DE2425887C2

DE2425887C2 - Schleifmaterial mit eingekapselten Schleifkörnern und dessen Verwendung zum Beschichten von Folien

Info

Publication number: DE2425887C2
Application number: DE2425887A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1973-05-29
Filing date: 1974-05-28
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE2425887A1; GB1450851A; NL7406645A; US4112631A; JPS5020390A

Description

Polierarbeiten werden im allgemeinen in der Weise ausgeführt, daß eine aus einem feinen Schleifmittel und einem Schmiermittel bestehende Paste ständig der gesamten Fläche einer sich drehenden ebenen Polierscheibe zugeführt wird, wobei ein Werkstück gegen die mit der Paste bedeckte Fläche gedrückt wird. Bei diesem Verfahren wird die Fläche der Polierscheibe natürlich abgenutzt und muß daher von Zeit zu Zeit erneuert werden. Viele Partikel gleiten von der Polierfläche zu rasch ab und bleiben daher wirkungslos. Da die Paste zur Verminderung der Kosten üblicherweise wieder in Umlauf gesetzt wird, werden die anfangs feinen Schleifpartikel im Gebrauch noch kleiner, wodurch der Wirkungsgrad herabgesetzt wird, so daß sich die Politur am Werkstück ständig ändert.

Außerdem ist die Verwendung feiner Schleifpartikel in beschichteten Schleifwerkzeugen schwierig, und es ist ebenso schwierig, ein Produkt mit gleichbleibender Schleifwirkung herzustellen. Da außerdem die Körner an der Oberfläche im Gebrauch stumpf werden, während die tiefer sitzenden Schleifkörner mit dem Werkstück nicht in Berührung gelangen, ist die Dicke des Belags im allgemeinen gleich dem doppelten Durchmesser eines jeden einzelnen Schleifkorns. Außerordentlich kleine Schleifkörner, z. B. in der Größenordnung von 3 μπι, befinden sich in solchen dünnen Schleifmittelbelägen, so daß der gesamte Schleifmittelbelag bei einem unbeabsichtigten ungeschickten Handhaben des Werkstückes zerstört werden kann. Besteht der Untergrund aus Tuch oder einem Gewebe, so können die Schleifkörner in den Untergrund hineingedrückt werden und nicht in das Werkstück.

Die Verwendung feiner Schleifkörner stellt daher immer eine Schwierigkeit dar, sowohl für die Hersteller als auch für die Benutzer von Polierpasten und beschichteten Schleifmittelprodukten.

Die obengenannten Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 angegebene Schleifmaterial beseitigt, das aus eingekapselten Schleifmitteln und Schleifhilfsmitteln besteht, einfach herzustellen ist und in dem sehr verschiedenartige Schleifkörner und Schleifhilfsmittel verwendet werden können. Die Kapseln stellen ein wirksames Mittel zum Handhaben feiner Schleifkörner dar und sind im wesentlichen kugelförmig, so daß sie leicht zu handhaben sind und als Schleifmittel in einer Trägerflüssigkeit zum Läppen und Polieren dispergiert werden können. Um mit Sicherheit eine gleichmäßige Leistung zu erhalten, werden sowohl das Schleifmittel als

ι auch das Schleifhilfsmittel in vorherbestimmten Anteilen innig miteinander vermischt. Unaufgebrochene Kapseln sind wesentlich größer als die einzelnen eingekapselten Schleifkörner und können daher aus der Trägerflüssigkeit leichter ausgeschieden und zurückgewonnen werden.

Bei beschichteten Schleifwerkzeugen werden erfindungsgemäß die feinen Schleifkörner durch die verhältnismäßig großen Kapseln ersetzt, wodurch ein dickerer und kratzfesterer Schleifbelag erzeugt werden kann, als es bisher möglich war. Im Gebrauch brechen die Kapseln allmählich auf, und das Schleifmittel, das vom Beschichtungsharz an der Gebrauchsstelle nicht länger festgehalten wird, bildet einen lokkeren Belag, der als beschichtetes Schleifmittel geeignet ist. Wird als Schleifhilfsmittel beispielsweise Wachs oder Pech benutzt, kann der Arbeitsfläche eine Flüssigkeit zugeführt werden, die zwar die Schleifspäne, nicht aber das Schleifmineral entfernt. Die Kapseln ermöglichen ferner die Verwendung von korrodierenden oder giftigen Schleifhilfsmitteln ohne Gefährdung der Arbeiter oder der Maschinen, da das Schleifhilfsmittel nicht als gesonderte Flüssigkeit gehandhabt wird.

Die Kapseln, die sowohl feine Schleifkörner als auch flüssige Schleifhilfsmittel oder solche mit einem niedrigen Schmelzpunkt enthalten, werden im wesentlichen kugelförmig mit den mäßig großen Durchmessern von 10-200 μηι ausgestaltet. Die kleineren Kapseln mit einem Durchmesser von beispielsweise 10-30 um sind für die kleineren Schleifkörner in der Größenordnung von 0,5-5 μιη geeignet, während größere Kapseln entweder feine oder grobe Schleifkörner enthalten können. Die Kapsel ist jedoch in allen Fällen mindestens doppelt so groß wie die eingekapselten Schleifkörner, so daß die Kapsel im allgemeinen mehrere Schleifkörner enthält. Die Kapseln sind im allgemeinen kugelförmig, welche Form der leichteren Handhabung wegen vorzuziehen ist. Befriedigend sind auch ellipsenförmige oder unregelmäßig abgerundete Kapseln.

Die einzukapselnden Schleifkörner können aus SiIiziumcarbid, Aluminiumoxid, Borcarbid sowie auch aus anderen Schleifkörnern und anderen Gemischen bestehen. Die Kapseln eignen sich besonders gut für die Verwendung mit teuren, schwer zu dispergierenden Schleifkörnern, wie Diamanten oder kubischen Bornitridkörnern.

Die Größe der einzukapselnden Schleifkörner liegt im Bereich von 0,5 μπι bis zu 25 μιη Durchmesser. Bevorzugt sind Schleifkörner, deren Nominaldurchmesser 15 μπι oder weniger beträgt, da diese in nichteingekapselter Form bei beschichteten Schleifmitteln schwieriger zu verwenden sind, bei einer Einkapselung jedoch sehr günstig sind.

Die Schleifkörner werden einem Schleifhilfsmittel, z. B. einem Schleiföl oder einem Schmiermittel, beigemischt oder in diesem dispergiert. Mit dem Ausdruck »Schleifhilfsmittel« sollen alle dieienieen nicht

abschleifend wirkenden Flüssigkeiten oder Feststoffe mit einem niedrigen Schmelzpunkt bezeichnet werden, bei deren Verwendung der geringste Kraftaufwand benötigt wild, der zum Überwinden der Reibung zwischen dem Werkstück und dem Schleifwerkzeug erforderlich ist. Als Beispiele für solche Schleifhiifsmittei werden angeführt Öle mit einer niedrigen Viskosität und hohem Flammpunkt, wie derartige, auf dem Markt befindliche Öle, Diam.antsägenschmiermittel, Karnaubawachs, in Wasser lösliche Öle, Glycerin, Petroleumöl, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Paraffin und Pech. Zum Polieren von Materialien, wie Zink, Silizium oder Aluminium können als Schleifhilfsmittel saure oder basische Stoffe verwendet werden (z. B. NaHSO₄ oder NaOH).

Die Gewichtsverhältnisse Schleifkörner : Schleifhilfsmittel für verhältnismäßig billige herkömmliche Schleifmittel, wie Siliziumcarbid und Aluminiumoxid, betragen im allgemeinen 40:60% bis zu 60:40% Mineral: Schleifhilfsmittel. Diese Verhältnisse stellen bis zu 10-30 Vol.-% Schleifmineral dar. wobei die Menge des Minerals in diesem Bereich gewählt wird, um die höchste Schleifwirkung zu erzielen und eine Einkapselung der Schleifpasten zu ermöglichen.

Für teurere Schleifkörner, wie kubisches Bornitrid oder Diamant, liegt das Gewichtsverhältnis Schleifmaterial : Schleifmittel normalerweise im Bereich von 1 Teil Schleifmittel: 2 Teilen Schleifhilfsmittel bis zu 1 Teil Schleifmittel : 5 Teilen Schleifhilfsmittel, welche Werte ungefähr 5-15 Vol.-% Schleifmittel entsprechen. Von dem teureren Schleifmittel wird eine kleinere Menge gewählt, mit der eine ausreichende Schleifwirkung erzielt wird, während andererseits die Kosten für den Benutzer gering gehalten werden.

Bei der Zwischenflächeneinkapselung befinden sich zwei komplementär kondensatbildende Materialien in zwei gesonderten und miteinander im wesentlichen nicht vermischbafen Flüssigkeiten. Wird eine der Flüssigkeiten in der anderen Flüssigkeit dispergiert, so bilden sich Tröpfchen, und um diese herum kondensiert sich eine Hüllenwandung, die die Tröpfchen zu Kapseln umschließt.

Die aus einem Schleifmittel und einem Schleifhilfsmittel bestehende Paste wird im allgemeinen dadurch eingekapselt, daß in einem Zwischenflächeneinkapselungsverfahren eine Lösung zugesetzt wird, die aus einem ersten Mittel besteht, das mit einem zweiten Mittel reagiert. Ein Gemisch aus der Paste und einem ersten Reagenzniittel wird unter Umrühren in die zweite Reagenzmittellösung eingetragen. Das Gemisch verteilt sich als Tröpfchen, um die herum das erste und das zweite Reagenzmittel Wandungen bilden, die die Gemischtröpfchen einhüllen.

Die Kapseln werden dann von dem flüssigen Reagenzmittel abfiltriert und können nunmehr als ein Teil einer Paste oder zum Beschichten einer Unterlage nach den herkömmlichen Verfahren verwendet werden, wobei die herkömmlichen Schleifkörner durch die Kapseln ersetzt werden.

In diesem Falle sollten die bei der Herstellung von Schleifmitteln verwendeten Harze vor der Benutzung für Polierarbeiten die Bestandteile nicht freisetzen.

In der einzigen Zeichnung ist eine Schleifkapsel nach der Erfindung zum IVü als Schnitt dargestellt.

Nachstehend werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Erfindung beschrieben:

Die in der Zeichnung dargestellte Schleifmittelkapsel 10 enthält eine Anzahl ·ι>η Schleifkörnern 16, die in einem Schleifhilfsmittel 14 dispergiert und von einer Wandung 12 eingehüllt sind.

Im folgenden werden einige Beispiele beschrieben, in denen alle Prozentsätze und Teile auf Gewichtsbasis angegeben sind, sofern nichts anderes vermerkt.

Beispiel 1

Es wurde ein Harnstoff-Fornialdehyd-Vorkondensat zubereitet durch Vermischen von 20 g Harnstoff mit 54 g 37%igem Formaldehyd in Wasser unter Zusatz von 0,4 ml Tetraäthylenamin, um das System basisch zu machen, wobei das Gemisch 1 Stunde lang bei 70 C langsam gerührt wurde. Das Gemisch wurde dann mit 92 ml Wasser verdünnt und die Temperatur auf ungefähr 30^c C abgesenkt.

Eine Öl-Schleifrnittel-Paste mit einem Gehalt von 40 g eines im Handel erhältlichen Öls mit niedriger Viskosität und hohem Flammpunkt und 10 g Diamanten von 3 μΐη wurde dem Gemisch zugesetzt, und unmittelbar danach wurden zum Gemisch 50 ml Wasser und 1,8 ml 9%ige Salzsäure gegeben. Das resultierende Gemisch wurde rasch gerührt, wobei sich Tröpfchen der Öl-Schleifmittel-Aufschlämmung bildeten, während die Temperatur 2 Stunden lang bei 40 C gehalten wurde. Diese Temperatur wurde zwei weitere Stunden lang unter ständigem Rühren aufrechterhalten. In der warmen sauren Umgebung kondensierte sich das Harnstoff-Formaldehyd zu einer die Paste umhüllenden Wandung.

Die Lösung wurde dann neutralisiert unter Verwendung von 5 g 8%igem Natriumacetat, wonach die Kapseln mit klarem Wasser filtriert und mehrmals gewaschen wurden. Der Durchmesser der Kapseln betrug 5 bis 150 um. Je nach RührstSrke konnte der Kapseldurchmesser verkleinert oder vergrößert werden.

Herstellung beschichteter Schleifmittel

Eine Aufschlämmung aus Kapseln und basenkatalysiertem Phenolharz mit einem Gehalt von 3 Gewichtsteilen Kapseln und 1 Gewichtsteil Harz mit einer Viskosität von ungefähr 350 mPa-s wurde mit einem Streichmesser auf ein normales feingradiges Diamanttuch (35% Baumwolle, 65% Polyester, einfaches Gewebe) mit einer Dicke von 100 μίτι aufgetragen. Das Material wurde an der Luft bei 80⁼ C getrocknet und 10 Stunden lang bei 100° C ausgehärtet.

Das beschichtete Schleifmaterial nach diesem Beispiel erscheint als ein gröberes Produkt als die Schleifkörner von 3 μτη und gleicht ungefähr einem normalen beschichteten Schleifmittel mit der Körnung 220. Die obere Schicht der Kapseln konnte von einem Finger zerrissen werden. Die physikalischen Merkmale, wie Biegsamkeit, Dicke und Handhabungsfähigkeit, waren mit einem herkömmlichen beschichteten Schleifmaterial vergleichbar.

Wie sich gezeigt hat, war das beschichtete Schleifmittel von großem Nutzen beim Polieren von Siliziumplättchenauf einer ebenen Unterlage unter Benutzung von hin- und herschwingenden Scheiben, die an der Unterseite mit einem Schleifrnittelbelag nach dem voiziehend beschriebenen Beispiel versehen waren. Das beschichtete Schleifmittel nach diesem Beispiel paßt sich der Form des Werkstückes an. und die in diesem Schleifmittel enthaltene Diamantpaste erzeugt eine feine Außenseite.

Beispiel 2

Unter Anwendung des im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens wurde eine Pastenzusammensetzung aus einem Aluminiumoxidschleifmittel von 9 Lim und Ölsäure in einem Gewichtsverhältnis Schleifmittel : Schleifhilfsmittel von 1:1 verwendet.

Die Kapseln wurden mit einem Urethan-Phenoxy-Klebstoff zu einem Gemisch verarbeitet, wobei das Gewichtsverhältnis Kapseln : Harzfeststoffe 3:1 betrug. Das Harz bestand aus 70 Teilen Polyester mit endständigem Hydroxyl und einem Äquivalenzgewicht von ungefähr 15000 und aus 30 Teilen Bisphenol A in einer Verdünnung bis zu 35% Gesamtfeststoffe in Methyläthylketon. Das Harz wurde mit 1 Teil Polyphenylpolyarylpolyisocyanat pro 10 Teile Harz aktiviert.

Aus Messing und nichtrostendem Stahl bestehende Magnetaufzeichnungsköpfe wurden dann von Hand geläppt unter Verwendung des nach diesem Beispiel beschichteten Schleifmittels zum Polieren der Oberfläche, so daß die Magnetköpfe ihre endgültigen Abmessungen erhielten. Die auf diese Weise geläppten Magnetköpfe zeigten bei Betrachtung eine gleichmäßigere Außenseite als Köpfe, die mit einer herkömmlichen Läppfolie bearbeitet werden, die mit Aluminiumoxid von 9 μίτι ohne Einkapselung beschichtet ist.

Das in den Kapseln enthaltene Schmiermittel verminderte die Reibungskräfte zwischen der Läppfolie und dem Aufzeichnungskopf während des Läppens, das daher müheloser durchgeführt werden kann als mit der herkömmlichen Läppfolie.

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel wurden die Schleifkapseln nach dem Beispiel 1 durch die Schleifkapseln nach dem Beispiel 2 ersetzt, und zum Herstellen des aus einer mit dem Schleifmittel beschichteten Folie wurde das Verfahren nach Beispiel 2 angewendet.

Das beschichtete Schleifmittel wurde zu einem Ringkörper zugeschnitten. An einer Spindel wurde eine nickeiplattierte Computerspeicherscheibe angebracht, die mit dem drehbar gelagerten Schleifmittel in Berührung gebracht wurde. Die Speicherscheibe und das Schleifmittel wurden im Kontakt miteinander gedreht, um die Scheibenoberfläche unter den folgenden Bedingungen zu polieren:

Drehzahl der Speicherscheibe	40 U/min
Drehzahl des Schleifmittels	1000 U/min
Abmessungen des Schleifmittels
Außer.durchmesser	10,8 cm
Durchmesser des Mittelloches	6.3 cm
Gesamtbelastung	11 kg

Während des Polierens wurde auf die abzuschleifende Fläche ein Kerosin-Schmiermittel aufgetragen. Nach 3 Minuten Polieren wurde die Oberfläche vermessen. Der von der Maschine angezeigte Meßwert

ί betrug ungefähr 2,54x10'μη: Mittelliniendurchschnitt. Unter dieser Zahl liegende Werte sind als gut anzusehen. Das Ergebnis, das mit einer herkömmlichen 3^m-Diamantläppfolie mit der gleichen Ausstattung und in der gleichen Weise erzielt wird, ist

ι mindestens dreimal so hoch.

Beispiel 4

Es wurde Karnaubawachs mit einem Schmelzpunkt von 78^C C geschmolzen und Aluminiumoxid von 3 μΐη zugesetzt unter Bildung einer gleichmäßigen Dispersionspaste, deren Gewichtsverhältnis Wachs : Aluminiumoxid 1:1 betrug.

Wasser mit einem kleinen Gehalt eines oberflächenaktiven Mittels wurde auf 90~ C erhitzt, kräftig gerührt unter langsamem Zusetzen der Wachs-Mineralstoff-Paste, wobei das Wachs um das Mineral herum kleine Tröpfchen bildete.

Nach Entfernen der Wärmequelle wurde die Temperatur auf ungefähr 85° C abgesenkt, wonach Wasser von Raumtemperatur zum raschen Abkühlen des Gemisches zugesetzt wurde, um ein Zusammenkleben der Wachspeilen zu verhindern.

Einkapseln der Wachs-Schleifmittel-Perlen

Es wurde das Einkapselungsverfahren nach Beispiel 1 angewendet, wobei die Öl-Schleifmittel-Paste durch die Wachs-Mineralstoff-Perlen ersetzt wurde und NaOH zum Neutralisieren der Lösung diente.

Die eingekapselten Wachs-Mineralstoff-Perlen wurden gesiebt, wobei Kapseln mit einem Durchmesser von 75 μίτι und kleiner gewählt wurden. Die Kapseln wurden im Urethan-Phenoxy-Harz nach Beispiel 2 in einem Gewichtsverhältnis von 3 Teilen Kapseln zu 1 Teil Harzfeststoffe dispergiert. Die Dispersion wurde mit Methyläthylketon bis zu einer Viskosität von ungefähr 350 mPa-s verdünnt und mittels eines Streichmessers auf einer Polyesterfilmunterlage mit einer Dicke von 75 μΐη aufgetragen. Das beschichtete Material wurde 10 Stunden lang bei einer Temperatur von 70" C ausgehärtet.

Unter Anwendung des Läppverfahrens nach Beispiel 2 wurde das beschichtete Schleifmittel nach diesem Beispiel verglichen mit der herkömmlichen 3-μΐη-Aluminiumoxid-Läppfolie bei dem Polieren von aus Messing und nichtrostendem Stahl bestehenden Werkstücken.

Das beschichtete Schleifmitte! nach diesem Beispiel paßte sich der Außenseite des Werkstückes an und erzeugte eine sichtlich bessere Oberfläche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schleif material, bestehend aus Kapseln von IU bis 200 μίτι Durchmesser, die Schleifkörner von 0,5 bis 25 μίτι Durchmesser und ein Schleifhilfsmittel enthalten, wobei die Kapseln mindestens den doppelten Durchmesser der Schleifkörner haben.

2. Schleifmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkörner aus Diamant bestehen.

3. Schleifmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifhilfsmittel aus Karnaubawachs besteht.

4. Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapseln eine umhüllende Wandung aus Harnstoff-Formaldehyd-Harz aufweisen.

5 Verwendung des Schleifmittels nach Anspruch 1 bis 4 zusammen mit einem aushärtbaren Bindemittel zum Beschichten einer biegsamen Folie.