(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０〜２０ｍｍの斑周期を有する３次元波形の自己的に結合したポリアミド連続フィラメント、結合剤樹脂、研磨顆粒およびサイズ樹脂の複数の層から成る、１．２２〜１．８０８ｋｇ／ｍ２の範囲内のウェブ重量を有する、斑で多孔性のかさ高いウェブを含有する研磨製品であって、該ポリアミド連続フィラメントが０．３７〜０．５０８ｍｍの直径を有する、研磨製品。
【請求項２】
１．２２〜１．８０８ｋｇ／ｍ２の範囲内のウェブ重量および１０〜２０ｍｍの斑周期を有し、有機熱可塑性材料から形成された直径０．３７〜０．５０８ｍｍの多数の３次元波形の連続フィラメントから成る斑で粗く多孔性のかさ高いウェブを含有する研磨製品であって、隣接フィラメントが互いに係合し、互いに接触して自己的に結合し、多数の研磨顆粒が全体に分散して、強靱な付着性結合剤により前記ウェブの該フィラメントに接着している、研磨製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、従来の類似研磨製品に比べて著しく長い有効製品寿命を有する耐久性のある不織研磨製品を提供する。
【０００２】
背景技術
連続３次元結合ポリアミドフィラメントの均一な嵩高感のあるウェブから製造された低密度研磨製品、たとえば米国特許第４，２２７，３５０号（Ｆｉｔｚｅｒ）に記載されている研磨製品などは、各種の表面を処理または状態調節する用途に十分であることが分かっている。これら用途は、一部には、鋼コイル素材からミルスケールを除去する、溶接線を滑らかにする、塗装またはその他の被覆作業のために表面を準備する、および修理および保守作業において様々な表面コーティングを除去することを含む。こうした成功によって、必然的に、これら研磨製品の最終使用者に対する付加価値の提供、特に有効製品寿命の延長を追及することに拍車がかかった。
【０００３】
現在の低密度研磨製品をたとえば自動車の車体修理工場において、直径４〜６インチ（１０．１〜１５．２ｃｍ）のディスク形態で使用する場合、これらディスクは、被覆、充填、溶接およびその他の作業を行うために、ディスクを使用して自動車の表面を清掃または準備する時に、多くの鋭利な縁部に遭遇する場合がある。鋭利な縁部としては、屈曲したシートメタル、固締具、固締具のヘッド、錆によって孔があいたシートメタルなどに関連する縁部がある。こうしたタイプの表面は、低密度研磨ディスクで効果的に清掃または準備されるが、鋭利な縁部周囲の清掃および準備作業には代価が必要であり、低密度研磨製品の寿命（研磨製品が最初の直径から、研磨製品の中心取付具の直径に相当する直径まで磨耗するのに要する時間）は、望ましい寿命よりはるかに短くなる。極端な条件下では、研磨製品の寿命は、１分以下ほどに短くなる場合がある。
【０００４】
関連製品の寿命または製品使用寿命の問題は、ディスクの外周部ではなく、ディスクの面を使ってワークピースを研磨する習慣によっても生じる。これらディスクの面を使用する方法は、常に、研磨ディスクの撓み、屈曲、さもなければ研磨ディスク上に加わる横力を生じるか、場合によっては、過度な量の撓みまたは屈曲を生じる。
【０００５】
発明の開示
本発明は、改良された不織研磨製品を提供する。改良された研磨製品は、コイル状に巻いて自己的に付着した熱可塑性フィラメント、結合剤樹脂、研磨顆粒およびサイズ樹脂の複数の層から成る多孔性のかさ高いウェブを有し、従来の類似研磨製品の製品寿命に比べて少なくとも２倍の製品寿命を一般に示す。一実施態様では、本発明は、結合剤樹脂、研磨顆粒またはサイズ樹脂を添加する前の時点で、１７〜２８ｇ／２４ｉｎ２（１．０９７〜１．８０８ｋｇ／ｍ２）、好ましくは１８〜２３ｇ／２４ｉｎ２（１．１６２〜１．４８６ｋｇ／ｍ２）の範囲のコイル重量を有する多孔性のかさ高いウェブを提供する。
【０００６】
もう１つの実施態様では、本発明は、１０〜２０ｍｍの大きさの縦方向に周期的なコイル密度の変化であって、本明細書では「斑」と呼ぶ変化を示す嵩高感のあるウェブを提供する。
【０００７】
さらにもう１つの実施態様では、本発明は、コイル状に巻いて自己的に付着した熱可塑性フィラメント、結合剤樹脂、研磨顆粒およびサイズ樹脂の複数の層から成る多孔性のかさ高いウェブを提供し、１．５２ｃｍ（平均値）撓む時に３．２０ｋｇを超える測定荷重を示す。
【０００８】
請求する発明の他の実施態様では、多孔性のかさ高いウェブは、均一な断面の少なくとも１つのフィラメント層を有する。各フィラメント層は、押出し熱可塑性材料から製造された多数の連続する３次元波形フィラメントであって、隣接するフィラメントが互いに係合し、互いに接触して自己的に結合するフィラメントを含む。これら波形フィラメントは、ポリアミドポリマーから製造することが好ましく、直径約５〜１２５ｍｉｌ（０．１２７〜３．１７５ｍｍ）、さらに好ましくは直径約１４〜２０ｍｉｌ（０．３５５〜０．５０８ｍｍ）である。多孔性のかさ高いウェブが斑を示す場合、有用な量の斑として、斑周期（密度頂点間の距離）が１０〜２０ｍｍの斑が挙げられる。多孔性のかさ高いウェブは、多数の研磨顆粒をウェブ全体に均一に結合し、隣接するフィラメントを互いにさらに結合する強靭な結合剤樹脂を含浸されるかまたは被覆される。好ましい実施態様では、追加のサイズ樹脂もウェブ、結合剤樹脂および研磨顆粒上に含浸または被覆されて、研磨顆粒をウェブにさらに結合することができる。
【０００９】
好適な実施態様の詳細な説明
優れた有効製品寿命を持つ不織低密度研磨製品を提供するために、多くの方法が取られて来た。たとえば、ポリアミドフィラメントではなく熱可塑性フィラメントを使用して嵩高感のあるウェブを製造しようとする試みは失敗だった。より微細なフィラメント使用してより強靭でより緻密な研磨製品を製造しようとする試みは、処理に問題が生じた。つまり、より多数の微細なフィラメントによって陰影効果が生じ、嵩高感のあるウェブの厚さに対する樹脂および無機物の浸透が不十分になる。直径がより大きいフィラメントを使用するさらに他の試みでは、溶融フィラメントがウェブ中に統合される時に、溶融フィラメントの振幅振動が大きくなるため、嵩高感のあるウェブに大きい空隙がある研磨製品ができる。
【００１０】
本発明によると、ウェブおよび／またはコーティング重量のわずかな増加、ウェブ中の特定レベルの斑、並びにより高度の測定荷重／撓み値によって、製品寿命は著しく増加する。
【００１１】
斑、または縦方向における密度の変化の発生は、長年、連続する３次元結合フィラメントの均一な嵩高感のあるウェブから製造される低密度研磨製品を製造する時の欠点であると考えられてきた。斑は、少なくとも一部には、製造時に生じる押出し速度、溶融温度、急冷槽の幾何学的形状、急冷液体の温度、またはローラの調和的な機械運動の関数である。従来の動作条件または代表的な動作条件では、斑は目視では検出されない。高度の押出し速度およびライン速度の条件下では、斑は目視で検出可能になり、許容できないウェブが製造されると考えられた。この実験に基づく観察結果は、こうした研磨製品を製造する上で実際的な生産速度を制限するのに役立った。
【００１２】
連続３次元結合ポリアミドフィラメントの均一な嵩高感のあるウェブから製造された低密度研磨製品の曲げ剛性は、１．５２ｃｍ撓む時の荷重を測定して決定すると、比較的低い有効最大値を有し、一般に３．２０ｋｇ未満であると長年考えられてきた。このように低い最大値が保たれてきたのは、撓み値１．５２ｃｍにおける測定荷重が３．２０ｋｇを超える低密度研磨製品を使用すると、望ましくない動作振動力が一般に生じるためである。しかし、溶接ラインの清掃などのような用途によっては、最終使用者は、製品外周部に磨耗が生じるホイールとしてこうした製品を使用するのではなく、ディスクの面上で磨耗が生じるディスクとして使用する。ディスクの面上でワークピースを研磨するこうした用途は、実質的な横力を研磨製品に与える。極端な場合には、こうしたタイプの用途では、製品は回転するごとに約９０°平面から外れて撓み、その結果製品が加熱して、有効製品寿命が短縮することになる。
【００１３】
本発明は、低密度研磨製品のコイル重量が増加すると研磨製品の有効寿命が著しく増加するという予想外の認識を有利に利用する。場合によっては、研磨製品の寿命は、従来の低密度研磨製品の製品寿命に比べて２倍を超える。有益な利用は、斑、またはウェブ縦方向に沿ったウェブ内の周期的な密度の変化が１０ｍｍ〜２０ｍｍである場合、縦方向および横方向の引張試験結果が示すように、全体的なウェブの完全性が実際に増加するという意外な発見からも可能である。さらに、本発明は、１．５２ｃｍ撓み値における測定荷重が３．２０ｋｇを超える場合、有効研磨製品寿命が著しく増加した低密度研磨製品も提供する。
【００１４】
「コイル」とは、コーティングまたは粒子を被覆される前の波形ポリマーフィラメントのウェブを意味する。「斑」とは、製造工程条件から生じるウェブ（コイル）密度の持続した周期的な変化であって、比較的高密度および比較的低密度の「縞」または「筋」（「斑パターン」）が交互に幅方向にウェブを横断し、縦方向に周期的に現れる変化を意味する。
【００１５】
本発明の低密度研磨製品を作製するために使用する方法は、米国特許第４，２２７，３５０号に記載されている。
【００１６】
研磨製品は、必要なら、事実上直接原料から、つまりポリアミドフィラメント形成材料、液体硬化性結合剤樹脂および研磨顆粒から連続工程で形成することができる。つまり、ポリアミドフィラメント形成材料は、嵩高感のある粗く多孔性のフィラメントウェブ状に直接押し出すことができる。次に、研磨顆粒、結合剤およびサイズ樹脂をウェブに被覆して、最終的な研磨製品を提供する。本発明で使用するウェブ製造方法では、ポリアミドフィラメント形成材料は、多数の開口部が少なくとも１列に等間隔に配置されているか、好ましくは等間隔に配置された開口部が複数の離間配置列に配置されている出糸突起ヘッドを装備された押出機内に挿入される。次に、溶融フィラメントの１つまたは複数の列を下方に押し出して、フィラメントが空気空間を貫通して短距離だけ自由に落下し、急冷槽中に入るようにする。フィラメントは、急冷槽に入るとコイル状に巻いて波形になり始め、溶融フィラメントの流れに対してある程度の抵抗を生じ、溶融フィラメントは急冷槽表面の真上で振動を生じる。フィラメントが形成される押出し開口部の間隔は、溶融フィラメントが急冷槽表面においてコイル状になって波形を生じる時に、隣接するフィラメントが互いに接触するような間隔である。コイル状になって波形を生じるフィラメントは、この時点ではまだ十分に粘着性であり、フィラメントどうしが接触すると互いにほぼ付着して自己的に結合し、嵩高感のある粗く多孔性のフィラメントウェブが生成される。
【００１７】
次に、ウェブは、急冷槽の表面から下に隔たって配置された対抗ローラ間の急冷槽中に方向付けられて、統合されたマット状のフィラメントはなお十分に可撓性であり、ローラの間を通過する時に永久的に変形する。これらローラは、同じ速度で反対方向に動作して、フィラメントが最初にコイル状になって一緒に付着する領域から成形フィラメントウェブを引き離す。これらローラは、平坦ではない表面のループまたは波形を滑らかにするのに十分なわずかな圧力でウェブ表面に接触し、ほぼ平らな表面をウェブに提供する。ローラの接触は、より高密度のフィラメントをウェブの表面に提供しない。むしろ、ウェブは、ローラ間を通過した後に画定厚さを有することになる。このため、ローラの表面は、ほぼ平坦な表面を形成するように滑らかであることが好ましい。有用な研磨製品は、平坦ではない表面を有する場合もあるので、ローラ表面は、研磨製品に変形表面を提供するその他の構成を有しても良い。たとえば、プリーツ付き表面のローラは、プリーツ付き表面を有するウェブを生成する。あるいは、ローラ表面は、スパイクがローラ表面に均一に配置されていると、ウェブの取扱いをより確実にすることができる。ローラは、押出し速度より実質的に遅い表面速度で動作するので、フィラメントがコイル状に巻いて波形を生じ、各フィラメントに高度の波形を有する嵩高感のあるウェブを形成するのに十分な時間が可能である。この方法は、各フィラメントがフィラメントの長さ全体にコイル状に巻いて波形を有するウェブを生成する。
【００１８】
各フィラメントの波形は一般に不規則だが、規則正しく螺旋にコイル状に巻いたフィラメントを生成するように処理を調節することができる。不規則なフィラメントの波形は、一般に出糸突起の開口部のパターンにより概して画定されるパターンによりウェブを通るフィラメントに無作為に生じるループ、捻転または屈曲により特徴付けられる。
【００１９】
複数列のフィラメントを押し出す場合、各々の層が、押し出されたフィラメントの列を表す、コイル状に巻いた波形のフィラメントの層を有するウェブが生成される点に注目すべきである。ウェブ中の各々の層を識別することは、場合によっては非常に難しい。層間の隣接フィラメントも、多くは、フィラメントが互いに接触して互いに自己的に結合する。この態様の多層ウェブを図５に示す。図５は、波形フィラメント４５の４つの列４１、４２、４３および４４を示す。外側の列４１および４５は、それぞれ実質的に平坦な表面４６および４７を有する点に注意する。
【００２０】
図１に示すように、ポリアミドフィラメント形成材料は、溶融状態まで加熱されて押出し出糸突起１０から押し出される。この出糸突起は、自由に落下するフィラメント１１の束を形成するように、少なくとも１列の開口部を含む。フィラメント１１は、空気空間を通って急冷槽１２中に自由落下し、急冷槽１２の表面において、または表面付近でコイル状に巻いて波形になり、自己的に結合したウェブ１３を形成する。ウェブ１３は、なお十分に可塑性で永久的に変形し、対向する平滑な表面を有するローラ１４と１５との間を通過する。これらローラは、ローラ表面から突出するとともに、実質的に平坦な表面を有するウェブを形成するように配置されている均一に離間配置されたスパイクのパターンを有する。次に、ウェブ１３は、ローラの一方、たとえばローラ１５の周囲に引き込まれて、急冷槽１２から取り出される。次に、ウェブ１３は、アイドラローラ１６上から案内ロールの組１７間を通過し、強制空気炉１８内で乾燥されて、残留急冷液体を除去される。ウェブは、ロール上に巻かれて約４週間保管され、形態学的に平衡させる。
【００２１】
ウェブは次に、ロール被覆ステーション１９を通過し、ここで液状硬化性結合剤樹脂２０がウェブ１３に被覆される。その他の従来のウェブ被覆技術が実質的に均一な結合剤樹脂コーティングを形成する限り、他の被覆技術を使用してウェブに被覆しても良い。たとえば、浸漬被覆およびスプレー被覆技術を使用しても良い。結合剤樹脂コーティングは、ウェブに研磨顆粒を均一に被覆するのに十分でなければならない。したがって、湿潤被覆ウェブは、第１研磨顆粒落下ステーション２１の下を通過して、ウェブの一方の面に研磨顆粒が被覆され、適切なアイドラローラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄおよび２１ｅの周囲にＳ形構成に展開されて、ウェブ表面を逆転される（つまり下側を上に向ける）。次に、ウェブの他の表面は、第２研磨顆粒付着ステーション２２の下を通過して、ウェブの両面に研磨顆粒が被覆されたウェブが形成される。その他の研磨顆粒被覆またはコーティング装置を使用しても良い。たとえば、研磨顆粒は、比較的温和な条件であること以外はサンドブラストに使用されるようなスプレー法により、または静電コーティング法などにより被覆しても良い。次に、研磨顆粒被覆ウェブは強制空気炉２３を通過して、第１結合剤樹脂コーティングが硬化し、次に、スプレーステーション２４などのような適切な装置を使って第２コーティングのサイズ樹脂が被覆される。このスプレーステーション２４は、ウェブの上面と下面に多量のサイズ樹脂材料を同時にスプレーし、サイズ樹脂材料は研磨顆粒をウェブの表面に付着させる。サイズ樹脂コーティングの量は、研磨顆粒を被覆またはマスクしないように制限するべきである。ウェブは、コーティングされた後、強制空気炉２５を通過し、最後に逆転ステーションに入り、所望の形状２７に切断される。
【００２２】
本発明による研磨製品の代表的な形状としては、図２、図３および図４に示す形状が挙げられる。図２は矩形の研磨製品３０を示し、図３は環帯形の研磨製品５０を示す。図４は、第２の結合剤樹脂被覆ステップの後、第２硬化ステップの前に数層のウェブを積層し、積層体を圧縮および硬化させて、比較的緻密な研磨製品を形成して作製され、円筒などのような様々な形状のどれかに切断されるさらにもう１つの実施態様を示す。
【００２３】
本発明の低密度研磨製品に含まれる嵩高感のあるウェブを形成するように押し出されるフィラメント形成材料は、オリフィスから押し出してフィラメントを形成できる熱可塑性ポリアミド材料から構成される。本発明による研磨製品のウェブのフィラメントを形成するのに特に有用なポリアミド材料は、ポリカプロラクタムおよびポリ（ヘキサメチレンアジパミド）（たとえば、一般にナイロン６およびナイロン６，６と呼ばれる）である。その他の有用なフィラメント形成材料としては、ポリオレフィン（たとえば、ポリプロピレンおよびポリエチレン）、ポリエステル（たとえば、ポリエチレンテレフタレート）、ポリカーボネートなどが挙げられる。
【００２４】
上記の方法で作製されたウェブは、非常に粗く多孔性かつ嵩高感があるという点で研磨製品に特に適しており、ウェブに充填したり、ひいては研磨製品の特性を妨げたりすることなく、たとえば多量の摩滅物質が生じる表面を状態調節するための研磨製品を長時間使用することを可能にする。開口度および嵩高感の程度は、ウェブの空隙量によって実証され、空隙量は、未被覆状態で一般に少なくとも８０％（好ましくは約８５％〜約９７％）である。結合剤樹脂を被覆された後、ウェブは、研磨製品を長時間使用することを可能にする相当の構造完全性を有する。ローラの平坦化作用は、表面において非常に粗く、しかも平坦な表面上で使用することを可能にする平坦な面を有し、ウェブを屈曲または変形させる必要がない特異な研磨構造を提供する。さらに、このウェブは、結合剤樹脂コーティングおよび研磨顆粒を備えた場合も、可撓性かつ適合性があり、ウェブを使用する殆どの表面に一般に適合する。
【００２５】
ウェブは、非常に多様な厚さで製造することができ、厚さを主に制限するのは、ウェブが押し出される出糸突起の構造、図１に示すローラ１４と１５との間の隙間である。研磨製品に有用な代表的なウェブの厚さは、１／４インチ〜３インチ（０．６３〜７．６ｃｍ）である。上記の方法により作製されるウェブ内のフィラメントのフィラメント直径は、ウェブ作製方法を変更することにより変えることができる。一般に、適切なウェブのフィラメント直径は、５〜１２５ｍｉｌ（０．１２７〜３．１７５ｍｍ）台だが、１４〜２０ｍｉｌ（０．３５５〜０．５０８ｍｍ）台であれば好ましい。５〜１２５ｍｉｌ（０．１２７〜３．１７５ｍｍ）の出糸突起押出し開口部は、こうしたウェブを作製する。出糸突起の開口部は、上記のとおり列になっていて、少なくとも約０．１インチ（２．５４ｍｍ）だけ離れていると満足な結果が得られる。隣接する列の開口部は互いに偏位しているが、出糸突起は、列内の開口部が整列されている場合に適切に機能する。
【００２６】
急冷されたウェブ内のフィラメントは、フィラメントが押し出される押出しオリフィスの直径と必ずしも同じにはならない点に注意するべきである。表面張力によって出糸突起開口部付近の溶融フィラメントは多少厚くなり、フィラメントの直径を増加させる傾向がある。フィラメント直径は、出糸突起と急冷槽表面との間の自由落下領域の減衰によっても多少減少し、この減衰は、自由落下の高さが増加すると増加する。自由落下高さは、満足な製品を作製するために約２〜２０インチ（５．０８〜５０．８ｃｍ）の間で変えることができる。一般に、自由落下高さは、５〜１５インチ（１２．７〜３８．１ｃｍ）台である。
【００２７】
ウェブの生産速度を増加して、時間当たりより多くのポンド数のウェブを生産すると、斑のパターン、または周期的な正弦波密度の変化がウェブ製品に生じる。斑は、密度変化の周期性として現れる。この周期性の頂点間の間隔は、生産速度が増加するにつれて増加する。周期性の周波数は、生産速度が低下すると増加する。斑は、分析的に検出することができるが、ある最小振幅またはある最大周波数では、このパターンは、幅方向にウェブを横断する識別可能に著しい筋として目視で検出することができる。
【００２８】
縦方向（筋の方向に垂直な方向）では、ウェブの引張強度は、より軽く低密度の領域の引張強度まで減少すると一般に考えられる。しかし、逆の結果が観察される。縦方向の引張強度は、斑がないウェブに比べて著しい増加を示す。
【００２９】
特定の所望のウェブ重量（たとえば、１．３６ｋｇ／ｍ２）に対するウェブの生産速度またはライン速度、並びにその他の変数、たとえばダイの構造、押出し温度、急冷液体、急冷槽の幾何学的形状、急冷液体の温度、ウェブ前進手段の構造、材料、添加剤、およびその他のすべての定数に基づいてウェブの斑を変えるかまたは調節するために使用される生産過程には、経験上観察される３つの明確な領域が存在するように思われる。ライン速度は、所望のウェブ重量を生産するように変えることができる。１．３６ｋｇ／ｍ２のウェブを生産するためのこれら３つの生産過程領域は、１）毎時約４７０ポンド（毎時２１４ｋｇ）の予備生産速度の領域であって、斑周期が１０ｍｍ未満である領域、２）毎時約７００ポンドの増加生産速度の領域であって、斑周期が１０〜２０ｍｍの領域、および３）毎時７００ポンド（毎時３１８ｋｇ）を超える非常に高度の押出機出力速度の領域であって、斑周期が過度になる、つまり２０ｍｍを超える領域である。１．３６ｋｇ／ｍ２のウェブを生産するように動作するのに最も有利な領域は、第２領域である。
【００３０】
斑を生じる可能性がある相互作用としては、急冷液体の局所的な沸騰による高調波歪（したがって、押出機の出力、押出しダイの構造、押出し温度、急冷条件、並びに材料および添加剤による影響を受ける）、急冷槽内の運動誘発定常波（したがって、少なくとも一部には急冷槽の構造および寸法に依存する）、ウェブに接触する各種ローラの非同期動作、および／または上記の組合せがある。特定の動作条件下でこうした密度の変化を生じるか、または少なくとも影響する相互作用は、まだ他にもある。
【００３１】
本発明の長寿命の特性を実現するには、結果として得られるウェブまたはコイル状に巻いた基板の重量は、１７〜２８ｇ／２４ｉｎ２（１．０９７〜１．８０８ｋｇ／ｍ２）、好ましくは１８〜２３ｇ／２４ｉｎ２（１．１６２〜１．４８６ｋｇ／ｍ２）であると良い。重量がこれより軽い場合、結果として得られる研磨製品の有効寿命は長くならない。ウェブの重量がこれより重い場合、代表的なワークピースに対して十分に円滑に動作することができない。最長寿命の最終製品の場合、斑が存在する。斑の好ましい周期は、頂点間で１０〜２０ｍｍである。より高密度の斑領域における縦方向の幅は、一般に約５〜１０ｍｍである。
【００３２】
本発明の研磨製品の生産に使用される好ましい結合剤樹脂は、被覆可能な組成物を提供する液状を有するが、過酷な使用条件下でも研磨顆粒をウェブに接着することができる強靭な付着性材料を形成するように硬化することができる。好ましくは、結合剤樹脂は、硬化した場合、少なくとも３０００ｐｓｉ（２．０６×１０４ｋＰａ）の引張強度、および少なくとも１８０％の最終伸び率、および少なくとも４０のショアＤ硬度を有する。現在好ましい樹脂結合剤材料は、市販のイソシアネートプレポリマー材料、たとえばコネチカット州、スタンフォードのＣｒｏｍｐｔｏｎ  ＆  Ｋｎｏｗｌｅｓ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎがＡＤＩＰＲＥＮＥ  Ｌタイプ、たとえばＬ−８３、Ｌ−１００、Ｌ−１６７およびＬ−３１５の商品名で販売しており、たとえばｐ，ｐ’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）で硬化する材料から調製されるポリウレタンである。これら材料の反応性イソシネート基は、ＭＤＡで硬化する液状材料を与えるために、ケトオキシムまたはフェノールなどのような封鎖剤を使って封鎖される。これら材料は、１０４〜１６０℃の温度で加熱すると硬化し、必要な物理的特性を有する硬化結合剤樹脂を生成するが、最初は液体であり、本発明の方法を使用して有用な研磨製品を製造するのに十分なポットライフを有する。未硬化の封鎖されていないプレポリマー材料は、約３〜１０％の公称ＮＣＯ含有量、３０℃において約６０００〜３０，０００ｃｐｓの公称速度、および２５℃において約１．０３〜１．１５の比重を有する。結合剤樹脂の量は、超寿命の研磨製品を提供するようにウェブ全体に研磨顆粒を接着するの十分だが、研磨顆粒自体を被覆またはマスクしない量である。したがって、研磨顆粒の粒度が変わると、使用する結合剤樹脂の量を多少変える必要がある。たとえば、研磨顆粒がより小さい場合、必要な結合剤樹脂は少なくなる。結合剤樹脂は、ウェブのフィラメントの表面に研磨顆粒を結合するほかに、ウェブ自体におけるフィラメントとフィラメントとの結合も高める。これらフィラメントは、ウェブ形成作業時に自己的に互いに結合するが、特に研磨製品に機械的な力が加わると、分離する場合がある。しかし、意外なほど長時間にわたる有効寿命を有する本発明の研磨製品の場合、結合剤樹脂は、４．８〜１６．２（乾燥）ｇ／２４ｉｎ２（０．３１０〜１．０５０ｋｇ／ｍ２）の量で被覆するべきである。結合剤樹脂の量がこれより少ない場合、長寿命にはならない。コーティングの重量がより重くなると、研磨製品は、作動時に振動を生じるいくつかの用途に使用するには堅すぎる状態になる。問題の「スミアリング」（ｓｍｅａｒｉｎｇ）、またはワークピースの表面に対する結合剤樹脂の移着も、コーティングの重量がより重くなった場合に生じがちである。
【００３３】
適切な研磨顆粒は、研磨製品に通常使用される公知のどの研磨粒子または研磨材料でも良い。研磨顆粒の粒度は、１０粒度〜６００粒度（平均直径２〜０．０１ｍｍ）であり、モース硬度は４〜１０である。有用な研磨顆粒を形成する無機物の例としては、パミス、トパーズ、ざくろ石、アルミナ、コランダム、炭化ケイ素、ジルコニア、セラミック酸化アルミニウムおよびダイヤモンドが挙げられる。研磨粒子および結合剤の凝集顆粒も有用である。その他の有機粒子、たとえば粉砕した堅果の殻および磨砕した熱可塑性または熱硬化性ポリマー粒子も、特に比較的軟質のワークピースおよび／またはコーティングを処理または状態調節する場合に有用である。研磨製品は、数種類の顆粒粒度、混合物中に均一に統合された異なる種類の研磨材料、または異なる研磨剤の粒度、硬度もしくは材料の混合物をどちらかの表面に含んでも良い。本発明を考慮すると、適切な研磨材料を選択することにより、特定の用途に応じて研磨製品を変えることは容易に明らかである。本発明の研磨製品は、請求の範囲から逸脱せずに、その他の方法で変更することができる。たとえば、一般に周知されている添加剤材料は、金属加工用潤滑剤（たとえば、グリース、オイルおよび金属ステアレート）などのような樹脂結合剤コーティングに使用することができる。こうした添加剤は、フィラメントに対する顆粒の付着を妨げないように、第２結合剤被覆作業時に一般に添加される。
【００３４】
本発明の製品寿命の延長を実現するには、研磨顆粒は、３２．４〜９７．４ｇ／２４ｉｎ２（２．０９２〜６．２８０ｋｇ／ｍ２）の量で被覆するべきである。
【００３５】
研磨顆粒をウェブにさらに固定するには、樹脂の第２のコーティング、または「サイズ」コーティングを研磨製品に被覆する。これらサイズコーティングに適するサイズ樹脂は、最初のコーティングに使用される樹脂と本質的に同じであり、同様に被覆および硬化される。サイズ樹脂に好ましいコーティング重量は、６．２〜１８．２ｇ／２４ｉｎ２（０．４００〜１．１７０ｋｇ／ｍ２）である。
【００３６】
本発明の研磨製品は、すべてのコーティングを含む合計重量が６０．４〜１５９．８ｇ／２４ｉｎ２（３．９〜１０．４ｋｇ／ｍ２）である。
【００３７】
本発明の研磨製品は、１０〜２０ｍｍの周期を有する、つまり高密度の頂点が１０〜２０ｍｍ離れて現れる斑を示す。研磨製品中の斑のレベルは、目視では見えないが、計器を用いる方法で容易に検出することができる。
【００３８】
本発明の研磨製品は、不織研磨製品に一般に見られるような様々な形状のどれでも良い。たとえば、矩形パッドまたはディスク形パッドはどちらも、回転用のアーバを取り付けるための中央開口部を有することができる。あるいは、矩形などのような形状に切断し、回転可能なハブの外周部周囲に取り付けると、フラップホイールを提供することができる。その他の形状も考えられる。転換ステップでは、特定の斑パターン、数または斑周期を含むかまたは避けるために、特に注意する必要はない。本発明の研磨製品は、他の層に積層して変形研磨製品を提供することができる。たとえば、研磨製品を発泡体またはスポンジ層に積層すると、二重清掃機能を提供するか、または緩衝作用層を提供することができる。様々な取付装置またはハンドルのどれかを研磨製品に取り付けても、取外し可能か、または永久的に取り付けられたハンドルを有する道具を提供することができる。
【００３９】
本発明の研磨製品は、様々な状況の何れかにおいて使用される、攻撃的な処理または状態調節を行うための道具である。これら製品は、市販の殆どの不織研磨製品より粗く、したがって使用時に生じる削り屑またはその他の残留材料が詰まるのに耐える。その結果、これら製品は、従来の不織研磨製品に比べてはるかに長時間にわたって使用することができる。たとえば、これら研磨製品は、反射シート材料の厚く硬質かつ強靭なコーティングを道路標識から除去し、焼戻しまたは熱処理酸化物を金属表面から除去する。本発明の研磨製品は、新しい研磨無機粒子が継続的に露出して、製品がその寿命全体で一貫して機能するような消耗率を有するように、フィラメントの強度、樹脂の強度、研磨材料の付着性の最適な平衡を有する。本発明の研磨製品は、塗料を金属および木材の表面から除去する、熱処理および焼戻し酸化物を線材および円形鋸刃から除去する、厚い保護グリースコーティングおよび酸化物コーティングを給油タンクの熱交換管から溶接前に除去する、再生作業時に錆、汚物および汚染物を鋼コイルから除去する、再生作業時に反射シート材料を道路標識から除去する、スラグおよび酸化物を溶接部品の表面から除去する、およびＬＥＸＡＮポリマーから形成されたプラスチックシートなどのようなプラスチックシートの再生利用時に保護用紙コーティングおよび硬質プラスチックコーティングを除去するなどのような状況において、従来の不織研磨製品より優れた方法で機能することが分かった。これら研磨製品は、ステンレス鋼管材料などのような金属部品およびシート材料上に装飾的な仕上げも施す。
【００４０】
本発明について、以下の非制限的な実施例によりさらに説明する。以下の実施例では、すべての部分は、特記しない限り重量である。
【００４１】
試験方法
磨耗試験
本発明による実施例について、磨耗試験を用いて性能を評価した。磨耗試験は、本発明の研磨製品のディスク形サンプルを３０４ステンレス鋼スクリーンクーポンに接触させて４分間にわたって回転させた。このスクリーンクーポンは、中心間で１．２５ｃｍ離れた直径７．９２ｍｍの孔を六角形に密集させた配列を有する１．９０ｍｍ厚のステンレス鋼シートから構成した。評価した研磨ディスクは、円筒状研磨表面を形成するために直径７．６ｃｍの保持フランジ間で圧縮された研磨製品の直径２．１５ｃｍのディスクから構成した。圧縮されたディスクは、６．８ｋｇの力をディスクとスクリーンクーポンとの間に加えて、２５００ｒｐｍで回転シャフト上を回転させた。ディスクが回転すると、スクリーンクーポンは、孔の配列に沿って線形方向に振動し、孔の配列は１２秒の周期で１３．９ｃｍだけ長さ方向に移動した。１回の評価で１個のディスクを試験した。磨耗試験では、試験の前後にクーポンの合計重量を測定して、スクリーンクーポンから切削または除去された材料の量を決定し（「切削量」としてグラム数で表に記載する）、研磨製品の相対的な切削能力を示した。本発明の好ましい研磨製品は、上記の試験で少なくとも５グラムの切削量を有する。研磨ディスクの重量損失も決定し、表３、表５および表６に「ディスク損失（ｇ）」（グラム数で測定した試験時の材料の重量損失）として記載する。本発明の好ましい研磨製品の重量損失は、４０ｇ未満である。
【００４２】
斑試験
未被覆ウェブ試験サンプルを約４インチ×６インチ（１０ｃｍ×１５ｃｍ）の寸法に切断し、コントラスとを最大限にするために黒色パッド上に配置した。映像顕微鏡（ＩＮＦＩＮＩＶＡＲ、コロラド州、ボールダーのＩｎｆｉｎｉｔｙ  Ｐｈｏｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙが市販）と、ＣＣＤカメラ（モデル４８１０、カリフォルニア州、サンジェゴのＣｏｈｕ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎが市販）と、映像表示装置とから成る映像装置は、表示される視野がほぼサンプルのサイズになるようにサンプルに見当を付けて配置した。側面から入射する照明は、最高の画像コントラストが得られてウェブ内の斑構造が明らかになるように調節した。ＮＩＨ  ＩＭＡＧＥソフトウェア（コロンビア特別区、ワシントンのＮａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈが市販）は、フレームグラッバーＱＵＩＣＫＣＡＰＴＵＲＥ（マサチューセッツ州、マールボロのＤａｔａ  Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）に関連して動作し、どちらもＭａｃｉｎｔｏｓｈ「Ｐｏｗｅｒ  Ｍａｃ  ８１００／１００」コンピュータ上で動作するが、これらを使用して、表示された画像の選択領域から画像を捕獲した。画像を校正するために、ルーラの画像を別個に、ただし同じ条件で取得した。画像は、ＭＡＴＨＣＡＤ（マサチューセッツ州、ケンブリッジのＭａｔｈｓｏｆｔ，Ｉｎｃ．）ソフトウェアルーチンに転送した。このルーチンは、各画像から縦方向に沿った強度プロファイル（繊維密度に比例）を生成する。データの第１の派生物をこのプロファイルから生成し、斑周期を第１派生グラフから隣接する正の頂点間の距離として計算した。画像の様々な領域を分析して、斑周期の平均値および標準偏差を求めた。
【００４３】
荷重／撓み試験
２．０×７．０×０．５インチ（５．１×１７．８×１．２７ｃｍ）のサンプルは、被試験材料の各々から、ウェブの縦方向および横方向に切断した。３個から５個の試験サンプルは、ＳＩＮＴＥＣＨ（ミネソタ州、エデンプレーリーのＭＴＳ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）荷重枠上で３点屈曲取付具を使用して、ＡＳＴＭ標準試験方法Ｄ７９０に従って試験した。サンプルは、６．０インチ（１５．２ｃｍ）離して配置した半径１．０００インチ（２．５４ｃｍ）の２個の支持具間に支持し、半径０．５０インチ（１．２７ｃｍ）の荷重突出部を使用して、毎分１０インチ（毎分２５．４ｃｍ）の歪速度で１．０００インチ（２．５４ｃｍ）撓ませた。この迅速な歪速度は、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０で指定された速度を超えるが、材料を使用する時に加わる応力により近似している。コンピュータ化データシステムを使用して、データを捕獲して分析した。測定荷重／撓み値を記録した。各実施例について、０．６０インチ（１．５２４ｃｍ）撓む時の平均荷重を表６に記載する。
【００４４】
研磨製品の作製
実施例Ｌ１〜Ｌ８および対照：不織ウェブの作製
連続フィラメント不織ウェブは、米国特許第４，２２７，３５０号の実施例１のウェブと同様に作製した。ポリカプロラクタムポリマー（ナイロン６、ニュージャージー州、マウントオリーブのＢＡＳＦ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ＤｉｖｉｓｉｏｎがＵＬＴＲＡＭＩＤ  Ｂ３の商品名で市販）は、２８００ｐｓｉ（１．９３×１０４ｋＰａ）の圧力で長さ６０インチ（１．５２ｍ）の出糸突起から押し出した。この出糸突起は、六角形の密集した配列で０．０８０インチ（０．２ｃｍ）離して配置された約２８９０個の落ち込んだ深座ぐり開口部を有し、各開口部は０．０１６インチ（０．４０６ｍｍ）の直径を有し、０．０７９インチ（２．０１ｍｍ）の平坦部長さを有していた。この出糸突起を約２４８℃まで加熱して、毎分０．５ガロン（毎分約２リットル）の速度で水道水を連続的に充填して流している急冷槽の表面から約１２インチ（３０．４８ｃｍ）上に配置した。出糸突起から押し出されるフィラメントは、急冷槽中に落下して波形を形成し、直径４インチ（１０．１６ｃｍ）、長さ６０インチ（１．５２ｍ）の平滑な表面のロールの間でコイル状に巻いた。これら両方のロールは、回転軸を水槽の表面から約２インチ（５．１ｃｍ）下にして水槽中に配置し、毎分約９フィート（毎分２．７４ｍ）の速度で反対方向に回転した。これらロールは、結果として得られる押出しウェブの表面を軽く圧迫するように離間配置され、両面が平坦だが緻密ではない表面を提供した。ポリマーは、毎時約７００ポンド（毎時３１８ｋｇ）の速度で押し出され、幅５９インチおよび厚さ０．６６インチ（幅１．５０ｍ×厚さ１６．８ｍｍ）で、８列のコイル状波形フィラメントを有するウェブを生成した。結果として得られたウェブは、重量が約２０．９９ｇ／２４ｉｎ２（１．３５６ｋｇ／ｍ２）であり、空隙率が約９２．６％だった。フィラメントの直径は、平均１６〜１８ｍｉｌ（０．４０６〜０．４５７ｍｍ）だった。ウェブを急冷槽から一方のロールの周囲に搬送し、室温（約２３℃）の空気ブラストで乾燥させて過剰な水分をウェブから除去した。ウェブの重量およびフィラメントの直径は、各実施例を生成する時のロール速度、フィラメントが自由落下する空気間隙、および押出機の出力を調節して変えた。
【００４５】
乾燥ウェブを上記のように形成し、後に、結合剤樹脂コーティング、無機コーティング、サイズコーティングを被覆して研磨構成に転換した。結合剤樹脂コーティングは、表１に示す成分を含み、２ロール被覆機を使用して被覆した。乾燥含浸量が約７．７８ｇ／２４ｉｎ２（０．５０３ｋｇ／ｍ２）になるように結合剤樹脂コーティングを被覆した後、ドロップコータを介して、樹脂で被覆されたウェブにグレード３６のＳｉＣ研磨顆粒を被覆した。ウェブは、ウェブの隙間に顆粒が侵入するように攪拌した。２．６ｋｇ／ｍ２の顆粒をウェブに被覆した。次に、この構成をオーブン内で６分間にわたって１６０℃で加熱した。コーティング条件は、様々な乾燥メークおよび無機コーティングを生成するように変更した。
【００４６】
【表１】
表１
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１  分子量が約１５００で、コネチカット州、スタンフォードのＣｒｏｍｐｔｏｎ  ＆  Ｋｎｏｗｌｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが「ＡＤＩＰＲＥＮＥ」ＢＬ−１６の商品名で市販しているポリジイソシアネート。
２  ３５部のｐ，ｐ’−メチレンジアニリンおよび６５部のエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートの硬化性溶液。
３  ミシガン州、ミッドランドのＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが「Ｚ−６０４０」の商品名で市販しているシランカップリング剤。
４  イリノイ州、タスコラのＣａｂｏｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎが「Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ」として市販している粘度変性剤。
【００４７】
次に、表２に示す組成のサイズコーティングを上記構成の上面にスプレーして、オーブン内で６分間にわたって１６０℃で加熱した。この構成を逆にして、他方の側に同量のサイズコーティングをスプレーして、オーブン内で６分間にわたって１６０℃で加熱した。最終的なサイズコーティングの乾燥含浸量は、約７．７８ｇ／２４ｉｎ２（０．５０３ｋｇ／ｍ２）だった。次に、結果として得られた構成をディスク状に転換して、磨耗試験を行った。
【００４８】
【表２】
表２
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５  １４．８％の２−ブタノンオキシムおよび１１．１％の２−エトキシエタノールアセテートを添加して封鎖されたジイソシアネート官能ウレタンプレポリマー、コネチカット州、スタンフォードのＣｒｏｍｐｔｏｎ  ＆  Ｋｎｏｗｌｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが「ＡＤＩＰＲＥＮＥ」ＢＬ−３１の商品名で市販。６  ３５部のｐ，ｐ’−メチレンジアニリンおよび６５部のエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートの硬化性溶液。
７  ミシガン州、ミッドランドのＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが「Ｚ−６０４０」として市販しているシランカップリング剤。
【００４９】
試験結果
表３に示すデータは、ロット３、４、５および６並びに対照ロットが、最も目立つ磨耗（つまり、コイル重量１．２０ｋｇ／ｍ２以下において）示したことを示す。コイル重量がこれより重い場合、同じ構成を有する研磨物品の有効寿命は著しく増加した。
【００５０】
【表３】
表３
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【００５１】
実施例Ｌ９〜Ｌ１２：斑効果
実施例Ｌ９〜Ｌ１１のウェブは、実施例Ｌ１〜Ｌ８のウェブと同様に作製したが、出力およびライン速度は、様々なウェブに模範的な量の斑が生じるように、また毎分約１０ガロン（毎分約４０リットル）の速度で水道水を急冷槽に流すように変更した。実施例Ｌ１２のウェブは、Ｌ１〜Ｌ８のウェブと同様に作製したが、様々なウェブに模範的な量の斑が生じるように出力およびライン速度を変更した。これらのパラメーターのみを変えることにより、斑のレベルをゼロから極値にした。後者（実施例Ｌ１２）は０．０５２６８ｇ／ｃｍ３〜０．０１６１１ｇ／ｃｍ３の密度極値であり、実施例Ｌ１２の平均密度は０．０４４１ｇ／ｃｍ３だった。引張強度は、ＡＳＴＭ  Ｄ  １６８２、条件２Ｃ−Ｔに従って測定し、表４に記載した。斑レベルは、斑試験に従って測定した。視覚的に明確な高密度領域の幅を測定した。それぞれ有利な斑およびゼロの斑を示す実施例Ｌ９およびＬ１１のウェブは、実施例Ｌ１〜Ｌ８のように研磨ディスク製品に転換した。コーティング重量を表５に示す。次に、摩耗試験に従って研磨ディスクを試験し、結果を表５に記載する。これらデータは、より良好な研磨ディスクは、中間レベルの斑を有するウェブから作製されることを示す。
【００５２】
実施例Ｌ１３および比較実施例Ａ−荷重／撓み値
実施例Ｌ１３〜Ｌ１６および比較実施例Ａのウェブは、実施例Ｌ１〜Ｌ８のウェブと同様に作製したが、様々なコーティングの重量を表６に示すように変更し、実施例Ｌ１３〜Ｌ１６のウェブについては、急冷槽に毎分約１０ガロン（毎分約４０リットル）の速度で水道水を流した。比較実施例Ａは、米国特許第４，２２７，３５０号の実施例９に従って作製した。結果として得られたウェブは、荷重／撓み試験に従って試験し、１．５２ｃｍ撓み値における測定荷重を表６に記載する。表６は、実施例Ｌ１３〜Ｌ１６に使用した比較的重い様々なコーティング重量では、１．５２ｃｍ撓み値において３．２０ｋｇを超える平均荷重が得られたことを示す。平均測定荷重／撓み値が高いウェブから作製されたディスクなどのような研磨製品は、研磨ディスクに横力が加わる（つまり、研磨製品は、作業時に平面外で撓む）ように動作させた場合、意外な使用寿命の増加を示す。
【００５３】
【表４】
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【００５４】
【表５】
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【００５５】
【表６】
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【図面の簡単な説明】
本発明を図１〜図５に示して説明する。
【図１】  本発明の研磨製品を製造するために使用される方法の略図である。
【図２】  本発明による研磨製品の３種類の実施態様を示す斜視図である。
【図３】  本発明による研磨製品の３種類の実施態様を示す斜視図である。
【図４】  本発明による研磨製品の３種類の実施態様を示す斜視図である。
【図５】  本発明による研磨製品の断面図である。
【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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