CN101925441B - 经等离子处理的磨料制品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种诸如结构化磨料制品之类的磨料制品，可经过等离子处理，由此使所述外表面能够被侵蚀，以暴露出分散于交联粘合剂中而形成研磨复合物的磨粒的至少一部分。根据所述等离子处理的所述工艺条件而定，可以从外表面上仅磨损掉一小部分或基本上所有的交联粘合剂。因此，由于可以精确控制所述暴露磨粒的暴露程度、高度或区域，所述磨料制品的初始切削率是可以控制的。

Description

经等离子处理的磨料制品及其制造方法
背景技术
一般被称为结构化磨料制品的磨料制品可商购获得，可用于表面的修整。结构化磨料制品具有固定到背衬上的在形貌上被结构化的磨料涂层。结构化磨料层具有多个成形研磨复合物，每个复合物都具有分散于交联粘合剂中的磨粒。在许多情况下，成形的研磨复合物通过利用模具被精确地成形，从而形成各种几何形状(例如锥形)。此类结构化磨料制品的例子包括3M公司(St.Paul，MN)以商品名“TRIZACT”销售的结构化磨料制品。结构化磨料制品可应用于汽车行业，用以去除基于氨基甲酸酯、丙烯酸酯、或者硅酸盐等化学物质的汽车透明涂层中的缺陷。尤其适合去除透明涂层缺陷的磨料制品可以商品名466LA-3M TRIZACT FINESSE-IT FILM商购获得。
结构化磨料制品在最初使用时可能无法有力切削，但在后续的使用中可观察到切削有所改善。这种情况之所以会发生，是因为磨粒埋于研磨复合物主体中的交联粘合剂中而无法用于研磨。本领域采用了一项技术来解决低效率初始切削问题，该技术对初始使用之前的结构化磨料制品的外表面进行了预处理，预处理方式为使用另一种磨料制品或者一种研磨浆液研磨外表面。然而，该技术不能精确控制，并且对于磨料制品的大规模生产而言是耗时的。
另一项技术包括在压印图案以形成结构化磨料层前在研磨浆液上层施加松散的磨料，然后使研磨浆液固化，如授予Wei的美国专利No.5,863,306中所公开的方法。然而，由于压印处理时研磨浆液中的交联粘合剂被挤出磨粒并被重新布置，外表面上的很多磨粒仍被研磨浆液中的交联粘合剂覆盖。此外，很多磨粒未与磨料层的外表面粘合或者较弱粘合在磨料层的外表面上。这就会在制备磨料制品时引起问题并且在使用磨料制品时导致出现不良性能。为解决这些问题，通常需要后续涂覆附加的顶部复胶层(如授予Nevoret的美国专利No.6,451,076所讨论)，由于磨粒不再完全暴露，该后续涂覆操作增加了成本并降低了初始切削率。
另一项技术包括使用水溶性聚合物来将磨粒布置在结构化磨料层上，如提交于2007年7月13日、名称为“Structured Abrasive Layer，AndMethod of Making and Using Same”(结构化磨料层及其制备和使用方法)的美国待审专利申请No.11/777701中所讨论。然而，使用磨料制品期间需要用水来溶解水溶性聚合物，并且需要花费一定的时间松散的磨粒才能磨损结构化磨料层的表面，从而使处于成形研磨复合物内的磨粒暴露在外。
另一项技术包括使用低能等离子蚀刻工艺，如JP2001334473A中所讨论，该技术应用于具有高度均匀的单层磨粒的抛光制品。然而，上述专利所公开的技术导致各向异性蚀刻，各向异性蚀刻不会均匀蚀刻具有显著形貌特征的结构化磨料制品，以使成形研磨复合物形成结构化磨料层。上述专利所公开的技术采用低压、低功率设置以及纯氧气或纯氩气，从而导致形成各向异性蚀刻条件。这些条件致使只蚀刻平行于背衬的磨料制品的平表面。如果上述专利所公开的蚀刻条件用于对结构化磨料制品进行等离子蚀刻，则不平行于背衬的结构化磨料层的区域(例如成形研磨复合物的倾斜或竖直侧壁)将被较少蚀刻或者完全不被蚀刻。所得的磨料制品因各向异性蚀刻工艺加工而具有显著的非均匀性。
发明内容
本发明人发现通过等离子处理的方法处理诸如结构化磨料制品的磨料制品，可从结构化磨料层的外表面磨损除去形成研磨复合物的交联粘合剂，从而均匀地暴露至少一部分分散于成形研磨复合物中的磨粒。根据等离子处理的工艺条件，可以从外表面上仅磨损掉一小部分或基本上所有的交联粘合剂。因此，由于可以精确控制暴露磨粒的暴露程度、高度或区域，磨料制品的初始切削率是可以控制的。出人意料的是，甚至当基本上所有的交联粘合剂都从结构化磨料层的外表面去除，使得大部分磨粒都可见时，磨粒仍然粘附于研磨复合物上，这是因为固定磨粒的基底交联粘合剂不受等离子处理影响。
等离子处理利用工艺条件来得到各向同性的蚀刻，使得不论磨料制品位于成形研磨复合物上何处位置，磨料制品的暴露程度都大体上均匀。据信均匀的暴露可提高切削率并延长磨料制品的寿命。如果磨料制品经过等离子处理的话，则各向同性的等离子处理可以降低外表面碳原子百分比，使得其能被测定。
从而，在一个方面，本发明涉及一种结构化磨料制品，该结构化磨料制品具有粘附于背衬第一主表面上的结构化磨料层；该结构化磨料层具有多个成形研磨复合物，此复合物由交联粘合剂中的多个磨粒形成；该结构化磨料层具有外表面，该外表面包括多个精确暴露的磨粒。
在另一方面，本发明涉及一种结构化磨料制品，该结构化磨料制品具有粘附于背衬第一主表面上的结构化磨料层；该结构化磨料层具有多个成形研磨复合物，此复合物由交联粘合剂中的多个磨粒形成；并且该结构化磨料层具有外表面，该外表面碳含量小于约60原子％。
在另一方面，本发明涉及一种方法，该方法包括将结构化磨料层的外表面与含氧的等离子接触；该结构化磨料层包括多个成形研磨复合物，该复合物由交联粘合剂中的多个磨粒形成，并且该结构化磨料层粘附于背衬第一主表面上。
附图说明
本领域的普通技术人员应当了解，本发明的讨论仅是对示例性实施例的描述，并不旨在限制本发明的更广泛的方面，其中更广泛的方面体现在示例性构造中。
图1A示出了磨料制品。
图1B示出了图1A的环形区域1B处的结构化磨料层的近距离视图。
图1C是在图1B的1C-1C处获得的横截面图，示出了结构化磨料层中暴露的磨粒，该结构化磨料层是通过对图1A的磨料制品进行等离子处理而制备的。
图2A是结构化磨料层经过2分钟等离子处理后的外表面的扫描电子显微图，放大倍数为约800X倍。
图2B是结构化磨料层经过2分钟等离子处理后的外表面的扫描电子显微图，放大倍数为约2000X倍。
图3A是结构化磨料层经过5分钟等离子处理后的外表面的扫描电子显微图，放大倍数为约800X倍。
图3B是结构化磨料层经过5分钟等离子处理后的外表面的扫描电子显微图，放大倍数为约2000X倍。
图4A是结构化磨料层经过10分钟等离子处理后的外表面的扫描电子显微图，放大倍数为约800X倍。
图4B是结构化磨料层经过10分钟等离子处理后的外表面的扫描电子显微图，放大倍数为约2000X倍。
图5是结构化磨料层用另一种磨料制品预处理后的外表面的扫描电子显微图，放大倍数为约2,000X倍。
图6是具有以水溶性聚合物定位的磨粒的结构化磨料层的外表面的扫描电子显微图，放大倍数为约1,000X倍。
图7是针对得自Saint-Gobain Abrasives Technology公司的商品NORAX U321X5的现有技术结构化磨料层的外表面的扫描电子显微图，放大倍数为约2000X倍。
在说明书和附图中重复使用的引用字符旨在表示本发明的相同或类似的部件或元件。
定义
如本文所用，词语“包含”、“具有”和“包括”在法律上是具有等同含义的开放型术语。因此，除了列举的元件、功能、步骤或限制之外，还可以有其他未列举的元件、功能、步骤或限制。
如本文所用，“结构化磨料层”是由包括交联粘合剂和多个磨粒的多个成形研磨复合物形成。成形研磨复合物可以粘附于背衬，从而形成涂布的磨料制品。位于背衬上的成形研磨复合物可以随机布置或排列为重复图案。位于背衬上的成形研磨复合物的形状、尺寸、高度、空间密度、或者其他物理特性可以是变化的。可使用若干方法形成结构化磨料层。在一种方法中，使用卷筒纸凹版印刷涂层机将包括可交联粘合剂和磨粒的研磨浆液印刷在背衬上，从而形成多个成形研磨复合物。在另一种方法中，可将研磨浆液沉积到背衬上，然后进行压印而形成多个成形研磨复合物，如美国专利No.5,863,306、5,833,724以及6,451,076中所公开。在又一方法中，可将研磨浆液沉积到具有包含所需图案的反演图案的多个腔体的模具中，并使可交联粘合剂至少部分地固化，从而形成多个成形研磨复合物，如美国专利No.5,152,917、5,304,223、5,378,251以及5,437,754中所公开。
如本文所用，“精确成形研磨复合物”是由置于模具腔体中的研磨浆液形成，该研磨浆液在从模具中取出前至少部分被固化。与卷筒纸凹版印刷或者压印方法生产成形研磨复合物不同，模制/部分固化方法制得的成形研磨复合物具有明显更好的形状保持性、边缘轮廓以及具有大体上复制模具表面的表面或形状，这可通过成形研磨复合物在置于模具中时至少部分固化来大体上复制模具表面。
如本文所用，“精确暴露的磨粒”意指含有磨粒的交联粘合剂通过等离子蚀刻被去除至少一部分，使得至少一部分磨粒暴露或者高于周围的交联粘合剂。因此，磨粒暴露部分的边缘呈现出锋利并且明显的特征。磨粒暴露部分和交联粘合剂的分界线锋利并且明显，并且界面基本上不会由于机械作用(如压印)而蹭脏或者由于毛细管作用而芯吸。磨粒暴露部分基本上不含任何残留的交联粘合剂。
如本文所用，“密集”意指除了磨料层或模具的周边这些显然不可能的地方外，每个锥形研磨复合物的底面(或每个腔体的开口)都沿其整个周长邻接相邻的锥形研磨复合物(或腔体)，无论截锥形研磨复合物或非截锥形研磨复合物均是如此。
如本文所用，“基本上由密集的研磨复合物组成”(例如，截锥形研磨复合物或锥形研磨复合物)意指虽然存在(例如，由所采用的制造工艺引起)一定程度的变化(例如，在高度、形状、或密度方面的变化)，但这种变化不会对结构化磨料制品的研磨特性(例如，切削、产品寿命、或最终所得表面抛光的光滑度)有实质性的影响。
“基本上由密集腔体组成”(如截锥形腔体或锥形腔体)组成的意思是虽然存在(如由所采用的制造工艺引起)一定程度的变化(如在深度、形状、或密度方面的变化)，但这种变化不会对最终所得的结构化磨料制品的研磨特性(如切削、产品寿命、或最终所得表面抛光的光滑度)有实质性的影响。
具体实施方式
磨料制品可包括固定于背衬第一主表面上的结构化磨料层。图1A-1C示出了结构化磨料制品。现在参见图1A，结构化研磨盘100具有背衬110，背衬110具有第一主表面和第二主表面，分别为115和117。可任选的粘合剂层120接触并固定于第一主表面115上、并与其共延伸。结构化磨料层130具有外边界150，并且该结构化磨料层130接触并固定于背衬110的第一主表面115上、并与其共延伸(如果不存在可任选的粘合剂层120的话)，或者接触并固定于可任选的粘合剂层120上、并与其共延伸(如果存在可任选的粘合剂层120的话)。如图1B所示，结构化磨料层130包含多个凸起的研磨区160以及网166。每个凸起的研磨区160基本上由密集的多个锥形研磨复合物162组成，锥形研磨复合物162具有第一高度164。网166基本上由密集的截头锥形研磨复合物168组成，锥形研磨复合物168具有第二高度170。网166连续邻接凸起的研磨区160并将其彼此分开、并与外边界150共延。锥形研磨复合物162的第一高度高于截锥形研磨复合物168的第二高度170。可任选的机械附连中间层140固定于第二主表面117上。
据信，上述锥形研磨复合物和截锥形研磨复合物网的组合有利于清除垃圾(如尘屑)以及有效地捕集粉尘，可在研磨过程中(尤其有助于人工研磨过程)增大分布于锥形复合物上的摩擦压力的比例并减少粘滞。
现在参见图1C，锥形研磨复合物162和截锥形研磨复合物168每个都包含磨粒137和交联粘合剂138。结构化磨料层130的外表面180的至少一部分包含多个精确暴露的磨粒174。精确暴露的磨粒由至少一部分外表面180经过等离子处理而形成。电离的等离子从外表面180上腐蚀掉或者去除交联粘合剂138，逐步暴露出基底磨粒的更多表面区域。
在本发明的各种实施例中，磨粒137总表面区域的约5％至约90％、或总表面区域的约10％至约90％、或总表面区域的约25％至约90％、或总表面区域的约50％至约90％、或总表面区域的约75％至约90％是精确暴露的并且不含交联粘合剂138。
现在参见图2A和2B，经过两分钟等离子处理后，结构化磨料层130的外表面180的小于约50％的表面区域包含精确暴露的磨粒。外表面180的大部分由交联粘合剂138形成，并且具有相对光滑的外观。当精确暴露的磨粒174大部分存在于成形研磨复合物表面上时，锥形研磨复合物162的边缘主要是交联粘合剂138。精确暴露的磨粒174从交联粘合剂138中轻微突出，从而增加了表面粗糙度。如图所示，磨粒的暴露程度在结构化磨料层130的所有位置上是大体均匀的，这些位置包括成形研磨复合物顶部以及相邻成形研磨复合物之间的凹部。
现在参见图3A和3B，经过五分钟等离子处理后，结构化磨料层130的外表面180的大于约50％的表面区域包含精确暴露的磨粒。外表面180的大部分由精确暴露的磨粒形成，从而提供更高的表面粗糙度。锥形研磨复合物162的边缘主要是单个精确暴露的磨粒，但是某些部分的交联粘合剂138仍然存在。成形研磨复合物(162、168)表面的大部分区域被精确暴露的磨粒174覆盖。精确暴露的磨粒174从交联粘合剂138中明显突出，从而显著增大了表面粗糙度。如图所示，磨粒的暴露程度在结构化磨料层上的所有位置上是大体均匀的，这些位置包括成形研磨复合物的顶部、表面和边缘、以及相邻成形研磨复合物之间的凹部。
现在参见图4A和4B，经过10分钟等离子处理后，结构化磨料层130的外表面180的大于约90％的表面区域包含精确暴露的磨粒。几乎整个外表面180是由精确暴露的磨粒形成的，从而提供明显更高的表面粗糙度。锥形研磨复合物162的边缘主要是单个精确暴露的磨粒，并且只有一小部分交联粘合剂138仍然存在。成形研磨复合物(162、168)的表面区域几乎全被精确暴露的磨粒174覆盖。精确暴露的磨粒174看起来像是单个磨粒一个接一个粘附在表面上，直到所有交联粘合剂138都被覆盖。很有意思的是，注意到精确暴露的磨粒的暴露量大体上是相同的，与所存在的几何形状无关。值得注意的是相邻成形研磨复合物之间的凹部的暴露程度以及在表面上的暴露程度或沿表面相交边缘的暴露程度或在成形研磨复合物顶部的暴露程度。在所有区域中，精确暴露的磨粒从交联粘合剂138中突出的量大致相同。
无意受限于理论，据信在成形研磨复合物的凹部中和在成形研磨复合物的侧面和顶部上具有精确暴露的磨粒可提供显著的优点，即使精确暴露的磨粒可能不在初始时接触工件的表面。具体地讲，根据研磨的材料而定，成形研磨复合物侧面的一部分可以作为研磨工作表面。透明涂层、油漆以及其他相对柔软的材料可使成形研磨复合物利用成形研磨复合物的顶部和侧面更深地切入油漆层。当只有成形研磨复合物顶部具有暴露的磨粒时，切削率可能降低。其次，在凹部以及不接触表面的侧面上具有精确暴露的磨粒据信可提供更长的磨料制品使用寿命。随着成形研磨复合物的高度在使用过程中下降，所呈现的精确暴露的磨粒有利于磨损交联粘合剂。因此，最新的、锋利的精确暴露的磨粒在整个结构化磨料层中都存在，直到结构化磨料层被完全磨掉。
在本发明的另一个实施例中，结构化磨料层130具有由多个磨粒137、交联粘合剂138以及多个水溶性粒子139形成的多个研磨复合物。水溶性粒子通常不溶于用于形成研磨复合物的粘合剂前体。当磨料制品在使用时暴露于水中时，水溶性粒子开始溶解。因此，磨料制品可被制成更易蚀的形式，从而提高对于某些应用的性能，例如去除硬汽车透明涂层(如PPG Industries 9911)中的缺陷。
发明人已确定对磨料制品的等离子处理可用于暴露交联粘合剂中的水溶性粒子，从而增强研磨复合物的分解能力。此外，如实例中所示，未对所得磨料制品进行等离子处理时，使用水溶性粒子并不显著提高性能。因此，将水溶性粒子与等离子处理相结合对于某些应用而言可产生具有优异性能的磨料制品。
水溶性粒子可以是水溶性无机粒子或有机粒子，例如有机盐或者可溶性聚合物粒子。合适的水溶性粒子包括(例如)糖、糖粉、右旋糖、二糖和多糖、淀粉、诸如金属卤化物盐的可溶性盐、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、葡聚糖、聚乙烯醇、黄原胶、瓜耳胶、或者它们的混合物。水溶性粒子的平均粒度可在约0.05至约500微米之间、或在约1至100微米之间的范围内。水溶性粒子可混合于用以形成研磨复合物的浆液中，施用含量范围为约0.5重量％和约70重量％之间、或约1重量％和约30重量％之间、或约3重量％和约20重量％之间、或约0.5重量％至约8重量％之间、或约1重量％至约7重量％之间。
在本发明的一个实施例中，水溶性粒子易溶于水。在本发明的其他实施例中，至少5克、至少10克、至少20克、至少30克、或至少40克的水溶性粒子在25摄氏度时可溶于100克的水中。
现在参见图5-6，图中示出了三个比较磨料制品的结构化磨料层。在图5中，类似于图1-4中所示磨料制品的磨料制品通过使用另一磨料制品研磨外表面来进行预处理。如图所示，只有结构化磨料层中的成形研磨复合物的顶部被改变。侧面和成形研磨复合物之间的凹部未改变。在磨损的成形研磨复合物顶部，单个磨粒在放大2,000倍时不可分辨。相比之下，在图2A和2B中，单个精确暴露的磨粒在只经过两分钟等离子处理后，仅放大800就易于分辨。
在图6中，示出了根据提交于2007年7月13日、名称为“Structured Abrasive with Overlay，and Method of Making andUsing the Same”(具有涂层的结构化磨料及其制备和使用方法)的美国专利申请No.11/777701中所公开的方法制备的磨料制品。磨粒和聚乙烯醇的混合物被施加到具有结构化磨料层的磨料制品上，该结构化磨料层包含锥形研磨复合物。如图所示，结构化磨料层上的磨粒不是精确暴露的。与图2-4中仅放大800倍所示的精确暴露的磨粒的边缘不同，该磨粒的边缘不锋利并且即使放大2,000倍仍然不明显。尤其应注意到相邻成形研磨复合物之间的凹部中单个的磨粒不可分辨的方式。另外，更多磨粒聚集在结构化磨料层的凹部和下部，而更少磨粒聚集在成形研磨复合物的顶端和表面，从而导致磨粒的不均匀。
在图7中，示出了可商购的具有结构化磨料层的磨料制品，其以商品名“NORAX U321X5”购自Saint-Gobain Abrasives公司。磨料制品据信是根据美国专利No.6,451,076中公开的方法生产的，其中顶部复胶层位于压印的结构化磨料层上方。如放大2,000倍所示，磨粒全部被顶部复胶层覆盖，并且不是如图2-4中所示的精确暴露的。
图2-4所示的磨料制品是通过用等离子处理磨料制品从而均匀地暴露结构化磨料层中所有位置的磨粒而制成。可调节等离子处理的条件以实现结构化磨料层的各向同性蚀刻，从而均匀地磨损交联粘合剂，即便可造成结构化磨料层高度和几何形状的显著改变。
在等离子处理过程中，由室内气体在设备中产生的等离子是通过给至少一根电极供电(例如，从在以0.001到100MHz频率运行的RF发电机供给)而形成和维持的。电极系统可以对称或不对称。在一些等离子设备中，接地电极和供电电极之间的电极表面积比率为2∶1至4∶1或3∶1至4∶1。供电电极可以用(例如)水冷却。对于离散的相对平坦的物体(例如磨料制品)而言，等离子沉积是可以实现的，例如通过将制品放置在与不对称电极构造的较小电极直接接触来实现。由于供电电极和制品之间的电容耦合，这样可以让制品充当电极。
RF电源以在0.01至50MHz、或13.56MHz、或其任何整数倍(如1、2或3)范围内的典型频率供电。RF电源可以为诸如13.56MHz振荡器之类的RF发生器。为了获得高效的电耦合(即，其中反射功率为入射功率的一小部分)，可以通过网络将电源连接到电极，该网络用来将电源的阻抗与传输线路的阻抗(通常为50欧姆电抗)相匹配，从而通过同轴传输线路高效传输RF能。一种类型的匹配网络(其包括两个可变电容器和一个感应器)可以商品名AMN 3000得自Plasmatherm(St.Petersburg，FL)。传统的电耦合方法涉及在被供电电极和电源之间的阻抗匹配网络内使用隔直流电容器。这种隔直流电容器可以防止直流偏压被分流到其余电路。相反，接地电极内的直流偏压被分流。虽然RF电源的可接受频率范围可以足够高，以便在较小电极上形成大的负直流自偏压，但该频率范围不应高至使得在所得等离子内产生驻波，这会造成等离子处理低效。
除了磨料制品的间歇处理之外，研磨材料的辊和连续纤维网可使用连续等离子反应器进行处理，该反应器采用如美国专利No.5,888,594、5,948,166、7,195,360；以及美国专利申请No.2003/0134515中描述的技术。连续等离子处理设备通常包括可由射频(RF)电源供电的旋转筒电极、用作接地电极的接地室、以连续移动网形式连续提供待处理制品的进料卷轴、以及收集处理后制品的收取卷轴。进料卷轴和收取卷轴可任选地封闭于室内，或者只要低压等离子维持于室内，也可在室外操作。如果需要，可在电动筒电极附近增加同心接地电极以实现附加的间距控制。入口以蒸汽或液体形式向室内提供合适的处理气体。
在本发明中，结构化磨料层通过单独或结合使用以下条件来提供各向同性等离子蚀刻条件，从而进行均匀等离子处理：较高气压、较长处理时间、较高设置功率、或与氧气混合的碳氟化合物气体。各向同性等离子蚀刻条件可以在高压时应用纯氧或在低压时应用O2和C3F8的混合气体。处理气压一般为50毫托至10,000毫托、或60毫托至1,000毫托、或250毫托至550毫托。处理时间一般为2分钟至15分钟、或4分钟至12分钟、或5分钟至10分钟。处理气体包括(例如)纯氧或者氧气和C3F8的混合物。C3F8气体的流速除以C3F8气体和O2气体的混合气体的总流速的比率一般为0.10至0.30、或0.15至0.25，并且混合气体总流速一般为0.1至10升/分钟。等离子蚀刻工艺的处理设置功率一般为0.1至1.0瓦特/平方厘米电极面积。
虽然图2-4中所示是对结构化磨料制品进行等离子处理，其他磨料制品也可用等离子处理从而改变外表面的表面特性。用于等离子处理的合适磨料制品包括(例如)诸如磨轮的粘结磨料制品、背衬上涂覆有磨料层或结构化磨料层的涂附磨料制品、以及包含纤维基质、粘合剂和磨粒的非织造磨料制品。
对于如图1所示的涂布的磨料制品，合适的背衬包括(例如)聚合物膜(包括预处理的聚合物膜)、布料、纸张、多孔和非多孔的聚合物泡沫、硫化纤维、纤维强化的热塑性背衬、熔纺或熔喷无纺布、它们的经过处理的形式(如经过防水处理)、以及它们的组合。用于聚合物膜的合适的热塑性聚合物包括(例如)聚烯烃(如聚乙烯和聚丙烯)、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺(如尼龙-6和尼龙-6，6)、聚酰亚胺、聚碳酸酯、这些聚合物的共混物、以及它们的组合。
通常，背衬的至少一个主表面是光滑的(例如，该表面可用作第一主表面)。背衬的第二主表面可以包括防滑或摩擦涂层。此类涂层的例子包括分散在粘合剂内的无机颗粒(如碳酸钙或石英)。
背衬可以包含各种添加剂。合适的添加剂的例子包括着色剂、加工助剂、增强纤维、热稳定剂、UV稳定剂、和抗氧化剂。可用的填料的例子包括粘土、碳酸钙、玻璃珠、滑石粉、黏土、云母、木屑和炭黑。在一些实施例中，背衬可以是复合膜，如(例如)具有两个或更多个分立层的共挤出薄膜。
结构化磨料层可具有以密集的布置方式排列的锥形研磨复合物，以形成凸起的研磨区域。凸起的研磨区域通常都具有相同的形状，并且按照重复的图案布置在背衬上，不过这两点均不是必须的。
术语“锥形研磨复合物”是指具有棱锥形状(也就是说，具有多边形底面和相交于同一点(顶点)的三角形侧面的立体图形)的研磨复合物。合适的棱锥形状类型的例子包括三棱锥、四棱锥、五棱锥、六棱锥、以及它们的组合。棱锥可以是规则的(也就是说，所有侧面都相同)或不规则的。棱锥的高度为顶点到底面的最小距离。
术语“截锥形研磨复合物”是指具有截棱锥形状(也就是说，具有多边形底面和相交于同一点(顶点)的三角形侧面的立体图形，其中顶端被切除，并且由平行于底面的平面所代替)的研磨复合物。合适的截锥形状类型的例子包括三棱截锥、四棱截锥、五棱截锥、六棱截锥、以及它们的组合。截棱锥可以是规则的(也就是说，所有侧面都相同)或不规则的。截棱锥的高度为顶点到底面的最小距离。
对于精加工应用而言，锥形研磨复合物(即不截头的)的高度通常大于或等于1密耳(25.4微米)并且小于或等于20密耳(510微米)；例如，小于15密耳(380微米)、10密耳(250微米)、5密耳(130微米)、2密耳(50微米)，但也可以采用更大或更小的高度。
在一个实施例中，结构化磨料层130为基本上由密集的截锥形研磨复合物组成的连续网状结构，其连续地邻接凸起的磨料区域并且将凸起的磨料区域彼此分开。本文所用的术语“连续地邻接”的意思是网状结构邻近每个凸起的研磨部分，例如，截锥形研磨复合物和锥形研磨复合物以紧密的方式排列。网状结构可以沿直线、曲线、或其片段形成，或可以沿它们的组合形成。通常，网状结构在整个结构化磨料层延伸；更通常的是，网状结构具有规则的布置方式(如井字形或六边形图案的网状结构)。在一些实施例中，网状结构的最小宽度至少为锥形研磨复合物的高度的两倍。
截锥形研磨复合物的高度与锥形研磨复合物的高度的比值小于一，其通常在以下范围内：从至少0.05、0.1、0.15、或甚至0.20到多至(并且包括)0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.5甚至0.8，虽然也可以采用其他比值。更通常的是，该比值在从至少0.20到多至并且包括0.35的范围内。
对于精加工应用而言，结构化磨料层的锥形和/或截锥形研磨复合物的面密度通常在这样的范围内：从每平方英寸至少1,000、10,000、或甚至至少20,000个研磨复合物(例如，每平方厘米至少150、1,500、或甚至7,800个研磨复合物)到多至(并且包括)每平方英寸50,000、70,000、或甚至多达100,000个研磨复合物(例如，多至(并且包括)每平方厘米7,800、11,000、或甚至多达15,000个研磨复合物)，不过也可以采用密度更大或更小的研磨复合物。
锥形与截锥形的底面比值(也就是说，锥形研磨复合物的底面的总面积与截锥形研磨复合物的总底面面积的比值)会影响本发明的结构化磨料制品的切削和/或修整性能。对于精加工应用而言，锥形与截锥形的底面积比值通常在从0.8至9的范围内，例如，在从1至8、从1.2至7、或从1.2至2的范围内，不过也可以采用超出这些范围的比值。
单个成形研磨复合物(无论锥形、截锥形、或者其他形状)包含分散于交联聚合物粘合剂中的磨粒。研磨领域内已知的任何磨粒都可以包含在研磨复合物内。可用的磨粒的例子包括氧化铝、熔融氧化铝、热处理氧化铝(其中包括棕色氧化铝、热处理氧化铝、和白色氧化铝)、陶瓷氧化铝、碳化硅、绿色碳化硅、氧化铝-氧化锆、氧化铬、二氧化铈、氧化铁、石榴石、金刚石、立方氮化硼、以及它们的组合。对于修理和修整应用而言，可用的磨粒尺寸通常在这样的范围内：其平均粒度从至少0.01、0.1、1、3或甚至5微米到多至(并且包括)35、50、100、250、500或甚至多达1,500微米，不过也可以采用超出此范围的粒度。磨粒可以(通过粘合剂以外的方式)结合在一起，以形成团聚物，如(例如)在美国专利No.4,311,489(Kressner)以及4,652,275和4,799,939(二者均授予Bloecher等人)中所描述的那样。
磨粒上可以具有表面处理物。在某些情况下，表面处理物会增强磨粒与粘合剂的粘合力，改变磨粒的研磨特性等。表面处理物的例子包括偶联剂、卤化物盐、金属氧化物(包括二氧化硅)、难熔金属氮化物、和难熔金属碳化物。
成形研磨复合物(无论锥形、截锥形或其他形状)还可以包含稀释剂颗粒，其大小通常与磨粒为同一数量级。这类稀释剂颗粒的例子包括石膏、大理石、石灰石、燧石、硅石、玻璃泡、玻璃珠、和硅酸铝。
磨粒分散于交联粘合剂中以形成成形研磨复合物。交联粘合剂可以为热塑性粘合剂，但其通常为热固性粘合剂。交联粘合剂由粘合剂前体形成。在制备磨料制品的过程中，热固性粘合剂前体被暴露在能量源中，该能量源有助于引发聚合反应或固化过程，从而将粘合剂交联在一起。能量源的例子包括热能和辐射能，其中辐射能包括电子束、紫外光、和可见光。
经过此聚合反应过程之后，粘合剂前体被转化为凝固的交联粘合剂。作为另外一种选择，对于可交联的热塑性粘合剂前体，在制备磨料制品的过程中需将热塑性粘合剂前体冷却到粘合剂前体凝固的程度。在粘合剂前体硬化之后，即会形成研磨复合物。
热固性树脂主要有两类：可缩合固化的树脂和可加成聚合的树脂。由于可加成聚合的树脂容易通过暴露在辐射能下进行固化，因而其较为有利。加成聚合树脂可通过阳离子机理或自由基机理进行聚合。根据所采用的能量源和粘合剂前体化学性质的不同，有时优选采用固化剂、引发剂、或催化剂来帮助引发聚合反应。
典型的粘合剂前体的例子包括酚醛树脂、脲醛树脂、氨基塑料树脂、氨基甲酸乙酯树脂、三聚氰胺甲醛树脂、氰酸酯树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸酯树脂(例如，丙烯酸酯化聚氨酯、环氧丙烯酸树脂、烯键式不饱和化合物、具有α，β-不饱和羰基侧基的氨基塑料衍生物、具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰脲酸酯衍生物、以及具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰酸酯衍生物)、乙烯基醚、环氧树脂，以及它们的混合物和组合。术语丙烯酸酯涵盖丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。在一些实施例中，粘合剂选自：丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、氰酸酯树脂、异氰脲酸酯树脂、氨基塑料、以及它们的组合。
酚醛树脂适用于本发明，并且具有良好的热性能、可得性，并且其成本相对较低，而且易于处理。酚醛树脂有两类：可熔性酚醛树脂和线型酚醛树脂。可熔性酚醛树脂中甲醛与苯酚的摩尔比大于或等于1∶1，通常在1.5∶1.0至3.0∶1.0之间。线型酚醛树脂中甲醛与苯酚的摩尔比小于1∶1。可商购获得的酚醛树脂的例子包括：以商品名“DUREZ”和“VARCUM”得自Occidental Chemicals Corp.(Dallas，Texas)的酚醛树脂；以商品名“RESINOX”得自Monsanto Co.(Saint Louis，Missouri)的酚醛树脂；以及以商品名“AEROFENE”和“AROTAP”得自Ashland Specialty ChemicalCo.(Dublin，Ohio)的酚醛树脂。
丙烯酸酯化聚氨酯是羟基封端、NCO基扩链(NCO extended)的聚酯或聚醚的二丙烯酸酯。可商购获得的丙烯酸酯化聚氨酯的例子包括：以商品“UVITHANE 782”得自Morton Thiokol Chemical的丙烯酸酯化聚氨酯，以及以商品名“CMD 6600”、“CMD 8400”和“CMD 8805”得自UCBRadcure(Smyrna，Georgia)的丙烯酸酯化聚氨酯。
环氧丙烯酸树脂是环氧树脂的二丙烯酸酯，诸如双酚A环氧树脂的二丙烯酸酯。可商购获得的环氧丙烯酸树脂的例子包括：以商品名“CMD3500”、“CMD 3600”和“CMD 3700”得自UCB Radcure的环氧丙烯酸树脂。
烯键式不饱和树脂包括单体化合物和聚合物化合物，所述化合物含有碳原子、氢原子、和氧原子，并且可任选地含有氮原子和卤素原子。氧原子或氮原子或这两者通常存在于醚、酯、氨基甲酸乙酯、酰胺、和脲基团中。烯键式不饱和化合物优选地具有小于约4,000克/摩尔的分子量，并且优选地为由包含脂肪族单羟基基团或脂肪族多羟基基团的化合物与不饱和羧酸(诸如，丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸、马来酸等)发生反应所制成的酯。丙烯酸酯树脂的代表性例子包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯、二丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸三乙二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙烯酸甘油酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇甲基丙烯酸酯、四丙烯酸季戊四醇酯和四丙烯酸季戊四醇酯。其他烯键式不饱和树脂包括单烯丙基酯、多烯丙基酯、和多甲基烯丙基酯以及羧酸的酰胺，如，邻苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯、和N，N-己二烯己二酰二胺。而其他含氮化合物包括三(2-丙烯酰基-氧乙基)异氰脲酸酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-s-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。
氨基塑料树脂的每个分子或每个低聚物具有至少一个α，β-不饱和羰基侧基基团。这些不饱和的羰基基团可以是丙烯酸酯型基团、甲基丙烯酸酯型基团、或丙烯酰胺型基团。这类材料的例子包括N-羟甲基丙烯酰胺、N，N’-氧基二亚甲基双丙烯酰胺、邻位丙烯酰胺甲基化苯酚及对位丙烯酰胺甲基化苯酚、丙烯酰胺甲基化线型酚醛树脂、以及它们的组合。这些材料在美国专利No.4,903,440和5,236,472(均授予Kirk等人)中被进一步描述。
具有至少一个丙烯酸基支链的异氰脲酸酯衍生物和具有至少一个丙烯酸基支链的异氰酸酯衍生物在美国专利No.4,652,274(Boettcher等人)中被进一步描述。异氰脲酸酯材料的一个例子是三(羟乙基)异氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
环氧树脂具有环氧乙烷，并且通过开环反应进行聚合。这类环氧树脂包括环氧树脂单体和环氧树脂低聚物。可用的环氧树脂的例子包括2，2-双[4-(2，3-环氧丙氧基)-苯丙烷](双酚的二缩水甘油醚)和以商品名“EPON828”、“EPON 1004”、“EPON 1001F”得自Shell Chemical Co.(Houston，Texas)的材料；以及可以商品名“DER-331”、“DER-332”和“DER-334”得自Dow Chemical Co.(Midland，Michigan)的材料。其他合适的环氧树脂包括以商品名“DEN-431”和“DEN-428”商购得自DowChemical Co.的线型酚醛树脂的缩水甘油醚。
本发明的环氧树脂可以通过添加合适的阳离子固化剂、利用阳离子机理进行聚合。阳离子固化剂会产生酸源，以引发环氧树脂的聚合反应。这些阳离子固化剂可以包括具有鎓阳离子和含卤素的金属或准金属络合物阴离子的盐。
其他阳离子固化剂包括具有有机金属络合物阳离子和含卤素的金属或准金属络合阴离子的盐，所述固化剂在美国专利No.4,751,138(Tumey等人)中被进一步描述。另一个例子是有机金属盐和鎓盐，所述有机金属盐和鎓盐在美国专利No.4,985,340(Palazzotto等人)、5,086,086(Brown-Wensley等人)、和5,376,428(Palazzotto等人)中有所描述。而其他阳离子固化剂包括有机金属络合物的离子型盐，其中金属选自在美国专利No.5,385,954(Palazzotto等人)中描述的元素周期表中第IVB、VB、VIB、VIIB和VIIIB族元素。
对于可自由基固化的树脂，在某些情况下优选的是，研磨浆料还包含自由基固化剂。然而，在采用电子束能量源的情况下，由于电子束本身可以产生自由基，因此并不总是需要固化剂。
自由基热引发剂的例子包括过氧化物，例如过氧化苯甲酰、偶氮化合物、二苯甲酮、和醌。对于使用紫外光或可见光能量源的情况而言，该固化剂有时被称为光引发剂。暴露在紫外光下时可产生自由基源的引发剂的例子包括(但不限于)选自由下列物质组成的群组的引发剂：有机过氧化物、偶氮化合物、醌、二苯甲酮、亚硝基化合物、酰卤、腙、巯基化合物、吡喃鎓化合物、三丙烯酰基咪唑、双咪唑、氯烷基三嗪、安息香醚、联苯酰缩酮、噻吨酮和苯乙酮衍生物，以及它们的混合物。暴露在可见辐射下时可产生自由基源的引发剂的例子可见于美国专利No.4,735,632(Oxman等人)。一种用于可见光的适用引发剂是以商品名“IRGACURE369”得自Ciba Specialty Chemicals(Tarrytown，New York)的引发剂。
具有结构化磨料层的磨料制品通常通过以下方式制备：形成由磨粒和上述粘合剂树脂的可硬化或可聚合的前体(即粘合剂前体)组成的浆料，将浆料与背衬接触，并通过某种方式(如暴露在能量源中)将粘合剂前体硬化和/或聚合，使得所得结构化磨料制品具有多个固定于背衬上的成形研磨复合物。能量源的例子包括热能和辐射能(包括电子束、紫外光、和可见光)。
利用任何合适的混合技术将粘合剂前体、磨粒和可任选的添加剂混合在一起，来制备研磨浆料。混合技术的例子包括低剪切和高剪切混合，优选采用高剪切混合。也可以将超声能与混合步骤结合使用，以降低研磨浆料的粘度。通常，将磨粒逐步添加到粘合剂前体中。通过在混合过程中或混合步骤之后抽真空，可以将研磨浆料中的气泡量降到最低。在某些情况下，通过加热(通常在30至70℃范围内)研磨浆料可以有效降低粘度。
例如，在一个实施例中，可以将浆料直接涂布到在其中具有成形腔体(对应于所需的结构化研磨层)的制造工具上，并且使其与背衬接触，或将浆料涂布到背衬上并且使其与制造工具接触。通常随后在浆料处于制造工具的腔体内的同时，将其硬化(例如，至少部分固化)或固化，然后将背衬与工具分离，从而形成具有结构化磨料层的磨料制品。
在一个实施例中，生产工具的表面可基本上由腔体的密集阵列组成，该腔体包括：锥形腔体(如选自三棱锥形腔体、四棱锥形腔体、五棱锥形腔体、六棱锥形腔体、以及它们的组合)、以及截锥形腔体(如选自三棱截锥形腔体、四棱截锥形腔体、五棱截锥形腔体、六棱截锥形腔体、以及它们的组合)。在一些实施例中，截锥形腔体深度与锥形腔体深度的比率在0.2至0.35的范围内。在一些实施例中，锥形腔体的深度在1至10微米的范围内。在一些实施例中，锥形腔体与截锥形腔体各自具有大于或等于每平方厘米150个腔体的面密度。
制造工具可以是带状物、片状物、连续的薄片或料片、涂布辊(如轮转凹版辊(rotogravure roll))、安装在涂布辊上的套管、或模具。制造工具可以由金属(如镍)、金属合金、或塑料构成。金属制造工具可以采用任何传统的技术制成，所述技术例如为雕刻、抛光、电铸、或金刚石车削。
热塑性工具可以由金属母版工具复制而成。母版工具应具有制造工具所需的反相图案。母版工具可以按照与制造工具相同的方式制作。母版工具优选地由金属(如镍)经金刚石车削而成。热塑性薄片材料可以被加热，并且可任选地与母版工具一起加热，使得通过将二者压在一起，而在热塑性材料上压印出母版工具的图案。也可以将热塑性材料挤出或浇注到母版工具上，然后再挤压。冷却热塑性材料使其硬化，从而制备出制造工具。优选的热塑性制造工具材料的例子包括聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯以及它们的组合。如果使用热塑性制造工具，则必须小心地不要产生可以导致热塑性制造工具变形的过度热量。
制造工具也可以包含剥离涂层，以允许更容易地将磨料制品从制造工具上剥离。用于金属工具的这类剥离涂层的例子包括硬质碳化物、氮化物或硼化物涂层。用于热塑性工具的剥离涂层的例子包括有机硅和含氟化合物涂层。
有关具有精确成形研磨复合物的结构化磨料制品及其制备方法的更多细节可见于(例如)美国专利No.5,152,917(Pieper等人)、5,435,816(Spurgeon等人)、5,672,097(Hoopman)、5,681,217(Hoopman等人)、5,454,844(Hibbard等人)、5,851,247(Stoetzel等人)、以及6,139,594(Kincaid等人)。
在另一个实施例中，可以图案化方式(例如通过丝网印刷或凹版印刷实现)将包含可聚合的粘合剂前体、磨粒和硅烷偶联剂的浆料沉积在背衬上，使其部分地聚合，以使得被涂布的浆料的至少表面呈塑性但不流动，接着在部分聚合的浆料配制物上压印出图案，并且随后进行进一步的聚合(如通过暴露在能量源中实现)，以形成多个固定于背衬上的成形研磨复合物。采用该方法制备的这种压印的具有结构化磨料层的磨料制品以及相关方法在(例如)美国专利No.5,833,724(Wei等人)、5,863,306(Wei等人)、5,908,476(Nishio等人)、6,048,375(Yang等人)、6,293,980(Wei等人)、以及美国专利申请No.2001/0041511(Lack等人)中描述。
可按照常规做法在磨料制品的背面打印相关信息，以显示诸如(例如)产品识别号、等级号、和/或制造商之类的信息。作为另外一种选择，也可以将这类信息打印在背衬的正面。如果研磨复合物对于打印来说足够半透明，使得透过该研磨复合物可以识别打印的信息，则可以在正面打印。
根据本发明的涂布的磨料制品可以任选地具有固定于背衬第二主表面上的附连中间层，以有利于将该磨料制品固定到支载垫或支撑垫上，该支载垫或支撑垫被固定到诸如(例如)偏心轨道式砂光机的工具上。可任选的附连中间层可以是粘合剂(例如，压敏粘合剂)层或双面粘合胶带。可任选的附连中间层适于同一个或多个固定于支载垫或支撑垫上的互补元件配合使用，以提供适当的功能。例如，可任选的附连中间层可以包括用于钩环附件的套环织物(如用于与其上固定有钩状结构的支载垫或支撑垫配合使用)、用于钩环附件的钩状结构(如用于与其上固定有套环织物的支载垫或支撑垫配合使用)或互相啮合的附连中间层(如蘑菇状互锁扣件，其被设计用于与支载垫或支撑垫上的蘑菇状互锁扣件相啮合)。有关这类附连中间层的更多细节可见于(例如)美国专利No.4,609,581(Ott)、5,152,917(Pieper等人)、5,254,194(Ott)、5,454,844(Hibbard等人)、5,672,097(Hoopman)、5,681,217(Hoopman等人)以及美国专利申请2003/0143938(Braunschweig等人)和2003/0022604(Annen等人)。
同样，背衬的第二主表面可具有多个从其上凸起的、整体地形成的吊钩，例如在美国专利No.5,672,186(Chesley等人)中所描述的那些。这些吊钩将会使结构化磨料制品和其上固定有套环织物的支撑垫之间形成接合。
依据可以与本发明的磨料制品结合使用的任何支承垫的具体形状而定，磨料制品可以是任何形状，例如，圆形(如圆盘)、椭圆形、扇边形或矩形(如薄片)，或者其也可以是环形带的形状。结构化磨料制品中可以具有狭槽或狭缝，并且可以具有穿孔(如多孔圆盘)。
根据本发明的磨料制品通常可用于研磨工件，尤其是那些其上具有硬化聚合物层的工件。然而，工件可以包括任何材料并且可以具有任何形状。所述材料的例子包括金属、金属合金、异金属合金、陶瓷、涂漆的表面、塑料、聚合物涂层、石头、多晶硅、木材、大理石、以及它们的组合。工件的例子包括模制的和/或成形的制品(如光学透镜、机动车车身仪表板、船体、柜台和洗碗池)、晶片、薄片和块状物。
根据本发明的具有结构化磨料层的磨料制品通常用于修理和/或打磨聚合物涂层，例如，机动车辆油漆和透明涂层(如机动车透明涂层)，其中的例子包括：聚丙烯酸酯-多元醇-聚异氰酸酯组合物(例如，在美国专利No.5,286,782(Lamb等人)中有所描述)；羟基官能化的丙烯酸-多元醇-聚异氰酸酯组合物(例如，在美国专利No.5,354,797(Anderson等人)中有所描述)；聚异氰酸酯-碳酸盐-三聚氰胺组合物(例如，在美国专利No.6,544,593(Nagata等人)中有所描述)；以及高固体聚硅氧烷组合物(例如，在美国专利No.6,428,898(Barsotti等人)中有所描述)。
根据应用而定，研磨界面处的力在约0.1千克至大于1000千克的范围内。通常，该研磨界面处的力在1千克至500千克之间的范围内。同样，根据应用而定，研磨过程中可能存在液体。该液体可以是水和/或有机化合物。典型的有机化合物的例子包括润滑剂、油、乳化有机化合物、切削液、表面活性剂(如皂、有机硫酸盐、磺酸盐、有机膦酸酯、有机磷酸酯)以及它们的组合。这些液体也可以包含其他添加剂，例如，消泡剂、脱脂剂、缓蚀剂、以及它们的组合。
根据本发明的磨料制品，可以与(例如)旋转工具配合使用，该旋转工具围绕大致垂直于结构化磨料层的中心轴旋转，或者该结构化磨料制品可以与具有无规轨道的工具(如偏心轨道式砂光机)配合使用，并且其在使用过程中可以在研磨界面处摆动。在某些情况下，这种摆动会在被研磨的工件上形成更精细的表面。
实例
通过以下的非限制性实例，进一步说明了本发明的目的以及优点，但在这些实例中所列举的具体材料及其数量以及其他的条件和细节不应被解释为不当地限制本发明。除非另外指明，否则实例以及说明书其余部分中的所有份数、百分数、比率等均按重量计。
材料
466LA     466LA-3M TRIZACT FINESSE-IT膜，其可从3M公司(Saint Paul，
          MN)商购获得。
460LA     460LA-3M TRIZACT FINESSE-IT膜，其可从3M公司(Saint Paul，
          MN)商购获得。
NORAX     NORAX U321X5，其可从Saint-Gobain Abrasives公司商购获得。
糖粉      12x糖粉，其可从United Sugar公司商购获得。
葡聚糖    多糖，其可以商品名“D4133”从Sigma-Aldrich，Inc.(St.Louis，
          Missouri)商购获得
SR339   2-苯氧基丙烯酸乙酯，其可以商品名“SR339”从Sartomer Company，
        Inc.(Exton，Pennsylvania)商购获得
SR351   三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，其可以商品名“SR351”从Sartomer
        Company，Inc.(Exton，Pennsylvania)商购获得。
A174    γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，其可以商品名“A174”从
        Crompton公司(Middlebury，Conn)商购获得。
TPO-L   酰基膦氧化物，其可以商品名“LUCERIN TPO-L”从BASF公司
        (Florham Park，NJ)商购获得。
D520    磷酸化共聚物(Sulplus D520)，其可从Lubrizol公司(Wickliffe，
        OH)商购获得
OX-50   二氧化硅OX50 Aerosil，其可以商品名“OX50”从Degussa公司
        (Parsippany，NJ)商购获得
GC 3000 绿碳化硅矿物质，其可以商品名“GC3000”从Fujimi公司(Elmhurst，
        ILL)商购获得。
PPG9911 汽车透明涂层测试面板，其可以商品名“9911 powder clear coat”
        从PPG Industries(Alison Park，PA)商购获得。
DSP1    阴离子聚酯分散剂，其可以商品名“HYPERMER KD_10”从Uniqema
        (New Castle，Delaware)商购获得。
LP1     70克/平方米的套环织物，其可以商品名“100％ POLYAMIDE DAYTONA
        BRUSHED NYLON LOOP”从Sitip SpA Industrie(Cene，Italy)商购
        获得
样品11-19按如下方式制备：以重量份表示的磨料浆液按如下方式制备：13.2份SR339、20.0份SR351、0.5份DSP1、2.0份A174、1.1份TPO-L以及63.2份GC 3000在20℃下应用实验室空气混合器均匀地分散大约15分钟。通过刮刀涂布方式将浆料施加到12英寸(30.5厘米)宽的微复制型聚丙烯模具上，该模具上具有均匀分布的、密集的、交替布置的34度螺旋切削的锥形阵列，阵列具有11×11行，其底宽为3.3密耳×3.3密耳(83.8×83.8微米)，深度为2.5密耳(63.5微米)，并且这些阵列被3×3行、同样的深度被截短至0.83密耳(21微米)的锥形阵列隔开，如图1B所示。工具是大致根据美国专利No.5,975,987(Hoopman等人)所述的方法，通过相应的母辊制备而成的。然后，将填充有浆液的聚丙烯模具置于12英寸(30.5厘米)宽的网上，使该网穿过压料辊(对于10英寸(25.4厘米)宽的网而言，其压区压力为90磅/平方英寸(psi)(620.5千帕(kPa)))，然后在以30英尺/分钟(fpm)(9.14米/分钟)的速度移动该网的同时，用紫外光(UV)灯(“D”型灯)在600瓦特/英寸(236瓦特/厘米)的条件下对其照射，其中所述网为涂有乙烯-丙烯酸作为底漆的聚酯薄膜，厚度为3.71密耳(94.2微米)，并且可以商品名“MA370M”得自3M公司，所述紫外光灯得自Fusion Systems Inc.(Gaithersburg，Md)。将聚丙烯模具与涂有乙烯-丙烯酸作为底漆的聚酯薄膜分离，从而形成完全固化的精确成形磨料层，该磨料层粘附在涂有乙烯-丙烯酸作为底漆的聚酯薄膜上。将压敏粘合剂层合到薄膜背面(与磨料层相对的一面)，并且将一片LP1层合到压敏粘合剂上。然后将磨料冲切成各种尺寸的圆盘，圆盘的直径在0.75英寸(1.91厘米)至1.25英寸(3.18厘米)的范围内。
样品11-19：等离子处理前的原材料配方
                  6％     3％      3％
材料    对照物
                  糖      糖       葡聚糖
SR339    807.6    807.6   807.6    807.6
SR351    1221     1221    1221     1221
A174     125.4    125.4   125.4    125.4
TPO-L    68.4     68.4    68.4     68.4
D520     45.6     45.6    45.6     45.6
OX-50    210      60      60       60
糖粉     0        360     180      0
葡聚糖   0        0       0        180
GC 3000  3323     3323    3323     3323
除NORAX U321X5以外，磨料制品经过如下表1和2中概述的各种等离子处理。在漆面上具有PPG 9911透光涂层的汽车透光涂层测试面板得自PPG Industries(Alison Park，PA)。检查面板，以查找透光涂层上的缺陷、碎屑、或尘点。具有弹性支撑垫的轨道磨砂机用于处理每个结构化磨料制品，从而去除所识别的缺陷。对能够被每个磨料制品去除的缺陷的总数进行统计并记录。如表1中所示，相对于未经处理的样品号7，各向同性等离子蚀刻显著增加了可从透光涂层测试面板上去除的缺陷数量，样品号7甚至不能去除单个缺陷。
表1：切削结果
  样品   磨料类型   气体   流速sccm   功率瓦特/平方厘米   时间分钟   压力毫托   去除的缺陷
  1   466LA   C3F8O2   80320   0.54   10   300   13
  2   466LA   C3F8O2   80320   0.54   10   50   10
  3   466LA   C3F8O2   80320   0.54   5   300   7
  4   466LA   C3F8O2   80320   0.54   10   300   12
  5   460LA   C3F8O2   80320   0.54   10   50   1
  6   NORAX   不适用   不适用   不适用   不适用   不适用   11
  7   466LA   不适用   不适用   不适用   不适用   不适用   0
如表2中所示，包含未经等离子处理的水溶性粒子的配方(样品11、14、17)不能从硬粉末透明涂层上去除任何油漆缺陷。然而，包含经等离子处理的水溶性粒子的配方相对于不含水溶性粒子的配方可去除更多缺陷(在相同等离子处理条件下)。例如，未经等离子处理的样品8在其呈现无效之前仅能去除3个缺陷，而样品13可去除7个缺陷。
此外，只需较少的等离子处理时间便可使磨料制品适于使用。例如，样品8需要10分钟等离子处理才能够开始去除缺陷，而包含3％的糖的样品15只需5分钟等离子处理，并能去除样品8所去除缺陷两倍的缺陷，即便处理时间明显较少。
表2：具有水溶性粒子的磨料的切削结果
  样品   磨料类型   气体   流速sccm   功率瓦特/平方厘米   时间分钟   压力毫托   去除的缺陷
  8   460LA   C3F8O2   80320   0.54   10   300   3
  9   460LA   C3F8O2   80320   0.54   5   300   0
  10   460LA   C3F8O2   80320   0.54   0   300   0
  11   460LA-6％糖   C3F8O2   80320   0   0
  12   460LA-6％糖   C3F8O2   80320   0.54   5   300   7
  13   460LA-6％糖   C3F8O2   80320   0.54   10   300   7
  14   460LA-3％糖   C3F8O2   80320   0   0
  15   460LA-3％糖   C3F8O2   80320   0.54   5   300   7
  16   460LA-3％糖   C3F8O2   80320   0.54   10   300   7
  17   460LA-3％葡聚糖   C3F8O2   80320   0   0
  18   460LA-3％葡聚糖   C3F8O2   80320   0.54   5   300   0
  19   460LA-3％葡聚糖   C3F8O2   80320   0.54   10   300   6
外表面组合物
对结构化磨料层的外表面118的化学组成进行分析从而确定等离子处理造成的外表面改变。对五种不同产品进行测试。商购的产品包括购自3M公司的460LA和466LA-3M TRIZACT FINESSE-IT膜以及购自Saint-Gobain Abrasives公司的NORAX U321X5。也对两种等离子处理的磨料制品进行测试。第一种等离子处理制品根据表1中样品1的条件进行处理。第二种等离子处理制品使用流速为320sccm的纯O2、300毫托的压强以及0.54瓦特/平方厘米的功率。蚀刻持续时间为10分钟。
样品使用X射线光电子能谱(XPS)(也称为化学分析电子能谱(ESCA))检测。XPS提供元素和化学(氧化态和/或官能团)组合物的定量测量，用于测量样品表面最外层的30-100埃。除氢和氦之外，XPS对元素周期表中的所有元素都灵敏。针对大部分种类的一般检测限值在0.1至1原子％浓度的范围内。
使用具有单色Al-Ka X射线源的Kratos AXIS Ulta DLD光谱仪来获得XPS数据。在相对于样品表面的90度飞离角处检测到发射的光电子。低能量电子流枪用于最大程度地减少表面荷电。用于获取每个数据点的分析区域为约700微米×300微米，并且是随机选择的。每个样品的三个区域经过分析并求平均值以获得原子％记录值。本领域的技术人员可以使用可供选择的设备和测量技术，只要样品区域保持一致并且对每个检测样品至少三个数据点求平均值。
表3示出了XPS分析的结果。如表中所示，与对照样品相比，等离子处理过的样品在外表面具有显著降低的碳元素。据信外表面180暴露于等离子会由于电离而引起碳元素损耗。另外，用O2/C3F8等离子组合物处理样品，会由于等离子处理而导致在其外层存在氟元素。用O2等离子处理的样品的外表面具有显著增高的氧浓度。等离子处理改变了磨料制品外表面中所含元素的原子浓度。在本发明的各种实施例中，外表面的碳含量可小于60、50、40、30、20、或10原子％。在本发明的各种实施例中，外层的氧含量可大于30、40、50、或60原子％。外层的氟含量可大于1、2、5、10、或20原子％。
表3：外表面原子组成
  样品   C   O   Si   P   N   Al   F  痕量元素＜1原子％
  466LA TRIZACT   83   14   2.5   1.0
  NORAX U321X5   71   20   5.1   1.4   1.2   Na、Cl、K
  460LA TRIZACT   78   22   Si
  O2/C3F8等离子   53   6.5   28   12   Na、N
  O2等离子   20   42   33   2.7   1.7   Na、N
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，更具体地讲，在不脱离所附权利要求书中所示出的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以采用本发明的其他修改形式和变型形式。应当理解，多个实施例的各方面可以整体地或部分地与多个实施例的其他方面互换，或与多个实施例的其他方面相结合。以上要获得专利证书的专利申请中所有引用的参考文献、专利或专利申请的全文通过一致的方式以引用方式并入本文中。如果包含的参考文献与本专利申请存在不一致或矛盾的地方，以前面具体实施方式中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本发明而在上面进行的说明不应理解为是对本发明的范围的限制，本发明的范围由权利要求书及其所有等同形式所限定。

Claims (30)

1.一种结构化磨料制品，包含粘附于背衬的第一主表面的结构化磨料层，所述结构化磨料层包含由交联粘合剂中的多个磨粒形成的多个成形研磨复合物，所述结构化磨料层具有外表面，并且所述外表面在所述成形研磨复合物的凹部中以及在所述成形研磨复合物的侧面和顶部上包含多个精确暴露的磨粒。
2.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述外表面包含表面区域并且小于50％的所述表面区域包含所述多个精确暴露的磨粒。
3.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述外表面包含表面区域并且大于50％的所述表面区域包含所述多个精确暴露的磨粒。
4.根据权利要求3所述的结构化磨料制品，其中所述外表面的碳含量小于60原子％。
5.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述外表面包含表面区域并且大于90％的所述表面区域包含所述多个精确暴露的磨粒。
6.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述多个成形研磨复合物每个都包含精确成形的研磨复合物。
7.根据权利要求6所述的结构化磨料制品，其中所述外表面包含表面区域并且小于50％的所述表面区域包含所述多个精确暴露的磨粒。
8.根据权利要求6所述的结构化磨料制品，其中所述外表面包含表面区域并且大于50％的所述表面区域包含所述多个精确暴露的磨粒。
9.根据权利要求6所述的结构化磨料制品，其中所述外表面包含表面区域并且大于90％的所述表面区域包含所述多个精确暴露的磨粒。
10.根据权利要求7所述的结构化磨料制品，其中所述外表面的碳含量小于60原子％。
11.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述外表面的碳含量小于60原子％。
12.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述多个成形研磨复合物由所述交联粘合剂中的所述多个磨粒和多个水溶性粒子形成。
13.根据权利要求12所述的结构化磨料制品，其中所述多个水溶性粒子包含多糖。
14.根据权利要求12所述的结构化磨料制品，其中所述多个水溶性粒子包含糖。
15.根据权利要求12所述的结构化磨料制品，其中所述水溶性粒子占所述多个成形研磨复合物的1至8重量％。
16.一种结构化磨料制品，包含粘附于背衬的第一主表面的结构化磨料层，所述结构化磨料层包含由交联粘合剂中的多个磨粒形成的多个成形研磨复合物，所述结构化磨料层具有外表面并且所述外表面的碳含量小于60原子％，其中所述外表面在所述成形研磨复合物的凹部中以及在所述成形研磨复合物的侧面和顶部上具有多个精确暴露的磨粒。
17.根据权利要求16所述的结构化磨料制品，其中所述外表面的氟含量大于5原子％。
18.根据权利要求16所述的结构化磨料制品，其中所述外表面的氧含量大于30原子％。
19.根据权利要求18所述的结构化磨料制品，其中所述碳含量小于30原子％。
20.根据权利要求16所述的结构化磨料制品，其中所述多个成形研磨复合物每个都包含精确成形研磨复合物。
21.根据权利要求20所述的结构化磨料制品，其中所述外表面的氟含量大于5原子％。
22.根据权利要求20所述的结构化磨料制品，其中所述外表面的氧含量大于30原子％。
23.根据权利要求22所述的结构化磨料制品，其中所述碳含量小于30原子％。
24.一种磨料制品的制造方法，包括：
用O2气等离子处理结构化磨料层的外表面；以及
所述结构化磨料层包含由交联粘合剂中的多个磨粒形成的多个成形研磨复合物，并且所述结构化磨料层粘附于背衬的第一主表面上，其中所述外表面在所述成形研磨复合物的凹部中以及在所述成形研磨复合物的侧面和顶部上具有多个精确暴露的磨粒。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述处理包括采用60毫托至1,000毫托的气压。
26.一种磨料制品的制造方法，包括：
用O2气等离子和C3F8气等离子的混合物处理结构化磨料层的外表面；以及
所述结构化磨料层包含由交联粘合剂中的多个磨粒形成的多个成形研磨复合物，并且所述结构化磨料层粘附于背衬的第一主表面上，其中所述外表面在所述成形研磨复合物的凹部中以及在所述成形研磨复合物的侧面和顶部上具有多个精确暴露的磨粒。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述C3F8气的流速除以所述O2气和所述C3F8气的混合气体的总流速的比率为0.10至0.30。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述处理包括采用50毫托至10,000毫托的气压。
29.根据权利要求24所述的方法，其中所述处理包括采用0.1至1.0瓦特/平方厘米电极面积的处理功率设定值。
30.根据权利要求24所述的方法，其中所述多个成形研磨复合物包含所述交联粘合剂中的所述多个磨粒和多个水溶性粒子。
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