CN1621202A - 聚亚胺酯研磨工具的制造方法 - Google Patents

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黑崎等
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Abstract

一种聚亚胺酯研磨工具的制造方法，该方法包含下列步骤：(1)混合一或更多类型的多元醇组成的步骤，该多元醇系选自于由含有无机研磨颗粒的聚醚多元醇及聚酯多元醇所构成的族群；(2)利用旋转－静止式混合器，以均匀混合与无机研磨颗粒相混合的多元醇和与无机研磨颗粒相混合的有机聚异氰酸酯；(3)藉由在铸模中使如此所得的该混合物反应以形成该混合物。

Description

聚亚胺酯研磨工具的制造方法
技术领域
本发明涉及聚亚胺酯研磨工具的制造方法，特别涉及用于研磨镀铜滚轮的多孔研磨工具的制造方法；该研磨工具适合于研磨凹板印刷制板用的镀铜滚轮表面。
背景技术
凹板印刷制板用的镀铜滚轮系藉由将管状或圆柱形铁核心镀铜，并以多孔研磨工具研磨其表面，以期达到表面可被镜面抛光至凹板印刷制板及印刷可满意施行的程度而制成。换言之，如图1所示，凹板印刷制板用的镀铜滚轮1系以预定速度转动，多孔研磨工具2同时转动并沿滚轮1的轴向方向运行(最好往返运行)，而与滚轮1的表面密切接触，以期利用研磨工具2对滚轮1的表面施行镜面抛光。
在此例中，滚轮1的表面研磨通常采用湿式研磨方法，其中加诸于多孔研磨工具2上的负载须经适当调整，且研磨工具2与滚轮1的位置须调整至令研磨工具2与滚轮1的表面相接触、并具有适当接触面积及压力，研磨工具2及滚轮1以适当速度围绕其个别旋转轴转动，且研磨工具2沿滚轮1的轴向方向来回移动，而水系透过设置于一侧的喷嘴(未显示)喷洒于研磨处；研磨工具相对于待研磨滚轮的轴的倾斜角通常设定在小于0.5°，但为增加研磨速度，有些案例会将角度设定在大于0.5°。
如图1或图2所示，研磨工具2通常形成于盘片或粗短圆柱形物中，且研磨工具2的直径通常为200mm，而厚度通常为约50至约100mm，在其中央部分设置有通孔3，该通孔与中空转轴4相连，以吸出或排出研磨碎片。
本发明人先前已揭露一种用于研磨凹板印刷制板用的镀铜滚轮的聚乙烯缩乙醛多孔研磨工具(JP-A-2000-24935(JP-A表日本未审查专利申请公开案))。
此聚乙烯缩乙醛多孔研磨工具系藉由将作为基质的聚乙烯缩乙醛树脂混合或注入热固性树脂及丙烯酸树脂，以赋予其耐水性而形成，但此研磨工具仍具有吸收于研磨及膨胀期间所使用的水的倾向，且研磨工具的气孔部分会减少，此某一程度上将导致研磨工具易于堵塞的缺陷；此外，JP-A-2000-24935中所揭露的聚乙烯缩乙醛多孔研磨工具具有缺点，亦即当研磨工具的角度在研磨期间增加时，可能因研磨工具本身的弹性低，而极易产生研磨刮痕。
发明内容
本发明系为改良上述情势而产生，且本发明之一目的为提供用于研磨凹板印刷制板用的镀铜滚轮的多孔研磨工具的制造方法。该研磨工具于湿式研磨期间不会吸收水气，致使研磨工具因轻微堵塞所引起的膨胀而具有弹性，且可提供绝佳抛光表面状态。
此目的可藉聚亚胺酯研磨工具的制造方法而达成，该方法包含步骤：(1)混合一或更多类型的多元醇组成，其系选自包含带有无机研磨颗粒的聚醚多元醇及聚酯多元醇的族群；(2)将有机聚异氰酸酯组成与无机研磨颗粒相混合；(3)以旋转-静止式混合器均匀混合与研磨颗粒相混的多元醇组成以及与研磨颗粒相混的聚异氰酸酯组成；(4)藉由在铸模中反应混合物而令如此制备而得的混合物成形。
上述聚亚胺酯研磨工具的某些较佳实施例包括：研磨工具的体积密度为0.40至0.60g/cm3；所加入的无机研磨颗粒量相对于亚胺酯起始材料量(多元醇组成及有机聚异氰酸酯组成的总量)的重量比为1.0至2.0；以及研磨工具的研磨面的平面形状为具有四至二十边的正多边形、齿轮、以及圆弧多边形其中任一种。
本发明的聚亚胺酯研磨工具即使在湿式研磨期间亦不会吸收水气而膨胀，且由于聚亚胺酯的弹性特征，其具有传统研磨工具所不具备的研磨性质。若结合此特性与研磨工具的研磨面形状，即可提供一种不产生研磨刮痕及可达到良好高精度印刷的凹板印刷用滚轮。
本发明的聚亚胺酯研磨工具不仅适合研磨凹板印刷用滚轮，亦适合研磨需要表面研磨、尤其是欲产生镜面抛光的表面研磨等各种不同类型的应用。
附图说明
图1为说明利用表面研磨工具以研磨滚轮方法的部分横剖面图。
图2为圆形研磨工具的平面图。
图3为具有齿轮形状的实施例的形状的研磨工具平面图。
图4为具有圆弧四边形的实施例的形状的研磨工具平面图。
组件符号说明
1滚轮
2研磨工具
3通孔
4中空转轴
5原本的十二边形的边
具体实施方式
为达上述目的，本发明因进行广泛研究而发现：利用旋转-静止式混合器均匀混合有机聚异氰酸酯组成以及多元醇组成并使两者发生反应，于将此两种组成与无机研磨颗粒相混合后，即可得具有极少空隙的均匀聚亚胺酯结构；另外亦发现：使用此聚亚胺酯可得适合研磨凹板印刷制板用的镀铜滚轮等的聚亚胺酯研磨工具，如此已完成本发明。在有机聚异氰酸酯组成以及多元醇组成与无机研磨颗粒相混合的步骤中，最好尽量将研磨颗粒与各成分混合均匀；在以旋转-静止式混合器混合与研磨颗粒相混的多元醇组成以及与研磨颗粒相混的聚异氰酸酯组成步骤中，最好能瞬间混合此两种组成，此处所指的“瞬间”意谓混合系在尽可能短的时间内完成。
本发明的聚亚胺酯研磨工具的制造方法将更详细说明于下。
本发明的研磨工具可藉由混合研磨颗粒与聚亚胺树脂组成、并使该混合物成形及硬化成预定形状而制成。
本发明的聚亚胺酯研磨工具如上所述含有聚亚胺树脂及无机研磨颗粒作为主要组成物，其最好利用将聚亚胺树脂发泡成形而形成。
聚亚胺树脂系藉有机聚异氰酸酯组成及一或更多类型的多元醇组成(选自聚醚多元醇及聚酯多元醇)间的硬化反应而形成，该反应系利用旋转-静止式混合器以均匀混合此两种组成而发生，此两种组成已先分别与无机研磨颗粒相混合，如此可防止因气泡夹质而产生的空隙，其中气泡系当混合多元醇组成与有机聚异氰酸酯组成时所发生，藉此形成均匀聚亚胺树脂结构。
有机异氰酸酯类的例子包括4，4’-二异氰酸二苯甲烷(以下称MDI)及甲苯-2，4-二异氰酸酯(以下称TDI)。
关于多元醇组成，可采用选自包含聚醚多元醇及聚酯多元醇的族群的一或更多类型的多元醇。聚醚多元醇的例子包含二甘醇(diethylene glycol)、三甘醇(triehylene glycol)、双丙甘醇(dipropylene glycol)、以及三丙甘醇(tripropylene glycol)；关于聚酯乙二醇，其代表为由二元酸及烷撑二醇(alkylene glycol)间的反应所得的各种不同二醇类，其例子包括由己二酸与乙二醇间的反应所得到的二醇类、由顺丁烯二酸与丁二醇间的反应所得到的二醇类、以及由癸二酸与乙二醇间的反应所得到的二醇类，且其可单独或结合两种或两种以上类型使用。多元醇组成的分子量最好约为400至1,500，若约为400至800则更佳。
有一简单多元醇组成与有机异氰酸酯组成的混合方法，但此法因混合期间的搅拌，故会引发极严重的空气夹质，且空气会残留于已成形的泡沫状聚亚胺酯产品中，如此则在研磨工具的结构中形成大空隙，而使研磨工具无法具有均匀结构。
因此，在本发明中，二元醇组成及有机聚异氰酸酯组成系藉由旋转-静止式混合器均匀(最好瞬间)混合，以期产生硬化反应，如此可尽量抑制当混合二元醇组成及有机聚异氰酸酯组成时所产生的气泡夹质，藉此防止在研磨工具结构中产生空隙并形成均匀聚亚胺树脂结构。
本发明中所使用的旋转-静止式混合器为转子/定子型混合器，其中包含固定定子与在定子内部占一小空间的以高速转动的转子。虽然转子的执行速率依设计而改变，但可藉由转子与定子间的空间以及转子转速(2,000至5,000rpm)而调整剪切效率、混合效率等。
旋转-静止式混合器的例为LC 6/3型混合头，其系用于总公司设在日本德岛县的东邦机械(股)公司(Toho Machinery Co.，Ltd.)所制造的TOMAC-TARTLER Nodopox 50两组成混合及分散机中。
关于添加于本发明所制造的聚亚胺酯研磨工具中的无机研磨颗粒，其平均粒径(D50)以约在1至150μm等级的微细颗粒较适合，且D50的范围为1至40μm者尤佳。此种由颗粒所组成的材料的例子包含各种不同类型的研磨材料，如碳化硅、熔融铝、锻烧氧化铝、氧化铈、氧化铬、氧化锆、锆石沙(zircon sand)、及氧化硅，且其可单独或结合两种或两种以上类型使用。
关于所加入的无机研磨颗粒量，添加于多元醇组成及有机聚异氰酸酯组成中的无机研磨颗粒总量相对于多元醇组成及有聚异氰酸酯组成的总量(亚胺酯起始材料量)的重量比为1.0至2.0，当所加入的无机研磨颗粒相对于亚胺酯起始材料量系介于上述范围中，带有无机研磨颗粒的多元醇组成以及有机异氰酸酯两者的液态混合物黏度即可调整得宜，使得混合物流动性足以令旋转-静止混合器施行均匀混合，因此硬化反应进行顺利，且如此所得的研磨工具于研磨凹板印刷制板用镀铜滚轮等时，即可展现优良研磨速率。
在无机研磨颗粒尽可能分别与多元醇组成以及有机异氰酸酯两者混合均匀后，将两混合物互相混合，如此所得的混合物旋即注入铸模，接着进行发泡成形/固化；当各与无机研磨颗粒相混合的多元醇组成以及有机异氰酸酯彼此混合时，起泡反应即开始发生约持续30秒，且起泡反应及固化反应可在约30分钟内完成，故最好在两组成瞬间混合均匀时，能将该混合物立即注入特定铸模，盖上盖子，使起泡反应及固化反应得以继续进行。
在此时，藉由调整注入铸模中的混合物量，可自由控制聚亚胺研磨工具的发泡成形密度；自然地，注入铸模中的混合物量愈大发泡成形密度将愈高，最好利用此控制将聚亚胺研磨工具的体积密度设定于0.40至0.60g/cm3。当体积密度系在上述范围中，于研磨凹板印刷制板用镀铜滚轮等时，研磨工具的磨耗率将不会增加，研磨工具即具实用价值；且因研磨所产生的铜粉末减少，研磨工具的构造较不易堵塞。
此处所指的体积密度为每单位体积的重量，其可自研磨工具的体积及重量计算而得。
已知一种聚亚胺酯的发泡成形方法，其中将多元醇组成及异氰酸组成适当地与催化剂、起泡剂、起泡调节剂等混合，并施行发泡成形；水或氟氯烷(Freon，商标名，氟氯碳化物)可作为起泡剂。在制造本发明的研磨工具时，最好可采用模内起泡法，亦即将两起始材料组成注入铸模中并使的成泡沫状。
在本发明的制造方法中，令聚亚胺酯发泡成形的步骤可采用化学起泡剂，其例子包括碳酸氢钠、二硝基五亚甲基四胺、磺酰肼、偶氮二酰胺、对甲苯磺酰氨基脲、5-苯基四唑、二异丙氢化偶氮二羧酸盐、5-苯基-3，6-二氢-1，3，4-噁二嗪-2-酮、以及硼氢化钠。
接着在铸模内施行发泡成形的步骤后，如此所得的研磨工具须经过以机械加工形成所欲形状的步骤；尤其须在聚亚胺酯研磨工具上钻一通孔3，调整研磨工具的厚度，两端面均须经过平坦机械加工，接着侧边周围部分须利用NC控制钻孔/攻牙机施行铣削，如此可得具有如下述的预定形状研磨面的研磨工具。
若挑选具特定研磨面的研磨工具形状，本发明的聚亚胺酯研磨工具可更加提升其研磨特性。
研磨工具端面的较佳形状实施例为JP-A-2000-24935中所提出者，其适用于滚轮研磨的多孔研磨工具，简言的即为具有四至二十边(最好为正多边形)的直线边多边形，多边形较圆形为佳。在研磨面为四至二十边的多边形案例中，因为可研磨的研磨工具面积并未减少，可施行具绝佳尺寸精度的研磨，且研磨工具的每单位面积研磨压力并未增加，故可抑制研磨工具本身的磨耗，又可阻止研磨期间喷洒至研磨区域上的水沿研磨工具的旋转方向溅散，如此可避免破坏工作环境。另外，因其形状为至多具二十边的多边形，故不会出现具有大倾斜角的肉排形研磨痕迹，此痕迹原本应可在以圆形研磨工具研磨过的滚轮表面观察到。
再者，如图3的齿轮形状为较佳形状，其可自多边形的各顶点移除长菱形，在此例中为正十二边形；在图3中，参考数字5表原本的十二边形的边。亦可沿曲线(如部分卵形或椭圆形)而不沿直线切除多边形的顶点，以获得其它较佳结构。
此外，圆弧多边形(亦即多边形的直线边以弧形边取代)亦可引为研磨工具形状的较佳实施例，图4说明具研磨工具的圆弧四边形形状。
研磨工具的尺寸系根据待研磨滚轮的外径而作适当选择。例如当滚轮的外径为100至500mm等级时，研磨工具的最外侧顶点所代表的圆直径为150至300mm等级，尤其为180至220mm，且其厚度为50至100mm等级。如上所述，研磨工具须设置通孔(直径一般为10至50mm等级)，以吸出并排出研磨碎片。
实施例
实施本发明的特殊模式将参照实施例及比较实施例说明如下，但本发明并不仅局限于以下实施例。下列测量仪器及研磨机系用于实施例中。
旋转-静止式混合器：东邦机械(股)公司所制造的LC 6/3型；
研磨工具硬度计：洛氏硬度计(Rock well hardness meter)(松泽精机(股)公司(Matsuzawa Seiki Co.，Ltd.))，其系利用以直径1/2英寸钢珠进行100kg测试负载所得的HRS值作度量；
研磨机：垂直型圆柱研磨机(三兴机械(Sanko Kikai K.K.))；
表面粗度计：探针型表面粗度计(小坂实验室(股)公司(KosakaLaboratory Ltd.))；
用于测量待研磨滚轮的直径的仪器：DIAMET(K.Walter)；
待研磨滚轮：其周长及长度分别为600mm 1100mm，且具有维氏硬度(Vickers hardness Hv)200、150μm厚的铜镀层板。
实施例1
以50％(重量)的三丙甘醇作为多元醇组成，50％(重量)的MDI作为有机异氢酸酯组成，各混合50％(重量)的碳化硅研磨颗粒(平均粒径D50为10μm)(各混合物均为100％)并搅拌，于确认各混合物搅拌均匀后，将与研磨颗粒相混合的多元醇组成以及与研磨颗粒相混合的聚异氰酸酯组成，以旋转-静止式混合器彼此瞬间均匀混合，旋即将混合物注入聚亚胺酯铸模中，接着施行发泡成形；作为硬化催化剂的三亚乙基二胺及硅起泡调节剂(F305，信越化学(股)公司)各加入1wt％(相对于多元醇组成)于其中，另加入微量水作为起泡剂；铸模尺寸为215mmφ垒×70mm，在注入处理期间，发泡成形密度可如上述般变化。
在固化后，研磨工具可自铸模中取出，并将研磨工具加工成外径200mm、内径50mm、且厚度50mm的形状；更可利用钻孔/攻牙机将其加工成八角形，以制得本发明的聚亚胺酯研磨工具。
实施例2至7
重复实施例1的步骤，但组成比改成如表1所示，再将研磨工具加工成各种不同形状，即可得如表1所示的实施例2至7的研磨工具。
实施例8至11
重复实施例1的步骤，但改采如表2所示的组成比，即可得如表2所示的实施例8至11的研磨工具。
在实施例8中，虽然添加于二元醇组成及有机聚氰酸酯组成中的无机研磨颗粒总量并不满足其总量相对于二元醇组成及有机聚氰酸酯组成的重量比为1.0至2.0的条件，但所得的研磨工具仍具实用价值。
在实施例9与10中，虽然研磨工具的体积密度并不满足体积密度为0.40至0.60g/cm3的条件，但所得的研磨工具仍具可利用品质。
在实施例11中，虽然研磨工具的形状并不满足具四至二十边的正多边形、齿轮形、及圆弧多边形的条件，但所得的研磨工具的性质仍可接受。
于测量各研磨工具的硬度及体积密度以作为研磨工具的物理性质后，将各研磨工具架在垂直型圆柱研磨机上，并研磨周长600mm、长度1100mm的待研磨硬镀铜滚轮。水为研磨液体，研磨工具转速为950rpm、滚轮转速为150rpm、研磨工具负载为40kg、研磨工具沿滚轮轴向的转速为300mm/min，以此些条件施行往返三次的研磨。
研磨前后的滚轮直径须利用DIAMET测量仪器测量，研磨工具的厚度系利用光标尺测量，如此可得研磨深度及研磨工具的磨耗程度；再者，经研磨滚轮的表面的表面粗糙度系利用表面粗度计测量，须以肉眼观察：于研磨后，经研磨滚轮上的研磨线形状及研磨工具的表面状况。
如此所得的经研磨滚轮再经过擦拭、制板、及镀铬处理，接着以色稿打样机进行试印；另外亦须施行视觉检查，以决定印刷材料是否因研磨刮痕及研磨线而形成锯齿形印刷缺陷。
实施例1至7的结果整理于表1，而关于实施例8至11的资料则整理于表2。
                     表1  实施例的成分、物性及特性
                                       实施例
    1     2     3   4     5     6     7
  组成(wt％)
  多元醇组成     25     20     20   20     20     20     17
  有机异氰酸酯     25     20     20   20     20     20     17
  亚胺酯组成总量     50     40     40   40     40     40     34
  研磨颗粒     50     60     60   60     60     60     66
  研磨颗粒/亚胺酯比     1.00     1.50     1.50   1.50     1.50     1.50     1.94
  成形密度(kg/m3)     550     650     550   550     550     470     550
  研磨工具形状     八边形     八边形     八边形   圆弧四边形     齿轮形     八边形     八边形
  研磨工具物性
  洛氏硬度(HRS)     -90     -65     -85   -85     -85     -90     -70
  研磨工具体积密度(g/cm3)     0.50     0.58     0.50   0.50     0.50     0.43     0.50
  研磨特性
  研磨深度(μm/往返移动)     5.5     5.5     6.0   6.0     6.0     6.5     5.5
  工具磨耗(μm/往返移动)     150     150     200   200     200     250     150
  表面粗糙度(Raμm)     0.09     0.09     0.09   0.09     0.09     0.09     0.09
  研磨工具堵塞     无     无     无   无     无     无     无
  相对于滚轮周长方向的研磨线形状     斜锯齿状     斜锯齿状     斜锯齿状   锯齿状     鳞片状     斜锯齿状     斜锯齿状
  出现研磨刮痕     无     无     无   无     无     无     无
                   表2  实施例的成分、物性及特性
                      实施例
    8     9     10     11
   组成(wt％)
   多元醇组成     27     20     20     20
   有机异氰酸酯     27     20     20     20
   亚胺酯组成总量     54     40     40     40
   研磨颗粒     46     60     60     60
   研磨颗粒/亚胺酯比     0.85     1.50     1.50     1.50
   成形密度(kg/m3)     550     380     680     550
   研磨工具形状     八边形     八边形     八边形     圆形
   研磨工具物性
   洛氏硬度(HRS)     -90     -100     -55     -85
   研磨工具体积密度(g/cm3)     0.45     0.35     0.62     0.50
   研磨特性
   研磨深度(μm/往返移动)     3.5     6.5     3.0     6.0
   工具磨耗(μm/往返移动)     100     500     50     200
   表面粗糙度(Raμm)     0.08     0.10     0.08     0.09
   研磨工具堵塞     稍微     无     稍微     无
   相对于滚轮周长方向的研磨线形状     斜锯齿状     斜锯齿状     斜锯齿状     平坦
   出现研磨刮痕     稍微     无     稍微     稍微
由表中的结果可知：研磨颗粒/亚胺酯比为1.0至2.0、且体积密度为0.40至0.60g/cm3的研磨工具不会发生堵塞，又具绝佳研磨特性；另外，已确认：结合此结果与研磨工具的较佳形状，试印后的印刷材料无因研磨刮痕与研磨线所致的锯齿状印刷缺陷，故可提供高精度印刷。
另一方面，当研磨痕迹的形状为平坦型时，即产生锯齿状印刷痕迹，此处的“平坦型”意谓在沿经研磨滚轮表面上的周长方向且彼此相距狭窄间隔的大量平行锯齿状研磨线。
根据本发明，因凹板印刷制板用的镀铜滚轮可研磨成具高效能的镜面抛光，故可藉凹板印刷而获得高分辨率印刷影像。

Claims (9)

1.一种聚亚胺酯研磨工具的制造方法，包含如下步骤：
混合一或更多类型的多元醇组成与无机研磨颗粒，该多元醇组成系选自于由聚酯多元醇及聚醚多元醇所构成的族群；
混合有机聚异氰酸酯组成与无机研磨颗粒；
将该已先与研磨颗粒相混合的多元醇组成与该已先与研磨颗粒相混合的聚异氰酸酯组成，以旋转-静止式混合器加以均匀混合而得混合物；以及藉由于一铸模中使该混合物反应以令该混合物成形。
2.如权利要求1的聚亚胺酯研磨工具的制造方法，其中该成形步骤包含实施发泡成形，以使该混合物的体积密度为0.4至0.6g/cm3。
3.如权利要求1的聚亚胺酯研磨工具的制造方法，其中被加入以与该多元醇组成及该有机聚氰酸酯组成相混合的无机研磨颗粒总量，相对于该多元醇组成及该有机聚氰酸酯组成的总量的重量比为1.0至2.0。
4.如权利要求1的聚亚胺酯研磨工具的制造方法，其中该方法包含研磨工具的机械加工步骤，以令该研磨工具的平面形状为以下任一种：具有四至二十边的正多边形、齿轮形、及圆弧多边形。
5.如权利要求1的聚亚胺酯研磨工具的制造方法，其中该有机聚氰酸酯组成为4，4’-二异氰酸二苯甲烷及甲苯-2，4-二异氰酸酯两者其中之一。
6.如权利要求1的聚亚胺酯研磨工具的制造方法，其中该多元醇组成系选自于包含聚醚多元醇、二甘醇、三甘醇、双丙甘醇、以及三丙甘醇的族群。
7.如权利要求1的聚亚胺酯研磨工具的制造方法，其中该无机研磨颗粒系选择自于包含碳化硅、熔融铝、锻烧氧化铝、氧化铈、氧化铬、氧化锆、锆石沙、及氧化硅的族群。
8.如权利要求1的聚亚胺酯研磨工具的制造方法，其中该无机研磨颗粒的平均粒径(D50)为1至150μm。
9.如权利要求4的聚亚胺酯研磨工具的制造方法，其中该机械加工步骤包含：首先获得正多边形的平面形状，接着修剪该正多边形的顶点。
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