CN101219530B - 造粒型研磨纸及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够增强自锐性和具有持久研磨力的造粒型研磨纸及其制备方法和应用，包括通过胶粘剂涂布于基材表面、成球形团聚体的复合磨料颗粒，该复合磨料颗粒中的磨料粉体分散在一种或几种金属氧化物溶胶中，该金属氧化物溶胶与有机粘结剂或无机粘结剂相混合；所述磨料粉体的粒径≤10μm，所述复合磨料颗粒的直径为5-50μm。该研磨纸可用于众多工件的研磨和抛光，包括金属、金属合金、陶瓷、光学元件、光纤连接器、硬盘、半导体等领域。

Description

造粒型研磨纸及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高精密研磨抛光技术领域，特别是一种造粒型研磨纸及其制备方法和应用。

背景技术

传统的涂覆型研磨产品是直接将研磨料与胶粘剂混合在一起，涂覆于基材表面，固化后所得。这类研磨纸存在一个缺点：涂层中磨料与树脂胶粘剂混合在一起，只有表层的磨料能起到研磨作用，当表层磨料磨钝以后，产品的切削力会大大下降，导致研磨寿命的下降，也造成磨料的浪费，即使大大提高磨料含量也不能起到很好效果，这类产品往往不能提供持久稳定的高切削力。

为了提高产品的研磨性能，使磨料得到充分利用，较好的解决方法就是采用某种造粒方法制得一种强度适当的团聚复合颗粒，然后将其与胶粘剂混合均匀，制成研磨产品，这方面已有不少报道。例如：(1)US 2358313报道了将精细氧化铝微粉分散在相对较软的成玻璃状的石榴石中，将混合物进行冷却、粉碎便得到相对较大的复合颗粒；(2)US 4311489将粒径小于200μm的精密氧化铝粉料与冰晶石粉料混合均匀，在1050-1100℃下将其熔融，然后又将熔体混合物冷却到室温，将其进行粉碎，制得团聚颗粒，将这种团聚颗粒与胶粘剂混合均匀，涂布于基材表面，经干燥固化便得到涂覆研磨制品；(3)US 3916584介绍了将金刚石等磨料分散在金属氧化物(如氧化锆、氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化镁)溶胶中，然后进行脱水处理(将浆料引入高速搅拌的干燥介质中，如水溶性醇中)得到球形团聚颗粒，在一定温度下进行烧结，得到强度适当的球型复合颗粒(粒径5-200微米)，可用于涂覆产品的制造，该产品具有磨削速率快，寿命长，磨面更加精细等优点；(4)US 4132533中提到将磨料与低密度的发泡聚苯乙烯混合，置于旋转炉中加热，磨料与发泡塑料粘结在一起，经过冷却便得到一种具有空心结构的球型团聚颗粒，将其与胶粘剂混合均匀，涂于基材表面所得到的研磨带具有更长的使用寿命；(5)US 4393021报道了通过滚压和网筛制得一种团聚颗粒的方法；(6)US 5714259报道了通过凹板涂布的方式得到具有一定形状的复合颗粒的研磨制品，这类产品具有良好的研磨速率和使用寿命，复合颗粒的尺寸与形状的均匀性是产品质量稳定的一个重要因素。

随着电子信息技术的不断发展，在半导体晶片(砷化镓、磷化铟等)、精密光学器件(光纤连接器、光学玻璃、镜头、光学晶体等)、电脑硬盘、磁头等的精密加工方面，对精密抛光磨具提出了更高的要求，需要研磨抛光制品具有高且稳定的切削力、高使用寿命和高光洁度抛光面，上述造粒型研磨制品已很难满足要求。

发明内容

本发明提供一种能够增强自锐性和具有持久研磨力的造粒型研磨纸及其制备方法和应用。

本发明的技术构思为，通过多种粘合剂(包括金属氧化物溶胶、有机或无机粘结剂)在复合磨料颗粒中的特定安排，使得该复合磨料颗粒在通过胶粘剂涂布于基材表面时能够较少被胶粘剂所包覆，从而获得能够增强自锐性和具有持久研磨力的造粒型研磨纸。

本发明的技术方案如下：

造粒型研磨纸，其特征在于：包括通过胶粘剂涂布于基材表面、成球形团聚体的复合磨料颗粒，该复合磨料颗粒中的磨料粉体分散在一种或几种金属氧化物溶胶中，该金属氧化物溶胶与有机粘结剂或无机粘结剂相混合；所述磨料粉体的粒径≤10μm，所述复合磨料颗粒的直径为5-50μm；所述无机粘结剂指的是：硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、玻璃陶瓷及其它低熔点物粘结剂；所述有机粘结剂指的是：酚醛树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠。

造粒型研磨纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，制备造粒浆料：将磨料粉体分散在一种或几种金属氧化物溶胶中，加入无机粘结剂或有机粘结剂，加入助剂，分散均匀；

步骤2，制备复合磨料颗粒：将造粒浆料通过旋转式喷雾干燥设备进行造粒，得到直径为5-50μm的成球形团聚体的复合磨料颗粒；

步骤3，制备研磨纸：将复合磨料颗粒与胶粘剂混匀，均匀涂布于基材表面，经过干燥固化即得到造粒型研磨纸。

所述磨料粉体为粒径≤10μm的金刚石、碳化硅、氧化铝、氧化锆、改性铈铝氧化物、立方氮化硼或二氧化硅。

所述金属氧化物溶胶指的是：二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、氧化镁溶胶、氧化钛溶胶、氧化锆溶胶；所述无机粘结剂指的是：硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、玻璃陶瓷及其它低熔点物粘结剂；所述有机粘结剂指的是：酚醛树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠；所述的助剂包括分散剂，或者还包括消泡剂、抗静电剂、和/或润湿剂。

所述旋转式喷雾干燥设备进行造粒时设定以下参数：进口温度180-250℃，出口温度90-120℃，进料速率≤1L/min，雾化器转速≥30000r.p.m。

所述复合磨料颗粒的直径大小通过调整浆料浓度和喷雾干燥设备的造粒参数进行控制。

所述胶粘剂包括树脂胶和溶剂，所述溶剂使用有机溶剂或水性溶剂。

所述树脂胶包括聚酯、聚氨酯、聚氧乙烯、环氧树脂、聚丙烯酸类、聚酰胺中的一种或多种；所述有机溶剂包括酮类、醇类、酯类、醚类、苯类中的一种或多种。

所述基材指的是：聚碳酸酯、尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚氨酯、聚丙烯酸脂以及布、纸、皮革材料。

本发明的技术效果如下：

本发明揭示了一种球形团聚颗粒的制备方法及其在涂覆型研磨制品中的应用：将微米、亚微米、纳米级超硬粉体(如金刚石、氮化硼、碳化硅、氧化铝、二氧化硅、氧化铈等)分散在一种或几种金属氧化物溶胶中，加入适量的无机粘合剂或有机粘合剂作混合胶粘剂，加入分散剂及其他助剂，分散均匀制得一种浆料，然后通过喷雾干燥技术制备出5-50微米的球形团聚颗粒，将此球形团聚颗粒与粘合剂混合并分散均匀，涂布于薄膜材料表面，经过固化即得造粒型研磨纸，见图1，图1是0.25μm金刚石造粒型研磨纸的SEM照片。

本发明的造粒型研磨纸的主要特点为：

1.组成团聚颗粒的物质主要为无机脆性材料，当受到一定研磨压力时，团聚颗粒会被磨碎，这样当表层的磨料被磨钝后，会逐步露出新的磨料，保证研磨力不下降，使产品具有持久的研磨力，也就是产品具有较高的自锐性，；

2.并且由于磨料分散均匀，不被大量的胶粘剂包覆，因而与传统的研磨纸相比，具有磨削速率高、抛光面更加精细、不会对抛光面造成划伤等优点。

附图说明

图1是0.25μm金刚石造粒型研磨纸的SEM照片。

具体实施方式

本发明所提的造粒型研磨纸的制备包括以下步骤：

(1)造粒浆料的制备：将原始磨料分散在一种或几种金属氧化物溶胶中，加入适量的无机粘合剂或有机粘合剂作混合胶粘剂，加入分散剂及其他助剂，分散均匀；

(2)喷雾干燥：将制得的浆料通过高速旋转式喷雾干燥设备进行造粒，得到直径为5-50μm的球形颗粒团聚体。

(3)研磨纸的制备：将造粒粉体与树脂胶、溶剂混匀制成涂料，然后将涂料均匀地涂布在基材表面，经干燥固化即得到造粒型研磨纸。

对该制备过程涉及内容的具体解释如下：

磨料为金刚石、碳化硅、氧化铝、氧化锆、改性铈铝氧化物、立方氮化硼、二氧化硅等；粒径为0-10μm；

所述的金属氧化物溶胶包括：二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化锆等；所述的无机粘合剂为硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、玻璃陶瓷及它低熔点物；所述的有机粘合剂为酚醛树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(钠)等；所述的助剂包括分散剂，消泡剂、抗静电剂、润湿剂等。

喷雾干燥条件为进口温度为180-250℃，出口温度为90-120℃，进料速率为0-1L/min，雾化器转速在30000r.p.m以上。

其中团聚体颗粒大小可以通过调浆料浓度和喷雾干燥条件控制；

涂布用树脂胶包括聚酯、聚氨酯、聚氧乙烯、环氧树脂、聚丙烯酸类、聚酰胺等的一种或两种以上。

涂布溶剂包括酮类、醇类、酯类、醚类、苯类等的一种或两种以上的混合物。除有机溶剂外，还可使用水性溶剂。

涂布基材为聚碳酸酯、尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚氨酯、聚丙烯酸脂以及布、纸、皮革等材料。

造粒型研磨纸可用于以下领域：包括金属及合金、陶瓷、精密光学器件、光纤连接器、硬盘、磁头、半导体等领域。

下面通过具体实施例来说明本发明的特点。

实施例一

取1Kg0.5μm的氧化铝微粉，加入5Kg浓度为35％的二氧化硅溶胶(自制或市售)，150g分散剂，100gPVA水溶液和少许消泡剂，利用球磨机将上述混合溶液分散24h；然后在旋转式喷雾干燥仪上对分散后的浆料进行造粒试验，进口温度为220℃，出口温度为110℃，雾化器转速为33000r.p.m，得到平均粒径在20μm的球形颗粒；取造粒粉体1.5Kg，加入聚酯胶和甲苯、丁酮、醋酸乙酯的混和液，通过高速搅拌机将上述混合液分散2h，利用辊式涂布机将涂料涂于聚酯薄膜上，干燥后即得本发明所述的造粒型氧化铝研磨纸。

实施例二

取1.5Kg1μm的金刚石微粉，加入8.5Kg浓度为35％的二氧化硅溶胶(自制或市售)，150gPVA水溶液和少许消泡剂，利用球磨机将上述混合溶液分散24h；然后在旋转式喷雾干燥仪上对分散后的浆料进行造粒试验，进口温度为230℃，出口温度为110℃，雾化器转速为32000r.p.m，得到平均粒径在22μm的球形颗粒；取造粒粉体1.5Kg，加入聚酯胶和甲苯、丁酮、醋酸乙酯的混和液，通过高速搅拌机将上述混合液分散2h，利用辊涂式涂布机将涂料涂于聚酯薄膜上，干燥后即得本发明所述的造粒型氧化铝研磨纸。

实施例三

取1.5Kg0.25μm的金刚石微粉，加入7.5Kg浓度为30％的二氧化硅溶胶(自制或市售)，250g分散剂，150gPVA水溶液和少许消泡剂，利用球磨机将上述混合溶液分散36h；然后在旋转式喷雾干燥仪上对分散后的浆料进行造粒试验，进口温度为230℃，出口温度为100℃，雾化器转速为32000r.p.m，得到平均粒径在22μm的球形颗粒；取造粒粉体1.5Kg，加入聚酯胶和甲苯、丁酮、醋酸乙酯的混和液，通过高速搅拌机将上述混合液分散2h，利用辊涂式涂布机将涂料涂于聚酯薄膜上，干燥后即得本发明所述的造粒型氧化铝研磨纸。

实施例四

取1Kg0.25μm的金刚石微粉，加入7.5Kg浓度为30％的二氧化硅溶胶(自制或市售)，150gPVA水溶液和少许消泡剂，利用球磨机将上述混合溶液分散36h；然后在旋转式喷雾干燥仪上对分散后的浆料进行造粒试验，进口温度为220℃，出口温度为110℃，雾化器转速为34000r.p.m，得到平均粒径在17μm的球形颗粒；取造粒粉体1.5Kg，加入聚酯胶和甲苯、丁酮、醋酸乙酯的混和液，通过高速搅拌机将上述混合液分散2h，利用辊涂式涂布机将涂料涂于聚酯薄膜上，干燥后即得本发明所述的造粒型氧化铝研磨纸。

应当指出，以上所述实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神实质的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.造粒型研磨纸，其特征在于：包括通过胶粘剂涂布于基材表面、成球形团聚体的复合磨料颗粒，该复合磨料颗粒中的磨料粉体分散在一种或几种金属氧化物溶胶中，该金属氧化物溶胶与有机粘结剂或无机粘结剂相混合；所述磨料粉体的粒径≤10μm，所述复合磨料颗粒的直径为5-50μm；所述无机粘结剂指的是：硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐或其它低熔点物粘结剂；所述有机粘结剂指的是：酚醛树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚乙烯醇或羧甲基纤维素。

2.造粒型研磨纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，制备造粒浆料：将磨料粉体分散在一种或几种金属氧化物溶胶中，加入无机粘结剂或有机粘结剂，加入助剂，分散均匀；

步骤2，制备复合磨料颗粒：将造粒浆料通过旋转式喷雾干燥设备进行造粒，得到直径为5-50μm的成球形团聚体的复合磨料颗粒；

步骤3，制备研磨纸：将复合磨料颗粒与胶粘剂混匀，均匀涂布于基材表面，经过干燥固化即得到造粒型研磨纸。

3.根据权利要求2所述的造粒型研磨纸的制备方法，其特征在于：所述磨料粉体为粒径≤10μm的金刚石、碳化硅、氧化铝、氧化锆、改性铈铝氧化物、立方氮化硼或二氧化硅。

4.根据权利要求2所述的造粒型研磨纸的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物溶胶指的是：二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、氧化镁溶胶、氧化钛溶胶、氧化锆溶胶；所述无机粘结剂指的是：硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐或其它低熔点物粘结剂；所述有机粘结剂指的是：酚醛树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚乙烯醇或羧甲基纤维素；所述的助剂包括分散剂，或者还包括消泡剂、抗静电剂、和/或润湿剂。

5.根据权利要求2所述的造粒型研磨纸的制备方法，其特征在于：所述旋转式喷雾干燥设备进行造粒时设定以下参数：进口温度180-250℃，出口温度90-120℃，进料速率≤1L/min，雾化器转速≥30000r.p.m。

6.根据权利要求2所述的造粒型研磨纸的制备方法，其特征在于：所述复合磨料颗粒的直径大小通过调整浆料浓度和喷雾干燥设备的造粒参数进行控制。

7.根据权利要求2所述的造粒型研磨纸的制备方法，其特征在于：所述胶粘剂包括树脂胶和溶剂，所述溶剂使用有机溶剂或水性溶剂。

8.根据权利要求7所述的造粒型研磨纸的制备方法，其特征在于：所述树脂胶包括聚酯、聚氨酯、聚氧乙烯、环氧树脂、聚丙烯酸类、聚酰胺中的一种或多种；所述有机溶剂包括酮类、醇类、酯类、醚类、苯类中的一种或多种。

9.根据权利要求2所述的造粒型研磨纸的制备方法，其特征在于：所述基材指的是：聚碳酸酯、尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚氨酯、聚丙烯酸脂、布、纸或皮革材料。

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