<Desc/Clms Page number 1>
THE CARBORUNDUM COMPANY, résidant à N E W Y 0 R K .
PERFECTIONNEMENTS AUX ARTICLES ABRASIFS AGGLOMERES AU MOYEN DE GOMME-LAQUE
ET AUX PROCEDES POUR LEUR OBTENTIONo
La présente invention est relative aux articles abrasifs agglomé- rés au moyen de gomme-laque et aux procédés pour leur obtention. Elle concerne plus particulièrement les articles abrasifs agglomérés, tels que roues à meu- ler ou pierres à aiguiser, dans lesquels le liant est constitué par un pro- duit de réaction, durci à chaud, d'un mélange constitué essentiellement de gomme-laque et de mélamineo
Les roues à meuler composées d'abrasif aggloméré au moyen de gomme- laque se font depuis un grand nombre d'années par un procédé de moulage à chaudo Dans ce procédé,
un mélange de grains abrasifs et de gomme-laque est placé dans un moule de dimensions et forme appropriées et soumis à une compression à chaud, de manière à faire fondre d'abord le liant, puis à comprimer la masse et éventuellement, si l'on poursuit le chauffage, à provoquer la gélification de la gomme-laque.Lorsque ce stade est atteint, l'article est refroidi, ex- trait du moule et traité au four en élevant très lentement la température jus- qu'à 335 F environ, l'articule étant finalement soumis à une cuisson prolon- gée à cette température supérieure, pour amener la gomme-laque à un état plus ou moins infusible.
Le cycle de cuisson nécessite à peu près trois jours pour atteindre la température supérieure,après quoi la cuisson doit être poursui- vie pendant encore environ trois jours à cette température.
Le procédé de moulage à chaud est relativement coûteux, car il mo- bilise des moules et des presses pendant plusieurs heures et parce qu'il né- cessite des cuissons aussi prolongées au four. Il est également très diffici- le d'obtenir, par moulage à chaud, des abrasifs agglomérés au moyen de gomme- laque, présentant les diverses densités ou structures requises dans l'indus- trie, tandis quil est impossible dobtenir les structures plus poreuses et les qualités plus douces que l'on peut obtenir avec les articles agglomérés au moyen des résines synthétiques.
<Desc/Clms Page number 2>
Les procédés de moulage à froid, dans lesquels un mélange est pré- paré à température ordinaire et dans lesquels un article est moulé à partir de ce mélange et est immédiatement enlevé du moule, après quoi il est soumis à une cuisson dans un four, présentent de nombreux avantages vis-à-vis du procédé de moulage à chaud. Ces procédés de moulage à froid sont beaucoup moins coûteux, parce qu'ils ne requièrent pas de presses équipées de plaques chauffantes et ne mobilisent pas des moules pendant des périodes relativement longues. A cause de ces avantages, des essais ont été effectués, dans le pas- sé, pour obtenir des compositions convenant pour le moulage à froid de mélan- ges contenant de la gomme-laque, mais jusqu'à présent ces procédés n'ont, pour une raison ou une autre, pas donné satisfaction.
On a constaté à présent que la vitesse à laquelle la gomme-laque peut être durcie ou cuite, peut être augmentée très sensiblement, si on in- corpore de la mélamine à la gomme-laque en poudre. On a découvert également que des mélanges contenant le liant amélioré peuvent être moulés à froid, à condition que des solvants et des agents mouillants appropriés soient em- ployés lors de la préparation du mélange.
La présente invention concerne des articles abrasifs agglomérés au moyen de gomme-laque modifiée par de la mélamine. Elle est également re- lative à un procédé pour augmenter la vitesse à laquelle la gomme-laque d'un article abrasif aggloméré à la gomme-laque peut être durcie.L'invention a encore pour objets des procédés et compositions pour l'obtention d'abrasifs agglomérés au moyen de gomme-laque, par un procédé de moulage à froid. Elle concerne encore un procédé, pouvant aisément être contrôlé et reproduit, pour l'obtention d'abrasifs agglomérés à la gomme-laque et présentant une structure ouverte ou poreuse. D'autres objets de l'invention ressortiront de la description suivante.
Lors de la fabrication d'articles par le procédé de moulage à froid suivant l'invention, les matières et le procédé employés dépendent des dimensions des grains abrasifs. On a constaté qu'un procédé et une com- position de base, convenant pour des grains relativement grossiers, ne don- nent pas entièrement satisfaction, lorsqu'il s'agit d'agglomérer des grains plus fins. Dès lords, lorsqu'on fabrique des articles dont les grains ont une grosseur de 80 ou davantage, on emploie un type de composition et un procédé particulier, tandis que pour des grains de 100 ou moins, la composi- tion et le procédé sont modifiés.
La dimension exacte des grains abrasifs, à laquelle il faut passer d'un procédé à l'autre, n'est pas strictement cri- tique, étant donné que le procédé de moulage d'articles contenant des grains fins peut être appliqué avec des grains de 80, tandis que l'autre procédé peut être employé avec des grains de 100 ou des grains même plus fins. Cepen- dant on a constaté, de manière générale, qu'il y a lieu de changer le procé- dé aux dimensions de grains susmentionnées.
Lorsqu'on emploie une matière à grains plus grossiers, les grains abrasifs sont d'abord mélangés à un solvant de la gomme-laque, présentant un point d'ébullition élevé, tel que l'alcool tétrahydrofurfurylique, après quoi on y ajoute une résine liquide thermodurcissable, telle qu'une résine phénol-, urée- ou mélamineformaldébyde, le mélange de gomme-laque en poudre et de mé- lamine étant finalement ajouté progressivement aux grains abrasifs et mélan- gé à ceux-ci jusqu'à ce qu'il n'existe plus de liaison libres Ce mélange est étalé dans une cuve, en une couche d'une épaisseur d'environ 1 pouce, et sé- ché à l'air à des températures d'environ 60 F. pendant 16 à 24 heures envi- ron.
Au bout de cette période, le mélange a durci dans une certaine mesure et est ensuite divisé en morceaux et tamisé sur un tamis à environ 12 mailles, après quoi il est renvoyé dans un mélangeur, où il est humecté à l'aide d'un mélange d'un solvant, tel que l'alcool tétrahydrofurfurylique, et d'une huile, telle que de l'huile de lin brute.
Lorsqu'on utilise des matières à grains plus fins, les grains sont humectés à l'aide d'un mélange d'un solvant à point d'ébullition élevé et d'une huile, les grains humectés étant tamisés sur un tamis à 30 mailles en- viron, puis ramenés dans le mélangeur, où ils sont additionnés du mélange de
<Desc/Clms Page number 3>
gomme-laque pulvérisée et de mélamine Cette masse est mélangée pendant quel- ques minutes,\! tamisée à nouveau sur un tamis à 30 mailles environ, puis rame- née au mélangeur et malaxée pendant encore deux minutes environo Les mélanges en question peuvent être moulés immédiatement et ne requièrent aucun vieillis- semento
Lors du moulage on emploie le procédé habituel consistant à rem- plir le moule, à 19aide du mélange,
à comprimer le mélange jusqu9à une densi- té prédéterminée dans un moule d'arrêt, puis à faire, de préférence, "respi- rer" le moule, par enlèvement et rétablissement de la pression, et finalement à retirer larticle façonné du moule et à le placer sur un support appropriée Des meules constituées de grains abrasifs fins peuvent être soumises immédia- tement à cuissono Par contre, dans le cas de meules à grains abrasifs gros- siers, il est préférable de procéder à un séchage préalable pendant environ 16 à 24 heures, à une température denviron 110 F.
L'invention sera décrite à présent en référence à des exemples spé- cifiques, étant entendu que ces exemples ne sont qu'illustratifs et non limi- tatifs.
EXEMPLE 1
Une roue convenant pour le moulage est fabriquée à partir des ma- tières suivantes, dans les proportions indiquées :
EMI3.1
<tb> Matières <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> carbure <SEP> de <SEP> silicium <SEP> en <SEP> 80,3
<tb>
<tb>
<tb> grains <SEP> de <SEP> 46
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> mélange <SEP> de <SEP> gomme-laque <SEP> 17,4
<tb>
<tb>
<tb> et <SEP> mélamine
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> résine <SEP> liquide <SEP> 2,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> alcool <SEP> tétrahydrofurfurylique <SEP> 7,0 <SEP> cc <SEP> par <SEP> 1000 <SEP> gr
<tb>
<tb> de <SEP> grains
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> alcool <SEP> tétrahydrofurfurylique <SEP> 3,
0 <SEP> cc <SEP> par
<tb>
<tb>
<tb> huile <SEP> de <SEP> lin <SEP> brute <SEP> 1000 <SEP> gr <SEP> de <SEP> mé-
<tb>
<tb> lange
<tb>
Les matières sont incorporées dans l'ordre décrit plus haut à pro- pos des articles à grains grossierso Le mélange de gomme-laque et de mélamine employé se compose de 94,3% en poids de gomme-laque orange pulvérisée et de 5,7 % en poids de mélamine en poudre.Le mélange d'alcool tétrabydrofurfury- lique et d'huile de lin brute contient 80 % d'alcool et 20 % d'huile en vo- lume - La résine liquide est constituée par un produit de condensation phénol-formaldéhyde catalysé par un alcali, susceptible d'être amené, à chaud, à un état infusible et insolubleo Cette résine a une viscosité de 300 centi- poises à 20 C et une teneur en matières solides de 75 %.
Une roue à meuler d'un diamètre de 12 pouces et d'une largeur de 1 1/4 pouce, présentant un trou central d'un diamètre de 6 pouces, a été mou- lée à une densité de 1,83 gr par cm3 et, après séchage à 110 F, pendant en- viron 24 heures, à été soumise à un traitement de cuisson dans un four chauf- fé à environ 1850 F,en maintenant cette température pendant environ 13 heu- res, puis en élevant la température à 355 F, à une vitesse sensiblement uni- forme,sur une période de 16 heureso A la fin de la période de chauffage, la roue a été admise à se refroidir dans le four, pendant environ 18 heures, en réduisant, pendant ce temps, graduellement la température jusqu9à une valeur à laquelle la roue peut être manipulée. Finalement,
la roue a été dressée et équipée de manchons, selon la pratique usuelle.,
<Desc/Clms Page number 4>
EXEMPLE II
Une meule à grains fins, convenant pour le finissage de rouleaux ou cylindres, a été obtenue à partir d'une composition contenant les matières suivantes
EMI4.1
<tb> Matières <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> carbure <SEP> de <SEP> silicium <SEP> en
<tb>
<tb>
<tb> grains <SEP> de <SEP> 240 <SEP> 863,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> mélange <SEP> de <SEP> gomme-laque <SEP> et <SEP> de
<tb>
<tb> mélamine <SEP> 13,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100,0
<tb>
Le mélange est préparé de la manière décrite plus haut, à pro- pos des meules à grains abrasifs fins, en employant 15,0 ce du mélange, in- diqué dans l'exemple I, d'alcool tétrahydrofurfurylique et d'huile de lin brute, par 1000 gr du mélange,
. La composition du liant et la proportion d'al- cool tétrahydrcfurfurylique vis-à-vis de l'huile de lin sont les mêmes que dans l'exemple I.
Une roue à meuler d'un diamètre de 30 pouces et d'une largeur de 4 pouces,présentant un trou central d'un diamètre de 12 pouces, a été mou- lée à une densité de 1,77 gr par cm2 Après moulage, cette roue a été placée dans un four chauffé à environ 1850 F, en la maintenant à cette température pendant 15 heures, puis en élevant graduellement la température jusqu'à une température finale de 325 F, en l'espace de 37 heures. Après le traitement thermique, la roue a été refroidie jusqu'à une température permettant sa ma= nipulation, en l'espace d'environ 7 heures, pour être enfin dressée et équi- pée de manchons, selon la pratique usuelle.
La quantité de liant employée dépend des dimensions de grains abra- sifs,ainsi que de la dureté ou qualité que l'on désire conférerà la roue à meuler.En général, les qualités courantes contiennent de 10 à 20% environ de gomme-laque, lorsque les grains abrasifs ont un calibre de 100.ou sont plus fins, tandis que cette proportion de gomme-laque va de 8 à 18 % environ, lorsqu'on emploie des grains abrasifs plus grossiers. Le liant contient or- dinairement de 1,3 à 2,3% environ de résine liquide contenant sensiblement 75 % de matières solides, les proportions inférieures de résine liquide étant utilisées avec les proportions inférieures du gomme-laque.
Le rapport entre le solvant et l'huile peut varier de 50 - 90 % de solvant en volume à 10 - 50 % d'huile. Les proportions de 80 - 20, employées dans les exemples, se sont révéles très satisfaisantes.
Bien que les exemples spécifiques décrivent la préparation de roues servant au meulage de cylindres, le procédé suivant l'invention est aussi bien applicable à la production d'articles abrasifs agglomérés au moyen de gomme- laque, servant à d'autres fins, notamment pour l'aiguisage de couteaux à l'ai- de de meules et pour les pierres à découper et à poliro
En plus de la réduction du coût, résultant du procédé de moulage à froid, l'invention présente l'avantage de permettre la fabrication d'arti- cles de qualités et structures les plus diverses.
Un autre avantage provient du fait que les résultats du procédé peuvent être aisément reproduits, en sorte qu'il est possible de fabriquer des articles présentant une structure ou une qualité désirée, sans s'écarter sensiblement de ce que l'on désire ob- tenir
Bien qu'on ne désire pas se limiter à une théorie quelconque, quant à savoir pourquoi l'invention procure ces résultats hautement souhaitables, on a observé certaines caractéristiques du comportement de la gomme-laque, lorsqu'elle est utilisée seule et lorsqu'elle est utilisée en mélange avec de la mélamine.
On peut déduire de ces observations que la mélamine semble
<Desc/Clms Page number 5>
catalyser la gélification de la gomme-laque ou, plus probablement, entre en réaction avec la gomme-laqueAinsi, si on introduit de la gomme-laque en pou- dre dans un tube à essai et si on la chauffe jusqu'à son point de fusion, elle commence d'abord à mousser avant d'être complètement fondue, après quoi elle se transforme en un liquide exempt de mousse et de densité relativement fai- ble,qui se gélifie finalement, lorsqu'on poursuit le chauffage.
Si on m'élan- ge de la mélamine à de la gomme-laque, en utilisant de 1 1/2 à 12 % de méla- mine par rapport à la gomme-laque, et si on chauffe similairement ce mélange, il commence à former de la mousse, après quoi il se transforme en un liquide exempt de mousse, mais il se gélifie en un temps beaucoup plus court que lors- quon n'emploie pas de mélamine Lorsquon utilise de l'urée au lieu de mélamine, un mélange chauf- fé de la manière décrite ci-dessus forme de la mousse, mais se gélifie telle- ment vite qu'il ne se retransforme jamais en une masse continue ou homogène, comme c'est le cas avec la mélamine ou avec la gomme-laque seuleoDe ces ob- servations,
on a conclu que les résultats satisfaisants sont dus au fait que la mélamine accroît la vitesse de gélification, au point qu'il est possible de faire fondre la gomme laque, d'éliminer les matières galeuses donnant lieu à la formation de mousse et de produire la gélification du liant, sans qu'il soit besoin d'un traitement thermique long et relativement lent, comme dans le cas où la gomme-laque est utilisée seule D'un autre côté,la gélification est retardée suffisamment pour que le liant ne se gélifie pas, pendant qu'il forme de la mousse, comme dans le cas où on emploie de l'urée.
Si on emploie des mélanges abrasifs,en faisant usage d'urée, au lieu de mélamine, avec de la gomme-laque, les produits finis sont boursou- flés et le liant est spongieux et poreux. Si un mélange abrasif contenant seulement dela gomme-laque est chauffé trop rapidement, le liant fond et s'é- coule à travers les grains, de manière à provoquer un agglomérat. Lorsque les articles sont fabriqués, en employant les compositions et procédés sui- vant l'invention,aucune difficulté ne se manifeste par suite d'une agglomé- ration ou d'un boursouflage.
Une autre particularité de l'invention est l'emploi du mélange de solvant et d'huile pour la préparation des mélanges ou pâtes à mouler. Comme il ressort des exemples donnés., la quantité de ce mélange de solvant et d'hui- le, qui est utilisée, dépend quelque peu des dimensions des grains abrasifs et du genre de procédé employé.Lors de la fabrication de la roue ou meule à grains fins de 1'exemple II, on a employé 15 ce par 1000 gr de mélange ou pâte à mouler et on a constaté que cette quantité donne des mélanges satis- faisants avec maints types de grains de dimensions diverses.
Toutefois, la quantité exacte peut être modifiée conformément à une pratique bien connue dans l'industrie des abrasifs, une quantité plus grande de mélange étant em- ployée si le liant est fluide, tandis que cette quantité doit être moindre, si le mélange est trop "humide".
On notera que la quantité de résine liquide employée est relative- ment faible. De manière générale, ou bien on n'emploie pas du tout de résine, comme dans le cas où les grains utilisés sont fins, ou bien, comme dans la plupart des cas, on emploie de 8 à 12 % environ du total de résine par rap- port au total de liant, y compris la gomme-laque et la résine phénoliqueo
Bien qu'un grand avantage de l'invention résulte du fait que les articles peuvent être moulés à froid, lorsqu'on ajoute de la mélamine à la gomme-laque, l'invention englobe l'emploi de mélamine avec la gomme laque dans la fabrication de meules pour moulage à chaud, selon la pratique couran- te dans le passéo Dans le cas où le mélange se fait à chaud, la mélamine peut être mélangée, en forme de poudre, à la gomme-laque,
avant l'addition du li- ant aux grains abrasifs.Ou bien, dans le cas de la fabrication de meules à grains de taille moyenne et forte, où le liant est fondu au préalable sur les grains, ce liant peut être incorporé aux grains, avec l'huile ordinairement ajoutée aux grains revêtus de gomme-laque, après que le mélange fondu a été brisé en morceaux et préparé pour le moulageo Etant donné que la mélamine ac- célère le durcissement de la gomme-laque, il est possible d'obtenir certains
<Desc/Clms Page number 6>
des avantages de l'invention, en l'employant dans ce procédé de moulage à chaud, du fait que le temps nécessaire pour le moulage à chaud et pour la cuisson au four est sensiblement réduito Un tel procédé est décrit dans l'e- xemple suivant.
EXEMPLE III
846 parties en poids d'oxyde d'aluminium, en grains de calibre 120 sont mélangées à 3 parties d'huile de lin brute pour humecter les grains et on ajoute alors un mélange de 137 parties de gomme-laque et 17 parties de mélamineo Le mélange de grains et de liant est agité, jusqu'à ce que le liant en poudre soit réparti uniformément dans le mélange, après quoi une partie pesée du mélange est placée dans un moule.Une plaque supérieure habi- tuelle est placée dans le moule au dessus du mélange, après quoi le moule et son contenu sont placés entre les plateaux d'une presse à chambres supé- rieure et inférieure, dans lesquelles peut être admise de la vapeur d'eau ou de l'eau froideo Le moule est fermé à un point prédéterminé calculé, de fagon à conférer la densité voulue au produit fini.
De la vapeur d'eau, à une pression de'50 livres anglaises, est admise dans les chambres de chauf- fage et le moule est laissé en place, jusqu'à ce que le mélange ait été chauf- fé dans toute sa masse, comme l'indique le fait que le soufre en poudre ap- pliqué à l'enveloppe du moule, dans la partie correspondant au centre de la roue à mouler, à fondu. L'admission de vapeur est alors interrompue et on admet de l'eau froide pour refroidir l'article moulé. Lorsque cet article est suffisamment froid pour qu'il puisse être manipulé, la pression est re- lâchée, le moule et son contenu sont enlevés de la presse et l'article mou- lé est retiré du moule et soumis à une cuisson selon le cycle décrit dans l'exemple II. L'article est ensuite dressé et équipé de manchons selon la pratique courante.
Lors de la préparation des mélanges à mouler à froid, on emploie un solvant de la gomme-laque à point d'ébullition élevé ou un mélange d'un tel solvant et d'une huile, comme indiqué dans les exemples I et II. Dans ces exemples, on a décrit l'emploi d'alcool tétrahydrofurfurylique et d'huile de lin brute. D'autres solvants, qui se sont révélés satisfaisants, sont l'a- cide lactique, le diéthylène glycol et l'acétophénone.
En général, on peut employer n'importe quel solvant de la gomme-laque, possédant un point d'ébul- lition de l'ordre d'environ 1000 C ou davantage, le critère étant que le sol- vant ne doit pas s'évaporer à une vitesse telle que le mélange se dessèche trop vite ou dans une trop forte mesure, tandis que ce solvant ne doit pas s'évaporer, pendant la cuisson de l'article, à une vitesse telle que le liant subisse un boursouflage.
Dans les exemples donnés plus haut, on a décrit l'emploi d'huile de lin brute. Cette huile possède une fonction strictement mécanique et d'au- tres huiles non volatiles peuvent être substituées à l'huile de lin brute.
Comme exemple de telles autres huiles, on peut citer l'huile de lin bouillie, l'huile de bois de Chine, l'huile de ricin et les huiles minérales à point d'ébullition élevé, telles que les huiles lubrifiantes de viscosité appropriée.
En vue de modifier les caractéristiques du liant, on peut rempla- cer jusqu'à 35 % de la gomme-laque par une résine synthétique thermodurcissa- ble, telle qu'un produit de condensation pulvérisé de phénol, d'urée ou de mélamine et de formaldéhyde, une résine alkyde ou un produit de condensation d'un diphénol avec de l'épichlorhydrine ou avec un éther diglycidylique d'un diphénolo Bien qu'on emploie ordinairement un constituant résineux non char- gé, on peut modifier le liant de manière conventionnelle, par exemple par addition de charges, telles que l'argile ou la cryolite et d'autres pratiques courantes dans l'industrie des abrasifs peuvent être appliquées, sans s'é- carter de l'esprit de l'invention, dont la portée est définie dans les re- vendications suivanteso