CN110495704A - 多孔聚合物抛光刷毛及其制造方法 - Google Patents

多孔聚合物抛光刷毛及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及多孔聚合物抛光刷毛及其制造方法。具体而言，本文公开了一种由多孔的基于聚合物的材料制成的刷毛形态的抛光介质，包含该介质的设备和系统，以及该介质、设备和系统的形成和使用方法。一种抛光毛刷，其包含多根刷毛，其中，多根刷毛中的每根刷毛包含多孔聚合物材料，且多根刷毛中的每根刷毛包含受约束的近端和不受约束的远端。一种用于抛光包含非平面表面的工件的刷毛的制造方法，所述方法包括以下步骤：混合液态聚合物材料和发泡剂，以形成发泡聚合物材料，并且将发泡聚合物材料分离成多根刷毛。发泡剂配置成赋予聚合物材料以多孔性，其中，所述多孔性的特征在于密度在0.3g/cm3至1.2g/cm3的范围内。

Description

多孔聚合物抛光刷毛及其制造方法
技术领域
本公开总体上涉及制造方法以及所得到的材料，例如适合作为抛光介质使用的毛刷、刷毛和抛光垫。更具体而言，本公开涉及用于构建用于对具有非平面特征的工件(例如具有斜边或弯曲边缘的手机显示屏)进行抛光的毛刷和抛光垫的多孔的基于聚合物的刷毛。
背景技术
诸如抛光垫这样的抛光介质可用于各种应用中，包括通过使抛光垫相对于被抛光的玻璃工件(例如玻璃、Si晶片、蓝宝石晶片等)移动来抛光该工件。这种相对移动可通过旋转抛光垫、旋转被抛光的对象或者这些移动的结合来产生。可在抛光垫与被抛光对象之间使用其它线性或任意可使用的相对移动。可施加作用力以按压抛光垫使其与工件接触。抛光可进行到各种程度，以例如除去较大的缺陷，从而实现镜面光洁度和/或最终平坦度。
抛光垫可以是例如聚氨酯抛光垫。典型的聚氨酯抛光垫被设计成接附于平面压盘上，以对平面工件进行抛光。然而，具有非平面表面或具有包含非平面部分的表面的特制玻璃工件正越来越多地被使用。不幸的是，标准聚氨酯抛光垫无法有效地抛光非平面工件。典型的抛光垫不能用于非平面工件的原因之一在于，它们不能在整个表面上提供均匀的抛光。标准抛光垫通常不能保持与非平面工件的整个表面区域的接触。因此，在工件表面的某些部分上，标准抛光垫无法除去划痕(工件打磨处理的痕迹)或其它瑕疵。由抛光所得到的其它优势包括除去受损层、使材料变薄以降低其重量、使其更能弯曲以及改善表面光洁度和材料的触觉“感受”。
在使用平面抛光垫抛光非平面表面的一般流程中，抛光垫将无法充分压缩以有效接触工件的整个表面区域。使用可压缩的平面聚氨酯泡沫体或叠置的平面泡沫复合体可提供额外的覆盖，但在显著弯曲的情况中仍然不接触所有表面区域。参见例如2016年9月13日公布的题为《非平面玻璃抛光垫和制造方法》(Non-planar Glass Polishing Pad andMethod of Manufacture)的美国专利9440326，其全部内容通过引用纳入本文。使用典型的抛光垫能够有效地从平面表面上除去材料。然而，这些抛光垫通常不能很好地适用于抛光具有非平面(例如弯曲)表面(例如圆形边缘或在其上具有其它特征的表面)的工件。因此，需要改善的抛光介质和方法。
发明内容
本公开的各种实施方式涉及可装配至抛光毛刷或抛光垫上的聚合物刷毛及其制造方法。尽管下文将更详细地讨论本公开的示例性实施方式如何克服现有的抛光介质的缺点，总体而言，本公开的各种实施方式提供源自多孔的基于聚合物的材料的抛光刷毛。可将示例性的刷毛和毛刷用于抛光相对较硬的材料，例如玻璃、半导体材料、用于制造电子装置的材料以及硬度大于典型玻璃硬度的材料，例如经过强化的铝硅酸盐玻璃或蓝宝石以及金属。
为了对具有非平面表面的工件进行抛光，将诸如由密集排列的刷毛制成的毛刷这样的抛光介质毗邻工件放置，并且使其相对于工件表面移动。这种相对移动可通过以下方式来产生：工件相对于毛刷的线性移动；旋转毛刷；旋转工件；沿轨道移动工件或毛刷；或者是这些移动的结合。可施加作用力，以在打磨或抛光过程中将毛刷按压在工件表面上。还可在处理过程中使用包含研磨颗粒的浆料，以辅助从工件表面上除去材料。
根据本公开的附加实施方式，提供了一种聚合物刷毛的制造方法。一种示例性的方法包括以下步骤：对预聚物、固化剂和发泡剂(用于赋予多孔性)进行混合，进而形成基于聚合物的料饼，所述基于聚合物的料饼适合被切割成具有所需尺寸和形状的个体刷毛(或刷毛组)，这些刷毛接附于板件、压盘等上，用作抛光毛刷或抛光垫。或者，可将聚合物材料挤出或以其他方式成形为具有所需截面的连续丝线，并随后切割成离散长度。示例性的方法还可包括将1％至9％的多元醇加入混合物中。下文还描述了其它示例性方法。
本公开的另一些示例性实施方式包括使用本文所述的多孔刷毛、本文所述的抛光设备以及/或者本文所述的抛光系统来从工件表面上除去材料的方法。
附图说明
结合以下所示的附图，能够通过参考详细描述和权利要求更完整地理解本公开的实施方式，且
图1图示了根据本公开的各种示例性实施方式的与具有非平面特征的工件相互作用的抛光毛刷的透视图；
图2图示了根据本公开的附加示例性实施方式的抛光毛刷的正面放大图，其显示刷毛直接固定至板件上；
图3图示了根据本公开的另一些示例性实施方式的抛光毛刷的替换视图，其显示刷毛被固定至板件上，且在刷毛远端与板件之间还包含补充抛光介质；
图4图示了根据本公开的示例性实施方式的除去速率与刷毛密度的关系图；
图5图示了根据本公开的示例性实施方式的两种刷毛材料的使用寿命终结与刷毛密度的关系图；
图6图示了一种根据本公开的示例性实施方式的抛光系统；
图7图示了一种根据本公开的示例性实施方式的示例性工件；
图8是根据本公开的示例性实施方式的两种刷毛材料的磨耗速率与密度的关系图；
图9是根据本公开的示例性实施方式的磨耗速率与多元醇浓度的关系图。
应当理解的是，附图中的要素只是用于简要而清楚地进行图示，并不一定按照比例绘制。例如，附图中一些要素的尺寸可相对于其它要素进行了放大，以帮助改善对于本公开所示的实施方式的理解。
具体实施方式
下文所提供的对于材料、介质、毛刷、刷毛、系统、设备以及形成和使用刷毛的示例性实施方式的描述只是示例性的，只是出于说明目的，以下描述并非旨在限制本公开或权利要求的范围。此外，除非另有说明，否则对具有所述特征、组成或性质的多种实施方式的详述并非旨在排除具有其它特征、组成或性质的其它实施方式，或引入了所述特征、组成或性质的组合的其它实施方式。此外，虽然上下文中对从表面上除去材料进行可一般描述，但材料、介质、毛刷、刷毛、系统、设备以及方法的用途并不受此所限，除非另有说明。例如，这些材料、介质、毛刷、刷毛、系统、设备和方法还可用于将涂层(例如油漆、粘合剂、其它化合物等)施涂至表面。
本文所述的示例性材料、介质、设备和系统可用于抛光工件表面或者从工件表面上除去材料，包括具有非平面表面和/或平面表面的工件。举例而言，本文所述的材料、介质、设备、系统和方法可用于抛光玻璃，例如用于手持式装置的显示屏，强化铝硅酸盐玻璃，半导体材料，用于形成电子装置的材料和/或诸如蓝宝石(例如蓝宝石的A、C或R面)、诸如绿宝石和红宝石这样的其它宝石的硬表面材料，陶瓷，塑料，半导体，诸如钛、铝、钢这样的金属，以及类似材料。如本文所用，术语“硬表面”或“硬表面材料”是指硬度大于常规硬硅酸盐玻璃的硬度(例如，大于约1550HB布氏硬度标尺或约7莫氏硬度标尺)的材料。例如，本文所述的材料、介质、设备和系统可用于抛光经过研磨和/或打磨处理后的表面，或者用于进行化学—机械平面化处理和/或控制厚度、塑形、表面修整和/使工件平滑。
举具体例子而言，工件包括玻璃，例如用于制造显示器或装置(例如智能电话或其它个人电子装置)盖板的强化铝硅酸盐玻璃。工件可包含非平面表面，例如弯曲、倾斜或圆形边缘，以提供平滑表面以及/或者降低工件破碎或开裂的风险。
如上所述，典型的抛光垫可能不是特别适用于抛光工件的弯曲边缘。相反，由本文所述的聚合物刷毛(其可以是多孔的，也可以不是多孔的)和方法构建的毛刷的各种实施方式可用于抛光包含非平面部分(例如弯曲边缘)的表面，且不会牺牲工件表面的所述材料除去速率。
图7图示了各种示例性的非平面工件。在本说明书中，术语“非平面工件”旨在描述一种具有至少一个表面的工件，该表面的至少一部分相对于工件的另一部分不在同一平面上。类似地，术语“非平面表面”旨在表示一种表面，该表面的至少一部分相对于该表面的另一部分不在同一平面上。在一种示例性的实施方式中，一种非平面表面的至少一部分表面是平面的(平面部分)，例如部分711A，且该非平面表面的至少一部分表面不在与平面部分711A相同的平面上(非平面部分)，例如部分711。
因此，在一种示例性的实施方式中，要抛光的工件可包含在该工件中间具有平坦部分(例如工件701中的部分711A)且在该工件边缘附近具有非平面部分(例如部分711、712、713、714)的工件(例如工件701、702、703或704)。例如，工件边缘附近的区域可具有带曲率半径的圆形边缘(例如圆形边缘713、714)、斜面(例如边缘711、712)、锥形、抛物线形(例如边缘714)、圆形等。工件表面的边缘部分可包含任意合适的非平面形状。
工件可包含与顶表面(例如表面711A)和底表面(例如表面711B)成90度角的边缘，且那些表面(711A和711B)一般是平坦且平行的。在一种示例性的实施方式中，弯曲的工件可在一个或更多个表面上有所不同，其具有利用以下方式中的一种来进行描述的曲率：(1)边缘具有略大于部件高度(“PH”)的曲率半径，该部件高度随后收窄进入曲率半径比PH大得多的表面上，这构成了近乎平坦的表面(在这种情况中，其它表面是平坦的)；(2)一个表面是平坦的，90度边缘延伸至PH的约1/2，然后与PH尺寸类似的曲率半径向另一个表面延伸，其中，横跨工件的剩余表面具有比PH大得多的曲率半径，并且是近乎平坦的；以及(3)一个表面是平坦的，而另一个表面完全由曲率半径比PH大得多的弯曲表面(例如工件706和完全弯曲的表面716)制成。在上述三种情况中的每一种中，工件的两个面可按照上述三个例子的一些组合方式来弯曲。例如，工件705具有在工件整个表面上弯曲的表面715A、715B。从顶部(面)视角来看，玻璃工件也可以是圆形、正方形、矩形或一些其它几何构型。在一种示例性的实施方式中，工件可在整个表面上具有不连续的曲率半径。换言之，工件可具有非平面部分。
在一些实施方式中，要抛光的工件可包含相对于其它表面(例如环绕工件外周的表面)后缩、嵌入或偏移的表面。例如，工件707的特征在于具有基本上平面的表面717，所述表面717与位于工件707上与表面717相同一侧上的表面727存在少量偏移。在另一些实施方式中，参照工件708所示，内部偏移表面718与外周表面728之间存在明显位移。在一些实施方式中，工件不具有大致矩形形状(如工件707和708所示)，而是具有大致曲线形状，联系工件709所示。工件709相当于例如具有两个相反的弯曲表面719A和719B的眼睛镜片。
在一种示例性的实施方式中，抛光前在玻璃对象的最厚处测得PH。在另一种示例性的实施方式中，PH小于或等于玻璃的最大厚度，但不小于玻璃精整后的最小厚度的最大值。PH可以是例如0.01英寸至1英寸，或者0.05英寸至0.25英寸。也可使用其它部件高度。
根据各种实施方式，可将多孔聚合物抛光刷毛固定至板件、抛光垫、压盘等，并且用于抛光非平面表面。换言之，聚合物刷毛配置成相比于未这样配置的抛光垫能够更有效地除去打磨损伤的痕迹，或者除去位于工件非平面部分以及任意平面部分上的材料。聚合物材料(例如多孔聚合物材料)可包含下文所述的各种组分，主要由下文所述的各种组分组成，或者是由下文所述的各种组分组成。另外，一些方法和/或设备包括本文所述的各种步骤或组件，主要由本文所述的各种步骤或组件组成，或者由本文所述的各种步骤或组件组成。
图1图示了根据本公开各种例子的抛光介质或毛刷100。抛光介质100包含多根刷毛101，所述多根刷毛101中的每一根由基于聚合物的材料104制成。如下文中更详细所述，这些刷毛可从聚合物或无机材料的料饼切得，所述料饼被挤出成丝线并随后被切成离散片段，或者，这些刷毛可由一定量的材料模塑、冲压或以其它方式衍生得到。
基于聚合物的材料104还可包含一种或更多种填料、研磨剂和/或微珠(例如购自阿克苏诺贝尔公司(Akzo Nobel，阿姆斯特丹)的微珠)。示例性的填料和研磨剂包括一种或更多种聚合物填料和无机填料，例如(无机的)碳酸钙、硫酸钡、氧化铈、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铁、二氧化锰、高岭土、蒙脱石粘土、二氧化钛、碳化硅、碳化硼和钻石；(聚合的)聚氨酯发泡材料、环氧树脂、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚酰亚胺、尼龙、凯夫拉、特氟龙或其它热塑性材料或热固性材料。这些无机填料/研磨剂颗粒的尺寸可在平均直径约为0.001微米至约1000微米、或约0.5微米至约100微米的范围内。有机聚合物填料还可包含长度在50微米至50000微米、直径在20微米至1000微米范围内的圆柱形纤维。填料还可包含玻璃或聚合物微球体(microsphere)和微珠(microballoon)。基于聚合物的材料104可包含0至约80重量％的填料/研磨剂。示例性的有机、无机填料/研磨剂负载量以基于聚合物的材料的重量计，在约15重量％至约30重量％、或约20重量％至约25重量％的范围内。
在所示的例子中，基于聚合物的材料104可包含以下物质中的一种或更多种，或基本上由以下物质中的一种或更多种组成，或由以下物质中的一种或更多种组成：聚脲、聚氨酯以及聚氨酯/聚脲混合材料，其中的任一种可以进行发泡。聚合物材料104可由材料的块件(例如料饼或板材)成形为刷毛，所述材料例如为通常用于形成抛光垫的材料(例如崭新的或使用过的抛光垫材料)，这些材料可以是发泡的。在当前情况下，这些刷毛可通过将块件抛光材料切割、冲压、模塑、挤出或以其它方式转化成离散刷毛或具有从其延伸出的刷毛的抛光材料块件料饼来形成。
在各种实施方式中，刷毛101和/或基于聚合物的材料104在本文中是指多孔刷毛和/或基于聚合物的材料，其中，具体体现在它们具有孔110，所述孔110的特点可在于具有例如10微米量级至数毫米量级(例如3或更大)的孔径(或平均孔径)111。如本文所用，孔可指使用例如发泡剂或技术(例如引入气体)和/或微珠形成的材料中的空洞或空缺。附加地或替代地，孔可定义为具有基本上球形或椭圆形或哑铃形状。在抛光过程中，认为这些孔可通过将包含于浆料中的(10微米量级的)研磨颗粒递送至具有一个或更多个非平面表面103的工件102的局部材料除去位置来促进除去速率。
在以下专利和专利申请中对用于制造刷毛的基于聚合物的材料的各种制造方法进行了讨论，它们的全部公开内容通过引用纳入本公开，且这些内容不与本公开相冲突：i)2016年9月13日公布的题为《非平面玻璃抛光垫和制造方法》(Non-planar GlassPolishing Pad and Method of Manufacture)的美国专利9440326；ii)2017年5月16日公布的题为《用于抛光硬表面的抛光材料、包含该材料的介质及其形成和使用方法》(Polishing Material for Polishing Hard Surfaces,Media Including the Material,and Methods of Forming and Using Same)的美国专利9649741；iii)2015年6月9日公布的题为《自调节的抛光垫及其制造方法》(Self-conditioning Polishing Pad and aMethod of Making the Same)的美国专利9050697；iv)2017年2月2日公开的题为《聚合物打磨材料、包含聚合物打磨材料的介质和系统及其形成和使用方法》(Polymeric LappingMaterials,Media and Systems Including Polymeric Lapping Material,and Methodsof Forming and Using Same)的美国公开2017/0028526；v)2015年9月17日公开的题为《基于聚脲的材料、包含该基于聚脲的材料的抛光和研磨及其形成和使用方法》(Polyurea-Based Material,Polishing and Grinding Including the Polyurea-Based Material,and Methods of Forming and Using Same)的美国公开2015/0258660；以及vi)2017年11月9日提交的题为《软质的基于聚合物的材料抛光介质》(Soft Polymer-Based MaterialPolishing Media)的第15/808643号美国申请。此外，基于聚合物的材料可包含这些参考文献中所公开的抛光、打磨和/或软质的基于聚合物的材料的任意组合。
图2图示了抛光介质200的两种实施方式(以并排的剖视图显示)，所述抛光介质200包含从刚性或挠性的板件206延伸的刷毛204。虽然未分别图示，根据本公开的至少一种实施方式的刷毛可包含研磨颗粒、微珠以及各种其它成分，以对刷毛的机械性质进行微调。刷毛204的示例性长度可在0.3英寸至14英寸、或1.0英寸至2.5英寸的范围内，且优选约1英寸，所述长度从板件206的一个表面或刷毛204所接附或固定的其它表面测量。刷毛的截面形状包括圆形、椭圆形、正方形、矩形、星形、十字形、三角形等。各根刷毛的有效直径可在0.1mm至6mm、或0.5mm至4.0mm、或2.5mm至3.5mm的范围内。侧面轮廓(长度)的形状可以是矩形、三角形或锥形。刷毛204可从板件206的表面延伸0.1英寸至2.0英寸。刷毛204可包含以下物质中的一种或更多种，或者基本上由以下物质中的一种或更多种组成，或者由以下物质中的一种或更多种组成：聚酯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙及其各种等级、动物毛发、从无纺板上切下的区段、从抛光垫上切下的区段、聚氨酯弹性体等。附加地或替代地，刷毛204和/或本文所述的其它刷毛可包含基底材料，可将可复原的聚合物材料，例如本文所述的聚合物材料涂覆在该基底材料上。
在一些实施方式中，如图2中左图所示，板件206包含多对孔或开口(例如孔211和212)，可将刷毛组(例如每组为6～10根个体刷毛)缝纫或穿过这些孔或开口并折返以形成抛光介质200。在另一种实施方式中，如图2中右图所示，板件206包含孔或开口(例如孔208)，将刷毛组(例如6～10根个体刷毛)至少部分插入这些孔或开口中，进而固定刷毛204的组，以形成抛光介质200。除了孔211、212以及208所提供的紧配合以外，可使用一种或更多种粘合剂和/或其它组件(未图示)来进一步将刷毛204固定至板件206上。应当理解的是，图2并不一定按照比例绘制，各种开口和刷毛组的间隔、尺寸和位置可根据各种因素而改变，例如根据要抛光的制品的性质和尺寸而改变。或者，刷毛和供刷毛从其上延伸的基板可(例如使用注塑、其它铸造技术或材料切割)由材料的单一整合块体形成。
根据各种实施方式，刷毛可配置成抛光任意平面或非平面表面、以及具有平面和非平面表面的组合的工件。此外，可使刷毛长度、刷毛的有效宽度和形貌特征适应工件的尺寸和形状。例如，刷毛的有效长度可至少与要抛光的工件的高度一样长，并且相应地调整刷毛直径，以提供足够的刚度。
图3图示了根据本公开的至少一种实施方式的抛光设备300。抛光设备300包含板件306和抛光介质308。在所图示的例子中，抛光介质308包含基于聚合物的材料302和刷毛304(它们可以是与聚合物材料104和/或刷毛204相同或不同的材料)。
板件306和板件206可包含任意合适的材料，例如塑料，例如聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺或其它普通刚性工程塑料或金属中的一种或更多种。可使用板件306为抛光介质308提供结构性支撑。可在板件306中形成孔或眼(例如如图2所示)，以促进刷毛对板件306的接附和/或基于聚合物的材料302对板件306的粘合。基于聚合物的材料302和/或刷毛304可包含上文结合图1所述的各种填料、研磨剂和/或微珠303。
如下文更详细所述，如果聚合物刷毛展现出多孔性，则它们可实现更高的材料除去速率，而聚合物材料可通过添加发泡剂或者将密度降至完全实心的非多孔性材料的密度以下来获得多孔性。就这点而言，应理解刷毛材料的密度是指聚合物材料在添加任意本文所述的填料或微粒以前的密度。
图4是图示材料除去速率或MRR(也称为存量除去速率或SRR，即，从示例性工件上除去材料的速率)与抛光刷毛材料密度之间关系的图。
图4中所示的数据证明，具有更低密度的刷毛材料的优势可在于它们倾向于得到更高的材料除去速率(MMR)。例如，观察到对于具有大致类似于用于移动电话的那种玻璃电阻屏的材料性质的基材(工件)，范围在0.25g/cm3至1.15g/cm3、特别是范围在0.3g/cm3至0.8g/cm3、且更特别是范围在0.4g/cm3至0.7g/cm3、且最特别是范围在0.5g/cm3至0.6g/cm3以内的刷毛材料密度得到0.06至约0.16范围内(且特别是在0.8至0.12任意单位)的材料除去速率。此外，如下文所述，具有更低密度的刷毛材料倾向于能够更加耐受脉冲破裂(也称为破裂幸存)从而延长使用寿命。
更具体而言，图5是图示两种示例性刷毛材料的破裂幸存与刷毛密度之间关系的图。如图所示，已显示密度在0.3g/cm3至0.7g/cm3范围内、且特别是在0.4g/cm3至0.6g/cm3范围内的刷毛材料展现出200SEC(秒)至500SEC范围内的高速旋转冲击幸存值。
与使用密度更低的刷毛材料所实现的更高的除去速率和更高的破裂值形成对照的是，还已观察到密度更低的刷毛材料倾向于展现出更低的耐磨耗性，即，这些刷毛倾向于更快地劣化。
更具体而言，图8是图示两种示例性刷毛材料组成的泰伯尔磨耗速率与刷毛材料密度之间关系的图。在图8的文字中，磨耗速率是指单位次数(通常为每一千次或一万次循环)的磨损循环后，刷毛在质量或厚度上的损失(通常以除去了……毫克或毫米表示)。(参见ASTM D1044和ASTM D4060。)如图所示，已显示密度在0.3g/cm3至0.8g/cm3范围内、特别是在0.4g/cm3至0.6g/cm3范围内的刷毛材料展现出40微米/小时至300微米/小时范围内的磨耗速率。
暂时参考图9，发明人还观察到可通过在混合异氰酸酯(NCO)与固化剂之前，将附加的多元醇(例如以PTMEG的形式)结合入NCO预聚物中来改善刷毛材料的耐磨耗性。在该语境下，补充的多元醇与通常作为液态NCO预聚物的一部分包含于其中的任意多元醇是分开的。图9显示可通过将PTMEG以占全部溶液(即，混合的预聚物、固化剂和多元醇)的1重量％至9重量％的量结合入用于制备刷毛材料的聚合物中来逐渐增强耐磨耗性。
本领域技术人员将会理解，经常按照以下三种主要标准对抛光介质进行分类或表征：i)MRR；ii)磨耗速率；以及iii)破裂。根据具体使用情况，这些标准的所需数值可大不相同。因此能够对刷毛性质进行“调整”，以使它们用于特定应用的性能最优化。
就这点而言，图4、5、8和9暗示由密度更低的材料制成的刷毛倾向于展现出更高的除去速率和更高的耐破裂值，但也倾向于展现出更高的磨耗速率(相当于更低的耐磨耗性)。根据本发明的一个方面，可对制造刷毛的材料的密度进行选择，以使用于其目标抛光环境中的刷毛最优化。例如，如果一种具体的抛光应用要求高除去速率和/或高耐破裂值，但不要求高耐磨耗性(例如当抛光操作可在刷毛经历显著劣化之前完成时)，则可采用密度相对较低(例如在0.2g/cm3至0.6g/cm3的范围内)的材料。相比之下，对于要求刷毛具有高耐磨耗性(相当于更长的抛光时间)但不要求高MMR和/或高耐破裂值的抛光应用，可相应采用密度更高(例如在0.5g/cm3或0.6g/cm3或更大的范围内)的刷毛材料。
可采用各种技术通过控制刷毛材料的密度来赋予聚合物刷毛材料以所需的孔隙率，例如通过将发泡剂(foaming agent)、起泡剂(blowing agent)和/或微珠结合入聚合物材料中，以影响孔隙率，具体而言是孔的尺寸(经常以孔尺寸的平均直径表示)。在各种实施方式中，聚合物材料的特征可在于具有10微米至1毫米范围内的孔径。此外，聚合物材料还可包含一种或更多种表面活性剂(包括含氟表面活性剂)。
本领域技术人员应当理解，上述使用情况只是示例性的，旨在例示以下概念：刷毛材料的组成、材料的各种构成组分的相对浓度、以及材料的材料密度可配置成“调整”所得到的刷毛的形貌(特别是密度和孔径)，以使它们在它们的目标工作环境中的效果最佳。
图6图示了根据本公开的实施方式的一种示例性的抛光系统600。抛光系统600可用于抛光工件612，例如具有一种或更多种图7中所图示的轮廓的工件。抛光系统600包含抛光设备602、载具608和可由任选的浆料分配器616分配的浆料610。抛光系统600还可包括板件620和/或旋转臂622。设备602、载具608和浆料分配器616可构成抛光机或抛光仪的一部分。
设备602包含压盘或板件604、以及可移除地接附于压盘604上的一个或更多个毛刷606。设备602可绕着轴618旋转，并且/或者可相对于工件612的表面进行其它相对移动。在所图示的实施方式中，毛刷606具有500毫米范围内的直径。
载具608可配置成在抛光处理过程中保持一个或更多个工件(例如612)。载具可包含与例如抛光系统600的一个压盘啮合的齿件。载具608可绕着轴614、绕着轴618旋转，或者进行其它合适的移动。载具608可由任意合适的材料形成。举例而言，载具608由不锈钢和/或玻璃纤维形成。
可利用各种方式来形成本文所述的用于制造刷毛(例如用于介质/毛刷606)的材料，且该材料可包含聚脲、聚氨酯以及聚氨酯/聚脲混合材料中的一种或更多种，上述材料中的任一种可进行发泡，或者以其它方式配置成实现所需密度。
本领域技术人员将会理解，可通过使(例如包含例如异氰酸酯(NCO)的)预聚物与合适的固化剂(例如基于羟基(OH)或胺(NH2)的固化剂)混合来制造合适的聚合物刷毛材料。NCO可以是任意合适的预聚物，例如MDI(亚甲基二苯基二异氰酸酯)或TDI(甲苯二异氰酸酯)聚醚或MDI或TDI聚酯。如果需要，可在将要与固化剂混合之前向预聚物中添加总重量的2％～9％范围内的额外的多元醇(例如PTMEG)。
在各种实施方式中，可将经过精整的聚合物料饼切割成刷毛，可将这些刷毛以大致平行排布的方式组装在一起，并且固定在板件的一端，以形成挠性毛刷。刷毛的示例性长度在0.5英寸至4英寸、或1.0英寸至3.0英寸、或2.0英寸至2.5英寸的范围内，上述数值是从刷毛所接附的板件或基材表面测量。刷毛的截面形状包括圆形、正方形、矩形、星形、十字形、三角形等。各根刷毛的有效直径可在0.1mm至6mm、或0.5mm至4.0mm、或2.5mm至3.5mm的范围内。侧面轮廓(长度)的形状可以是矩形、三角形、锥形或不规则的。在一种优选的实施方式中，刷毛约3mm粗，约25mm长。
在各种实施方式中，板件可由塑料制成，例如聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺或其它普通刚性或挠性工程塑料或金属。
提供包含多根多孔聚合物刷毛的抛光介质。
提供包含多根刷毛的抛光毛刷，其中，各根刷毛包含多孔聚合物材料，各根刷毛包含受约束的近端和不受约束的远端，且各刷毛按照与其它刷毛基本上平行的方式设置。本文中，基本上平行可表示刷毛之间的角度在30度以内，在25度以内，在10度以内，在5度以内，或在1度以内。
还提供了一种用于抛光工件的设备，该工件的特征在于具有至少一个非平面表面。该设备包含基座和多根刷毛，所述多根刷毛固定在基座上，且(例如以基本上平行和/或正交的方式)从该基座延伸。该设备可包含例如外侧刷毛以辅助抛光工件的角落或其它紧密空间，所述外侧刷毛配置成沿着相对于内部刷毛成锐角的角度延伸。在一种实施方式中，各根刷毛包含多孔聚合物材料。本公开还预期了其它刷毛配置。
在一种实施方式中，聚合物材料包含聚脲、聚氨酯以及聚氨酯/聚脲混合材料中的至少一种。
在一种实施方式中，聚合物材料包含聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯中的一种。
在一种实施方式中，聚合物材料的密度在0.3g/cm3至1.2g/cm3的范围内。
在一种实施方式中，聚合物材料的密度在0.4g/cm3至0.7g/cm3的范围内。
在一种实施方式中，聚合物材料的特征在于具有平均直径在10微米至1毫米范围内的孔。
在一种实施方式中，聚合物材料还包含1重量％至8重量％范围内的聚醚多元醇。
在一种实施方式中，聚合物材料是发泡的。
在一种实施方式中，所述聚合物材料包含MDI(亚甲基二苯基二异氰酸酯)和TDI(甲苯二异氰酸酯)型聚醚型聚氨酯中的一种。
在一种实施方式中，聚合物材料包含MDI和TDI型聚酯型聚氨酯中的一种。
在各种实施方式中，聚合物材料可包含一种或两种或更多种表面活性剂，或者可不包含表面活性剂。
在一种实施方式中，表面活性剂中的至少一种包含含氟表面活性剂。
在一种实施方式中，各根刷毛的长度在1英寸～3英寸的范围内，有效直径在0.5毫米至4毫米的范围内。
提供了一种用于抛光可能包含非平面表面的工件的刷毛的制造方法。该方法包括混合(例如通过混合预聚物与固化剂等而形成的)液态聚合物材料的步骤。示例性的方法还可包括形成孔，例如通过使用发泡剂、其它发泡技术来形成孔，使用基座材料和/或使用微珠来形成具有一定体积的发泡聚合物材料，随后将该体积的聚合物材料分割成多根刷毛。发泡剂可配置成赋予聚合物材料以0.3g/cm3至1.2g/cm3范围内的密度。
在一种实施方式中，聚合物材料的特征在于具有平均直径在10微米至1毫米范围内的孔。
在一种实施方式中，聚合物材料包含聚脲、聚氨酯以及聚氨酯/聚脲混合材料中的至少一种。
在一种实施方式中，混合步骤还包含添加1重量％至8重量％范围内的聚醚多元醇。
在一种实施方式中，预聚物包含MDI(亚甲基二苯基二异氰酸酯)聚醚型聚氨酯、TDI(甲苯二异氰酸酯)聚酯型聚氨酯、MDI聚酯型聚氨酯、以及TDI聚酯型聚氨酯中的一种。
在一种实施方式中，该方法还包括将多根刷毛固定至板件上，以形成抛光毛刷，并且将该抛光毛刷接附至旋转(例如抛光)压盘上。
提供由上述方法制成的抛光刷毛。
提供抛光毛刷，其包含基板和多个从该基板延伸的刷毛。在一种实施方式中，每根刷毛包含发泡聚合物材料，所述发泡聚合物材料的特征在于：(i)具有平均直径在10微米至1毫米范围内的孔；以及(ii)具有0.3g/cm3至1.2g/cm3范围内的密度。
尽管本文中阐述了本公开的示例性实施方式，应当理解的是，本公开并不受此所限。例如，尽管联系磨光硬表面材料描述了材料、介质、设备、系统和方法，但除非另有所述，否则本发明并不受此所限。此外，本文所述的刷毛可用于抛光以外的其它目的，例如将液体涂层施涂至表面，或清洁表面，且不会从该表面上除去材料。在不偏离本公开的精神和范围的前提下，可对本文中所阐述的材料、方法和介质进行各种调整、改变和增强。

Claims (20)

1.一种抛光毛刷，其包含多根刷毛，其特征在于，
所述多根刷毛中的每根刷毛包含多孔聚合物材料，且
所述多根刷毛中的每根刷毛包含受约束的近端和不受约束的远端。
2.如权利要求1所述的抛光毛刷，其特征在于，所述聚合物材料包含聚脲、聚氨酯以及聚氨酯/聚脲混合材料中的至少一种。
3.如权利要求1所述的抛光毛刷，其特征在于，所述聚合物材料包含聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯中的一种。
4.如权利要求2所述的抛光毛刷，其特征在于，所述聚合物材料的密度在0.3g/cm3至1.2g/cm3的范围内。
5.如权利要求2所述的抛光毛刷，其特征在于，所述聚合物材料的密度在0.4g/cm3至0.7g/cm3的范围内。
6.如权利要求4所述的抛光毛刷，其特征在于，所述聚合物材料的特征在于具有平均直径在10微米至3毫米范围内的孔。
7.如权利要求2所述的抛光毛刷，其特征在于，所述聚合物材料还包含聚醚多元醇。
8.如权利要求1所述的抛光毛刷，其特征在于，所述聚合物材料是发泡的。
9.如权利要求1所述的抛光毛刷，其特征在于，所述聚合物材料包含MDI(亚甲基二苯基二异氰酸酯)和TDI(甲苯二异氰酸酯)型聚醚型聚氨酯中的至少一种。
10.如权利要求1所述的抛光毛刷，其特征在于，所述聚合物材料包含MDI和TDI型聚酯型聚氨酯中的一种。
11.如权利要求1所述的抛光毛刷，其特征在于，所述聚合物材料包含一种或更多种表面活性剂。
12.如权利要求11所述的抛光毛刷，其特征在于，所述表面活性剂中的至少一种包含含氟表面活性剂。
13.如权利要求1所述的抛光毛刷，其特征在于，每根刷毛的所述受约束的近端固定在基板上。
14.如权利要求1所述的抛光毛刷，其特征在于，所述聚合物材料包含微珠。
15.一种用于抛光工件的刷毛的制造方法，所述方法包括以下步骤：
将液态聚合物材料与发泡剂混合，或者使用发泡技术，以形成一个体积的发泡聚合物材料；以及
将所述体积的发泡聚合物材料分离成多根刷毛，
其中，所述发泡剂配置成赋予所述聚合物材料以0.3g/cm3至1.2g/cm3范围内的密度。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述聚合物材料的特征在于具有平均直径在10微米至1毫米范围内的孔。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述聚合物材料包含聚脲、聚氨酯以及聚氨酯/聚脲混合材料中的至少一种。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述混合步骤还包括添加1重量％至8重量％范围内聚醚多元醇。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将所述多根刷毛固定至板件上，以形成抛光毛刷；以及
将所述抛光毛刷接附至旋转抛光盘上。
20.一种抛光毛刷，其包含：
基板；和
多根从所述基板延伸的刷毛，
其特征在于，每根刷毛包含多孔聚合物材料，所述多孔聚合物材料的特征在于：(i)具有平均直径在10微米至3毫米范围内的孔；以及(ii)具有0.3g/cm3至1.2g/cm3范围内的密度。
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