(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの成型コアー（12）は、研磨粒子（18）を分散しそして密着して有している熱可塑性エラストマーで少なくとも部分的に溶融塗布され、該熱可塑性エラストマー及び研磨粒子は共に硬化組成物（14）に含まれて存在することを特徴とする複合研磨フィラメント。
【請求項２】
該成型コアーは金属ワイヤー、ガラス繊維、セラミック繊維、天然繊維、有機合成繊維、無機合成繊維、及びこれらの組合せから成る群から選ばれる少なくとも一つのワイヤー又は繊維物質であることを更に特徴とする請求項１記載の複合研磨フィラメント。
【請求項３】
該熱可塑性エラストマーはセグメント熱可塑性エラストマー、イオノマー熱可塑性エラストマー、熱可塑性エラストマーと熱可塑性重合体のブレンド、及びこれらの混合物から成る群から選ばれることを更に特徴とする請求項１記載の複合研磨フィラメント。
【請求項４】
該成型コアーはガラス繊維、セラミック繊維、天然繊維、有機合成繊維、無機合成繊維及びこれらの組合せから成る群から選ばれた繊維の諸撚糸であることを更に特徴とする請求項１記載の複合研磨フィラメント。
【請求項５】
該熱可塑性エラストマーはシェアーＤ押込硬度が30から90の範囲を有することを更に特徴とする請求項３記載の複合研磨フィラメント。
【請求項６】
複合研磨フィラメントは少なくとも一つの成型コアーを有しこのものは研磨粒子を分散しそして密着して有している熱可塑性エラストマーで少なくとも部分的に溶融塗布され、該熱可塑性エラストマー及び研磨粒子は共に硬化組成物に含まれて存在することを特徴とし、但しここで一つより多い複合研磨フィラメントが存在する場合には複合研磨フィラメントは同一又は異なることもできる、少なくとも一つの複合研磨フィラメントを包含してなる研磨物品。
【請求項７】
該成型コアーは金属ワイヤー、ガラス繊維、セラミック繊維、天然繊維、合成繊維、及びこれらの組合せから成る群から選ばれる少なくとも一つのワイヤー又は繊維物質であることを更に特徴とする請求項６記載の研磨物品。
【請求項８】
該熱可塑性エラストマーはセグメント熱可塑性エラストマー、イオノマー熱可塑性エラストマー、熱可塑性エラストマーと熱可塑性重合体のブレンド、及びこれらの混合物から成る群から選ばれることを更に特徴とする請求項６記載の研磨物品。
【請求項９】
複合研磨フィラメントは少なくとも一つの成型コアーを含みこのものは研磨粒子を分散しそして密着して有している熱可塑性エラストマーで少なくとも部分的に塗布され、該熱可塑性エラストマー及び研磨粒子は共に硬化組成物に含まれて存在する複合研磨フィラメントを製造する方法において、
（ａ）熱可塑性エラストマーを溶融しそしてこれに研磨粒子を混ぜ合せ、
（ｂ）少なくとも成型コアーの一部分に溶融熱可塑性エラストマー及び研磨粒子を含む塗布剤で塗布し、並びに
（ｃ）溶融熱可塑性エラストマーを硬化するのに十分な温度にこの塗布物を冷却し、かくして硬化組成物を形成する
工程を特徴とする製造方法。
【請求項１０】
工程（ａ）は成型コアー及び溶融熱可塑性エラストマーを同時にダイを通過させることを更に特徴とする請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は研磨剤で充填された熱可塑性エラストマーで塗布された成型コアー（preformed core）を含む複合研磨フィラメントに関する。
技術背景
ナイロン研磨フィラメントは、天然研磨フィラメントに代って人工的に作られた代替品として、1950年代後半に発達した。凡そこの頃、フィラメントの形態のナイロンマトリックスに研磨剤粒子を均一に分散させる押出成型方法が開発された（米国特許3,522,342及び同3,947,169）。1988年３月21−24日、WESTEC会合においてJ.H.Wattsにより文書をもって、“Abrasive Monofilaments-Critical Factors that Affect Brush Tool Performance”（Society of Manufacturing Engineers Technical Paper, 1988）にナイロン研磨フィラメントに関する概要が発表された。Wattsが説明しているように、この種の摩耗フィラメントに新しい研磨剤粒子が被覆される。複数のフィラメントを使用して製造した研磨フィラメントブラシは、従って使用しながら再生される。ナイロン研磨フィラメントの有利な点は、安全で、清潔で、切断速度、安価、その使用範囲と仕上げの調節、適用性及びデザインの容易さにある。
ナイロン及び他の熱可塑性物質の主要な性質は、その“memory”である。このことはブラシフィラメントに関し“bend recovery”として、又は本来の配置に戻る撓みフィラメントの傾向として認められる。ナイロンの曲げ回復は、一般に90％以上、すなわちフィラメントは歪曲後約90％が本来の配置に戻ることである。このようなブラシにおいて長時間使用していると、殆んどの研磨剤を充填した重合体フィラメントはセットした形態を維持し、そしてブラシのフィラメントが回復しないとなると、ブラシは軟化してそしてその効力を失うことになる。曲げ回復は、フィラメントの直径、緩和時間、歪み、歪曲時間及び周囲条件によって定まる。このように測定した合成フィラメントの中で、ナイロンは長時間維持した歪から最高の曲げ回復を示す。
種々の目的を満足するために、本発明者等はナイロンが任意の研磨フィラメントよりむしろ狭い範囲の使用にのみ適用でき、その性質も限られていることをここに新たに見い出した。ナイロン研磨フィラメントは特定の剛性を有し、そしてフィラメントの温度が70℃に近づくとその剛性を失い、従って高温度でのフィラメントの使用は大きなスケール又はバリを除去する必要があって、適切なものではない。フィラメントの剛性を維持するために、耐熱性であることが絶対的である。一般に、すべてのナイロン重合体は温度によってこのような影響を受け、曲げ弾性率（tangent）を測定すると、温度が上昇するにつれ剛性が減少する。ブラシの速度が遅い場合には、熱の発生によって一般に長いフィラメントのバリを除くための問題は生じない。しかしながら、短時間強力にブラシをかける場合には、局部の圧力及び／又は乾燥状態での高速度によってフィラメントの端部に高い温度を発生することになる。
ナイロン研磨フィラメントの他の問題点は、それ自体からの温度がナイロンフィラメントブラシの道具としての性能に大きく影響を与える。湿分はフィラメントの剛性に影響し、それによって道具が侵かされる。ナイロン６，12は他のナイロンより剛性が良好であって、そして高湿度、若しくは油、溶剤で飽和され、又は水が存在していても、他のナイロンより２〜３倍も剛性が優れている。
すべての研磨剤充填重合体フィラメントにおいて、研磨負荷の程度が大きくなるにつれ、引張強さ及び屈曲疲れ抵抗は、研磨剤及び重合体の不十分な密着によって弱められる。フィラメントの曲げ弾性率は、曲げ抵抗として簡単に定義することができる。このことは、研磨フィラメントに使用する重合体の固有の特性である。曲げ弾性率はフィラメントの直径には一般に関係がなく、そして同じ重合体から得られる研磨フィラメントは同じ曲げ弾性率であるので、フィラメントの剛性に影響する主たる特性はフィラメントの直径及び長さである。
研磨剤を充填したナイロンフィラメントの研磨切断能力は、始め比較的良好な切断特性を示し、次いで１時間以内にはっきりと研磨作用は減少する。図７において、代表的な酸化アルミで充填した研磨充填ナイロンフィラメントをハブに固定してブラシとし、これを回転させるとフィラメントは研磨の作業の結果（それ故にすりへり）、切断能力が減少していくことが表わされている。図７は、負荷を1.36kgと一定にし、時間を函数として炭素鋼（1018）平板を切断するものである。この装置は、ブラシ操作を反転して研磨作用を最初のレベルに戻して作業するようにした一般的なものである。突然の切断能力の増加は、例えばワイヤースクリンに対しブラシを操作することによるブラシのドレス（“dressed”）によるものと想定される。このことは、図７において２時間15分において見られる。研磨剤充填ナイロンフィラメントに関係する他の問題は、屈曲疲れの抵抗性が劣ることである。フィラメントを長時間に渡って使用すると、フィラメントはハブの付属具付近で破断する傾向があって、その結果ブラシの寿命及び経済的価値は減少することになる。
本発明は、研磨剤充填熱可塑性エラストマーで塗布した成型コアーを含む複合研磨フィラメントを提供することによって、研磨剤充填ナイロン及び他のフィラメントによる上に述べた種々の問題点を改善するものである。このような試みは、研磨剤シースを塗布した成型コアーはより高い初期曲げ弾性率を有し、時間、温度、湿度及び化学的作用に対してより一定した曲げ弾性率を有し、そして研磨剤充填熱可塑性フィラメントより引張強さが大きい、という思想に基づいている。
複合研磨フィラメントは、研磨粒子の負荷が２倍にも耐えられるように熱可塑性エラストマー塗布剤を使用し、一方研磨剤充填ナイロンフィラメントと比較して屈曲疲れの抵抗性が顕著に減少することはない。初期及びその後の連続した研磨作用のレベルは、研磨の負荷が増加することから予期するよりも、ずっと高いものである。この挙動は、熱可塑性エラストマーの組成上の性質及び複合研磨フィラメントの製造方法に関係する。
研磨フィラメントに関する実験及びその製造法には長い歴史がある。これらに関する代表的な文献の例は、米国特許2,328,998、同2,643,945、同2,793,478、同2,920,947、同3,146,560、同3,260,582、同3,522,342、同3,547,608、同3,669,850、同3,696,563、同3,854,848、同4,097,246、同4,172,440、同4,507,361、同4,627,950、同4,585,464、同4,866,888、及び同5,068,142である。他にフランス特許出願2,624,773及びEPO出願282,243が含まれる。
本発明は、研磨剤充填熱可塑性エラストマー組成物によって少なくとも部分的に塗布した成型コアーを含む複合研磨フィラメントに関するもので、このフィラメントは公知のフィラメントと比較して研磨粒子の負荷が２倍にも耐えられるように結合重合シースに付与し、他方屈曲疲れ寿命が何倍かにも及ぶことが明らかになった。研磨作用の程度も、研磨負荷の増加から予期される以上にずっと高い。
熱可塑性エラストマーは、N.R. Legge外２名編集“Thermoplastic Elastmers. A Comprehesive Review（Hanser Publishers, New York, 1987（以下、本願ではLegge等によると記載する）に述べられている。熱可塑性エラストマー（Legge等による）は、一般に低当量の多官能単量体及び多当量の多官能単量体の反応生成物であって、ここで低当量多官能単量体は重合によって硬質セグメント（そして、他の硬質セグメントと結合して結晶質硬質領域）を形成できるものであり、そして多当量多官能単量体は重合によって硬質領域と結合する軟質で柔軟な鎖を形成できるものである。この種の物質は、研磨フィラメントの使用できることは何も示されていない。熱可塑性エラストマーは、“熱可塑性プラスチック”及び“エラストマー”（張力によって伸びる天然ゴムに似た物質が総称であって、高い引張り強さ、急速の回復及び実質的に最初の寸法に戻る）と次の如く異なる。すなわち、熱可塑性エラストマーは硬質領域の溶融温度以上に加熱すると均質な溶融物を形成し、この物は射出成型、押出成型、吹込成型の如き熱可塑性方法（エラストマーとは異なって）によって加工することができる。続いて冷却すると、再び硬質領域及び軟質領域に分かれ、ゴム状弾性を有する物質となるが、しかし熱可塑性樹脂を生じない。
市場において入手できる熱可塑性エラストマーは、セグメントポリエステル熱可塑性エラストマー、セグメントポリウレタン熱可塑性エラストマー、他の熱可塑性物質と混合したセグメントポリウレタン熱可塑性エラストマー、セグメントポリアミド熱可塑性エラストマー及びイオノマー熱可塑性エラストマーが含まれる。
本願における“セグメント熱可塑性エラストマー”は、高当量の多官能単量体及び低当量多官能単量体の反応生成物である重合体をベースにした熱可塑性エラストマーの亜類（subclass）である。
“イオノマー熱可塑性エラストマー”は、イオン重合体（イオノマー）をベースにした熱可塑性エラストマーの亜類である。イオノマー熱可塑性エラストマーは、イオン会合又はクラスターが複数の位置で結合した２種以上の重合体鎖から構成されている。イオノマーは典型的には官能単量体とオレフィン性不飽和単量体との共重合、又は重合体の官能化によって得られる。カルボキシル官能イオノマーはアクリル酸又はメタクリル酸をエチレン、スチレン及び同様のコモノマーを直接共重合して得られる。得られる共重合体は通常遊離酸としてであるが、金属水酸化物、金属酢酸塩及び同様の塩によって所望の程度に中和することができる。
成型コアー及び研磨剤充填熱可塑性エラストマー塗布剤を含む本発明の複合研磨フィラメントは、大変高い初期切断値を示し、この平衡状態を達成して高い切断性能を維持し、そして研磨剤充填ナイロンフィラメントに比べ屈曲疲れに高い抵抗性を示す。
発明の要点
本発明は、従前の研磨フィラメントの種々の問題を打破しそして改善するものである。本発明に従えば、研磨粒子が分散し、そこに密着している熱可塑性エラストマーによって少なくとも一部分は塗布されている少なくとも１つの成型コアーを有している複合研磨フィラメントであって、ここで熱可塑性エラストマー及び研磨粒子は硬化成分を含有している。硬化成分において１種以上の熱可塑性エラストマーを含むことは、本発明の態様の一つである。
本願において用いられる“硬化”とは、ASTM D2117試験の如き標準テストによって、熱可塑性エラストマーの温度が硬化領域（セグメント熱可塑性エラストマー）又はイオンクラスター（イオノマー熱可塑性エラストマー）の溶融温度又は解離温度以下である場合の熱可塑性エラストマーの物理的状態をいう。この用語は、また室温（例えば、約10から約40℃）における熱可塑性エラストマーの硬さ（ショアーＤスケール）を表わす。本発明において、室温でのショアーＤ押込硬度の熱可塑性エラストマーは、ASTM D790で測定して少なくとも約30、より好ましくは約30から約90のものを用いるのが好ましい。この用語は、熱可塑性エラストマー／研磨粒子の混合物を物理的又は化学的に処理して硬度を増加することを含めて、意味するものでない。
本願において用いられる“複合研磨フィラメント”は、上で述べた硬化組成物を少なくとも一部分、好ましくは全面に少なくとも１つの成型コアーの上に有する研磨フィラメントを意味するものであって、ここで成型コアーの横断面に対し硬化組成物の横断面の割合は約0.5：１から約300：１、好ましくは約１：１から約10：１、より好ましくは約１：１から約３：１で、ここでの横断面は複合研磨フィラメントの主軸に対しての垂直面である。この複合研磨フィラメントは、任意の長さであって良く、また横断面をみた場合に円形、楕円形、正方形、三角形、長方形、多角形又はその他様々の形態であって良い。
本願において用いられる“成型コアー”とは、分離した形態での１個以上の心材であって、そして塗布工程前に研磨剤充填熱可塑性エラストマーで成型コアーが塗布されているものであって、別の言葉でいうと、成型コアーは、硬化組成物と同時に形成されるものではない。成型コアーの横断面は形状には限定されるものではないが、しかしながら実質的には円形又は多角形の横断面を有する成型コアーが好ましい。
成型コアーは連続した個々の金属線、連続した複数の金属線、連続した複数の非金属フィラメント、又は後者二つの組合せたものである。
好ましい成型コアーは単一又は複数の撚った金属コアーであって、例えば炭素鋼、ステンレス鋼及び銅である。他の好ましい成型コアーは例えばガラス、セラミックス並びにアラミド、ナイロン、ポリエステル及びポリビニルアルコールの如き合成有機重合体である複数の非金属フィラメントが含まれる。
セグメント熱可塑性エラストマーは、好ましくは少なくとも平均官能価が２であってそして少なくとも当量が約350を有する高当量多官能単量体、並びに少なくとも平均官能価が２であってそして少なくとも当量が約300を有する低当量多官能単量体の縮合反応生成物である。高当量多官能単量体は重合によって軟質セグメントを形成することのできるものであり、そして低当量多官能単量体は重合によって硬質セグメントを形成することのできるものである。本発明において有用なセグメント熱可塑性エラストマーはポリエステル（TPE）、ポリウレタン（TPE）、ポリイミド（TPE）及びシリコーンエラストマー／ポリアミドブロック共重合（TPE）と、いづれのTPEを製造するのに適した低当量及び高当量多官能単量体とのものが含まれる。
セグメントTPEは、好ましくは“連鎖延長剤”、すなわちこの分野において公知のものであって、約２から８個の活性水素を含む低分子量（300以下の当量を有する）の化合物を含む。特に好ましい例は、エチレンジアミン及び１，４−ブタンジオールである。
TPE及び熱可塑性物質の混合物は本発明に関するものであって、本発明の複合研磨フィラメントの機械的性質をより柔軟性に加工できる。
本発明の他の観点は、少なくとも複合研磨フィラメントを含む研磨物品であって、好ましくはこのものを高速で回転するハブの如きサブストレートに載置するものであって、ここでのフィラメントは研磨粒子を分散させて含んでいる熱可塑性エラストマーで少なくとも部分的に塗布した成型コアーを含んでいて、熱可塑性エラストマー及び研磨粒子は共に硬化組成物を含んでいる。
本発明の更に他の観点は複合研磨フィラメント（上記したもの）を製造する方法であって、この方法は、
（ａ）TPEを溶融して、研磨粒子と混ぜ合せ、
（ｂ）溶融した熱可塑性エラストマーと研磨粒子を含む塗布剤を成型コアーの少なくとも一部分に塗布し、そして
（ｃ）溶融熱可塑性エラストマーを十分に硬化させるための温度に塗布剤を冷却し、かくして硬化組成物を形成する工程を含む。
TPEはセグメントされ、押出機をTPEの溶融のために使用し、そして成型コアーはよった（撚った）金属又は撚った非金属物質である場合が、好ましい方法である。本願において用いられる“溶融”とは、剪断混合条件のもとでTPEの硬質領域又はクラスターの少なくとも解離温度以上に加熱した時のTPEの物理的状態を意味する。
図面の簡単な記述
図１から４は、本発明における複合研磨フィラメントのいづれの態様の拡大透視図を示し、いづれも成型コアーを示すために研磨剤充填TPE硬化組成物を一部分取り除いて示してある。
図５は、本発明における複合研磨フィラメントを組み込んだブラシ用具（この場合、回転ブラシ用具）の態様の透視図である。
図６は、模型で示した溶融研磨剤充填TPE及び成型コアーに関する押出ダイの断面図（縮小）である。
図７は、従来のナイロン研磨フィラメントを有するブラシ用具を回転して、時間に対する仕事（従って切断に関係）による除去されたグラムを重量で表わした棒グラフである。
図８，11，13，15，21及び23は、従来のナイロン研磨フィラメントを用いたブラシと本発明における複合研磨フィラメントを用いたブラシの時間を函数とし、除去された（切削された）1018鋼板の量を比較した試験結果を表わす棒グラフである。
図９，12，14，16，22及び24は、図８，11，13，15，21及び23とそれぞれ同様のものであるが、1008鋼の孔あけスクリンの除去した量を比較したものである。
図10は、研磨する鋼板及びスクリンに組み入れた回転ブラシの性能に関し、本発明の複合研磨フィラメントのTPE塗布が研磨負荷に良好な効果を示すことを表わすグラフである。
図17−20は、硬化組成物に種々の研磨粒子を含むフィラメントであって、本発明の複合研磨フィラメントを含む回転ブラシについての研磨試験結果を示す棒グラフである。
図25−28は、本発明による複合研磨フィラメントを組み入れた回転ブラシの仕事率を函数とした試験結果を表わす棒グラフである。
好ましい態様の記述
複合研磨フィラメント
本発明における４個の具体化した複合研磨フィラメント10，20，30、及び40を、図１−４の拡大した透視図において明らかにし、ここでTPE及び研磨粒子を含む硬化組成物は成型コアーを示すために一部分取り除かれている。
図１は、TPEの硬化組成物14及び研磨粒子18で一部分覆われた成型コアー12を有する複合研磨フィラメント10の透視図である。ここでの成型コアー12は１×７の標準成型コアーであって、例えば７本のステンレス鋼ワイヤー16から形成されている。硬化組成物のTPE 14は、酸化アルミニウム研磨粒子の如き研磨粒子18を十分に分散しそしてその中に密着している。
図２は、複合研磨フィラメントの別個の態様を示すもので、ここでの成型コアー12ａは連続した金属ワイヤー又は非金属モノフィラメント16ａを平行にして形成したものであり、一方図３は、第２の別個の態様を示すもので、ここでの成型コアー12ｂは３本のストランド16ｂの３×７配列のケーブルであって、このいづれのストランドは図１に示されたような７本の金属ワイヤー又は非金属モノフィラメントの１×７ストランドである。複合研磨研磨20及び30は、研磨粒子18が熱可塑性エラストマーの硬化組成物14に分散しそしてその中に密着し、そして成型コアー12ａ及び12ｂをそれぞれ一部分覆ったものである。図２に示した態様において、硬化組成物は成型コアーの平行したモノフィラメントの間に存在することができるので、個々のモノフィラメントは一定に又は不特定に間隔をおいている。
図４は、本発明における更に複合研磨フィラメントの別個の態様の拡大透視図である。ここでの成型コアー12ｃは、例えばステンレス鋼又はガラス繊維の如き単一の連続したワイヤー又はモノフィラメントである。すでに明らかなように、コアー12ｃは、研磨粒子18を分散しそしてその中に密着させたTPEの硬化組成物14をその上に有する。
通常人間の手によって使用される本発明の複合研磨フィラメント用の成型コアーの直径は、好ましくは少なくとも約0.1mmであるが、一方複合研磨フィラメント自身は、好ましくは約1.0mmから約2.0mmの範囲の直径を有する。
約0.75から約1.5mmの範囲の直径を有する本発明の複合研磨フィラメントは、少なくとも約2.0kgの極限切断力（下で述べる試験方法に従い、標準的引張り試験機として知られている“Instron”Model TMを使用して測定）、少なくとも約15分の50％の疲れ破損抵抗（一定の条件で50％のフィラメントがブラシから分離するのに要する時間）、及び冷間圧延鋼板（1018）の研磨効率が少なくとも約２（例えば、フィラメントの損失重量に対する削り取られた重量）を有する。下に示す実施例からわかるように、加工物によってこれらの性質を調節することができる。
熱可塑性エラストマー
本発明の複合研磨フィラメントに有用なセグメントTPEは、一般にそして好ましくは、少なくとも約２の官能価及び少なくとも約350の当量を有し重合によって軟質セグメントを形成するのに用いる高当量多官能単量体、並びに多くとも約２の官能価及び多くとも約300の当量を有し重合によって硬質セグメントを形成するのに用いる比較的低当量の多官能単量体、の反応生成物を包含する。
セグメント熱可塑性エラストマーにおいて硬質セグメント及び硬質領域を増加するために連鎖延長剤が用いられ、そしてこのものは得られるセグメントTPEの物理的性質を変える機構を提示している。本発明のセグメントTPEに有用な連鎖延長剤は、約２から８、好ましくは約２から４、そしてより好ましくは約２から３の範囲の活性水素官能価を有し、並びに約300以下、より好ましくは約200以下の当量を有する。特に好ましい連鎖延長剤は、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール及びヒドロキノンビス（２−ヒドロキシエチル）エーテルの如き線状グリコールである。
本発明の複合研磨フィラメントに有用なセグメントTPEには、セグメントポリエステルTPE、セグメントポリウレタンTPE及びセグメントポリアミドTPEが含まれる。低及び高当量多官能単量体は、上記のセグメントTPEのいづれかを製造するために広範囲に選定される。例えば、TPEがセグメントコポリ（エーテルエステル）の如きセグメントポリエステルであるとすると、低及び高当量多官能単量体は好ましくはそれぞれポリ（テトラメチレンテレフタレート）及びポリ（テトラメチレンオキシド）である。TPEがセグメントポリウレタンを含む場合、低当量多官能単量体は好ましくは多官能イソシアネートであり、そして高当量多官能単量体は好ましくは多官能アミンである。
反応させてセグメントTPEを製造するための単量体全重量における低当量多官能単量体の割合は、好ましくは約20から約60％、より好ましくは約20から約40％の範囲である。
イオノマーTPEを製造するのに有用なイオノマーには、代表的且つ好ましくは多官能単量体とオレフィン性不飽和単量体との反応生成物が含まれ、また多官能プレフォーム重合体が含まれる。“イオノマーTPE”及び“イオノマー”という用語には、アニオノマー、カチオノマー及び両性イオノマーが含まれる。
本発明の複合研磨フィラメントに有用なTPE（セグメント及びイオノマー）は、約30から約90、より好ましくは約50から約80の範囲のショアーＤ（shore D）押込硬度試験値を有する。
セグメント熱可塑性エラストマーの機械的性質（引張強さ及び破断点伸びの如き）は、種々の要因に依存する。TPEを作成する重合体中の硬質セグメントの割合、化学的組成、分子量分布、製造方法、及びTPEの熱処理のすべてが硬質領域の形成の程度に影響を与える。低当量多官能単量体の割合を増加させると、得られるTPEの硬質及びモジュラスが増大するが、一方極限弾性は減少する。
セグメントTPEの使用する上限の温度は、硬質セグメントを含む低当量多官能単量体の軟化点又は溶融点に依存する。長期間の老化については、軟質セグメントを含む高当量多官能単量体の安定がまた重要である。高温度及び硬質領域に寄与する硬質セグメントの低い割合では、TPEの曲げ弾性率及び引張り強さは一般に減少する。
上に述べた性質を有しそして本発明において使用される好ましいTPEは、次の一般式Ｉによって示されるセグメントポリエステル及びこれらの混合物から形成されるものが含まれる。
0003683581.tif 000002
ここで、
ｄ及びｅはいづれも約２から約６であって、同じ又は異なっても良いが、しかし整数１より多い差があってはならず、そしてｘ及びｙは整数であるが、セグメントポリエステルTPEが約30から約90の範囲のショアーＤ押込硬度値を有するように選択される。
一般式Ｉにおけるセグメントポリエステルの全分子量（数平均）は、約20,000から約30,000の範囲であり、ｘは約110から約125の範囲であり、そしてｙは約30から約115、より好ましくは約５から約70の範囲である。
本発明において使用されるイオノマーTPEを製造するために使用される好ましいイオノマーは、官能化単量体及びオレフィン性不飽和単量体の共重合反応生成物を含むが、イオノマーは次の一般式II及びこの混合物によって表わされる。
0003683581.tif 000003
ここで、
Ｒ1，Ｒ2及びＲ3は同一又は異なっても良く、そして水素、アルキル、置換アルキル、アリール及び置換アリール基から選ばれ、ｍ及びｎは同一又は異なっても良く、そして官能化単量体の割合が全イオノマーの約３から約25重量％の範囲であって、得られるイオノマーTPEのショアーＤ押込硬度値が約30から約90の範囲になるように選択され、
ＤはCOO及びSO3から成る群から選ばれる官能基であり、並びにＭはNa，Zn，Ｋ，Li，Mg，Sr及びPbから成る群から選ばれる。
一般式IIによって表わされる特に好ましいイオノマーは、Ｒ1，Ｒ2及びＲ3がメチル基であって、ＤがCOOである。特に好ましいイオノマーはＲ1がメチル基、ＤがCOOでＭがNaであって、例えば市場で入手できる“Surlyn 8550”（duPont）である。
ｍ及びｎの値は通常製造会社によって明らかにされていないが、しかしイオノマーTPEが室温においてショアーＤ押込硬度が約30から約90の範囲になるように選択される。一方、ｍ及びｎは、溶融イオノマーTPEの流量（通常メルトインデックスといわれる）が約１ｇ／10minから約10ｇ／10min（ASTMテストＤ1238−86、条件190／2.16、以前のＤ1238−79、条件Ｅ）の範囲になるように特徴づけられる。簡単にいえば、垂直にし、加熱したシリンダーが内径の底部にオリフィスを有するその内径の中にサンプルを入れて試験を行う。秤量したピストンを次にシリンダーの内径の中に入れ、そしてオリフィスを通ったシリンダー内の溶融重合体の量を、10分間にグラム単位で記録する。
官能化単量体はアクリル酸、メタクリル酸、ビニルアセテート及びその共重合体から選ぶことができるが、アクリル酸及びメタクリル酸が特に好ましい。
オレフィン単量体はエチレン、プロピレン、ブタジエン、スチレン及びその共重合体から選ぶことができ、利用性及び比較的安価ということからオレフィン単量体の選定はエチレンである。
官能化単量体及びオレフィン単量体は遊離基を使用して直接共重合するのが一般的で好ましく、このような方法は良く知られたことであって本願においては更に説明する必要はないと考える。
本発明において使用されるセグメントポリアミドTPEを製造するのに有用な特に好ましいセグメントポリアミドは、一般式IIIによって表わされるセグメントポリアミド及びこの混合物である。
0003683581.tif 000004
ここで、
PAは約300以下の当量を有する二官能ポリアミドであり、
PEは少なくとも350の当量を有するジヒドロキシポリエーテルであって、そしてジヒドロキシポリオキシエチレン、ジヒドロキシポリオキシプロピレン及びジヒドロオキシポリオキシテトラメチレンから成る群から選ばれる重合体が含まれ、並びに
ｚは、得られるセグメントポリアミドTPEが約30から約90の範囲のショアーＤ押込硬度値となるように選ばれる整数である
式IIIにおいて、セグメントポリアミドはElf AquitaineのAtochem Groupから市場で入手できる“Pebax”であって、本発明において特に好ましくは63及び70ショアー押込バージョンのものである。
一般式IIIにおいて、ｚの値は製造会社にとって特徴的であり、また一般式IIIの重合体は硬度によって特徴づけることができるが、これら重合体は溶融流量（上に述べたように）に従って、約１cjm／10minから約10cjm／minの範囲の値を有するのが好ましい（ASTM 1238-86，190／2.16）。
本発明において使用されるポリウレタンTPEを製造するのに有用な特に好ましいセグメントポリウレタンは、次の一般式IVによって表わされるセグメントポリウレタン及びこれらの混合物である。
0003683581.tif 000005
ここで、
ポリオール（polyol）は約600から約4,000の範囲の平均分子量を有するポリエステルポリオール又はポリエーテルポリオールであり、そして
ｔは得られるセグメントポリウレタンTPEが約30から約90の範囲のショアーＤ押込硬度値を有するように選択される整数である。
“ｔ”の値は分子量の範囲を設定するものであって、ポリオールの分子量に関係して選択され、通常は一般式IVによって表わされるセグメントポリウレタンの数の平均分子量が約35,000から約45,000の範囲である。
一般的にいって、セグメントポリウレタンは第１及び第２多官能単量体、並びに連鎖延長剤を約80℃以上の温度において共に混合して製造することができる。好ましくは、イソシアネート反応性基に対してイソシアネート官能性基の割合は、約0.96から約1.1の範囲である。約0.96より低い値であると、重合体の分子量は不十分となり、一方約1.1より高いと、過度の架橋反応によって熱可塑性の加工が困難となる。
前に述べたように、TPEと他の重合体の混合物はまた有用であって、Dow Chemicalから入手できる“Prevail”Grade 3050，3100及び3150として知られているポリウレタン／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン混合物の如きである。Grade 3050は溶融流量が26ｇ／10min（ASTM-1238-86，230／2.16）であって、ショアーＤ硬度が約62である。
TPSと同様、シリコーン及びポリイミドのエラストマー共重合体を含めて、プラスチック加工において当業者にブロック共重合体と認められているものは、本発明の複合研磨フィラメントに有用である。市場において入手できる熱可塑性シリコーン及びポリイミドのエラストマー共重合体には、すでに良く知られているGE Siliconesからの“Siltem STM-1500”が含まれる。
上で述べた式Ｉ−IVのいづれの重合体について、以下詳細に検討する。
セグメントポリエステル
上で述べたように、仮にTPEが式Ｉに示したセグメントコポリ（エーテルエステル）の如きセグメントポリエステルをベースにした場合、低及び高当量多官能単量体は、重合によって硬質セグメントを形成するポリ（テトラメチレンテレフタレート）、並びに重合によって軟質セグメントを形成するポリ（テトラメチレンオキシド）、をそれぞれベースにされるのが好ましい。コポリ（エーテルエステル）のポリ（エーテル）成分は、約1,000から約2,000の範囲の数平均分子量のα−ヒドロ−ω−ヒドロキシオリゴ（テトラメチレンオキシド）から誘導されるのが好ましい。コポリ（エーテルエステル）のコポリ（エステル）成分は、約600から約3,000の範囲の平均分子量を有する、重合によって硬質セグメントを形成するポリ（テトラメチレンテレフタレート）をベースにするのが好ましい。式Ｉにおけるコポリ（エーテルエステル）ポリエステルの分子量は、約20,000から約40,000の範囲が好ましい。
イオノマー
Surlyn（式II）として知られているイオノマーの如きは、本発明において使用できまたイオノマーTPEとして作用するもので、前に述べたように好ましくは官能化単量体及びオレフィン性不飽和単量体の共重合、又はプレフォーム重合体の直接の官能化によって製造される。式IIのイオノマーは、本発明の複合研磨フィラメントにおける硬質成分に用いられるイオノマーTPEの製造に特に好ましい。例えば、約５から約20重量％のメタクリル酸成分を含む工業規格のエチレン／メタクリル酸共重合体を、多量に本発明に使用されるイオノマーを製造するのに使用される。
式IIのＭがＫ，Li，Mg，Sr及びPbであるイオノマーが本発明において使用されるが、しかし一般にはNa及びZnからのものが選定される。
セグメントポリアミド
式IIIのポリアミドであって、そして本発明において使用されるセグメントポリアミドTPEを製造するのに有用であるポリアミドは、ポリエーテルブロックアミド（“PEBA”）として一般にはいわれるもので、ジヒドロキシポリエーテルブロック及びジカルボン酸をベースにしたポリアミドブロックの溶融状態での重縮合反応によって得ることができる（式IIIにおいて、PAは“ポリアミド”そしてPEは“ポリエーテル”を表わす）。ジカルボン酸のポリアミドブロックは、ポリアミド先駆物質をジカルボン酸連鎖リミッター（chain  limiter）と反応させて製造することができる。この反応は、好ましくは高温度（好ましくは230℃以上）及び加圧下（2.5MPaにも及ぶ）において行われる。ポリアミドブロックの分子量は、一般に連鎖リミッターの量によって調節される。
ポリアミド先駆物質は、アミノウンデカン酸及びアミノドデカン酸の如きアミノ酸、カプロラクタム及びラウリルラクタムの如きカプロラクタム、アジピン酸、アゼライン酸及びドデカノン酸の如きジカルボン酸、並びにヘキサメチレンジアミン及びドデカメチレンジアミンの如きジアミンから選ぶことができる。
ビヒドロキシポリエーテルブロックは次に示す二つの異った反応のいづれか、すなわちエチレンオキシドとプロピレンオキシドからジヒドロキシポリオキシエチレン及びジヒドロキシポリオキシプロピレンポリエーテル先駆物質を製造するイオン重合、並びにテトラヒドロフランからジヒドロキシポリオキシテトラメチレンポリエーテル先駆物質を製造するカチオン重合、によってポリエーテル先駆物質から製造することができる。
ポリエーテルブロックアミドは、次いでポリアミド先駆物質及びジヒドロキシポリエーテル先駆物質のブロック共重合によって得られる。ブロック共重合はポリエステル化であって、一般には高温度（好ましくは230から280℃の範囲）、減圧下（10から1,400Pa）そしてTi(OR)4（Ｒは短鎖のアルキル基）の如き適当な触媒を使用して達成される。また、通常抗酸化剤及び／又は螢光増白剤の如き添加剤を重合過程で加えることが必要である。
得られるポリエーテルブロックアミドの構造は、硬質ポリアミドセグメント及び軟質ポリエーテルセグメントの線状で、通常の連鎖を有する。ポリアミド及びポリエーテルセグメントはポリエーテルブロックアミドが混ぜ合わされているのではないから、式IIIによって表わされるものは二相構造（biphasic structure）であって、いづれのセグメントはその個々の性質を重合体に寄与することになる。
セグメントポリウレタン
本発明において使用されるセグメントポリウレタンTPEは、式IVで表わされるセグメントポリウレタンから形成され、このものは高当量多官能単量体及び低当量多官能単量体から成り、またすでに述べたように低分子量の連鎖延長剤を含むことができる。熱可塑性ポリウレタンエラストマーにおいて、硬質セグメントは例えば１，４−ブタンジオールの如き連鎖延長剤を、例えば４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（MDI）の如きジイソシアネートに付加して製造される。軟質セグメントは長鎖で柔軟なポリエーテル又はポリエステル重合体直鎖から成立っていて、この直鎖は２個以上の硬質セグメントと結合している。室温においては、低融点の軟質セグメントは極性で高融点の硬質セグメントと不相溶であって、微細相の分離を生じることになる。
セグメントポリウレタンTPEを製造するのに有用なポリウレタンは、約600から4,000の範囲の平均分子量を有する長鎖ポリオール（高当量多官能単量体）、約60から約400の範囲の分子量を有する連鎖延長剤及びポリイソシアネート（低当量多官能単量体）から一般に製造される。好ましい長鎖ポリオールはヒドロキシ末端ポリエステル及びヒドロキシ末端ポリエーテルである。
好ましいヒドロキシ末端ポリエステルはアジピン酸、及びエチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール又はこれらジオールの混合物の如き過剰のグリコールから製造される。
本発明の複合研磨フィラメントに有用なセグメントポリウレタンTPEを製造するのに用いられる式IVのポリウレタンのための長鎖ポリエーテルポリオールには、ポリ（オキシプロピレン）グリコール及びポリ（オキシテトラメチレン）グリコールの二種類がある。前者のグリコールはプロピレンオキシド及び／又はエチレンオキシドを、例えばプロピレングリコール又は水の如き二官能開始剤に塩基性触媒の付加によって製造され、一方後者のものはテトラヒドロフランのカチオン重合によって製造することができる。この両者のポリエーテルは、約２の官能価を有する。テトラヒドロフランのポリエーテル及びエチレンオキシド又はプロピレンオキシドのポリオールの両者の混合ポリエーテルも、ポリウレタンTPEにおける軟質セグメントとして有効に使用することができる。
他のポリウレタンとは対照的に、わずか二、三のポリイソシアネートは熱可塑性エラストマーポリウレタンを製造するのに有用である。最も好ましいポリイソシアネートは、すでに述べたようにMDIである。他には、ヘキサメチレンジイソシアネート（HDI）、１−イソシアネート−３−イソシアネートメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキサン（IPDI）、２，４−及び２，６−トルエンジイソシアネート（TDI）、１，４−ベンゼンジイソシアネート及びトランス−シクロヘキサン−１，４−ジイソシアネートが含まれる。
成型コアー
本発明において有用な成型コアー物質は、表面特性、機械的性質及び環境安定性の面から又はこれらを改善したものから選ばれる研磨塗布サブストレートを挙げることができる。成型コアー物質は、その表面がコアーと熱可塑性エラストマー塗布剤との間を密着することのできるもの、又はそのように改良されているものから選ばれる。機械的性質として重要なことは、種々の化学的、物理的及び周囲条件で使用する場合の引張り強さ及び屈曲疲れ抵抗である。
本発明の複合研磨フィラメントに使用される成型コアーは、ステンレス鋼及び銅の如き金属ワイヤー、ガラス繊維及びセラミック繊維の如き無機繊維、アラミド及びレーヨンの如き合成繊維、綿及びこの混合物の如き天然繊維が含まれる。連続したモノフィラメントも使用することができるが、しかしストランド、ケーブル及び糸（yarn）の形態が好ましい。本願において“ストランド”された（stranded）とは、ワイヤーと共に撚ったものを意味し、一方“糸”（yarn）とは非金属モノフィラメントを共に撚ったものを意味する。代表的な配置は１×３，１×７，１×19，及び３×７の配列であって、ここで最初の数値はストランド又は糸の数であり、そして第２番の数値はそのストランド又は糸に撚られた個々のワイヤー又はモノフィラメントの数である。“ケーブル”は２つ以上のストランドを撚ったものであり、一方“諸撚糸”（plied yarn）は２つ以上の糸を撚ったものであるが、好ましくはケーブルと比較して反対方向に撚ったものである（例えば、ケーブルが右に撚っているならば、諸撚糸は左に捩っている。）。他方、成型コアーは撚ってない連続したワイヤー又はモノフィラメントの形態であっても良い。好ましい糸は、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、コットン繊維、これらの撚ったもの及びこれらの組合せたものの糸である。
成型コアーの直径は少なくとも約0.01mm、より好ましくは約0.1mmから約0.7mmの範囲であるが、しかしながら複合研磨フィラメントを製造する公知の方法での直径に関し上限について実際には限定されていない。
研磨粒子
研磨粒子は好ましくは硬化TPE塗布剤に十分に分散し、そして密着している。本発明の複合研磨フィラメントに使用される研磨粒子は、個々の研磨粒子の粗粒又は凝集物である。好ましい凝集研磨粒子は米国特許4,652,275及び同4,799,939に記載されている。研磨粒子は研磨工業において一般に使用されている公知の研磨剤である。研磨粒子は、好ましくはモース（Mohs）硬度約７以上、より好ましくは約９以上を有する。好ましい研磨粒子の例は、炭化珪素研磨粒子（耐火処理した炭化珪素研磨粒子を含む）、溶融酸化アルミニウム、加熱処理した溶融酸化アルミニウム、アルミナジルコニア、立方窒化硼素、ガーネット、軽石、砂、金剛砂、雲母、コランダム、石英、ダイヤモンド、炭化硼素、溶融アルミナ、焼結アルミナ、α−アルミナベースのセラミック物質が含まれる。
研磨粒子は、硬化TPE塗布剤の中に約0.1から約65重量％、より好ましくは約３から約60重量％（TPE及び研磨粒子の全重量に対して）の範囲で存在する。
硬化TPE塗布剤に加える研磨粒子のサイズは、複合フィラメントの使用目的によって定まる。切断又は荒仕上げに用いる場合、粗粒子の研磨剤が望ましく、最終仕上げに用いる場合、より小さい粒子の研磨剤が好ましい。好ましくは、研磨粒子の平均直径は、複合研磨フィラメントの直径の約１／２より小さく、より好ましくは複合研磨フィラメントの直径の約１／３より小さい。
研磨粒子の表面（表面部分、又は全表面部分）をカップリング剤で処理して、溶融TPEへの密着性及び分散性を高めることができる。好ましいカップリング剤の例は、シラン、ジルコ−アルミナ及びチタネートカップリング剤が含まれる。
研磨物品
本発明の複合研磨フィラメントは、開口した形態に集成し、長尺の研磨パッドに又は種々のサブストレートに付属させて、種々のブラシに組み込ませることができる。図５は、複合研磨フィラメント51をハブ52に接着又は他の手段で密着させた本発明の回転ブラシ50を表わしている。このような構造のブラシは下の“テストブラシ構造II”において明らかにした。
本発明の複合研磨フィラメントは種々の形態のブラシに組み入れ、そして洗浄、一定半径の処理、更に金属、プラスチック及びガラスサブストレートの装飾仕上げ等の種々の用途に用いられる。ブラシの形態は、円形ブラシ、円筒ブラシ（印刷回路クリーニングブラシの如き）、ミニグラインダーブラシ、床用タワシ、カップブラシ、エンドブラシ、フレアカップエンドブラシ、円形フレアエンドカップブラシ、被覆カップトリムエンドブラシ、カプセルエンドブラシ、パイロット結合ブラシ、種々の形状のチューブブラシ、コイルスプリングブラシ、外開き洗浄ブラシ、煙突及びダクトブラシ等である。いづれのブラシのフィラメントは、勿論同一又は異なっていても良い。
複合研磨フィラメントの製造方法
本発明に従って複合研磨フィラメントは、溶融した研磨剤充填TPEが存在するダイの中に１つ以上の成型コアーを通して塗布するか、研磨剤充填の溶融TPEを成型コアーに吹霧塗布するか、又は成型コアーを溶融TPEの浴の中を通し、研磨粒子を溶融TPE塗布剤に適用（他方、研磨粒子を溶融TPEの浴に入れることができる）する如きの種々の方法によって製造することができる。例えば、静電力によって研磨粒子をTPE被覆の成型コアーに吹付け、研磨粒子をTPE被覆コアーに適用することができる。しかしながら、上で述べた第１の態様が好ましい方法であって、ここでは１つ以上の成型コアーをダイの中を通して少なくとも部分的に溶融研磨剤充填TPEを成型コアーに被覆し、次いで溶融TPEを冷却して硬化組成物にする。
本発明における１つの好ましい態様として、TPEを溶融しそして研磨粒子をこの溶融TPEに混合することのできる押出機の出口に、図６に示したようなダイ60を付属させる。米国特許3,522,342に記載された装置及び方法は、１つの好ましいものである。図６において、溶融研磨剤充填TPE（又は、所望により研磨剤充填TPE／熱可塑性重合体の混合物）は62の通路に、単一成型コアーは61であって、重合体を溶融しそして成型コアーを左から右に移行させているのが認識できよう。研磨剤充填TPE被覆成型コアー63はダイ60の出口の所に存在することを示している。64は押出機（図示していない）にダイを付属させるためのスクリューアタッチメントである。ダイ60の好適な変形として、複数の成型コアーを通すようにしたものがあって、この変型は当業者において容易に認識できることである。
各TPEについて、押出機の区分温度及びダイの温度は、各TPEについての市場での推奨する温度にセットするのが望ましく（表Ａ参照）、TPEの硬質領域又はイオンクラスターの溶融温度又は解離温度が主要な限界となる。好ましい押出機の区分温度及びダイの温度は表Ａに示した。押出機（又は加熱容器の如きTPEを溶融するもの）は、好ましくはTPEを硬質領域若しくはイオンクラスターの溶融又は解離温度（TPEのタイプ及び等級によってその範囲は変化する）以上に加熱し、そして加熱したダイを通して溶融TPEを押出す。
研磨粒子は押出機の供給口から溶融TPEに加えられるが、好ましくは十分早い時期に研磨粒子は溶融TPEに十分に分散されるようにする。また、静電塗装の如き第２の工程（すなわち、成型コアーが溶融TPEで塗布された後）を経由して、研磨粒子を溶融TPE塗布剤に分散させても良い。
0003683581.tif 000006
冷却水による急冷をダイのすぐ下流部分に設け、ダイを通過することによって溶融TPE被覆成型コアーを冷却し、塗布された成型コアーをロールに巻き取る前に、TPE及び研磨粒子を含む組成物を成型コアーの上で硬化させる。複数の成型コアーを同時に塗布する方法は、複合研磨フィラメントを大量生産する見地から好ましく、この場合マニホールド配列によって行われる。この場合、１個より多い巻取りロールが必要になる。
通常のダイは冷却水による急冷却を下流部分に設けた垂直又は水平に調節されたプリー機構を要し、ダイ中の成型コアーを中心に設定するようにしそして同心的に塗布するものであって、最近市場で入手できるダイは別個にこの機構を使用しなくてもこの中心に設ける機能を有している。Denca Die（Clearvater, Florida）から入手できる商品名“LOVOL”として知られているダイは４個のヘリコイド固定の中心配列を有し、溶融TPE中の研磨粒子分散液を実質的に同心的に十分に塗布でき、そして成型コアー物質を変えた時には成型コアー物質を再度容易に処理できるようになっている。
研磨剤充填TPE塗布膜の厚さは、ダイにインサートを使用して変えることができる。塗布膜の厚さは、またダイを通過する成型コアーの速度によって多少調整でき、速度が早い程、薄いTPE塗布膜となる。パイロット規模の操作では、成型コアーの速度は約30から約100re／minの範囲が好ましく、約30から約45re／minの範囲がより好ましく、一方大量生産においては、生産速度は300re／minの如き高速が想定される。
硬化された研磨剤充填TPE塗布成型コアーは、所望の長さの個々の複合研磨フィラメントに切断される。使用前にフィラメントの引張り強さを増大するために配向させる必要はない。
複合研磨フィラメント、研磨平板及びスクリーン平板の製品の製法を、それぞれの性能試験の結果と併せて、次に示す実施例により詳細に明らかにする。
例
次に示す実施例は本発明を説明するためのものであって、限定するためのものではない。実施例すべてにおいて、特に述べない限り部及びパーセントは重量についてである。“Ｐ”は、研磨粒子の表示に関連して使用される場合の加熱処理研磨粒子についてであり、一方研磨粒子の“等級（grade）”はGrinding Wheel Institute（ANSI ASC B74.18-1984）において採用されているものである。“CRS”は冷間圧延鋼を意味する。
試験方法
疲れ破損抵抗
ここでの試験は複合研磨フィラメントの疲れ破損を評価するために行われ、この結果は本発明の複合研磨フィラメントから製造されるブラシの相対的寿命を予想するのに使用することができる。ここでの試験方法は、Technical Bulletin No.6,“Fatique Resistance and Some of the Factors That Affect Flex Life of Brush Filling Materials”, February, 1978, (duPont, Plastic Products and Resins Department, Code #E-19743)に公表され、記載されている。試験機のフィラメント保持具は４つのチャックに変更し、いづれも複合研磨フィラメントを確実に撓むように調整した点を除いて、その試験方法を正確に実施した。この試験において、４つのチャックは駆動軸に固定し、個々の複合研磨フィラメント又は比較用フィラメントを確実に使用できるようにした。チャックは、いづれも駆動軸の中心から50mm離れ90°に載置した。駆動軸は500rpmで操作した。いづれの試験において、フィラメントと衝撃棒との間の締めしろ（interference）はフィラメントの直径に応じて調節した。1.02mmの直径のフィラメントについては、締めしろは12.22mmであり、1.14mmのフィラメントについては13.21mm、1.27mmのフィラメントについては16.51mm、そして1.40mmフィラメントについては18.16mmに調節される。４つの同じフィラメントを駆動軸に固定した後、駆動軸を回転し、そしてフィラメントの50％が破損するに要した時間を記録した。この値を１−27及び比較Ａ−Ｆとして表４に明らかにした。
試験ブラシの構造Ｉ
複合研磨フィラメントの一端を２つのハブのキャストアルミニウムに固定して、複合研磨フィラメントから研磨ブラシを作成した。キャストアルミニウムの第１の部分の加工されたハブは、32mmの中央孔、102mmの外径を有する５mm厚のアルミニウムデスクから成り、そして横断面でみて周囲が４mm上げられている。キャストアルミニウムハブの第２の部分は、19mmの厚さのキャストアルミニウムデスクから加工されたもので、また32mmの中央と102mmの外径を有している。キャストアルミニウムハブの第２の部分は５mmの厚さに加工され、デスクの一方の面は３つの円形のもり上がった面を有し、いづれも中央孔と同じ同心円であって、外側、中間及び内側の円形のもり上がった面であって、すべて円形のもり上がった面はデスクの主要表面と平行である。外側の円形のもり上がった面は４mm×４mmの横断面を有し、そして102mmの外側端部の直径を有する。中間の円形のもり上がった面は73mmの外側端部の直径及び68mmの内側端部の直径を有し、そしてデスクの主要表面より13mmもり上がっている。デスクの主要表面及び中間のもり上がった面で形成される環（annulus）は、８個の同じ大きさのそして同じ間隔で放射状に穴が形成され、いづれの穴は９mmの直径であって、隣接する穴との間の間隔が約３mmである。これらの穴に続いて複合研磨フィラメントを設ける。内側円形のもり上がった面は内側端部の直径が32mmであって、２個のハブを合わせてハブの中央孔を形成する。内側のもり上がった外側端部は44mmの直径（ハブの中心から測定して）を有し、そしてデスク主要面より13mmもり上がっている。第２ハブデスクの内側のもり上がった面及び中間のもり上がった面は平面を形成し、この平面に対して第１ハブが設けられている。第１ハブ及び第２ハブのもり上がった横断面はお互いに相対している。
いづれも83mmの長さであって、約125から150の複合研磨フィラメントの一端を、８つのいづれの穴の中に設けた。いづれも十分な数のフィラメントを、いづれの穴につめ込んだ。２成分エポキシ接着剤液状樹脂組成物（Rhone-Poulencから入手した“Epi-Rez”WD-510エポキシ及びTexaco Chemical Companyから入手した“Jeffamine”D-230アミンの組合せ）をフィラメントの上に塗り、フィラメントを穴の中に押し入れた。アルミニウムハブの第１の部分は、アルミニウムハブの中心から42mmの等間隔の４つの穴を通して、直径４mmの４個のスクリューを用いて第２の部分に固定した。このことにより、複合研磨フィラメントは約50mmのフィラメントのトリムの長さによって多少扇状になった。室温（約25℃でエポキシ樹脂を硬化するため）において約24時間保持した後、約60℃において約１時間後硬化を行い、複合研磨フィラメントブラシを次の評価のために準備した。このブラシは32mmの中央孔と約200mmの外径を有している。
試験ブラシの構造II
本発明の複合研磨フィラメントを用いて図５に示す研磨ブラシを形成するようにモールドを加工した。円型のベース平板は3.18cmの直径の中央孔を有し、外径がこの3.18cmより多少短かいシリンダー２−Ｐにこの中央孔を通して固定した。ベース平板の一つの面に溝を機械加工して放射状の模様を形成し、薄い金属スペーサーをそこに差し込んだ。この溝は中心の中央孔より約５cmの部分から放射状に延長し、そして平板の周囲に及んでいる。次に、平板の穴とシリンダーを同心状にして、溝を有するベース平板の表面にライトシリンダー（right cylinder, 200mm I.D.）を繋合した。次いで、スペーサーを溝に入れ、シリンダーコアーを穴を通して差し込み、そして溝の長さに更に約５cm長い複合研磨フィラメントをスペーサーの間の部分に直線状に配列する。スペーサーは所定の長さの複合研磨フィラメントを放射状に均一且つ密接に分布させてクランプリングに強固に固定し、フィラメントの端部を中央穴の方向に向くようにする。
次に、二液のエポキシ樹脂（３Ｍ社からの商品名DP-420）を約50℃においてシリンダー中央コアーとクランプリングとの間に形成された中央キャビテー内に流し込んで重合体注型ハブを形成した。樹脂を完全に硬化した後、装置からブラシを取り出し、そして例25−27及び比較例Ｆにおいて試験を行った。
平板研磨試験
複合研磨フィラメントを含むブラシを秤量し、そして1750rpmで操作する2.24Kw（３hp）のモーターに接続したシャフトにそれぞれ載置した。100mm平方で約６mmの厚さの1018 CRS鋼板を秤量し、次いで13.3Paの応力でいづれのブラシと接触させた。15分間隔で試験用ブラシ及び鋼板を秤量し、鋼板の重量損失及び試験用ブラシの重量損失を測定した。15分で８回試験を行った後（全部で120分）、試験を終了し、そしてすべての切断量（鋼板の重量損失）を算定した。この数値を２で割算して、１時間についての各ブラシによる平均グラムとした。ブラシの効率（η）は全鋼板の重量損失を全複合研磨フィラメントの重量損失で割算して計算した。この結果を表４に示した。
孔あきスクリーン研磨試験
孔あな鋼の研磨について、ブラシを試験した。この試験で、Harrington and King Perforating Company (Chicago, IL)から市場において入手した約４mmの直径の交互に孔を有し（46％開口）、そしてストック模様401番の50×150mmの16ゲージ1008 CRS鋼孔あけスクリーンを研磨し、いづれの試験においてスクリーンの二重層を使用した。この結果を表４に示した。
複合研磨フィラメントの引張強さ
初めジョーを25mm離し、次いで１分間に50mmの割合で離していく標準引張試験機（InstronモデルTM）を使用し、本発明の複合研磨フィラメントの100mmの長さの両端を試験機の２つのジョーに繋ぎ、その破断に要する力を測定して引張強さを評価した。いづれのフィラメントを破断するのに要した力を、kgの力として記録した。
複合研磨フィラメントの押出
本発明の複合研磨剤を溶融押出法により準備した。Ｌ／Ｄ比30：１を有する２個の30mm直径の共回転スクリューの二軸スクリュー押出機をいづれの場合に使用した。使用する熱可塑性エラストマーをまず押出機で溶融し（いづれのTPEについて、前に示した表Ａの区分温度及びダイ温度を用いた）、研磨粒子は押出機の供給から調節しながら加えた。各実施例に応じ、ステンレス鋼、アラミド繊維、ガラス繊維の成型コアーを押出ダイを通して引き出し、ここで成型コアーに研磨剤を含む溶融TPEを塗布する。使用した押出ダイは、市場で入手できるLOVOL（Genca Die）である。押出ダイから出た塗布した成型コアーは、押出ダイから約150mmに設けられた冷却水によって冷却して溶融TPEを硬化し、その後研磨剤充填TPE塗布成型コアーを、いづれも成型コアー／TPEの組合せとしてロールに巻いた。続いて、複合研磨フィラメントは各ロールから切断する。上記の方法によって得られた塗布成型コアーは、ロールに巻き、フィラメントに切断し、一方ブラシ部分に加工する前に、配向処理する必要のないことは注目されて良い。
使用したTPEは、これらの物理的性質を含めて表１に示した。表２は使用した成型コアーを示し、一方表３は複合研磨フィラメント（例１−27）を示した。表４は比較例Ａ−Ｆを示し、ここでのTPE、研磨粒子のタイプ、サイズ等を示した。研磨粒子の含量は標準熱焼失方法を用いて測定した。
上で述べた試験ブラシの構造Ｉを採用した５個の比較用研磨剤充填ナイロンフィルムＡ−Ｅを用いて例１−24のものと比較した。比較用フィラメントＡ−Ｅの組成は、表４に示した。比較用のすべてのフィラメントＡ−Ｅは、Ｂのフィラメントは旭化成から市場で入手した以外はすべてduPontから商品名“TYNEX”として市場で入手したものである。
３個のブラシは試験ブラシの構造IIを採用したもので、そしてポリウレタンTPE及びABSターポリマー（例25−27）の混合物を含む複合研磨フィラメントを使用して製造した。比較例Ｆは研磨試験を明らかにするために用いた。比較例Ｆは試験ブラシの構造IIを採用した点を除いて、比較例８Ａと同じ複合研磨フィラメントを使用した。比較例Ｆの組成は表４において明らかにしたが、このフィラメントは本発明に係るものである。
本発明によって製造された複合研磨フィラメント（例１−27）の研磨試験の結果を表５に、そして比較用フィラメントＡ−Ｆの研磨試験の結果を表６に示した。
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試験結果の検討
図８の棒グラフにおいて、比較例Ａ及びＢ、並びに本発明の例１−３の時間を函数として切削された加工物についての結果を示す。
研磨フィラメント比較例Ａ（“TYNEX”の商品名で知られている研磨剤充填ナイロン）は、本件の試験条件のもとでは始め切削りが良好だったが、１時間以内に本来の切断能力の５％以下に急速に低下したことが明らかである。比較例Ｂ（“ASAHI”という商品名の研磨剤充填ナイロン）は切削が良好であるが、例１−３の複合研磨フィラメント程には良くない。しかし、切削の程度は始めにおいて良く、そして他の比較例と比べ顕著な切断力を維持していた。このことは、1018 CRS平板研磨試験（図８）及び孔あきスクリーン1008 CRS研磨試験（図９）において明らかである。高いショアーＤ押込硬度値を有するTPEを使用したポリエステルTPE複合研磨フィラメントは、平板及びスクリーンの両者に対してより優れた研磨切削り作用を示している。
疲れ抵抗試験結果（表４）によると、研磨剤充填ナイロンフィラメント（例Ａ）は10−15分の限界を超えている。軟質のポリエステルTPE塗布の複合研磨フィラメント（例１及び４）は２時間以上も使用できるが、一方硬質ポリエステル塗布複合研磨フィラメント（例３，７−９）は非常に短時間しか使用できない。TPE塗布複合研磨フィラメントを使用して鋼板及びスクリーンの両者を処理する疲れ抵抗及び研磨切削の最高のバランスは、ショアーＤ押込硬度63を有するポリエステルTPEによって達成される。
図10は、例４（334研磨剤）の複合研磨フィラメントの切削能力が、1018 CRS平板（＋）及び1008 CRSスクリーン（※）の両者に対して例５（50％研磨剤）より劣ることを表わしている。複合研磨フィラメントは研磨負荷が大きく、従って加工物をより多く研磨することが明らかである。
1018 CRS平板及び1008 CRSスクリーンの両者に関し、例Ａ，４及び５における切削に対する時間の結果の図11及び12を比較すると、複合研磨フィラメントは顕著に研磨剤充填ナイロン研磨フィラメントをより高い割合で研磨負荷に大きく寄与していることがわかる。
図13及び14は、表３の研磨フィラメントＡ，Ｃ，２及び６の切削能力を比較したものである。研磨剤充填ポリエステルTPE塗布したステンレス鋼成型コアー複合研磨フィラメントを有する本発明の酸化アルミニウム研磨剤含有複合研磨フィラメントは、炭化珪素研磨剤含有複合研磨フィラメントと比較して、1018 CRS平板及び1008 CRSスクリーンの両者に対してより良好である。例Ａ，７−９において、溶融酸化アルミニウム研磨粒子、加熱処理酸化アルミニウム研磨粒子及びセラミックアルミニウム研磨粒子（後者は“Cubitron”として知られている）を用いて第２セットの複合フィラメントを準備した。図15及び16は同様の鋼板及びスクリーンについての研磨試験の結果である。例７−９においては、ガラスパイル繊維成型コアーを商品名“Hytrel 7246”の研磨剤充填72ショアーＤ押込硬度のポリエステルTPEで塗布した。研磨剤充填ナイロンフィラメントの実験からして、本発明の酸化アルミニウム又は炭化珪素充填熱可塑性エラストマー塗布複合研磨フィラメントの間には、切削研磨作用に顕著な相違はないとされる。しかしながら、全たく驚くべきことに、酸化アルミニウム及び炭化珪素研磨剤充填複合研磨フィラメントは、平板について酸化アルミニウム充填ナイロン研磨フィラメントより２倍から４倍の良好な切削を示し（図13及び15を比較）、そして本発明の加熱処理した酸化アルミニウム充填複合研磨フィラメントは、スクリーンに対して顕著な効果を呈する（図14，16）。図15及び16では、良質な研磨剤を使用した場合本発明の複合研磨フィラメントを採用することにより研磨作用は顕著に増加する。
棒グラフで示した図17−20は例Ｄ，Ｅ及び10−13のフィラメントを使用し、P320及びP220酸化アルミニウムと炭化珪素研磨粒子を用いたフィラメントの性能を比較するための研磨試験である。例10−13のいづれにおいては、商品名“Hytrel 6356”のセグメントポリエステルTPEをOwens Corningから入手した製品番号、“OCF G75 PY”のガラス繊維に塗布した。図17は、銅板を研磨するためのフィラメントの試験結果を示し、また図18−20はチタン、304ステンレス鋼及びアルミニウム6061 T6をそれぞれ研磨するためのフィラメントの試験結果を示す。
これらのデータは加工品によって研磨性能がかなり異ることを示している。320規格の炭化珪素を使用した複合研磨フィラメントは銅に対して低い切削を示すが、一方両者の規格の酸化アルミニウムには大変高い切削を示す。
チタンは異常な金属加工品であることを示している。比較用研磨剤充填ナイロンフィラメントに用いた炭化珪素及び酸化アルミニウム研磨粒子は、この金属に対して最大の切断値を有する。
304ステンレス鋼加工品については、全たく異なった結果となる。市場において入手できる研磨剤充填ナイロンフィラメントは比較的効果がなく、一方商品名“Hytrel 6356”のセグメントポリエステルTPE中の同じ研磨粒子を用いた本発明の複合研磨フィラメントは、極めて優れた効果を示す。
最後に、T6061アルミニウム加工品を研磨する場合に全たく予期しない結果が得られた。220及び320規格の炭化珪素及び酸化アルミニウム研磨粒子をそれぞれ交互に含む複合研磨フィラメントは、市場で入手できる研磨剤充填ナイロンフィラメントより極めて優れた性能を示す。
図21−22は、例14−16の複合研磨フィラメントを用い1018 CRS鋼板（図21）及び1008 CRSスチールスクリーン（図22）について研磨試験を行い、その結果を棒グラフに示したものである。これらの例は、ガラスパイル繊維の成型コアーにP120酸化アルミニウム研磨剤充填ポリアミドTPEを塗布したものを使用した。図21は、これらフィラメントは鋼板には良好でないが、しかしスチールスクリーン（図22）に非常に良好であることを明らかにしている。
図23及び24は図21−22と同様であって、例17−22のフィラメントは1008 CRSスチールスクリーン（図24）には良好に作用するが、しかし1018 CRS鋼板（図23）については良好でない。
図25−28は、ハブにフィラメントを大変密につめたシリンダ状ブラシ（10.2cmOD）を使用して研磨試験を行い、棒グラフに示したものである。フィラメントＥ及び10−13は、“Chemcut”として知られている印刷回路用ブラシ装置を使用して比較したものである。シリンダ状ブラシを2500rpmで回転し、それぞれ1018鋼、304ステンレス鋼、銅及び6061 T6アルミニウム（図25−28）に対して表示した荷重で行った。本発明の複合研磨フィラメントは研磨剤充填ナイロン研磨フィラメントと比較して、1018 CRS鋼及び304ステンレス鋼に対して実質的により良好に作用し、また鋼及びT6061アルミニウムに対しても比較的良好に作用した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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