ES2204002T3 - Herramientas de desbaste abrasivas con agentes de ayuda de desbaste inorganicos hidratados y no halogenados. - Google Patents
Herramientas de desbaste abrasivas con agentes de ayuda de desbaste inorganicos hidratados y no halogenados.Info
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Abstract
Una herramienta abrasiva con aglutinante, que comprende: a) una matriz de un aglutinante orgánico; b) granos abrasivos dispersos en el aglutinante orgánico; y caracterizada porque también comprende c) una carga inorgánica no halogenada en el aglutinante orgánico que puede reaccionar con radicales libres liberados del aglutinante orgánico durante el desbaste y seleccionada del grupo formado por óxido de antimonio, antimoniato sódico y óxido de molibdeno (VI).
Description
Herramientas de desbaste abrasivas con agentes de
ayuda de desbaste inorgánicos hidratados y no halogenados.
Las herramientas usadas para desbastar incluyen
con frecuencia granos abrasivos aglutinados en o a un polímero.
Generalmente, dichas herramientas presentan la forma de compuestos
aglutinados o sustratos flexibles revestidos con composiciones
abrasivas. Sin embargo, en ambos casos el desgaste de las
herramientas de desbaste viene determinado por diversos factores,
entre los que se encuentran, por ejemplo, el material que se va a
desbastar, la fuerza aplicada a la superficie que se va a desbastar,
la velocidad de desgaste de los granos abrasivos y las propiedades
químicas y físicas del polímero usado para aglutinar los granos
abrasivos.
La eficacia del desbaste en un compuesto con
aglutinante se ve afectada por la velocidad a la que el polímero con
aglutinante se desgasta, se descompone, se licua o se pierde de
otro modo. Por ejemplo, si el aglutinante del polímero se pierde
con demasiada rapidez, los granos abrasivos se desprenderán antes de
gastarse lo suficiente para agotar su capacidad para desbastar con
eficacia. Por el contrario, si el aglutinante del polímero no se
desgasta con la suficiente rapidez, los granos abrasivos
permanecerán en la superficie de la herramienta de desbaste más
tiempo que su vida útil, por lo que se evita que emerjan los nuevos
granos subyacentes. Por lo general, los dos efectos pueden limitar
la eficacia de desbaste.
Se han usado distintas aproximaciones para
mejorar la vida útil de las herramientas de desbaste y su eficacia.
Una de estas aproximaciones consiste en usar un "agente de ayuda
de desbaste". Existen diversos tipos de agentes de ayuda de
desbaste, y se cree que funcionan según mecanismos diferentes. De
conformidad con un mecanismo propuesto, la temperatura de desbaste
disminuye al reducir la fricción mediante el uso de un agente de
ayuda de desbaste que se funde o se licua durante la operación de
desbaste, por la que se lubrica la superficie desbastada. En un
segundo mecanismo, el agente de ayuda de desbaste reacciona con la
pieza de trabajo metálica y corroe las astillas de metal recién
cortadas o virutas, por lo que evita la reacción de las astillas con
el abrasivo o la soldadura de las astillas al metal base. En un
tercer mecanismo propuesto, el agente de ayuda de desbaste
reacciona con la superficie metálica desbastada para formar un
lubricante. Un cuarto mecanismo propuesto incluye la reacción del
agente de ayuda de desbaste con la superficie de la pieza de trabajo
para favorecer la corrosión por tensión, por lo que se facilita la
extracción del material.
En el documento
US-A-5702811 se describe una
herramienta abrasiva que incluye un agente de ayuda de desbaste
inorgánico.
La invención se relaciona, por lo general, con
herramientas abrasivas.
En una forma de realización, la herramienta
abrasiva de la invención es una herramienta abrasiva con aglutinante
que incluye una matriz de un aglutinante orgánico, granos abrasivos
dispersos en el aglutinante orgánico y una carga inorgánica no
halogenada que puede reaccionar con radicales libres formados a
partir del aglutinante orgánico durante el desbaste y seleccionada
del grupo formado por óxido de antimonio, antimoniato de sodio y
óxido de molibdeno (VI).
En otra forma de realización, la herramienta
abrasiva de la invención también comprende una carga hidratada en el
aglutinante orgánico, seleccionada del grupo formado por trihidrato
de aluminio, hidróxido de calcio, hidróxido de magnesio, silicato
sódico hidratado, hidratos metálicos alcalinos, nesquehonita,
carbonato de magnesio básico, subhidrato de carbonato de magnesio y
borato de cinc.
La presente invención presenta numerosas
ventajas. Por ejemplo, una forma de realización de una herramienta
abrasiva de la presente invención que incluye una carga hidratada
como agente de ayuda de desbaste reduce considerablemente las
elevadas temperaturas producidas por la fricción. Se cree que la
carga hidratada limita el aumento de temperatura durante el
desbaste debido al desprendimiento endotérmico de agua, por lo que
se ralentiza la pérdida del aglutinante. En una herramienta
abrasiva de la invención que incluye una carga inorgánica no
halogenada, la carga inorgánica no halogenada reduce la degradación
del aglutinante al reaccionar con los radicales libres liberados
del aglutinante durante el desbaste. Las cargas incorporadas en las
herramientas abrasivas de la presente invención pueden reducir la
probabilidad de degradación térmica del mismo modo que los
retardadores de llamas. Todos estos mecanismos pueden aumentar
considerablemente la vida útil y la eficacia de las herramientas
abrasivas revestidas y con aglutinante. Además, los agentes de ayuda
de desbaste incluidos en las herramientas abrasivas de la presente
invención no liberarán halógenos potencialmente peligrosos durante
el desbaste, al contrario que numerosos agentes de ayuda de
desbaste.
A continuación, se describirán en profundidad las
características y otros detalles del procedimiento de la invención.
Se entenderá que las formas de realización específicas de la
invención se muestran como ilustración y no como limitaciones de la
invención. Las características principales de la presente invención
pueden usarse en diversas formas de realización sin desviarse del
alcance de la invención.
Una herramienta abrasiva de la presente invención
incluye un aglutinante orgánico, granos abrasivos y un agente de
ayuda de desbaste, que incluye una carga inorgánica no halogenada y
opcionalmente, una carga hidratada, en la que el agente de ayuda de
desbaste altera ventajosamente la degradación térmica y/o mecánica
del aglutinante orgánico durante el desbaste. En un ejemplo
preferido, la herramienta abrasiva es una rueda de desbaste con
aglutinante de resina.
El aglutinante orgánico de la herramienta
abrasiva es adecuado para usar como material matriz de una rueda de
desbaste, con granos abrasivos dispersos por ella. Un ejemplo de un
aglutinante orgánico es una resina termoendurecible.
Preferiblemente, la resina termoendurecible es una resina epoxi o
una resina fenólica. Ejemplos específicos de resinas
termoendurecibles adecuadas incluyen resinas fenólicas (por
ejemplo, novolaca y resol), epoxi, de poliéster insaturado,
bismaleimida, poliimida, éster cianato, etc.
Por lo general, el volumen del aglutinante
orgánico se encuentra entre aproximadamente 2% y aproximadamente 64%
de la composición de desbaste abrasiva de una herramienta abrasiva
con aglutinante, en la que la composición de desbaste abrasiva se
define como el aglutinante, granos abrasivos, cargas en el
aglutinante y porosidad en el aglutinante. Preferiblemente, el
volumen del aglutinante orgánico en una composición de desbaste
abrasiva de una herramienta abrasiva con aglutinante de la presente
invención se encuentra en el intervalo comprendido entre
aproximadamente 20% y aproximadamente 60%, y más preferiblemente,
30%-42%.
En una herramienta abrasiva con revestimiento
común adecuada para usar con la presente invención, la composición
de desbaste abrasiva se reviste sobre un sustrato flexible, por
ejemplo, de papel, película o paño de punto o tejido con
aglutinante. Se reviste con un aglutinante resinoso, también
conocido como capa inicial, el sustrato flexible. Los granos
abrasivos se aplican entonces a la capa inicial mediante técnicas
electrostáticas o simplemente mediante alimentación por gravedad y
se fijan a la capa inicial con una capa superficial fenólica.
Opcionalmente, puede aplicarse una capa adicional sobre la capa
superficial. Los agentes de ayuda de desbaste se incluyen por lo
general en la capa superficial o capa adicional. Puede aplicarse
cada una de las capas en un polímero portador o, por ejemplo, en un
polímero acrílico. Después de cada aplicación, la herramienta se
solidifica, por lo general, a aproximadamente 107ºC. En las
patentes US-5185012, US-5163976,
US-5578343 y US- 5221295 se proporciona una
descripción adicional de herramientas abrasivas con revestimiento
adecuadas para la aplicación de la presente invención. En una forma
de realización preferida, el aglutinante o capa inicial de una
herramienta abrasiva con revestimiento adecuada es Ebecryl^{TM}
3605 (un producto reactivo de bisfenol A diepoxi y ácido acrílico
en una relación molar de uno-a-uno,
comercializado por UCB Chemicals). En una forma de realización
preferida, presenta una masa, expresada como una función del área
de superficie de sustrato, de 30g/m^{2}.
Los granos abrasivos de la herramienta abrasiva
son adecuados para desbastar piezas de trabajo metálicas, o en
algunos casos, de cerámica. Ejemplos de granos abrasivos adecuados
son aquellos formados de óxido de aluminio, diamante, nitruro de
boro cúbico, carburo de silicio, etc. Por lo general, el tamaño de
los granos abrasivos en la herramienta abrasiva de la invención se
encuentra en el intervalo de grano de aproximadamente 4 y
aproximadamente 240 (6848-63 micrómetros),
preferiblemente de grano 4 a 80 (6848-266
micrómetros). Son especialmente adecuados los granos de óxido de
aluminio con un tamaño de grano en el intervalo de grano de
aproximadamente 16 y aproximadamente 20 (1660-1340
micrómetros). El volumen de granos abrasivos en la composición de
desbaste abrasiva de una herramienta con abrasivo aglutinante se
encuentra por lo general entre aproximadamente 34% y
aproximadamente 56% de la composición de desbaste abrasiva.
Preferiblemente, en una rueda con aglutinante, el volumen de granos
abrasivos se encuentra entre aproximadamente 40% y aproximadamente
52%. En una forma de realización de una herramienta abrasiva con
aglutinante, los granos de abrasivo presentan 86 \mum (grano 180)
de carburo de silicio, y la masa de los granos abrasivos, expresada
como una función en el área de superficie de sustrato, es 188
g/m^{2}.
La composición de desbaste abrasiva de una
herramienta abrasiva con aglutinante es, por lo general, porosa. La
porosidad, o fracción nula, de la composición de desbaste abrasiva
se encuentra por lo general en el intervalo de hasta
aproximadamente 52% del volumen de la composición de desbaste
abrasiva. Preferiblemente, la fracción nula presenta hasta
aproximadamente 26% del volumen total de la composición de desbaste
abrasiva.
El agente de ayuda de desbaste de una herramienta
abrasiva de la presente invención incluye una carga inorgánica no
halogenada y, opcionalmente, una carga hidratada. Las cargas
hidratadas adecuadas son aquellas que se deshidratan al perder agua
durante el desbaste abrasivo de una pieza de trabajo metálica.
Ejemplos de cargas hidratadas adecuadas incluyen borato de cinc,
disponible como Firebrake^{TM} ZB
(2ZnO3B_{2}O_{3}3,5H_{2}O: se deshidrata a 293ºC) o
Firebrake^{TM} 415 (4ZnOB_{2}O_{3}H_{2}O: se deshidrata a
415º) comercializado por US Borax; trihidrato de aluminio
(Al(OH)_{3}, disponible como Hydral^{TM} 710 o
PGA-SD^{TM} de Alcoa); hidróxido de calcio
(Ca(OH)_{2}); hidróxido de magnesio
(Mg(OH)_{2}), disponible como FR-20
MHRM{TM} 23-2 (tratado con aminosilano).
FR-20 MHRM^{TM} 640 (con agente de acoplamiento
de poliolefinas) o FR-20 MHRM^{TM} 120 (tratado
con superficies grasas) de Ameribrom, Inc.; silicato de sodio
hidratado (Na_{2}SiO_{3}9H_{2}O); hidratos de metal alcalino;
nesquehonita (MgCO_{3}Mg(OH)_{2}3H_{2}O);
subhidrato de carbonato de magnesio
(MgOCO_{2}(0,96)H_{2}O(0,30)); etc.
Las cargas hidratadas específicas proporcionan
ventajas especialmente preferidas. Una carga hidratada especialmente
preferida es borato de cinc. Borato de cinc se vitrifica a
500-600ºC y se cree que forma un sello de vidrio de
tipo borato sobre el aglutinante orgánico, por lo que evita la
degradación térmica del aglutinante orgánico. Se cree que otra
carga hidratada, trihidrato de aluminio, forma óxido de aluminio
(Al_{2}O_{3}) al someterla a calentamiento y deshidratación. El
óxido de aluminio es un material abrasivo conocido que puede ayudar
en el proceso de desbaste. Las cargas hidratadas preferidas
incluyen trihidrato de aluminio e hidróxido de magnesio.
\newpage
La herramienta abrasiva de la presente invención
incluye una carga inorgánica no halogenada que reduce la degradación
del aglutinante orgánico durante el desbaste. La frase "reduce la
degradación" usada en la presente, significa que la carga
inorgánica no halogenada actúa para preservar el aglutinante
orgánico mediante un mecanismo distinto al simple aumento de la
facilidad con la que se extrae el material de la pieza de trabajo
que se va a desbastar, como se cree que ocurre, por ejemplo, al
usar disulfuro de hierro (FeS_{2}) como agente de ayuda de
desbaste, por el que el disulfuro de hierro favorece la extracción
del material al oxidar la superficie de la pieza de trabajo así
como las astillas procedentes de la misma. Ejemplos de cargas
inorgánicas no halogenadas adecuadas incluyen óxido de molibdeno
(VI) (MoO_{3}, disponible de Aldrich), antimoniato de sodio
(NaSbO_{3}, disponible como Thermogurad^{TM} FR de Elf
Atochem); óxido de antimonio (Sb_{2}O_{3}, disponible como
Thermoguard^{TM} de Elf Atochem), etc. En una forma de
realización preferida, la carga inorgánica no halogenada es óxido
de antimonio.
En otra forma de realización, el agente de ayuda
de desbaste incluye tanto cargas hidratadas como inorgánicas no
halogenadas. Tanto si el agente de ayuda de desbaste es una carga
hidratada o un carga inorgánica no halogenada, el agente de ayuda
de desbaste en una herramienta abrasiva con aglutinante forma entre
aproximadamente 10% y aproximadamente 50% de la composición
combinada de aglutinante y cargas, en volumen, en la que
"cargas" incluyen cargas activas, inductores de poros, tiempo
de absorción de agua, etc, pero no granos abrasivos.
Preferiblemente, el agente de ayuda de desbaste de una herramienta
abrasiva con aglutinante forma entre aproximadamente 20% y
aproximadamente 40% de la composición combinada de aglutinante y
cargas, en volumen. Más preferiblemente, el agente de ayuda de
desbaste de una herramienta abrasiva con aglutinante forma
aproximadamente 25% de la composición combinada de aglutinante y
cargas, en volumen, aunque la proporción variará según el tipo y
estructura de la herramienta. Opcionalmente, la herramienta
abrasiva también incluye otras cargas, tales como agentes de ayuda
de desbaste adicionales (por ejemplo, disulfuro de hierro para que
reaccione con la pieza de trabajo) y agentes de ayuda de
procesamiento (por ejemplo, agentes humectantes).
Los componentes mencionados anteriormente pueden
combinarse en cualquier orden para formar una herramienta abrasiva
de la presente invención. En una forma de realización preferida de
una herramienta abrasiva con aglutinante, los granos abrasivos se
humedecen con una resina líquida (por ejemplo, resol). Los agentes
de ayuda de desbaste (cargas hidratadas o inorgánicas no
halogenadas), otros cargas, un precursor de resina sólida del
aglutinante orgánico (por ejemplo, novolaca) y un catalizador
adecuado (por ejemplo, hexametilentriamina) para solidificar las
resinas se combinan para formar una mezcla. Los granos abrasivos
humectantes se unen a la mezcla para formar una composición
precursora. La composición precursora se prensa entonces en un molde
y se solidifica. Preferiblemente, la composición se solidifica a una
temperatura en el intervalo de entre aproximadamente 130ºC y
aproximadamente 230ºC. La composición de desbaste abrasiva presenta
entonces la forma de una herramienta de desbaste abrasiva o
cortadora, como una rueda abrasiva con aglutinante.
Alternativamente, la composición de desbaste abrasiva es un
componente de una herramienta de desbaste abrasiva o cortadora.
También pueden emplearse otros procedimientos para formar
herramientas de desbaste abrasivas o cortadoras de la invención.
En una herramienta abrasiva con revestimiento,
una composición de desbaste abrasiva incluye una capa inicial,
granos abrasivos, una capa superficial y, opcionalmente, una capa
adicional sobre la capa superficial. Los agentes de ayuda de
desbaste se incluyen generalmente en la capa adicional, de existir,
o en la capa superficial. La composición de desbaste abrasiva se
reviste sobre un sustrato flexible, como una hoja, cinta, disco,
etc. Cuando existe una capa adicional, con un aglomerante y un
agente de ayuda de desbaste, el agente de ayuda de desbaste forma
preferiblemente más de aproximadamente 50% del peso de los sólidos
combinados del aglomerante y agente de ayuda de desbaste. En otra
forma de realización preferida, el agente de ayuda de desbaste forma
aproximadamente entre 60% y 80% del peso de los sólidos combinados
del aglomerante y agente de ayuda de desbaste.
Las ruedas abrasivas con aglutinante de la
invención pueden usarse en una variedad de aplicaciones. Ejemplos de
dichas aplicaciones incluyen el desbaste de vías, en el que las
vías férreas se desbastan para eliminar su redondez, y el desbaste
en la fundición, en la que los artículos de metal moldeados en una
fundición se desbastan para eliminar rebabas y otros defectos de
moldeado. Otras aplicaciones para ruedas abrasivas con aglutinante
de la invención incluyen, pero sin ser limitantes a ello,
operaciones de "cortadura" y acondicionamiento de acero.
Pueden emplearse herramientas abrasivas con aglutinante, por
ejemplo, en numerosas aplicaciones industriales, tales como el
acabado metálico.
Cuando se usa una rueda abrasiva con aglutinante
para desbastar una pieza de trabajo, como una vía o artículo de
fundición, los granos abrasivos de la superficie del aglutinante
orgánico desbastan la pieza de trabajo al cortar, surcar o frotar
la superficie de la pieza de trabajo. La fricción producida
mediante dichos mecanismos de desbaste genera un calor considerable,
que puede aumentar la velocidad a la que se descompone, funde o
desgasta el aglutinante orgánico. Como resultado, la superficie
para desbastar del aglutinante orgánico se retira, y los granos
abrasivos incrustados en la matriz del aglutinante orgánico se
exponen gradualmente hasta que finalmente se desprenden de la
superficie del aglutinante orgánico para proporcionar nuevas
superficies afiladas para desbastar.
La retirada de la superficie del aglutinante
orgánico también libera otros componentes, como las cargas
hidratadas e inorgánicas no halogenadas usadas en una forma de
realización preferida de una herramienta abrasiva de la invención.
Las cargas hidratadas en la herramienta abrasiva desprenden agua
durante el desbaste. Se cree que la deshidratación endotérmica de
la carga hidratada presenta un efecto de enfriamiento en las
superficies para desbastar. También se cree que el agua desprendida
por la deshidratación puede funcionar como un lubricante en la
superficie de contacto de la herramienta abrasiva y la pieza de
trabajo, y puede absorber calor adicional de las superficies para
desbastar mediante evaporación.
Se cree que las cargas inorgánicas no halogenadas
en una herramienta abrasiva reducen la velocidad a la que se pierde
el aglutinante orgánico de la superficie para desbastar. Un
mecanismo por el que se cree que las cargas inorgánicas no
halogenadas, tal como se emplean en la invención, reducen la
degradación consiste en la inhibición de la ruta química mediante
la cual un aglutinante orgánico se degrada habitualmente. Dicha
ruta química incluye por lo general la oxidación de una cadena de
polímeros del aglutinante orgánico durante el desbaste, que
desencadena la liberación de radicales libres de la cadena de
polímeros. Dichos radicales libres reaccionan entonces con el
aglutinante orgánico en otros puntos de la cadena, y provocan que
el polímero se degrade aún más y libere radicales libres
adicionales. Se cree que las cargas inorgánicas no halogenadas
reducen la degradación del aglutinante orgánico mediante la
inhibición de la ruptura de la cadena de polímeros causada por
radicales libres. Se cree que la carga inorgánica no halogenada, o
productos degradantes de la carga inorgánica no halogenada, reducen
la degradación del aglutinante orgánico mediante la combinación, al
igual que la reacción, con radicales libres liberados del
aglutinante orgánico. Una vez combinados con el carga inorgánico no
halogenado o su producto de degradación, los radicales no están
disponibles para contribuir a la degradación del aglutinante
orgánico.
A continuación se describirá con más detalle la
invención por medio de los siguientes ejemplos.
Se fabricaron diversas herramientas abrasivas con
aglutinante, con forma de ruedas portátiles para usar en un aparato
de desbaste, para incluir una carga de entre distintas cargas
hidratadas o cargas inorgánicas no halogenadas. Además, se fabricó
una rueda "estándar" (designada como "1" a continuación)
para servir como un control de referencia en la evaluación del
rendimiento de desbaste de ruedas de la presente invención. En cada
una de las ruedas (designadas 2-7 a continuación),
se dispersaron las cargas por el aglutinante orgánico, formando
aproximadamente 25% de la composición combinada aglutinante/ carga,
en volumen. Las ruedas que se fabricaron con estas composiciones se
usaron para desbastar un anillo de tubos de acero al carbono 1026
con un diámetro exterior de 30,5 cm, un diámetro interior de 25,4
cm y una longitud de 15,2 cm. En el desbaste se usaron cargas de
6,8 kg, 9,1 kg y 11,3 kg.
Cada una de las ruedas presentaba la siguiente
composición, con porcentajes calculados en volumen y con "carga
activa variable" modificada para cada rueda:
| Material | Fuente | Volumen % | Densidad (g/cc) |
| 29344 resina novalaca epoxi | Oxychem Durez Dallas TX | 21,33 | 1,28 |
| modificada | |||
| resina líquida (V 136) | Bendix Resin Corporation | 5,67 | 1,28 |
| Friction Materials | |||
| Division Troy NY | |||
| alcohol tridecílico | Exxon Chemical | 0,044 cc/g | 0,84 |
| Company | resina | ||
| Houston Texas | seca | ||
| disulfuro de hierro- FeS_{2}- red 325 | 4,5 | 4,75 | |
| corindón marrón abrasivo | Norton Company | 50 | 3,95 |
| Porosidad | 14 | 0 | |
| carga activa variable | 4,5 |
La "carga activa variable" en cada una de
las ruedas, ordenada por su número a continuación, presentó las
siguientes composiciones respectivas:
- 1:
- sulfato de potasio (K_{2}SO_{4}, de Astro Chemicals, Inc.; Springfield, MA)(densidad = 2,66 g/cc) (Ejemplo comparativo).
- 2:
- trihidrato de aluminio (Al(OH)_{3}, Hydral^{TM} 710 de Alcoa, Pittsburgh, PA) (densidad = 2,4 g/cc) (Ejemplo comparativo).
- 3:
- hidróxido de calcio (Ca(OH)_{2}, de Aldrich^{TM}, Milwaukee, WI) (densidad = 2,24 g/cc) (Ejemplo comparativo).
- 4:
- óxido de molibdeno (VI) (MoO_{3}, de Aldrich^{TM}, Milwaukee, WI) (densidad = 4,69 g/cc).
- 5:
- hidróxido de magnesio (Mg(OH)_{2}, FR-20 MHRM 640 de Ameribrom, Inc., Nueva York, NY) (densidad = 2,36 g/cc) (Ejemplo comparativo).
- 6:
- borato de cinc (4ZnO.B_{2}O_{3}.H_{2}O, Firebrake^{TM} 415 de US Borax, Valencia, CA) (densidad = 3,70 g/cc) (Ejemplo comparativo).
- 7:
- óxido de antimonio (Sb_{2}O_{3}, Thermoguard^{TM} S de Elf Atochem, Filadelfia, PA) (densidad = 5,67 g/cc) con Dechlorane Plus^{TM} (el diaducto de Diels-Alder de hexaclorociclopentadieno y 1,5-ciclooctadieno, disponible de Occidental Chemical Corp., Niagara Falls, NY) (densidad = 1,9 g/cc) (1:3 en volumen).
Se probaron todas las ruedas durante 18 minutos.
Los resultados del rendimiento de las ruedas se muestran en las tres
tablas siguientes. Como se indica en las tablas, MMR representa la
velocidad a la que se desprende el metal de la pieza de trabajo.
WWR representa la velocidad de desgaste de la rueda. El ratio G es
la proporción del volumen de metal desprendido de la pieza de
trabajo respecto al volumen de la rueda que se desgasta. De este
modo, un ratio G elevado significa un alto grado de durabilidad de
la rueda en relación con la cantidad de desbaste realizado, que es
lo que se pretende conseguir.
| Rueda | Densidad | MRR | WWR | Potencia | 1/WWR | Potencia | Ratio G |
| nº | actual | (kg/h) | (cc/h) | (kW) | (h/cc) | /MRR | |
| (g/cc) | |||||||
| 1 | 2,630 | 1,07 | 15,73 | 0,9016 | 0,06357 | 0,843 | 8,72 |
| 2 | 2,626 | 1,25 | 10,23 | 0,8568 | 0,09775 | 0,685 | 15,67 |
| 3 | 2,603 | 0,95 | 8,94 | 0,8292 | 0,1119 | 0,873 | 13,62 |
| 4 | 2,737 | 1,04 | 8,60 | 0,8680 | 0,1163 | 0,835 | 15,50 |
| 5 | 2,624 | 0,95 | 9,88 | 0,8471 | 0,1012 | 0,892 | 12,33 |
| 6 | 2,680 | 0,85 | 5,46 | 1,519 | 0,1832 | 1,787 | 19,96 |
| 7 | 2,631 | 1,24 | 12,00 | 0,8956 | 0,0833 | 0,722 | 13,25 |
| Rueda | Densidad | MRR | WWR | Potencia | 1/WWR | Potencia | Ratio G |
| nº | actual | (Kg/h) | (cc/h) | (kW) | (h/cc) | /MRR | |
| (g/cc) | |||||||
| 1 | 2,639 | 2,24 | 48,34 | 1,208 | 0,02069 | 0,539 | 5,94 |
| 2 | 2,627 | 2,93 | 24,80 | 1,137 | 0,04032 | 0,388 | 15,15 |
| 3 | 2,608 | 1,91 | 31,33 | 1,154 | 0,03192 | 0,604 | 7,82 |
| 4 | 2,732 | 1,81 | 24,08 | 1,129 | 0,04153 | 0,624 | 9,64 |
| 5 | 2,628 | 1,60 | 17,20 | 1,086 | 0,05814 | 0,679 | 11,93 |
| 6 | 2,684 | 1,54 | 16,22 | 1,066 | 0,06165 | 0,692 | 12,17 |
| 7 | 2,622 | 2,16 | 28,81 | 1,208 | 0,03471 | 0,559 | 9,61 |
| Rueda | Densidad | MRR | WWR | Potencia | 1/WWR | Potencia | Ratio G |
| nº | actual | (kg/h) | (cc/h) | (kW) | (h/cc) | /MRR | |
| (g/cc) | |||||||
| 1 | 2,630 | 4,94 | 431,4 | 1,72 | 0,002318 | 0,348 | 1,47 |
| 2 | 2,626 | 4,08 | 153,1 | 1,72 | 0,006532 | 0,422 | 3,42 |
| 3 | 2,603 | 3,58 | 128,3 | 1,65 | 0,007794 | 0,461 | 3,58 |
| 4 | 2,737 | 4,35 | 216,6 | 1,70 | 0,004617 | 0,391 | 2,57 |
| 5 | 2,624 | 3,86 | 138,7 | 1,69 | 0,007210 | 0,438 | 3,57 |
| 6 | 2,680 | 3,24 | 104,1 | 1,54 | 0,009606 | 0,475 | 3,99 |
| 7 | 2,631 | 5,10 | 232,6 | 1,83 | 0,004300 | 0,359 | 2,81 |
Como puede observarse, cada una de las cargas
hidratadas e inorgánicas no halogenadas funcionó con un Ratio G
superior al estándar, la rueda de control (1) en cada uno de los
tres niveles de carga. La rueda 6, que presenta borato de cinc como
una carga activa, funcionó con la mayor eficacia de desbaste, tal
como muestra el Ratio G, en cada prueba.
Ejemplo comparativo
2
En el presente ejemplo, las pruebas se realizaron
en el contexto de desbaste de vías, que requiere una operación más
agresiva que el aparato de desbaste portátil de cabeza fija usado
en el Ejemplo 1. En el desbaste de vías, la vida de la rueda es un
factor clave en la evaluación del rendimiento de la rueda. De
nuevo, se seleccionaron para las pruebas las ruedas con cargas
hidratadas.
Cada una de las ruedas de este experimento
presentaba la siguiente composición básica, con todos los
porcentajes calculados en volumen y con "carga activa
variable" modificada para cada rueda.
| Material | Fuente | Volumen % | Densidad (g/cc) |
| 29318 14% de resina novalaca hexa | Oxychem Durez Dallas, TX | 22,4 | 1,28 |
| alcohol tridecílico | Exxon Chemical Company, | 0,077 cc/g | 0,84 |
| Houston, Texas | de resina | ||
| seca | |||
| furfural | QO Chemicals, Inc, W. | 0,1 cc/g de | 1,16 |
| Lafayette, IN | de resina | ||
| seca | |||
| mezcla de furfural/parafina | Chloroflo^{TM} de Dover | 0,01 cc/g | 1,13 |
| clorada (60-40 vol.) | Chemical Corporation, | de mezcla | |
| Dover, OH | |||
| disulfuro de hierro-FeS_{2} - red 325 | 4,0 | 4,75 | |
| cal viva pulverizada con cal (CaO) | Mississippi Lime Company | 1,6 | 3,25 |
| corindón marrón abrasivo | Norton Company | 27,0 | 3,95 |
| abrasivo Norzon® | Norton Company | 27,0 | 4,66 |
| porosidad | 14 | 0 | |
| carga activa variable | 4,0 |
La "carga activa variable" en cada una de
las ruedas, ordenadas por número a continuación, presentó la
siguiente composición respectiva:
- 014-1:
- sulfato potásico (K_{2}SO_{4}, de Astro Chemicals, Inc., Springfield, MA) (densidad = 2,66 g/cc)
- 014-2:
- trihidrato de aluminio (Al(OH)_{3}, Hydral^{TM} 710 de Alcoa, Pittsburgh, PA)(densidad = 2,4 g/cc)
- 014-3:
- hidróxido de magnesio (Mg(OH)_{2}, FR-20 MHRM 640 de Ameribrom, Inc., Nueva York, NY) (densidad = 2,36 g/cc)
- 014-4:
- hidróxido de calcio (Ca(OH)_{2}, de Aldrich, Milwaukee, WI) (densidad = 2,24 g/cc)
- 014-5:
- borato de cinc (4ZnO.B_{2}O_{3}.H_{2}O, Firebrake^{TM} 415 de US Borax, Valencia, CA) (densidad = 3,70 g/cc).
De nuevo, se usó la rueda con sulfato potásico
como carga activa variable (rueda 014-1) como un
control durante la realización de las pruebas.
Como muestran los datos del desbaste, presentados
en las Tablas 4-6, los agentes de ayuda de desbaste
seleccionados mejoraron la vida de las ruedas hasta aproximadamente
200% de la vida de la rueda de control. La especificación con
Al(OH)_{3} no mostró mejora de vida alguna,
probablemente debido a la temperatura de deshidratación
relativamente baja (aproximadamente 200ºC).
En las Tablas 4-6 que se muestran
a continuación se proporcionan los resultados del Ejemplo 2. La
Tabla 4 muestra los resultados de las pruebas realizadas a un nivel
de potencia de 23,1 kW y un tiempo de desbaste de 5 minutos. La
Tabla 5 muestra los resultados de las pruebas realizadas a un nivel
de potencia de 17,2 kW y un tiempo de desbaste de 6 minutos. La
Tabla 6 muestra los resultados de las pruebas realizadas a un nivel
de potencia de 13,4 kW y un tiempo de desbaste de 15 minutos. Cada
uno de los valores indicados a continuación representa la media de
los resultados de dos pruebas, realizadas sobre pruebas diferentes,
de cada especificación.
| Especif. de | Unidad de | MRR (mm^{3}/s) | Ratio G | Vida de rueda (h) |
| rueda | potencia media | |||
| 014-1 | 0,0398 | 1543 | 3,9 | 0,7 |
| 014-2 | 0,0400 | 1557 | 4,6 | 0,8 |
| 014-3 | 0,0404 | 1509 | 4,7 | 0,8 |
| 014-4 | 0,0407 | 1515 | 6,3 | 1,1 |
| 014-5 | 0,0408 | 1542 | 8,2 | 1,4 |
| Especif. de | Unidad de | MRR (mm^{3}/s) | Ratio G | Vida de rueda (h) |
| rueda | potencia media | |||
| 014-1 | 0,0301 | 759 | 15,7 | 5,3 |
| 014-2 | 0,0297 | 781 | 13,3 | 4,4 |
| 014-3 | 0,0300 | 782 | 17,5 | 5,7 |
| 014-4 | 0,0299 | 762 | 16,3 | 5,5 |
| 014-5 | 0,0308 | 672 | 21,5 | 8,2 |
| Especif. de | Unidad de | MRR (mm^{3}/s) | Ratio G | Vida de rueda (h) |
| rueda | potencia media | |||
| 014-1 | 0,0234 | 428 | 23,5 | 14,6 |
| 014-2 | 0,0236 | 396 | 25,1 | 16,4 |
| 014-3 | 0,0236 | 395 | 27,6 | 18,3 |
| 014-4 | 0,0243 | 343 | 25,4 | 19,0 |
| 014-5 | 0,0246 | 332 | 27,0 | 20,9 |
Mientras que la presente invención se ha mostrado
y descrito específicamente con referencias a las formas de
realización preferidas de la misma, los expertos en la materia
entenderán que pueden realizarse diversos cambios en su forma y
detalles en la misma sin que se desvíen del alcance de la invención
como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (18)
1. Una herramienta abrasiva con aglutinante, que
comprende:
- a)
- una matriz de un aglutinante orgánico;
- b)
- granos abrasivos dispersos en el aglutinante orgánico; y caracterizada porque también comprende
- c)
- una carga inorgánica no halogenada en el aglutinante orgánico que puede reaccionar con radicales libres liberados del aglutinante orgánico durante el desbaste y seleccionada del grupo formado por óxido de antimonio, antimoniato sódico y óxido de molibdeno (VI).
2. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 1, en la que los granos abrasivos incluyen un
componente abrasivo cerámico.
3. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 1, en la que el aglutinante orgánico incluye un
material polimérico.
4. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 1, en la que el aglutinante orgánico incluye una
resina termoendurecible.
5. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 4, en la que el aglutinante orgánico incluye una
resina epoxi.
6. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 4, en la que el aglutinante orgánico incluye una
resina fenólica.
7. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 1, en la que la concentración de carga inorgánica no
halogenada se encuentra entre 10% y 50% en volumen del aglutinante
orgánico y cargas.
8. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 7, en la que la concentración de carga inorgánica no
halogenada se encuentra entre 20% y 40% en volumen del aglutinante
orgánico y cargas.
9. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 1, en la que la concentración del aglutinante
orgánico se encuentra en el intervalo de 20% y 60% en volumen de
una composición abrasiva de desbaste, en la que la composición
abrasiva de desbaste es el aglutinante orgánico, los granos
abrasivos, cargas en el aglutinante y porosidad.
10. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 9, en la que la concentración del aglutinante
orgánico se encuentra en el intervalo entre 30% y 42% en volumen de
una composición abrasiva de desbaste, en la que la composición
abrasiva de desbaste es el aglutinante orgánico, los granos
abrasivos, cargas en el aglutinante y porosidad.
11. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 1, en la que los granos abrasivos se encuentran
entre 6848 \mum y 63 \mum (grano 4 y grano 240).
12. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 11, en la que los granos abrasivos se encuentran
entre 6848 \mum y 266 \mum (grano 4 y grano 80).
13. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 1, en la que la concentración de los granos abrasivos
se encuentra en el intervalo de 34% y 55% en volumen, de una
composición abrasiva de desbaste, en la que la composición abrasiva
de desbaste es el aglutinante orgánico, los granos abrasivos, cargas
en el aglutinante y porosidad.
14. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 13, en la que la concentración de los granos
abrasivos se encuentra en el intervalo entre 40% y 52% en volumen
de una composición abrasiva de desbaste en la que la composición
abrasiva de desbaste es el aglutinante orgánico, los granos
abrasivos, cargas en el aglutinante y porosidad.
15. La herramienta abrasiva con aglutinante según
una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el
aglutinante orgánico comprende también una carga hidratada, y en la
que la carga hidratada se selecciona del grupo formado por
trihidrato de aluminio, hidróxido de calcio, hidróxido de magnesio,
silicato sódico hidratado, hidratos de metal alcalino, nesquehonita,
carbonato de magnesio básico, subhidrato de carbonato de magnesio y
borato de cinc.
16. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 15, en la que la carga hidratada es borato de
cinc.
\newpage
17. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 15, en la que la carga hidratada es trihidrato de
aluminio.
18. La herramienta abrasiva con aglutinante de la
reivindicación 15, en la que la carga hidratada es hidróxido de
magnesio.
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