Brevet FR2421032A1 — publié le 19791026

La présente invention concerne des articles abrasifs et plus particulièrement des disques abrasifs. On sait que la plupart des articles métalliques doivent subir un traitement de surface par abrasion, notamment un polissage avant de recevoir une couche de peinture, ou encore un dépôt électrolytique. Ces traitements peuvent être effectués par sablage, grenaillage, ou encore par meulage. Le sablage et le grenaillage ont l'avantage de convenir pour des pièces de formes très diverses, mais l'opération est relativement lente, poussiéreuse et bruyante. Les meules permettent de travailler plus rapidement, mais elles manquent d'élasticité et ne s'adaptent pas facilement aux pièces de différentes formes. Pour remédier au manque de souplesse des meules, on a déjà réalisé des disques abrasifs comprenant une armature constituée par une nappe aérée tridimensionnelle et élastique de morceaux de filaments entrelacés et assujettis entre eux au moins à de nombreux points de contact mutuel par un premier liant, ladite nappe renfermant au moins sur une faible profondeur, dans une face, des globules d'un second liant, éventuellement de même nature que le premier liant, chargé de particules abrasives. La structure et la fabrication de disques abrasifs de ce type sont décrits notamment dans le brevet français NO 1 239 913. Ces disques abrasifs sont facilement adaptables à diverses formes, ils sont légers, et par conséquent leur entraînement ne nécessite pas beaucoup de puissance. Cependant, en raison de leur très grande souplesse, ces disques doivent être maintenues au dos, c'est-3-dire sur la face dépourvue d'abrasif. Par conséquent, jusqu'à présent on devait coller sur le dos du disque et sur toute sa surface un support tel qu'un disque de papier rigide, de carton, de fibre vulcanisée, ou encore de toile tissée. Le collage d'un support au dos du disque abrasif présente des inconvénients ; en particulier, lors d'une usure importante du disque et lorsqu'on atteint le support, celui-ci se déchire, ou résiste suivant sa nature, et laisse des marques indésirables sur les pièces travaillées. En cas de travail intensif, le support risque aussi de se décoller du disque abrasif et d'en provoquer la déchirure, en outre le collage d'un support est une opération relativement coûteuse. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités. Elle vise un disque abrasif du type précité, pouvant s'adapter facilement à des pièces de différentes formes, mais assez rigide- pour pouvoir être utilisé directement sur une ponceuse sans qu'il soit nécessaire de le maintenir au dos sur toute sa surface. La présente invention a pour objet un disque abrasif rigide, perméable aux fluides, comprenant une armature constituée par une nappe aérée, tridimensionnelle, et élastique de morceaux de filaments dont certains au moins ne sont pas linéaires, entrelacés et assujettis entre eux au moins à de nombreux points de contact mutuel par un premier liant, ladite nappe renfermant au moins sur une faible profondeur dans une face, des globules d'un second liant chargé de particules abrasives, lesdits globules étant fixés, suivant une répartition aléatoire mais homogène sur lesdits morceaux de filaments, ledit dits=' que renfermant sur une profondeur limitée dans autre face une couche. lacunaire ouverte d'un troisième liant rigide engluant lesdits morceaux de filaments. Lorsqu'on dit que certains au moins des morceaux de fila ents ne sont pas linéaires, cela signifie cue ces morceaux de filaments sont crêpés ou bouclés, c'est-à-dire capables de former une structure à trois dimensions. Le disque ainsi obtenu peut être utilisé directement sur une ponceuse équipée d'un classique plateau de maintien souple et d'un écrou de serrage central. Comme il n'est plus nécessaire de maintenir le disque au dos sur toute sa surface, on conserve malgré la rigidité, une structure très poreuse, le disque peut dDnc être lavé très facilement par aspersion d'eau, et par un choix convenable des liants, l'immersion du disque dans de très nombreux solvants est possible, sans risque de dégradation des caractéristiques abrasives et récani- eues. Par rapport aux disques avec support collé au dos, l'usure est plus régulière et la couche laminaire du troisième liant au dos résis- te aux efforts et ne peut se séparer du disque abrasif.A noter également que des rigidités de disque très différentes peuvent être obtenues par simple modification de la quantité ou de la forrulation du troisième liant. L'armature peut être constituée par une nappe non tissée, notamment aiguilletée, et on peut avantageusement utiliser comme produit de base, c'est-à-dire l'armature de morceaux de filants avec le zamier liant et les globules du s- 1 ~- chargé de particules abrasives, le produit commercialisé sous la dénomination "3M Me tau conditioning disc" par la demanderesse. Parmi les matériaux convenant particulièrement bien pdur former au moins en partie le troisième liant, on peut citer les résines thermodurcissables, notamment du groupe comprenant les résines formophénoliques, polyester,-alkydes, polyuréthanes, urée formol et acryliques, la résine thermodurcissable pouvant etre avantageusement chargée et plastifiée. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le disque renferme environ 2t00 g/m2 du troisième liant réparti sur environ la moitié de son épaisseur, et au cours du durcissement le troisième liant se rétracte légèrement de façon telle que le disque est légèrement bombédu côté abrasif, en forme de calotte sphérique, ce qui permet d'obtenir une meilleure application contre le plateau de maintien de la ponceuse. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un disque abrasif rigide, perméable aux fluides, à partir d'une nappe aérée tridimensionnelle et élastique de morceaux de filatents dont certains au moins ne sont pas linéaires, entrelacés et assujettis entre eux au moins à de nombreux points de contact mutuel par un premier liant, ladite nappe renfermant au moins sur une faible profondeur, dans une face, des globules d'un second liant chargé de particules abrasives, lesdits globules étant fixés suivant une répartition aléatoire mais homogène sur lesdits morceaux de filaments, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on encolle superficiellement l'autre face de ladite nappe avec une composition visqueuse renfermant une résine thermodurcissable, on fait pénétrer ladite composition dans ladite nappe pour l'iBprégner sur une partie seulement de on épaisseur, on chauffe ladite nappe imprégnée jusqu'à ce que ladite composition ne soit plus collante, ni transférable, et que ladite résine ne soit que partiellement polymérisée, on découpe ledit disque dans ladite nappe et on durcit ladite composition par chauffage dudit disque jusqu'à polymérisation complate de ladite résine. Ainsi, avant le découpage des disques et le dur cisse:nent complet, la nappe peut être bobinée et subir toute manipulation exigeant uhe certaine flexibilité, ce qui permet d'économiser de la place pour le stockage et de diminuer les déchets au moment de la découpe. Ceci. n'était pas possible avec les nappes coilées sur un support, car elles ne pouvaient être ni pliées ni bobinées, ce qui aurait occa sonné des déchets importants au moment de la découpe. La composition visqueuse de résine thermodurcissable, de plastifiant et de charge dans un solvant, présente de préférence une-viscosité ajustée environ entre 18000 et 50000 centipoises, et la quantité utilisée est de 1'ordre de 1750 à 2500 g/m . Après im- prégnation, on chauffe la nappe à une température comprise entre environ 150 et lôOPC pendant 8 à 10 mn environ, et le durcissement est effectué à une température comprise entre 120 et 15(;OC environ, pendant 15 à 60 minutes environ. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue de face d'un disque abrasif suivant l'invention. La figure 2est une vue de profil en coupe axiale du disque de la figure 1. La figure 3 représente schématiquement en coupe la structure d'un disque abrasif suivant l'invention. La figure 4 est un schéma des différentes s opérations de fabrication d'un disque suivant l'invention. Un disque abrasif 1 suivant l'invention représenté sur les figures 1 à 3 comporte une nappe aérée 2, tridimensionnelle et élastique de morceaux de filaments 3 dont certains au moins ne sont pas linéaires, entrelacés et assujettis entre eux au moins à de nombreux points de contact mutuel par un premier liant (non représenté) et renfermant une couche 4 dans une face avant 5, de globules d'un second liant, symbolisé par des hachures 6, chargé de particules abrasives, les globules étant fixés suivant une répartition aléatoire mais homogène sur les morceaux de filaments 3. Sur une profondeur 7 d'une face arrière 8, le disque 1 comporte une couche lacunaire ouverte, symbolisée par des hachures 9, d'un troisième liant rigide engluant les morceaux de filaments 3. Il est à noter que les couches 4 et 9 peuvent être adjacentes, ou se recouvrir partiellement, ou encore séparées par une zone ne renfermant que les morceaux de filaments 3 et le premier liant. La référence 10 désigne une ouvarture pour le montage du disque 1 sur une ponceuse, et on voit sur la figure 2 que le disque 1 est légèrement bombé sur la face avant 5, c'est-à-dire du côté abrasif, en forme de calotte sphérique. Pour réaliser des disques suivant l'invention, on a utilisé comme produit de base, c'est-à-dire l'armature de morceaux de filaments avec le premier liant et les globules de second liant chargé de particules abrasives, le produit commercialisé sous la dénomination "3M Metal Conditioning disc". Le produit de base, en bobine, est encollé entre des cylindres, sur a face arrière, par le troisième liant ayant la composition pondérale suivante Solvant cellosolve 6,9 Résine formo-phénolique 23,1 Plastifiant polyamide 6,9 Charge CaC03 63,1 Total 100,0 La viscosité de ce mélange est d'environ 50.000 Cps, mesurée au viscosimètre Brookfield, aiguille 4, vitesse 6, et île peut être amenée à environ 18 000 Cps par addition de 4 % de cellosolve. Le poids de liant humide déposé est d'environ 1750 à 2500 g/m2 le poids sec de lirnt pour une enduction en poids humide de 2500 g/m2, étant d'environ 2100 g/m2, tandis que le produit de base présente un poids sec d'environ 1750 g/m2. Après l'encollage, le produit est soumis à un prédurcissement par passage dans un four à une température d'environ 150 à 1800C pendant environ 8 à 10 minutes, le troisième liant n'étant alors plus collant ni transférable, et seulement partiellement polymérisé. Le four comporte de préférence plusieurs zones entre lesquelles le produit peut être retourné, car il reste suffisamment souple. Après le pré-durcissement, le produit est bobiné et stocké. Le stockage ne doit pas être trop prolongé afin d'éviter un durcissement trop important du troisième liant, ce qui rigidifierait le produit et cntrainerait des difficultés pour le débobinage et la découpe. Après debobinage le produit est découpé en disques par exemple au moyeh d'une presse pneumatique ou d'un outil emportepièce à empreintes multiples. Le durcissement jusqu'à polymérisation complète du troisième liant s'effectue ensuite dans un four à convoyeur et à une température comprise entre environ 120 et 1500C et pendant environ 15 à 60 minutes. Ce durcissement provoque un léger retrait du troisième liant, qui a pour effet de bomber légèrement le disque. Les disques abrasifs ainsi obtenus présentent les caractéristiques suivantes - 3580 g/m2 dont 1750 g/m2 de produit de base et 2 100 g/m2 de troisième liant. - épaisseur d'environ 10 mm, l'épaisseur du produit de base étant d'environ 8 mm - pénétration du troisième liant environ 5,5 nm. On a également étudié la porosité à l'air des disques abrasifs obtenus, de la façon suivante Lorsque l'on empêche l'air de passer librement dans un ventilateur actionné par un moteur électrique, on observe une chute de l'ampérage consommé par ce moteur électrique. Cette chute de l'ampérage est proportionnelle à la résistance que l'on oppose au libre passage de l'air. Les ampérages sont contrôlés lorsque l'orifice de l'aspirateur est totalement ouvert puis fermé complètement. Dans un deuxième temps, les produits dont la porosité à l'air est à mesurer, sont placés devant l'ouverture de l'aspirateur de façon à l'obturer sur toute sa section. Résultats A) Aspirateur orifice non obturé : 2,95 A B) Aspirateur orifice obturé : 2,15 A Chute A - B = 0,80 A C) Produit de base collé sur un support de fibres vulcanisées d'épaisseur 0,65 mm C1 Fibre contre l'orifice : 2,18 A 2,18 A C2 Partie abrasive contre l'orifice 2,75 A 2,75 A D- Disque suivant 1'invention : D1 C8té dos encollé contre 2,80 A l'orifice 2,70 À D2 Partie abrasive contre 2,82 A l'orifice 2,80 A Expression des résultats en pourcentage de la chute d'ampérage, observée entre l'orifice non obturé et l'orifice totalement obturé.:: Produit de base collé sur support Côté fibre contre l'orifice ( A - C1 ) x 100 (A-B) -96,25% Partie abrasive contre L'orifice ( A - C2 ) x 100 - - 25,00 % ( A - B) Disque suivant l'invention C8té dos encollé contre l'orifice ( A - D1 ) x 100 = 25,00% B) Partie'abrasive contre l'orifice ( A - D2 ) x 100 17,50% ( A - B) - 17,50% On constate par conséquent que le disque suivant l'invention est nettement plus poreux, et qu'il est plus symétrique vis-àvie du libre passage de l'air entre ses deux faces. On a également effectué des essais d'usure avec des disques constitués par le produit de base seul, des disques encollés suivant l'invention, et des disques constitués par le produit de base collé sur un support. Ces essais ont été effectués sur une ponceuse à ).500 tours/mn et avec des disques de 178 mm de diamètre . Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau suivant ESSAIS D'USURE Produit Produit suivant Produit de ba'- de base sans l'invention en- se collé sur support collé au dos support de fi 1500 vm2 sec bres vulcani sées. ép. 40 mu OEeration 1 Rugosité moyenne obtenue lorsque le produit est utilisé après un disque abrasif 3M type C, grain 80 1,0 1,0 1,1 Opération 2 Accélération de l'usure des disques en les faisant travailler 2 mn sur un angle vif de cornière métallique. Opération 3 Rugosité moyenne obtenue lorsque le produit est utilisé après un disque abrasif 3M type C, grain 60 1,1 1,3 1,0 Opération 4 De même que l'opération 2. Note : A ce stade, le produit de base non encollé et non collé sur support se vrille et ne supporte pas le traitement infligé plus de 20 secondes. Opération 5 De même que l'opéra- tion 3 Détérioré 0,9 -,9 Opération 6 1 mn de travail sur un angle vif de cornière métallique Vitesse d'usure du disque exprimée en de perte de 17 poids,après que les 6 opé- (après opérarations aient été effec- tion 4 seule- 13,8 17, 8 tuées. ment) Observations : Le disque n'est pas la perte de Les pertes de suffisamment rigide et matière ac- matieres sont ne supporte pas d'être tive est uni- localisées sollicité trop sévère- formément ré- principale ment partie sur le ment sur la disque périphérie du disque env. 5mm,laissant la fibre vul canisée appa raire seule. Les résultats ci-desus font clairement apparaitre l'usure plus faible et plus régulière des disques abrasifs suivant L'invention. On notera également que les disques suivant l'invention peuvent être lavés avec un jet d'eau très chaude pour éliminer les particules métalliques graisseuses agglomérées et qui les empêcheraient d'être pleinement efficaces. De même les disques suivant l'invention peuvent être trempés et séjourner dans des solvants ne dissolvant pas leurs constituants. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de l'invention. C'est ainsi qu'on peut utiliser des quantités de troi filme liant supérieures à 2500 g/m mais au-dessus de cette valeur et plus particulièrement au-dessus de 3000 g/m2 le disque devient moins flexible et ses propriétés généralement moins intéressantes. De même l'invention peut s'appliquer a un produit de base constitué par une armature de morceaux de filaments avec un premier liant, renfermant dans une face des globules d'un second liant chargé de particules abrasives, mais ce second liant étant lui-même recouvert d'un liant de renfort non chargé. Dans ce cas, la couche lacunaire de rigidification dans l'autre face constitue en fait un quatrième liant. REVENDICATIONS 1. Disque abrasif rigide, perméable aux fluides, comprenant une armature constituée par une nappe aérée, tridimensionnelle et élastique de morceaux de filaments dont certains au moins ne sont pas linéaires, entrelacés et assujettis entre eux au moins à de nom breux points de contact mutuel par un premier liant, ladite nappe renfermant au moins sur une faible profondeur, dans une face, des globules d'un second liant chargé de particules abrasives, lesdits globules étant fixés, suivant une répartition aléatoire mais homogène sur lesdits morceaux de filaments, ledit disque étant caractérisé en ce qu'il renferme sur une profondeur limitée dans son autre face une couche lacunaire ouverte d'un troisième liant rigide engluant lesdits morceaux de filaments. 2. Disque suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la nappe est non tissée. 3. Disque suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce Que la nappe est aiguilletée. 4. Disque suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le troisième liant est constitué, au moins en partie, pv ne résine thermodurcissable, notamment du groupe comprenant les ruines formo-phénoliques, polyester, alkydes, polyuréthanes, urée formol, acryliques. 5. Disque, suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le troisième liant renferme une résine thermodurcissable plastifiée et chargée. 6. Disque suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le troisième liant est constitué par un mélange homogène d'environ, pondéralement, 23 parties de résine formol-phénol, 7 parties de plastifiant polyamide, 63 parties de carbonate de calcium et 7 parties de solvant cellosolve. 7. Disque suivant l'une des revendicati ns 1 à 6, caractérisé en ce qu'il renferme, environ, 2100 g/m2 du troisième liant réparti sur environ la moitié de son épaisseur. 8. Disque suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est légèrement tombé du côté abrasif, bn forme de calotte sphérique. 9. Procédé de fabrication d'un disque abrasif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, à partir d'une nappe aérée, tri dimensionnelle et élastique de morceaux de filaments, dont certains au moins ne sont pas linéaires, entrelacés et assujettis entre eux au moins à de nombreux points de contact mutuel par un premier liants ladite nappe renfermant au moins sur une faible profondeur, dans une face, des globules d'un second liant chargé de particules abrasive, lesdits globules étant fixés, suivant une répartition aléatoire maia homogène sur lesdits morceaux de filaments, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on encolle superficiellement l'autre face de ladite nappe avec une composition visqueuse renfermant une résine thermodurcissable, on fait pénétrer ladite composition dans ladite nappe pour l'imprégner sur une partie seulement de son épaisseur, on chauffe ladite nappe imprégnée jusqu'à ce que ladite composition ne soit plus collantes ni transférable, et que ladite résine ne soit- que partiel lement polymérisée, on découpe ledit disque dans ladite nappe et on durcit ladite composition par chauffage dudit disque jusqu'à polymérisation complète de ladite résine. 10. Procédé suivant la.revendication 9, caractérisé en ce qu'on utilise une composition visqueuse de résine thermodurcissable, de plastifiant et de charge dans un solvant. 11. procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'on utilise une composition visqueuse, dont la viscosité est ajustée, approximativenent, entré 18.000 et 50.000 centipoises. 12. Procédé suivant la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'on utilise une solution visqueuse renfermant environ 6,9 % de solvant cellosolve, 23,1 % de résine formophénolique, 6,9 % de plastifiant polyamide, et 63,1 % de carbonate de calcium. 13. Procédé suivant l'une des revendications 9 à 12, carac térisé en ce qu'on imprègne la nappe avec une quantité de solution visqueuse de l'ordre de 1750 à 2500 grammes par mètre carré. 14. Procédé suivant l'une des revendications 10 à 13, carac t & isé en ce qu'après iprégnation, on chauffe la nappe à une température comprise entre, environ 150 et 180 C pendant 8 à 10 minutes en viron. 15. Procédé suivant l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce qu'on'durcit la composition par chauffage du disque à une température comprise entre 120 et 1500C environ, pendant 15 à 60 minutes environ.