Brevet FR2829958A1 — publié le 20030328

ECCANO' al 'EITECH". Abrasifs enobs _ lio=6s AriAre-plan technologique de l' invention La prAsente invention concerne des abasifs enrobs, et plus pacticuliArement, des abrasifs enobs dans lesqels la surface abasive comprend une pluralitd de structures composites gAnAralement Agulires, dont chacune comprend des grains abrasif) disperss l'intArieur d'uo liant durci. La forme, 1Q l'espacement, la taille et la composition des composites peuvent tre manipulAs pour obtenir une large ga_ e de proprits abrasives et c'est la raison pour laquelle on fait souvent rAfrence ces produits co _ e Atant des abrasifs techniques et cetLe convention a At adepte dans le prAsent doeument. Cependant, pou certaines applications, les performances de tels abrasifs techniques peuvent se rvAlez dcevantes, et Atre loin des avantages significatifs proposs par les autres abrasifs. Dne telle application est celle obtenue lors de la rectification humide des mAtaux, en utilisant des grcsseurs de grains eiativement fines. On a maintenant dAcouvert qu'il tait possible de concevoir des formulations qui ont un rendement nettement amAliorA, mme si, d'aprAs les premiers principes, des rAsultats infrieurs pouvaient Atre prAvus. Descript10n gAnrale de 1'1oventi La prsente invention fournit un abrasif technique enrob prAsentant une surface abrasive comprenant une pluralité de structures abrasives profilées collées sur un matériau de support, dans lequel les structures comprennent une formulation durcie comprenant une résine à liant à base d'acrylate, les particules abrasives étant dispersses, de manière uniforme, dans le liant, dans lequel la proportion de résine, dans la formulation, est comprise entre 58 et 75 %, et de préférence entre 60 et 72 %, et encore de préférence entre 65 et 68 % en volume. On doit comprendre que le composant de la résine à l iant de la formulation comport e le s compos ant s polymérisables ainsi que tous les agents durcissants utilisés pour accélérer ou favoriser le durcissement et l'adhérence des additifs solides. Le reste comprend les particules abrasives ainsi que toute charge de remplissage utilisoe pour ajuster la rbéclogie des formulations durcles, les lubrifiants et tout additif solide comme les adjuvants de rectification ou tout autre matériau solide modificateur de propriété. D'autres composants peuvent également être présents y compris un polymère, en une quantité qui peut atteindre % du volume de la résine à liant durcissable qui sert à modifier les propriétés phys'ques de la formulation. Dans les abrasifs techniques classiques, mis au point pour des applications de rectification à sec. des performances optimales sont obtenues lorsque les structures abrasives comprennent environ 55 de composant de résine durcie, 28 % de charge de 0 remplissage et environ 17 % de grains abrasifs, toutes les proportions étant données en volume. Ceci est considéré comme étant la meilleure façon de disposer du volume maximum de particules abrasives pour remplir les fonctions abraslves. On considère lntuitivement que le fait de réduire la proportion, en volume, de l'abrasif en faveur de la réaine à liant réduirait l'efficacité de l'action abrasive. On a cependant découvert, de manière surprenante, que ceci n'était pas le cas. L'efficacité dans certaines applications, y compris la rectification humide (que l'on doit interpréter comme étant une rectification avec l' application d'un lubrifiant liquide tel qu'un lubrifiant liquide à base d'eau ou d'huile), devient effectivement plus efficace, à la fois en termes de la quantité de matériau découpé en un laps de temps défini, ou en termes de fini de surface restant sur la surface abrasée après l'action abrasive. On pense que l'amélioration peut également être constatée dans les applications telles que sous pression modérée ou élevée, les applications sèches comme le meulage des soudures et l'enlèvement des piqûres sur les surfaces métalliques. Le composant de résine à liant pour lequel cet effet surprenant s'est produit est basé sur des monomères d'acrylates polymérisables et ceci doit être interprété comme étant des polymères basés sur des mono- acrylates, des di-acrylates, des tri-acrylates et autres polyacrylates polymérisables, ainsi que leurs mélanges, et éventuellement comprenant en outre des oligomères tels que des polyesters et des uréthannes copolymérisables avec ces acrylates et les monomères copolymérisables qui peuvent être utilisés pour ajuster le dogré de réticulation ou de rbéclogie du polymère fini. On a également découvert que, si un autre composant polymère est ajouté à la formulation, l'effet bénéfique est conservé et peut même étre renforcé en ce que les résultats les plus avantageux semblent étre obtenus vers l'extrémité supérieure de la gamme spécifise ci-dessus. Ceci semble vérifié, que le polymère ajouté soit une résine thermaplastique comme le PVC ou thermodurcissable comme une résine phénolique. La quantité d'un tel polymère qui peut étre ajouté, peut atteindre 100 % du volume de la résine à liant mais est. de préférence, comprise entre 10 et 60 %, et de préférence entre 20 et 40 % en volume du volume de la résine à liant. Les grains abrasifs utilisés peuvent étre n'importe lesquels de ceux qui ont été décrits dans le contexte des abrasifs techniques y compris l'oxyde d'aluminium (sous forme fondue ou céramique), l'oxyde d'aluminium/zircone, le carture de silicium, le nitrure de bore cubique, le diamant, l'oxyde de cérium, le nitrure de silicium et leurs mélanges. Dans certains cas, des abrasifs très doux comme la gamma-alumine, la bochmite, l'oxyde de siliclum ou l'oxyde de cérium peuvent être utilisés seuls ou mélangés à un ou à plusieurs autres abrasifs. La taille des particules abrasives couramment utilisées avec les abrasifs techniques est souvent plus fine que ceux utilisés dans 33 les abrasifs classiques de telle sorte que des grosseurs moyennes des particules comprises entre 1 et micromètres et, de prétérence, entre 5 et 100 micromètres peuvent être utilisées. Avec les grains les plus fins, le fini de surface obtenu est souvent aussi critique que l'agressivité de l'enlèvement du matériau. Là encore, les formulations de la présente invention s'avèrent étonnamment efficaces en ce qu'on obtient des finis de surfaces plus lisses que ceux obtenus avec des formulations plus classiques. Le volume des grains abrasifs dans la formulation peut être compris entre 5 et 30 % et, de préférence, entre 10 et 25 %, par rapport au volume de la formulation. Lorsque la formulation comporte une charge minérale, la quantité de cette charge de remplissage peut atteindre jusqu'à 40 % et, de préférence, entre 5 et 30 % du volume de la formulation. La formulation de la surface de l'abrasif technique peut être obtenue grâce à n'importe laquelle des techniques connues, dans lesquelles un composite d'abrasif en suspension et un précurseur de liant sont durcis alors qu'ils sont en contact avec un support et un outil de production afin qu'ils adhèrent, par une surface, sur le support, et que, sur l'autre surface, s'imprime la forme précise de la surface interne de l'outil de production. Un tel processus est décrit par exemple dans les documents suivants: USPP 5 152 917; 304 223; 5 378 251 et 5 437 254, qui sont tous intogrés ici pour référence. D'autres procédés de formation, y compris l'enrobage par rotogravure, sont décrits dans les documents suivants: USPP 5 840 033; 014 468 et 4 773 920 et des techniques de gaufrage telles que décrites dans les documents USPP 5 833 724 et 5 863 306 peuvent être utilisées et ces doeuments sont également intégrés pour référence dans la présente demande. Dessins Ies flgure 1 à 6 sont des représentations graphiques en barres des données présentées dans les 13 Exemples. Description des modes de réallsation préférés La présente invention est maintenant spécialement décrite en faisant référence aux formulations spécifiques qui ont pour but d'illustrer l' invention revendiquée dans les présentes. Dans les Exemples, les ingrédients suivants ont été utilisés: Résine à liant... Ce terme fait référence à un mélange /30 de TMPTA et d'EBECRYL(g) 3700 TMPTA triacrylate de triméthylolpropane EBECRYL 3700... olygamère époxy acrylé commercialisé par UCB Radcure Inc. IRGACURE(D 819... photo-initiateur de phosphine à base d'oxyde, commercialisé par Ciba Specialty Chemicals Corp.. A-110 agent de couplage gamma-aminopropyltriéthoxysilane commercialisé par Crompton Corp., sous le nom commercial de SILQUEST(D A lîO0. Wollastonite... wollastonite de maille de 325, commercialisée par Nyco Minerals Co.. EPL 320... oxyde d'aluminium brun de taille de grain P320, commercialisé par Treibacher. FR2L P1000... oxyde d'aluminium brun de taille de grain P320, commercialisé par Treibacher. S ATH... trihydrate d'aluminium commercialisé pa' Alcca. PVC... Particules de polychlorure de vinyle. Varcum 29217... récine phénolique en poudre commercialisse par Occidental Chemical Corp.. Dans tous les Exemples, les abrasifs techniques 13 ont été obtenus en utilisant la procédure indiquée dans l'Exemple 1 du doeument USP 5 833 724. Les seules variations ont porté sur la formulation déposée sur le support et ganfrée en utilisant la procédure décrite dans les présentes. Ce processus implique l'application 1S d' une poudre fonctionnelle sur la surface de l' abrasif technique pour augmenter la viscosité de la couche superficielle et ainsi empêcher l'écoulement avant que le durcissement puisse se produire. On ne tient pas compte de la contribution de cette poudre fonctionnelle 23 aux proportions des composants puisqu'elle est retirce relativement rapidement au cours de son utilisation et qu'elle est. dans tous les cas, une constante dans toutes les évaluations. Dans les Exemples, la méthade d'essai a utilisé une machine à rectifier sans centre, à une seule tête. Dans cette machine, une courroie testée est supportée par une roue de contact en caoutchouc et fait face à une roue de réqulation en caoutchouc. Au cours des essais, on a fait passer deux barres de 1,5 pouces juqu'A ce que la coucroie soit use jusqu'au support. Les dimensions de la courroie d'essai Ataient de 4'' x 54'' (10,2 c x 137, 2 cm) et la vitesse de la courroie tait de 6Q00 SEPM (1830 SMPM). On a maintenu la tension de la couroie sous 4Q lb (18,2 kg) et on a fait passer la barre dans l' interstice, une vitesse de 57'' (1,46 c) par minute. Au cours du meulage, une eau de retroidissement contenant un anti- rouille a At vaporise sur la courroie. Les performances de dAcoupe ont At mesures comme tant la quantit totale de mAtal retirA de la courroie aprs sept passes pour les courroies fabriques avec un abrasif de grain P-32Q et aprs 25 passes, avec l'abrasif de grain P1000. Le fini de surface a At mesurd pour les produits de grain fin et les paramAtres sAlectionnAs Ataient Rz et Ra' chacun tant mesurA aprs la 25 passe. R. est la diffrence cyenne de hauteur entre les cinq pic les plus hauts et les cinq valles les plus basses su un profil dfini de duretd et Ra est la distance moyenne de tous les points dans un pofil de duret au-dessus et en dessous de la hauteur moyenne du profil. q Exemple 1 Cet Exemple montre les performances de découpe des formulations suivantes: COMPOSANT EN % EN % EN EN VOLUME VOLUME VOLUME VOLUME LIANT 50,2 44,5 47,7 42,9 EBECRYL 3700 AJOUTE 14,8 15,9 31,4 A 1100 2,9 3,4 3,6 2,1 IRGCURE 81g 2,1. 2,5 2,7 3,1 TOAL RESIME 55,3 65,3 70,0 79,5 : =. EPL P320 12,0 9,5 10,0 7,9 ATH 12,6 TOTAL SOLIDES 44,8 34,8 30,0 20,5 Comme on peut le voir sur la figure 1, la découpe cumulative est plus importante pour les formulations contenant 65, 3 et 70 % en volume de liant de résine. Des volumes plus importants et moins importants ont conduit à une performance de découpe cumulative inférieure. Dans les Exemples, les proportions d'EBECRYL 3700 (qui est caractérisé par une viscosité supérieure à la formulation du " Liant "), ajoutées ainsi que les quantités de charge de remplissage intégrces ont été déterminces en vue de conserver une rhéclogie cohérente adaptée à la technique de gaufrage utilisse pour crser la surface de l'abrasif technique. Exemple 2 Cet Exemple illustre l'effet de l'ajout d'une résine PVC à la formulation. Deux passes ont été réalisées, l'une avec aj out de PVC et un rapport plus élevé en volume, (par rapport à l'abrasif), et l'autre en utilisant une formulation typique optimisée destinée à des applications de rectification à sec. Les courroies évaluces ont été fabriquées en utilisant les formulations ayant les compositions suivantes: COMPOSANT % EN VOLUME EN VOLUME LIANT 50,2 48,9 IRGACURE 819 2,1 2,1 PVC 25,9 A 1100 2,9 2,1 TOTAL RESIN E 55,3 71,6 EPL P320 12,0 8,1 ATH 12,9 TOTAL SOLIDES 44, 8 21,0 Comme on pourra le remarquer d'après la comparaison des formulations cidessus avec le graphique en barres représenté sur la figure 2, la ormulation ayant une teneur en abrasif rébuite et une teneur en liant plus élevée, qui incorporait également du PVC, était nettement supérieure. Exemple 3 Cet Exemple illustre l'effet de l'ajout d'une résine phénolique à la formulation, en plus de relever le pourcentage en volume de la résine à liant acrylate dans la formulation, moins la résine phénolique. Les formulations utilsces pour fabriquer les courroies abrasives pour les évaluations sont représentées dans le Tableau ci-dessous. COMPOSANT % EN % EN % EN VOLUME VOLUME VOLUME LIANT 50,2 52,7 45,5 IRGCURE 819 2,1 2,2 1,9 VARCUM 29-215 22,7 45,5 A 1100 2,9 2,1 1,7 TO r. RES7NE 5S,3 73,7 89,9 EPL P320 12,0 7,8 2,1 ATH 12,5 3,4 TOTAL SOLIDES 44, 8 20,3 5,5 D'après le graphique représenté sur la figure 3, qui présente les données de découpe cumulative obtenues d'après l'évaluation des courroies, effectuce en utilisant les formulations ci-dessus, il est clair que, même avec une quantité de résine phénolique équivalente à environ 30 % de la composition totale de la résine à liant, la performance des formulations selon l'invention est supérieure à celle des courroies fabriquées avec des valeurs supérieures ou inférieures à la gamme préférce pour le liant de résine. Les Exemples ci-dessus avaient pour but d'illustrer les avantages offerts par les courroies fabriquces en utilisant différentes formulations, dans lesquelles les particules abrasives avaient une taille de grain de P320, ce qui correspond à une taille moyenne de 45 microns. Dans le groupe suivant, les particules abrasives avaient une taille de grain moyenne de 21000 ou environ 16 micromètres. Dans ces produits, le fini de surface laissé après l'abrasion est aussi important que le taux d'enlèvement du métal. Exemple 4 Dans cet Exemple, les formulations suivantes ont été utilisoes pour préparer des abrasifs enrobés ayant des surfaces techniques. Ce taux de découpe a été mesuré pour chacune, en utilisant la même technique et le même matériel que décrit ci-dessus, et les résultats sont indiqués dans la figure 4. COMPOSANT % EN % EN % EN VOLUME VOLUME VOLUME LIANT 18,2 24,2 42,9 TMMPTA 36,4 33,9 18,4 IRGCURE 819 2,3 2,5 2,6 A 1100 3,1 3,3 3,5 TOTAL SINE 60,0 64,0 67,5 ATH 5,0 20,0 14,5 TOTAL SOLIDES 40,O 36,0 32,5 Les données représentées sur la figure 4 montrent clairement que le même type d'avantages en termes de découpe cumulative se trouve dans les produits fabriqués en utilisant des tailles de grain bien inférieures. Exemple 5 Cet Exemple évalue des produits similaires à ceux étudiés dans l'Exemple 4. Cette fois, cependant, le centre d'intérêt de l'évaluation se situe sur le fini de surface qui demeure après 25 passes. Les formulations évaluéss sont celles indiquces dans le Tableau suivant. COMPOSANT % EN % EN % EN % EN VOLUME VOLME VOLUME VOLUME LIANT 17, 24,2 42,9 53,4 TM_TA 35,2 33,9 18,4 10,7 IRGCURE 819 2,2 2,5 2,6 2,7 A 1100 3,0 3,3 3,5 3,7 TOTAL RESIN 58,0 64,0 67,5 70,5 _ WOLLASTONITE 22,0 16,0 18,0 16,0 ATE 20,0 20,0 14,5 13,5 TOTAL SOLIDES 42,0 36,0 32,5 29,5 Les figures 5 et 6 mont rent les valeurs Ra et Rz pour les surfaces rectifiées en utilisant des courroies fabriquées en utilisant la première, la deuxTème et la quatrième des formulations ci-dessus et la valeur Rz pour une surface rectifise en utilsant une courroie fabriquée en utilisant la troisième formulation est également donnce. A partir de ces indications, on pent voir que le fini de surface n'est que très peu affecté et qu'il est en fait logèrement supérieur à au Loins une partie de la gamme. - - REVEN D I CAT I ON S 1. Abrasif enrobé présentant une surface technique comprenant une pluralité de structures abrasives profilées, qui adhèrent sur un matériau de support, dans lequel les structures comprennent une formulation durcie comprenant une résine à liant à base d'acrylate, et ayant des particules abrasives dispersées, de manière uniforme, dans le liant, dans lequel la proportion de résine à liant dans la formulation est comprise entre 58 et 75 %. 2. Abrasif enrobé selon la revendication 1, dans lequel la proportion de résine à liant dans la formulation est comprise entre 60 et 72 % en volume. 3. Abrasif enrobé selon la revendication 1, dans lequel la formulation comprend en outre entre 10 et % en volume, par rapport au volume du composant de résine à liant d'une charge de remplissage de polymère. : 4. Abrasif enrobé selon la revendication 1, dans lequel la formulation comprend entre 5 et 30 % en volume d'une charge de remplissage minérale. 5. Abrasif enrobé selon la revendication 1, dans lequel la formulation comprend entre 5 et % en volume de particules abrasives. 6. Abrasif enrobé selon la revendication 1, dans lequel les particules abrasives ont une taille de particule moyenne comprise entre 1 et 200 micromètres. 7. Procédé de rectification d'une surface en présence d'un liquide de rectification, qui comprend l' abrasion d'un substrat en utilisant un abrasif enrobé ayant une surface technique, comprenant une pluralité de structures abrasives formées qui adhèrent à un matériau de support dans lequel les structures comprennent une formulation durcie comprenant une résine à liant à base d'acrylate, dont les particules abrasives sont disperséss, de manière uniforme, dans le liant, dans lequel la proportion de résine à liant dans