專利名稱：磨料制品的制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造磨料制品的方法，更具體地涉及一種采用輻射使粘合劑前體固化的制法。
背景技術(shù)：
涂覆磨料制品典型地含有用一種或多種粘合劑粘附于背襯上的許多磨料顆粒。典型的粘合劑包括下列固化樹脂酚醛樹脂，氨基塑料樹脂，尿烷樹脂，環(huán)氧樹脂，烯不飽和樹脂，丙烯酸酯化的異氰脲酸樹脂，脲醛樹脂，異氰脲酸樹脂，丙烯酸酯化的尿烷樹脂，丙烯酸酯化的環(huán)氧樹脂及它們的混合物。其中固化的酚醛樹脂是最常用的粘合劑。大多數(shù)涂覆磨料制品的制造是用連續(xù)方法，先在背襯上涂以粘合劑前體和磨料顆粒。然后，使粘合劑前體固化形成粘合劑。這種固化方法會(huì)造成粘合劑前體的聚合和固結(jié)。在某些情況下，需要模制出涂覆磨料制品，將某種圖案賦于制品表面。模壓法能提供含有預(yù)先成形的磨料顆粒的可重復(fù)生產(chǎn)的涂覆制品。若粘合劑前體是一種熱固性樹脂，則熱固化過程會(huì)超過10小時(shí)。這樣的固化需時(shí)太久，因而在許多情況下，對(duì)于生產(chǎn)具有預(yù)成形磨料顆粒的磨料制品是不切實(shí)際的。需要開發(fā)一種具有需時(shí)較短的方法，以便生產(chǎn)其表面上含有預(yù)成形磨料復(fù)合物的涂覆磨料制品。
發(fā)明的公開本發(fā)明提供一種磨料制品的制法。
本發(fā)明方法一般包括以下步驟a.提供一種含有磨料顆粒和粘合劑前體的混合物；b.提供一個(gè)具有前表面的背襯；c.相對(duì)于一個(gè)具有接觸表面的，能透過輻射能的生產(chǎn)模具將背襯定位好，使背襯的前表面朝向生產(chǎn)模具的接觸表面，從而在位于生產(chǎn)模具的接觸表面和背襯的前表面之間界定出一個(gè)混合物接受區(qū)域；d.將步驟(a)的混合物引入混合物接受區(qū)域；e.令輻射能通過生產(chǎn)模具，使得粘合劑前體至少部分地固化，從而獲得成形的，可操持的(handleable)結(jié)構(gòu)件；f.將成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件從生產(chǎn)模具上移去。
出于各種原因，其中之一為經(jīng)濟(jì)節(jié)省，常希望用混合物完全注滿混合物接受區(qū)域。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案包括以下步驟a.提供一個(gè)具有前表面的背襯；b.提供一個(gè)具有接觸表面的，能透過輻射的生產(chǎn)模具；c.將含有許多磨料顆粒和一種粘合劑前體的混合物施涂于生產(chǎn)模具的接觸表面；d.使生產(chǎn)模具接觸表面上的混合物與背襯的前表面直接接觸，從而使混合物潤濕背襯的前表面；e.令輻射能通過生產(chǎn)模具，至少部分地固化粘合劑前體，使混合物變?yōu)槌尚蔚模刹俪值慕Y(jié)構(gòu)；f.將成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件從生產(chǎn)模具上移去。
在本發(fā)明方法的第二個(gè)實(shí)施方案中，混合物是施涂在背襯的前表面上；令能夠透過輻射能的生產(chǎn)模具的接觸表面與混合物直接接觸，使混合物潤濕生產(chǎn)模具的接觸表面；令輻射能通過生產(chǎn)模具，至少使粘合劑前體部分固化，從而使混合物變?yōu)槌尚蔚?，可操持的結(jié)構(gòu)；最后將成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件從生產(chǎn)工具上移去。
混合物中含有許多磨料顆粒和粘合劑前體。粘合劑前體是液態(tài)，沒有聚合或固化。因?yàn)榛旌衔锸且簯B(tài)，所以能流動(dòng)；它能涂于背襯的表面或生產(chǎn)模具的表面?；旌衔镏械恼澈蟿┣绑w能通過輻射能量的照射得以部分固化。部分固化就導(dǎo)致粘合劑前體的固結(jié)，形成粘合劑。當(dāng)粘合劑部分固化后，所得的硬化混合物被稱為成形的，可操持的結(jié)構(gòu)(件)。當(dāng)成形的，可操持的結(jié)構(gòu)中的粘合劑完全固化時(shí)，背襯和成形的，可操持的結(jié)構(gòu)的結(jié)合物被稱為涂覆磨料制品。
輻射能源的例子包括電子束，紫外線和可見光。生產(chǎn)模具用基本上不吸收輻射能的材料制成，因?yàn)檩椛淠芤高^生產(chǎn)模具進(jìn)入混合物?？梢允褂脮?huì)吸收輻射的材料作為背襯，因?yàn)椴⒉恍枰椛淠芰看┩副骋r。
生產(chǎn)模具與混合物接觸的表面上最好有以某種圖案排列的模腔或凹穴。在本發(fā)明方法的過程中，混合物會(huì)潤濕表面并最好填滿這些凹穴。因?yàn)檎澈蟿┣绑w至少在生產(chǎn)模具的表面部分固化，所以得到的磨料制品會(huì)具有與生產(chǎn)模具圖案的反象相對(duì)應(yīng)的形貌圖案。
本發(fā)明方法可以使用不透過紫外線或可見光的背襯，如背襯非常厚或不透明或既厚又不透明。此外，當(dāng)磨料復(fù)合體為小金字塔形時(shí)，可使金字塔的頂點(diǎn)接受更高劑量的輻射，從而使磨料復(fù)合物頂尖很硬，而不必使用后固化步驟。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)磨料制品的一種設(shè)備的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)磨料制品的另一種設(shè)備的示意圖。
圖3是本發(fā)明方法所用生產(chǎn)模具一段的剖視圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供一種生產(chǎn)磨料制品的方法，該制品的背襯上面通過粘合劑粘附有許許多多磨料顆粒。
圖1顯示了用于生產(chǎn)磨料制品的一套設(shè)備10。生產(chǎn)模具11為帶狀、具有兩個(gè)主表面和兩個(gè)末端。具有前表面13和背表面14的背襯12，離開開卷滾筒15。與此同時(shí)，生產(chǎn)模具11則離開開卷滾筒16。生產(chǎn)模具11的接觸表面17在涂覆裝置18涂覆上由磨料顆粒和粘合劑前體組成的混合物。在涂覆步驟之前，可以對(duì)混合物加熱降低其粘度。涂覆裝置18可以是任何常規(guī)的涂敷裝置，如刮刀式涂覆機(jī)，落模式涂覆機(jī)，簾模式涂覆機(jī)，真空模式涂覆機(jī)或擠出模式涂覆機(jī)。在生產(chǎn)模具11的接觸表面17上經(jīng)混合物涂覆后，令背襯12和生產(chǎn)模具11相接觸，使混合物潤濕背襯12的前表面13。在圖1中，用接觸咬送滾筒20使混合物與背襯12接觸。該滾筒20還使生產(chǎn)模具/混合物/背襯的結(jié)構(gòu)緊粘著一支撐滾筒22。接著，由輻射能源24發(fā)射出足夠劑量的輻射能，透過生產(chǎn)模具11的背面25，照射到混合物上，使得粘合劑前體至少部分固化，得到成形的，可操持的結(jié)構(gòu)26。然后使生產(chǎn)模具11與成形的，可操持的結(jié)構(gòu)26分開。生產(chǎn)模具11與成形的，可操持的結(jié)構(gòu)26的分離發(fā)生于滾筒27處。剛通過滾筒27后，成形的、可操持的結(jié)構(gòu)26與生產(chǎn)模具11之間的角度α最好要陡些，如大于30°，以使成形的、可操持的結(jié)構(gòu)26能干凈利索地與生產(chǎn)模具11分離。生產(chǎn)模具11則被重新卷在卷繞滾筒28上，供再次使用。而生成的涂覆磨料制品則卷在卷繞滾筒30上。如果粘合劑前體沒有完全固化，可以通過另一能量源如熱能源或另一輻射能量源完全固化，形成涂覆磨料制品?；蛘?，也可以無需使用另一能量源來實(shí)現(xiàn)完全固化形成涂覆磨料制品的。在本文所用的“完全固化”之類的詞語意思是指粘合劑前體已足夠固化，使得得到的產(chǎn)品能發(fā)揮磨料制品的功能。
在這一帶形磨料制品制成后，可以進(jìn)行彎曲處理和/或加濕處理，再將它轉(zhuǎn)變成任何所需的形式，如錐、環(huán)形帶、片、盤等，然后用于研磨。
圖2顯示了用于制備磨料制品的另一種方法的設(shè)備40。在該設(shè)備中，混合物是涂覆于背襯上而不是生產(chǎn)模具上。在該設(shè)備中，生產(chǎn)模具41是個(gè)具有正面和背面的環(huán)形帶。背襯42具有背面43和前表面44，它離開開卷滾筒45。背襯的前表面44在涂覆裝置46處涂上磨料顆粒和粘合劑前體的混合物。用接觸咬送滾筒48使混合物緊粘著生產(chǎn)模具41的接觸表面47。滾筒48還使生產(chǎn)模具/混合物/背襯的結(jié)構(gòu)緊貼著支撐滾筒50，使得混合物潤濕生產(chǎn)模具41的接觸表面47。生產(chǎn)模具41用三個(gè)旋轉(zhuǎn)滾筒52，54和56驅(qū)動(dòng)。然后輻射能透過生產(chǎn)模具4l的背面57進(jìn)入混合物，使粘合劑前體至少部分固化?？梢杂靡粋€(gè)輻射能量源58。也可以用第二個(gè)輻射能量源60。這些能量源可以是同類型或不同類型的。在粘合劑前體至少部分固化后，得到的成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件62便與生產(chǎn)模具41分開，卷在卷繞滾筒64上。在滾筒65處，成形的、可操持的結(jié)構(gòu)62與生產(chǎn)模具41脫離。剛通過滾筒65后，成形的，可操持的結(jié)構(gòu)62與生產(chǎn)模具41之間的角度α最好較陡些，例如大于30°，以使成形的，可操持的結(jié)構(gòu)62能干凈利索地與生產(chǎn)模具41分離。如果粘合劑前體沒有完全固化，可以通過另一能量源如熱能源或另一輻射能量源的照射使其完全固化，形成涂覆磨料制品?；蛘?，也可以無需使用另一能量源來實(shí)現(xiàn)完全固化形成涂覆磨料制品。
在這一帶形磨料制品制成后，可以進(jìn)行彎曲處理和/或加濕處理，再將它轉(zhuǎn)化成任何所需的形式，如錐、環(huán)形帶、片、盤等然后用于研磨。
在這兩個(gè)實(shí)施方案中，常常需要用磨料顆粒和粘合劑前體的混合物完全填滿生產(chǎn)模具的接觸表面與背襯的前表面之間的空間的。
適用于本發(fā)明方法的背襯具有前表面和背面。用于制造背襯的材料的代表性例子有聚合物薄膜，涂過底料的聚合物薄膜，未上膠的布，預(yù)上膠的布，未上膠的紙，預(yù)上膠的紙，硫化纖維片材，無紡纖維片材及它們的結(jié)合。背襯也可經(jīng)密封處理或者改變其某些物理性能的處理。這些處理方法是本領(lǐng)域眾所周知的。例如，布背襯上可以有浸漬涂層，背面上膠涂層，前面上膠涂層或它們的組合。浸漬涂層是用一種液體物質(zhì)浸漬背襯并填入背襯的小孔中。涂在背襯背面的背面上膠涂層能在使用中保持其纖維或紗線。位于背襯前表面的前表面上膠涂層起著密封布的孔隙的作用。用于對(duì)布進(jìn)行處理的樹脂的例子包括酚醛樹脂，乳液，環(huán)氧樹脂，丙烯酸酯，丙烯酸酯化的環(huán)氧樹脂，丙烯酸酯化尿烷，聚酯，淀粉及它們的組合。用于布處理的樹脂還可含有添加劑如填料、纖維、偶聯(lián)劑、潤濕劑、染料和顏料等。
用于形成磨料復(fù)合物的混合物就是將許許多多磨料顆粒分散于粘合劑前體中。本文所用的術(shù)語“混合物”是指將許許多多磨料顆粒分散于粘合劑前體中得到的任何的復(fù)合物?；旌衔镒詈檬强闪鲃?dòng)的。但是，如果混合物不能流動(dòng)，可以通過其他手段如熱或壓力或者熱與壓力兩者的結(jié)合使混合物與生產(chǎn)模具的接觸表面或背襯的前表面接觸。這種混合物可以描述為形狀適應(yīng)的(適型的)，即能使其具有與生產(chǎn)模具的接觸表面和背襯的前表面反向適應(yīng)的形狀，外觀或輪廓。
典型磨料顆粒的大小為約0.1～1500微米，通常為約1～400微米。磨料顆粒的莫氏硬度以大于約8為好，大于9則更佳。但是，顆粒的莫氏硬度也可以低于8。適用于本發(fā)明的磨料顆粒例子包括熔融氧化鋁、陶瓷氧化鋁、熱處理氧化鋁、白色氧化鋁、綠色碳化硅、碳化硅、礬土、氧化鋯、金剛石、鈰土、立方氮化硼、石榴石和上述磨料顆粒的混合物。術(shù)語“磨料顆粒”指單個(gè)磨料粒子，也包括多個(gè)磨料粒子結(jié)合在一起形成的磨料聚集物。磨料聚集物的進(jìn)一步說明可見專利號(hào)為4,311,489、4,652,275和4,799,939的美國專利。
粘合劑前體能通過能量的作用而固化，較佳的是輻射能，更佳的是紫外線，可見光或電子束的輻射能。其他能量包括紅外線、熱和微波。重要的是這種能量應(yīng)不致?lián)p害本發(fā)明方法中所用的生產(chǎn)模具，使得模具能再度使用。粘合劑前體的聚合可以通過自由基機(jī)制或陽離子機(jī)制。能夠因輻射能的照射而聚合的粘合劑前體有丙烯酸酯化的尿烷，丙烯酸酯化的環(huán)氧樹脂，烯不飽和化合物，具有側(cè)鏈不飽和羰基的氨基塑料衍生物，具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基團(tuán)的異氰脲酸酯衍生物，具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基團(tuán)的異氰酸酯衍生物，乙烯基醚，環(huán)氧樹脂及它們的混合物。術(shù)語“丙烯酸酯”則包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
丙烯酸酯化的尿烷是羥基為未端，NCO擴(kuò)展的聚酯或聚醚的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸酯化的尿烷的例子有UVITHANE 782，(Morton Thiokol化學(xué)公司)和CMD6600，CMD8400和CMD8805(Radcure Specialties公司)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)氧樹脂的例子有購自Radcure Specialities公司的CMD3500，CMD3600，CMD3700。
烯不飽和化合物包括單體化合物和聚合物，所述單體化合物和聚合物含碳、氫、氧原子，還可含氮、鹵原子。一般地，氧原子、氮原子單獨(dú)地或同時(shí)地存在于醚、酯、尿烷、酰胺和尿素基團(tuán)中。烯不飽和化合物以其分子量小于約4000為宜。優(yōu)選的烯不飽和化合物為由含脂族一羥基或脂族多羥基的化合物與不飽和羧酸如丙烯酸、異丁烯膠、衣康酸、巴豆酸、異巴豆酸、蘋果酸等反應(yīng)而成的酯。烯不飽和化合物的代表性例子包括異丁烯酸甲酯、異丁烯酸乙酯、苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇異丁烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇異丁烯酸酯和季戊四醇四丙烯酸酯。其他烯不飽和化合物包括烯丙酯、聚烯丙酯、聚甲代烯丙酯和羧酸的酰胺，例如，鄰苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯和N，N-二烯丙基氨基氰。另外一些含氮的烯不飽和化合物包括三(2-丙烯酰氧乙基)異氰脲酸酯、1，3，5-三(2－異丁烯基氧乙基)-striazine、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。
適用于本發(fā)明的氨基樹脂每分子或每低聚體含有至少一個(gè)α、β－不飽和羰基側(cè)基。美國專利No.4,903,440和1991年2月24日申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)No.07/659,752對(duì)這些物質(zhì)作了進(jìn)一步的描述。
關(guān)于含有至少一個(gè)丙烯酸酯側(cè)基的異氰脲酸酯衍生物和含有至少一種丙烯酸酯側(cè)基的異氰酸酯衍生物的進(jìn)一步描述可參見美國專利No.4,652,275。優(yōu)選的異氰脲酸酯為三(羥乙基)異氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
環(huán)氧樹脂含有一個(gè)噁丙環(huán)，可通過開環(huán)進(jìn)行聚合。適用于本發(fā)明的環(huán)氧樹脂包括單體型環(huán)氧樹脂和低聚物型環(huán)氧樹脂。較適用的環(huán)氧樹脂的代表性例子包括2，2-二[4-(2，3-環(huán)氧丙氧基)苯丙烷](雙酚的二環(huán)氧甘油醚)和Shell化學(xué)公司生產(chǎn)的、商品名為“Epon828”、“Epon 1004”和“Epon 1001F”的商品以及Dow化學(xué)公司生產(chǎn)的、商品名為“DER-331”、“DER-332”和“DER-334”的商品。適用于本發(fā)明的其他環(huán)氧樹脂包括酚醛清漆的縮水甘油醚(例如，Dow化學(xué)公司生產(chǎn)的“DEN-431”和“DEN-428”)。適用于本發(fā)明的環(huán)氧樹脂可在一或多個(gè)合適的光引發(fā)劑的存在下通過陽離子機(jī)制進(jìn)行聚合。對(duì)這些樹脂的進(jìn)一步描述可參見美國專利No.4,318,766。
如果進(jìn)行紫外線照射或可見光照射，粘合劑中還宜含有光引發(fā)劑。產(chǎn)生游離基源的光引發(fā)劑的例子包括，但不限于，有機(jī)過氧化物、偶氮化合物、醌類、二苯酮、亞硝基化合物、?；u、腙、巰基化合物、吡喃鎓化合物、三丙烯?；溥蝾悺㈦p咪唑類、磷雜環(huán)戊二烯氧化物、氯烷基三嗪、苯偶煙醚類、苯偶酰縮酮類(benzil ketals)、噻噸酮、乙酰苯衍生物、以及它們的組合。
陽離子光引發(fā)劑會(huì)產(chǎn)生酸源引發(fā)環(huán)氧樹酯的聚合。陽離子引發(fā)劑例如有一種具有鎓陽離子和金屬或準(zhǔn)金屬的含鹵素配陰離子的鹽。其他陽離子光引發(fā)劑還例如有一種具有有機(jī)金屬配陽離子和金屬或準(zhǔn)金屬的含鹵素配陰離子的鹽。關(guān)于這些化合物的進(jìn)一步描述可參見美國專利No.4,751,138(第6欄第65行至第9欄第45行)。陽離子光引發(fā)劑的另一個(gè)例子是一種有機(jī)金屬鹽和一種鎓鹽，可參見美國專利No.4,985,340(第4欄第65行至14欄第50行)。以及歐洲專利申請(qǐng)306,161和306,162。另外一些陽離子光引發(fā)劑包括有機(jī)金屬配合物的離子鹽，其中，所含金屬如歐洲專利申請(qǐng)109,581所述，選自周期表IVB、VB、VIB、VIIB和VIIIB族元素。
除了可輻射固化的樹脂，粘合劑前體還可含有可被輻射能以外的能量固化的樹脂，如可縮合固化的樹脂。這些可縮合固化的樹脂的例子包括酚醛樹脂、密胺甲醛樹脂和尿素甲醛樹脂。
粘合劑前體還可含有任意的添加劑，如填充劑(包括研磨助劑)、纖維、潤滑劑、濕潤劑、表面活性劑、色素、染料、偶合劑、增塑劑和懸浮劑。有助于改善流動(dòng)性的添加劑的一個(gè)例子為DeGussa公司生產(chǎn)的、商品名為“OX-50”的商品。這些物質(zhì)的數(shù)量可進(jìn)行調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生希望的性能。填充劑的例子包括碳酸鈣、硅石、石英、硫酸鋁、粘土、白云石、偏硅酸鈣以及它們的組合。研磨助劑的例子包括四氟硼酸鉀、冰晶石、硫、黃鐵礦石、石墨、氯化鈉和它們的組合。該混合物可含有高至70％(重量)的填充劑或研磨助劑，通常高至40％(重量)，優(yōu)選1-10％(重量)，更優(yōu)選1-5％(重量)。
混合物可通過混合各成分來制備，以使用低速剪切式混合器為宜。也可以使用高速剪切式混合器。通常是將磨料逐漸加入粘合劑前體中。而且，在混合過程中還可抽真空，將混合物中的氣泡量減至最小。
在成形的、可操持的結(jié)構(gòu)件的制造過程中，輻射能通過生產(chǎn)模具傳遞進(jìn)入混合物，從而至少部分地使粘合劑前體固化。“部分固化”一詞表示粘合劑前體聚合至產(chǎn)生的混合物能從生產(chǎn)模具脫卸的程度。一旦從生產(chǎn)模具脫卸后，用任何能量，例如熱能或輻射能，即可使粘合劑前體完全固化。也可在成形的、可操持的結(jié)構(gòu)件從生產(chǎn)工具脫卸之前對(duì)粘合劑前體進(jìn)行完全固化。
適用于本發(fā)明的輻射能包括電子束、紫外光和可見光。其他輻射能包括紅外線和微波。也可采用熱能。電子束輻射即人們所稱呼的電離輻射，可在約0.1－10兆拉德的劑量范圍內(nèi)使用，以約1～10兆拉德的劑量為宜。紫外線輻射是指波長在約200～400nm區(qū)域內(nèi)的一種非微粒輻射，以用約250～400nm的波長為宜。紫外線輻射的優(yōu)選劑量為100～300瓦/厘米?？梢姽廨椛涫侵覆ㄩL在約400～800nm區(qū)域內(nèi)的一種非微粒輻射，以用約400～550nm的波長為宜。
按照本發(fā)明的方法，輻射能量是透過生產(chǎn)模具傳遞，直接進(jìn)入混合物的。較理想的情況是，制造生產(chǎn)模具的材料應(yīng)不吸收多少輻射能或被輻射能降解。例如，如果使用電子束能量，最好不要使用纖維素材料來制造生產(chǎn)模具，因?yàn)殡娮訒?huì)降解纖維素。如果使用紫外線或可見光，生產(chǎn)模具的材料必須能分別透過足夠的紫外線或可見光輻射，以產(chǎn)生希望的固化程度。
生產(chǎn)模具必須以足夠的速度運(yùn)行，避免由輻射源引起對(duì)它的降解。對(duì)由輻射源引起的降解具有較高抗耐性的生產(chǎn)模具，可以運(yùn)行得慢些。對(duì)由輻射源引起的降解的抗耐性較差的生產(chǎn)模具，則其運(yùn)行速度應(yīng)大些。簡(jiǎn)單地說，生產(chǎn)模具合適的運(yùn)行速度取決于制造生產(chǎn)模具的材料。
生產(chǎn)模具的形式可以是帶式的，例如，環(huán)形帶，也可以是板、連續(xù)板或卷式板(web)、涂覆輥、固定在涂覆輥上的套筒、或模子。生產(chǎn)模具上與混合物接觸的那個(gè)表面可以是光滑的，也可以有一定形貌或圖案。這里，稱該表面為“接觸表面”。如果生產(chǎn)模具是帶、板、卷式板、或套筒，它就有一個(gè)接觸表面和一個(gè)非接觸表面。如果生產(chǎn)模具是輥式的，它僅有接觸表面。用本發(fā)明方法制成的磨料制品的表面形貌必然是生產(chǎn)模具接觸表面的形貌之反。生產(chǎn)模具的接觸表面的特點(diǎn)一般是它上面有許多凹穴。這些凹穴的開口可以是任何形狀的，規(guī)則的或不規(guī)則的，例如矩形的、半圓形的、圓形的、三角形的、方形的、六角形的、八角形的等等。這些凹穴的壁可以是垂直的或錐形的。許許多多凹穴排成的圖案可根據(jù)一定的規(guī)則排列，也可以是任意的。這些凹穴還可以是互相鄰接的。
可用于制造生產(chǎn)模具的熱塑性材料，包括聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲基異丁烯酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯或它們的組合。熱塑性材料還可包括一些添加劑，如增塑劑、自由基清除劑或穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑和紫外線輻射吸收劑。這些材料對(duì)紫外線和可見光基本上是透明的。圖3所示為其中的一種生產(chǎn)模具。生產(chǎn)模具70包括兩層71和72，層71的表面較平坦光滑，層72的表面上則具有圖案。層71的耐熱性好，強(qiáng)度大。適合于層71的材料，例如有聚碳酸酯和聚酯。層72的表面能很低。生產(chǎn)模具的接觸表面若用這種低表面能的材料就易于使磨料制品從生產(chǎn)模具上脫卸下來。適合于層72的材料的例子包括聚丙烯和聚乙烯。使用某些由熱塑性材料制成的生產(chǎn)模具時(shí)，設(shè)定的生產(chǎn)磨料的操作條件不得產(chǎn)生過多的熱量，如熱量產(chǎn)生過多，將會(huì)使熱塑性模具變形或熔化。在有些情況下，紫外線會(huì)產(chǎn)生熱量。同樣值得注意的是，只由單層組成的模具也是可以接受的，在許多情況下，可以選擇使用之。
熱塑性生產(chǎn)模具可按照下述步驟制造。首先制造出母模具。母模具以用金屬(例如鎳)制造為宜。母模具可用任何常規(guī)的技術(shù)如雕刻、切壓、滾花、電鑄、金剛石車削、激光加工等方法制造。如果希望在生產(chǎn)模具的表面具有圖案，母模具應(yīng)具有與生產(chǎn)模具表面上的圖案相反的圖案。可用母模具對(duì)熱塑性材料進(jìn)行模壓以形成該種圖形。模壓可在熱塑性材料處于可流動(dòng)狀態(tài)時(shí)進(jìn)行。模壓后，將熱塑性材料冷卻使其固化。
也可用硬化的熱固性樹脂制造生產(chǎn)模具?？砂凑障率霾襟E制造熱固性材料的生產(chǎn)模具。先將未硬化的熱固性樹脂涂覆在上述類型的母模具上。趁未硬化的樹脂在母模具的表面時(shí)，可加熱使該樹脂硬化或聚合，從而形成與母模具表面圖形相反的形狀。然后，從母模具的表面除去硬化的熱固性樹脂。母模具可用可輻射硬化的樹脂如丙烯酸酯化的氨酯低聚物硬化制成。除了用輻射如紫外線照射進(jìn)行硬化外，制造輻射硬化的生產(chǎn)模具與制造熱固性樹脂的生產(chǎn)模具是相同的。
用下述方法制造了一種特別有用的生產(chǎn)模具。將具有一個(gè)平坦背面和一個(gè)其形貌與生產(chǎn)模具所需表面形貌相反的正面的鎳制母模具置于水平面上，其正面朝上。在母模具的邊緣周圍放置一些適當(dāng)長度的1/4英寸(0.064cm)方形鋼料，形成一圈環(huán)繞著母模具正面的護(hù)堤。用“3M Express”乙烯基聚硅氧烷印模材料(3M公司)的珠粒將護(hù)堤與母模具連接。按照廠方建議的方法，將一種合成橡膠材料(“Sylgard#184”，Dow制粒公司)進(jìn)行了催化，然后，將其足夠的量?jī)A倒在母模具的正面上，形成1/16～1/8英寸(0.16～O.32cm)厚的層。在室溫下放置該組合件8小時(shí)，使氣泡散逸，形成凝膠。然后，將該組合件移入爐中，在49℃的溫度下保持24小時(shí)，以固定所得彈性體的大小。經(jīng)過在204℃溫度下的4小時(shí)熟化，彈性體達(dá)到了其最大機(jī)械強(qiáng)度。冷卻后，將該彈性體生產(chǎn)模具與母模具分離，并進(jìn)行了邊緣修齊。這樣，就可使用所制成的彈性體生產(chǎn)模具，按照本發(fā)明的方法制造磨料制品。
生產(chǎn)模具的接觸表面上也可有一層脫模涂層，使磨料從生產(chǎn)模具的脫卸更加容易。這種脫模涂層的例子包括可用硅氧烷類和含氟化合物。
下述一些非限定性的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，除非另行指出，所有份數(shù)、百分?jǐn)?shù)、比率等都是以重量計(jì)算的。
測(cè)試法I將涂覆磨料制品轉(zhuǎn)變成尺寸為7.6厘米×335厘米的環(huán)形帶，在一恒負(fù)載表面磨床上進(jìn)行試驗(yàn)。將大小為2.5×5×18(厘米)、已預(yù)稱重的1018低碳鋼試驗(yàn)工件置入夾具中。工件應(yīng)垂直放置，使其2.5×18(厘米)的面與一個(gè)表面為鋸齒狀的橡膠接觸輪(肖氏硬度A85；直經(jīng)約36厘米)接觸，該輪子表面有一一相對(duì)的齒刃，涂覆磨料制品則夾裝在它們的上面。然后，以20轉(zhuǎn)/分的速率令工件垂直地在18厘米的路徑上往復(fù)移動(dòng)，同時(shí)，當(dāng)環(huán)形磨料帶以2050米/分的速率轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，用彈簧彈頂?shù)闹?.5公斤的力將工件壓緊在環(huán)形磨料帶上。研磨1分鐘后，取下加工件，重新秤重，從其原重減去研磨后的重量，算出磨削去的材料量。將新的、已預(yù)稱重的工件和夾具再放入設(shè)備中。在合適的表(即表1和表2)中記錄下以分鐘表示的試驗(yàn)終點(diǎn)。
測(cè)試法II除了試驗(yàn)終點(diǎn)為5分鐘，試驗(yàn)工件為304不銹鋼外，測(cè)試法II與測(cè)試法I基本相同。實(shí)施例1本實(shí)施例所用的背襯為J重人造絲背襯。該種背襯在其前表面上經(jīng)過了用膠乳/酚醛樹脂(以固化樹脂計(jì)算，為85份膠乳/15份酚醛樹脂)的上膠處理。然后加熱至基本除去揮發(fā)性物質(zhì)并使酚醛樹脂凝膠化。
本實(shí)施例的磨料制品是用圖1所示裝置制成。生產(chǎn)模具的材料為聚丙烯，經(jīng)金剛石車削成的鎳制母模具模壓而成，該母模具具有由底部互相鄰接的許多角錐體組成的圖案。角錐體底部寬約350～400微米，角錐體高約350～400微米。該類型的圖案如美國專利No.5,152,917所示。
粘合劑前體由三(羥乙基)異氰脲酸酯的三丙烯酸酯(50份)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(50份)、無定形硅石填充劑(1份，可從De-gussa公司購買，商品名為“OS-50”)、異丁烯酸酯硅烷偶合劑(0.5份)和2，2-二甲氧基-1，2-二苯基-1-乙酮光引發(fā)劑(0.5份，可從Ci-ba Geigy公司購買，商品名為“Irgacure 651”)組成。將白色熔融體氧化鋁磨料(平均大小為40微米)逐漸加入粘合劑前體中，使所得混合物的組成為2.3份磨料對(duì)1份粘合劑前體。所用的輻射能為紫外光，其投射劑量為118瓦/厘米。所用的方法為一以約2.4米/分的速度運(yùn)行的連續(xù)工藝。從裝置中取下形成的磨料制品后，將它再于100℃加熱8小時(shí)，對(duì)乳膠/酚醛樹脂背襯進(jìn)行充分的硬化處理。磨料制品不作彎曲處理，逕直進(jìn)行測(cè)試。
比較例A比較例A的磨料制品為通常的涂層磨料制品。背襯為聚對(duì)苯二甲酸乙酯薄膜，磨料顆粒則用40微米的白氧化鋁。其表層和底層是用間苯二酚—酚醛樹脂。這種磨料制品可從3M公司購買，商品名為“IMPERIAL Microfinishing Film”。
按照測(cè)試法I對(duì)實(shí)施例1和比較例A的磨料制品進(jìn)行了試驗(yàn)。其結(jié)果見表1。
表1初始磨削量(g)最終磨削量(g)總磨削量(g)Ra時(shí)間(分)比較例A 10.6 5.915.892實(shí)施例1 7.14.078.2-- 8
實(shí)施例2除了下述不同外，本實(shí)施例的磨料制品按與實(shí)施例1相同的方法制成。
光引發(fā)劑為2-芐基-2-N，N-二甲氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮，可從Ciba Geigy公司購買，商品名為“Irgacure 369”。光引發(fā)劑的濃度為占粘合劑前體重量的1％。磨料顆粒為P320級(jí)熱處理過的氧化鋁。輻射能采用可見光，其照射劑量為236瓦/厘米。設(shè)備的運(yùn)行速度為約15.2米/分。
比較例B比較例B的磨料制品為通常的涂覆磨料制品。其背襯與實(shí)施例1中的相同，磨料顆粒為P320級(jí)熱處理氧化鋁。其表層用間苯二酚—酚醛樹脂，其底層用由65％甲階酚醛-酚醛樹脂和35％冰晶石組成的填充樹脂。此磨料制品可從3M公司購買，商品名為P320“Three-M-ite”。
按照測(cè)試法I和測(cè)試法II對(duì)實(shí)施例1、2和比較例B的涂覆磨料制品進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試法I的結(jié)果見表2，測(cè)試法II的結(jié)果見表3。
表2初始磨削量(g)最終磨削量(g)總磨削量(g)時(shí)間(分)比較例B19.7 3.7 71.8 6.5實(shí)施例223.7 8.3 144.1 9
表3初始磨削量(g)最終磨削量(g)總磨削量(g)實(shí)施例1 9.7 2.0 31.2比較例B 7.8 2.0 23.5實(shí)施例2顯示，當(dāng)使用硬磨料顆粒時(shí)，用具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的磨料制品的磨削性能就顯著增加。
對(duì)本專業(yè)技術(shù)人員而言，可在不偏離本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)本發(fā)明作各種修改和替換是顯而易見的。應(yīng)該明白，本發(fā)明并不受這里所示的解釋性實(shí)施方式的不恰當(dāng)限制。
權(quán)利要求
1.一種制備適用于生產(chǎn)涂覆磨料制品的成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件的方法，其特征在于包括a.提供一種含有磨料顆粒和粘合劑前體的混合物；b.提供一個(gè)具的前表面的背襯；c.相對(duì)于一個(gè)具有接觸表面的能透過輻射能的生產(chǎn)模具將背襯定位好，使背襯的前表面朝向生產(chǎn)模具的接觸表面，從而在位于生產(chǎn)模具的接觸表面和背襯的前表面之間界定出一個(gè)混合物接受區(qū)域；d.將步驟(a)的混合物引入混合物接受區(qū)域；e.令輻射能通過生產(chǎn)模具，使得粘合劑前體至少部分地固化從而獲得成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件；f.將成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件從生產(chǎn)模具上移去。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于生產(chǎn)模具的接觸表面上具有一些凹穴。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述凹穴以非隨機(jī)的圖案方式排列。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述背襯用的是一種選自下述的材料聚合物膜，涂過底料的聚合物膜，未處理的布，處理過的布，未處理的紙，處理過的紙，硫化纖維片材，無紡纖維片材及它們的結(jié)合。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該磨料顆粒物質(zhì)是選自下列的材料熔融氧化鋁，陶瓷氧化鋁，熱處理氧化鋁，綠色碳化硅，白色氧化鋁，碳化硅，礬土，氧化鋯，金剛石，鈰土，立方氮化硼，石榴石及其混合物。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該磨料顆粒的莫氏硬度至少約為8。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該粘合劑前體能通過輻射的作用固化。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該粘合劑前體選自丙烯酸酯化的尿烷、丙烯酸酯化的環(huán)氧樹脂、烯不飽和化合物、具有側(cè)鏈不飽和羰基的氨基塑料衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基團(tuán)的異氰脲酸酯衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基團(tuán)的異氰酸酯衍生物、乙烯基醚、環(huán)氧樹脂及它們的混合物。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該粘合劑前體還含有光引發(fā)劑。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該混合物用選自下列涂覆機(jī)方式進(jìn)行施涂刮刀式涂覆機(jī)，落模式涂覆機(jī)，簾模式涂覆機(jī)，真空模式涂覆機(jī)和擠出模式涂覆機(jī)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該生產(chǎn)模具對(duì)紫外線輻射或可見光輻射或者同時(shí)對(duì)紫外線輻射和可見光輻射是可透過的。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該生產(chǎn)模具的材料是熱塑性樹脂，熱固性樹脂或輻射固化的樹脂。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該生產(chǎn)模具是一條環(huán)形帶。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該能量源選自電子束，紫外輻射和可見光。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該背襯對(duì)于該輻射能是不透過的。
16.一種制備涂覆磨料制品的方法，其特征在于，包括使權(quán)利要求1所述的成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件完全固化的步驟。
17.一種制備適用于生產(chǎn)涂覆磨料制品的成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件的方法，其特征在于包括a.提供一個(gè)具有前表面的背襯；b.提供一個(gè)具有接觸表面的能透過輻射能的生產(chǎn)模具；c.將含有許多磨料顆粒和一種粘合劑前體的混合物施涂于生產(chǎn)模具的接觸表面；d.使生產(chǎn)模具的接觸表面上的混合物與背襯的前表面接觸，從而使混合物潤濕背襯的前表面；e.令輻射能通過生產(chǎn)模具，至少部分地固化粘合劑，使混合物變?yōu)槌尚蔚?，可操持的結(jié)構(gòu)件；f.將成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件從生產(chǎn)模具上移去。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于生產(chǎn)模具的接觸表面上具有一些凹穴。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述凹穴以非隨機(jī)的圖案方式排列。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述背襯用的是一種選自下述的材料聚合物膜，涂過底料的聚合物膜，未處理的布，處理過的布，未處理的紙，處理過的紙，硫化纖維片材，無紡纖維片材及它們的結(jié)合。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于該磨料顆粒物質(zhì)是選自下列的材料熔融氧化鋁，陶瓷氧化鋁，熱處理氧化鋁，綠色碳化硅，白色氧化鋁，碳化硅，礬土，氧化鋯，金剛石，鈰土，立方氮化硼，石榴石及其混合物。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于該磨料顆粒的莫氏硬度至少約為8。
23.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于該粘合劑前體能通過輻射的作用固化。
24.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于該粘合劑前體選自丙烯酸酯化的尿烷、丙烯酸酯化的環(huán)氧樹脂、烯不飽和化合物、具有側(cè)鏈不飽和羰基的氨基塑料衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基團(tuán)的異氰脲酸酯衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基團(tuán)的異氰酸酯衍生物、乙烯基醚、環(huán)氧樹脂及它們的混合物。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于該粘合劑前體還含有光引發(fā)劑。
26.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于該混合物用選自下列涂覆機(jī)方式進(jìn)行施涂刮刀式涂覆機(jī)，落模式涂覆機(jī)，簾模式涂覆機(jī)，真空模式涂覆機(jī)和擠出模式涂覆機(jī)。
27.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于該生產(chǎn)模具對(duì)紫外線輻射或可見光輻射或者同時(shí)對(duì)紫外線輻射和可見光輻射是可透過的。
28.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于該生產(chǎn)模具的材料是熱塑性樹脂，熱固性樹脂或輻射固化的樹脂。
29.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于該能量源選自電子束，紫外輻射和可見光。
30.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于該背襯對(duì)于該輻射能是不透過的。
31.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于該生產(chǎn)模具是一條環(huán)形帶。
32.一種制備涂覆磨料制品的方法，其特征在于，包括使權(quán)利要求17所述的成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件完全固化的步驟。
33.一種制備適合用于生產(chǎn)涂磨料制品的成形的，可搬運(yùn)的結(jié)構(gòu)件的方法，其特征在于包括a.提供一個(gè)具有前表面的背襯；b.提供一個(gè)具有接觸表面的能透過輻射能的生產(chǎn)模具；c.將含有許多磨料顆粒和一種粘合劑前體的混合物施涂于所述背襯的前表面；d.使背襯前表面上的混合物與生產(chǎn)模具的接觸表面直接接觸，從而使混合物潤濕生產(chǎn)模具的接觸表面；e.令輻射能通過生產(chǎn)模具，至少部分地固化粘合劑，使混合物變?yōu)槌尚蔚模刹俪值慕Y(jié)構(gòu)件；f.將成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件從生產(chǎn)模具上移去。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于生產(chǎn)模具的接觸表面上具有一些凹穴。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于所述凹穴以非隨機(jī)的圖案方式排列。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于所述背襯用的是一種選自下述的材料聚合物膜，涂過底料的聚合物膜，未處理的布，處理過的布，未處理的紙，處理過的紙，硫化纖維片材，無紡纖維片材及它們的結(jié)合。
37.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于該磨料顆粒物質(zhì)是選自下列的材料熔融氧化鋁，陶瓷氧化鋁，熱處理氧化鋁，綠色碳化硅，白色氧化鋁，碳化硅，礬土，氧化鋯，金剛石，鈰土，立方氮化硼，石榴石及其混合物。
38.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于該磨料顆粒的莫氏硬度至少約為8。
39.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于該粘合劑前體能通過輻射的作用固化。
40.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于該粘合劑前體選自丙烯酸酯化的尿烷、丙烯酸酯化的環(huán)氧樹脂、烯不飽和化合物、具有側(cè)鏈不飽和羰基的氨基塑料衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基團(tuán)的異氰脲酸酯衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基團(tuán)的異氰酸酯衍生物、乙烯基醚、環(huán)氧樹脂及它們的混合物。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于該粘合劑前體還含有光引發(fā)劑。
42.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于該混合物用選自下列涂覆機(jī)方式進(jìn)行施涂刮刀式涂覆機(jī)，落模式涂覆機(jī)，簾模式涂覆機(jī)，真空模式涂覆機(jī)和擠出模式涂覆機(jī)。
43.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于該生產(chǎn)模具對(duì)紫外線輻射或可見光輻射或者同時(shí)對(duì)紫外線輻射和可見光輻射是可透過的。
44.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于該生產(chǎn)模具的材料是熱塑性樹脂，熱固性樹脂或輻射固化的樹脂。
45.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于該能量源選自電子束，紫外輻射和可見光。
46.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于該背襯對(duì)于該輻射能是不透過的。
47.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于該生產(chǎn)模具是一條環(huán)形帶。
48.一種制備涂覆磨料制品的方法，其特征在于，包括使權(quán)利要求33所述的成形的，可操持的結(jié)構(gòu)件完全固化的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造磨料制品的方法。它包括a.提供具有前表面的背襯；b.提供具有接觸表面的，能透過輻射能的生產(chǎn)模具；c.將含有磨料顆粒和粘合劑前體的混合物施涂于生產(chǎn)模具的接觸表面；d.使生產(chǎn)模具接觸表面上的混合物與背襯前表面接觸，從而使混合物潤濕背襯前表面；e.令輻射能通過生產(chǎn)模具，至少部分固化粘合劑，使混合物變?yōu)槌尚偷?，可操持的結(jié)構(gòu)件；f.將該結(jié)構(gòu)件從生產(chǎn)模具上移去。該結(jié)構(gòu)件可完全固化形成涂覆磨料的制品。
文檔編號(hào)B29C39/14GK1116415SQ94190949
公開日1996年2月7日 申請(qǐng)日期1994年1月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月14日
發(fā)明者K·M·斯珀吉翁, S·R·卡勒, D·H·哈迪, G·L·霍姆斯 申請(qǐng)人:美國3M公司