CZ300279B6

CZ300279B6 - Zpusob výroby povlakovaného brusného prostredku se vzorovaným povrchem a brusný prostredek

Info

Publication number: CZ300279B6
Application number: CZ0241899A
Authority: CZ
Inventors: Wei@Paul; Shin Swei@Gwo; Patrick Yang@Wenliang; Bruce Allen@Kevin
Original assignee: Norton Company
Priority date: 1997-01-07
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2009-04-08
Also published as: CA2276508A1; HU228778B1; NO993338L; BR9714259A; NO315707B1; JP2000507885A; EP0954410A1; PL185688B1; HK1024202A1; AU713607B2; NZ335614A; ES2327983T3; CZ9902418A3; DE69739424D1; DK0954410T3; KR20000069963A; US5863306A; KR100335520B1; CO4870714A1; ATE432147T1

Abstract

Pri zpusobu výroby povlakovaného brusného prostredku zahrnujícího vzor kompozitu brusivo/pojivo prilnutých k podkladnímu materiálu, pri kterém se pojivo brusiva vytvrzuje, se na podklad nanese souvisle nebo vzorovane formulace rídké kaše, která zahrnuje brusivo a vytvrditelné pryskyricové pojivo, uložená formulace se upraví tak, že se alespon povrchová cást formulace uciní plastická avšak netekutá, na formulaci pojivo/brusivo se vtlací vzor vzájemne izolovaných struktur a následne se pojivová složka formulace pro zachování uvedeného vzoru vytvrdí. U povlakových brusných prostredku vyrobených popsaným zpusobem se viskozita v povrchové oblasti formulací brusných struktur zvyšuje nanesením funkcního prášku vybraného napríklad ze skupiny, která zahrnuje brusiva, plniva, brusné pomocné prostredky, antistatické prášky, stearanové prášky a jejich smesi, pricemž brusné struktury mohou být i vícevrstvé s funkcním práškem mezi nimi.

Description

Oblast techniky

Tento vynález se týká výroby vzorovaných brusných povrchů na podkladech ve formě použitelné pro jemné obrábění podkladových materiálů, jako jsou kovy. dřevo, plastické hmoty a sklo. načisto.

II.)

Dosavadní stav techniky'

Už řadu let jc známý návrh vylučovat izolované struktury, jako jsou ostrůvky směsi pojivá a i? brusného materiálu, na podkladovém materiálu. Pokud mají ostrůvky velmi podobné výšky nad podložkou a jsou přiměřeně oddělené, pak snad po menší operaci orovnání vyústí použití výrobku ve zmenšeném poškrábání povrchu a zlepšené hladkosti povrchu. Navíc volné prostory' mezi ostrůvky poskytují cestu, kterou se mohou třísky vytvářené broušením vy pudit z pracovního prostoru.

2(1

U tradičního povlečeného brusného prostředku ukazuje zkoumání brousicího povrchu, že v aktivní brusné zóně je za stejnou dobu vc styku s obrobkem srovnatelně menší počet povrchových brusných zrn. Když se povrch opotřebuje, tento počet vzrůstá, avšak použitelnost některých z těchto brusných zrn se může stejnou měrou zmenšit otupením. Použití brusných povrchů, které zahrnují jednotné uskupení izolovaných ostrůvků, má tu výhodu, žc sc stejné ostrůvky opotřebují v podstatě vc stejné míře, takže se může zajistit stejná rychlost obrusu po delší dobu. Z určitého hlediska je brusná práce případně rozdělená inczi větší počet brusných bodů. Protože navíc ostrůvky zahrnují mnoho menších částic brusivá, odkrývá eroze ostrůvku nové. nepoužité částečky brusivá, které jsou dosud neotupenc.

Jedna technika tvarování takového seskupení izolovaných ostrůvků nebo bodů. které byly popsány, je technika hlubotisku. Technika hlubotisku používá válec, do jehož povrchu byl vyryt vzor buněk. Tyto buňky jsou vyplněné určitým složením a válec se přitlačuje proti povrchu a tak se složení v buňkách přenáší na povrch. Normálně by pak toto složení leklo, dokud by neexistovalo žádné oddělení mezi uloženými složeními a jednotlivou buňkou. Nakonec by se získala vrstva v podstatě jednotné tloušťky. Jako příklady popisuje patent US 5 152 917 v porovnávacích příkladech C a D postup, při kterém ztratil vzor získaný procesem hlubotisku rychle jakékoli oddělení jednotlivých množství nanesených z buněk.

κι V patentu US 5 014 468 byla formulace pojivo/brusivo nanesená z hlubotiskových buněk na válci tím způsobem, žc sc formulace pokládala v řadě struktur obklopujících oblast postrádající brusivo. Má se za to, žc toto je výsledek ukládání méně než plného objemu buňky a pouze od obvodu každé buňky, což by zanechávalo popsané kruhové útvary.

Problém s hlubotiskovým přístupem bylo tedy vždy nanesení respektive usazení užitečného tvaru ostrůvku. Formulování směsi brusivo/pojivo. která je dostatečně tekutá, aby se nanesla, a stále ještě dostatečně nelekulá tak, aby rychle nespadla na v podstatě stejnoměrnou vrstvu potahu, když se nanese na podklad, se ukázalo velmi obtížné.

V patentu US 4 773 920 zveřejnil Chasman a kol., že za použití hlubotiskového povlakovacího ústrojí je možné aplikovat jednotný vzor hřebenů a žlábků na směs pojivá, která, když se vytvrdi, může sloužit jako kanály pro odstraňování mazadla a třísek. Avšak kromě pouhé zmínky o této možnosti nejsou udány žádné podrobnosti, které by poskytly poučení o tom, jak by se to dalo provést.

Kaczmarek a kol. používali podle patentu US 4 644 703 hlubotiskový válec obvyklým způsobem pro ukládání formulace brusivo/pojivo a nanášení vrstvy, která sc pak urovná před tím. než se na povrch této urovnané první vrstvy nanese metodou hlubotisku druhá vrstva. O charakteru konečného vytvrzeného povrchu zde není žádná informace.

V patentu US 5 014 468 (Ravipati a kol.) bylo navrženo používat směs brusivo/pojivo, která má nenewtonovské tekuté vlastnosti, a tuto smčs nanášet technikou hlubotisku na film. U tohoto postupu byla směs ukládána od okrajů hlubotiskových buněk, aby se vytvořily specifické struktury' s úsadami o menší tloušťce v odstupu od povrchu, který' leží kolem oblastí, které tuto směs nemají. Pokud jsou tyto buňky dostatečně těsně u sebe, mohou se zdát povrchové struktury sdružené. Tento výrobek se ukázal velmi užitečný zejména při čisticích očních operacích. Tento postup jc velmi užitečný, avšak má potenciální problém s narůstajícím nanášením materiálu v buňkách v hlubotiskovém válci, takže se ukládaný vzor může během zdlouhavého ehodu výroby mírně měnit. Navíc je charakter tohoto procesu takový, ze je omezený pouze na formulace, které obsahují relativně jemné drti brusivá, obvykle méně než 20 mikrometrů.

Další přístup byl ukládat směs brusivo/pojivo na povrch podkladu a pak vložit vzor zahrnující uskupení izolovaných ostrůvků na tuto směs vytvrzením pojivá, zatímco jc ve styku s formou, která má opačný tvar než požadovaný vzorovaný povrch. Tento přístup je popsaný v patentech US 5 437 754, US 5 .378 251, US 5 304 223 a US 5 152 917. Existuje několik variant na toto téma. ale všechny mají ten společný znak, že každý ostrůvek ve vzoru je přichycený vytvrzením pojivá stykem s formulujícím povrchem. Tento přístup není také bez svých problémů, které spočívají v tom. že se často vyskytne neúplné vytažení z formy, takže se namísto vytvořeni například jehlanů často dostaví tvary vulkánu doplněné kráterem.

Stávající vynález představuje techniku výroby jednotně vzorovaných tvarů kombinace brusivo/pojivo. která nevyžaduje operaci vytvrzování ve formě nebo volbu nějaké kombinace pojivo/brusivo sc specifickými nenewtonovskými charakteristikami tečení.

Stávající vynález tedy poskytuje přizpůsobivou a účinnou cestu pro výrobu povlakovaných brusných prostředků s rovnoměrným seskupením izolovaných tvarů brusné směsi v komerčním měřítku. Takovéto povlakové brusné prostředky jsou dobře adaptované pro úpravu velkého rozsahu podkladů a pro poskytnutí jemných povrchových úprav po dlouhou dobu trvání procesu v podstatě při stejnoměrné řezné rychlosti.

Problémem, s nímž bylo nutné se vyrovnat při použití hlubotiskových technik pro výrobu vzorovaných povlakovaných brusných materiálů, vždy bylo zachování výhodného tvaru a vzoru po nanesení formulace. Ncjčastěji ztrácí nanesený tvar svoje vertikální rozměry a má snahu rozbíhat se napříč přes povrch a spojovat se sousedními tvary. Na tento problém se odkazuje v porovnávacích příkladech C a D patentu LJS 5 152 917, který' byl diskutován výše. Řešení přijaté v palentu US 5 014 468 bylo použít formulaci se zvýšenou odolností ve smyku, což způsobovalo, žc směs, která se měla nanášet od okrajů hlubotiskových buněk, vytvářela specifický vzor, který je zde popsán.

Nyní bylo zjištěno, žc formulace brusivo/pojivo se může nanést na podklad a vzor sc může vytvořit na povrchu formulace postupem vytlačování, pokud se před vytlačováním upraví reologie alespoň povrchové vrstvy nanesené formulace. Tento vytlačený vzor se pak může pro zajištění vytlačené struktury vytvrdit.

Teoretické studie zachování vzoru nánosu naznačují, že povrchové napětí jc hnací silou, která vede k tečení a tedy ke ztrátě vzoru, a viskozita je silou vzdorující. Zachování vzoru tak bude podporováno malým povrchovým napětím a vysokou viskozitou. Avšak u pojiv vytvrditelných zářením, jako jsou pojívá používaná obecně u formulací brusivo/pojivo, jichž sc tento vynález týká především, sc povrchové napětí příliš nemění aje obecně v rozsahu kolem 30 až. 40 dyn/cm, což je v přepočtu (30 až 40).10 ’ N.m Jedna smčs brusivo/pojivo na bázi vody vyrobená podle

C.7. 300279 B6 vhodného vzorce má obecné povrchové napětí v tomtéž rozsahu. Viskozita je tedy parametr s největším vlivem na výsledek, který se může upravovat.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky známého stavu techniky prakticky zcela odstraňuje při využití zjištěných skutečností způsob výroby povlakovaného brusného prostředku, který’ zahrnuje vzor kompozitu brusivo/pojivo přilnutých k podkladnímu materiálu, při kterém se pojivo brusivá vytvrzuje, podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom. že se na podklad nanese souvisle nebo vzorované formulace řídké kaše. která zahrnuje brusivo a vytvrditelné pryskyřicové pojivo, uložená formulace se upraví lak, že se alespoň povrchová část formulace učiní plastická avšak nelekutá, poté se na formulaci pojivo/brusivo vytlačí vzor vzájemně oddělených struktur a následně se složka pojivá formulace pro zachování uvedeného vzoru vytvrdi.

Klíčem k tomuto procesu je úprava pro učinění alespoň povrchové části formulace plastickou avšak netekutou. Tím se míní, že je povrch dostatečně plastický tak, že se může vytlačovat za použití vytlaěovacího nástroje, ale že v podstatě zachová vytlačený tvar alespoň po dobu 30 sekund po odejmutí tohoto vytlačovacího nástroje. Tvar se považuje „v podstatě za zachovaný, pokud vertikální výška vytlačeného tvaru nad podkladem neklesne o více než 10 %.

Před vtlačováním se viskozita formulace pojivo/brusivo upravuje lakovým způsobem, aby se omezila tekutost, která by měla sklon vyskytovat se při nízkých viskozitách, při kterých se formulace běžně nanáší. Není však nezbytné, aby sc na vyšší úroveň upravovala viskozita celé formulace. Často jc postačující, když rychle docílí vyšší viskozity vnější obnažená část, protože ta pak může působit jako slupka tak, aby si podržela vytlačený tvar, i když si vnitřní část uchovává relativně nízkou viskozitu po dlouhou dobu.

Úpravy viskozity alespoň povrchových vrstev se může dosáhnout například vmícháním těkavého rozpouštědla do formulace, která se ry chle ztrácí, když se formulace uloží na podkladní materiál, třeba za asistence zvýšené okolní teploty, nebo lokalizovaným dmýcháním horkého plynu.

Viskozitu může samozřejmě ovlivňovat také teplota. Je tedy důležité tyto konkurující si účinky vyvažovat, aby se zajistilo, že výsledkem bude zvýšená viskozita. Jedním faktorem, který napomáhá v tomto směruje snaha o zvýšenou teplotu, která způsobuje zrychlené vytvrzování v případě systémů s tepelně vytvrditelnou pryskyřicí. Další možností volby by bylo snížení teploty struktury, takže by se viskozita zvýšila, l oto by se mohlo například udělal průchodem podkladu spolu s vrstvou formulace, která je na něm uložená, pod chlazeným válcem a/nebo pod proudem chladného plynu.

Navíc k úpravě změnou teploty nebo odstraněním kapaliny jc možné změnit viskozitu zvýšením náplně tuhých látek. Obecně jc postačující, aby vyšší viskozity dosáhla povrchová vrstva tak, aby zachovala tvar, který' se do ní následně vytlačí, což se s výhodou provede podle vynálezu tak, že se aplikuje jemně rozdělený funkční prášek na povrch struktury-, který bude tedy působit tak, že vytvoří na struktuře lokalizovanou slupku o zvýšené viskozitě. která způsobí to, že ta zachovává vnucený tvar, dokud vytvrzení neučiní tento tvar trvalý.

U stávající aplikace se termín funkční prásek používá pro odkaz nájemně rozdělený materiál, to jest s průměrnou velikostí částic D₅₀ menší než 250 mikrometrů, který’ upravuje vlastnosti formulace. Toto může být jak jednoduchá úprava viskozity nebo zlepšení vlastnosti u vylvrzené formulace, tak i brusné účinnosti. Funkční prášek může také působit tak. že slouží jako uvolňovací činidlo nebo jako překážka mezi formulací pryskyřice a vytlačovacím nástrojem, který zmenšuje problémy s přilepováním a dovoluje zlepšené uvolňování od vytlačovacího nástroje.

- .7 CZ 300279 B6

Tento prášek se může aplikovat ve formě jediné vrstvy na vrchu směsi brusivo/pojivo, nebo. jak je podle vynálezu výhodné, v několika vrstvách pro vytvoření strukturovaného kompozitu, který má jedinečné brusné vlastnosti. To je ve skutečnosti výhodný a prioritní aspekt tohoto vynálezu.

s Prášek samotný může být podle vynálezu s výhodou brusivo nebo různé práškové materiály nebo kombinace těchto předchozích materiálů prokazujících výhodné vlastnosti. Brusná zrna použitelná jako funkční prášek mohou sestávat / jakéhokoli typu brusného zrna a velikosti drti. která se ii některých případů může lišit od velikosti zrna použitého ve formulaci brusivá a může vést k jedinečným brusným charakteristikám, funkční prášek může také sestávat z kteréhokoli κι z rodiny brusných pomocných prostředků, antistatických přísad, z jakékoli třídy plniv a maziv.

Nanesení vrstvy nebo vrstev funkčního prášku se může udělat za použití řady různých konvenčních postupů ukládání. Tyto způsoby zahrnují gravitační povlakování, elektrostatické povlakování. postřikování, vibrační povlékání atd.. Ukládání rozličných prášků může nastat současně, nebo ve stanoveném pořadí, aby se před vytlačováním vytvořila struktura kompozitu.

Podle jednoho výhodného provedení vynálezu se může uložení formulace řídké kaše brusivo/pojivo na podložku udělat ve dvou nebo více vrstvách. Tak jc například možné uložit nejprve formulaci řídké kaše s prvním brusným zrnem a poté uložit na vrch druhou vrstvu s odlišným brusným zrnem. Obsah zrna horní vrstvy se pak může udělal vyšší, nebo může být v mimořádné kvalitě oproti zrnu ve spodní vrstvě. Alternativně nebo případně navíc by sc mohla horní vrstva opatřit složkou brusného pomocného prostředku, zatímco spodní vrstva nemá žádný. Takováto pojetí a další, která jsou podobná a která se mohou snadno předpokládat, dovoluji, aby povlékaný brusný produkt brousil efektivněji. To je proto, že pokud se strukturované brusivo zahrnující izolované kompozity brusivo/pojivo tvaruje ve vytlačovacím stupni, jsou ty části kompozitu, které se ve skutečnosti použijí před tím, než se povlakovaný brusný výrobek vyřadí, typicky ty části, které sc odstraní ze základního materiálu nejpozději. Mělo by tedy smysl vyhnout se uložení drahého brusného zrna ve spodní části kompozitu a inít větší obsah brusivá poblíž obnaženého povrchu kompozitu. Tatáž logika by vedla poučeného čtenáře ke koncentraci jakéhokoli přidaného ho brusného pomocného prostředku poblíž vrchního povrchu struktury kompozitu.

Je také možné zajistit, aby tam, kde se složení ukládá v řadě vrstev, měla samotná vrchní vrstva více viskózní složení, případně jako výsledek přidání vyšších koncentrací brusných zrn nebo brusných pomocných prostředků. Toto může poskytnout část nebo celá operace, u které se část povrchu formulace řídké kaše učiní plastická ale netekoucí.

Poté. co se dosáhlo zvýšení viskozity, se vrstva vytlačí, aby se vtiskl nějaký vzor. Tento vzor může zahrnovat izolované ostrůvky formulace nebo vzor hřebenů oddělených žlaby. Tyto vzory jsou obecně navržené lak, aby poskytly brusnému výrobku řadu brusných povrchů stejně vzdáleni nýeh od podkladu s plochou brusného povrchu, která roste s mechanickým opotřebením této vrstvy. Mezi brusnými povrchy jsou často navržené kanály, aby dovolily cirkulaci brusných kapalin a odváděni pilin, které při broušení vznikají,

Vtlačování se může provádět vytlačovacím nástrojem, jako je deska tlačená do styku s vrstvou formulace, nebo může často jednoduše nástroj zahrnovat válec s požadovaným vzorem vyrytým na jeho povrchu, který, když se dostane do styku s formulací řídké kaše. vtlačí do povrchu negativ vyrytého vzoru. Navíc může být vytlačovací nástroj ohříván nebo chlazen tak, aby přispíval k nárůstu viskozity, aby se povrch složení učinil plastický ale netekoucí. Ohřátí však nemá být na takovou úroveň, aby pojivo vytvrzovala, když se dostane do styku s nástrojem. Úpravou viskoso žity formulace pryskyřice nebo povrchové vrstvy a hlavním cílem je. aby se po vtlačení tvar vnucený vytlačovacím nástrojem v podstatě zachoval alespoň po 30 sekund a s výhodou jednu minutu. Nejvýhodnčji sc tento tvar zachová, dokud se nemůže provést pozdější vytvrzení pojivové složky.

-4 CZ 300279 B6

Často je výhodné, aby byl vytlačený povrch po vtlačování relativně lepivý, takže sc na něj může funkční prášek ukládat před tím, než se dokončí vytvrzování, takže dokončení vytvrzování způsobí to, že funkční prášek přilne k vnějšímu povrchu vytlačeného tvaru. Kde je tento prášek brusivo. výrazně zvyšuje agresívnost počátečního výbrusu. Pokud je navíc tento prášek nějaký brusný pomocný prostředek nebo protizátěžová přísada, je v kompozitech umístěný relativně vůči brusným zrnům v optimální poloze. Alternativně je možné aplikovat na vytlačený nebo dokonce na vytvrzený a vytlačený povrch jemnou vrstvu lepidla a pote další povlak funkčního prášku výše zmíněných typů. Lepidlo může být téhož nebo odlišného typu, jako je to, které je přítomné ve formulaci brusivo/pojivo.

Přehled obrázků na výkrese

Obr. I až 5, které jsou zde představené, jsou SEM mikrofotografie výrobků vytvořených způso15 bem podle vynálezu s řídkou kaší brusivá povlečenou zrny přídavného brusivá.

Příklady provedeni vynálezu

Způsob nanášení použitý pro umístění řídké kaše na běžný podklad může sestávat z řady běžných způsobů povlakování, které zahrnují nůž na válci, nůž na pásu, dvou nebo tříválcové povlakování. povlakování protibéžným válcem, hlubotiskové povlakování, povlakování průvlakem s drážkou, postřikováním, clonové povlakování, sítový tisk atd.. Je důležité, že povlak řídké kaše může být ve formě souvislého potahu nebo vzorovaný, jako by byl nanášený hlubotiskovou bun25 kou. Navíc se povlaky mohou ukládat v několika vrstvách nebo ve střídavých vrstvách s funkčním práškem, aby se dosáhlo kompozitu s jedinečnými brusnými charakteristikami.

Vytlačovací nástroj může mít jakýkoli požadovaný vzor a to jc určeno do značné míry požadovaným účelem povlakovaného brusného produktu. Například je možné zajistit, aby byl nástroj ve to formě válce s povrchovými drážkami, například drážkami o třech šroubovicích. vyříznutými do povrchu válce. To je často velmi výhodná konfigurace a může sc přizpůsobit pro výrobu vzoru z diagonálních pruhů, což je zároveň velmi typické a pro broušeni také velmi účinné. Alternativně se může nástroj hluboko gravírovat řadou buněk, které sc reprodukují jako izolované ostrůvky vc vzoru položeném na vrstvě brusivo/pojivo. Může se navrhnout mnoho užitečných vzorů povrchu, které zahrnují izolované ostrůvky formulace nebo skupin vzorů ostrůvků. Samotné ražení může sestávat z kteréhokoli typu konvenčních reliéfních tváření, jako jc ražení kovovou deskou, plastické ražení, ražení na bázi keramiky, atd.

Brusná složka formulace může být jakýkoli z dostupných materiálů známých v oboru, jako je alfa ta alumina resp. oxid hlinitý, (tavená nebo spékaná keramika), karbid křemíku, tavený oxid hlinitý/oxid zirkoničitý, kubický nitrid boru, diamant a podobně a také jejich kombinace. Brusné částice výhodné pro vynález mají typicky a s výhodou průměrnou velikost částice od I do

15b mikrometrů a ještě výhodněji od I do 8b mikrometrů. Obecně však množství přítomného brusivá tvoří více než 0 až asi 9b % a s výhodou asi od 3b přibližně do 80 % hmotnosti formula45 ce.

Další hlavní součástí formulace je pojivo. loje složení vytvrditelné pryskyřice vybrané z pryskyřic vylvrditelných zářením, jako jsou pryskyřice vytvrditelné za použití paprsku elektronů, ultrafialového záření nebo viditelného světla, jako jsou akrylované oligomery akrylovaných epo?(i xydových pryskyřic, akrylované uretany a polyesterové akryláty a akrylované monomery, které zahrnují monoakrylované, multiakrylované monomer)', a tepelně vytvrditelné pryskyřice, jako jsou fcnolické pryskyřice, močovinoformaldchydové pryskyřice a epoxydové pryskyřice, stejně tak jako směsi těchto pryskyřic. Samozřejmě je často běžné mít ve formulaci přítomnou složku vytvrditelnou zářením, která se může vy tvrdit relativně rychle poté, co byla formulace nanesena, aby se přispělo ke stabilitě vloženého tvaru. V kontextu této aplikace se rozumí, žc výraz „vytvr- 5 CZ 300279 B6 ditelny zářením zahrnuje použili viditelného světla, ultrafialového (UV) světla a záření paprsku elektronů jako činitele vyvolávajícího vytvrzení. V některých případech mohou být funkce tepelného vytvrzení a funkce vytvrzení zářením zajištěné různými funkčnostmi v téže molekule. To je často žádoucí prostředek.

formulace pryskyřicového pojivá může také zahrnovat nereaktivní termoplastickou pryskyřici, která může zlepšovat samoostřící charakteristiky uložených brusných směsí zvýšením rozrušitelnosti. Příklady takové termoplastické pryskyřice zahrnují polypropylénový glykol, polyetylénový glvkol a polyoxypropylén-polyoxyetenový blokový kopolymer atd.

u.)

Do formulace řídké kaše brusivá mohou byt zahrnuta plniva, aby měnila reologií formulace a tvrdost a houževnatost vytvrzených pojiv. Příklady výhodných plniv zahrnují: uhličitany kovů, jako je uhličitan vápenatý, uhličitan sodný, oxidy křemíku, jako je křemen, skleněné kuličky, skleněné bublinky; křemičitany, jako je íalck, jíly, metakřemičitan vápenatý; sírany kovů, jako je síran barnatý. síran vápenatý, síran hlinitý; oxidy kovů, jako jc oxid vápenatý, oxid hlinitý, a trihydrát hliníku.

Formulace řídké kaše brusivá může zahrnovat brusný pomocný prostředek pro zvýšení brusné účinnosti a řezné rychlosti. Výhodný brusný pomocný prostředek může být na anorganické bázi,

2() jako jsou soli halogenidů, například kryolit sodíku, tetrafluoroborál draslíku, atd.. nebo na organické bázi, jako jsou chlorované vosky, například polyvinylchlorid. Výhodné brusné pomocné prostředky v této formulaci jsou kryolit a tctralluoroborát draslíku o velikosti částice sahající od I do 80 mikrometrů a nejvýhodněji od 5 do 30 mikrometrů. Hmotnostní procento brusného pomocného prostředku sahá od více než 0 do 50 % a nejvýhodněji od 10 do 30 % formulace.

Formulace řídké kaše brusivo/pojivo používané v praxi podle tohoto vynálezu mohou dále obsahovat přísady zahrnující spojovací činidla, jako jsou silanová spojovací činidla, například A—174 a A—1100 k dostání u Osi Speeialities. Inc., organotitaničitany a zirkohlinitany; antistatická činidla, jako je grafit, saze a podobně: suspendující činidla, jako je napěněný oxid křemičitý, ío například Cab-O-Sil M5, Aerosil 200; antizatěžujíeí činidla, jako je stearan zinečnatý; mazadla, jako je vosk; smáčecí prostředky; barvíva; plniva; modifikátory viskozity; dispergovadla a odpčňovadla.

V závislosti na aplikaci může funkční prášek uložený na povrch řídké kaše propůjčovat brusným výrobkům jedinečné brusné charakteristiky. Příklady funkčních prášků zahrnují: 1) brusná zrna všech typů a velikostí drti; 2) plniva - uhličitan vápenatý, jíl, oxid křemičitý, wollastonit, trihydrát hliníku atd.: 3) brusné pomocné prostředky - KBF₄, kryolit, halogenidová sůl, halogenované uhlovodíky, atd: 4) antizatěžujíeí činidla - stearan zinečnatý, stearan vápenatý atd.; 5) antistatická činidla - saze, grafit atd; 6) mazadla - vosky, prášek PTFE, polyethylenglykol. polypropylcnw glykol. polysiloxany atd.

Podkladní materiál, na kterém je formulace uložená, může být látka, a to tkaná, netkaná nebo povlékaná, papír, film plastu nebo kovová fólie. Obecně nacházejí výrobky udělané podle tohoto vynálezu největší využití při výrobě jemných brusných materiálů a preferuje se tedy velmi hladký povrch. Obvykle je tedy podklad výhodný pro ukládání formulací kompozitu podle tohoto vynálezu jemně kalandrovaný papír, film plastické hmoty nebo látka s hladkým potahem povrchu.

Vynález bude dále popsán s ohledem na určitá specifická provedení, která je třeba chápat tak. že slouží pouze pro účely ilustrace a neznamenají žádné nezbytné omezeni rozsahu vynálezu.

5(1

-ÓCZ 300279 B6

Zkratky

Pro zjednodušeni podání údajů budou používány následující zkratky :

Polymerové složky

Ebecryl 3605, 3700 - akrylované epoxidové oligomery dostupné u UCB Radcure Chemical Corp. TMPTA - triinethylol propan triakrylát dostupný u Sartomer Company, lne.

ICTA - izokyanurát triakrylát dostupný u Sartomer Co., lne.

[RPGDA -tripropylen glykol diakrylát dostupný u Sartomer Co., lne. ío Pojivové složky

Daroeure I 173 - fotoiniciátor dostupný u Ciba-Geigy Company Irgacure 651 - fotoiniciátor dostupný u Ciba-Geigy Company 2-methylimidazol - katalyzátor od BASE Corp.

Pluronic 25R2 - polyoxypropylen-polyoxyethylen blokový kopolymer dostupný u BASE Corp.

KBEj - brusný pomocný prostředek se střední velikostí částic přibližně 20 μηι dostupný u Sokly. Cab-O-Sil M5 - vzkypěný oxid křemičitý' od Cabot Corporation.

Zrno l-RPE tavený AEOi od Treibacher (P320 nebo Pl000: jakost označená „P—číslem), zn Kaleinovaný AEO.i (40 μιη) od Microabrasives Corporation.

Podklady mil. blány Mylar pro brýlové aplikace 5 mil. brány Mylar pro aplikace na zpracování kovu

Polyesterová látka o hmotnosti J potažená Surlyncm

Surlyn je ionomerová pryskyřice SURLYN 1652-1 od Du Pont.

Formulace řídké kaše brusivá

Tabulka

19.

IF'7'A

Π

6.3 >

i . 9 2 8.1 3

5.3 1 0.6 =T '1 ib-O-Sil (ironie 3 3R2 . 8 0.8

2.3.3

6.7

-7 C.7. 300279 B6 /působ přípravy formulace

Monomery a/nebo složky oligomerů se vzájemné smíchaly po dobu 5 minut za použití vysokostřižného míehadla pří 1000 otáčkách za minutu. Tato formulace pojivá se pak smíchala s néja5 kým i iniciátory; smáčeeími prostředky, odpěňovaeími činidly; dispergovadly atd. a v míchání se pokračovalo po dobu 5 minut dále při téže intenzitě míchání. Poté se přidaly následující složky; a to pomalu a v naznačeném pořadí s mícháním po dobu 5 minut při 1500 otáčkách za minutu mezi přidáváním: suspenzní činidla, brusné pomocné prostředky, plniva a brusné zrno. Po přidání brusného zrna byla rychlost míchání zvýšena na 2 000 otáček za minutu a pokračovalo sc io 15 minut. Během této doby byla pečlivě sledována teplota a intenzita míchání se snížila na I 000 otáček za minutu, když teplota dosáhla 40,6 °C.

Ukládání formulace

Formulace pryskyřice byla jako povlak nanesena na řadu běžných podkladů vyjmenovaných i? výše. V uvedených případech byla řídká kaše brusivá aplikována za použití nožového povlčkání s nastavením mezery na požadované hodnoty. Povlakování se provádělo za teploty místnosti.

Aplikace funkčních prášků a vytlačování

Před vytlačováním byla povrchová vrstva řídké kaše upravena brusnými drtěmi o téže velikosti částice nebo jemnějšími, než byly použity ve formulaci. Byl nanesen dostatek pro vytvoření jediné vrstvy přidržené nevytvrzenou pojivovou složkou. Přebytečný prášek sc z vrstvy odstranil vibrací. Aplikace prášku se prováděla běžným postupem vibračního prosévání.

Jakmile byl podklad povlečený formulací nevytvrzenč řídké kaše a byl nanesen funkční prášek, 25 byl pro přenesení požadovaného tvaru na formulaci brusné pryskyřice a zrna použit vytlačovací nástroj s požadovaným vzorem. Tato vytlačovací souprava zahrnovala ocelový opěrný válec, který propůjčoval nezbytné podepření při aplikaci tlaku ocelovým vytlačovacím válcem. Pro odstraňování jakéhokoli suchého zbytku nebo volných zrn, která zbyla v buňkách poté, co nástroj přenesl svůj vtisk na formulaci s upravenou viskozitou, byla použita souprava drátěných kartáčů.

Vytvrzování

Poté, co se vzor vtlačil do vrstvy s upravenou viskozitou, podklad se z vytlaěovaeího nástroje odstranil a předal se do vytvrzovací stanice. Kde je vytvrzování tepelné, jsou zajištěné příslušné prostředky; Kde je vytvrzování aktivováno fotoiniciálory, může být zajištěn zdroj radiace. Pokud se použije UV vytvrzování, používají se dva 300 wattové zdroje: jedna D žárovka a jedna H žárovka o dávce řízené rychlostí, při které vzorovaný podklad prochází pod těmito zdroji.

V případě základní hmoty podle pokusů vyjmenovaných v tabulce 2 bylo vytvrzování UV světlem. V případě formulace resp. složení I však bylo vytvrzování IJV okamžitě následováno tepelným vytvrzováním, fento proces vytvrzování byl postačující pro to, aby se zajistila konečná in rozměrová stabilita.

V prvním příkladě byla vrstva vytlačována válcem, který má v sobě vyryté buňky ve vzoru o 17 šestihranech. Ten vyráběl vzor s ostrůvky ve tvaru šestihranu ukázané na obr. 1 a 2. V každém byla na povrch poprášena brusná drť, aby sloužila jako funkční prášek. U obr. 1 bylo brusivo poprášené na povrch P1000 a ti obr. 2 to bylo P320. V každém případě byla formulace brusivo/pojivo složení I.

LJ druhého příkladu byl vytlačovací válec gravírovaný vzorem 25 drážek ve formě trojboké šroubovice na povrchu válce. Obr. 3 a 4 ukazují formulace resp. složení lil a IV, jak je použito mi v prvním pokusu potaženém brusnými drtěmi P320 respektive P1000. Byla použita tatáž technika povlékání.

CZ 300279 Bó

IJ třetího příkladu byl vzor vygravírovaný na vytlačovacím válci ve formě 45 pyramid se složením I. který dává vzor izolovaných pyramid se čtvercovou základnou. Povrch byl upraven aplikací drti P1000 na tutéž formulaci, která byla použita v prvním a druhém pokusu. Výsledek jc ukázaný na obr. 5.

Při všech třech pokusech zůstaly struktury na vytlačeném povrchu v podstatě nezměněné od doby vtlačování do doby. než byla složka pojivá úplně vvtvrzena.

Také byly provedeny další příklady podobné tvarem, avšak s proměnlivou formulací resp. složelo nim a obsahem brusivá, které jsou uvedené v tabulce 2. Ve všech případech je proces výroby shodný s prvními třemi příklady, avšak byly provedeny obměny ve složení pryskyřice a funkčního prášku.

Tabulka 2

	v: .Lačený v z o r	řáaky /palce	složeni P^; >'·· ky - ř i c e	tloušťko kase pal/10^J	zrno v kašr	íunkčni prášek
	ác.sr i bo ký	17	T	„-.-1 5	P/2 0	01000
	5 c 5t i b o k v	17	T		0 72 0	01000
	s β s e i o o k y	17	1		032 0	ITOOC
	šest iboký	17	I	10	P 3 2' U	P32C
L.,	3š roubový	25	11	•7	0 3 2 0'	03 2 C
	bs r ouhnvy	2 5	T		P 32 u	0320
-	/šrounový	2 5	I	7	P32 0	Pl GGG
fi	/šroubový	25	III	7	0/2 0	P/2 0
ί1	/šroubový	b	III	'?	P/20	0 320 + KBF.s
	/šroubový	15	1 11	Ί	4 0 pm	4 0 μηι
1 'i	/šroubový	2 5	1. v	7	4 0 pus	4 0 μιη
i z.	/šroubový	Jí)	111	5	P32 0	P 3 2 0 + .5 31;
	3šroubový	JO	T TI	b	4 0 pm	... .. 4 0 μπι
.Ί	/ Š I O Li tj o v ý	40	” \ 3 v	t.	4 G μη	4 0 μη;
Γ	o. h i a n o v ý	4 5	I	3	P52o	01200
i h	3 ehlánový	4 5	I	O	0320	01200
-X	j e h 1 a i; o v ý	4 5	I	Ί	P 3 2 0	P/20
1 c	j ehlánový	4 5	I	10	P320	Pl 000

Vzor vytlačovacího válce se 17 šestiúhelníky se skládal z buněk o hloubce 559 mikrometrů sc 2o stejnými boky 1000 mikrometrů u vrcholu a 100 mikrometrů u základny.

Vzor s 25 troj šroubovitém i se skládal ze souvislého kanálu vyříznutého pod 45 stupni kose válce, který má hloubku 508 mikrometrů a šířku rozevření u vrcholu 750 mikrometrů.

Vzor se 40 trojšrouboviccmi sc skládal zc souvislého kanálu vyříznutého pod 45 stupni kose válce, kterv má hloubku 335 mikrometrů a šířku rozevření u vrcholu 425 mikrometrů.

-9CZ 300279 B6

Vzor ze 45 čtyřbokých jehlanů se skládal z buněk ve tvaru obrácené pyramidy sc čtvercovou základnou o hloubce 221 mikrometrů a rozměru boku 425 mikrometrů.

Brusné zkoušky

Několik z uvedených příkladů bylo podrobeno dvěma základním formám brusných zkoušek s daty uvedenými v tabulkách 3 až 5. První forma zkoušek sestávala z Schieferovy zkoušky do 600 otáček při 35,6 N (8 librách) konstantní zátěže na jednu prohlubeň, 304 obrobcích z nerezavějící oceli o O.D. (vnějším průměru) 2.794 cm (1,1 coulu), což dává účinný brusný tlak a 159.9 kPa (23.2 psi). Vzorovaný brusný výrobek byl rozřezán na kotouče o průměru 1 1.43 cm (4.5) a namontován na ocelovou základovou desku. Jak tato základová deska, tak i obrobek se otáčejí ve směru hodinových ručiček, přičemž základová deska rotuje 195 otáčkami za minutu a obrobek se otáčí 200 otáčkami za minulu. Úbytek tíhy obrobku se zaznamenával každých 50 otáček a byl sečten na konci 500 otáček.

Druhý způsob zkoušení spočíval ve zkoušení prstence mikrobrusiva. U této zkoušky byly modulové prstence z šedé litiny 4.45 cm (1.75 palce) O.D. vnějšího průměru, 2,54 cm (1 palce) I.D. vnitřního průměru a 2,54 cm (I palec) šířky předem zdrsněny za použití výrobku zběžného 60 pm filmu a pak broušeny při 413.7 kPa (60 psi) vzorovaným brusným výrobkem. Brusný a výrobek byl nejprve rozdělen na pruhy o šířce 2,54 cm (1 palec) a by l oproti obrobku držen pryžovými botkami. Obrobek se otáčel 100 otáčkami za minutu a rozkmitáván v kolmém směru rychlosti 125 kmitů za minutu. Celé broušení se provádělo v mazané lázni čistého oleje OH200.

Úbytek hmotnosti se zaznamenával každých 10 otáček a sečetl se na konci zkoušky .

I abulka 3 Schiefferova zkouška vzorovaných brusiv se zrnem ER.PL p320 ve složení kaše. (500 otáček)

L¹ i. 1 ří 1 λ d	Vzor	zrno v kaši	““— — ——-———-- í unkčn i prášek	cel kovy odbrus
I 6	45 jehlanový ( Kontrolní)	P320	P1000	100 %
	17 šestiboký	P32 0	P1030	104 1
	li šestiboký	P320	P320	113 i
C	25 3šroubový	P320	P320	115 1
9	25 ošroubovy	P 320	P32 0 + KBE]	14 3 ΐ

Tabulka 4 Schiefferova zkouška vzorovaných brusiv se 40pm zrny kaleinovaného AfO; ve složení kaše. (600 otáček)

pří klad	Vzor	zrno v kaši	funkční prášek	celkový obrus !% kontroly)
C-l (kontrolní)	Žádný	N/A	N/A	100 %
1 0	2 5 3šroubový	4 0 pír.	4 0 pm	131 1
13	40 3šroubový	4 0 pm	4 0pm	110 %

- 10 CZ 300279 B6

Tabulka 5 Zkoušení prstenec pro aplikaci pro mikrodokončování (50 otáček při 60 psi.)

přiklad	Vzor	zrno v kaši	funkční prášek	celkový obrus (¾ kontroly)
C-l f kontrolní)	Žádný	N/A	N/A	100 %
IG	25 3šroubový	4 0 μτη	4 Ομη	109 %

V tabulce 3 je jasně demonstrovaný účinek typu funkčního prášku a vzoru. Se 45 jehlany (P320 ve formulaci a P1000, jako funkční prášek) jako kontrolní vzorek mělo použití většího vzoru se 17 šestiúhelníky téže formulace pryskyřice a funkčního prášku za následek mírný růst celkového obrusu. Ve všech případech, kde bylo P1000 nahrazeno hrubším stupněm P320, se obrus dále zvýšil. Navíc tříšroubový vzor podal lepší výkon než vzor šestiboký. V konečném případě, kde io funkční prášek sestával ze směsi KBlý a P320, byl obrus neuvěřitelně zvýšený. Z tohoto souboru údajů lze jasně vidět, že typ vzoru spojený s typem funkčního prášku jasně mění brusné vlastnosti.

V tabulce 4 byla srovnávána vzorovaná brusivá s porovnávacím příkladem C-l, 40 μιη drtí běž15 něho brusivá pro mikrodokončovací broušení pod obchodním názvem QI51 od Norton Company. U obou vzorovaných brusiv lze pozorovat, že celkový obrus byl značně zvýšený nad běžný výrobek u 25 tříšroubového vzoru, který' přináší lepší výsledky než jemnější 40 tříšroubový vzor.

do V tabulce 5 byla porovnávána 40 μιη vzorovaná brusivá u aplikace při míkrodokončovacím broušení, Zase znovu demonstruje vzorované brusivo porovnávané s porovnávacím příkladem C-l, což je běžný brusný výrobek pod obchodním jménem Q151 od Norton Company, zlepšení celkového obrusu. Celkově se představily výše uvedené vzory při aplikacích brusných zkoušek dobře, přičemž produkovaly účinné broušení od začátku.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby povlakovaného brusného prostředku zahrnujícího vzor kompozitu brusivo/pojivo přilnutých k podkladnímu materiálu, při kterém se pojivo brusivá vytvrzuje, vyznačující se t í m . že se na podklad nanese souvisle nebo vzorované formulace řídké kaše, která zahrnuje brusivo a vytvrditelné pryskyřicové pojivo, uložená formulace se upraví tak. že se alespoň povrchová část formulace učiní plastická avšak netekutá, na formulaci pojivo/brusivo se vtlačí vzor vzájemně izolovaných síruktur a následně se pojivová složka formulace pro zachování uvedeného vzoru vytvrdí.

to
2. Způsob podle nároku I, vyznačuj ící se t í m , že se uložená formulace učiní plastická avšak netekutá zvýšením viskozity alespoň povrchové části formulace tak, že se na ni nanese funkční prášek.
3. Způsob podle nároku 2, v y z π a č u j i c í se t í m , že se funkční prášek vybere ze sku45 piny sestávající z brusiv. plniv, brusných pomocných prostředků, antistatických prášků, stearanových prášků a jejich směsí.
4. Způsob podle nároku I, vyznačující se t í m , že se formulace řídké kaše ukládá alespoň ve dvou vrstvách různých složení.
5. Způsob podle nároku 2. v v z n a č u j í c í se tím . že se funkční prášek ukládá pro vytvoření vícevrstvé struktury formulace řídké kaše také mezi vrstvy kompozitu řídké kaše.
6. Způsob podle nároku I. vy z n a č u j í c í se t í m , že formulace brusivo/pojivo zahrnuje alespoň jednu těkavou složku a koncentrace složky brusivá v povrchové vrstvě se zvyšuje odstraněním alespoň části této tekavé složky ,
7. Způsob podle nároku I, v y z n a č u j i c í se t i m , že se uložená formulace učiní plastická avšak netekutá zmenšením její teploty před přiložením vytlačovacího nástroje.
8. Způsob podle nároku I,vyznačující se t í m , že se použije pojivo tvořené pryskyřicí vytvrditelnou zářením nebo tepelně, nebo kombinací obou.
9. Způsob podle nároku 1, vy z n a č u j í c í se t í m , že se použije pojivová pryskyřice, která obsahuje nereaktivní termoplastickou složku.
10. Způsob podle nároku I, v y z n a č u j í c í se t í m , že brusivo tvoří od 10 do 90 % hmotnosti formulace.
11. Způsob podle nároku 1. vy zn ač u j í c í se tí m . že dď brusivá se vybírá ze skupiny sestávající zeeru, oxidu hlinitého, taveného oxidu hIinitého/oxidu zirkoničitého, karbidu křemíku, kubického nitridu boru a diamantu.
12. Způsob podle nároku 1, v y z π a č u j í c í se tím, že formulace také zahrnuje jednu nebo více přísad vybraných ze skupiny, která sestává z brusných pomocných prostředků, inertních plniv, antistatických činidel, maziv, proti zátěžových činidel ajejich směsí.
13. Způsob podle nároku 12, v y z n a č u j í c í se t í m , že brusný pomocný prostředek pro zahrnuti do formulace se volí ze skupiny sestávající z kryolitu. tetrafluorboritanu draselného a jejich směsí.
14. Povlakovaný brusný prostředek, který má na podkladu přichycenou pracovní vrstvu brusivá a vytvrzeného pojivá, vyznačující sc tím, že je připravený způsobem podle nároku 1, takže pracovní vrstva sestává ze vzoru vzájemně oddělených struktur a/nebo ostrůvků brusivá s pojivém, mezi nimiž jsou mezery vytvořené před vytvrzením.
15. Povlakovaný brusný prostředek připravený způsobem podle nároku 2, který' má na podkladu přichycenou pracovní vrstvu brusivá a pojivá, vyznačující se t í m , že vzájemně oddělené struktury a/nebo ostrůvky brusivá s pojivém mají před vytvrzením alespoň ve své povrchové části zvýšenou viskozitu aplikovaným funkčním práškem, takže jsou plastické avšak netekuté.
16. Povlakovaný brusný prostředek podle nároku 15. vyznačující s c t í ni, že aplikovaný funkční prášek je prášek vybraný podle nároku 3 ze skupiny sestávající zbrusiv. plniv, brusných pomocných prostředků, antistatických prášků, stearanových prášku a jejich směsí.
17. Povlakovaný brusný prostředek podle nároku 15. v y z n a č u j i c í se t í m , že vzájemně oddělené struktury a/nebo ostrůvky kašovitého kompozitu brusivá s pojivém jsou vícevrstvé a funkční prášek je podle nároku 5 uložený vždy mezi těmito vrstvami.

výkres

->

x25.0 1mm—· _#0001

15kV AMRAY OBR. 1 x25,0 ^{1rnm _1} #0012

20kV AMRAY