DE69609709T2

DE69609709T2 - Schleifgegenstand mit einem bindungssystem umfassend ein polysiloxan

Info

Publication number: DE69609709T2
Application number: DE69609709T
Authority: DE
Inventors: L. Barber
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: DE69609709D1; BR9608251A; AU694338B2; CA2217983A1; EP0822883A1; MX9708204A; AU5174196A; JP2008101211A; JPH11504357A; JP4047926B2; US5849052A; WO1996033841A1; EP0822883B1; JP4845849B2

Description

Bereich der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Schleifgegenstände mit einem Bindemittelsystem, das ein Polysiloxan umfaßt, und insbesondere Schleifgegenstände, wie Schleiffilamente, Produkte, die mit Schleiffilamenten beschichtete Schleifgegenstände einschließen, Vliesschleifgegenstände und gebundene Schleifgegenstände.

Hintergrund der Erfindung

Die Technik des Einschließens von Schmiermitteln in sowohl thermoplastische als auch in Schleifzusammensetzungen ist bekannt. Schmiermittel für thermoplastische Zusammensetzungen werden im allgemeinen entweder als innere oder als äußere Schmiermittel klassifiziert [vgl. Encyclopedia of Polymer Science and Engineering 14 (1988), 411-421, John Wiley & Sons, New York]. Innere Schmiermittel werden im allgemeinen als Verfahrenshilfsmittel betrachtet, die verwendet werden, um die Produktivität und den Durchsatz thermoplastischer Materialien in z. B. Extrusionsverfahren durch Veränderung der viskosen Fließeigenschaften zu erhöhen, obwohl sie manchmal die physikalischen Eigenschaften der fertiggestellten Gegenstände verändern. Externe Schmiermittel werden andererseits verwendet, um dem fertiggestellten Gegenstand unabhängig von Verfahrensvorteilen eine gewünschte Eigenschaft zu verleihen.
Bei der Herstellung und Verwendung von Schleifgegenständen sind verschiedene Schmiermittel verwendet worden. Z. B. beschreibt das US-Patent Nr. 1,325,503 den Einschluß von Wachs, Schmierfett, Öl und Fetten in Schleifscheiben. Schleifgegenstände, die eingekapselte Schmiermittel umfassen, sind im US-Patent Nr. 3,502,453 beschrieben worden. Zusätzlich sind Metallstearate, Stearylamide, Molybdändisulfid, Graphit, Silane und Polytetrafluorethylen in verschiedenen Schleifzusammensetzungen verwendet worden. Z. B. offenbart das US-Patent Nr. 4,609,380 Metallstearate und das US-Patent Nr. 5,306,319 offenbart Metallstearate und Molybdändisulfd.
Zusätzlich offenbart WO 93/24272 ein Verfahren zum Formen von Metall unter Verwendung eines Werkzeuges unter Erzeugung von Reibung und in Gegenwart eines Anti- Schmiermittels, das Polysiloxane und bevorzugt Polydimethylsiloxan mit mittlerem Molekulargewicht einschließen kann. WO 93/24272 offenbart, daß das Polysiloxan auf die Werkzeug/Werkstück-Grenzfläche aufgebracht oder zusammen mit einem Katalysator in eine Schleifscheibe oder einen Schleifstein als poröse Materialien imprägniert und gebacken werden kann. Das Verfahren von WO 93/24272 wird als auf herkömmliche, in der Industrie verwendete Schleif-, Entgratungs- und Schlichtwerkzeuge, wie Schleifmittel enthaltende Nylonfäden, Vliesschleifmaterialien, beschichtete Schleifbänder, Lamellenschleifscheiben und Schwabbelscheiben mit Schleifflüssigkeiten oder Poliersets anwendbar offenbart.
Das US-Patent Nr. 5,213,589 offenbart Schleifgegenstände mit einer Beschichtung, die mindestens einen Teil der Schleifoberfläche des Schleifgegenstandes bedeckt und ein vernetztes Siloxan einschließt.
Zusätzlich sind Silikonmaterialien für verschiedene Zwecke, einschließlich Verstärkungsmittel und Verfahrenshilfsmittel, bekannt. Das US-Patent Nr. 4,849,564 offenbart z. B. die Verwendung eines Silikonkautschuks als Verstärkungsmittel für Polymermaterialien, einschließlich Elastomeren und Harzen. Für den Silikonkautschuk wird offenbart, daß er eine Epoxyverbindung enthält, die mindestens einen ungesättigten Kohlenwasserstoffrest in jedem Molekül enthält und daß er aus einer härtbaren, flüssigen Silikonkautschukzusammensetzung hergestellt wird, umfassend ein Diorganopolysiloxan, das mindestens zwei an Silizium gebundene Hydroxylgruppen pro Molekül enthält, ein Organohydrogenpolysiloxan mit mindestens zwei an Silizium gebundenen Wasserstoffatomen pro Molekül, und einen Härter.
Zusätzlich sind spezielle Polysiloxanverbindungen bekannt. Die Veröffentlichung Nr. 25-339-92 der Dow Corning Corporation mit dem Titel "Polymer Melt Additives for Textile Applications" (1992) offenbart hochviskose, flüssige Silikone oder Silikongummis mit hohem Molekulargewicht, die zum Mischen mit thermoplastischen Polymeren geeignet sind und die ohne die chemische Struktur zu ändern und bei minimaler Änderung der mechanischen Eigenschaften wertvolle Silikoneigenschaften beitragen können. Die offenbarten Vorteile umfassen eine innere Schmierung und Formtrennbarkeit, bessere Füllung von Formen und Extrusion bei geringeren Temperaturen und Drücken und einen schnelleren Durchsatz, eine erhöhte Schlüpfrigkeit der Oberfläche, Antiblockiereigenschaften und eine erhöhte Beständigkeit gegen Beschädigung und Abrieb. Diese Veröffentlichung offenbart, daß es andere organoreaktive Flüssigkeiten gibt, die zur Polymermodifikation verwendet werden können, und daß diese organoreaktiven Flüssigkeiten Siloxane sind, die modifiziert sind, um vorhersagbare Bereiche organischer Reaktivität einzuschließen; von diesen Flüssigkeiten wird offenbart, daß sie die Vorteile einer dauerhaften Silikonbindung und der Erhaltung der grundlegenden Harzeigenschaften haben.
Ein Artikel von J. W. White et al. mit dem Titel "New Silicone Modifiers for Improved Physical Properties and Processing of Thermoplastics and Thermoset Resins", veröffentlicht von Dow Corning Corporation, offenbart, daß Silikonflüssigkeiten und Emulsionen in der Kunststoffindustrie weithin als äußere Formtrennmittel verwendet werden, daß aber in einer thermoplastischen Matrix dispergierte Silikonflüssigkeiten auch als innere Formtrennmittel, Schmiermittel und Verfahrenshilfsmittel dienen können. Der Artikel offenbart, daß Gemische von Silikongummi und thermoplastischen Harzen eine Reihe von Verfahrensvorteilen und Verbesserungen der Polymereigenschaften ergeben können, einschließlich eingebauter Formtrennung, innerer Schmierung, verkürzter Zykluszeiten, verbesserter Strapazierfähigkeit, verringertem Verzug und Ausschuß sowie schnellerer Bestückungsfähigkeit.
SU-A-408764 offenbart wasserbeständige Schleifgewebe, die unter Verwendung eines Alkydharz-Bindemittels hergestellt wurden, das mit 10-16% Silikon modifiziert war.
Silikongummis werden weithin als Ausgangsmaterial bei der Herstellung hitzegehärteter Silikonkautschukzusammensetzungen verwendet. Encyclopedia of Polymer Science and Engineering 15 (1989), 204-308, John Wiley & Sons, New York. Wenn sie mit Füllstoffen, Verstärkungsmitteln und anderen Zusatzstoffen kompoundiert und thermisch initiierten Vernetzungsreaktionen unterzogen werden, können nützliche Elastomergegenstände hergestellt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Obwohl bestimmte Schmiermittel, wie vorstehend erwähnt, als nützlich für Schleifgegenstände bekannt sind und obwohl von einer großen Vielzahl von Silikonmaterialien bekannt ist, daß sie z. B. nützliche innere Schmiermittel sind und/oder beim Mischen eine verringerte Abnutzung ergeben, wurde jetzt in der vorliegenden Erfindung entdeckt, daß bestimmte Polysiloxane bei der Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Schleifgegenständen und speziell von Schleiffilamenten besonders wirksam sind. Die vorliegende Erfindung ist auf Schleifgegenstände gerichtet, die in ihrem Bindemittelsystem ein Polysiloxan enthalten, was eine Zerspanungsleistung ergibt, die erhalten bleibt und zunimmt, während die Abnutzung dramatisch abnimmt, was eine verbesserte Schleifleistung ergibt. In der Tat ergeben Schleifgegenstände mit geringerer Abnutzung typischerweise auch einen geringeren Abrieb, oder, um es anders zu sagen, wenn ein höherer Abrieb erreicht wird, ist die Abnutzung größer. In der vorliegenden Erfindung bleibt jedoch der Abrieb erhalten oder ist erhöht, und die Abnutzung nimmt dennoch ab.
Exemplarische Schleifgegenstände schließen Schleiffilamente, Schleiffilamente umfassende Schleifprodukte, beschichtete Schleifgegenstände, Vliesschleifgegenstände, gebundene Schleifgegenstände, welche Schleifkörper, glasartige Schleifscheiben und dergleichen umfassen, und geformte Schleifprodukte ein, welche geformte Schleifbürsten umfassen. Der Ausdruck "beschichteter Schleifgegenstand" betrifft typischerweise einen Schleifgegenstand, der eine Vielzahl von Schleifpartikeln umfaßt, die an einen Träger geklebt sind; der Ausdruck "Vliesschleifgegenstand" betrifft typischerweise einen Schleifgegenstand mit einer Vielzahl von Schleifpartikeln, die sich in einem Netz von Fasern befinden und daran geklebt sind; und der Ausdruck "gebundener Schleifgegenstand" betrifft typischerweise einen Schleifgegenstand, in dem eine Vielzahl von Schleifpartikeln durch ein Bindemittelsystem zu einer geformten Masse zusammengeklebt sind. Der Ausdruck "geformtes Schleifprodukt" betrifft ein Schleifprodukt, das durch Spritzgießen von gießfähigem Polymer und Schleifpartikeln hergestellt wurde.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Schleifgegenstand, umfassend (a) eine Vielzahl von Schleifpartikeln und (b) ein Bindemittelsystem, das die Vielzahl der Schleifpartikel verklebt, wobei das Bindemittelsystem ein Bindemittel und ein Polysiloxan umfaßt.
In einer Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen beschichteten Schleifgegenstand, umfassend (a) einen Träger mit einer Hauptoberfläche, (b) eine Vielzahl von Schleifpartikeln und (c) ein Bindemittelsystem, das die Vielzahl der Schleifpartikel an die Hauptoberfläche des Trägers verklebt, wobei das Bindemittelsystem ein Bindemittel und ein Polysiloxan umfaßt.
In einer anderen Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen gebundenen Schleifgegenstand, umfassend (a) eine Vielzahl von Schleifpartikeln und (b) ein Bindemittelsystem, das die Vielzahl der Schleifpartikel zu einer geformten Masse verbindet, wobei das Bindemittelsystem ein Bindemittel und ein Polysiloxan umfaßt.
In noch einer anderen Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen Vliesschleifgegenstand mit mindestens einer Hauptoberfläche und einem inneren Bereich, umfassend (a) ein offenes, lockeres Gewebe organischer Fasern, (b) eine Vielzahl von Schleifpartikeln und (c) ein Bindemittelsystem, das die Vielzahl der Schleifpartikel an das offene, lockere Gewebe klebt, wobei das Bindemittelsystem ein Bindemittel und ein Polysiloxan umfaßt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Schleiffilament, umfassend (a) eine erste längliche Filamentkomponente mit einer kontinuierlichen Oberfläche über ihre ganze Länge, umfassend ein erstes gehärtetes organisches Polymermaterial; und (b) eine zweite längliche Filamentkomponente, die mit der ersten länglichen Filamentkomponente abschließt, umfassend ein zweites gehärtetes organisches Polymermaterial, das entlang der kontinuierlichen Oberfläche mit der ersten länglichen Filamentkomponente durch Verschmelzen in engem Kontakt verklebt ist, wobei das zweite gehärtete organische Polymermaterial dasselbe wie das erste gehärtete organische Polymermaterial ist oder ein anderes und wobei mindestens eines des ersten und zweiten gehärteten organischen Polymermaterials darin dispergierte und mit ihm verklebte Schleifpartikel enthält und mindestens eines des ersten und zweiten gehärteten organischen Polymermaterials ein Polysiloxan umfaßt.
Zusätzlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verbundschleiffilament, umfassend mindestens einen vorgeformten Kern, der mindestens teilweise mit einem gehärteten organischen Polymermaterial beschichtet ist, das (a) in dem gehärteten organischen Polymermaterial dispergierte und mit ihm verklebte Schleifpartikel und (b) ein Polysiloxan umfaßt.
In noch einer anderen Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen strukturierten Schleifgegenstand, umfassend einen Träger mit einer Hauptoberfläche und eine Vielzahl von Verbundschleifmitteln, die an die Hauptoberfläche des Trägers geklebt sind, wobei jedes Verbundschleifmittel eine Vielzahl von Schleifpartikeln und ein Bindemittelsystem umfaßt, welches ein Bindemittel und ein Polysiloxan umfaßt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Monofilament, umfassend ein gehärtetes organisches Polymermaterial, eine Vielzahl von Schleifpartikeln und ein Polysiloxan.

Eingehende Beschreibung der Erfindung

Wie vorstehend beschrieben, umfassen die erfindungsgemäßen Schleifgegenstände ein Bindemittelsystem, welches ein Silikonmaterial umfaßt. Die Elemente der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben.

Polysiloxanmaterial

Ein erfindungsgemäßes Polysiloxan umfaßt ein Polysiloxan der Formel (A):
wobei R, R', R¹, R², R³, R&sup4;, R&sup5; und R&sup6; gleich oder verschieden und ein Alkyl-, Vinyl-, Chloralkyl-, Aminoalkyl-, Epoxy-, Fluoralkyl-, Chlor-, Fluor- oder Hydroxylrest sein können und n 500 oder größer ist. Vorzugsweise ist n 1000 oder größer, stärker bevorzugt liegt n zwischen 1000 und 20 000, am stärksten bevorzugt liegt n zwischen 1000 und 15 000. R, R', R¹, R², R³, R&sup4;, R&sup5; und R&sup6; sind unabhängig voneinander Alkylreste, stärker bevorzugt Methylgruppen.
Entsprechend beträgt das Molekulargewicht eines erfindungsgemäßen Polysiloxans im allgemeinen mindestens etwa 35 000, bevorzugt mindestens etwa 70 000, stärker bevorzugt etwa 70 000 bis etwa 1 400 000, am stärksten bevorzugt etwa 70 000 bis 1 000 000. Ein Polysiloxan mit einem erheblich kleineren Molekulargewicht als etwa 35 000 kann sich positiv auswirken, obwohl solche Polysiloxane mit geringerer Viskosität schneller an die Oberfläche einer Schleifzusammensetzung wandern können und so womöglich später eine geringere Verbesserung des Leistungsverhaltens während der Verwendungsdauer der Schleifzusammensetzung bewirken können.
Ein erfindungsgemäßes Polysiloxan ist ein unvernetztes Polysiloxan. Der Begriff "unvernetzt", wie hierin mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Polysiloxan verwendet, bedeutet, daß das Polysiloxan nicht vernetzt ist, aber sowohl lineare als auch verzweigte Polysiloxane einschließen kann.
Im allgemeinen ähnelt ein erfindungsgemäßes Polysiloxan einem verformbaren Feststoff, aber es kann andere Konsistenzen haben.
Ein bevorzugtes Polysiloxan ist ein Polydimethylsiloxan der Formel (B):
wobei R und R' gleich oder verschieden und ein Alkyl-, Vinyl-, Chloralkyl-, Aminoalkyl-, Epoxy-, Fluoralkyl-, Chlor-, Fluor- oder Hydroxylrest sein können, bevorzugt ein Alkylrest, stärker bevorzugt eine Methylgruppe, und n 500 oder größer ist, n bevorzugt 1000 oder größer ist, n stärker bevorzugt 1000 bis 20 000 ist, n am stärksten bevorzugt 1 000 bis 15 000 ist. Ein Beispiel eines besonders bevorzugten Polydimethylsiloxans ist ein Polydimethylsiloxan der Formel (B), wobei R und R' Methylgruppen sind und das Gewichtsmittel des Molekulargewichtes dieses Polysiloxans 5,83·10&sup5; und das Zahlenmittel des Molekulargewichtes dieses Polysiloxans 2,84·10&sup5; ist, so daß n ungefähr 7773 beträgt.
Ein erfindungsgemäßes Polysiloxan kann in ein Bindemittelsystem eines Schleifgegenstandes in einem Gewichtsprozentbereich von mindestens etwa 1%, typischerweise 1 bis 20%, bevorzugt 2 bis 10%, stärker bevorzugt 2 bis 6%, am stärksten bevorzugt 4 bis 6%, bezogen auf den prozentualen Gewichtsanteil des Bindemittelsystems (z. B. Gesamt-Gewichtsprozent an organischem Polymermaterial), eingebracht werden.
Polysiloxane sind in vielen verschiedenen Formen erhältlich, z. B. als die Verbindung selbst oder als Konzentrat, z. B. als Plastik-, d. h. Polymerpellets. Beispiele der Polymeren, in die Polysiloxan konzentriert, d. h. mit denen es kompoundiert werden kann, schließen Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol, Polyamide, Polyacetal, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polyesterelastomere ein, die alle im Handel erhältlich sind, z. B. ein von E. I. Du Pont de Nemours Company, Wilmington, Delaware, unter der Handelsbezeichnung "Zytel 101" erhältliches Polyamid; ein von E. I. Du Pont de Nemours Company, Wilmington, Delaware unter der Handelsbezeichnung "Hytrel 6356" erhältliches Polyesterelastomer; und ein von Exxon Chemical Company, Houston, Texas, unter der Handelsbezeichnung "Escorene 3445" erhältliches Polypropylen. Im Handel erhältliche Konzentrate können ein Polysiloxan typischerweise in einem Gewichtsprozentbereich von 40 bis 50 enthalten; jedoch ist jeder beliebige Gewichtsprozentanteil für die Zwecke der Erfindung akzeptabel, solange im Endprodukt der gewünschte Gewichtsprozentanteil erreicht werden kann. Wenn das Polysiloxan in einer anderen als der Konzentratform verfügbar ist, ist es erforderlich, das Polysiloxan z. B. in ein Polymer zu kompoundieren, das mit der Umgebung verträglich ist, in der es verwendet werden soll. Wenn das Polysiloxan z. B. in einem thermoplastischen Elastomerfilament verwendet werden soll, kann das Polysiloxan mit dem thermoplastischen Elastomer in einem wie vorstehend diskutierten Gewichtsprozentbereich kompoundiert werden. In einer anderen Ausführungsform kann das Polysiloxan, wenn es in einem beschichteten, strukturierten, gebundenen oder einem Vliesschleifgegenstand verwendet werden soll, in das Bindemittelsystem eingebracht werden, ohne in ein Konzentrat kompoundiert zu werden. Das Polysiloxan kann z. B. in einem Lösungsmittel aufgelöst und mit z. B. einem in dem gewünschten Schleifgegenstand verwendeten Harz vereinigt werden.
Ein erfindungsgemäßes Polysiloxan kann mittels dem Fachmann auf dem Gebiet der Silikonpolymersynthese bekannter Verfahren hergestellt werden. Z. B. können bifunktionelle Monomere, wie Dimethyldichlorsilan, unter geeigneten Bedingungen zu linearen Polysioxanpolymeren polymerisiert werden. Monofunktionelle Reaktanden wie Wasser oder Trimethylsilylchlorid können zugegeben werden, um die Polymerisationsreaktion zu beenden und den Polymerisationsgrad und damit das sich ergebende Molekulargewicht der Polymerketten zu regeln. Solche monofunktionellen Reaktanden, auch als "Kettenstopper" bekannt, können die Natur und Funktionalität der Endgruppen des Polysiloxans bestimmen. Wenn Wasser als Kettenstopper verwendet wird, ist die so erhaltene Endgruppe eine Silanolgruppe (Si-OH). Zusätzlich kann ein Kettenstopper, wie eine Trimethylsilyloxyverbindung der Formel (C) verwendet werden:
wobei n 3 oder größer ist, bevorzugt 3 bis 7, stärker bevorzugt 3 bis 5 und am stärksten bevorzugt 3. Ein solcher Kettenstopper ergibt typischerweise trimethylsilyloxy-terminierte Ketten.
Exemplarische Herstellungsverfahren schließen die folgenden Beispiele eines Batchverfahrens und eines kontinuierlichen Verfahrens ein.

Batchverfahren

Zyklische Siloxanmonomere, wie Dimethyltetramer, können in ein Polymerisationsgefäß eingefüllt und durch Destillieren oder Rückflußkochen der Siloxandämpfe durch eine Molekularsiebsäule getrocknet werden. Die Temperatur der trockenen Monomeren kann dann auf etwa 155ºC eingestellt werden und ein Kaliumhydroxid-Polymerisationskatalysator kann in Form einer feinen Aufschlämmung in Methyltetramer zu einer Kaliumhydroxidkonzentration von etwa 20 ppm zugegeben werden. Die Polymerisationsreaktion kann unter Bewegen laufen gelassen werden, bis ein hochviskoses Polymer erhalten werden kann, typischerweise innerhalb von 30 + 10 Minuten. Dann kann dem Polymer Wasser als Kettenstopper zugesetzt werden, um eine weitere Zunahme der Viskosität zu verhindern, und das Bewegen kann bei etwa 155ºC fortgesetzt werden. In Intervallen von etwa 25 Minuten können drei weitere Wasserzugaben stattfinden, und das Bewegen kann nach der letzten Wasserzugabe etwa 30 Minuten fortgesetzt werden.
Das Polymer kann dann beprobt und auf die Vollständigkeit der Polymerisationsreaktion untersucht werden, und die Viskosität des Polymers kann bestimmt werden. Der Kaliumhydroxid-Katalysator kann durch Zusetzen einer äquimolaren Menge Phosphorsäure und Bewegen für 1 bis 1,5 Stunden zur Vervollständigung der Neutralisationsreaktion neutralisiert werden. Das Polymer kann wieder beprobt und auf seine Säure/Base-Konzentration untersucht werden. Die Beständigkeit des Polymers gegenüber erhöhten Temperaturen kann auch untersucht werden. Schließlich kann das Polymer durch Destillieren bei Drücken von 5 bis 10 mm Hg und einer Temperatur von etwa 160ºC von nicht umgesetzten Monomeren befreit werden. Das so erhaltene, mit der vorstehenden Reaktion hergestellte, silanol-gestoppte Siloxanpolymer kann eine Viskosität von etwa 3500 cSt bei 25ºC haben und weniger als etwa 2% nicht umgesetztes Monomer enthalten.

Kontinuierliches Verfahren

Ein kontinuierliches Verfahren kann zur Herstellung eines Polysiloxans verwendet werden, wie im US-Patent Nr. 4,250,290 von Petersen beschrieben. Zum Beispiel kann ein zyklisches Dimethylsiloxanmonomer durch Erhitzen des Monomers auf eine Temperatur von mindestens 140ºC, aber nicht höher als der Siedepunkt des Monomers, teilweise entgast werden und die Gase können dann von dem Monomer bei atmosphärischem Druck in einer Gas-Flüssig-Trennkammer abgetrennt werden. Die entgasten Monomeren können dann mit einer gewünschten, konstanten Rate durch einen Wärmeaustauscher gepumpt werden, um die Temperatur des entgasten Monomers auf eine Temperatur zu erhöhen, die mit der Verweildauer im Polymerisationsreaktor verträglich ist. Geeignete Temperaturen können von etwa 160ºC bis etwa 200ºC betragen. Das heiße Monomer kann dann in einem mechanisch betriebenen Inline-Mischer mit einem basischen Katalysator gemischt werden.
Geeignete basische Katalysatoren schließen Cäsiumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Lithiumhydroxid und ihre Analoga Cäsiumsilanolat, Kaliumsilanolat, Natriumsilanolat und Lithiumsilanolat ein. Diese verschiedenen Katalysatoren haben in dem vorliegenden Polymerisationsverfahren verschiedene relative Reaktivitäten. Z. B. ist Natriumhydroxid eine schwache Base und katalysiert die Polymerisation langsamer als andere basische Katalysatoren, und deshalb kann die Reaktion bei jeder gegebenen Temperatur länger dauern. Andererseits reagiert Cäsiumhydroxid sehr schnell, aber die Polymerisationsreaktion kann vollständig sein, bevor Gelegenheit besteht, die Viskosität des Produktes oder die Wirksamkeit des Verfahrens durch Anwendung der vorliegenden Erfindung zu steuern. So kann Cäsiumhydroxid ein wirksamer Katalysator sein, wenn eine starke Base erforderlich ist, z. B., wenn die Temperatur der Polymerisationsreaktionszone niedrig ist. Ein bevorzugter basischer Katalysator ist Kaliumsilanolat, das eine aktive Form von Kaliumhydroxid ist und das auch in einer Monomerenlösung wie Octamethyltetrasiloxan sehr gut löslich ist. Die relativ hohe Löslichkeit dieses Katalysators im Ausgangsmaterial ist eine sehr vorteilhafte Eigenschaft, welche die Wirksamkeit dieses kontinuierlichen Polymerisationsverfahrens stark erhöht. Wenn ein weniger löslicher Katalysator, wie Kaliumhydroxid, verwendet wird, kann es notwendig sein, einen bewegten Reaktionsraum mit ausreichender Verweildauer vorzusehen, um das Kaliumhydroxid durch Reaktion mit dem Siloxanmonomer zu Kaliumsilanolat aufzulösen. Bei diesem Verfahren ist es bevorzugt, daß das Kaliumsilanolat vorher in ausreichenden Mengen hergestellt wird, so daß es dem Polymerisationsprozeß kontinuierlich zugesetzt werden kann.
Das Kaliumsilanolat kann dann mit einer Pumpe mit konstanter Förderrate in den Inline- Mischer gepumpt werden. Ein Inline-Mischer ist bevorzugt, aber nicht unbedingt notwendig, und erfüllt den primären Zweck, zu Beginn des Prozesses eine Rückvermischung zu ermöglichen, so daß die Katalysator-Monomer-Lösung mit der Zeit eine gleichmäßiger konsistente Zusammensetzung hat. Ein sekundärer Vorteil des Inline-Mischers ist, daß er eine schnelle und gleichförmige Auflösung des Kaliumsilanolat-Katalysators im Monomer garantieren kann.
Das heiß katalysierte Monomer kann dann in einen Statikmischer geführt werden, der bei einer im wesentlichen konstanten Temperatur von etwa 160ºC bis etwa 200ºC und vorzugsweise etwa 180ºC bis etwa 190ºC gehalten wird. Ein geringfügig höherer Druck als der Dampfdruck von Wasser bei der Polymerisationstemperatur kann in dem Statikmischer aufrechterhalten werden. 170 psi (1172 Kilopascal) Überdruck sind typischerweise für eine Polymerisationstemperatur von 190ºC geeignet.
Das Volumen des Statikmischers kann so gewählt werden, daß eine ausreichende Verweildauer erzielt werden kann, so daß der gewünschte Polymerisationsgrad erreicht werden und die Polymerisationsreaktion mit einer festgelegten Geschwindigkeit kontinuierlich ablaufen kann. Typischerweise wird ein Polymer erhalten, das weniger als 16% des nicht umgesetzten Monomers enthält. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß der Gleichgewichts- Monomerengehalt etwa 12% beträgt, wenn das Monomer ein zyklisches Dimethylsiloxan ist.
Die Vermischungswirksamkeit des Statikmischers kann durch die Regelung der Zunahme der Viskosität des polymeren Produktes aufrechterhalten werden. Die Viskosität kann durch eine frühe Einführung eines Kettenstoppers geregelt werden. Für ein Silanol- gestopptes Polymer kann Wasser als Kettenstopper mit einer solchen Geschwindigkeit in den Polymerisator gepumpt werden, daß ein Polymer mit einem gewünschten mittleren Molekulargewicht und einer gewünschten Viskosität erzeugt wird. Eine Wassermenge von mindestens etwa 100 ppm Wasser bis zu etwa 500 ppm Wasser kann dann im Vorderteil des Polymerisators zugegeben werden, um eine ausreichende kettenstoppende Aktivität bereitzustellen, welche die Viskosität des an diesem Punkt erzeugten Polymers begrenzt und, genauer gesagt, die Viskosität des erzeugten Polymers frühzeitig im Polymerisationsverfahren begrenzt.
Zur Herstellung von Polymeren, die mehr als die vorstehend genannten 100 bis 500 ppm Wasser als Kettenstopper erfordern, kann dann unter Verwendung einer Verweildauer von etwa zwei Minuten für die Reaktion des Wassers mit dem Polymer ein zweiter Wasserstrom mit einer kontrollierten Flußrate an einem Punkt eingeführt werden, der genügend weit stromaufwärts vom Ende der Polymerisatorzone liegt, um eine vollständige Mischung des Wassers mit dem Polymer zu ergeben. Die Viskosität des Silanol-endgestoppten Polymers kann durch das Verhältnis von Wasser zu Polymer kontrolliert werden, wobei der Wasseranteil die Summe der beiden Ströme ist. Das Polymer kann dann in einen kurzen Statikmischer mit kleinem Durchmesser geleitet werden, in dem ein geeignetes Neutralisationsmittel zugegeben wird.
Die Neutralisationsmittel können beliebige, schwache Säuren sein, die den basischen Katalysator neutralisieren können. Solche Neutralisationsmittel können Phosphorsäure, Trischlorethylphosphit, oder, stärker bevorzugt, Silylphosphat einschließen, das besonders wirksam ist, weil es in Siloxanpolymeren gut löslich ist und eine schnelle Neutralisation ermöglicht.
Silylphosphat kann in den Statikmischer gepumpt werden, um den Kaliumsilanolat- Katalysator zu neutralisieren. Ein Statikmischer mit kleinem Durchmesser kann an dieser Stelle verwendet werden, um eine gründliche Mischung des Silylphosphates mit dem Polymer zu ermöglichen. Eine andere Lösung kann an dieser Stelle die Verwendung eines mechanisch betriebenen Inline-Mischers einschließen, um den Druckverlust eines kleinen Statikmischers zu umgehen. Die Flußrate des Silylphosphates kann so eingestellt werden, daß das Äquivalent von etwa einem Moläquivalent Phosphorsäure für jedes Moläquivalent Kaliumhydroxid im Polymer zugegeben wird. Das Polymer, welches das Neutralisationsmittel Silylphosphat enthält, kann dann in einen Statikmischer mit größerem Durchmesser gelangen, der zur Vervollständigung der Reaktion zwischen dem Katalysator Kaliumsilanolat und dem Neutralisationsmittel Silylphosphat eine zusätzliche Verweildauer unter laminaren Strömungsbedingungen bereitstellt. Das neutralisierte Polymer kann dann durch ein Gegendruckventil abgezogen werden, das den Systemdruck regelt.
Das neutrale Polymer kann dann von flüchtigen Stoffen befreit werden, indem es durch einen Vorerhitzer geleitet wird, in dem Erhitzung und Verdampfung stattfinden. Das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch kann dann in einen Dampf-Flüssigkeits-Separator geleitet werden, der bei einem absoluten Druck von 5 bis 10 mm Hg gehalten wird. Das von flüchtigen Stoffen befreite Polymer kann dann mit einer Pumpe aus dem Unterteil des Dampf- Flüssigkeits-Separators abgezogen werden, während die Monomerendämpfe vom Oberteil des Separators abgezogen, mit einem wassergekühlten Kühler kondensiert und aus dem Verdampfer herausgepumpt werden können. Die Monomeren können natürlich in einem geeigneten Lagertank gesammelt oder, stärker bevorzugt, in die Zufuhrleitung des Monomers zurückgeführt werden, die zu der Polymerisatorzone geht.

Bindemittelsystem

Der Ausdruck "Bindemittelsystem" wird verwendet, um ein Material zu beschreiben, das eine Vielzahl von Schleifpartikeln innerhalb eines und mit einem Schleifgegenstand verklebt. Das Bindemittelsystem kann ein Bindemittel auf organischer Basis umfassen, das hitzegehärtete Harze, Thermoplaste, thermoplastische Elastomere und andere elastomere Materialien einschließen kann, welche aus Bindemittel-Vorprodukten auf organischer Basis hergestellt wurden.
Der Begriff "hitzehärtbares Harz", wie hierin verwendet, betrifft ein Harz, das sich verfestigt oder vernetzt und irreversibel abbindet, wenn es erhitzt wird. Der Ausdruck "thermoplastisch", wie hierin verwendet, betrifft ein Material, das erweicht und fließt, wenn Druck und Hitze angewandt werden. Der Begriff "thermoplastisches Elastomer", wie hierin verwendet, betrifft ein Reaktionsprodukt eines polyfunktionellen Monomers mit niedrigem Äquivalentgewicht, das zu einem harten Segment polymerisierbar ist, und eines polyfunktionellen Monomers mit hohem Äquivalentgewicht, das zu weichen, flexiblen Ketten polymerisierbar ist. Der Begriff "Elastomer", wie hierin verwendet, betrifft eine Substanz, die sich unter Spannung dehnt, eine hohe Zugfestigkeit hat, sich schnell zurückzieht und im wesentlichen ihre ursprünglichen Ausmaße wieder erreicht.
Beispiele von Bindemittel-Vorprodukten auf organischer Basis umfassen phenolische und andere Teersäureharze, Harnstoffharze, Polyester (ungesättigte), Epoxidharze und Melaminharze, Olefine, wie Polyethylen und Polypropylen, Kondensationspolymere, wie Polyamide und Polyester, Additionspolymere, wie Polyurethane, radikalisch polymerisierte Polymere, wie Acrylate, strahlungspolymerisierte Polymere, wie Multiacrylat und Acrylamide, und Kautschuke, wie Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymere.
Wenn z. B. ein beschichteter Schleifgegenstand hergestellt wird, kann das Bindemittelsystem in Form einer Schleifmittelaufschlämmung oder mindestens zweier Klebeschichten vorliegen, deren erste nachstehend als die "Arbeitsbeschichtung" und deren zweite als die "Formatbeschichtung" bezeichnet wird. Die Bindemittel-Vorprodukte auf organischer Basis, z. B. Harze, die das Bindemittelsystem des beschichteten Schleifgegenstandes bilden, können Phenolharze, Aminoplastharze mit α,β-ungesättigten Carbonylresten in der Seitenkette, Urethanharze, Epoxidharze, ethylenisch ungesättigte Harze, Acryl-Isocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Isocyanuratharze, Acryl-Urethanharze, Acryl-Epoxidharze, Bismaleimidharze, fluormodifizierte Epoxidharze und Gemische davon einschließen. Wenn es geeigneten Bedingungen, wie einer geeigneten Energiequelle, ausgesetzt wird, polymerisiert das Harz zu einem vernetzten, hitzegehärteten Polymer oder Bindemittel.
Zusätzlich ist das Bindemittelsystem, das die Schleifpartikel verklebt, wenn Schleiffilamente hergestellt werden, ein Bindemittel auf organischer Basis wie vorstehend beschrieben und kann Thermoplaste, thermoplastische Elastomere und andere Elastomere einschließen.
Das erfindungsgemäße Bindemittelsystem kann weiter optionale Zusatzstoffe umfassen, wie z. B. Füllstoffe (einschließlich Schleifhilfsmittel), Fasern, Antistatikmittel, Schmiermittel, Benetzungsmittel, oberflächenaktive Mittel, Pigmente, Farbstoffe, Haftvermittler, Weichmacher und Suspensionsmittel. Die Mengen dieser Materialien können ausgewählt werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
Beispiele in dieser Erfindung nützlicher Zusatzstoffe schließen Calciumcarbonat, Glas- Hohlkügelchen, Glaskügelchen, Glasfäden, Kohlenstoffäden, Kaliumtetrafluoroborat, Kryolith, Kohlepulver und Graphit ein.

Schleifpartikel

In erfindungsgemäßen Schleifgegenständen verwendete Schleifpartikel umfassen Schleifkörner, Schleifagglomerate, die eine Vielzahl von Schleifkörnern umfassen, welche mit einem Bindemittel zu einer diskreten Masse verbunden sind, und eine Kombination von Schleifkörnern und Schleifagglomeraten. Nützliche Schleifpartikel haben im allgemeinen eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 0,1 um bis 1500 um, bevorzugt 1 bis 500 um, stärker bevorzugt 5 bis 150 um.
Erfindungsgemäße Schleifpartikel können auch eine Oberflächenbeschichtung aufweisen. Von Oberflächenbeschichtungen ist bekannt, daß sie die Haftung zwischen dem Schleifkorn und dem Bindemittel im Agglomerat und zwischen dem Agglomerat und dem Bindemittelsystem verbessern und so die Schleifeigenschaften der Schleifkörner/Agglomerate verbessern. Geeignete Oberflächenbeschichtungen umfassen die in den US-Patenten Nrn. 1,910,444; 3,041,156; 5,009,675; 4,997,461; 5,011,508; 5,213,591; und 5,042,991 beschriebenen, die durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen sind. Z. B. können Diamant und/oder CBN eine Oberflächenbehandlung aufweisen, z. B. ein Metall oder Metalloxid zur Verbesserung der Haftung an dem anorganischen Bindemittel im Agglomerat. Zusätzlich kann auf dem Schleifkorn eine Beschichtung, wie eine dünne Nickelschicht, vorhanden sein.
Schleifpartikel sind vorzugsweise in dem ganzen Bindemittelsystem dispergiert und mit ihm verklebt. Wie vorstehend festgestellt, können in den erfindungsgemäßen Schleiffilamenten nützliche Schleifpartikel einzelne Schleifkörner oder Agglomerate von einzelnen Schleifkörnern sein. Geeignete agglomerierte Schleifpartikel sind in den US-Patenten Nrn. 4,652,275 und 4,799,939 beschrieben, die durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen sind. Die Schleifpartikel können aus einem beliebigen, bekannten Schleifmaterial bestehen, das im allgemeinen auf dem Fachgebiet der Schleifmittel verwendet wird. Die Schleifpartikel haben vorzugsweise eine Härte von mehr als etwa 7 Mohs, am stärksten bevorzugt mehr als etwa 9 Mohs. Beispiele geeigneter Schleifpartikel umfassen einzelne Schleifpartikel aus Siliziumcarbid (einschließlich hochschmelzender Siliziumcarbid-Schleifkörner, wie im US-Patent Nr. 4,505,720 offenbart), Schmelz-Aluminiumoxid, hitzebehandeltem Schmelz-Aluminiumoxid, Aluminiumzirkon (einschließlich geschmolzenem Aluminiumzirkon, wie in den US-Patenten Nrn. 3,781,172; 3,891,408; und 3,893,826 offenbart, im Händel erhältlich von Norton Company of Worchester, Mass., unter der Handelsbezeichnung "NorZon"), kubischem Bornitrid, Granat, Bimsstein, Sand, Schmirgel, Glimmer, Korund, Quarz, Diamant, Borcarbid, Elektrokorund, Sinterkorund, keramischem Material auf der Basis von α-Aluminiumoxid (erhältlich von Minnesota Mining and Manfacturing Company (3M), St. Paul, MN, unter der Handelsbezeichnung "Cubitron"), wie in den US-Patenten Nrn. 4,314,827; 4,518,397; 4,574,003; 4,744,802; 4,770,671; und 4,881,951 offenbart, und Kombinationen davon.
Schleifpartikel können auch aus einem Kunststoffmaterial abgeleitet werden, z. B. Poly(methylmethacrylat), Polycarbonat und Polyvinylchlorid.
Schleifpartikel sind in einem Schleifgegenstand in einem Gewichtsprozentanteil enthalten, der ausreicht die gewünschten Schleifeigenschaften bereitzustellen. Zur Veranschaulichung wird auf Schleiffilamente verwiesen. Schleifpartikel können, bezogen auf den Gewichtsprozentanteil an Filament(en), welche die Schleifpartikel enthalten, z. B. im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 60 Gew.-%, stärker bevorzugt im Bereich von etwa 25 bis etwa 50 Gew.-%, vorhanden sein.
Um höhere Gehalte an Schleifpartikeln zu erhalten, kann es notwendig sein, in Abhängigkeit von dem verwendeten Bindemittelsystem die Schleifpartikel vor dem Einbringen in die Polymerschmelze mit einem Haftvermittler zu beschichten. Der Haftvermittler wird vorzugsweise in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger, bezogen auf das Gewicht des Bindemittelsystems, verwendet.
Für nützlich befundene und deshalb für die Verwendung in dieser Erfindung bevorzugte Haftvermittler sind die Neopentyl(diallyl)oxytitanate, wie Neopentyl(diallyl)oxy-tri(m-amino)phenyltitanat und Neopentyl(diallyl)oxy-tri(dioctyl)phosphatotitanat. Die Tri(m-amino)phenyl- und Tri(dioctyl)phosphato-Versionen sind in Form von Pellets (20 Gew.-% in TPE) unter den Handelsbezeichnungen "LICA 97/E" und "LICA 12/E" von Kenrich Petrochemicals, Inc., Bayonne, New Jersey erhältlich.
Die Größe der in die erfindungsgemäßen Schleiffilamente eingeschlossenen Schleifpartikel hängt von der vorgesehenen Verwendung der Filamente ab. Für Anwendungen, die Schneiden oder Vorbearbeitung erfordern, sind größere Schleifpartikel bevorzugt, wogegen Schleifpartikel kleinerer Größe für Fertigbearbeitungsanwendungen bevorzugt sind. Z. B. beträgt in hierin definierten Verbundschleiffilamenten der mittlere Durchmesser der Schleifpartikel vorzugsweise nicht mehr als etwa die Hälfte des Durchmessers des Verbundschleiffilamentes, stärker bevorzugt nicht mehr als etwa ein Drittel des Durchmessers des Verbundschleiffilamentes. Zusätzlich beträgt z. B. in hierin definierten Kern-Schale-Schleiffilamenten, wenn die Schleifpartikel in der Schale sind, der mittlere Durchmesser der Schleifpartikel vorzugsweise nicht mehr als etwa die Hälfte des Durchmessers der Schale des Schleiffilamentes, stärker bevorzugt nicht mehr als etwa ein Drittel des Durchmessers der Schale des Schleiffilamentes. Wenn in einer anderen Ausführungsform die Schleifpartikel im Kern sind, beträgt der mittlere Durchmesser der Schleifpartikel vorzugsweise nicht mehr als der Durchmesser des Kerns.
Schleifpartikel müssen nicht gleichmäßig in dem Bindemittelsystem verteilt sein, aber eine gleichmäßige Verteilung kann in Abhängigkeit von der Anwendung gleichbleibendere Schleifeigenschaften ergeben.

Schleifgegenstände

Die erfindungsgemäßen Schleifgegenstände umfassen ein Bindemittelsystem wie vorstehend beschrieben, wobei das Bindemittelsystem das vorstehend beschriebene Polysiloxan umfaßt. Erfindungsgemäße Schleifgegenstände schließen Schleiffilamente, Schleiffilamente umfassende Schleifprodukte, beschichtete Schleifgegenstände, Vliesschleifgegenstände, gebundene Schleifgegenstände, die geformte Schleifkörper, glasartige Schleifscheiben und dergleichen umfassen, und geformte Schleifprodukte ein, die geformte Schleifbürsten umfassen. Um die vorliegende Erfindung zu erläutern, wird auf Schleiffilamente verwiesen, die ein Polysiloxan enthaltendes Bindemittelsystem umfassen, gefolgt von einer Beschreibung anderer Schleifgegenstände, die ein Bindemittelsystem enthalten können, welches ein erfindungsgemäßes Polysiloxan umfaßt.

Schleiffilamente

Erfindungsgemäße Schleiffilamente umfassen ein Bindemittelsystem, d. h. ein gehärtetes organisches Polymermaterial, das eine Vielzahl von Schleifpartikeln und ein Polysiloxan wie vorstehend beschrieben umfaßt. Schleiffilamente haben typischerweise einen vorgeformten Kern, der mit einem Bindemittelsystem beschichtet ist, umfassend ein gehärtetes, organisches Polymermaterial, das Schleifkörner umfaßt (ein Verbundschleiffilament), oder eine Kern- Schale-Anordnung, in welcher der Kern und die Schale unabhängig voneinander ein Bindemittelsystem umfassen, das ein gehärtetes organisches Polymermaterial umfaßt, und in dem mindestens eines von Kern und Schale Schleifkörner enthält. Zusätzlich kann ein erfindungsgemäßes Schleiffilament ein ein Monofilament sein. Der Begriff "Monofilament", wie hierin verwendet, betrifft ein einzelnes Filament mit im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt, wobei der Begriff "im wesentlichen" sich auf die Tatsache bezieht, daß aufgrund der Gegenwart von Schleifkörnern eine gewisse Variation des Querschnitts vorhanden sein kann.
Der Begriff "gehärtet", wie hierin verwendet, bedeutet gegen Fließen widerstandsfähig gemacht und betrifft den physikalischen Zustand eines organischen Polymermaterials, wie ein thermoplastisches oder thermoplastisch elastomeres Material, wenn die Temperatur des Materials unter der Schmelztemperatur der hierin verwendeten thermoplastischen Polymeren und unter der Schmelz- oder Dissoziationstemperatur der harten Bereiche (segmentierte thermoplastische Elastomere) oder der ionischen Cluster (ionomere thermoplastische Elastomere) liegt, bestimmt mit Standard-Untersuchungsverfahren, wie dem Verfahren D2117 der American Society of Testing Materials (ASTM). Der Begriff kann auch verwendet werden, um im Fall der hierin verwendeten thermoplastischen Elastomeren die Härte (Shore D-Skala) bei Zimmertemperatur (d. h. etwa 10 bis etwa 40ºC) zu beschreiben. Es ist bevorzugt, daß die Shore D-Durometerhärte der in dieser Erfindung verwendeten thermoplastischen Elastomeren mindestens etwa 30 beträgt, stärker bevorzugt etwa 30 bis etwa 90, bestimmt mittels ASTM D790. Der Begriff "gehärtet" schließt keine physikalische und/oder chemische Behandlung des thermoplastischen Elastomer/Schleifpartikel-Gemisches ein, um seine Härte zu erhöhen. Wenn jedoch auf andere Materialien als Thermoplaste und thermoplastische Elastomere Bezug genommen wird, kann der Begriff "gehärtet" eine physikalische und/oder chemische Behandlung des Materials, z. B. Hitze oder Ultraviolettstrahlung, einschließen, z. B. wenn ein hitzehärtbares Harz verwendet wird.

Verbundschleiffilament

Ein erfindungsgemäßes Verbundschleiffilament umfaßt mindestens einen vorgeformten Kern, der mindestens teilweise mit einem gehärteten organischen Polymermaterial beschichtet ist, in dem Schleifpartikel dispergiert und mit ihm verklebt sind und in dem ein erfindungsgemäßes Polysiloxan dispergiert ist.
Der Begriff "Verbundschleiffilament", wie hierin verwendet, bedeutet ein Schleiffilament mit dem vorstehend beschriebenen, gehärteten organischen Polymermaterial auf mindestens einem Teil, bevorzugt auf der gesamten Oberfläche mindestens eines vorgeformten Kerns, wobei das Verhältnis der Querschnittsfläche des gehärteten Materials zu jener des vorgeformten Kerns im Bereich von etwa 0,5 : 1 bis etwa 300 : 1, bevorzugt von etwa 1 : 1 bis etwa 10 : 1, stärker bevorzugt von etwa 1 : 1 bis etwa 3 : 1 liegt und wobei die Querschnittsflächen durch eine senkrecht auf der Hauptachse des Verbundschleiffilamentes stehende Ebene definiert sind. Die Verbundschleiffilamente können jede gewünschte Länge haben und ihre Querschnittsfläche kann natürlich rund, oval, quadratisch, dreieckig, rechteckig, polygonal oder multilobal (wie trilobal, tetralobal und dergleichen) sein.
Das organische Polymermaterial der erfindungsgemäßen Verbundschleiffilamente bedeckt vorzugsweise den gesamten vorgeformten Kern, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist. Man könnte sich vorstellen, daß das organische Polymermaterial nur jene Seite des vorgeformten Kerns bedeckt, die mit dem Werkstück in Berührung kommt, und Verbundschleiffilamente dieser Konstruktion werden im Bereich der Erfindung in Betracht gezogen. Wie für den Fachmann offensichtlich, muß das organische Polymermaterial nicht dieselbe äußere Konfiguration wie der Kern haben; z. B. kann das organische Polymermaterial einen rechtwinkligen oder dreieckigen Querschnitt haben, während der Querschnitt des vorgeformten Kerns in etwa kreisförmig ist. Wenn das organische Polymermaterial den vorgeformten Kern vollständig bedeckt, kann das Verhältnis der Querschnittsfläche des organischen Polymermaterials zu der Querschnittsfläche des vorgeformten Kerns über einen weiten Bereich variieren, von etwa 0,5 : 1 bis etwa 300 : 1. Stärker bevorzugt liegt das Verhältnis der Querschnittsflächen im Bereich von etwa 1 : 1 bis etwa 10 : 1, besonders bevorzugt etwa 1 : 1 bis etwa 3 : 1.

Vorgeformter Kern

"Vorgeformter Kern", wie hierin verwendet, bedeutet ein oder mehrere Kernelemente, die in einem Schritt erzeugt werden, der vor und getrennt von einem oder mehreren Beschichtungsschritten stattfindet, von denen einer den vorgeformten Kern mit einem mit Schleifmaterial gefüllten organischen Polymermaterial beschichtet; mit anderen Worten, ein vorgeformter Kern wird nicht gleichzeitig mit der Hülle hergestellt, die organisches Polymermaterial umfaßt. Die Form der Querschnittsfläche des vorgeformten Kerns ist nicht eingeschränkt; jedoch sind vorgeformte Kerne mit im wesentlichen runden oder rechteckigen Querschnitten als geeignet befunden worden.
Die Verbundschleiffilamente können Durchmesser des vorgeformten Kerns und des gesamten Verbundschleiffilamentes in einem weiten Bereich haben, der nur durch die Größe des Gerätes begrenzt wird, das verwendet wird, um den vorgeformten Kern mit dem geschmolzenen organischen Polymermaterial, z. B. TPE, zu beschichten, und durch den Gegenstand, auf den die Verbundschleiffilamente aufgebracht werden sollen. Es ist offensichtlich, daß die Zahl der Verbundschleiffilamente, die auf ein Substrat, wie ein Stempel einer gegebenen Größe, aufgebracht werden können, abnimmt, wenn der Durchmesser des vorgeformten Kerns des Verbundschleiffilamentes zunimmt. Die Durchmesser der vorgeformten Kerne für erfindungsgemäße Verbundschleiffilamente, die auf typischen Handwerkzeugen verwendet werden, betragen bevorzugt mindestens etwa 0,1 mm, wogegen die Verbundschleiffilamente selbst vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 2,0 mm haben. Diese Dimensionen können natürlich bei einer großen Schleifvorrichtung sehr stark zunehmen, und Verbundschleiffilamente mit viel größeren Durchmessern des vorgeformten Kerns und viel größeren Gesamtdurchmessern werden im Bereich der angefügten Patentansprüche in Betracht gezogen.
Erfindungsgemäße Verbundschleiffilamente mit Durchmessern im Bereich von etwa 0,75 mm bis etwa 1,5 mm haben eine Bruchfestigkeit (die z. B. unter Verwendung eines Standard-Zugspannungsprüfgerätes gemessen werden kann, das unter der Handelsbezeichnung "Instron" Modell TM bekannt ist) von mindestens etwa 2,0 kg, eine 50% -Ermüdungsbruchfestigkeit (d. h. die Zeit, die erforderlich ist, damit 50% der Filamente in einer gegebenen Bürste bei gegebenen Bedingungen sich von der Bürste lösen, wie nachstehend für die Kern- Schale-Anordnung beschrieben) von mindestens etwa 15 Minuten; und eine Schleifwirksamkeit (d. h. abgenommenes Werkstückgewicht pro verlorenem Filamentgewicht) auf einer kaltgewalzten ANSI 1018-Stahlplatte von mindestens etwa 2. Wie aus den nachstehenden Beispielen ersichtlich, kann die Abstimmung dieser Präferenzen vom Werkstück abhängig sein.
Der vorgeformte Kern erstreckt sich vorzugsweise über die ganze Länge des Filamentes, aber dies ist nicht erforderlich. Es ist auch nicht erforderlich, daß der Querschnitt des vorgeformten Kerns die gleiche Form wie der Querschnitt des gehärteten organischen Polymermaterials hat, und der vorgeformte Kern und das gehärtete organische Polymermaterial können konzentrisch oder exzentrisch sein, wobei ein einzelnes oder eine Vielzahl von Kernelementen im Bereich der Erfindung liegen. Nur zur Vereinfachung der Diskussion bezieht sich der Hauptteil der folgenden Offenbarung auf Konstruktionen mit einem einzelnen, zentral gelegenen, vorgeformten Kern.
Der vorgeformte Kern kann kontinuierliche einzelne, metallische Drähte sein, eine Vielzahl kontinuierlicher einzelner, metallischer Drähte, eine Vielzahl nichtmetallischer, kontinuierlicher Filamente oder ein Gemisch der letzteren beiden, vorausgesetzt, daß die Schmelztemperatur des vorgeformten Kerns ausreichend hoch ist, so daß eine Beschichtung mit einem geschmolzenen, mit Schleifmittel gefüllten organischen Polymermaterial auf mindestens einen Teil des vorgeformten Kerns aufgebracht und das geschmolzene organische Polymermaterial schnell genug abgekühlt werden kann, so daß die Integrität des vorgeformten Kerns erhalten bleibt.
Bevorzugte vorgeformte Kerne umfassen metallische Einzel- und Vielfaserkerne, z. B. Kohlenstoffstähle, Edelstähle und Kupfer. Andere bevorzugte vorgeformte Kerne umfassen eine Vielzahl nichtmetallischer Filamente, z. B. Glas, Keramik und synthetische organische Polymermaterialien, wie Aramid, Nylon, Polyester und Polyvinylalkohol.
In der vorliegenden Erfindung nützliche Materialien für vorgeformte Kerne kann man sich als ein mit Schleifmittel beschichtetes Substrat vorstellen, dessen Oberflächeneigenschaften, mechanische Eigenschaften und Stabilität gegenüber äußeren Einflüssen ausgewählt oder modifiziert werden können. Das Material des vorgeformten Kerns wird vorzugsweise so ausgewählt oder ist so modifizierbar, daß seine Oberfläche in der Lage ist, eine Adhäsion zwischen dem Kern und dem organischen Polymermaterial zu erreichen. Wichtige mechanische Eigenschaften umfassen die Zugfestigkeit und die Biegeermüdungsfestigkeit beim Betrieb unter verschiedenen chemischen, thermischen und atmosphärischen Bedingungen.
In den erfindungsgemäßen Verbundschleiffilamenten nützliche, vorgeformte Kerne umfassen: Metalldraht, wie Edelstahl, Kupfer und dergleichen; anorganische Fasern, wie Glas- und Keramikfasern; synthetische Fasern, wie Aramid, Reyon und dergleichen; natürliche Fasern, wie Baumwolle, und Gemische davon. Obwohl kontinuierliche Monofilamente verwendet werden können, sind bevorzugte Kerne Litzen-, Kabel- und Fadenversionen dieser Materialien. "Litze", wie hierin verwendet, betrifft verdrillte Drähte, wogegen "Faden" verdrillte nichtmetallische Monofilamente betrifft. Typische Anordnungen schließen 1 · 3, 1 · 7, 1 · 19 und 3 · 7-Anordnungen ein, wobei die erste Zahl die Zahl der Litzen oder Fäden und die zweite Zahl die Zahl der einzelnen, in jedem Faden oder jeder Litze miteinander verdrillten Monofilamente oder Drähte betrifft. "Kabel" betrifft zwei oder mehr miteinander verdrillte Litzenbündel, wogegen "Mehrfachgarn" zwei oder mehr miteinander verdrillte Fäden betrifft, die im Vergleich zu den Kabeln vorzugsweise die entgegengesetzte Verdrillungsrichtung haben (wenn die Kabel z. B. "rechts herum" miteinander verdrillt sind, können die verzwirnten Fäden "links herum" miteinander verdrillt sein). In einer anderen Ausführungsform kann der vorgeformte Kern in der Form nicht verdrillter, kontinuierlicher Drähte oder Monofilamente sein. Bevorzugte Fäden umfassen Fäden aus Glasfasern, Keramikfasern, Aramidfasern, Nylonfasern, Polyethylenterephthalatfasern, Baumwollefasern, die verzwirnte Version davon, und Gemische davon.
Der Durchmesser des vorgeformten Kerns beträgt vorzugsweise mindestens etwa 0,01 mm, stärker bevorzugt liegt er im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 0,7 mm, obwohl es tatsächlich keine Obergrenze für den Durchmesser außer dem gibt, der durch die momentan bekannten Verfahren zur Herstellung von Verbundschleiffilamenten auferlegt wird.
Einige in der vorliegenden Erfindung nützliche, im Handel erhältliche Materialien für den vorgeformten Kern umfassen eine 1 · 7-Edelstahllitze mit 0,305 mm Außendurchmesser (OD), erhältlich von National Standard, Specialty Wire Division, Niles, Michigan; einen kontinuierlichen Glasfilamentfaden mit etwa 204 Monofilamenten, bekannt unter der Bestellnummer "ECH 18 1/0 0.5Z 603-0", hierin als "OCF H-18" bezeichnet, und einen ähnlichen Glasfilamentfaden mit einer Epoxysilan-Vorbehandlung und bekannt unter der Bestellnummer "ECG 75 1/2 2.8 S 603-0", hierin als "OCF-G75" bezeichnet, beide erhältlich von Owens-Corning Fiberglass Corporation, Toledo, Ohio; Fäden aus Aramidfasern, bekannt unter der Handelsbezeichnung "Kevlar" (200-3000 Denier, unverdrillt, Typ 964), hergestellt und verkauft von E. I. DuPont de Nemours and Company, Inc., Wilmington, Delaware; und die Mehrfachgarne aus Aramid-, Nylon- und Polyesterfasern mit den Textilbezeichnungen #69, #92 und #138 (wobei die Zahlen das Gewicht der Mehrfachgarne betreffen), erhältlich von Eddington Thread Manufaturing Company, Bensalem, PA, oder Synthetic Tread Company, Betlehem, PA.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist der vorgeformte Kern mit einer Vorbehandlungschemikalie, wie einem Klebmittel oder einem Dichtmittel, vorbehandelt, welche dazu dient, das organische Polymermaterial an den vorgeformten Kern zu kleben. Eine Gruppe von Vorbehandlungschemikalien, die nützlich sind, wenn der vorgeformte Kern ein Mehrfachgarn aus Glas ist, sind die Epoxysilane. Der vorgeformte Kern kann auch selbst ein Schleifmittel sein.

Kern-Schale-Anordnung

Die Kern-Schale-Anordnung umfaßt vorzugsweise eine erste längliche Filamentkomponente mit einer kontinuierlichen Oberfläche über ihre ganze Länge, umfassend ein erstes gehärtetes organisches Polymermaterial. In diesen Ausführungsformen umfaßt das Schleiffilament vorzugsweise weiter eine zweite längliche Filamentkomponente, die mit der ersten länglichen Filamentkomponente abschließt, umfassend ein zweites gehärtetes organisches Polymermaterial, das entlang der kontinuierlichen Oberfläche mit der ersten länglichen Filamentkomponente durch Verschmelzen in engem Kontakt verklebt ist. Das zweite gehärtete organische Polymermaterial kann dasselbe wie das erste gehärtete organische Polymermaterial sein oder ein anderes.
Mindestens eines des ersten und zweiten gehärteten organischen Polymermaterials umfaßt eine Vielzahl von Schleifpartikeln, die mit ihm verklebt sind, und mindestens eines des ersten und zweiten gehärteten organischen Polymermaterials umfaßt ein erfindungsgemäßes Polysiloxan. Es ist zu beachten, daß ein Polysiloxan in dem ersten gehärteten organischen Polymermaterial und Schleifpartikel in dem zweiten gehärteten organischen Polymermaterial oder umgekehrt oder ein Polysiloxan und Schleifpartikel zusammen in demselben gehärteten organischen Polymermaterial enthalten sein können.
Vorzugsweise ist ein Polysiloxan in dem ersten gehärteten organischen Polymermaterial und in dem zweiten gehärteten organischen Polymermaterial enthalten.
In Ausführungsformen, die erste und zweite längliche Filamentkomponenten einschließen, kann das Verhältnis der Querschnittsfläche des gehärteten organischen Polymermaterials, das die Schleifpartikel einschließt, zur Querschnittsfläche des Restes des Filamentes über einen weiten Bereich variieren. Wenn das erfindungsgemäße Schleiffilament eine Kern-Schale-Struktur hat und wenn nur eines von Kern oder Schale Schleifpartikel enthält, liegt das Verhältnis der Querschnittsflächen des Teils des Filamentes mit Schleifpartikeln zu dem ohne Schleifpartikel im Bereich von etwa 1 : 1 bis etwa 20 : 1, bevorzugt von etwa 1 : 1 bis etwa 10 : 1, stärker bevorzugt von etwa 1 : 1 bis etwa 4 : 1, wobei die Querschnittsflächen durch eine senkrecht auf der Hauptachse des Schleiffilamentes stehende Ebene definiert sind. Der Anteil der Querschnittsfläche der Hülle an jener des Schleiffilamentes ist vorzugsweise etwa 40% oder größer. Die Schleiffilamente können jede gewünschte Länge haben und ihr Querschnitt kann natürlich rund, oval, quadratisch, dreieckig, rechteckig, polygonal oder multilobal (wie trilobal, tetralobal und dergleichen) sein.
Ein Schleiffilament kann z. B. eine erste längliche Filamentkomponente in Form eines Kerns enthalten, der ein gehärtetes organisches Polymermaterial, Schleifpartikel und ein Polysiloxan einschließt. Das organische Polymermaterial der länglichen Filamentkomponente im Kern enthält eine Vielzahl durchgehend darin dispergierter und mit ihm verklebter Schleifpartikel, wie Aluminiumoxid- oder Siliziumcarbid-Schleifpartikel, und ein durchgehend darin dispergiertes Polysiloxan. In einer anderen Ausführungsform hat die erste längliche Filamentkomponente die Form eines Kerns, der aus einem ersten gehärteten organischen Polymermaterial hergestellt wurde, und die Schale ist aus einem zweiten gehärteten organischen Polymermaterial, Schleifpartikeln und einem Polysiloxan hergestellt. In dieser Ausführungsform umfaßt nur die Hülle Schleifpartikel und ein Polysiloxan. Wie vorstehend beschrieben, kann sich ein Polysiloxan in jeder Ausführungsform in dem gleichen oder einem anderen organischen Polymermaterial befinden wie die Schleifpartikel.
Eine andere Ausführung eines Kern-Schale-Schleiffilamentes schließt ein erstes und ein zweites organisches Polymermaterial ein, die gleich oder verschieden sein und jeweils ein Gemisch organischer Polymermaterialien umfassen können, das einen Kern und eine Schale bildet, wobei sowohl der Kern als auch die Schale Schleifpartikel bzw. ein Polysiloxan einschließen. Die Schleifpartikel können natürlich bezüglich Typ, Teilchengröße, Teilchengrößenverteilung und Verteilung innerhalb des Kerns und der Hülle gleich oder verschieden sein und das gleiche oder verschiedene Polysiloxane können im Kern und der Hülle enthalten sein.
Schleiffilamente können Durchmesser des Kerns und des gesamten Schleiffilamentes in einem weiten Bereich haben, der nur durch die Größe des Gerätes begrenzt wird, das verwendet wird, um das geschmolzene organische Polymermaterial herzustellen, und durch den Gegenstand, auf den die Schleiffilamente aufgebracht werden sollen. Es ist offensichtlich, daß die Zahl der Schleiffilamente, die auf ein Substrat, wie ein Stempel einer gegebenen Größe, aufgebracht werden können, abnimmt, wenn der Durchmesser des Schleiffilamentes zunimmt. Die Kerndurchmesser der erfindungsgemäßen Schleiffilamente, die Kern-Schale- Strukturen sind, und der Schleiffilamente, die auf typischen Handwerkzeugen verwendet werden, betragen bevorzugt mindestens etwa 0,1 mm, wogegen die Schleiffilamente selbst vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 2,0 mm haben. Diese Dimensionen können natürlich bei einer großen Schleifvorrichtung sehr stark zunehmen, und Schleiffilamente mit viel größeren Kern- und Gesamtdurchmessern werden im Bereich der angefügten Patentansprüche in Betracht gezogen.
Erfindungsgemäße Schleiffilamente mit Durchmessern im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 2,0 mm haben eine Bruchfestigkeit (gemessen unter Verwendung eines Standard- Zugspannungsprüfgerätes bei einer Geschwindigkeit von 10 cm/min. z. B. ein unter der Handelsbezeichnung "Sintech 2 Tensile Tester" bekanntes Prüfgerät) von mindestens etwa 0,5 kg (nicht vorgespannt), vorzugsweise mindestens etwa 1,0 kg (nicht vorgespannt); eine 50%- Ermüdungsbruchfestigkeit von mindestens etwa 15 Minuten (gemäß einem Filamentbiegetestgerät unter Verwendung des Tests nach Tynex and Herox Technical Bulletin Nr. 6, E-19743, Feb. 1978, E. I. DuPont de Nemours Plastics and Resins Department, Wilmington, Delaware); und, eine Schleifwirksamkeit (abgenommenes Werkstückgewicht pro verlorenem Filamentgewicht) auf einer kaltgewalzten ANSI 1018-Stahlplatte von mindestens etwa 2.

Monofilament

Ein erfindungsgemäßes Monofilament umfaßt ein organisches Polymermaterial mit darin dispergierten und mit ihm verklebten Schleifpartikeln und einem darin dispergierten, erfindungsgemäßen Polysiloxan.
Ein Monofilament hat über seine gesamte Länge eine kontinuierliche Oberfläche und eine Querschnittsfläche, die in Abhängigkeit von der Verwendung über einen weiten Bereich variieren kann. Die Querschnittsfläche eines Monofilamentes liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 mm² bis 5 mm², stärker bevorzugt von 0,3 bis 2. Das Monofilament kann jede gewünschte Länge haben und sein Querschnitt kann natürlich jede Form haben, z. B. rund, oval, quadratisch, dreieckig, rechteckig, polygonal oder multilobal (wie trilobal, tetralobal und dergleichen).
Erfindungsgemäße Schleif-Monofilamente mit Durchmessern im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 2,0 mm haben eine Bruchfestigkeit (gemessen unter Verwendung eines Standard- Zugspannungsprüfgerätes bei einer Geschwindigkeit von 10 cm/min. z. B. ein unter der Handelsbezeichnung "Sintech 2 Tensile Tester" bekanntes Prüfgerät) von mindestens etwa 0,5 kg (nicht vorgespannt). vorzugsweise mindestens etwa 1,0 kg (nicht vorgespannt); eine 50%- Ermüdungsbruchfestigkeit von mindestens etwa 15 Minuten (gemäß einem Filamentbiegetestgerät unter Verwendung des Tests nach Tynex and Herox Technical Bulletin Nr. 6, E-19743, Feb. 1978, E. I. DuPont de Nemours Plastics and Resins Department, Wilmington, Delaware); und eine Schleifwirksamkeit (abgenommenes Werkstückgewicht pro verlorenem Filamentgewicht) auf einer kaltgewalzten ANSI 1018-Stahlplatte von mindestens etwa 2.

Organisches Polymermaterial

Das organische Polymermaterial, das zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schleiffilamentes verwendet wird, fungiert teilweise als Bindemittelsystem für Schleifpartikel und schließt ein erfindungsgemäßes Polysiloxan ein. Geeignete organische Polymermaterialien umfassen hitzehärtbare Harze, Thermoplaste, thermoplastische Elastomere und andere Elastomere. Ein bevorzugtes organisches Polymermaterial ist ein thermoplastisches Elastomer ("TPE"). Zur Veranschaulichung bezieht sich die Diskussion des organischen Polymermaterials auf ein TPE.
Thermoplastische Elastomere werden definiert und beschrieben in Thermoplastic Elastomers, A Comprehensive Review, 1987, herausgegeben von N. R. Legge, G. Holden und H. E. Schroeder, Hansen Publishers, New York, (hierin als "Legge et al. " bezeichnet, von dem Teile durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen sind). Thermoplastische Elastomere (wie von Legge et al. definiert und hierin verwendet) sind im allgemeinen ein Reaktionsprodukt eines polyfunktionellen Monomers mit einem niedrigen Äquivalentgewicht und eines polyfunktionellen Monomers mit einem hohen Äquivalentgewicht, wobei das polyfunktionelle Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht zu einem harten Segment (und in Verbindung mit anderen harten Segmenten zu kristallinen, harten Bereichen oder Domänen) und das polyfunktionelle Monomer mit hohem Äquivalentgewicht zu weichen, flexiblen Ketten polymerisierbar ist, welche die harten Bereiche oder Domänen miteinander verbinden.
Der Ausdruck "thermoplastisches Elastomer" betrifft die Klasse von polymeren Substanzen, die (im geschmolzenen Zustand) die Verarbeitbarkeit thermoplastischer Materialien mit dem funktionellen Leistungsverhalten und den Eigenschaften herkömmlicher, hitzehärtender Kautschuke (im nicht geschmolzenen Zustand) verbinden und die auf dem Fachgebiet als ionomere, segmentierte oder segmentierte ionomere thermoplastische Elastomere beschrieben werden. Die segmentierten Versionen umfassen "harte Segmente", die sich zu kristallinen, harten Domänen zusammenschließen, welche über "weiche", lange, flexible Polymerketten miteinander verbunden sind. Die harte Domäne hat eine Schmelz- oder Zersetzungstemperatur oberhalb der Schmelztemperatur der weichen Polymerketten.
"Thermoplastische Elastomere" unterscheiden sich von "Thermoplasten" und "Elastomeren" (Gattungsbegriff für Substanzen, die Naturkautschuk so nachbilden, daß sie sich unter Zugspannung ausdehnen, eine hohe Zugfestigkeit haben, sich schnell zurückziehen und im wesentlichen ihre ursprünglichen Ausmaße wieder erreichen) dadurch, daß thermoplastische Elastomere beim Erhitzen über die Schmelztemperatur der harten Bereiche eine homogene Schmelze bilden, die mit thermoplastischen Verfahren (im Gegensatz zu Elastomeren), wie Spritzgießen, Extrudieren, Blasformen und dergleichen verarbeitet werden kann. Anschließendes Abkühlen führt wieder zur Absonderung harter und weicher Bereiche, was ein Material ergibt, das elastomere Eigenschaften hat, was allerdings bei Thermoplasten nicht vorkommt.
Die allgemeine Definition von "thermoplastischem Polymer" oder "TP", wie hierin verwendet, ist "ein Material, das bei Anwendung von Druck und Hitze erweicht und fließt". Es ist natürlich klar, daß TPEs der allgemeinen Definition von TP unterliegen, weil TPEs bei Anwendung von Druck und Hitze ebenfalls fließen. Es ist deshalb notwendig, bei der Definition von "thermoplastisch" für die Zwecke dieser Erfindung genauer zu sein. "Thermoplastisch", wie hierin verwendet, bedeutet ein Material, das bei Anwendung von Druck und Hitze fließt, aber nicht die elastischen Eigenschaften eines Elastomers hat, wenn es unterhalb seiner Schmelztemperatur ist. Beide Materialien liegen jedoch im Bereich der vorliegenden Erfindung. Gemische von TPE und thermoplastischen (TP) Materialien liegen ebenfalls im Bereich der Erfindung, was eine noch größere Flexibilität beim Maßschneidern der mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schleiffilamente ermöglicht.
Einige im Handel erhältliche thermoplastische Elastomere umfassen segmentierte thermoplastische Polyester-Elastomere, segmentierte thermoplastische Polyurethan-Elastomere, mit anderen thermoplastischen Materialien gemischte, segmentierte thermoplastische Polyurethan-Elastomere, segmentierte thermoplastische Polyamid-Elastomere und thermoplastische ionomere Elastomere.
"Segmentiertes thermoplastisches Elastomer", wie hierin verwendet, betrifft die Unterklasse der thermoplastischen Elastomeren auf der Basis von Polymeren, die das Reaktionsprodukt eines polyfunktionellen Monomers mit hohem Äquivalentgewicht und eines polyfunktionellen Monomers mit niedrigem Äquivalentgewicht sind. Segmentierte thermoplastische Elastomere sind vorzugsweise das Produkt der Kondensationsreaktion eines polyfunktionellen Monomers mit hohem Äquivalentgewicht und einer mittleren Funktionalität von mindestens 2 und einem Äquivalentgewicht von mindestens etwa 350 mit einem polyfunktionellen Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht und einer mittleren Funktionalität von mindestens etwa 2 und einem Äquivalentgewicht von weniger als etwa 300. Das polyfunktionelle Monomer mit hohem Äquivalentgewicht ist zu einem weichen Segment polymerisierbar und das polyfunktionelle Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht ist zu einem harten Segment polymerisierbar. In der vorliegenden Erfindung nützliche, segmentierte thermoplastische Elastomere umfassen Polyester-TPEs, Polyurethan-TPEs und Polyamid- TPEs, und Silikonelastomer/Polyimid-Blockcopolymer-TPEs, wobei die polyfunktionellen Monomeren mit dem niedrigen und dem hohen Äquivalentgewicht entsprechend ausgewählt werden, um das jeweilige TPE herzustellen.
Die segmentierten TPEs umfassen vorzugsweise "Kettenextender", Verbindungen niedrigen Molekulargewichtes (typischerweise mit einem Äquivalentgewicht von weniger als 300) mit einer Funktionalität von etwa 2 bis 8 aktiven Wasserstoffatomen, die auf dem TPE- Fachgebiet bekannt sind. Kettenextender werden typischerweise in segmentierten thermoplastischen Elastomeren verwendet, um die Größe der harten Segmente und der harten Domänen zu erhöhen und so einen Mechanismus zur Änderung der physikalischen Eigenschaften des so erhaltenen segmentierten TPEs bereitzustellen. In den erfindungsgemäßen segmentierten TPEs nützliche Kettenextender haben vorzugsweise eine Funktionalität von aktiven Wasserstoffatomen im Bereich von etwa 2 bis 8, bevorzugt von etwa 2 bis 4 und stärker bevorzugt von etwa 2 bis 3, und ein Äquivalentgewicht von weniger als etwa 300, stärker bevorzugt weniger als etwa 200. Gut geeignete Kettenextender sind die linearen Glykole, wie Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol und Hydrochinon-bis(2- hydroxyethyl)ether. Nichtlineare Diole sind normalerweise nicht als Kettenextender für segmentierte TPEs geeignet, weil die daraus gebildeten Urethane keine wohldefinierten, harten Segmente bilden und deshalb schlechte Hoch- und Tieftemperatureigenschaften haben. Ähnlich können polyfunktionelle Amine mit niedrigem Molekulargewicht, einschließlich aromatische, alkylaromatische oder polyfunktionelle Alkylamine, obwohl sie normalerweise ausgezeichnete Kettenextender sind, normalerweise nicht in den erfindungsgemäßen segmentierten TPEs verwendet werden, weil die sich ergebenden Harnstoffgruppen in dem so erhaltenen TPE deutlich oberhalb des nützlichen Verarbeitungsbereiches der TPE schmelzen und sich beim Schmelzen etwas zersetzen. Besonders bevorzugte Beispiele von Kettenextendern schließen Ethylendiamin und 1,4-Butandiol ein.
In den erfindungsgemäßen Verbundschleiffilamenten nützliche, segmentierte TPEs umfassen bevorzugt segmentierte Polyester-TPEs, segmentierte Polyurethan-TPEs und segmentierte Polyamid-TPEs. Die polyfunktionellen Monomeren mit niedrigem und hohem Äquivalentgewicht werden unterschiedlich ausgewählt, um eines der vorstehenden segmentierten TPEs herzustellen. Wenn das TPE z. B. einen segmentierten Polyester umfaßt, wie die segmentierten Copoly(etherester), sind die polyfunktionellen Monomeren mit niedrigem und hohem Äquivalentgewicht vorzugsweise Poly(tetramethylenterephthalat) bzw. Poly(tetramethylenoxid). Wenn das TPE ein segmentiertes Polyurethan umfaßt, ist das polyfunktionelle Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht vorzugsweise ein polyfunktionelles Isocyanat und das polyfunktionelle Monomer mit hohem Äquivalentgewicht ist vorzugsweise ein polyfunktionelles Amin.
Der Gewichtsprozentanteil an polyfunktionellem Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht am Gesamtgewicht der Monomeren, die zu segmentierten TPEs reagieren, liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 20 bis etwa 60%, stärker bevorzugt von etwa 20 bis etwa 40%. Gewichtsprozentanteile an polyfunktionellem Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht oberhalb dieser Bereiche ergeben im allgemeinen segmentierte TPEs, die erhöhte Härte, Biegemodul und Zugspannungsmodul aufweisen, begleitet von einer Zunahme der Glasübergangstemperatur (Tg). Bei Gewichtsprozentanteilen an polyfunktionellem Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht oberhalb etwa 70 Gew.-% tritt eine Phasenumwandlung auf, die zu einer Veränderung des gesamten Verhaltens von dem eines TPEs zu einem spröderen Kunststoff führt. Bei Gewichtsprozentanteilen an polyfunktionellem Monomer mit niedrigem Molekulargewicht unterhalb etwa 20 ähnelt das Verhalten des TPEs eher einem Kautschuk und das Verbundschleiffilament kann bei hohen Filamenttemperaturen, Vorschubgeschwindigkeiten und Kräften, mit denen der Schleifgegenstand über das Werkstück bewegt wird, zum "Schmieren" neigen. ("Schmieren", ein industrieller Fachausdruck, betrifft die Übertragung von Teilen des Schleifgegenstandes auf die Oberfläche des Werkstückes im Fall von Metallbearbeitungsanwendungen oder das Zusetzen der Oberfläche des Gegenstandes im Fall von Holzbearbeitungsanwendungen. Schmieren tritt auf, wenn durch Reibung des Schleifgegenstandes auf einem Werkstück Wärme erzeugt wird). Es wird angenommen, daß die Gegenwart eines Polysiloxans wie vorstehend beschrieben zur Verringerung des Schmierens beitragen kann.
In erfindungsgemäßen Verbundschleiffilamenten nützliche TPEs (segmentiert und ionomer) haben vorzugsweise Shore D-Durometerhärten im Bereich von etwa 30 bis etwa 90, stärker bevorzugt im Bereich von etwa 50 bis etwa 80, wobei die Härte der segmentierten TPEs vorwiegend durch die relativen Äquivalentgewichte und Mengen der polyfunktionellen Monomeren mit niedrigem und hohem Äquivalentgewicht bestimmt wird, wogegen die Härte ionomerer TPEs vorwiegend von den relativen Mengen an funktionalisiertem Monomer und olefinisch ungesättigtem Monomer bestimmt wird.
Die mechanischen Eigenschaften segmentierter thermoplastischer Elastomerer (wie Zugfestigkeit und Reißdehnung) hängen von mehreren Faktoren ab. Der Anteil der harten Segmente in den Polymeren, welche die TPEs bilden, ihre chemische Zusammensetzung, ihre Molekulargewichtsverteilung, das Herstellungsverfahren und die thermische Vorgeschichte des TPE beeinflussen alle den Grad der Bildung von harten Domänen. Eine Zunahme des Anteils des polyfunktionellen Monomers mit niedrigem Äquivalentgewicht ergibt eine Tendenz zur Zunahme der Härte und des Moduls des so erhaltenen TPEs bei gleichzeitiger Abnahme der maximalen Dehnungsfähigkeit.
Die obere Anwendungstemperatur segmentierter TPEs hängt vom Erweichungs- oder Schmelzpunkt des polyfunktionellen Monomers mit niedrigem Äquivalentgewicht ab, welches die harten Segmente umfaßt. Die Stabilität des polyfunktionellen Monomers mit, hohem Äquivalentgewicht, welches das weiche Segment umfaßt, ist für die Langzeitalterung ebenfalls wichtig. Bei höheren Temperaturen und einem geringeren Prozentsatz an harten Segmenten, die zu harten Domänen beitragen können, sind der Biegemodul und die Zugfestigkeit des TPEs im allgemeinen verringert. Wie für den Fachmann auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung offensichtlich, ist es zur Erhöhung der nützlichen oberen Temperatur eines segmentierten TPEs notwendig, polyfunktionelle Monomere mit niedrigem Äquivalentgewicht einzuführen, die so angepaßt sind, daß sie harte Domänen bilden, die bei höheren Temperaturen erweichen oder schmelzen. Obwohl jedoch die Erhöhung der Menge oder des Äquivalentgewichtes polyfunktioneller Monomerer mit niedrigem Äquivalentgewicht zu einer höheren TPE-Härte führen kann, können sich verringerte elastische Eigenschaften und eine verringerte Biegeermüdungsfestigkeit der daraus hergestellten Verbundschleiffilamente ergeben.
In der Erfindung nützliche, bevorzugte TPEs mit den vorstehend genannten Eigenschaften schließen die aus segmentierten Polyestern der Formel (I) hergestellten
und Gemische davon ein, wobei:
d und e ganze Zahlen jeweils im Bereich von etwa 2 bis etwa 6 sind und wobei d und e gleich oder verschieden sein können; und
x und y so ausgewählte ganze Zahlen sind, daß das so erhaltene, segmentierte Polyester- TPE eine Shore D-Durometerhärte im Bereich von etwa 30 bis etwa 90 hat.
Das gesamte Molekulargewicht (Zahlenmittel) segmentierter Polyester der Formel (I) liegt im Bereich von etwa 20 000 bis etwa 30 000; x liegt im Bereich von etwa 110 bis etwa 125; und y liegt im Bereich von etwa 30 bis etwa 115, stärker bevorzugt im Bereich von etwa 5 bis etwa 70.
Im Handel erhältliche und bevorzugte segmentierte Polyester der Formel (I) schließen die unter den Handelsbezeichnungen "Hytrel 4056", "Hytrel 5556", "Hytrel 6356", "Hytrel 7246" und "Hytrel 8238" von E. I. DuPont de Nemours and Company, Inc., Wilmington, Delaware, erhältlichen ein, wobei d und e jeweils 4 sind. Besonders bevorzugt sind die Versionen mit Shore D-Härten von 63 und 72 ("Hytrel 6356" bzw. "Hytrel 7246"). Eine ähnliche Familie thermoplastischer Polyester ist unter den Handelsnamen "Riteflex" (Hoechst Celanese Corporation) erhältlich. Noch ein weiterer, nützlicher Polyester ist der unter der Handelsbezeichnung "Ecdel" von Eastman Chemical Products, Inc., Kingsport, Tennessee, erhältliche.
Zur Herstellung in der Erfindung nützlicher, segmentierter Polyamid-TPEs besonders bevorzugte, segmentierte Polyamide sind die segmentierten Polyamide der Formel (II):
und Gemische davon, wobei:
PA ein bifunktionelles Polyamid mit einem Äquivalentgewicht von weniger als etwa 300 ist;
PE ein Dihydroxy-Polyetherblock mit einem Äquivalentgewicht von mindestens 350 ist und Polymere umfaßt, ausgewählt aus Dihydroxypolyoxyethylen, Dihydroxypolyoxypropylen und Dihydroxypolyoxytetramethylen; und
z eine so ausgewählte ganze Zahl ist, daß das so erhaltene, segmentierte Polyamid-TPE eine Shore D-Durometerhärte im Bereich von etwa 30 bis etwa 90 hat.
Segmentierte Polyamide der Formel (11) sind im Handel erhältlich, wie die unter der Handelsbezeichnung "Pebax" von Atochem Group of Elf Aquitaine erhältlichen, wobei die Shore D-Durometer-Versionen 63 und 70 in der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt sind.
Obwohl Werte für z herstellerspezifisch sind und Polymere der Formel (11) anhand der Härte charakterisiert werden können, können sie alternativ anhand ihres Schmelzindex (wie nachstehend beschrieben) charakterisiert werden, wobei die Werte im Bereich von etwa 1 g/110 min bis etwa 10 g/10 min (ASTM 1238-86, 190/2.16) bevorzugt sind.
Besonders bevorzugte, zur Herstellung in der Erfindung nützlicher Polyurethan-TPEs nützliche, segmentierte Polyurethane sind die segmentierten Polyurethane der Formel (III):
und Gemische davon, wobei
Polyol ein Polyesterpolyol oder Polyetherpolyol mit einem mittleren Molekulargewicht im Bereich von etwa 600 bis etwa 4000 bedeutet; und
t eine so ausgewählte ganze Zahl ist, daß das so erhaltene, segmentierte Polyurethan- TPE eine Shore D-Durometerhärte im Bereich von etwa 30 bis etwa 90 hat.
Der Wert von "t" wird relativ zu dem Molekulargewicht des Polyols so ausgewählt, daß sich ein Bereich von Molekulargewichten ergibt; das Zahlenmittel des Molekulargewichtes segmentierter Polyurethane der Formel (III) liegt typischerweise und bevorzugt im Bereich von etwa 35 000 bis etwa 45 000.
Im allgemeinen können segmentierte Polyurethane durch Mischen des ersten und zweiten polyfunktionellen Monomers und des Kettenextenders bei Temperaturen oberhalb etwa 80ºC hergestellt werden. Das Verhältnis der funktionellen Isocyanatreste zu den reaktiven Isocyanatresten liegt bevorzugt im Bereich von etwa 0,96 bis etwa 1,1. Werte unterhalb etwa 0,96 ergeben Polymere mit nicht ausreichendem Molekulargewicht, wogegen oberhalb von etwa 1,1 die thermoplastische Verarbeitung aufgrund exzessiver Vernetzungsreaktionen schwierig wird.
Segmentierte Polyurethane der Formel (III), die im Handel erhältlich und bevorzugt sind, sind die unter der Handelsbezeichnung "Estane" bekannten, erhältlich von B. F. Goodrich, Cleveland, Ohio, insbesondere die Qualitäten 58409 und S8810. Andere bevorzugte, segmentierte Polyurethane schließen die unter den Handelsbezeichnungen "Pellethane" und "Isoplast" von The Dow Chemical Company, Midland, Michigan (Dow Chemical) und die unter der Handelsbezeichnung "Morthane" von Morton Chemical Division, Morton Thiokol, Inc. und die unter der Handelsbezeichnung "Elastollan" von, BASF Corporation, Wyandotte, Michigan, bekannten ein.
Wie vorstehend erwähnt, haben sich auch Gemische von TPEs und anderen Polymeren als nützlich erwiesen, wie die Qualitäten 3050, 3100 und 3150 der unter der Handelsbezeichnung "Prevail" bekannten Polyurethan/Acrylnitril-Butadien-Styrol-Gemische, alle von Dow Chemical. Die Qualität 3050 hat einen Schmelzindex (ASTM-1238-86, 230/2.16) von 26 g/10 Minuten und eine Shore D-Härte von etwa 62.
Blockcopolymere, die vom Fachmann auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung als TPEs angesehen werden, einschließlich der elastomeren Copolymeren von Silikonen und Polyimiden, können sich in erfindungsgemäßen Verbundschleiffilamenten ebenfalls als nützlich erweisen. Im Handel erhältliche elastomere Copolymere thermoplastischer Silikone und Polyimide schließen die unter der Handelsbezeichnung "Siltem STM-1 S00" von GE Silicones bekannten ein. Diese Copolymere haben nach veröffentlichten Werten (Design News, S. 40, 22. Mai 1989) eine Zugfestigkeit von etwa 25 MPa, eine Dehnung von 105% und einen Biegemodul von etwa 415 MPa.

Segmentierte Polyester

Wenn das TPE aus einem segmentierten Polyester, wie dem in Formel (I) gezeigten segmentierten Copoly(etherester) stammt, dann basieren, wie vorstehend festgestellt, die polyfunktionellen Monomeren mit niedrigem und hohem Äquivalentgewicht vorzugsweise auf Poly(tetramethylenterephthalat), welches bei der Polymerisation das harte Segment bildet, bzw. auf Poly(tetramethylenoxid), welches bei der Polymerisation das weiche Segment bildet. Die Poly(ether)-Komponente des Copoly(etheresters) ist vorzugsweise von α-Hydro-ω- hydroxyoligo(tetramethylenoxid) mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichtes im Bereich von etwa 1 000 bis etwa 2 000 abgeleitet. Die Copoly(ester)-Komponente des Copoly- (etheresters) basiert vorzugsweise auf Poly(tetramethylenterephthalat), das bei der Polymerisation das harte Segment bildet, mit mittleren Molekulargewichten im Bereich von etwa 600 bis etwa 3 000. Das Molekulargewicht von Copoly(etherester)polyestern der Formel (I) liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 20 000 bis etwa 40 000. Für eine eingehendere Diskussion segmentierter Polyester siehe Legge et al., Seiten 164-196, durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen.

Segmentierte Polyamide

Zur Verwendung in der Erfindung vorgesehene Polyamide der Formel (II), die zur Erzeugung segmentierter Polyamid-TPEs nützlich sind, werden typischerweise als Polyetherblockamide (oder "PEBA") beschrieben, wobei die letzteren durch die Polykondensationsreaktion von Dihydroxy-Polyetherblöcken und Polyamidblöcken auf der Basis von Dicarbonsäuren, wie in Formel (III) gezeigt, im geschmolzenen Zustand erhalten werden können (wobei PA "Polyamid" und PE "Polyether" bedeutet). Dicarbonsäure- Polyamidblöcke können durch die Reaktion von Polyamid-Vorprodukten mit einer Dicarbonsäure als Kettenbegrenzungsmittel hergestellt werden. Die Reaktion wird bevorzugt bei hoher Temperatur (vorzugsweise höher als 230ºC) und vorzugsweise unter Druck (bis zu 2,5 MPa) durchgeführt. Das Molekulargewicht des Polyamidblockes wird typischerweise von der Menge des Kettenbegrenzungsmittels bestimmt.
Das Polyamid-Vorprodukt kann aus Aminosäuren (wie Aminoundekansäure und Aminododekansäure); Lactamen (wie Caprolactam, Lauryllactam und dergleichen); Dicarbonsäuren (wie Adipinsäure, Azelainsäure, Dodekansäure und dergleichen); und Diaminen (wie Hexamethylendiamin, Dodekamethylendiamin und dergleichen) ausgewählt werden.
Die Dihydroxy-Polyetherblöcke können aus den Polyether-Vorprodukten mit jeder von zwei verschiedenen Reaktionen hergestellt werden: eine ionische Polymerisation von Ethylenoxid und Propylenoxid, die Dihydroxypolyoxyethylen und Dihydroxypolyoxypropylen-Polyether-Vorprodukte ergibt; und eine kationische Polymerisation von Tetrahydrofuran zur Herstellung von Dihydroxypolyoxytetramethylen-Polyether-Vorprodukten.
Die Polyetherblockamide werden dann durch Blockcopolymerisation der Polyamid- Vorprodukte und Dihydroxypolyether-Vorprodukte hergestellt. Die Blockcopolymerisation ist eine Polyveresterung, die typischerweise bei hoher Temperatur (vorzugsweise im Bereich von 230 bis 280ºC) unter Vakuum (10 bis 1 400 Pa) und unter Verwendung eines geeigneten Katalysators, wie Ti(OR)&sub4;, durchgeführt wird, wobei R ein kurzkettiger Alkylrest ist. Es ist im allgemeinen auch notwendig, während der Polymerisation Zusatzstoffe, wie ein Antioxidationsmittel und/oder optische Aufheller zuzugeben.
Die Struktur der so erhaltenen Polyetherblockamide umfaßt lineare, regelmäßige Ketten starrer Polyamidsegmente und flexibler Polyethersegmente. Weil Polyamid- und Polyethersegmente nicht mischbar sind, zeigen Polyetherblockamide wie jene der Formel (III) eine "zweiphasige" Struktur, in der jedes Segment seine eigenen Eigenschaften in das Polymer einbringt. Aufgrund der Struktur ist es möglich, vier grundlegende, chemische Kriterien zu verändern, um die physikalischen Eigenschaften des Polyetherblockamides zu kontrollieren: die Natur des Polyamidblockes, die Natur des Polyetherblockes, die Länge der Polyamidblöcke und das Massenverhältnis der Polyamid- und Polyetherblöcke. Die Natur des Polyamidblockes beeinflußt den Schmelzpunkt, die Dichte und die chemische Beständigkeit des Polyetherblockamides, wogegen der Polyetherblock die Glasübergangstemperatur, die hydrophilen Eigenschaften und das Antistatikverhalten beeinflußt. Die Länge des Polyamidblockes beeinflußt den Schmelzpunkt des Polymers und das Massenverhältnis der Polyamid- und Polyetherblöcke kontrolliert die Härteeigenschaften. Es ist z. B. möglich, Qualitäten von Polyetherblockamiden mit Shorehärten im Bereich von etwa 75D bis hinab zu etwa 60A zu synthetisieren. Eine Erhöhung des Polyethergehaltes verringert im allgemeinen die Zugfestigkeit und die Elastizität der Polyetherblockamide. (Siehe Legge et al., Seiten 217-230, durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen).

Segmentierte Polyurethane

In der vorliegenden Erfindung nützliche, segmentierte Polyurethan-TPEs werden bevorzugt aus segmentierten Polyurethanen der Formel (III) hergestellt, die ein polyfunktionelles Monomer mit hohem Äquivalentgewicht und ein polyfunktionelles Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht umfassen, wie vorstehend beschrieben und auch einen Kettenextender mit niedrigem Molekulargewicht einschließen können, wie ebenfalls vorstehend beschrieben. In thermoplastischen Polyurethanelastomeren wird das harte Segment durch die Zugabe des Kettenextenders, z. B. 1,4-Butandiol, zu einem Diisocyanat, zum Beispiel 4,4'- Diphenylmethandiisocyanat (MDI) erzeugt. Das weiche Segment besteht aus langen, flexiblen Polyether- oder Polyester-Polymerketten, die zwei oder mehr harte Segmente verbinden. Bei Zimmertemperatur sind die niedrigschmelzenden, weichen Segmente nicht mit den polaren, hochschmelzenden harten Segmenten verträglich, was zu einer Mikrophasentrennung führt.
Zur Herstellung segmentierter Polyurethan-TPEs nützliche Polyurethane werden im allgemeinen aus langkettigen Polyolen mit einem mittleren Molekulargewicht im Bereich von etwa 600 bis 4 000 (polyfunktionelles Monomer mit hohem Äquivalentgewicht), Kettenextendern mit einem Molekulargewicht im Bereich von etwa 60 bis etwa 400 und Polyisocyanaten (polyfunktionelles Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht) hergestellt. Bevorzugte langkettige Polyole sind die hydroxylterminierten Polyester und die hydroxylterminierten Polyether.
Ein bevorzugter hydroxylterminierter Polyester wird aus Adipinsäure und einem Überschuß eines Glykols, wie Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglykol oder Gemischen dieser Diole, hergestellt. Die Reaktion, welche die hydroxylterminierten Polyester aus diesen Bestandteilen erzeugt, wird vorzugsweise bei Temperaturen bis zu etwa 200ºC durchgeführt, wobei der so erhaltene Polyester eine Säurezahl von weniger als etwa 2 hat und aus allen möglichen Oligomeren im Bereich von monomerem Glykol bis zu Spezies mit hohem Molekulargewicht zusammengesetzt ist. Andere Säuren, die bei der Herstellung der hydroxylterminierten Polyester verwendet werden können, umfassen Azelainsäure und Terephthalsäure, entweder allein oder im Gemisch mit Adipinsäure. Im allgemeinen erhöht die Gegenwart aromatischer oder cycloaliphatischer Ringe in der Säure oder in dem Diol die Glasübergangstemperatur des hydroxylterminierten Polyesters. Polycaprolactone und aliphatische Polycarbonate können bei einigen Anwendungen wegen ihrer einzigartigen physikalischen Eigenschaften bevorzugt sein. Die Polycaprolactone werden vorzugsweise aus &epsi;-Caprolacton und einem bifunktionellen Initiator, z. B. 1,6-Hexandiol, hergestellt. Die Polycarbonate zeigen eine ausgezeichnete Hydrolysestabilität und werden aus Diolen, z. B. 1,6-Hexandiol, und Phosgen oder durch Umesterung mit Carbonaten niederen Molekulargewichtes, wie Dimethyl- oder Diethylcarbonat, hergestellt.
Zur Herstellung von Polyurethanen der Formel (III) nützliche, langkettige Polyetherpolyole, die zur Herstellung segmentierter Polyurethan-TPEs nützlich sind, welche in erfindungsgemäßen Verbundschleiffilamenten nützlich sind, stammen bevorzugt aus zwei Klassen: den Poly(oxypropylen)glykolen und den Poly(oxytetramethylen)glykolen. Die ersteren Glykole können durch die basenkatalysierte Addition von Propylenoxid und/oder Ethylenoxid an bifunktionelle Starterverbindungen, z. B. Propylenglykol oder Wasser, hergestellt werden, während die letzteren durch die kationische Polymerisation von Tetrahydrofuran hergestellt werden können. Diese beiden Klassen von Polyethern haben eine Funktionalität von etwa 2. Die gemischten Polyether von Tetrahydrofuran und Ethylen- oder Propylenoxid können ebenfalls wirksam als das weiche Segment in dem Polyurethan-TPE verwendet werden.
Im Gegensatz zu anderen Polyurethanen sind nur einige wenige Polyisocyanate zur Herstellung thermoplastischer elastomerer Polyurethane geeignet. Das nützlichste bevorzugte Polyisocyanat ist MDI, wie vorstehend erwähnt. Andere umfassen Hexamethylendiisocyanat (HDI), 1-Isocyanato-3-isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexan (IPDI); 2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanat (TDI); 1,4-Benzoldiisocyanat und trans-Cyclohexan-1,4-diisocyanat.

Ionomere TPEs

"Ionomere thermoplastische Elastomere" betrifft eine Unterklasse thermoplastischer Elastomerer auf der Basis ionischer Polymerer (Ionomere). Ionomere TPEs werden vom Fachmann auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung im allgemeinen in die Kategorie der TPEs eingeordnet und sind als TPEs in dieser Erfindung nützlich. Ionomere TPEs sind durch die Bildung ionischer Cluster zwischen zwei oder mehr flexiblen "Ionomer"- (ein Wort, das eine Zusammenziehung von "ionisches Polymer" ist) Ketten charakterisiert, wobei jeder ionische Cluster analog zu einer harten, kristallinen Domäne in einem TPE ist, das segmentierte Polymere umfaßt. Die Ionomeren sind, wie vorstehend beschrieben, das Copolymerisationsprodukt eines funktionalisierten Monomers mit einem olefinisch ungesättigten Monomer. Ionomere thermoplastische Elastomere bestehen aus zwei oder mehr flexiblen Polymerketten, die an vielen Stellen durch Ionenassoziate oder Cluster aneinander gebunden sind. Die Ionomeren werden typischerweise durch Copolymerisation eines funktionalisierten Monomers mit einem olefinisch ungesättigten Monomer oder durch direkte Funktionalisierung eines vorgeformten Polymers hergestellt. Carboxylfunktionalisierte Ionomere werden durch direkte Copolymerisation von Acryl- oder Methacrylsäure mit Ethylen, Styrol und ähnlichen Comonomeren durch radikalische Copolymerisation erhalten. Das so erhaltene Copolymer ist im allgemeinen als freie Säure erhältlich, die mit Metallhydroxiden, Metallacetaten und ähnlichen Salzen bis zu dem gewünschten Grad neutralisiert werden kann. Eine Übersicht über die Geschichte der Ionomeren und sie betreffende Patente ist in Legge et al., S. 231-243 zu finden.
Zur Herstellung ionomerer TPEs nützliche Ionomere umfassen typischerweise und vorzugsweise das Reaktionsprodukt eines funktionalisierten Monomers mit einem olefinisch ungesättigten Monomer, oder sie umfassen ein polyfunktionalisiertes vorgeformtes Polymer. In den Begriffen "ionomere TPEs" und "Ionomere" sind Anionomere, Kationomere und Zwitterionomere eingeschlossen.
Bevorzugte Ionomere, die zur Herstellung in der Erfindung nützlicher, ionomerer TPEs verwendet werden, umfassen das Produkt der Copolymerisationsreaktion eines funktionalisierten Monomers und eines olefinisch ungesättigten Monomers, wobei die Ionomeren durch Formel (IV) dargestellt werden:
und Gemische davon, wobei:
R¹, R² und R³ gleich oder verschieden sein können und aus Wasserstoffatomen, Alkylresten, substituierten Alkylresten, Arylresten und substituierten Arylresten ausgewählt sind;
m und n ganze Zahlen sind, die gleich oder verschieden sein können und so ausgewählt sind, daß der Gewichtsprozentanteil der funktionalisierten Monomeren im Bereich von etwa 3 bis etwa 25 Gew.-% des gesamten Ionomergewichtes liegt, und so, daß das so erhaltene ionomere TPE eine Shore D-Durometerhärte im Bereich von etwa 30 bis etwa 90 hat;
D eine aus COO und SO&sub3; ausgewählte funktionelle Gruppe ist; und
M aus Na, Zn, K, Li, Mg, Sr und Pb ausgewählt ist.
Die Ionomeren der Formel (IV), in denen R¹ = R² = R³ = CH&sub3; und D = COO ist, sind besonders bevorzugt. Das Ionomer ist besonders bevorzugt, wenn R¹ = CH&sub3;, D = COO und M = Na ist, und ein solches Ionomer ist im Handel erhältlich, zum Beispiel von E. I. DuPont de Nemours and Company, Inc., Wilmington; Delaware, unter der Handelsbezeichnung "Surlyn 8550".
Die Werte von m und n sind normalerweise nicht von den Herstellern angegeben, werden aber so gewählt, daß das erhaltene ionomere TPE bei Zimmertemperatur eine Shore D-Durometerhärte im Bereich von etwa 30 bis etwa 90 hat. Alternativ können m und n dahingehend beschrieben werden, daß sie dem geschmolzenen ionomeren TPE eine Flußrate (auf dem Fachgebiet früher als "Schmelzindex" bezeichnet) im Bereich von etwa 1 g/10 min bis etwa 10 g/10 min (nach ASTM-Test D1238-86, Anordnung 190/2.16, früher D1238-79, Anordnung E) verleihen. Der Test umfaßt, kurz gesagt, das Einbringen einer Probe in die Bohrung eines vertikalen, geheizten Zylinders, der am unteren Ende der Bohrung mit einer Öffnung versehen ist. Dann wird ein beschwerter Kolben in die Bohrung des Zylinders eingeführt und über zehn Minuten die Menge des aus dem Zylinder durch die Öffnung austretenden, geschmolzenen Polymers in Gramm aufgezeichnet.
Das funktionalisierte Monomer kann aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Vinylacetat und dergleichen und Copolymeren davon ausgewählt werden, wobei Acryl- und Methacrylsäure besonders bevorzugt sind.
Das olefinische Monomer kann aus Ethylen, Propylen, Butadien, Styrol und dergleichen und Copolymeren davon ausgewählt werden, wobei Ethylen das olefinische Monomer der Wahl ist, weil es verfügbar und relativ billig ist.
Das funktionalisierte Monomer und das olefinische Monomer werden typischerweise und vorzugsweise direkt unter Verwendung freier Radikale copolymerisiert, und solche Verfahren sind auf dem Fachgebiet bekannt und erfordern hierin keine weitere Erläuterung.
Ionomere, die sich wie ionomere TPEs verhalten können und deshalb in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, wie die unter der Handelsbezeichnung "SURLYN" (die der Formel (IV) entsprechen) bekannten, werden vorzugsweise durch Copolymerisation eines funktionalisierten Monomers und eines olefinisch ungesättigten Monomers oder durch direkte Funktionalisierung eines vorgeformten Polymers hergestellt, wie vorstehend festgestellt. Ionomere der Formel (IV) sind für die Herstellung ionomerer TPEs, die in gehärteten Materialien erfindungsgemäßer Verbundschleiffilamente verwendet werden sollen, besonders bevorzugt. Die großen Mengen im Handel befindlicher Qualitäten von Ethylen/Methacrylsäure-Copolymeren, die z. B. zwischen etwa 5 und etwa 20 Gew.-% der Methacrylsäurekomponente enthalten, machen diese Ionomeren in der vorliegenden Erfindung besonders nützlich.
M in Formel (IV) wird typischerweise und vorzugsweise aus Natrium (Na) und Zink (Zn) ausgewählt, obwohl Ionomere unter Verwendung von Kalium (K), Lithium (Li), Magnesium (Mg), Strontium (Sr) und Blei (Pb) zu dem Bereich der Formel (IV) gerechnet werden.
Die Verwendung von Natrium als Kation in Formel (IV) kann erwünscht sein, wo die Aufnahme von Wasser durch das ionomere TPE auf den Verbundschleiffilamenten kein Problem ist, wogegen Zink eine viel geringere Wasseraufnahme zeigt und deshalb dort bevorzugt ist, wo die Wasseraufnahme ein Problem ist. Ionomere werden vorzugsweise im geschmolzenen Zustand neutralisiert, vorzugsweise mit einem metallischen Reagenz, das als Oxid, Hydroxid oder Methylat entweder trocken oder als konzentrierte Lösung zugegeben wird. Die Elastizität der Schmelze nimmt mit dem Fortschritt der Neutralisation zu. Die Steifigkeit nimmt mit dem Grad der Neutralisation zu und erreicht bei etwa 40% Neutralisation ein Plateau. Die Zugfestigkeit nimmt jedoch bei höheren Neutralisationsgraden weiter zu. Ein bevorzugter Neutralisationsgrad ist etwa 70% bis 80% Neutralisation, weil die Zugfestigkeit ionomerer TPEs üblicherweise an diesem Punkt ein Plateau erreicht. Die Neutralisation wird vorzugsweise unter Verwendung von Metallacetaten durchgeführt, wobei die Essigsäure durch Verdampfen entfernt wird. Die Acetate von Zink, Blei, Kupfer, Barium, Cobalt und Nickel ergeben alle klare Schmelzen und eine quantitative "Vernetzung". Eine weitere Diskussion über Ionomere ist in Legge et al., S. 231-268 dargelegt und durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen.
Die organischen Polymermaterialien sind natürlich nicht auf diese Komponenten beschränkt. Glasfaserverstärkte thermoplastische Polyesterelastomere (Handelsbezeichnung "Thermocomp YF") sind erhältlich von ICI Advanced Materials, LNP Engineering Plastics, Exton, PA.
Die gehärteten Materialien, welche ein thermoplastisches Elastomer und Schleifpartikel umfassen, sind natürlich nicht auf diese Komponenten beschränkt.

Verfahren zur Herstellung von Schleiffilamenten

Exemplarische Verfahren zur Herstellung von Kern-Schale-Verbundschleiffilamenten und Monofilamenten gemäß der vorliegenden Erfindung werden beschrieben.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Schleiffilamentes des Kern-Schale-Typs wird unter Bezug auf die Verwendung eines thermoplastischen Elastomers beschrieben, obwohl, wie vorstehend beschrieben, andere organische Polymermaterialien verwendet werden können. Ein Verfahren zur Herstellung eines Schleiffilamentes vom Kern-Schale-Typ kann die Schritte umfassen: (a) Aufschmelzen eines ersten organischen Polymermaterials, umfassend ein thermoplastisches Elastomer, und Zugeben von Schleifpartikeln; (b) Aufschmelzen eines zweiten organischen Polymermaterials, wobei das zweite organische Polymermaterial aus thermoplastischen Elastomeren, thermoplastischen Polymeren und Gemischen davon ausgewählt wird; (c) gleichzeitiges Pressen des ersten und zweiten geschmolzenen organischen Materials durch getrennte erste und zweite Passagen innerhalb derselben Düse, wobei die getrennten Passagen das erste und zweite geschmolzene organische Polymermaterial zwingen, die Form erster und zweiter länglicher Filamentkomponenten anzunehmen, die entlang der kontinuierlichen Oberfläche der ersten Komponente durch Verschmelzen in engem Kontakt verklebt sind und so ein Schleiffilament-Vorprodukt bilden; und (d) Abkühlen des Schleiffilament-Vorproduktes auf eine Temperatur, die ausreicht, das erste und zweite geschmolzene organische Polymermaterial zu härten und so das Schleiffilament zu bilden.
Ein erfindungsgemäßes Polysiloxan in Form eines Konzentrates, wie vorstehend beschrieben, z. B. Polysiloxan enthaltende Pellets, kann mit dem thermoplastischen Elastomer des ersten organischen Polymermaterials, dem zweiten organischen Polymermaterial oder beiden gemischt werden, bevor das thermoplastische Elastomer aufgeschmolzen wird. In einer anderen Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes Polysiloxan zuvor auf ein anorganisches Füllmaterial mit großer Oberfläche, wie Quarzstaub, aufgebracht und zusammen mit den in Schritt (a) zugegebenen Schleifpartikeln gemischt werden.
Das Polysiloxan wird vorzugsweise sowohl zu dem ersten als auch zu dem zweiten organischen Polymermaterial zugegeben.
Verfahren, bei denen das TPE der ersten (und zweiten, wenn ein TPE verwendet wird) Komponente segmentiert ist und in denen ein Extruder verwendet wird, um das TPE aufzuschmelzen, sind bevorzugt. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff "geschmolzen", daß das TPE auf eine Temperatur erhitzt wird, die mindestens oberhalb der Schmelztemperatur des weichen Segmentes für TPEs liegt, stärker bevorzugt oberhalb der Dissoziationstemperatur der harten Bereiche oder ionischen Cluster des TPEs, oder, wenn ein TP verwendet wird, bedeutet der Begriff "geschmolzen", daß das TP über die Schmelztemperatur des TPs erhitzt wird.
Erfindungsgemäße Kern-Schale-Schleiffilamente können mit einem Extrusionsverfahren hergestellt werden, das die Verwendung mindestens zweier Extruder einschließt, deren Auslaßöffnungen jeweils mit einer Düse verbunden sind. Z. B. werden ein erstes geschmolzenes organisches Polymermaterial, umfassend TPE oder TP, und darauf abgestimmt, eine Filamentkomponente zu bilden (oder ein Gemisch von TPE und TP) und ein zweites geschmolzenes organisches Polymermaterial, umfassend TPE oder TP, und darauf abge stimmt, die zweite längliche Filamentkomponente zu bilden, miteinander durch getrennte erste und zweite Passagen innerhalb derselben Düse extrudiert. Die getrennten Passagen zwingen das erste und zweite geschmolzene organische Polymermaterial, als ein oder mehrere Extrudate aus der Düse die Form erster und zweiter länglicher Filamentkomponenten anzunehmen, die entlang der kontinuierlichen Oberfläche der ersten Komponente durch Verschmelzen in engem Kontakt verklebt sind.
Schleifpartikel werden zusammen mit optionalen Haftvermittlern, Füllstoffen, Pigmenten und dergleichen mindestens einem der ersten und zweiten geschmolzenen Polymermaterialien stromaufwärts vor der Düse zugegeben. Ein oder mehrere Schleiffilament- Vorprodukte werden aus dem/den Extrudat(en) durch Abkühlen des/der Extrudate(s) (vorzugsweise durch Abkühlen in einem Kühlwasserbad oder einem Kühlwasserstrom) auf eine Temperatur, die ausreicht, das erste und zweite geschmolzene organische Polymermaterial zu härten, hergestellt. Die Schleiffilament-Vorprodukte werden dann typischerweise mit auf dem Fachgebiet bekannten Wickelmaschinen auf geeignete Kerne gewickelt, wo sie gelagert werden, bis sie in einzelne Schleiffilamente geschnitten werden.
Schleifpartikel können auch in ein Schleiffilament-Vorproduktextrudat eingebracht werden, indem das Extrudat mit den Schleifkörnern mit Kraft beschossen wird, wie mittels elektrostatischer oder mechanischer Kräfte. In einer anderen Ausführungsform können die Schleifpartikel mittels eines Schwebebettes von Schleifpartikeln eingebracht werden, wobei das Extrudat durch das Schwebebett strömt. Das bevorzugte Verfahren ist jedoch jenes, bei dem das erste und das zweite geschmolzene organische Polymermaterial durch eine Düse geleitet wird, die schon Schleifpartikel enthält, und das Extrudat zu den Schleiffilament- Vorprodukten abgekühlt wird.
In einem erfindungsgemäßen, bevorzugten Verfahren kann eine Düse an den Ausgang mindestens zweier Extruder angeschlossen werden, wobei ein Extruder eine bevorzugte Technik zum Aufschmelzen des organischen Polymermaterials und zum Einmischen der Schleifpartikel ist. Für jedes TPE werden die Zonentemperaturen des Extruders und die Düsentemperatur vorzugsweise auf die im Handel für jedes TPE empfohlenen Temperaturen eingestellt (siehe Tabelle A), wobei die hauptsächliche Begrenzung die Schmelz- oder Dissoziationstemperatur der harten Domänen oder ionischen Cluster des TPE ist. Bevorzugte Temperaturen der Extrusionszonen und der Düse sind in Tabelle A aufgelistet. Die Extruder (oder andere Mittel zum Aufschmelzen, wie beheizte Kessel und dergleichen) erhitzen die organischen Polymermaterialien vorzugsweise über die Schmelz- oder Dissoziationstemperatur der harten Domänen oder ionischen Cluster des verwendeten TPEs (die in einem Bereich liegen können, der sich mit dem Typ und der Qualität des TPEs verändert) und die Schmelztemperatur des verwendeten TPs (die ebenfalls einen Temperaturbereich haben kann) und drücken die geschmolzenen organischen Polymermaterialien durch eine beheizte Düse.
Tabelle A¹: Temperaturen der Extrusionszonen und der Düse, ºC
¹ Daten von Legge et al.
² "1" betrifft die erste geheizte Zone, während "4" die Zone vor der Düse betrifft
³ niedrigere Temperatur für geringere Härte, höhere Temperatur für höhere Härtegrade
&sup4; höhere Temperatur bei Zone 4, niedrigere Temperatur beim Ausgang der Düse.
Eine Düse, die entsprechend dem vorstehenden Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Kern-Schale-Schleiffilamente verwendet werden kann, kann eine Adapterplatte einschließen, die mit Schrauben an einer ersten Halteplatte befestigt ist, die wiederum mit Bolzen mit einer zweiten und dritten Halteplatte verbunden ist. Eine Leitung läßt geschmolzenes organisches Material aus einem ersten Extruder in die Düse und durch Kernpassagen fließen. Eine zweite Leitung läßt ein zweites geschmolzenes organisches Material durch die Passagen fließen und erzeugt so Schalen in den Extrudaten. Wenn erfindungsgemäße Schleiffilamente ohne Schalen gewünscht werden, wird kein geschmolzenes organisches Material durch die Leitung in die Düse eintreten gelassen. Stopfen können vorgesehen werden, um den Fluß des geschmolzenen organischen Materials in Rohreinsätze mit gegebenem Innendurchmesser oder gegebener Form zu lenken, die leicht entfernt und durch andere Einsätze ersetzt werden können, um die Form und die Größe des Kerns in Kern- Schale-Ausführungen zu kontrollieren. Ähnlich können andere Einsätze vorgesehen werden, um die Dicke der Schale der Extrudate zu kontrollieren, welche die Düse über die Austrittsöffnungen verlassen. Wenn ein Polysiloxan in Form eines Konzentrates, z. B. Plastikpellets, zugesetzt wird, kann das Polysiloxan einem der beiden Extruder oder beiden zugeführt werden.
Die Variationen der Struktureinzelheiten der Düsen, wie die veranschaulichten, können unterschiedlich sein. Z. B. können mit einer einzelnen Düse mehr als zwei Extrudate erzeugt werden, und eine Vielzahl von Düsen kann in einer Verteileranordnung verwendet werden. Zur Klarheit wird in den Figuren hierin eine Düse mit einer Struktur zur Herstellung von nur zwei Extrudaten veranschaulicht. Mehr als zwei Bolzen können vorgesehen werden, genauso wie mehr als zwei Schrauben. Weiterhin haben die Bolzen vorzugsweise helixartige Schraubelemente, welche die Bolzenschäfte umhüllen und es erlauben, ein hohes Drehmoment auf die Bolzen auszuüben, ohne die Halteplatten zu beschädigen. Außerdem ist typischerweise ein Heizelement vom Typ einer "elektrischen Decke" um die Düse gewickelt, um die gewünschte Düsentemperatur zu erreichen und aufrechtzuerhalten.
Schleifpartikel und Polysiloxan können, wenn sie z. B. auf ein Füllmaterial aufgebracht werden, den geschmolzenen organischen Materialien, die durch eine der Leitungen oder beide eintreten, über Beschickungsstutzen der Extruder zugesetzt werden, vorzugsweise an genügend weit vorne liegenden Punkten, um eine angemessene Dispersion der Schleifpartikel in den gesamten geschmolzenen organischen Materialien zu erreichen, ohne aber ein übermäßiges Abschleifen der Metallteile der Extruder oder Düsen zu bewirken. Wie vorstehend festgestellt, können die Schleifpartikel in einer anderen Ausführungsform in einem zweiten Schritt, z. B. durch elektrostatische Beschichtung, (d. h. nach der Erzeugung des Extrudates) auf dem geschmolzenen Polymer abgelagert werden.
Eine Abschreckung mit kaltem Wasser findet stromabwärts hinter der Düse statt (vorzugsweise unmittelbar dahinter), durch die das Extrudat fließt, um eine schnelle Abkühlung des geschmolzenen organischen Polymermaterials zu erreichen und ein Schleiffilament-Vorprodukt zu erzeugen, das mindestens ein TPE und Schleifpartikel umfaßt.
Wenn die Schleiffilament-Vorprodukte orientiert werden sollen, können die Vorprodukte mit Streckverhältnissen von bis zu etwa 5 : 1 orientiert werden, um die Zugfestigkeit der so erhaltenen erfindungsgemäßen Schleiffilamente zu erhöhen; da dies jedoch die Schleifwirksamkeit der Schleiffilamente merklich zu verringern scheint, ist es nicht bevorzugt. Nachdem das Schleiffilament-Vorprodukt gehärtet ist, kann zu ästhetischen, Lagerungs- oder anderen Zwecken eine optionale Beschichtung (z. B. eine Kunststoffbeschichtung) darauf aufgebracht werden.
Es sollte weiterhin selbstverständlich sein, daß die Schleiffilamente und Schleifpartikel Füllstoffe, Schmiermittel und Schleifhilfsmittel in Mengen enthalten können, die auf dem Fachgebiet der Schleifmittel typischerweise verwendet werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundschleiffilamentes wird jetzt unter Bezugnahme auf die Verwendung eines thermoplastischen Elastomers veranschaulicht, obwohl andere organische Polymermaterialien verwendet werden können. Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundschleiffilamentes kann die Schritte umfassen: (a) Aufschmelzen eines TPEs und Vereinigen mit Schleifpartikeln; (b) Beschichten mindestens eines Teils eines vorgeformten Kerns mit einer Beschichtung, die das geschmolzene thermoplastische Elastomer und Schleifpartikel umfaßt; und (c) Abkühlen der Beschichtung auf eine Temperatur, die ausreicht, um das geschmolzene thermoplastische Elastomer zu härten und so das gehärtete Material zu bilden.
Ein erfindungsgemäßes Polysiloxan in Form eines Konzentrates, wie vorstehend beschrieben, z. B. Polysiloxan enthaltende Pellets, kann vor dem Aufschmelzen des thermoplastischen Elastomers mit dem thermoplastischen Elastomer gemischt werden. In einer anderen Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes Polysiloxan auf einen anorganischen Füllstoff mit großer Oberfläche, wie Quarzstaub, aufgebracht und zusammen mit den in Schritt (a) zugegebenen Schleifpartikeln gemischt werden.
Verfahren, in denen das TPE segmentiert ist, ein Extruder zum Aufschmelzen des TPEs verwendet wird und in denen der vorgeformte Kern ein metallisches oder ein nichtmetallisches Litzenmaterial ist, sind bevorzugt. Der Ausdruck "geschmolzen", wie hierin verwendet, bedeutet den physikalischen Zustand des TPE, wenn es unter Mischungsbedingungen bei hoher Scherkraft auf eine Temperatur mindestens oberhalb der Dissoziationstemperatur der harten Bereiche oder ionischen Cluster des TPE erhitzt wird.
Erfindungsgemäße Verbundschleiffilamente können mit einem beliebigen einer Vielzahl von Verfahren hergestellt werden, einschließlich des Durchleitens eines oder mehrerer vorgeformter Kerne durch eine Düse, in der geschmolzenes, mit Schleifmittel gefülltes TPE auf die vorgeformten Kerne aufgebracht wird, während sie sich durch die Düse bewegen, des Sprühbeschichtens eines vorgeformten Kerns mit geschmolzenem, mit Schleifmittel gefülltem TPE, oder durch Durchleiten eines vorgeformten Kerns durch ein Bad von geschmolzenem TPE, gefolgt vom Aufbringen von Schleifpartikeln auf die Beschichtung aus geschmolzenem TPE. (In einer anderen Ausführungsform könnten die Schleifpartikel sich in dem Bad aus geschmolzenem TPE befinden). Schleifpartikel können auf einen TPE-beschichteten Kern aufgebracht werden, indem der TPE-beschichtete vorgeformte Kern mit Kraft mit den Schleifkörnern beschossen wird, wie mittels elektrostatischer Kräfte. Das bevorzugte Verfahren ist jedoch das erstgenannte, in dem ein oder mehrere vorgeformte Kerne durch eine Düse geleitet werden, welche die vorgeformten Kerne mindestens teilweise mit geschmolzenem, mit Schleifmittel gefülltem TPE beschichtet und das geschmolzene TPE abgekühlt wird, um das gehärtete Material zu erzeugen.
In einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Düse am Ausgang eines Extruders befestigt werden, wobei ein Extruder eine bevorzugte Technik zum Aufschmelzen des TPE und zum Einmischen der Schleifpartikel in das geschmolzene TPE ist. Das Gerät und das Verfahren von Nungesser et al., US-Patent Nr. 3,522,342, das durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen ist, ist ein bevorzugtes Verfahren. Ein geschmolzenes, mit Schleifmittel gefülltes TPE (oder ein mit Schleifmittel gefülltes TPE/thermoplastisches Polymer-Gemisch, wie gewünscht) kann auf einen einzelnen, vorgeformten Kern aufgebracht werden. Wenn ein Polysiloxan in Form eines Konzentrates, z. B. Plastikpellets, zugegeben wird, kann das Polysiloxan in den Extruder gegeben werden. Der mit schleifmittelgefülltem, Polysiloxan enthaltendem TPE beschichtete, vorgeformte Kern tritt durch die Düse aus, die eine Befestigungsmöglichkeit mit Schrauben hat, um die Düse an dem Extruder zu befestigen. Geeignete Modifikationen der Düse können vorgenommen werden, um eine Vielzahl von vorgeformten Kernen durchzulassen, und diese Modifikationen sind dem experimentellen Geschick eines Handwerkers überlassen.
Für jedes TPE werden die Zonentemperaturen des Extruders und die Düsentemperatur vorzugsweise auf die im Handel für jedes TPE empfohlenen Temperaturen eingestellt (siehe die vorstehende Tabelle A), wobei die hauptsächliche Begrenzung die Schmelz- oder Dissoziationstemperatur der harten Domänen oder ionischen Cluster des TPEs ist. Bevorzugte Temperaturen der Extruderzonen und der Düse sind in Tabelle A aufgelistet. Der Extruder (oder andere Mittel zum Aufschmelzen von TPEs, wie ein beheizter Kessel und dergleichen) erhitzt die TPEs vorzugsweise über die Schmelz- oder Dissoziationstemperatur der harten Domänen oder ionischen Cluster (die in einem Bereich liegen können, der sich mit dem Typ und der Qualität des TPEs verändert) und drückt das geschmolzene TPE durch eine beheizte Düse.
Schleifpartikel und Polysiloxan können, wenn sie z. B. auf ein Füllmaterial aufgebracht werden, dem geschmolzenen TPE über einen Beschickungsstutzen des Extruders in die geschmolzene TPE-Masse zugesetzt werden, vorzugsweise an einem genügend weit vorne liegenden Punkt, um eine angemessene Dispersion der Schleifpartikel in dem gesamten geschmolzenen TPE zu erreichen. In einer anderen Ausführungsform können die Schleifpartikel in einem zweiten Schritt, z. B. durch elektrostatische Beschichtung, (d. h. nachdem der vorgeformte Kern mit geschmolzenem TPE beschichtet wurde) auf der geschmolzenen TPE-Beschichtung verteilt werden.
Eine Abschreckung mit kaltem Wasser findet unmittelbar stromabwärts hinter der Düse statt, durch die sich der mit dem geschmolzenen TPE beschichtete, vorgeformte Kern bewegt, um eine schnelle Abkühlung des geschmolzenen TPEs zu erreichen und ein gehärtetes Material zu erzeugen, das TPE und Schleifpartikel auf dem vorgeformten Kern umfaßt, bevor der beschichtete, vorgeformte Kern auf einen Spulenkern aufgewickelt wird. Ein Verfahren, bei dem mehrere vorgeformte Kerne gleichzeitig beschichtet werden, kann vom Standpunkt der Massenproduktion von Verbundschleiffilamenten bevorzugt sein und kann unter Verwendung einer Verteileranordnung durchgeführt werden. In diesem Fall kann mehr als ein Spulenkern erforderlich sein.
Herkömmliche Düsen können einen direkt stromabwärts hinter der Abschreckung mit kaltem Wasser angebrachten Richtmechanismus mit vertikalen und horizontalen Justiermöglichkeiten erfordern, um eine Möglichkeit zum Zentrieren des vorgeformten Kerns in der Düse zu haben und konzentrische Beschichtungen zu ermöglichen. Im Handel erhältliche Düsen bieten diese Zentrierfunktion neuerdings ohne die Verwendung eines separaten Mechanismus. Eine unter dem Handelsnamen "LOVOL" bekannte Düse, erhältlich von Genca Die, Clearwater, Florida, mit einer Vierfachschraubenanordnung mit feststehendem Zentrum ergibt eine akzeptable Dispersion der Schleifpartikel in dem geschmolzenen TPE, im wesentlichen konzentrische Beschichtungen, und ist leichter neu mit Material des vorgeformten Kerns zu befüllen, wenn das Material des vorgeformten Kerns ausgetauscht wird.
Die Dicke der mit Schleifmittel gefüllten TPE-Beschichtung kann durch die Verwendung mechanischer Einsätze in der Düse verändert werden. Die Dicke der Beschichtung kann in einem gewissem Umfang auch durch die Geschwindigkeit verändert werden, mit der sich der vorgeformte Kern durch die Düse bewegt, wobei höhere Geschwindigkeiten etwas dünnere TPE-Beschichtungen ergeben. Eine Geschwindigkeit des vorgeformten Kerns im Bereich von etwa 30 bis etwa 100 m/min hat sich für Arbeiten im Pilotmaßstab als bevorzugt erwiesen, stärker bevorzugt von etwa 30 bis etwa 45 m/min. wogegen Produktionsgeschwindigkeiten beträchtlich höher sein können, wie 300 m/min für Arbeiten im Großmaßstab.
Der gehärtete, mit schleifmittelgefülltem TPE beschichtete, vorgeformte Kern kann in einzelne Verbundschleiffilamente der gewünschten Länge geschnitten werden. Es ist nicht nötig, die Filamente vor ihrer Verwendung zu orientieren, um ihre Zugfestigkeit zu erhöhen.
Andere Verfahren zum Aufbringen des organischen Polymermaterials auf den vorgeformten Kern zur Herstellung erfindungsgemäßer Verbundschleiffilamente umfassen Spritzgießen, Sprühbeschichten und Tauchbeschichten, wobei der vorgeformte Kern in jedem Fall mindestens teilweise mit dem geschmolzenen TPE beschichtet ist und wobei in dem geschmolzenen TPE Schleifpartikel dispergiert sein können oder wobei die Schleifpartikel in einem zweiten Schritt, wie einer elektrostatischen Beschichtung, aufgebracht werden.
Nachdem das geschmolzene, mit Schleifmittel gefüllte TPE gehärtet ist, können die Verbundschleiffilamente mit einer Beschichtung (z. B. eine Kunststoffbeschichtung) überzogen werden.
Es sollte weiterhin selbstverständlich sein, daß das Bindemittelsystem Füllstoffe, Schmiermittel und Schleifhilfsmittel in Mengen enthalten kann, die auf dem Fachgebiet der Schleifmittel typischerweise verwendet werden.
Ein erfindungsgemäßes Monofilament kann wie vorstehend für den Kern eines Kern- Schale-Filamentes beschrieben hergestellt werden, z. B. mittels eines Extrusionsverfahrens, wobei die Vielzahl der Schleifpartikel und ein erfindungsgemäßes Polysiloxan mit einem geschmolzenen organischen Polymermaterial zu einer Filamentkomponente vermischt werden und der einzige Unterschied ist, daß kein zweites organisches Polymermaterial gleichzeitig als Schale extrudiert wird.

Schleifgegenstände, die Schleiffilamente enthalten, und Verfahren zur Herstellung und Verwendung

Ein Schleifgegenstand, der Schleiffilamente enthält, umfaßt vorzugsweise mindestens ein erfindungsgemäßes Schleiffilament, wie vorstehend beschrieben, das vorzugsweise auf einem Substrat, wie einem Stempel, befestigt ist, welcher so beschaffen ist, daß er mit hoher Drehzahl rotiert werden kann. Wenn der Gegenstand mehr als ein Schleiffilament einschließt, können diese bezüglich Zusammensetzung und Form gleich oder verschieden sein. Bevorzugte, in erfindungsgemäßen Schleifgegenständen verwendete Schleiffilamente hängen von der Verwendung ab, aber Filamente vom Kern-Schale-Typ, die ein mit Schleifmittel gefülltes Polyester-TPE einschließen, und Verbundschleiffilamente, die Edelstahllitzen, Glasfäden und vorgeformte Aramidkerne umfassen und mit einem mit Schleifmittel gefüllten Polyester-TPE beschichtet sind, haben sich als nützlich beim Abschleifen vieler Typen von Werkstücken erwiesen, wenn sie an einem rotierenden Stempel befestigt werden, weil sie eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Biegeermüdung aufweisen, und sind bevorzugt.
Erfindungsgemäße Schleiffilamente können in eine große Vielzahl von Bürsten eingebaut werden, entweder zu einem offenen, lockeren Schleifkissen zusammengeknäuelt oder an verschiedenen Substraten befestigt. Zum Beispiel kann eine Rundbürste mit einer Vielzahl erfindungsgemäßer Schleiffilamente hergestellt werden, welche auf einen polymeren Stempel geleimt oder auf eine andere Art an ihm befestigt sind, und solche Befestigungsverfahren sind auf dem Fachgebiet bekannt. Um einen polymeren Stempel herzustellen, wird typischerweise eine Form so hergestellt, daß Schleiffilamente in Form von Schleifbürsten verwendet werden können. Eine runde Grundplatte wird mit einem durchgehenden, zentralen Loch von 3,18 cm Durchmesser hergestellt, das so beschaffen ist, daß es ein massives, zylindrisches Kernstück mit einem geringfügig kleineren Außendurchmesser als 3,18 cm aufnehmen kann. Nuten werden in eine Oberfläche der Grundplatte gefräst, um ein radiales Muster zu erzeugen, in das dünne Abstandshalter aus Metall eingesetzt werden können. Die Nuten erstrecken sich radial von einem etwa 5 Zentimeter von dem zentralen Loch entfernten Punkt aus bis zum Rand der Platte. Ein aufrechter Zylinder (200 mm Innendurchmesser) kann dann auf der Oberfläche der Grundplatte mit den Nuten so befestigt werden, daß das Loch in der Grundplatte und der Zylinder konzentrisch sind. Dann können die Abstandshalter in die Nuten, das massive, zylindrische Kernstück in das durchgehende Loch eingesetzt, und eine Vielzahl von Schleiffilamenten mit einer Länge gleich der Länge der Nut plus etwa 5 Zentimeter in den zwischen den Abstandshaltern frei gebliebenen Zwischenräumen ausgerichtet werden. Die Abstandshalter stellen ein Verfahren zur gleichförmigen und dichten radialen Verteilung der Schleiffilamente mit vorgegebener Länge bereit. Die Schleiffilamente können dann mit einem Klemmring sicher befestigt werden, der über die Enden der Filamente paßt, die zu dem durchgehenden Loch in der Mitte zeigen.
Dann wird ein gegossener polymerer Stempel erzeugt, indem ein flüssiges Epoxidharz oder ein anderes Harz in den zwischen dem festen, zylindrischen Kernstück in der Mitte und dem Klemmring gebildeten Hohlraum gegossen wird. Ein nützliches Harz umfaßt ein unter der Handelsbezeichnung "DP-420" bekanntes Zweikomponenten-Epoxidharz, erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota. Wenn das Harz vollständig ausgehärtet ist, kann die Bürste von dem Gerät abgenommen und dann getestet werden.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Schleifbürsten unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schleiffilamente verwendet eine herkömmliche "Kanal"-Bürstenherstellungsmaschine, wie die unter der Handelsbezeichnung "Model Y" verkaufte, erhältlich von Carlson Tool and Machine Company, Geneva, Illinois.
Die erfindungsgemäßen Schleiffilamente können in Bürsten vieler Typen eingebaut und für unzählige Zwecke verwendet werden, wie das Reinigen, Entgraten, Abrunden, Anbringen dekorativer Oberflächenbeschaffenheiten auf Metall-, Kunststoff und Glassubstraten und ähnliche Anwendungen. Die Bürstentypen umfassen Rundbürsten, Zylinderbürsten (wie Reinigungsbürsten für gedruckte Schaltungen), Mini-Schleifbürsten, Bodenreinigungsbürsten, Topfbürsten, Endbürsten, Topfbürsten mit konischem Profil, Topfbürsten mit konischem Rundprofil, beschichtete Topfbürsten und Endbürsten mit variabler Borstenlänge, verkapselte Endbürsten, Senkerhürsten mit Führung, Rohrbürsten verschiedener Formen, Schraubenfederbürsten, Flammrohr-Reinigungsbürsten, Kamin- und Rohrleitungsbürsten und dergleichen. Die Filamente in jeder Bürste können natürlich bezüglich ihrer Konstruktion, Konfiguration, Länge usw. gleich oder verschieden sein.
Zwei besonders bevorzugte Anwendungen von Bürsten, die erfindungsgemäße Filamente verwenden, sind das Reinigen von gedruckten Schaltungen und von Stahlplatten.

Andere Schleifgegenstände und Verfahren zur ihrer Herstellung

Beschichteter Schleifgegenstand

Ein beschichteter Schleifgegenstand umfaßt typischerweise einen Träger mit einer Hauptoberfläche und ein Bindemittelsystem, umfassend ein Polysiloxan wie vorstehend beschrieben, wobei das Bindemittelsystem eine Vielzahl von Schleifpartikeln an die Hauptoberfläche des Trägers verklebt und ein Polysiloxan umfaßt, wie vorstehend beschrieben. Das Bindemittelsystem kann mindestens zwei Lagen umfassen, die allgemein als Arbeitsbeschichtung, in welche die Schleifpartikel eingebracht werden, und Formatbeschichtung, die über den Schleifpartikeln aufgebracht wird und dem Schleifgegenstand eine höhere mechanische Festigkeit verleihen kann, bekannt sind. Das Bindemittelsystem kann zusätzlich zu der Arbeits- und der Formatbeschichtung weitere Lagen umfassen, z. B. eine Überformatbeschichtung, die aufgebracht werden kann, um zusätzliche Festigkeit oder andere gewünschte Eigenschaften zu erhalten. Jede der Beschichtungen, zum Beispiel die Arbeitsbeschichtung und die Formatbeschichtung, umfassen ein gehärtetes Bindemittel- Vorprodukt. In einer anderen Ausführungsform kann das Bindemittelsystem eine Aufschlämmung umfassen, die ein gehärtetes Bindemittel-Vorprodukt und die Vielzahl der Schleifpartikel enthält. Das Bindemittelsystem und die Schleifpartikel sind vorstehend beschrieben worden.
Ein erfindungsgemäßes Polysiloxan kann in das Bindemittelsystem, z. B. in eine Aufschlämmung oder in eine Außenbeschichtung, zum Beispiel die Formatbeschichtung oder die Überformatbeschichtung, eingebracht werden, indem das Polysiloxan in dem organischen Polymermaterial, welches das Bindemittelsystem ausmacht, z. B. ein hitzehärtbares Harz, dispergiert oder aufgelöst wird.
Die folgende Beschreibung ist ein bevorzugtes, aber nicht ausschließliches Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Schleifgegenstandes. Dieses bevorzugte Verfahren wird unter Bezugnahme auf ein Bindemittelsystem beschrieben, das eine Arbeits- und eine Formatbeschichtung und einen Träger mit einer ersten Hauptoberfläche umfaßt. Wenn ein Träger mit geringer Spannung verwendet wird, kann er hergestellt werden wie in WO 95/22438 oder in WO 93/12911 beschrieben. Z. B. können Verstärkungsfasern oder -fäden auf die Rückseite des Polyestergewebebandes laminiert werden, wie in WO 95/22438 beschrieben, und kontinuierlich auf die Rückseite des Gewebebandes aufgebracht werden. Der Zweck der Verstärkungsfäden ist es im allgemeinen, die Zugfestigkeit zu erhöhen und die mit dem Träger verbundene Spannung zu minimieren. Beispiele bevorzugter Verstärkungsfäden umfassen Polyaramidfasern, z. B. Polyaramidfasern mit der Handelsbezeichnung "Kevlar", hergestellt von E. I. DuPont, Polyesterfäden, Glasfäden, Polyamidfäden und Kombinationen davon. Verbindungs- und Stoßstellen sind vorzugsweise nicht mit den Verstärkungsfäden verbunden, so daß die Verstärkungsfäden die Verbindungsstelle verstärken und das Brechen von Verbindungsstellen minimieren. Abgesehen davon kann jeder beliebige, herkömmliche Träger für beschichtete Schleifmittel verwendet werden.
Eine Arbeitsbeschichtung, die ein erstes Bindemittel-Vorprodukt auf organischer Basis umfaßt, kann mit einer beliebigen, geeigneten Technik, wie Sprühbeschichtung, Walzenbeschichtung, Düsenbeschichtung, Pulverbeschichtung, Schmelzbeschichtung oder Rakelbeschichtung, auf eine erste Hauptoberfläche eines Trägers aufgebracht werden. Schleifpartikel können dann auf das Vorprodukt der Arbeitsbeschichtung geschleudert und damit verklebt, d. h. in dem Vorprodukt der Arbeitsbeschichtung verteilt werden. Die so erhaltene Konstruktion kann dann einer ersten Energiequelle, wie Hitze, Ultraviolett- oder Elektronenstrahlen, ausgesetzt werden, um das erste Bindemittel-Vorprodukt mindestens teilweise zu härten und eine Arbeitsbeschichtung zu erzeugen, die nicht fließt. Die so erhaltene Konstruktion kann z. B. für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 3 Stunden Hitze bei einer Temperatur zwischen 50 und 130ºC, vorzugsweise 80 bis 110ºC ausgesetzt werden. Anschließend kann mit einer beliebigen, herkömmlichen Technik, z. B. durch Sprühbeschichtung, Walzenbeschichtung und Gießbeschichtung, eine Formatbeschichtung auf die Schleifpartikel aufgebracht werden, in der ein erfindungsgemäßes Polysiloxan dispergiert oder aufgelöst wurde, umfassend ein zweites Bindemittel-Vorprodukt auf organischer Basis, welches das gleiche wie das erste Bindemittel-Vorprodukt auf organischer Basis sein kann oder ein anderes. Schließlich kann die so erhaltene Schleifkonstruktion einer zweiten Energiequelle, wie Hitze, einer Ultraviolett-Strahlungsquelle oder Elektronenstrahlen ausgesetzt werden, welche die gleiche wie die erste Energiequelle oder eine andere sein kann, um die Arbeitsbeschichtung und die Formatbeschichtung, welche das zweite Bindemittel-Vorprodukt umfaßt, vollständig zu hitzegehärteten Polymeren zu härten oder zu polymerisieren.
In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren auch das Aufbringen einer Schleifmittelaufschlämmung auf eine erste Hauptoberfläche eines Trägers einschließen, wobei die Schleifmittelaufschlämmung eine Vielzahl von Schleifpartikeln und ein Bindemittel- Vorprodukt umfaßt, jeweils wie vorstehend beschrieben, und das Behandeln der Aufschlämmung bei Bedingungen, die das Bindemittel-Vorprodukt verfestigen und eine Schleifbeschichtung bilden. Die Bedingungen können das Erhitzen einschließen, wie vorstehend für das Härten der Arbeits- und Formatbeschichtung beschrieben.

Strukturierter Schleifgegenstand

Ein strukturierter Schleifgegenstand umfaßt typischerweise einen Träger mit einer Hauptoberfläche und eine Vielzahl von Verbundschleifmitteln, welche an die Hauptoberfläche des Trägers gebunden sind, wobei jedes Verbundschleifmittel eine Vielzahl von Schleifpartikeln und ein Bindemittelsystem umfaßt, welches ein Bindemittel und ein Polysiloxan umfaßt, wie vorstehend beschrieben. Verbundschleifmittel sind geformt, vorzugsweise präzise geformt.
Die in erfindungsgemäßen Verbundschleifmitteln verwendeten Schleifpartikel sind wie vorstehend beschrieben. Geeignete Bindemittel umfassen gehärtete Bindemittel-Vorprodukte, wie vorstehend beschrieben, und können z. B. Acrylatmonomer(e), Acrylatepoxide, Acrylatisocyanate, Acrylatisocyanurate, Acrylaturethane und Kombinationen davon einschließen.
Die präzis geformten Verbundmittel können die folgenden Formen haben: Pyramiden, Pyramidenstümpfe, Kegel, Grate oder Kegelstümpfe, bevorzugt Pyramiden.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Schleifgegenstandes, der Verbundschleifmittel umfaßt, ist in dem US-Patent Nr. 5,152,917 (Pieper et al.) des Abtretungsempfängers und in WO 94/15752 (Spurgeon et al.) allgemein beschrieben, die beide durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen sind.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen, strukturierten Schleifgegenstandes umfaßt das Einbringen einer Schleifmittelaufschlämmung, die ein Bindemittel-Vorprodukt, Schleifpartikel und ein erfindungsgemäßes Polysiloxan (das in dem Bindemittel- Vorprodukt aufgelöst oder dispergiert sein kann) enthält, auf ein Produktionswerkzeug, wobei das Produktionswerkzeug ein festgelegtes Muster hat.
Das Bindemittel-Vorprodukt wird dann mindestens teilweise geliert oder gehärtet, bevor das Zwischenprodukt des Gegenstandes von der äußeren Oberfläche des Produktionswerkzeuges weggenommen wird, um einen strukturierten, beschichteten Schleifgegenstand herzustellen, der dann von dem Produktionswerkzeug weggenommen wird.
Wenn das Produktionswerkzeug aus einem durchsichtigen Material hergestellt ist, z. B. ein Polypropylen- oder Polyethylen-Thermoplast, dann kann entweder sichtbares oder Ultraviolettlicht durch das Produktionswerkzeug und in die Schleifmittelaufschlämmung geschickt werden, um das Bindemittel-Vorprodukt zu härten. Dieser Schritt wird in WO 94/15752 weitergehend beschrieben.
Wenn in einer anderen Ausführungsform der Träger für sichtbares oder Ultraviolettlicht durchlässig ist, kann sichtbares oder Ultraviolettlicht durch den Träger geschickt werden, um das Bindemittel-Vorprodukt zu härten.
Durch mindestens teilweises Härten oder Verfestigen auf dem Produktionswerkzeug hat der Verbundschleifgegenstand eine präzise Form und ein vorbestimmtes Muster. Das Produktionswerkzeug kann jedoch weggenommen werden, bevor eine präzise Form erreicht ist, was einen Verbundschleifgegenstand ergibt, der keine präzise Form hat. Das Bindemittel- Vorprodukt kann nach dem Wegnehmen von dem Produktionswerkzeug weiter verfestigt oder gehärtet werden.
Der Ausdruck "Produktionswerkzeug", wie hierin verwendet, bedeutet einen Gegenstand mit Vertiefungen oder Öffnungen. Das Produktionswerkzeug kann z. B. ein Zylinder, ein flexibles Gewebe oder ein Endlosband sein. Auf die äußere Oberfläche des Produktionswerkzeuges wird ein Träger aufgebracht, nachdem die Vertiefungen gefüllt worden sind, so daß die in den Vertiefungen enthaltene Schleifmittelaufschlämmung eine Hauptoberfläche des Trägers benetzt und ein Zwischenprodukt eines Gegenstandes bildet. Das Bindemittel- Vorprodukt wird dann mindestens teilweise gehärtet oder geliert, bevor das Zwischenprodukt des Gegenstandes von der äußeren Oberfläche des Produktionswerkzeuges weggenommen wird. In einer anderen Ausführungsform kann die Schleifmittelaufschlämmung so auf den Träger aufgebracht werden, daß die Schleifmittelaufschlämmung eine Hauptoberfläche des Trägers benetzt und ein Zwischenprodukt eines Gegenstandes bildet. Das Zwischenprodukt des Gegenstandes wird dann in ein Produktionswerkzeug mit einem spezifizierten Muster eingebracht.
Das Produktionswerkzeug kann ein Band, eine dünne Platte, eine kontinuierliche dünne Platte oder ein Gewebe, eine Beschichtungswalze oder eine auf einer Beschichtungswalze oder einer Düse angebrachte Hülse sein. Die äußere Oberfläche des Produktionswerkzeuges kann glatt sein oder eine Oberflächentopographie oder ein Muster haben. Das Muster besteht im allgemeinen aus einer Vielzahl von Vertiefungen oder Merkmalen. Der so erhaltene Schleifgegenstand besitzt das Negativ des Musters des Produktionswerkzeuges. Diese Vertiefungen können jede geometrische Form, wie ein Rechteck, Halbkreis, Kreis, Dreieck, Quadrat, Sechseck, Pyramide, Achteck usw. haben. Die Vertiefungen können in einem punktweisen Muster oder in kontinuierlichen Reihen vorhanden sein, oder die Vertiefungen können aneinanderstoßen.
Das Produktionswerkzeug kann aus Metall oder aus einem thermoplastischen Material hergestellt werden. Das Metallwerkzeug kann mit einer beliebigen, herkömmlichen Technik, wie Gravieren, Abwälzfräsen, Elektroformen, Diamantdrehen und dergleichen hergestellt werden.
Die folgende Beschreibung skizziert ein allgemeines Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Produktionswerkzeuges. Zunächst wird ein Originalwerkzeug bereitgestellt. Wenn in dem Produktionswerkzeug ein Muster gewünscht wird, dann sollte das Originalwerkzeug ebenfalls das Negativ des Musters für das Produktionswerkzeug haben. Das Originalwerkzeug wird vorzugsweise aus Metall gemacht, z. B. Nickel. Das Originalwerkzeug aus Metall kann mit einer beliebigen, herkömmlichen Technik, wie Gravieren, Abwälzfräsen, Elektroformen, Diamantdrehen usw. hergestellt werden. Das thermoplastische Material wird dann optional zusammen mit dem Originalwerkzeug erhitzt, so daß dem thermoplastischen Material das Muster des Originalwerkzeuges eingeprägt wird. Nach dem Prägen wird das thermoplastische Material abgekühlt, um es zu verfestigen.

Gebundener Schleifgegenstand

Ein erfindungsgemäßer, gebundener Schleifgegenstand umfaßt eine Vielzahl von Schleifpartikeln und ein Bindemittel, das ein Polysiloxan umfaßt, wie vorstehend beschrieben, und das die Vielzahl der Schleifpartikel zu einer geformten Masse verbindet. Der gebundene Schleifgegenstand kann z. B. ein herkömmlicher flexibler, gebundener Schleifgegenstand sein, der ein elastomeres Polyurethan als Bindemittel verwendet. Das Polyurethan kann ein Schaum sein, wie in den US-Patenten Nrn. 4,613,345; 4,459,779; 2,972,527; und 3,850,589 offenbart, oder ein Feststoff, wie in den US-Patenten Nm. 3,982,359; 4,049,396; 4,221,572; 4,933,373; und 5,250,085 offenbart.
Die folgende Beschreibung ist ein bevorzugtes, aber nicht ausschließliches Verfahren zur Herstellung eines gebundenen Schleifgegenstandes. Ein gebundener Schleifgegenstand kann durch Dispergieren einer Vielzahl von Schleifpartikeln und Dispergieren oder Auflösen eines Polysiloxans, wie vorstehend beschrieben, in einem Bindemittel-Vorprodukt zu einem homogenen Gemisch hergestellt werden. Das Gemisch kann dann durch Formen in die gewünschte Form und auf die gewünschten Ausmaße gebracht und dann Bedingungen ausgesetzt werden, die ausreichen, das Bindemittel-Vorprodukt zu härten und zu verfestigen, wie z. B. im US-Patent Nr. 5,250,085 beschrieben.

Vliesschleifgegenstand

Ein erfindungsgemäßer Schleifgegenstand kann ein Vliesschleifgegenstand sein, der mindestens eine Hauptoberfläche und einen inneren Bereich haben kann und ein offenes, lockeres Gewebe organischer Fasern, eine Vielzahl von Schleifpartikeln und ein Bindemittel umfaßt, welches ein Polysiloxan enthält, wie vorstehend beschrieben, und die Vielzahl der Schleifpartikel an das offene, lockere Gewebe klebt. Die organischen Fasern sind punktweise aneinander geklebt und das Bindemittel-Vorprodukt, das die Vielzahl der Schleifpartikel umfaßt, ist im allgemeinen mindestens an den Punkten vorhanden, an denen die organischen Fasern aneinandergeklebt sind. Vliesschleifgegenstände werden im US-Patent Nr. 2,958,593 allgemein veranschaulicht und können hergestellt werden wie von US- Patent Nr. 4,991,362 und US-Patent Nr. 5,025,596 gelehrt, die alle durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen sind.
Im allgemeinen schließen Vliesschleifgegenstände ein offenes, lockeres, dreidimensionales Gewebe organischer Fasern ein, die an den Punkten zusammengeklebt sind, an denen sie Kontakt mit einem Bindemittel-Vorprodukt haben. Das Bindemittel-Vorprodukt, in dem ein Polysiloxan, wie vorstehend beschrieben, dispergiert oder gelöst ist, kann auf das Gewebe z. B. mittels Walzenbeschichtung oder Sprühbeschichtung aufgebracht und dann Bedingungen ausgesetzt werden, die ausreichen, das Bindemittel-Vorprodukt zu härten und zu verfestigen. Die Vielzahl der Schleifpartikel kann in dem Bindemittel-Vorprodukt enthalten sein oder z. B. durch Tropfbeschichtung oder elektrostatische Beschichtung aufgebracht werden, nachdem das Bindemittel-Vorprodukt aufgetragen ist, aber bevor das Bindemittel-Vorprodukt gehärtet wird.

Geformte Schleifbürste

Eine erfindungsgemäße Schleifbürste kann eine Schleifbürste mit einer Vielzahl von Borsten sein, die mit dem Träger eine Einheit bilden, genauer gesagt, eine durch Spritzgießen eines Gemisches eines formbaren Polymers mit Schleifpartikeln hergestellte Schleifbürste. Ein Gesichtspunkt betrifft eine integral geformte Schleifbürste, umfassend eine flexible Basis mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die Basis im allgemeinen planar ist; und eine Vielzahl flexibler Borsten, die aus der ersten Seite der Basis herausragen. Die Borsten können ein Seitenverhältnis von mindestens 2 haben und werden integral mit der Basis geformt. Die geformte Schleifbürste umfaßt ein formbares Polymermaterial, welches mindestens innerhalb der gesamten Borsten dispergierte Schleifpartikel einschließt und in dem formbaren Polymermaterial ein Polysiloxan enthalten kann, wie vorstehend beschrieben. Unter einem anderen Gesichtspunkt können die Borsten ein Seitenverhältnis von mindestens 5 und unter einem noch anderen Gesichtspunkt können die Borsten ein Seitenverhältnis von mindestens 7 haben.
Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer geformten Schleifbürste kann die Schritte umfassen: a) Zusammenmischen eines formbaren Polymers, Schleifpartikeln und eines Polysiloxans, wie vorstehend beschrieben, z. B. in der Form eines Konzentrates, z. B. Plastikpellets, um ein Gemisch zu erzeugen; b) Erhitzen des Gemisches, um ein fließfähiges Material zu erzeugen; und c) Einspritzen des fließfähigen Materials unter Druck in eine Form, um eine Schleifbürste zu erzeugen; wobei die Bürste umfaßt: eine flexible Basis mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die Basis im allgemeinen planar ist; und eine Vielzahl flexibler Borsten, die aus der ersten Seite der Basis herausragen, wobei die Borsten ein Seitenverhältnis von mindestens 2 haben und mit der Basis integral geformt sind. Unter einem Gesichtspunkt dieses Verfahrens kann Schritt a) das Mischen eines thermoplastischen Elastomers mit Schleifpartikeln umfassen. Unter einem anderen Gesichtspunkt des Verfahrens kann Schritt a) weiterhin das Mischen eines erfindungsgemäßen Polysiloxans mit dem Gemisch umfassen.
Eine erfindungsgemäße, geformte Schleifbürste kann beschaffen sein wie in U. S. 5,679,067 beschrieben.

Verfahren zum Abschleifen eines Werkstückes

Ein Verfahren zum Abschleifen eines Werkstückes mit einem erfindungsgemäßen Schleifgegenstand umfaßt das Erzeugen einer relativen Bewegung zwischen einem Werkstück und dem Schleifgegenstand, so daß der Schleifgegenstand mit dem Werkstück Kontakt hat und es abschleift. Wenn der Schleifgegenstand ein Schleiffilament ist, kann/können das/die Schleiffilament(e) vor dem Abschleifen eines Werkstückes an einem Substrat befestigt werden. Bevorzugte Substrate sind metallische Stempel, synthetische Fußbodenunterlagen, Holz, holzähnliche Materialien und Kunststoff. In einer anderen Ausführungsform können die Filamente zu einer lockeren, offenen Matte geformt und die Matte und/oder das Werkstück unter Druck gegeneinander bewegt werden, oder ein einzelnes Schleiffilament kann verwendet werden, um ein Werkstück zu schlichten oder zu schneiden.
Verschiedene Modifikationen liegen im Bereich der Erfindung. Zum Beispiel kann ein Schleifgegenstand, insbesondere die hierin beschriebenen Schleifgegenstände, ein erfindungsgemäßes Polysiloxan über mindestens einen Teil einer Schleifoberfläche umfassen, d. h. eine beliebige Oberfläche des Schleifgegenstandes, die in der Lage ist, ein Werkstück abzuschleifen. Ein erfindungsgemäßes Polysiloxan kann in einem kompatiblen Lösungsmittel gelöst werden, z. B. Hexan oder Heptan, bevor es auf mindestens einen Teil einer Schleifoberfläche eines Schleifgegenstandes aufgetragen wird.

BEISPIELE

Schleiftest an einer ebenen Platte

Bürsten, die Verbundschleiffilamente enthielten, wurden gewogen und getrennt an einer Welle befestigt, die mit einem 2,24 Kilowatt- (KW) (3 Pferdestärken (PS)) Motor verbunden war, der bei 1800 Upm betrieben wurde. Kaltgewalzte 1018-Stahlplatten mit 100 mm im Quadrat und etwa 6 mm dick, wurden gewogen und dann mit einer Kraft von 13,3 Pa mit jeder Bürste in Kontakt gebracht. Die Testbürsten und Stahlplatten wurden in 15 Minuten- Intervallen wieder gewogen, um den Gewichtsverlust der Stahlplatten und den Gewichtsverlust der Testbürsten zu bestimmen. Nach 8 Testabschnitten von je 15 Minuten (insgesamt 120 Minuten) wurden die Tests beendet und der gesamte Abrieb (Gewichtsverlust der Stahlplatten) wurde berechnet. Dieser Wert wurde durch 2 geteilt, um den durchschnittlichen Abrieb in Gramm pro Stunde jeder Bürste zu erhalten. Die Wirksamkeit (q.) jeder Bürste wurde durch Teilen des gesamten Gewichtsverlustes der Platte durch den gesamten Gewichtsverlust des Verbundschleiffilamentes berechnet.

Materialien

Polymerqualität-Pulver, erhältlich von Witco Organics Division, Perth Amboy, New Jersey:
Stearinsäurederivate: Calciumstearat (Ca St), 4
Aluminiumstearat (Al St),
Lithiumstearat (Li St),
Zinkstearat (Zn St) und
Ethyl-bis-Stearamid (Et St)
Molybdändisulfid (MoS): erhältlich von Dow Corning, Midland, Michigan, unter der Handelsbezeichnung "MOLYKOTE Z Powder"
Graphit: Graphit mit technischer Reinheit, im Handel erhältlich von Great Lake Carbon Corporation, Morganton, North Carolina
Polysiloxan: erhältlich von Dow Corning Corporation, Midland, Michigan, unter der Handelsbezeichnung "BY27-010".

Bürstenkonstruktion

Eine Form wurde so hergestellt, daß Verbundschleiffilamente verwendet werden konnten, um Schleifbürsten herzustellen. Eine kreisförmige Grundplatte mit einem durchgehenden, zentralen Loch mit 3,18 cm Durchmesser, das so beschaffen war, daß es ein massives, zylindrisches Kernstück mit einem geringfügig kleineren Außendurchmesser als 3,18 cm aufnehmen konnte, wurde hergestellt. Nuten wurden in eine Oberfläche der Grundplatte gefräst, um ein radiales Muster zu erzeugen, in das dünne Abstandshalter aus Metall eingesetzt werden konnten. Die Nuten erstreckten sich radial von einem etwa 5 Zentimeter von dem durchgehenden, zentralen Loch entfernten Punkt aus bis zum Rand der Platte. Ein aufrechter Zylinder (200 mm Innendurchmesser) wurde dann auf der Oberfläche der Grundplatte mit den Nuten so befestigt, daß das Loch in der Grundplatte und der Zylinder konzentrisch waren. Dann wurden die Abstandshalter in die Nuten gesteckt, das massive, zylindrische Kernstück m das durchgehende Loch eingesetzt und eine Vielzahl von Schleiffilamenten mit einer Länge gleich der Länge der Nut plus etwa 5 Zentimeter in den zwischen den Abstandshaltern frei gebliebenen Zwischenräumen ausgerichtet. Die Abstandshalter stellten ein Verfahren zur gleichförmigen und dichten radialen Verteilung der Verbundschleiffilamente mit vorgegebener Länge bereit, die dann mit einem Klemmring sicher befestigt werden konnten, der über die Enden der Filamente paßte, die zu dem durchgehenden Loch in der Mitte zeigten.
Dann wurde ein gegossener, polymerer Stempel erzeugt, indem bei etwa 50ºC ein flüssiges Zweikomponenten-Epoxidharz (Handelsbezeichnung "DP-420", von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota) in den zwischen dem festen, zylindrischen Kernstück in der Mitte und dem Klemmring gebildeten zentralen Hohlraum gegossen wurde. Als das Harz vollständig ausgehärtet war, wurde die Bürste von dem Gerät abgenommen und dann getestet.

Beispiel 1

Beispiel 1 demonstriert vergleichend die Leistungsfähigkeit verschiedener Komponenten in verschiedenen Anteilen, wenn sie in eine Verbundschleiffilament-Zusammensetzung eingeschlossen werden.
Eine Komponente, wie in Tabelle 1 aufgeführt, wurde in Anteilen von 1%, 2% und 4% einem Extrudat von "Hytrel 6356"-Polyesterelastomer zugegeben, während dieses durch einen synchron laufenden 30 mm Doppelschneckenextruder mit einem L : D-Verhältnis von 30 : 1 (erhältlich von Werner & Pfleiderer, Ramsey, NJ, als Modell ZSK30) verarbeitet wurde. Das Polyesterelastomer wurde mit der Komponente gemischt und durch den Extruder aufgeschmolzen (betrieben bei 260-265 Upm mit einer so eingestellten Gehäuse-Heizung, daß eine Schmelztemperatur von etwa 282ºC erhalten wurde), worauf 45 Teile Siliziumcarbid- Schleifpartikel des Grades 180 pro 55 Teilen Polyesterelastomer durch einen Beschickungs- stutzen des Extrudergehäuses zugegeben wurden. Ein vorgeformtes Kernmaterial aus Mehrfachgarn aus Glas (erhältlich von Owens-Corning Fiberglass Corporation, Toledo, Ohio, unter der Handelsbezeichnung "OCF G75 PY") wurde durch eine Extrusionsdüse gezogen, die das geschmolzene, Schleifmittel enthaltene Polyesterelastomer auf den vorgeformten Glaskern auftrug. Die verwendete Extrusionsdüse war unter der Handelsbezeichnung "LOVOL" von Genca Die, Clearwater, Florida, im Handel erhältlich. Nach dem Verlassen der Extrusionsdüse wurde das geschmolzene Polyesterelastomer durch Abkühlen des beschichteten, vorgeformten Kerns in einem Wasserstrom gehärtet, der etwa 150 mm vom Ausgang der Extrusionsdüse entfernt war, wonach der mit schleifmittelgefülltem Polyesterelastomer beschichtete, vorgeformte Kern auf eine für jede Komponente getrennte Rolle gewickelt wurde, und die Kombination bei diesem Anteil wurde bewertet. Verbundschleiffilamente, welche die verschiedenen Anteile der Komponente enthielten, wurden danach von jeder Rolle abgeschnitten, Bürsten wurden mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt, und die Bürsten wurden mit dem Schleiftest auf der ebenen Platte bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 1 Tabelle 2
Während die Abnutzungswerte in den für die vorliegende Erfindung repräsentativen Beispielen abnahmen, blieben die Abriebwerte erhalten oder nahmen zu, was ausgezeichnete Wirksamkeiten ergab, die in einigen Fällen 5 bis 6 mal höher waren als die Wirksamkeiten der Vergleichsbeispiele.

Beispiel 2

Beispiel 2 demonstriert die Effekte höherer Polysiloxanzugaben zu den Schleifgegenständen.
Die Filamente und Bürsten von Beispiel 2 wurden identisch wie die von Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß noch höhere Anteile an Polysiloxan zugegeben wurden und daß die Siliziumcarbid-Schleifpartikel durch 45 Teile Aluminiumoxid-Schleifpartikel der Qualität P120 ersetzt wurden. Die Ergebnisse des Schleiftests auf der ebenen Platte sind in Tabelle 3 gezeigt. Es ist zu beachten, daß nicht nur die Abnutzung der Bürste dramatisch reduziert war, sondern daß auch der Abrieb sich deutlich verbesserte. Bei dem 6%-Anteil wurden Gesamtwirksamkeiten von fast dem Dreißigfachen der Kontrollprobe erreicht. Tabelle 3

Claims

1. Schleifgegenstand, umfassend

(a) eine Vielzahl von Schleifpartikeln und

(b) ein Bindemittelsystem, das die Vielzahl der Schleifpartikel verklebt, wobei das Bindemittelsystem ein Bindemittel und ein Polysiloxan der Formel (A) umfaßt:

wobei R, R', R¹, R², R³, R&sup4;, R&sup5; und R&sup6; gleich oder verschieden und ein Alkyl-, Vinyl-, Chloralkyl-, Aminoalkyl-, Epoxy-, Fluoralkyl-, Chlor-, Fluor- oder Hydroxylrest sein können und n 500 oder größer ist.

2. Beschichteter Schleifgegenstand, umfassend

(a) einen Träger mit einer Hauptoberfläche

(b) eine Vielzahl von Schleifpartikeln

(c) ein Bindemittelsystem, das die Vielzahl der Schleifpartikel an die Hauptoberfläche des Trägers verklebt, wobei das Bindemittelsystem ein Bindemittel und ein Polysiloxan umfaßt, wie in Anspruch 1 definiert.

3. Gebundener Schleifgegenstand, umfassend

(a) eine Vielzahl von Schleifpartikeln und

(b) ein Bindemittelsystem, das die Vielzahl der Schleifpartikel zu einer geformten Masse verbindet, wobei das Bindemittelsystem ein Bindemittel und ein Polysiloxan umfaßt, wie in Anspruch 1 definiert.

4. Vliesschleifgegenstand mit mindestens einer Hauptoberfläche und einem inneren Bereich, umfassend

(a) ein offenes, lockeres Gewebe organischer Fasern

(b) eine Vielzahl von Schleifpartikeln

(c) ein Bindemittelsystem, das die Vielzahl der Schleifpartikel an das offene, lockere Gewebe klebt, wobei das Bindemittelsystem ein Bindemittel und ein Polysiloxan umfaßt, wie in Anspruch 1 definiert.

5. Schleiffilament, umfassend:

(a) eine erste längliche Filamentkomponente mit einer kontinuierlichen Oberfläche über ihre ganze Länge, umfassend ein erstes, gehärtetes organisches Polymermaterial; und

(b) eine zweite längliche Filamentkomponente, die mit der ersten länglichen Filamentkomponente abschließt, umfassend ein zweites gehärtetes organisches Polymermaterial, das entlang der kontinuierlichen Oberfläche mit der ersten länglichen Filamentkomponente durch Verschmelzen in engem Kontakt verklebt ist, wobei das zweite gehärtete organische Polymermaterial dasselbe wie das erste gehärtete organische Polymermaterial ist oder ein anderes

und wobei mindestens eines des ersten und zweiten gehärteten organischen Polymermaterials darin dispergierte und mit ihm verklebte Schleifpartikel enthält und mindestens eines des ersten und zweiten gehärteten organischen Polymermaterials ein Polysiloxan umfaßt, wie in Anspruch 1 definiert.

6. Schleiffilament gemäß Anspruch 5, wobei das Polysiloxan ein Polydimethylsiloxan der Formel (B) ist:

wobei R und R' gleich oder verschieden und ein Alkyl-, Vinyl-, Chloralkyl-, Aminoalkyl-, Epoxy-, Fluoralkyl-, Chlor-, Fluor-, oder Hydroxylrest sein können und n 500 oder größer ist.

7. Schleiffilament gemäß Anspruch 5, wobei mindestens eines des ersten und zweiten gehärteten organischen Polymermaterials ein thermoplastisches Elastomer umfaßt.

8. Schleiffilament gemäß Anspruch 5, wobei die erste längliche Filamentkomponente ein Kern mit einer Kern-Querschnittsfläche und die zweite längliche Filamentkomponente eine Hülle mit einer Hüllen-Querschnittsfläche ist, wobei die Querschnittsfläche der Hülle und die Querschnittsfläche des Kerns durch eine senkrecht auf einer Hauptachse des Schleiffilamentes stehende Ebene definiert sind.

9. Verbundschleiffilament, umfassend mindestens einen vorgeformten Kern, der mindestens teilweise mit einem gehärteten organischen Polymermaterial beschichtet ist, das (a) in dem gehärteten organischen Polymermaterial dispergierte und mit ihm verklebte Schleifpartikel und (b) ein Polysiloxan umfaßt, wie in Anspruch 1 definiert.

10. Verbundschleiffilament gemäß Anspruch 9, wobei das gehärtete organische Polymermaterial ein thermoplastisches Elastomer umfaßt.