CN105636746B - 涂覆磨料制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

使结构化磨料制品与激光束接触以在研磨表面的一部分上产生微孔表面区域，从而制备涂覆磨料制品，该涂覆磨料制品包括背衬以及固定至背衬的包括磨料复合物的磨料层。

Description

涂覆磨料制品及其制备方法
技术领域
本公开广义地涉及涂覆磨料制品及其制备方法。
背景技术
涂覆磨料制品一般包括固定至背衬的磨料层。背衬通常在其相对侧上具有两个主表面。磨料层一般包括由至少一个粘结剂基质保持的磨料颗粒。在一种特定类型的涂覆磨料制品(也称为“结构化磨料制品”)中，磨料层包括多个成形磨料复合物。每个成形磨料复合物(例如，锥体)包括保持在粘结剂基质中的磨料颗粒。
在许多结构化磨料制品中，成形磨料复合物具有界限清晰的几何形状，诸如例如三面锥体或截锥体，或四面柱或六面柱。这些类型的结构化磨料制品已经可商购获得多年；例如以商品名“TRIZACT”购自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,Saint Paul,Minnesota)。这些结构化磨料制品通常通过以下方式制造：将磨料颗粒与可固化粘结剂基质前体的浆液浇注到生产工具的腔中，之后将背衬层合到生产工具的模具表面，固化粘结剂基质前体，以及将生产工具与所得结构化磨料制品分离。通过这种方法制得的磨料复合物当在高放大率下观察时通常具有光滑表面，这是因为它们在固化之前被模制，并且一直以来被称为“精确成形的”。因此，磨料颗粒被内埋在粘结剂基质内，从而导致初始切削率降低，并且在实现最佳研磨性能之前通常需要磨合期。
在一个方法中，在美国专利8,444,458(Culler等人)中描述的磨料制品，诸如结构化磨料制品，可通过经受等离子体而被处理，由此使研磨表面能够被侵蚀，以暴露分散于交联粘结剂内的磨料颗粒的至少一部分，从而形成磨料复合物。根据等离子体处理的工艺条件，可以从研磨表面上仅侵蚀一小部分交联粘结剂或侵蚀基本上所有的交联粘结剂。由于可以精确控制暴露磨料颗粒的暴露程度、高度或区域，磨料制品的初始切削率是可以控制的。
然而，等离子体蚀刻是相对复杂且昂贵的方法，并且当对卷状物品进行时其通常最适合于均匀(即，无遮掩)暴露。仍然需要用于控制初始切削率的另选方法。
发明内容
本公开提供一种用于影响结构化磨料制品的切削率的另选方法。该方法可在制造期间、转换加工期间或转换加工之后，使用普遍可用的激光设备便利地进行，并且一般适用于结构化磨料制品。
在一个方面，本公开提供一种制备涂覆磨料制品的方法，该方法包括：
提供结构化磨料制品，该结构化磨料制品包括：
具有相对的第一主表面和第二主表面的背衬；和
固定至背衬的第一主表面的磨料层，磨料层包括固定至背衬的第一主表面的磨料复合物，磨料层具有与背衬的第二主表面相对的研磨表面，其中磨料复合物包括保持在粘结剂基质中的磨料颗粒，并且其中研磨表面在背衬的第一主表面上具有第一投影面积；以及
使研磨表面的一部分与激光束接触以在研磨表面中提供至少一个微孔表面区域，其中微孔表面区域的大部分包括粘结剂基质，其中该至少一个微孔表面区域的表面粗糙度大于研磨表面的紧邻该至少一个微孔表面区域的部分，其中该至少一个微孔表面区域沿垂直于第一主表面的方向在第一主表面上的投影在背衬的第一主表面上具有第二投影面积，并且其中第二投影面积与第一投影面积的比率为0.15至0.90，包括端值在内。
在另一方面，本公开提供一种涂覆磨料制品，该涂覆磨料制品包括：
具有相对的第一主表面和第二主表面的背衬；
固定至背衬的第一主表面的磨料层，磨料层包括固定至背衬的第一主表面的磨料复合物，磨料层具有与背衬的第二主表面相对的研磨表面，其中研磨表面沿垂直于第一主表面的方向在第一主表面上的投影对应于背衬的第一主表面上的第一投影面积，其中磨料复合物包括保持在粘结剂基质中的磨料颗粒；并且
其中研磨表面包括至少一个微孔表面区域，其中微孔表面区域的大部分包括粘结剂基质，其中该至少一个微孔表面区域的表面粗糙度大于研磨表面的紧邻该至少一个微孔表面区域的部分，其中该至少一个微孔表面区域沿垂直于第一主表面的方向在第一主表面上的投影在背衬的第一主表面上具有第二投影面积，并且其中第二投影面积与第一投影面积的比率为0.15至0.90，包括端值在内。
根据本公开制备的所得激光处理的涂覆磨料制品可以用于例如研磨工件，并且可以表现出相比于未改进形式的相同研磨制品的改善的初始切削。
如本文所用，关于成形磨料复合物的“紧密堆积的”意指除了在磨料层或模具的周边这些显然不可能的地方外，每个成形(例如，锥形或截锥形)磨料复合物的底部(或用于制备磨料复合物的生产工具中的每个对应腔的开口)沿其整个周长邻接相邻的成形磨料复合物(或腔)。
如本文所用，关于成形磨料复合物的“激光处理”意指成形磨料复合物已与适当波长的激光束接触，该激光束的强度和持续时间足以移除成形磨料复合物的一部分(例如，通过蒸发或就磨料颗粒而言通过喷射)。
如本文所用，术语“微孔表面区域”是指具有约0.5至20微米的尺寸的紧密堆积的孔和/或裂缝的表面区域。
如本文所用，“精确成形的磨料复合物”由置于模具腔中的研磨浆液形成，该研磨浆液在从模具中取出之前被至少部分地固化。与制备成形磨料复合物的卷筒纸凹版印刷或压印方法不同，模制/或部分固化方法制备的成形磨料复合物具有显著更好的形状保持性、边缘轮廓以及具有大体上复制模具表面的表面或形状，通过成形磨料复合物在置于模具中时被至少部分地固化来大体上复制模具表面。由于制造误差而具有形状缺陷(例如，包含气泡)的成形磨料复合物也包括在此术语中。
在考虑具体实施方式以及所附权利要求书之后，将进一步理解本公开的特征和优点。
附图说明
图1A是根据本公开的示例性涂覆磨料制品100的示意透视图；
图1B是图1A中的区域1B的放大视图；
图1C是涂覆磨料制品100沿平面1C-1C的剖视图；
图1D是图1A中的区域1D的放大视图，其示出如何计算研磨表面及其粗糙部分的投影面积；
图2是实例2的涂覆磨料制品在50X放大率下的显微照片；
图3是实例5的涂覆磨料制品在50X放大率下的显微照片；
图4是实例13的涂覆磨料制品在50X放大率下的显微照片；
图5是实例15的涂覆磨料制品在100X放大率下的显微照片；
图6是实例18的涂覆磨料制品在50X放大率下的显微照片；
图7是实例20的涂覆磨料制品在300X放大率下的显微照片；
图8是实例20的涂覆磨料制品在1000X放大率下的显微照片；并且
图9是实例20的涂覆磨料制品在1500X放大率下的显微照片。
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开相同或类似的特征或元件。应当理解，本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其他修改和实施例。附图可能未按比例绘制。
具体实施方式
本公开涉及一种改善结构化磨料制品的初始切削特性的方法，该方法可易于进行而不需要再形成磨料产品。简而言之，本发明人已发现，通过激光处理结构化磨料制品的大部分表面，可以实现显著改善的初始切削(增加的材料移除)。
根据该方法，激光束被引导到结构化磨料制品的研磨表面，该激光束的时间和强度足以修改研磨层。通常，激光束的能量密度应足以使粘结剂基质蒸发和/或致使粘结剂基质溶体流动。这继而导致不再由粘结剂基质牢固地保持的磨料颗粒的损失。通常该过程伴有研磨表面处的材料的损失(即，材料移除)以及结构化磨料制品的对应重量损失。
合适的激光器包括例如红外激光器、可见光激光器和紫外激光器。激光器可具有可调谐的或固定的波长和/或脉冲或连续波(CW)。足够功率的红外激光器的示例包括二氧化碳(CO2)激光器。在红外波长范围内工作的其他激光器包括例如固态晶体激光器(例如，红宝石、Nd/YAG)、化学激光器、一氧化碳激光器、纤维激光器和固态激光二极管。通常，脉冲红外激光器(例如，包括超快脉冲激光器)为高效率的，因为它们通常比平均功率输出相同的连续波红外激光器提供更高的峰值辐照度。CO2激光器是继二极管激光器之后第二便宜的红外激光光子源，并且其比另选的紫外激光器便宜很多。
为了提供快速处理，本公开的实施过程中使用的一个或多个红外激光束通常具有至少60瓦特(W)的平均功率；例如70W、80W、90W或更高。同样，红外激光束在待被切削的基底处的横截面(即，点尺寸)有利地非常小。例如，红外激光束可聚焦于点(红外激光束在该点处与涂覆磨料制品接触)，使得强度为平均光束强度至少一半的点的总共全部部分具有小于或等于0.3平方毫米(mm2)、小于约0.1mm2或甚至小于0.01mm2的面积，但也可以使用更小或更大的点尺寸。使用上述条件，通常可以按至少10毫米/秒(mm/s)或甚至至少20mm/s的行进速率(即，光束跨基底扫描的速率)实现良好的表面粗糙化以便制备微孔区域，但也可以使用较慢的行进速率。
可使用单一的激光束行进路线或多条重叠的行进路线来实现磨料层的激光处理。可以同时或按顺序使用多个激光束。如果使用多个激光束，则它们可以具有相同或不同的波长。在一个实施例中，用红外激光束按顺序移除涂覆磨料制品的各个部件，每个激光束被调谐至相应部件(例如，背衬和磨料层)的吸收带。在另一个实施例中，用多个红外激光束同时移除涂覆磨料制品的各个组件，其中每个激光束被调谐至涂覆磨料制品的相应组件(例如，背衬和磨料层)的吸收带。
例如，如果存在附加部件，则也可以使用附加红外激光器。如果使用多个红外激光束，则它们的行进路线通常应是重叠的，以实现最大的有益效果，但这不是必要条件。
磨料层对激光束的吸收可涉及单光子吸收或多光子吸收(即，非线性吸收)。通常，吸收为单光子吸收。
尽管并非必要，但优选的是支撑结构化磨料层的背衬对激光束不具有高度吸收性，以使对背衬的损坏降到最低程度。这可以例如通过选择激光、选择背衬、在粘结剂基质中包括一种或多种吸收剂或它们的组合来实现。
激光束通常任选地被导向或扫描和调制，以形成微孔区域的所需图案。可以将激光束导向通过一个或多个反射镜(例如旋转镜和/或扫描镜)和/或透镜的组合。另选地或除此之外，可相对于激光束移动基底。在另一种构型中，聚焦元件可相对于幅材(例如，沿X、Y、Z、α或θ方向中的一者或多者)移动。激光束可以相对于磨料层的表面(例如上表面)的入射角进行扫描。例如，入射角可以是90°(即，垂直于磨料层)、85°、83°、80°、70°、60°、50°、45°或甚至更小。
用于制备根据本公开的涂覆磨料制品的最佳激光操作条件可根据所选的结构化磨料制品而改变(例如，矿物质负载和激光频率下的吸光度通常可改变)，但可易于通过调整激光束强度和/或行进速率针对给定的照射图案来确定最佳激光操作条件。
为了使背衬寿命长并且防止背衬损坏，激光处理条件优选地被调整来提供用于在研磨表面上产生一个或多个微孔表面区域的约最小量的能量。例如，磨料复合物高度的减小可小于30％，优选地小于20％，并且更优选地小于10％，然而这不是必需的。
用于转换加工磨料制品的激光器在一些实施例中是优选的，因为在这种情况下激光处理步骤可同时进行。
示例性涂覆磨料制品在图1A-1D中示出。现在参见图1A-1C，涂覆磨盘100具有背衬110，背衬110分别具有第一主表面115和第二主表面117。任选的粘合剂层120接触并且附连到第二主表面117，并且与其共同延伸。结构化磨料层130具有外边界150，并且该结构化磨料层130接触并附连到背衬110的第一主表面115并与其共同延伸。结构化磨料层130包括锥形磨料复合物162的紧密堆积的阵列。
任选的附接中间层140(示为钩-环两部分紧固系统的环部分)附连到第二主表面117或存在的任选的粘合剂层120。研磨表面180的微孔表面区域184形成在研磨表面180上均匀延伸的网格图案190。现在参见图1C，锥形磨料复合物162包括保持在粘结剂基质138中的磨料颗粒137。结构化磨料层130的研磨表面180的一部分包括激光处理的精确成形磨料复合物164。
再次参见图1A，结构化磨料层130的研磨表面180的微孔表面区域184包括激光处理的精确成形磨料复合物164。
如图7-9和图1C所示，微孔表面区域184的大部分包括粘结剂基质138，同时存在相对较少的磨料颗粒137。另外，微孔表面区域184的表面粗糙度大于研磨表面180的紧邻微孔表面区域184的部分187。
图1D描述了用于将研磨表面和微孔表面区域投影到背衬的第一主表面上的过程。如图1D所示，研磨表面180具有第一长度200、第一宽度210和第一高度250。沿垂直于第一主表面115的方向142投影将高度减小为零，从而产生第一投影表面积132p。第一投影长度200p和第一投影宽度210p分别与第一长度200和第一宽度210保持不变。然后可将投影第一表面积计算为第一长度200乘以第一宽度210。同样，就具有第二长度205、第二宽度220和第二高度240的微孔表面区域184而言，将高度减小为零产生第二投影表面积134p，其具有等于第二长度205的第二投影长度205p和等于第二宽度220的第二投影宽度220p。如前所述，在投影面积中，第一长度200和第一宽度220在投影到第一主表面上后保持不变。
虽然图1D所示的示例示出了简单的情况以易于理解，但应当理解，相同方法还可应用于复杂的图案和设计，例如，通过以小部分分析它们并且合并结果。
对于典型的结构化磨料制品，一种确定投影面积的简单方式为沿垂直于背衬的第一表面的视线来对研磨层成像(例如，使用数字摄影术或数字显微术)。随后所得二维图像允许直接测量两个投影表面积，例如，通过像素分析或切断称重技术。在磨料背衬为非平面或不可制成平面的情况下，可沿局部垂直视线在研磨表面上的多个点处进行重复成像。
本发明人已发现，研磨表面被微孔表面区域的不充足覆盖不能带来初始切削的特别有益的改进。另一方面，对研磨表面的过度覆盖导致产品寿命过分减少。因此，第二投影面积与第一投影面积的比率应在0.15至0.90的范围内，包括端值在内。在一些实施例中，第二投影面积与第一投影面积的比率在0.15、0.20、0.25、0.30、0.35或甚至0.40至0.80的范围内，包括端值在内。在一些实施例中，第二投影面积与第一投影面积的比率在0.20、0.25、0.30、0.35或甚至0.40至0.70的范围内，包括端值在内。在一些实施例中，第二投影面积与第一投影面积的比率在0.20、0.25、0.30、0.35或甚至0.40至0.60的范围内，包括端值在内。
一个或多个微孔表面区域可以是连续的或不连续的。例如，微孔表面区域可包括一系列离散微孔表面区域，例如，一般显示为圆点(例如，参见图2)或平行线(例如，参见图3)、交叉线的连续网状结构(例如，参见图4)或弯曲的微孔表面区域，或它们的组合。可使用小的微孔表面区域和大的微孔表面区域的组合。同样，还可使用不同形状的一个或多个微孔表面区域的组合。
优选地，一个或多个微孔表面区域处于(例如，排列)研磨表面上，使得其在整个研磨表面上基本上均匀地延伸，以便确保涂覆磨料制品的均匀研磨特性。
适于使用根据本公开的激光处理转换加工成涂覆磨料制品的结构化磨料制品是众所周知的且广泛可得的。示例包括例如以商品名“TRIZACT”得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,Minnesota)的那些。合适的结构化磨料制品通常具有固定至基本上二维的背衬的主表面的结构化磨料层。如本文所用，术语“结构化磨料层”是指包括多个成形磨料复合物的磨料层，这些成形磨料复合物中的每个包括保持多个磨料颗粒的粘结剂基质。位于背衬上的成形磨料复合物可以被随机定位或布置成重复图案。位于背衬上的成形磨料复合物的形状、尺寸、高度、空间密度、或者其他物理特性可以变化。
可使用若干方法形成结构化磨料层。在一种方法中，可使用轮转凹版涂层机将包括可交联粘结剂基质前体和磨料颗粒的研磨浆液印刷在背衬上，从而形成多个成形磨料复合物。在另一种方法中，可将包括可交联粘结剂基质前体和磨料颗粒的研磨浆液沉积到背衬上并且随后压印从而形成多个成形磨料复合物，如美国专利5,863,306(Wei等人)、5,833,724(Wei等人)和6,451,076(Nevoret等人)中所公开的。在另一种方法中，可将包括可交联粘结剂基质前体和磨料颗粒的研磨浆液沉积到具有多个腔的模具(为所需图案的反转图案)中并且将交联粘结剂至少部分地固化从而形成多个成形磨料复合物，如美国专利5,152,917(Pieper等人)、5,304,223(Pieper等人)、5,378,251(Culler等人)和5,437,754(Calhoun等人)中所公开的。
对于结构化磨料制品(以及因此在激光处理后所得的涂覆磨料制品)，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、熔纺或熔喷非织造物、它们处理过的型式(例如经过防水处理)、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(例如聚乙烯和聚丙烯)、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺(例如尼龙-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。此类涂层的示例包括分散在粘合剂中的无机颗粒(例如碳酸钙或石英)。
背衬可以包含各种添加剂。合适的添加剂的示例包括着色剂、加工助剂、增强纤维、热稳定剂、紫外线稳定剂和抗氧化剂。可用的填料的示例包括粘土、碳酸钙、玻璃珠、滑石、粘土、云母、木屑和炭黑。在一些实施例中，背衬可以是复合膜，诸如例如具有两个或更多个离散层的共挤出膜。
结构化磨料层可具有以紧密堆积布置方式排列的磨料复合物(例如，形成阵列)，它们可形成凸起的研磨区域。结构化磨料层可具有以紧密堆积的布置方式排列的锥形磨料复合物，以形成凸起的研磨区域。凸起的研磨区域通常具有相同的形状，并且按照重复图案布置在背衬上，不过这两点均不是必须的。
术语“锥形磨料复合物”是指具有锥体形状(也就是说，具有多边形底部和相交于同一点(顶点)的三角形面的立体图形)的磨料复合物。合适的锥体形状类型的示例包括三面锥体、四面锥体、五面锥体、六面锥体、以及它们的组合。锥体可以是规则的(也就是说，所有侧面均相同)或不规则的。锥体的高度为顶点到底部的最小距离。
术语截锥形磨料复合物是指具有截锥体形状(也就是说，具有多边形底部和相交于同一点(顶点)的三角形面的立体图形，其中顶端被切除，并且由平行于底部的平面代替)的磨料复合物。合适的截锥体形状类型的示例包括三面截锥体、四面截锥体、五面截锥体、六面截锥体、以及它们的组合。截锥体可以是规则的(也就是说，所有侧面均相同)或不规则的。
对于精加工应用，锥形磨料复合物(即，非截锥形的磨料复合物)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，其小于15密耳(380微米)、10密耳(250微米)、5密耳(130微米)、2密耳(50微米)，但也可以采用更高或更低的高度。
在一个实施例中，结构化磨料层130形成基本上由紧密堆积的截锥形磨料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。如本文所用，术语“连续地邻接”意指网状结构邻近每个凸起的研磨部分，例如，截锥形磨料复合物和锥形磨料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。网状结构通常延伸贯穿整个结构化磨料层；更通常的是，网状结构具有规则的布置方式(例如，交叉平行线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磨料复合物的高度的两倍。
在这些实施例中，截锥形磨料复合物的高度与锥形磨料复合物的高度的比率小于1，其通常在以下范围内：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或甚至0.8，虽然也可以采用其他比率。更通常的是，该比率在至少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/或截锥形磨料复合物的面密度通常在这样的范围内：每平方英寸至少1,000、10,000、或甚至至少20,000个磨料复合物(例如，每平方厘米至少150、1,500、或甚至7,800个磨料复合物)到多至并且包括每平方英寸50,000、70,000、或甚至多达100,000个磨料复合物(多至并且包括每平方厘米7,800、11,000、或甚至多达15,000个磨料复合物)，不过也可以采用密度更大或更小的磨料复合物。
锥形与截锥形的底部比率，即，锥形磨料复合物的底部的总面积与截锥形磨料复合物的底部的总面积的比率，可影响本公开的结构化磨料制品的切削和/或加工性能。对于精加工应用而言，锥形与截锥形的底部比率通常在0.8至9的范围内，例如，在1至8、1.2至7、或1.2至2的范围内，但是也可以采用这些范围之外的比率。
各个成形磨料复合物(无论锥形、截锥形、或者其他形状)包含分散于交联聚合物粘结剂中的磨粒。研磨领域内已知的任何磨粒均可被包含在磨料复合物中。可用的磨粒的示例包括氧化铝、熔融氧化铝、热处理氧化铝(其包括棕色氧化铝、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。对于修复和加工应用而言，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，但是也可以采用该范围之外的粒度。磨粒可以(通过粘结剂以外的方式)粘结在一起，以形成凝聚物，诸如如例如在美国专利4,311,489(Kressner)和美国专利4,652,275和4,799,939(均授予Bloecher等人)中所描述的那样。
磨粒在其上可以具有表面处理物。在某些情况下，表面处理物可增强与粘结剂的粘附力，改变磨料颗粒的研磨特性等等。表面处理物的示例包括偶联剂、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。
成形磨料复合物(无论锥形、截锥形或其他形状)还可包含稀释剂颗粒，其通常与磨料颗粒的数量级相同。此类稀释剂颗粒的示例包括石膏、大理石、石灰石、燧石、硅石、玻璃泡、玻璃珠和硅酸铝。
磨料颗粒分散于粘结剂基质中以形成成形磨料复合物。通常，粘结剂基质包括有机聚合物粘结剂和任选的添加剂，诸如例如助磨剂和/或填料颗粒、润滑剂、表面活性剂、涂布助剂和引发剂(包括残余热引发剂和/或光引发剂)。粘结剂基质可以是热塑性的；然而，它通常是热固性的。交联粘结剂由粘结剂基质前体形成。在制造结构化磨料制品的过程中，热固性粘结剂基质前体被暴露于能量源，该能量源有助于引发聚合反应或固化过程，从而将粘结剂基质交联。能量源的示例包括热能和辐射能，该辐射能包括电子束、紫外光和可见光。
经过该聚合反应过程之后，粘结剂基质前体被转化为硬化的交联块。
另选地，对于可交联热塑性粘结剂基质前体，在制造结构化磨料制品的过程中，可将热塑性粘结剂基质前体冷却到使粘结剂基质前体硬化的程度。在粘结剂基质前体硬化时，即形成磨料复合物。
可用于粘结剂基质前体的热固性树脂有两种主要类别，可缩合固化树脂和可加成聚合树脂。由于可加成聚合树脂通过暴露于辐射而容易地固化，因而较为有利。可加成聚合树脂可通过阳离子机制或自由基机制进行聚合。取决于所采用的能量源和粘结剂基质前体的化学性质，有时优选采用固化剂、引发剂或催化剂来有助于引发聚合反应。
典型的粘结剂基质前体的示例包括酚醛树脂、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，粘结剂选自由以下项组成的组：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。
酚醛树脂适用于本公开，并且具有良好的热特性、可得性和相对较低的成本并且易于处理。酚醛树脂有两类：可溶酚醛树脂和线型酚醛树脂。可溶酚醛树脂中的甲醛与酚的摩尔比大于或等于1:1，通常在1.5:1.0与3.0:1.0之间。线型酚醛树脂中的甲醛与酚的摩尔比为小于1:1。可商购获得的酚醛树脂的示例包括：以商品名“DUREZ”和“VARCUM”得自德克萨斯州达拉斯的西方化学公司(Occidental Chemicals Corp.,Dallas,Texas)的酚醛树脂；以商品名“RESINOX”得自密苏里州圣路易斯的孟山都公司(Monsanto Co.,SaintLouis,Missouri)的酚醛树脂；以及以商品名“AEROFENE”和“AROTAP”得自俄亥俄州都柏林的阿施兰德化学公司(Ashland Specialty Chemical Co.,Dublin,Ohio)的酚醛树脂。
丙烯酸酯改性聚氨酯是羟基封端的NCO延伸的聚酯或聚醚的二丙烯酸酯。可商购获得的丙烯酸酯改性聚氨酯的示例包括以商品名“UVITHANE782”得自伊利诺斯州芝加哥的莫顿国际公司(Morton International,Chicago,Illinois)和以商品“CMD 6600”、“CMD8400”和“CMD 8805”得自新泽西州西帕特森的氰特工业(Cytec Industries of WestPaterson,New Jersey)的那些丙烯酸酯改性聚氨酯。
丙烯酸改性环氧树脂为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。可商购获得的丙烯酸改性环氧树脂的示例包括：以商品名“CMD 3500”、“CMD 3600”和“CMD 3700”得自乔治亚州士麦那的UCB公司(UCB Inc.,Smyrna,Georgia)的那些丙烯酸酯改性聚氨酯。
烯键式不饱和树脂包括单体化合物和聚合物化合物两者，所述化合物包含碳原子、氢原子和氧原子，并且任选地包含氮原子和卤素原子。氧原子或氮原子或两者通常存在于醚、酯、聚氨酯、酰胺和脲基团中。烯键式不饱和化合物优选具有小于约4,000克/摩尔的分子量，并且优选是由包含脂族单羟基基团或脂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、异巴豆酸和马来酸等)反应制得的酯。丙烯酸酯树脂的代表性示例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、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、三乙二醇二丙烯酸酯、三羟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、季戊四醇甲基丙烯酸酯、四丙烯酸季戊四醇酯和季戊四醇四硬脂酸酯。其他烯键式不饱和树脂包括单烯丙基、聚烯丙基和聚甲基烯丙基酯和羧酸的酰胺，诸如邻苯二甲酸二烯丙基酯、己二酸二烯丙基酯和N,N-己二烯己二酰二胺。而其他含氮化合物包括三(2-丙烯酰氧基乙基)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、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺型基团。此类材料的示例包括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酯侧基基团的异氰脲酸酯衍生物和具有至少一个丙烯酸酯侧基基团的异氰酸酯衍生物在美国专利4,652,274(Boettcher等人)中被进一步描述。一种异氰脲酸酯材料的示例为三(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。此类环氧树脂包括单体环氧树脂和低聚环氧树脂。可用的环氧树脂的示例包括2,2-双[4-(2,3-环氧丙氧基)苯基丙烷](双酚的二缩水甘油醚)和以商品名EPON828、EPON 1004和EPON 1001F得自俄亥俄州哥伦布的迈图(Momentive,Columbus,Ohio)的材料；以及以商品名DER-331、DER-332和DER-334得自密歇根州米德兰的陶氏化学公司(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从陶氏化学公司商购获得的线型酚醛树脂的缩水甘油醚。
本公开的环氧树脂可通过添加适当的阳离子固化剂利用阳离子机制聚合而成。阳离子固化剂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物阴离子的盐，所述固化剂在美国专利4,751,138(Tumey等人)中被进一步描述。另一个示例是有机金属盐和盐，所述有机金属盐和盐在美国专利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5,385,954(Palazzotto等人)中描述的元素周期表中IVB、VB、VIB、VIIB和VIIIB族元素。
对于自由基固化性树脂而言，在某些情况下优选磨料浆液还包含自由基固化剂。然而就电子束能量源而言，由于电子束本身产生自由基，因此并不总是需要固化剂。
自由基热引发剂的示例包括过氧化物，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，该固化剂有时是指光引发剂。在暴露于紫外光时可产生自由基源的引发剂的示例包括但不限于选自由以下项组成的组的那些引发剂：有机过氧化物、偶氮化合物、苯醌、二苯甲酮、亚硝基化合物、酰卤、腙、巯基化合物、吡喃化合物、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。暴露于可见辐射下时产生自由基源的引发剂的示例可见于美国专利4,735,632(Oxman等人)。一种与可见光一起使用的引发剂是可以商品名IRGACURE 369得自纽约州柏油村的汽巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals,Tarrytown,New York)的引发剂。
具有结构化磨料层的磨料制品可通过以下方式制备：形成磨粒和上述粘结剂树脂的可硬化或可聚合的前体(即粘结剂基质前体)的浆液，使浆液与背衬接触，并通过某种方式(例如暴露于能量源)将粘合剂基质前体硬化和/或聚合，使得所得结构化磨料制品具有附连到背衬的多个成形磨料复合物。能量源的示例包括热能和辐射能(包括电子束、紫外光、红外光和可见光)。
利用任何合适的混合技术将粘结剂基质前体、磨粒和任选的添加剂混合在一起来制备研磨浆液。混合技术的示例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，以降低研磨浆液的粘度。通常，将磨料颗粒逐步添加到粘结剂基质前体中。通过在混合过程中或混合步骤之后抽真空，可以将研磨浆液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)研磨浆液可以有效降低粘度。
例如，在一个实施例中，可以将浆液直接涂布到在其中具有成形腔(对应于所需的结构化磨料层)的生产工具上，并且使其与背衬接触，或将浆液涂布到背衬上并且使其与生产工具接触。通常随后在浆液存在于生产工具的腔中时将其硬化(例如，至少部分地固化)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紧密堆积的腔阵列组成，这些腔包括：锥形腔(例如，选自由以下项组成的组的腔：三面锥形腔、四面锥形腔、五面锥形腔、六面锥形腔、以及它们的组合)；和截锥形腔(例如，选自由以下项组成的组的腔：三面截锥形腔、四面截锥形腔、五面截锥形腔、六面截锥形腔、以及它们的组合)。在一些实施例中，截锥形腔的深度与锥形腔的深度的比率在0.2至0.35的范围内。在一些实施例中，锥形腔的深度在1至10微米的范围内。在一些实施例中，锥形腔与截锥形腔各自具有大于或等于每平方厘米150个腔的面密度。
生产工具可以是带状物、片状物、连续片或幅材、涂布辊诸如轮转凹版辊、安装在涂布辊上的套管、或模具。生产工具可以由金属例如镍、金属合金或塑料构成。金属生产工具可以通过任何常规的技术制成，诸如例如雕刻、抛光、电铸或金刚石车削。
热塑性工具可以由金属母模工具复制而成。母模工具将具有生产工具所需的反向图案。母模工具可按照与生产工具相同的方式制成。母模工具优选地由金属例如镍制成并且经金刚石车削。热塑性片材料可以被加热，并且任选地与母模工具一起加热，使得通过将二者压在一起而在热塑性材料上压印出母模工具图案。也可以将热塑性材料挤出或浇注到母模工具上，然后再挤压。冷却热塑性材料以使其硬化，并制成生产工具。优选的热塑性生产工具材料的示例包括聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯以及它们的组合。如果使用热塑性生产工具，则必须小心，不要产生可以使热塑性生产工具变形的过度热量。
生产工具还可以包含脱模涂层，以使得磨料制品更容易从生产工具脱离。用于金属工具的此类剥离涂层的示例包括硬质碳化物、氮化物或硼化物涂层。用于热塑性工具的剥离涂层的示例包括有机硅和含氟化合物涂层。
关于具有精确成形磨料复合物的结构化磨料制品及其制造方法的细节可见于例如美国专利5,152,917(Pieper等人)；美国专利5,435,816(Spurgeon等人)；美国专利5,672,097(Hoopman)；美国专利5,681,217(Hoopman等人)；美国专利5,454,844(Hibbard等人)；美国专利5,851,247(Stoetzel等人)；和美国专利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)将包含可聚合的粘结剂基质前体、磨粒和硅烷偶联剂的浆液沉积在背衬上，使其部分地聚合，以使得被涂布的浆液的至少表面呈塑性但不流动，接着在部分聚合的浆液配制物上压印出图案，并且随后进一步聚合(例如通过暴露于能量源)，以形成附连到背衬的多个成形磨料复合物。通过这种和相关方法制备的具有结构化磨料层的此类压印磨料制品在例如美国专利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)；以及美国专利公布2001/0041511(Lack等人)中有所描述。
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/或制造商的信息。另选地，也可以将这类信息打印在背衬的正面。如果磨料复合物对于打印来说足够半透明，使得透过该磨料复合物可以识别打印的信息，则可以在正面打印。
根据本公开的涂覆磨料制品可任选地具有附连到背衬的第二主表面的附接中间层，以有利于将该磨料制品固定至支撑垫或支承垫，该支撑垫或支承垫被固定至诸如例如偏心轨道式砂光机的工具。任选的附接中间层可以是粘合剂(例如，压敏粘合剂)层或双面粘合胶带。任选的附接中间层可适于与附连到支撑垫或支承垫的一个或多个互补元件一起工作，以提供适当的功能。例如，任选的附接中间层可包括用于钩环附接件的环织物(例如与其上附连有钩状结构的支承垫或支撑垫一起使用)、用于钩环附接件的钩状结构(例如与其上附连有环织物的支承垫或支撑垫一起使用)或互相啮合的附接中间层(如蘑菇型互锁扣件，其被设计成与支承垫或支撑垫上的蘑菇型互锁扣件啮合)。有关此类附接中间层的详细信息可见于例如美国专利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)；以及美国申请公布2003/0143938(Braunschweig等人)和2003/0022604(Annen等人)。
同样，背衬的第二主表面可具有从其凸起的多个一体形成的钩，例如，如美国专利5,672,186(Chesley等人)中所述。这些钩将在结构化磨料制品和其上附连有环织物的支承垫之间提供接合。
可用于根据本公开的实践的结构化磨料制品和所得涂覆磨料制品根据可以与其结合使用的任何支撑垫的具体形状，可以是任何形状，例如，圆形(例如圆盘)、椭圆形、扇边形或矩形(例如片状物)，或者其可具有环形带的形状。结构化磨料制品和/或所得涂覆磨料制品在其中可以具有狭槽或狭缝，并且可以具有穿孔(例如多孔圆盘)。
根据本公开的涂覆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。这些材料的示例包括金属、金属合金、异金属合金、陶瓷、涂漆的表面、塑料、聚合物涂层、石材、多晶硅、木材、大理石、以及它们的组合。工件的示例包括模制的和/或成形的制品(例如光学透镜、汽车车身仪表板、船体、柜台和洗碗池)、晶片、片状物和块状物。
根据本公开的涂覆磨料制品可以具有处于至少一部分磨料层上的任选的防填塞组合物。防填塞组合物的功能是减少研磨过程中的切屑积聚。合适的防填塞组合物的示例是研磨领域的普通技术人员所熟知的，并且包括例如在美国专利5,667,542(Law等人)；5,704,952(Law等人)；和6,261,682(Law)中描述的那些防填塞组合物。
根据本公开的涂覆磨料制品通常用于修复和/或打磨聚合物涂层，诸如机动车辆涂料和透明涂层(例如汽车透明涂层)，这些聚合物涂层的示例包括：聚丙烯酸-多元醇-多异氰酸酯组合物(例如，如美国专利5,286,782(Lamb等人)中所述)；羟基官能化丙烯酸-多元醇-聚异氰酸酯组合物(例如，如美国专利5,354,797(Anderson，等人)中所述)；多异氰酸酯-碳酸酯-三聚氰胺组合物(例如，如美国专利专利6,544,593(Nagata等人)中所述)；以及高固体份聚硅氧烷组合物(例如，如美国专利专利6,428,898(Barsotti等人)中所述)。
根据应用情况，研磨界面处的力可在0.1kg至超过1000kg的范围内。一般来讲，研磨界面处的力在1kg至500kg的范围内。同样，根据应用情况，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示例包括润滑剂、油、乳化有机化合物、切削液、表面活性剂(例如皂、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。这些液体还可以包含其他添加剂，诸如消泡剂、脱脂剂、抗蚀剂以及它们的组合。
根据本公开的涂覆磨料制品可以与例如旋转工具一起使用，该旋转工具围绕大致垂直于结构化磨料层的中心轴线旋转，或者该结构化磨料制品可以与具有偏心轨道的工具(例如偏心轨道式砂光机)一起使用，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，这种摆动可在被研磨的工件上形成更精细的表面。
本公开的精选实施例
在第一实施例中，本公开提供一种制备涂覆磨料制品的方法，该方法包括：
提供结构化磨料制品，该结构化磨料制品包括：
背衬，该背衬具有相对的第一主表面和第二主表面；和
磨料层，该磨料层固定至背衬的第一主表面，该磨料层包括固定至背衬的第一主表面的磨料复合物，该磨料层具有与背衬的第二主表面相对的研磨表面，其中磨料复合物包括保持在粘结剂基质中的磨料颗粒，并且其中研磨表面在背衬的第一主表面上具有第一投影面积；以及
使研磨表面的一部分与激光束接触以在研磨表面中提供至少一个微孔表面区域，其中微孔表面区域的大部分包括粘结剂基质，其中该至少一个微孔表面区域的表面粗糙度大于研磨表面的紧邻该至少一个微孔表面区域的部分，其中该至少一个微孔表面区域沿垂直于第一主表面的方向在第一主表面上的投影在背衬的第一主表面上具有第二投影面积，并且其中第二投影面积与第一投影面积的比率为0.15至0.90，包括端值在内。
在第二实施例中，本公开提供根据第一实施例所述的制备涂覆磨料制品的方法，其中第二投影面积与第一投影面积的比率为0.25至0.80，包括端值在内。
在第三实施例中，本公开提供根据第一实施例所述的制备涂覆磨料制品的方法，其中第二投影面积与第一投影面积的比率为0.35至0.70，包括端值在内。
在第四实施例中，本公开提供根据第一至第三实施例中任一项所述的制备涂覆磨料制品的方法，其中至少一个微孔表面区域均匀地处于研磨表面上。
在第五实施例中，本公开提供根据第一至第四实施例中任一项所述的制备涂覆磨料制品的方法，其中该至少一个微孔表面区域形成在研磨表面上均匀延伸的网格图案。
在第六实施例中，本公开提供根据第一至第五实施例中任一项所述的制备涂覆磨料制品的方法，其中磨料复合物中的至少一部分包括锥体。
在第七实施例中，本公开提供根据第一至第六实施例中任一项所述的制备涂覆磨料制品的方法，其中涂覆磨料制品包括涂覆磨盘或涂覆磨带。
在第八实施例中，本公开提供一种涂覆磨料制品，该涂覆磨料制品包括：
背衬，该背衬具有相对的第一主表面和第二主表面；
磨料层，该磨料层固定至背衬的第一主表面，该磨料层包括固定至背衬的第一主表面的磨料复合物，该磨料层具有与背衬的第二主表面相对的研磨表面，其中研磨表面沿垂直于第一主表面的方向在第一主表面上的投影对应于在背衬的第一主表面上的第一投影面积，其中磨料复合物包括保持在粘结剂基质中的磨料颗粒；并且
其中研磨表面包括至少一个微孔表面区域，其中微孔表面区域的大部分包括粘结剂基质，其中该至少一个微孔表面区域的表面粗糙度大于研磨表面的紧邻该至少一个微孔表面区域的部分，其中该至少一个微孔表面区域沿垂直于第一主表面的方向在第一主表面上的投影在背衬的第一主表面上具有第二投影面积，并且其中第二投影面积与第一投影面积的比率为0.15至0.90，包括端值在内。
在第九实施例中，本公开提供根据第八实施例所述的涂覆磨料制品，其中第二投影面积与第一投影面积的比率为0.25至0.80，包括端值在内。
在第十实施例中，本公开提供根据第八实施例所述的涂覆磨料制品，其中第二投影面积与第一投影面积的比率为0.35至0.70，包括端值在内。
在第十一实施例中，本公开提供根据第八至第十实施例中任一项所述的涂覆磨料制品，其中至少一个微孔表面区域均匀地处于研磨表面上。
在第十二实施例中，本公开提供根据第八至第十一实施例中任一项所述的涂覆磨料制品，其中至少一个微孔表面区域形成在研磨表面上均匀延伸的网格图案。
在第十三实施例中，本公开提供根据第八至第十一实施例中任一项所述的涂覆磨料制品，其中磨料复合物中的至少一部分包括锥体。
在第十四实施例中，本公开提供根据第八至第十三实施例中任一项所述的涂覆磨料制品，其中涂覆磨料制品包括涂覆磨盘或涂覆磨带。
通过以下非限制性实例，进一步说明了本公开的目的和优点，但是这些实例中引用的具体材料及其量以及其他条件和细节不应视为对本公开的不当限制。
实例
除非另外指明，否则在实例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分数、比率等均为以重量计。
测试方法
刮磨测试
将测试圆盘附接至支承垫(1 1/4-英寸(3.18cm)直径，以商品名3M FINESSE-ITROLOC SANDING PAD 02345得自3M公司)，该支承垫被安装到施加5-lb(2.3kg)的恒定向下力并且以无规轨道运动旋转的伺服马达上。将涂有汽车涂料和透明涂层(来自特拉华州威明顿市的杜邦公司(E.I.duPont de Nemours and Co.,Wilmington,Delaware)的GEN IVCLEARCOAT丙烯酰基硅烷透明涂层)的两个3英寸(7.6cm)×8英寸(20.3cm)的预称重铝金属面板(来自密歇根州希尔斯代尔的ACT实验室(ACT Laboratories,Hillsdale,Michigan))固定至转台。将约0.3g蒸馏水施加到测试圆盘，并且使测试圆盘以7400rpm旋转并且压靠在测试面板上持续约7秒以研磨2英寸(5cm)直径的点。将圆盘从测试面板撤回并且将伺服马达转位至新测试区域，并且重复该测试以在每个测试面板上研磨三个点，总共6个点。使用分析天平对每个测试面板再次称重以便确定被移除的材料的量。
即时磨损测试
将测试圆盘(1.25英寸直径)通过来自3M公司的1 1/4英寸(3.18cm)的3MFINESSE-IT ROLOC SANDING PAD 02345支承垫附接至来自3M公司的3M MINI RANDOMORBITAL NIB SANDER(1 1/4英寸×3/16英寸(3.18cm×0.48cm)轨道，20244。测试基底是来自密歇根州希尔斯代尔的ACT实验室的底涂层/透明涂层汽车车身仪表板，具有来自特拉华州威明顿市的杜邦公司的GEN IV CLEARCOAT丙烯酰基硅烷透明涂层。启动砂光机并且将测试圆盘压靠(大约4-5磅力)在测试面板上约4秒。然后将砂光机移动到新的点并且重复该过程。继续测试直到圆盘不再充分地刮磨测试面板。对于每个测试圆盘，计“有效点”(均匀的、界限清晰的刮磨区域)的数目和“勉强合格点”(边缘界限较不清晰并且包括光滑区域的刮磨点)的数目。
激光器设置
使用在表1中示出的各种条件下操作的400瓦特工业CO2激光器(10.6微米波长、0.18毫米点尺寸、100微秒脉冲宽度)对实例的结构化研磨表面进行激光处理。使用的激光处理设置记录在(下)表1中。
实例1-6和比较例A
实例1-6和比较例A展示了本公开在汽车涂料修复操作中的作用。结构化磨料膜以商品名3M TRIZACT FINESSE-IT FILM-466LA，等级A3(在下文中为“SAA1”)得自3M公司，激光处理功率条件示于表2中。
设置1、2和3跨结构化磨料膜的表面产生间距为1毫米的点，而设置4、5和6跨结构化磨料膜的表面产生线。如果所有其他参数相等，功率增大会增加从磨料层移除的材料的深度，因此设置3比设置2移除更多的磨料，而设置2又比设置1移除更多的磨料。使用用于修改研磨表面的相同激光设备将具有1 1/4英寸(3.18cm)直径的磨盘从材料上切下以便测试。
实例1-6和比较例A的刮磨测试结果记录在(下)表2中。
表2
在表2中，比较例A未磨损或从测试面板移除显著量的材料。在每种情况下，添加激光处理增大切削的量。在一定量的材料被移除后，进一步的激光处理不利地影响涂覆磨盘的总切削量，例如比较例2至实例3和实例5至实例6。实例2的显微照片在图2中示出。实例5的显微照片在图3中示出。
实例7-12和比较例B
实例7-12和比较例B示出激光处理过的圆盘与未经处理的圆盘的磨损均匀度。
与实例1-6和比较例A相同地制备实例7-12和比较例B，不同的是结构化磨料膜为等级A5而不是等级A3(在下文中“SAA2”)，测试面板透明涂层是氨基甲酸酯化学品而不是丙烯酰基硅烷化学品，并且研磨四个测试面板。
因此，根据刮磨测试来评估实例7-12和比较例B。结果记录在(下)表3中。
在表3中，移除速率的较小下降表示在测试过程中更加一致的移除速率。对于点和线设计两者，用最小功率激光处理的实例，即实例7和10相比未经何激光烧蚀的实例具有较小的移除下降，而其他实例具有更加急剧的移除下降。这意味着经非常温和的激光处理的实例与未处理实例相比切削更加一致。
结构化磨料制品SAA3的制备
材料
表4
通过以下方式来制备结构化磨料制品：按顺序将35.61份SR339、53.83份SR351H、2.02份DSP、5.54份A174和3.00份PI混合以产生预混物。然后将28.7份预混物与2.9份OX50和68.4份数WA4000混合，并且用高剪切混合器搅拌混合物。将所得浆液以60ft/min(18m/min)刮涂到具有邻接的63微米深、三面锥形腔的聚丙烯工具中，以实现约1.1g/24in2(71g/m2)的涂层重量。使填充工具与具有EAA底漆涂层的3密耳(76微米)聚酯膜背衬接触，并且用来自在120w/cm下操作的D型灯泡(马里兰州盖瑟斯堡的辐深紫外线系统有限公司(FusionUV Systems,Inc.,Gaithersburg,Maryland))的紫外光对其进行辐照。将聚丙烯工具从组合物移除，从而产生结构化磨料制品，命名为SAA3。
实例13-14和比较例C-D
制备实例13和14以及比较例C和D以便比较激光设置7对不同组成的两种结构化磨料制品的影响。根据刮磨测试使用具有氨基甲酸酯透明涂层的2个面板对实例圆盘进行测试。测试结果示于表5中。实例13的显微照片在图4中示出。
表5
实例15-16和比较例E-F
制备实例15和16以及比较例E和F以展示在两种激光处理条件下本公开对SAA3的功效。比较例F是比较例E的重复。根据自动测试对实例圆盘进行测试。测试结果记录在表6中。实例15的显微照片在图5中示出。
表6
实例 激光器设置 有效点的数目 勉强合格点的数目
比较例E 无 1 1
比较例F 无 1 1
15 8 8 6
16 9 9 9
实例17-19和比较例G
制备实例17-19和比较例G以展示当在另选基底上使用时，本公开对结构化磨料制品的作用。实例17-19的磨盘是如表7中所记录的那样经激光处理的3M TRIZACT HOOKITFILM DISC 268XA，5IN(12.7cm)×NH A10，(来自3M公司)结构化磨料膜盘，比较例G未经激光处理。通过以下方式来测试实例圆盘：将3M HOOKIT LOW PROFILE FINISHING DISC PAD77855(5"(12.7cm)直径×11/16"(1.75cm)厚度，5/16-24外螺纹)固定至3M偏心轨道式砂光机-ELITE系列28498(3M RANDOM ORBITAL SANDER-ELITE SERIES 28498)(气动，非真空，5"(12.7cm)工具直径，3/32"(0.24cm)轨道)(来自3M公司)。启动砂光机并且将测试圆盘压靠在被抛光至高光泽度的水润湿的固体CORIAN表面上。注意并记录产生可见切屑以及产生足够切屑以出现泡沫状外观所需的时间。测试结果记录在表7中。实例18的显微照片在图6中示出。
表7
实例20
制备实例20以显示磨料制品的激光处理表面的性质。以激光设置13对SAA1进行激光处理。采用扫描电镜以获得300x、1000x和1500x下的扫描电子显微照片。显微照片分别在图7、图8和图9中示出。
以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利或专利申请全文以一致的方式通过引用并入本文。在并入的参考文献的部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的技术人员能够实现受权利要求书保护的本公开而给定的前述说明，不应理解为对本公开的范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。

Claims (14)

1.一种制备涂覆磨料制品的方法，所述方法包括：
提供结构化磨料制品，所述结构化磨料制品包括：
背衬，所述背衬具有相对的第一主表面和第二主表面；和
磨料层，所述磨料层固定至所述背衬的所述第一主表面，所述磨料层包括固定至所述背衬的所述第一主表面的磨料复合物，所述磨料层具有与所述背衬的所述第二主表面相对的研磨表面，其中所述磨料复合物包括保持在粘结剂基质中的磨料颗粒，并且其中所述研磨表面在所述背衬的所述第一主表面上具有第一投影面积；以及
使所述研磨表面的一部分与激光束接触以在所述研磨表面中提供至少一个微孔表面区域，其中所述微孔表面区域的大部分包括所述粘结剂基质，其中所述至少一个微孔表面区域的表面粗糙度大于所述研磨表面的紧邻所述至少一个微孔表面区域的部分，其中所述至少一个微孔表面区域沿垂直于所述第一主表面的方向在所述第一主表面上的投影在所述背衬的所述第一主表面上具有第二投影面积，并且其中所述第二投影面积与所述第一投影面积的比率为0.15至0.90，包括端值在内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二投影面积与所述第一投影面积的比率为0.25至0.80，包括端值在内。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二投影面积与所述第一投影面积的比率为0.35至0.70，包括端值在内。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个微孔表面区域均匀地处于所述研磨表面上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个微孔表面区域形成在所述研磨表面上均匀延伸的网格图案。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述磨料复合物的至少一部分包括锥体。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述涂覆磨料制品包括涂覆磨盘或涂覆磨带。
8.一种涂覆磨料制品，包括：
背衬，所述背衬具有相对的第一主表面和第二主表面；
磨料层，所述磨料层固定至所述背衬的所述第一主表面，所述磨料层包括固定至所述背衬的所述第一主表面的磨料复合物，所述磨料层具有与所述背衬的所述第二主表面相对的研磨表面，其中所述研磨表面沿垂直于所述第一主表面的方向在所述第一主表面上的投影对应于在所述背衬的所述第一主表面上的第一投影面积，其中所述磨料复合物包括保持在粘结剂基质中的磨料颗粒；并且
其中所述研磨表面包括至少一个微孔表面区域，其中所述微孔表面区域的大部分包括所述粘结剂基质，其中所述至少一个微孔表面区域的表面粗糙度大于所述研磨表面的紧邻所述至少一个微孔表面区域的部分，其中所述至少一个微孔表面区域沿垂直于所述第一主表面的方向在所述第一主表面上的投影在所述背衬的所述第一主表面上具有第二投影面积，并且其中所述第二投影面积与所述第一投影面积的比率为0.15至0.90，包括端值在内。
9.根据权利要求8所述的涂覆磨料制品，其中所述第二投影面积与所述第一投影面积的比率为0.25至0.80，包括端值在内。
10.根据权利要求8所述的涂覆磨料制品，其中所述第二投影面积与所述第一投影面积的比率为0.35至0.70，包括端值在内。
11.根据权利要求8所述的涂覆磨料制品，其中所述至少一个微孔表面区域均匀地处于所述研磨表面上。
12.根据权利要求8所述的涂覆磨料制品，其中所述至少一个微孔表面区域形成在所述研磨表面上均匀延伸的网格图案。
13.根据权利要求8所述的涂覆磨料制品，其中所述磨料复合物的至少一部分包括锥体。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的涂覆磨料制品，其中所述涂覆磨料制品包括涂覆磨盘或涂覆磨带。
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