JP4547482B2 - 研磨ブラシ用毛材 - Google Patents

Description

本発明は、ステンレス鋼板などの特殊鋼板の表面を研磨加工するために使用する研磨ブラシ用毛材の改良に関する。さらに詳しくは、研磨加工における耐折損性に優れ、研磨性と耐溶着性を兼ね備えた研磨ブラシ用毛材に関する。

従来、金属鋼板の表面加工に使用される研磨ブラシ用毛材としては、研磨砥材粒子を含有する合成樹脂からなるモノフィラメントが知られており、例えば、この研磨砥材粒子を含有するモノフィラメントを毛材として植毛したロールブラシ、カップブラシ、筒状ブラシなどを被処理金属鋼板に回転しながら押圧し、被処理金属鋼板の表面研磨加工が行われている。したがって、研磨砥材粒子を含有するモノフィラメントからなる研磨ブラシ用毛材には優れた研磨性が要求されており、かかる要求特性を得るために、研磨ブラシ用毛材に使用されるモノフィラメントの素材として、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６／６６共重合体、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１２などのポリアミド系樹脂のほか、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂などの合成樹脂から最適な素材を選択する試みが従来から種々検討されている。

研磨加工法には大きく分けて、鉄板やアルミ板などの金属鋼板において水などの冷却液を散布しながら研磨する湿式研磨加工法と、ステンレス鋼板などの特殊鋼板において冷却液の散布を行わない乾式研磨加工法の２種類がある。特に、乾式研磨加工法においては、研磨の際に発生する摩擦熱が大きいため、被研磨金属鋼板の表面に研磨ブラシ用毛材の溶融物が付着し、研磨面を著しく汚すといった問題があった。

この問題に対し、ポリアミド系樹脂に対して研磨砥材粒子５〜４０重量％、フッ素系樹脂を３〜２５重量％含有するモノフィラメントからなる研磨ブラシ用毛材（例えば、特許文献１参照）、合成樹脂に対して研磨砥材粒子５〜４０重量％及びシリコーンオイル３〜３０重量％を含有するモノフィラメントからなる研磨ブラシ用毛材（例えば、特許文献２参照）、さらに、ポリアミド樹脂１００重量部に対し、研磨砥材粒子１０〜６０重量部およびアジン系化合物０．１〜５重量部を含有するモノフィラメントからなる研磨ブラシ用毛材（例えば、特許文献３参照）が知られている。これらの研磨ブラシ用毛材は、耐溶着性が高いため被研磨金属鋼板表面を汚しにくく、さらに研磨性にも優れたものであった。

これらの技術により、被研磨金属鋼板表面への溶着汚れが減少し、研磨金属鋼板の品質向上がもたらされたが、近年、研磨ブラシ用毛材に対し、従来よりも高い耐折損性が求められるようになった。前記研磨ブラシ用毛材は従来の研磨加工機器の研磨能力に十分耐え得る耐折損性を有していたが、研磨加工機器の高能力化に伴い耐折損性が追逐できなくなったことがその原因であった。そこで、前記研磨ブラシ用毛材中のフッ素系樹脂の含有量を減らした結果、耐折損性を向上させることはできたが、耐溶着性が低下し、被研磨金属鋼板表面が汚れやすくなるなど相反する問題が発生した。このような現状から、耐折損性、研磨性及び耐溶着性を兼ね備えた研磨ブラシ用毛材の開発が大きな課題となっていた。
特開平２００４−０５８１８４号公報 特開平２００４−０２５３９３号公報 特開平２００３−１４５４３４号公報

本発明の目的は、従来の毛材より高い研磨性や耐溶着性に加え、高い耐折損性を兼ね備えた研磨ブラシ用毛材を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明者等が鋭意検討した結果、砥材研磨粒子と共に、ある特定のフッ素系樹脂及びアジン系化合物を含有するモノフィラメントからなる研磨ブラシ用毛材が、従来の毛材より高い耐折損性、研磨性及び耐溶着性を兼ね備えていることを見出した。

すなわち本発明は、ポリアミド系樹脂に対し、融点２１０〜２３０℃のテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体３〜２５重量％、アジン系化合物０．１〜５重量％、及び研磨砥材粒子５〜４０重量％含有するモノフィラメントからなることを特徴とする研磨ブラシ用毛材を提供するものである。

なお、本発明の研磨ブラシ用毛材においては、研磨ブラシ用毛材の最短折損耐久時間が１０分以上、且つ研磨量が１４０ｇ以上であること、さらには、
モノフィラメントを構成するポリアミド系樹脂がナイロン６、ナイロン６１０、ナイロン６１２から選ばれる少なくとも１種であること
が、いずれも好ましい条件であり、これらの条件を適用することにより、さらに優れた効果が得られる。

なお、最短折損耐久時間及び研磨量の測定は、次の条件で測定した値である。すなわち、溶融紡糸して得られた前記モノフィラメントを温度２０℃、相対湿度６５％ＲＨ下で２日以上調温した後、内径４５ｍｍ、外径７０ｍｍ、毛丈３０ｍｍのカップ状ブラシに加工し、そのカップ状ブラシをハンドグラインダーに取り付け、約２００〜３００Ｎの圧力で、１２０００ｒｐｍ回転させながら、真鍮金属板に接触させて研磨作業を行い、折損が初めて発生する時間を最短折損耐久時間とした。また、同じ条件で研磨作業を６０分間行い、削り取られた真鍮金属の重量を研磨量とした。

本発明によれば、高い耐折損性、研磨性及び耐溶着性を兼ね備えてた研磨ブラシ用毛材が得られる。したがって、本発明の研磨ブラシ用毛材は、特に高い耐久性と研磨性が要求される乾式研磨加工用の研磨ブラシに極めて有用である。

以下、本発明について具体的に説明する。

ステンレス鋼板などの特殊鋼板の乾式研磨加工において、高い研磨性及び耐溶着性に加え、高い耐折損性を発揮させることを目的に、本発明の研磨ブラシ用毛材はポリアミド系樹脂に対し、融点２１０〜２３０℃のテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥと呼ぶ）３〜２５重量％、アジン系化合物０．１〜５重量％、及び研磨砥材粒子５〜４０重量％を含有するモノフィラメントからなることを特徴とする。

ＥＴＦＥの融点については、その値が低いとポリアミド系樹脂より融点が低くなるため、ポリアミド系樹脂の融点以上の溶融温度で紡糸する必要がある。その結果、ＥＴＦＥの溶融粘度が低下し、ポリアミド系樹脂との混練性が低下する。逆に、その値が高いとポリアミド系樹脂の融点よりＥＴＦＥの融点が高くなるため、ＥＴＦＥの融点以上の溶融温度で紡糸する必要がある。その結果、ポリアミド系樹脂の溶融粘度が低下し、ＥＴＦＥとの混練性が低下するほか、溶融紡糸性が不安定になり、さらには耐折損性が低下するため好ましくはない。したがって、ＥＴＦＥの融点は２１０〜２３０℃であることが必要である。

また、ＥＴＦＥの含有量が少ないと、耐溶着性の改良効果が小さく、逆に含有量が多すぎると、糸切れなど溶融紡糸が不安定となり、さらにはモノフィラメントの強度が低下しやすくなるため好ましくはない。したがって、ＥＴＦＥの含有量は３〜２５重量％であることが必要である。

本発明で使用するアジン系化合物としては、アジン系顔料が主に使用されるが、その具体例として、例えば、アジンブラック類、アジンディーブブラック類、アジンバイオレット類、アジンファストレッド類、アジンブラウン類、アジンダークグリーン類及びアジンライトブラウン類などの有機顔料が挙げられ、特に限定はされない。しかし、アジン系化合物の添加量は、その量が少ないと耐溶着性の改良効果が小さく、逆に多すぎると溶融紡糸で得られるモノフィラメントの強度が低下するばかりか、また耐折損性も低下するため好ましくはない。したがって、その添加量は０．１〜５重量％であることが必要である。

また、本発明で使用する研磨砥材粒子としては、特に限定はないが、例えば、酸化アルミナ、炭化ケイ素及び人工ダイヤモンドなどが挙げられる。そして、研磨砥材粒子の添加量については、少なすぎると研磨性が低下し、多すぎると耐折損性が低下しやすくなる。したがって、添加量は５〜４０重量％であることが必要である。

なお、砥材粒子の粒度番手は特に限定はなく、要求される研磨性に応じて適宜変えることができる。しかし、細かすぎると要求される研磨性が得られにくく、逆に粗すぎると溶融紡糸機内が摩耗しやすくなるため、溶融紡糸機内の圧力変動や吐出変動が増大するばかりか糸切れも多発し、操業性に問題が生じやすくなる。したがって、研磨砥材粒子の粒度番手は♯３６〜♯３０００が好ましい。

さらに、本発明の研磨ブラシ用毛材は、溶融紡糸して得られたモノフィラメントを温度２０℃、相対湿度６５％ＲＨ下で２日以上調温した後、内径４５ｍｍ、外径７０ｍｍ、毛丈３０ｍｍのカップ状ブラシに加工し、そのカップ状ブラシをハンドグラインダーに取り付け、約２００〜３００Ｎの圧力で、１２０００ｒｐｍ回転させながら、真鍮金属板に接触させて研磨作業を行い、折損が初めて発生する最短折損耐久時間が１０分以上、また、同じ条件で研磨作業を６０分間行い、削り取られた真鍮金属の研磨量が１４０ｇ以上であることが好ましい条件として挙げられる。最短折損耐久時間が１０分を下回ると、乾式研磨加工で耐折損性を十分発揮する事はできない。また研磨量が１４０ｇを下回ると、研磨ブラシの使用回数が重なるにつれて毛材の摩耗や折損により研磨性が低下するため、長期間研磨性を保持できなくなる。

モノフィラメントを構成するポリアミド系樹脂として、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１２、ナイロン６／６６共重合体が挙げられるが、本発明においては、ＥＴＦＥとの融点差及び溶融混練性、さらに強靭性や耐熱性の点から、ナイロン６、ナイロン６１０又はナイロン６１２から選ばれる少なくとも１種が好ましい。なお、これらポリアミド系樹脂の溶融粘度は、低すぎると溶融紡糸の際にＥＴＦＥとの混練性が低下し、その結果、得られるモノフィラメントの耐折損性や紡糸安定性の低下を招くため、相対粘度が３．０以上であることがさらに好ましい。なお、ここでいう相対粘度とは、ポリアミド系樹脂０．２５ｇを９８％濃硫酸で溶解し、その溶液を２５℃の条件下でオストワルド粘度管を使用して測定したものである。

さらに、本発明のモノフィラメントの断面形状は、略円形のほか、楕円形、三角形、四角形、五角形などの多角形、矩形、その他異形などが挙げられ、特に限定されない。しかし、その糸直径が細すぎると毛腰が弱すぎて研磨性が低下し、太すぎると毛腰が強すぎるために、ブラシ植毛が困難となる。したがって、直径は０．２〜３．５ｍｍ、特に０．４〜３．０ｍｍが好ましい。

本発明のモノフィラメントは次の方法で製造される。ポリアミド系樹脂及び／またはアジン系化合物を含有するポリアミド系樹脂組成物と、融点２１０〜２３０℃のＥＴＦＥ、及び研磨砥材粒子を二軸押出型溶融紡糸機に供給し、溶融混練して紡糸口金から溶融混合物を押出す。なお、溶融温度が高すぎるとポリアミド系樹脂及びＥＴＦＥの溶融粘度が低下し、混練性の低下や樹脂の熱劣化を招きやすい。したがって、溶融温度は２４０〜２６０℃が好ましい。そして、押出された溶融混合物は冷却浴で冷却固化された後、加熱延伸や弛緩熱処理されてモノフィラメントに形成される。なお、延伸倍率については、低すぎるとモノフィラメントに十分な強度や強靱性が得られにくくなる。したがって、延伸倍率は２．８倍以上、さらには３．０以上が好ましい。

かくして得られるモノフィラメントは従来の毛材より高い耐折損性、研磨性及び耐溶着性を兼ね備えているため、特に高い耐久性、研磨性及び耐溶着性が要求される乾式研磨加工用の研磨ブラシ用毛材に使用した場合、有用性が極めて高い。

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明の研磨ブラシ用毛材の構成及び効果をさらに詳しく説明する。なお、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に何ら限定されるものではない。上記及び以下の実施例における特性の評価は次の方法により行った。

［最短折損耐久時間］
溶融紡糸して得られたモノフィラメントを温度２０℃、相対湿度６５％ＲＨ下で２日以上調温した後、内径４５ｍｍ、外径７０ｍｍ、毛丈３０ｍｍのカップ状のブラシに加工する。そして、カップ状ブラシをハンドグラインダーに取り付け、約２００〜３００Ｎの圧力で、１２０００ｒｐｍ回転させながら真鍮金属板に接触させ、折損が初めて発生する時間を最短折損耐久時間とした。最短折損耐久時間が長いほど耐折損が高いことを表す。

［研磨量］
上記、最短折損耐久時間の評価方法と同じ条件で研磨作業を６０分間行い、削り取られた真鍮金属の重量を研磨量とした。研磨量が多いほど研磨性に優れることを表す。

［耐溶着性］
上記カップ状ブラシをハンドグラインダーに取り付け、これをＪＩＳ Ｇ４３０５（１９８４）に規定されるステンレス鋼板：ＳＵＳ３１６（厚さ２ｍｍ）に、２００〜３００Ｎの圧力で接触させて、１２０００ｒｐｍで回転させながら表面の研磨加工を行ない、ステンレス鋼板の表面に対する研磨ブラシ毛材の溶着物の付着状況（汚れ）を目視観察して、次の４規準に評価分類した。
Ａ：溶着物の付着がない。
Ｂ：溶着物の付着は僅かにあるが、殆ど目立たない。
Ｃ：溶着物の付着が少しある。
Ｄ：溶着物の付着が多い。

［実施例１］
相対粘度３．２のナイロン６１０樹脂（東レ社製 Ｍ２０２１）９２．７重量％に対して、アジン系ブラック顔料（田岡化学工業社製 スピリットブラック）を７．３重量％含有させた樹脂組成物３重量％と、同じナイロン６１０樹脂６０重量％、さらに融点２２３℃のＥＴＦＥ（ダイキン工業社製 ＥＰ−６２０）７重量％の混合物、及びシランカップリング剤（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製 ＳＨ６０２０）を０．２重量％被覆処理した粒度番手＃８０の炭化ケイ素砥材粒子（昭和電工社製）３０重量％を二軸型溶融紡糸機に供給し、孔径３．０ｍｍの紡糸ノズルから溶融温度２５０℃で溶融押出した。その後、冷却浴で冷却固化し、１９０℃で３．３倍に延伸することにより、直径が１．２ｍｍのモノフィラメントを製造した。そして、得られたモノフィラメントを使用してカップ状ブラシを加工し、研磨ブラシの耐折損、研磨性及び耐溶着性の評価を行った。その結果を表１に示す。

［実施例２］
実施例１に記載のＥＴＦＥの添加量を１５重量％に増やしたこと以外は実施例１と同じ条件で、直径が１．２ｍｍのモノフィラメントを製造した。そして、得られたモノフィラメントを使用してカップ状ブラシを加工し、研磨ブラシの耐折損、研磨性及び耐溶着性の評価を行った。その結果を表１に示す。

［実施例３］
アジン系ブラック顔料を含有したナイロン６１０樹脂組成物の添加量を６重量％に増やしたこと以外は実施例１と同じ条件で、直径が１．２ｍｍのモノフィラメントを製造した。そして、得られたモノフィラメントを使用してカップ状ブラシを加工し、研磨ブラシの耐折損、研磨性及び耐溶着性の評価を行った。その結果を表１に示す。

［実施例４］
実施例１に記載のＥＴＦＥの添加量を１５重量％に増やし、アジン系ブラック顔料を含有したナイロン６１０樹脂組成物の添加量を６重量％に増やしたこと以外は実施例１と同じ条件で、直径が１．２ｍｍのモノフィラメントを製造した。そして、得られたモノフィラメントを使用してカップ状ブラシを加工し、研磨ブラシの耐折損、研磨性及び耐溶着性の評価を行った。その結果を表１に示す。

［実施例５］
ナイロン６１０樹脂の代りに、相対粘度が３．６のナイロン６１２樹脂（Ｄｅｇｕｓｓａ社製 Ｄ２２）を使用した以外は実施例１と同じ条件で、直径が１．２ｍｍのモノフィラメントを製造した。そして、得られたモノフィラメントを使用してカップ状ブラシを加工し、研磨ブラシの耐折損、研磨性及び耐溶着性の評価を行った。その結果を表１に示す。

［比較例１］
ＴＥＦＥとアジン系ブラック顔料の添加を省略して、ナイロン６１０樹脂７０重量％と、炭化ケイ素砥材粒子３０重量％を使用した以外は実施例１と同じ条件で、直径が１．２ｍｍのモノフィラメントを製造した。そして、得られたモノフィラメントを使用してカップ状ブラシを加工し、研磨ブラシの耐折損、研磨性及び耐溶着性の評価を行った。その結果を表１に示す。耐折損性は実施例とほぼ同等の結果となったが、耐溶着性は低く、真鍮金属に溶着汚れが多量に見られた。

［比較例２］
フッ素系樹脂としてＥＰ−６２０の代わりに、融点２６５℃のＥＴＦＥ（ダイキン工業社製 ＥＰ−５２１）を使用したこと以外は実施例１と同じ条件で、直径が１．２ｍｍのモノフィラメントを製造した。そして、得られたモノフィラメントを使用してカップ状ブラシを加工し、研磨ブラシの耐折損、研磨性及び耐溶着性の評価を行った。その結果を表１に示す。耐溶着性はＥＴＦＥを含有しない比較例１に比べ良好であったが、耐折損性及び研磨性は実施例に比べ低かった。

［比較例３］
ＥＴＦＥの添加を省略して、アジン系ブラック顔料を含有するナイロン６１０樹脂組成物３重量％と、同じナイロン６１０樹脂６７重量％、さらに炭化ケイ素砥材粒子３０重量％を使用した以外は実施例１と同じ条件で、直径が１．２ｍｍのモノフィラメントを製造した。そして、得られたモノフィラメントを使用してカップ状ブラシを加工し、研磨ブラシの耐折損、研磨性及び耐溶着性の評価を行った。その結果を表１に示す。耐折損性及び研磨性ともに実施例よりも低く、耐溶着性についても、真鍮金属に溶着汚れが見られた。

［比較例４］
アジン系ブラック顔料の添加を省略して、ナイロン６１０樹脂６３重量％と、実施例１に記載のＥＴＦＥ７重量％の混合物、及び炭化ケイ素砥材粒子３０重量％を使用した以外は実施例１と同じ条件で、直径が１．２ｍｍのモノフィラメントを製造した。そして、得られたモノフィラメントを使用してカップ状ブラシを加工し、研磨ブラシの耐折損、研磨性及び耐溶着性の評価を行った。その結果を表１に示す。溶着性については比較例１〜３に比べ良好であったが、耐久性、研磨性については実施例に比べ低かった。

表１の結果から明らかなように、本発明の研磨ブラシ用毛材（実施例１〜５）は、従来の研磨ブラシ用毛材（比較例１〜４）に比べ優れた耐折損性、研磨性及び耐溶着性を兼ね備えている。

本発明の研磨ブラシ用毛材は、従来の毛材より高い研磨性や耐溶着性に加え、高い耐折損性を有するため、特に高い耐久性、研磨性及び耐溶着性が要求される乾式研磨加工用研磨ブラシに極めて有用である。

Claims (2)

1. ポリアミド系樹脂に対し、融点２１０〜２３０℃のテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体３〜２５重量％、アジン系化合物０．１〜５重量％、及び研磨砥材粒子５〜４０重量％含有するモノフィラメントからなることを特徴とする研磨ブラシ用毛材。
2. 前記モノフィラメントを構成するポリアミド系樹脂がナイロン６、ナイロン６１０、ナイロン６１２から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の研磨ブラシ毛材。