KR20010023846A

KR20010023846A - 기능성 분말이 부착된 구조화 연마재

Info

Publication number: KR20010023846A
Application number: KR1020007002523A
Authority: KR
Inventors: 웨이폴; 스웨이구오신; 양웬리앙패트릭; 앨런케빈브루스
Original assignee: 볼스트 스테판 엘.; 노턴 캄파니
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2001-03-26
Also published as: EP1011924B1; JP2001515801A; CO5031303A1; HK1028580A1; JP3776729B2; DE69803995T2; CA2295686A1; BR9811787A; KR100371980B1; HUP0003575A3; NO20001275L; HUP0003575A2; CN1266392A; TWI225888B; CZ2000532A3; CA2295686C; DK1011924T3; AU9477298A; PL200042B1; ID23980A

Abstract

본 발명은 연마 그릿, 충전제, 연삭 조제, 첨가제 및 결합제 수지를 포함하는 제형의 층을 기재에 구조화 연마재의 형태로 부착시킨 다음 구조화 연마재의 표면에 기능성 분말을 부착시킴으로써 수득할 수 있는 매우 미세한 마모 용도에 적합한 피복 연마재에 관한 것이다.

Description

기능성 분말이 부착된 구조화 연마재{Structured abrasives with adhered functional powders}

발명의 배경

본 발명은 금속, 목재, 플라스틱 및 유리와 같은 기재(substrate)를 미세 다듬질(fine finishing)하기에 유용한 형태의 기재상 구조화 연마재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 결합제와 연마제 물질의 혼합물의 아일랜드(island) 또는 릿지(ridge)와 같은 분리 구조를 지지재(backing material)에 부착(depositing)시켜 이른바 "구조화 연마재"를 형성한다는 제안은 수년 동안 공지되어 왔다. 아일랜드 또는 릿지가 지지재 위로 매우 유사한 높이를 갖고 이후에 이들을 적합하게 분리하는 경우, (아마도 최소 드레싱 작업 후에) 생성된 제품을 사용하면 표면 긁힘이 감소되고 표면 평활도가 향상될 것이다. 또한 아일랜드 사이의 공간은 연마에 의해 발생된 부스러기(swarf)가 작업 영역으로부터 분산될 수 있고 냉각제가 순환할 수 있는 경로를 제공한다.

통상적인 피복 연마재(coated abrasive)에서, 연삭 표면을 검사하면 활성 마모 영역의 비교적 소수의 표면 연마 그릿(grit)이 동시에 가공물과 접촉한다는 것이 나타난다. 표면이 마모됨에 따라, 이러한 수는 증가하지만 그와 동시에 연마 그릿의 일부의 효용성은 무뎌짐으로 인해 감소될 수 있다. 구조화 연마재를 사용하면 균일한 아일랜드가 본질적으로 동일한 속도로 마모되어 균일한 연마 속도가 장기간 동안 유지될 수 있다는 이점이 있다. 어떤 의미에서는 마모 작업은 다수의 연삭 지점중에서 더욱 고르게 분배된다. 게다가 아일랜드는 다수의 작은 연마 입자를 포함하기 때문에, 아일랜드의 침식으로 아직 무뎌지지 않은 신규한 미사용 연마 입자가 노출된다.

분리된 아일랜드 또는 점의 이러한 배열을 형성하기 위한, 기재된 바 있는 한가지 기술은 로토그래비어(rotogravure) 인쇄술이다. 로토그래비어 인쇄술은 셀의 패턴(pattern)이 조각된 표면에 롤을 사용하는 것이다. 셀을 제형으로 충전시키고 롤을 표면에 대하여 압착시켜 셀 속의 제형이 표면으로 이동된다.

USP 제5,014,468호에는 구조화 연마재의 제조 기술이 기재되어 있다. 당해 방법에서는 결합제/연마제 제형을 연마제가 없는 영역을 둘러싼 일련의 구조에 위치시키는 방법으로 롤러 위의 로토그래비어 셀로부터 제형을 부착시킨다. 이는 셀의 전체 용적보다 덜 부착되고 각각의 셀의 주변으로부터만 부착되어, 기술된 환 형성을 남길 것이다.

따라서 로토그래비어 방법으로 인한 문제는 언제나 아일랜드에 대하여 유용한 형상을 유지하고 있다는 것이었다. 부착하기에 충분히 유동성이면서도 기재에 부착되는 경우 본질적으로 균일한 피복 층에 슬럼핑(slumping)되지 않도록 충분히 비유동성인 연마제/결합제 혼합물을 제형화하는 것은 매우 어려운 것으로 입증되었다.

채스먼(Chaseman) 등은 USP 제4,773,920호에서 로토그래비어 피복기를 사용하면 릿지 및 밸리의 균일한 패턴을, 경화시키는 경우 윤활제 및 부스러기를 제거하기 위한 채널(channel)로서 작용할 수 있는 결합제 조성물에 적용할 수 있다고 기술하였다. 그러나 가능성이 없는 기술사항 이외에는, 어떻게 이러한 공정이 수행될 수 있는지 교시하는 어떠한 상세한 설명도 제시되어 있지 않다.

USP 제4,644,703호에서 카크즈마렉(Kaczmarek) 등은 연마제/결합제 제형을 부착시켜 층을 부착시킨 다음 제2 층을 평활화된 제1 층의 상부에 로토그래비어 방법에 의해 부착시키기 전에 평활화시키는 더욱 통상적인 방식으로 로토그래비어 롤을 사용하였다.

USP 제5,014,468호(Ravipati et al.)에는 비뉴턴식 유동 특성을 갖는 연마제/결합제 혼합물을 사용하여 로토그래비어 기술에 의해 필름에 당해 혼합물을 부착하는 방법이 제안되어 있다. 당해 방법에서는 혼합물을 로토그래비어 셀의 엣지로부터 부착시켜 혼합물이 없는 영역을 둘러싼 표면으로부터 떨어져서 두께가 감소된 부착물을 갖는 단일 구조를 생성한다. 셀들이 서로 충분히 근접한 경우, 표면 구조는 연결된 채로 나타날 수 있다. 이러한 생성물은 특히 안과의 미세화 작업에 특히 유용한 것으로 입증되었다. 당해 공정은 매우 유용하지만 로토그래비어 롤의 셀 중의 물질의 축적이 증가되어 생산이 연장되어 수행되는 동안 부착 형태가 약간 변화할 수 있는 잠재적인 문제가 있다. 추가로 당해 공정의 특성은 상대적으로 미세한 연마 그릿(통상 20μ 미만)을 함유하는 제형에 한정되는 것이다.

구조화 연마재를 제조하는 또 다른 방법은 연마제/결합제 혼합물을 기재 표면에 부착시킨 다음 목적하는 패턴화 표면의 역면을 갖는 금형과 접촉시키면서 결합제를 경화시킴으로서 혼합물에 분리 구조의 배열을 포함하는 패턴을 부가함으로써 제공된다. 이러한 방법은 미국 특허 제5,437,754호, 제5,378,251호, 제5,304,223호 및 5,152,917호에 기재되어 있다. 이러한 주제에 대한 몇가지 변형방법이 존재하지만 모두 패턴상의 각각의 구조가 복합물을 성형 표면과 접촉시키는 한편 결합제를 경화시킴으로써 설정된다는 일반적인 특성을 갖는다.

본 발명은 사실상 균일한 절삭 속도에서 연장된 작업 기간 동안 미세 다듬질을 수득하도록 적용되는 한편 광범위한 기재의 처리에 잘 적용되는 더욱 공격적인 마모를 유도하는 특히 흥미로운 선택성을 갖는 구조화 연마재의 제조 기술을 제공한다.

발명의 일반적인 설명

본 발명에 이르러 기능성 분말이 표면에 부착된 구조화 연마재가 단독의 구조화 연마재보다 광범위한 이점을 제공한다는 것이 밝혀졌다.

본원에서 용어 "기능성 분말"은 이를 구조화 연마재에 적용하여 연마재의 연마 품질을 개질시키는 미분된 물질을 나타내는데 사용된다. 이는 구조화 연마재를 더욱 공격적으로 절삭하도록 하거나 표면에 부스러기 또는 정전하가 축적되는 것을 감소시키는 것만큼 간단할 수 있다. 일부 기능성 분말은 점착 문제를 감소시키고 이형을 향상시켜, 수지 제형과 엠보싱 공구 사이의 이형제 또는 차단제로서 추가로 사용할 수 있다. "기능성 분말"이라는 표제하에는 미세 연마 그릿, 연삭 조제, 대전방지 첨가제, 윤활제 분말 등이 포함된다. 용어 "미분된"은 분말의 개별적인 입자의 평균 입자 크기(D₅₀)가 약 250㎛ 미만, 예를 들면 1 내지 150㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 100㎛임을 의미한다.

본 발명은 또한,

(a) 연마 그릿(및 임의로 충전제, 연삭 조제 및 기타 첨가제) 및 경화성 수지 결합제를 포함하는 슬러리 제형을 연속적인 방법 또는 패턴화된 방법으로 기재에 부착시키고,

(b) 슬러리 제형에 패턴을 부가하여 구조화 연마재를 형성하며,

(c) 기능성 분말의 피막을 구조화 연마재의 패턴화 표면에 부착시킴을 포함하는, 지지재에 부착된 연마제/결합제 복합물의 패턴을 포함하는 구조화 연마재의 제조방법을 포함한다.

이러한 방법의 비결은 기능성 분말을 구조화 연마재의 표면에 부착시키는 것에 있다. 이는 결합제의 경화가 완료되기 전에 분말을 구조화 연마재의 표면에 도포함으로써 달성될 수 있으며, 결합제는 경화가 완료되는 경우 도포된 분말이 영구적으로 부착된 상태로 여전히 있다. 또 다른 방법으로 접착 도료를 완전히 경화된 구조화 연마재의 표면에 도포하여 기능성 분말을 구조화 연마재의 표면에 부착시키는 수단을 제공할 수 있다.

분말은 연마제/결합제 복합물의 상부 위의 단일 층의 형태로, 또는 분말을 적소에 보유하는 접착제의 중간층을 갖는 수개의 층의 형태로 도포할 수 있다. 예를 들면 한 층은 미세 연마 분말이고 제2 층은 연삭 조제일 수 있다.

분말 자체는 유리한 특성들을 제공하는 연마제 또는 다양한 분말 재료이거나, 이들의 혼합물일 수 있다. 기능성 분말로서 사용 가능한 연마 그레인(grain)은 접착제 제형에 사용되는 그레인과는 몇가지 예에서 상이할 수 있고 독특한 연삭 특성을 유도할 수 있는 연마 그레인 및 그릿 크기의 임의의 유형으로 구성될 수 있다. 기능성 분말은 또한 연삭 조제, 대전방지 첨가제, 임의의 종류의 충전제 및 윤활제의 임의의 부류로 구성될 수 있다.

기능성 분말 층(들)의 부착은 통상적인 다양한 부착법을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 방법은 중력 피복법, 정전기 피복법, 분무법, 진동 피복법 등을 포함한다. 다양한 분말의 부착은 동시에 또는 순서대로 수행하여 엠보싱(embossing)시키기 전에 복합 구조를 생성할 수 있다. 접착제는 사용되는 경우 연마제/결합제 제형중에 존재하기 때문에 동일하거나 상이한 유형일 수 있다.

발명의 상세한 설명

지지재 및 제조 공구와 접촉시키면서 연마제와 결합제 전구체의 슬러리 복합물을 경화시켜 지지재의 한 표면 위에 부착시키고 다른 표면에 제조 공구의 내면의 정확한 형상을 부가시키도록 하는, 구조화 연마재 표면의 형성은 당해 기술분야의 숙련가라면 누구라도 실시할 수 있다. 이러한 방법은 모두 본원에서 참조로 인용된 USPP 제5,152,917호, 제5,304,223호, 제5,378,251호 및 제5,437,254호에 기재되어 있다. 로토그래비어 피복법을 포함한 또 다른 형성법은 USPP 제5,014,468호 및 제4,773,920호에 기재되어 있고, 이들 방법 역시 본원에서 참조로 인용되었다.

구조화 연마재의 표면은 어떠한 목적하는 패턴을 가질 수 있고 이는 피복 연마재 제품의 의도하는 목적에 의해 대부분 결정된다. 예를 들면 표면이 어떠한 목적하는 방향으로도 연신되는 교호하는 릿지 및 밸리로 형성되도록 제공할 수 있다. 또 다른 방법으로 분리되거나 상호연결될 수 있고 인접한 형상과 동일하거나 상이한 다수의 돌출 복합 형상이 표면에 제공될 수 있다. 가장 전형적으로는 구조화 연마재는 피복 연마재의 표면을 교차하여 소정의 패턴의 사실상 동일한 형상을 갖는다. 이러한 형상은 사각형 또는 삼각형 기반을 갖는 피라미드 형태이거나 인접한 평면이 만나는 확실한 엣지가 없는 더욱 둥근 형상일 수 있다. 둥근 형상은 횡단면이 원형이거나 부착 조건 또는 의도하는 용도에 따라 연신될 수 있다. 형상의 규칙성은 어느 정도는 의도하는 적용에 좌우된다. 더욱 근접하게 떨어진 형상, 예를 들면 약 1000/㎠ 이상이 미세한 다듬질 또는 연마에 바람직한 반면, 더욱 넓게 떨어진 형상에 대해서는 더욱 공격적인 절삭이 바람직하다.

제형의 연마 성분은 알파 알루미나, (용융 또는 소결 세라믹), 탄화규소, 용융 알루미나/지르코니아, 질화붕소 입방체, 다이아몬드 등 뿐만 아니라 이들의 혼합물과 같은 당해 기술분야에 공지된 시판 재료중 어느 것이라도 될 수 있다. 본 발명에 유용한 연마 입자는 전형적으로 평균 입자 크기가 바람직하게는 1 내지 150μ, 더욱 바람직하게는 1 내지 80μ이다. 그러나 일반적으로 존재하는 연마제의 양은 제형 중량의 약 10 내지 약 90%, 바람직하게는 약 30 내지 약 80%이다.

제형의 다른 주요 성분은 결합제이다. 이는 전자 빔, UV 방사선 또는 가시광선을 사용하여 경화시킬 수 있는 방사선 경화성 수지(예: 아크릴화 에폭시 수지, 아크릴화 우레탄, 및 폴리에스테르 아크릴레이트의 아크릴화 올리고머, 모노아크릴화, 멀티아크릴화 단량체를 포함하는 아크릴화 단량체) 및 열경화성 수지(예: 페놀계 수지, 우레아/포름알데히드 수지 및 에폭시 수지) 뿐만 아니라 이들 수지의 혼합물로부터 선택된 경화성 수지 제형이다. 게다가 제형이 부착된 후에 비교적 신속하게 경화될 수 있는 방사선 경화성 성분을 제형중에 존재하도록 하여 부착된 형상의 안정성을 더하는 것이 종종 편리하다. 본 발명의 문맥상 용어 "방사선 경화성"은 경화를 발생시키는 원인물질로서 가시광선, 자외선(UV) 및 전자 빔 방사선의 사용을 포함한다. 몇가지 경우에 열경화 기능 및 방사선 경화 기능은 동일한 분자에서 상이한 관능기에 의해 제공될 수 있다. 이는 종종 바람직한 방편이다.

수지 결합제 제형은 또한 침식력을 강화시킴으로써 부착된 연마제 복합물의 자체 형상화 특성을 강화시킬 수 있는 비반응성 열경화 수지도 포함할 수 있다. 이러한 열경화성 수지의 예는 폴리프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 블록 공중합체 등을 포함한다.

충전제는 연마제 슬러리 제형으로 혼입시켜 제형의 레올로지 및 경화된 결합제의 경도 및 인성을 개질시킬 수 있다. 유용한 충전제의 예에는 금속 탄산염(예: 탄산칼슘, 탄산나트륨), 실리카(예: 석영, 유리 비드, 유리 버블), 규산염(예: 탈크, 클레이, 칼슘 메타실리케이트), 금속 황산염(예: 황산바륨, 황산칼슘, 황산알루미늄), 금속 산화물(예: 산화칼슘, 산화알루미늄) 및 알루미늄 삼수화물이 포함된다.

구조화 연마재가 형성되는 연마제 슬러리 제형은 또한 연삭 조제를 포함하여 연삭 효능 및 절삭 속도를 증가시킬 수 있다. 유용한 연삭 조제는 무기계, 예를 들면 할라이드 염(예: 나트륨 크리올라이트, 칼륨 테트라플루오로보레이트 등) 또는 유기계, 예를 들면 염소화 왁스(예: 폴리비닐 클로라이드)일 수 있다. 이러한 제형중의 바람직한 연삭 조제는 입자 크기가 1 내지 80μ, 가장 바람직하게는 5 내지 30μ인 크리올라이트 및 칼륨 테트라플루오로보레이트이다. 연삭 조제의 중량%는 0 내지 50%, 가장 바람직하게는 10 내지 30%이다.

본 발명을 실시하는데 사용되는 연마제/결합제 슬러리 제형은 커플링제[예: 실란 커플링제, 예를 들면 A-174 및 A-1100(제조원: Osi Specialties, Inc.)], 오가노티타네이트 및 지르코알루미네이트, 대전방지제(예: 흑연, 카본 블랙 등), 현탁제, 점도 개질제(열분해법 실리카), 예를 들면, Cab-O-Sil M5, 에어로실(Aerosil) 200, 부하방지제(예: 스테아르산아연), 윤활제(예: 왁스), 습윤제, 염료, 충전제, 점도 개질제, 분산제 및 탈포제를 추가로 포함할 수 있다.

적용에 따라서, 슬러리 표면에 부착되는 기능성 분말은 연마 제품에 독특한 연삭 특성을 부여할 수 있다. 기능성 분말의 예는 (1) 연마 그레인 - 모든 유형 및 그릿 크기, (2) 충전제 - 탄산칼슘, 클레이, 실리카, 규회석, 알루미늄 삼수화물 등, (3) 연삭 조제 - KBF₄, 크리올라이트, 할라이드 염, 할로겐화 탄화수소 등, (4) 부하방지제 - 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, (5) 대전방지제 - 카본 블랙, 흑연 등, (6) 윤활제 - 왁스, PTFE 분말, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리실록산 등을 포함한다.

제형이 부착되는 지지재는 직물(직포, 부직포 또는 양모직물), 종이, 플라스틱 필름 또는 금속 박일 수 있다. 일반적으로, 본 발명에 따라 제조되는 제품은 미세한 연삭재를 제조하는데에서 가장 큰 실용성을 찾을 수 있고 따라서 매우 평활한 표면이 바람직하다. 따라서 평활한 표면 피막을 갖는 미세하게 캘린더링된 종이, 플라스틱 필름 또는 직물이 통상적으로 본 발명에 따르는 복합 제형의 부착에 대한 바람직한 기재일 수 있다.

본 발명은, 설명만을 목적으로 하고 본 발명의 영역을 제한하려는 뜻이 아님을 이해해야 하는 특정한 양태에 대하여 추가로 설명될 것이다.

약어

데이터 제시를 간략하게 하기 위하여, 다음 약어가 사용된다:

중합체 성분

에베크릴(Ebecryl) 3605, 3700 - 아크릴화 에폭시 올리고머(제조원: UCB Radcure Chemical Corp.)

TMPTA - 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트(제조원: Sartomer Company, Inc.)

ICTA - 이소시아누레이트 트리아크릴레이트(제조원: Sartomer Co., Inc.)

TRPGDA - 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트(제조원: Sartomer Co., Inc.)

결합제 성분

대러큐어(Darocure) 1173 - 광개시제(제조원: Ciba-Geigy Company)

이르가큐어(Irgacure) 651 - 광개시제(제조원: Ciba-Geigy Company)

2-메틸이미다졸 - 촉매(제조원: BASF Corp.)

플루로닉(Pluronic) 25R2 - 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 블록 공중합체(제조원: BASF Corp.)

KBF₄- 중간 입자 크기가 약 20㎛인 연삭 조제(제조원: Solvay)

Cab-O-Sil M5 - 열분해법 실리카(제조원: Cabot Corporation)

그레인

FRPL - 용융 Al₂O₃(제조원: Treibacher)(P320 또는 P1000: "P-수＂로 나타내는 등급)

하소 Al₂O₃(40㎛)(제조원: Microabrasives Corporation)

지지재

안과 적용용 3mil 마일라(Mylar) 필름

금속작업 적용용 5mil 마일라 필름

설린(Surlyn) 피복된 J-중량 폴리에스테르 천

*설린은 이오노머 수지 SURLYN 1652-1(제조원: Du Pont)이다.

연마제 슬러리 제형

성분	I	II	III	IV
에베크렐 3605	19.3%
에베크릴 3700		6.3%
NVP	8.3%
ICTA		7.9%	14.7%	14%
TMPTA		8.1%	14.7%	14%
TRPGDA		5.3%
이르가큐어 651		0.8%
대러큐어 1173	1.1%		0.6%	0.6%
2 MI	0.2%
Cab-O-Sil		0.8%
실란	1.1%	0.8%
플루로닉 25R2				1.4%
KBF₄	23.3%	23.3%	23.3%	23.3%
그레인	46.7%	46.7%	46.7%	46.7%

제형 제조공정

단량체 및/또는 올리고머 성분을 고전단 혼합기를 사용하여 1000rpm으로 5분 동안 함께 혼합한다. 이어서 이러한 결합제 제형을 임의의 개시제, 습윤제, 탈포제, 분산제 등과 혼합하고, 동일한 교반 속도로 추가로 5분 동안 지속한다. 이어서, 다음 성분을 서서히 지시된 순서로 가하고, 이들을 첨가하는 사이에 1500rpm으로 5분 동안 교반한다: 현탁제, 연삭 조제, 충전제 및 연마 그레인. 연마 그레인을 첨가한 후에 교반 속도를 2,000rpm으로 증가시키고 15분 동안 교반을 지속한다. 이 시기 동안에 온도를 주의깊게 점검하고 온도가 40.6℃에 이르는 경우 교반 속도를 1,000rpm으로 감소시킨다.

제형의 부착

수지 제형을 미리 기입한 다양한 통상적인 기재에 피복한다. 인용된 경우에서는 연마제 슬러리를 갭이 목적하는 값으로 설정된 나이프 피복법을 사용하여 도포한다. 피복은 실온에서 수행한다.

기능성 분말의 도포 및 엠보싱

엠보싱 하기 전에 슬러리의 표면 층을 제형에서 사용된 것과 동일한 입자 크기 또는 이보다 더 미세한 입자 크기의 연마 그릿으로 개질시킨다. 비경화 결합제 성분에 의해 부착된 단일 층을 형성시키기에 충분히 부착시킨다. 과량의 분말을 진동에 의해 층으로부터 제거한다. 분말을 통상적인 진동 스크리닝법에 의해 도포한다.

일단 기재를 비경화 슬러리 제형으로 피복하고 기능성 분말을 도포하면, 목적하는 패턴의 엠보싱 공구를 사용하여 연마 그레인 및 그레인 제형에 목적하는 형상을 부여한다. 이러한 엠보싱 셋업은 강 엠보싱 롤에 의해 압력을 가하는 동안 필요한 지지성을 부여하는 강 지지 롤을 포함한다. 와이어 브러쉬 셋업을 사용하여 공구가 이의 임프레션(impression)을 점도 개질 제형에 부여한 후 셀 중에 잔류하는 어떠한 건조 잔사 또는 유리(loose) 그레인도 제거한다.

경화

패턴을 점도 개질 층으로 엠보싱한 후, 기재를 엠보싱 장비로부터 제거하여 경화 스테이션(curing station)으로 통과시킨다. 경화는 열경화이고, 적합한 수단이 제공된다. 경화가 광개시제에 의해 활성화되는 경우, 방사선 광원이 제공될 수 있다. UV 경화가 사용되는 경우, 2개의 300watt 광원이 사용된다: 패턴화 기재가 광원하에 통과하는 속도에 의해 선량이 조절되는 D 벌브 및 H 벌브. 표 2에 기재된 실험의 매트릭스의 경우, 경화는 UV 광에 의한 것이다. 그러나 제형(I)의 경우에는 UV 경화는 열경화 직후에 실시된다. 이러한 경화 공정은 최종 치수 안정성을 보장하는데 적합하다.

제1 실시예에서, 층은 17 육각형 패턴으로 여기에 조각된 셀을 갖는 롤에 의해 엠보싱된다. 이는 6각형 형상의 아일랜드의 패턴을 생성한다. 각각, 연마 그릿은 기능성 분말로서 작용하는 표면상에 더스팅(dusting)된다. 제1 실시예에서 표면상에 더스팅된 연마제는 P1000이고 제2 실시예에서는 P320이다. 각각의 경우 연마제/결합제 제형은 제형(I)이다.

제2 실시예에서 엠보싱 롤을 홈(groove)의 25 삼나선형 롤 표면 패턴으로 조각한다. 동일한 피복 기술이 사용된다.

제3 실시예에서 엠보싱 롤에 조각된 패턴은 분리된 4각형 기반의 피라미드의 패턴을 제공하는 제형(I)을 갖는 45 피라미드이다. 당해 표면은 제1 및 제2 실험에서 사용되는 동일한 제형 위로 P1000 그릿을 도포함으로써 개질된다.

모든 3개의 실시예에서, 엠보싱된 표면상의 구조는 엠보싱하는 시기에서 결합제 성분이 완전히 결합되는 시기까지 본질적으로 변하지 않고 잔류한다.

형상이 유사하지만 제형 및 연마제 함량을 변화시킨 추가의 실시예 또한 표 2에 기재한 바와 같이 수행한다. 모든 경우에, 제조 공정은 첫번째의 3개의 실시예와 동일하지만, 수지 조성 및 기능성 분말을 변화시킨다.

실시예	엠보싱 패턴	선/in	수지 제형	슬러리 두께(mils)	슬러리 중의그레인	기능성 분말
1	육각형	17	I	5	P320	P1000
2	육각형	17	I	8	P320	P1000
3	육각형	17	I	10	P320	P1000
4	육각형	17	I	10	P320	P320
5	삼나선형	25	II	7	P320	P320
6	삼나선형	25	I	7	P320	P320
7	삼나선형	25	I	7	P320	P1000
8	삼나선형	25	III	7	P320	P320
9	삼나선형	25	III	7	P320	P320+KBF₄
10	삼나선형	25	III	7	40㎛	40㎛
11	삼나선형	25	IV	7	40㎛	40㎛
12	삼나선형	40	III	5	P320	P320+KBF₄
13	삼나선형	40	III	5	40㎛	40㎛
14	삼나선형	40	IV	5	40㎛	40㎛
15	피라미드형	45	I	5	P320	P1200
16	피라미드형	45	I	7	P320	P1200
17	피라미드형	45	I	7	P320	P320
18	피라미드형	45	I	10	P320	P1000

17 육각형 엠보싱 롤 패턴은 상부에서 1000μ이고 기저에서 100μ인 동일한 면을 갖는 깊이가 559μ인 셀을 포함한다.

25 삼나선형 패턴은 깊이가 508μ이고 상부 개구 폭이 750μ인 롤 축에 대해 45°로 절삭된 연속 채널로 이루어진다.

40 삼나선형 패턴은 깊이가 335μ이고 상부 개구 폭이 425μ인 롤 축에 대해 45°로 절삭된 연속 채널로 이루어진다.

45 피라미드형 패턴은 깊이가 221μ이고 면 치수가 425μ인 사각형 기반의 역 피라미드 형상의 셀을 포함한다.

연삭 시험

수개의 기재된 샘플을 표 3 내지 5에 기재된 데이터를 갖는 연삭 시험의 2개의 주요 형태로 처리한다. 시험의 제1 형태는 23.2psi의 유효한 연삭 압력을 제공하는 O.D.가 1.1in인 중공, 304 스테인레스 강 가공물에서 8lbs의 일정한 하중을 갖는 600회전 이하의 쉬퍼(Schieffer) 시험으로 구성된다. 패턴화 연마제는 직경 4.5"의 디스크로 절삭하고 강 지지판에 설치한다. 지지판 및 가공물을 둘 다 시계방향 방식으로 회전시키며 지지판은 195RPM으로 회전시키고 가공물은 200RPM으로 회전시킨다. 가공물 중량 손실은 매50회전마다 주지하고 600회전이 종결된 후에 합산한다.

시험의 제2 방법은 미세연마 링 시험으로 구성된다. 이 시험에서는, 결절성 캐스트 철 환(O.D 1.75in, I.D. 1in 및 폭 1in)을 60㎛의 통상적인 필름 제품을 사용하여 예비 조면화시킨 다음 패턴화 연마제를 사용하여 60psi로 연마한다. 우선 연마제를 폭 1"의 스트립으로 구분하고 고무 슈즈(rubber shoes)에 의해 가공물에 대하여 유지시킨다. 가공물을 100RPM으로 회전시키고 125진동/분의 속도로 수직 방향으로 진동시킨다. 모든 연삭은 OH200 순수 오일의 윤활 욕에서 실시한다. 중량 손실을 매10회전마다 기록하고 시험이 종료된 후에 합산한다.

슬러리 제형중에 FRPL P320 그레인을 갖는 패턴화 연마재의 쉬퍼 시험(500회전)

실시예	패턴	슬러리중의 그레인	기능성 분말	총 절삭률(대조표준의 %)
18	45 피라미드형(대조표준)	P320	P1000	100%
3	17 육각형	P320	P1000	104%
4	17 육각형	P320	P320	113%
8	25 삼나선형	P320	P320	115%
9	25 삼나선형	P320	P320+KBF₄	143%

슬러리 제형중에 하소 Al₂O₃40㎛ 그레인을 갖는 패턴화 연마재의 쉬퍼 시험(600회전)

실시예	패턴	슬러리중의 그레인	기능성 분말	총 절삭률(대조표준의 %)
C-1(대조실시예)	없음	N/A	N/A	100%
10	25 삼나선형	40㎛	40㎛	131%
13	40 삼나선형	40㎛	40㎛	110%

미세다듬질 적용에 대한 링 시험(60psi로 50회전)

실시예	패턴	슬러리 중의 그레인	기능성 분말	총 절삭율(대조표준의 %)
C-1(대조표준)	없음	N/A	N/A	100%
10	25 삼나선형	40㎛	40㎛	109%

표 3에는, 기능성 분말 및 패턴의 유형의 효과가 명확하게 나타나 있다. 대조표준으로서 45 피라미드형(기능성 분말로서 제형중의 P320 및 P1000)으로는, 더 큰 17 육각형 형상 패턴을 사용하면 동일한 수지 제형 및 기능성 분말은 총 절삭율을 약간 증가시킨다. P1000을 더 조악한 P320 등급으로 대체시킨 모든 경우, 절삭율은 추가로 증가된다. 또한, 삼나선형 패턴은 육각형 패턴의 성능을 능가한다.

기능성 분말이 KBF₄와 P320의 블렌드로 구성되는 실시예 9의 경우, 절삭율은 급격히 상승된다. 이러한 데이터 세트로부터 패턴 유형과 함께 기능성 분말 유형이 연삭 특성을 명확히 변경시킨다는 것을 분명히 알 수 있다.

표 4에서는, 패턴화 연마제를 비교 실시예 C-1의, 40m 그릿인 통상적인 미세다듬질 연마재(상표명: Q151, 제조원: Norton Co.)와 비교한다. 두개의 패턴화 연마재에서 총 절삭율은 통상적인 제품보다 현저히 증가하고 25 삼나선형의 성능이 더 미세한 40 삼나선형 패턴의 성능을 능가한다는 것을 관찰할 수 있다.

표 5에서는, 40㎛ 패턴화 연마재를 미세다듬질 적용에서 비교한다. 다시 한번, 비교 실시예 C-1인, 통상적인 연마재 제품(상표명: Q151, 제조원: Norton Co.)과 비교하면, 패턴화 연마재는 총 절삭율의 향상을 나타낸다. 전체적으로, 상기 패턴은 연마재 시험 적용에서 우수한 성능을 나타내어 시작에서부터 효과적으로 마모시킨다.

Claims

기재 물질에 내부에 분산되는 적어도 부분 경화된 결합제 및 연마 입자를 각각 포함하는 연마제 복합물의 패턴을 형성시키고, 이러한 연마제 복합물의 표면에 기능성 분말을 부착시킴을 포함하는, 지지재에 부착된 연마제/결합제 복합물의 패턴을 포함하는 구조화 피복 연마재(structured coated abrasive)의 제조방법.
제1항에 있어서, 연마제 복합물이 규칙적인 배열로 배치되고 부분 경화된 결합제를 포함하여 구조화 연마재에 도포된 연마 입자가 이에 부착되고 결합제의 경화가 후속적으로 완료되는 방법.
제1항에 있어서, 제2 결합제 물질이 구조화 연마재 표면에 도포되고 기능성 분말이 제2 결합제에 도포되어 이 결합제가 후속적으로 경화되는 방법.
제1항에 있어서, 기능성 분말의 평균 입자 크기가 1 내지 150㎛인 방법.
제1항에 있어서, 기능성 분말이 연마제, 충전제, 연삭 조제, 대전방지 분말, 스테아레이트화 분말 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
제1항에 있어서, 결합제가 방사선 경화성 수지, 열 경화성 수지 또는 이들의 혼합물을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 결합제 수지가 비반응성인 열가소성 성분을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 연마제가 제형의 중량의 약 10 내지 90%를 차지하는 방법.
제1항에 있어서, 연마 그릿이 세륨, 알루미나, 용융 알루미나/지르코니아, 탄화규소, 질화붕소 입방체 및 다이아몬드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
제1항에 있어서, 제형이 연삭 조제, 불활성 충전제, 대전방지제, 윤활제, 부하방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 제형이 크리올라이트, 칼륨 테트라플루오로보레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 연삭 조제를 포함하는 방법.
제3항에 있어서, 제2 결합제가 구조화 연마재를 제조하는데 사용되는 결합제와 동일한 방법.
제1항에 따르는 방법에 의해 제조되는 피복 연마재.
제2항에 따르는 방법에 의해 제조되는 피복 연마재.
제3항에 따르는 방법에 의해 제조되는 피복 연마재.
제4항에 따르는 방법에 의해 제조되는 피복 연마재.
제5항에 따르는 방법에 의해 제조되는 피복 연마재.
제6항에 따르는 방법에 의해 제조되는 피복 연마재.