CN1607997A

CN1607997A - 背衬和使用该背衬制得的磨具以及制造和使用该背衬和磨具的方法

Info

Publication number: CN1607997A
Application number: CNA028262565A
Authority: CN
Inventors: E·J·不伦瑞克; D·L·赛弗松; E·J·武; M·J·安能
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2005-04-20
Also published as: BR0215334A; EP1461183A1; EP1461183B1; DE60224222D1; US20030143938A1; WO2003057411A1; JP2005514218A; US6846232B2; DE60224222T2; AU2002343490A1; US20050097824A1; KR20040068360A; ATE381413T1; CA2471487A1

Abstract

本发明提供了磨具用的背衬(125)，它包括具有第一主表面(26)和相反的第二主表面(127)的片状聚合物基材，所述第一主表面包括非研磨凸起区域和凹入区域的图形，所述第二主表面包括许多成形啮合元件(22，28)，它是两部分机械啮合系统的一部分。通过用磨料涂料(62)至少涂覆背衬(29)的凸起区域(63)，提供磨具(50)。

Description

背衬和使用该背衬制得的磨具以及制造和使用该背衬和磨具的方法

本发明涉及磨具用背衬、制造该背衬的方法、以及包括该背衬的磨具、制造该磨具的方法和使用该磨具的方法。

涂覆磨具通常包括挠性背衬材料，所述背衬材料被磨料涂料覆盖涂覆。所述磨料涂料通常包括第一涂料，即通常所谓的“成形(make)”涂料，它第一个施涂到所述背衬的上表面，当所述成形涂料还未充分固化时，磨粒沉积入所述成形涂料中，并部分嵌入其中。然后，所述成形涂料至少部分固化，通常还通过施加上胶涂料(sizecoating)来进一步固定涂覆磨具中的磨粒，所述上胶涂料覆盖了所述成形涂料和磨粒。完全固化所述成形和上胶涂料，制备涂覆磨具。涂覆磨具还可包括通过将磨粒和可固化粘合剂的混合物施加到所述背衬的一个表面上形成的磨具。所述混合物通常用合适的方法涂覆在所述背衬的上表面，然后固化。所述磨料涂料的表面还可在固化前进行改性，以形成凸起部分和凹入部分，以得到三维或结构化的研磨表面。

在一些例子中，需要在所述背衬上实际形成三维表面，而不是在其上面形成磨料涂料本身。如果所述背衬具有三维表面，那么得到表面(通常在其上面施涂了磨料涂料)就会包括凹入部分和凸起部分，在凸起区域它们通常是平的，且所述凸起区域通常在相同的平面中铺展，以提供不连续的研磨表面。

大部分涂覆磨具可转变成任意形状，如矩形片、盘形、长条，其中所述长条的末端固定，以提供研磨带。研磨盘通常用在砂磨装置(如轨道打磨机)中，因此需要它们的非研磨面来将涂覆研磨盘连接到包含在所述砂磨装置中的可移动垫上。将研磨粘合剂组合物涂料放在研磨盘的非研磨面上或所述载体垫上是一种常识，所述载体垫施加有待连接的表面，修饰所述表面，以在所述磨料涂料和所述表面之间形成良好的研磨粘结。其他机械连接系统是已知的。例如，所述磨具的背面可包含圈基材。所述圈基材的目的是提供一种磨具(如盘)用的装置，所述装置能与载体垫上的钩紧紧啮合。而且，包括笔直单纤维杆(其末端已经变平)的片材也可用作与圈基材啮合的啮合装置。所述圈基材可施加到研磨片材的背面，或施加到要连接的且其另一面为啮合元件的载体上，即包括具有变平的末端的许多钩或杆的片材。

在本发明之前，研磨片材的制造商需要进行多步操作才能得到该研磨片材，所述研磨片材包括(1)在用磨料涂料施涂的表面上具有凸起部分和凹入部分的背衬和(2)在所述背衬的背面施加了两部分机械啮合系统的一部分。通常，所述背衬首先形成凸起部分和凹入部分。然后，将所述磨料涂料至少施加在所述凸起部分上。进行随后操作层压片材，所述片材包括两部分机械啮合系统的一部分，如装有带有变平的末端的钩或杆的片材。

美国专利2115897(Wooddell等人)提出了一种具有背衬的磨具，所述背衬通过粘合剂粘附了许多粘合磨料块。这些粘合磨料块可以特定图形粘合固定在背衬上。

美国专利2242877(Albertson)提出了一种制备压缩研磨盘的方法。将几层涂覆磨料纤维盘放入模子中，然后加热加压，形成压缩中心盘。所述模子具有特定的图形，该图形随后转移到了压缩中心盘上，从而得到了一种有图形的涂覆磨具。

美国专利2755607(Haywood)提出了一种涂覆磨具，其中具有研磨部分的平地和沟槽。粘合剂涂料施涂到背衬的前面，该粘合剂涂料随后用梳子梳，形成峰和谷。接着，磨料投入到所述粘合剂中，随后固化所述粘合剂涂料。

美国专利3048482(Hurst)公开了一种磨具，它包括背衬、粘合体系和用所述粘合体系固定在所述背衬中的磨料颗粒。所述磨料颗粒是是磨粒和分散在所述粘合体系中的粘合剂的复合物。所述磨料颗粒是三维的，且优选是锥形。为了制备该磨具，首先通过模塑方法制备所述磨料颗粒。接着，将背衬放入模具中，然后放入固化体系和磨料颗粒。所述模具具有构成一定图形的型腔，从而使所述背衬上的磨料颗粒也具有特定的图形。

美国专利3498010(Hagihara)描述了一种挠性研磨盘，它包括磨料填充的固化树脂复合物。该盘还包括由模塑方法形成的结构化表面。

美国专利3605349(Anthon)公开了一种搭接型磨具。粘合剂和磨粒混合在一起，然后通过格栅喷涂在背衬上。所述格栅的存在得到了形成图形化的磨料涂层。

英国专利申请2094824(Moore)提出了一种具有图形的搭接薄膜。制备磨料/粘合剂树脂浆料，通过掩膜施涂所述浆料，形成离散的岛状物。接着，固化所述粘合剂树脂。所述掩膜可是丝网、模板、金属丝线(wire)或网格(mesh)。

美国专利4644703(Kaczmarek等人)和4773920(Chasman等人)公开了一种搭接磨具，它包括背衬和粘附在所述背衬上的磨料涂料。所述磨料涂料包括搭接的上胶(size)磨料颗粒悬浮物和通过自由基聚合固化的粘合剂。所述磨料涂料可通过照相凹版印刷辊形成一图形。

日本专利申请JP62-238724(Shigeharu，1987年十月十九日公开)公开了一种在基材上形成许多间歇突出的方法。预固化树脂的小球同时挤塑在板的两侧，随后固化。

美国专利4930266(Calhoun等人)公开了一种具有图形的研磨片材，其中所述研磨颗粒牢固地粘附，并且基本上位于具有预定横向间距的平面。在本发明中，通过碰撞技术施加所述研磨颗粒，从而使各个颗粒实质上单独施加在所述研磨背衬上。从而得到了研磨颗粒的间隔精确控制的研磨片材。

日本专利申请02-083172(Tsukada等人，1990年3月23日公开)公开了一种制备具有特定图形的搭接薄膜的方法。将磨料/粘合剂浆料涂覆于模具中的凹陷中。然后，将背衬施加在所述模具上，固化研磨浆料中的粘合剂。接着，从所述模具中移出得到的涂覆磨具。所述粘合剂可通过辐照能量或热能固化。

美国专利5014468(Ravipati等人)公开了一种用于眼部治疗的搭接薄膜，所述搭接薄膜包括磨料颗粒分散在辐照固化粘合剂中的具有图形的表面涂层。为了制备所述具有图形的表面，磨料/可固化粘合剂浆料成形在照相凹版印刷辊的表面上，从所述辊表面除去所述成形浆料，然后施加辐照能量进行固化。

美国专利5015266(Yamamoto)公开了一种研磨片材，所述研磨片材是将磨料/粘合剂浆料均匀涂覆在压花的片材上，得到磨料涂层，固化时，所述磨料涂层具有由浆料的表面张力形成的高低研磨部分，对应于基底片材的不规则性。

美国专利5107626(Mucci)公开了一种在基材上提供图形表面的方法，所述方法包括用含许多精确成形的研磨复合物的涂覆磨具研磨。所述研磨复合物呈无规排列，各个复合物包括许多分散在粘合剂中的磨粒。

日本专利申请JP4-159084(Nishio等人，1992年6月2日公开)公开了一种制备搭接带的方法。将包含磨粒和可电子束固化树脂的磨料浆料施涂在凹雕辊或凹槽板的表面上。然后，将磨料浆料暴露在电子束下，使所述粘合剂固化，并从所述辊中移出得到搭接带。

美国专利5190568(Tselesin)公开了一种具有许多峰和谷的涂覆磨具。磨粒嵌入和嵌在复合结构的表面上。

美国专利5199227(Ohishi)公开了一种表面处理带，它包括位于基材上的许多颗粒填充树脂隆起。所述隆起与涂有一层额外磨粒的Bernad单元紧紧相隔。

与本申请一起转让给相同的受让人的美国专利5437754(Calhoun)公开了一种制造磨具的方法。磨料浆料涂覆入压花基材的凹槽中。得到的结构体层压到背衬上，固化磨料浆料中的粘合剂。移走压花基材，所述磨料浆料就粘附到背衬上了。

与本申请一起转让给相同的受让人的美国专利5219462(Bruxvoort等人)公开了一种制造磨具的方法。磨料/粘合剂/发泡剂浆料仅仅充分涂覆入压花背衬的凹槽中。涂覆后，固化所述粘合剂，并活化所述发泡剂。这使所述浆料膨胀到所述压花背衬表面的上面。

与本申请一起转让给相同的受让人的美国专利5435816(Spurgeon等人)公开了一种制造磨具的方法。在该专利申请的一方面，磨料/粘合剂浆料涂覆入压花基材的凹陷中。通过所述压花基材将辐照能量传输到所述浆料中，固化所述粘合剂。

与本申请一起转让给相同的受让人的美国专利5672097(Hoopman)公开了一种磨具，其中功能部件(feature)精确成形，但相互之间是不同的。

欧洲专利702615(Romero，1997年10月22日公开)描述了一种具有图形研磨表面的磨具。所述磨具具有许多包括热塑性材料的凸起和凹入部分，所述凸起部分还包括一层粘合剂和磨料，而所述凹入部分没有磨料。

美国专利5690875(Sakakibara等人)公开了一种制造模塑机械固定装置的方法和设备。具有形成型腔的啮合元件的模轮(die wheel)挤塑热塑性树脂。所述模轮具有冷却装置，从而能以充分均匀的剥离力从所述模中移出啮合元件，以防止所述基材变形。

美国专利5785784(Chesley等人)公开了一种具有相反的第一和第二主表面的磨具。在一个表面形成机械固定装置，通过具有相反主表面的制造模具施加精确成形的磨料复合物。

美国专利6299508(Gagliardi等人)公开了一种磨具，它具有许多含研磨助剂的凸起，所述凸起整体模塑在背衬的表面上。所述凸起是等高的，以限定许多峰和谷，所述磨粒覆盖了至少一部分峰和谷。

美国专利6303062(Aamodt等人)公开了一种机械固定装置，所述啮合元件包括具有分界线的凸头。所述凸头是通过在杆末端施加一层热材料形成的。

发明内容

本发明提供了一种磨具用的新背衬。所述背衬基本上是由一个步骤制成的，所述背衬包括具有凸起部分和凹入部分的主表面，其上施涂了磨料涂料，所述背衬还包括相反的主表面，它包括许多成形的啮合元件，所述啮合元件是两部分机械固定系统的一部分。

在第一个实例中，本发明提供了磨具用的背衬，它包括具有第一主表面和相反的第二主表面的片状聚合物基材，所述第一主表面包括非研磨凸起区域和凹入区域的图形，所述第二主表面包括许多成形啮合元件，所述啮合元件是两部分啮合系统的一部分。所述第一主表面上的图形可以是均匀或无规图形。所述啮合元件可包括整体成形在第二主表面中的具有变平的末端的细(filament)杆，或它们可包括整体成形在第二主表面中的钩元件。

在还有一个实例中，本发明提供了一种磨具，它包括：

包含片状聚合物基材的背衬，所述聚合物基材具有第一主表面和相反的第二主表面，所述第一主表面包括非研磨凸起区域和凹入区域的图形，所述第二主表面包括许多成形的啮合元件，所述啮合元件是两部分机械啮合系统的一部分；以及

至少覆盖所述凸起区域的磨料涂层。

所述凸起区域优选铺展在相同的平面上，以提供不连续的研磨平面。所述磨料涂层可涂覆包括凹入区域和凸起区域的整个第一主表面，尽管优选的结构是仅涂覆凸起部分。

所述磨料涂层可包括磨粒和粘合剂的混合物以及可固化粘合剂，当施涂到所述第一主表面上时，固化所述可固化粘合剂形成均匀的磨料涂层。所述涂层可在固化前进行改性，以得到凸起区域和凹入区域，从而得到成形的或结构化的磨料涂层。

所述啮合元件可包括整体成形入所述第二主表面的细杆，每个杆具有变平的末端或钩元件，每个杆或钩元件整体成形在所述第二主表面上。

磨料涂料可包括各个磨粒的至少一部分嵌入其中的粘合剂成形涂料(makecoating)，它还包括覆盖成形涂料和磨粒的上胶涂料。

在还有一个实例中，本发明提供了一种制造磨具用背衬的方法。所述方法包括：

挤出熔融聚合物材料，形成具有第一主表面和相反的第二主表面的熔融聚合物片材；

用具有接触表面的第一模具接触熔融聚合物片的第一主表面，所述接触表面包括凸起区域和凹入区域的图形，从而在所述第一主表面上形成对应于凹入区域和凸起区域的图形；

用具有能在其上形成许多元件的接触表面的第二模具接触所述熔融聚合物片材的第二主表面，所述元件选自成形啮合元件和成形啮合元件的前体，这些元件是两部分机械啮合系统的一部分；

固化所述熔融聚合物片材，得到所述背衬；以及

将啮合元件的前体形成为啮合元件。

优选地，同时进行形成第一主表面的凸起和凹入区域图形的步骤以及将啮合元件的前体形成为第二主表面上的啮合元件的步骤。所述聚合物片材可以是包括至少两种不同聚合物材料的共挤出聚合物片材，且各个聚合物材料构成聚合物片材中的一层。

成形啮合元件的前体优选是笔直杆，它们可在形成变平的末端后进一步处理，得到平的头部，它可与环状织物(looped fabric)啮合。或者，可将所述啮合元件用合适的位于第二模具表面上的成形型腔形成为钩，当所述细线(filament strand)从包含在第二模具的接触表面中的开口(opening)中取出时，原位形成了钩。或者，所述钩也可形成入笔直结构中，然后软化，并且用合适的模具适当地铺展成钩形物。

磨粒涂料至少施涂在所述第一表面的凸起部分上，以得到不连续的研磨表面。如前所述，所述磨粒涂料可以是磨粒和可固化粘合剂的混合物，所述可固化粘合剂可施涂在光滑结构体或者成形的或结构化的结构体上，或者所述磨料涂料可以是常规的成形涂覆的磨料涂料和上胶涂覆的磨料涂料。

在另一个方面，本发明提供了一种制造磨具的方法。所述方法包括：

用具有接触表面的第一模具接触所述熔融聚合物片材的第一主表面，所述接触表面包括凸起区域和凹入区域的图形，在所述第一主表面上形成对应于凹入区域和凸起区域的图形；

用具有能在其上形成许多元件的接触表面的第二模具接触所述熔融聚合物片材的第二主表面，所述元件选自成形啮合元件和成形啮合元件的前体，它是两部分机械啮合系统的一部分；

固化所述熔融聚合物片材，得到所述背衬；

使啮合元件的前体形成为啮合元件；以及

提供至少覆盖所述第一主表面的凸起区域的磨料涂层。

所述磨料涂层可如下形成，即用可固化粘合剂组合物的成形涂料至少涂覆所述第一主表面的凸起区域，将磨粒沉积于可固化粘合剂组合的成形涂料中，至少部分固化粘合剂组合物的成形涂料。优选地，在成形涂料和磨粒上涂覆可固化上胶涂料组合物，然后使用适当的方法完全固化所述成形涂料组合物和上胶涂料组合物。

在还有一个实例中，本发明提供了一种研磨工件的方法，包括：

接触磨具的磨料涂层，所述磨具包括：

包含片状聚合物基材的背衬，所述聚合物基材具有第一主表面和相反的第

二主表面，所述第一主表面包括凸起区域和凹入区域的图形，所述第二主

表面包括许多成形啮合元件，所述啮合元件是两部分机械啮合系统的一部

分；以及

至少覆盖所述凸起区域的磨料涂层；和

移动所述磨具或所述工件中的至少一种，研磨所述工件的接触表面。

所述工件可由任意材料制成，例如，所述材料可选自金属、木材、塑料和复合物。所述工件也可以是上了漆的工件，它可进行研磨，以得到能再次上漆的表面。

本发明的磨具可转变成任何一种常规的成形磨具，如磨盘、磨带和矩形磨片。本发明磨具的优选形状是垫片形状，它可成圆形以适应常规的轨道砂磨装置或类似的装置，它具有支撑垫来接受形成在第二主表面上的机械啮合元件。支撑垫可包括配套元件，它对应于形成在磨具的第二主表面上的元件。

本发明还可参照下述图1-10来描述：

图1是描述形成本发明背衬的方法和设备的示意图。

图2是本发明研磨背衬产品的一部分的放大截面图。

图3是本发明另一个实例的磨具的一部分的放大截面图。

图4是另一个实例的具有成形磨料涂层的磨具的一部分的放大截面图。

图5是用于制备制造模具的辊的俯视图，所述制造模具可用来制造图4所示磨具的成形磨料层。

图6是图5所示辊的一段沿线6-6的放大截面图，可显示表面细节。

图7是图5所示辊的另一段图形表面沿线7-7的放大截面图。

图8是制造本发明磨具的一种方法的示意图。

图9是用来制造实施例2和3的模具的图形的放大示意图。

图10是本发明磨具的光学显微照片。

图11是描述形成本发明背衬的优选方法和设备的示意图。

图12描述了有关图11所示制造模具中的洞的尺寸和间距的详细信息。

图13是使用图11所示设备制造的背衬的截面显微照片。

可以注意到，上述图中，没有一张图提到尺寸和确定的特征，为了更清楚地理解本发明的基础上，它们是可以放大的。

如图1所示，挤出机10包括进料斗11，通过该进料斗可将颗粒状聚合物材料输入到所述挤出机中。所述挤出机可以是本领域中常规的市售挤出机，它能使用合适的挤出机模头熔化和形成熔融的聚合物片材，得到熔融聚合物片12，它在具有图形的辊14和带15的有空腔的表面16之间行进。优选的挤出机是购自Johnson PlasticMachinery Co.，Chippewa Falls，WI的商品名“SINGLE SCREW EXTRUDER”的挤出机，它装有具有开口的挤出机模头，所述开口能形成熔融的材料片材。挤出机的工作条件如下：

挤出机模头在248.9℃加热，且具有12.7毫米(0.5英寸)的开口。在挤出机中，以26.7℃每分钟的速率加热聚合物材料。

具有图形的辊14在18℃加热，它由钢制成，且以8.2米/分钟的速度旋转。具有图形的钢辊14保持在18.3℃，它包括交错排列的锥形图形，辊的圆柱形表面上具有约1783锥体/厘米²(11500锥体/英寸²)。具有图形的辊14以8.2米/分钟旋转。

具有有空腔表面16的带15分别在辊17、18、19和20上行进，所述表面16能形成笔直细杆。在有图形表面的辊14和带15的有空腔表面16之间形成辊隙，所述带15放在辊17上，这样熔融片12的上表面就有了许多凸起部分21，同时杆22就形成在了带的表面16中了。得到的成形背衬23在其上表面具有凸起部分21，在其下表面具有细杆22，所述背衬23能进行固化，并在空转辊18的下面和空转辊24的下面行进，所述空转辊18和24由形成杆的带表面16隔开，这样杆22就能从带15的表面16上的成形开口中剥去。接着，具有钩元件前体杆22的背衬以螺旋形分别绕着三叠辊25、26和27行进，使笔直杆22的末端变平，得到弄平的杆28。辊25在143℃加热，以8.2米/分钟顺时针旋转，它是由钢制成的。辊26在10℃冷却，以8.2米/分钟顺时针旋转，它是由钢制成的。辊27在143℃加热，以8.2米/分钟顺时针旋转，它是由钢制成的。形成变平末端得到变平的杆28之后，得到的背衬材料29用辊30缠绕起来储存。

图2是背衬29的一部分的放大截面示意图，它具有上表面40和下表面41。上表面40包括凸起区域42和凹入区域43。下表面41包括具有变平的末端45的笔直杆44，所述变平末端45可用来与环状织物基材啮合。制造许多成形啮合元件的方法如美国专利5785784(Chesley等人)所述，该成形啮合元件是用于背衬的第二主表面上的两部分机械固定系统的一部分。

在图1所示的设备中，环状带15是具有表面16的制造模具，所述表面16能由熔融热塑性材料制造笔直杆22。优选的熔融热塑性材料是聚丙烯，购自Dow ChemcialCompany，Midland，MI的商品“SRD7587”。

图3是本发明磨具50的一部分的放大截面图。图3所示背衬与图2所示的背衬相似，它包括具有凸起区域和凹入区域的上表面和具有两部分机械固定系统的一部分的下表面。在图3中，机械固定系统的一部分包括钩元件51。在图3中，磨料涂层包括成形涂层52，其中嵌入了磨粒53，并在磨粒53上随后覆盖了上胶涂层54。

图4是另一个磨具60的一部分的放大截面图，所述磨具包括类似于图2所示的背衬，所述背衬具有凸起区域和凹入区域。图4所示的机械连接系统的一部分包括圆形末端杆61，它描述在美国专利5505747(Chesley等人)中。这些杆能与所述两部分机械啮合系统的第二部分啮合，所述机械啮合系统包括与图4所示类似的圆形末端杆。图4包括磨料涂层62，它包括位于粘合剂涂层65中的凸起部分63和凹入部分64，所述粘合剂涂层65包括磨粒66。

各个研磨复合物层包括对于表面改性以及磨具的耐用性很重要的组件。所述研磨复合物层的组分以及本发明的其他实例在本专利申请的以下部分讨论。

磨粒

本发明的磨具通常包括至少一层研磨复合物层，所述研磨复合物层包括许多分散在粘合剂中的磨粒，所述粘合剂是通过固化前体聚合物子单元制得的。所述粘合剂由包含前体聚合物子单元的粘合剂前体形成。所述磨粒均匀分散在粘合剂中或者所述磨粒可非均匀地分散其中。所述磨粒优选均匀地分散在粘合剂中，这样得到的磨具就具有更一致的切削能力。

磨粒的平均粒度为约0.01-1500微米，通常为0.01-500微米，较好为1-100微米。磨粒的粒度通常指最大尺寸的磨粒。在大参数情况下，粒度的分布有一定的范围。在某些情况下，粒度分布优选严格控制，这样得到磨具就能对所需研磨的工件进行均匀的表面抛光。

常规硬磨粒的例子包括熔凝氧化铝、热处理氧化铝、白色的熔凝氧化铝、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、金刚石(天然和合成的)、二氧化硅、氧化铁、氧化铬(chromia)、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、硅酸盐、氧化锡、立方氮化硼、石榴石、熔凝氧化铝氧化锆、溶胶凝胶磨粒等。溶胶凝胶磨粒的例子如美国专利4314827(Leitheiser等人)、4623364(Cottringer等人)、4744802(Schwabel)、4770671(Monroe等人)和4881951(Wood等人)所述。

所述术语磨粒包括用聚合物粘结在一起形成磨料聚集体的单个磨粒。磨料聚集体参见美国专利4311489(Kressner)、4652275(Bloecher等人)、4799939(Bloecher等人)和5500273(Holmes等人)。或者，磨粒可通过粒子间吸引力粘结在一起。

所述磨粒可具有与其联系在一起的形状。这种形状的例子包括杆状、三角形、棱锥形、圆锥形、实心球状、空心球状等。或者，所述磨粒可以是随机形状。

磨粒可涂有材料，以得到具有所需性质的粒子。例如，施涂到磨粒表面上的材料可提高磨粒和树脂之间的粘合。或者，施涂到磨粒表面上的材料可提高磨粒在前体聚合物子单元中的分散性。或者，表面涂层可改变和提高得到的磨粒的切削特性。该表面涂层可参见例如美国专利5011508(Wald等人)、1910444(Nicholson)、3041156(Rowse等人)、5009675(Kunz等人)、4997461(Markhoff-Matheny等人)、5213591(Celikkaya等人)、5085671(Martin等人)和5042991(Kunz等人)。

填料

本发明磨具可包括还含有填料的磨料涂层。填料是平均粒度为0.1-50微米，通常为1-30微米的颗粒材料。用于本发明的填料的例子包括金属碳酸盐(如碳酸钙、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、二氧化硅(如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(如滑石、粘土、蒙脱土、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐(如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、蛭石、糖、木粉、三水合铝、炭黑、金属氧化物(如氧化钙、氧化铝、氧化锡、二氧化钛)、金属亚硫酸盐(如亚硫酸钙)、热塑性粒子(如聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、缩醛聚合物、聚氨酯、尼龙颗粒)和热固性颗粒(如酚醛泡、酚醛珠、聚氨酯泡沫颗粒等)。所述填料还可以是盐如卤化物盐。卤化物盐的例子包括氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾、氯化镁。金属填料的例子包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁、钛。其他混杂填料包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物以及悬浮剂。

悬浮剂的一个例子是表面积小于150米²/克的无定形二氧化硅颗粒，购自Degussa Corp.，Rheinfelden，Germany，商品名为“OX-50”。加入悬浮剂可降低磨料浆料的总粘度。悬浮剂的使用还可参见美国专利5368619(Culler)。

粘合剂

本发明的磨料涂层由可固化研磨复合物层形成，所述可固化研磨复合物层包括磨粒和前体聚合物子单元的混合物。可固化研磨复合物层优选包括有机前体聚合物子单元。所述前体聚合物子单元优选能充分流动，从而能涂覆表面。通过熟化(如聚合和/或交联)、干燥(如馏出液体)和/或仅仅冷却使前体聚合物子单元固化。所述前体聚合物子单元可以是含有机溶剂、水、或100％固体(即基本上没有溶剂)的组合物。热塑性和/或热固性聚合物、或材料及其组合物可用作前体聚合物子单元。前体聚合物子单元固化后，可固化的研磨复合物转变成固化的研磨复合物。优选的前体聚合物子单元可以是可缩合固化树脂或可加成聚合的树脂。可加成聚合的树脂可以是烯键式不饱和单体和/或低聚物。所用的可交联材料的例子包括酚醛树脂、双马来酰亚胺粘合剂、乙烯基醚树脂、具有侧链α、β不饱和羰基的氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、丙烯酸化异氰脲酸酯树脂、脲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸化聚氨酯树脂、丙烯酸化环氧树脂、或其混合物。

研磨复合物层可包括约1重量份-90重量份磨粒和10重量份-99重量份前体聚合物子单元。优选地，研磨复合物层可包括约30-85重量份磨粒和约15-70重量份前体聚合物子单元。更优选地，研磨复合物层可包括约40-70重量份磨粒和约30-60重量份前体聚合物子单元。

所述前体聚合物子单元优选是可固化的有机材料(即在受到热和/或其他能源如电子束、紫外线、可见光等时，或者在加入化学催化剂、水分或其他能使聚合物固化或聚合的试剂时，能聚合和/或交联的聚合物子单元或材料)。前体聚合物子单元的例子包括氨基聚合物或氨基塑料聚合物，如烷基化的脲醛聚合物、蜜胺-甲醛聚合物、和烷基化的苯胍胺-甲醛聚合物、丙烯酸酯聚合物(包括丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸酯丙烯酸烷基酯、丙烯酸化环氧树脂、丙烯酸化聚氨酯、丙烯酸化聚酯、丙烯酸化聚醚、乙烯基醚、丙烯酸化油和丙烯酸化硅氧烷)、醇酸树脂聚合物(如氨基甲酸乙酯醇酸树脂聚合物)、聚酯聚合物、反应性氨基甲酸乙酯聚合物、酚醛树脂聚合物(如可熔酚醛树脂和线型酚醛树脂清漆聚合物)、酚醛/胶乳聚合物、环氧聚合物(如双酚环氧聚合物)、异氰酸酯、异氰脲酸酯、聚硅氧烷聚合物(如烷基烷氧基硅烷聚合物)、或反应性乙烯基聚合物。得到的粘合剂可以是单体、低聚物、聚合物或其组合的形式。

氨基塑料前体聚合物子单元的每个分子或低聚物上具有至少一个侧链α、β-不饱和羰基。这些聚合物材料还可参见美国专利4903440(Larson等人)和5236472(Kirk等人)。

优选的固化研磨复合物由可自由基固化的前体聚合物子单元形成。这些前体聚合物子单元能在受到热能和/或辐照能量下快速聚合。可自由基固化的前体聚合物子单元的一个优选子集包括烯键式不饱和前体聚合物子单元。该烯键式不饱和前体聚合物子单元的例子包括氨基塑料单体或具有侧链α、β不饱和羰基的低聚物、烯键式不饱和单体或低聚物、丙烯酸化异氰脲酸酯单体、丙烯酸化氨基甲酸乙酯低聚物、丙烯酸化环氧单体或低聚物、烯键式不饱和单体或稀释剂、丙烯酸酯分散体、及其混合物。术语丙烯酸酯包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。

烯键式不饱和前体聚合物子单元包括单体的和聚合的化合物，它们包含碳原子、氢原子和氧原子、以及任选的氮原子和卤原子。氧原子或氮原子或这两者通常以醚、酯、尿烷(urethane)、酰胺、和脲基团的形式存在。所述烯键式不饱和单体可以是单官能、二官能、三官能、四官能或者更高官能的，它包括丙烯酸酯基和甲基丙烯酸酯基单体。合适的烯键式不饱和化合物优选是由含脂肪族单羟基或脂肪族多羟基的化合物与不饱和羧酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸、或马来酸)之间的反应制得的酯。烯键式不饱和单体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、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸己内脂、甲基丙烯酸己内脂、甲基丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸硬脂酯、丙烯酸(2-苯氧基)乙酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异癸酯、聚乙二醇单丙烯酸酯、聚丙二醇单丙烯酸酯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、丙氧基化(propoxylate)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、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、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和季戊四醇四甲基丙烯酸酯。其他烯键式不饱和材料包括羧酸的单烯丙基、多烯丙基、或多甲基烯丙基酯和酰胺，如二烯丙基邻苯二甲酸酯、二烯丙基己二酸酯、或N，N-二烯丙基己二酰二胺。其他含氮的烯键式不饱和单体包括三(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、或N-乙烯基-哌啶酮(piperidone)。

优选的前体聚合物子单元包括两种或多种丙烯酸酯单体的混合物。例如，所述前体聚合物子单元可以是三官能丙烯酸酯和单官能丙烯酸酯单体的混合物。一种前体聚合物子单元的例子是丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和2-(2乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯的混合物。多官能丙烯酸酯和单官能丙烯酸酯聚合物的重量比范围为约1-90份多官能丙烯酸酯对约10-约99份单官能丙烯酸酯。

也可行的是由丙烯酸酯和环氧聚合物的混合物配制前体聚合物子单元，例如参见美国专利4751138(Tumey等人)。

其他前体聚合物子单元包括具有至少一个侧链丙烯酸酯基团的异氰脲酸酯衍生物，以及具有至少一个侧链丙烯酸酯的异氰脲酸酯衍生物，具体参见美国专利4652274(Boettcher等人)。优选的异氰酸酯材料是三(羟乙基)异氰脲酸酯的三丙烯酸酯。

其他前体聚合物子单元还包括二丙烯酸氨基甲酸乙酯，以及羟基封端异氰酸酯延伸的聚酯或聚醚的聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯的氨基甲酸乙酯。市售丙烯酸化氨基甲酸乙酯的例子包括购自Morton Chemical，Moss Point，MS的商品“UVITHANE782”、购自UCB Radcure Specialties，Smyrna，Ga的商品“CMD 6600”、“CMD 8400”和“CMD 8805”、购自Henkel Corp.，Hoboken，NJ的“PHOTOMER”树脂(即PHOTOMER6010)、购自UCB Radcure Specialties的“EBECRYL 220”(六官能芳香族氨基甲酸乙酯丙烯酸酯)、“EBECRYL 284”(用1，6-己二醇二丙烯酸酯稀释的脂肪族氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯1200)、“EBECRYL 4827”(芳香族氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯)、“EBECRYL 4830”(用四乙二醇二丙烯酸酯稀释的脂肪族氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯)、“EBECRYL 6602”(用三羟甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯稀释的三官能芳香族氨基甲酸乙酯丙烯酸酯)、“EBECRYL 840”(脂肪族氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯)和“EBECRYL 8402”(脂肪族氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯)、以及购自Sartomer Co.，Exton，Pa的“SARTOMER”树脂(如“SARTOMER”9635、9645、9655、963-B80、966-A80、CN980M50等)。

还有其他前体聚合物子单元包括二丙烯酸环氧酯，以及聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸环氧酯，如双酚A环氧聚合物的二丙烯酸酯。市售丙烯酸化环氧树脂的例子包括购自UCB Radcure Specialties的商品“CMD 3500”、“CMD 3600”和“CMD 3700”。

其他前体聚合物子单元也可以是丙烯酸化聚酯聚合物。丙烯酸化的聚酯是丙烯酸与二元酸/脂肪族二醇基聚酯的反应产物。市售丙烯酸化聚酯的例子包括购自Henkel Corp.，的商品“PHOTOMER 5007”(六官能丙烯酸酯)和“PHOTOMER 5108”(四官能四丙烯酸酯)、以及购自UCB Radcure Specialties的商品“EBECRYL 80”(四官能改性聚酯丙烯酸酯)、“EBECRYL 450”(脂肪酸改性聚酯六丙烯酸酯)和“EBECRYL 830”(六官能聚酯丙烯酸酯)。

其他优选的前体聚合物子单元是烯键式不饱和低聚物和单体的混合物。例如，所述前体聚合物子单元可包括丙烯酸酯官能化氨基甲酸乙酯低聚物和一种或多种单官能丙烯酸酯单体的混合物。该丙烯酸酯单体可以是五官能丙烯酸酯、四官能丙烯酸酯、三官能丙烯酸酯、二官能丙烯酸酯、单官能丙烯酸酯的聚合物、或其组合。

所述前体聚合物子单元也可以是丙烯酸酯分散体，具体参见美国专利5378252(Follensbee)。

除了热固性聚合物，也可使用热塑性粘合剂。合适的热塑性聚合物的例子包括聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氨酯、聚醚酰亚胺、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、缩醛聚合物、聚氯乙烯及其组合。

可使用任选与热固性树脂混合的水溶性前体聚合物子单元。水溶性前体聚合物子单元的例子包括聚乙烯醇、皮胶、或水溶性纤维素醚，如羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素。这些粘合剂可参见美国专利4255164(Butkze等人)。

在前体聚合物子单元包含烯键式不饱和单体和低聚物的情况下，可使用聚合反应引发剂。其例子包括有机过氧化物、偶氮类化合物、醌、亚硝基化合物、酰卤、腙、巯基化合物、吡喃化合物、咪唑、氯三嗪、安息香、安息香烷基醚、二酮、苯基酮、或其混合物。合适的市售紫外活化光引发剂的例子为购自Ciba SpecialtyChemical，Tarrytown，NY的商品“IRGACURE 651”、“IRGACURE 184”和“DAROCUR1173”。其他可见光活化的光引发剂是购自Ciba Geigy Company的商品“IRGACURE369”。合适的可见光活化引发剂的例子可参见美国专利4735632(Oxamn等人)和5674122(Krech等人)。

合适的引发剂体系可包括光敏剂。代表性的光敏剂可具有羰基或叔氨基或其混合。优选的具有羰基的光敏剂是二苯甲酮、苯乙酮、二苯基乙二酮、苯甲醛、邻氯苯甲醛、氧杂蒽酮、噻吨酮、9，10-蒽醌或其他芳香族酮。优选的具有叔氨基的光敏剂是甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、三乙醇胺、苯基甲基-乙醇胺、或二甲基氨基乙基苯甲酸盐(酯)。市售光敏剂包括购自Biddle Sawyer Corp.，New York，NY的“QUANTICURE ITX”、“QUANTICURE QTX”、“QUANTICURE PTX”、“QUANTICUREEPD”。

通常，光敏剂或光引发剂体系的用量可约为前体聚合物子单元组分的0.01-10重量％，优选为0.25-4.0重量％。

另外，在加入任何颗粒材料如磨粒和/或填料颗粒之前，优选将引发剂分散(优选均匀地分散)在前体聚合物子单元中。

通常，所述前体聚合物子单元优选暴露在辐照能量下，优选是紫外线或可见光，以固化或聚合前体聚合物子单元。在某些情况下，某些磨粒和/或某些添加剂会吸收紫外线和可见光，从而会阻止前体聚合物子单元适当固化。例如，这通常会发生在使用二氧化铈磨粒的情况下。使用含光引发剂的磷酸盐，尤其是含光引发剂的酰基膦氧化物可使这个问题降至最小程度。该酰基磷酸盐氧化物的例子是2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基膦氧化物，它购自BASF Corporat ion，Ludwi gshafen，Germany的商品“LR8893”。其他市售酰基膦氧化物的例子包括购自Ciba Specialty Chemicals的“DAROCUR 4263”和“DARCUR 4265”。

当所述粘合剂是基于环氧或乙烯基醚的粘合剂时，阳离子引发剂可用来引发聚合反应。阳离子引发剂的例子包括鎓阳离子盐(如芳基锍盐)，以及有机金属盐(如离子芳香烃体系)。其他例子可参见美国专利4751138(Tumey等人)、5256170(Harmer等人)、4985340(Palazotto)和4950696。

也可使用双固化和杂化固化(hybrid-cure)光引发剂体系。在双固化光引发剂体系中，通过相同或不同的反应机理，固化或聚合反应发生在两个独立步骤中。在杂化固化光引发剂体系中，当暴露在紫外线/可见光或电子束辐照下时，同时进行两种固化机理。

背衬

各种背衬可用于本发明的磨具，包括挠性背衬和更刚性的背衬。典型的挠性磨具背衬的例子包括聚合物膜、整洁的(primed)聚合物膜、布、纸、硬化纸、无纺织物和其处理过的种类及其组合。

如果凸起区域和机械啮合系统的一部分可通过使用熔融聚合物材料施加到主表面上来提供这些功能部件，可使用非聚合物背衬。即，非聚合物背衬可通过所述方法行进，提供凸起区域和钩或杆的型腔可用熔融聚合物填充。从第一主表面上的凸起区域最高点到第二主表面的背衬厚度通常约20-5000微米，优选为50-2500微米。

或者，所述背衬可由多孔材料如发泡材料(包括敞开和封闭单元发泡材料)制得。

合适背衬的另一个例子参见美国专利5417726(Stout等人)。所述背衬也可由两种或多种层压在一起的背衬，以及卷入聚合物材料中的增强纤维(参见美国专利5573619(Benedict等人))组成。

所述背衬可以是片状结构，在本领域中以前认为是一种粘结体系。例如，所述背衬可以是环状织物，在相反的第二主表面和较光滑的第一主表面上具有啮合圈。所述成形结构粘附在所述第一主表面上。环状织物的例子包括缝合圈、Tricot圈等。关于合适环状织物的其他信息参见美国专利4609581(Ott)和5254194(Ott)。或者，所述背衬可以是具有啮合钩的片状结构，所述啮合钩从相反的第二主表面和较光滑的第一主表面上伸出。所述成形结构粘附在所述第一主表面上。这些具有啮合钩的片状结构的例子可参见美国专利5505747(Chesley)、5667540(Chesley)、5672186(Chesley)和6197076(Braunschweig)。使用时，所述啮合圈或钩设计成与支撑结构(如垫板)的合适钩或圈互连。

成形结构

所述成形结构可由任何一种合适材料制得，所述材料包括：无纺织物、发泡材料(敞开和封闭单元发泡材料)、聚合物薄膜、聚合物材料(热固性和热塑性聚合物)。热固性材料的例子包括：酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸酯、氨基甲酸乙酯、脲醛树脂、蜜胺-甲醛等、热塑性聚合物的例子包括：聚氨酯、尼龙、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、苯乙烯等。

背衬凸起部分的高度为约0.05-约20微米，通常约0.1-约10微米，优选约0.25-约5微米。磨粒涂层凸起部分的高度为约5微米(μm)-约1000微米，通常约25微米-约500微米，优选约25微米-约250微米。

背衬的凸起部分与磨粒涂层的凸起部分的高度比为约1∶1-1000∶1，通常约2∶1-500∶1，优选约5∶1-100∶1。

成形结构可连接到背衬上，或者成形结构可与所述背衬成整体。

成形背衬

有许多方法来用所述成形结构制备所述背衬。一方面，所述成形结构可层压或粘附到背衬的第一主表面上。可使用任何合适的层压技术或粘合剂。另一方面，成形结构形成在所述背衬的第一主表面上。可使用许多方法来达到此目的。

在第一种方法中，使用连续模塑方法形成成形结构。在该方法中，通常优选由丙烯酸酯和/或环氧树脂制造成形结构，所述丙烯酸酯和/或环氧树脂能交联成丙烯酸酯和/或环氧聚合物。关于丙烯酸酯树脂和环氧树脂的其他细节可参见本专利申请的粘合剂部分。图8描述了将成形涂料施加到所述背衬的第一主表面上的设备123。制造模具124呈带形，所述带为具有有空腔的接触表面130、相反的支撑表面138和在接触表面130中的适当尺寸的空腔。具有第一主表面126和第二主表面127的背衬125从辊128上解绕。当背衬125从辊128上解绕时，制造模具124从辊129上解绕。制造模具124的接触表面130上涂有用来在涂覆站131处形成成形结构的粘合剂前体。在涂覆步骤之前可加热所述粘合剂前体，以降低其粘度。所述涂覆站131包括任何常规的涂覆装置，如刮刀涂布机、滴模涂布机(drop die coater)、帘流涂布机、真空口模式涂布机(vacuum die coater)、或挤塑口模式涂布机。涂覆制造模具124的接触表面130后，所述背衬125和制造模具124放在一起，从而使所述混合物湿润背衬125的第一主表面126。在图8中，使用接触包胶夹辊133压迫所述混合物使其与背衬125接触，它也向着支撑鼓135压迫制造模具/粘合剂前体/背衬结构体。接着，使用辐照能量源137通过制造模具124的背面138，将足量的辐照能量传送入混合物中，以至少部分固化粘合剂前体，从而形成成形的、可处理结构139。然后，从所述成形的、可处理结构139上分离制造模具124，制造模具124从成形的可处理结构139上的分离发生在辊140上。刚好通过辊140后，成形的可处理结构139与制造模具124之间的角度α优选是陡的，例如超过30°，以从制造模具124上完全分离成形的可处理结构139。所述制造模具124重新缠绕在辊141上，这样它就能重新使用了。成形的可处理结构139缠绕在辊143上。如果所述粘合剂前体并没有完全固化，可通过再次施加辐照能量(如热能或其他辐照能源)来完全固化，形成成形背衬。或者，可在没有使用其他能源的情况下达到完全固化，形成涂覆磨具。所述术语“完全固化”等表示粘合剂前体已经充分固化，这样得到的产品可用作涂覆磨具用的背衬。

通常，制造模具可用来提供具有精确或不规则成形结构阵列的聚合物复合物层。所述制造模具具有包含许多空腔的表面。这些空腔本质上与聚合物结构的形状相反，从而能够形成聚合物结构的形状和布局。这些空腔可具有任何的几何形状，与所述几何形状相反的形状适应要涂覆磨料层的成形结构。优选地，选择洞的形状，以使成形结构的表面积从离开背衬起减少。所述制造模具可以是带、片、连续片或卷材(web)、涂覆辊(如照相凹版印刷辊)、安装在涂覆辊上的套管、或模子。可使用相同的设备来将成形磨料涂层施加到背衬上。关于制造模具的其他细节可参见“制造磨料涂层”部分。

在制造成形背衬的另一种方法中，可将可固化树脂涂覆在照相凹版印刷辊的表面上。所述背衬接触照相凹版印刷辊，所述可固化树脂湿润所述背衬。然后，所述照相凹版印刷辊使可固化树脂形成图形或纹理。接着，从照相凹版印刷辊上移走树脂/背衬组合，得到的结构体暴露在环境中，以固化前体聚合物子单元，形成成形聚合物功能部件(feature)。该方法一种变化是将可固化树脂涂覆在背衬上，使背衬与照相凹版印刷辊接触。

所述照相凹版印刷辊可形成所需的图形，如六角形阵列、截顶的脊、网格、球形、截顶的棱锥形、立方体、块体、或棒。所述照相凹版印刷辊也可形成一种图形，其中在相邻聚合物功能部件之间有水平部分。或者，所述照相凹版印刷辊可形成一种图形，其中背衬陈列在相邻的聚合物成形体之间。同样地，所述照相凹版印刷辊可形成一种图形，其中有聚合物成形体的混合物。

在还有一种方法中，通过丝网喷涂或涂覆可固化树脂层，使所述可固化树脂层形成一定图形。接着，固化所述前体聚合物子单元，形成聚合物结构。所述丝网可形成所需的图形，如六角形阵列、截顶的脊、网格、球形、截顶的棱锥形、立方体、块体、或棒。所述丝网也可形成一种图形，其中在相邻聚合物结构之间有水平部分。或者，所述丝网可形成一种图形，其中所述背衬陈列在相邻聚合物结构之间。同样地，所述丝网可形成一种图形，其中有聚合物成形体的混合物。

制造成形背衬的另一种方法是将有纹理的、成形的或压花的层层压在背衬的第一主表面上。接着，得到的成形层压物可用作所述背衬，其中磨料层涂覆在有纹理的、成形的或压花的层上。该有纹理的、成形的或压花的层可包括例如疏松布或丝网。

制造成形背衬的还有一种方法是将可固化树脂图形涂覆(pattern-coat)在通常平坦的背衬上，所述树脂包含能随后展开的组分，这样展开后就能提高所述图形涂覆的树脂功能部件的尺寸。所述展开优选在树脂固化前发生，但也可在固化后发生。能随着加工条件的变化而展开的组分的例子包括可展开微球体，例如购自Pierce-stevens Corp，Buffalo，NY的商品MICROPEARL。该方法的改进是在加入可固化树脂前展开所述聚合物微球体。所述可固化树脂图形涂覆进入具有充分高度的结构体，随后固化，得到具有功能部件的成形背衬，所述功能部件包括聚合物泡沫材料。

由成形结构组成的背衬也可通过连续涂覆一层可固化树脂来形成，所述树脂包含能随后通过局部辐照具有特定波长范围的电磁波(如红外线)以一定图形展开的组分。优选地，在可展开组分的图形展开后，固化可固化树脂层。

在还有一个方法中，所述背衬进行压花，形成成形结构。例如，热塑性膜或泡沫材料(如尼龙、丙烯、聚酯、聚乙烯等)可进行热压花。所述压花模具本质上与成形结构的所需形状相反且尺寸相同。

背衬和/或成形结构的具体类型和结构取决于许多因素，主要取决于研磨用的最终磨具所需的性质。例如，当需要挠性磨具时，可使用泡沫背衬和泡沫结构。或者，当需要高剪切速率时，优选是更硬的背衬。本领域的普通技术人员能制造成具有适当特性的背衬和成形结构。

研磨复合物层

本发明的研磨复合物层通常包括许多固定且分散在前体聚合物子单元中的磨粒，但可包括其他添加剂，如偶联剂、填料、发泡剂、纤维、抗静电剂、引发剂、悬浮剂、光敏剂、润滑剂、湿润剂、表面活性剂、颜料、染料、UV稳定剂和悬浮剂。这些添加剂的用量取决于其所需的性质。

研磨复合物任选包括增塑剂。通常，加入增塑剂可提高研磨复合物的可侵蚀性，软化整个粘合剂组合物。在一些例子中，所述增塑剂可用作前体聚合物子单元的稀释剂。所述增塑剂优选能与前体聚合物子单元相容，以最小化相分离。合适的增塑剂的例子包括聚乙二醇、聚氯乙烯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸烷基苄基酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、纤维素酯、硅油、己二酸酯和癸二酸酯、多元醇、多元醇衍生物、叔丁基苯基二苯基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯、蓖麻油、或其组合。邻苯二甲酸酯衍生物是一种优选的增塑剂。

所述磨粒或磨料涂层还可包括表面改性添加剂，它包括湿润剂(有时候也叫表面活性剂)和偶联剂。偶联剂可在前体聚合物子单元和所述磨粒之间形成连接桥。另外，所述偶联剂可在粘合剂和填料颗粒之间形成连接桥。偶联剂的例子包括硅烷、钛酸盐、和铝酸锆。

另外，可在研磨复合物中加入水和/或有机溶剂。选择水和/或有机溶剂的用量，以得到前体聚合物子单元和研磨颗粒的所需涂覆粘度。通常，水和/或有机溶剂应该能与前体聚合物子单元相容。所述前体聚合后，除去所述水和/或溶剂，或者，可保留在研磨复合物中。合适的水溶性和/或水敏添加剂包括聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、或纤维素基颗粒。

烯键式不饱和稀释剂或单体的例子可参见美国专利5236472(Kirk等人)。在一些例子中，这些烯键式不饱和稀释剂是有用的，因为它们能与水相容。其他反应性稀释剂可参见美国专利5178646(Barber等人)。

研磨复合物结构的构造

本发明的磨具包含具有至少一层研磨复合物层的磨料涂料，所述研磨复合物层包括许多成形的、优选是精确成形的研磨复合物结构。结合术语“研磨复合物结构”的术语“成形”指“精确成形”和“不规则成形”研磨复合物结构。本发明的磨具可包含许多所述以预定阵列排列在背衬上的成形研磨复合物结构。例如通过固化位于背衬上以及制造模具的空腔中的前体聚合物子单元可形成研磨复合物结构。

研磨复合物结构的性质可以是任何一种几何构造。通常，与背衬接触的成形物的底比复合物结构的末端具有更大的面积。研磨复合物结构的形状可选自许多几何立体，如立方体、圆柱体、棱柱形、平行六面体、锥体、截顶的锥体、圆锥、半球体、截顶的圆锥、或具有任何截面的柱。通常，具有锥体结构的成形复合物有三、四、五或六个面，不包括底。研磨复合物结构在底部的截面形状不同于在其末端的截面形状。这些形状之间的变化可以是平稳和连续的，或可发生在离散步骤中。所述研磨复合物结构也可具有不同形状的混合物。所述研磨复合物结构可按行、盘旋、螺旋或网格的形式排列，或者可无规放置。

形成研磨复合物结构的面相对于背衬来说可以是垂直的，倾斜的或随着朝向末端的宽度减少而逐渐倾斜。也可使用在末端的截面大于在背面的截面的研磨复合物结构，尽管制造起来更难。

各个研磨复合物结构的高度优选是相同的，但在简单固定的磨具中，可具有不同高度的复合物结构。所述复合物结构的高度通常小于约2000微米，更优选为约25-1000微米。所述研磨复合物结构的直径或截面宽度为约5-500微米，通常为约10-250微米。

研磨复合物结构的底相互之间可相邻，或者，相邻研磨复合物的底相互之间隔开一定距离。

所述研磨复合物结构的线性间隔为约1-24000复合物/厘米²，优选至少约50-15000研磨复合物结构/厘米²。所述线性间隔可变化，这样在某个区域的复合物结构的浓度就会大于另外一个区域。复合物结构的区域间隔(area spacing)为约1研磨复合物结构每线性厘米-约100研磨复合物结构每线性厘米，优选为约5研磨复合物结构每线性厘米-约80研磨复合物每线性厘米。

支撑面积的百分数可为约5-约95％，通常约10％-约80％，优选约25％-约75％，更优选约30％-约70％。

成形研磨复合物结构优选以预定图形陈列在背衬上，或者预先固化的研磨复合物层上。通常，所述研磨复合物结构的预定图形会对应于制造模具上的空腔的图形。因此，所述图形可在模具与模具之间重复制造。

在一个实例中，本发明磨具可包含阵列形式的研磨复合物结构。对于单研磨复合物层，规则陈列指研磨组合物结构的对准的行和列。在另一个实例中，所述研磨复合物结构可设定为“无规”阵列或图形。因此，这意味着所述研磨复合物结构不是以特定的行和列对准的。例如，所述研磨复合物结构可设定为美国专利5681217(Hoopman等人)中所述的形式。但是，可以认为所述“无规”阵列是预定的图形，其中所述复合物的位置是预定的，对应于用来制造磨具的制造模具中的空腔的位置。术语“阵列”指“无规”和“规则”阵列。

制造模具

图5描述了用来如图8所示制备制造模具124的辊。辊150的下述具体实例可用来制备制造模具124，然后所述制造模具124可用来制备本发明的研磨复合物结构。辊150具有轴151和旋转轴152。在这种情况下，所述图形表面包括围绕辊的相邻圆周槽的第一系列153和相等间隔的槽的第二系列154，所述相等间隔的槽与旋转轴152成30°角铺开。

图6描述了辊150的图形表面部分一段沿图5中垂直于系列153中槽的直线6-6的放大截面图。图6描述了一种具有峰的图形表面，峰与峰之间的间距x为54.8微米，谷到峰之间的峰高度y为55微米，角度z为53°。

图7描述了辊150的图形表面一段沿图5中垂直于系列154中槽的直线7-7的放大截面图。图7描述了具有角度w为99.5°的槽155，所述角度为相邻的峰斜面之间的角度，谷之间的间距t为250微米，谷深度s为55微米。

根据美国专利5435816(Spurgeon等人)所述的方法，辊150也可用来制备制造模具，所述制造模具可用来形成图4所示磨料层162中的成形结构。图9描述了示例性方形成形结构的平面图，所述方形成形结构具有柱和由尺寸a和b限定的支撑区域。

制造模具可用来提供具有精确或无规成形研磨复合物结构阵列的研磨复合物层。制造模具具有含许多空腔的表面。这些空腔本质上是研磨复合物结构的反相形状，它可形成相应于所述研磨复合物结构的形状和布局。这些空腔可具有任何几何形状，所述几何形状是与适用于研磨复合物的几何形状相反的形状。优选地，选择所述空腔的形状，这样所述研磨复合物结构的表面区域会从离开背衬开始减少。

所述制造模具可以是带、片、连续片或卷材(web)、涂覆辊(如照相凹版印刷辊)、安装在涂覆辊上的套筒、或模头。所述制造模具可包括金属(如镍)、金属合金、或塑料。所述金属制造模具可由任何常规技术如照相平板印刷术、滚花、雕刻、滚刀、电成型、金刚石车削等。制造金属母模具的优选方法参见美国专利5975987(Hoopman等人)。

热塑性模具可由金属母模具复制。所述母模具可具有与所述制造模具所需相反的图形。所述母模具优选由金属制成，例如镀镍的金属(如铝、铜或青铜)。热塑性片材可任选随同母模具一起加热，这样通过将两者压在一起用所述母模具对所述热塑性材料进行压花。所述热塑性材料也可挤出或模塑在母模具上，然后进行压迫。将所述热塑性材料冷却到不流动状态，然后从所述母模具上分离，得到制造模具。所述制造模具也可包含剥离涂层，以更容易地从制造模具中脱除所述磨具。该剥离涂层的例子包括硅氧烷和含氟化合物。

合适的热塑性制造模具参见美国专利5435816(Spurgeon等人)。用来形成制造模具的热塑性材料的例子包括聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、或其组合。优选地，所述热塑性制造模具包含添加剂如抗氧化剂和/或UV稳定剂。这些添加剂可延长制造模具的使用寿命。

制造磨具的方法

有许多方法可用来制造本发明磨具。一方面，所述磨料涂层包括许多精确成形的研磨复合物。另一方面，所述磨料涂层包括没有精确成形的研磨组合物，有时候指无规成形研磨复合物。用来制造具有一层研磨复合物层(所述复合物层具有精确成形的研磨复合物结构)的磨具的优选方法参见美国专利5152917(Pieper等人)和5435816(Spurgeon等人)。合适方法的其他描述参见美国专利5454844(Hibbard等人)、5437754(Calhoun)和5304223(Pieper等人)。

制备具有许多成形研磨复合物结构的研磨复合物层的合适方法包括制备含磨粒、前体聚合物子单元和任选添加剂的可固化研磨复合物层；提供具有前表面的制造模具；将所述可固化研磨复合物层导入具有许多空腔的制造模具的空腔中；将磨具的背衬或预先固化的研磨复合物层导入到可固化研磨复合物层中；在磨具离开所述制造模具的空腔之前固化可固化的研磨复合物层，形成含研磨复合物结构的固化研磨复合物层。所述可固化的研磨复合物施加在所述制造模具上，以使所述可固化研磨复合物层的厚度小于或等于其实际厚度限制。

基本上没有许多精确成形研磨复合物结构的研磨复合物层是这样制得的，即将可固化研磨复合物层放在背衬上、或者放置预先固化的研磨复合物层，这与制造模具无关，固化所述研磨复合物层，形成固化的研磨复合物层。所述可固化的复合物层施加在表面上，以使所述研磨复合物层的厚度小于或等于其实际厚度限制。其中研磨复合物层可通过重复上述步骤施加到磨具上。

可固化研磨复合物层可通过任何合适的混合技术将前体聚合物子单元、磨粒和任选的添加剂混在一起制成的。混合技术的例子包括低速剪切和高速剪切混合，其中高速剪切混合是优选的。在混合步骤中也可结合利用超声波能量来降低可固化研磨复合物的粘度(粘度在制造磨具的过程中是很重要的)和/或影响得到的可固化研磨复合物层的流变学。或者，可固化研磨复合物层可在30-70℃加热，进行微流化或球磨，以混合可固化的研磨复合物。

通常，磨粒逐渐加入到前体聚合物子单元中。优选地，可固化研磨复合物层可以是前体聚合物子单元、磨粒和任选的添加剂的均匀混合物。如果需要的话，可加入水和/或溶剂来降低粘度。可通过在混合步骤中或之后抽真空来使气泡的形成最小化。

涂覆站可以是任何常规涂层装置如滴模涂布机、刮刀涂布机、帘流涂布机、真空口模式涂布机(vacuum die coater)、或挤塑口模式涂布机。优选的涂布技术是真空流体定位口模(vacuum fluid bearing die)涂布技术，具体参见美国专利3594865、4959265(Wood)和5077870(Melbye等人)。涂覆时，气泡的形成优选是最小的。

在另一个实例中，成形、挠性背衬和成形研磨复合物的成形部分可通过简单地用模具加工来模塑，所述用模具加工使用了一次或两次连续的涂覆操作。或者，所述制造模具可在两个相继涂覆步骤中填充，其中第一步填充步骤中仅仅用非研磨组合物部分填充，第二步涂覆步骤用填有磨粒的树脂或浆料填充模具的剩余部分。根据背衬的成形功能部件的形状以及第一涂覆步骤的非研磨组合物，可定制第二步中的填有磨粒的树脂或浆料，以最优化得到的磨具的性能。在两步涂覆操作中，优选使用前述真空流体定位口模式方法或滑动口模式方法(参见美国专利5741549(Maier等人))来进行第一步涂覆操作。

涂覆制造模具后，使用任意的方法使磨具的背衬或预先固化的研磨复合物层和可固化研磨复合物的下一层接触，这样就使可固化研磨复合物的下一层湿润成形背衬的表面。所述可固化研磨复合物层通过接触包胶夹辊与成形背衬接触，所述包胶夹辊将得到的结构体压在一起。所述包胶夹辊可由任意的材料制成；但是，所述包胶夹辊优选由结构材料如金属、金属合金、橡胶或陶瓷制成。所述包胶夹辊的硬度为约30-120杜罗硬度计，优选约60-100杜罗硬度计，更优选为90杜罗硬度计。

然后，通过能源将能量传送到可固化研磨复合物层中，以至少部分固化所述前体聚合物子单元。所述能源的选择部分取决于前体聚合物子单元的化学性质、制造模具的类型以及其他加工条件。所述能源不应大量降解制造模具或背衬。前体聚合物子单元的部分固化意味着所述前体聚合物子单元聚合成这样一种状态，即当转化成制造模具时使可固化研磨复合物层不能流动。如果需要的话，从制造模具上移走之后，所述前体聚合物子单元可使用常规能源完全固化。

至少部分固化所述前体聚合物子单元后，分开所述制造模具和磨具。如果所述前体聚合物子单元基本上没有完全固化，接着，所述前体聚合物子单元可通过时间和/或暴露在能源下基本上完全固化。最后，所述制造模具重新缠绕在心轴上，这样制造模具就能再次使用，固定的磨具缠绕在另一个心轴上。

在该方法的另一个实例中，所述可固化的研磨复合物层涂覆在成形背衬上，且并没有进入制造模具的空腔中。接着，使所述可固化的研磨复合物层涂覆的背衬与制造模具接触，从而使浆料流入制造模具的空腔中。制造磨具的剩余步骤与前述相同。

优选地，使用辐照能量固化前体聚合物子单元。可通过所述背衬或制造模具传送所述辐照能量。成形背衬或制造模具不应大量吸收所述辐照能量。另外，辐照能源不应大量降解背衬或制造模具。例如，紫外线可通过聚酯背衬传送。或者，如果制造模具由某些热塑性材料如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚氯乙烯、或其组合制成，紫外线或可见光可通过制造模具传送到浆料中。对于热塑性基制造模具，制造固定磨具的工作条件应这样设定，即不产生过量的热量。如果产生了过量的热量，会扭曲或熔化所述热塑性模具。

所述能源可以是热能源或辐照能源，如电子束、紫外线或可见光。所需能量的数量取决于前体聚合物子单元中的反应基团的化学性质、以及粘合剂浆料的厚度和密度。对于热能，约50℃-约250℃的炉温对成形结构和/或背衬有效，约15分钟-约16小时的持续加热时间通常是足够的。可使用电子束辐照或离子辐照，其能量水平约0.1-约10Mrad，优选的能量水平为约1-约10Mrad。紫外线辐照包括波长在约200-约400纳米，优选在约250-400纳米。可见光辐照包括波长在约400-约800纳米，优选在约400-550纳米。

得到的固化研磨复合物层可具有与制造模具相反的图形。通过至少部分固化或固化在制造模具上，所述研磨复合物层具有精确且预定的图形。

有许多方法可制造具有不规则成形研磨复合物的研磨复合物。当不规则成形时，尽管如此，这些研磨复合物可设定成预定的图形，其中复合物的位置是预定的。在一种方法中，涂覆可固化研磨复合物，使研磨复合物层的厚度在所述复合物的实际厚度限制内，所述可固化研磨复合物涂覆入制造模具的空腔中，形成研磨复合物。所述制造模具可与前述在精确成形复合物的情况下相同制造模具。但是，在前体聚合物子单元充分固化前，从制造模具上移走所述可固化研磨复合物层，在从所述制造模具上移走时基本上保留其形状。随后，固化前体聚合物子单元。由于所述前体聚合物子单元在位于制造模具的空腔中时并没有固化，导致可固化研磨复合物层流动且使研磨复合物的形状扭曲。

在制造不规则成形复合物的另一种方法中，所述可固化研磨复合物可涂覆在照相凹版印刷辊的表面上。成形背衬与所述照相凹版印刷辊接触，所述可固化研磨复合物湿润所述背衬。接着，照相凹版印刷辊在所述可固化研磨复合物中形成图形或纹理。然后，浆料/背衬组合从所述照相凹版印刷辊上移走，得到结构体暴露在环境中，固化所述前体聚合物子单元，形成研磨复合物。该方法的一种变化是将可固化研磨复合物涂覆在背衬上，使背衬与照相凹版印刷辊接触。

所述照相凹版印刷辊可形成所需的图形，如六角形阵列、脊、网格、球体、棱锥形、截顶的棱锥形、圆锥形、立方体、块、或棒。所述照相凹版印刷辊也可形成一定图形，其中在相邻研磨复合物之间形成水平区域。该水平区域可包括磨粒和粘合剂的混合物。或者，照相凹版印刷辊可形成一定的图形，其中背衬陈列在相邻研磨复合物形状之间。同样地，照相凹版印刷辊可形成一定的图形，其中有研磨复合物成形物的混合物。

另一种方法是将可固化研磨复合物层通过丝网喷涂或涂覆，形成图形和研磨复合物。接着，固化所述前体聚合物子单元，形成研磨复合物结构。所述丝网能形成任何所需的图形，如六角形阵列、脊、网格、球体、棱锥形、截顶的棱锥形、圆锥、立方体、块或棒。该丝网也可形成一定的图形，其中在相邻研磨复合物结构之间有水平区域。该水平区域可包括磨粒和粘合剂的混合物。或者，该丝网能形成一定的图形，其中背衬陈列在相邻研磨复合物结构之间。同样地，该丝网可形成一定的图形，其中有研磨复合物成形物的混合物。该方法参见美国专利3605349(Anthon)。

连接系统

本发明的磨具可固定在支撑结构上，通常指支撑垫。所述磨具可使用整体机械连接系统如钩和圈连接系统固定。

所述连接系统必需具有足够的粘合强度，以在使用时将涂覆的磨具固定到支撑垫上。

所述成形背衬的背面包括机械固定系统的整体部分，如变平的杆部分或钩部分。然后，这些钩或变平的杆可提供涂覆磨具和含环状织物的支撑垫之间的啮合。

测试程序

以下测试过程用于评价本发明的树脂组合物和涂层研磨制品。

SCHIEFER润湿实验

将研磨涂层层压到具有变平啮合突起的片状背衬上，并转化成10.16cm(4英寸)的盘，所述背衬可以商品名HOOK^TM II购于3M公司。将背衬垫固定到SCHIEFER研磨测试机的驱动板上，并使之竖直，然后进行润湿实验，所述研磨测试机可购于Frazier Precision公司(Gaithersburg，MD)。商品名为“POLYCAST”丙烯酸塑料的盘状丙烯酸塑料工件，其外径为10.16cm(4英寸)，厚为1.27cm(0.5英寸)，购于Sielye塑料公司(Bloomington，MN)。水的流速设定为60g/min。将454克(1磅)重物放在研磨测试机的载重平台上，将安装好的研磨样品下移到工件上，开动测试机。让测试机转动90圈，30圈为一组。在工件上的四个位置测定表面抛光值Rz，每30圈测定一次，每个实验样品测三次。

板实验

从研磨实验材料上切下直径为15.2cm(6英寸)的环形样品，并安装到56964型DYNABRADE精细抛光打磨机上，所述打磨机购于Dynabrade公司(Clarence，NY)。研磨实验共进行1分钟，分别在10秒、20秒和30秒测定实验板上三个相邻部分，气压为344kPa(50psi)。实验板是漆有黑色基涂层/透明涂层的冷轧钢板(E-涂层：ED5000；底涂层：764-204；基涂层：542AB921；透明涂层：RK8010A)，购于ACT实验用品公司(Hillsdale，MI)。在每个实验板部分测定五个点的表面抛光值Rz，每个实验样品测定三次。

表面抛光

Rz是测定长度上单个粗糙深度的平均值，其中单个粗糙深度是最高点和最低点之间的垂直距离。

进行了SCHIEFER润湿实验和板实验的研磨工件的表面抛光度用表面光度仪测定，所述表面光度仪是Marh公司(Cincinnati，OH)生产的“PERTHOMETERMODEL M4P”。

实施例

以下是实施例中所用缩略语。实施例中所有的份、百分数和比例都是以重量计，除非另有说明。

AMOX 草酸二叔戊酯

CHDM 环己烷二甲醇，购于Eastman化学公司(Kingsport，CT)。

COM η-[二甲苯(混合的异构体)]-η-环戊二烯基铁(II)-六

氟锑酸酯(盐)。

CYRAXURE 商品名为“CYRACURE 6110”的脂环族环氧化物树脂，购

6110 自联碳公司(Hahnville，LA)。

EPON 828 商品名为“EPON 828”的双酚A环氧树脂，环氧化物当量

重量为185-192，购于壳牌化学公司(Houston，TX)。

EPON 1001F 商品名为“EPON 1001F”的双酚A表氯醇基环氧树脂，环

氧化物当量重量为525-550，购于壳牌化学公司

(Houston，TX)。

DAROCUR 2-羟基-2-甲基苯基·乙基酮，商品名“DAROCUR 1173”，

1173 购于汽巴特殊化学品公司(Tarrytown，NY)。

IRGACURE 2，2-二甲氧基-1，2-二苯基-1-乙酮，商品名为“IRGACURE

651 651”，购于汽巴-嘉基(Ciba Geigy)公司(Ardsley，NY)

MINEX-3 无水铝硅酸钠钾，商品名为“MINEX-3”，购自L.V.Lomas，

Ltd，Brampton，Ontario，Canada。

P320 FRPL P320级氧化铝，商品名为“ALUDOR FRPL”，购自Treibacher

Chemische Werke AG，Villach，Austria。

P400 FRPL P400级氧化铝，商品名为“ALUDOR FRPL”，购自Treibacher

Chemische Werke AG，Villach，Austria。

S-1227 高分子量聚酯，商品名“DYNAPOL S-1227”，购于

Creanova(Piscataway，NJ)。

TMPTA 三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，商品名“SR351”，购于Sartomer

公司(Exton，PA)。

UVI-6974 三芳基锍六氟锑酸酯(盐)，在碳酸亚丙酯中的50％溶液，

购于联碳公司(Hahnville，LA)。

CN973J75 氨基甲酸乙酯-丙烯酸酯树脂，购自Sartomer，Inc.，Exton，

PA。

F80 可膨胀的聚合物微球，商品名为“MICROPEARL F80-

SD1”，购自Pierce-Stevens Corp.，Buffalo，NY。

SR339 2-苯氧基乙基丙烯酸酯，购于Sartomer公司(Exton，PA)。

PD9000 阴离子聚酯分散体，商品名“ZEPHRYM PD 9000”，购于

Uniqema(Wilmington，DE)。

A-174 γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，商品名“SILQUEST

A-174”，购于Crompton公司(Friendly，WV)

TPO-L 氧化膦，商品名“LUCIRIN TPO-L”，购于BASF化学公

司(Ludwigshafen，德国)。

GC2500 绿碳化硅矿物，JIS2500级，购于Fujimi公司(Elmhurst，IL)

实施例1(同时制备成形功能部件和机械连接元件)

使用图1所示的方法和设备形成成形背衬。有图形的硅氧烷带(15)包含形成杆的孔。所述孔的直径为0.0406厘米(0.016英寸)，深0.1778厘米(0.070英寸)，卷材(web)的横向间隔0.1410厘米(0.0555英寸)，纵向间隔0.13759厘米(0.05417英寸)。所述卷材横向的孔从卷材横向的孔的每个相邻行偏移0.0706厘米(0.0278英寸)。所述带的温度为65.6℃(150°F)。顶部钢辊(14)用微复制图形压花，所述微复制图形与杆卷材的相反表面接触。所述图形辊的温度控制在18.3℃(65°F) 。

35.6-40.6厘米(14-16英寸)宽的聚丙烯熔融片(购自Dow Chemical Co.，Midland，MI的商品“SRD7587”)在248.9℃(480°F)从双岐管式模头挤出，但是仅用3.81厘米(1.5英寸)单螺杆挤出机(10)(购自Johnson Plastic MachineryCo.，Chippewa Falls，WI)从单歧管给料，所述挤出机的L/D为29/1，以61rpm工作。Johnson挤出机的温度范围(profile)为输入区的225℃(400°F)-挤出(discharge)区域的248.9℃(480°F)，接合器温度为248.9℃(°F)。Johnson挤出机的螺杆通常是单螺纹设计。模头温度为248.9℃(480°F)。熔融聚丙烯输入到图形钢辊14和硅氧烷带15之间的辊隙中，其旋转速度为8.2米(27英尺)每分钟。辊隙压力为137.9千帕(20psi)。聚合物熔体通过冷却的、温度为18.3℃(65°F)的图形辊表面固化，具有图形相反侧面的带子制成的杆卷材释放在TEFLON^TM覆盖的辊上。这样制得的基材约0.254毫米(10密尔)厚，且在一个表面上具有凸起区域和凹入区域，在相反表面上具有0.75毫米(30密尔)的杆，每个杆的直径为0.4毫米(17密尔)数量级。

如图1所示，成形背衬穿过压顶(capping)站，所述压顶站装有一组三个25.4厘米(10英尺)直径的辊(25、26和27)，它们相邻的两个叠在一起，以在相邻的辊之间提供数量级为0.5毫米(20-25密尔)的辊隙，该组中的外辊在150℃(300°F)加热，内辊冷却到10℃(50°F)，卷材的速度为8.2米/分钟，以在每个杆的末端形成0.76毫米(30密尔)直径的盖，其厚度为0.1毫米(4密尔)数量级。这样加工的成形背衬缠绕在卷取(take-up)辊30上，以进一步处理，包括在要施加磨料涂层的表面上电晕涂底漆。

如下制备成形树脂：EPON 1001F颗粒(25％)和DYNAPOL S-1227颗粒(28％)与预混料混合。预混料包含下述物质：EPON 828树脂(34.5％)、IRGACURE 651(1％)、CHDM(2.8％)、TMPTA(7.5％)、AMOX(0.6％)和COM(0.6％)。材料(EPON 1001F、DYNAPOL S1227和预混料)可在双螺杆挤出机中混合。

所述成形树脂在105℃和20克/米²的速率挤塑涂覆在实施例1中制备的成形背衬的成形结构的表面上，该成形树脂一次通过UV处理器(商品名“EPIQ 6000”，购自Fusion Systems Corp.，Rockville，MD，具有0.1-0.5焦/厘米²的FUSION V灯泡，速率为36米/分钟)进行部分固化。然后，以45克/米²静电施涂P400 FRPL氧化铝，且在77-122℃的温度范围再次固化。

如下制备上胶涂料：加入TMPTA(22.8％)和CYRACURE 6110(22.8％)、EPON 828(30.4％)、UVI-6974(3％)、DAROCUR 1173(1.0％)和MINEX-3(20％)。该上胶涂料以24克/米²进行辊涂，并以36米/分钟速率通过UV处理器(使用0.1-0.5焦/厘米²的FUSION D灯泡)固化，然后在110-120℃的温度范围热固化。

实施例2

根据美国专利5435816(Spurgeon等人)使用48厘米×48厘米的不锈钢母模具制造微复制聚丙烯模具，所述模具具有下述所需的成形背衬功能元件和成形研磨复合物功能元件的三维镜像图形。这些母模具可通过掩膜/化学蚀刻方法制得。由这些母模具，使用下述方法可制得反相图形的聚丙烯模具：在135℃热压过程中，将金属母模具放在底压板上。在模具的顶部放置0.8毫米厚的聚丙烯片，然后放置3毫米厚的铝板。所述复合物以618千帕(90psi)压迫3分钟，然后移走。所述母模具的镜像图形模塑在聚丙烯片上。该模塑的聚丙烯片随后用作用模具加工的模具，在背衬上制备非磨料成形结构。

预混物1#：用混合机(购自Premier Mill Corp.，Reading，PA，商品名为DISRERSATOR)在室温混合60.8份CN973J75、36.4份SR339和2.8份TPO-L，直到气泡消失。

浆料1#：在96.6份预混物1#中加入3.4份预发泡的F80，并使用DISPERSATOR混合机形成均匀的浆料1#。在使用前，F80微球体在160℃预发泡60分钟。

然后，通过手工涂抹将浆料1#施涂到微复制的模具上，如表2所示，所述模具具有以图9所示1.3毫米×1.3毫米×0.356毫米深的阵列排列的方形柱，支撑面积为22％。接着，通过以26厘米/分钟和275千帕(40psi)的辊隙压力下穿过一组橡胶包胶夹辊，使填有浆料的模具面朝下向着电晕处理过的3M HOOKIT^TM II背衬的光滑面进行层压。随后，通过二次穿过UV处理器(购自American UltravioletCompany，Murray Hill，NJ，使用157.5瓦/厘米(400瓦/英寸)顺序工作的两个V-灯泡，片材速度为914厘米/分钟)，固化所述浆料。然后，移走所述模具，露出大尺寸三维固化聚合物发泡结构，其具有所述模具的镜像图形。

预混物2#：用手操作混合33.6份SR339和50.6份TMPTA，在其中加入8份PD9000，并保持在60℃，直到溶解。所述溶液冷却到室温。在其中加入2.8份TPO-L和5份A-174，再次搅拌混合物直到均匀。

浆料2#：使用分散搅拌混合机将61.5份GC2500混入38.5份预混物#2中，形成均匀的浆料#2。

然后，如图6和7所示，通过手工涂抹将磨料浆料施涂在聚丙烯微复制模具上，其中：s＝55微米；t＝250微米；w＝99.53°；x＝54.84微米；y＝55微米；z＝53.00℃。用所述磨料浆料填充模具，然后通过一组26厘米/分钟速率和275千帕(40psi)辊隙压力的橡胶包胶夹辊，面朝下层压在衬有3M HOOKIT^TM II的大尺寸三维涂覆结构上。接着，通过二次穿过UV处理器(使用157.5瓦/厘米(400瓦/英寸)顺序工作的两个V-灯泡，卷材速度为914厘米/分钟)固化所述浆料。在第一次穿过的过程中，6毫米石英板放在层压物上，以在所述层压物上维持压力。接着，从背衬上分离模具，露出三维发泡结构的顶部上的固化三维磨料涂层。

实施例3

如实施例2所述制备三维发泡结构顶部上的三维磨料涂层，其中浆料#1施涂在具有方形柱的微复制模具上，如表3所述，该方形柱以图9所示的10毫米×10毫米×0.533毫米深的阵列排列，其支撑面积为90％。根据实施例2的方法制备所述模具。

比较例

涂覆研磨发泡盘，P3000级，购自3M Company，St Paul，MN的商品4435A TRIZACTHOOKIT^TM II。

研磨测试

SCHIEFER湿润测试的结果列在表1中。

表1-SCHIEFER湿润测试

实施例	R_z-初始微米(微英寸)	R_z@30圈微米(微英寸)	R_z@60圈微米(微英寸)	R_z@90圈微米(微英寸)
实施例	R_z-初始微米(微英寸)	R_z@30圈微米(微英寸)	R_z@60圈微米(微英寸)	R_z@90圈微米(微英寸)	比较例	70.3(1.79)	30.0(0.76)	27.9(0.71)	27.5(0.70)
2	65.8(1.67)	30.1(0.77)	23.0(0.58)	19.9(0.51)	比较例	70.3(1.79)	30.0(0.76)	27.9(0.71)	27.5(0.70)
2	65.8(1.67)	30.1(0.77)	23.0(0.58)	19.9(0.51)	3	67.4(1.71)	32.1(0.82)	20.0(0.51)	21.0(0.53)

表2与图9一起描述了实施例2和3的模具尺寸。

表2

实施例	模具尺寸(毫米)	支撑面积(％)	参考图
实施例	模具尺寸(毫米)	支撑面积(％)	参考图	2	a＝1.3，b＝1.5，高＝0.356	22	9
3	a＝10.0，b＝0.5高＝0.533	90	9	2	a＝1.3，b＝1.5，高＝0.356	22	9

实施例4

然后通过手工涂抹，将浆料#1施涂到具有方形柱的微复制模具上，所述方形柱为2.6毫米×2.6毫米×0.533毫米深，支撑面积为42％。接着，以26厘米/分钟速率和275千帕(40psi)辊压通过一组橡胶包胶夹辊，将填有浆料的模具面朝下向着电晕处理过的3M HOOKIT^TM II背衬的光滑面层压。接着，二次穿过UV处理器(购自American Ultraviolet Company，Murray Hill，NJ，使用157.5瓦/厘米(400瓦/英寸)顺序工作的两个V-灯泡，片材速度为914厘米/分钟)，固化所述浆料。然后移走所述模具，露出大尺寸三维固化聚合物发泡结构，所述结构具有模具的镜像图形。

如下制备成形树脂：EPON 1001F颗粒(25％)和DYNAPOL S-1227颗粒(28％)与预混物混合。所述预混物包含下述物质：EPON 828树脂(34.5％)、IRGACURE 651(1％)、CHDM(2.8％)、TMPTA(7.5％)、AMOX(0.6％)和COM(0.6％)。所述材料(EPON 1001F、DYNAPOL S1227、和预混物)在双螺杆挤出机中混合。

所述成形树脂在105℃和20克/米²的速率挤塑涂覆在成形背衬结构的表面上，并一次穿过UV处理器(商品名“EPIQ 6000”，购自Fusion Systems Corp.，Rockville，MD，装有0.1-0.5焦/厘米²的Fusion V灯泡)以30米/分钟进行部分固化。然后，以70克/米²静电施涂P320 FRPL氧化铝，并在77-122℃的范围再次固化。

如下制备上胶涂料：加入TMPTA(22.8％)和CYRACURE 6110(22.8％)、EPON 828(30.4％)、UVI-6974(3％)、Darocur 1173(1.0％)和MINEX-3(20％)。所述上胶涂料以31克/米²进行辊涂，且以30米/分钟穿过使用了0.1-0.5焦/厘米²的Fusion D灯泡的UV处理器进行固化，然后在110-120℃的温度范围内热固化。图10描述了实施例4制得的磨具的顶表面的显微照片。

实施例5

使用图11所示的方法和设备形成基材。具有接触表面的硅氧烷带337分别缠绕在辊系列333、334、335和338上，且位于铸造辊336的下方，所述接触表面具有拱曲的功能部件332的图形，所述辊系列分别包括两个包胶夹辊333和334。图12描述了所述图形的功能部件的间隔。如图12所示，拱顶的底直径d是7.4毫米，高(没有显示在图12中)是1.3毫米。每个拱顶是这样放置的，即在垂直卷材横向和沿着卷材的方向上，拱顶与其他拱顶之间(中心点到中心点)的距离a’为10.5毫米。铸造辊336用含形成杆的孔的硅氧烷带缠绕。所述孔的直径为0.0406厘米(0.016英寸)，深为0.1778厘米(0.070英寸)，卷材横向的间隔为0.1410厘米(0.0555英寸)，纵向间隔为0.13759厘米(0.05417英寸)。所述卷材横向的孔从卷材横向的孔的每个相邻行偏移0.0706厘米(0.0278英寸)。所述铸塑辊和所述带的温度为21.1℃(70°F)

聚丙烯(SRD7578，购自Dow Chemical Company，Midland，MI)的熔融片在248.9℃(480°F)从0.356米(14英寸)宽的EBR薄膜模头(331)(购自Cloeren Inc.，Orange，TX)挤出，且所述模头(331)从DS-25型，0.064米(2.5英寸)直径的单螺杆挤出机330(购自Davis Standard Corporation，Pawcatuck，CT)给料，所述挤出机330的L/D比为24/1，且以15rpm工作。所述挤出机的温度范围为从输入区的187.7℃(370℃)到挤出区的248.9℃(480°F)，而接合器温度为248.9℃(480°F)。模头温度为248.9℃(480°F)。聚丙烯熔体与缠绕在铸造辊336上的形成杆的带一起导入铸塑辊之间的辊隙，带337的形成拱顶图形的涂覆表面332以1.2米(4英尺)每分钟旋转。辊隙压力为103.4千帕(15psi)。带的拉伸强度为172.4千帕(25psi)。这样制得的背衬基材的底的厚度为0.228毫米(9密尔)-0.279毫米(11密尔)。第一表面341具有拱曲的功能部件图形，每个拱顶342的底直径为7.4毫米，高为1.3毫米。第二表面343有许多0.889毫米(35密尔)的杆334，每个杆的直径为0.4毫米(17密尔)数量级。图13描述了得到的背衬的显微照片。这样处理的基材缠绕在卷取辊(图中没有显示)，以进一步处理，形成机械固定装置，施加磨料涂层。

现在参照一些实例描述了本发明。前面详细的说明和实施例仅仅是为了理解清楚，并没有对其进行非必要的限制。显然，本领域的普通技术人员可根据这些实例作出许多变化，这些变化并没有离开本发明的范围。因此，本发明的范围并没有局限于所述的具体细节和结构，而是由权利要求书所述结构以及这些结构的等价物限定。

Claims

1.一种磨具用的背衬，它包括具有第一主表面和相反的第二主表面的片状聚合物基材，所述第一主表面包括非研磨凸起区域和凹入区域的图形，所述第二主表面包括许多成形啮合元件，所述成形啮合元件是两部分机械啮合系统的一部分。

2.如权利要求1所述的背衬，其特征在于位于所述第一主表面上的所述图形是均匀图形。

3.如权利要求1-2中任一项所述的背衬，其特征在于所述成形啮合元件包括具有变平的末端的细杆，所述细杆整体成形在所述第二主表面中。

4.如权利要求1-2中任一项所述的背衬，其特征在于所述成形啮合元件包括整体成形在所述第二主表面中的钩元件。

5.一种磨具，它包括：

a)包括具有第一主表面和相反的第二主表面的片状聚合物基材的背衬，所述第一主表面包括非研磨凸起区域和凹入区域的图形，所述第二主表面包括许多成形啮合元件，所述成形啮合元件是两部分机械啮合系统的一部分；以及

b)至少覆盖所述凸起区域的磨料涂层。

6.如权利要求5所述的磨具，其特征在于所述磨料涂层包括磨粒和粘合剂。

7.如权利要求6所述的磨具，其特征在于所述磨料涂层具有成形研磨表面，所述表面包括凸起区域和凹入区域。

8.如权利要求5所述的磨具，其特征在于位于所述第一主表面上的所述图形是均匀图形。

9.如权利要求5所述的磨具，其特征在于位于所述第一主表面上的所述图形是无规图形。

10.如权利要求5-9中任一项所述的磨具，其特征在于所述成形啮合元件包括具有变平末端的细杆，所述细杆整体成形在所述第二主表面中。

11.如权利要求5-9中任一项所述的磨具，其特征在于所述成形啮合元件包括整体成形在所述第二主表面中的钩元件。

12.如权利要求5所述的磨具，其特征在于所述磨料涂层包括各个磨粒的至少一部分嵌入其中的粘合剂成形涂层。

13.如权利要求12所述的磨具，其特征在于所述成形涂层是选自丙烯酸酯树脂、环氧树脂、丁腈橡胶树脂、聚氨酯树脂、氨基塑料树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚氯乙烯树脂和丁二烯橡胶树脂的粘合剂。

14.如权利要求12所述的磨具，它还包括位于所述成形涂层和所述磨粒上的上胶涂层。

15.如权利要求14所述的磨具，其特征在于所述上胶涂层是选自酚醛树脂、具有侧链α，β-不饱和羰基的氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、烯键不饱和树脂、烯键式不饱和树脂、丙烯酸化异氰脲酸酯树脂、脲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸化聚氨酯树脂、丙烯酸化环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氟改性树脂、及其组合的粘合剂树脂。

16.如权利要求5-15中任一项所述的磨具，其特征在于所述磨粒包括选自熔凝氧化铝、碳化硅、氧化铝基陶瓷、氧化锆、氧化铝-氧化锆、金刚石、二氧化铈、立方氮化硼、石榴石、磨砂玻璃、石英、及其组合的材料。

17.一种制造磨具用背衬的方法，所述方法包括：

a)挤出熔融的聚合物材料，形成具有第一主表面和相反的第二主表面的片材；

b)使所述熔融片材的第一主表面接触具有接触表面的第一模具，所述接触表面包括非研磨凸起区域和凹入区域的图形，从而在所述第一主表面中形成对应于凹入区域和凸起区域图形；

c)使所述熔融片材的第二主表面接触具有能在其上形成许多元件的接触表面的第二模具，所述元件选自成形啮合元件和成形啮合元件的前体，这些元件是两部分机械啮合系统的一部分；以及

d)固化所述熔融片材，形成所述背衬。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述步骤(b)和(c)是同时进行的。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述聚合物片材是包括至少两种不同聚合物材料的共挤出聚合物片材，每种聚合物构成聚合物片材中的一层。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述第二模具包括能形成笔直杆的接触表面，所述各个笔直杆包括末端和位于所述第二主表面上的接触端，所述方法还包括使所述末端变平的步骤。

21.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述第二模具包括具有型腔的接触表面，所述型腔能形成钩元件，每个所述钩元件在所述第二主表面上具有接触端。

22.一种制造磨具的方法，所述方法包括：

b)使所述熔融片材的第一主表面接触具有接触表面的第一模具，所述接触表面包括非研磨凸起区域和凹入区域的图形，从而在所述第一主表面中形成对应于凹入区域和凸起区域的图形；

c)使所述熔融片材的第二主表面接触具有能在其上形成许多元件的接触表面的第二模具，所述元件选自成形啮合元件和成形啮合元件的前体，它是两部分机械啮合系统的一部分；

d)固化所述熔融片材，形成所述背衬；以及

e)提供至少覆盖所述第一主表面的凸起区域的磨料涂层。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于所述磨料涂层是如下形成的：

a)用可固化粘合剂组合物的成形涂层至少涂覆所述第一主表面的凸起区域；

b)在所述可固化组合物的成形涂层上沉积磨粒；以及

c)至少部分固化所述成形涂层组合物。

24.如权利要求23所述的方法，它还包括用可固化粘合剂组合物的上胶涂料涂覆所述成形涂层和磨粒，并固化所述上胶涂料组合物。

25.如权利要求22所述的方法，其特征在于所述磨粒是用如下方法加至所述第一主表面上的：使磨粒和可固化粘合剂组合物混合，形成固化后形成磨料涂层的混合物，用所述混合物至少涂覆所述第一主表面的凸起区域，并固化所述可固化粘合剂组合物。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，在含磨粒的可固化粘合剂组合物涂覆后但在固化前，使所述涂料与模具的表面接触，所述模具包括凸起区域和凹入区域，从而使磨料涂层提供成形表面。

27.一种磨具用的背衬，它包括具有第一主表面和相反的第二主表面的片状基材，所述第一主表面包括非研磨凸起区域和凹入区域的图形，所述第二主表面整体包括许多成形啮合元件，所述成形啮合元件是两部分机械啮合系统的一部分。

28.如权利要求27所述的背衬，其特征在于所述非研磨凸起区域层压到所述第一主表面上，所述凹入区域由所述第一主表面限定。

29.一种磨具，它包括权利要求27所述的背衬，所述背衬具有涂覆在至少所述凸起区域上的磨料涂层。

30.一种制造涂覆磨具用的成形背衬的方法，所述方法包括：

a)提供具有第一主表面和相反的第二主表面的片状背衬，所述第二主表面整体上包括两部分机械连接系统的一部分；以及

b)向所述第一主表面施加许多分开的成形结构，所述结构的每一个具有连接在所述第一主表面上的连接端和远离所述第一主表面的末端，所述成形结构包括大致在相同平面内排列的末端。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于通过向所述第一主表面施加模塑的熔融聚合物结构来施加所述许多分开的成形结构，并使所述模塑的熔融聚合物结构冷却，从而得到所述分开的成形结构。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于所述背衬是织物背衬。