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Dokumentenidentifikation DE19637287A1 26.03.1998
Titel Umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung von Mikro-Schleifmitteln mit Schleifmittelzusammensetzung
Anmelder Kienker, Peter, 49324 Melle, DE
Vertreter Leonhard und Kollegen, 80331 München
DE-Anmeldedatum 13.09.1996
DE-Aktenzeichen 19637287
Offenlegungstag 26.03.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.03.1998
IPC-Hauptklasse C08J 5/14
IPC-Nebenklasse C08L 67/00   C08K 3/20   C08K 3/34   C08K 3/38   C08K 3/04   
IPC additional class // C09D 17/00,5/02,201/00(C08K 3/34,3:14)(C08K 3/38,3:28)  
Zusammenfassung Bei der Erfindung handelt es sich um ein Herstellungsverfahren von Mikro-Schleifmitteln zur Feinstbearbeitung von beschichteten (z. B. lackierten) und unbeschichteten technischen Oberflächen (Präzisionsteile wie z. B. Nockenwellen). Diese Art der Oberflächenbearbeitung ist in der Technik als Superfinish bekannt.
Gelöst wurde bei der Entwicklung das Problem der energie- und somit kostenintensiven Austrocknung des Lösemittels sowie die damit verbundene Nachverbrennung der Emissionen bei der üblicherweise auf die Unterlage aufgeschlemmten Schleifkorn-Bindemittel-Beschichtung durch den Einsatz der Strahlenpolymerisation.
Die wirtschaftlich günstige UV-Härtung der beschichteten Folien kann im Gegensatz zur herkömmlichen Schleifmittelherstellung in horizontaler Anordnung bei relativ hohen Bandgeschwindigkeiten erfolgen.
Ein weiterer Vorteil ist der geringe Platzbedarf durch eine um den Faktor 10 kürzere Anlagentechnik.

Beschreibung[de]
Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren von Mikro-Schleifmitteln zur Feinstbearbeitung technischer Oberflächen (Superfinish).

Stand der Technik

Im Handwerk und in der Industrie werden an die Oberflächen von beschichteten (z. B. lackierten-) und unbeschichteten Bauteilen (Präzisionsteile wie z. B. Nockenwellen höchste Anforderungen gestellt. Bekannt und am Markt erhältlich sind zu diesem Zweck hergestellte Mikro-Schleifmittel, sogenannte Superfinishings, bekannt unter den Begriffen "Imperial Lapping Film" (ILF) bzw. "Imperial Microfinishing Film" (IMFF).

Diese Schleifmittelsysteme sind folgendermaßen aufgebaut: Als Unterlage dienen Polyesterfolien in Dicken von 12,5 bis 76 µm, abhängig vom Anwendungsfall. Als Schleifkornarten werden Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Chromoxid oder auch Diamant in abgestuften Korngrößen von 0,3 bis 60 µm eingesetzt. Zur Verankerung des Schleifkorns auf der Unterlage wird ein synthetisches Harzsystem verwendet, das Endprodukt ist wasserfest und widersteht gebräuchlichen Ölen bzw. anderen Schleifhilfsmitteln.

Im Gegensatz zur Herstellung der groben Schleifmitteln (Bild 1; Bild 2) wird die Beschichtung der Feinschleifmittel (Korngrößen von 0,3- 60 µm) oft in einem Arbeitsgang durch "aufschlemmen" durchgeführt (Bild 3), wobei die vorab erstellte Mischung von Bindemittel und Schleifkorn in üblichen Beschichtungsaggregaten (Walzenauftragsaggregat, Schlitzgießer, o. ä.) aufgetragen und anschließend in Hangtrocknern getrocknet wird. Damit die Schleifkörner nach dem Trocknen aus der Bindemitteloberfläche herausragen, um ihrer Aufgabe gerecht zu werden, werden dem Bindemittel üblicherweise organische Lösemittel zugesetzt, deren Verdunstung in der Trockenzone das erwünschte Absinken des Bindemittelpegels unter das Niveau der Schleifkörner ermöglicht. Literatur zum Stand der Technik G. Anselment, The abrasive finishing touch, Metal Forming Band 24 (1990) Heft 10, S. 21-29

H.-A. Broecklin; A. Quambusch, Neue Perspektiven zur Erzielung feinster Oberflächengütern unter Einsatz von Mikro- Schleifmitteln, Oberfläche, Surface, Band 31 (1990), Heft 11, S. 42-44

N. Fecht, Neue Wege beim Feinschleifen, JOT Journal für Oberflächentechnik, Band 34 (1994), Heft 8, S. 50-52

J. Campbell, The shifting sands of time, European Surface Treatment (1993), Heft Spring 1993, S. 50-51.

Die Herstellung grober, gestreuter Schleifmittel (Korngröße > 60 µm) mit mehrschichtigem Bindemittelauftrag und anschließender Elektronenstrahlhärtung ist bereits aus der Patentliteratur bekannt:

Auslegeschrift DE 22 47 103 B2

Europäisches Patent 0 261 098 B1.

Nachteile des Standes der Technik

Die Baulänge einer herkömmlichen Anlage zur Schleifmittelherstellung ist etwa um den Faktor 10 größer als bei einer Anlage mit Strahlenhärtung.

Erst die Zusetzung organischer Lösemittel zum Bindemittel und die bereits beschriebene energie- und somit kostenintensive Austrocknung des Lösemittels nach dem Beschichtungsvorgang bewirkt das Absinken des Bindemittelpegels, ein Herausragen von Schleifkörnern aus der Bindemitteloberfläche und damit die Funktionalität als Schleifmittel. Außerdem ist eine Nachverbrennung der Emissionen nötig.

Diesem unumgänglichen Vorgang zu Folge sind auch keine Bemühungen bekannt geworden, die Strahlenpolymerisation (ES- und UV-Härtung) trotz ihrer unbestrittenen ökologischen Vorteile (Lösemittelfreiheit = Emissionsfreiheit) bei der Herstellung geschlemmter Schleifmittel einzusetzen:

Da hier die Trocken- gleich der Naßschichtdicke, wäre bei einem Bindemittelsystem ohne Lösemittelzusatz, ragen nur wenige bzw. gar keine Schleifkörner über die Bindemittelschicht hinaus und eine Funktion als Schleifmittel wäre nicht gegeben.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung von Mikro- Schleifmitteln für die Feinstbearbeitung von technischen Oberflächen zu schaffen, wobei hier überraschenderweise gefunden wurde, daß man die emissionsfreie Strahlenhärtung durchaus zur Herstellung von Feinschleifmitteln nutzen kann, wenn man wasserlösliche bzw. in Wasser emulgierbare strahlenhärtbare Substanzen als Bindemittel verwendet und somit die vorab dargestellten Probleme sehr umweltfreundlich zu lösen sind.

Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe wurde also mit Hilfe der Strahlenpolymerisation mittels UV-Strahlung gelöst:

Ein flexibeles Kunststoffträgermaterial (0,125-1,25 mm) wird mit einem Hochleistungsschleifmittel der Partikelgröße 0,05-100 µm beschichtet, wobei die Schleifkorn-Bindemittelschicht in einem Arbeitsgang aufgebracht wird (aufschlemmen). Als in das Bindemittel einzuarbeitendes Pigment treten je nach Anwendungsfall auf: Aluminiumoxid (Korund), Siliciumcarbid, kubisches Bornitrid sowie Diamant.

Die so aufgebrachte Beschichtung wird mittels energiereicher Strahlung, vorzugsweise UV- Strahlung gehärtet.

Im Gegensatz zu konventionellen Verfahren der Schleifmittelherstellung mit aufschlemmen oder mehrschichtigem Binderauftrag, Kornstreuung mit elektrostatischen Verfahren und thermischer Trocknung in Hangtrocknern erfolgt hier nach einer Corona-Vorbehandlung der Unterlage das Aufbringen der Schleifkorn-Bindemittelschicht, Austrocknung von Wasser sowie die Härtung im UV-Kanal in horizontaler Anordnung bei vergleichsweise hohen Bandgeschwindigkeiten.

Als Bindemittel zur Erzielung der produktspezifischen Oberflächentopografie (Tortengußeffekt), sichtbar im Rasterelektronenmikroskop, erwiesen sich im Gegensatz zum o. g. Stand der Technik alle wasseremulgierbaren oder wasserlöslichen, strahlenhärtbaren Substanzen als vorteilhaft, obwohl aus der Literatur die eher schlechte Haftung dieser Bindemitteltypen auf Polyesterunterlagen bekannt ist. Dieses Problem läßt sich aber durch die geziehlte Auswahl der Folienunterlage sowie durch eine Corona-Behandlung vor der Beschichtung lösen.

Das in der Beschichtung enthaltene Wasser muß allerdings vor der eigentlichen UV-Härtung vollständig ausgetrocknet werden.

Weitere Emissionen in Form von entweichenden Lösemitteln treten bei diesem Verfahren der Lacktrocknung nicht auf.

Die wesentlichen Anforderungen an die Beschichtung wie gleichmäßige Kornverteilung, hohe Haftung, Wasserbeständigkeit und Beständigkeit gegen die üblichen Schleifhilfsmittel werden alle erfüllt.

Beispiel Zusammensetzung und Herstellung einer 3 µm Schleiffolie

Unterlage: Polyesterfolie 75 µm dick (Nennmaß)

Pigment: Aluminiumoxid Körnung 3 µm

Bindemittel: 95 Gew.-Anteile wasseremulgierbarer Lack 15 Gew.-Anteile Photoinitiator.

Zusammensetzung

36,5 Gew.-Anteile Bindemittel

52,0 Gew.-Anteile Pigment

11,5 Gew.-Anteile dest. Wasser zum Einstellen der Viskosität für Rakelauftrag.

Arbeitsanweisung
  • - Lackformulierung ansetzen,d. h. Pigment im Bindemittel dispergieren
  • - (Der Lack ist bei Raumtemperatur verarbeitbar)
  • - Polyesterfolie coronisieren
  • - Folie beschichten, d. h. aufschlemmen, Naßschichtdicke 12 µm
  • - aus der Formulierung Wasser bei 50°C austrocknen,
  • - im UV-Kanal aushärten
  • - Trockenschichtdicke 10 µm.
Prüfung des Schleifmittels

Das Absinken des Bindemittelpegels bzw. die Oberflächentopografie läßt sich ausschließlich im Rasterelektronenmikroskop beurteilen.

Zur Funktionalitätsprüfung des Schleifmittels bietet sich der Einsatz eines Taber-Abrasers an: Zwei Reibrollen werden mit der erstellten Folie versehen. Dann wird ein Exponat mit bekannten Oberflächenrauhigkeitskennwerten mit einer vorgegebene Anzahl Umdrehungen bei vorgegebenem Anpreßdruck der Reibrollen beaufschlagt. Anschließend wird die Änderung der Oberflächenrauhigkeit mit einem Tast-Schnittgerät ermittelt.

Vorteile der Erfindung

Es wurde gefunden, daß man die emissionsfreie Strahlenhärtung, vorzugsweise die wirtschaftlich günstigere UV-Härtung, durchaus zur Herstellung von Feinschleifmitteln nutzen kann, wenn man wasserlösliche bzw. in Wasser emulgierbare strahlenhärtbare Substanzen als Bindemittel verwendet und somit die vorab dargestellten Probleme sehr umweltfreundlich zu lösen sind.

Emissionen in Form von entweichenden organischen Lösemitteln treten bei diesem Verfahren nicht auf, es erfolgt lediglich die Austrocknung von Wasser aus der Beschichtung vor der Härtung im UV-Kanal des in horizontaler Anordnung ablaufenden Verfahrens.

Im Gegensatz zum konventionellen Verfahren, wo die Lösemittel in Hangtrocknern sehr langsam ausdiffundieren, läßt sich das entwickelte Verfahren bei relativ hohen Bandgeschwindigkeiten betreiben.


Anspruch[de]
  1. 1. Mikro-Schleifmittel, bei welchem auf ein Kunststoff-Trägermaterial das Schleifkorn in einem vorzugsweise UV-Strahlen härtbaren Bindemittel gebunden ist.
  2. 2. Mikro-Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel wasserlösliche bzw. wasseremulgierbare Substanzen verwendet werden.
  3. 3. Mikro-Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Pigment-Bindemittelschicht zum Auftragen auf die Unterlage mit Wasser eingestellt werden kann. 4. Mikro-Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkorn- Bindemittel-Schicht in einem Arbeitsgang aufgebracht wird.
  4. 5. Mikro-Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyester- Unterlage zur Verbesserung der Haftung eine Corona-Vorbehandlung erfährt.
  5. 6. Mikro-Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schleifpigmente auf die jeweilige Anwendung abgestimmt sowohl Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, kubisches Bornitrid als auch Diamant in den technischen Abstufungen zwischen 0,05 und 100 µm Verwendung finden können, wobei die Bindemittelzusammensetzung der Korngröße angepaßt werden muß.
  6. 7. Mikro-Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fertige Beschichtung beständig ist gegen Wasser, Lösemittel bzw. andere Schleifhilfsmittel.






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