CN107336151A - 一种单层磨料凝胶抛光膜的制备方法 - Google Patents

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徐西鹏
黄辉
林莹超
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明涉及一种单层磨料凝胶抛光膜的制备方法，包括以下步骤：抛光基体材料的制备；抛光基体材料的涂覆；磨料的喷涂；抛光基体材料固化；最终干燥后得到只有单层磨料的抛光膜。本发明的方法使得磨料只附着于抛光基体的表层，可以大幅度降低磨料的消耗量，提高抛光工具中磨料的利用率，具有制备过程简单、制作成本低等特点。

Description

一种单层磨料凝胶抛光膜的制备方法
技术领域
本发明涉及超精密加工领域，具体涉及一种单层磨料凝胶抛光膜的制备方法。
背景技术
随着信息技术和光电技术的快速发展以及生活水平的提高，陶瓷基板、装饰及工程石材、光电材料近年来也得到了大量的使用，这些材料的加工一般分为切割、磨削、研磨和抛光四个环节，而抛光作为这些材料的超精密加工环节也就提出了更高的要求。传统的超精密加工方法主要有游离磨料加工、固结磨料抛光和半固结磨料抛光。游离磨料抛光虽可以获得超光滑表面，但在抛光过程中，磨粒随机分布并且轨迹不可控，加工效率较低。固结磨料抛光是将磨料固结镶嵌在抛光垫中，去除效率比游离磨料提高很多，但是抛光工具需要定期修整，同时存在超细粒度磨料易团聚的问题。而国内外研究学者针对游离磨料抛光和固结磨料抛光的问题开发了一系列半固结磨料抛光，比如冰盘、树脂抛光盘、生物高分子柔性抛光膜等，在一定程度上解决了去除效率低、定期修整工具、超细粒度磨料易团聚等问题。
其中申请人项目组制备的生物高分子柔性抛光膜等半固结抛光工具，由于具有生物可降解性和生物相容性，更易于废弃抛光膜的处理等优点，在超精密加工领域中已有一定的应用。但是该工具是将基体材料与超细磨料均匀混合后再固化成型。该工具拥有一定的弹性，使得内部磨料难以很好的出露而利用率低，利用率高的大都是抛光工具表层的磨料。另外，生物高分子柔性抛光膜中的生物高分子材料由于与磨料的混合，打破了原有的凝胶网络结构，使得柔性抛光膜的机械强度不够，无法达到高强度的加工要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有的生物高分子抛光膜存在的问题，提出一种单层磨料凝胶抛光膜的制备方法。其制备方法简单，且能提高磨料的使用率，有利于基体材料的强度增强，抛光膜成本的降低，同时提升了生物高分子抛光膜的市场竞争力，用于超精密加工，具有绿色环保无污染的特点。
本发明的技术方案是：
一种单层磨料凝胶抛光膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)基体材料的制备
基体材料的制备是利用生物高分子材料溶于去离子水中并搅拌成均匀浓度的生物高分子溶胶。
(2)基体材料的涂覆
将制备完的基材均匀涂覆在贴有布料的抛光盘上，涂覆一定的厚度。
(3)磨料的喷涂
将磨料分散于去离子水中，并利用喷涂机器将磨料均匀喷洒在基体材料上，得到单层磨料的半成品抛光膜。
(4)基体材料固化
通过一定的方法将基体材料固化成生物高分子凝胶。
(5)干燥
干燥生物高分子凝胶，最终制成单层磨料凝胶抛光膜。
所述的基体材料主体是海藻酸钠、明胶、果胶、黄原胶、壳聚糖、纤维素中的一种或多种组合的生物高分子材料，浓度为1～10wt％。通过机械搅拌、磁力搅拌等搅拌方式制备溶胶，机械搅拌转速为100～1000r/min，搅拌时间为1～10h；磁力搅拌转速为10～60r/min，温度为20～80℃，搅拌时间为1～10h。
所述的布料优选为无纺布、帆布、短羊绒，有利于固定生物高分子溶胶。涂覆厚度为1～5mm，有利于磨料的表层附着以及基体材料具有较好的机械强度。
所述的磨料是粒度为5nm～40μm的金刚石、碳化物、硼化物、氧化物的一种或者多种组合。磨料分散在去离子水中进行水雾喷涂，分散方法可以利用超声分散、剪切分散方法，分散时间为3～30分钟，磨料质量分数为1～10wt％。喷涂机器是自动喷雾机、自动喷料机具有喷雾功能的机器设备。
所述的固化方法可以采用物理或化学交联。
所述的干燥方法可以采用自然风干、鼓风干燥、红外干燥。
本发明的优点：
利用喷涂法制备单层磨料凝胶抛光膜，可以广泛用于陶瓷基板、装饰及工程石材、光电材料的超精密加工。本发明利用具有喷砂喷雾功能的机器设备进行磨料的喷涂，有利于磨料只附着于抛光加工所需的基体材料表层，形成单层磨料层，制备成单层磨料凝胶抛光膜，解决了磨料耗量大、利用率低的问题；同时解决了由于磨料与基体材料的混合，导致破坏生物高分子原有稳定结构状态的问题，增强了基体材料的机械强度，有利于提高加工效率；利用生物高分子材料，有利于废弃抛光膜的处理，具有环保无污染的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为磨料的喷涂流程示意图；
图2为实施例1抛光膜的表层SEM图；
图3为实施例1抛光膜抛光前的表层三维视频显微镜图。
图4为实施例1抛光膜抛光后的表层三维视频显微镜图。
具体实施方式
实施例1
一种利用喷涂法制备单层磨料凝胶抛光膜的方法，其步骤如下：
(1)基体材料的制备
基体材料主体选择海藻酸钠，其浓度为5wt％，通过海藻酸钠溶解于去离子水中并进行机械搅拌，搅拌成均匀的海藻酸钠溶胶，机械搅拌转速为900r/min，搅拌时间为4小时。
(2)基体材料的涂覆
基体材料制备完后通过涂布机将其均匀涂覆在贴有无纺布的抛光盘上，涂覆厚度为3mm。
(3)磨料的喷涂
将10μm的金刚石磨料超声分散于去离子水中，超声分散10分钟，磨料质量分数为1wt％，利用自动喷雾机进行磨料喷涂，将磨料均匀喷洒在海藻酸钠溶胶上。
(4)基体材料固化
将喷涂完磨料的半成品抛光膜放入含有钙离子的水溶液中，通过钙离子与海藻酸钠基体材料进行的化学交联方法固化成海藻酸钠凝胶，固化时间为1小时。
(5)干燥
从钙离子的水溶液中取出抛光膜，进行自然风干后，就能制成本发明所需的单层磨料凝胶抛光膜。
将制备好的单层磨料凝胶抛光膜用于工件的抛光，并进行了抛光前后抛光膜表层观察，磨料仍均匀地固结在凝胶膜中，并未脱落。
结果见图2-4。
实施例2
一种利用喷涂法制备单层磨料凝胶抛光膜的方法，其步骤如下：
(1)基体材料的制备
基体材料主体选择海藻酸钠与果胶的组合，其浓度分别为2.5％、2.5％，通过海藻酸钠与果胶溶解于去离子水中并进行机械搅拌，搅拌成均匀的海藻酸钠与果胶混合溶胶，机械搅拌转速为900r/min，搅拌时间为4小时。
(2)基体材料的涂覆
基体材料制备完后通过涂布机将其均匀涂覆在贴有帆布的抛光盘上，涂覆厚度为5mm。
(3)磨料的喷涂
将5μm的氧化铝磨料剪切分散于去离子水中，剪切分散3分钟，磨料质量分数为2wt％，利用自动喷雾机进行磨料喷涂，将磨料均匀喷洒在海藻酸钠与果胶的混合溶胶上。
(4)基体材料固化
将喷涂完磨料的半成品抛光膜放入含有钙离子的水溶液中，通过钙离子与海藻酸钠果胶混合溶胶进行的化学交联方法固化成海藻酸钠与果胶混合凝胶，固化1小时。
(5)干燥
从钙离子的水溶液中取出抛光膜，进行自然风干后，就能制成本发明所需的单层磨料凝胶抛光膜。
实施例3
一种利用喷涂法制备单层磨料凝胶抛光膜的方法，其步骤如下：
(1)基体材料的制备
基体材料主体选择明胶，其浓度为5％，通过明胶溶解于去离子水中并进行磁力搅拌，搅拌成均匀的明胶溶胶，磁力搅拌温度控制为60℃，转速为50r/min，搅拌时间为1小时。
(2)基体材料的涂覆
基体材料制备完后通过涂布机将其均匀涂覆在贴有无纺布的抛光盘上，涂覆厚度为2mm。
(3)磨料的喷涂
将10μm的碳化硅磨料超声分散于去离子水中，超声分散10分钟，磨料质量分数为5wt％，利用自动喷雾机进行磨料喷涂，将磨料均匀喷洒在明胶溶胶上。
(4)基体材料固化
将喷涂完磨料的半成品抛光膜通过降温的物理方法进行明胶基体材料的固化。
(5)干燥
将固化好的抛光膜进行自然风干后，就能制成本发明所需的单层磨料凝胶抛光膜。

Claims (9)

1.一种单层磨料凝胶抛光膜的制备方法，其包括如下步骤：
(1)基体材料的制备
利用生物高分子材料溶于去离子水中并搅拌成均匀浓度的生物高分子溶胶，形成基体材料；
(2)基体材料的涂覆
将制备的基体材料均匀涂覆在贴有布料的抛光盘上，涂覆一定的厚度；
(3)磨料的喷涂
将磨料分散于去离子水中，并利用喷涂机器将磨料均匀喷洒在基体材料上，得到单层磨料的半成品抛光膜；
(4)基体材料固化
将基体材料固化成生物高分子凝胶；
(5)干燥
干燥生物高分子凝胶，最终制成单层磨料凝胶抛光膜。
2.根据权利要求1所述的单层磨料凝胶抛光膜的制备方法，其特征在于：所述的基体材料包括海藻酸钠、明胶、果胶、黄原胶、壳聚糖、纤维素中的一种或多种组合的生物高分子材料。
3.根据权利要求1或2所述的单层磨料凝胶抛光膜的制备方法，其特征在于：所述的基体材料在溶胶中的浓度为1-10wt％；溶胶的制备方法包括机械搅拌或磁力搅拌，机械搅拌转速为100～1000r/min，搅拌时间为1～10h；磁力搅拌转速为10～60r/min，温度为20～80℃，搅拌时间为1～10h。
4.根据权利要求1所述的单层磨料凝胶抛光膜的制备方法，其特征在于：所述的布料为无纺布、帆布、短羊绒。
5.根据权利要求1所述的单层磨料凝胶抛光膜的制备方法，其特征在于：基体材料的涂覆厚度为1-5mm。
6.根据权利要求1所述的单层磨料凝胶抛光膜的制备方法，其特征在于：所述的磨料是粒度为5nm～40μm的金刚石、碳化物、硼化物、氧化物的一种或者多种组合。
7.根据权利要求1或6所述的单层磨料凝胶抛光膜的制备方法，其特征在于：磨料分散在去离子水中进行水雾喷涂，分散方法包括超声分散、剪切分散，分散时间为3-30分钟，磨料质量分数为1-10wt％。
8.根据权利要求1所述的单层磨料凝胶抛光膜的制备方法，其特征在于：所述的固化方法包括物理或化学交联。
9.根据权利要求1所述的单层磨料凝胶抛光膜的制备方法，其特征在于：所述的干燥方法包括自然风干、鼓风干燥或红外干燥。
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