Хотя наиболее знакомыми типами абразивов с покрытием, вероятно, являются отдельные листы наждачной бумаги, с помощью которых домашние мастера по дереву подготавливают мебель или поделки для окраски, торговый термин «абразивные материалы с покрытием» фактически охватывает гораздо более широкий спектр продуктов как для индивидуального, так и для промышленного использования. Хотя эти продукты имеют множество форм, все они по сути представляют собой один слой абразивного зерна, прикрепленный к гибкой основе. Помимо самой известной формы, наждачная бумага также доступна потребителям в виде лент, рулонов и дисков. Однако самыми крупными потребителями абразивов с покрытием являются производители, которые используют абразивные материалы в больших объемах на различных этапах промышленного производства. Например, абразивные материалы с покрытием имеют решающее значение как в мебельной, так и в автомобильной промышленности.
Абразивные материалы с покрытием появились еще в тринадцатом веке, когда китайцы использовали измельченные ракушки и семена, приклеенные натуральной камедью к пергаменту. К 1769 году мелованная наждачная бумага продавалась на улицах Парижа. В статье 1808 г. описан процесс изготовления абразивов с покрытием, а в 1835 г. в США был выдан патент на машину, производящую абразивные материалы с покрытием.
Не всегда универсальный инструмент, абразивы с покрытием изначально ограничивались отделочными работами, такими как полировка или подготовка поверхностей к окраске или нанесению покрытия. Благодаря повышению прочности основы и свойств абразивных минералов, абразивные материалы с покрытием теперь могут использоваться в тяжелых условиях. Сегодня промышленные применения абразивов с покрытием варьируются от ручной полировки листов абразива с покрытием до шлифования стали с помощью больших станков, в которых используются электродвигатели мощностью 300 лошадиных сил для привода ремней шириной в несколько футов.
В настоящее время около сорока компаний производят или импортируют гигантские рулоны в США. Размер отрасли ограничен, поскольку требует значительных инвестиций в оборудование, сырье, энергию и рабочую силу. Все больше компаний перерабатывают гигантские рулоны в полезные продукты, такие как диски и ремни.
Сырье
Название «наждачная бумага» на самом деле неправильное, поскольку большинство клеящих продуктов с покрытием не содержат ни песка, ни бумаги. Обычно они состоят из абразивного минерала, который может быть органическим или синтетическим; гибкие основы; и клеи. Другие материалы могут быть добавлены для специальных приложений. Большинство компаний, производящих гигантские рулоны абразивных материалов с покрытием, закупают минералы и материалы для основы у независимых компаний, которые специализируются на производстве этих изделий. Природные минералы поступают от компаний, которые занимаются добычей и переработкой минералов, синтетические минералы поступают от компаний, специализирующихся на таких огнеупорных материалах, и большая часть поддержки поступает от производителей тканей.
Абразивное зерно, ключевая часть абразивных материалов с покрытием, может быть природным или синтетическим минералом. Из-за своей чрезвычайной твердости природные минералы, такие как гранат или наждак (корунд с примесями железа), находят ограниченное применение в изделиях, связанных с древесиной, в то время как минерал крокус (природный оксид железа) ограничен в использовании в качестве полирующего агента из-за его мягкости . Однако такие природные минералы составляют менее одного процента рынка абразивов. В области металлообработки синтетические минералы требуются исключительно потому, что такие минералы имеют стабильное качество и могут быть специально изготовлены с удлиненной структурой, которая хорошо сцепляется с гибкими основами.
Использование определенного абразивного продукта с покрытием определяет минерал, который будет использоваться в этом продукте. Оксид алюминия является наиболее распространенным абразивом, за ним следует карбид кремния. Поскольку карбид кремния тверже и острее, он используется для обработки стекла и других неметаллических материалов. Оксид алюминия, который является более жестким абразивом, используется для обработки металлов, где обычно возникают высокие нагрузки. Минералы, содержащие оксид циркония и оксид алюминия, обычно используются там, где требуются чрезвычайно прочные абразивные материалы, например, в литейном производстве. Дорогие и чрезвычайно твердые минералы, такие как алмаз или кубический нитрид бора, подлежат специальной полировке.
Размер абразивных зерен варьируется от мелких частиц, похожих на муку (зернистость 2000), до крупных частиц, похожих на сахарный песок (зернистость 60). Более мелкое зерно используется для обработки поверхности, а более крупное - для формования и удаления материала. Последние разработки в области изготовления однородных абразивов с очень мелким зерном и частиц размером с аэрозольные частицы дыма позволили найти применение в тонкой полировке, известной как суперфиниш. Другие усовершенствования включают запатентованную технологию кластеризации мелких минералов в небольшие полые сферы или конгломераты размером с обычные зерна. Такие усовершенствования улучшили режущую способность и продлили срок службы абразивных изделий с покрытием.
Подложка - это гибкая платформа, на которую крепится абразивный минерал. Развитие абразивов с покрытием как универсального производственного инструмента отчасти можно объяснить улучшением материалов основы. Без прочной и гибкой основы абразивы с покрытием не выдержат грубого обращения или воздействия жидкостей, которые часто используются в качестве шлифовальных средств.
Подложки бывают из четырех основных материалов, каждый из которых обладает уникальными свойствами. Бумага - самый легкий из материалов основы, а также самый хрупкий. Несмотря на то, что отсутствие прочности материала ограничивает пригодность бумаги для ручного нанесения, ее гибкость делает ее идеальной для применений, в которых абразивный материал с покрытием должен точно соответствовать контуру заготовки. Бумажные основы имеют вес от A до F. Без специальной обработки бумагу нельзя использовать с водой или другими жидкостями.
Основы из тканых волокон имеют все более тяжелые обозначения J, X, Y, M и H и обычно изготавливаются из хлопка, полиэстера или вискозы. Узор переплетения основы варьируется от волокон, сплетенных под углом 90 градусов, до волокон, наложенных друг на друга под углом 90 градусов и сшитых вместе. Менее распространенная сетка или сетка используется для подложек из материалов, необходимых во влажных условиях при низком давлении. Волокнистая основа состоит из нескольких слоев пропитанных смолой тканевых волокон, которые используются в некоторых сухих устройствах под высоким давлением. Пленочные основы, недавняя разработка, повысили эффективность абразивов с покрытием при точной отделке. Синтетическая пленка однородной толщины может использоваться со специальными минералами микронного размера для получения высокоотражающей отделки и точных размеров деталей.
Связка или клей наносится на основу в два слоя, каждый из которых служит разной цели. Первый слой клея, называемый Make Coat, удерживает абразивный минерал на основе. После нанесения первого слоя клея и волокон наносится второй клей, размерное покрытие, различной толщины в зависимости от типа производимого продукта. Тонкий слой аппретного покрытия оставляет больше абразивных минералов незащищенными, что приводит к более агрессивной резке. Более толстые слои аппретного покрытия, которые покрывают большую часть минерала, создают продукт, который менее агрессивно режет, но создает более тонкую отделку.
Производственный процесс
1 Нанесение покрытия на основу
Типичная шлифовальная лента возникает при производстве большого рулона абразива с покрытием, содержащего основу из хлопчатобумажной ткани «X», оксид алюминия зернистостью 100 и связку из смолы. Производство начинается, когда на одну сторону материала основы наносится рабочий слой.
Термин «наждачная бумага» используется неправильно, поскольку большинство абразивов с покрытием не содержат ни песка, ни бумаги. Вместо этого типичный абразивный материал с покрытием содержит основу из хлопка, полиэстера или вискозы с нанесенным на нее начальным слоем адгезивной основы - Make Coat. Затем абразивные зерна наносятся с использованием процесса электростатического осаждения, в котором зернам придается электрический заряд. Наконец, наносится еще один слой клея - клеевое покрытие.
Термин «наждачная бумага» используется неправильно, поскольку большинство абразивов с покрытием не содержат ни песка, ни бумаги. Вместо этого типичный абразивный материал с покрытием содержит основу из хлопка, полиэстера или вискозы с нанесенным на нее начальным слоем адгезивной основы - Make Coat. Затем абразивные зерна наносятся с использованием процесса электростатического осаждения, в котором зернам придается электрический заряд. Наконец, наносится еще один слой клея - клеевое покрытие.
Нанесение абразива на рабочее
покрытие
2 Следующий шаг, нанесение абразивного минерала, является наиболее важным в производственном процессе, поскольку он определяет ориентацию и плотность минерала. В прошлом основа с первым слоем клея проходила под контролируемым потоком абразива, на который наносился тонкий слой случайно ориентированного зерна. Сегодня подложка проходит клейкой стороной вниз по поддону с абразивом, который был электростатически заряжен - получив электрический заряд, противоположный подложке. Противоположный заряд заставляет абразив равномерно прилипать к основе, в результате чего получается очень острый, быстро режущий абразивный инструмент с покрытием с максимально возможным сроком службы.
3 Контроль минеральной плотности на гибкой основе приводит к двум важным вариациям в дизайне продукта: абразивы с открытым и закрытым покрытием. Продукт с открытым покрытием содержит абразивные зерна, которые покрывают от 50 до 70 процентов площади поверхности основы. Эта более низкая плотность позволяет готовому продукту быть гибким и предотвращает его засорение или нагружение частями рабочего материала. В продуктах с закрытым покрытием минерал покрывает 100 процентов доступной площади поверхности, что делает готовые продукты лучше для отделочных работ и более подходящими для более грубого обращения, чем продукты с открытым покрытием.
Нанесение размерного пальто
4 После того, как зерно было погружено в рабочий слой, валок сушат и перемещают для нанесения клеевого покрытия. После нанесения клеевого покрытия рулон снова сушат и отверждают в тщательно контролируемых условиях температуры и влажности. В Наждачная бумага может иметь любое количество размеров и форм и может использоваться для множества применений, от обычного ручного листа, показанного здесь, до огромных машин, в которых используются электродвигатели мощностью 300 лошадиных сил для привода ремней шириной в несколько футов.
Наждачная бумага может иметь любое количество размеров и форм и может использоваться для множества применений, от обычного ручного листа, показанного здесь, до огромных машин, в которых используются электродвигатели мощностью 300 лошадиных сил для привода ремней шириной в несколько футов.
Готовый продукт наматывается на большую катушку и отправляется компаниям, которые превращают его в шлифовальные ленты или другие изделия.
5 Для придания преобразованному продукту особых характеристик могут быть включены дополнительные материалы и процессы. Одним из таких способов обработки является добавление шлифовальной добавки к шлифовальному покрытию, которое улучшает шлифование некоторых металлов при высоком давлении. Другая обработка заключается в нанесении самоклеящегося клея на неабразивную сторону основы для изготовления некоторых типов шлифовальных дисков. Также может быть добавлен материал для уменьшения статического электричества, возникающего при использовании ленты по дереву. Пропуск рулона через два близко расположенных стальных ролика в процессе, называемом сатинированием, приводит к раздроблению выступающих минералов и оставляет продукт однородной толщины, предназначенный для чистовой отделки.
Сгибание рулона
6 Перед тем, как абразивный валок с покрытием превратится в ленту или другой продукт, его систематически изгибают или изгибают, чтобы разрушить непрерывный слой адгезионного соединения. Это изгибание необходимо, потому что только что изготовленный рулон настолько жесткий, что в противном случае он не работал бы должным образом при преобразовании в другие продукты. Изгибание можно применять как в одном направлении, так и в нескольких направлениях. При одностороннем сгибании соединение обычно разрывается под углом 90 градусов к краю рулона. В особых случаях, когда ремень должен точно соответствовать контурам поверхности детали, применяется одностороннее изгибание по линиям, параллельным сторонам ремня.Многократное изгибание разрывает соединение под углом 45 градусов к сторонам ремня в перекрестном порядке или в сочетании направлений 90 градусов и 45 градусов. Хотя последний дает очень гибкий ремень, такое изгибание значительно сокращает срок службы продукта.
Преобразование
7 Преобразование рулонного материала в абразивные ленты начинается с нарезания полосок абразива с покрытием до желаемой ширины. Затем каждую полоску отрезают до нужной длины и соединяют концы. Стык в обычных ремнях представляет собой стык внахлест под углом 45 градусов. Узкие ремни сращиваются под более острым углом, а широкие - под большим углом. Могут применяться различные методы сращивания в зависимости от важности изменений толщины ленты на срезе и величины напряжения, которое лента будет испытывать во время использования. Один из распространенных способов подготовки стыка к стыковке - это шлифование, процесс, который удаляет слой абразива или основы с концов ремня. Чтобы минимизировать толщину стыков в изделиях, используемых для отделки, оба конца обтачиваются. Крупнозернистые продукты, которые используются для менее точных применений, очищаются только с одного конца. Аналогичным образом происходит конверсия других продуктов. Например, шлифовальные диски начинаются с отрезка рулонного материала подходящего размера, и машина вырубает отдельные диски с отверстием в центре.
Контроль качества
Качество абразивных изделий с покрытием контролируется различными государственными и добровольными стандартами, установленными торговыми организациями в абразивной промышленности. Эти стандарты в первую очередь касаются безопасности, а также единообразной классификации и идентификации продуктов. Стандарты безопасности приведены в публикации B7.7 Американского национального института стандартов (ANSI), а стандарты калибровки и идентификации зерна - в публикации B74 ANSI. 18.
Будущее
Абразивные материалы с покрытием останутся надежными и полезными инструментами для потребителей и обрабатывающей промышленности, хотя возможны изменения в использовании некоторых продуктов. Например, по мере того, как нетканые абразивные изделия улучшаются и становятся более узнаваемыми, они могут заменить некоторые абразивные изделия с покрытием. Постоянная разработка минералов и подложек улучшит характеристики существующих абразивных материалов с покрытием. Новая пленочная основа и ультратонкие абразивные минералы позволят по-новому взглянуть на высокоотражающую и прецизионную отделку. Кроме того, абразивные материалы с покрытием будут больше использоваться в автоматизированном оборудовании по мере совершенствования конструкции и появления более совершенных компьютерных средств управления.