專利名稱：制造無拼接的涂敷研磨帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造用連續(xù)長纖維材料增強(qiáng)的無拼接涂敷研磨帶的方法以及用該方法得到的產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
涂敷磨具一般含有通過一層或多層粘結(jié)劑層結(jié)合在背襯上的磨料，磨料通常為磨粒形式。這些磨具往往呈底材、圓盤、帶材等形式，適合裝配在滑輪、輪子或滾筒上。磨具可用于打磨、研磨或拋光例如鋼和其他金屬、木材、仿木層壓板、塑料、玻璃纖維、皮革或陶瓷的各種表面。
涂敷磨具中所用的背襯通常由紙、高分子材料、布、非織造材料、硬化紙板或這些材料的組合制成。對某些應(yīng)用而言，許多這些材料無法獨(dú)自形成合格的背襯，因?yàn)樗鼈兊膹?qiáng)度、柔性或耐沖擊性不夠。其結(jié)果是，若這些背襯未經(jīng)增強(qiáng)，至少在某些應(yīng)用中會發(fā)生早期破裂和性能變差的現(xiàn)象。
在一個(gè)典型的制造方法中，包括背襯和研磨層的涂敷磨具，?？上戎瞥蛇B續(xù)的卷材形式，然后被轉(zhuǎn)換成所需的結(jié)構(gòu)，如底材、圓盤、帶子等。涂敷磨具的最有用的結(jié)構(gòu)之一是環(huán)形的涂敷研磨帶。為形成這樣的環(huán)帶，通常將底材卷材切成所需寬度和長度的長帶。然后將此涂敷磨具的預(yù)形成的底材長帶的兩端連接起來，形成“接縫”。
連接長帶兩端制造無拼接環(huán)帶的常用方法有兩種。它們分別是“搭接”或“對接”。在“搭接”方法中，長帶的兩端分別制成斜面，產(chǎn)生一個(gè)頂端和一個(gè)底端可重疊形成接縫，不會引起帶子總厚度的顯著變化。將成為底端的部分制成斜面的方法通常為從長帶一端的研磨面上除去磨粒和其它，而從長帶另一端的背襯面即底面上除去一部分材料形成將成為接縫頂端的部分。然后將呈斜面的兩端重疊起來，用粘結(jié)劑結(jié)合或機(jī)械結(jié)合之。
在“對接”的方法中，將長帶的兩端沿一條連接線相對放置。接著將長帶這兩端上背襯(如涂敷磨具預(yù)形成的底材)的底面，用粘結(jié)劑涂敷、機(jī)械固定或其它方法連接起來，并可在接縫區(qū)域涂上一薄層某種強(qiáng)度大又能抗撕裂的拼接介質(zhì)。
搭接和對接的接縫雖然可提供對許多應(yīng)用而言令人滿意的研磨帶，但對其他應(yīng)用而言，由于它們通常在外表面的磨料涂層表面的并接部位產(chǎn)生間斷，因而可能不合乎要求。美國專利No.2,391,731(Miller)、3,333,372(Gianatsio)和4,736,549(Toillie)對此類型的接縫作了概括性地舉例說明。涂敷磨料層的間斷會在其加工的工件表面產(chǎn)生不良的痕跡。這些痕跡常常被稱為“顫痕”。
其他背景技術(shù)包括美國專利No.289,879(Almond)涉及一種磨粒粘附在管狀背襯上的拋光工具。
美國專利No.2,012,356(Ellis)公開了一種具有無縫管狀纖維背襯的磨具。
美國專利No.2,404,207(Ball)涉及一種具有非織造纖維背襯的無縫涂敷磨具。該種非織造纖維背襯可用粘結(jié)劑使其飽和并含有其他增強(qiáng)纖維。
美國專利No.2,411,724(Hill)指出了一種制造環(huán)形管狀磨具的方法，在該方法中，將熱塑性或熱固性粘結(jié)劑擠壓形成背襯，趁背襯熔融時(shí)磨粒包埋在其中。在該發(fā)明的另一實(shí)施方式中，背襯可包含一層增強(qiáng)纖維束的襯里，在該襯里上涂敷有熱塑性粘結(jié)劑。
1979年2月2日公布的法國專利申請公報(bào)No.2,396,625指出了一種無縫的環(huán)形涂敷研磨帶，該研磨帶由布背襯連續(xù)機(jī)織而成。該文獻(xiàn)還描述了具有正弦形接縫的拼接背襯。
1972年11月2日公布的法國專利公報(bào)No.2,095,185(Ponthelet)公開了一種具有非織造背襯的磨具，其中的非織造背襯可用橫向或縱向，或網(wǎng)格形式置入的長絲進(jìn)行增強(qiáng)。當(dāng)長絲僅在一個(gè)方向上排列時(shí)，據(jù)稱這些長絲是由天然纖維、人造纖維或合成纖維制成的遮布壓住保持平行排列的。
1993年7月8日公布并由本發(fā)明受讓人持有的的PCT專利申請WO93/12911(Benedict等)涉及一種制造無拼接涂敷研磨帶的方法，該研磨帶具有包含約40-99重量％有機(jī)高分子粘合劑和蓋沒在這種有機(jī)高分子粘合劑材料中的有效量的纖維增強(qiáng)材料的背襯。該文獻(xiàn)描述了圍繞著一個(gè)滾筒制造內(nèi)有纖維增強(qiáng)材料的液體粘合劑材料的環(huán)，然后將粘合劑材料固化形成無拼接的環(huán)形帶。
在許多研磨應(yīng)用中，希望使用這樣的環(huán)形涂敷研磨帶，它的背襯具有某些所需的物理性能。這些性能包括較低的拉伸率、較高的拉伸強(qiáng)度和在背襯與磨粒涂層之間較高的粘合力。雖然Benedict等人的專利申請顯示了在制造涂敷研磨帶領(lǐng)域的重大進(jìn)展，人們?nèi)栽趯ふ腋纳票骋r物理性能的其它辦法。
1995年1月5日公布并由本發(fā)明受讓人持有的的PCT專利申請WO95/00294(Schneider等)涉及一種制造無拼接環(huán)形帶的方法。將一種可流動的有機(jī)材料旋轉(zhuǎn)鑄塑，形成未固化的有機(jī)材料環(huán)。然后將磨粒裝入旋轉(zhuǎn)鑄塑機(jī)中，在其中旋轉(zhuǎn)直至磨粒被蓋沒在有機(jī)材料中，然后將該有機(jī)材料固化形成無拼接環(huán)形研磨帶。
美國專利No.2,349,365(Martin等)涉及一種柔性的涂敷磨具，其背襯是一層用布或紙?jiān)鰪?qiáng)的塑料材料底材。
1986年4月24日公布的PCT專利申請No.WO86/02306(Hansen等)涉及一種改進(jìn)的涂敷磨具背襯，該背襯具有一層柔性底材和許多結(jié)合在其一個(gè)表面上的連續(xù)長絲增強(qiáng)紗線，這些紗線無緯線且耐拉伸、是縱向緊密排列和共面的，紗線結(jié)合在底材上后制成的背襯然后拼接成環(huán)帶。這許多紗線的每根長絲會有必須連接形成背襯底材的末端，從而在背襯中形成間斷和可能的薄弱區(qū)域。
1994年2月22日申請、已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利申請No.08/199,835(Christianson等)涉及具有增強(qiáng)纖維的拼接環(huán)形磨具的背襯。
1993年2月18日公布、已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的PCT專利申請WO93/02837(Luedeke等)指出了涂敷研磨帶的修整。
1994年2月22日申請、已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利申請No.08/199,679(Benedict等)指出了一種制造增強(qiáng)環(huán)形磨具的方法，該磨具中含有片狀底材、增強(qiáng)纖維材料和將纖維材料粘合在底材上的粘合劑，所述粘合劑也兼作用于將磨粒粘附在底材上的初始結(jié)合涂層(make coat)。
無拼接的涂敷研磨帶的用戶繼續(xù)在尋找強(qiáng)度更大、更耐久、基本上無表面不均勻性和/或厚度不均勻性的涂敷研磨帶。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種制造無拼接的涂敷研磨帶的方法和用該方法制得的產(chǎn)品，所述研磨帶具有由連續(xù)未拼接的纖維束或細(xì)條材料增強(qiáng)的環(huán)形背襯用底材。
在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及制造柔性的涂敷研磨帶的方法，它包含以下步驟(a)將一無拼接環(huán)形的背襯用底材緊緊地固定在一臨時(shí)的支承結(jié)構(gòu)的周圍表面上，該底材具有朝外的正面和與支承結(jié)構(gòu)表面接觸的背面；(b)將連續(xù)的纖維增強(qiáng)材料在上述正面上施加許多圈；(c)將第一粘合劑前體涂料施加在正面上；(d)令所述涂層處于可有效固化所述第一粘合劑前體并將所述纖維增強(qiáng)材料粘合在上述正面上的條件下，形成無拼接的環(huán)形增強(qiáng)背襯；(e)將包含磨粒和粘結(jié)劑的磨料涂料施加在上述無拼接的環(huán)形增強(qiáng)背襯的背面或正面上。
在上述方法中所示的各步驟不必按照所示順序。應(yīng)該理解，磨料涂料在背襯底材表面上的施加可在將纖維增強(qiáng)材料粘合在背襯底材反面的步驟之前進(jìn)行。施加磨料涂料的步驟還可以是施加在纖維增強(qiáng)層上或背襯底材的外露表面上當(dāng)場形成磨料涂層，或者將預(yù)形成的磨料涂層層壓在上述一個(gè)表面上。
在將纖維增強(qiáng)材料施加在背襯底材的無拼接環(huán)之前或同時(shí)或之后，將粘合劑前體施加在纖維增強(qiáng)材料上也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。另外，下述方法也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，即使用一種以上的粘合劑前體，例如通過將粘合劑施加在纖維增強(qiáng)材料和將與其接觸的背襯材料的表面上，從而將纖維增強(qiáng)材料粘合在背襯底材上。
還有，將若干層纖維增強(qiáng)材料粘合在無拼接的背襯底材上也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這些層可以由相同的或不同的增強(qiáng)材料形成。此外，一個(gè)增強(qiáng)層也可包含數(shù)種不同的增強(qiáng)材料。
在本發(fā)明中，在描述背襯底材中所用的“環(huán)形無拼接的”一詞是指研磨帶所用的背襯底材沿其長度方向上沒有自由端，即是閉合的環(huán)。無拼接的環(huán)形背襯用底材最好在裝置在支承結(jié)構(gòu)之前先形成。
在本發(fā)明中，纖維增強(qiáng)材料以“連續(xù)的”方式施加在無拼接的背襯用環(huán)形底材上，其意義是用至少一股纖維束或細(xì)纖維條在無拼接的環(huán)形背襯用底材上，沿環(huán)的整個(gè)縱向長度包繞許多圈。
本發(fā)明的涂敷研磨帶的特征在于，具有一種或多種下述改進(jìn)的性能。無拼接的底材環(huán)的背襯上沒有凸起的部分或拼接的印跡。本發(fā)明的研磨帶用纖維來增強(qiáng)，使其具有更大的抗拉伸性和拉伸強(qiáng)度且使用壽命增加。顯而易見，這些性能改進(jìn)的實(shí)際大小在很大程度上取決于用于制造研磨帶的具體原料的選擇，本領(lǐng)域技術(shù)人員在知道了本發(fā)明內(nèi)容后是不難進(jìn)行此項(xiàng)選擇的。
在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法還提供了一種無拼接的環(huán)形纖維增強(qiáng)背襯，接著可在該背襯的表面上用磨料涂料連續(xù)涂敷，由此防止在涂敷的磨具表面形成間斷。
本發(fā)明的纖維增強(qiáng)層可基本上被有機(jī)高分子粘合劑材料完全包圍(即淹沒在其中)。增強(qiáng)層的特征在于，在與其連接的底材的正面相鄰的地方存在著增強(qiáng)纖維，而與增強(qiáng)層外露表面相鄰的地方則無增強(qiáng)纖維。這就使背襯的外露面是光滑而均勻的，沒有凸出來的纖維增強(qiáng)材料。而且，最好要制造得在其表面形貌上沒有對應(yīng)于纖維增強(qiáng)材料表面不均勻性的高低不平。或者，還可用樹脂將增強(qiáng)材料包裹起來，樹脂能對增強(qiáng)材料濕潤，其量足以使纖維在干燥或固化后固定在背襯底材上，但不必將纖維完全包住。
在本發(fā)明方法一個(gè)更為具體的實(shí)施方式中，在無拼接的環(huán)形背襯用底材上施加增強(qiáng)纖維，務(wù)使在該底材的每厘米橫向?qū)挾壬嫌写蠹s2-50股的纖維束。
將磨料層施加在上述纖維增強(qiáng)背襯環(huán)的表面，制造研磨帶。磨料層通常施加在背襯環(huán)的背面，即與纖維增強(qiáng)材料相反的那一面，但磨料層也可施加在增強(qiáng)的表面上。使用常用的技術(shù)來施加或制造磨料層。
在制造本發(fā)明涂敷研磨帶的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，磨粒被埋置在第二粘結(jié)劑前體層中，所述第二粘結(jié)劑前體層已先涂敷在將在其上面粘合住磨料層的背襯表面上。這個(gè)層通常被稱為初始結(jié)合涂層。用選自靜電涂敷法、落涂法和磁性涂敷法的涂敷技術(shù)將磨粒施加在第二粘結(jié)劑前體的這個(gè)涂層中。
上述制造磨料層的方法通常還包括一個(gè)步驟，即將第三粘結(jié)劑層作為所謂的膠結(jié)涂層(size coat)施加在埋置的磨粒上，然后將這些粘結(jié)劑前體層固化。
在上述方法的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，施加纖維增強(qiáng)材料的方式是將連續(xù)的單股纖維增強(qiáng)束或細(xì)纖維條在背襯底材的環(huán)的正面按縱向延伸的螺旋形進(jìn)行卷繞，所形成的增強(qiáng)纖維層基本上覆蓋所述正面的整個(gè)橫向?qū)挾?，最好完全覆蓋其整個(gè)寬度。纖維束或細(xì)纖維條在作螺旋形卷繞時(shí)，其每一股應(yīng)沿背襯底材表面的長度并排，并且它們的側(cè)面均緊密相鄰，形成基本連續(xù)的增強(qiáng)層。在預(yù)形成的無拼接背襯上的增強(qiáng)束或細(xì)條的這種螺旋形卷繞就使得背襯的強(qiáng)度增加，拉伸性減小。
纖維束的構(gòu)成材料可以是許多不同類型的非金屬或金屬纖維材料的任何一種，如玻璃、鋼、碳、陶瓷、羊毛、絲、棉、纖維素、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酯、人造絲、丙烯酸樹脂、聚丙烯、芳酰胺和超高分子量聚乙烯。
在本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，施加纖維增強(qiáng)材料的方式是將至少第一單股增強(qiáng)纖維束和第二單股增強(qiáng)纖維束按縱向延伸的螺旋形式，分別卷繞在無拼接的環(huán)形背襯用底材的正面上，形成基本上橫跨其正面整個(gè)橫向?qū)挾壬系睦w維增強(qiáng)層。也可以將第一和第二單股增強(qiáng)纖維束同時(shí)卷繞。選擇不同類型的卷繞纖維束，就可使各種物理性能的改進(jìn)獲得平衡。例如，在玻璃纖維和聚酰胺纖維束的組合中，玻璃束使纖維增強(qiáng)層拉伸性降低，而聚酰胺束使纖維增強(qiáng)層強(qiáng)度提高。作為另一例子，芳酰胺束和聚酯束的組合在纖維增強(qiáng)層中分別提供強(qiáng)度/低拉伸性和回彈性的平衡。增強(qiáng)纖維材料還可以是細(xì)纖維條的形式，如機(jī)織物、針織物或非織造織物的細(xì)條或絲束等，其橫向?qū)挾葢?yīng)小于背襯底材的橫向?qū)挾?，從而能在背襯底材上進(jìn)行螺旋卷繞。而且，在無拼接環(huán)形背襯用底材的橫向?qū)挾壬峡蓪⒃鰪?qiáng)纖維分幾組施加上去。例如，可將連續(xù)增強(qiáng)纖維在無拼接環(huán)形背襯用底材的靠近邊緣部位和/或與其兩邊有一定距離的中心部位卷繞好幾層。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式中，無拼接的環(huán)形背襯用底材特別地選自高分子膜(包括打了底的高分子膜)、機(jī)織布、針織布、紙、硬化紙板、非織造布，包括它們的組合和處理后的形式。例如，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，無拼接的環(huán)形背襯用底材可選擇成具有布的結(jié)構(gòu)，如機(jī)織布或針織布。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方式中，所用的臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有圓柱形表面的結(jié)構(gòu)。例如，優(yōu)選的是用一個(gè)由馬達(dá)驅(qū)動能繞其中心軸旋轉(zhuǎn)的鼓，而且該鼓的直徑可以增大和/或縮小，從而能調(diào)節(jié)其周長以適應(yīng)無拼接環(huán)形背襯用底材的具體長度。
也可以用類似的方法使用支承結(jié)構(gòu)來制造涂敷磨具的背襯，該支承結(jié)構(gòu)例如是一個(gè)傳送系統(tǒng)。這樣的傳送系統(tǒng)通常是傳送帶形式的，例如不銹鋼套筒。在該實(shí)施方式中，制造纖維增強(qiáng)的無拼接背襯的步驟是繞著傳送帶制造這種背襯。
本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)、實(shí)施方式和特征，可由下面的附圖描述和優(yōu)選實(shí)施方式而更清楚地了解。
附圖的簡要說明

圖1是按照本發(fā)明方法制造的涂敷磨具背襯放大部分的透視圖，側(cè)表面顯示了剖視細(xì)節(jié)；圖2是按照本發(fā)明方法制造的涂敷磨具放大部分的剖視圖；圖3是按照本發(fā)明制造無拼接增強(qiáng)背襯結(jié)構(gòu)的一個(gè)較佳工藝所用的設(shè)備的主要部件的透視圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明現(xiàn)在對本發(fā)明作詳細(xì)說明。但是，除了權(quán)利要求書限定的以外，本發(fā)明并不限于這里描述的具體內(nèi)容、裝置和方法。
參看圖1，利用本發(fā)明方法制造增強(qiáng)的無拼接背襯10。在圖1中，背襯10包括一無拼接環(huán)形背襯用底材11，纖維增強(qiáng)層14粘合在該底材上，此纖維增強(qiáng)層14包括浸透了粘合劑16的增強(qiáng)纖維15。粘合劑16將纖維粘合在纖維增強(qiáng)層14里，并粘合在環(huán)形背襯用底材11上。然后利用這里所述的方法將磨粒粘結(jié)在至少一個(gè)暴露表面上，如背襯10的正面17或背面18上，即或在纖維15的一面上，或在無拼接環(huán)形背襯用底材上。
在用下面詳細(xì)描述的技術(shù)將纖維15施加在環(huán)形背襯用底材11上之后，將液體狀態(tài)即可流動狀態(tài)的粘合劑16涂敷在纖維15上然后固化之。另外，也可將粘合劑16先涂敷在環(huán)形背襯用底材11上，然后將纖維15施加在粘合劑16上。這里，術(shù)語“液體狀態(tài)的”是指一種可流動的或流動著的材料，而術(shù)語“固體狀態(tài)的”或“固化的”是指一種在環(huán)境溫度和壓力下不易流動的材料。
參看圖2，涂敷磨具(這里顯示了它的一部分)包括一層背襯20，它又具有無拼接環(huán)形背襯用底材21。在這個(gè)實(shí)施例里，浸透了粘結(jié)劑26的增強(qiáng)纖維25位于環(huán)形背襯用底材21的鄰近。在纖維25上面，首先涂以一層初始結(jié)合涂層27，然后將磨粒28埋置于其中。接著，在磨粒28上再涂一層膠結(jié)涂層29。圖2顯示在背襯具有增強(qiáng)纖維的一面上的磨料涂層；但應(yīng)該明白，磨料涂層也可以并且較佳的是施加在環(huán)形背襯用底材21上與增強(qiáng)纖維相反的另一面。
增強(qiáng)背襯的長度、寬度和厚度可根據(jù)使用要求在尺寸上進(jìn)行變化。例如，涂敷研磨帶的長度(沿環(huán)形帶的周邊測量)可是任何所需的長度，雖然一般的長度約是40-1000cm。
包括無拼接環(huán)形背襯用底材11和增強(qiáng)纖維層14的無拼接增強(qiáng)背襯10的厚度一般在約0.07mm和約1cm之間，這時(shí)它的柔軟性、強(qiáng)度和材料穩(wěn)定性最佳。此外，增強(qiáng)背襯10的厚度應(yīng)均勻一致，即在背襯10的整個(gè)長度上厚度變化不超過15％，而最好不超過5％。雖然這種差異是沿背襯10長度上厚度的差異，但它一般也會反映為涂敷磨具即涂敷研磨帶厚度的差異。確保背襯材料厚度差異最小的較佳方法是對粘合劑層16的外露表面進(jìn)行刮削或輕微研磨，去除其凸出區(qū)域(可能最后作為缺陷反映在最終的涂敷磨具上)產(chǎn)生一個(gè)光滑而平坦的表面。這時(shí)應(yīng)該當(dāng)心不要研磨得太深而致削弱或損害增強(qiáng)纖維或去除太多的粘合劑材料，否則可能會影響背襯的強(qiáng)度。
通過下面有關(guān)本發(fā)明方法的更詳細(xì)描述，可以更清楚地了解本發(fā)明的其它方面。
圖3就此描述了用于按照本發(fā)明方法制造涂敷磨具背襯的設(shè)備的一些主要部件。本發(fā)明的纖維增強(qiáng)背襯是在設(shè)備30上制造的。先將無拼接環(huán)形背襯用底材31裝在一臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)36上，該結(jié)構(gòu)具有與所需增強(qiáng)背襯周長對應(yīng)的圓柱形表面。臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)36(即，鼓36)的周長通常約在25-350cm之間，而寬度約在15-100cm之間。
增強(qiáng)材料(這里是纖維37)離開解繞機(jī)38，然后在水平卷繞機(jī)39上用液體狀態(tài)的粘合劑前體材料潤濕。再將經(jīng)浸透潤濕的纖維施加到無拼接環(huán)形背襯用底材31上。卷繞工藝包括使用帶有水平卷繞機(jī)39的纖維束引導(dǎo)系統(tǒng)40。在這個(gè)方法里，鼓36轉(zhuǎn)動(通常為25-75rpm)，而增強(qiáng)纖維37先是連接在裝于鼓36的無拼接環(huán)形背襯用底材36(即背襯底材36)上，隨著鼓的轉(zhuǎn)動就通過水平卷繞機(jī)39被拉出，螺旋形地沿鼓的周長卷繞在鼓36上，在卷繞完成時(shí)，纖維束產(chǎn)生的層41在寬度上不超過背襯底材31的寬度。
較佳的是，水平卷繞機(jī)39沿鼓的寬度移動，使得連續(xù)的增強(qiáng)纖維37沿?zé)o拼接底材31的寬度均勻地成為一層層。由此，纖維37在一層里形成許多圈的螺旋卷繞，并埋于有機(jī)聚合物粘合材料里，而纖維束的每一圈與前面的每一圈平行。此外，纖維37的各圈相對于背襯底材31的平行側(cè)邊呈恒定的非零角度。增強(qiáng)纖維以每厘米寬度大約2-50纖維束的間隔卷繞在無拼接背襯底材31上；但應(yīng)該明白，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可考慮較寬范圍的纖維束間隔?？筛鶕?jù)一些變化因素，諸如纖維束材料、隨所選用背襯材料類型而變化的所需增強(qiáng)強(qiáng)度、特別是涂敷磨具的用途，來選擇間隔。
在纖維束具有足夠長度環(huán)繞背襯底材不止一圈、但又不足以沿背襯底材的全部橫向?qū)挾拳h(huán)繞的情況下，可使用幾股纖維束覆蓋背襯底材的全部寬度。
將足量的未固化樹脂涂敷在背襯底材31上，以便至少在增強(qiáng)纖維材料層的上面和下面、即在其外表面上、有時(shí)甚至在增強(qiáng)材料層的內(nèi)部提供一層樹脂。粘合劑前體材料不僅能涂敷在卷繞前的纖維上，而且，可以在背襯底材31置于鼓36上之后、在將纖維束卷繞在背襯底材31上之前直接涂敷在背襯底材31上，或以這些涂敷工藝的任何組合為增強(qiáng)纖維37與背襯底材31提供粘合作用。
較佳的是，使涂敷在纖維束上的粘合劑前體材料處于接受一能源(未畫出)的條件下，該能源或是熱能，或是輻射能，以便固化粘合劑前體材料。然后，可進(jìn)行進(jìn)一步的處理，諸如進(jìn)一步的固化、彎曲和/或加濕。在這種選用的進(jìn)一步處理后，可將無拼接背襯切成所需的形狀備作磨具背襯之用。
在這種方法里使用的臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)36較佳的是一個(gè)鼓，它可由諸如鋼、金屬、陶瓷、高強(qiáng)度塑料、或它們的任何組合物等剛性材料制成。制鼓的材料應(yīng)該具有足夠的牢固性，使得可在不損害鼓的情況下反復(fù)制造環(huán)形背襯。鼓是置于一心軸上，通過電動機(jī)在一控制速度下轉(zhuǎn)動。這種轉(zhuǎn)動可根據(jù)用途在每分鐘1到100轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)變化。在本發(fā)明的實(shí)施過程中，鼓通常是可轉(zhuǎn)動的部件。但也可讓鼓不轉(zhuǎn)動，而讓施加纖維束的裝置環(huán)繞著鼓運(yùn)動。
鼓可以是整體制造的，也可由若干個(gè)部分組成以便拆開而較容易地卸下無拼接環(huán)形背襯。
鼓的外周一般與無拼接環(huán)形背襯用底材的內(nèi)部長度(周長)對應(yīng)。無拼接環(huán)形背襯用底材的寬度可是小于鼓寬的任何數(shù)值。單個(gè)的無拼接環(huán)形背襯可在鼓上制成，從鼓上卸下，并可對其邊緣進(jìn)行修剪。此外，可將增強(qiáng)背襯沿鼓的軸向切成許多增強(qiáng)背襯，結(jié)果每一背襯具有基本上小于原來背襯的寬度。
在許多情況下，較佳的是在鼓的外周上施加粘合劑前體材料或無拼接環(huán)形背襯用底材或任何其它的組成部分之前，在其上面施加一層脫模涂層。這樣，在粘合劑固化后就很容易卸下無拼接環(huán)形背襯。在大多數(shù)情況下，這種脫模涂層不會成為無拼接環(huán)形背襯的一部分。如果在制備尺寸大的無拼接環(huán)形背襯時(shí)使用幾部分組裝的鼓，這種脫模內(nèi)襯有助于防止、至少減少在增強(qiáng)背襯內(nèi)表面上由鼓表面上接縫所形成的皺紋。這種脫模涂層的例子包括(但不限于)蠟、硅酮蠟或含氟化合物，或涂有硅酮蠟或含氟化合物的聚合物薄膜。在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可使用另一脫模涂層，將其涂敷在粘合劑的最后即頂部涂層上。這另一脫模涂層一般存在于粘合劑固化過程中，此后可將其去掉。
此外，在制備本發(fā)明的涂敷磨具中，增強(qiáng)纖維層可施加在由兩個(gè)鼓形滾筒支承的無拼接環(huán)形背襯用底材上，它們與一電動機(jī)連接，以便至少驅(qū)動一個(gè)滾筒，從而使背襯轉(zhuǎn)動。此外，背襯可裝在一個(gè)鼓形滾筒上，該滾筒與一電動機(jī)連接使背襯轉(zhuǎn)動。當(dāng)背襯轉(zhuǎn)動時(shí)，利用傳統(tǒng)的涂敷技術(shù)、諸如刮板涂敷、模具涂敷、滾筒涂敷、噴涂、或屏幕涂敷將粘合劑層或磨料漿液涂敷上去。噴涂對于某些用途來說是較佳的。
在這個(gè)實(shí)施例里，向無拼接環(huán)形背襯用底材在施加了纖維增強(qiáng)材料和使粘合劑前體固化之后，將由此產(chǎn)生的背襯從鼓上取下，有時(shí)還可磨去其上面的凸出部位，然后將磨料涂層或是涂敷在其纖維增強(qiáng)層上、或是涂敷在其與纖維增強(qiáng)層相反的一面。如果要將磨料涂層施加在背襯底材與纖維增強(qiáng)層相反的一面上，應(yīng)該將纖維增強(qiáng)背襯的內(nèi)面翻出來，即露出背襯底材上與纖維增強(qiáng)層相反的另一面。不管是要將磨料涂層涂敷在哪一面，再將纖維增強(qiáng)背襯裝在任何適宜的支承裝置(如一個(gè)鼓或至少兩個(gè)懸置的惰輪)上，以便涂敷磨料漿液或磨料涂層(依序施加初始結(jié)合涂層和磨粒)。
如果不使用磨料漿液，即如果在提供第二粘結(jié)劑層即初始結(jié)合涂層之后方施加磨料，可通過靜電涂敷機(jī)使磨粒利用靜電作用沉積在粘結(jié)劑層上。此時(shí)鼓形滾筒作為靜電涂敷機(jī)的接地板。此外，還可通過礦物降落涂敷或磁性涂敷施加磨粒。
較佳的是，在埋置了磨粒后使初始結(jié)合涂層固化或至少部分固化，然后再施加一層膠結(jié)涂層，或者還施加一層上膠結(jié)涂層(supersize coat)，施加膠結(jié)涂層可用任何傳統(tǒng)的方法，諸如滾筒涂敷、噴涂、或屏幕涂敷，較佳的是用噴涂法。然后，趁背襯仍在鼓形滾筒上，使初始結(jié)合涂層和膠結(jié)涂層完全固化。此外，可從鼓形滾筒上卸下產(chǎn)品后再進(jìn)行這些粘結(jié)劑涂層的固化。
下面將詳細(xì)描述用于本發(fā)明方法和涂敷磨具的具體材料。
本發(fā)明的涂敷磨具中含有具有以下性能的纖維增強(qiáng)背襯。這種增強(qiáng)背襯在磨具要使用的研磨條件下是充分耐熱的，因此背襯不會明顯碎裂，即不會由于研磨或拋光操作過程中產(chǎn)生的熱而出現(xiàn)開裂、破裂、分層、撕裂等現(xiàn)象。增強(qiáng)背襯還具有足夠的堅(jiān)牢度，因此不會由于在磨具使用的研磨條件下遇到的壓力而明顯地開裂或粉碎。即它具有足夠的剛性，可經(jīng)受涂敷研磨帶遇到的通常的研磨條件，且無發(fā)脆的不良特性。
本發(fā)明的增強(qiáng)背襯和使用該背襯的無拼接環(huán)形涂敷研磨帶最好具有可耐受研磨條件的足夠的柔性。在本文中，“足夠的柔性”或其同義詞是指增強(qiáng)背襯和無拼接環(huán)形涂敷研磨帶在通常的研磨條件下會撓曲或彎曲，并能恢復(fù)其原來的形狀而不呈明顯的永久性變形。而且，對優(yōu)選的研磨用途而言，增強(qiáng)背襯(和使用該背襯的環(huán)形研磨帶)可以撓曲，與被研磨工件的外形相適應(yīng)，且具有足夠的強(qiáng)度，能在壓到工件上時(shí)可以傳送有效的研磨力。
本發(fā)明優(yōu)選的增強(qiáng)背襯在縱向即加工方向上具有總體上均勻的拉伸強(qiáng)度。這通常是由于在背襯的整個(gè)長度上都有纖維增強(qiáng)材料，而且在連續(xù)的纖維增強(qiáng)材料中沒有縫隙。更好的是，受試驗(yàn)的增強(qiáng)背襯任何部分的拉伸強(qiáng)度與任何其他部分拉伸強(qiáng)度的差異不會超過大約20％。拉伸強(qiáng)度一般是衡量材料在經(jīng)可耐受拉伸載荷時(shí)能承受的最大應(yīng)力而不斷裂的尺度。
本發(fā)明優(yōu)選的增強(qiáng)背襯還顯示合適的形狀控制性，又不會受到環(huán)境條件如濕度和溫度等的影響。這是指本發(fā)明優(yōu)選的增強(qiáng)背襯在很寬范圍的環(huán)境條件下具有上述性能。較好的是，增強(qiáng)背襯在約10-30℃的溫度、約30-90％相對濕度(RH)范圍內(nèi)具有上述性能。更好的是，增強(qiáng)背襯在0℃以下直至100℃以上的溫度和10％RH以下直至100％RH這一很寬范圍內(nèi)具有上述性能。
增強(qiáng)背襯還應(yīng)能耐受涂敷磨具產(chǎn)品使用的研磨條件和環(huán)境。背襯底材一般而言，所選擇的在本發(fā)明的涂敷磨料背襯中使用的優(yōu)選的背襯底材應(yīng)能與粘結(jié)劑層尤其是初始結(jié)合涂層相容并很好地粘合。良好的粘合通過磨料的“脫殼(shelling)”的量衡量。使用于磨具工業(yè)中的脫殼是描述顯著量的磨料從背襯上過早脫落的術(shù)語。雖然背襯底材材料的選擇是重要的，但脫殼量通常在更大程度上取決于粘結(jié)劑的選擇和背襯底材與粘結(jié)劑層的相容性以及研磨條件。
背襯底材是無拼接的(管狀的)背襯底材。然后用連續(xù)卷繞的纖維材料如紗線等使背襯底材增強(qiáng)，以提供本文所述的背襯。
無拼接的環(huán)形背襯用底材一般選自高分子膜(包括打了底的高分子膜)、機(jī)織布、針織布、紙、硬化紙板底材、非織造布，包括它們的組合和處理后的形式。
優(yōu)選的環(huán)形背襯底材是機(jī)織或針織的布背襯。可在本發(fā)明中用作無拼接環(huán)形背襯用底材的材料的例子包括聚酯、耐綸、人造絲、棉、黃麻和作為布背襯的其他已知材料。布由經(jīng)向即縱向上的紗線和緯向即橫向上的紗線組成。布背襯底材可以是機(jī)織的背襯、縫編背襯或引緯背襯。機(jī)織結(jié)構(gòu)的例子包括織紋為4經(jīng)線跳1緯線的緞紋組織；織紋為2或3跳1的斜紋組織；織紋為1跳1的平紋組織；織紋為2跳2的二上一下經(jīng)面斜紋組織。在縫編織物或引緯背襯中，經(jīng)線和緯線不交織，但呈兩個(gè)互不相同的方向。經(jīng)線位于緯線的上部并由針腳線或粘結(jié)劑固定在另一根經(jīng)線上。無拼接的背襯一般是管狀背襯，即看不出開始端或末端。
無拼接的環(huán)形背襯用底材可從供應(yīng)商處購得，例如，Advanced BeltTechnology公司(康涅狄格州Middletown市)的商品名為“WT3”和“WT4”的產(chǎn)品以及其他許多布制造廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品。
布背襯底材中的紗線可以是天然的、合成的或它們的組合。天然紗線的例子包括纖維素類紗線，如棉、大麻、木絲棉、亞麻、西沙爾麻、黃麻、碳、呂宋麻和它們的組合。合成紗線的例子包括聚酯紗、聚丙烯紗、玻璃紗、聚乙烯醇紗、聚酰亞胺紗、芳香族聚酰胺紗、人造絲紗、耐綸紗、聚乙烯紗和它們的組合。本發(fā)明優(yōu)選的紗是聚酯紗、耐綸紗、聚酯和棉的混合物、人造絲紗和芳香族聚酰胺紗。
可將布背襯底材染色和/或拉伸、退漿、洗滌或熱拉伸。此外，布背襯中的紗線可含底涂料、染料、顏料或濕潤劑。紗線可以是加捻的或有織構(gòu)的。
聚酯紗由二價(jià)醇與對苯二甲酸反應(yīng)而產(chǎn)生的長鏈聚合物形成；該聚合物最好是聚對苯二甲酸乙二醇酯的線性聚合物。聚酯紗有三種主要類型環(huán)錠紡紗、自由端紗和長絲。環(huán)錠紡紗的制造是將聚酯紗連續(xù)穿綜、加捻、然后卷繞在梭子上。自由端紗直接由紗條或粗紗制成。解開一系列的聚酯粗紗，然后將所有的粗紗連續(xù)地匯集在紡絲裝置上，形成連續(xù)的紗。長絲紗是連續(xù)的長纖維；長絲紗的聚酯纖維通常具有非常低的捻度或不存在捻度。
纖維的旦尼爾數(shù)應(yīng)小于約5000，最好在約100-1500之間。紗線支數(shù)應(yīng)在1500-12,000米/千克之間。對涂敷磨具的布背襯而言，坯布即未處理布的重量在約0.15-1kg/m2的范圍內(nèi)，最好在約0.15-0.75kg/m2之間。
背襯底材可具有飽和劑樹脂涂層、預(yù)膠結(jié)涂層(presize coat)和/或背膠結(jié)涂層(backsize coat)。若背襯底材是布背襯底材，則需要上述涂層中的至少一層。添加這些層的目的在于將背襯底材中的孔隙密封起來和/或保護(hù)背襯底材中的紗線或纖維。此外，添加預(yù)膠結(jié)涂層或背膠結(jié)涂層可在背襯底材的正面或背面形成“更光滑的”表面。預(yù)膠結(jié)涂層或背膠結(jié)涂層可滲透背襯底材的整個(gè)厚度，或者可僅滲透底材厚度的一半?？赏ㄟ^各種涂料的粘度來控制滲透深度。例如，可通過添加二氧化硅或粘土來改變粘度。
在飽和劑涂層、背膠結(jié)涂層或預(yù)膠結(jié)涂層施加在背襯底材上之后，可將所得背襯底材進(jìn)行熱處理或壓延。熱處理可以是將背襯底材置入在烘箱中的拉幅機(jī)上，使粘合劑前體至少部分固化。此外，背襯底材可通過加熱的熱箱進(jìn)行處理。壓延步驟會消除一些表面粗糙度，并通常會增加表面光滑度。
可與酚醛樹脂混合來處理布背襯的乳膠樹脂的例子包括丙烯腈丁二烯乳液、丙烯酸乳液、丁二烯乳液、丁二烯苯乙烯乳液和它們的組合。這些乳膠樹脂可以各種商品名從各種不同來源購得，包括Rohm and Haas公司的“RHOPLEX”和“ACRYLSOL”、Product & Chemicals公司的“FLEXCRYL”和“VALTAC”、Reichold Chemical公司的“SYNTHEMUL”和“TYLAC”、B.F.Goodrich公司的“HYCAR”和“GOODRITE”、Goodyear Tire and Rubber公司的“CHEMIGUM”、ICI公司的“NEOCRYL”、BASF公司的“BUTAFON”、Union Carbide公司的“RES”。
背襯底材還可含有其他一些材料，如選自填料、纖維、抗靜電劑、潤滑劑、濕潤劑、表面活性劑、顏料、染料、偶合劑、增塑劑、懸浮劑等的添加劑，具體例子如1993年7月8日公布的PCT專利申請WO93/12911(Benedict等)中所述的用于背襯的那些底材。這些添加材料的用量則按所需的性能選定纖維增強(qiáng)材料在本發(fā)明中使用的用于增強(qiáng)無拼接環(huán)形背襯用底材的纖維增強(qiáng)材料最好是單股纖維束的形式?；蛘?，該材料可以是寬度比背襯底材寬度小的窄纖維條，例如最好這些纖維條的寬度與背襯底材寬度的比率為1/100至10/100。
用于本發(fā)明的合適的纖維束在市場上作為線、細(xì)繩、紗、粗紗和長絲有售。線和細(xì)繩通常是紗線的集合物。線具有非常高度的捻度，其摩擦表面較小。細(xì)繩可以通過編織或加捻紗線并合制成，一般比線粗。紗是許多纖維或長絲捻合或纏結(jié)而成。粗紗是拉伸合在一起而無捻合或捻合度很小的許多纖維或長絲。長絲是連續(xù)的纖維。粗紗和紗線均在單股長絲上形成。纖維墊或纖維網(wǎng)由纖維的基質(zhì)構(gòu)成，該纖維是細(xì)線狀長條，具有至少約100∶1的縱橫比構(gòu)成。纖維的縱橫比是纖維的較長尺寸與較短尺寸之比。
一般而言，纖維增強(qiáng)材料可以是任何可增加背襯強(qiáng)度和/或防止背襯伸長的材料。可在本發(fā)明的應(yīng)用中使用的增強(qiáng)纖維材料的例子，包括金屬纖維材料或非金屬纖維材料兩大類，使用非金屬纖維材料較好。非金屬纖維材料可以是由玻璃組成的材料，包括“FIBERGLAS”、碳礦石、合成或耐熱性天然有機(jī)增強(qiáng)材料、或陶瓷材料。在本發(fā)明中優(yōu)選使用的纖維增強(qiáng)材料是有機(jī)材料、玻璃和陶瓷纖維材料。有用的天然有機(jī)纖維材料包括羊毛、絲、棉或纖維素。有用的合成有機(jī)纖維材料的例子是由聚乙烯醇、耐綸、聚丙烯、聚酯、人造絲、聚酰胺、丙烯酸類、聚烯烴、芳酰胺或酚組成的材料。在本發(fā)明的應(yīng)用中優(yōu)選的有機(jī)纖維材料是芳酰胺纖維材料；這樣的材料市售的有Du Pont公司的商品名為“KEVLAR”和“NOMEX”的產(chǎn)品。也可在背襯結(jié)構(gòu)中使用幾種類型的增強(qiáng)纖維。一般而言，任何陶瓷纖維增強(qiáng)材料可在本發(fā)明的應(yīng)用中使用。適合本發(fā)明的陶瓷纖維增強(qiáng)材料的例子有3M公司的“NEXTEL”。
可在此結(jié)構(gòu)中使用若干種類型的增強(qiáng)纖維。不同的纖維，如“FIBERGLAS”與耐綸、或“FIBERGLAS”與聚酯、或芳酰胺與耐綸、或芳酰胺與聚酯，都可通過沿預(yù)形成的無拼接背襯的寬度，在同一卷繞方向或以交叉型卷繞的方式將各類型纖維交替地卷繞來使用。所用的幾種纖維應(yīng)根據(jù)它們的優(yōu)良性能來選擇，例如，玻璃纖維的拉伸性小，而耐綸的強(qiáng)度大。也可先將兩股或多股纖維束共捻在一起，所述纖維束可以在組成、旦尼爾數(shù)、捻度等方面相同或不同，然后將所得紗線作為單束施加在無拼接的背襯上。可選擇不同的纖維束使復(fù)合的共捻纖維產(chǎn)生不同的所需物理性能，獲得良好的性能平衡。
增強(qiáng)纖維可在施加到背襯上之前就含有某種預(yù)處理劑。該預(yù)處理劑可以是粘合促進(jìn)劑或上漿化合物。例如，增強(qiáng)玻璃纖維可含一種表面處理劑，如可與玻璃纖維相容、并可促進(jìn)增強(qiáng)纖維與初始結(jié)合涂層粘合的環(huán)氧樹脂或聚氨酯樹脂。這些玻璃纖維紗的例子有賓夕法尼亞州Pittsburgh市PPG公司的“930”玻璃纖維紗和Owens-Corning公司的“603”玻璃纖維紗。這些玻璃紗和粗紗的有用等級在約150-32,000米/公斤的范圍內(nèi)，上述范圍也是優(yōu)選值。
若使用玻璃纖維增強(qiáng)材料，則該玻璃纖維材料最好加用一種界面粘合劑即偶合劑，如硅烷偶合劑，以促進(jìn)其與有機(jī)粘合材料的粘合作用，尤其是若使用熱塑性粘合劑材料的話。硅烷偶合劑的例子包括Dow Coming公司的“Z-6020”或“Z-6040”。
纖維增強(qiáng)材料的長度必須足以圍繞涂敷磨具環(huán)的長度(即周長)許多次并能產(chǎn)生至少一層明顯的纖維增強(qiáng)材料層。換言之，纖維增強(qiáng)材料的長度足以使纖維束以許多圈螺旋形卷繞的式樣在有機(jī)高分子粘合劑材料中形成一個(gè)層，各圈的纖維束與前一圈纖維束平行并接觸。此螺旋一般并最好沿背襯環(huán)的整個(gè)長度縱向延伸。即各圈纖維束相對于環(huán)的邊緣是接近平行的位置，雖然沒有一圈與邊緣完全平行。當(dāng)然，各圈纖維束最好與無拼接的背襯底材的兩個(gè)平行邊緣呈恒定的基本上非零的角度。
對優(yōu)選的纖維增強(qiáng)材料而言，增強(qiáng)纖維的旦尼爾數(shù)即細(xì)度在約5-5000旦尼爾之間，通常在約50-2000旦尼爾之間，最好在約5-50丹尼爾之間。須知道，旦尼爾數(shù)在很大程度上取決于所用纖維增強(qiáng)材料的具體類型。
在本發(fā)明中，可在背襯(無拼接環(huán)形背襯用底材/增強(qiáng)層)中出現(xiàn)幾個(gè)不具有纖維增強(qiáng)材料的明顯區(qū)域。這樣，背襯上的一個(gè)區(qū)域的纖維增強(qiáng)材料與有機(jī)高分子粘合劑材料之比會大于另一區(qū)域。例如，纖維增強(qiáng)材料可完全位于背襯的邊上和/或中心范圍中的區(qū)域，結(jié)果其一些外緣基本上沒有被纖維增強(qiáng)材料覆蓋。這種實(shí)施方式可能并非在所有情況下都允許，因?yàn)樗赡茉诒骋r上形成不平整的表面。
在增強(qiáng)背襯底材時(shí)，將纖維增強(qiáng)材料施加在無拼接環(huán)形背襯用底材上，所述底材臨時(shí)固定在本文所述的支承結(jié)構(gòu)(例如鼓)上?？上葘⒄澈蟿┣绑w涂敷在無拼接環(huán)形背襯用底材上，然后卷繞上增強(qiáng)材料?；蛘?，可先將增強(qiáng)材料施加在無拼接環(huán)形背襯用底材上，然后涂敷粘合劑前體。在第三種實(shí)施方式中，可先用粘合劑前體使增強(qiáng)材料飽和，然后將此增強(qiáng)材料施加在無拼接環(huán)形背襯用底材上。即粘合劑前體可與增強(qiáng)材料相繼地或同時(shí)地施加。使用上述三種方法中的任一種的組合也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
與增強(qiáng)纖維合用非織造底材也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在有些情況下，非織造底材會增加所得背襯的抗撕裂強(qiáng)度。例如，設(shè)想先用第一粘合劑前體使非織造底材飽和，再施加在背襯底材的第二表面上。然后，將增強(qiáng)紗線施加在經(jīng)飽和處理的非織造底材的上面。第一粘合劑前體將潤濕增強(qiáng)紗線并使增強(qiáng)紗線與背襯底材粘合。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，是將增強(qiáng)纖維施加在已有磨料涂層的無拼接環(huán)形背襯用底材上。為此，先將背襯底材里朝外翻過來，即其磨料涂層貼在支承鼓表面上，然后將增強(qiáng)纖維施加在背襯底材的與磨料涂層相反的表面上。施加了增強(qiáng)纖維和固化了粘合劑前體之后，必須將所得環(huán)形帶再里外翻轉(zhuǎn)，形成環(huán)形的涂敷磨具。
本發(fā)明所得的環(huán)形研磨帶制品包含一個(gè)具有無拼接環(huán)形背襯用底材的背襯和許多連續(xù)存在于其表面上的增強(qiáng)纖維。一般而言，增強(qiáng)纖維在施加在背襯底材上時(shí)最好是平行的且無交織。下述特征也在本發(fā)明的范圍內(nèi)增強(qiáng)纖維在無拼接的環(huán)形背襯用底材的整個(gè)橫向?qū)挾壬鲜沁B續(xù)的，即在沿背襯底材寬度的增強(qiáng)纖維的排列中基本上無空隙。須知道，增強(qiáng)纖維是有始端和尾端的，但纖維的長度在無拼接環(huán)形背襯用底材上面能連續(xù)卷繞至少一圈。
雖然最好使用預(yù)形成的纖維作為纖維增強(qiáng)材料，但將熱塑性和熱彈性珠料就地?cái)D壓和冷卻成單絲，再將此單絲螺旋形卷繞在無拼接背襯底材上面也在本發(fā)明的預(yù)料之中。用于固定增強(qiáng)纖維的粘合劑前體材料用于固定纖維增強(qiáng)材料束或細(xì)條的粘合劑前體材料，可從各種各樣的可以液體形式涂敷然后固化的粘合劑材料中進(jìn)行選擇。通常，用來使增強(qiáng)纖維飽和的有機(jī)高分子粘合劑材料的粘合劑前體的量，以纖維增強(qiáng)層的總重量計(jì)，在約40-99重量％之間，較好地在約65-92重量％之間，最好在約70-85重量％之間。
用來將增強(qiáng)材料固定在纖維增強(qiáng)層中的粘合劑材料是有機(jī)高分子粘合劑材料。它可以是固化的熱固性樹脂、熱塑性材料或彈性體材料。有機(jī)高分子粘合劑材料最好是固化的熱固性樹脂。粘合劑材料最好是熱固性樹脂，這至少是因?yàn)楫?dāng)未固化時(shí)，甚至在環(huán)境條件下，這樣的樹脂可以良好流動(低粘度)的形式供給。此處，“環(huán)境條件”及其同義詞是指室溫，即15-30℃，一般約為20-25℃和30-50％相對濕度，一般約為35-45％相對濕度。
若背襯的有機(jī)高分子粘合劑材料包括可固化的熱固性樹脂，在制造背襯之前，例如為了使粘合劑前體能濕潤增強(qiáng)纖維15和/或浸漬布背襯低材11，這熱固性樹脂是處于非聚合狀態(tài)的，通常處于液體或半液體狀態(tài)。在制造過程中，熱固性樹脂被固化即聚合成固態(tài)。取決于所用的具體熱固性樹脂，熱固性樹脂可使用一種固化劑即催化劑。當(dāng)固化劑受到合適的能源(如熱能或輻射能)的作用時(shí)，固化劑會引發(fā)熱固性樹脂的聚合。
可用于制造背襯的熱固性樹脂的例子包括酚醛樹脂、氨基樹脂、聚酯樹脂、氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、密胺甲醛樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯化異氰脲酸酯樹脂、脲甲醛樹脂、丙烯酸酯類樹脂以及異氰脲酸酯樹脂、丙烯酸酯化聚氨酯樹脂、丙烯酸酯化環(huán)氧樹脂的混合物，或者上述樹脂的混合物。優(yōu)選的熱固性樹脂是聚氨酯樹脂、丙烯酸酯類樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯化聚氨酯樹脂、聚酯樹脂或軟酚醛樹脂以及它們的混合物。最優(yōu)選的樹脂是聚氨酯樹脂、丙烯酸酯類樹脂、環(huán)氧樹脂和丙烯酸酯化聚氨酯樹脂以及它們的混合物，因?yàn)樗鼈兙哂泻虾跻蟮墓袒俾?、柔性、良好的熱穩(wěn)定性、強(qiáng)度和抗水性。
一個(gè)優(yōu)選種類的粘合劑材料是聚氨酯彈性體，尤其是聚醚基聚氨酯。這些聚氨酯材料的例子包括Uniroyal Chemical公司的商品名為“VIBRATHANE”和“ADIPRENE”的產(chǎn)品。這些聚氨酯彈性體由預(yù)聚物形成，所述預(yù)聚物可以是以甲苯二異氰酸酯封端的預(yù)聚物為基的聚醚或以二苯基甲烷二異氰酸酯為基的聚醚。這些預(yù)聚物可用4，4’-亞甲基-二(鄰氯苯胺)或二胺類固化劑交聯(lián)。聚氨酯粘合劑也是較佳的，因?yàn)樵跓峁袒^程中，聚氨酯樹脂的粘度不會有什么下降，因而在固化過程中不會有什么流動。將聚氨酯樹脂與環(huán)氧樹脂和丙烯酸酯類樹脂摻合也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
酚醛樹脂通常分為酚醛樹脂A和酚醛清漆樹脂兩類。有用的市售酚醛樹脂的例子有BTL Specialty公司的“VARCUM”、Ashland Chemical公司的“AROFENE”、Union Carbide公司的“BAKELITE”、和Monsanto公司的“RESINOX”。
酚醛樹脂A的特征在于可被堿性催化，其甲醛與酚的摩爾比大于或等于1∶1，通常甲醛與酚之比在約1∶1至3∶1的范圍內(nèi)?？捎脕碇苽浞尤渲珹的堿性催化劑的例子包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、有機(jī)胺或碳酸鈉。
酚醛清漆樹脂的特征在于可被酸性催化，其甲醛與酚的摩爾比小于1∶1，通常甲醛與酚之比在約0.5∶1至0.8∶1的范圍內(nèi)。用來制備酚醛清漆樹脂的酸催化劑的例子包括硫酸、鹽酸、磷酸、草酸或?qū)妆交撬?。雖然酚醛清漆樹脂通常被認(rèn)為是熱塑性樹脂而非熱固性樹脂，但它們可與其他化學(xué)物質(zhì)(例如，六亞甲基四胺)反應(yīng)而形成固化的熱固性樹脂。
在制備本發(fā)明背襯的可聚混合物中可使用的環(huán)氧樹脂包括單體的或聚合的環(huán)氧化物。有用的環(huán)氧物質(zhì)即環(huán)氧化物可在其主鏈的性質(zhì)和取代基方面有很大的差別。合乎要求的取代基的代表性例子包括鹵素、酯基、醚基、磺酸酯基、硅氧烷基、硝基或磷酸酯基。含環(huán)氧的高分子材料的重均分子量可在約60至約4000的范圍內(nèi)變化，最好在約100至約600的范圍內(nèi)。各種含環(huán)氧的材料的混合物可在本發(fā)明的組合物中使用。市售環(huán)氧樹脂的例子包括Shell Chemical公司的“EPON”和Dow Chemical公司的“DER”。
市售的脲甲醛樹脂的例子包括Reichold Chemical公司的“UFORMITE”、Borden Chemical公司的“DURITE”、和Monsanto公司的“RESIMENE”。市售密胺甲醛樹脂的例子包括Reichold Chemical公司的“UFORMITE”、和Monsanto公司的“RESIMENE”?！癛ESIMENE”用來表示脲甲醛樹脂和密胺樹脂兩者。
可在本發(fā)明中使用的氨基塑料樹脂的例子有每個(gè)分子具有至少一個(gè)α、β-不飽和羰基側(cè)基的氨基塑料樹脂，它們在例如美國專利No.4,903,440(Larson等)和5,236,472(Kirk等)中有揭示。
可使用的丙烯酸酯化異氰脲酸酯是由下述化合物的混合物制得的至少一種單體，所述單體選自具有至少一個(gè)丙烯酸酯基端基或側(cè)基的異氰脲酸酯衍生物和具有至少一個(gè)丙烯酸酯基端基或側(cè)基的異氰酸酯衍生物；和至少一種具有至少一個(gè)丙烯酸酯基端基或側(cè)基的脂族或脂環(huán)族單體。丙烯酸酯化異氰脲酸酯樹脂在例如美國專利No.4,652,274(Boettcher等)中有敘述。
乙烯型不飽和樹脂包括單體的和聚合的化合物兩者，這些化合物含碳原子、氫原子和氧原子，有時(shí)還可含有氮原子和鹵素。氧原子或氮原子或兩者一般存在于醚、酯、聚氨酯、酰胺或脲基團(tuán)中。乙烯型不飽和化合物的分子量最好小于約4000，并最好是由含脂族單羥基或脂族多羥基與不飽和羧酸如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、異巴豆酸、馬來酸等反應(yīng)而形成的酯。丙烯酸酯樹脂的代表性例子包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯/苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、丙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯/季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇甲基丙烯酸酯、四丙烯酸酯。其他乙烯型不飽和樹脂包括單烯丙基、多烯丙基和多甲代烯丙基酯以及己二酸二烯丙酯、N，N-二烯丙基己二酰二胺。另一些含氮化合物包括異氰脲酸三(2-丙烯酰氧乙基)酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯基氧乙基)-s-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮。
丙烯酸酯化聚氨酯是羥基封端的NCO延伸的聚酯或聚醚的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸酯化聚氨酯的例子包括Morton Thiokol Chemical公司的“UVITHANE782”和Radcure Specialities公司的“CMD6600”、“CMD 8400”和“CMD8805”。
丙烯酸酯化環(huán)氧化物是二丙烯酸酯，例如雙酚A環(huán)氧樹脂的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸酯化環(huán)氧化物的例子包括Radcure Specialities的商品名為“EBECRYL 3500”、“EBECRYL 3600”和“EBECRYL 8805”的產(chǎn)品。
合適的熱固性聚酯樹脂有Owens-Coming Fiberglass公司以“E-737”和“E-650”的商品名銷售的產(chǎn)品。合適的聚氨酯還有市售的與“CAYTUR”-31固化劑一起使用的“VIBRATHANE”B-813預(yù)聚物或“ADIPRENE”BL-16預(yù)聚物。它們均由Uniroyal Chemical公司供應(yīng)。
如前面所指出的，在本發(fā)明的一些應(yīng)用中，熱塑性粘合劑材料與上面討論的優(yōu)選的熱固性樹脂相反，可用來將卷繞的增強(qiáng)纖維粘合在背襯底材上。熱塑性粘合劑材料是這樣一種高分子材料，它在溫度提高時(shí)會軟化，而當(dāng)冷卻至環(huán)境溫度時(shí)一般恢復(fù)其原來的物理狀態(tài)。在制造過程中，熱塑性粘合劑被加熱至其軟化點(diǎn)以上，并往往超過其熔點(diǎn)，從而處于可流動的狀態(tài)。當(dāng)增強(qiáng)纖維被熱塑性樹脂粘合在背襯底材上之后，就冷卻固化之。
本發(fā)明優(yōu)選的熱塑性材料是那些具有高熔點(diǎn)和/或良好耐熱性的熱塑性材料。即，優(yōu)選的熱塑性材料的熔點(diǎn)至少約100℃，最好至少約150℃。此外，優(yōu)選的熱塑性材料的熔點(diǎn)又要足夠的低，即比增強(qiáng)材料的熔點(diǎn)至少低約25℃。這樣，增強(qiáng)材料在熱塑性粘合劑的熔化過程中不會受到不良影響。
適合在本發(fā)明磨具中制備背襯的熱塑性材料的例子包括聚碳酸酯、聚醚酰亞胺、聚酯、聚亞砜、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、縮醛聚合物、聚酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯或它們的組合。在這些聚合物中，優(yōu)選聚酰胺、聚氨酯和聚氯乙烯，最優(yōu)選的是聚氨酯和聚氯乙烯。
若由其形成背襯的熱塑性材料是聚碳酸酯、聚醚酰亞胺、聚酯、聚亞砜或聚苯乙烯材料，可用打底劑來促進(jìn)纖維增強(qiáng)層與初始結(jié)合涂層之間的粘合，若選擇將初始結(jié)合涂層施加在背襯的該面上的話?！按虻讋币辉~的含義包括機(jī)械型和化學(xué)型打底劑這兩者或者打底過程。這并非指在背襯的表面上加上一層布或織物。機(jī)械型打底劑的例子包括但不限于電暈處理和刮磨處理，這兩種處理都增加表面的表面積?；瘜W(xué)型打底劑的例子有例如聚氨酯、丙酮、硅的膠態(tài)氧化物、異丙醇和水的膠態(tài)分散液，例如由美國專利4,906,523(Bilkadi等)所公開的。
雖然對表面打底可包括刮磨即使表面糙化增加其表面積，背襯的表面仍如上所述比較“光滑”。即其表面形貌一般是光滑平整的，這樣就很少有(若有的話)外露的即突出的纖維增強(qiáng)材料。較好的是，表面形貌一般不受有機(jī)高分子粘合劑材料中纖維增強(qiáng)材料的影響，這樣能反映纖維增強(qiáng)材料在下面的形貌。
可用于使本發(fā)明的增強(qiáng)纖維飽和的第三類粘合劑是彈性體材料。彈性體材料即是彈性體，其定義為一種可以被拉長至其原長的的至少兩倍，然后當(dāng)松弛時(shí)可非常迅速地回縮到大約原長的材料?？稍诒景l(fā)明應(yīng)用中使用的彈性體材料的例子包括苯乙烯/丁二烯共聚物、聚氯丁二烯(氯丁橡膠)、丁腈橡膠、丁基橡膠、多硫橡膠、二-1，4-聚異戊二烯、乙烯/丙烯三元共聚物、硅橡膠或聚氨酯橡膠。在某些情況下，可將彈性體材料與硫、過氧化物或類似的固化劑進(jìn)行交聯(lián)，生成固化的熱固性樹脂。
在將粘合劑材料涂敷于增強(qiáng)纖維束的過程中，應(yīng)注意監(jiān)測其粘度。若粘合劑前體的粘度太低，則在進(jìn)一步處理磨具的過程中粘合劑前體會流動或“融流”。這種流動是不適宜的，可能引起增強(qiáng)纖維的部位和方向發(fā)生改變。另一方面，若粘合劑前體的粘度太高，則粘合劑前體對增強(qiáng)纖維的濕潤可能不夠充分。優(yōu)選的粘度范圍在約500-20,000厘泊之間，更好的在1,000-15,000厘泊之間，最好在2,000-10,000厘泊之間。粘度的測定在室溫下進(jìn)行?？赏ㄟ^溶劑的量(樹脂固含量的百分比)和/或改變起始樹脂的化學(xué)種類對粘度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在將增強(qiáng)纖維束施加于臨時(shí)支承體上的無拼接背襯底材的過程中，還可進(jìn)行加熱使粘合劑前體更好地在增強(qiáng)纖維上潤濕。然而，應(yīng)對熱量進(jìn)行控制以避免粘合劑前體出現(xiàn)過早的固化。
粘合劑前體最好基本上蓋沒即包住增強(qiáng)纖維。粘合劑前體會潤濕大部分增強(qiáng)纖維，然而，可能會有小部分，(但最好是非常少)的增強(qiáng)纖維未被粘合劑前體蓋沒。應(yīng)有足夠的粘合劑使增強(qiáng)纖維之間的任何隙縫或空隙基本上被粘合劑填滿，雖然有時(shí)候希望保留增強(qiáng)纖維織物的某些組織。“足夠的”一詞是指有足量的粘合劑前體來使磨料背襯具有使用所需的性能。這些性能包括拉伸強(qiáng)度、耐熱性、抗撕裂性和抗拉伸性等。在背襯中可能有足夠的粘合劑，但仍會有一些內(nèi)部孔隙。不過，最好將內(nèi)部孔隙減至最少。此外，粘合劑通常要將背襯的背面密封，在無拼接背襯底材的背面上形成連續(xù)層?！懊芊狻币辉~是指液體，例如水，不能透過背襯的背面滲入背襯中。
粘合劑前體通常是使用能源如熱能或輻射能使其固化的。可在熱固化過程中將纖維增強(qiáng)的背襯在鼓上旋轉(zhuǎn)。由于旋轉(zhuǎn)，可使粘合劑前體在其固化過程中的流動減至最小，形成非光滑的外形，并最終使磨粒的移動減至最小，若磨粒是其后在固化初始結(jié)合層的過程中施加于纖維增強(qiáng)層的話。
制造本發(fā)明增強(qiáng)背襯結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)選的方法，是先提供一個(gè)其長度與最終所需的研磨帶長度相同的無拼接環(huán)形的背襯用底材；然后將該底材暫時(shí)裝在支承結(jié)構(gòu)如一個(gè)鼓上。接著通過前述的卷繞技術(shù)將交替的耐綸或玻璃纖維的紗或纖維束施加在無拼接的背襯底材之上。這兩種不同類型的纖維也可以是聚酯和芳酰胺。當(dāng)施加紗線時(shí)，所用的張力應(yīng)能將紗線拉壓在無拼接的背襯底材上。有了張力還有利于促進(jìn)粘合劑前體在纖維紗上的潤濕。在將粘合劑前體涂敷在背襯底材表面之前、過程中或之后，應(yīng)有足夠的粘合劑前體用來至少潤濕增強(qiáng)紗。
在有些情況下，為制造均勻的背襯，將纖維增強(qiáng)材料以兩個(gè)卷繞層的形式施加上去，這兩個(gè)層的卷繞是斜交的。最好在進(jìn)行第一層卷繞之后和第二層卷繞(包括追加粘合劑前體)之前，將粘合劑前體至少部分固化。
在本發(fā)明的另一個(gè)可用的實(shí)施方式中，可通過靜電涂敷、漿液涂敷、落涂或噴涂，將石榴石、二氧化硅、聚合物顆?；蚪固款w粒等分散在一種樹脂中，該樹脂與用來潤濕纖維增強(qiáng)束的樹脂同類。可將所得到的該分散液涂敷在背襯底材的外露表面上或纖維增強(qiáng)層上(無論是哪一個(gè)面，它是最終施加磨料涂層的面的反面)，使其表面具有一定的織構(gòu)，從而起摩擦粘著層或牽引層的作用。該牽引層有利于帶子的傳動。牽引層還可由粘合劑前體與分散在其中的礦物質(zhì)顆?；蚶w維形成、或者是機(jī)織或非織造的織物。磨料層增強(qiáng)背襯結(jié)構(gòu)如前所述，包含無拼接的環(huán)形背襯用底材和施加在其上的纖維增強(qiáng)材料，將該增強(qiáng)背襯結(jié)構(gòu)用作涂敷磨具的背襯。磨料物質(zhì)可用任何已知的方式即落涂、漿液涂敷、靜電涂敷、輥涂等施加上去。磨料涂料最好施加在無拼接背襯的沒有增強(qiáng)纖維的那一面上，這是由于常用背襯的那一面與磨料涂料的粘著性比有纖維的那一面與磨料涂料的粘著性大。
一旦纖維增強(qiáng)背襯形成，就準(zhǔn)備施加磨粒和若干層粘結(jié)劑層(也以粘結(jié)劑前體的形式涂敷)，以形成磨具的磨粒涂層表面。初始結(jié)合涂層可將初始結(jié)合涂層或稱第二粘結(jié)劑層施加于背襯的任何一面，即無拼接背襯底材的外露面或增強(qiáng)纖維層面，但最好是無拼接背襯底材的外露面?？捎萌魏纬Ｓ玫募夹g(shù)如落涂、噴涂、輥涂、凹版涂敷等來涂敷初始結(jié)合涂層用的粘合劑前體。
初始結(jié)合涂層以及下述的膠結(jié)涂層和上膠結(jié)涂層的粘結(jié)劑組合物可以是如下的物質(zhì)。
有時(shí)用作初始結(jié)合涂層、有時(shí)用作膠結(jié)涂層和上膠結(jié)涂層的本發(fā)明涂敷磨具中的粘結(jié)劑層通常都由樹脂型粘結(jié)劑形成。這些各個(gè)層可由相同的或不同的樹脂型粘結(jié)劑形成。有用的樹脂型粘結(jié)劑是那些可與背襯的有機(jī)高分子粘合劑材料相容的粘結(jié)劑。固化過的樹脂型粘結(jié)劑也能耐受研磨條件，這樣，粘結(jié)劑層就不會劣化和過早釋放磨料物質(zhì)。
樹脂型粘結(jié)劑最好是熱固性樹脂層。適合在本發(fā)明中使用的熱固性樹脂型粘結(jié)劑的例子包括但不限于酚醛樹脂、氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、丙烯酸酯化異氰脲酸酯樹脂、脲甲醛樹脂、異氰脲酸酯樹脂、丙烯酸酯化聚氨酯樹脂、丙烯酸酯化環(huán)氧樹脂或它們的混合物。
熱固性樹脂粘結(jié)劑層最好含酚醛樹脂、氨基塑料樹脂或它們的組合。酚醛樹脂最好是酚醛樹脂A。市售的酚醛樹脂的例子包括得克薩斯州Dallas市OXYChem公司的“Varcum”、俄亥俄州Columbus市Ashland Chemical公司的“AROFENE”、康涅狄格州Danbury市Union Carbide公司的“BAKELITE”。優(yōu)選的氨基塑料樹脂是一種每分子具有至少一個(gè)α、β-不飽和羰基側(cè)基的樹脂，按美國專利No.4,903,440(Larson等)或5,236,472(Kirk等)所揭示的方法制成。
分別在圖2中標(biāo)示為層27和層29的初始結(jié)合涂層和膠結(jié)涂層最好可含在磨具中常用的其他材料。這些材料稱為添加劑，包括研磨助劑、填料、偶合劑、濕潤劑、染料、顏料、增塑劑、脫模劑或它們的組合。技術(shù)人員通常使用這些材料的量是不會超出實(shí)際需要量的。對初始結(jié)合涂層和膠結(jié)涂層，填料的量以粘結(jié)劑的重量計(jì)，通常不超過約90重量％。有用的填料的例子包括碳酸鈣和偏硅酸鈣等鈣鹽、二氧化硅、金屬、碳或玻璃。
粘結(jié)劑層，至少是初始結(jié)合涂層和膠結(jié)涂層即分別為第二和第三粘結(jié)劑層，由用硅烷偶合劑處理過的偏硅酸鈣填充的樹脂如酚醛樹脂A形成。優(yōu)選使用酚醛樹脂A，至少是因?yàn)槠渚哂心蜔嵝浴?jiān)固性、高硬度和低成本。更好的是，粘結(jié)劑層中有大約50-90重量％的硅烷處理過的偏硅酸鈣，后者是在酚醛樹脂A中。磨粒適合本發(fā)明的磨粒包括熔凝氧化鋁、熱處理氧化鋁、陶瓷氧化鋁、碳化硅、氧化鋁-氧化鋯、石榴石、金剛石、立方氮化硼、二硼化鈦或它們的混合物。磨?？梢允怯幸欢ㄐ螤畹?例如，棒形、三角形或棱錐形)或無一定形狀的(即形狀不規(guī)則的)?！澳チ！币辉~的含義包括磨粒晶粒、團(tuán)?；蚨嗑Я５哪チ?。團(tuán)粒的例子在美國專利4,652,275(Bloecher等)和1994年9月30日申請的、已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利申請No.08/316,259(Christianson)中有敘述。團(tuán)?？梢允遣灰?guī)則形的，或具有與其有關(guān)聯(lián)的確切形狀，例如立方體、錐體、截棱錐或球體。團(tuán)粒中含有磨粒或磨料晶粒和粘合劑。粘合劑可以是有機(jī)的或無機(jī)的。有機(jī)粘合劑的例子包括酚醛樹脂、脲甲醛樹脂和環(huán)氧樹脂。無機(jī)粘合劑的例子包括金屬(例如鎳)和金屬氧化物。金屬氧化物通常被分類成玻璃(玻璃質(zhì)化的)、陶瓷(晶狀的)或玻璃-陶瓷。關(guān)于陶瓷團(tuán)粒的進(jìn)一步的信息在1994年9月30日申請的、已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利申請No.08/316,259(Christianson)中有揭示。
可在本發(fā)明的應(yīng)用中使用的氧化鋁顆粒包括熔凝氧化鋁、熱處理氧化鋁和陶瓷氧化鋁。這類陶瓷氧化鋁的例子在美國專利4,314,827(Leitheiser等)、4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等)和4,881,951(Wood等)中有揭示。
適合本發(fā)明用途的磨粒的平均粒徑至少約為0.1微米，至少約100微米更宜。約100微米的粒徑大致相當(dāng)于美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)標(biāo)準(zhǔn)B74.18-1984所規(guī)定的涂敷磨料120級的磨粒。根據(jù)涂敷磨具背襯所需的最終用途，磨?？梢远ㄏ虻?，也可不定向地施加在背襯上。
可通過任何常用技術(shù)如靜電涂敷法、滴涂法或磁性涂敷法將磨粒埋置入初始結(jié)合涂層前體中。在靜電涂敷過程中，將靜電荷施加在磨粒上，靜電就驅(qū)使磨粒向上。靜電涂敷有使磨粒定向的趨勢，它一般會使研磨性能變得更好。在落涂中，磨粒從加料機(jī)中排出，因重力而落入粘合劑前體中。用機(jī)械力驅(qū)使磨粒向上進(jìn)入粘合劑前體中也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。磁性涂敷是使用磁力來涂敷磨粒。
若用靜電涂敷法來施加磨粒，最好將背襯裝在鼓上。此鼓可以是原來作為支承結(jié)構(gòu)的鼓或另一個(gè)鼓，鼓起著靜電涂敷工藝中接地板的作用。然后將適量的磨粒置于鼓下方的板上。接著，令鼓旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生靜電場。當(dāng)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)，磨粒就被埋置入初始結(jié)合涂層中。鼓旋轉(zhuǎn)直至所需量的磨粒完全涂敷上去為止。將所得結(jié)構(gòu)置于足以使初始結(jié)合涂層固化的條件下。
或者，可用一塊帶電板代替鼓作為靜電工藝的接地板。膠結(jié)涂層膠結(jié)涂層即第三粘結(jié)劑層，可例如通過輥涂或噴涂施在磨粒和初始結(jié)合涂層上面。優(yōu)選的膠結(jié)涂層是用硅烷處理過的偏硅酸鈣填充的酚醛樹脂A。施加了膠結(jié)涂層之后，通常接著用能源使膠結(jié)涂層固化。這些能源包括熱能和輻射能源。上膠結(jié)涂層在有些情況下，可能最好在膠結(jié)涂層上面再施加一層上膠結(jié)涂層即第四粘結(jié)劑層?；蚩墒褂玫纳夏z結(jié)涂層最好可包括研磨助劑以增強(qiáng)涂敷磨具的研磨特性。研磨助劑的例子包括四氟硼酸鉀、冰晶石、銨冰晶石或硫。技術(shù)人員通常不會超出實(shí)際需要量使用研磨助劑。上膠結(jié)涂層可包含粘合劑和研磨助劑。
也可用預(yù)形成的涂敷有磨料的薄片來施加磨料材料。該薄片是一塊底材，其上面涂敷了磨粒。底材可以是一塊布、高分子膜、硬化紙等等?？捎蒙厦嬗懻摰娜魏我环N粘結(jié)劑將此薄片施加在本發(fā)明背襯的外表面上，代替上述粘結(jié)劑的可用熱熔接合、壓敏粘結(jié)劑或機(jī)械連接方式(如鉤環(huán)方式，例如在美國專利No.4,609,581(Ott)中有敘述)。薄片的施加方法可包括以下連接方法將薄片施加在背襯上的粘合劑液體環(huán)和增強(qiáng)纖維上面，將液體背襯環(huán)固化后就使薄片連接上去。本發(fā)明的涂敷磨具的這種實(shí)施方式是有利的，至少是因?yàn)橐坏┍∑系哪チ喜牧嫌猛旰螅沙ミ@塊薄片，再用另一塊此類薄片代替之。用這種方法，本發(fā)明的背襯可反復(fù)使用。
下述一些非限定性實(shí)施例將進(jìn)一步說明本發(fā)明。在這些實(shí)施例中，所有份、百分?jǐn)?shù)、比率等均以重量計(jì)，除非另有說明。
實(shí)施例在所有這些實(shí)施例中，使用以下標(biāo)記。DW 去離子水；SCA硅烷偶合劑，Osi Specialties公司(Danbury市，康涅狄格州)產(chǎn)品，商品名“A-1100”；ASC無定形硅質(zhì)粘土，DeGussa GMBH公司(德國)產(chǎn)品，商品名“Peerless#4”；RPR酚醛樹脂A，含0.75-1.4％游離的甲醛和6-8％游離的苯酚，固含量約為78％，其余為水，pH約為8.5，粘度約為2400-2800厘泊；ASF無定形二氧化硅填料，DeGussa GMBH公司(德國)產(chǎn)品，商品名“Aerosil R-972”；HLR乳膠樹脂，B.F.Goodrich公司(Cleveland市，俄亥俄州)產(chǎn)品，商品名“Hycar 158”；SWA1 濕潤劑，Akzo Chemie America公司(Chicago市，伊利諾伊斯州)產(chǎn)品，商品名“Interwet 33”；SWA2 濕潤劑，Union Carbide公司(Danbury市，康涅狄格州)產(chǎn)品，商品名“Silwet L-7604”；ERH環(huán)氧樹脂，Shell Chemical公司(得克薩斯州，Houston市)產(chǎn)品，商品名“Epon 828”；POPDA 聚氧丙烯二胺，Huntsman公司(猶他州，Salt Lake City市)產(chǎn)品，商品名“Jeffamine D-230”；UR1聚醚基聚氨酯樹脂，Uniroyal Chemical公司(康涅狄格州，Middlebury市)產(chǎn)品，商品名“Adiprene L-167”；DMTA 二(甲硫基)甲苯二胺，Albemarle公司(路易斯安那州，Baton Rouge市)產(chǎn)品，商品名“Ethacure 300”；TPGA 二縮三丙二醇二丙烯酸酯，Sartomer公司(賓夕法尼亞州，WestChester市)產(chǎn)品，商品名“SR-306”；PH22-芐基-2-N，N-二甲基氨基-1-(4-嗎啉基苯基)-1-丁酮，Ciba Geigy公司(紐約州，Hawthorn市)產(chǎn)品，商品名“Irgacure369”；CMSK 偏硅酸鈣，NYCO公司(紐約州，Willsboro市)產(chǎn)品，商品名“400Wollastokup”；IO氧化鐵顏料，Harcros Pigments公司(伊利諾伊斯州，F(xiàn)airview Heights市)產(chǎn)品，商品名“KromaRedIron Oxide”；GBF 玻璃泡，3M公司(明尼蘇達(dá)州，St.Paul市)產(chǎn)品，商品名“ScotchliteH50/10,000 EPX”。實(shí)施例1由Advanced Belt Technology公司(康涅狄格州，Middletown市)購得商品名為“WT-3”的無拼接環(huán)形聚酯/棉背襯底材。它具有2棉線跳1聚酯線的織紋，其中棉線為經(jīng)線，聚酯線為緯線。聚酯線約為11線/cm，棉線約為45線/cm。聚酯線的方向與環(huán)形帶周邊的方向一致，而棉線與其橫交。無拼接背襯的長度為335.3cm(132英寸)，寬度為30.5cm(12英寸)。
將無拼接環(huán)形背襯用底材在自來水中漂洗，然后置于周長335.3cm，寬38.1cm，壁厚0.64cm的鋁轂之上。鋁轂安裝在7.6cm的心軸上，該心軸由用一直流馬達(dá)驅(qū)動，每分鐘可旋轉(zhuǎn)1-45轉(zhuǎn)(rpm)。
將無拼接背襯裝在鋁轂上后，即將一種飽和劑施加在背襯上。將以下配方的飽和劑樹脂層涂敷在無拼接環(huán)形背襯用底材上25份DW、0.5份SCA、14份ASC、21.5份RPR、2.5份ASF、36份HLR、0.25份SWA1和0.25份SWA2。這種飽和劑樹脂的粘度在34℃用具有2根轉(zhuǎn)軸的Brookfield型粘度計(jì)以60rpm進(jìn)行測定時(shí)，為30厘泊。飽和劑涂層的濕重約為0.0325g/cm2(0.21g/英寸2)，穿透背襯環(huán)的約一半厚度。涂敷后，令鋁轂以3rpm旋轉(zhuǎn)，用紅外加熱器使飽和劑涂層干燥和部分固化。
將具有以下配方、被稱為“預(yù)膠結(jié)涂料”的環(huán)氧樹脂涂料涂敷在已涂有飽和劑涂層的無拼接背襯上73份ERH、24.35份POPDA、2.4份ASF和0.25份SWA2。這種環(huán)氧樹脂涂層的濕重約為0.009g/cm2(0.06g/英寸2)。涂敷后，令鋁轂以3rpm旋轉(zhuǎn)，并用上述紅外加熱器使涂層部分地固化。
將具有以下配方、被稱為“卷繞”樹脂的聚氨酯樹脂涂敷在固化的預(yù)膠結(jié)涂層上，形成“基層”50份UR1、23份DMTA、26份TPGA、0.5份PH2和0.5份SWA2。該涂層的濕重約為0.0325g/cm2(0.21g/英寸2)。涂敷后，用刮板將卷繞樹脂刮平。。然后用Fusion Systems公司的(600瓦/英寸)“V”形燈泡令刮平的樹脂固化60秒鐘。
再用上述方法將第二層卷繞樹脂涂敷在固化的基層上面。刮平后，將購自賓夕法尼亞州Bethlehem市Synthetic Thread公司的800旦尼爾“KEVLAR 49”纖維以每厘米帶寬約16.5線(42線/英寸)卷繞在平滑的這層樹脂上并浸于其，纖維要基本上被樹脂蓋沒?！癒EVLAR”纖維使最終的背襯變得牢固并使其拉伸性減至最小。卷繞時(shí)先令纖維束穿過一張緊輪，然后通過一精梳機(jī)，一次二根。用一纖維束引導(dǎo)系統(tǒng)將增強(qiáng)纖維束卷繞包纏在無拼接的背襯用環(huán)形底材上，所述纖維束引導(dǎo)系統(tǒng)具有一個(gè)水平卷繞機(jī)，它在轂的面前以每分鐘10厘米的速率橫向移動。在此工藝過程中，轂以45rpm旋轉(zhuǎn)。卷繞之后，用刮板將樹脂連同纖維刮平，并用“V”形燈泡固化60秒鐘。
將又一層卷繞樹脂以相同的樹脂重量直接涂敷在前面固化了的樹脂上面。然后用相同的“V”形燈泡將該樹脂固化60秒鐘。
從鋁轂上卸下此具有纖維增強(qiáng)的環(huán)形背襯，將其里朝外翻過來，這樣其增強(qiáng)纖維層就處于環(huán)的內(nèi)表面。實(shí)施例2用與實(shí)施例1相同的方式制造實(shí)施例2的背襯，所不同的是，將那幾層卷繞樹脂層涂敷和固化后，在Doall D-10型研磨床(伊利諾伊斯州Des Plaines市Doall公司產(chǎn)品)上使用180微米的特等精密磨光膜(3M公司產(chǎn)品)磨去約0.12-0.25mm(5-10密耳)固化的樹脂。這種精密研磨的操作有助于使背襯表面更平滑并提供均勻的尺寸。實(shí)施例3用與實(shí)施例1相同的方式制造實(shí)施例3的背襯，所不同的是，在施加了第二層卷繞樹脂并將其刮平后，再涂敷第三層卷繞樹脂并刮平。然后將第二層纖維卷繞在此平滑的樹脂之中和其上面。將此樹脂固化，又涂敷第四層樹脂固化之。將所得背襯帶外翻過來。實(shí)施例4用與實(shí)施例3相同的方式制造實(shí)施例4的背襯，所不同的是，在最后的固化之后，從鋁轂上卸下帶子，切割成7.62cm(3英寸)寬。將這些切成后的狹帶移至心軸上(此時(shí)增強(qiáng)纖維朝外)，在Doall D-10型磨床上用180微米的特等精密磨光膜(3M公司產(chǎn)品)磨去約0.12-0.25mm(5-10密耳)固化的樹脂。這種精密研磨的操作有助于使背襯表面更為平滑并提供均勻的尺寸。
在以下所有實(shí)施例中，使用以下標(biāo)記，具體是用于制造磨料團(tuán)粒的。SAG立方氮化硼顆粒，140/170目；ERH環(huán)氧樹脂，Shell Chemical公司(得克薩斯州，Houston市)產(chǎn)品，商品名“Epon 828”；DW 去離子水；EGME 乙二醇單丁醚，也稱作polysolve，Olin公司(康涅狄格州，Stamford市)產(chǎn)品；PS100 芳族溶劑，Exxon Chemical公司(得克薩斯州，Houston市)產(chǎn)品，商品名“WC-100”；EPH環(huán)氧類硬化劑，Henkel公司(明尼蘇達(dá)州，Minneapolis市)產(chǎn)品，商品名“Versamid 125”；GPM玻璃粉，SiO251.5％、B2O227.0％、Al2O38.7％、MgO 7.5％、ZnO2.0％、CaO 1.1％、Na2O 1.0％、K2O 1.0％、Li2O 0.5％，磨成比325目更細(xì)。實(shí)施例5實(shí)施例5是將實(shí)施例1的背襯切割成7.6cm(3英寸)寬，由其制成涂敷研磨帶。
將經(jīng)切至上述寬度的實(shí)施例1的纖維增強(qiáng)背襯里朝外翻轉(zhuǎn)過來，使增強(qiáng)纖維在里面，然后在拉力作用下置于一對導(dǎo)輪上，其中的一個(gè)導(dǎo)輪可由馬達(dá)驅(qū)動使背襯旋轉(zhuǎn)。所有的樹脂涂層均在背襯的聚酯/棉纖維的一面上。
將具有以下配方的飽和劑樹脂輥涂在無拼接背襯底材的與纖維增強(qiáng)層相反的外露表面上31.6份DW、0.4份SCA、13.3份ASC、20份RPR、1.8份ASF、32.4份HLR、0.25份SWA1和0.25份SWA2。該飽和劑涂層的濕重約為0.019g/cm2(0.12g/英寸2)。將涂了飽和劑樹脂的背襯置于一圓轂上面，然后在90℃烘箱中干燥30分鐘。
將具有以下配方的環(huán)氧類預(yù)膠結(jié)樹脂刮涂在經(jīng)干燥的背襯上73份ERH、24.35份POPDA、2.4份ASF和0.25份SWA2。預(yù)膠結(jié)涂層的濕重約為0.011g/cm2(0.07g/英寸2)。將置于圓轂上的涂敷后的背襯放在90℃烘箱中固化30分鐘。
在此7.6cm(3英寸)寬的背襯上，按5.7cm(2.25英寸)寬的范圍刮涂具有以下配方的酚醛類初始結(jié)合樹脂34.29份RPR、12.46份DW、51.85份CMSK、0.75份ASF、0.19份ASC、0.23份SWA1和0.23份SWA2。刮板參數(shù)(縫隙)設(shè)為0.3mm(0.013英寸)。
按下述方法制備玻璃質(zhì)化的磨料團(tuán)粒。先配制玻璃粘合劑GPM，其熱膨脹系數(shù)應(yīng)與在此實(shí)施例中使用的超磨粒的熱膨脹系數(shù)(3.5×10-6/℃)大致相同。
然后將以下配方的原料混合形成料漿來形成玻璃質(zhì)化的團(tuán)粒47.2份SAG、17.7份GP、6.8份ERH、3份ERH、3份PS100和22.3份85/15EGME/DW。將料漿刮入到一個(gè)具有許多深長、寬約為1016微米(0.040英寸)的孔的聚硅酮的模子中。將模子中的料漿在90℃干燥固化30分鐘。將所得的許多小立方體團(tuán)粒從模中取出。為防止團(tuán)粒在以后的煅燒過程中聚結(jié)在一起，將經(jīng)干燥的團(tuán)粒埋入裝有220/230目SAG粉末床的氧化鋁燒箱中。將燒箱置于對空氣敞開的小窯爐中。用4小時(shí)將爐溫從25℃升至900℃，然后在900℃保溫3小時(shí)，接著停止加熱，冷卻至室溫過夜。用16目篩將經(jīng)煅燒、已玻璃質(zhì)化的團(tuán)粒過篩，使它們互相分開，同時(shí)除去細(xì)粒的SAG。
將上面制得的玻璃質(zhì)化的團(tuán)粒以0.093g/cm2(0.60g/英寸2)的重量落涂在上述酚醛類初始接合涂層上和其中。將帶子裝在近似圓形的轂上，置于烘箱中，在90℃保持90分鐘，然后在155℃保持30分鐘。
將具有以下配方的酚醛類膠結(jié)樹脂輥涂在團(tuán)粒層上面30.06份RPR、28.48份DW、0.37份SCA、37.34份CMSK、0.19份IO、1.21份GBF、0.23份SWA1和0.23份SWA2。膠結(jié)涂層的濕重約為0.033g/cm2(0.21g/英寸2)。再將帶子置于烘箱中，在90℃保持90分鐘，再在105℃保持10小時(shí)，最后在130℃保持3小時(shí)。實(shí)施例6按與實(shí)施例5相同的方式制造實(shí)施例6的研磨帶，所不同的是，所用的背襯是實(shí)施例4的背襯。
上面結(jié)合各種具體的和優(yōu)選的實(shí)施方式和技術(shù)對本發(fā)明進(jìn)行了描述。但應(yīng)明白，可以在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的條件下進(jìn)行許多變化和修飾。
權(quán)利要求
1.制造柔性的涂敷研磨帶的方法，它包括以下步驟(a)將一無拼接的環(huán)形背襯用底材緊緊地固定在一臨時(shí)的支承結(jié)構(gòu)的周圍表面上，該底材具有朝外的正面和與支承結(jié)構(gòu)表面接觸的背面；(b)將連續(xù)的纖維增強(qiáng)材料在上述正面上施加許多圈；(c)將第一粘合劑前體的涂料施加在上述正面上；(d)使上述涂層處于可有效固化所述第一粘合劑前體并將上述纖維增強(qiáng)材料粘合在上述正面上的條件下，形成無拼接的環(huán)形增強(qiáng)背襯；(e)將包含磨粒和粘結(jié)劑的磨料涂料施加在上述無拼接的環(huán)形增強(qiáng)背襯的背面或正面上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述連續(xù)的纖維增強(qiáng)材料是纖維束。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，是將所述纖維束螺旋形卷繞在所述正面上來施加所述纖維增強(qiáng)材料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(c)在步驟(b)之前進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(e)在步驟(a)之前進(jìn)行。
6.制造柔性的涂敷研磨帶的方法，它包括以下步驟(a)將一無拼接的環(huán)形背襯用底材緊緊地固定在一臨時(shí)的支承結(jié)構(gòu)的周圍表面上，該底材具有朝外的正面和與支承結(jié)構(gòu)表面接觸的背面；(b)用飽和劑樹脂前體使所述底材至少部分地飽和；(c)令所述飽和劑樹脂前體至少部分固化；(d)將預(yù)膠結(jié)涂層的前體施加在所述正面上；(e)令所述預(yù)膠結(jié)涂層的前體至少部分固化；(f)將連續(xù)的纖維增強(qiáng)材料在所述正面上施加許多圈；(g)將第一粘合劑前體涂料施加在所述正面上；(h)令所述涂層處于可有效固化所述第一粘合劑前體并將所述纖維增強(qiáng)材料粘合在所述正面上的條件下，形成無拼接的環(huán)形增強(qiáng)背襯；(i)將包含磨粒和粘結(jié)劑的磨料涂料施加在所述無拼接的環(huán)形增強(qiáng)背襯的背面或正面上。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述環(huán)形底材是布。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述連續(xù)的纖維增強(qiáng)材料是螺旋形卷繞在所述正面上的纖維束，纖維束的間隔相當(dāng)于所述正面的橫向?qū)挾壬蠟?-50股/厘米。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述螺旋形卷繞的纖維束基本上覆蓋所述正面的整個(gè)橫向?qū)挾取?br> 10.制造柔性的涂敷研磨帶的方法，它包含以下步驟(a)將一無拼接的環(huán)形背襯用底材緊緊地固定在一臨時(shí)的支承結(jié)構(gòu)的周圍表面上，該底材具有朝外的正面和與支承結(jié)構(gòu)表面接觸的背面；(b)用飽和劑樹脂前體使所述底材至少部分飽和；(c)令所述飽和劑樹脂前體至少部分固化；(d)將預(yù)膠結(jié)涂層前體施加在所述正面上；(e)令所述預(yù)膠結(jié)涂層前體至少部分固化；(f)將包含連續(xù)纖維增強(qiáng)材料和粘合劑的材料在所述正面上施加許多圈；(g)將包含磨粒和粘結(jié)劑的磨料涂料施加在所述無拼接環(huán)形增強(qiáng)背襯的背面或正面上。
全文摘要
一種制造柔性的涂敷研磨帶的方法,它包含以下步驟:將一無拼接的環(huán)形背襯用底材緊緊地固定在臨時(shí)的支承結(jié)構(gòu)的周圍表面上;將連續(xù)的纖維增強(qiáng)材料在此底材的外露表面(正面)上施加許多圈;將第一粘合劑前體施加在所述正面上;令所述涂層處于可有效固化所述第一粘合劑前體并將所述纖維增強(qiáng)材料粘合在所述正面上的條件下,形成無拼接的環(huán)形增強(qiáng)背襯;將包含磨粒和粘結(jié)劑的磨料涂料施加在所述無拼接的環(huán)形增強(qiáng)背襯的背面或正面上。
文檔編號B24D3/20GK1192712SQ96196180
公開日1998年9月9日 申請日期1996年8月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月10日
發(fā)明者T·J·克里斯蒂安松, H·W·本尼迪克特 申請人:美國3M公司