DE2548281C2

DE2548281C2 -

Info

Publication number: DE2548281C2
Application number: DE19752548281
Authority: DE
Inventors: Everitt Franklin West Chester Pa. Us Wood
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1975-10-28
Publication date: 1990-08-16
Also published as: DE2548281A1

Description

Die Erfindung betrifft Schleifkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Bei einem aus der US-PS 32 90 834 bekannten Schleifkörper der gattungsgemäßen Art besteht das Stützorgan aus einem Werkstoff hoher thermischer Leitfähigkeit, um die im Schleiforgan entwickelte Wärme möglichst rasch von der Schleifoberfläche abzuführen. Das Stützorgan besteht z. B. aus einer Mischung von 90% pulverförmigem Kupfer oder Aluminium und 10% Harzbindemittel. Derartige Schleifkörper müssen abgerichtet werden, d. h. von dem ringförmigen Stützorgan muß etwas Material entfernt werden, um das erforderliche Schleifspiel zu erhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schleifkörper zu schaffen, bei dem einerseits nicht mehr die Notwendigkeit besteht, ihn abzurichten, und andererseits auf einfache Weise eine feste Verbindung zwischen dem Träger und der Schleifmittelschicht erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Die Erfindung ist auf Schleifkörper, wie Umfangsschleifscheiben (z. B. Typen 1V1, 1K1, 1A1 und 12A1), konische Topfscheiben (wie Type 11V9) und Flachtopfscheiben (wie Typen 11A2, 12A2 und 6A9) anwendbar. Diese Schleif-Körperbezeichnungen beziehen sich auf "USA Standard Identification Code". Zwecks klarer Darstellung und Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird die Erfindung nachstehend an Hand einer konischen Topfschleifscheibe der Type 11V9 beschrieben.

Bei dem erfindungsgemäßen Schleifkörper verleiht das aus einem porösen Polyimid bestehende ringförmige Stützorgan der Schleifmittelschicht die notwendige mechanische Stabilität. Aufgrund seines Werkstoffs wird das ringförmige Stützorgan entsprechend der Abnutzung der Schleifmittelschicht abgetragen, ohne die Schleifmittelschicht zu verschmieren, so daß sich ein Abrichten des Stützorgans erübrigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Topfschleifscheibe und

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Topfschleifscheibe gemäß Fig. 1.

Der Schleifkörper 10 weist einen Träger 11 von topfförmiger Gestalt und U-förmigem Querschnitt auf, wobei ein Boden 12 die Basis des U und ein nach außen verlaufender Rand 13 die Schenkel des U bilden. Der Rand 13 des Trägers 11 endet in einer ringförmigen Trägerfläche 14. Der Träger 11 kann aus jedem beliebigen Werkstoff, z. B. Aluminium, gefertigt sein und ist gewöhnlich mit einer Öffnung 18 in der Mitte des Bodens 12 versehen, mit deren Hilfe der fertige Schleifkörper 10 z. B. an einer drehbaren Welle befestigt werden kann.

Auf die ringförmige Trägerfläche 14 des Trägers 11 ist ein ringförmiges Schleiforgan 15 mit Hilfe eines Klebstoffs, wie eines Epoxyklebstoffs, z. B. Folienwerkstoff "HT424" der American Cyanamid Company, befestigt. Das ringförmige Schleiforgan 15 besteht aus einer ringförmigen, harzgebundenen Schleifmittelschicht 16 und einem ringförmigen Stützorgan 17. Die ringförmige, harzgebundene Schleifmittelschicht 16 besteht aus Diamantkörnern, die durch ein Polyimidharz gebunden sind. Das ringförmige Stützorgan 17 besteht aus porösem Polyimidharz.

Das ringförmige Stützorgan 17 ist zerbrechbar oder zerreibbar und unterliegt daher dem Verschleiß oder Abrieb, wenn die Schleifmittelschicht 16 verbraucht wird, wodurch die Notwendigkeit des Abrichtens entfällt. Das Stützorgan 17 aus porösem Polyimid kann nach einer Niederdruck- Heißverformungs- und Sintermethode oder nach einer Direktverformungs- und Freisintermethode hergestellt werden.

Bei der Niederdruck-Heißverformungsmethode wird das Polyimidharz bei einem niedrigeren als dem normalen Druck, z. B. bei 210 bis 350 bar, verdichtet und dann bei Temperaturen über 300°C gesintert, wobei der oben genannte Druck innegehalten wird und ein Formkörper aus Polyimid mit einer Dichte von weniger als 92% der normalen Dichte des vollständig gesinterten Polyimidharzes entsteht. Die Niederdruck-Heißverformungsmethode ist auf Seite 43 des "Product Licensing Index", November 1970, beschrieben. Gemäß der Direktverformungs- und Freisintermethode (nachstehend mit DFS bezeichnet) wird eine Masse aus einem sinterbaren Polyimidpulver und einem festen, teilchenförmigen Polymeren des Formaldehyds bei vorzugsweise etwa Raumtemperatur (25°C) der Einwirkung eines Kompressionsdrucks von mindestens etwa 700 bar, zweckmäßig 7000 bar, unterworfen, wobei ein Vorformling entsteht, der dann erhitzt wird, um einen porösen Formkörper aus Polyimid mit untereinander zusammenhängenden Poren zu erhalten. Durch das Erhitzen wird sowohl das Polyimidpulver im Vorformling gesintert als auch das feste, teilchenförmige Polymere des Formaldehyds thermisch abgebaut oder depolymerisiert, so daß es als Gas entweicht und Hohlräume in dem Vorformling hinterläßt, wodurch ein poröser Formkörper aus Polyimid mit untereinander zusammenhängenden Poren entsteht. Auf diese Weise wirkt das feste, teilchenförmige Polymere des Formaldehyds in der Masse als flüchtiger oder zeitweiliger Füllstoff, der sich beim anfänglichen Erhitzen verflüchtigt.

Das Erhitzungsverfahren der DFS-Methode kann stufenweise durchgeführt werden, indem man die Erhitzungsgeschwindigkeit des Vorformlings in einer oder mehreren Erhitzungsstufen variiert. Vorzugsweise erhitzt man den Vorformling mit im wesentlichen gleichmäßiger Geschwindigkeit von Raumtemperatur auf etwa 80°C, indem man die Temperatur des Vorformlings in Zeitabständen von 30 Minuten um jeweils 5°C erhöht, und fährt dann mit dem Erhitzen des Vorformlings auf etwa 150°C durch allmähliches Erhitzen mit einer Geschwindigkeit von 7°C/h fort, worauf man den Vorformling weiter mit einer höheren Geschwindigkeit, z. B. 1 ½°C/min, auf eine Temperatur über etwa 300°C, zweckmäßig über etwa 400°C, erhitzt und ihn sodann für eine Zeitdauer von z. B. 3 Stunden auf dieser Temperatur hält. Durch dieses Erhitzungsverfahren wird das unerwünschte Springen des Vorformlings verhindert. Das feste, teilchenförmige Polymere des Formaldehyds zersetzt sich bereits im anfänglichen Stadium des Erhitzungsverfahrens durch Depolymerisation zu gasförmigem Formaldehyd, und das Entweichen des gasförmigen Formaldehyds ohne Verbleiben von gasförmigem Formaldehyd in dem Vorformling ist erwünscht, da sonst gasförmiger Formaldehyd in dem Vorformling eingeschlossen bleibt und beim anschließenden Erhitzen einen so hohen Druck entwickeln kann, daß der Vorformling springt. Deshalb soll die Konzentration des festen, teilchenförmigen Polymeren des Formaldehyds in der Masse oder dem Vorformling ausreichen, damit sich in dem Vorformling zusammenhängende Poren bilden, durch die der gasförmige Formaldehyd entweichen kann. Die Konzentration des festen teilchenförmigen Polymeren des Formaldehyds in der Masse oder dem Vorformling soll mindestens etwa 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse bzw. des Vorformlings, betragen. Dann wird der Vorformling auf eine Temperatur über etwa 300°C erhitzt, um die Polyimidteilchen zu sintern und einen porösen Formkörper aus Polyimid zu erhalten.

Ein Vorteil der soeben beschriebenen DFS-Methode liegt darin, daß das feste teilchenförmige Polymere des Formaldehyds sauber zu gasförmigem Formaldehyd pyrolysiert, der aus dem Vorformling entweicht, ohne darin einen Formaldehydrückstand zu hinterlassen, und ohne eine Dichteänderung der Polyimidphase des gleichzeitig zu einem porösen Polyimidformkörper sinternden Vorformlings hervorzurufen. Daher entspricht die Porenstruktur des Polyimidformkörpers genau der Teilchengröße und Verteilung des festen teilchenförmigen Polymeren des Formaldehyds in dem ursprünglichen Vorformling. Die Porengröße in dem porösen Formkörper aus Polyimid kann nach Wunsch gesteuert werden, indem man feste teilchenförmige Polymere des Formaldehyds mit unterschiedlichen und/oder bestimmten Teilchengrößen verwendet. Um z. B. poröse Polyimidformkörper zu erhalten, kann man teilchenförmige Polymere des Formaldehyds von gleichmäßiger Teilchengröße oder derartige Polymere von unterschiedlichen Teilchengrößen verwenden. Paraformaldehyd in Form des im Handel erhältlichen Pulvers besteht aus festen harten Teilchen mit einem Teilchengrößenbereich, der einer typischen mittleren Teilchengröße von etwa 20 µm, bestimmt mit dem Mikromerographen, entspricht. Diese analytische Methode ist ein Sedimentationsverfahren unter Verwendung eines Gases als Sedimentationsmedium. Die Teilchen setzen sich in dem Sedimentationsrohr auf eine Waagschale ab, und es wird ein Diagramm angefertigt, das das Gewicht in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Bei richtiger Eichung erhält man eine zusammenhängende Teilchengrößenverteilungskurve für Teilchen mit Größen von 1 bis 250µm; vgl. T. Allan: "Particle Size Measurement", Verlag Chapman and Hall, Ltd., London 1968, Seite 99.

Paraformaldehydteilchen sind hart und unporös. Daher haben die in porösen Polyimidformkörpern hinterbleibenden Poren die Größe und Verteilung der ursprünglichen Paraformaldehydteilchen in den Vorformlingen. Die Größe und Verteilung der Poren sowie das Porenvolumen lassen sich daher nach Wunsch steuern. Wenn größere oder kleinere Poren verlangt werden, kann man das Paraformaldehydpulver so aussieben, daß man eine Fraktion mit größeren oder kleineren Teilchen erhält. Man kann auch kleinere Teilchen durch Sichten in einem gasförmigen Medium entfernen. Wenn größere Teilchen erwünscht sind, kann man sie aus dem Paraformaldehydpulver erhalten, indem man Paraformaldehydflocken vermahlt und das Mahlgut auf die gewünschte Teilchengröße aussiebt. Das Porenvolumen wird einfach durch die Menge des Paraformaldehyds gesteuert, der in der Ausgangsmasse enthalten ist.

Geeignete feste teilchenförmige Polymere des Formaldehyds sind z. B. Paraform und höhere Polymere des Formaldehyds, die im allgemeinen als Polyacetale bezeichnet werden und sich durch lineare Polymerisatketten mit wiederkehrenden -(CH₂O)-Einheiten kennzeichnen. Das bevorzugte Polymere des Formaldehyds in der Masse ist Polyoxymethylen, welches nicht durch Schützen der linearen Polymerisatkette durch stabilisierende Endgrupen gegen thermischen Abbau stabilisiert worden ist. Das bevorzugte Poymere des Formaldehyds ist daher Paraformaldehyd, ein lineares Polymeres von niedrigerem Molekulargewicht, das im Handel als feines Pulver erhältlich ist. Polymere des Formaldehyds sind im einzelnen in der US-PS 27 68 994 beschrieben und werden von der E. I. du Pont de Nemours and Company, Inc., unter der Handelsbezeichnung "Delrin" vertrieben. "Delrin"-Polymere sind gewöhnlich gegen thermischen Abbau stabilisiert; diese Polymeren können jedoch verwendet werden. Ein weiteres geeignetes Polymeres des Formaldehyds ist z. B. Trioxan. Der Anteil des Polymeren des Formaldehyds an der Masse beträgt bis etwa 50 Gewichtsprozent.

Die Polyimidmasse der ringförmigen Schleifmittelschicht 16 und des ringförmigen Stützorgans 17 enthält ein sinterbares Polyimid, das sich durch die wiederkehrende Einheit

kennzeichnet, in der R einen vierwertigen aromatischen Rest bedeutet, der mindestens einen Ring aus 6 Kohlenstoffatomen mit aromatischen Bindungen aufweist, wobei die vier Carbonylgruppen der wiederkehrenden Einheit paarweise an gesonderte Kohlenstoffatome gebunden sind und die Carbonylgruppen eines jeden Paares an benachbarte Kohlenstoffatome in dem Rest R gebunden sind, während R′ einen zweiwertigen aromatischen Rest bedeutet. Geeignete Polyimide sind z. B. diejenigen auf der Basis von Pyromellithsäuredianhydrid und 4,4′-Oxydianilin oder auf der Basis von 3,3′,4,4′-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid und 4,4′-Oxydianilin oder m-Phenylendiamin. Geeignete Polyimide und Pulver sind im einzelnen in den US-PS 31 79 631 und 32 49 588 beschrieben. Diese Polyimide werden einzeln oder im Gemisch miteinander verwendet. Der Anteil des Polyimidpulvers an der Formmasse beträgt mindestens 50 Gewichtsprozent, wenn die Masse aus einem keine Füllstoffe enthaltenden Polyimid und einem Polymeren des Formaldehyds besteht.

Geeignete Füllstoffe, wie z. B. Siliciumcarbind, Graphit usw., können dem Polyimidharz zugesetzt werden, um eine Masse aus einem füllstoffhaltigen Polyimid und einem Polymeren des Formaldehyds zu erhalten.

In dem folgenden Beispiel beziehen sich Teile und Prozentwerte, falls nicht anderes angegeben ist, auf das Gewicht.

Beispiel

Ein nicht durch Endgruppen geschützter körniger Polyformaldehyd wird in einer Mühle gepulvert und auf Teilchengrößen von 124 bis 246 µm ausgesiebt. Ein Gemisch aus 74,7 g dieses Polyformaldehyds und 86,2 g Poly-N,N′-(4,4′-oxydiphenylen)- pyromellithsäureimid, das 40 Gewichtsprozent Graphit enthält, wird durch Trockenmischen auf Walzen hergestellt. Die Menge des Polyformaldehyds in dem Gemisch beträgt 50 Volumprozent.

Ein Vorformling in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Dicke von 12,7 mm wird durch Verdichten des Gemisches aus Polyformaldehyd und Polyimid unter einem Druck von 350 bar hergestellt und dann unter Stickstoff dem folgenden Wärmebehandlungsverfahren unterworfen:

a) schnelles Erhitzen auf 150°C;
b) langsames Erhitzen auf 175°C mit einer Geschwindigkeit von 5°C/h;
c) 16 Stunden langes Halten auf 175°C;
d) schnelles Erhitzen auf 200°C
e) 30 Minuten langes Halten auf 200°C;
f) Kühlen auf Raumtemperatur;
g) Erhitzen auf 400°C mit einer Geschwindigkeit von 1 ½°C/min;
h) 3stündiges Halten auf 400°C;
i) Kühlen auf Raumtemperatur.

Die Scheibe wird spanabhebend zu einem Stützorgan 17 für eine konische Topfschleifscheibe (Type 11V9) von 9,525 cm Durchmesser der in Fig. 1 und 2 dargestellten Bauart verformt. Der Schleifkörper 10 wird zusammengesetzt, indem man zwischen das poröse Stützorgan 17 aus Polyimid und eine durch Polyimid gebundene Diamantschleifmittelschicht 16 einen Folienklebstoff ("HT 424" der American Cyanamid Company) einbringt und die Teile 40 bis 60 Minuten bei 177°C unter einem Druck von 5,6 bar zusammenpreßt. Da so erhaltene ringförmige Schleiforgan 15 wird an dem Träger 11 aus Aluminium befestigt, indem man den Folienklebstoff ("HT424") zwischen die ringförmige Trägerfläche 14 und das ringförmige Schleiforgan 15 einbringt und diese beiden Teile 40 bis 60 Minuten bei 177°C unter einem Druck von 5,6 bar zusammenpreßt.

Die konische Topfschleifscheibe wird verwendet, um Wolframcarbidblöcke abzuschleifen, und bei der Verwendung wird das poröse Polyimid-Stützorgan 17 in dem Ausmaß abgerieben, wie die Diamantschleifmittelschicht 16 verbraucht wird, ohne daß die Schleifarbeit durch spanabhebendes Bearbeiten oder Abrichten des Stützorgans 17 unterbrochen zu werden braucht.

Claims

1. Schleifkörper mit einem nichtabschleifbaren Träger (11), der eine ringförmige Trägerfläche (14) aufweist, und mit einem ringförmigen Schleiforgan (15), das unmittelbar an die ringförmige Trägerfläche (14) des Trägers (11) angeklebt ist, wobei das ringförmige Schleiforgan (15) aus einer äußeren ringförmigen Schleifmittelschicht (16) und einem inneren ringförmigen Stützorgan (17) besteht, das aus einem ein abschleifbares Harz enthaltenden Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des ringförmigen Stützorgans (17) ein poröses Polyimidharz ist.

2. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus porösem Polyimidharz bestehende Stützorgan (7) zusätzlich Füllstoffe enthält.