CN114126805A - 静电颗粒对准设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种将磨料颗粒在基底上对准的方法。该方法包括：提供基底。该方法还包括：提供磨料颗粒。该方法还包括：生成调制的静电场。将该调制的静电场配置成在第一时间具有第一有效方向并且在第二时间具有第二有效方向。将该静电场配置成使得磨料颗粒在z方向和y方向两者上旋转地对准。

Description

静电颗粒对准设备和方法

背景技术

各种类型的磨料制品在本领域中是已知的。例如，带涂层磨料制品通常具有通过树脂质粘结剂材料附着到背衬的磨料颗粒。示例包括砂纸和具有附着到背衬的精确成形的磨料复合物的结构化磨料。磨料复合物通常包括磨料颗粒和树脂粘结剂。

粘结磨料颗粒包括保留在粘结剂基质中的磨料颗粒，该粘结剂基质可以是树脂的或玻璃质的。示例包括磨石、切断磨轮、磨刀石和油石。

磨料颗粒在诸如例如带涂层磨料制品和粘结磨料制品的磨料制品中的对准和取向已经连续多年成为感兴趣的所在。

例如，已使用技术制备带涂层磨料制品，诸如磨料颗粒的静电喷涂已被用于将粉碎的磨料颗粒对准，其中纵向轴线垂直于背衬。同样，成形的磨料颗粒已通过如美国专利申请公布2013/0344786A1(Keipert)中公开的机械方法对准。

磨料颗粒在粘结磨料制品中的精确的放置和取向已在专利文献中有所描述。例如，美国专利1,930,788(Buckner)描述了使用磁通量在粘结磨料制品中对具有薄铁粉涂层的磨粒进行取向。同样，英国(GB)专利396,231(Buckner)描述了使用磁场对具有薄铁粉或钢粉涂层的磨粒进行取向以在粘结磨料制品中对磨粒进行取向。使用此技术，磨料颗粒在粘结磨轮中进行径向取向。

美国专利申请公布2008/0289262A1(Gao)公开了用于制备均匀分布、处于阵列图案中以及在优选取向上的磨料颗粒的设备。使用电流形成磁场，该磁场使得针状软磁金属棒吸收或释放镀覆有软金属材料的磨料颗粒。

使用静电场将磨料颗粒施加到磨料制品的带涂层背衬上是熟知的。例如，1945年授予明尼苏达矿业及制造公司(Minnesota Mining and Manufacturing Company)的美国专利No.2,370,636公开了使用静电场影响磨料颗粒的取向，使得每个磨料颗粒的细长的维度相对于背衬表面基本上竖立(直立)。

发明内容

一种将磨料颗粒在基底上对准的方法。该方法包括：提供基底。该方法还包括：提供磨料颗粒。该方法还包括：生成调制的静电场。将调制的静电场配置成在第一时间具有第一有效方向并且在第二时间具有第二有效方向。将静电场配置成使得磨料颗粒在z方向和y方向两者上旋转地对准。

附图说明

本领域的技术人员应当了解，本发明的讨论仅是对示例性实施方案的描述，其并不旨在限制本公开的更广泛的方面，其更广泛的方面体现在示例性构造中。

图1A示出了在本发明的实施方案中用于将颗粒施加到基底的静电系统。

图1B示出了X-Y-Z坐标系中的颗粒的示例。

图1C示出了图1A的静电系统的旋转范围。

图2A至图2C示出了在本发明的实施方案中用于提供调制的静电场和有效产生的静电场的示例性系统。

图3A至图3C示出了在本发明的实施方案中用于提供调制的静电场和有效产生的静电场的另一个示例性系统。

图4示出了在本发明的实施方案中用于将颗粒在基底上对准的方法。。

图5A和图5B示出了根据本发明的实施方案的示例性静电系统。

图6A至图6C示出了本发明的实施方案中的背衬上的对准后的颗粒。

图7A至图7B示出了在本发明的实施方案中用于将颗粒在背衬上对准的系统。

图8A至图8D示出了根据本发明的实施方案的示例性静电系统。

定义

如本文所用，词语“包含”、“具有”和“包括”的形式在法律上是等同且开放的。因此，除了列举的元件、功能、步骤或限制之外，还可存在附加的未列举的元件、功能、步骤或限制。

如本说明书所使用，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5等)。

除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、特性测量等的所有数值在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，每个数值参数应至少根据所报告的有效位数并通过应用惯常的四舍五入法来解释。

关于数值或形状的术语“约”或“大约”意指数值或性能或特性的+/-5％，但是也明确包括在数值或性能或特性的+/-5％内的任何窄范围以及精确的数值。例如，“约”100℃的温度是指从95℃到105℃的温度，但是也明确包括任何更窄的温度范围或甚至在该范围内的单个温度，包括例如刚好100℃的温度。例如，“约”1Pa-sec的粘度是指从0.95Pa-sec至1.05Pa-sec的粘度，但也明确地包括刚好1Pa-sec的粘度。类似地，“基本上正方形”的周边旨在描述具有四条侧棱的几何形状，其中每条侧棱的长度为另一条侧棱的长度的95％至105％，但是也包括其中每条侧棱刚好具有相同长度的几何形状。

关于特性或特征的术语“基本上”是指该特性或特征表现出的程度大于该特性或特征的相对面表现出的程度。例如，“基本上”透明的基材是指与不透射(例如，吸收和反射)相比透射更多辐射(例如，可见光)的基底。因此，透射多于50％的入射在其表面上的可见光的基材是基本上透明的，但透射50％或更少的入射在其表面上的可见光的基底不是基本上透明的。

术语“长度”是指对象的最长外表面至外表面尺寸。

术语“宽度”是指对象的垂直于对象的长度的最长的尺寸。

术语“厚度”是指对象的垂直于对象的长度和宽度两者的最长的尺寸。

术语“纵横比”被限定为最大尺寸除以沿由最大尺寸限定的轴线存在的最大尺寸。

术语“调制的静电场”是指在方向上和任选地在量值上改变的静电场。该改变可以是连续的或离散的，例如电极从正电荷改变为负电荷。

后缀“(s)”表示修改后的单词可以是单数或复数。

术语“单分散”描述了其中所有颗粒具有大致相同尺寸的粒度分布。

术语“一个”、“一种”和“该/所述”包括多个指代物，除非本文内容另外明确指明。因此，例如，提及包含“一种化合物”的材料包括两种或更多种化合物的混合物。

术语“陶瓷”是指由至少一种与氧、碳、氮或硫混合的金属元素(其可包括硅)制成的各种硬质、易碎、耐热且耐腐蚀材料中的任一种。陶瓷可以是例如结晶的或多晶的。

陶瓷颗粒可以是成形的(例如，精确成形的)或无规的(例如，粉碎的或板状的)。成形的陶瓷颗粒和精确成形陶瓷颗粒可通过使用溶胶凝胶技术的模制过程来制备，如例如美国专利5,201,916(Berg)、5,366,523(Rowenhorst(Re 35,570))、5,984,988(Berg)、8,142,531(Adefris等人)和美国专利8,764,865(Boden等人)中所述。

陶瓷颗粒的示例性形状包括粉碎的棱锥(例如，3-、4-、5-或6-面棱锥)、截头棱锥(例如，3-、4-、5-或6-面截头棱锥)、锥体、截头锥体、杆状物(例如，圆柱形、蠕虫状)和棱柱(例如，3-、4-、5-或6-面棱柱)。在一些实施方案中(例如截头棱锥和棱柱)，陶瓷颗粒各自包括具有由多个侧面彼此连接的两个相对主面的片状物。

术语“基本上不含”意指基于所涉及的物体的总重量计含有少于5重量％(例如，小于4重量％、3重量％、2重量％、1重量％、0.1重量％、或甚至小于0.01重量％，或甚至完全不含)。

术语“精确成形磨料颗粒”是指这样一种磨料颗粒，其中磨料颗粒的至少一部分具有从用于形成前体精确成形磨料颗粒的模具腔复制的预定形状，该前体精确成形磨料颗粒被烧结以形成精确成形磨料颗粒。精确成形磨料颗粒通常将具有大体上复制了用于形成磨料颗粒的模具腔的预定几何形状。

如本文所用，“基本上水平”意指在完全水平的±10、±5或±2度内。如本文所用，“基本上竖直”意指在完全竖直的±10、±5或±2度内。如本文所用，“基本上正交”意指在90度的±20、±10、±5或±2度内。

如本文所用，“z方向旋转取向”指颗粒围绕颗粒的纵向轴线的角旋。如本文所用，“y方向旋转取向”是指颗粒围绕颗粒的纬度轴线的角旋。当颗粒由静电力平移通过空气时，颗粒的纬度轴线与静电场对准。

具体实施方式

在常规静电系统中，磨料颗粒可通过在带涂层背衬下方水平输送磨料颗粒而施用至带涂层背衬，所述带涂层背衬平行于传送带上的磨料颗粒行进，并在传送带上的磨料颗粒上方。传送带和带涂层背衬经过由连接至电势的底板和接地的上板静电充电的区域。然后，磨料颗粒在静电场的力下并克服重力基本上竖直行进，从而附接到带涂层背衬，并获得相对于带涂层背衬竖立的取向。大量的磨料颗粒在附接至带涂层背衬之前，平行于静电场对准它们的纵向轴线。

另外，磨料颗粒在可固化层(例如，底胶层)上的静电沉积在磨料领域中是熟知的(例如，参见US 2,318,570(Carlton)和US 8,869,740(Moren等人))，并且其中浆液层取代可固化层的类似技术对于完成磨料颗粒的静电沉积是有效的。并且已经可通过控制z方向旋转来对颗粒进行取向(美国2015/0224629(Moren等人))。然而，期望也能够控制磨料颗粒的y方向旋转方向。例如，已知当正确地旋转地取向时，磨料颗粒可具有更好的切割效率。例如，如果颗粒的尖端或边缘可相对于磨料制品的使用方向旋转地取向，则多个尖端或边缘可具有更大的研磨效率。先前的努力集中在静态平行板系统上以在磨料颗粒上产生电荷，从而使得磨料颗粒在z方向上取向。本文所述的实施方案利用动态静电系统，该动态静电系统调制磨料颗粒所经历的电荷方向，从而使得磨料颗粒相对于背衬大致取向，但是也相对于所提出的使用方向旋转地取向。

本文所述的实施方案相对于磨料颗粒进行描述，特别是相对于施加到背衬的磨料颗粒进行描述。然而，明确地预期，本文所述的实施方案也适用于其它应用。例如，将微粒定位在基底上的任何应用，其中微粒的旋转取向和/或对准可影响所得产品的性能。

可通过施加磁性涂层并使用磁场来使磨料颗粒在背衬上对准。然而，这需要磨料颗粒上的磁性涂层。该涂层可需要额外的工艺步骤和相关联的成本。铁(磁性涂层中所使用的普通金属)在某些应用中可能存在污染问题。因此，期望一种可将磨料颗粒在磨料制品上或磨料制品内对准而不需要磁性涂层的方法。

静电系统

图1A示出了在本发明的实施方案中用于将颗粒施加到基底的静电系统。系统100是关于将磨料颗粒10施加到背衬20上而示出和描述的。然而，系统100也可具有用于其它技术领域的其它应用。图1B示出了可使用静电系统100在背衬上对准的一个示例性颗粒。然而，虽然出于解释的目的示出了三角形颗粒150，但是明确地预期，本文所述的系统和方法可用于使多种颗粒(包括其它精确成形的颗粒、其它成型的颗粒、板状的或粉碎的颗粒)对准。

颗粒150可被理解为具有长度152、宽度154和厚度156。颗粒还具有纵横比，该纵横比被限定为长度152与宽度154的比率。如图1B所示，可在x、y或z方向中的任一方向上将颗粒150在基底上对准。基底可位于例如X-Y平面中或X-Y平面下方。如在授予Keipert的美国专利申请公布2013/0344786中详细讨论的，磨料颗粒在背衬上的旋转取向可对磨料制品的性能具有显著影响。

可使用本文所述的系统和方法沿轴线x、y或z中的任一个轴线对颗粒150进行取向。相对于X轴的取向可基于相对于基底分配颗粒150的频率和位置来控制。如以引用方式并入本文的授予Keipert的US PAP 2013/0344786所示，相对于Z轴的旋转取向可改善磨料切割效率。本文的系统和方法允许相对于Y轴(例如，相对于基底的边缘)的旋转取向。当宽度154平行于或基本上平行于基底的颗粒将固定到的边缘时，可实现更好的研磨效率。

重新参考图1A，颗粒源110向系统100提供磨料颗粒10。磨料颗粒10可以是例如精确成形的颗粒、成型的颗粒、板状的或粉碎的颗粒。颗粒源110可以是例如传送带、斜坡或其它传送机构。另外，颗粒源110还可提供筛选功能，使得颗粒10的大小全部类似。

还提供了初始不与所提供的颗粒10接触的基底20。基底20可在其上具有粘结剂前体材料或可不含粘结材料。基底20可以是非织造的、柔性的或刚性的背衬材料。

提供了调制静电场发生器30。调制静电场发生器30被定位成与板60相反。当被致动时，调制静电场发生器30产生静电场，该静电场将颗粒10从板60拉离并通过场40拉向背衬20。在静电场发生器30来回旋转(如箭头50所指示)时，静电场发生器调制所生成的静电场。当发生器30在第一位置和第二位置之间移动并且任选地再次返回时，旋转使得颗粒所经历的有效电场改变。调制是指磨料颗粒上所经历的静电场随时间推移的改变。调制可指例如由场发生器30的旋转引起的连续改变，或者可指例如由板60改变量值或方向而不经过中间值引起的离散改变。

发生器30和板60被不同地充电。例如，发生器30可以是带正电的，并且板60可接地。发生器30可以是带正电的，并且板60可以是带负电的。其它配置在本文中也是可能的和预期到的，使得当被致动时，颗粒10远离源110并朝向背衬20移动。调制静电场发生器可使用直流电源或交流电源来产生调制的静电场。另外，在一些实施方案中，基于电压的源也可用于产生调制的静电场。

在一个实施方案中，将调制的场发生器30配置成顺时针或逆时针旋转，如箭头50所指示。在一个实施方案中，将调制的场发生器30配置成当场发生器旋转时改变场40的方向性。集中在平行板架构上的现有技术对准系统仅能够实现颗粒在z方向上的对准。然而，使用发生器30调制所经历的电场，也可改善颗粒在基底上在y方向上的对准。在图1A所示的系统中，通过使静电场发生器30相对于颗粒旋转来进行调制，这可使得颗粒在于背衬20上平移和定位时“摆动”，直到获得优选的对准。

对准后的颗粒120可在对准过程期间或之后附着到背衬20。例如，在一个实施方案中，背衬20可包括接收对准后的颗粒120的粘结剂。然而，在另一个实施方案中，在对准过程完成之后，将粘结剂施加到对准后的颗粒120。

优选的对准可在图1C中示出。在一个实施方案中，期望磨料颗粒190基本上平行于背衬180的边缘对准。磨料颗粒190的优选取向由角度范围194表示。未达最佳的取向由角度范围192表示。在一个实施方案中，磨料颗粒190的优选旋转取向使磨料颗粒相对于背衬180的边缘以介于约45°和135°之间的旋转度旋转地对准。在该范围之外，磨料颗粒经历较大废料部分的破裂，这减少了颗粒的寿命，因为磨料颗粒在破裂之前保持每个活动锋利尖端达较少的时间，并且随着每次经历的破裂损失更多的质量。然而，在其它实施方案中，可期望其它磨料制品，并且对于其它磨料颗粒形状，可期望其它旋转取向。

另外，虽然图1A示出了依赖于水平设置的源110从而提供颗粒10的系统100，这些颗粒被充分充电以抵抗重力来与背衬20接触，但是也明确地预期，其它实施方案也是可能的。例如，板60也可以是第二调制场发生器，将该第二调制场发生器配置成在与场发生器30相同或相反的方向上旋转。另外，可切换板60和场发生器30的位置，使得颗粒10通过场40落到背衬20上。这可允许使用较弱的场，因为颗粒10在取向期间将不必抵抗重力。

虽然图1示出了在场生成系统30的直径内施加静电场40的较简单的静电场生成系统100，但是可设想到，在其它实施方案中，磨料颗粒可在更长的距离内经历静电场。当传送机构使磨料颗粒移动通过静电场时，这可使得磨料颗粒相对于基底逐渐改变对准，从而使得更大百分比的磨料颗粒在特定角度范围内的旋转取向内实现对准。

图2A至图2C示出了在本发明的实施方案中用于将颗粒在背衬上对准的系统。基底可在箭头230所指示的方向上移动，使得当基底在方向230上移动时，给定颗粒240暴露于调制静电场。然而，在另一个实施方案中，基底在对准过程期间保持静止。在一个实施方案中，通过电极阵列提供调制的静电场。阵列中的每个电极可由电压控制器控制并充电。例如，可将每个电极充电至显著的正电压、负电压或基本上无电压。例如，可施加+/-5kV的电压，或+/-10kV的电压，或+/-15kV的电压，或+/-20kV的电压，或+/-25kV的电压，或+/-30kV的电压。

图2A示出了单个可重复静电系统元件200。然而，系统200可根据需要沿生产线重复。例如，不同大小和形状的磨料颗粒可需要在静电场内更长的停留时间以实现在优选的旋转取向范围内的对准，从而与其它形状/大小的颗粒相比需要更多或更少地通过静电系统元件200。较高的线速度可需要较长的静电系统以实现颗粒在静电场内的所期望的停留时间。

在图2A至图2C的示例中，幅材被模拟为在下电极上方约0.2英寸处。将这些电极建模并模拟为10根铜线的阵列，这些铜线的直径为0.02英寸，竖直间隔开0.5英寸，并且水平间隔开0.25英寸。为清楚起见，线材以放大的直径示出。

如图2A所示，系统200包括多个第一电极210A-210E和多个第二电极220F-220J。虽然示出了五组电极，但是在其它实施方案中，存在更多或更少的电极对。例如，虽然图1A示出了具有单对电极的实施方案，但是可重复系统200内可存在两对、三对、四对或多于五对电极。

另外，虽然被示出为电极对，但是明确地预期一些实施方案具有其它电极配置。例如，顶部电极与底部电极相比可间隔更紧密。另外，顶部上的电极不需要与底部上的电极对准或相关联。此外，顶部(或底部)上的电极可彼此不等距间隔开。不同的物理配置可需要不同的电压定序。

在一个实施方案中，电极210A-210E和220F-220J中的每个电极处于固定位置，其中当背衬202上的颗粒240在箭头230所指示的方向上移动通过所生成的电场时，所经历的静电场的调制发生。调制的电场使得磨料颗粒相对于基底202“摆动”或偏移位置。除了使得颗粒205自身在z方向上旋转地取向(例如使得给定颗粒205的长度基本上垂直于基底202)之外，调制的电场使得颗粒205自身在y方向上取向，使得宽度基本上平行于基底202的边缘。在另一个实施方案中，在背衬202保持静止的同时将不同的电荷施加到电极210A-210E和/或220F-220J，从而引起对颗粒205中的每个颗粒所经历的静电场的调制。然而，在一些实施方案中，明确地预期，在z方向上，颗粒205可相对于背衬以一定角度旋转地取向。

图2B和图2C示出了颗粒205在基底202上在给定时间所经历的电场。图2B示出了电极210A-210E和220F-220J上的电荷在不同时间步长下的一个示例性序列。图2B的时间步长序列示出了一整圈电场。对于时间步长T1，将电极210A和210F充电至-5kV，将电极220E和220J充电至+5kV，并且不将所有其它电极驱动至特定电压而是保持浮动。在图2B和图2C中，电极在重复之前经历18种不同的配置(例如T19与T1相同)。图2C示出了颗粒在位置240处所经历的电场的场图。宽泛的时间步长范围可能是合适的，这取决于粒度和静电场的强度。例如，时间步长可以是大约0.01ms、或0.1ms、或1ms、或10ms、或100ms。

图3A至图3C示出了在本发明的实施方案中用于将颗粒在背衬上对准的另一个系统。系统300具有九对电极，其中第一电极310A-310I与电极320J-320R相反。然而，虽然在图3A至图3C中存在九对电极，但是其它实施方案中的系统可具有更少(例如，六对、七对、八对)或附加对(例如，十对、十一对或更多)。另外，虽然被示出为电极对，但是明确地预期一些实施方案具有其它电极配置。例如，顶部电极与底部电极相比可间隔更紧密。另外，顶部上的电极不需要与底部上的电极对准或相关联。此外，顶部(或底部)上的电极可彼此不等距间隔开。不同的物理配置可需要不同的电压定序。

将电极310A-310I和320J-320R建模并模拟为18根铜线的阵列，这些铜线的直径为0.02英寸，竖直间隔开0.5英寸，并且水平间隔开0.25英寸。为清楚起见，线材以放大的直径示出。颗粒340指示空间中模拟分析在时间T1处开始的点。幅材可在或可不在方向330上移动；无论哪种方式，模拟和分析都是相同的。然而，以与旋转场行进相同的速度移动幅材可能是有用的，使得当从移动幅材上的颗粒的角度观察时，颗粒能够保持在看起来不行进的旋转场中。

如图3B所示，在重复之前，电极310A-310I和320J-320R在十六个不同的时间步长下经历电荷序列(例如，T17与T1相同)。然而，在其它实施方案中，在序列重复之前，可在不同的时间步长中存在更多或更少的电荷配置。例如，一个实施方案仅包括两种电荷配置，使得调制包括从第一配置切换到第二配置，以及返回到第一配置。图3C示出了在某一位置处的颗粒340在方向230上移动通过电极对时该颗粒所经历的电场的场图。

使用静电系统的方法

已经讨论了施加调制的静电场的若干不同系统。在一些实施方案中，下文所讨论的使用方法适用于上述系统。然而，下文所述的方法可用于其它系统设计。

图4示出了在本发明的实施方案中用于将颗粒在基底上对准的方法。例如，方法400可用于将磨料颗粒在背衬上对准。

在步骤410中，提供基底。在磨料的示例中，基底可以是非织造材料或其它合适的背衬材料。根据应用需要，磨料制品基底可以是柔性的或刚性的。在一些实施方案中，基底设置有已施加的粘结剂前体，使得磨料颗粒响应于所经历的电场而将自身嵌入粘结剂前体层中。然而，在其它实施方案中，在颗粒对准之前不存在施加到基底的粘结剂前体。另外，在一些实施方案中，粘结剂前体可施加到颗粒，使得一旦颗粒以期望的取向对准，前体就可被活化。例如，磨料颗粒可包括热熔融涂层，一旦将颗粒在背衬上对准，该热熔融涂层就可被热活化。另外，也可使用改善静电荷或静电控制的涂层以便改善对准。

在步骤420中，提供颗粒。在一个实施方案中，颗粒在传送机构上被提供给静电场。然而，在另一个实施方案中，颗粒被提供通过大小限制筛网，使得仅接收类似大小的颗粒用于对准。然而，还设想到用于提供颗粒的其它合适的方法。

在步骤430中，将颗粒在基底上对准。对准可以分批法或连续法进行。例如，图1所示的系统可在给定时间接收一批颗粒以用于在基底上对准，或者该系统可接收连续的颗粒流和连续供应的背衬材料。可将图2A和图3A中的系统配置成例如连续地从传送带、以规则的速率通过筛网等接收颗粒。在一个实施方案中，通过调制颗粒上所经历的静电场来进行对准。例如，单个静电场发生器可旋转，从而使得所生成的电场的方向性随着静电场发生器的旋转而偏移。在另一个实施方案中，可存在多个电极并且多个电极可旋转或以其它方式改变所经历的静电场。所经历的改变的静电场可使得颗粒晃动或偏移到相对于基底的优选对准位置中。在一个实施方案中，对准包括：与颗粒将随机地出现相比，更多的颗粒在优选的取向范围内对准。在一个实施方案中，可接受的取向范围是相对于背衬的边缘而言的，使得取向的颗粒基本上平行于背衬的边缘。

在步骤440中，将颗粒粘结到基底。在带涂层磨料制品的示例中，这可通过在步骤410中向基底添加底胶层并且在步骤440中允许底胶层固化来实现。在非织造磨料制品示例中，可在步骤440中将基于树脂的粘结剂或其它粘结剂施加到基底和对准的磨料颗粒，以将磨料颗粒保持在适当位置。另外，在一些实施方案中，可施加粘结剂前体，并且随后一旦颗粒被对准就活化粘结剂前体。还设想了这些和/或其它合适的粘结剂以及将颗粒固定到背衬的方法。虽然单独地描述了步骤430和步骤440，但是在一些实施方案中，它们基本上同时发生。例如，粘结剂树脂可包括压敏粘合剂，该压敏粘合剂在对准期间将颗粒粘结到基底。另选地，粘结剂可包括在进行对准的大气条件下固化的树脂。

图5A和图5B示出了在本发明的实施方案中用于将颗粒施加到基底的示例性过程。图5A示出了其中提供颗粒530以用于通过筛网540附接的实施方案，而图5B示出了设置在传送机构550上的颗粒530。然而，明确地预期，其它传送机构和布置也是可能的。例如，使用传送机构550可允许调制场发生器520位于进入颗粒530上方而非下方，使得颗粒530克服重力而被牵拉以附连到背衬。

如图5A的实施方案所示，系统500可接收多个颗粒530以用于附接到基底510。颗粒530可通过可防止大于最大大小的颗粒通过的筛网提供。虽然图5A示出了传送装置和被定位成使得颗粒530穿过场542落到基底上的筛网，但是也明确地设想到，在其它实施方案中，提供颗粒530以使得它们克服重力而被输送到基底。例如，虽然静电场发生器520在图5中示出为位于背衬510下方，但是还设想到，场发生器520可位于基底510上方，其中筛网530位于基底下方，使得颗粒克服重力而被拉向基底510。

在一个实施方案中，基底510在箭头512所指示的方向上移动，使得在连续法中发生颗粒沉积和对准。然而，在其它实施方案中，还可预期分批沉积和对准。

将静电场发生器520配置成利用相对静止板提供调制的静电场，该相对静止板也用作筛网540。虽然示出了单个板540，但是还预期的是，还设想了静止电极540的阵列。另外，电极540可具有固定电荷或电荷序列，将该固定电荷或电荷序列配置成与场发生器520的旋转一致地改变。

在一个实施方案中，静电场的调制通过场发生器520的旋转来实现，如箭头520所指示。然而，静电场发生器520还可通过相对于静止背衬510来回移动从而提供调制的静电场。另外，虽然在图5A和图5B中仅示出了一个静电场发生器520，但是明确地预期，可使用存在于背衬幅材上方和/或下方的多组电极来产生调制的静电场。

在图5B中，传送机构550使用斜坡提供颗粒530。然而，在其它实施方案中，传送机构是水平行进而没有角度的传送带。然而，在场发生器520位于基底510上方的实施方案中，斜坡配置可降低使颗粒530克服重力而平移所需的场的强度。另外，虽然在图5A和图5B中仅示出了一个场发生器520、相对的充电板540，但是明确地预期，在其它实施方案中可存在第二调制场发生器。

磨料制品

本文所述的方法和系统用于将颗粒以优选的对准施加到基底。此类系统和方法尤其适用于磨料行业。磨料颗粒，特别是成形的磨料颗粒，可在正确对准时实现更高的工作效率和/或更长的使用寿命。另外，一些成形的磨料颗粒被设计成在第一方向上具有与在第二方向上不同的研磨效率。因此，重要的是能够使多个颗粒在磨料制品内对准，使得这些颗粒相对于磨料制品的背衬在优选的角度范围内旋转地取向。在一些实施方案中，优选的是磨料颗粒被对准，使得宽度平行于或基本上平行于背衬的边缘。

图6A至图6C示出了本发明的实施方案中的磨料制品。为简单起见，图6A至图6C被示出例如不存在将磨料颗粒602、612和622保持在适当位置的底胶层、复胶层或其它粘结剂层。图6A所示的磨料颗粒为三棱柱。然而，虽然三棱柱被呈现为示例，但是许多其它形状也是可能的。应当注意，从顶视图以及从幅材向上或从幅材向下看，正确放置的三棱柱看起来是矩形。

图6A示出了磨料制品610的在背衬604上具有多个磨料颗粒602的侧视图。在一个实施方案中，优选的是，颗粒602对准，使得每个三棱柱颗粒602的底部边缘与背衬604接触并且平行于背衬604的边缘。

图6B示出了磨料制品620的在背衬614上具有多个磨料颗粒612的俯视图。为了便于理解，仅示出了两行磨料颗粒612。然而，在一些实施方案中，存在更多行磨料颗粒612。另外，在一些实施方案中，磨料颗粒612将不会相对于彼此对准。相反，每个单独的磨料颗粒612将相对于背衬614在调制的静电场内对准。

虽然图6A和图6B示出了其中优选的对准是磨料颗粒基本上平行于基底的边缘的实施方案，但是如图6C中的磨料制品630所示，在其它实施方案中，优选的对准是不同的。如图6C所示，优选的对准可以是颗粒622相对于背衬624的边缘成角度626。角度626可通过基底624相对于所生成的静电场的放置来设置。

关于根据本公开的带涂层磨料制品的制造的进一步细节可见于例如美国专利4,314,827(Leitheiser等人)、4,652,275(Bloecher等人)、4,734,104(Broberg)、4,751,137(Tumey等人)、5,137,542(Buchanan等人)、5,152,917(Pieper等人)、5,417,726(Stout等人)、5,573,619(Benedict等人)、5,942,015(Culler等人)和6,261,682(Law)中。

非织造磨料制品通常包括多孔的(例如膨松有弹性的开放多孔的)聚合物长丝结构，该结构具有通过粘结剂粘结到其上的磨料颗粒。关于根据本公开的非织造磨料制品的制造的进一步细节可见于例如美国专利2,958,593(Hoover等人)、4,018,575(Davis等人)、4,227,350(Fitzer)、4,331,453(Dau等人)、4,609,380(Barnett等人)、4,991,362(Heyer等人)、5,554,068(Carr等人)、5,712,210(Windisch等人)、5,591,239(Edblom等人)、5,681,361(Sanders)、5,858,140(Berger等人)、5,928,070(Lux)、6,017,831(Beardsley等人)、6,207,246(Moren等人)和6,302,930(Lux)中。

相对于本文的磨料制品和制造方法所述的磨料颗粒可以是任何磨料材料的颗粒。可使用的有用磨料材料包括例如熔融氧化铝、热处理氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料(诸如可从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul，Minnesota)以3MCERAMIC ABRASIVE GRAIN商购获得的那些)、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、源自溶胶-凝胶的陶瓷(例如掺杂氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、二氧化硅和/或氧化锡的氧化铝陶瓷)、二氧化硅(例如，石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、长石或燧石。源自溶胶-凝胶法的粉碎的陶瓷颗粒的示例可见于美国专利4,314,827(Leitheiser等人)、4,623,364(Cottringer等人)；4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等人)和4,881,951(Monroe等人)中。关于制备源自溶胶-凝胶法的磨料颗粒的方法的进一步细节可见于例如美国专利4,314,827(Leitheiser)、5,152,917(Pieper等人)、5,213,591(Celikkaya等人)、5,435,816(Spurgeon等人)、5,672,097(Hoopman等人)、5,946,991(Hoopman等人)、5,975,987(Hoopman等人)、和6,129,540(Hoopman等人)和见于美国公布专利申请2009/0165394Al(Culler等人)和2009/0169816A1(Erickson等人)中。

磨料颗粒可以是成形的(例如，精确成形的)或无规的(例如，粉碎的和/或板状的)。例如，可使用溶胶-凝胶技术通过模制工艺来制备成形磨料颗粒和精确成形的磨料颗粒，该技术如在例如美国专利5,201,916(Berg)、5,366,523(Rowenhorst(Re 35,570))、5,984,988(Berg)、8,142,531(Adefris等人)以及美国专利申请公布2010/0146867(Boden等人)中。

美国专利8,034,137(Erickson等人)描述了已形成特定形状的氧化铝颗粒，然后将其粉碎以形成碎片，这些碎片保持其初始形状特征结构的一部分。在一些实施方案中，磨料颗粒为精确成形的(即，磨料颗粒具有的形状至少部分地由用于制备它们的生产工具中的腔的形状决定)。

磨料颗粒的示例性形状包括粉碎的、棱锥(例如，3-面、4-面、5-面或6-面棱锥)、截棱锥(例如，3-面、4-面、5-面或6-面截棱锥)、圆锥体、截圆锥体、杆(例如，圆柱形、蠕虫状)和棱镜(例如，3-面、4-面、5-面或6-面棱镜)。在一些实施方案(例如，截棱锥和棱镜)中，磨料颗粒分别包括具有通过多个侧面彼此连接的两个相对的主面的片状物。

在一些实施方案中，磨料颗粒和/或可磁化磨料颗粒具有至少2、至少3、至少5、或甚至至少10的纵横比，但是这不是必需的。

优选地，用于实践本公开的磨料颗粒具有至少6、至少7或至少8的莫氏硬度，但也可使用其它硬度。

关于磨料颗粒以及它们的制备的方法的进一步细节可见于例如美国专利8,142,531(Adefris等人)、8,142,891(Culler等人)、和8,142,532(Erickson等人)和见于美国专利申请公布2012/0227333(Adefris等人)、2013/0040537(Schwabel等人)和2013/0125477(Adefris)中。

磨料颗粒通常选择为符合磨料工业所公认的标称等级，例如，美国国家标准学会(ANSI)的标准、欧洲研磨产品制造商联合会(FEPA)的标准和日本工业标准(JIS)的标准。示例性的ANSI牌号名称(即，规定的标称牌号)包括：ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI24、ANSI 36、ANSI 40、ANSI 50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI 100、ANSI 120、ANSI 150、ANSI180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400和ANSI 600。示例性FEPA牌号名称包括：P8、P12、P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P180、P220、P320、P400、P500、600、P800、P1000和P1200。示例性JIS牌号名称包括：JIS8、JIS12、JIS16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、JIS8000和JIS10,000。

另选地，可使用符合ASTME-11“Standard Specification for Wire Cloth andSieves for Testing Purposes(用于测试目的的筛布和筛的标准规格)”的美国标准试验筛将磨料颗粒分级成标称筛选等级。ASTM E-11规定了测试筛的设计和构造需求，该测试筛使用安装在框架中的织造筛布的介质根据指定的粒度对材料进行分类。典型名称可以表示为-18+20，其意指可磁化磨料颗粒可通过符合18目筛的ASTM E-11规范的试验筛，并且保留在符合20目筛的ASTM E-11规范的试验筛上。在一个实施方案中，可磁化磨料颗粒具有这样的粒度：使得大部分颗粒通过18目试验筛并且可保留在20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目试验筛上。在各种实施方案中，可磁化磨料颗粒可具有包括以下的标称筛选等级：-18+20、-20/+25、-25+30、-30+35、-35+40、-40+45、-45+50、-50+60、-60+70、-70/+80、-80+100、-100+120、-120+140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325、-325+400、-400+450、-450+500或-500+635。另选地，可使用诸如-90+100的定制目尺寸。

本文所述的静电系统和方法也可用于将填料颗粒施加到带涂层背衬。可用的填料颗粒包括：二氧化硅，诸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维；硅酸盐，诸如滑石、粘土(例如蒙脱石)长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝酸钠、硅酸钠；金属硫酸盐(诸如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)；石膏；蛭石；木粉；三水合铝；碳黑；氧化铝；二氧化钛；冰晶石；锥冰晶石；以及金属亚硫酸盐(诸如亚硫酸钙)。

所述新型静电系统也可用于将助磨剂颗粒施用至带涂层背衬。示例性的助磨剂可以是有机的或无机的，包括蜡、卤化有机化合物，例如氯化蜡，如四氯化萘、五氯化萘、和聚氯乙烯；卤化物盐，例如氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾、氯化镁；以及金属及金属的合金，诸如锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁和钛；等等。其它助磨剂的示例包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物。可使用不同助磨剂的组合物。助磨剂可成型为颗粒或具有如U.S6,475,253中公开的特定形状的颗粒。

根据本发明的磨料制品可用于研磨工件。研磨的方法涵盖了荒磨(即高压高切削量)到打磨(例如，用砂布带打磨医用植入物)，其中后者通常用更细粒级的磨料颗粒制成。一种此类方法包括以下步骤：使磨料制品(例如，带涂层磨料制品、非织造磨料制品或粘结磨料制品)与工件的表面摩擦接触，并使磨料制品或工件中的至少一者相对于另一者移动，以研磨表面的至少一部分。

工件材料的示例包括金属、金属合金、异金属合金、陶瓷、玻璃、木材、仿木材料、复合材料、涂漆表面、塑料、增强塑料、石材和/或它们的组合。工件可以是平坦的或具有与之关联的形状或轮廓。示例性工件包括金属部件、塑料部件、颗粒板、凸轮轴、曲柄轴、家具和涡轮叶片。

根据本发明的磨料制品可以手工使用和/或与机器联合使用。进行研磨时，使磨料制品和工件中的至少一者相对于另一者移动。可在湿润或干燥条件下进行研磨。用于润湿研磨的示例性液体包括水、含有常规防锈化合物的水、润滑剂、油、肥皂和切削液。液体还可含有例如消泡剂、去油剂。

附加实施方案

本发明提供了以下示例性实施方案，其编号不应当被解释为指定重要程度：

实施方案1是一种将磨料颗粒在基底上取向的方法。该方法包括提供基底。该方法还包括：提供磨料颗粒。该方法还包括：生成调制的静电场。将该调制的静电场配置成在第一时间具有第一有效方向并且在第二时间具有第二有效方向。将该静电场配置成使得磨料颗粒在z方向和y方向两者上旋转地对准。

实施方案2包括根据实施方案1所述的特征，然而该静电场使得磨料颗粒接触该基底。

实施方案3包括根据实施方案1或2中任一项所述的特征，然而该第一时间和该第二时间之间的时间步长为至少约0.01ms。

实施方案4包括根据实施方案1至3中任一项所述的特征，然而该第一时间和该第二时间之间的时间步长为至少约0.1ms。

实施方案5包括根据实施方案1至4中任一项所述的特征，然而该第一时间和该第二时间之间的时间步长为至少约1ms。

实施方案6包括根据实施方案1至5中任一项所述的特征，然而该第一时间和该第二时间之间的时间步长为至少约10ms。

实施方案7包括根据实施方案1至6中任一项所述的特征，然而该第一时间和该第二时间之间的时间步长为至少约100ms。

实施方案8包括根据实施方案1至7中任一项所述的特征，然而该磨料颗粒是粉碎的、板状的、成型的或成形的磨料颗粒。

实施方案9包括根据实施方案1至8中任一项所述的特征，然而该磨料颗粒是成形的磨料颗粒，并且其中该成形的磨料颗粒的形状选自棱锥、截棱锥、圆锥体、截头圆锥体、杆、梯形棱柱或规则棱柱。

实施方案10包括根据实施方案1至9中任一项所述的特征，然而该基底是非织造背衬。

实施方案11包括根据实施方案1至10中任一项所述的特征，然而该基底是柔性的。

实施方案12包括根据实施方案1至11中任一项所述的特征，然而该基底是刚性的。

实施方案13包括根据实施方案1至12中任一项所述的特征，然而该方法还包括：将磨料颗粒粘结到该基底。

实施方案14包括根据实施方案13所述的特征，然而粘结包括：在该基底上提供粘结剂前体并且在磨料颗粒旋转地对准之后固化该粘结剂前体。

实施方案15包括根据实施方案13所述的特征，然而粘结包括：在磨料颗粒在该基底上旋转地对准之后提供粘结剂。

实施方案16包括根据实施方案1至15中任一项所述的特征，然而将该多个磨料颗粒中的大部分磨料颗粒取向成使得每个磨料颗粒的面在y方向上在约45°和约135°之间旋转地对准。

实施方案17包括根据实施方案1至16中任一项所述的特征，然而该方法是分批法。

实施方案18包括根据实施方案1至16中任一项所述的特征，然而该方法是连续法。

实施方案19包括根据实施方案1至18中任一项所述的特征，然而所生成的静电场由第一电极和第二电极生成，其中该基底设置在该第一电极和该第二电极之间，并且其中该磨料颗粒被拉向该基底。

实施方案20包括根据实施方案19所述的特征，然而该磨料颗粒克服重力而被拉向该基底。

实施方案21包括根据实施方案19或20所述的特征，然而该第一电极通过随时间推移改变该静电场的该有效方向从而提供调制的静电场。

实施方案22包括根据实施方案21所述的特征，然而该第一电极旋转。

实施方案23包括根据实施方案22所述的特征，然而该第二电极在过程期间维持恒定电荷态。

实施方案24包括根据实施方案21所述的特征，然而该第二电极通过随时间推移改变该静电场的该有效方向从而提供调制的静电场。

实施方案25包括根据实施方案19至24中任一项所述的特征，然而该第一电极是一组第一电极。该第二电极是一组第二电极。将该基底配置成在该第一组电极和该第二组电极之间通过。

实施方案26包括根据实施方案25所述的特征，然而一组电极包括至少三个电极。

实施方案27包括根据实施方案25至26中任一项所述的特征，然而两个相邻的第一电极具有不同的电荷态。当该基底在该第一组电极和该第二组电极之间通过时提供该调制的静电场。

实施方案28包括根据实施方案25至27中任一项所述的特征，然而将该第一组电极中的一个电极配置成在对准过程的停留时间期间改变该电极的电荷态。

实施方案29包括根据实施方案25至28中任一项所述的特征，然而该第一组电极和该第二组电极中的电极中的每个电极的电荷态为正的、负的或接地的。

实施方案30包括根据实施方案1至29中任一项所述的特征，然而所提供的磨料颗粒对磁场基本上无响应。

实施方案31包括根据实施方案1至30中任一项所述的特征，然而所提供的磨料颗粒基本上不含铁、钴或镍。

实施方案32包括根据实施方案1至31中任一项所述的特征，然而所提供的磨料颗粒是陶瓷磨料颗粒。

实施方案33包括根据实施方案1至32中任一项所述的特征，然而所提供的磨料颗粒包含α氧化铝。

实施方案34包括根据实施方案1至33中任一项所述的特征，然而与颗粒的随机分布将预期的相比，该磨料颗粒中的更多磨料颗粒彼此平行对准。

实施方案35包括根据实施方案1至34中任一项所述的特征，然而该方法还包括：施加粘结剂前体以及活化所施加的粘结剂前体以将对准后的颗粒粘结到该基底。

实施方案36包括根据实施方案1至35中任一项所述的特征，然而该第一有效方向在相对于该基底的第一角方向上作用于该颗粒。该第二有效方向在相对于该基底的第二角方向上作用于该颗粒。该第一角方向和该第二角方向是不同的。

实施方案37包括根据实施方案1至36中任一项所述的特征，然而该第一有效方向和该第二有效方向限定该磨料颗粒对准的平面。

实施方案38是一种磨料制品。该磨料制品包括基底和附接到该基底的多个磨料颗粒。该多个颗粒中的大部分颗粒相对于该基底取向。该取向包括沿z方向和y方向旋转取向的取向。该多个磨料颗粒基本上对磁场无响应。

实施方案39包括根据实施方案38所述的特征，然而该磨料颗粒是成形的磨料颗粒。该成形的磨料颗粒的形状选自棱锥、截棱锥、圆锥体、截头圆锥体、杆、梯形棱柱或规则棱柱。

实施方案40包括根据实施方案39所述的特征，然而该基底包括非织造背衬。

实施方案41包括根据实施方案38至40中任一项所述的特征，然而该基底是柔性背衬。

实施方案42包括根据实施方案38至40中任一项所述的特征，然而该基底是刚性背衬。

实施方案43包括根据实施方案38至42中任一项所述的特征，然而该磨料颗粒粘结到该基底。

实施方案44包括根据实施方案43所述的特征，然而该磨料颗粒粘结在底胶层内。

实施方案45包括根据实施方案44所述的特征，然而该磨料制品还包括复胶层。

实施方案46包括根据实施方案43所述的特征，然而在该颗粒之上施加粘结剂以维持该颗粒和该基底之间的接触。

实施方案47包括根据实施方案46所述的特征，然而该粘结剂是树脂粘结剂。

实施方案48包括根据实施方案38至47中任一项所述的特征，然而该磨料制品还包含填料材料。

实施方案49包括根据实施方案38至48中任一项所述的特征，然而该磨料制品还包含助磨剂。

实施方案50包括根据实施方案38至49中任一项所述的特征，然而该磨料制品还包含润滑剂。

实施方案51包括根据实施方案38至50中任一项所述的特征，然而该多个磨料颗粒中的每个磨料颗粒包含小于0.5重量％的铁、钴或镍中的任一种。

实施方案52包括根据实施方案38至51中任一项所述的特征，然而该多个磨料颗粒中的每个磨料颗粒包含小于0.2重量％的铁、钴或镍中的任一种。

实施方案53包括根据实施方案38至52中任一项所述的特征，然而该多个磨料颗粒中的每个磨料颗粒包含小于0.1重量％的铁、钴或镍中的任一种。

实施方案54包括根据实施方案38至53中任一项所述的特征，然而该多个磨料颗粒中的大部分磨料颗粒被取向成使得该磨料颗粒的长度基本上垂直于该基底。

实施方案55包括根据实施方案38至54中任一项所述的特征，然而该多个磨料颗粒中的大部分磨料颗粒被取向成使得该磨料颗粒的长度相对于该基底成角度。

实施方案56包括根据实施方案38至55中任一项所述的特征，然而该多个磨料颗粒中的大部分磨料颗粒被取向成使得它们相对于该基底在y方向上在约45°和约135°之间旋转地对准。

实施方案57是一种将颗粒在基底上对准的方法。该方法包括提供基底。该方法还包括：提供多个颗粒。该方法还包括：生成静电场。该方法还包括：调制所生成的静电场，使得该多个颗粒中的大部分颗粒相对于该基底在z方向和y方向两者上经历对准改变。该方法还包括：将该颗粒附连到该基底。

实施方案58包括根据实施方案57所述的特征，然而该方法是分批法。

实施方案59包括根据实施方案57所述的特征，然而该方法是连续法。

实施方案60包括根据实施方案57至59中任一项所述的特征，然而所生成的静电场由第一电极和第二电极生成。将该基底设置在该第一电极和该第二电极之间。将该颗粒拉向该基底。

实施方案61包括根据实施方案57至60中任一项所述的特征，然而该静电场足够强以使得颗粒克服重力而被拉向该基底。

实施方案62包括根据实施方案60至61中任一项所述的特征，然而该第一电极通过随时间推移改变所经历的静电场从而提供调制的静电场。

实施方案63包括根据实施方案62所述的特征，然而该第一电极旋转。

实施方案64包括根据实施方案60至63中任一项所述的特征，然而该第二电极在过程期间维持恒定电荷态。

实施方案65包括根据实施方案60至64中任一项所述的特征，然而该第二电极通过将所经历的静电场从第一时间的第一有效方向改变为第二时间的第二有效方向从而提供调制的静电场。

实施方案66包括根据实施方案60至65中任一项所述的特征，然而该第一电极是一组第一电极。该第二电极是一组第二电极。将该基底配置成在该第一组电极和该第二组电极之间通过。

实施方案67包括根据实施方案66所述的特征，然而一组电极包括至少三个电极。

实施方案68包括根据实施方案66至67中任一项所述的特征，然而两个相邻的第一电极具有不同的电荷态。当该基底在该第一组电极和该第二组电极之间通过时提供该调制的静电场。

实施方案69包括根据实施方案66至68中任一项所述的特征，然而将该第一组电极中的一个电极配置成在对准过程的停留时间期间改变该电极的电荷态。

实施方案70包括根据实施方案66至69中任一项所述的特征，然而该第一组电极和该第二组电极中的电极中的每个电极的电荷态为正的、负的或接地的。

实施方案71包括根据实施方案57至70中任一项所述的特征，然而非磁性颗粒对磁场基本上无响应。

实施方案72包括根据实施方案57至71中任一项所述的特征，然而该非磁性颗粒基本上不含铁。

实施方案73包括根据实施方案57至72中任一项所述的特征，然而该颗粒是磨料颗粒。

实施方案74包括根据实施方案73所述的特征，然而该磨料颗粒是熔融氧化铝、经热处理的氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、源自溶胶-凝胶法的陶瓷、二氧化硅、长石或燧石。

实施方案75包括根据实施方案57至74所述的特征，然而该基底是用于磨料制品的背衬。

实施例

本发明的目的和优点通过下面的非限制性实例进一步说明；但是，这些实例中叙述的具体材料及其量以及其它条件和细节，不应解释为是对本发明的不当的限制。除非另有说明，否则实施例及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。

实施例1

使用旋转圆筒来调制静电场。圆筒尺寸为4英寸直径×6英寸宽，并且以2000rpm旋转。圆筒的端部逐渐变细至一英寸的轴以允许安装到DC马达，其中一个端部上具有联接件并且另一个端部上具有轴台轴承。圆筒为中空的并且整个圆筒壁厚0.25英寸。圆筒是用透明聚合物树脂经由viper SLA 3D打印机形成。铜导电路径胶粘在圆筒上以产生幅材横向肋状物，如图7A至图7B所示。迹线宽1英寸，并且每条迹线之间的间距为1英寸。在圆筒的边缘处，将一片铜胶带缠绕一圈，使得所有铜迹线彼此接触。将另外的铜迹线放置在轴上，使得充电的电线可在圆筒自旋时抵靠铜迹线拖动并且保持恒定的接触。用0毫安将铜迹线全部充电至10kv。

等边三角形成形陶瓷颗粒和精确成形的陶瓷颗粒通过使用溶胶凝胶技术的模制过程来制备，如例如美国专利5,201,916(Berg)、5,366,523(Rowenhorst(Re 35,570))、5,984,988(Berg)、8,142,531(Adefris等人)和美国专利8,764,865(Boden等人)中所述。边长为205微米并且厚度为48微米的等边三角形成形的陶瓷磨料颗粒被放置在圆筒中心下方0.25英寸处的接地板上。将一段2英寸宽的3M乙烯基胶带放置在圆筒和接地板之间，其中粘合剂涂覆侧向下以用作带涂层幅材(设置在图7A和图7B中示出)。

使用电动马达使圆筒达到2000rpm的速度，并且然后打开10kV的电荷。电压由静电电源供应。PSG颗粒向上跳向带电圆筒并附着到乙烯基胶带的发粘部分。65％的颗粒处于最佳取向，并且35％的颗粒处于亚最佳取向。

实施例2

使用相同的方法，不同的是圆筒具有2英寸宽的铜肋状物并且不存在施加到圆筒的速度。44％的颗粒处于最佳取向，并且56％的颗粒处于亚最佳位置。

实施例3

8A示出了可在箭头方向上顺维移动的幅材。幅材长度的一部分具有在幅材上方的电极A-I和在幅材下方的电极J-R。在该示例中，幅材大约在上电极和下电极之间的中间。将这些电极建模并模拟为18根铜线的阵列，这些铜线的直径为0.02英寸，竖直间隔开0.5英寸，并且水平间隔开0.25英寸。为清楚起见，线材在该图中以放大的直径示出。绿色立方体指示空间中模拟分析在时间T1处开始的点。幅材可在或可不在紫色箭头的方向上移动；无论哪种方式，模拟和分析都是相同的。然而，以与旋转场行进相同的速度移动幅材可能是有用的，使得当从移动幅材上的颗粒的角度观察时，颗粒能够保持在看起来不行进的旋转场中。为了产生旋转电场，图8A的电极可由控制器充电。

图8B示出了待使用控制器施加到图8A的电极以从图8A的绿色立方体的位置开始产生旋转电场的电压的时间序列。图8B示出了8个时间步长的循环。该循环在图8B和图8D中重复2¹/₈次。时间步长T9通过8个时间步长循环开始第二循环。该8个步长循环可永远重复。或者该序列可颠倒以生成在相反方向上旋转并在相反方向上行进的电场。可使用其它时间步长序列来生成其它动态电场。在该表中，“+”符号指示电压控制器将在任何给定时间步长内将大的正电压(例如，+5kV)递送到适当的电极，并且“-”符号指示电压控制器将在该时间步长内将大的负电压(例如，-5kV)递送到适当的电极。该表中没有符号的位置指示相关联的电极将在相关联的时间步长内保持浮动。

图8C示出了第一时间步长T1的电场模拟。在该时间步长中，电极C和L被充电至-5kV，电极G和P被充电至+5kV，并且所有其它电极不被驱动至特定电压而是保持浮动。箭头指示图8A的框的位置中的电场的方向。

图8D示出了时间步长序列T1至T17中每一者的模拟电场方向。

Claims (75)

1.一种将磨料颗粒在基底上取向的方法，所述方法包括：

提供基底；

提供磨料颗粒；以及

生成调制的静电场，其中将所述调制的静电场配置成在第一时间具有第一有效方向并且在第二时间具有第二有效方向；

其中将所述静电场配置成使得所述磨料颗粒在z方向和y方向两者上旋转地对准。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述静电场使得所述磨料颗粒接触所述基底。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述第一时间和所述第二时间之间的时间步长为至少约0.01ms。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一时间和所述第二时间之间的时间步长为至少约0.1ms。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一时间和所述第二时间之间的时间步长为至少约1ms。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一时间和所述第二时间之间的时间步长为至少约10ms。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述第一时间和所述第二时间之间的时间步长为至少约100ms。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述磨料颗粒是粉碎的、板状的、成型的或成形的磨料颗粒。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述磨料颗粒是成形的磨料颗粒，并且其中所述成形的磨料颗粒的形状选自棱锥、截棱锥、圆锥体、截头圆锥体、杆、梯形棱柱或规则棱柱。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述基底是非织造背衬。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述基底是柔性的。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述基底是刚性的。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，并且所述方法还包括：将所述磨料颗粒粘结到所述基底。

14.根据权利要求13所述的方法，其中粘结包括：在所述基底上提供粘结剂前体，并且在所述磨料颗粒旋转地对准之后固化所述粘结剂前体。

15.根据权利要求13所述的方法，其中粘结包括：在所述磨料颗粒在所述基底上旋转地对准之后提供粘结剂。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中将多个磨料颗粒中的大部分磨料颗粒取向成使得每个磨料颗粒的面在y方向上在约45°和约135°之间旋转地对准。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述方法是分批法。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述方法是连续法。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中所生成的静电场由第一电极和第二电极生成，其中所述基底设置在所述第一电极和所述第二电极之间，并且其中所述磨料颗粒被拉向所述基底。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述磨料颗粒克服重力而被拉向所述基底。

21.根据权利要求19或20中任一项所述的方法，其中所述第一电极通过随时间推移改变所述静电场的所述有效方向从而提供调制的静电场。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一电极旋转。

23.根据权利要求21或22中任一项所述的方法，其中所述第二电极在过程期间维持恒定电荷态。

24.根据权利要求21所述的方法，其中所述第二电极通过随时间推移改变所述静电场的所述有效方向从而提供调制的静电场。

25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中所述第一电极是一组第一电极，并且其中所述第二电极是一组第二电极，并且其中所述基底被配置成在第一组电极和第二组电极之间通过。

26.根据权利要求25所述的方法，其中一组电极包括至少三个电极。

27.根据权利要求25至26中任一项所述的方法，其中两个相邻的第一电极具有不同的电荷态，并且其中当所述基底在所述第一组电极和所述第二组电极之间通过时提供所述调制的静电场。

28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，其中将所述第一组电极中的一个电极配置成在对准过程的停留时间期间改变所述电极的电荷态。

29.根据权利要求25至28中任一项所述的方法，其中所述第一组电极和所述第二组电极中的所述电极中的每个电极的电荷态为正的、负的或接地的。

30.根据权利要求1至29中任一项所述的方法，其中所提供的磨料颗粒对磁场基本上无响应。

31.根据权利要求1至30中任一项所述的方法，其中所提供的磨料颗粒基本上不含铁、钴或镍。

32.根据权利要求1至31中任一项所述的方法，其中所提供的磨料颗粒是陶瓷磨料颗粒。

33.根据权利要求1至32中任一项所述的方法，其中所提供的磨料颗粒包含α氧化铝。

34.根据权利要求1至33中任一项所述的方法，其中与颗粒的随机分布将预期的相比，所述磨料颗粒中的更多磨料颗粒彼此平行对准。

35.根据权利要求1至34中任一项所述的方法，并且所述方法还包括：

施加粘结剂前体；以及

活化所施加的粘结剂前体以将对准后的颗粒粘结到所述基底。

36.根据权利要求1至35中任一项所述的方法，其中所述第一有效方向在相对于所述基底的第一角方向上作用于所述颗粒，并且其中所述第二有效方向在相对于所述基底的第二角方向上作用于所述颗粒，并且其中所述第一角方向和所述第二角方向是不同的。

37.根据权利要求1至36中任一项所述的方法，其中所述第一有效方向和所述第二有效方向限定所述磨料颗粒对准的平面。

38.一种磨料制品，所述磨料制品包括：

基底；

多个磨料颗粒，所述多个磨料颗粒附接到所述基底，其中所述多个颗粒中的大部分颗粒相对于所述基底取向，其中所述取向包括沿z方向和y方向旋转取向的取向；并且

其中所述多个磨料颗粒对磁场基本上无响应。

39.根据权利要求38所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒是成形的磨料颗粒，并且其中所述成形的磨料颗粒的形状选自棱锥、截棱锥、圆锥体、截头圆锥体、杆、梯形棱柱或规则棱柱。

40.根据权利要求38至39中任一项所述的磨料制品，其中所述基底包括非织造背衬。

41.根据权利要求38至40中任一项所述的磨料制品，其中所述基底是柔性背衬。

42.根据权利要求38至40中任一项所述的磨料制品，其中所述基底是刚性背衬。

43.根据权利要求38至42中任一项所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒粘结到所述基底。

44.根据权利要求43所述的磨料制品，其中所述磨料颗粒粘结在底胶层内。

45.根据权利要求44所述的磨料制品，并且所述磨料制品还包括复胶层。

46.根据权利要求43所述的磨料制品，其中在所述颗粒之上施加粘结剂以维持所述颗粒和所述基底之间的接触。

47.根据权利要求46所述的磨料制品，其中所述粘结剂是树脂粘结剂。

48.根据权利要求38至47中任一项所述的磨料制品，并且所述磨料制品还包含填料材料。

49.根据权利要求38至48中任一项所述的磨料制品，并且所述磨料制品还包含助磨剂。

50.根据权利要求38至49中任一项所述的磨料制品，并且所述磨料制品还包含润滑剂。

51.根据权利要求38至50中任一项所述的磨料制品，其中所述多个磨料颗粒中的每个磨料颗粒包含小于0.5重量％的铁、钴或镍中的任一种。

52.根据权利要求38至51中任一项所述的磨料制品，其中所述多个磨料颗粒中的每个磨料颗粒包含小于0.2重量％的铁、钴或镍中的任一种。

53.根据权利要求38至52中任一项所述的磨料制品，其中所述多个磨料颗粒中的每个磨料颗粒包含小于0.1重量％的铁、钴或镍中的任一种。

54.根据权利要求38至53中任一项所述的磨料制品，其中所述多个磨料颗粒中的大部分磨料颗粒被取向成使得所述磨料颗粒的长度基本上垂直于所述基底。

55.根据权利要求38至54中任一项所述的磨料制品，其中所述多个磨料颗粒中的大部分磨料颗粒被取向成使得所述磨料颗粒的长度相对于所述基底成角度。

56.根据权利要求38至55中任一项所述的磨料制品，其中所述多个磨料颗粒中的大部分磨料颗粒被取向成使得它们相对于所述基底在y方向上在约45°和约135°之间旋转地对准。

57.一种将颗粒在基底上对准的方法，所述方法包括：

提供基底；

提供多个颗粒；

生成静电场；

调制所生成的静电场，使得所述多个颗粒中的大部分颗粒相对于所述基底在z方向和y方向两者上经历对准改变；以及

将所述颗粒附连到所述基底。

58.根据权利要求57所述的方法，其中所述方法是分批法。

59.根据权利要求57所述的方法，其中所述方法是连续法。

60.根据权利要求57至59中任一项所述的方法，其中所生成的静电场由第一电极和第二电极生成，其中所述基底设置在所述第一电极和所述第二电极之间，并且其中所述颗粒被拉向所述基底。

61.根据权利要求57至60中任一项所述的方法，其中所述静电场足够强以使得颗粒克服重力而被拉向所述基底。

62.根据权利要求60至61中任一项所述的方法，其中所述第一电极通过随时间推移改变所经历的静电场从而提供调制的静电场。

63.根据权利要求62所述的方法，其中所述第一电极旋转。

64.根据权利要求60至63中任一项所述的方法，其中所述第二电极在过程期间维持恒定电荷态。

65.根据权利要求60至64中任一项所述的方法，其中所述第二电极通过将所经历的静电场从第一时间的第一有效方向改变为第二时间的第二有效方向从而提供调制的静电场。

66.根据权利要求60至65中任一项所述的方法，其中所述第一电极是一组第一电极，并且其中所述第二电极是一组第二电极，并且其中将所述基底配置成在所述第一组电极和所述第二组电极之间通过。

67.根据权利要求66所述的方法，其中一组电极包括至少三个电极。

68.根据权利要求66至67中任一项所述的方法，其中两个相邻的第一电极具有不同的电荷态，并且其中当所述基底在所述第一组电极和所述第二组电极之间通过时提供所述调制的静电场。

69.根据权利要求66至68中任一项所述的方法，其中将所述第一组电极中的一个电极配置成在对准过程的停留时间期间改变所述电极的电荷态。

70.根据权利要求66至69中任一项所述的方法，其中所述第一组电极和所述第二组电极中的所述电极中的每个电极的电荷态为正的、负的或接地的。

71.根据权利要求57至70中任一项所述的方法，其中所述非磁性颗粒对磁场基本上无响应。

72.根据权利要求57至71中任一项所述的方法，其中所述非磁性颗粒基本上不含铁。

73.根据权利要求57至72中任一项所述的方法，其中所述颗粒是磨料颗粒。

74.根据权利要求73所述的方法，其中所述磨料颗粒是熔融氧化铝、热处理的氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、源自溶胶-凝胶法的陶瓷、二氧化硅、长石或燧石。

75.根据权利要求57至74中任一项所述的方法，其中所述基底是用于磨料制品的背衬。

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