專利名稱：磨料制品、它的制造方法以及用它來研磨工件表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有片狀結(jié)構(gòu)并在其上散布著許多單個的磨料復(fù)合物，每個復(fù)合物包含許多分散在塑化粘合劑中的磨料顆粒的磨料制品。本發(fā)明也涉及制備這類磨料制品的方法以及用這類磨料制品來研磨工件的表面以使被磨工件具有相對精細(xì)的表面的方法。
一般的磨料制品包含許多粘合在一起(例如，粘合磨輪)或粘合在背襯上(例如，砂紙)的磨料顆粒。這些磨料制品用來對工件進(jìn)行研磨和精加工已有一百多年。在最近的數(shù)年中，磨料技術(shù)已發(fā)展到包括結(jié)構(gòu)性的磨料。這些磨料制品因其壽命長及毛坯磨削速率高而受到歡迎。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的磨料可以比用同樣大小的磨料顆粒制得的砂紙磨去更多的毛坯。
砂紙和結(jié)構(gòu)性磨料可用于拋光操作中，即給予完成的工件很精細(xì)的表面光潔度。但是，當(dāng)需要超精細(xì)表面光潔度，如需要有澄清表面光潔度的光學(xué)鏡片時，典型的是用自由流動的磨料漿。
但是，用自由流動的磨料漿來拋光并完成超精細(xì)光潔度也有缺點(diǎn)。例如、使用自由流動的磨料漿可能是相當(dāng)不整潔的，因?yàn)槟ケP或拋光輪或研磨座的運(yùn)動會將大量漿扔在工作區(qū)附近，還有，使用自由流動的磨料漿可能會使成本上升，因?yàn)楹茈y預(yù)先估計出所需磨料材料的最少使用量。這導(dǎo)致了磨料、設(shè)備和人力的過量使用。工業(yè)上已開始尋找不需使用自由流動的磨料漿來產(chǎn)生超精細(xì)表面光潔度的方法。
美國專利3，042，509(Soderburg)揭示了用固體磨料拋光材料來代替自由流動的磨料漿的拋光方法。通過將磨料顆粒分散在粘合劑中來制得磨料材料，其中的粘合劑是基于諸如聚乙二醇酯的水溶性粘合劑。聚乙二醇與該水溶性粘合劑混合形成一種固體物質(zhì)，例如可以形成為棒狀，將它壓在拋光輪上而涂施在輪的外表面。
為了提供一種堅硬的且持久的磨料復(fù)合物，已經(jīng)提出形成一種磨料顆粒和諸如聚乙二醇的臨時性粘合劑型的材料混合物，使之成所需的形狀，得到作為中間產(chǎn)物的生坯。將該生坯在高溫下燒結(jié)從而使磨料體密實(shí)成有用的形式，燒結(jié)同時也起著分解以除去臨時性的粘合劑的作用。例如，參見美國專利4，918，874(Tiefenbach，Jr.);3，765，300(Taylor等)以及4，035，162(Brothers等)。
在最近的幾個專利中，如在美國專利5，152，197(Pieper等)以及5，219，462(Bruxvoort等)中只一般提示而并未詳細(xì)說明可把增塑劑作為任意的添加劑加至基于非水溶的熱固化或反應(yīng)性固化的粘合劑的磨料漿中，以形成結(jié)構(gòu)性磨料復(fù)合物。進(jìn)一步的是，在美國專利5，152，197(Pieper等)中已顯示了在結(jié)構(gòu)磨料復(fù)合物中使用含有通過游離基機(jī)制聚合的粘合劑的粘合劑系統(tǒng)。
美國專利申請08/030，787(Christianson)，1993年3月12日提交，還提出了一種磨石拋光磨料制品，它包括構(gòu)成三維點(diǎn)狀圖案的輻照固化樹脂。也提到了按增塑劑和粘合劑來計占少于30%(重量)的增塑劑，如聚乙二醇作為粘合劑的添加劑，而在工作實(shí)施例中揭示了使用約6～10%的增塑劑。另外，使用比較少量的諸如聚乙二醇的增塑劑，如占粘合劑和增塑劑少于10%(重量)，用于微拋光的珠或聚集物，從而使珠在研磨過程中磨耗而暴需出新的尖利的礦物表面。
美國專利4，255，164(Butzke等)揭示了一種由泡沫液體磨料顆粒樹脂涂覆組合物構(gòu)成的玻璃精磨片、樹脂是固化改性的樹脂粘合物，選自己用熱塑性聚合物改性劑改性的脲-甲醛及苯酚甲醛。液體涂覆組合物包括液體可固化粘合劑、磨料精修顆粒以及足夠的相配伍溶劑，得到可涂覆組合物。這類的涂覆物給出一層在使用條件下以控制的速率釋放精修磨料顆粒的纖維素層。Butzke等也提示了先將精修磨料摻入內(nèi)聚粘合層，使在玻璃研磨期間能釋放磨料的方法，但這些方法沒有獲得成功。Butzke等也提及了以前試圖通過加入諸如硬脂酸、牛脂和石蠟等潤滑劑使粘合劑崩解、溶解或軟化以釋放出磨料顆粒。但是，這些以前的嘗試是不能令人滿意的，因?yàn)檎澈蟿┎牧媳澜獾锰?，且產(chǎn)生了不可控制的磨擦熱的問題。
也已知可將聚烷基環(huán)氧化物加至不是由游基機(jī)制固化的樹脂中，如酚類樹脂等縮合可固化的樹脂。例如美國專利4，576，612(Shukla等)描述了眼鏡片拋光熱，其中通過使水溶的聚烷基環(huán)氧化物/酚樹脂復(fù)合物與丙烯酸膠乳以及含有拋光顆粒的醇類漿混合來產(chǎn)生拋光層。Shukla等陳述，使用無膠乳的水溶性聚合物(聚烷基環(huán)氧化物類/酚類樹脂混合物)會使拋光顆粒釋放得太快，引起不良的拋光結(jié)果。在Shukla等專利中的拋光層提供了在纖維織物基底上的連續(xù)的單片層，或者是，作為一層全部覆蓋或部分填充在織物基底的有凸起圖案的表面的各凹陷上。所謂的熱塑性基質(zhì)或粘合劑系統(tǒng)在拋光時逐漸溶解，以受控制的方式釋放出拋光顆粒，這樣據(jù)報告提供了一個可接受的玻璃除去速率。
但是，雖然使用這類水溶性熱塑性樹脂粘合劑系統(tǒng)對于簡單的磨料涂覆層或改良的磨料涂覆層(如，凸起的)是可接受的，但是，若涂覆的磨料制品基于更復(fù)雜的排列，如將單個磨料珠或成形的磨料復(fù)合物排布于背襯的表面上，對于粘合劑系統(tǒng)的要求一般就會更為苛刻。從制造的一致、簡便和速率方面以及從單個磨料復(fù)合物的最終形狀的控制程度來看(這可能是臨界的設(shè)計)，要求會升高。還有，在粘合劑中使用的可縮合固化樹脂，如酚類樹脂，就溶劑散出的方面來考慮，并不是在所有的情況下都可忍受的。
另一方面，發(fā)明人認(rèn)為以前并未提出過在拋光操作中使用含有相當(dāng)大量增塑劑的，通過游離聚合機(jī)制固化的粘合劑，以得到可接受的如果不是合乎要求的)可磨耗的磨料復(fù)合物。
本發(fā)明涉及一種磨料制品以及用它來產(chǎn)生低表面精糙度的極精細(xì)的表面光潔度。磨料制品具有在其上分布有許多單個磨料復(fù)合物的片狀結(jié)構(gòu)，每個復(fù)合物的特征在于許多的磨料顆粒用增塑的粘合劑粘在一起，該增塑的粘合劑至少含有預(yù)定數(shù)量的增塑劑。
在本發(fā)明中，“增塑劑”是一種有機(jī)材料，當(dāng)它與粘合劑結(jié)合形成“增塑的粘合劑”，用以構(gòu)成本發(fā)明的磨料制品中的磨料復(fù)合物，當(dāng)用來精修工件的表面時，與不含有規(guī)定量的增塑劑的相似的磨料制品中的磨料復(fù)合物相比，其磨耗速率會提高?？捎谩澳ズ闹笖?shù)”來定量表示磨耗速率，它由美國專利4，255，164(Butzke等)所述的方法來測定。
在一個實(shí)例中，本發(fā)明涉及一種包括片狀結(jié)構(gòu)的磨料制品，它至少在其一個主表面上分布有許多單個磨料復(fù)合物，每個磨料復(fù)合物的特征在于許多磨料顆粒分散在增塑的粘合劑中，粘合劑由粘合劑前體聚合形成，其中粘合劑前體在聚合前以每100份(重量)粘合劑前體和增塑劑總量來計，與30-70份(重量)的增塑劑混合。
在一個較好的實(shí)例中，增塑劑選自多元醇、有機(jī)硅(氧烷)油以及它們的混合物。
在進(jìn)一步的例子中，前述的磨料制品包括的增塑劑是多元醇，它選自由聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、丙三醇、聚乙烯醇以及它們的混合物所組成的一組物質(zhì)。更好的是，多元醇選自聚乙二醇，如平均分子量是200-10，000的聚乙二醇、以對于100份(重量)粘合劑前體和聚乙二醇增塑劑總量來計使用30-50份(重量)聚乙二醇尤為有用。
在本發(fā)明的另一個磨料制品實(shí)例中，前述的粘合劑前體通過加成聚合機(jī)制，較好的通過游離基機(jī)制進(jìn)行固化或聚合。合適的粘合劑前體包括丙烯酸酯化的氨基甲酸乙酯、丙烯酸(酯)化的環(huán)氧化物、烯屬不飽和化合物，側(cè)鏈α，β-飽和羰基的氨基塑料衍生物，有至少一個側(cè)鏈丙烯酸酯基的異氰尿酸酯衍生物，有至少一個側(cè)鏈丙烯酸酯基的異氰酸酯衍生物以及它們的結(jié)合物。在一個較好實(shí)例中，粘合劑前體包括一個烯屬不飽和化合物，如一個丙烯酸酯單體。在一個更好的實(shí)例中，粘合劑前體是三丙烯酸三羥甲基丙烷酯。
在本發(fā)明磨料制品的一個較好實(shí)例中，每個磨料復(fù)合物都有由清晰和可分辨的邊界定出的精確形狀，而且，每個磨料復(fù)合物都包括一個從背襯的主表面延伸出來的遠(yuǎn)端，它不與其它的復(fù)合物相連。
在本發(fā)明磨料制品的另一個實(shí)例中，有一個片層結(jié)構(gòu)，在其至少一個主表面上分布著包括許多分散于粘合劑中的磨料顆粒的磨料，其中磨料構(gòu)成不連續(xù)的凸起的圖案，它是由從主表面延伸出來的許多伸長的三維結(jié)構(gòu)所形成的，這些伸長的三維結(jié)構(gòu)所限定了一些沒有磨料的區(qū)域，其特征在于粘合劑是由粘合劑前體形成的，在聚合前，粘合劑前體與每100份(重量)的粘合劑前體和增塑劑總量中占30-70份(重量)的增塑劑相混合。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，提供了用上述磨料制品精修工件的方法。
在本發(fā)明精修工件方法的一個較好實(shí)施例中，磨料制品和工件表面在它們的界面與基本無磨料顆粒的液體，如水接觸。磨料制品和工件表面也可以在界面接觸，運(yùn)動可在1-500kg的界面摩擦接觸力下進(jìn)行。對工件材料的種類無特定的限制，包括如金屬、金屬合金、陶瓷、玻璃、木材、復(fù)合物、油漆表面、塑料、石頭以及大理石。工件可以是塑料鏡片形式。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，有制造本發(fā)明磨料制品的方法。
從下列對附圖的闡述和本發(fā)明較好實(shí)施例的敘述中可以更好地了解本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)。


圖1是本發(fā)明一種磨料制品的放大的末端截面圖。
圖2是本發(fā)明另一種磨料制品的放大的末端截面圖。
圖3是本發(fā)明一種磨料制品頂部表面在掃描電子顯微鏡(10X)下的放大圖。
圖4是制造本發(fā)明磨料的一個系統(tǒng)的流程測視圖。
圖5是制造本發(fā)明磨料的另一個系統(tǒng)的流程側(cè)視圖。
本發(fā)明涉及磨料制品以及使用該制品生產(chǎn)出表面精糙度極低的具有極細(xì)表面光潔度的工件。這種磨料制品對于拋光操作尤為有用?，F(xiàn)已相當(dāng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，在用來將磨料顆粒粘在一起形成磨料復(fù)合物的粘合劑中加入所需量的增塑劑可以產(chǎn)生具有顯著優(yōu)點(diǎn)的“超級可磨耗”磨料系統(tǒng)。得到這一優(yōu)點(diǎn)的增塑劑的用量應(yīng)占增塑劑加上形成粘合劑的前體材料總重量的至少30%。
雖然此時不想與任何理論相聯(lián)系，發(fā)明人認(rèn)為本發(fā)明使用了規(guī)定數(shù)量和種類的增塑劑會使磨料顆粒不會過于牢固地容留在粘合劑系統(tǒng)中，從而使粘合劑基質(zhì)變軟更易于在研磨和拋光時釋放磨料顆粒。
例如，增塑的粘合劑變軟，以致拋光過程中復(fù)合物材料的碎片接觸被拋光的鏡片時不會引起劇烈的擦傷。當(dāng)本發(fā)明的磨料顆粒處于使用中，如用在光學(xué)鏡片拋光操作中時，在磨料復(fù)合物的暴露表面可以觀察到復(fù)合物的分解，其中磨料顆粒和鄰近的粘合劑材料碎片從磨料復(fù)合物的工作表面脫出并釋放出來，新鮮的磨料顆粒被暴露出來了、這個分解過程在磨料復(fù)合物新暴露出的表面區(qū)域進(jìn)行拋光時繼續(xù)出現(xiàn)。分解過程的結(jié)果，理論上是由磨料顆粒在工件表面產(chǎn)生的刻槽減少了，從而得到了一個更細(xì)的表面光潔度。也據(jù)認(rèn)為增塑劑與粘合劑合并以而在磨料復(fù)合物中有緩沖作用。
本發(fā)明的另一個令人驚奇的優(yōu)點(diǎn)據(jù)發(fā)現(xiàn)是特定相當(dāng)大量的增塑劑，如聚乙二醇或硅油可以成功地?fù)饺肽チ蠌?fù)合物的粘合劑系統(tǒng)中以1對1的份量有效地代替典型的更為昂貴的粘合劑前體(不然就必須使用這類前體)。例如，在本發(fā)明中，對于用在本發(fā)明粘合劑系統(tǒng)中的每100份(重量)粘合劑前體以及增塑劑混合物。增塑劑增至至少30份，同時粘合劑前體的量，保持在70份(重量)以下，這明顯地不同于以前的用相當(dāng)少量增塑劑的粘合劑系統(tǒng)，其中粘合劑前體的量在粘合劑系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，大于粘合劑系統(tǒng)的70%(重量)。
在本發(fā)明中，增塑劑同粘合劑相比的量可以增至占增塑劑加粘合劑前體總量的30%(重量)以上，只要使磨料復(fù)合物和背襯間有足夠的粘附強(qiáng)度，若背襯最初用粘附劑打底，這個增塑劑的上限量?？稍鲋辽踔粮叩闹?。一般增塑劑的上限用量將不超過增塑劑加粘合劑前體總量的70%(重量)。
例如，當(dāng)用聚乙二醇作為增塑劑，在粘合劑系統(tǒng)中聚乙二醇的量大于50%則不適用于磨料復(fù)合物，固化后，使用期間磨料復(fù)合物會容易地從背襯上掉下。但是，若背襯在與磨料漿接觸前或接觸時有外加的粘附劑作為底料，則聚乙二醇的量可大為增加。
參見圖1，磨料制品10具有背襯12，它包括具有許多粘在其上的磨料復(fù)合物11的前表面13。磨料復(fù)合物包括許多分散在增塑的粘合劑15中的磨料顆粒14。
背襯任何常規(guī)的背襯材料可用來支承本發(fā)明的磨料復(fù)合物。適當(dāng)?shù)谋骋r材料的例子包括聚合物薄膜，涂過底料的聚合物薄膜，布，紙、硫化纖維片材，無紡纖維片材，和以上材料的混合物，較好的背襯是紙。背襯也可經(jīng)處理進(jìn)行密封和/或改變其某些物理性能，如耐水性，這些處理方法在本技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。典型的背襯是平表面并無凸起。
背襯在它的反面也可以有連接裝置，以便將產(chǎn)生的有磨料的背襯固定在支撐墊子上。這種連接裝置通常是一層壓敏粘結(jié)劑材料但也可用圈織物作為鉤圈連接的裝置。另外此連接裝置也可以是如美國專利No.5，201，101(Rouser等)所述的嚙合連接系統(tǒng)。
磨料復(fù)合物，磨料顆粒典型的磨料顆粒的大小范圍大約0.1-500微米，一般大約0.1-100微米，較好為0.1-10微米，最好為0.1-5微米。磨料顆粒的莫氏硬度至少為8，較好為9。這種磨料顆粒例子包括熔融氧化鋁(包括棕色氧化鋁、熱處理氧化鋁和白色氧化鋁)、陶瓷氧化鋁、二氧化硅、綠色碳化硅、碳化硅、氧化鉻、礬土、氧化鋯、金剛石、氧化鐵、鈰土、立方氮化硼、碳化硼、石榴石、和上述磨料顆粒子的組合物。
磨料復(fù)合物這個術(shù)語也包括多個磨料顆粒結(jié)合在一起形成的磨料聚集物。這樣的磨料聚集物可以有它們預(yù)定的三維形狀。磨料聚集物的進(jìn)一步說明見專利號為4，311，489(Kresner)，4，652，275(Bloecher等)和4，799，939.(Bloecher等)的美國專利，這里列出供作參考。
磨料顆粒上可有表面涂層以提供某一種功能，這也屬于本發(fā)明的范圍。在一些例子中，磨料顆粒上使用表面涂層可增加對粘合劑的粘接性和/或改變磨料顆粒的磨削性能或其他作用。表面涂層的例子包括作為偶聯(lián)劑的物質(zhì)、鹵化物、氧化硅和金屬氧化物、難熔金屬氮化物、難熔金屬碳化物等。
在磨料復(fù)合物中也可以有稀釋顆粒。這些填充物顆粒粒度范圍和磨料顆粒的粒度大致相同。這些填充物顆粒物質(zhì)的例子有石膏、大理石、石灰石、燧石、氧化硅、玻璃泡、玻璃珠、硅酸鋁等。
粘合劑系統(tǒng)磨料顆粒被分散在粘合劑系統(tǒng)中以形成磨料復(fù)合物。粘合劑系統(tǒng)主要含有粘合劑組份及增塑劑組份。較好的是選擇的增塑劑不會使粘合劑或粘合劑前體交聯(lián)。且不會與粘合劑或粘合劑前體共聚，總之在制備和使用磨料制品時增塑劑在粘合劑前體或粘合劑或磨料復(fù)合物的其它組份中不會反應(yīng)。較好的是每種磨料顆粒和增塑劑與粘合劑前體在整個磨料復(fù)合物中混合均勻。
增塑劑-粘合劑-磨料復(fù)合物相互作用在使用本發(fā)明的磨料制品時，磨料復(fù)合物逐漸磨耗該可磨耗的性質(zhì)有助于得到工件上如光學(xué)鏡片表面上精細(xì)的表面光潔度。這可磨耗性以足以能露出新的磨料顆粒的速度使已磨損的磨料顆粒逐漸排除。據(jù)信該可磨耗性可防止已磨損的磨料在鏡片表面產(chǎn)生深重的抓擦痕跡。
該磨耗率視許多因素而定，包括磨料復(fù)合物西方以及研磨條件。磨料復(fù)合物配方、磨料顆粒種類、大小、粘合劑類型、任意的添加劑，這些因素中的一個或結(jié)合起來都可影響磨料復(fù)合物的磨耗性。例如，特定的添加劑或填料，如玻璃珠，會使磨料復(fù)合物更易于磨耗。
理論上也認(rèn)為較軟的磨料復(fù)合物有助于使磨料制品在工件中產(chǎn)生一個更為精細(xì)的表面光潔度。雖然此時不想與理論聯(lián)系，據(jù)信較軟的磨料復(fù)合物在拋光時會有緩沖作用，從而得到更精細(xì)的光潔度以助于消除對磨料漿的需求。
有幾種方法給出較軟的磨料復(fù)合物。一種手段是用相對比較軟的粘合劑，如丙烯酸酯單體，丙烯酸酯化的尿烷低聚物，環(huán)氧化物，乙烯醚之類。通常，軟粘合劑的knoop硬度小于25，一般小于20。這些軟粘合劑典型地能得到在拋光時有足夠磨耗性的復(fù)合物系統(tǒng)而無需外加增塑劑來滿足軟化的要求。
另一方面，本發(fā)明的重點(diǎn)是通過將特定的增塑劑以相對較高的量包含在磨料復(fù)合物中而得到了軟撓性的磨料復(fù)合物。用于本發(fā)明的增塑劑增加了磨料復(fù)合物的磨耗性。
本發(fā)明的粘合劑系統(tǒng)含有占增塑劑和粘合劑前體總重量的30-70%(重量)增塑劑，較好的是使用35%(重量)，最好是使用至少40%(重量)增塑劑、所用的增塑劑的類型也會影響它在占粘合劑前體加上增塑劑總量的不少于30%(重量)時的最佳用量。在許多情況下，本發(fā)明的增塑劑比粘合劑前體便宜，因此，用相對高的增塑劑量一對一地取代粘合劑前體會明顯地節(jié)約成本。
增塑劑可以是水溶的或水不溶的。但是，增塑劑應(yīng)與粘合劑和粘合劑前體相配伍，雖然并不要求在混合后和粘合劑前體固化前增塑劑與粘合劑前體形成一個均勻的混合物。較好的是增塑劑不會從粘合劑前體中作為另外一相分離出來，雖然這并不是基本必不可少的，較好的是，增塑劑能與粘合劑前體均勻地混合。
本發(fā)明設(shè)想的增塑劑例子包括某些多元醇及硅(氧烷)油。例如，多元醇可以選自由聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、丙三醇、聚乙烯醇和它們的混合物所組成的一組物質(zhì)。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)例中，所選擇的增塑劑是聚烷基環(huán)氧化物。聚乙二醇尤為優(yōu)選，因?yàn)樗诒景l(fā)明的環(huán)境中是不反應(yīng)的低聚物，且在許多單體中是可溶解的。較好的是，這些單體是烯屬不飽和的化合物，如包括丙烯酸酯單體的化合物。一個這類的單體是三甲醇三丙烯酸三羥甲基丙烷酯(TMPTA)，它是本發(fā)明較好的粘合劑前體。當(dāng)混合在一起的時候，聚乙二醇和TMPTA成一澄清的溶液，磨料顆?？梢耘c已知的流變劑一起摻入，得到可在當(dāng)場容易在產(chǎn)品工具中定形和固化以給出結(jié)構(gòu)磨料復(fù)合物的漿狀配料。對于本發(fā)明的目的，聚乙二醇可與TMPTA粘合劑前體以30/70-50/50的重量比進(jìn)行混合。在TMPTA中的聚乙二醇大于50份時觀察到若復(fù)合物粘合在未涂底料而韌性較低的紙背襯上時有增加的剝落問題。用于本發(fā)明的聚乙二醇是水溶的，典型地完全水溶，其分子量為200至10，000。聚乙二醇可以與液體形式、固體形式或它們的結(jié)合形式的粘合劑前體混合，對其物理狀態(tài)無特定的限制。
用于本發(fā)明增塑劑的硅(氧烷)油較好地是有機(jī)官團(tuán)的硅(氧烷)油，如用聚烷基環(huán)氧化物改性的二甲基聚硅氧烷，這是共聚物。該類型合適的硅(氧烷)油是市售的，為SILWET (Union Carbide Chemical and Plastics Co.，Inc.生產(chǎn)，康涅狄格，美國)。這些硅油由通式Ⅰ代表 其中R可以是氫原子或低級烷基(1～8個C)，a，b，x和y各自代表一個正整數(shù)。例如，SILWET 表面活性劑L-77按本發(fā)明的量使用時發(fā)現(xiàn)可以使磨料復(fù)合物具有適當(dāng)?shù)哪ズ男裕琒ILWET 表面活性劑是水溶性的聚烯改性的七甲基三硅氧烷油，在化學(xué)文摘指南(CAS)第27306-78-1號中定義成α-1，1，1，3，5，5，5，-七甲基三硅氧烷基丙基-ω-甲氧基-聚(環(huán)氧乙烷)。SILWET L-7500也適用于本發(fā)明的增塑劑，它是水不溶的硅油。
其它用作本發(fā)明的增塑劑的硅油包括具有Si-O-C的市售的SILWET 表面活性劑L-720和L-722，它們由下式Ⅱ代表
其中R和R′是低級烷基，a、b和x各自代表正整數(shù)。式Ⅰ和Ⅱ中的低級烷基一般是有1-8個碳原子的直鏈或支鏈的烷基。函數(shù)a、b、x和y在式Ⅰ和Ⅱ中至少為1。
粘合劑本發(fā)明的粘合劑是熱固性粘合劑，它由粘合劑前體經(jīng)過包括游離基機(jī)制以及陽離子機(jī)制的加成機(jī)制(鏈反應(yīng))進(jìn)行聚合來形成。在這些術(shù)語中，如“加成”或“鏈反應(yīng)”聚合，“游離基機(jī)制”或“陽離子”機(jī)制是眾所周知的，例如在TheTextookofPolymerScience，ThirdEdition，F(xiàn).Billmeyer，Jr.，JohnWiley&Sons，NewYork，NY，1984.中進(jìn)行說明。較好的是粘合劑從粘合劑前體經(jīng)游離基機(jī)制聚合而形成。在制備磨料制品期間，粘合劑前體暴露于助于引發(fā)聚合反應(yīng)或固化過程的能量源。用作這種能量的例子包括熱能和輻射能，輻射能包括電子束、紫外光和可見光。根據(jù)所用的能量源及粘合劑前體的化學(xué)性質(zhì)有時較好地用固化劑、引發(fā)劑或催化劑來幫助引發(fā)催化反應(yīng)。粘合劑前體經(jīng)過聚合過程轉(zhuǎn)化為固化粘合劑。
磨料復(fù)合體中的粘合劑一般也起把磨料復(fù)合體粘結(jié)到背襯正面的作用。然而在某些例子中，在背襯的正面和磨料復(fù)合體之間也會有另外的粘結(jié)層。
通過游離基機(jī)制固化適用于本發(fā)明的粘合劑前體包括丙烯酸(酯)化的聚氨脂，丙烯酯(酯)化環(huán)氧化物，烯屬不飽和化合物，具有側(cè)鏈α，β-不飽和羰基的氨基塑料衍生物，至少具有一個側(cè)鏈丙烯酸酯基的異氰酸酯，至少有一個側(cè)鏈丙烯酸酯基的異氰脲酸酯，和上述粘合劑前體的混合物和組合物。術(shù)語丙烯酸酯包括丙烯酸酯和異丁烯酯酯。
丙烯聚氨脂是羥基為末端，NCO擴(kuò)展的聚酯和聚醚的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸(酯)化的聚氨脂的例子有UVITHANE782，(MortonThiokol化學(xué)試劑公司)，和CMD6600，CMD8400和CMD8805(RadcureSpecralties)。
丙烯酸(酯)化的環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂的二丙烯酸酯，如雙酚A環(huán)氧樹脂的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸(酯)化的環(huán)氧樹脂的例子有可購自RedeureSpeciatities的CMD3500，CMD3600，CMD3700。
烯屬不飽和樹脂包括那些含有碳、氫和氧原子，有時含有氮和鹵素原子的單體和多聚體化合物。氧原子或氮原子或者這兩種原子一般存在于醚、酯、氨基甲酸酯，酰胺和尿基團(tuán)中。烯屬不飽和化合物較適用的分子量大約小于4000，而且最好是下列化合物互相反應(yīng)產(chǎn)生的酯。這些化合物是含有脂族單羥基或脂族多羥基的化合物和不飽和羧酸如丙烯酸、甲基丙烯酸、亞甲基丁二酸、巴豆酸、異巴豆酸，馬來酸等。丙烯酸樹脂的有代表性的例子有甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、三丙烯酸三羥甲基丙烷酯、甘油三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯。其他烯屬不飽和樹脂包括單烯丙基、多烯丙基、和羧酸的聚甲代烯丙基酯和酰胺，例如鄰苯二甲酸二烯丙基酯，己二酸二烯丙基酯，和N，N-二烯丙基己二酰胺。其它含氮化合物包括異氰尿酸三(2-丙烯酰氧)乙酯，1，3，5-三[(2-甲基丙烯酰氧)乙基]-均三嗪，丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，N-甲基丙烯酰胺，N，N-二甲基丙烯酰胺，N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮。
氨基塑料樹脂每個分子或低聚體至少有一個側(cè)鏈α，β-不飽和羰基。這些不飽和羰基可以是丙烯酸酯基，甲基丙烯酸酯基，或丙烯酰胺類基。這樣的材料的例子包括N-羥甲基丙烯酰胺，N，N-氧二亞甲基二丙烯酰胺，鄰和對-丙烯酰胺甲基化苯酚，丙烯酰胺甲基化線型酚醛清漆，和上述諸材料的組合物，這些材料在美國專利4，903，440(Larson等)和5，236，472(Kirk等)中有更詳細(xì)的描述這里列出供參考。
有至少一個側(cè)鏈丙烯酸酯基的異氰脲酸衍生物和有至少一個側(cè)鏈丙烯酸酯基的異氰酸酯衍生物在美國專利4，652，274(Boettcher等)中有更詳細(xì)的描述，這里列出供參考。較好的異氰脲酸材料是三-(羥乙基)異氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
乙烯醚是通過陽離子機(jī)制固化形成粘合劑的粘合劑前體的例子。
在本發(fā)明中使用的通過加成(鏈反應(yīng))機(jī)制固化的粘合劑系統(tǒng)比熱塑性粘合劑系統(tǒng)有更顯著的進(jìn)步，因前者通過暴露于輻照能量能迅速且可控制地固化從而有高生產(chǎn)率同時對磨料復(fù)合物的最終形狀也有高度的控制。還有通過游離基或陽離子機(jī)制固化的粘合劑前體與縮合固化的樹脂相比其溶劑散發(fā)的問題較小。
對于用在本發(fā)明的自由基固化樹脂，在某些情況下磨料漿料應(yīng)含有自由基固化劑。但是使用電子束能源時，因?yàn)殡娮邮旧湟矔a(chǎn)生自由基，所以不總是需要固化劑的。
自由基熱引發(fā)劑的例子包括過氧化物，如過氧化苯甲酰、偶氮化合物、二苯酮和醌。使用紫外光或可見光能源時，這種固化劑有時稱為光引發(fā)劑。那些當(dāng)暴露于紫外光中會產(chǎn)生自由基源的引發(fā)劑的例子，包括有機(jī)過氧化物、偶氮化合物、醌、二苯酮、亞硝基化合物、丙烯酰鹵、腙(hydrozone)、含巰基化合物，吡喃鎓化合物、三丙烯酰咪唑、二咪唑、氯烷基三嗪、苯偶煙醚、苯偶?？s酮、噻噸酮、苯乙酮衍生物和上述化合物的混合物，但也可不限于此。當(dāng)暴露于可見光時產(chǎn)生自由基源的引發(fā)劑的例子可以在美國專利4，735，632(Oxman等)中找到，該專利的標(biāo)題為含有三元光引發(fā)劑體系的砂皮用粘合劑，該專利參考結(jié)合用于本發(fā)明中。適用于可見光的較好引發(fā)劑是可從CibaGeigyCorporation購得的“Irgacure369”。
添加劑磨料漿料可另外含有任意的添加劑，例如填料(包括研磨助劑)、纖維、潤滑劑、潤濕劑、觸變劑、表面活性劑、顏料、染料、抗靜電劑、偶聯(lián)劑、和懸浮劑。這些材料的用量要選擇合適，以得到所需的性能，使用這些材料會影響研磨復(fù)合材料的磨耗性。雖然不是本發(fā)明必不可少的，但在某些情況下，加入添加劑如陶土可以更易于控制研磨復(fù)合材料在排除鈍化的磨料顆粒并暴露新的磨料顆粒方面的磨耗性。
填料這個術(shù)語也包括在磨料工業(yè)中稱為研磨助劑的材料。研磨助劑定義為這樣的顆粒材料，由于它的加入會明顯促進(jìn)研磨的化學(xué)和物理過程，從而導(dǎo)致研磨性能的提高，研磨助劑的化學(xué)種類的例子有蠟、有機(jī)鹵化物、鹵化鹽、金屬及金屬合金。
這種材料的例子包括氯化化合物如四氯化萘、五氯化萘、聚氯乙烯。鹵化鹽的例子包括氯化鈉、鉀冰晶石、鈉冰晶石、銨冰晶石、四氟硼酸鈉、四氟硼酸鉀、氟化硅、氯化鉀、氯化鎂。金屬的例子包括錫、鉛、鉍、鈷、銻、鎘、鐵、鈦。其余的研磨助劑還有硫、有機(jī)硫化物，石墨和金屬硫化物。
抗靜電劑的例子有石墨、碳黑、氧化釩濕潤劑等。這些抗靜電劑在美國專利5，061，294(Harmer等)，5，137，542(Bucharan等)和5，203，884(Buchanan等)中公開了的，這里列出的供參考。
偶聯(lián)劑可以為粘合劑前體和填料顆粒子或磨料顆粒之間提供締合鏈。偶聯(lián)劑的例子包括硅烷，鈦酸酯，鋯鋁酸酯(鹽)。磨料漿料中偶聯(lián)劑的重量百分比為0.01-3%較好。
作為懸浮劑的一個例子是表面積小于150平方米/克的無定形二氧化硅顆粒，它可以從DeGussaCorp購得，商品名為“AEROSIL130”。
磨料復(fù)合物的形狀用于本發(fā)明的優(yōu)選的磨料制品具有排成陣列的許多單個磨料復(fù)合物，每個復(fù)合物包括分散在粘合劑系統(tǒng)中的磨料顆粒。在這個較好的實(shí)施方案中，每個復(fù)合物形狀是三維的，在使用期間有分離于其它復(fù)合物的獨(dú)立的研磨作用面。用在本發(fā)明中的這些單個磨料復(fù)合物可以聚集物形式或珠形式的磨料制品或所謂的“結(jié)構(gòu)磨料制品”形式進(jìn)行使用。結(jié)構(gòu)磨料制品指的是一種許多單個的、精確定形的復(fù)合物分布在背襯上成為一個陣列，而每個復(fù)合物含有分散在粘合劑系統(tǒng)中的磨料顆粒的磨料制品。該較好實(shí)施方案中的結(jié)構(gòu)磨料制品不包括分散在粘合劑中的磨料顆粒的整體涂復(fù)或變形涂復(fù)(如不連續(xù)地凸起的圖案)的制品。
這樣，在復(fù)合物帶有“個體”性質(zhì)的實(shí)施方案中，每個磨料復(fù)合物具有本身的形狀。單個的復(fù)合物的形狀具有本身的表面或邊界，從而使一個磨料復(fù)合物與另一個相鄰的磨料復(fù)合物在一定程度上分開。較好的是，磨料復(fù)合物的形狀是在其遠(yuǎn)端至少是分開的，即使它們粘在背襯上的基端是彼此相連的。為了形成單個磨料復(fù)合物，構(gòu)成磨料復(fù)合物形狀的一部分平面或界面必須是彼此分離的，該部分一般是其上部。磨料復(fù)合物的下部或底部可以彼此毗連。參見圖1，相鄰的磨料復(fù)合物11在接近頂端表面16處是分開的，在底部表面17處是相連的。即，為了形成單個磨料復(fù)合物，構(gòu)成磨料復(fù)合物形狀的平面和界面在磨料復(fù)合物上部的遠(yuǎn)端必須是彼此分開的，這些遠(yuǎn)端可都延伸至平行于背襯的一個想象的共同平面，或者有各自不同的高度，磨料復(fù)合物的下部或底部，但不包括遠(yuǎn)端，是可以毗鄰的。
這樣，本發(fā)明較好實(shí)施方案的磨料復(fù)合物的特征在于“單個”，意思是不同復(fù)合物的遠(yuǎn)端至少是不相連的。換言之，至少每個遠(yuǎn)端可為工件提供獨(dú)立的磨削面。這個附帶條件就是提供分離的更有彈性研磨部件的有序排列，以增加拋光作用。
單個的磨料復(fù)合物可以是任何形狀，但較好的是諸如角錐形、截斷的角錐形、立方體、長方體、棱柱形、圓錐形、截斷的圓錐形等幾何形狀，或是有三角形、正方形、長方形、六邊形、八邊形之類頂部表面形狀的柱狀或圓柱狀。所得的磨料制品可以是不同磨料復(fù)合物形狀的混合物。
較好的形狀是角錐形或無斷的解錐形。角錐形若不是截斷的較好的有4-5個面，若是截斷的較好有5-6個面(包括底面)，但是具有更多的面也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。優(yōu)選的是磨料復(fù)合物的高度在整個制品上是均勻的，但復(fù)合物也可以有不同的高度、復(fù)合物的高度可以高達(dá)200微米，特別是25-200微米。當(dāng)采用角錐形或截斷的角錐形時，底面長一般為約100-500微米。
優(yōu)選的是在顯微鏡下，如在電子掃描顯微鏡下看時，磨料復(fù)合物的形狀是精確的和由可分辨的界面所限定的。這類精確的形狀如圖1所示。磨料制品10包括一個背襯12以及粘在背襯上的許多磨料復(fù)合物11。在磨料復(fù)合物內(nèi)部是許多分散在粘合劑系統(tǒng)15中的磨料顆粒14。粘合系統(tǒng)由游離基固化的粘合劑及增塑劑所組成。在這特定敘述中，磨料組合物具有角錐的。限定角錐形的平面18非常顯明顯清晰。
在本發(fā)明中，用來描述磨料復(fù)合物的“準(zhǔn)確定形”之類的表述是指磨料復(fù)合物具有被比較光滑表面所圍成的形狀，而比較光滑的表面所圍成的形狀，而比較光滑的表面是由各面相交而定出的清晰邊緣圍成的，各邊緣又有清晰的長度和端點(diǎn)。
在本發(fā)明中，這里用來限定磨料復(fù)合物的“邊界”表示用來限定每個磨料復(fù)合物三維形狀的暴露的邊面及邊緣。這些邊界在電子掃描顯微鏡下觀看本發(fā)明磨料制品的截面時是很容易看出并分辨出的。這些邊界可以將磨料復(fù)合物彼此區(qū)分開，即使它們在基部是彼此毗連且有共同的邊界。與此不同，在沒有確定形狀的磨料復(fù)合物中，界面和邊緣是不明確的，例如，磨料復(fù)合物在完成固化前就坍塌了。
圖2顯示了具有不規(guī)則形狀的磨料復(fù)合物。磨料制品20包括一個背襯22及粘在背襯上的許多磨料復(fù)合物21。在磨料復(fù)合物中是許多分散在粘合系統(tǒng)25中的磨料顆粒24。在這特定的敘述中，磨料復(fù)合物具有截斷的角錐形、限定形狀特征的平面28或邊界28是不完美不準(zhǔn)確的。不完美的形狀可能是由于在粘合劑前體固化前讓磨料漿流動或坍塌，例如，在復(fù)合物已充分固化而能保持模具所制出的形狀前就過早地從背襯上除去模具而產(chǎn)生的。這些不平直、不清晰、不可再現(xiàn)的不完美平面或界面稱為不規(guī)則形狀。
另一種情形是，單個磨料復(fù)合物是磨料聚集物或珠，如美國專利4，311，489;4，652，275和4，799，939所述，但本發(fā)明中已根據(jù)本文所述方法作了改變，以增加其磨耗性。
較好的是有至少700個磨料復(fù)合物/cm2，優(yōu)選的是至少1，500個/cm2，最好是7，500個/cm2。磨料復(fù)合物的這些表面間隔值使磨料制品有相對高的切削速度、較長的壽命，在被磨的工件表面也形成了相當(dāng)精細(xì)的表面光潔度。在一些情況下，這樣的復(fù)合物密度會使磨料復(fù)合物分解得更一致。
另外可以設(shè)想通過使磨料顆粒分散在本申請所揭示的粘合劑中而構(gòu)成的漿料固化在背襯上形成相互交聯(lián)的磨料復(fù)合物網(wǎng)絡(luò)式格柵。網(wǎng)絡(luò)可以是格子構(gòu)型，其中磨料的交聯(lián)的凸緣(如通過輪轉(zhuǎn)凹版印刷輥涂施至背襯上)圍住沒有磨料的空隙。在這個實(shí)施方案中，磨料不連續(xù)地施加或在背襯上形成長條形的磨料凸緣，它們在包括遠(yuǎn)端處交聯(lián)。本發(fā)明的這個實(shí)施方案提供了凸起的磨料圖案，如包括美國專利4，733，920和美國專利5，014，469中提及的圖案，但這里揭示的磨料是用本發(fā)明的方法作了改變的，特別是按這里所述的種類和用量加入了有機(jī)增塑劑，以得到可磨耗的磨料。
磨料制品的制備方法制造磨料制品的第一步是制備磨料漿。磨料漿是用任何一種合適的混合方法混合粘合體前體、增塑劑、磨料顆粒和任選的添加劑制備的?；旌戏椒捎玫颓凶兓旌虾透咔凶兓旌希咔凶兓旌陷^好。混合步驟中也可結(jié)合應(yīng)用超聲以降低磨料漿的粘度。一般的做法是磨料顆粒逐漸加入粘合劑前體中?？梢栽诨旌喜襟E中或混合步驟后抽真空減少磨料漿中氣泡的量。在某些情況下最好對磨料漿加熱以降低其粘度，加熱溫度一般為30°-70℃。重要的是，磨料漿的流變性應(yīng)使磨料漿痕好地涂敷在襯底上，并且磨料顆?；蚱渌盍显跐{中不會沉淀。
有兩種主要的方法來制備本發(fā)明的磨料制品。第一種方法一般可產(chǎn)生具有精確形狀的研磨復(fù)合體。為了得到精確的形狀，需要趁磨料漿仍在模具的模腔中時就令粘合劑前體固化。第二種方法一般是產(chǎn)生不規(guī)則形狀的研磨復(fù)合體。在兩種方法中，磨料漿都被涂在模具的腔中以產(chǎn)生磨料復(fù)合物，但在第二種方法中，在粘合劑前體固化之前就從模具中移去磨料漿，然后，粘合劑前體才固化。由于磨料漿在模具的模腔中未固化，從而在出模后，磨料漿因流動而使研磨復(fù)合體變形。
對于這兩種方法，如果使用可由自由基機(jī)制固化的熱固性粘合劑前體，可根據(jù)粘合劑前體的化學(xué)性質(zhì)使用熱能或輻射能來促使固化。
模具模具中有許多模腔，模腔的形狀和研磨復(fù)合體的形狀互補(bǔ)，其作用就是產(chǎn)生研磨復(fù)合體的形狀。每平方厘米上至少有700個模腔，較好至少有1500個，更好至少有3000個，最好是至少7500個/cm2。這個模腔的數(shù)目就會相應(yīng)地在每平方厘米上產(chǎn)生相同數(shù)目的磨料復(fù)合物。這些模腔可以具有任何形狀，但較好的是，如角錐形、截斷的角錐形、立方體、長方體、棱柱形、錐形、截斷的錐形或圓柱形的幾何構(gòu)型，或是頂部表面是三角形、正方形、矩形、六邊形、八邊形等的柱狀幾何構(gòu)型。一個個模腔可以是點(diǎn)狀分布，相鄰模腔之間是隔開的，或者模腔可互相鄰接。以互相鄰接較好。另外，模腔的形狀是這樣選擇的，隨著離開背襯的距離而減少。模具可以是帶狀、片狀、連續(xù)的片卷狀、可以是一個涂敷轉(zhuǎn)輪如凹板印刷轉(zhuǎn)輪、一個套在涂敷轉(zhuǎn)輪上的套筒，或就是通常的模子。模具可以用金屬如鎳、合金、陶瓷或塑料做材料。金屬模具可以用任何傳統(tǒng)方法如雕刻、滾削、電鑄、金剛石切削滾花等方法制造。銅模具可以是金剛石切削的、而鎳金屬模具可以是銅模具的電鍍品。熱塑性塑料做的模具可以由金屬母模來復(fù)制。這種母模中有模具所需的互補(bǔ)形狀。母模最好用金屬如鎳制造。熱塑性塑料片材的加熱也可以和母模壓在一起加熱，從而使熱塑性塑料片材上壓印出與母?；パa(bǔ)的形狀。熱塑性塑料也可以擠壓或澆制在在母模上，然后加壓最后冷卻固化生成模具。
模具中也可以有一層防粘層，便于磨料制品容易從模具中脫卸出來，這種防粘涂層的例子包括硅酮和含氟化合物。
能源磨料漿包括一種游離基可固化的粘合劑前體，這類粘合劑前體是被固化或聚合的。這類聚合一般靠暴露在熱或光輻照能源上來引發(fā)，所用能量的多少取決于多種因素，如粘合劑前體的化學(xué)性質(zhì)、由磨料漿形成的研磨復(fù)合體的尺寸、磨料顆粒的量和類型以及選用的添加劑的是量和類型。輻照能源包括電子束、紫外光或可見光。電子束輻射(也稱為離子化輻射)可以使用大約0.1至10兆拉德。最好是使用1至10兆拉德的。紫外輻射是指一種波長范圍大約為200至400納米，較好為250至400納米的非微粒性輻射。使用的紫外光光線較宜為300至600瓦/英寸(120至240瓦/厘米)。可見光是指波長范圍為約400至800納米，較好為400至550納米的非微粒性幅射。也可能用熱能來引發(fā)游離基聚合。
第一種方法，也是較好的，如圖4所示，背襯41來自開卷滾筒42，與此同時，模具(圖案模具)46則來自開卷滾筒45。模具46通過涂敷裝置44涂覆磨料漿。磨料漿在涂覆之前可以加熱或/和用超聲波處理降低其粘度。涂敷裝置可以用任何常規(guī)的，如落模式涂覆機(jī)、刮刀式涂覆機(jī)、簾模式涂覆機(jī)，真空模式涂覆機(jī)、或模式涂覆機(jī)。涂覆過程中應(yīng)該盡量減少產(chǎn)生氣泡。較好的涂覆方法是用真空液體支承模。模具涂覆后，用任何一種方法使背襯和磨料漿相互接觸，從而使磨料漿潤濕背襯的正表面。在圖4中，用接觸咬送滾筒47使磨料漿和背襯相互接觸。較好的是磨料漿在咬送滾筒處的模具上保持一滾壓卷邊以保證均勻涂覆。接觸咬送滾筒47與將所得的結(jié)構(gòu)貼著支撐滾筒43滾動壓漿。接著，某一形式的能量被傳遞至磨料漿，使粘合劑前體至少部分固化。這里的部分固化表示，粘合劑前體被聚合成磨料漿不會從反轉(zhuǎn)的工具中流出的狀態(tài)。一旦與背襯已粘結(jié)的粘合劑前體從模具上脫卸下來，就可用任何能源使之完全固化。接著，模具被重新卷在卷繞滾筒49上，供重復(fù)使用。另外，磨料制品則卷在卷繞滾筒48上。如果粘合劑前體沒有完全固化，它可以在經(jīng)過一般時間和/或用一個能源輻射使之完全固化。根據(jù)這種方法生產(chǎn)磨料制品進(jìn)一步的步驟在美國專利5，152，917。(Pieper等)以及美國專利申請08/004，929(Spurgeon等)(1993.1.14提交，現(xiàn)已授權(quán))中作了闡述。這里列出供作參考。
在這第一個方法的變體中，磨料漿先涂在背襯上而不是涂在模具的模槽中，涂有磨料漿的背襯然后和模具相互接觸，結(jié)果使磨料漿壓入模槽中。制造磨料制品的其余步驟和上述方法中相同。
對于第一種方法，較好地是使用輻射能來固化粘合劑前體。輻射能可以透過背襯或模具。背襯和模具不應(yīng)該顯著地吸收輻射能。另外輻射能源不可對背襯或模具有顯著的變質(zhì)作用。例如紫外光可以通過聚酯背襯。而如果模具由某些熱塑性塑如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚醚、聚磺酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯或上述材料的組合物制造的話，紫外光或可見光可以通過模具進(jìn)入磨料漿。易變形的材料容易加工。對于熱塑性塑料制成的模具，應(yīng)該調(diào)節(jié)制造磨料制品的操作條件，以避免產(chǎn)生過熱。如果產(chǎn)生過熱，就會使熱塑性塑料的模具變形或熔化。
第二種方法如圖5所示。磨料漿54通過涂覆裝置53涂在模具55上(這里顯示出是一個滾筒)。磨料漿可借助于任何方式涂覆于模具上，如用落模式涂覆機(jī)、滾筒涂覆機(jī)、刮刀式涂覆機(jī)、簾式涂布機(jī)、真空模涂覆機(jī)、或模式涂覆機(jī)。涂覆過程中，應(yīng)該盡量減少產(chǎn)生氣泡。背襯51離開卷筒52，用咬送滾筒56使模具和磨料漿與背襯51接觸，從而使磨料漿浸濕背襯。涂在背襯上的磨料漿用能源57A輻照以引發(fā)粘合劑前體的聚合反應(yīng)，結(jié)果形成許多磨料復(fù)合物。接著，從模具中取出磨料制品。取出后將所得的磨料制品繞在滾筒裝置58上。
在一種變體方法中，磨料漿可涂進(jìn)背襯中，而不是涂在模槽上。然后背襯和模具接觸，結(jié)果磨料漿填充模腔。制造磨料制品的、其余步驟仍和上述相同。
也可能在從模具55中取出后粘合劑前體暴露于能量源57B而不是57A。該方法得到的復(fù)合物形狀稍有坍塌，如圖2所示。
在磨料制品制成后，在轉(zhuǎn)化前可以彈性化和/或潮濕化、在使用磨料制品前料制品可轉(zhuǎn)化成任何所需的形式、如錐、無盡的帶、片、盤等。
精修工件表面然后用磨料制品精修工件表面，術(shù)語“精修”表明用磨料制品來磨掉工件的一部分，同時與工件表面相關(guān)的拋光而減薄。一個典型的表面光潔度的測法是Ra;Ra是用微英寸或微米為單位的算術(shù)平均光潔度。表面光潔度可用表面光度儀，如Perthometer或Surtronic來測量。
工件用本發(fā)明磨料制品可進(jìn)行研磨的工件，其材料可以是任何類型的，如金屬、金屬合金、特種合金、陶瓷、玻璃、木材、木材類似物、復(fù)合材料、油漆表面、塑料、增強(qiáng)塑料、石材、大理石以及上述材料的復(fù)合物。工件可以是平的或有一定形狀或輪廓。本發(fā)明的磨料制品通過選擇合適的背襯而有足夠的彈撓性來適應(yīng)有輪廓的表面，工件的例子有、玻璃眼鏡片、塑料眼鏡片、塑料透鏡、玻璃電視屏幕、金屬汽車零件、塑料零件、刨花板、凸輪軸、曲軸、升降筏、家具、葉輪片、涂漆汽車零件、磁介質(zhì)部件等。
研磨界面上的力在0.1kg至1000kg之間，隨用途而異。一般研磨界面上的力為1kg至500kg。也是根據(jù)用途的需要，研磨時可以施加液體。這種液體可以是水和/或有機(jī)化合物。典型的有機(jī)化合物的例子包括潤滑劑、油、乳化劑、切削液、肥皂液等。這些液體也可以含有其他添加劑，如去泡劑、脫脂劑、防銹劑等。磨料制品在使用磨表面上產(chǎn)生更細(xì)致、更光滑的表面。
磨料制品可制成帶、帶卷、盤、片等形式。磨料盤，也包括磨料技術(shù)中稱作“菊花盤(daisies)”的，其直徑為5cm-1m。典型地磨料盤通過連接裝置固定在支承墊上。該磨料盤的轉(zhuǎn)速為100-20，000轉(zhuǎn)/分鐘，典型地為1，000-15，000轉(zhuǎn)/分鐘。
本發(fā)明的磨料制品可以手工使用，或在機(jī)器上使用。磨料制品和工件至少一個，或兩者作相對運(yùn)動。
可與本發(fā)明磨料一起使用的磨盤機(jī)可以是能接受固定的磨料墊即磨盤裝置的任何機(jī)器，適合使用本發(fā)明磨料對光學(xué)鏡片進(jìn)行拋光操作的研磨機(jī)包括“Coburn 5000柱形機(jī)，Coburn Optical Industries，Inc.購得，Muskogee，Oklahoma;Coburn 506柱形機(jī);以及其它工業(yè)上已知的機(jī)器。本過程需要的壓強(qiáng)為0.7-1.8kg/cm2;最好是1.5kg/cm2。但是，壓強(qiáng)一般決定于所用的設(shè)備。據(jù)考磨料制品上的壓強(qiáng)有助于使所用的磨料制品分解磨耗，這對于每一種磨料制品都是不同的?？傊玫膲毫Ω鶕?jù)所用的研磨機(jī)、工件最初的表面光潔度、磨料顆粒的粒徑以及所需工件最后的表面光潔度而定。
對光學(xué)鏡片進(jìn)行拋光的時間通常是30秒至6分鐘，2-3分鐘最常見。鏡片拋光需要的確切時間視所用的壓力、鏡片最初的表面光潔度、磨料的粒徑以及鏡片所需的最終的表面光潔度而定。一個有經(jīng)驗(yàn)的機(jī)械操作者能決定正確的時間以及所需的壓力以得到所需最終的光潔度。
磨盤裝置在使用本發(fā)明的磨料制品進(jìn)行研磨操作時用水沖淋。施用于本發(fā)明的磨料片或墊上的液態(tài)流體較好的是占主體的水，但也可以包括其它用于漿料拋光或常規(guī)的砂布精修過程中的典型組份。這類添加劑可以包括水溶性的油、可乳化油、濕潤劑之類。含水流體至少基本是無磨料顆粒的，較好的是無磨料顆粒。
用在拋光片以及被拋光鏡片的界面上的水流必須有相當(dāng)大的體積，以便“沖洗”拋光表面，即，所用的液體量應(yīng)能基本復(fù)蓋研磨界面的全部表面，可以用軟管和噴嘴將水流引向界面，從而使水存留于該處及其附近。
下列非限制性實(shí)施例將進(jìn)一步闡述本發(fā)明，除非另作說明，在實(shí)施例中的所有份數(shù)、百分比、比率等均是以重量為基礎(chǔ)。
實(shí)施例使用了下面縮略詞三丙烯酸三羥甲基丙烷酯，從Sartomer購得，商品名TMP-“SR351”TAPEG聚乙二醇，從UnionCarbide購得，商品名Carbowax“600”;
PH22-芐基-2-N，N-二甲氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮，CibaGeigy公司生產(chǎn)，商品名“Irgacure369”;
ASF無定形二氧化硅填料，DeGussa生產(chǎn)，商品名“Aerosil130”WAO白色氧化鋁，IIS級6000，平均粒徑2微米，F(xiàn)ujimi公司生產(chǎn)。
SCA硅烷偶聯(lián)劑，3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，UnionCarbide購得，商品名“A-174”。
試驗(yàn)過程1試驗(yàn)過程1用來試驗(yàn)用作光學(xué)鏡片的拋光的磨料制品，磨料樣品用標(biāo)準(zhǔn)的沖模切成3吋(約7.6cm)直徑的“菊花盤”(daisies)、鏡片工件由“CR-39”塑料制成，從PittsburghPaint&Glass(PPG)，(美國賓夕法尼亞匹茲堡)購得。這是68mm直徑，并預(yù)研成212球形曲線(2.12屈光度)。待試驗(yàn)的磨料背面層疊以壓力敏感的粘合劑，并粘在研磨塊上。使用的磨盤機(jī)是Coburn5000柱形機(jī)，從CoburnOpticalIndustries，Inc.(美國俄荷拉馬州Muskogee市)購得，用20磅力(約4.5牛頓)將研磨裝置和磨料制品壓向鏡片工件表面。在拋光時磨盤和鏡片用水沖淋。通過將持續(xù)的水流注入研磨塊和鏡片工件相互接觸的界面來實(shí)現(xiàn)沖淋。
首先進(jìn)行一步精修操作用4微米的氧化鋁珠磨膜(3M公司生產(chǎn)，商品名3M 356M Qwik StripTM精修墊)對鏡片精磨1分鐘。然后用下述例舉的磨料制品所述的相同條件下使鏡片拋光2分鐘作為第二步精修。
RtmRtm是在磨料工業(yè)上常用的精糙度的量度，是五個相續(xù)的測量長度上的五個粗糙深度的平均值，其中單個的粗糙深度是在測量長度內(nèi)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的垂直距離。Rtm用表面光度儀探頭測量，這是一個金剛石尖筆，結(jié)果用微米記錄。一般，Rtm越低，拋光面越平滑。使用的光度儀是M4P，有0.005mm半徑的尖端，測量行程8.0mm。
實(shí)施例1-3和比較實(shí)施例A從下列磨料漿配方中制備實(shí)施例1-3和對比A，其中的數(shù)量用占總混合物的重量百分?jǐn)?shù)(%)來表示。
除了實(shí)施例2用真空模涂覆器進(jìn)行涂覆外，在所有的試驗(yàn)中磨料漿用刮刀式涂覆器以4.8m/分鐘的速度施加至聚丙烯模具上，該模具有截斷角錐形的圖案，磨料漿填滿了模具的凹處。角錐形圖案是這樣的，它們的基部彼此毗連，截斷角錐形的高度是約80微米(3.15密耳)，基底是每邊長約178微米(7密耳)，頂是每邊長約51微米/2密耳。每英寸約有113條線(約44條線/cm)。通過輥將250微米厚的紙背襯壓在模具上，使磨料漿濕潤背襯的的上表面。通過將模具與背襯和粘合劑前體以約45.7m/分鐘的速度經(jīng)過236W/cm的“V”形燈泡“(V-bulb”)(FusionSystemCo.生產(chǎn))之下而使制品固化。輻照穿透模具。該可見光使磨料漿變成了磨料復(fù)合物，磨料復(fù)合物被粘在紙基上，接著將紙/磨料復(fù)合物結(jié)構(gòu)從模具上分出以形成磨料制品。
下表2顯示了用試驗(yàn)過程1試驗(yàn)的實(shí)施例1和對比例A的結(jié)果(用微米表示)。
表2
結(jié)果表明當(dāng)聚乙二醇以至少30%的量與磨料復(fù)合物中的粘合劑前體混合時，制品的表面光潔度有顯著的改進(jìn)。
實(shí)施例4-7及對比例AA，B除了作下列改變，其它按實(shí)施例1-3和對比例A來進(jìn)行試驗(yàn)各角錐的基底不相連;
固化速度是15.2米/分鐘(50fpm)，模具只有113條線/吋(44.5條線/cm);
根據(jù)表3配出漿料并根據(jù)試過程1試驗(yàn)。
表3
+對于實(shí)施例7，PEG用59.1份“SilwetTML-7500(Union Carbide Co.生產(chǎn)的水還溶性硅油)代替形成30/70SilwetTML-7500/TMP-TA混合物。
表4 結(jié)果－眼鏡片拋光
實(shí)施例8和對比例C水溶性硅油除了作下述改變，對水溶性硅油重復(fù)實(shí)施例1-3的每個實(shí)施過程。
所用的工具不是實(shí)施例1-3的截斷角錐形模具而是2.5密耳金剛石級的有63.5μm高的角錐形腔(8.850腔/cm2)的模具。
表5<
>得到下列的光學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表6
>對該技術(shù)領(lǐng)域的人員可以對本發(fā)明作出種種的改變和替換而不背離本發(fā)明的范圍和精神，應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明不為這里所述的具體實(shí)施方案所限定。
權(quán)利要求
1.一種磨料制品，它具有片狀結(jié)構(gòu)，至少在某一個主表面上排布著許多單個的磨料復(fù)合物，每個復(fù)合物的特征在于有許多磨料顆粒分散在增塑的粘合劑中，所述的粘合劑通過粘合劑前體的聚合來形成，其中所述的粘合劑前體在聚合前與增塑劑混合，用量是每100份(重量)所述粘合劑前體和增塑劑的混合物中含30-70份(重量)增塑劑。
2.如權(quán)利要求1所述的磨料制品，其中所述的增塑劑是選自多元醇、有機(jī)硅(氧烷)油以及它們的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的磨料制品，其中所述的增塑劑包括選自聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、丙三醇、聚乙烯醇及它們的混合物的一種多元醇。
4.如權(quán)利要求1所述的磨料制品，其中所述的粘合劑是從所述的粘合劑前體經(jīng)加成聚合機(jī)制聚合形成。
5.如權(quán)利要求1所述的磨料制品，其中所述的復(fù)合物每個都由清晰和可分辨的邊界圍成一個準(zhǔn)確的形狀，其中所述的復(fù)合物進(jìn)一步包括與所述主表面隔開的遠(yuǎn)端，它與其它任何復(fù)合物是不相連的。
6.用權(quán)利要求1的磨料制品精修工件的方法，其特征在于包括下列步驟(a)使有表面的工件和磨料制品進(jìn)行磨擦接觸;以及(b)使所述的磨料制品和所述的工件表面中的至少一個運(yùn)動，從而減薄所述工件的表面。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的工件由選自金屬、金屬合金、陶瓷、玻璃、木頭、復(fù)合物、油漆表面、塑料、石頭和大理石的材料構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的磨料制品的制備方法，其特征在于包括下列步驟(a)制備一種包括增塑劑、許多磨料顆粒并以粘合劑前體作為液體介質(zhì)的漿料，其中對于每100份(重量)粘合劑加上增塑劑，有30-70份(重量)增塑劑;(b)提供一個有前表面和底表面的背襯，以及有接觸表面的模具，它包括許多腔，每個腔都有由清晰可區(qū)分的邊界所圍成的精確形狀;(c)提供裝置將所述的漿料施加至所述的腔中;(d)將所述的背襯的前表面與所述的模具的接觸表面相接觸，使每個腔中的所述漿料接觸并潤濕所述背襯前表面上的各個區(qū)域;(e)固化所述的粘合劑前體以在所述的腔中形成粘合劑，通過固化，所述的漿料就轉(zhuǎn)化為許多磨料復(fù)合物;以及(f)在所述的固化后，將所述的模具與所術(shù)的背襯分開以得到連接在所述背襯前表面上的許多磨料復(fù)合物。
全文摘要
一種磨料制品，它具有片狀結(jié)構(gòu)，至少在某一個主表面上散布著許多單個的磨料復(fù)合物，每個復(fù)合物的特征在于有許多磨料顆粒分散在增塑的粘合劑中，所述的粘合劑通過粘合劑前體的聚合來形成，其中所述的粘合劑前體在聚合前體與增塑劑混合，用量是每100份(重量)所述粘合劑前體和增塑劑的混合物中含30-70份(重量)增塑劑。本發(fā)明也涉及用這類磨料制品減薄工件的拋光表面的以及制備磨料制品的方法。
文檔編號C08L101/00GK1102800SQ9411721
公開日1995年5月24日 申請日期1994年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月29日
發(fā)明者J·D·哈斯, W·J·布魯克斯沃特, T·J·克里斯坦森 申請人:美國3M公司