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.Articles abrasifs et leur procédé de fabrication.
La présente invention se rapporte à un nouveau moyen de liaison ou liant pouvant particulièrement mais non exolusi- vement être utilisé au cours de la fabrication de produits abrasifs susceptibles d'être employés à la fois pour le meulage et le polissage,
L'objet principal de l'invention réside dans la confection d'un nouveau liant pour des articles abrasifs tels que des roues, des disques, des blocs, des panneaux etc...
Un autre objet de l'invention réside dans la fabrication de produits abrasifs nouveaux liés de façon à pouvoir être employés pour le meulage et le polissage, ces produits étant caractérisée par le fait qu'ils se présentent sous forme de ¯ corps solides, tout en étant compressibles et capables d'épou-
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ser le contour de l'objet à meuler,
On emploie, d'une façon générale, deux classes d'ingré- dients pour le meulage, l'une de ces classes comprenant des articles abrasifs solides, rigides et liée, tels que des roues, des disques et analogues, la deuxième classe comprenant lea roues de polissage flexibles, dites roues de dressage, parmi lesquelles figurent lea roues en tissu revêtues de colle et d'abrasif, des tissus abrasifs préparés de forma annulaire,
montés sur des oorpa élastiques, tels que le caoutchouc, et des roues de polissage en feutre, portant du rouge à polir etc... Les articles abrasifs de cette dernière classe sont demandés sur le marché pour le polissage et pour le meulage de surfaces de formes irrégulières ; par suite de leurs propriétés, dues à un certain pouvoir de compression, ces articles aorasifa forment en effet un coussin pour l'objet à meuler, ce qui a pour résultat de fournir une surface très bien finie exempte des rugosités, du genre de celles qu'on obtient, lorsque l'on utilise une roue abrasive relativement inflexible, dure et solide.
Ces roues flexibles, dites roues de dressage ou de profilage étaient sujettes pendant des années à une objection sérieuse, due au fait qu'elles ne possédaient sur leur périphérie, qu'un faible nombre de couches, de particules ou de graina abrasifs, ce qui avait pour résultat de donner aux roues une très courte durée et nécessitait un renouvellement fréquent de la couche abrasive, entrainant comme conséquence une interruption de la production.
On a proposé divers procédés, et, afin de remplacer ces rouea de dressage, on a essayé de fabriquer des roues solides, de même que des couches ou des blocs d'un aorasif lié ayant une é- paiaaeur substantielle, et rapportée aur des éléments flexibles; mais pour une raison ou pour une autre aucun de ces
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profita n'a acquis de l'importance dans le commerce.
En mettant en oeuvre la présente invention, on obtient des roues abrasives solides, de même que des roues montées sur des noyaux rigides ou élastiques, dana lesquels les graina d'abrasif et le liant sont employés en un volume suffisamment important pour donner en fait un corps solide et non pas un reniement superficiel de particules abrasives liées.
CAROTHERS, WILLIAMS, OOLLINS, et KIRBY décrivent dans le "Journal of the Amerioan Chemioal Sooiety" du 5 Novembre 1931, pages 4203 et suivantes, un produit synthétique connu sous le nom de chloroprène. Le chloroprène est un dérivé halogéné de polymères de l'écétylène, plus spécialement le 2- ohloro-1,3 -butadène. Les dérivés du chloro-butadiène sont obtenus par la combinaison de l'acétylène monovinylique et de l'acide chlorhydrique, d'habitude en présence d'agents catalytiques appropriés, la polymérisation se poursuivant à partir de ce point et donnant divers polymères tels que le [alpha]- polychloroprène,
un'corps nettement mou et plastique, jusqu'au - polyohlororpène qui se présente sous forme d'une masse élastique, transparente et caoutcheu- teuae, Les polymères du chloroprène peuvent être obtenus maintenant dans le commerce sous le nom commercial de Duprène. Le ohloroprène peut être utilisé pour remplacer le caoutchouc, et lorsqu'il est employé dans ce but, il présente les avantages connus, à savoir d'être plus résistant à l'attaque par les solvants des huiles et du pétrole, d'avoir une résistance de cohéreur, etc... on a déjà proposé d'employer le chloroprène comme liant
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pour lea produits aprasifs.
Cependant, on a trouvé suivant l'invention, que le chloroprène, à lui seul, n'est pas pratique en tant que liant pour les particules abrasives, étant donné, que lorsqu'il est utilisé comme tel, il présente les inconvénients suivants : une extension ou un allongement une feiule résistance à la chaleur produite par le travail de meulage, et pratiquement pas d'adhésion aux particules ou grains abrasifs.
On sait fort bien, que les roues pour le polissage ou pour le meulage ont tendance à se dilater sous l'influence de la force centrifuge. De telles roues, lorsqu'elles sont liées avec du chloroprène, se transforment en ballons et se dilatent au coure d'une rotation à des -vitesses périphériques aussi lentes que 914 mètres par minute à la surface, ceci étant dû à la propriété du liant au chloroprène de s'étirer ou de s'allonger d'une façon exagéree. Etant donné qu'il n'y a que tout au plus une très faible adhésion entre ce liant et les particules ou grains abrasifs, une telle force centrifuge produit une diminution de la liaison.
Lorsque ceci a lieu, le corps de la roue dilatée se met à vibrer au cours de la rotation, les particules ou grains abrasifs relachés se détachent de leurs enveloppes de liaison et la roue ae rompt en définitive.
Suivant la présente invention, on a trouvé que la formation de ce que l'on suppose être des co-polymêres de l'une ou de plusieurs substances contenant du chloroprène, donne un nouveau liant pour produits abrasifs ayant les caractéristiques particulières suivantes :une augmentation énorme de la résistance à la chaleur, une adhésion plue forte aux par-
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ticules abrasives et la possibilité de contrôler son allongement et sa dureté jusqu'à tout degré voulu.
On a trouvé, suivant la présente invention, que les complexes crésol-aldéhyde formique-huile de tung (désignés ci-après comme complexes CFTO) forment des oo-polymères avec le chloroprène, Ces polymères OFTO sont solubles dans le ohloroprène en formant avec celui-ci des corps plastiques, pouvant être polymérisée encore davantage, jusou'à l'obtention de corps transparents, d'une texture s'étendant depuis celle des matériaux caoutchouteux flexibles, jusqu'à celle des produits résistants du type du ouir, mais encore pliables. Une roue de meulage ou de polissage formée avec un co-polymère du chloroprène et avec un complexe CFTO comme liant est caractérisée par les avantages suivants : Le liant présente les caractéristiques d'un cuir mais est très pliable ou flexible.
L'allongement ou l'extension du liant sont réduits juaqu'à 100% ai on le compare avec les 800% du chloroprène ordinaire. La résistance à la chaleur est augmentée à un point tel, que la roue n'est plus affectée par la chaleur produite au cours du meulage. Les qualités adhésives du liant sont telles, que la flexion continue au cours de l'opération de meulage ne libère pas prématurément les particules abrasives. Cependant, le liant est toujours capable de s'allonger pu de s'étendre quelque peu sous l'effet de la pression, au cours du polissage ou du meulage, de telle aorte que toutes les irrégularités de l'article traité sont abolies et polies en même temps.
Au surplus, le liant ae trouve dans un état physique tel, que la roue de meulage peut être actionnée à des vitesses de meulage normales, sana être dilatée, ce qui provoquerait un étirage et une rupture ultérieure due à la force centrifuge. bea roues assez minces
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de ce type ont été misée en rotation avec des vitesses pé- riphériques de 4.575 mètres par minute sans que la rupture se soit produite.
L'un des avantagea les plus importants qui ae manifesta, eat le fait qu'il devient possible de fabriquer des roues ou disques trèa dégagée pour le découpage à froid, et de conserver en même temps des effets de polissage et de bru- nissage égaux à ceux des rouea les meilleures, dites roues de dressage ou de finissage, sans entraîner les inconvé- niente sérieux inhérente à ce dernier type de roues.
Au cours du meulage ou du polissage de pièces en acier inoxydable, comme on le faisait jusqu'à présent, les lignes ou bourrelets de soudure sont tout d'abord égalisée ou polis au moyen d'une roue rigide, à gros grains, qui supprime l'excès de métal. La surface meulée se trouve être, après cette opération, rugueuse et profondément striée ou entail- lée. Afin de rendre à la surface son aspect d'origine fini et poli, il est nécessaire d'effectuer deux ou trois opéra- ;ions supplémentaires de polissage avec des abrasifs succes- sivement plus fins, en employant des roues de polissage dites roues de dressage ou de finissage. On a trouvé qu'avec des roues obtenues conformément à cette invention, le finissage par meulage et polissage pouvait être obtenu en une seule opé- ration, assurant ainsi une grande économie de temps et de tra- vail.
De plus, les nouvelles roues étant solides ou prati- quement solides, il n'est plus nécessaire de renouveller fré- quemment la surface abrasive ainsi qu'on le faisait jusqu'à présent.
Un exemple préféré d'un Complexe CFTO que l'on utilise suivant l'invention est le suivant : @
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100 parties en poids de crésol (point d'ébullition de
200 à 204 )
50 parties en poids d'aldéhyde formique (solution aqueuse
40% en volume)
1/2 partie en poids d'acide sulfurique,
Ces substances sont placées dans une chaudière appropriée à chemise ou manchon, comportant un condenseur à reflux.
On chauffe l'ensemble, et lea constituants sont portés à l'ébullition avec reflux pendant environ 30 minutes, après quoi il se forme dans la chaudière une couche distincte de résine et une couche d'eau. L'eau résiduelle est enlevée . par décantation ou distillation. La masse résineuse est alors chauffée jusqu'à environ 160 0, un échantillon de cet- te masse' devant, après refroidissement, être transparent et cassant, A oe moment on ajoute 100 parties d'huile de tung et on oontinue le chauffage juaqu'à l'obtention de la vis- cosité voulue, suivant la durée de chauffage, la masse ré- sineuse peut être visqueuse et collante ou former un corps solide cassant.
5 parties de hexamethylènetétramine sont alors mélangées à la masse avec agitation, si la masse con- serpe un état visqueux, ou avec désagrégation dans un broyeur à boules, ai l'on utilise la variété solide cassante de cette masse. Ce oomplexe OFTO peut alors être polymérisé davanta- ge par action de la chaleur jusqu'à l'ootention d'un produit très visqueux non fusible, ayant l'aspect de cuir.
Malgré que l'exemple ci-dessus indique l'emploi de cré- sol bouillant à 200-204 (en substance le Méta Para crésol) d'autres crésols donnent d'aussi bons résultats, sans toute- fois être aussi actifs. On peut utiliser des xylénola à hauts ou bas pointa d'ébullition, de l'acide aréaylique brut ou l'une de leurs combinaisons, La quantité d'huile de @
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tung peut varier à volonté, mais on préfère suivant l'invention, d'en employer 50 à 200 parties, suivant le degré de flexibilité que l'on désire donner au polymère du chlororè- ne.
D'autres substances peuvent également former des co-poly mères avec le chloroprène et peuvent être utilisées conformé-, ment à la présente invention, mais peut-être d'une façon moint avantageuse, comme par exemple des résines à base d'aldéhyde et de phénol, le styrène, lea résines dérivées de l'anhydri- que phthalique et des alcools polyhydriques ou des polyal- cools et même l'huile de tung à elle seule.
Comme exemple spécifique dans le cas d'une roue de meulage ou de polissage obtenue avec un ce-polymère du chloroprène et avec un complexe CFTO, on peut utiliser les matériaux suivants dans lea proportions ci-dessous :
10 parties en poids de Duprène (polymère du chloroprène fabriqué par la Sté. :Du Pont Corp.)
3 parties en poids d'un complexe CFTO
1/2 partie en poids d'oxyde de zinc
1/2 partie en poids d'oxyde de magnésium
1/2 partie en poids de résine
1/10 partie en poids de soufre 150 parties en poids de carbure artificiel d'aluminium ou de silicium de dimensions voulues.
Le Duprène et le complexe CFTO sont tout d'abord mélangés sur lea rouleaux d'un broyeur de caoutchouc jusqu'à ce que la chaleur produite par le malaxage dissolve le complexe CFTO dans le Duprène en formant un corps plastique transparent.
L'oxyde de zinc et l'oxyde de magnésium, la réaine et le soufre son-L ajoutée et laminés juaqu'à ce qu'ils soient répartis d'une façon homogène dans toute la masse. Les graine abrasifs sont alors ajoutés par de faibles portions jusqu'à ce qu'ils soient absorbés et distribués uniformément, en
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formant une feuille plastique. Des rôties ou des disques peuvent alors être découpés, poinçonnés ou otatenua d'une autre manière à partir de cette feuille.
Les articles obtenus sont ensuite chauffés pendant 1 à 5 heures à 310 F (155,5 C), afin de polymériser à nouveau les co-polymères, par exemple entre les platines d'une presse ou dans un fourapproprié,
L'emploi d'oxyde de zino, d'oxyde de magnésium, de réaine et de soufre comme agents activanta est bien connu de tous les hommes de l'art connaissant la façon de combiner le ohloroprène,
Il est bien évident, que la présente invention n'est pas limitée aux proportione indiquées, étant donné que l'on peut les faire varier toutes ou certaines d'entre elles, aana pour cette raison sortir du cadre de l'invention. On a trouvé cependant, que 10 à 50% du complexe CFTO en poids par rapport aux polymères du chloroprène sont les proportions les plus intéressantes.
Dans l'exemple mentionné ci-dessus, le liant entre pour 9% en poids dans les articles abrasifs,, Dans ces proportions, la résistance à la traction reste en substance constante et est de l'ordre de 155 à 176 kgs, par cm2, tandis que l'allongement diminue
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et la dureté augmente proportionnellement à la quantité emplpyée de complexe CFTO. Cette caractéristique permet une fabrication pratique de roues de polissage ayant un degré d'élasticité quelconque voulu.
L'invention n'estpasnon plus limitée au malaxage effectué par des rouleaux, car dans certains cas particuliers, il est avantageux d'effectuer le mélange par d'autres méthodes, afin d'éliminer l'action de broyage exercée par las rouleaux malaxeurs aur les graina abrasifs. On arrive à cela en dissolvant les ce-polymères dans un solvant par exemple, dana du xylol ou du benzol, en y introduisant les grains abrasifs avec agitation dans un malaxeur pétrisseur et en éliminant ensuite le solvant.
Comme variante on a obtenu des dispersions aqueuses des oo-polymeres en employant de l'argile de bentonite, de la caséine, de la colle etc....... comme cela est bien connu de tous les hommes de l'art, et en amenant' les particules abrasives avec agitation dans un malaxeur pétrisseur avec élimination ultérieu- re d'eau par séchage.
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Abrasive articles and their manufacturing process.
The present invention relates to a new bonding means or binder which can particularly but not exclusively be used during the manufacture of abrasive products which can be used for both grinding and polishing,
The main object of the invention lies in the manufacture of a new binder for abrasive articles such as wheels, discs, blocks, panels etc ...
Another object of the invention lies in the manufacture of new abrasive products bonded so as to be able to be used for grinding and polishing, these products being characterized by the fact that they are in the form of ¯ solid bodies, while at the same time being compressible and capable of coupling
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the contour of the object to be ground,
Two classes of grinding ingredients are generally employed, one of these classes including solid, rigid and bonded abrasive articles, such as wheels, discs and the like, the second class comprising flexible polishing wheels, known as dressing wheels, among which are fabric wheels coated with glue and abrasive, abrasive fabrics prepared from annular form,
mounted on resilient oorpa, such as rubber, and felt polishing wheels, bearing polish red etc ... Abrasive articles of this last class are demanded in the market for polishing and for grinding surfaces of irregular shapes; owing to their properties, due to a certain compressive power, these aorasifa articles in fact form a cushion for the object to be ground, which results in providing a very well finished surface free from roughness, of the kind which When a relatively inflexible, hard and strong abrasive wheel is used.
These flexible wheels, known as dressing or profiling wheels, were subject for years to serious objection, due to the fact that they had on their periphery only a small number of abrasive layers, particles or grain, which The result was that the wheels had a very short life and required frequent renewal of the abrasive layer, resulting in production interruption.
Various methods have been proposed, and, in order to replace these dressing wheels, attempts have been made to make solid wheels, as well as layers or blocks of a bonded aorasant having substantial thickness, and reported on elements. flexible; but for one reason or another none of these
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profita only gained importance in trade.
By practicing the present invention, solid abrasive wheels are obtained, as well as wheels mounted on rigid or resilient cores, in which the abrasive grains and the binder are used in a volume large enough to in fact give a solid body and not a surface denial of bonded abrasive particles.
CAROTHERS, WILLIAMS, OOLLINS, and KIRBY describe in the "Journal of the Amerioan Chemioal Sooiety" of November 5, 1931, pages 4203 et seq., A synthetic product known as chloroprene. Chloroprene is a halogenated derivative of polymers of ecetylene, more especially 2-ohloro-1,3 -butadene. The chlorobutadiene derivatives are obtained by the combination of acetylene monovinyl and hydrochloric acid, usually in the presence of suitable catalytic agents, the polymerization continuing from this point to give various polymers such as [alpha] - polychloroprene,
a distinctly soft and plastic body, down to polyohlororpene which is in the form of an elastic, transparent and rubbery mass. Chloroprene polymers can now be obtained commercially under the trade name of Duprene. Ohloroprene can be used as a replacement for rubber, and when used for this purpose it has the known advantages of being more resistant to attack by solvents of oils and petroleum, of having coherer resistance, etc ... it has already been proposed to use chloroprene as a binder
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for aprasive products.
However, it has been found according to the invention that chloroprene on its own is not practical as a binder for abrasive particles, since when used as such it has the following disadvantages: extension or elongation resistance to the heat produced by the grinding work, and virtually no adhesion to abrasive particles or grains.
It is well known that the wheels for polishing or for grinding tend to expand under the influence of centrifugal force. Such wheels, when bound with chloroprene, turn into balloons and expand in the course of one rotation at peripheral speeds as slow as 914 meters per minute at the surface, this being due to the property of the binder. chloroprene from stretching or lying excessively. Since there is only at most a very low adhesion between this binder and the abrasive particles or grains, such centrifugal force produces a decrease in the bond.
When this takes place, the body of the expanded wheel begins to vibrate during the rotation, the released abrasive particles or grains break off from their connecting shells and the wheel ultimately breaks.
According to the present invention, it has been found that the formation of what are believed to be co-polymers of one or more chloroprene-containing substances results in a novel binder for abrasive products having the following particular characteristics: enormous heat resistance, stronger adhesion to par-
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abrasive hairs and the possibility of controlling its elongation and hardness to any degree desired.
It has been found, according to the present invention, that the cresol-formaldehyde-tung oil complexes (hereinafter referred to as CFTO complexes) form oopolymers with chloroprene. These OFTO polymers are soluble in ohloroprene, forming with that -Here plastic bodies, which can be polymerized even further, until transparent bodies are obtained, with a texture extending from that of flexible rubbery materials, to that of resistant products of the ouir type, but also foldable. A grinding or polishing wheel formed with a co-polymer of chloroprene and with a CFTO complex as a binder is characterized by the following advantages: The binder has the characteristics of leather but is very pliable or flexible.
Elongation or extension of the binder is reduced to 100% compared to the 800% of ordinary chloroprene. The heat resistance is increased to such an extent that the wheel is no longer affected by the heat produced during grinding. The adhesive qualities of the binder are such that the continuous bending during the grinding operation does not release the abrasive particles prematurely. However, the binder is still able to elongate or expand somewhat under the effect of pressure, during polishing or grinding, such that any irregularities in the treated article are eliminated and polished. at the same time.
Further, the binder is in such a physical state that the grinding wheel can be operated at normal grinding speeds, without being expanded, which would cause stretching and subsequent breakage due to centrifugal force. bea pretty thin wheels
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of this type were set in rotation with peripheral speeds of 4,575 meters per minute without the rupture occurring.
One of the most important advantages which has manifested itself is the fact that it becomes possible to manufacture very clear wheels or discs for cold cutting, and at the same time to maintain equal polishing and burnishing effects. to those of the best wheels, called dressing or finishing wheels, without causing the serious drawbacks inherent in the latter type of wheels.
During the grinding or polishing of stainless steel parts, as has been done until now, the weld lines or beads are first leveled or polished by means of a rigid, coarse-grained wheel which removes excess metal. The ground surface is found, after this operation, to be rough and deeply ridged or notched. In order to restore the surface to its original finished and polished appearance, it is necessary to perform two or three additional polishing operations with successively finer abrasives, using polishing wheels known as dressing wheels. or finishing. It has been found that with wheels obtained in accordance with this invention, the finishing by grinding and polishing can be obtained in a single operation, thus ensuring a great saving of time and labor.
In addition, since the new wheels are solid or practically solid, it is no longer necessary to renew the abrasive surface frequently as has been done until now.
A preferred example of a CFTO Complex which is used according to the invention is the following: @
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100 parts by weight of cresol (boiling point of
200 to 204)
50 parts by weight of formaldehyde (aqueous solution
40% by volume)
1/2 part by weight of sulfuric acid,
These substances are placed in a suitable boiler with a jacket or sleeve, comprising a reflux condenser.
The whole is heated, and the components are brought to the boil with reflux for about 30 minutes, after which a separate layer of resin and a layer of water form in the boiler. Residual water is removed. by decantation or distillation. The resinous mass is then heated to about 160 ° C., a sample of this mass before, after cooling, be transparent and brittle. At this point 100 parts of tung oil are added and the heating is continued. upon obtaining the desired viscosity, depending on the heating time, the resinous mass may be viscous and sticky or form a brittle solid body.
5 parts of hexamethylenetetramine are then mixed into the mass with stirring, if the mass becomes viscous, or with disintegration in a ball mill, using the brittle solid variety of this mass. This OFTO complex can then be further polymerized by the action of heat until a very viscous, non-fusible product has the appearance of leather.
Although the above example indicates the use of cre-sol boiling at 200-204 (in substance Meta Para cresol) other cresols give equally good results, without however being as active. High boiling or low boiling xylenolas, crude areaylic acid, or a combination thereof can be used.
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The tung can be varied at will, but it is preferred according to the invention to employ 50 to 200 parts thereof, depending on the degree of flexibility which is desired to be given to the chlororene polymer.
Other substances can also form co-polymers with chloroprene and can be used according to the present invention, but perhaps in a less advantageous manner, such as for example aldehyde-based resins and phenol, styrene, resins derived from phthalic anhydrous and polyhydric alcohols or polyalcohols and even tung oil alone.
As a specific example in the case of a grinding or polishing wheel obtained with a chloroprene ce-polymer and with a CFTO complex, the following materials can be used in the proportions below:
10 parts by weight of Duprene (polymer of chloroprene manufactured by the Company: Du Pont Corp.)
3 parts by weight of a CFTO complex
1/2 part by weight of zinc oxide
1/2 part by weight of magnesium oxide
1/2 part by weight of resin
1/10 part by weight of sulfur 150 parts by weight of artificial aluminum or silicon carbide of desired dimensions.
The Duprene and the CFTO complex are first mixed on the rollers of a rubber mill until the heat produced by the kneading dissolves the CFTO complex in the Duprene forming a transparent plastic body.
Zinc oxide and magnesium oxide, reaine and sulfur are added and rolled until they are evenly distributed throughout the mass. The abrasive seeds are then added in small portions until they are absorbed and evenly distributed, in
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forming a plastic sheet. Toast or discs can then be cut, punched or otatenua in some other way from this sheet.
The articles obtained are then heated for 1 to 5 hours at 310 F (155.5 C), in order to polymerize the co-polymers again, for example between the platens of a press or in a suitable oven,
The use of zino oxide, magnesium oxide, reaine and sulfur as activating agents is well known to all those skilled in the art knowing how to combine ohloroprene,
It is obvious that the present invention is not limited to the proportions indicated, given that all or some of them can be varied, aana for this reason departing from the scope of the invention. It has been found, however, that 10 to 50% of the CFTO complex by weight relative to the polymers of chloroprene are the most advantageous proportions.
In the example mentioned above, the binder enters for 9% by weight in the abrasive articles ,, In these proportions, the tensile strength remains substantially constant and is of the order of 155 to 176 kgs, per cm 2 , while the elongation decreases
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and the hardness increases in proportion to the amount of CFTO complex employed. This feature allows for convenient manufacture of polishing wheels having any desired degree of elasticity.
The invention is no longer limited to the kneading carried out by rollers, since in certain particular cases it is advantageous to carry out the mixture by other methods, in order to eliminate the grinding action exerted by the kneading rollers at abrasive grains. This is achieved by dissolving the ce-polymers in a solvent for example, dana xylol or benzol, by introducing the abrasive grains therein with stirring in a kneader mixer and then removing the solvent.
As an alternative, aqueous dispersions of the oopolymers were obtained by using bentonite clay, casein, glue etc ....... as is well known to all those skilled in the art, and feeding the abrasive particles with agitation into a kneader with subsequent removal of water by drying.