JPH02116477A - 研削材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高強度複合材料からなる研削材料およびその製
造方法、特にステンレス鋼や一般の鋼材等の錆落し、あ
るいは表面研削等に適した研削砥粒含有高強度複合材料
からなる研削材料およびその製造方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

ステンレス鋼や一般の鋼材等の金属の錆落し、あるいは
表面研削等を行う方法としては、例えばショツトブラス
ト法、ベルト式研削法、回転ロール式研削方法等がある
。このうちショツトブラスト法は装置が大がかりであり
、コスト高になるという欠点がある。ベルト式研削法は
研削能力は高いものの目づまり等により寿命が極めて短
いという欠点がある。

回転ロール式研削方法は従来から良く知られている方法
で、研削材料を備えたロール状ブラシを回転させること
により研削するものであり、例えばナイロンをマトリッ
クス樹脂とじＳｉＣ砥粒を含有する複合材料からなる研
削材料を備えたロール状ブラシが実用化されている。

この方法は、ショツトブラスト法等の大がかりなショッ
ト砂、水、研削物の回収装置が不要であリ、装置費用が
安価である。しかしナイロンをマトリックス樹脂とする
複合材料からなる研削材料は応力や衝撃に対する強度等
の機械的強度が劣り、疲労により折れたり変形しやすく
、このため耐久性が悪く、研削性も悪い。またマトリッ
クス樹脂に使用しているナイロン等は溶融時の粘度が高
いため、研削性能を左右する砥粒を大量に添加できず、
また成形法も押出成形に限定されるという問題点がある
。

一方、基部から軸状に突出する芯材の周囲に研磨材を一
体化した研削材料を、組紐状の支持条を介してディスク
の周囲に取付けたロールブラシが開示されているが（特
公昭６１−２４９３１号）、研削材料は芯材の周囲に研
磨材が一体化しているため、単位面積あたりの有効研削
材料が少なく、研削効率が悪いという問題点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記問題点を解決するため、大量の研
削砥粒を含有させることができ、耐久性および研削性能
に優れた安価な研削材料を提案することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の研削材料は、マトリックス樹脂、研削砥粒およ
び繊維状強化材の複合材料からなることを特徴とする研
削材料である。

本発明の研削材料の製造方法は、研削砥粒を含む樹脂シ
ートの両側に、繊維状強化材を含む樹脂シートを配置し
、それぞれの両側から、対向する凹部を有する成形型を
閉じて樹脂を硬化させることを特徴とする研削材料の製
造方法である。

本発明において使用するマトリックス樹脂は、研削砥粒
および繊維状強化材を複合材料中に固定して保持するバ
インダとしての作用を有する樹脂であり、熱硬化性樹脂
、熱可塑性樹脂のいずれも使用できる。このような樹脂
としてはポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹
脂、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹
脂（ナイロン）等があげられるが、その内ポリイミド樹
脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましく、特にポ
リイミド樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。

ポリイミド樹脂としては、縮合型ポリイミドや付加重合
型ポリイミドがあげられる。縮合型ポリイミドとしては
、例えば一般式（１） 香族基である。） 一般式〔■〕 を有するポリイミドが例示され、デュポン社のＶｅｓｐ
ｅｌ（商品名）などがある。また付加重合型ポリイミド
としてはポリアミノビスマレイミド樹脂があげられる。

（１）ポリアミノビスマレイミド樹脂 一般式（ｎ）で表わされるビスマレイミドと一般式（Ｉ
Ｉ［］で表わされる芳香族ジアミンとを反応させること
によって得られる反応生成物である。

一般式（ＩＩ） （ただし、式中Ｒは２価の有機基、好ましくは芳（ただ
し、式中ＺはＣＨ２，０、Ｓ、　ＳＯまたはＳＯ２，Ｒ
１、Ｒ２は水素原子、低級アルキル基、アリール基、シ
クロアルキル基または低級アシル基である。）一般式（
ＩＩ）で示されるビスマレイミドの具体例としては、例
えばＮ、Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミド、　Ｎ、Ｎ
’−ｐ−フェニレンジマレイミド、Ｎ、Ｎ’−オキシ（
ジ−ｐ−フェニレン）シマレイミド、Ｎ、Ｎ’−メチレ
ン（ジーＰ−フェニレン）シマレイミド、Ｎ、Ｎ’−エ
チレン（ジーＰ−）二二しン）シマレイミド、　Ｎ、Ｎ
’−スルホ（ジ−ｐ−フェニレン）シマレイミド、Ｎ、
Ｎ’−ａ−フェニレンビス（ｐ−オキシフェニレン）シ
マレイミド、Ｎ、Ｎ’−メチレン（ジー１．４−シクロ
ヘキシレン）シマレイミド、Ｎ、Ｎ’−イソプロピリデ
ン（ジー１，４−シクロヘキシレン）シマレイミド、　
２，６−キシリレンシマレイミド、２，５−オキサジア
ゾリレンシマレイミド、Ｎ、Ｎ’−ｐ−フェニレン（ジ
メチレン）シマレイミド、Ｎ。

Ｎ′−２−メチル−ｐ−トルイレンシマレイミド、Ｎ、
Ｎ’−チオ（ジフェニレン）ジシトラコンイミド、Ｎ、
Ｎ’−メチレン（ジ−ｐ−フェニレン）ビス（クロルマ
レイミド）、Ｎ、Ｎ’−へキサメチレンビス（シアノメ
チルマレイミド）などがあげられる。

一般式（ｍ）の芳香族ジアミンの具体例としては、例え
ば４，４′−ジアミノジフェニルスルホン、３゜３′−
ジアミノジフェニルスルホン、４，４′−ジアミノジフ
ェニルメタン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル
、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、
２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、ベンジ
ジン、　　４．４’−ジアミノジフェニルスルフィド、
ビス（４−アミノフェニル）メチルホスフィンオキシド
、ビス（４−アミノフェニル）フェニルホスフィンオキ
シト、ビス（４−アミノフェニル）メチルアミン、■、
５−ジアミノナフタリン、１．ｌ−ビス（Ｐ−アミノフ
ェニル）フタラン、４，４′−ジアミノベンゾフェノン
、４，４′−ジアミノアゾベンゼン、ビス（４−アミノ
フェニル）フェニルメタン、１．１−ビス（４−アミノ
フェニル）シクロヘキサン、１．１−ビス（４−アミノ
−３−メチルフェニル）シクロヘキサン、２，５−ビス
（ｎ＋−アミノフェニル）−１，３，４−オキサジアゾ
ール、２゜５−ビス（Ｐ−アミノフェニル−１，３，４
−オキサジアゾール、２，５−ビス（ｍ−アミノフェニ
ル）チアゾロ（４，５−ｄ）チアゾール、５，５′−ジ
（ｍ−アミノフェニル）−２，２’−ビス（１，３，４
−オキサジアゾリル）、　　４．４’−ビス（ｐ−アミ
ノフェニル）−２，２’−ジチアゾール、ｍ−ビス（４
−ｐ−アミノフェニル−２−チアゾリルベンゼン、２．
２’−ビス（ｍ−アミノフェニル）−５，５’−ジベン
ズイミダゾール、　４．４’−ジアミノベンズアニリド
、４，４′−ジアミノフェニルベンゾエート、Ｎ、Ｎ’
−ビス（４−アミノベンジル）−Ｐ−フェニレンジアミ
ン、３，５−ビス（ｆｆｌ−アミノフェニル）−４−フ
ェニル−１，２，４−トリアゾールおよびこれらの無機
酸塩などがあげられる。

本発明に用いられるポリアミノビスマレイミド樹脂は、
前記したビスマレイミドと芳香族ジアミンとを公知の方
法によって反応させたものを用いるが、その分子量とし
ては４００〜１５００程度のものが好ましく、またこれ
に未反応モノマーを多量に含有するものであってもよい
。

またポリイミド樹脂として上記ポリイミドと反応性希釈
剤とによる低温硬化型にした液状ポリイミドも使用でき
る。

エポキシ樹脂として最も好ましい樹脂は、　１．１−ビ
ス（４−とドロキシフェニル）低級アルカン型液状エポ
キシ樹脂であり、１．１−ビス（４−ヒドロキシフェニ
ル）低級アルカン型液状エポキシ樹脂、ハイドロキノン
（またはハイドロキノンとそれ以外の２価のフェノール
）および反応触媒よりなる組成物を硬化させて形成され
る。この樹脂は従来使用されていたナイロンよりも剛直
性を有し、応力や衝撃に対する機械的強度が強く、研削
砥粒も大量に混入することができる。

１．１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）低級アルカン
型液状エポキシ樹脂としては、常温（２５℃）で液状で
あって低級アルカン基の炭素数が２〜５のもの。

好ましくは１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エ
タンのジグリシジルエーテルが用いられる。即ち、１．
１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタンのジグリシ
ジルエーテルは、それを用いて調製した組成物の注型時
の粘度が低く、得られた樹脂成形品もより強靭なものと
なるので特に好ましい。

ハイドロキノンは、２価フェノールとしてそれ単独でも
用いられるが、それ以外の２価のフェノールと併用して
用いるのが好ましい。それ以外の２価フェノールとして
は、例えばレゾルシン、ハイドロキノンなどの単核２価
フェノール、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、
２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン〔ビ
スフェノールＡ）、■。

１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、２，２−
ビス（３，５−ジブロム−４−ヒドロキシフェニル）プ
ロパンなどの多核２価フェノールあるいはこれら２価フ
ェノールのジグリシジルエーテルであるエポキシ樹脂の
両末端に２価フェノールを反応させて得られる２価フェ
ノールなどであって、前記液状エポキシ樹脂に溶解する
ものが用いられ、好ましくは１，１−ビス（４−ヒドロ
キシフェニル）エタンが用いられる。

これらのハイドロキノン以外の２価フェノールは、２価
フェノールが１．１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）
エタンの場合、一般にハイドロキノンと２価フェノール
とのモル比が１００１０〜２０１８０の割合で用いられ
る。これより多い割合で１．１−ビス（４−ヒドロキシ
フェニル）エタンが用いられると、急激なアイゾツト衝
撃強度の低下が起り、ポリカーボネート樹脂に対抗する
ようなアイゾツト衝撃値（８０ｋｇ−０１１１７０ｍ以
上）が得られなくなる。

また１反応触媒としては、例えばベンジルトリエチルア
ンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムブロ
マイドなどの４級アンモニウム塩、Ｎ、Ｎ−ベンジルジ
メチルアミン、Ｐ−ジメチルアミノベンズアルデヒドな
どの３級アミン、２−エチル−４−メチルイミダゾール
などのイミダゾール類、トリフェニルホスフィンなどの
ホスフィン類、トリフェニルエチルホスホニウムハライ
ドなどの４級ホスホニウム塩であって、上記液状エポキ
シ樹脂および２価フェノールの混合物に溶解し、これら
の反応触媒として作用するものが用いられる。

以上の各成分から樹脂組成物が調製されるが、液状エポ
キシ樹脂と２価フェノール（ハイドロキノンまたはそれ
と他の２価フェノール）とは、２価フェノールのヒドロ
キシ当量／エポキシ当量の比が約０．８〜１．２の範囲
となるような割合で一般に用いられる。これより小さい
比で用いられると、得られたものの分子量が小さくなり
５強靭な成形品を形成し得ない。一方、これ以上の比で
は２価フェノールの未反応物が多くなり、やはり強靭性
が損われるようになる。また、反応触媒は、エポキシ樹
脂と２価フェノールとの合計量に対し約０．０１〜３重
量％の割合で一般に用いられる。

マトリックス樹脂を形成するための液状エポキシ樹脂組
成物の調製は、まず液状エポキシ樹脂に２価フェノール
を一般に約５０〜１８０℃、好ましくは約８０〜１５０
℃に加熱して溶解させ、次いでそこに反応触媒を添加す
ることにより行われる。なお、この組成物中には１本発
明の目的を逸脱しない範囲内において、他のエポキシ樹
脂、例えば芳香族ジカルボン酸のジグリシジルエステル
や他の多価フェノール、例えば３価フェノールなどを添
加することもできる。

上記マトリックス樹脂に混入する研削砥粒としては、５
ｉＣ１ＡＩ２２０．、ＣＢＮ、ダイヤモンド、その他の
従来より研削砥粒（研磨砥粒を含む）として用いられて
きたものが使用できるが、ＳｉＣが好ましい。

これらの研削砥粒の粒径は用途によって異なるが、一般
には０．０１〜５ＩＩＩｌｆｉ、好ましくは０．１〜ｌ
ｌ１ｆｆｉ程度である。

繊維状強化材としては、ガラス繊維、炭素繊維など、従
来より繊維強化プラスチックの強化材として用いられて
いるものが使用可能である。これらの繊維状強化材は短
繊維、長繊維いずれでもよく、クロスその他任意の形態
のものが使用できるが、長繊維を一方向に引揃えた一方
向繊維が好ましい。

上記の研削砥粒はマトリックス樹脂中に均一に混入され
ているのが好ましいが、繊維状強化材は複合材料の周辺
部に、長手方向に配向させて配置されているのが好まし
い。

上記各成分の配合割合は、マトリックス樹脂３０〜９０
重量％、好ましくは３５〜８３重量％、研削砥粒５〜７
０重量％、好ましくは１０〜５０重量％、繊維状強化材
５〜３０重量％、好ましくは７〜２５重量％である。

本発明の研削材料は、上記各成分を混合した状態でマト
リックス樹脂を硬化させて複合材料を形成し、研削材料
とするにのとき熱硬化性樹脂は液状または半固形状のも
のを用いて硬化させ、熱可塑性樹脂は固形のものを加熱
溶融後冷却して硬化させる。

本発明の研削材料の好ましい製造方法は、ポリイミド樹
脂をＮ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド等の
溶媒に溶解させた後、研削砥粒を調整した組成物をプリ
プレグにしたもの、および上記組成物と繊維強化材をプ
リプレグにしだものそれぞれを１３０〜１６０℃、好ま
しくは１４０〜１５０℃のオーブンにて脱溶媒する。そ
の後上記シートを１００〜１８０℃、好ましくは１４０
〜１６０℃の加熱オーブンにて加熱処理することにより
、半固形状樹脂シートおよび繊維強化材を含む樹脂シー
トとする。その後この研削砥粒を含む樹脂シートの両側
に繊維状強化材を含む樹脂シートを配置し、それぞれの
両側からあらかじめ１８０〜２５０℃、好ましくは２０
０〜２２０℃に加熱された対向する凹部を有する成形型
を閉じて樹脂を硬化させることにより複合材料を形成し
、研削材料とする。

次に低温硬化型液状ポリイミド樹脂および前記液状エポ
キシ樹脂による研削材料を作成する場合は、それぞれの
樹脂に研削砥粒を配合して樹脂シート状および繊維強化
材を含む樹脂シート状にした後、７０〜１２０℃、好ま
しくは８０〜１００℃のオーブンでの加熱処理により半
固形状の樹脂シートおよび繊維強化材を含む樹脂シート
とする。このシートを１００〜１６０℃、好ましくは１
１０〜１４０℃に加熱した対向する凹部を有する成形型
を閉じて樹脂を硬化させることにより研削材料とする。

〔作　用〕

本発明の研削材料は支持体等を介してドラムに植付け、
ブラシロールを形成し、ステンレス鋼、その他の鋼材等
の表面研削に使用される。使用状態では、研削材料は繊
維状強化材により強化されているため、優れた機械強度
を有し、このため研磨性、耐久性に優れ、応力や衝撃に
より折れることはなく、寿命も長い。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は実施例の研削材料を示す断面図、第２図はその
Ａ−Ａ面で切断した斜視図である０図において、１は研
削材料で、マトリックス樹脂２中に研削砥粒３が均一に
分散し、周辺部に長手方向に引揃えらけた繊維状強化材
４が配置された状態で、樹脂２が硬化した棒状の複合材
料からなる。

研削材料１は第３図に示すように、小径の支持部５をス
リーブ状のホルダ６に挿入してかしめられ、ホルダ６の
他端にはナイロンの溶融紡糸体からなるばね材７が挿入
されており、ばね材７は扇形の取付治具８の周辺部に植
付けられて研削ユニット９が形成されている。

研削ユニット９は第４図に示すように、回転体１１の周
囲の円周方向および軸方向に多数取付けられて１円筒状
のブラシロール１０が形成されている。

上記のように構成されたブラシロール１０は、帯板状の
被研削材料１２の上から下方向に圧下した状態で回転さ
せ、被研削材料１２を移動させて研削を行う。第４図に
おいてＸは圧下量、ｙは接触幅である。

ブラシロール１０の回転により、研削材料１はばね材７
の弾性により被研削材料１２に押付けられて回転し、表
面の錆落し、あるいは表面研削等の研削が行われる。こ
のとき研削材料１の外周部に強化材４が配置されている
ため、研削材料１は応力や衝撃に対する強度が大きく、
折れたり、疲労することなく、長期にわたって研削を行
うことができる。

第５図は製造方法を示す斜視図である。この製造方法は
、研削砥粒３を含む２枚の樹脂シート１３の両側に、研
削砥粒３および強化材４を含む樹脂シート１４を配置し
、それぞれの両側から、対向する凹部１５．１６を有す
る成形型１７．１８を閉じて樹脂２を硬化させて複合材
料を形成し、研削材料１を製造する。

樹脂シート１３．１４は前記ポリイミド樹脂または液状
エポキシ樹脂をマトリックス樹脂２とするプリプレグが
使用できる。俊脂シート１４は強化材４を凹部１５．１
６と平行に配向させ、その長手方向に間隔をおいて経糸
４ａで面状に形成した状態で樹脂２と一体化したプリプ
レグが使用される。凹部１５゜１６は研削材料１に対応
した形状となっている。

第５図の状態から成形型１７．１８を閉じると、それぞ
れの凸部１９．２０が樹脂シート１３、Ｉ４を押して、
せん断するため、樹脂シート１３の切断片を樹脂シート
１４の切断片が包み込む形状となり、強化材４は複合体
の周辺部に配置される。この状態で加熱、加圧を行うと
樹脂２は硬化して複合材料からなる研削材料１が形成さ
れる。

実施例１〜３ ポリイミド樹脂（商品名、ケルイミド６０１、ロース・
ブーラン社製）１００重量部をジメチルホルムアミド３
０重量部に溶解させたワニスに研削砥粒３としてＳｉＣ
および強化材として一方面ガラス繊維を混入したプリプ
レグを作る。このプリプレグを１５０℃のオーブンで脱
溶媒させた後、第５図の方法により径５＋ａｍ、長さ２
０ｍｍの研削材料１を製造した。

実施例４ 低温硬化型液状ポリイミドに研削砥粒３としてＳｉＣ１
強化材として一方面ガラス繊維を混入した樹脂シート１
３．１４を用いて第５図の方法により研削材料１を製造
した。

実施例５〜８ １．１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタンのジグ
リシジルエーテル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７３
、粘度３０００ｃｐｓ）　１００重量部に、１５０℃で
ハイドロキノン１５．３重量部および１，１−ビス（４
−ヒドロキシフェニル）エタン３０．５重量部を溶解さ
せ、次いで反応触媒であるトリフェニルホスフィン０．
９重量部を溶解させた。

得られた液状エポキシ樹脂に、研削砥粒３としてＳｉＣ
および強化材４として一方面ガラス繊維を混入した樹脂
シート１３．１４を用いて、第５図の方法により径５ｍ
ｍ、長さ２０ＩＩＩＩＩの研削材料１を製造した。

以上の実施例１〜８により得られた研削材料１を径３２
】の円板上に２本づつ８カ所計１６本植付け、１２００
ｒｐｍでステンレス鋼板（ＳＯＳ　４３０）を５分間づ
つ１２カ所研削した。このときの、各成分の配合量。

ステンレス鋼の研削量および研削材料の減量から算出し
た寿命を表１に示す。

比較例１としてナイロンとＳｉＣからなる従来の研削材
料の結果を併記するが、比較例１における寿命は疲労に
よる折れや変形がないという前提での計算値である。

表１ 表２ 上記実施例７および比較例１の研削材料を２７００個用
いて構成した第１図ないし第４図に示すブラシロール（
直径３２ｃ＋ａ、長さ１０ｃ＋ａ）を１３５Ｏｒｐｍで
回転し、ステンレス鋼板（Ｃ３鋼およびＮＳ鋼）を３０
ｍ／＋ｉｎで２回通して研削を行ったときの研削量と寿
命を表２に示す。

〔発明の効果〕

本発明の研削材料は、マトリックス樹脂、研削砥粒およ
び繊維状強化材からなるため、機械的強度が大きくて耐
久性に優れ、また大量の砥粒を混入できるため研削性能
が優れ、長期にわたって効率よく研削を行うことができ
る。

また本発明の製造方法によれば、機械的強度、研削性能
および耐久性に優れた研削材料を効率よく製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の研削材料を示す断面図、第２図はその
Ａ−Ａ面で切断した斜視図、第３図は研削ユニットの正
面図、第４図は研削装置の斜視図、第５図は製造方法を
示す斜視図である。 各図中、同一符号は同一または相当部分を示し、１は研
削材料、２はマトリックス樹脂、３は研削砥粒、４は繊
維状強化材、９は研削ユニット、１０はブラシロール、
１３．１４は樹脂シート、１５．１６は凹部、１７．１
８は成形型である。 代理人　弁理士　柳　原　　　成

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マトリックス樹脂、研削砥粒および繊維状強化材
   の複合材料からなることを特徴とする研削材料。
2. （２）繊維状強化材が一方向繊維である請求項（１）記
   載の研削材料。
3. （３）繊維状強化材が複合材料の周辺部に配置された請
   求項（１）または（２）記載の研削材料。
4. （４）研削砥粒を含む樹脂シートの両側に、繊維状強化
   材を含む樹脂シートを配置し、それぞれの両側から、対
   向する凹部を有する成形型を閉じて樹脂を硬化させるこ
   とを特徴とする研削材料の製造方法。