestens einem Novolak-Harz überzogen ist. Vorzugsweise umfaßt das Harz weniger als 0,5 Gewichtsprozent freies Phenol und ist im wesentlichen frei von flüchtigen organischen Chemikalien. Solch ein Harz kann verwendet werden, um einen ungehärteten Schleifartikel herzustellen, der typischerweise weniger als 0,3 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 0,2 Gewichtsprozent, an freiem Phenol umfaßt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird Wasser als temporäres Bindemittel in einer Menge von 0,001 bis 5 Gewichtsprozent bezogen auf das gleichförmig überzogene Schleifkorn verwendet. Besonders bevorzugt ist Wasser in einer Menge von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent bezogen auf das gleichförmig überzogene Schleifkorn.
Um den gesamten Vorteil der Erfindung bezüglich der Umwelt ausnutzen zu können, umfaßt der ungehärtete Schleifartikel vorzugsweise weniger als 0,5 Gewichtsprozent flüchtige organische Chemikalien. Nach der Nachbehandlung des Schleifartikels bei z. B. 120ºC - 175ºC für 2-18 Stunden ist der gehärtete Schleifartikel vorzugsweise im wesentlichen frei von flüchtigen organischen Chemikalien.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Schleifartikel nach der Nachbehandlung 60 bis 80 Gewichtsprozent körniges Schleifmaterial, 5 bis 10 Gewichtsprozent Novolak-Harz, 0 bis 2 Gewichtsprozent Härtungsmittel, 0 bis 30 Gewichtsprozent Füllmaterial und 0 bis 5 Gewichtsprozent Metalloxid. Der gehärtete Schleifartikel umfaßt weniger als 0,3 Gewichtsprozent freies Phenol und weniger als 0,5 Gewichtsprozent flüchtige organische Chemikalien. Auch wenn die Vorteile bei der Verwendung von Wasser als temporärem Bindemittel bezüglich der Grünfestigkeit und der Mischungshandhabung besonders bei der Herstellung von weichen Scheiben (z. B. mit einer Porosität von 30 bis 40 Volumen-%) hervortreten, erscheinen diese Vorteile auch bei härteren Scheiben mit geringerer Porosität (z. B. weniger als 12% Porosität).
Die Komponenten der Schleifmischung, die Chargengröße und die Erfordernisse der Aufbewahrung und Lagerung der Mischung beeinflussen die optimale Wassermenge, die als temporäres Bindemittel gebraucht wird.
Auch wenn in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein gleichförmig überzogenes Schleifkorn, das wie unten beschrieben hergestellt wird, verwendet wird, kann eine geringere Menge des unbeschichteten Schleifkorns mit beschichtetem Korn oder anderen Komponenten des ungehärteten Schleifartikels der Erfindung kombiniert werden. Bevorzugt werden nicht mehr als 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 15 Gewichtsprozent, des unbeschichteten Schleifkorns in der Mischungsformulierung verwendet.
Ein kontinuierliches Mischen des Schleifmaterials mit flüssigen und trockenen Novolak-Harzen ist bevorzugt. Wie in Bezug auf die Anfangsschritte eines allgemeinen Verfahrens zur Herstellung von Schleifartikeln verwendet, meint "kontinuierliches Mischen", daß das Material einer jeden Komponente den Schleifkörnern ohne wesentliche Unterbrechung zugegeben wird. Z. B. werden die Komponenten des flüssigen und trockenen Harzes vorzugsweise gleichzeitig in den Mischer eingegeben. Diese Technik ist gegensätzlich zu in der Vergangenheit verwendeten Verfahren, die eine chargenweise Mischung anwendeten, d. h. Mischen eines Teils der Flüssigharzkomponente mit einem Teil der Trockenharzkomponente und nachfolgend mit einem zusätzlichen Teil eines flüssigen Harzes und einem zusätzlichen Teil eines trockenen Harzes usw. Das Härtungsmittel dieser Erfindung kann dem Mischer zu jedem geeigneten Zeitpunkt zugeführt werden, vor oder während der Zugabe der anderen Bestandteile, wird aber vorzugsweise mit der Trockenharzkomponente vorvermischt.
Das in dieser Erfindung verwendete Schleifmaterial kann herkömmliches Schleifmittel oder Superschleifmittel sein. Herkömmliche Schleifmittel umfassen z. B. Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid, Granat, körnigen Korund und Flintstein. Superschleifmittel umfassen Diamant, kubisches Bornitrid (CBN) und Borsuboxid (beschrieben im US-Patent Nr. 5135892). Es werden auch verschiedene Mischungen von Schleifmaterialien vorgesehen, wie z. B. eine Mischung aus Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid. Die gesamte Menge an verwendetem Schleifmaterial beträgt etwa 40 bis 70 Volumen-% eines gehärteten Schleifkörpers, der wie hier beschrieben hergestellt wird.
Die mittlere Teilchengröße der Körner des Schleifmaterials (manchmal auch als "Körnung" bezeichnet) hängt von einer Vielzahl an Faktoren ab, wie etwa dem verwendeten speziellen Schleifmittel sowie dem Verwendungszweck der aus dem Schleifkörper geformten Werkzeuge. Im allgemeinen liegt eine mittlere Teilchengröße der Superschleifmittel und der herkömmlichen Schleifmittel im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5000 um und bevorzugt in der Größenordnung von etwa 2 bis 200 um. Die für eine gewünschte Anwendung geeignete Schleifmittelteilchengröße kann ohne übermäßiges Experimentieren ausgesucht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Erfindung Schleifmittel, die von Sol-Gelen abgeleitet sind. Beispiele für diese Schleifmittel sind Sol-Gel-Aluminiumoxid-Schleifkörner, die geimpft oder ungeimpft sein können. Diese Materialarten werden z. B. im US-Patent 5131923 beschrieben.
Das Schleifmaterial kann bei Raumtemperatur verwendet werden. Es wird jedoch vorzugsweise vor Mischbeginn erhitzt, z. B. auf eine Temperatur im Bereich von etwa 30ºC bis etwa 150ºC. In besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt die Temperaturdifferenz innerhalb von etwa 25ºC von der des flüssigen Novolak-Harzes. Diese Anpassung der Materialtemperaturen minimiert Viskositätsänderungen, die auftreten, wenn heißes, harziges Material kältere oder wärmere Schleifpartikel berührt.
Ein bevorzugtes flüssiges Novolak-Harz ist im US-Patent 4918116 (Gardziella) beschrieben. Wie bei Gardziella beschrieben, weist dieses Harz ein molares Verhältnis Phenol-Formaldehyd im Bereich von 1 : 0,2 bis 1 : 0,35 auf. Das Harz hat üblicherweise einen Gehalt an freiem Phenol von weniger als etwa 0,5%. Diese Harze haben auch eine sehr hohe Adhäsionshaltekraft, was zu sehr freifließenden mit Harz überzogenen Schleifgranulaten für das Formen führt. Ein zusätzliches Merkmal der harzbeschichteten Schleifgranulate ist ihre Stabilität, die eine lange Lagerfähigkeit garantiert.
Das für den Zweck dieser Erfindung bevorzugte Molekulargewicht dieser Materialien liegt in einem mittleren Gewichtsbereich von etwa 200 bis etwa 1000.
Die Novolak-Harze sind bei Raumtemperatur fest und beginnen oberhalb von 25ºC zu schmelzen. Bei 70ºC haben sie eine relativ geringe Schmelzviskosität, wodurch sie leicht zu handhaben und leicht mit anderen Komponenten zu vermischen sind. Die geringe Schmelz viskosität macht den Einsatz von Lösungsmitteln während des Vermischens überflüssig. Sie werden vorzugsweise auf eine Temperatur vorgeheizt, die ausreichend ist, um eine Viskosität im Bereich von etwa 300 cp bis etwa 3000 cp zu erreichen, bevor sie dem Mischer zugeführt werden. Die bevorzugte Viskosität liegt im Bereich von etwa 400 cp bis etwa 800 cp, was einer Temperatur von etwa 125ºC bis etwa 115ºC entspricht.
Das zweite Novolak-Harz wird als trockenes Pulver verwendet. Die Beschaffenheit dieses Harzes ist nicht kritisch, auch wenn sein Phenol-Formaldehyd-Verhältnis vorzugsweise außerhalb des Verhältnisses des flüssigen Novolak-Harzes liegt. Es kann z. B. eines der Materialien sein, die allgemein in der Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, dritte Ausgabe, Band 17, Seiten 384 bis 416 beschrieben werden. Geeignete Phenol-Novolake sind auch in den US-Patenten 4264557 (Annis) und 3878160 (Grazen et, al.) beschrieben.
Erfindungsgemäß hat das trockene Novolak-Harz typischerweise ein molares Verhältnis Phenol-Formaldehyd im Bereich von etwa 1 : 0,5 bis etwa 1 : 0,9. Das trockene Harz hat vorzugsweise einen Gehalt an freiem Phenol von weniger als etwa 5 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt von weniger als 1 Gewichtsprozent. Diese Materialien sind bei Raumtemperatur fest und beginnen oberhalb von etwa 70ºC zu schmelzen. Diese Materialien werden jedoch dem Mischer als Feststoffe, d. h. unterhalb ihres Schmelzpunktes, zugeführt. Vorzugsweise werden sie bei Raumtemperatur in Form einer pulvrigen Mischung mit einigen unten beschriebenen optionalen Bestandteilen verwendet.
Das bevorzugte Molekulargewicht des trockenen Novolak-Harzes liegt im Bereich von etwa 2000 bis etwa 1000. Ein besonders bevorzugter Molekulargewichtsbereich reicht üblicherweise von etwa 5000 bis etwa 12000.
Bezüglich der hier verwendeten relativen Menge der Novolak-Harze liegt das Gewichtsverhältnis von flüssigem Harz zu festem Harz, ausgenommen andere Bestandteile, üblicherweise im Bereich von etwa 7 : 1 bis etwa 1 : 7. Ein besonders bevorzugtes Verhältnis ist etwa 3 : 1 bis zu 1 : 3.
Das trockene Novolak-Harz kann mit allem oder einem Teil des Härtungsmittels vorgemischt werden. Das Härtungsmittel macht üblicherweise etwa 0,1 bis 20 Gewichtsprozent, und be vorzugt etwa 7 bis 14 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts der Novolak-Harze aus, die in der Formmasse enthalten sind.
Es kann eine Vielzahl an Füllmaterialen enthalten sein. Nicht begrenzende Beispiele von geeigneten Füllmaterialien sind Sand, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Bauxit, Chromite, Magnesit, Dolomit, Mullit, Siliziumoxid-Aluminiumoxid-Keramiken (z. B. Zeolith-FÜllmaterialien) Borid, Silikamaterial, Sol-Gel-Materialien, Titandioxid, Kohlenstoffprodukte (z. B. Schwarzkohle, Koks oder Graphit); Korund, Holzmehl, Ton, Talk, Calciumfluorit, hexagonales Bornitrid, Molybdändisulfid, Zirkoniumdioxid und verschiedene Glassorten, wie etwa Fiberglas. Es sind auch Mischungen von mehr als einem Füllmaterial möglich.
Die wirksame Menge eines jeden Füllmaterials oder von Kombinationen von Füllmaterialien kann vom Fachmann bestimmt werden. Der übliche erfindungsgemäße Anteil an Füllmaterialien liegt bei etwa 30 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht der gesamten Zusammensetzung. Im Falle von Schleifscheiben liegt der Anteil an Füllmaterialien üblicherweise im Bereich von etwa 5 bis etwa 20 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht der Scheibe.
Die trockene Novolak-Harz-Komponente kann auch andere Bestandteile umfassen, die typischerweise zur Herstellung von Schleifartikeln verwendet werden. Bemerkenswerte Beispiele umfassen antistatische Agenzien; Metalloxide, wie etwa Kalk, Zinkoxid, Magnesiumoxid und Mischungen davon; und Schmierstoffe, wie etwa Stearinsäure, Glycerinmonostearat, Graphit, Kohlenstoff, Molybdändisulfid, Wachskügelchen, und Calciumflourit. Wie im Falle der Füllmaterialien, kann die geeignete Menge eines jeden Materials ohne weiteres vom Fachmann bestimmt werden.
Härtungsmittel, die für hiesigen Gebrauch geeignet sind, werden z. B. im oben erwähnten Patent von Grazen beschrieben. Es können verschiedene Amine, wie etwa Ethylendiamin, Ethylentriamin, Methylamine und Hexamethylentriamin ("Hexa") verwendet werden. Es können auch Vorstufen dieser Materialien verwendet werden. Z. B. ist auch Ammoniumhydroxid ein geeignetes Härtungsmittel, da es mit Formaldehyd zu Hexa reagiert. Hexa und seine Vorstufen sind bevorzugte Härtungsmittel.
Es werden wirksame Mengen des Härtungsmittels, üblicherweise etwa 5 bis 20 Gewichtsteile Härtungsmittel auf 100 Teile des gesamten Novolak-Harzes, verwendet. Der Fachmann auf dem Gebiet der harzgebundenen Schleifartikel ist in der Lage, diesen Anteil einzustellen, der auf verschiedenen Faktoren beruht, wie z. B. der speziellen Art des verwendeten Harzes, dem benötigten Härtungsgrad und den gewünschten Endeigenschaften des Artikels: Festigkeit, Härte und Schleifleistung. Bei der Herstellung von Schleifscheiben liegt ein besonders bevorzugter Anteil des Härtungsmittels bei etwa 8 bis etwa 15 Gewichtsteilen.
Es können verschiedene Mischer verwendet werden, um das Schleifmaterial mit den anderen, oben beschriebenen Komponenten, zu mischen. Beispiele von geeigneten Mischern sind der Eirich (z. B. Modell RV02) und der Littlefordtyp, sowie ein schüsselförmiger Mischer. Die besten Ergebnisse der Schleifkornqualität werden üblicherweise durch Verwendung eines Mischers mit geringer Leistung erzielt. Im Vergleich zur Verschleißcharakteristik bei Verwendung eines Hochleistungsmischers verhindert eine geringe Leistung auch einen übermäßigen Teileverschleiß.
Zur Veranschaulichung des Betriebs bei geringer Leistung sollte das oben erwähnte Eirichmodell mit einer niedrigen Schüsselgeschwindigkeit, üblicherweise weniger als 65 rpm und einer Rührmischergeschwindigkeit von weniger als 2000 rpm angewendet werden.
Schüsselförmige Mischer sind bevorzugt. Gemäß vorliegender Erfindung werden diese Mischerarten bei einer relativ geringen Leistung, d. h. z. B. einer Schüsselgeschwindigkeit von weniger als etwa 50 rpm betrieben. Die schüsselförmigen Mischer umfassen oftmals ein oder mehrere Schaufelsätze, die erfindungsgemäß vorzugsweise bei einer Geschwindigkeit von weniger als 200 mm betrieben werden. In den besonders bevorzugten Ausführungsformen werden die Schaufeln bei einer Geschwindigkeit von weniger als 150 rpm betrieben.
Wie oben erwähnt, erfordert das kontinuierliche Vermischen von Schleifmittel (bereits im Mixer vorhanden und üblicherweise vorgeheizt) mit flüssigen und trockenen Harzkomponenten üblicherweise die gleichzeitige Zuführung von jeder Komponente. Die gleichzeitige Zugabe ermöglicht ohne weiteres, daß die Schleifkörner, wie oben beschrieben, homogen mit jeder Komponente überzogen werden. Es wird die relative Menge einer jeden Komponente, die dem Mischer zugeführt wird, gemessen, so daß das Verhältnis einer jeden Komponente zu einer anderen während der Zuführung so konstant wie möglich ist.
Die Mischdauer hängt von einer Vielzahl an Faktoren ab, die mit der Herstellung und dem Material zusammenhängen, wie z. B. der Art des verwendeten Schleifmittels und Bindemittelharzes, der Anwesenheit oder Abwesenheit von Füllmaterialien der Art und Kapazität der verwendeten Mischerausrüstung, der Menge des herzustellenden Materials, usw. Im allgemeinen reicht die Mischzeit für einen kleineren Produktionsmaßstab von etwa 3 Minuten bis zu etwa 6 Minuten, d. h. 22,5 kg (50 pound) Gesamtmaterial und für einen größeren Produktionsmaßstab von etwa 3 Minuten bis etwa 8 Minuten, d. h. bis zu 270 kg (600 pound) Gesamtmaterial. Ein Fachmann auf dem Gebiet der Schleifmittelherstellung wird, zum Teil basierend aufgrund vorliegender Lehre, in der Lage sein, die geeignetste Mischzeit auszusuchen.
Wie oben erwähnt, liegt die Mischtemperatur während und nach Zugabe der verschiedenen Komponenten gewöhnlicherweise im Bereich von etwa 80ºC bis etwa 130ºC. Vorzugsweise liegt die Mischtemperatur im Bereich von 90ºC bis 125ºC. Aus verschiedenen Gründen neigt die Temperatur während des Mischvorganges dazu abzunehmen. Erstens ist das Mischungssystem üblicherweise gegenüber der Atmosphäre offen mit einem sich daraus ergebenden Wärmeverlust. Zweitens wird das trockene Harz üblicherweise dem Mischer bei Raumtemperatur zugeführt. Folglich liegt nach vollständigem Vermischen die Endtemperatur der Mischung im Bereich von etwa 65ºC bis 90ºC. In mancher Hinsicht ist der Temperaturabfall vorteilhaft, da er eine vorzeitige Aushärtung und Agglomeration des Schleifmittel-/ Harzsystems verhindert.
Nach vollständigem Vermischen kann die Formmasse für einen späteren Gebrauch gelagert werden. Nach Kühlen auf Raumtemperatur ist es ein trockenes, fließfähiges Granulatmaterial. Darüber hinaus ist das Granulat im wesentlichen staubfrei im Vergleich zu einigen Formmassen, die mit flüchtigen organischen Materialien hergestellt werden.
Nach Abschluß des oben beschriebenen Verfahrens werden die Schleifkörner gemäß vorliegender Erfindung homogen mit einem Novolak-Harz überzogen. Dieses gleichförmige Überziehen wird durch Untersuchung der Körner gezeigt. Die Abwesenheit von ausgeprägten Bereichen, in denen ein Trockenverbund (z. B. Füllmaterialien oder Trockenharz) übermäßig konzentriert ist, ist offensichtlich. Entsprechend wird die Abwesenheit von ausgeprägt klebrigen, "flüssigharzreichen" Bereichen beobachtet.
Homogenität zeigt sich auch durch einen geringeren Anteil an "losem Material", wie z. B. Material, das nicht an den Schleifkörnern haftet und bedeutende Herstellungsprobleme verursachen kann. Die gesamte Menge an Trockenverbund, die nach dem Vermischen nicht an den Schleifkörnern haftet, sollte weniger als 3 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse betragen. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Menge geringer als 1,5%. In besonders bevorzugten Ausführungsformen, wenn z. B. die Formmasse zur Herstellung von Hochleistungsschleifscheiben verwendet werden soll, sollte die Menge dieses nichthaftenden Materials geringer als 0,5% sein.
Ein weiteres wichtiges Merkmal einer nach vorliegendem Verfahren hergestellten Formmasse ist ihre Lagerstabilität. Im Gegensatz zu früheren Zusammensetzungen, die einen höheren Anteil an flüchtigen organischen Bestandteilen (z. B. freiem Phenol) umfaßten, unterliegen diese Formmassen im allgemeinen keiner physikalischen oder chemischen Änderung aufgrund von Verdampfung im Laufe der Zeit. Z. B. kann eine 270 kg (600 pound) Probe bei Raumtemperatur für mindestens 3 Monate gelagert und dann gepreßt und gehärtet werden, um einen Schleifartikel zu formen, der dieselben Charakteristika hat wie ein Artikel, der mit einer "frischvermischten" Formmasse hergestellt wird.
Die Formmasse kann, anstatt gelagert zu werden, sofort verwendet werden, um einen gewünschten Schleifartikel herzustellen. Sie wird üblicherweise zunächst durch ein Sieb gegeben, um jegliche Agglomerate zu entfernen, und wird dann direkt zur Formvorrichtung befördert. Im Gegensatz zu den meisten bekannten Verfahren liegt in einer bevorzugten Ausführungsform kein Alterungsschritt zwischen dem Mischen und dem Formen. Da ein Alterungsschritt teuer und zeitraubend sein kann, ist vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen, das Auslassen eines solchen Schrittes ein beträchtlicher Vorteil.
Wasser kann auf irgendeine in der Technik bekannte Art und Weise der Formmasse zugegeben werden, um eine freifließende, preßbare Mischung zu erhalten. Eine bevorzugte Art und Weise, das Wasser zuzugeben, sind das Sprühen oder andere langsame Zugabetechniken unter kontinuierlichem Mischen. Wenn in einer gegebenen Mischungsformulierung geeignet, können andere Bindemittelmaterialien (z. B. Dextrin, Glycerin oder Zucker) sowie Mischungszugaben, die gleichförmig im Schleifartikel dispergiert werden müssen, dem Wasser zugegeben werden.
Das Wasser-Bindemittel muß gründlich mit den anderen Komponenten des Schleifartikels vermischt werden. Das Mischen kann wie oben beschrieben oder mit Hilfe eines anderen bekannten Verfahrens für die Herstellung von Schleifartikeln ausgeführt werden.
Auch wenn das Altern einer Wasser als Bindemittel umfassenden Mischung nicht notwendig ist, um eine gute Handhabbarkeit oder Grünfestigkeit der Mischung zu erzielen, wird eine zusätzliche Grünfestigkeit durch Altern des aus der Mischung geformten Artikels erzielt. Im besonderen führt eine Alterung von 2 bis 10 Stunden zu einer verbesserten Grünfestigkeit des ungehärteten Schleifartikels.
Wenn unter den Herstellungsbedingungen notwendig, kann die Wasser als Bindemittel umfassende Mischung durch Verdunsten unter Umgebungsbedingungen trocknen und folglich ohne ein erforderliches aufwendiges Mischen, Absieben von Agglomeraten oder anderen Verfahren, die herkömmlich für die Rückgewinnung von organischen Bindemitteln, wie etwa Furfural umfassende Mischungen, verwendet wurden, wiederverwendet werden. Folglich können die Mischungen vor und nach der Zugabe von Wasser als Bindemittel gelagert werden.
Die Mischung der Formmassen kann mit irgendeinem bekannten Verfahren gepreßt werden.
Heißpressen, Warmpressen oder Kaltpressen können angewendet werden. Heißpressen wird beschrieben z. B. in einer Bakelite Veröffentlichung, Rutaphen -Resins for Grinding Wheels - Technical Information (KN 50E - 09.92 - G&S-BA), und in einer anderen Bakelite Veröffentlichung: Rutaphen Phenolic Resins - Guide/Product Ranges/Application (KN 107/e - 10.89 GS-BG). Hilfreiche Informationen können auch in Thermosetting Plastics, herausgegeben von J. F. Monk, Kapitel 3 ("Compression Moulding of Thermosets"), 1981, George Goodwin Ltd. in Zusammenarbeit mit The Plastics and Rubber Institute. Zur Veranschaulichung kann eine Schleifscheibe durch Einbringen des gemischten Materials in eine geeignete Gußform, die üblicherweise aus rostfreiem, kohlenstoffreichem oder chromreichem Stahl besteht, hergestellt werden. Geformte Preßkolben werden verwendet, um die Mischung abzudecken. Manchmal wird ein kaltes Vorpressen angewendet, gefolgt von einem Vorheizen, nachdem die beladene Gußform in einem geeigneten Ofen plaziert ist. Die Gußform kann durch irgendeine geeignete Methode beheizt werden: Elektrizität, Dampf, drückendem, heißen Wasser oder einer Gasflamme. Ein Widerstands- oder Induktionsofen wird üblicherweise verwendet.
Ein Inertgas wie Stickstoff kann zugeführt werden, um die Oxidation der Gußform zu minimieren.
Die spezifischen Temperatur, Druck und Zeitbereiche hängen von dem speziellen verwendeten Material, der Art der verwendeten Ausrüstung und den Abmessungen der Scheibe ab. Der Preßdruck reicht üblicherweise von etwa 70,3 bis 703 Kg/sq cm (0,5 tsi bis etwa 5,0 tsi), und bevorzugt von etwa 70,3 bis 281,2 Kg/sq cm (0,5 tsi bis etwa 2,0 tsi). Die Preßtemperatur dieses Verfahrens liegt üblicherweise im Bereich von etwa 115ºC bis etwa 200ºC; und bevorzugt von etwa 140ºC bis etwa 170ºC. Die Verweildauer innerhalb der Form reicht üblicherweise von etwa 30 bis etwa 60 Sekunden pro Millimeter der Schleifartikeldicke.
Für den Zweck dieser Offenbarung umfaßt der Begriff "Heißpressen" auch heiße Prägevorgänge, die bekannt sind. In einem typischen heißen Prägevorgang wird Druck auf die Form ausgeübt, nachdem sie aus dem Ofen genommen wurde.
Kaltpressen und Warmpressen sind bevorzugte Verfahren besonders bei Herstellungsvorgängen, bei denen Energie- und Zeitsparende Erfordernisse von Bedeutung sind. Kaltpressen wird im US-Patent 3619151 beschrieben. Eine vorbestimmte, gewogene Charge der vermischten Zusammensetzung wird anfänglich der Vertiefung einer geeigneten Gußform, z. B. einer üblichen Schleifscheibenform, zugeführt und gleichmäßig in ihr verteilt. Das Material behält Raumtemperatur, üblicherweise weniger als etwa 40ºC und bevorzugt weniger als etwa 30ºC. Dann wird Druck auf das ungehärtete Material mit Hilfe geeigneter Mittel, wie etwa Hydraulikpressen, ausgeübt. Der ausgeübte Druck liegt im Bereich von etwa 70,3 bis 2109,3 Kg/sq cm (0,5 tsi bis etwa 15 tsi) und besonders bevorzugt im Bereich von etwa 140,6 bis 843,7 Kg/sq cm (1 tsi bis etwa 6 tsi). Die Verweildauer innerhalb der Presse liegt üblicherweise im Bereich von etwa 5 Sekunden bis etwa 1 Minute. Es scheint, daß der Preßdruck, der notwendig ist, um gute Ergebnisse zu erzielen, durch Verwendung von schmierstoffartigen Materialien, wie etwa Graphit und Stearat, reduziert werden kann.
Die Warmpreßtechnik ist sehr ähnlich zur Kaltpreßtechnik, mit der Ausnahme, daß die Temperatur der vermischten Mischung in der Gußform üblicherweise auf einige Grad unterhalb von 140ºC, und noch öfter unterhalb von 100ºC erhöht ist. Es werden hier dieselben allgemeinen Parameter für Druck und Verweilzeit wie beim Kaltpressen eingestellt.
Nach dem Kalt- bzw. Warmpressen wird das geformte Material gehärtet. Die Auswahl der Härtungstemperatur hängt zumindest von verschiedenen Faktoren, einschließlich der Festigkeit, der Härte und der Schleifleistung, die für den speziellen Schleifartikel erwünscht ist, ab. Üblicherweise liegt die Härtungstemperatur im Bereich von etwa 150ºC bis etwa 250ºC. In besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt die Härtungstemperatur im Bereich von etwa 150ºC bis etwa 200ºC. Die Härtungsdauer reicht von etwa 6 Stunden bis etwa 48 Stunden. In vielen Fällen wird die endgültige Härtungstemperatur über mehrere Stufen erreicht, d. h. sie durchläuft mehrere Zwischentemperaturen und Verweilperioden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der geformte Schleifartikel für 2 bis 3 Stunden bei 120º und dann für 12 bis 18 Stunden bei 175º an der Luft bei Atmosphärendruck erhitzt. Dieses Verfahren verbessert die zusätzliche Benetzung der trockenen Komponenten der Mischung mit den flüssigen Komponenten.
Nach dem Pressen und Härten werden die Schleifartikel aus der Gußform genommen und luftgekühlt. Es sind auch anschließende Schritte, wie z. B. Abkanten und Endbehandeln der Schleifscheiben gemäß herkömmlicher Praktiken, möglich. Erfindungsgemäß liegt die Porosität des geformten Artikels nach dem Härten üblicherweise im Bereich von etwa 0 bis 60 Volumen-% und häufiger im Bereich von etwa 4 bis 40 Volumen-%. Kaltgepreßte, gehärtete Artikel umfassen vorzugsweise etwa 12 bis 60 Volumen-% Porosität, besonders bevorzugt etwa 20 bis 40 Volumen-%.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen des weiteren verschiedene Aspekte der Erfindung ohne sie zu begrenzen. Alle Anteile und Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogen, sofern nicht anderweitig angegeben.

Beispiel 1

4636 g Aluminiumoxid-Schleifmittel der Korngröße 20 und 30 (1 : 1 Verhältnis) und 7861 g Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid-Schleifmittel der Korngröße 24 werden auf 120ºC vorgeheizt und in eine Rührschüssel mit einem Durchmesser von 51 cm gegeben. 898 g eines auf 120ºC erhitzten Novolak-Harzes mit geringem Molekulargewicht (Phenol : Formaldehyd-Verhältnis von 1 : 0,2 bis 1 : 0,35) werden gleichzeitig mit 4649 g eines vorgemischten, trockenen Materials (Material bei Raumtemperatur) bestehend aus 1792 g Novolak-Harz, 1487 g Eisenpyrit, 835 g Kaliumsulfat, 387 g Calciumoxid und 145 g Hexamethylentetramin, langsam dem Mischer zugegeben. Während des Mischvorgangs wird die Schüssel mit 30 rpm im Uhrzeigersinn gedreht. Ein Satz Rührschaufeln wird mit 80 rpm im Uhrzeigersinn gedreht und ein anderer rechenförmiger Rührer wird mit 110 rpm im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Nach einer gesamten Mischzeit von 6 Minuten beträgt die Mischungstemperatur 75ºC. Die Mischung besteht zu diesem Zeitpunkt aus trockenem, fließfähigen (gleichförmig Harz/Füllmittel-überzogenes Schleifmittel) Granulat mit weniger als 1% losem Material.

Beispiel 2A

Gleichförmig beschichtetes körniges Schleifmaterial wird durch Vorheizen von 2072 g Aluminiumoxid (Körnung 36) auf eine Temperatur im Bereich von etwa 80ºC bis etwa 120ºC hergestellt. Die Mischung wird dann in eine Rührschüssel mit einem Durchmesser von 25 em gegeben, ähnlich der in Beispiel 1 verwendeten. Es wurde eine Gesamtmenge von 26 g eines Novolak-Harzes mit geringem Molekulargewicht (molares Phenol-Formaldehyd-Verhältnis von 1 : 0,2 bis 1 : 0,35) verwendet. Das Material wurde auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um eine Viskosität von etwa 400 ep bis 800 cp zu erhalten (d. h. eine Temperatur im Bereich von etwa 115ºC - 125ºC). Es wurde eine Gesamtmenge von 169 g eines vorgemischten trockenen Bindemittels, umfassend 153,8 g Standard-Novolak-Harz-Material und 15,2 g Hexamethylentetramin, verwendet. Die Schleifkörner wurden in einer Serie von drei Stufen mit dem Flüssigharz und dem trockenen Bindemittelmaterial beschichtet, wobei jede Stufe die Verwendung von etwa einem Drittel der Gesamtmenge einer jeden Komponente umfaßte. Die Mischungsparameter waren ähnlich zu denen, die in Beispiel 1 verwendet wurden, mit einer Mischungstemperatur von etwa 120ºC.
Das resultierende trockene, fließfähige Produkt umfaßte nur 0,4% flüchtige Stoffe, wie eine thermograv imetrische Analyse ergab.

Beispiel 2B

Gleichförmig beschichtetes körniges Schleifmaterial wurde durch Vorheizen von 16438,7 g einer Schleifmittelmischung aus Aluminiumoxid und Siliziumcarbid (Körnung 36) auf eine Temperatur im Bereich von etwa 80ºC bis etwa 120ºC hergestellt. Die Mischung wurde dann in eine Rührschüssel mit einem Durchmesser von 51 cm, ähnlich zu der in Beispiel 1 verwendeten, gegeben. Es wurde eine Gesamtmenge von 372 g eines Novolak-Harzes mit geringem Molekulargewicht (molares Phenol-Formaldehyd-Verhältnis von 1 : 0,2 bis 1 : 0,35) verwendet. Dieses Material wurde auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um eine Viskosität von etwa 400 ep bis 800 ep zu erhalten (d. h. eine Temperatur im Bereich von etwa 11ºC - 125ºC). Es wurde eine Gesamtmenge von 1333,3 g eines vorgemischten trockenen Bindemittels, umfassend 1213,3 g Standard-Novolak-Harz-Material und 120,0 gm Hexamethylentetramin, verwendet. Die Schleifkörner wurden in einer Serie von drei Stufen mit dem Flüssigharz und dem trockenen Bindemittelmaterial beschichtet, wobei jede Stufe die Verwendung von etwa einem Drittel der Gesamtmenge einer jeden Komponente umfaßte. Die Mischungsparameter waren ähnlich zu denen, die in Beispiel 1 verwendet wurden, mit einer Mischtemperatur von etwa 120ºC.

Beispiel 3

Unter Verwendung von Wasser als temporärem Bindemittel wurden die beschichteten körnigen Schleifmaterialien des Beispiels 2A in denen in Tabelle 1, unten, gezeigten Mengen gemischt, um eine freifließende, preßbare Mischung zu bilden. Es wurden Kontrollproben, die (1) kein Bindemittel und (2) Furfural als Bindemittel umfassen, in den in Tabelle 1 angegebenen Mengen hergestellt. Die erfindungsgemäße Kornmischung (74,8 g feuchte Mischung) und die Kontrollmischungen (74,8 g Mischung) wurden verwendet, um ungehärtete, geformte Schleifartikel (Blöcke) der Größe 10,16 cm · 2,54 cm · 1,77 cm (4" · 1" · 1 1/2") bei Raumtemperatur und bei einem Druck von 703 kg/sq cm (5 Tonnen pro Quadratinch) in einem Labormaßstab durch Formpressen zu erhalten.
Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 KOMPONENTE
a. geschlossene Form, sprang aber auf, als der Druck nachließ
Die Ergebnisse zeigen, daß die Zugabe von 1 bis 4% Wasser als temporärem Bindemittel bedeutend die Eigenschaften der Grünfestigkeit und der Handhabbarkeit der Mischung während der Herstellung der ungehärteten Schleifblöcke verbessern. Die Proben wurden bei Raumtemperatur erfolgreich "kalt"-gepreßt und zeigen nach dem Härten (bei 60º bis 120ºC für 40 Minuten; 120ºC für 2 Stunden; 120º bis 175ºC für 3 Stunden und 175ºC für 20 Minuten) Formbeständigkeit (Größe und Profil).
Bei Messungen der Belastungsverschiebung, die an einem geformten Artikel während des Formpressens des Materials, das Wasser als Bindemittel enthielt, durchgeführt wurde, zeigte sich ein sehr scharfer Verschiebungspeak im Vergleich zum Material, das Furfural umfaßte und eine 2 bis 5-fache Belastung von der des Furfurals hatte. Das Material ohne Bindemittel konnte nicht beurteilt werden, da keine Belastungsverschiebung auftrat. Folglich ergab Wasser als Bindemittel die beste Mischung für Kaltpreßvorgänge.
Obwohl ein Aushärten der Mischungen, die Wasser als Bindemittel umfassen, für eine Handhabbarkeit der Mischung oder Grünfestigkeit nicht notwendig ist, zeigten Aushärtungsstudien eine verbesserte Grünfestigkeit des ungehärteten Schleifblocks, der aus Mischungen hergestellt wurde, die 2 bis 10 Stunden gehärtet wurden.

Beispiel 4

Schleifscheiben wurden entweder mit Wasser oder Tridecylalkohol (TDA) als temporärem Bindemittel während der Mischungshandhabung und den Formschritten hergestellt.
Schleifkornmischungen wurden wie in Beispiel 1 beschrieben vermischt. Teile (450 g) der Mischung wurden mit dem in Tabelle 2 beschriebenen Bindemittel benetzt, indem das Bindemittel in Form von Tropfen aus einem Augentropfer zugegeben wurde, während die Mischung kontinuierlich gerührt wurde. Die Mischung wurde sofort zu ungehärteten flachen Scheiben von 17,8 · 1,3 · 2,5 cm (7 · 0,5 · 1 Inch) geformt, indem eine 200 Tonnen Dampfpresse zum Kaltpressen bei 182 metrischen Tonnen (200 Tonnen) Druck verwendet wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Wasser verbessert die Grünfestigkeit der Scheibe. Die Qualität der Mischungshandhabbarkeit während des Formens war für alle verwendeten Anteile an Wasser gut.
Die Proben, die TDA umfaßten, waren schwerer zu handhaben und zu pressen als die Proben, die Wasser umfaßten. Tabelle 2 KOMPONENTE
a. Scheiben mit 12,7 mm (0,5 Inch) Durchmesser konnten nicht gepreßt werden. Ohne Bindemittel waren die Scheiben 13,2 mm (0,52 Inch) dick bei einem Druck von 182 metrischen Tonnen.

Beispiel 5

Schleifscheiben wurden in einem Kaltpreßvorgang mit Wasser als temporärem Bindemittel in kommerziellem Maßstab hergestellt. Die Mischungsformulierung des Beispiels 2B wurde mit Wasser einer in Tabelle 3 unten gezeigten Menge vermischt. Die Scheiben wurden wie in Tabelle 3 beschrieben bei Umgebungstemperatur (Kaltpressen) gepreßt. Die Proben 1 und 2 wurden in 17,8 · 0,8 · 2,5 cm (7 · 1/3 · 1 Inch) Scheiben gepreßt; die Proben 3 und 4 wurden in 91,4 · 10,2 · 50,8 cm (36 · 4 · 20 Inch) Scheiben gepreßt; und die Proben 5-7 wurden in 30,5 · 2,5 · 10,2 cm (12 · 1 · 4 Inch) große Scheiben gepreßt. Die Ergebnisse sind in Tabelle III gezeigt. Tabelle III
a. Bei den Proben 3 und 5 wurde das Beispiel 2B dahingehend geändert, daß es gemischte Schleifkörner der Körnung 36/46 mit einer geringeren Menge an Streckmittel umfaßt.
b. Der Anteil des Härtungsmittels wurde erhöht, um eine Gesamtmenge der Härtungsmittels von 9 Gewichtsprozent der gesamten Novolak-Harzes zu erzielen.
c. Nach 10-tägigem Einweichen in Wasser wurde die Berstfestigkeit gemessen. Alle Proben hatten eine Berstfestigkeit oberhalb 5360 rpm, der akzeptablen Grenze für den kommerziellen Gebrauch.

Claims

1. Ungehärteter, geformter Schleifartikel, umfassend:

a. Körniges, gleichförmig mit mindestens einem Phenol-Novolak-Harz überzogenes Schleifmaterial;

b. eine wirksame Menge wenigstens eines Härtungsmittels; und

c. eine Wassermenge, die wirksam ist, um den Schleifartikel vor der Nachbehandlung zu binden;

wobei der Schleifartikel weniger als 0,5 Gewichtsprozent flüchtige, organische Chemikalien umfaßt.

2. Schleifartikel nach Anspruch 1, des weiteren umfassend mindestens eine Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Füllmaterialien, porositätsinduzierenden Mitteln, sekundären Schleifkörnern, antistatischen Agenzien, Metalloxiden, Schmierstoffen, Härtungsmitteln, Bindemitteln und Kombinationen davon.

3. Schleifartikel nach Anspruch 2, wobei die Füllmaterialen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sand, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Bauxit, Chromiten, Magnesit, Dolomit, Mullit, Borid, Silikamaterial, Sol-Gel-Materialien, Titandioxid, Kohlenstoff, Graphit, Korund, Holzmehl, Ton, Talk, hexagonalem Bornitrid, Molybdändisulfid, Zirkoniumdioxid, Fiberglas und Kombinationen davon.

4. Schleifartikel nach Anspruch 3, wobei die Schmierstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Stearinsäure, Glycerinmonostearat, Graphit, Kohlenstoff, Molybdändisulfid, Wachskügelchen und Kalziumfluorid.

5. Schleifartikel nach Anspruch 2, wobei die Metalloxide ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Kalk, Zinkoxid, Magnesiumoxid und Mischungen davon.

6. Schleifartikel nach Anspruch 1, wobei das körnige Schleifmaterial ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid, Granat, körnigem Korund, Flintstein, Diamant, kubischem Bornitrid, geimpftem Sol- Gel-Aluminiumoxid, ungeimpftem Sol-Gel-Aluminiumoxid und Kombinationen davon.

7. Schleifartikel nach Anspruch 1, wobei das Phenol-Novolak-Harz ein molares Verhältnis von Phenol : Formaldehyd-1-Iarz von 1 : 0,2 bis 1 : 0,3 und einen Gehalt an freiem Phenol von weniger als 0,5% hat.

8. Schleifartikel nach Anspruch 7, wobei das Phenol-Novolak-Harz ein mittleres Molekulargewicht von 200 bis 1000 hat.

9. Schleifartikel nach Anspruch 7, wobei das Phenol-Novolak-Harz eine Viskosität von 300 bis 3.000 cp bei 80 bis 130ºC hat.

10. Schleifartikel nach Anspruch 7, umfassend eine Mischung aus Phenol-Novolak- Harzen enthaltend ein zweites Phenol-Novolak-Harz mit einem molaren Verhältnis von Phenol : Formaldehyd von 1 : 0,5 bis 1 : 0,9.

11. Schleifartikel nach Anspruch 10, wobei das zweite Phenol-Novolak-Harz ein mittleres Molekulargewicht von 2.000 bis 15.000 hat.

12. Schleifartikel nach Anspruch 10, wobei die Mischung aus Phenol-Novolak-Harz 12 bis 88 Gewichtsprozent des zweiten Phenol-Novolak-Harzes umfaßt.

13. Schleifartikel nach Anspruch 1, wobei der Schleifartikel 0,001 bis 5 Gewichtsprozent Wasser enthält.

14. Schleifartikel nach Anspruch 1, wobei der Schleifartikel weniger als 0,3 Gewichtsprozent freies Phenol enthält.

15. Schleifartikel nach Anspruch 1, wobei der Schleifartikel, nachdem er durch Erhitzen auf 120ºC für zwei bis drei Stunden und dann auf 175ºC für 12 bis 18 Stunden unter Umgebungsatmosphäre und Umgebungsdruck gehärtet wurde, 0 bis 60 Volumenprozent Porosität umfaßt.

16. Schleifartikel nach Anspruch 15, wobei der Schleifartikel im wesentlichen, nachdem er gehärtet wurde, frei von flüchtigen organischen Chemikalien ist.

17. Schleifartikel nach Anspruch 1, wobei das Härtungsmittel ein Amin ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylendiamin, Ethylentriamin, Methylaminen und Hexamethylentriamin ist.

18. Schleifartikel nach Anspruch 1, wobei das Härtungsmittel in einer Menge von 5 bis 20% des Gewichtes des Phenol-Novolak-Harzes anwesend vorliegt.

19. Schleifartikel nach Anspruch 16, umfassend 4 bis 40 Volumenprozent Porosität.

20. Schleifartikel nach Anspruch 16, wobei der gehärtete Schleifartikel auf einer prozentualen Gewichtsbasis 60 bis 95% körniges Schleifmaterial, 5 bis 15% Phenol- Novolak-Harz, 0 bis 2% Härtungsmittel, 0 bis 30% Füllmaterial und 0 bis 5% Metalloxid umfaßt.

21. Verfahren zur Herstellung eines ungehärteten, geformten Schleifartikels, umfassend die Schritte:

a. Vormischen bei 80 bis 130ºC eines flüssigen Phenol-Novolak-Harzes mit einer Viskosität von 300 bis 3.000 cp mit einem körnigen Schleifmaterial bis gleichförmig überzogenes Schleifkorn gebildet ist;

b. Mischen der gleichförmig überzogenen Schleifkörner mit Schleifartikel-Komponenten, die mindestens ein Härtungsmittel und mindestens ein trockenes Phenol-Novolak- Harz umfassen, um freifließendes, gleichförmig überzogenes Schleifkorn zu bilden;

c. Mischen einer wirksamen Wassermenge mit freifließenden, gleichförmig überzogenen Schleifkörnern, um eine freifließende, preßbare Mischung zu erhalten; d. Einbringen der freifließenden, preßbaren Mischung in eine Gußform mit gewünschter Formteilanordnung; und

e. Pressen der freifließenden, preßbaren Mischung bei einer Temperatur von weniger als 40ºC bis ein ungehärteter, geformter Schleifartikel erhalten wird, der weniger als 0,5 Gewichtsprozent an flüchtigen organischen Chemikalien umfaßt,

wobei der ungehärtete, geformte Schleifartikel eine ausreichende Grünfestigkeit hat, um intakt aus der Form entfernt und ohne Verlust der gewünschten Form gehärtet werden zu können.

22. Verfähren nach Anspruch 21, wobei 0,001 bis 5 Gewichtsprozent Wasser, bezogen auf das gleichförmig überzogene Schleifkorn, als temporäres Bindemittel benutzt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei 0,5 bis 3 Gewichtsprozent Wasser, bezogen auf das gleichförmig überzogene Schleifkorn, als temporäres Bindemittel benutzt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Pressens bei 70,3 bis 2109,3 kg/Quadratzentimeter (0,5 bis 15 Tonnen/Quadratinch) über 5 Sekunden bis zu 1 Minute durchgeführt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 21, des weiteren umfassend den Schritt des Wärmehärtens des geformten Schleifartikels bei einer Temperatur von 150 bis 250ºC über 6 bis 48 Stunden.