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粘結磨料制品及方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480054594.2

申請日:

2014.09.26

公開號:

CN105592982A

公開日:

2016.05.18

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):B24D 3/02申請日:20140926|||公開
IPC分類號: B24D3/02; B24D7/02 主分類號: B24D3/02
申請人: 3M創新有限公司
發明人: 洛克·X·范
地址: 美國明尼蘇達州
優先權: 2013.10.04 US 61/886,815
專利代理機構: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112 代理人: 王靜;丁業平
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480054594.2

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2016.06.15|||2016.05.18

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了一種粘結磨料制品,該粘結磨料制品具有基質和磨削層,該基質由基質磨料顆粒和基質粘結劑形成,該磨削層具有垂直取向的磨料顆粒和磨削層粘結劑。該磨削層設置在粘結磨料制品的外表面上或至少部分地設置在粘結磨料制品的內部。

權利要求書

1.一種粘結磨料制品,所述粘結磨料制品包括:
基質,所述基質包含基質磨料顆粒和基質粘結劑;
磨削層,所述磨削層包含垂直取向的磨料顆粒和磨削層粘結劑;
其中所述磨削層設置在所述粘結磨料制品的外表面上或至少部分地設置在所述粘結
磨料制品的內部。
2.根據權利要求1所述的粘結磨料制品,
所述磨削層還包括磨削面和背面;
其中所述磨削層設置在所述基質的第一主表面上;并且
其中所述背面位于所述基質的近側,并且所述磨削面位于所述基質的遠側。
3.根據權利要求1所述的粘結磨料制品,
所述磨削層還包括磨削面和背面,
其中所述磨削層至少部分地設置在所述粘結磨料制品的內部;并且
其中所述背面位于所述基質的遠側,并且所述磨削面位于所述基質的近側。
4.根據權利要求1所述的粘結磨料制品,其中所述垂直取向的磨料顆粒包括以靜電方
式垂直取向的磨料顆粒。
5.根據權利要求1所述的粘結磨料制品,其中所述基質磨料顆粒和所述垂直取向的磨
料顆粒中的任一者或兩者包括精密成形的磨料顆粒。
6.一種磨削輪,所述磨削輪包括根據權利要求1所述的粘結磨料制品,其中所述磨削輪
具有安裝孔。
7.根據權利要求1所述的粘結磨料制品,其中
所述磨削層還包括背襯;并且
其中所述磨削層粘結劑將所述垂直取向的磨料顆粒粘結到所述背襯。
8.根據權利要求1所述的粘結磨料制品,其中所述磨削層通過粘結劑層附接到所述粘
結磨料制品。
9.根據權利要求1所述的粘結磨料制品,所述磨削層還包括上漿層。
10.根據權利要求1所述的粘結磨料制品,其中所述磨削層完全設置在所述基質的內
部。
11.根據權利要求1所述的粘結磨料制品,
所述粘結磨料制品還包括第二磨削層;所述第二磨削層還包括磨削面和背面,
其中所述第二磨削層設置在所述基質的第一主表面上,其中所述背面位于所述基質的
遠側,并且所述磨削面位于所述基質的近側。
12.一種形成粘結磨料制品的方法,所述方法包括:
將基質混合物施加至磨削層,
所述基質混合物包含可固化的基質粘結劑和基質磨料顆粒,
所述磨削層包含垂直取向的磨削磨料顆粒;以及
使所述基質粘結劑固化。
13.根據權利要求12所述的方法,其中所述磨削層還包括背襯和磨削層粘結劑。
14.根據權利要求12所述的方法,其中所述磨削層包括磨削面,其中所述施加還包括使
所述基質混合物與所述磨削面接觸。
15.根據權利要求12所述的方法,其中所述磨削層包括背面,其中所述施加還包括使所
述基質混合物與所述背面接觸。
16.根據權利要求12所述的方法,其中所述磨削層包括背面和磨削面,其中所述施加還
包括使所述基質混合物與所述背面和所述磨削面接觸。
17.一種形成粘結磨料制品的方法,所述方法包括:
將磨削層前體施加至基質的第一主表面,
將垂直取向的顆粒沉積在所述磨削層前體上,
將上漿層施加在所述垂直取向的顆粒上,以及
使所述磨削層前體固化以形成附接到所述第一主表面的磨削層。
18.根據權利要求17所述的方法,其中所述沉積包括:使磨料顆粒以靜電方式垂直取向
在所述磨削層上。

說明書

粘結磨料制品及方法

背景技術

粘結磨料制品具有通過粘結介質而粘結在一起的磨料顆粒。對于高性能磨料制
品,諸如更快地研磨材料同時滿足緊密度容限而不損害工件的磨削輪的需求增加。

諸如磨石、細磨石和磨輪的磨料制品可由固定安裝的電機諸如例如臺式研磨機驅
動,或附接至手動操作式便攜研磨機并由其驅動。手動操作式便攜研磨機通常相對于工件
表面以微小角度固定,并且可用于將例如焊道、飛翅、澆口和冒口從鑄件磨掉。

發明內容

與常規粘結圓盤相比,發現將磨削層設置在粘結磨料制品的表面處或粘結磨料制
品的內部令人驚奇地提高切削和磨削性能。具體地,除其它優點之外,總切削量令人驚奇地
增大。

在一個方面,本公開提供了一種粘結磨料制品,該粘結磨料制品包括基質和磨削
層。基質包含基質磨料顆粒和基質粘結劑。磨削層包含垂直取向的磨料顆粒和磨削層粘結
劑。磨削層設置在粘結磨料制品的外表面上或至少部分地設置在粘結磨料制品的內部。

在另一方面,本公開提供了一種形成粘結磨料制品的方法。該方法包括將可垂直
取向的磨料顆粒分散在第一載體上,將磨削層粘結劑施加至第二載體,使磨削層粘結劑與
可垂直取向的磨料顆粒接觸;以及使磨削層粘結劑固化。

在另一方面,本公開提供了一種形成粘結磨料制品的方法,該方法包括將基質混
合物施加至磨削層,該基質混合物包含可固化的基質粘結劑和基質磨料制品,磨削層包含
垂直取向的磨削磨料顆粒;以及使基質粘結劑固化。

附圖說明

在說明書和附圖中重復使用的參考符號旨在表示本公開相同或類似的特征或元
件。

圖1A為根據實施例的粘結磨料制品的示意性剖視圖。

圖1B為根據實施例的粘結磨料制品的示意性剖視圖。

圖2為根據實施例的粘結磨料制品的示意性剖視圖。

圖3為根據實施例的粘結磨料制品的示意性剖視圖。

圖4A為用于使磨料顆粒垂直取向的裝置的示意圖。

圖4B為帶有垂直取向的磨料顆粒的磨料制品的示意性剖視圖。

圖5A為帶有垂直取向的磨料顆粒的制品的示意性俯視圖。

圖5B為根據實施例的形成粘結磨料制品的示意性方法。

圖5C為根據實施例的粘結磨料制品的透視圖。

圖5D為根據實施例的粘結磨料制品的透視圖。

定義

如本文所用,詞語“包含”、“具有”和“包括”的變型在法律上是等同的且是開放式
的。因此,除了列舉的元件、功能、步驟或限制之外,還可存在其它未列舉的元件、功能、步驟
或限制。

“粘結磨料制品”是具有粘結磨具的磨料制品,包括但不限于磨削輪、磨削盤、磨削
圓筒或任何其它形式的磨料制品。

盡管上述繪圖示出了本公開的若干實施例,但如論述中指出,還可以想到其它的
實施例。附圖可能未按比例繪制。在所有附圖中,類似的參考標號可以用來表示類似的部
件。

具體實施方式

現在參見圖1A,根據一個實施例的示例性粘結磨料制品10具有基質13和磨削層
16。基質13具有兩個相對的主表面:第一主表面21和第二主表面23。磨削層16具有兩個相對
的面,磨削面19和背面17。磨削面19包括垂直取向的磨料顆粒18的遠側末端并且根椐所采
用的磨料顆粒可以是不平的或起伏的。背面17為基本上平面的復制面,在一個實施例中為
施加垂直取向的磨料顆粒的平面支撐表面。在一個實施例中,磨削層16設置在第一主表面
21或第二主表面23上,由此使得背面17位于基質13的近側并且磨削面19位于基質13的遠
側。

基質13包括基質磨料顆粒12和基質粘結劑14。基質13的形狀可以像圓盤、輪、圓筒
或本領域中已知的任何其它合適的形狀。基質13可具有開口,該開口包括中心開口諸如中
心孔。基質13可具有帶有中心孔的凹陷中心。基質13可具有背襯,包括紙材、織物、或膜背
襯、或本領域中已知的或以下所述的任何其它背襯或它們的組合。

基質粘結劑14以固定構型將基質磨料顆粒12保持在基質13內并且為基質13提供
剛性結構。基質粘結劑14可包含任何合適的有機粘結劑、樹脂粘結劑、金屬粘結劑、陶瓷粘
結劑或本領域中已知的任何其它粘結劑諸如以下所述的粘結劑或它們的組合。

基質磨料顆粒12可以是本領域中已知的任何磨料顆粒,包括常規粉碎的磨料顆
粒、成形磨料顆粒或以下所述的任何磨料顆粒或它們的組合。基質磨料顆粒12可以無規分
散在基質14內,或者可以預定圖案分散在基質14內。基質磨料顆粒12在基質14內可以是無
規取向的,或者可以預定取向在基質14內取向。基質磨料顆粒12中的一些、全部可以基本上
類似或平行的取向在基質13內取向或者均不以基本上類似或平行的取向在基質13內取向。
基質磨料顆粒12中的一些、全部可具有基本上相同的、類似的或不同的尺寸或者均不具有
基本上相同的、類似的或不同的尺寸。基質磨料顆粒12中的一些、全部可具有基本上相同
的、類似的或不同的形狀或者均不具有基本上相同的、類似的或不同的形狀。基質磨料顆粒
12可包含具有相同或不同化學組成的磨料顆粒,該磨料顆粒具有相同的、類似的、相異的或
不同的化學和物理特性,諸如靜電吸引、硬度和斷裂韌度。基質磨料顆粒12中的一些、全部
可以完全浸入基質14內或者均不完全浸入基質14內。基質磨料顆粒12中的一些、全部可以
不完全浸入基質14內。基質磨料顆粒12研磨表面至不同的程度,諸如低磨損、中等磨損、高
磨損或任何其它已知的磨損程度,這取決于諸如基質磨料顆粒12的尺寸、幾何結構、取向和
材料等因素以及諸如表面暴露至基質13的壓力和速度等因素。

磨削層16包含垂直取向的磨料顆粒18,該垂直取向的磨料顆粒18通過磨削層粘結
劑20以垂直取向的構型粘結并保持。在一個實施例中,磨削層16還包含非垂直取向的磨料
顆粒。在一個實施例中,磨削層16具有小于基質13的厚度的厚度。在一個實施例中,磨削層
16具有基質13的厚度的95%、或90%、或85%、或80%、或75%、或70%、或65%或60%或
55%或50%或小于100%但大于0%的任何其它百分比的厚度。在另一個實施例中,磨削層
粘結劑20足夠厚以便所有垂直取向的顆粒浸入磨削層16內。在另一個實施例中,磨削層粘
結劑20具有小于垂直取向的顆粒18的高度的厚度,由此使得該垂直取向的顆粒18從磨削層
粘結劑20的暴露表面至少部分地突出。

磨削層16可任選地通過粘合劑來粘結到基質13。磨削層16可任選地通過磨削層粘
結劑20來粘結到基質13。磨削層16可任選地通過另外的粘結劑層來粘結到基質13,該粘結
劑層包含本領域中已知的任何合適的粘結劑,包括以下所述的任何一種或多種合適的粘結
劑,包括有機粘結劑、樹脂粘結劑、金屬粘結劑或陶瓷粘結劑。

磨削層粘結劑20以固定構型將垂直取向的磨料顆粒18保持在磨削層16內。磨削層
粘結劑20可包含任何合適的有機粘結劑、樹脂粘結劑、金屬粘結劑、陶瓷粘結劑或本領域中
已知的任何其它粘結劑諸如以下所述的粘結劑或在底膠層中所使用的那些或它們的組合。
可通過將可固化磨削層前體涂布至基質13的主表面上來形成磨削層粘結劑20。磨削層前體
是指施加至基質13的可涂覆型材料,該可涂覆型材料可例如通過固化來硬化以形成磨削層
16。還可通過將磨削層前體涂布在可用來組裝磨削層16的任何其它合適的保持表面上來形
成磨削層粘結劑20。該磨削層前體或磨削層粘結劑20可以包含例如膠水、酚醛樹脂、氨基塑
料樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、聚氨酯樹脂、可自由基聚合的多官能(甲基)丙烯酸
酯(例如具有側鏈α,β-不飽和基團的氨基塑料樹脂、丙烯酸酯化聚氨酯、丙烯酸酯化環氧樹
脂、丙烯酸酯化異氰脲酸酯)、環氧樹脂(包括雙-馬來酰亞胺和芴-改性的環氧樹脂)、異氰
脲酸酯樹脂、以及以下所述的任何粘結劑或它們的混合物。

垂直取向的磨料顆粒18是具有相對于磨削層16垂直取向的預定軸線的磨料顆粒。
該預定軸線可以是穿過制品的任何幾何軸線。在一個實施例中,該預定軸線是穿過垂直取
向的磨料顆粒18中的每個的最長軸線。在另一個實施例中,該預定軸線是穿過垂直取向的
磨料顆粒18中的每個的最短軸線。在另一個實施例中,該預定軸線是穿過垂直取向的磨料
顆粒18中的每個的尖銳研磨頂點的軸線。在另一個實施例中,該預定軸線穿過垂直取向的
磨料顆粒18中的每個的質心。在其它實施例中,該預定軸線是任何其它幾何軸線。

垂直取向的磨料顆粒18包括具有預定軸線的顆粒,該預定軸線可具有相對于磨削
層16不限于30°至90°范圍內的任何合適的角度。例如在一個實施例中,該預定軸線與磨削
層16基本上正交。基本上垂直或正交的預定軸線具有相對于磨削層16接近90°或是在預定
公差內的直角的角度。在另一個實施例中,該預定軸線具有小于90°的非垂直的角度,例如
不限于30°至89°范圍內的任何角度。

在一個實施例中,垂直取向的磨料顆粒18包括具有至少一個相對于磨削層升高的
頂點的磨料顆粒,垂直取向的磨料顆粒18包括磨料顆粒。在另一個實施例中,垂直取向的磨
料顆粒18包括具有至少一個從磨削層16突出的頂點的磨料顆粒。頂點是諸如磨料顆粒的頂
端、端部、點、突出部或任何其它幾何頂點的任何幾何頂點。

在一個實施例中,磨削層16中的所有磨料顆粒是垂直取向的磨料顆粒18。在另一
個實施例中,磨削層中的磨料顆粒的至少10重量%是垂直取向的磨料顆粒18。在另一個實
施例中,磨料顆粒的至少20重量%、或至少30重量%、或至少40重量%、或至少50重量%、或
至少60重量%、或至少70重量%、或至少80重量%、或至少90重量%是垂直取向的磨料顆
粒。在其它實施例中,磨削層中的磨料顆粒包含10重量%至100重量%范圍內的任何量的垂
直取向的磨料顆粒18。

垂直取向的顆粒18可包括成形磨料顆粒或形成的磨料顆粒。在一個實施例中,成
形磨料顆粒具有多邊形面和多邊形基部。在另一個實施例中,成形磨料顆粒具有三角形面
和梯形基部。在其它實施例中,垂直取向的磨料顆粒18包含本領域中已知的其它磨料顆粒,
包括常規粉碎磨料顆粒、成形磨料顆粒或以下所述的任何磨料顆粒或它們的組合,該磨料
顆粒設置在磨削層16中使得該顆粒的預定軸線是垂直取向的。在一個實施例中,預定軸線
垂直于三角形成形磨料顆粒的一側并且延伸穿過三角形成形磨料顆粒的相對頂點或頂端,
使得垂直取向的磨料顆粒如圖1A所示的布置。

磨料顆粒可包括如美國專利8,034,137中所公開的成形的破碎磨料顆粒;如美國
專利8,123,828中所公開的磨料碎片、具有開口的成形磨料顆粒或碟形磨料顆粒;如美國專
利8,142,891中所公開的具有凹面的碟形磨料顆粒;如美國專利8,142,532中所公開的具有
開口的成形磨料顆粒;如已公布的美國專利申請2010/0146867中所公開的具有凹槽的成形
磨料顆粒;如美國專利8,142,531中所公開的具有傾斜側壁的成形磨料顆粒;如已公布的美
國專利申請2010/0319269中所公開的具有低圓度因子的成形磨料顆粒;如P.C.T.申請PCT/
US2010/057713中所公開的兩端變細的成形磨料顆粒;以及如已公布的美國專利申請2011/
0146509中所公開的成形磨料顆粒。

垂直取向的磨料顆粒18可以無規分散在磨削層16上,或者可以預定圖案分散在磨
削層16上。垂直取向的顆粒18可以不同取向定向在磨削層16上,使得即使垂直取向的顆粒
18中的每個是基本上垂直取向的,垂直取向的顆粒18中的每個也具有不同的取向。垂直取
向的磨料顆粒16中的一些、全部可以基本上類似的取向或平行的取向在磨削層16上取向或
者均不以基本上類似的取向或平行的取向在磨削層16上取向。垂直取向的磨料顆粒18中的
一些、全部可具有基本上相同的、類似的或不同的尺寸或者均不具有基本上相同的、類似的
或不同的尺寸。垂直取向的磨料顆粒18中的一些、全部可具有基本上相同的、類似的或不同
的形狀或者均不具有基本上相同的、類似的或不同的形狀。垂直取向的磨料顆粒18可包含
相同或不同化學組成的磨料顆粒,該磨料顆粒具有相同的、類似的、相異的或不同的化學和
物理特性,諸如靜電吸引、硬度和斷裂韌度。垂直取向的磨料顆粒18可研磨表面至不同的程
度,諸如低磨損、中等磨損、高磨損或任何其它已知的磨損程度,這取決于諸如垂直取向的
磨料顆粒18的尺寸、幾何結構、取向和組成等因素以及諸如表面暴露至包含垂直取向的磨
料顆粒18的磨削層16的壓力和速度等因素。

基質粘結劑14和磨削層粘結劑20可以是相同的或不同的(化學不同或物理不同)。
例如,基質粘結劑14可以是第一酚醛粘結劑,而磨削層粘結劑20可以是與第一酚醛粘結劑
不同的第二酚醛粘結劑。

在一個實施例中,任選的上漿層22任選地涂布在磨削層16的表面處的垂直取向的
顆粒18上。上漿層22可以通過任何常規技術涂布,諸如刮刀涂布、噴涂、輥涂、簾式涂布、照
相凹版涂布等等。上漿層22維持包括垂直取向的磨料顆粒18的磨削層16的完整性。上漿層
22可包含任何合適的有機粘結劑、樹脂粘結劑、金屬粘結劑、陶瓷粘結劑或本領域中已知的
任何其它膠粘劑或粘結劑,諸如以下所述的粘結劑或在上漿層中所使用的那些或它們的組
合。可通過將可固化上漿層前體涂布到磨削層16的暴露表面上來形成上漿層22。上漿層前
體是指施加至磨削層16的可涂覆型材料,例如施加在垂直取向的磨料顆粒18的頂部上。上
漿層前體可例如通過固化來硬化以形成上漿層22。該上漿層前體或上漿層粘結劑20可以包
含例如膠水、酚醛樹脂、氨基塑料樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、聚氨酯樹脂、可自由
基聚合的多官能(甲基)丙烯酸酯(例如具有側鏈α,β-不飽和基團的氨基塑料樹脂、丙烯酸
酯化聚氨酯、丙烯酸酯化環氧樹脂、丙烯酸酯化異氰脲酸酯)、環氧樹脂(包括雙-馬來酰亞
胺和芴-改性的環氧樹脂)、異氰脲酸酯樹脂、或以下所述的任何粘結劑或它們的混合物。

基質粘結劑14、磨削層粘結劑20或上漿層22還可各自包含本領域中已知的添加
劑,諸如例如填料、助磨劑、潤濕劑、表面活性劑、染料、顏料、偶聯劑、或本文所述的任何其
它添加劑以及它們的組合。

在一個實施例中,基質13是具有7英寸的直徑且帶有直徑為7/8英寸的中心孔的圓
盤。磨削層16設置在基質13的主表面中的一個上。基質13和磨削層16的合并厚度是1/8英
寸。因此,粘結磨料制品具有7英寸的直徑且帶有直徑為7/8英寸的中心孔。粘結磨料制品可
具有凹陷的中心區域,例如呈型號27的圓盤形式。

圖1B為根據實施例的粘結磨料制品的示意性剖視圖。該粘結磨料制品包括基質14
和磨削層16。以上描述基質14。盡管圖1B表示其中磨削層16包括垂直取向的磨料顆粒18的
實施例,該垂直取向的磨料顆粒18包括粉碎磨料顆粒,但是該垂直取向的磨料顆粒18可以
是如本文所述的任何垂直取向的磨料顆粒18。

在一個實施例中,磨削層16還任選地包括背襯24。背襯24可設置在磨削層16的背
面17處,使得背襯24設置在基質13和背面17之間。背襯24可以是連續的,例如連續延伸橫跨
磨削層16和基質13之間的底部未暴露表面。背襯24可以是不連續的,例如以規則或不規則
圖案或貼片延伸橫跨磨削層16和基質13之間的底部未暴露表面。背襯24有助于保持磨削層
16、磨削層粘結劑18以及垂直取向的磨料顆粒18的構型。背襯24可包括本領域中已知的任
何背襯,包括紙材、織物、或膜背襯、或本領域中已知的或以下所述的任何其它背襯或它們
的組合。在另一個實施例中,背襯24可包括稀松布材料,諸如施加垂直取向的磨料顆粒的稀
松編織的機織材料或針織材料。用于磨削層16的稀松布背襯還可用于增強基質14;尤其是
當磨削層16主要設置在基質14內時。

在一個實施例中,磨削層16包括背襯24、磨削層粘結劑20、垂直取向的磨料顆粒18
以及上漿層22。在另一個實施例中,磨削層16包括帶涂層磨料制品,該帶涂層磨料制品包括
背襯24、磨削層粘結劑20、垂直取向的磨料顆粒18以及上漿層22。

磨削層16任選地通過粘合劑層26附接到基質。在一個實施例中,磨削層16包括粘
合劑層26。在另一個實施例中,磨削層16包括背襯24和粘合劑層26兩者。在另一個實施例
中,磨削層16包括磨料制品和粘合劑層26,該磨料制品包括背襯24、磨削層粘結劑20、垂直
取向的磨料顆粒18以及上漿層22,其中粘合劑層26設置在背襯24和基質13之間。

粘合劑層26可包含本領域中已知的任何粘合劑,包括但不限于壓敏粘合劑、可固
化環氧樹脂、酚醛樹脂、樹脂、硅樹脂、丙烯酸類樹脂以及苯乙烯-丁二烯共聚物或它們的組
合。

圖2為根據實施例的粘結磨料制品的示意性剖視圖。磨削層16設置在基質13的第
二主表面23上,使得基質覆蓋磨削層16。磨削面19位于基質13的近側,同時磨削層16的背面
17位于基質13的遠側。在一個實施例中,磨削層16包括本文所述的任選的上漿層22。在另一
個實施例中,磨削層16包括本文所述的任選的背襯24。

在一個實施例中,磨削層16部分地設置在基質13的內部,使得基質13覆蓋磨削面
19的至少一部分。在另一個實施例中,磨削層16完全設置在基質13的內部,使得基質13基本
上覆蓋磨削面19。

圖3為根據實施例的粘結磨料制品的示意性剖視圖。在一個實施例中,粘結磨料制
品包括基質13、第一磨削層16’和第二磨削層16”。第一磨削層16’包括垂直取向的磨料顆粒
18’和磨削層粘結劑20’。第二磨削層16”包含垂直取向的磨料顆粒18”和磨削層粘結劑20”。
第一磨削層16’具有磨削面19’和背面17’。第二磨削層16”具有磨削面19”和背面17”。第一
磨削層16’設置在基質的第一主表面21處,使得第一磨削層16’的背面17’位于基質13的近
側并且磨削面19’位于基質13的遠側。第二磨削層16”設置在基質的第二主表面23處,使得
第二磨削層16”的背面17”位于基質13的近側并且磨削面19”位于基質13的遠側。基質13覆
蓋第二磨削層16”的磨削面19”。第二磨削層16”包括背襯24”。

在一個實施例中,第一磨削層16’的背面17’粘結到基質13。在另一個實施例中,第
一磨削層16’包括背襯24并且基質13粘結到背襯24。在另一個實施例中,第一磨削層16’包
括背襯24和粘合劑層26并且基質13通過粘合劑層26粘結到背襯24。

在一個實施例中,多個磨削層16被設置成使得多個磨削層16中的一些、全部設置
在基質13的表面處或者均不設置在基質13的表面處,多個磨削層16中的一些、全部部分地
設置在基質13的內部或者均不部分地設置在基質13的內部,以及多個磨削層16中的一些、
全部完全設置在基質13的內部或者均不完全設置在基質13的內部。

圖4A為用于使磨料顆粒垂直取向的裝置的示意圖。在一個實施例中,一種形成粘
結磨料制品的方法包括使磨料顆粒18’以靜電方式垂直取向。磨料顆粒18’分布在第一載體
28上。磨削層粘結劑前體20’被涂布在基質13的第一主表面21上。在一個實施例中,磨削層
粘結劑前體20’被涂布在基質13的第二主表面23上。經過涂布的主表面被維持在磨料顆粒
18’附近。在第一載體28和基質13之間施加靜電場。靜電場使磨料顆粒18’垂直取向并且使
得它們被吸引至基質13,使得磨料顆粒18’附接到磨削層粘結劑前體20’的涂層同時保持垂
直取向的構型。

可使用本領域中已知的任何已知的靜電場發生裝置生成靜電場。例如,可用的靜
電場發生裝置包括電極,該電極具有施加在它們之間的電勢,其中一個電極布置在基質13
上方并且相反電極布置在第一載體28下方。可通過合適的交流電源或直流電源供應電勢。
在一個實施例中,成形電極用于以預定圖案施加磨粒18’,例如,如美國專利6,511,713中所
公開的。

在一個實施例中,第一載體28是固定的。在另一個實施例中,第一載體28包括移動
帶或移動表面。在一個實施例中,基質13是固定的。在另一個實施例中,基質13在磨料顆粒
18’被靜電吸引朝向基質13時移動。在各種實施例中,至少一些、或大多數、或基本上所有的
磨料顆粒18’被吸引至基質13并且附接到磨削層前體20’的涂層。

圖4B為帶有垂直取向的磨料顆粒的磨料制品的示意性剖視圖。已通過靜電場被吸
引至基質13的磨料顆粒18’在磨削層粘結劑前體20’的處于基質13的主表面21和23中的一
個上的涂層上形成垂直取向的磨料顆粒18。

在一個實施例中,在磨料顆粒18’已被附接之后,磨削層粘結劑前體20’例如通過
固化來硬化,同時保持它們的垂直取向的構型,以形成帶有垂直取向的磨料顆粒18的已固
化的磨削層粘結劑20。在另一個實施例中,在磨料顆粒18’被附接到磨削層粘結劑前體20’
之前,磨削層粘結劑前體20’是部分固化的,并且在磨料顆粒18’被附接之后,磨削層粘結劑
前體20’是完全固化的。

圖5A、5B、5C和5D示出根據實施例的一種用于制備粘結磨料制品的方法。圖5A為在
施加基質13之前磨料制品32的示意性透視圖。磨料制品32包括磨削層16和垂直取向的磨料
顆粒18。磨料制品32以圓盤的形式成形并且具有安裝孔30。在一個實施例中,磨料制品32被
成形為與型號27的磨削輪的形狀相符。在另一個實施例中,磨料制品32以圓盤的形式成形,
該圓盤具有7英寸的直徑并且帶有直徑為7/8英寸的中心孔。在一個實施例中,磨料制品包
括任選的背襯24。在另一個實施例中,磨料制品包括任選的上漿層22。

圖5B為施加至磨料制品32的基質前體13’的剖視圖。磨料制品32包括磨削層16。磨
削層16包括磨削層粘結劑20。基質前體13’被施加至磨料制品32的磨削面。基質前體13’包
括可固化的基質粘結劑14’和基質磨料顆粒12。預定量的基質前體13’可通過本領域中已知
的任何方法被施加至磨料制品32的表面,包括但不限于鋪展、涂布、分散或它們的組合。

圖5C為施加至磨料制品32的基質前體13’的剖視圖。磨料制品32包括磨削層16。磨
削層16包括磨削層粘結劑20。施加的基質前體13’被沉降并且可固化的基質粘結劑14’被固
化以形成基質粘結劑14。基質前體13’包括可固化的基質粘結劑14’和基質磨料顆粒12。在
一個實施例中,基質前體13’在固化時輕微凝結使得包括可固化的基質粘結劑14’的基質前
體13’的厚度大于包括已固化的基質粘結劑14的基質13的厚度。

圖5D為根據實施例的在施加并且固化基質前體之后的粘結磨料制品的透視圖。磨
料制品32包括磨削層16、垂直取向的磨料顆粒18和基質13。通過使基質前體13’中的可固化
的基質粘結劑14’固化來在磨料制品32的磨削面上形成基質13。垂直取向的磨料顆粒18保
持它們的初始構型。基質13被粘結到磨料制品32中的磨削層16的磨削面19。

以下描述了磨料顆粒、粘結劑、填充劑、背襯、助磨劑以及可用于各種實施例中的
其它添加劑。

磨料顆粒

可用的磨料顆粒包括常規磨料顆粒,包括磨料領域中已知的任何磨料顆粒。示例
性可用的磨料顆粒包括基于熔融氧化鋁的材料,諸如氧化鋁、陶瓷氧化鋁(其可包括一種或
多種金屬氧化物改性劑和/或促結晶劑或成核劑)、和經過熱處理的氧化鋁、碳化硅、黑碳化
硅、綠碳化硅、共熔融的氧化鋁-氧化鋯、金剛石、二氧化鈰、二硼化鈦、立方氮化硼、碳化硼、
石榴石、燧石、金剛砂、由溶膠-凝膠衍生的磨料顆粒、以及它們的混合物。這些磨料顆粒可
以是例如單獨的顆粒、凝聚物、復合顆粒以及它們的混合物的形式。

可用的粉碎的磨料顆粒包括例如熔融氧化鋁、白色熔融氧化鋁、陶瓷氧化鋁材料
(諸如以商品名3M陶瓷磨料顆粒由明尼蘇達州圣保羅的3M公司市售的那些)、二硼化鈦、碳
化鎢、碳化鈦、溶膠-凝膠衍生的磨料顆粒、氧化鐵、氧化鉻、氧化鋯、二氧化鈦、硅酸鹽、氧化
錫、二氧化硅(諸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纖維)硅酸鹽(諸如滑石粉、粘土(例如蒙脫
石)、長石、云母、硅酸鈣、偏硅酸鈣、鋁硅酸鈉、硅酸鈉)的粉碎顆粒。溶膠-凝膠衍生的磨料
顆粒的示例可見于美國專利4,314,827(Leitheiser等人)、4,623,364(Cottringer等人);
4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等人);和4,881,951(Monroe等人)。還設想磨料
顆粒可包括研磨凝聚物,諸如例如在美國專利4,652,275(Bloecher等人)或4,799,939
(Bloecher等人)中描述的那些。

磨料顆粒可以例如具有至少約0.1微米、至少約1微米或至少約10微米以及小于約
10,000微米、或小于約8,000微米或小于約5,000微米的平均直徑,盡管也可以使用更大和
更小的磨料顆粒。例如,常規的磨料顆粒可具有磨料行業指定的標稱等級。此類磨料行業認
可的等級標準包括那些稱為美國國家標準協會公司(ANSI)(AmericanNational
StandardsInstitute,Inc.)標準、歐洲研磨產品制造商聯合會(FEPA)(Federationof
EuropeanProducersofAbrasiveProducts)標準以及日本行業標準(JIS)(Japanese
IndustrialStandard)標準。示例性ANSI等級名稱(即,指定的標稱等級)包括:ANSI12
(1842μm)、ANSI16(1320μm)、ANSI20(905μm)、ANSI24(728μm)、ANSI36(530μm)、ANSI40
(420μm)、ANSI50(351μm)、ANSI60(264μm)、ANSI80(195μm)、ANSI100(141μm)、ANSI120
(116μm)、ANSI150(93μm)、ANSI180(78μm)、ANSI220(66μm)、ANSI240(53μm)、ANSI280
(44μm)、ANSI320(46μm)、ANSI360(30μm)、ANSI400(24μm)和ANSI600(16μm)。示例性
FEPA等級名稱包括P12(1746μm)、P16(1320μm)、P20(984μm)、P24(728μm)、P30(630μm)、P36
(530μm)、P40(420μm)、P50(326μm)、P60(264μm)、P80(195μm)、P100(156μm)、P120(127μm)、
P120(127μm)、P150(97μm)、P180(78μm)、P220(66μm)、P240(60μm)、P280(53μm)、P320(46μ
m)、P360(41μm)、P400(36μm)、P500(30μm)、P600(26μm)和P800(22μm)。每種等級的近似平均
粒度列在每種等級名稱后的括號中。

可用的磨料顆粒還包括形成的陶瓷磨料顆粒并且尤其是成形磨料顆粒。可根據美
國專利8,142,531的公開內容制備成形磨料顆粒。通過使氧化鋁溶膠凝膠從例如邊長為
0.031英寸(0.79mm)且模具深度為0.008英寸(0.2mm)的等邊三角形形狀的聚丙烯模具腔成
形來制備成形磨料顆粒。在干燥和焙燒之后,這種所得的成形磨料顆粒構成約280微米(最
長尺寸)的三角片并且將通過50目篩網并被保留在60目篩網上。在一個實施例中,三角形形
狀的磨料顆粒包括第一面、通過側壁連接到第一面的相對的第二面,在所述側壁處每個面
的周邊是三角形并且理想地是等邊三角形。在一些實施例中,側壁是傾斜側壁,而不是與兩
個面呈90度角的側壁,如公開于美國專利8,142,531中的具有在第二面和傾斜側壁之間在
約95度至約130度之間的拔模角度α的傾斜側壁,其已被確定較大提高三角形形狀的磨料顆
粒的切削速率。

如本文所用,“形成的陶瓷磨料顆粒”意指具有至少部分地復制的形狀的磨料顆
粒。制作形成的陶瓷磨料顆粒的一種工藝包括在具有預定形狀的模具中使前體陶瓷磨料顆
粒成形以制作陶瓷成形磨料顆粒。在模具中形成的陶瓷成形磨料顆粒是在形成的陶瓷磨料
顆粒種類中的一個種類。制作其它種類的形成的陶瓷磨料顆粒的其它工藝包括通過具有預
定形狀的孔口擠出前體陶瓷磨料顆粒,通過具有預定形狀的印刷絲網中的開口印刷前體陶
瓷磨料顆粒,或者將前體陶瓷磨料顆粒壓印為預定形狀或圖案。形成的陶瓷磨料顆粒的非
限制性示例包括成形磨料顆粒,諸如,如公開于美國專利再公告專利35,570;5,201,916;5,
984,998;8,034,137;8,123,828;8,142,531;8,142,532和8,142,891;以及公開于美國專利
公開2009/0169816、2010/0146867和2010/0319269中的三角形板,或由圣戈班磨料磨具公
司(Saint-GobainAbrasives)生產的通常具有圓形截面的細長陶瓷棒/長絲,其示例在美
國專利號5,372,620中公開。形成的陶瓷磨料顆粒通常是大體均勻的或基本上一致的,并且
保持其燒結形狀而無需使用將較小磨料顆粒粘結到凝聚結構中的粘結劑諸如有機或無機
粘結劑,但不包括通過生產無規尺寸和形狀的磨料顆粒的壓碎或粉碎工藝得到的磨料顆
粒。在多個實施例中,形成的陶瓷磨料顆粒包含燒結的α氧化鋁的均勻結構或主要由燒結的
α氧化鋁組成。

形成的陶瓷磨料顆粒可以使用符合ASTME-11“用于測試目的的篩布和篩網的標
準規范(StandardSpecificationforWireClothandSievesforTesting
Purposes)”的美國標準測試篩分級為標稱篩選等級。ASTME-11規定了試驗篩的設計和構造
需求,所述試驗篩利用安裝在框架中的織造篩布為介質根據指定的顆粒尺寸對材料進行分
類。典型名稱可表示為-18+20,其意指形成的陶瓷磨料顆粒通過符合ASTME-11規范的18目
測試篩,并且保留在符合ASTME-11規范的20目測試篩上。在一個實施例中,形成的陶瓷磨
料顆粒具有這樣的粒度,使得大多數形成的陶瓷磨料顆粒通過18目試驗篩并且可保持在20
目、25目、30目、35目、40目、45目或50目試驗篩上。在本發明的各種實施例中,形成的陶瓷磨
料顆粒可具有標稱篩選等級,其包括:-18+20(925μm)、-20+25(780μm)、-25+30(655μm)、-30
+35(550μm)、-35+40(463μm)、-40+45(390μm)、-45+50(328μm)、-50+60(275μm)、-60+70(231
μm)、-70+80(196μm)、-80+100(165μm)、-100+120(138μm)、-120+140(116μm)、-140+170(98μ
m)、-170+200(83μm)、-200+230(69μm)、-230+270(58μm)、-270+325(49μm)、-325+400(42μ
m)、-400+450(35μm)、-450+500(29μm)或-500+635(23μm)。

平均粒度是符合行業指定等級的磨料顆粒的期望平均尺寸,或就篩而言,是顆粒
通過的篩網開口的尺寸以及顆粒保持在上面的篩網開口的尺寸之間的平均值。在等級或篩
網名稱后的括號中的數字是以μm為單位的平均磨料顆粒尺寸。

填料顆粒

填料顆粒在磨料制品中可與磨料顆粒共混。可用的填料的示例包括金屬碳酸鹽
(諸如碳酸鈣、碳酸鈣鎂、碳酸鈉、碳酸鎂)、二氧化硅(諸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纖
維)、硅酸鹽(諸如滑石、粘土、蒙脫石、長石、云母、硅酸鈣、偏硅酸鈣、硅鋁酸鈉、硅酸鈉)、金
屬硫酸鹽(諸如硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈉、硫酸鋁鈉、硫酸鋁)、石膏、蛭石、糖、木粉、三水合
鋁、炭黑、金屬氧化物(諸如氧化鈣、氧化鋁、氧化錫、二氧化鈦)、金屬亞硫酸鹽(諸如亞硫酸
鈣)、熱塑性顆粒(諸如聚碳酸酯、聚醚酰亞胺、聚酯、聚乙烯、聚(氯乙烯)、聚砜、聚苯乙烯、
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、乙縮醛聚合物、聚氨酯、尼龍顆粒)、以及熱固
性顆粒(諸如酚醛泡、酚醛珠、聚氨酯泡沫顆粒等)。該填料還可為鹽,諸如鹵化物鹽。鹵化物
鹽的示例包括氯化鈉、鉀冰晶石、鈉冰晶石、銨冰晶石、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯
化鉀、氯化鎂。金屬填料的示例包括錫、鉛、鉍、鈷、銻、鎘、鐵和鈦。其它雜類填料包括硫、有
機硫化合物、石墨、硬脂酸鋰和金屬硫化物。

在一些實施例中,利用偶聯劑(例如,有機硅烷偶聯劑)處理磨料顆粒以提高磨料
顆粒與粘結劑的粘合力。可在將磨料顆粒與粘結劑材料結合之前對磨料顆粒進行處理,或
者可通過將偶聯劑包括到粘結劑材料中而就地對磨料顆粒進行表面處理。

助磨劑

在一些實施例中,根據本公開的粘結磨具輪含有額外的助磨劑,所述助磨劑諸如
例如聚四氟乙烯顆粒、冰晶石、氯化鈉、FeS2(二硫化鐵)或KBF4;其量通常為1至25重量%,
更通常為10至20重量%,但要受其它組分所要滿足的重量范圍要求的限制。添加助磨劑以
改進切割輪的切削特性,通常通過降低切割界面的溫度改進切割輪的切削特性。助磨劑可
為助磨劑顆粒的單一顆粒或凝聚物的形式。精確成形助磨劑顆粒的示例在美國專利公開
2002/0026752Al(Culler等人)中進行了公開。

背襯

可用的背襯包括例如紙材、織物、稀松布或開口編織物背襯或膜背襯。合適的膜背
襯包括聚合物膜和涂底漆的聚合物膜,尤其是磨料領域中所用的那些。可用的聚合物膜包
括例如聚酯膜(例如,涂有乙烯-丙烯酸共聚物底漆的聚對苯二甲酸乙二醇酯)、聚烯烴膜
(例如,聚乙烯或聚丙烯膜)和彈性聚氨酯膜。膜背襯可以是兩種聚合物膜的層合物。可用于
形成膜的彈性體聚氨酯的示例包括以商品名ESTANE購自B.F.古德里奇公司(俄亥俄州克利
夫蘭)(B.F.GoodrichandCo.(Cleveland,OH))的那些以及以下美國專利中所述的那些:
2,871,218(Schollenberger);3,645,835(Hodgson);4,595,001(Potter等人);5,088,483
(Heinecke);6,838,589(Liedtke等人)以及RE33,353(Heinecke)。涂有壓敏粘合劑的聚氨
酯彈性體膜可以商品名TEGADERM從3M公司商夠獲得。可用的聚合物膜的厚度通常為約0.02
至約0.5毫米,例如,厚度為0.02毫米至0.1毫米;但這并非必要條件。

粘結劑

粘結劑材料通常包括玻璃質無機材料(例如,就玻璃化磨具輪而言)、金屬、或有機
樹脂(例如,就樹脂粘結磨具輪而言)。

玻璃態無機粘結劑可由不同金屬氧化物的混合物制成。這些金屬氧化物玻璃狀粘
結劑的示例包括二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鈉、氧化鉀、氧
化鋰、氧化錳、氧化硼、氧化磷等。玻璃狀粘結劑的具體示例(基于重量計)包括例如47.61%
的SiO2、16.65%的Al2O3、0.38%的Fe2O3、0.35%的TiO2、1.58%的CaO、0.10%的MgO、9,
63%的Na2O、2.86%的]3/40、1.77%的Li2O、19.03%的B2O3、0.02%的MnO2和0.22%的
P2O5;以及63%的SiO2、12%的Al2O3、1.2%的CaO、6.3%的Na2O、7.5%的K2O和10%的
B2O3。在玻璃狀粘結磨具輪的制造過程中,粉末形式的玻璃狀粘結劑可與短效粘結劑(通常
為有機粘結劑)混合。玻璃化粘結劑還可由玻璃料形成,例如約1%至100%的任何數量的玻
璃料,但通常是20%至100%的玻璃料。玻璃料粘結劑中使用的普通材料的一些示例包括長
石、硼砂、石英、蘇打灰、氧化鋅、白堊、三氧化銻、二氧化鈦、氟硅酸鈉、燧石、冰晶石、硼酸以
及它們的組合。這些材料通常作為粉末混合在一起,燃燒以熔合該混合物,然后冷卻熔合的
混合物。將冷卻的混合物粉碎并篩分至非常細的粉末,以便隨后用作玻璃料粘結劑。這些玻
璃料粘結劑的成熟溫度取決于它的化學性質,但是該溫度可在約600℃至約1800℃之間的
任何溫度范圍內。

金屬粘結劑的示例包括錫、銅、鋁、鎳以及它們的組合。

基于粘結磨具輪的總重量計,所包括的有機粘結劑材料的量通常為5重量%至30
重量%,更通常為10重量%至25重量%,并且更通常為15重量%至24重量%。酚醛樹脂是最
常用的有機粘結劑材料,并且可按照粉末狀和液態二者的形式被使用。雖然酚醛樹脂被廣
泛使用,但是使用其它有機粘結劑材料也在本公開的范圍內,該其它有機粘結劑材料包括
例如環氧樹脂、脲醛樹脂、橡膠、紫膠和丙烯酸粘結劑。有機粘結劑材料還可用其它粘結劑
材料進行改性以提高或改變所述粘結劑材料的性質。可用的酚醛樹脂包括線型酚醛樹脂和
可溶酚醛樹脂。線型酚醛樹脂的特征在于被酸催化并且甲醛與酚的比率小于1,通常介于
0.5:1和0.8:1之間。可溶酚醛樹脂的特征在于被堿催化并且甲醛與酚的比率大于或等于1,
通常為1:1至3:1。線型酚醛樹脂和可溶酚醛樹脂可以被化學改性(例如,通過與環氧化合物
反應),或者它們可以不被改性。適于固化酚醛樹脂的示例性酸性催化劑包括硫酸、鹽酸、磷
酸、草酸和對甲苯磺酸。適于固化酚醛樹脂的堿性催化劑包括氫氧化鈉、氫氧化鋇、氫氧化
鉀、氫氧化鈣、有機胺或碳酸鈉。

酚醛樹脂是公知的,并且可容易地從商業來源獲得。市售的線型酚醛樹脂的示例
包括DUREZ1364,為一種兩步粉末化的酚醛樹脂(以商品名VARCUM(例如29302)由德克薩斯
州艾迪生的Durez公司(DurezCorporationofAddison,Texas)銷售),或者HEXION
AD5534RESIN(由肯塔基州路易斯維爾的瀚森化工公司(HexionSpecialtyChemicals,
Inc.)銷售)。在本公開的實施過程中可用的市售的可溶酚醛樹脂的示例包括以商品名
VARCUM(例如29217、29306、29318、29338、29353)由Durez公司銷售的那些;以商品名
AEROFENE(例如AEROFENE295)由佛羅里達州巴托的亞什蘭化工公司(AshlandChemical
Co.ofBartow,Florida)銷售的那些;以及以商品名“PHENOLITE”(例如PHENOLITETD-
2207)由韓國首爾的江南化工有限公司(KangnamChemicalCompanyLtd.ofSeoul,South
Korea)銷售的那些。

有機粘結劑材料前體的固化溫度將隨著所選材料和輪設計而變化。合適條件的選
擇在本領域的普通技術人員的能力范圍內。針對酚醛粘結劑的示例性條件可包括:在室溫
下,每4英寸直徑施加約20噸(224kg/cm2)的壓力,然后將溫度加熱至最高約185℃并持續足
夠長的時間,以固化該有機粘結劑材料前體。

根據各種實施例的粘結磨料制品可以采用任何多種常規的形式。優選的磨料制品
呈輪形式。磨具輪通常呈盤或直圓柱體形式,尺寸可以是非常小的,例如圓柱體高度為大約
數微米,或非常大的,例如一米或更大,且直徑可以是非常小的,例如為大約數厘米,或非常
大的,例如數十厘米。輪通常具有用于支承體的中心開口,通過適當心軸或其它機械保持部
件使得輪能夠在使用中旋轉。輪尺寸、構型、支承部件和旋轉部件在本領域中都是眾所周知
的。

例如,磨料顆粒可以是在整個粘結磨料制品上均勻分布或不均勻分布的。例如,如
果粘結磨料制品是磨削輪或切割輪,則該磨料顆粒可朝中間區域(例如,位于遠離磨削輪或
切割輪的外表面)集中,或僅在外邊緣,即磨削輪或切割輪的周邊集中。中心下凹部分可含
有較少量的磨料顆粒。在另一變型中,第一磨料顆粒可在該輪的一側,不同的磨料顆粒可在
另一側。然而,通常所有的磨料顆粒彼此均質地分布,這是因為輪的制造更容易,并且當兩
類磨料顆粒彼此緊密地布置時切削效果被優化。

任選地,根據各種實施例的粘結磨料制品還可以包括用于強化粘結磨料制品的稀
松布;例如,該稀松布設置在粘結磨料制品的一個或兩個主表面上,或者設置在粘結磨料制
品內。稀松布的示例包括織造布或針織布。稀松布中的纖維可以由玻璃纖維(例如玻璃絲
(fiberglass))、有機纖維(諸如聚酰胺、聚酯或聚酰亞胺)制成。在某些情況下,可能期望在
粘結介質中包括強化短纖維,以使纖維均勻地分散在整個粘結磨料制品上。

實施例

在實施例1中,一種粘結磨料制品,該粘結磨料制品包括:

基質,該基質包含基質磨料顆粒和基質粘結劑;

磨削層,該磨削層包含垂直取向的磨料顆粒和磨削層粘結劑;

其中該磨削層設置在該粘結磨料制品的外表面上或至少部分地設置在該粘結磨
料制品的內部。

在實施例2中,根據實施例1所述的粘結磨料制品,

該磨削層還包括磨削面和背面,

其中該磨削層設置在該基質的表面上,其中該背面位于該基質的近側并且該磨削
面位于該基質的遠側。

在實施例3中,根據實施例1或2所述的粘結磨料制品,

該磨削層還包括磨削面和背面,

其中該磨削層設置在該基質的表面上,其中該背面位于該基質的遠側,并且該磨
削面位于該基質的近側。

在實施例4中,根據實施例1、2或3所述的粘結磨料制品,其中該垂直取向的磨料顆
粒包括以靜電方式垂直取向的磨料顆粒。

在實施例5中,根據實施例1、2、3或4所述的粘結磨料制品,其中該基質磨料顆粒和
該垂直取向的磨料顆粒中的任一者或兩者均包括

精密成形磨料顆粒。

在實施例6中,一種磨削輪,該磨削輪包括根據以上實施例中任一個所述的粘結制
品。

在實施例7中,根據以上實施例中任一個所述的粘結磨料制品,

該磨削層還包括背襯,

其中該垂直取向的磨料顆粒用該磨削層粘結劑附接到該背襯。

在實施例8中,根據以上實施例中任一個所述的粘結磨料制品,該磨削層

包括粘結劑層。

在實施例9中,根據以上實施例中任一個所述的粘結磨料制品,該磨削層

包括上漿層。

在實施例10中,根據以上實施例中任一個所述的粘結磨料制品,其中

該磨削層至少部分地設置在該基質的內部。

在實施例11中,根據以上實施例中任一個所述的粘結磨料制品,

該粘結磨料制品還包括第二磨削層;該第二磨削層還包括磨削面和背面,

其中該第二磨削層設置在該基質的表面上,其中該背面位于該基質的遠側,并且
該磨削面位于該基質的近側。

在實施例12中,一種形成粘結磨料制品的方法,該方法包括:

將垂直取向的磨料顆粒分散在第一載體上,

將磨削層粘結劑施加至第二載體,

使該磨削層粘結劑與該垂直取向的磨料顆粒接觸;

使該磨削層粘結劑固化。

在實施例13中,根據實施例12所述的方法,其中該接觸還包括:

在該第一載體和該第二載體之間施加靜電場,其中該垂直取向的磨料顆粒在該靜
電場的影響下被吸引到并且被附接到該磨削層,

其中該垂直取向的磨料顆粒在該磨削層粘結劑上實現垂直取向的構型。

在實施例14中,根據實施例12或13所述的方法,其中該分散還包括:

使該垂直取向的磨料顆粒垂直取向。

在實施例15中,根據實施例12、13或14所述的方法,其中該分散包括

使該垂直取向的磨料顆粒以靜電方式垂直取向。

在實施例16中,根據實施例12、13、14或15所述的方法,其中該接觸還包括:

減小該第一載體和該第二載體之間的距離。

在實施例17中,根據實施例12、13、14、15或16所述的方法,該方法還包括:

將上漿層施加至該垂直取向的磨料顆粒。

在實施例18中,一種形成粘結磨料制品的方法,該方法包括:

將基質混合物施加至磨削層,

該基質混合物包含可固化的基質粘結劑和基質磨料顆粒,

該磨削層包含垂直取向的磨削磨料顆粒;以及

使該基質粘結劑固化。

在實施例19中,根據實施例18所述的方法,其中該磨削層還包括背襯和磨削層粘
結劑。

在實施例20中,根據實施例18或19所述的方法,其中該磨削層包括磨削面,其中該
施加還包括使該基質混合物與該磨削面接觸。

在實施例21中,根據實施例18、19或20所述的方法,其中該磨削層包括

背面,其中該施加還包括使該基質混合物與該背面接觸。

在實施例22中,根據實施例18、19、20或21所述的方法,其中該磨削層

包括背面和磨削面,其中該施加還包括使該基質混合物與該背面和該磨削面接
觸。

在實施例23中,一種形成粘結磨料制品的方法,該方法包括:

將基質混合物施加至磨削層,該基質混合物包含可固化的基質粘結劑和基質磨料
顆粒,該磨削層包含垂直取向的磨削磨料顆粒;以及使該基質粘結劑固化。

在實施例24中,根據實施例23所述的方法,其中該磨削層還包括背襯和磨削層粘
結劑。

在實施例25中,根據實施例23所述的方法,其中該磨削層包括磨削面,其中該施加
還包括使該基質混合物與該磨削面接觸。

在實施例26中,根據實施例23所述的方法,其中該磨削層包括背面,其中該施加還
包括使該基質混合物與該背面接觸。

在實施例27中,根據實施例23所述的方法,其中該磨削層包括背面和

磨削面,其中該施加還包括使該基質混合物與該背面和該磨削面接觸。

在實施例28中,一種形成粘結磨料制品的方法,該方法包括:

將磨削層前體施加至基質的第一主表面,將垂直取向的顆粒沉積在該磨削層前體
上,將上漿層施加在該垂直取向的顆粒上,并且使該磨削層前體固化以形成附接到該第一
主表面的磨削層。

在實施例29中,根據權利要求28所述的方法,其中該沉積包括:

使磨料顆粒以靜電方式垂直取向在該磨削層上。

實例

本公開的對象和優點通過下面的非限制性實例進一步說明。這些實例中所提到的
具體材料及其量以及其它條件和細節,不應被解釋為是對本公開的不當限制。除非另外指
明,否則在實例及本說明書的其余部分中的所有份數、百分數、比率等均為以重量計。

材料





磨料制品制備

實例1-8

使用具有各種尺寸的常規磨料顆粒和成形磨料顆粒來制備實例1至實例8的磨料
制品。

實例1

如下以中心凹陷的磨削輪(型號27的磨削輪)的形式制備磨料制品。

通過使用空氣混合器將860克AP1和55克PR1混合來形成混合物1。

通過在槳葉式攪拌器中將155克PR2、155克CRY1混合1分鐘來制備混合物2。

通過在槳葉式攪拌器中將混合物1和混合物2混合10分鐘來制備混合物3。

通過使用高剪切空氣混合器將860克SAP1和55克PR1混合來制備混合物4。

通過將混合物2和混合物4組合并且在槳葉式攪拌器中混合10分鐘來制備混合物
5。

通過將700g混合物3和300g混合物5組合并且在槳葉式攪拌器中混合10分鐘來制
備混合物6。

將直徑為6.75英寸(17.1cm)的SCRIM圓盤布置在7"(18cm)的型腔模中。將250克混
合物6均勻地散布在稀松布上,并且將第二個6.75英寸的SCRIM布置在混合物的頂部上。然
后以40噸/38平方英寸(14.51MPa)擠壓填充的型腔模以形成圓盤。

然后將多個得到的圓盤放置在中心凹陷鋁板之間的心軸上,以便將其壓制成型號
27的中心凹陷的磨削輪。以5噸/38平方英寸(1.81MPa)壓縮圓盤。將壓縮的圓盤在烘箱中通
過在79℃下加熱7小時、在107℃下加熱3小時、在185℃下加熱18小時來固化,并且之后經過
4小時的勻變下降至27℃以形成固化的圓盤。該固化的圓盤具有180mm的直徑和4mm的厚度,
帶有直徑為7/8"的中心孔。

用15克底膠樹脂混合物噴涂該固化的圓盤以待用于靜電礦物質涂布,該底膠樹脂
混合物由51份PR3、42份CACO、6份水和1份SURF組成。將具有約47克SAP1的層沉積在樣品的
頂部上。然后將圓盤在226℉下固化90分鐘。

然后通過噴涂上漿樹脂混合物來設定礦物質涂布的圓盤的大小,該上漿樹脂混合
物由45份PR3、53份CRY2和2份CB組成,之后在190℉下固化80分鐘。最后,將干燥的圓盤在
212℉下固化12小時以形成磨削輪。

通過使用6000RPM空氣研磨機(英格索蘭公司(Ingersoll-Rand))在0.5"厚且18"
長的低碳鋼條上用手研磨10個1分鐘循環來測試磨削輪。研磨機重量導致13磅(5.9kg)的施
加負荷。在每個循環之前以及在每個循環之后,測量鋼條的重量以測量切削量。將磨削每循
環從端至端重復16次,每個循環約1分鐘。每次測試后,記錄磨削盤的重量損失。磨削測試結
果匯總于表1中。

實例2

如實例1來制備磨削輪,且另外噴涂15克實例1的底膠樹脂混合物,以用于第一次
固化之后制備靜電礦物質涂層。將第二層SAP1沉積在第一層SAP1的頂部上,稱重約47g。然
后將樣品在226℉(108℃)下固化90分鐘。

然后通過噴涂實例1的上漿樹脂混合物來設定礦物質涂布的圓盤的大小,之后在
190℉(88℃)下固化80分鐘。

最后,將干燥的圓盤在212℉(100℃)下固化12小時以形成磨削輪。磨削測試結果
匯總于表1中。

實例3

如實例1來制備磨削輪,用AP2替代靜電礦物質涂布的SAP1。磨削測試結果匯總于
表1中。

實例4

如實例1來制備磨削輪,但是用混合物7(40份混合物3和60份混合物4)替代混合物
6。磨削測試結果匯總于表1中。

實例5

如實例4制備磨削輪,用AP2替代靜電礦物質涂布的精密成形的晶粒礦物層。磨削
測試結果匯總于表1中。

實例6

根據下面的過程制備中心凹陷的磨削輪。

通過使用高剪切空氣混合器將430克SAP1、430克AP1、72克PR1和2克CB混合1分鐘
來制備混合物8。

通過在槳葉式攪拌器中將175克PR2和151克CRY1混合1分鐘來制備混合物9。

通過將混合物8和混合物9組合并且在槳葉式攪拌器中混合10分鐘來制備混合物
10。

然后通過帶有2×2mm開口的篩網篩分混合物10以去除凝聚物。然后將該篩分后的
混合物壓制成178mm直徑的模。將SCRIM放置在模中,將200克混合物10均勻地散布并且將第
二玻璃纖維網片放置在混合物的頂部上。添加金屬中心孔襯套。然后以40噸/38平方英寸
(14.5MPa)擠壓混合物以形成圓盤。

將這些圓盤放置在中心凹陷的鋁板之間的心軸上,以便將其壓制以形成型號27的
中心凹陷的磨削輪。以5噸/38平方英寸(1.8MPa)壓縮5層板的堆疊和壓制的圓盤。將圓盤在
烘箱中通過在79℃下保持7小時、在107℃下保持3小時、在185℃下保持18小時來固化,并且
經過4小時勻變下降至27℃。該固化的圓盤具有180mm的直徑和4mm的厚度,帶有直徑為
22.32的中心孔。

將圓盤的工作表面通過下面的過程涂布SAP1。用15g實例1的底膠樹脂混合物噴涂
圓盤。將重約42克的SAP1層沉積在圓盤的頂部上。然后將圓盤在226℉(108℃)下固化75分
鐘。接著,為具有經設定大小的樣品,用實例1的上漿樹脂混合物噴涂礦物質涂布的圓盤。然
后,將圓盤在190℉(88℃)下固化80分鐘。

最后,將干燥的圓盤在212℉(100℃)下固化12小時以產生磨削輪用于測試。

通過使用6000RPM空氣研磨機(英格索蘭公司(Ingersoll-Rand))在0.5"厚且18"
長的低碳鋼條上用手研磨10個1分鐘循環來測試磨削輪。研磨機重量導致13磅的施加壓力。
在每個循環之前以及在每個循環之后,測量鋼條的重量以測量切削量。將磨削每循環從端
至端重復16次,每循環約1分鐘。每次測試后,記錄磨削盤的重量損失。磨削測試結果匯總于
表2中。

實例7

使用實例6的方法來涂布可商購獲得的中心凹陷的磨削輪(92309,7"×1/8"×7/
8",得自泰國的3M公司(3MCompany,Thailand))。磨削測試結果匯總于表2中。

實例8

通過將23份AP3、38份SAP1、15份AP4、4份PR1、6份PR2、4份PR4、3份CRY3、2份AP5、4
份CRY2、0.1份CB、0.2份硅烷、0.3份溶劑和0.4份油混合來制備7"×1/8"×7/8"圓盤。將組
分混合10分鐘。將制備的圓盤壓縮、涂布并且固化成如實例6中的磨削輪。磨削測試結果匯
總于表2中。

比較例1

如實例1來制備磨削輪,其不具有磨削層。磨削測試結果匯總于表1中。

比較例2

如實例4來制備磨削輪,其不具有磨削層。磨削測試結果匯總于表1中。

比較例3

如實例6來制備7"×1/8"×7/8"中心凹陷的磨削輪,其不具有另外涂布的粘結劑
層。磨削測試結果匯總于表2中。

比較例4

不具有實例6的添加磨削層的可商購獲得的中心凹陷的磨削輪(92309,7"×1/8"
×7/8",得自泰國的3M公司(3MCompany,Thailand))。磨削測試結果匯總于表2中。

比較例5

如實例8來制備7"×1/8"×7/8"中心凹陷的磨削輪,但是不具有涂布的粘結劑層。
磨削測試結果匯總于表2中。

表1



表2






比較例
%總切削量改善
將實例1與比較例1作比較
18%
將實例2與比較例1作比較
52%
將實例3與比較例1作比較
15%
將實例4與比較例2作比較
32%
將實例5與比較例2作比較
3%

測試結果的討論

表3呈現了根據實例1至5和比較例1至2的磨削輪的磨削性能的對比分析。

表3


比較例
%總切削量改善
將實例1與比較例1作比較
18%
將實例2與比較例1作比較
52%
將實例3與比較例1作比較
15%
將實例4與比較例2作比較
32%
將實例5與比較例2作比較
3%

如可從表3看出,根據各種實施例的磨削輪表現出顯著改善的總切削量和磨削性
能。

在不脫離本公開的實質和范圍的情況下,本領域普通技術人員可以實踐本公開的
其它修改和變型,本公開的實質和范圍在附隨的權利要求書中更具體地示出。應當理解,各
種實施例的方面可整體地或部分地與各種實施例的其它方面互換或結合。以上獲得專利證
書的申請中所有引用的參考文獻、專利或專利申請全文以一致的方式以引用方式并入本文
中。在并入的參考文獻的部分與本申請之間存在不一致或矛盾的情況下,應以前述說明中
的信息為準。為了使本領域的技術人員能夠實現受權利要求書保護的本發明而給定的前述
說明不應理解為是對本發明范圍的限制,本發明的范圍由權利要求書及其所有等同形式限
定。

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粘結 磨料 制品 方法
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