<Desc/Clms Page number 1>
Procédés de production de matériaux de moulage granulaires pour articles abrasifs.
Des articles abrasifs liés par une résine, tels que des meules, sont typiquement produits en mélangeant des particules abrasives discrètes avec un matériau liant liquide et une résine en poudre et en pressant ensuite le mélange ensemble dans des conditions thermiques appropriées. Le mélange peut comprendre d'autres constituants tels que, par exemple, des charges, des agents durcisseurs, des agents mouillants et diverses poudres métalliques.
Un certain nombre de procédés de fabrication d'articles abrasifs utilisent des résines novolaques.
Dans une approche, les résines novolaques se présentent sous la forme de systèmes à base de solvants. Un inconvénient courant de cette approche est l' inflammabilité du solvant à températures élevées. Bien que l'on ait développé des résines novolaques modifiées sans solvant, ces matériaux sont souvent chers et leur utilisation commerciale peut ne pas être économique.
Une autre approche de la production d'articles abrasifs est un procédé à étapes multiples qui comprend l'application d'une résine novolaque liquide chauffée aux particules abrasives, suivie de l'application d'un matériau liant sec. Typiquement, le matériau liant sec comprend une autre résine novolaque et un agent durcisseur. La séquence peut être répétée jusqu'à ce que l'on ait ajouté suffisamment de résine et de matériau liant.
<Desc/Clms Page number 2>
Certaines des techniques disponibles actuellement exigent l'utilisation d'agents mouillants, tels que le furfural. Les agents mouillants, à leur tour, peuvent donner des mélanges de moulage instables et peuvent générer une grande quantité de poussière. De nombreuses techniques connues exigent des contrôles méticuleux de la température et/ou de l'addition de matériaux utilisés pour obtenir un matériau de moulage granulaire homogène convenable.
Par conséquent, il existe un besoin de produire des articles abrasifs par des procédés qui pallient ou minimisent les problèmes précités.
L'invention vise des procédés de production d'un matériau de moulage granulaire pour articles abrasifs.
Un procédé de l'invention comprend le chauffage d'un matériau abrasif granulaire, le mélange d'une première résine de phénol-novolaque avec une seconde résine de phénol-novolaque pour former un mélange de résine et le mélange dans une cuve du matériau abrasif granulaire chauffé et le mélange de résine, pour produire ainsi le matériau de moulage granulaire. En option, la cuve est préchauffée.
Dans une forme de réalisation spécifique, le matériau abrasif granulaire est chauffé à une température dans la plage d'environ 80 à environ 130 C.
Dans une autre forme de réalisation, la température du matériau abrasif granulaire est réglée en dirigeant un gaz à travers la cuve. Dans une autre forme de réalisation encore, la cuve est préchauffée en dirigeant un gaz chauffé à travers la cuve. Dans une forme de
<Desc/Clms Page number 3>
réalisation préférée, la première résine novolaque est mélangée à la seconde résine novolaque en pulvérisant la première résine novolaque sur la seconde résine novolaque. Dans une autre forme de réalisation préférée, la seconde résine novolaque est combinée à un agent durcisseur avant de former le mélange de résine. Dans une autre forme de réalisation préférée, la seconde résine novolaque est combinée à une charge avant de former le mélange de résine.
Dans encore une autre forme de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes de moulage et de durcissement du matériau de moulage granulaire.
On peut préparer le matériau de moulage granulaire pour articles abrasifs dans un appareil de l'invention qui comprend une cuve de mélange et un moyen destiné à diriger un gaz chauffé à travers ou dans la cuve. En option, la cuve est isolée avec un matériau isolant.
L'invention a de nombreux avantages. Par exemple, l'invention peut être utilisée pour produire des matériaux de moulage granulaires pouvant s'écouler qui sont enrobés de manière homogène par des résines de phénol-novolaque. Les matériaux obtenus en mettant en pratique l'invention donnent une structure d'outil uniforme à grain abrasif distribué uniformément. La quantité de matériau désagrégé non adhérant laissée dans la cuve de mélange après retrait du matériau de moulage granulaire est réduite ou minimisée. Comparée à d'autres procédés, l'invention est également avantageuse pour ce qui est de la génération de poussière et de la stabilité du matériau de moulage granulaire produit. L'invention
<Desc/Clms Page number 4>
réduit également les difficultés couramment associées au dosage de la résine.
En outre, l'invention peut être appliquée en utilisant des contrôles de température simples, indépendants et souples. En utilisant une cuve préchauffée en combinaison avec un grain abrasif préchauffé, on peut utiliser un procédé continu au lieu d'un procédé discontinu pour produire le matériau de moulage granulaire.
La Fig. 1 est une représentation schématique, partiellement en coupe transversale, d'un appareil qui peut être utilisé pour appliquer le procédé de l'invention.
La Fig. 2 est un diagramme comparant l'application de liant et le rendement d'un procédé classique à l'application de liant et au rendement obtenus dans une forme de réalisation de l'invention.
Les buts, caractéristiques et avantages précités et d'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront évidents à la lecture de la description plus particulière suivante de formes de réalisation préférées de l'invention, comme illustré, en partie, en référence aux dessins ci-annexés. Le dessin n'est pas nécessairement à l'échelle, l'accent étant plutôt mis sur le fait de faciliter la description du procédé de l'invention.
L'invention vise généralement des procédés de production d'un matériau de moulage granulaire pour produire des articles abrasifs. Les procédés comprennent, dans diverses formes de réalisation, le chauffage d'un matériau granulaire, tel que le préchauffage d'une cuve et l'addition du matériau
<Desc/Clms Page number 5>
granulaire à la cuve préchauffée, et l'addition d'une première et d'une seconde résines novolaques, soit séparément soit en mélange, au grain abrasif chauffé dans la cuve.
Dans une forme de réalisation préférée, le matériau abrasif granulaire est ajouté à la cuve avant l'addition des résines de phénol-novolaque. Dans une forme de réalisation particulièrement préférée, un mélange de résines de phénol-novolaque est ajouté au matériau abrasif granulaire chauffé dans la cuve. On peut également ajouter le matériau abrasif granulaire pendant ou après l'addition d'une ou de deux résines de phénol-novolaque à une cuve de mélange.
La Fig. 1 est une représentation schématique, représentée partiellement en coupe transversale, d'une forme de réalisation d'un appareil approprié pour appliquer le procédé de l'invention. On comprendra que, bien que le procédé de l'invention soit décrit avec référence à l'appareil représenté dans la Fig. 1, le procédé de l'invention peut être réalisé par d'autres appareils appropriés.
L'appareil 10 comprend un mélangeur du type à bol 12. Le mélangeur 12 peut être formé d'acier inoxydable, d'une matière synthétique ou d'autres matériaux appropriés. Comme exemples de mélangeurs appropriés de type à bol, on peut citer les mélangeurs du type à bol Eirich (modèle RV02) et Littleford, par exemple, le modèle FM-130D fabriqué par Littleford, Inc., Florence, KY, les mélangeurs Materninni fabriqués par M. D.M. di Davide Materninni, Italie, et d'autres. Le mélangeur 12 peut être isolé comme illustré. Dans une
<Desc/Clms Page number 6>
forme de réalisation, le mélangeur 12 est chauffé à une température dans une plage d'environ 20 C à environ 150 C, de préférence entre environ 25 C et environ 50 C.
Le mélangeur 12 peut être chauffé en activant un dispositif de chauffage 14 et en remettant en circulation du gaz entre le mélangeur 12 et le dispositif de chauffage 14. Le dispositif de chauffage 14 comprend une soufflerie 16 et un élément chauffant 18. On remet en circulation un gaz approprié entre le mélangeur 12 et le dispositif de chauffage 14 en acheminant le gaz du mélangeur 12, via une conduite 20 et une vanne 22, au dispositif de chauffage 14 et en sens inverse du dispositif de chauffage 18, via la conduite 24 et la vanne 26, au mélangeur 12. La température du gaz dirigé dans le mélangeur 12 peut être régulée par un thermocouple 28 disposé dans la conduite 24 et par un dispositif de commande 30.
Comme exemples de gaz approprié que l'on peut utiliser pour la remise en circulation pour chauffer le mélangeur 12, on peut citer l'air, l'azote gazeux, le dioxyde de carbone et l'argon.
Du gaz réfrigérant peut être dirigé dans le mélangeur 12 par une soufflerie 32, une conduite 34 et une vanne de régulation 36. La régulation des gaz chauffant et réfrigérant à travers le mélangeur 12 peut être automatiquement commandée par des vannes de régulation 22,26 et 36 conjointement avec le contrôle de la température conjointement avec le mélangeur 12, par l'utilisation d'un dispositif de mesure de température 38 (par exemple, un thermomètre ou un thermocouple) .
<Desc/Clms Page number 7>
Le matériau abrasif granulaire est ajouté au mélangeur 12 depuis une source 42. Le matériau abrasif granulaire peut être, par exemple, un abrasif classique, un superabrasif ou une de leurs combinaisons. Comme abrasifs classiques, on peut citer, mais sans limitation l'oxyde d'aluminium, le carbure de silicium, l'alumine-oxyde de zirconium, le grenat, l'émeri et le silex. Comme superabrasifs, on peut citer, mais sans limitation : le diamant et le nitrure de bore cubique (CBN). Comme combinaisons diverses ou mélanges de matériaux abrasifs que l'on peut également envisager, on peut citer, par exemple, des mélanges d'oxyde d'aluminium et d'alumine-oxyde de zirconium. Un autre exemple d'abrasifs appropriés est constitué par des abrasifs dérivés de sol-gel.
Des exemples de ceux-ci sont des grains abrasifs d'alumine de sol-gel, qui peuvent être ensemencés ou non ensemencés. Ces types de matériaux sont décrits, par exemple, dans le brevet U.S. n 5 131 923. La quantité totale de matériau abrasif utilisée dans les procédés décrits ci-dessous se situe en général dans une plage d'environ 40 et environ 70% en volume d'un article ou outil abrasif obtenu.
La taille particulaire moyenne des grains du matériau abrasif granulaire choisi peut être déterminée par une variété de facteurs, tels que l'abrasif particulier utilisé, ainsi que l'utilisation finale des outils abrasifs à fabriquer. En général, une taille particulaire moyenne pour des superabrasifs appropriés et des abrasifs classiques se situe dans une plage entre environ 0,5 et environ 5000 micromètres et, de préférence, dans une plage entre environ 2 et environ
<Desc/Clms Page number 8>
200 micromètres. Les experts en la technique seront à même de choisir la taille particulaire de l'abrasif la plus appropriée pour une application souhaitée sans expérimentation excessive.
Le matériau abrasif granulaire est chauffé à une température dans la plage d'environ 30 C à environ 150 C. Dans une forme de réalisation préférée, le matériau abrasif est chauffé à une température dans une plage d'environ 80 C et environ 130 C.
On comprendra que le matériau abrasif granulaire peut être chauffé avant ou après avoir été ajouté au mélangeur 12. Dans une forme de réalisation préférée, le matériau abrasif granulaire est chauffé dans un lit fluidisé. Des fours ou d'autres dispositifs peuvent être également utilisés pour chauffer le matériau abrasif granulaire hors du mélangeur 12.
Typiquement, une fois que le matériau abrasif granulaire a été ajouté au mélangeur 12 et a été chauffé, les vannes 22,26 et 36 sont fermées et le dispositif de chauffage 14 est désactivé.
Une première et une seconde résines de phénol- novolaque sont mélangées au grain abrasif dans le mélangeur 12. La première résine de phénol-novolaque a un rapport molaire du phénol au formaldéhyde dans une plage d'environ 1 :0,2 environ 1 :0,35. préférence, la teneur en phénol libre est inférieure à environ 0,5%.
La première résine de phénol-phénol-novolaque a un poids moléculaire préféré dans une plage d'environ 200 et environ 1000 de moyenne en poids. Généralement, elle a un point de fusion supérieur à environ 25 C. De préférence, à environ 70 C, la première résine de
<Desc/Clms Page number 9>
phénol-novolaque a une viscosité de fusion relativement basse, telle qu'une viscosité dans une plage d'environ 300 et environ 3000 cp, de sorte qu'elle soit relativement facile à manipuler et à mélanger à d'autres composants. Un exemple d'une première résine de phénol- novolaque appropriée est décrit dans le brevet U.S. n 4 918 116 délivré à Gardziella et coll. le 17 avril 1990 (Gardziella et coll.).
La nature de la seconde résine de phénol- novolaque n'est pas critique, bien que son rapport phénol-formaldéhyde se situe de préférence hors du rapport de la première résine de phénol-novolaque. Cette seconde résine de phénol-novolaque peut être, par exemple, un des matériaux généralement décrits dans la Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Troisième Edition, Volume 17, pages 384 à 416. De préférence, la seconde résine de phénol-novolaque a un rapport molaire du phénol au formaldéhyde dans une plage d'environ 1:0,5 et environ 1:0,9. Un poids moléculaire préféré de la seconde résine de phénol-novolaque se situe dans la plage d'environ 2000 à environ 15 000. Une plage de poids moléculaires particulièrement préférée est habituellement environ 5000 à environ 12 000.
Des exemples de secondes résines de phénol-novolaque appropriées sont décrits dans les brevets U. S. n 4 264 557 (Annis) et 3 878 160 (Grazen et coll.).
Le rapport pondéral de la première résine de phénol-novolaque à la seconde résine de phénol-novolaque se situe habituellement dans une plage d'environ 7 :1
<Desc/Clms Page number 10>
environ 1 :7. rapport particulièrement préféré se situe dans une plage d'environ 3 :1 environ 1:3.
Dans une forme de réalisation de l'invention, la teneur en première résine de phénol-novolaque par rapport à celle de la seconde résine de phénol-novolaque est optimisée pour une température de mélange, discutée ci-dessus plus en détail, qui est entre environ 90 C et environ 130 C. Par exemple, dans une forme de réalisation préférée, à une température de mélange d'environ 90 C et en utilisant la première et la seconde résines de phénol-novolaque décrites dans l'exemple 1, le volume de la première résine de phénol-novolaque ne devrait pas dépasser 11% du volume total du mélange abrasif.
Dans une autre forme de réalisation préférée, à une température de mélange d'environ 130 C et en utilisant la première et la seconde résines novolaques décrites dans l'exemple 1, le volume de la première résine novolaque ne devrait pas être inférieur à 9% du volume total du mélange abrasif. Dans une forme de réalisation préférée, on utilise 35% à 50% en volume de la seconde résine de phénol-novolaque avec 50% à 65% en volume de la première résine de phénol-novolaque. Le rapport pondéral correspondant de la première résine de phénol-novolaque à la seconde résine de phénol-novolaque est environ 0,7 :1,0 1,5:1,0.
Dans une forme de réalisation de l'invention, la première résine de phénol-novolaque et la seconde résine de phénol-novolaque sont ajoutées simultanément au matériau abrasif granulaire dans le mélangeur préchauffé 12. Un exemple d'addition simultanée de résines novolaque est décrit, par exemple, dans le
<Desc/Clms Page number 11>
brevet U.S. n 5 611 827 délivré à Hammerstrom et coll. le 18 mars 1997 et dans le brevet U.S. n 5 976 204 délivré à Hammerstrom et coll. le 2 novembre 1999. Tel qu'on l'utilise ici, le terme "mélange" de la première résine de phénol-novolaque à la seconde résine de phénol-novolaque signifie mélanger ensemble, disperser ou distribuer une résine de phénol-novolaque dans l'autre.
L'expression "mélange de résine" est utilisée ici pour décrire le mélange intime et homogène de polymère obtenu dans lequel chacune des deux résines de phénol-novolaque utilisées conserve ses propres caractéristiques chimiques et physiques distinctes.
La première résine de phénol-novolaque peut être mélangée au matériau abrasif granulaire et/ou à la seconde résine de phénol-novolaque tout en étant sous forme solide ou fluide, quelquefois dénommée "thermofusible". Dans une forme de réalisation, la seconde résine de phénol-novolaque à mélanger se trouve sous forme solide, telle que, par exemple, sous la forme d'une poudre. La seconde résine de phénol-novolaque peut être prévue en combinaison avec d'autres composants sous la forme d'un mélange de poudres, souvent appelé poudre ou matériau "liant (e) à sec".
Le mélange de la première résine de phénol- novolaque à la seconde résine de phénol-novolaque peut se faire en utilisant n'importe quel moyen approprié, tel que par mélange mécanique. Par exemple, la première résine de phénol-novolaque, sous forme solide, peut être distribuée à travers la poudre liante à sec dans un mélangeur mécanique. Des mélangeurs préférés génèrent des quantités relativement faibles de chaleur et/ou
<Desc/Clms Page number 12>
assurent un refroidissement efficace, empêchant de ce fait une réduction de la viscosité des résines de phénol-novolaque en mélange. Le mélangeur peut être, par exemple, un mélangeur de type LittlefordTM. Les mélangeurs LittlefordTM sont connus dans la technique.
Généralement, ce sont des mélangeurs du type à soc de haute intensité avec un rotor à cisaillement élevé et chemise réfrigérante. Les mélangeurs du type à bol et du type EirichTM peuvent être également utilisés pour former le mélange de résines.
Dans une forme de réalisation de l'invention, la première résine de phénol-novolaque est broyée en gros morceaux de résine solide dans une plage de taille d'environ 2,5 à environ 17 cm, puis réduite en particules de taille plus petite d'environ 5 à 500 micromètres avant de la mélanger à la seconde résine de phénol-novolaque. Par exemple, des particules appropriées de la première résine de phénol-novolaque se situent typiquement dans une plage de taille d'environ 50 à environ 500 micromètres (um) et peuvent être pulvérisées en particules plus petites dans une plage de taille d'environ 5 à environ 50 um, par exemple, par attrition, concassage, broyage ou pulvérisation de matière thermofusible.
Comme exemples d'équipement d'attrition et de broyage appropriés qui peuvent être utilisés, on peut citer, mais sans limitation, les SDGTM Dry Grinding Attritors disponibles chez Union Process, Inc., Akron, OH, et d'autres types d'équipement de broyage connus dans la technique. La réduction de la taille particulaire peut être également réalisée au cours du mélange avec la seconde résine de phénol-
<Desc/Clms Page number 13>
novolaque. Le ramollissement de la première résine de phénol-novolaque au cours d'opérations de réduction de taille particulaire peut être minimisé ou évité en refroidissant la première résine de phénol-novolaque en dessous de sa température de fusion, de préférence par contact avec de la glace sèche ou un liquide cryogénique tel que, par exemple, l'azote liquide.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la première résine de phénol-novolaque est utilisée sous forme fluide. Par exemple, la première résine de phénol-novolaque peut être fondue en chauffant la résine à une température dans une plage d'environ 100 C et environ 130 C pour obtenir une viscosité appropriée, telle qu'une viscosité dans une plage d'environ 300 centipoises (cp) et environ 700 cp. Le fluide peut être atomisé et les gouttelettes obtenues pulvérisées sur la seconde résine de phénol-novolaque, de préférence sous la forme d'une composition de poudre liante à sec, comme décrit ci-dessus.
Comme exemples d'équipement approprié qui peut être utilisé pour pulvériser de la matière thermofusible, on peut citer, mais sans limitation, les atomiseurs tels que, par exemple, les appareils Graco, Therm-o-FlowTM, Nordson, la série de mélange MX, Pyles, Hot melt et les pompes Zenith EAZ-60.
On préfère des diffuseurs d'atomisation d'air ronds et plats, d'une taille entre environ 1,52/2,54 mm et environ 2,54/3,81 mm (entre 60/100 et 100/150 millièmes de pouce). Comme paramètres d'atomisation qui peuvent être utilisés, on peut citer des débits liquides dans une plage d'environ 4,54 kg/min à environ
<Desc/Clms Page number 14>
31,78 kg/min (de 10 à 70 livres/minute), de préférence d'environ 9,10 kg/min et environ 22,70 kg/min (de 20 à 50 livres/minute); et une pression d'air au niveau du diffuseur dans une plage d'environ 2,10 kg/cm2 à environ 3,5 kg/cm2 (de 30 à 50 livres par pouce carré (PSI). Des températures préférées de la première résine de phénol- novolaque se situent dans une plage d'environ 95 C à environ 125 C.
La première résine de phénol-novolaque pulvérisée est ensuite mélangée à la seconde poudre de résine de phénol-novolaque. Les températures de départ préférées de la seconde résine de phénol-novolaque se situent dans une plage d'environ 22 C à environ 27 C et les températures finales préférées de la seconde résine de phénol-novolaque se situent dans une plage d'environ 35 C à environ 60 C. Les techniques qui peuvent être utilisées pour mélanger la première résine de phénol- novolaque pulvérisée et la seconde poudre de résine de phénol-novolaque comprennent, par exemple, un mélange mécanique ou un mélange à l'air. Par exemple, le mélange mécanique peut être effectué dans un mélangeur ou un bol muni de palettes.
Comme exemples d'un tel mélangeur, on peut citer, mais sans limitation, des mélangeurs de la série LittlefordTM, un mélangeur à bol unique et palettes de Materninni, des mélangeurs Eirich et d'autres. Un exemple approprié d'un mélangeur à air est le mélangeur à air de MAC Equipment.
Dans des formes de réalisation préférées, des matériaux supplémentaires tels que, par exemple, des agents durcisseurs, des charges et d'autres ingrédients sont également introduits dans le mélangeur. Des agents
<Desc/Clms Page number 15>
durcisseurs appropriés utilisés pour réticuler les résines de phénol-novolaque décrites ci-dessus sont connus dans la technique. Ils sont décrits, par exemple, dans le brevet précité de Grazen et coll. Par exemple, diverses amines peuvent être utilisées, telles que l'éthylènediamine; l'éthylènetriamine; les méthylamines et l'hexaméthylènetétramine ("hexa"). Des précurseurs de ces matériaux peuvent également être utilisés. A titre d'exemple, l'hydroxyde d'ammonium est un agent durcisseur approprié du fait qu'il réagit avec le formaldéhyde pour former de l'hexa.
L'hexa et ses précurseurs sont les agents durcisseurs préférés. Des mélanges d'agents durcisseurs peuvent également être utilisés.
Des quantités efficaces de l'agent durcisseur peuvent être déterminées sans expérimentation excessive.
Habituellement, environ 5 à environ 20 parties (en poids) de l'agent durcisseur sont utilisées par 100 parties de la résine totale de phénol-formaldéhyde.
Les experts en la technique dans le domaine des articles abrasifs liés par une résine seront à même d'ajuster ce niveau, sur la base de divers facteurs, par exemple, les types particuliers de résines utilisés ; degré de durcissement nécessaire et les propriétés finales souhaitées pour les articles : résistance, dureté et performance de meulage. Dans la préparation de meules, un niveau particulièrement préféré d'agent durcisseur se situe dans la plage d'environ 8 à environ 15 parties en poids.
D'autres matériaux qui peuvent être utilisés pour former les matériaux de moulage granulaires de
<Desc/Clms Page number 16>
l'invention comprennent des charges ainsi que d'autres ingrédients typiquement utilisés dans la fabrication d'articles abrasifs. Comme exemples non limitatifs de charges appropriées, on peut citer le sable, le carbure de silicium, l'alumine, la bauxite, les chromites, la magnésite, les dolomites, la mullite, les borures, la silice fumée, les matériaux sol-gel, le dioxyde de titane, les produits carbonés (par exemple le noir de carbone, la houille ou le graphite); le corindon, la farine de bois, l'argile, le talc, le nitrure de bore hexagonal, le disulfure de molybdène, l'oxyde de zirconium et diverses formes de verre, telles que la fibre de verre. Des mélanges de plus d'une charge sont également possibles.
La quantité efficace pour chaque charge ou combinaison de charges peut être déterminée par les experts en la technique. Le niveau habituel de charges pour l'invention est environ 0,1 à environ 30 parties en poids par rapport au poids de l'ensemble de la composition. Dans le cas de disques abrasifs, le niveau de matériau de charge se situe habituellement dans la plage d'environ 5 à 20 parties en poids par rapport au poids du disque.
Comme autres ingrédients typiquement utilisés pour fabriquer des articles abrasifs, on peut citer les agents antistatiques ; oxydes métalliques tels que la chaux, l'oxyde de zinc, l'oxyde de magnésium et leurs mélanges; et les lubrifiants tels que l'acide stéarique et le monostéarate de glycérol. Comme dans le cas des charges, la quantité appropriée de chacun de ces
<Desc/Clms Page number 17>
matériaux peut être facilement déterminée par l'expert en la technique.
L'agent durcisseur, les charges et/ou d'autres ingrédients typiquement utilisés pour fabriquer des articles abrasifs peuvent être combinés avec le matériau abrasif granulaire, les résines de phénol-novolaque ou la combinaison de matériau abrasif granulaire et de résines de phénol-novolaque comme cela est connu des experts en la technique. L'agent durcisseur, les charges et/ou les autres ingrédients peuvent être combinés également au mélange de la première et de la seconde résines de phénol-novolaque. Dans des formes de réalisation préférées de l'invention, la seconde résine de phénol-novolaque est fournie comme partie d'une composition de poudre liante à sec qui, outre la résine de phénol-novolaque, peut comprendre tout ou partie de l'agent durcisseur.
La composition de poudre liante à sec peut comprendre également des charges ainsi que d'autres composants utilisés pour fabriquer des matériaux abrasifs. Dans un tel cas, l'agent durcisseur représente habituellement environ 0,1% à 20% en poids, de préférence environ 7% à 14% en poids, par rapport au poids total des résines de phénol-phénol-novolaque à inclure dans le matériau de moulage.
Le matériau abrasif granulaire et les résines de phénol-novolaque sont mélangés dans le mélangeur 12 pour produire le matériau de moulage granulaire pour articles abrasifs. Dans une forme de réalisation particulièrement préférée, le mélange de résines est dirigé de la source 44 au matériau abrasif préchauffé dans le mélangeur 12, bien que l'on puisse comprendre
<Desc/Clms Page number 18>
que la première et la seconde résines de phénol- novolaque peuvent être mélangées dans la cuve de mélange avant addition du matériau granulaire abrasif.
Les durées de mélange dépendent d'une variété de facteurs apparentés au traitement et aux matériaux, par exemple, le type d'abrasif et les résines liantes utilisées, la présence ou l'absence de charges ; type et la capacité de l'équipement mélangeur utilisé ; quantités de matériaux traités, etc. En général, la durée de mélange se situera dans une plage d'environ 3 minutes à environ 6 minutes pour une échelle de traitement plus petite, par exemple, 22,7 kg (50 livres) de matériau au total; et d'environ 3 minutes à environ 8 minutes pour une situation à plus grande échelle, par exemple, jusqu'à environ 272,40 kg (600 livres) de matériau au total.
Les experts en la technique de traitement des abrasifs seront à même de choisir la durée de mélange la plus appropriée basée en partie sur les enseignements du présent document.
La température de mélange optimale dépend, au moins en partie, du grain abrasif et des formulations de phénol-novolaque spécifiques utilisées pour produire le matériau de moulage granulaire. Généralement, l'étape de moulage est exécutée en utilisant une température initiale de grain abrasif dans la plage d'environ 100 C à environ 150 C. Le mélangeur (bol) peut être à température ambiante ou peut être chauffé. On préfère des températures du bol dans une plage de 25 C et 50 C.
Le procédé de mélange est exécuté de préférence à des températures dans une plage d'environ 85 C à environ 110 C.
<Desc/Clms Page number 19>
Dans une forme de réalisation de l'invention, une augmentation de la teneur en première résine de phénol-novolaque est accompagnée de l'utilisation d'une température de mélange plus basse. Cependant, une température trop basse avec des niveaux de teneur élevés en première résine de phénol-novolaque peut donner des résultats instables et non reproductibles. De manière similaire, des conditions de mélange instables peuvent se présenter avec des teneurs réduites en première résine de phénol-novolaque accompagnées d'une température de mélange qui est trop élevée.
La température du mélange combiné de matériau abrasif granulaire et de résines de phénol-novolaque peut être réglée au cours du mélange. Par exemple, un gaz réfrigérant, tel que l'air ambiant, peut être dirigé vers le mélangeur 12 en ouvrant la vanne 36 et en activant la soufflerie 32. Au cours du mélange, le débit de gaz réfrigérant vers le mélangeur 12 est de préférence faible et se situe dans une plage, par exemple, d'environ 10194 m3/h à environ 50970 m3/h (100 à environ 500 pieds cubes/seconde (ft3/s). Typiquement, la température du mélange décroît au cours du mélange à une température finale dans la plage d'environ 60 C à environ 90 C. La chute de température peut être bénéfique à certains égards, du fait qu'elle a tendance à inhiber le durcissement et l'agglomération prématurés du système abrasif/résine.
Le matériau de moulage granulaire obtenu peut être encore refroidi par un gaz réfrigérant, de préférence à un débit plus élevé, tel que, par exemple, un débit se situant dans une plage d'environ 30582 m3/h
<Desc/Clms Page number 20>
à environ 305 820 m3/h (de 300 à environ 3000 ft3/s).
Une fois que le matériau de moulage granulaire a été refroidi à une température souhaitée, telle que, par exemple, une température dans une plage d'environ 60 C à environ 40 C, la soufflerie 32, la vanne 36 et les moteurs entraînant le bac et les palettes du mélangeur 12 sont coupés et le matériau de moulage granulaire est retiré du mélangeur 12.
Après achèvement du processus décrit ci- dessus, les grains abrasifs de l'invention sont enrobés avec la première et la seconde résines de phénol- novolaque. L'homogénéité du revêtement peut être déterminée par examen des grains. L'absence de régions significatives où le liant à sec (c'est-à-dire la seconde résine de phénol-novolaque et les charges associées) est excessivement concentré est souvent évidente. De manière similaire, l'absence de régions collantes "riches en résine" significatives est remarquée, c'est-à-dire des zones présentant des concentrations excessives de la première résine de phénol-novolaque.
L'homogénéité est encore démontrée par une quantité réduite de "matériau désagrégé" c'est-à-dire de matériau qui n'adhère pas aux grains abrasifs. Le matériau désagrégé peut comprendre des résines de phénol-novolaque, un agent durcisseur, des charges et d'autres ingrédients. Le matériau qui n'adhère pas au matériau abrasif granulaire au cours du mélange peut provoquer des complications de traitement significatives. La quantité totale de matériau qui n'adhère pas aux grains abrasifs après l'étape de
<Desc/Clms Page number 21>
mélange sera en général inférieure à environ 3% en poids par rapport au poids total du matériau de moulage. Dans des formes de réalisation préférées, la quantité est inférieure à environ 1,5%.
Dans des formes de réalisation particulièrement préférées, par exemple, où le matériau de moulage doit être utilisé pour la préparation de disques abrasifs de hautes performances, la quantité de ce matériau non adhérant sera généralement moins qu'environ 0,5%.
Le matériau de moulage granulaire produit par les procédés de l'invention peut être stocké pour une utilisation future. En variante, le matériau de moulage peut être utilisé immédiatement pour préparer les articles abrasifs intéressants. Habituellement, on le fait passer d'abord à travers un tamis pour éliminer les agglomérats éventuels, puis on l'achemine directement à l'équipement de moulage. Par suite, dans des formes de réalisation préférées, il n'y a pas d'étape de vieillissement entre le mélange et le moulage, à la différence de la plupart des processus de la technique antérieure. Du fait qu'une étape de vieillissement peut être chère et peut prendre du temps, l'élimination de cette étape est souvent un avantage considérable d'un point de vue commercial.
Les matériaux de moulage peuvent être moulés, c'est-à-dire "pressés", par de nombreuses techniques, telles que celles connues des experts en la technique.
On peut utiliser un pressage à chaud, un estampage à chaud ou un pressage à froid. Un pressage à chaud est décrit, par exemple, dans une publication de Bakélite, Rutaphen#-Resins for Grinding Wheels - Technical
<Desc/Clms Page number 22>
Information. (KN 50E - 09. 92 -G & S-BA) et dans une autre publication de Bakélite@, Rutaphen# Phenolic Resins - Guide/Product Ranges/ Application (KN 107/E - 10. 89 GS- BG). On pourra trouver des informations utiles dans l'ouvrage Thermosetting Plastics, édité par J.F. Monk, chapitre 3 ("Compression Moulding of Thermosets"), 1981 George Goodwin Ltd. en association avec le Plastics and Rubber Institute.
Pour illustrer, on peut préparer un disque abrasif ou une meule en plaçant le matériau mélangé dans un moule approprié, constitué habituellement d'acier inoxydable, d'acier à haute teneur en carbone ou d'acier à haute teneur en chrome.
Des pistons façonnés peuvent être utilisés pour recouvrir le mélange. Un pressage préliminaire à froid est parfois utilisé, suivi d'un préchauffage après que l'ensemble du moule chargé a été placé dans un four approprié. L'ensemble du moule peut être chauffé par un procédé approprié quelconque : électricité, vapeur, eau chaude sous pression, ou flamme de gaz. Un dispositif de chauffage du type à résistance ou à induction est habituellement utilisé. Un gaz inerte approprié, tel que l'azote, peut être introduit pour minimiser l'oxydation du moule.
Les plages de température, de pression et de temps spécifiques dépendront des matériaux spécifiques utilisés, du type d'équipement en service et des dimensions de la meule. La pression de moulage se situera habituellement dans une plage d'environ 0,70 kg/mm2 à environ 7,03 kg/mm2 (0,5 tonne par pouce carré (tsi) à 5,0 tsi), et de préférence dans une plage d'environ 0,7 kg/mm2 à environ 2,81 kg/mm2 (0,5 tsi à
<Desc/Clms Page number 23>
2,0 tsi). La température de pressage pour ce procédé se situe typiquement dans la plage d'environ 115 C à environ 200 C, et de préférence d'environ 140 C à environ 170 C. La durée de maintien dans le moule se situe habituellement dans une plage d'environ 30 à environ 60 secondes par millimètre d'épaisseur de l'article abrasif.
Dans le cadre de cette description, la portée de l'expression "pressage à chaud" englobe les procédures de matriçage à chaud qui sont connues dans la technique.
Dans une procédure de matriçage à chaud typique, on applique une pression à l'ensemble du moulage après l'avoir retiré du four chauffant.
Le pressage à froid et l'estampage à chaud sont les techniques préférées pour l'invention, spécialement dans des formes de réalisation où des exigences de conservation de temps et d'énergie sont critiques. Le pressage à froid est décrit dans le brevet U. S. n 3 619 151. Une charge pesée prédéterminée de la composition mélangée est initialement délivrée et uniformément distribuée dans la cavité d'un moule approprié, par exemple, un moule de meule classique. Le matériau reste à température ambiante, habituellement moins d'environ 30 C. On applique ensuite une pression à la masse non durcie de matériau avec un moyen approprié, tel qu'une presse hydraulique.
La pression appliquée se situera typiquement dans la plage d'environ 0,70 kg/mm2 à environ 21,10 kg/mm2 (de 0,5 tsi à 15 tsi), et mieux encore dans la plage d'environ 1,406 kg/mm2 à environ 8,436 kg/mm2 (de 1 tsi à 6 tsi). La durée de maintien dans la presse se situe habituellement dans la plage
<Desc/Clms Page number 24>
d'environ 5 secondes à environ 1 minute. Il apparaît que la pression de compactage nécessaire pour obtenir des résultats favorables peut être réduite jusqu'à environ 20% par l'utilisation de matériaux de type lubrifiant, tels que le graphite et des stéarates.
L'estampage à chaud est une technique très similaire au pressage à chaud, si ce n'est que la température du mélange mixte dans le moule est élevée, habituellement à un certain degré en dessous d'environ 140 C, et plus souvent, en dessous d'environ 100 C. On suit ici les mêmes paramètres généraux de pression et de durée de maintien que ceux suivis pour le pressage à froid.
Après le pressage à froid ou l'estampage à chaud, le matériau moulé est habituellement durci. La sélection d'une température de durcissement dépend de plusieurs facteurs, notamment la solidité, la dureté et les performances de broyage souhaitées pour l'article abrasif particulier. Habituellement, la température de durcissement se situera dans une plage d'environ 150 C à environ 250 C. Dans des formes de réalisation fortement préférées, la température de durcissement se situera dans une plage d'environ 150 C et environ 200 C. Le temps de durcissement se situera dans une plage d'environ 6 heures à environ 48heures. Dans de nombreux exemples, la température de durcissement finale est atteinte par étapes, c'est-à-dire en passant par des températures et des périodes de maintien intermédiaires.
Cette technique favorise le mouillage supplémentaire des composants secs dans le mélange avec les composants liquides. Les experts en la technique des abrasifs
<Desc/Clms Page number 25>
seront à même de choisir un programme de durcissement approprié sans expérimentation excessive.
Après que le pressage et le durcissement (dans le cas de pressage à froid ou d'estampage à chaud) sont terminés, les articles abrasifs sont extraits du moule et refroidis. Des étapes ultérieures sont également possibles, par exemple, le rognage des bords et la finition des meules, selon une pratique standard. Pour l'invention, la porosité de l'article moulé après durcissement se situe habituellement dans une plage d'environ 0% et environ 50% et, plus souvent, dans une plage d'environ 4% et environ 30%.
L'invention sera encore décrite dans les exemples suivants qui sont donnés à titre illustratif et ne sont pas censés être limitatifs.
EXEMPLE 1.-
Les matériaux utilisés dans la fabrication d'échantillons de meules minces tronçonneuses A et B comprennent un grain abrasif d'alumine fusionnée 57A de taille granulométrique de 24 et un grain abrasif d'alumine fusionnée 57A de taille granulométrique de 30.
Le grain abrasif d'alumine fusionnée a été obtenu chez Treibacher Schleifmittel, Laufenburg, RFA. Les formulations comprennent également une résine de phénol- novolaque liquide (de faible poids moléculaire) obtenue chez Bakelite AG, Iserlohn-Lethmate, RFA, sous la désignation commerciale de résine 8505F. Une résine de phénol-novolaque en poudre (de poids moléculaire élevé), appelée ici "liant en poudre" a aussi été obtenue chez Bakelite AG, Iserlohn-Lethmate, sous la désignation
<Desc/Clms Page number 26>
commerciale de résine 0222 SP. Des poudres de résine 0222 SP, d'hexa (c'est-à-dire l'hexaméthylènetétramine), de pyrite de fer et de sulfate de potassium sont mélangées à sec en premier lieu, puis utilisées dans le procédé de l'invention pour préparer le mélange.
Les échantillons A et B utilisent la formulation illustrée dans le tableau 1.
<Desc/Clms Page number 27>
EMI27.1
<tb>
Tableau <SEP> la
<tb>
<tb> Matériau <SEP> Poids <SEP> Masse <SEP> Volume <SEP> Volume
<tb> kg <SEP> volumique <SEP> (cm3) <SEP> %
<tb> (lb) <SEP> (g/cm3)
<tb> Grain <SEP> 57 <SEP> A <SEP> 17,25 <SEP> 3,95 <SEP> 4362,99 <SEP> 24,00
<tb> (taille <SEP> 24) <SEP> (37,99)
<tb> Grain <SEP> 57 <SEP> A <SEP> 17,25 <SEP> 3,95 <SEP> 4362,99 <SEP> 24,00
<tb> (taille <SEP> 30) <SEP> (37,99)
<tb> Résine <SEP> 0222SP <SEP> 2,80 <SEP> 1,28 <SEP> 2181,49 <SEP> 12,00
<tb> (6,16)
<tb> Résine <SEP> 8505 <SEP> 2,33 <SEP> 1,23 <SEP> 1896,04 <SEP> 10,43
<tb> (5,14)
<tb> Hexa <SEP> 0, <SEP> 38 <SEP> 1,33 <SEP> 285, <SEP> 45 <SEP> 1,57
<tb> (0,84)
<tb> Pyrite <SEP> de <SEP> fer <SEP> 3, <SEP> 46 <SEP> 4,75 <SEP> 727,16 <SEP> 4,00
<tb> (7, <SEP> 61) <SEP>
<tb> KSO2 <SEP> 1, <SEP> 93 <SEP> 2, <SEP> 66 <SEP> 727, <SEP> 16 <SEP> 4, <SEP> 00 <SEP>
<tb> (4,26)
<tb> Les <SEP> meules <SEP> contiennent <SEP> 20% <SEP> en <SEP> volume <SEP> de <SEP> porosité.
<tb>
L'échantillon A est préparé de la manière décrite dans les brevets U.S. n 5 611 827 et 5 976 204, en introduisant de la résine 8505F chauffée et du liant pulvérulent simultanément au grain abrasif chauffé dans un bol de mélange fabriqué par M. D.M. di Davide Materninni, Italie.
L'échantillon B est préparé selon une forme de réalisation préférée de l'invention. De la résine 8505F liquide chaude, à environ 130 C, est atomisée en utilisant un distributeur d'alimentation en continu
<Desc/Clms Page number 28>
Graco modèle 57281 chauffé de 5 gallons équipé d'un pistolet automatique. On utilise une buse n 163451 de Graco. La pression d'air au niveau de la buse est de 2 à 4 bars (2,1kg/cm2 à 4,2 kg/cm2 ou 30 à 60 livres par pouce carré (psi) ) à 90 C et la pression d'alimentation en liquide est de 3 bars (3,15 kg/cm2 ou 45 psi). Les gouttelettes de résine 8505F chaude sont pulvérisées sur de la résine liante en poudre 0222SP, à température ambiante, pour produire un mélange de résines.
Le mélangeur utilisé pour former le matériau de moulage granulaire approprié pour fabriquer des articles abrasifs est un mélangeur de M.D.M. di Davide Materninni, Italie. Il a un seul bol avec un modèle à palette rotative unique et une capacité maximale de 22,5 kg. Le bol est construit en polyéthylène de poids spécifique ultra-élevé. La palette est munie de deux jeux de racles à broches et d'un soc inférieur. Le système de mélange est chauffé par un système de chauffage d'air électrique. La vitesse de refroidissement du processus de mélange est contrôlée par deux thermocouples installés dans le couvercle du mélangeur. On utilise un thermocouple manuel pour mesurer la température du bol avant et après mélange. Le mélangeur est préchauffé à une température d'environ 30- 40 C.
Le grain abrasif, qui a été chauffé à environ 100-120 C dans un four, est ajouté au mélangeur, le mélangeur est mis en marche et ensuite le mélange de résines est ajouté au grain chauffé. La température du bac est d'environ 35 C, la vitesse du bac est d'environ 32 tr/min et la vitesse de la palette est environ
<Desc/Clms Page number 29>
100 tr/min. On utilise des durées de mélange de plusieurs minutes.
Le pourcentage de rendement est déterminé en tamisant le mélange à travers deux tamis (minimal et maximal) choisis sur la base de la taille du grain abrasif. Le pourcentage de rendement pour les échantillons A et B est représenté dans la Fig. 2.
L'échantillon B, fabriqué par le procédé de l'invention, a un pourcentage de rendement plus élevé.
Le test utilisé pour déterminer le pourcentage d'application de liant pour des mélanges organiques est décrit ci-dessous. L'agent liant qui n'est pas inclus dans le poids d'application de mélange est considéré comme un agent liant désagrégé. Ce test est destiné à tester des spécifications de taille 60 et de tailles plus grossières.
L'équipement utilisé pour effectuer le test comprend un récipient à vis supérieur de 0,237 1 (1 demi-pint) pour le stockage du mélange; un tamis pour tamiser le mélange avant le test ; balance capable de peser 100 grammes au 0,1 gramme près ; un récipient de matériau synthétique de 2,27 1 (deux quarts) pour le transfert du mélange ; une machine d'essai du poids d'application du mélange à "cage d'écureuil" formant tamis de 80 mesh munie d'une minuterie. Un échantillon représentatif de 100 grammes de mélange tamisé, pesé au 0,1 gramme près, est ajouté à la cage d'écureuil et la machine est mise en route et on la laisse fonctionner pendant 30 secondes comme réglé par la minuterie.
La partie conique de la cage est démoulée en frappant, une fois par seconde, pour minimiser l'adhérence au tamis.
<Desc/Clms Page number 30>
Après l'arrêt de la machine, la cage d'écureuil est retirée de la machine d'essai et renversée sur un récipient de 2,27 1 (deux quarts) pour vider le mélange.
La cage d'écureuil est légèrement secouée pour déloger le mélange. Deux échantillons du récipient de 2,27 1 (deux quarts) sont pesés au 0,1 gramme près. Si l'accord entre les mesures pour les deux échantillons est supérieur à 0, 6%, le protocole est appelé pour mesurer un troisième échantillon. Le poids est enregistré sous la forme de pourcentage d'application du mélange. Par exemple, 95,6 grammes sont égaux à 95,6% d'application du mélange.
Des résultats de comparaison pour les procédés de formation de l'échantillon A et de l'échantillon B sont représentés dans la Fig. 2. Les résultats indiquent que le procédé de l'invention (échantillon B) entraîne une réduction du matériau désagrégé (application de liant supérieure) et un minimum et un maximum améliorés, avec moins de pertes de production.
EXEMPLE 2.-
Un modèle expérimental de Taguchi Lis (21 x 37) est réalisé pour encore optimiser les paramètres du procédé. Les sept variables du procédé étudiées sont le point d'alimentation du mélangeur, la température de départ de l'abrasif, la température de départ du bol, la vitesse du bac, la vitesse de la palette, la taille des particules, la durée de mélange.
Trois variables de réponse sont utilisées dans l'analyse (1) : le classement du mélange, qui est une mesure qualitative de la qualité du mélange sur la base d'un mélange poussiéreux/sec ou collant/humide; (2) la
<Desc/Clms Page number 31>
perte de mélange (la quantité de mélange restant sur le tamis après tamisage); et (3) le revêtement du bac, déterminé en mesurant le poids du bac avant et après mélange. Un critère pour un bon mélange est un critère dans lequel il y a un minimum de poussière et où le mélange est un mélange pouvant s'écouler de particules.
Le matériau restant sur le tamis est considéré comme gaspillé dans le cadre de cette expérience. Ce matériau, cependant, pourrait être broyé et réintroduit dans le mélangeur. Le revêtement du bac est un matériau qui s'est accumulé sur le bac et les conditions optimales du procédé sont celles qui le minimisent.
Les paramètres du procédé s'avérant avoir une influence significative sur la qualité du mélange sont la température de l'abrasif, la température du bol, la vitesse de la palette et la taille des particules de la première résine 8505 de phénol-novolaque. En outre, on remarque que plus la taille des particules de la résine 8505 est petite, plus la quantité de chaleur nécessaire pour revêtir l'abrasif est faible.
La température de l'abrasif, la température du bol et la taille des particules sont les paramètres les plus importants qui influencent la perte de mélange. Les données suggèrent qu'une température plus faible de l'abrasif (par exemple, d'environ 110 à moins de 125 C) et une taille moyenne des particules de résine (par exemple, de 53-250 micromètres ; mesh) ont tendance à minimiser le matériau perdu.
La température de l'abrasif, la température du bol, la vitesse de la palette, la taille des particules et la durée du mélange s'avèrent être importants pour
<Desc/Clms Page number 32>
éviter les effets indésirables du revêtement du bac, par exemple, un mélange à pourcentage de rendement plus faible.
Pour le type de meules tronçonneuses et de mélangeur décrits dans l'exemple 1, un rendement du mélangeur et une application de liant optimaux sont obtenus à une température de l'abrasif de 120 C, une température du bol de 35 C, une vitesse de palette de 100 tr/min avec une vitesse du bac de 32 tr/min et environ 5 minutes de durée de mélange. Ces conditions optimales sont déterminées pour des tailles de lots de mélange abrasif de 18,2 kg (40 livres). Par suite, la vitesse d'alimentation est de 0,87 kg/min (1,9 livre/min).