KR20010023986A - 다중의 연마 입자등급을 포함하는 연마 슬러리 및 연마 물품 - Google Patents

다중의 연마 입자등급을 포함하는 연마 슬러리 및 연마 물품 Download PDF

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KR20010023986A
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스콧 알. 쿨러
마이클 브이. 무씨
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스프레이그 로버트 월터
미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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Abstract

연마 슬러리, 연마 슬러리로부터 만들어진 연마 물품, 및 연마 물품을 생성하기 위한 방법이 개시된다. 연마 슬러리 및 이로부터 만들어진 연마 물품은 적어도 2개 등급의 연마 입자 (즉, 더 큰 제 1 등급, 및 더 작은 제 2 등급)을 포함한다. 연마 등급은 약 2의 평균 입자 크기 비율을 갖고, 여기서 평균 입자 크기 비율은 더 작은 등급의 연마 입자의 평균 입자 크기에 의해 나뉘어진 더 큰 등급의 연마 입자의 평균 입자 크기와 동등하다.

Description

다중의 연마 입자 등급을 포함하는 연마 슬러리 및 연마 물품 {Abrasive slurries and abrasive articles comprising multiple abrasive particle grades}
일반적으로, 연마 물품은 서로 (예를 들면, 결합된 연마 또는 분쇄 휠) 또는 백킹 (예를 들면, 코팅된 연마제)에 결합된 다수의 연마 입자를 포함한다. 이들 연마 물품은 백년 이상 동안 워크피스를 연마하고 피니쉬하기 위해 이용되었다. 연마 산업계가 직면한 한 문제는 일반적으로 워크피스 표면상의 연마 물품에 의해 주어지는 절단율 (즉, 주어진 시간 간격 동안 제거된 워크피스의 양) 및 표면 피니쉬 사이에 대한 반비례 관계이다. 이는 굵은 그릿 (grit)으로부터 미세한 그릿까지의 광범위한 연마 생성물이 존재하는 이유를 설명해 준다. 대체로, 이들 형태의 연마 입자는 바람직한 절단 및 바람직한 표면 피니쉬 둘다를 얻기 위해 연마 조작에서 순차적으로 사용된다.
이 문제에 대한 한 해결책이 미국 특허 제 5,152,917호 (피에퍼 등)에 개시된다. 피에퍼 등은 워크피스 표면에서 높은 절단율 및 일관성 있는 표면 피니쉬 둘다를 제공하는 스트럭쳐드 연마제를 개시한다. 스트럭쳐드 연마 코팅은 백킹에 결합되고 정확한 모양을 갖는 연마 합성물을 포함한다. 피에퍼 등은 피라미드 모양의 합성물의 정확한 스페이싱을 갖는 연마 물품이 높은 절단율을 제공함을 개시한다. 스트럭쳐드 연마 물품을 생성함에 있어서 하나의 도전은 긴 서비스 수명 및높은 절단율을 제공하기 위해 연마 합성물의 물리적 성질을 조절하는 것이다. 연마 조작에서 사용할 때, 스트럭쳐드 연마 물품은 부식하고, 즉, 이들은 점차적으로 및 조절 가능하게 새로운 연마 입자를 연마될 워크피스에 노출한다. 긴 수명 및 높은 절단율을 갖는 연마 물품을 제공하기 위해, 연마 합성물의 부식율은 조절되어야 한다. 부식율이 너무 높으면, 연마 물품은 짧은 유효 수명을 가질 것이다. 부식율이 너무 낮으면, 노출된 연마 입자가 무디어질 것이고 낮은 절단율을 초래할 것이다.
합성물의 부식율은 적어도 부분적으로, 합성물에서의 연마 입자의 크기, 및 합성물을 통한 연마 입자의 분포에 의해, 영향을 받을 것이다. 더 큰 연마 입자가 사용될수록 (즉, 더 굵은 연마 입자) 연마 합성물에서 서로 연마 입자를 보유하는 바인더의 양은 감소될 것이다. 이는 더 약한 연마 합성물을 초래하고, 더 높은 부식율 및 더 짧은 유효 수명을 갖는다. 추가적으로, 연마 합성물을 형성하기 위해 사용된 연마 슬러리가 안정하지 않으면, 함유된 연마 입자는 바인더를 통해 실질적으로 균일하게 분포된 채로 남아 있지 않을 수 있다. 이는 바인더 및 연마 입자의 불-균일한 분포를 갖는 형성된 연마 코팅을 초래할 수 있다. 이러한 연마 코팅은 입자를 서로 결합하기 위해 부적합한 바인더와 함께 존재하는 연마 입자의 높은 농도에 의한, 높은 부식율을, 적어도 부분적으로, 가질 수 있다.
상기의 관점에서, 긴 유효 수명을 유지하면서, 높은 절단율 (즉, 더 큰 사이즈의 연마 입자를 사용하여 제공되는 것과 같이)을 갖는 연마 입자를 생성하는 것은 바람직하다. 더우기, 함유된 연마 입자가 합리적인 시간 동안 실질적으로 균일하게 분산된 채로 남아 있는 연마 슬러리를 생성하는 것은 바람직하다.
본 발명은 연마 슬러리, 이 연마 슬러리를 사용하여 만든 연마 물품, 및 연마 물품을 만드는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 연마 슬러리, 이 연마 슬러리로부터 만들어진 연마 물품, 및 연마 물품 및 슬러리를 만드는 대표적인 방법을 제공한다.
첫번째 면에서, 본 발명은 연마 물품 및 합성물 입자의 연마 코팅의 형성에 있어서 사용에 적합한 연마 슬러리를 제공한다. 연마 슬러리는:
(a) 바인더 전구물질;
(b) 바인더 전구물질에 분산된 7 이상의 모스 경도를 갖고, 적어도:
(1) 제 1 평균 입자 크기를 갖는 제 1 (더 큰) 등급의 연마 입자; 및
(2) 제 2 평균 입자 크기를 갖는 제 2 (더 작은) 등급의 연마 입자를 포함하고, 여기서 평균 입자 크기가 약 2 이상인 다수의 연마 입자를 포함한다.
연마 슬러리는 바인더 전구물질을 포함한다. 여기서 사용된 "바인더 전구물질"은 고체 바인더로 변환될 수 있는 유동성의 또는 고체화되지 않은 물질을 의미한다. 바인더 전구물질의 바인더로의 변환은 큐어링 또는 고체화 과정을 포함한다. 여기서 사용된 "큐어링"은 중합화, 교차연결, 건조, 및/또는 젤화 과정을 의미한다. 가장 바람직한 바인더 전구물질은 예를 들면, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트와 같은, 자유 라디칼적으로 중합화가 가능한 수지이다.
본 발명의 연마 슬러리는 7 보다 큰 모스 경도를 갖는 연마 입자를 추가로 포함한다. 여기서 사용된 "모스 경도"는 물질의 상대 경도를 표시하는 척도를 의미한다. 모스 경도 척도는 1 내지 10의 범위에 있고, 1은 가장 유연하고, 10은 가장 단단하다. 7 보다 큰 모스 경도를 갖는 연마 입자의 예는 알루미늄 용융된 알루미늄 옥사이드, 세라믹 알루미늄 옥사이드, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 및 큐빅 보론 니트리드를 포함한다.
본 발명의 연마 슬러리는 적어도 두개의 다른 등급의 연마 입자 (즉, 더 큰 제 1 등급, 및 더 작은 제 2 등급)를 추가로 포함한다. 여기서 사용된 "등급"은 등급에 함유된 각각의 수개의 연마 입자 크기 범위의 허용가능한 중량 부분 (또는 중량 백분율)이 지정된 연마 입자의 특수한 분포를 의미한다. 등급화된 연마 입자의 샘플의 크기의 한 측정은 평균 입자 크기 또는 D50이다. 연마 입자의 샘플에 대해 여기서 사용된 "평균 입자 크기" 또는 "D50"는 샘플 용량의 50%가 평균 용량 입자 크기 보다 더 작은 연마 입자를 포함하는 연마 입자 크기 (대체로 직경으로서 표시됨)와 동등하다. 여기서 사용된 "평균 입자 크기 비율" 또는 "D50비율"은 슬러리에서 더 작은 등급의 연마 입자의 평균 입자 크기에 의해 나뉘어진 슬러리에서 더 큰 등급의 연마 입자의 평균 입자 크기를 의미한다. 예를 들면, 각각, 100 μm 및 50 μm의 평균 입자 크기를 갖는 제 1 및 제 2 연마 입자 등급을 포함하는 연마 슬러리에서, 평균 입자 크기 비율 또는 D50비율은 2에 동등하다. 본 발명의 연마 슬러리에서 평균 입자 크기 비율은 약 2 이상, 더욱 바람직하게는 약 3 이상, 가장 바람직하게는 약 5 이상, 및 특히 가장 바람직하게는 약 7 이상이다. 연마 물품에서 2개 이상의 연마 입자 등급을 갖는 것이 또한 본 발명의 범위내에 있다. 예를 들면, 연마 입자 크기 분포는 연마 입자의 3개의 다른 등급을 함유할 수 있다.
본 발명의 연마 슬러리에서 적어도 2개의 다른 등급의 연마 입자의 혼합물은 적어도 2개의 가우스식, 또는 종-모양의 곡선을 갖는 연마 입자 크기의 분포를 초래한다. 이 분포는 입자 크기 분포가 x-축을 따라 플롯되는 입자 크기를 갖는 그래프로서 측정되고 표시될 때 명백하고, 입자의 총수는 y-축을 따라 플롯되는 주어진 입자 크기를 갖는다.
두번째 면에서, 본 발명은 본 발명의 연마 슬러리로부터 만들어진 연마 코팅을 갖는 연마 물품을 제공한다. 연마 물품은:
(a) 앞 및 뒷면을 갖는 백킹;
(b) 백킹의 앞면에 결합되어 있고,
(1) 바인더;
(2) 바인더에 분산된 7 이상의 모스 경도를 갖고, 적어도:
(i) 제 1 평균 입자 크기를 갖는 제 1 (더 큰) 등급의 연마 입자; 및
(ii) 제 2 평균 입자 크기를 갖는 제 2 (더 작은) 등급의 연마 입자를 포함하고, 여기서 평균 입자 크기 비율이 약 2 이상인 다수의 연마 입자를 포함하는 연마 코팅을 포함한다. 대체로 연마 코팅은 채워지지 않은 포어 (pore) 또는 보이드 (void)의 실질적인 수가 없는 것으로 특징화된 연속적인 코팅으로서 제공된다. 연마 코팅은 예를 들면, 부드러운 표면, 텍스쳐드 (textured) 표면, 스트럭쳐드 (structured) 표면, 또는 다수의 합성물 입자를 포함하는 표면과 같은 바람직한 표면 지형을 가질 수 있다.
여기서 사용된 "스트럭쳐드"는 연마 코팅이 각 합성물이 예정된 모양을 갖고 바인더에 분포된 연마 입자를 포함하는 예정된 배열에서의 백킹에 놓여진 다수의 정확하게 성형된 연마 합성물을 포함하는 연마 물품을 의미한다. 연마 합성물의 예정된 배열은 무작위 또는 비-무작위일 수 있다. 비-무작위 배열을 갖는 스트럭쳐드 연마 물품은 미국 특허 제 5,152,917호 (피에퍼 등)에 기술된다. 무작위 배열을 갖는 스트럭쳐드 연마 물품은 미국 특허 제 5,681,217호 (후프만 등)에 기술된다.
여기서 사용된 "텍스쳐드"는 다수의 돌기 (즉, 리지 (ridges), 피크 (peaks), 메사 (mesas) 등) 또는 요면을 포함하는 표면 지형을 의미한다. 다수의 돌기 및/또는 요면은 크기, 모양, 방향, 및 면적 스페이싱에 있어서 규칙적이거나 불규칙일 수 있다. 텍스쳐드 표면은 예를 들면, 다수의 불규칙하게 성형된, 규칙적으로 반복하는 상승된 리지를 포함하는 사인곡선적 지형을 생성하는 그라비야 코팅 기술에 의해, 형성될 수 있다.
연마 코팅은 또한 메이크 코트 (make coat)에 의해 백킹에 부착된 다수의 합성물 입자를 포함할 수 있다. 합성물 입자는 특징적인, 자유-유동의, 개별적 입자를 형성하기 위해 큐어링되는 본 발명의 연마 슬러리를 포함한다. 합성물 입자는 정학한 모양 (즉, 원뿔, 삼각 프리즘, 원통, 피라미드, 큐브)일 수 있거나 이들은 불규칙한 모양일 수 있다. 합성물 입자는 메이크 코팅에 의해 백킹의 앞면에 부착된다. 여기서 사용된 "메이크 코트"는 연마 입자를 부착하는 목적을 위하여 백킹에 적용되는 코팅을 의미한다. 임의로, 사이즈 코트 또는 수퍼사이즈 코트와 같은 추가의 코팅은 백킹에 연마 합성물을 추가로 결합시키거나 예를 들면, 안티로딩 (antiloading)과 같은 그외 개선된 성질을 제공하기 위해 적용되는 코팅을 의미한다. 정확하게 성형된 연마 합성물 입자 및 이로부터 만들어진 연마 물품은 미국 특허 제 5,500,273호 (홈즈 등)에 기술된 방법에 의해 생성될 수 있다.
본 발명은 연마 물품의 선행 기술과 비교하여 개선된 유효 수명을 가질 수 있고 워크피스상에 개선된 표면 피니쉬를 제공할 수 있다. 개선된 유효 수명은 연마 코팅의 부식율을 감소시킴으로써 제공된다. 감소된 부식율은 가혹한 (연마) 조건하에서 과잉의 부식을 일으키기 쉬운 굵은 등급의 스트럭쳐드 연마 물품에 특히 중요하다. 더 작은 등급의 연마 입자의 첨가는 바인더 및 연마 입자 사이의 증가된 결합 면적을 제공하고 이에 의해 더 강하고 가혹한 분쇄 조건하에서 부식을 덜 일으키는 연마 합성물을 초래하는 것으로 여겨진다.
세번째 면에서, 본 발명은 본 발명의 연마 슬러리를 이용하는 연마 물품을 만드는 방법을 제공한다. 이 방법은:
(a) 본 발명의 연마 슬러리로 백킹 시이트를 코팅하기; 및
(b) 바인더 전구물질을 적어도 부분적으로 고체화하기에 충분한 조건에 연마 슬러리를 놓기의 단계를 포함한다.
연마 코팅은 예를 들면, 부드러운 표면, 텍스쳐드 표면, 또는 스트럭쳐드 표면과 같은 바람직한 표면 지형을 가질 수 있다. 텍스쳐드 연마 표면은 백킹의 슬러리-코팅된 앞면을 예를 들면, 그라비야 원통과 같은 텍스쳐링 롤로 예를 들면, 접촉함으로써, 제공될 수 있다.
네번째 면에서, 본 발명은
(a) 주요 표면을 갖는 생성 공구에 그안에 형성된 다수의 정확하게 성형된 리세스를 제공하기;
(b) 본 발명의 연마 슬러리로 리세스를 채우기;
(c) 앞면 및 뒷면을 갖는 백킹을 제공하기;
(d) 백킹의 앞면의 적어도 한부분이 생성 툴의 표면과 직접 접촉하도록 생성 툴의 표면에 백킹의 앞면을 라미네이팅하기; 및
(e) 바인더 전구물질의 적어도 부분적으로 큐어링하기에 충분한 조건에 연마 슬러리를 놓기의 단계를 포함하는 연마 물품을 만드는 바람직한 방법을 제공한다.
이 방법에 따라 다수의 정확하게 성형된 리세스를 갖는 생성 툴은 정확하게 성형된 리세스를 채우기 위해 본 발명의 연마 슬러리로 코팅된다. 백킹의 앞면은 이후 연마 슬러리와 접촉하게 된다. 접촉하는 동안, 연마 슬러리는 연마 슬러리의 바인더 전구물질을 적어도 부분적으로 큐어링하거나 고체화하기에 충분한 조건에 노출된다. 마침내, 결합된 연마 코팅을 갖는 백킹은 스트럭쳐드 연마 물품을 생산하기 위해 정확하게 성형된 표면으로부터 제거된다.
선택적으로, 본 발명의 연마 슬러리는 백킹의 앞면에 코팅될 수 있다. 백킹의 슬러리-코팅된 앞면은 슬러리가 생성 툴의 정확하게 성형된 리세스를 채우는 것과 같이 생성 툴과 접촉하게 된다. 접촉하는 동안, 연마 슬러리는 연마 슬러리의 바인더 전구물질을 적어도 부분적으로 큐어링하거나 고체화하기에 충분한 조건에 노출된다. 마침내, 결합된 연마 코팅을 갖는 백킹은 스트럭쳐드 연마 물품을 생산하기 위해 정확하게 성형된 표면으로부터 제거된다.
또 다른 변이에서, 연마 슬러리-코팅된 백킹은 바인더 전구물질의 큐어링 또는 고체화 이전에 정확하게 성형된 표면으로부터 제거된다. 정확하게 성형된 표면으로부터의 고체화되지 않은 슬러리-코팅된 백킹의 제거는 불규칙한 지형을 갖는 연마 코팅을 생성하기 위해 연마 코팅의 지형을 변화시킬 수 있다. 또한, 분리후, 고체화되지 않은 연마 슬러리는 불규칙한 지형을 갖는 연마 코팅을 생성하기 위해 유동성일 수 있다.
다섯번째 면에서, 본 발명은:
(a) 그안에 형성된 다수의 정확하게 성형된 리세스를 갖는 상기 주요 표면을 갖는 생성 툴을 제공하기;
(b) 본 발명의 연마 슬러리로 정확하게 성형된 리세스를 상기 정확하게 성형된 리세스를 채우기;
(c) 합성물 입자를 형성하기 위해 바인더 전구물질을 적어도 부분적으로 큐어링하기에 충분한 조건에 연마 슬러리를 놓기;
(d) 앞면을 갖는 백킹을 제공하기; 및
(e) 다수의 합성물 입자를 백킹의 앞면에 부착시키기의 단계를 포함하는 연마 물품을 만드는 방법을 제공한다.
이 방법에 따라 특징적인, 자유-유동성의, 개별적인 합성물 입자가 본 발명의 연마 슬러리로부터 형성된다. 일단 형성되면, 정확하게 성형된 합성물 입자는 연마 물품을 제공하기 위해 메이크 코트로 백킹의 앞면에 부착된다.
본 발명의 그외의 잇점 및 면들은 하기 바람직한 실시 양태의 설명에 기술될 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 연마 슬러리 또는 연마 물품에 대한 전형적인 연마 입자 크기 분포를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 연마 물품의 교차-단면에서의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 연마 물품의 교차-단면에서의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 연마 물품의 교차-단면에서의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 연마 물품의 교차-단면에서의 측면도이다.
도 6은 정확하게 성형된 합성물 입자를 만들기 위한 방법의 도식화이다.
바람직한 실시 양태의 설명
본 발명은 연마 슬러리, 이 연마 슬러리를 이용하여 만들어진 연마 물품, 및 연마 물품을 만드는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 연마 슬러리 및 연마 물품은 선행 기술과 동등하거나 보다 개선된 성능 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 연마 슬러리는 연마 슬러리의 선행 기술과 비교하여 감소된 무기 입자 침강율을 가질 수 있다. 본 발명의 연마 슬러리로부터 만들어진 연마 물품은, 적어도 몇 경우에서, 워크피스상에 더 미세한 (즉, 더 부드러운) 피니쉬를 제공하기 위해, 예를 들면, 더 길어진 유효 수명, 및 능력과 같은 연마 물품의 선행 기술을 능가하는 성능 잇점을 제공할 수 있다.
연마 슬러리
본 발명은 연마 물품의 연마 코팅을 형성하기에 적합한 연마 슬러리를 제공한다. 연마 슬러리는 바인더 전구물질, 적어도 2개의 다른 등급의 연마 입자 (즉, 제 1 (더 큰) 등급 및 제 2 (더 작은) 등급)를 포함하고, 큐어링제, 첨가제, 채움재, 분쇄 보조제, 커플링제, 및 바인더 전구물질 첨가제와 같은 임의의 성분을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 연마 슬러리는 수시간이 아닌 수일 동안 슬러리 (즉, 실질적으로 침강이 없는)로서 존재할 수 있고 이에 의해 이들이 백킹에 코팅되기 전에 슬러리가 긴 기간 동안 (예를 들면, 3일 이상) 보존되는 것을 허용한다. 연마 슬러리에서 적어도 2 개 등급의 연마 입자의 혼합물을 이용하는 잇점은 더 작은 등급의 연마 입자의 존재가 연마 슬러리로부터의 무기 물질 (연마 입자 및 채움재 입자 둘다를 포함하는 것으로 정의됨)의 침강율을 감소시킨다. 본 발명의 연마 슬러리는 약 2 내지 약 5일 동안, 바람직하게는 적어도 3일 동안 용기의 바닥에 무기 물질의 밀집이 약간 있거나 없을 수 있다. 이는 연마 슬러리를 코팅하기 위한 일정한 교반의 필요성을 제거한다. 많은 이전에 알려진 슬러리에서, 교반이 멈추자 마자, 더 큰 무기 입자가 용기의 바닥에 침강 및 사실상 밀집하기 시작한다. 밀집된 무기 입자는 슬러리가 연마 입자의 생성에 사용되기 전에 재분산되어야 하고, 이는 어렵고/또는 불편한 방법일 수 있다.
바인더 전구물질
바인더 전구물질은 대체로 코팅되는 바인더 전구물질을 함유하는 연마 슬러리를 허용하는 액체 또는 유동성의 형태로 제공된다. 연마 물품의 제조 중, 바인더 전구물질은 바인더 전구물질을 고체 바인더로 변환 (즉, 큐어링 또는 고체화)하기 위해 적합한 에너지원 (즉, 가열, 자외선 방사선, 가시 방사선, 전자빔)에 노출된다. 유동성의 또는 액체 바인더 전구물질의 바인더로의 변환은 대체로 예를 들면, 중합화, 교차연결, 젤화, 또는 액체에 녹아 있거나 분산된 바인더로부터의 액체의 증발과 같은 큐어링 또는 고체화 과정의 결과이다. 액체에 녹아 있거나 분산된 중합화 가능한 바인더 전구물질, 교차연결 가능한 바인더 전구물질 및 바인더의 혼합물이 또한 가능하다.
바람직한 바인더 전구물질은 축합 큐어러블 수지 또는 첨가 중합화 수지일 수 있다. 첨가 중합화 수지 에틸렌식으로 불포화된 단량체 및/또는 소중합체일 수 있다. 유용한 교차연결 가능한 물질의 예는 페놀릭 수진, 비스말레이미드 수지, 비닐 에테르 수지, 펜단트 알파, 베타 불포화 카르보닐기를 갖는 아미노플라스트 수지, 에폭시 수지, 아크릴레이트 수지, 아크릴레이티드 이소시안우레이트 수지, 우레아포름알데히드 수지, 이소시안우레이트 수지, 아크릴레이티드 우레탄 수지, 아크릴레이티드 에폭시 수지, 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
에틸렌식으로 불포화된 바인더 전구물질은 적어도 한개의 중합화 가능한 탄소-탄소 이중결합을 갖는 것에 의해 특징화된다. 에틸렌식으로 불포화된 바인더 전구물질의 예는 펜단트 알파, 베타 불포화된 카르보닐기를 갖는 아미노플라스트 단량체 또는 소중합체, 에틸렌식으로 불포화된 단량체, 소중합체, 또는 희석제, 아크릴레이티드 우레탄 소중합체, 아크릴레이티드 에폭시 단량체 또는 소중합체, 아크릴레이트 분산제, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
아미노플라스트 단량체 또는 소중합체 바인더 전구물질은 분자당, 또는 소중합체당 적어도 한개의 펜단트 알파, 베타-불포화 카르보닐기를 갖는다. 이들 물질은 미국 특허 제 4,903,440호 및 제 5,236,472호에 기술된다.
에틸렌식으로 불포화된 단량체 또는 소중합체는 단일 기능성, 이중 기능성, 삼중 기능성, 사중 기능성일 수 있고, 사중 보다 더 큰 기능성을 가질 수 있다. 기능성은 분자당 중합화 가능한 이중의 탄소-탄소 이중 결합의 수를 의미한다. "아크릴레이트"란 용어는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 둘다를 포함한다. 에틸렌식으로 불포화된 바인더 전구물질은 탄소, 수소 및 산소, 및 임의로, 질소 및 할로겐 원자를 함유하는 단량체의 또는 중합체의 화합물 둘다를 포함한다. 산소 및 질소 원자, 또는 둘다는, 일반적으로 에테르, 에스테르, 우레탄, 아미드, 및 우레아 기에 존재한다. 에틸렌식으로 불포화된 화합물은 바람직하게는 약 4,000 g/mole 미만의 분자량을 가지고, 바람직하게는 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레산 등과 같은, 불포화 카르복실산을 갖는 지방족 모노히드록시기 또는 지방족 폴리히드록시기를 함유하는 화합물의 반응으로부터 만들어 진다. 에틸렌식으로 불포화된 단량체의 대표적인 예는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 스티렌, 디비닐벤젠, 히드록시 에틸 아크릴레이트, 히드록시 에틸 메타크릴레이트, 히드록시 프로필 아크릴레이트, 히드록시 프로필 메타크릴레이트, 히드록시 부틸 아크릴레이트, 히드록시 부틸 메타크릴레이트, 비닐 톨루엔, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 트리에티렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트, 글리세롤 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리메타크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트 및 펜타에리스리톨 테트라메타크릴레이트를 포함한다. 그외 에틸렌식으로 불포화된 레진은 디알릴 프탈레이트, 디알릴 아디페이트, 및 N,N-디알릴아디파미드와 같은, 카르복실산의 모노알릴, 폴리알릴, 및 폴리메탈릴 에스테르 및 아미드를 포함한다. 여전히 다른 질소 함유 화합물은 트리스(2-아크릴-옥시에틸)이소시안우레이트, 1,3,5-트리(2-메타크릴옥시에틸)-s-트리아진, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-메틸-아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐-피롤리돈, 및 N-비닐-피페리돈을 포함한다.
적어도 한개의 펜단트 아크릴레이트기를 갖는 이소시안우레이트 유도체 및 적어도 한개의 펜단트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아네이트 유도체는 미국 특허 제 4,652,274호에 추가로 기술된다. 바람직한 이소시안우레이트 물질은 트리스(히드록시 에틸) 이소시안우레이트의 트리아크릴레이트이다.
아크릴레이티드 우레탄은 히드록시 말단의 이소시아네이트 확장된 폴리에스테르 또는 폴리에테르의 아크릴레이트 에스테르 (대체로 디아크릴레이트 에스테르)이다. 아크릴레이티드 우레탄의 예는 모올톤 티오콜 케미컬로부터 이용가능한, 상품명 "우비탄 782", UCB 라디큐어 스페셜티로부터 이용가능한, 상품명 "CMD 6600", "CMD 8400", 및 "CMD 8805"로서 상업적으로 이용가능한 것들을 포함한다. 아크릴레이티드 에폭시는 비스페놀 A 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르와 같은, 에폭시 수지의 아크릴레이트 에스테르 (대체로 디아크릴레이트 에스테르)이다. 상업적으로 이용가능한 아크릴레이티드 에폭시의 예는 UCB 라디큐어 스페셜티로부터 이용가능한, "CMD 3500", "CMD 3600", 및 "CMD 3700"을 포함한다.
에폭시드 바인더 전구물질은 옥시란 (에폭시드) 고리를 갖고 고리 개열에 의해 중합화된다. 이들 물질은 이들의 골격 및 치환기 (골격으로부터 펜단트한 기)의 성질에 있어서 대단히 다양하다. 예를 들면, 골격은 정상적으로 에폭시드에 관한 형태일 수 있고 치환기는 실온에서 옥시란 고리와 반응성 (또는 반응성이게 만들 수 있는)인 활성 수소 원자가 없는 기일 수 있다. 허용가능한 치환기의 대표적인 예는 할로겐, 에스테르기, 에테르기, 설포네이트기, 실록산기, 니트로기, 및 포스페이트기를 포함한다. 에틸렌식으로 불포화된 기가 없는 바람직한 에폭시 수지의 예는 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르로서 또한 알려진 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)-페닐]프로판, 및 쉘 케미컬 Co.로부터 이용가능한, 상품명 "에폰 828", "에폰 1004", 및 "에폰 1001F", 및 다우 케미컬 Co.로부터 이용가능한, 상품명 "DER-331", "DER-332", 및 "DER-334"로서 상업적으로 이용가능한 물질을 포함한다. 에틸렌식으로 불포화된 기가 없는 그외 적합한 에폭시 수지는 상품명 "덴-431" 및 "덴 438"로서 다우 케미컬 Co.로부터 상업적으로 이용가능한 페놀 포름알데히드 노볼락 수지의 글리시딜 에테르를 포함한다.
열적으로 큐어러블 바인더 전구물질은 본 발명의 연마 슬러리에서 사용될 수 있다. 1:1 미만의 알데히드 대 페놀의 몰비를 갖는 노볼락 페놀릭 수지가 한 예이다. 유용한 상업적으로 이용가능한 페놀릭의 예는 옥시덴탈 케미컬 Co.로부터의 상품명 "두레즈" 및 "바르컴"으로서 알려진 것들; 몬산토로부터의 상품명 "레지녹스"로서 알려진 것들; 애쉬랜드 케미컬 Co.로부터의 상품명 "에어로펜" 및 "아로탑"으로서 알려진 것들을 포함한다. 본 발명의 연마 슬러리는 추가로 희석제를 포함할 수 있다. 여기에 사용된 "희석제"란 용어는 첨가되는 바인더 전구물질의 점도를 감소시키거나 감소시키지 않는 낮은 분자량 (즉, 500 g/mole 미만)의 유기 물질을 내포한다. 희석제는 바인더 전구물질에 반응성이거나 불활성일 수 있다.
낮은 분자량의 아크릴레이트는 반응성 희석제의 하나의 바람직한 형태이다. 바람직한 아크릴레이트 반응성 희석제는 대체로 약 100 내지 약 500 g/mole의 범위의 분자량을 가지고, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트, 글리세롤 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리메타크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트 및 펜타에리스리톨 테트라메타크릴레이트를 포함한다. 메틸 메타크릴레이트 및 에틸 메타크릴레이트가 또한 사용될 수 있다.
그외 유용한 반응성 희석제는 카르복실산의 모노알릴, 폴리알릴, 및 폴리메탈릴 에스테르 및 아미드 (디알릴 프탈레이트, 디알릴 아디페이트, 및 N,N-디알릴아디파미드와 같은); 트리스(2-아크릴로일-옥시에틸)이소시안우레이트, 1,3,5-트리(2-메타크릴옥시에틸)-s-트리아진, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, 및 N-비닐피페리돈을 포함한다.
연마 입자
본 발명의 연마 슬러리에 적합한 연마 입자는 바람직한 또는 예정된 입자 크기 분포를 얻기 위해 크기 등급화된다. 예를 들면, 연마 입자는 아메리칸 내셔널 스탠다드, Inc. (ANSI)의 기준에 의해 제정된 기준에 따라 등급화될 수 있다. ANSI 기준은 각 표시 등급에 대한 입자 크기 분포가 숫자적으로 정해진 한계내에 들어야 함을 지정한다. ANSI 기준에 따라, 표시 등급은 3개의 입자 크기 부분, "컨트롤" 부분, "오버그레이드" 부분 (컨트롤 부분 보다 표시적으로 한 부분 더 굵은 큰 입자를 함유함), 및 "파인 (fine)" 부분 (컨트롤 부분 보다 더 미세한 작은 입자를 합유함)으로 구성된다. 추가적으로, ANSI 기준은 오버그레이드 부분 보다 더 굵은 입자의 중량의 0.5% 까지 함유할 수 있다. 각 부분내에 들어가는 입자의 백분율은 등급에 따라 다르고; 일반적으로, 그러나, 약 50 내지 60% 중량은 컨트롤 부분에 있고, 약 10% 중량은 오버그레이드 부분에 있고, 약 30 내지 40%는 파인 부분에 있다. 전체로서 고려될 때, 3개 부분의 합은 "풀 (full) 그레이드"로서 언급된다. 연마 입자는 특별한 크기의 구멍을 갖는 스크린을 사용하여 부분들로 분리될 수 있다.
미국외에서 사용되는 등급 시스템은 정확한 입자 크기, 및 "풀 그레이드"를 구성하는 부분들에 들어가는 입자의 중량 백분율에 따라 다소 다르다. ANSI 시스템과 같이, 일본 등급 시스템 (Japanese Industrial Standard, JIS)은 3개의 부분을 사용하고, 유럽의 등급 시스템 (Federation of European Producers of Abrasive Products, FEPA)은 효과적으로 4개의 부분 (대략 ANSI의 오버그레이드 및 컨트롤 부분에 상응하는 가장 굵은 3개)을 포함한다.
연마 입자 등급 (즉, ANSI, JIS, 및 FEPA 등급)은 입자 크기가 주어진 입자 크기의 수에 대해 플롯될 때 (즉, 입자 크기는 x-축을 따라 플롯되고 입자의 수는 카르테시안 코오디네이트 시스템의 y-축을 따라 플롯됨), 대체로 가우스식, 또는 종-모양의 분포를 갖는다.
연마 입자 크기를 측정하는 다양한 방법은 이 기술 분야의 숙련자에게 알려져 있다. 스크리닝, 침강, 레이저 측정 등과 같은, 스탠다드한 방법은 본 발명에 유용한 연마 입자 크기를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 특히 적합한 한 방법은 순환하는 입자의 현탁액을 통과하는 2개의 다른 광파장의 회절각에 기저한 입자 크기를 결정하는 프라운호퍼-미에 (Fraunhofer-Mie) 계산법을 사용하는 기계에 바탕을 둔다. 이 기술은 캘리포니아, 어바인의 호리바 인스트루먼트, Inc.에 의해 제조된 호리바 LA-910와 같은, 상업적으로 제조된 기계에 의해 수행될 수 있다. 이 기술은 용량 기저로 입자 크기를 측정하고, 2차원적 회절 결과에 의해 결정된 입자 크기는 3차원적 용량 출력으로 엑스트라폴레이트된다.
등급화된 연마 입자 샘플의 입자 크기는 샘플에서 연마 입자의 평균 입자 크기 또는 D50에 의해 특징화될 수 있다. 등급화된 연마 입자 샘플의 평균 입자 크기는 샘플에 있는 모든 연마 입자 용량의 50%가 평균 입자 크기 미만의 입자 크기를 갖는 입자 크기와 동등하다. 예를 들면, 샘플의 평균 입자 크기 또는 D50는 25 μm이고 샘플에 있는 모든 입자의 총용량은 100 cm3이며, 샘플의 총용량의 50% (즉, 50 cm3)를 포함하는 입자는 25 μm 미만의 크기를 갖는다.
본 발명의 연마 슬러리에서 연마 입자는 적어도 2개의 다른 등급으로부터의 연마 입자를 포함한다. 본 발명에 따라 평균 입자 크기 비율 (더 작은 등급의 연마 입자의 평균 입자 크기에 의해 나뉘어진 더 큰 등급의 연마 입자의 평균 입자 크기로서 정의됨)은 약 2 이상이다. 더욱 바람직하게는, 평균 입자 크기 비율이 약 3 이상이다. 가장 바람직하게는, 평균 입자 크기 비율이 약 5 이상이고, 특히 가장 바람직하게는 평균 입자 크기 비율이 약 7 이상이다. 그러므로, 만일, 예를 들어, 더 큰 제 1 등급의 연마 입자는 60 μm의 평균 입자 크기를 갖고, 더 작은 제 2 등급의 연마 입자는 30 μm 이하의 평균 입자 크기를 가져야 한다.
도 1에, 본 발명의 연마 슬러리에 대한 전형적인 입자 크기 분포의 그래프가 보여진다. 연마 입자 크기는 로그 스케일을 사용하여 코오디네이트 시스템의 x-축을 따라 플롯된다. 연마 입자의 수에 비례하는, 주파수는, 코오디네이트 시스템의 y-축을 따라 플롯된다. 연마 입자의 분포는 히스토그람-스타일 플롯에 의해 나타난다. 각 히스토그람 컬럼의 높이는 x-축에 표시된 크기 범위에 있는 연마 입자의 수에 비례한다. 도 1에 보여진 바대로, 연마 입자 크기의 분포는 2개의 다른 가우스식 또는 종-모양의 곡선을 갖고, 이의 중심은 10 및 12로서 표시된다. 10에 중심된 종-모양의 곡선은 연마 슬러리에서 주로 2개의 연마 입자 등급의 더 작은 것에 의한다. 12에 중심된 종-모양의 곡선은 연마 슬러리에서 주로 더 큰 연마 입자 등급에 의한다. 종-모양의 곡선의 중심간 거리는 2개의 연마 등급의 평균 입자 크기에 있어서의 차이에 비례한다. 그러므로, 종-모양의 분포의 중심 10 및 12 사이의 거리는 평균 입자 크기 비율이 증가함에 따라 증가할 것으로 기대된다. 종-모양의 곡선의 높이 (x-축으로부터의 거리)는 연마 입자의 수에 비례한다. 그러므로, 연마 슬러리에서 연마 입자 등급의 양이 증가될수록, 연마 입자 등급에 상응하는 종-모양의 곡선은 높이에서 유사하게 증가할 것이다.
2개 등급의 연마 입자에 대한 평균 입자 크기가 약 2 이상이어야 하더라도, 이것이 각 등급에서 동일한 크기의 연마 입자를 갖는 것을 배제하는 것은 아님을 알아야 한다. 각 연마 등급이 연마 입자 크기의 분포를 포함하므로, 분포의 오버랩이 배제되지 않는다. 예를 들면, 30 μm의 D50를 갖는 연마 등급 및 60 μm의 D50를 갖는 연마 등급은 둘다 45 μm의 크기를 갖는 연마 입자를 함유한다. D50비율이 증가할수록 두등급에 공통되는 입자 크기의 범위는 감소한다.
본 발명의 연마 슬러리에서 연마 입자의 등급은 적어도 몇 경우에, 워크피스상에 더 미세한 (즉, 더 부드러운) 피니쉬를 제공하기 위해서, 예를 들면, 감소된 슬러리 침강율, 더 길어진 연마 물품 유효 수명, 및/또는 능력과 같은, 적어도 한개의 개선된 성질에 대한 가능성을 제공하기 위해서 충분한 상대량으로 공급되어야 한다. 대체로, 2개 등급의 연마 입자를 함유하는 연마 슬러리는 더 큰 등급의 연마 입자의 약 10 내지 약 90 중량% 및 더 작은 등급의 연마 입자의 약 10 내지 약 90 중량%를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 연마 슬러리는 더 큰 등급의 연마 입자의 약 25 내지 약 75 중량% 및 더 작은 등급의 연마 입자의 약 25 내지 약 75 중량%를 포함한다. 가장 바람직하게는, 더 큰 등급의 연마 입자는 약 60 중량%이고 더 작은 등급의 연마 입자는 약 40 중량%이다. 2개 이상의 등급의 연마 입자를 포함하는 연마 슬러리는 대체로 더 큰 등급의 연마 입자의 약 10 내지 50 중량% 및 더 작은 등급의 연마 입자의 약 50 내지 약 90 중량%를 포함한다. 2개 이상의 더 작은 연마 입자 등급이 있다면, 이들 등급은 동등하거나 동등하지 않은 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 연마 입자는 대체로 약 0.1 내지 약 1500 μm, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 700 μm, 가장 바람직하게는 약 1 내지 250 μm 및 특히 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 150 μm의 평균 입자 크기를 갖는다.
본 발명의 연마 슬러리 또는 연마 물품에 사용되는 연마 입자는 적어도 약 7, 더욱 바람직하게는 적어도 약 7.5, 가장 바람직하게는 적어도 약 8, 및 특히 가장 바람직하게는 적어도 약 8.5의 모스 경도를 갖는 것이 바람직하다. 모스 경도는 연마 입자의 상대 경도를 측정하는 척도를 의미한다. 모스 경도 척도는 1 내지 10의 범위에 있고, 1은 가장 유연하고 (즉, 탈크의 경도를 가짐) 10은 가장 단단하다 (즉, 다이아몬드의 경도를 가짐).
연마 입자는 연마 기술 분야에서 보통 사용되는 것들로부터 선택될 수 있으나, 연마 입자 크기 및 조성물은 연마 물품의 응용을 염두에 두고 선택될 것이다. 적합한 연마 입자를 선택함에 있어서, 열전도성뿐만 아니라, 경도, 계획된 워크피스와의 적합성 및 반응성, 입자 크기와 같은 특성이 고려될 수 있다.
적합한 연마 입자의 예는: 보론 카바이드, 큐빅 보론 니트리드, 용융된 알루미늄 옥사이드, 세라믹 알루미늄 옥사이드, 열처리된 알루미늄 옥사이드, 알루미나 지르코나, 실리콘 카바이드, 아이언 옥사이드, 탄탈럼 카바이드, 세륨 옥사이드, 가네트, 티타늄 카바이드, 합성 및 천연 다이아몬드, 지르코늄 옥사이드, 실리콘 니트리드, 및 이들의 조합물을 포함한다.
연마 입자는 불규칙적일 수 있거나 성형될 수 있다. 불규칙하게 성형된 입자는 예를 들면, 방법의 어떤 단계 중 입자를 크러슁함으로써, 만들어진다. 성형된 연마 입자는 로드 (교차-단면적을 가짐), 피라미드, 및 다각면을 갖는 얇은 페이스드 (faced) 입자를 포함한다. 성형된 세라믹 알루미나 연마 입자 및 이들을 만드는 방법은 예를 들면, 미국 특허 제 5,090,968호 (펠로우) 및 제 5,201,916호 (베르그 등)에 기술된다.
연마 입자상에 표면 코팅을 갖는 것이 또한 가능하다. 표면 코팅은 연마 입자의 연마 특성을 변화시키고, 바인더에 연마 입자의 부착을 증가시키기 위해, 또는 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 표면 코팅의 예는 미국 특허 제 4,997,461호 (마르코프-매트니 등), 제 5,011,508호 (왈드 등), 제 5,131,926호 (로스토커), 제 5,213,591호 (셀리카야 등), 및 제 5,474,583호 (셀리카야)에 보고된다.
연마 입자는 또한 개별적인 연마 입자의 덩어리를 포함할 수 있다. 연마 덩어리는 특별한 미립 구조를 가질 수 있는 더 큰 연마 입자를 형성하기 위해 다수의 연마 입자가 바인더와 서로 결합될 때 형성된다. 연마 덩어리를 형성하는 다수의 입자는 한개 형태 이상의 연마 입자를 포함할 수 있고, 사용되는 바인더는 백킹에 덩어리를 결합하기 위해 사용되는 바인더와 동일하거나 상이할 수 있다.
큐어링제
본 발명의 연마 슬러리는 추가로 큐어링제를 포함할 수 있다. 큐어링제는 초기에 유동성 바인더 전구물질이 큐어링된 또는 고체 바인더로 변환되는 것과 같이, 중합화 또는 교차연결 과정을 초기화하고 완결하는 기능을 하는 물질이다. 큐어링제란 용어는 기폭제, 광기폭제, 촉매 및 활성화제를 포함한다. 큐어링제의 양 및 형태는 대체로 바인더 전구물질의 화학적 반응성에 의존한다.
바람직한 에틸렌식으로 불포화된 단량체 또는 소중합체의 중합화는 자유-라디칼 첨가 중합화 기전을 통해 일어난다. 자유 라디칼 중합화는 전자빔 에너지원, 자외선 방사원, 가시 방사원, 또는 열에너지원 (즉, 가열)에 의해 초기화될 수 있다. 전자빔원이 사용되면, 전자빔은 바인더 전구물질에 직접 자유-라디칼을 발생시키고 이에 의해 화학적 기폭제 필요 없이 중합화를 초기화한다. 그러나, 바인더 전구물질이 전자빔에 노출되더라도 화학적 기폭제를 사용하는 것이 또한 본 발명의 범위내에 있다. 만일 에너지원이 열, 자외선, 또는 가시광선이면, 화학적 기폭제가 중합화를 초기화하는 자유-라디칼을 발생시키기 위해 필요할 수 있다. 자외선 또는 열에 노출하여 자유 라디칼을 발생시키는 화학적 기폭제의 예는 유기 퍼록시드, 아조 화합물, 퀴논, 니트로소 화합물, 아실 할라이드, 히드라존, 메르캅토 화합물, 피릴리움 화합물, 이미다졸, 클로로트리아진, 벤조인, 벤조인 알킬 에테르, 디케톤, 페논, 및 이들의 혼합물을 포함하고, 이에 국한되지는 않는다. 자외선에 노출하여 자유 라디칼을 발생시키는 상업적으로 이용가능한 광기폭제의 예는 시바 가이기 컴퍼니로부터 상업적으로 이용가능한 상품명 "이그라큐어 651" 및 "이그라큐어 184"로서 알려진 것들, 머크로부터 상업적으로 이용가능한 상품명 "다로커 1173"으로서 알려진 광기폭제를 포함한다. 대체로, 화학적 기폭제는 바인더 전구물질의 중량을 기준으로, 약 0.1 내지 약 10 중량%, 바람직하게는 약 2 내지 약 4 중량%의 양으로 사용된다. 추가적으로, 연마 입자 및/또는 채움재 입자와 같은, 미립 물질의 첨가 이전에 바인더 전구물질에서 화학적 기폭제를 분산 (바람직하게는 균일하게 분산)하는 것이 바람직하다.
임의로, 연마 슬러리는 공기 또는 질소와 같은, 불활성 기체내에서 바인더 전구물질의 중합화에 영향을 주는 광증감제 또는 광기폭제 시스템을 함유할 수 있다. 이들 광증감제 또는 광기폭제 시스템은 카르보닐기 또는 3급 아민기, 및 이들의 혼합물을 갖는 화합물을 포함한다. 카르보닐기를 갖는 바람직한 화합물에는 벤조페논, 아세토페논, 벤질, 벤즈알데히드, o-클로로벤즈알데히드, 크산톤, 티오크산톤, 9,10-안트라퀴논, 및 광증감제로서 작용할 수 있는 그외 방향족 케톤이 있다. 바람직한 3급 아민에는 메틸디에탄올아민, 에틸디에탄올아민, 트리에탄올아민, 페닐메틸에탄올아민, 및 디메틸아미노에틸벤조에이트가 있다.
첨가제
본 발명의 연마 슬러리는 가소제, 연마 입자 표면 변형 첨가제, 커플링제, 채움재, 확장제, 섬유, 대전 방지제, 기폭제, 현탁제, 광증감제, 윤활제, 습윤제, 계면활성제, 안료, 염료, UV 안정화제 및 현탁제와 같은 임의의 첨가제를 추가로 포함한다. 이들 물질의 양은 바람직한 성질을 제공하기 위해 선택될 수 있다.
가소제의 예는 폴리비닐 클로라이드, 디부틸 프탈레이트, 알킬벤질 프탈레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 셀룰로즈 에스테르, 프탈레이트, 실리콘 오일, 아디페이트 및 세바케이트 에스테르, 폴리올, 폴리올 유도체, t-부틸페닐 디페닐 포스페이트, 트리크레실 포스페이트, 카스터 오일, 이들의 조합물 등을 포함한다.
본 발명의 연마 슬러리는 습윤제 (즉, 계면활성제) 및 커플링제를 포함하는 표면 변형 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 커플링제는 바인더 및 연마 입자 사이에 연합교를 제공할 수 있다. 추가적으로 커플링제는 바인더 및 채움재 입자 사이에 연합교를 제공할 수 있다. 커플링제의 예는 실란, 티타네이트, 및 지르코알루미네이트를 함유한다.
본 발명의 연마 슬러리는 추가로 채움재를 포함할 수 있다. 채움재는 약 0.1 내지 약 50 μm, 대체로 약 1 내지 약 30 μm의 평균 입자 크기를 갖는 미립 물질이다. 본 발명에 유용한 채움재는: 금속 카르보네이트 (예를 들면, 칼슘 카르보네이트 (쵸크, 칼시트, 말, 트라베르틴, 마블 및 림스톤), 칼슘 마그네슘 카르보네이트, 소듐 카르보네이트, 마그네슘 카르보네이트), 실리카 (예를 들면, 석영, 글래스 비드, 글래스 버블, 글래스 섬유), 실리케이트 (예를 들면, 탈크, 클레이, (몬트모릴로니트) 펠드스파, 미카, 칼슘 실리케이트, 칼슘 메타실리케이트, 소듐 알루미노실리케이트, 소듐 실리케이트), 금속 설페이트 (예를 들면, 칼슘 설페이트, 바륨 설페이트, 소듐 설페이트, 알루미늄 소듐 설페이트, 알루미늄 설페이트), 석고, 베르미컬리트, 우드 플라워, 알루미늄 트리히드레이트, 카본 블랙, 금속 옥사이드 (예를 들면, 칼슘 옥사이드 (라임), 알루미늄 옥사이드, 틴 옥사이드 (스태닉 옥사이드), 티타늄 디옥사이드) 및 금속 설피트 (예를 들면, 칼슘 설피트), 열가소성 입자 (예를 들면, 폴리카르보네이트, 폴리에테리미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리설폰, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 아세탈 중합체, 폴리우레탄, 및 나일론의 입자) 및 열경화성 입자 (예를 들면, 페놀릭 버블, 페놀릭 비드, 폴리우레탄 폼 (foam) 입자)를 포함한다.
본 발명의 연마 슬러리는 추가로 현탁제를 포함할 수 있다. 현탁제의 한 예는 상품명 "옥스-50"으로서, 데구싸 Corp.로부터 상업적으로 이용가능한, 150 m2/g 미만의 표면적을 갖는 비결정질의 실리카 입자이다. 현탁제의 첨가는 연마 슬러리의 전체적인 점도를 낮출 수 있다. 현탁제의 용도가 추가로 미국 특허 제 5,368,619호에 기술된다.
본 발명의 연마 슬러리는 분쇄 보조제를 추가로 포함할 수 있다. 분쇄 보조제는 연마 물품의 사용 중 워크피스/연마 물품의 경계면에서 유익하게 상호 작용한다. 특히, 이 기술 분야에서 분쇄 보조제는 1) 연마 입자 및 연마될 워크피스 사이의 마찰을 감소시키거나; 2) "캡핑"으로부터 연마 입자를 보호 (즉, 금속 입자가 연마 입자의 상부에 용접되는 것을 보호)하거나; 3) 연마 입자 및 워크피스 사이의 경계 온도를 감소시키거나; 또는 4) 요구되는 분쇄력을 감소시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 분쇄 보조제는 광범위하게 다른 물질을 포함하고 무기 또는 유기 기저일 수 있다. 본 발명에 유용한 분쇄 보조제의 화학적 그룹의 예는 왁스, 유기 할라이드 화합물, 할라이드 염 및 금속 및 이들의 합금을 포함한다. 유기 할라이드 화합물은 대체로 연마 중 파괴할 것이고 할로겐 산 또는 기체의 할라이드 화합물을 방출할 것이다. 이러한 물질의 예는 테트라클로로나프탈렌 같은 클로리네이티드 왁스, 펜타클로로나프탈렌, 및 폴리비닐 클로라이드를 포함한다. 할라이드 염의 예는 소듐 클로라이드, 포타슘 크리올라이트, 소듐 크리올라이트, 암모늄 크리올라이트, 포타슘 테트라플푸오로보레이트, 소듐 테트라플루오로보레이트, 실리콘 플루오라이드, 포타슘 클로라이드, 및 마그네슘 클로라이드를 포함한다. 금속의 예는 틴, 레드, 비스무스, 코발트, 안티모니, 카드뮴, 아이언, 및 티타늄을 포함한다. 그외 분쇄 보조제는 황, 유기 황 화합물, 흑연 및 금속 설파이드를 포함한다. 가른 분쇄 보조제의 조합물을 사용하는 것이 또한 본 발명의 범위내에 있고 몇 경우에서 이는 협력 효과를 생성할 수 있다. 여기에 열거된 분쇄 보조제는 오직 대표적인 분쇄 보조제의 리스트이다.
분쇄 보조제는 바람직하게는 본 발명의 연마 슬러리에서 연마 슬러리의 총량을 기준으로, 0 내지 약 60% 중량, 더욱 바람직하게는 0 내지 약 40% 중량 범위의 양으로 사용된다. 만일 비-반응성 채움재가 사용되면, 분쇄 보조제는 약 50% 중량까지 사용될 수 있다.
본 발명의 연마 슬러리는 미국 특허 제 4,871,376호 (드발드)에 보고된 것과 같이, 커플링제를 추가로 포함할 수 있다. 바람직한 커플링제는 유기-기능성 부분 또는 무기-기능성 부분을 통해 작동한다. 커플링제가 무기 채움재를 함유하는 바인더 전구물질에 첨가될 때 커플링제의 유기-기능성 기는 바인더 전구물질에 결합하게 되거나, 또는 그렇지 않으면 바인더 전구물질에 이끌리거나 또는 연합한다. 무기-기능성 부분은 분산된 무기 채움재와 유사한 연합을 생성하는 것으로 나타난다. 그러므로, 커플링제는 바인더 전구물질/채움재 경계면에서 바인더 전구물질 및 무기 채움재 사이에 다리로서 작용할 수 있다. 다양한 시스템에서 이는 큐어링되지 않은 바인더 전구물질, 및 큐어링된 바인더내에 분산된 채움재의 유지에 있어서의 향상, 바인더 전구물질 점도의 감소, 및/또는 연마 물품 성능, 유효 수명, 및 수분 불감성에 있어서의 향상을 초래한다.
본 발명에 적합한 것으로 알려진 커플링제의 예는 유니온 카바이드 코포레이션으로부터 상품명 "A-174"로서 알려진 메타크릴옥시프로필 실란이다. 그외 적합한 커플링제는 지르코알루미네이트 및 티타네이트이다. 실란, 티타네이트, 및 지르코알루미네이트 커플링제의 용도를 설명하는 추가의 예는 미국 특허 제 4,871,376호 및 제 4,773,920호에 개시된다. "커플링제"란 용어는 커플링제의 혼합물을 또한 포함할 수 있다.
연마 슬러리의 제조
본 발명의 연마 슬러리는 바인더 전구물질, 연마 입자, 및 임의의 내용물을 혼합하는 적합한 기술을 사용하여 서로 조합함으로써 제조될 수 있다. 혼합 기술의 예는 낮은 전단 및 높은 전단 혼합 둘다를 포함하고, 높은 전단 혼합이 바람직하다. 초음파 에너지는 또한 연마 슬러리의 점도를 낮추기 위해 혼합 단계와 조합하여 사용될 수 있다. 대체로, 연마 입자는 바인더 전구물질에 서서히 첨가된다. 연마 슬러리가 바인더 전구물질, 연마 입자 및 임의의 첨가제의 균일한 혼합물인 것이 바람직하다. 필요하면, 물 및/또는 용매가 점도를 낮추기 위해 첨가될 수 있다. 몇 경우에 점도를 낮추기 위해 연마 슬러리를 가열하는 것이 바람직하다.
코팅전에 잘 코팅하는 유동성을 확실히 하고 연마 입자 및 그외 채움재가 코팅전에 침강하지 않는 것을 확실히 하기 위해 감시되어야 한다.
연마 물품
본 발명은 연마 슬러리 뿐만 아니라 연마 슬러리로부터 만들어진 연마 물품을 제공한다. 본 발명의 연마 물품은 코팅된 연마 물품 또는 부직포 연마 물품일 수 있다.
본 발명의 코팅된 연마 물품은 앞면에 부착되어 있는 연마 코팅을 갖는 백킹을 포함한다. 연마 코팅은 큐어링되거나 고체화된 본 발명의 연마 슬러리를 포함한다. 연마 코팅은 연속적인 코팅이 바람직한 표면 지형을 갖는 것으로서 제공될 수 있거나 또는 선택적으로, 코팅 (즉, 메이크 코팅) 또는 일련의 코팅에 의해 백킹에 부착된 다수의 합성물 입자로서 제공될 수 있다.
부직포 연마 물품은 바인더에 의한 상호 접촉 지점에서 서로 묶인 섬유의 개방된, 부푼, 3차원 웹의 섬유를 포함한다. 이런 구조의 바인더는 본 발명의 슬러리를 포함할 수 있다. 덧붙여, 본 발명의 연마 합성물 입자는 부직포 연마 입자를 제공하기 위해 부직포 웹의 섬유에 부착될 수 있다. 부직포 연마 물품을 만드는 방법은 미국 특허 제 2,958,293호 (후버) 및 제 4,227,350호 (피쳐)에 기술된다.
본 발명은 연마 물품의 선행 기술과 비교하여 개선된 유효 수명을 가질 수 있고 적어도 몇 경우에, 워크피스상에 더 미세한 (즉, 더 부드러운) 피니쉬를 제공하는 능력을 제공할 수 있는 연마 물품을 제공한다. 개선된 유효 수명은 연마 코팅의 부식율을 감소시킴으로써 제공된다. 감소된 부식율은 굵은 등급 스트럭쳐드 연마 물품 및 합성물 입자에 특히 중요하고, 이는 가혹한 분쇄 (연마) 조건하에서 과잉의 부식을 일으키기 쉽다. 더 작은 등급의 연마 입자의 첨가는 바인더 및 연마 입자 사이의 증가된 결합 면적을 제공하고 이에 의해 더 강하고 부식을 덜 일으키는 연마 코팅 또는 합성물 입자를 초래하는 것으로 여겨진다.
도 2에, 본 발명에 따른 연마 물품의 첫번째 실시 양태가 보여진다. 연마 물품 (20)은 앞면에 연마 코팅 (23)을 갖는 백킹 (22)를 포함한다. 연마 코팅 (23)은 바인더 (24)에 분산된 다수의 연마 입자를 포함한다. 연마 코팅 (23)은 본 발명의 연마 슬러리를 큐어링하거나 고체화함으로써 형성된다. 이 실시 양태에서, 바인더 (24)는 연마 코팅 (23)을 백킹 (22)에 결합시킨다. 본 발명에 따라 연마 입자는 적어도 2개의 다른 등급의 연마 입자, 더 큰 제 1 등급 (26), 및 더 작은 제 2 등급 (28)의 혼합물을 포함하고, 이는 바인더 (24)를 통해 분산된다. 본 발명의 연마 물품에서, 평균 입자 크기 비율 (더 작은 등급 (28)의 평균 입자 크기에 의해 나뉘어진 더 큰 등급 (26)의 평균 입자 크기)은 약 2 이상이다. 더욱 바람직하게는, 평균 입자 크기 비율이 약 3 이상이다. 가장 바람직하게는 평균 입자 크기 비율이 약 5 이상이고, 특히 가장 바람직하게는 평균 입자 크기 비율이 약 7 이상이다.
연마 코팅 (23)은 바람직한 표면 지형을 가질 수 있다. 연마 코팅 (23)의 표면 지형은 예를 들면, 연마 슬러리를 적용하기 위해 사용되는 코팅 기술, 연마 슬러리의 유동학, 및 코팅 및 연마 슬러리의 큐어링 또는 고체화 사이의 시간과 같은 인자에 의해 조절될 수 있다. 도 2에서, 연마 코팅 (23)은 다수의 상승된 불규칙하게 성형된, 규칙적으로 반복하는 리지를 포함하는 텍스쳐드 사인곡선적 표면 지형을 갖는다. 사인곡선적 표면 지형은 예를 들면, 백킹에 본 발명의 연마 슬러리를 그라비야 코팅함으로써, 형성될 수 있다. 선택적으로, 연마 코팅 (23)은 예를 들면, 백킹에 본 발명의 연마 슬러리를 나이프 코팅 또는 다이 코팅함으로써, 형성된, 부드러운 표면 지형을 가질 수 있다.
도 3에, 본 발명의 연마 입자의 두번째 실시 양태가 보여진다. 연마 물품 (30)은 다수의 정확하게 성형된 연마 합성물을 포함하는 스트럭쳐드 연마 물품이고 각 합성물은 예정된 모양을 갖고 예정된 배열에서 백킹상에 놓여진다. 연마 물품 (30)은 앞면에 다수의 정확하게 성형된 연마 합성물 (35)를 갖는 백킹 (32)를 포함한다. 연마 합성물 (35)는 구별할 수 있는 정확한 모양 (즉, 피라미드)을 갖고 바인더 (39)에 분산된 다수의 연마 입자를 포함한다. 이 실시 양태에서, 바인더 (39)는 연마 합성물 (35)를 백킹 (32)에 결합시킨다. 연마 합성물 (35)는 본 발명의 연마 슬러리를 큐어링 또는 고체화함으로써 형성된다. 그러므로, 연마 입자는 적어도 2개의 다른 등급의 연마 입자, 더 큰 제 1 등급 (38), 및 더 작은 제 2 등급 (36)을 포함한다. 본 발명의 연마 물품에서, 평균 입자 크기 비율 (즉, 더 작은 등급 (36)의 평균 입자 크기에 의해 나뉘어진 더 큰 등급 (38)의 평균 입자 크기)은 약 2 이상이다. 더욱 바람직하게는, 평균 입자 크기 비율이 약 3 이상이다. 가장 바람직하게는 평균 입자 크기 비율이 약 5 이상이고 특히 가장 바람직하게는 평균 입자 크기 비율이 약 7 이상이다.
대체로, 스트럭쳐드 연마 입자는 연마 슬러리가 생성 툴의 정확하게 성형된 리세스내에 보유되어 있는 동안 본 발명의 연마 슬러리를 적어도 부분적으로 큐어링하거나 고체화함으로써 생성된다. 생성 툴의 정확하게 성형된 리세스는 연마 슬러리를 바람직한 정확한 모양으로 만드는 기능을 한다. 연마 슬러리의 바인더 전구물질은 연마 슬러리가 "셋"되고 생성 툴로부터 제거되어 정확한 모양을 잃지 않도록 정확하게 성형된 리세스에 보유되어 있는 동안 적어도 부분적으로 큐어링되거나 고체화되어야 한다.
도 4 및 5에, 본 발명에 따른 세번째 및 네번째 실시 양태가 보여진다. 연마 물품(40)은 이에 결합된 다수의 합성물 입자 (44)를 갖는 백킹 (42)를 포함한다. 합성물 입자 (44)는 바인더에 분산된 다수의 연마 입자를 포함한다. 합성물 입자는 개별적인 입자의 형태로 본 발명의 연마 슬러리를 큐어링하거나 고체화함으로써 형성된다. 합성물 입자 (44)는 그안에 분산된 적어도 2개의 다른 등급의 연마 입자, 더 큰 제 1 등급 (54), 및 더 작은 제 2 등급 (55)의 혼합물을 갖는 바인더 (52)를 포함한다. 평균 입자 크기 비율 (즉, 더 작은 등급 (55)의 평균 입자 크기에 의해 나뉘어진 더 큰 등급 (54)의 평균 입자 크기)은 약 2 이상이다. 더욱 바람직하게는, 평균 입자 크기 비율이 약 3 이상이다. 가장 바람직하게는 평균 입자 크기 비율이 약 5 이상이고, 특히 가장 바람직하게는 평균 입자 크기 비율이 약 7 이상이다. 합성물 입자 (44)는 정확하게 성형될 수 있거나 불규칙하게 성형될 수 있다. 정확하게 성형된 합성물 입자는 슬러리가 생성 툴의 정학하게 성형된 리세스내에 보유되어 있는 동안 본 발명의 연마 슬러리를 적어도 부분적으로 큐어링하거나 고체화함으로써 형성될 수 있다. 불규칙하게 성형된 합성물 입자는 예를 들면, 큐어링되거나 고체화된 연마 슬러리를 크러슁함으로써, 형성될 수 있고 이에 의해 개별적인 불규칙하게 성형되고 사이즈드 (sized)된 합성물 입자를 형성한다. 이 실시 양태에서, 정확하게 성형된 합성물 입자 (44)는 2개의 코팅에 의해 백킹 (42)에 결합된다. 보통 메이크 코트로서 언급되는, 코팅 (46)은, 백킹 (42)에 적용되고 합성물 입자 (44)를 백킹 (42)에 결합시킨다. 보통 사이즈 코트로서 언급되는, 코팅 (48)은, 합성물 입자 (44)에 적용되고 합성물 입자 (44)를 강화시킨다. 임의로, 보통 수퍼사이즈 코트로서 언급되는, 세번째 코팅 (50)은 사이즈 코트 (48)에 적용될 수 있다. 합성물 입자는 드롭 코팅 또는 정전기적 코팅과 같은, 통상적 기술에 의해 백킹에 적용될 수 있다. 코팅 방법에 따라, 합성물 입자는 비-무작위 방식 (도 4 참조)으로 백킹에 대해 오리엔트될 수 있거나, 또는 이들은 무작위 방식 (도 5 참조)으로 백킹에 대해 오리엔트될 수 있다.
연마 물품을 위한 백킹 물질
본 발명에 따른 연마 물품을 위한 백킹은 종이, 직물, 필름, 가황 섬유, 직물 및 부직포 물질 등, 또는 이들 물질의 2개 이상의 조합물 또는 이들의 가공된 형태와 같은, 많은 통상적으로 사용되는 백킹일 수 있다. 백킹 물질의 선택은 연마 물품의 계획된 응용에 의존할 것이다. 백킹의 강도는 사용 중 테어링 또는 그외 손상을 견디기에 충분해야 하고 백킹의 두께 및 유연성은 계획된 응용에 바람직한 생성물 두께 및 유연성의 성취를 허용한다. 백킹에의 연마 슬러리의 부착은 또한 "쉘링"으로서 알려진, 정상적인 사용 중 개별적인 연마 입자 또는 연마 코팅의 현저한 탈립성을 보호하기에 충분해야 한다. 몇몇 응용에서 백킹이 방수인 것이 또한 바람직하다. 백킹의 두께는 계획된 응용에 바람직한 강도를 제공하기에 충분해야 하고; 그렇지만, 연마 물품에서 바람직한 유연성에 영향을 미칠만큼 두꺼워서는 안된다. 백킹이 코팅된 연마제의 래핑 (lapping)을 위해, 폴리에스테르와 같은, 중합체 필름이어야 하고, 연마 슬러리 및 결과의 연마 합성물의 필름에의 부착을 증진시키기 위해, 에틸렌 아크릴산과 같은, 물질로 필름이 프라임되어야 하는 것이 바람직하다. 몇몇 경우에 백킹이 자외선 또는 가시 방사선에 투명한 것이 바람직하다.
직물 백킹의 경우에, 연마 슬러리의 적용 이전에 적어도 한개의 코팅으로 백킹의 간극을 채우는 것이 때때로 바람직하다. 이 목적을 위해 사용된 코팅은 포화제, 백 또는 프리사이즈 코팅이라 불리우고, 이는 어떻게 및 백킹의 어떤 표면에 코팅이 적용되는 지에 의존한다.
백킹은 유사한 또는 유사하지 않은 백킹 물질의 2개 이상의 플라이를 라미네이팅함으로써 만들어진 백킹의 라미네이트를 포함한다. 예를 들면, 필름은 스티퍼 (stiffer), 예를 들면, 금속판과 같은, 더욱 단단한 기판에, 단단한 기판에 지지된 코팅을 갖는 연마 입자를 생성하기 위하여, 라미네이트될 수 있다.
백킹의 뒷면은 또한 연마 물품이 백-업 패드에 안전하게 될 수 있도록 압력-민감성 부착제 또는 후크 (hook) 및 루프 (loop) 형태의 접착 시스템을 함유할 수 있다. 이 목적에 적합한 압력-민감성 부착제의 예는 고무-기저 부착제, 아크릴레이트-기저 부착제, 및 실리콘-기저 부착제를 포함한다. 후크 및 루프 형태의 접착 시스템이 예를 들면, 미국 특허 제 5,505,747호 (체슬리 등)에 개시된다.
연마 코팅을 포함하는 연마 물품을 만들기 위한 방법
본 발명은 본 발명의 연마 물품을 생성하기 위한 대표적인 방법을 추가로 제공한다. 연마 물품을 만드는 첫번째 방법은:
(1)본 발명의 연마 슬러리로 백킹을 코팅하기; 및
(2) 바인더 전구물질을 적어도 부분적으로 큐어링하기에 충분한 조건에 연마 슬러리를 놓기의 단계를 포함하는 것으로 제공된다.
연마 슬러리는 예를 들면, 롤 코팅, 트랜스퍼 코팅, 스프레잉, 다이 코팅, 커튼 코팅, 나이프 코팅, 또는 로토그라비야 코팅과 같은, 통상적인 코팅 방법에 의해 백킹의 앞면에 코팅될 수 있다. 연마 코팅은 바람직한 표면 지형을 가질 수 있다. 예를 들면, 표면은 부드럽거나, 텍스쳐드되거나, 또는 스트럭쳐드될 수 있다. 표면 지형은 연마 슬러리를 코팅하기 위해 사용된 코팅 기술로부터 초래될 수 있거나 (즉, 사인곡선적 지형은 로토그라비야 코팅에 의해 제공될 수 있음) 또는 표면 지형은 분리된 텍스쳐링 과정에 의해 도입될 수 있다.
일단 코팅되면, 연마 슬러리의 결합제 전구물질은 대체로 바인더 전구물질을 바인더로 변환시키기 위해 에너지원에 노출된다. 바인더 전구물질의 바인더로의 변환은 대체로 중합화, 교차연결, 젤화, 또는 건조 과정의 결과이다. 에너지원은 열적 에너지원, 또는 전자빔, 자외선, 또는 가시광선과 같은, 방사선 에너지일 수 있다. 바인더 전구물질의 바인더로 변환시키기 위해 필요로 되는 에너지의 총량은 바인더 전구물질의 화학적 구조, 및 연마 슬러리의 두께 및 광학 밀도에 의존적이다. 열적 에너지가 사용되면, 오븐 온도는 대체로 약 50oC 내지 약 250oC의 범위내에 있을 것이고, 노출 시간은 대체로 약 15분 내지 약 16시간의 범위내에 있을 것이다. 자유 라디칼 중합화에 의해 고체화된 바인더 전구물질에 대해, UV 또는 가시 방사선 에너지 레벨 (가열 없이)은 적어도 약 100 밀리주울/cm2이어야 하고, 더욱 바람직하게는 약 100 내지 약 700 밀리주울/cm2이고, 특히 바람직하게는 약 400 내지 약 600 밀리주울/cm2이다. 자외선 방사선은 약 200 내지 약 400 나노미터, 바람직하게는 약 250 내지 약 400 나노미터 범위내의 파장을 갖는 전자기파 방사선을 의미한다. 가시 방사선은 약 400 내지 약 800 나노미터, 바람직하게는 약 400 내지 약 550 나노미터의 범위내의 파장을 갖는 전자기파 방사선을 의미한다.
이온화 방사선의 한 형태인, 전자빔 방사선은, 약 150 내지 약 300 킬로전자 볼트에 분포하는 가속화 포텐셜에서, 약 0.1 내지 약 10 Mrad, 바람직하게는 약 1 내지 약 10 Mrad의 에너지 레벨에서 사용될 수 있다.
연마 코팅은 대체로 약 1 내지 약 99 중량부의 연마 입자 및 약 10 내지 약 99 중량부의 바인더를 포함한다. 바람직하게는, 연마 코팅은 약 30 내지 약 85부의 연마 입제 및 약 15 내지 약 70부의 바인더를 함유한다. 더욱 바람직하게는 연마 코팅은 약 40 내지 약 70부의 연마 입자 및 약 30 내지 약 60부의 바인더를 포함한다.
본 발명의 연마 물품을 만드는 바람직한 방법은 :
(1)그안에 형성된 다수의 정확하게 성형된 리세스를 갖는 상기 주요 표면을 갖는 생성 툴을 제공하기;
(2) 본 발명의 연마 슬러리로 상기 정확하게 성형된 리세스를 채우기;
(3) 백킹의 앞면의 적어도 한부분이 생성 툴의 표면과 직접 접촉하도록 백킹의 앞면을 생성 툴의 표면에 라미네이팅하기; 및
(4) 바인더 전구물질을 적어도 부분적으로 큐어링하기에 충분한 조건에 연마 슬러리를 놓기의 단계를 포함하는 것으로 제공된다.
단계 (1)의 생성 툴은 주요 평면으로부터 요면으로서 팽창하는 다수의 리세스를 함유하는 표면 (주요 평면으로 정의됨)을 갖는다. 이들 리세스는 예를 들면, 큐빅, 원통, 프리즘, 반구, 장방형, 피라미드, 단절 피라미드, 원뿔, 단절 원뿔, 및 평평한 상부 표면을 갖는 유사한 것과 같은, 연마 합성물에 적합한 기하학적 형태에 반대인 기하학적 형태로서 제공될 수 있다. 리세스의 디멘젼은 연마 합성물의 바람직한 면적 밀도를 얻기 위해 선택된다. 바람직하게는, 리세스의 형태는 연마 합성물의 표면적이 백킹으로부터 떨어져 감소하도록 선택된다. 리세스는 인접한 캐비티가 서로에 대해 버트 업 (butt up)하는 도트 (dot) 식 패턴으로 존재할 수 있다.
생성 툴은 벨트, 시이트, 연속적 시이트 또는 웹, 로토그라비야 롤과 같은 코팅 롤, 코팅 롤상에 마운트된 슬리브, 또는 다이의 형태에서 취할 수 있다. 생성 툴은 금속 (예를 들면, 니켈), 금석 합금, 또는 플라스틱으로 구성될 수 있다. 금속 생성 툴은 사진 평판, 너얼링 (knurling), 엔그라빙 (engraving), 호빙 (hobbing), 전기 주형, 및 다이아몬드 터어닝 (turning)을 포함하는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있고, 이에 국한되지는 않는다.
열가소성 물질로 만들어진 생성 툴은 매스터 툴로부터 복제될 수 있다. 생성 툴이 매스터 툴로부터 복제될 때, 매스터 툴은 생성 툴에 바람직한 반대의 패턴으로 제공된다. 매스터 툴은 바람직하게는 니켈-플레이티드 알루미늄, 니켈-플레이티드 커퍼, 또는 니켈-플레이티드 브론즈와 같은, 니켈-플레이티드 금속으로 만들어진다. 생성 툴은 열가소성 물질이 매스터 툴 패턴으로 엠보스되는 것과 같이 매스터 툴 및/또는 열가소성 시이트를 가열하는 동안 매스터 툴에 대해 열가소성 물질을 압착함으로써 매스터 툴로부터 복제될 수 있다. 선택적으로, 열가소성 물질은 매스터 툴로 압출될 수 있거나 직접 주조될 수 있다. 열가소성 물질은 이후 고체 상태로 냉각되고 이후 생성 툴을 생성하기 위해 매스터 툴로부터 분리된다. 생성 툴은 임의로 연마 물품의 더 용이한 방출을 허용하기 위해 방출 코팅을 함유할 수 있다. 이런 방출 코팅의 예는 실리콘 및 플루오로케미컬을 포함한다.
생성 툴의 생성을 위한 바람직한 방법은 미국 특허 제 5,435,816호 (스퍼젼 등), 제 5,658,184호 (후프만 등), 및 1997년 9월 3일에 등록된 미국 시리얼 제 08/923,862호 (후프만)에 개시된다.
이 방법의 한면에서, 연마 슬러리는 예를 들면, 롤 코팅, 트랜스퍼 코팅, 스프레잉, 다이 코팅, 진공 다이 코팅, 나이프 코팅, 커튼 코팅, 또는 로토그라비야 코팅과 같은 통상적 코팅 기술을 사용하여 백킹의 앞면에 우선 직접 코팅된다. 생성 툴은 이후 연마 슬러리가 생성 툴의 리세스로 흘러 들어가는 것과 같이 연마 슬러리가 코팅된 백킹과 접촉하게 된다. 압력은 연마 슬러리가 흘러 들어가 생성 툴의 리세스를 채우도록 하기 위해 닢 (nip) 롤 또는 그외 적합한 기술에 의해 적용된다.
이 방법의 바람직한 면에서, 리세스는 생성 툴에 직접 연마 슬러리를 코팅함으로써 채워진다. 이는 예를 들면, 롤 코팅, 트랜스퍼 코팅, 스프레잉, 다이 코팅, 진공 다이 코팅, 나이프 코팅, 커튼 코팅, 또는 로토그라비야 코팅과 같은 통상적인 코팅 방법에 의해 성취될 수 있다. 백킹은 이후 연마 슬러리가 코팅된 생성 툴이 백킹의 표면을 적시도록 생성 툴의 외부 표면과 접촉하게 된다. 압력은 백킹에 대한 연마 코팅이 연마 슬러리 및 백킹 사이의 부착을 개선시키게 하기 위해 닢롤 또는 그외 적합한 기술에 의해 적용될 수 있다.
다음에, 바인더 전구물질은 적어도 부분적으로 큐어링되거나 고체화된다. 이는 연마 슬러리를 에너지원에 노출함으로써 성취될 수 있다. 에너지원은 열, 방사선 에너지 (즉, 적외 또는 가시 방사선), 또는 전자빔일 수 있다. 바람직하게는 에너지원은 방사선 에너지이다. 생성 툴이 가시 또는 자외선 방사선 (예를 들면, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 열가소성 수지)에 투명한 물질로부터 만들어지면 가시 또는 자외선은 바인더 전구물질을 큐어링하거나 고체화하기 위해 생성 툴을 통해 전송될 수 있다. 이 단계에서, 결과의 고체화된 연마 슬러리 및 연마 합성물은 생성 툴의 반대의 패턴을 가질 것이다. 바인더 전구물질의 큐어링 또는 고체화 (즉, 바인더의 형성)에 이어, 이에 결합된 연마 코팅을 갖는 백킹은 생성 툴로부터 분리된다.
한 변이 방법에서, 슬러리-코팅된 백킹은 바인더 전구물질을 큐어링하거나 고체화하기 이전에 생성 툴로부터 분리될 수 있다. 생성 툴로부터의 분리는 연마 슬러리의 표면 지형을 변형시킬 수 있고 이에 의해 불규칙하고 생성 툴에서 정확하게 성형된 리세스와 맞지 않는 표면 지형을 형성한다. 더우기, 생성 툴로부터의 분리 이후, 연마 슬러리는 불규칙한 표면 지형을 생성하기 위해 유동성일 수 있다. 이 방법으로부터 초래하는 슬러리의 표면 지형은 예를 들면, 연마 슬러리의 유동학적 성질, 생성 툴에 정확하게 성형된 리세스의 형태, 생성 툴로부터의 백킹의 분리율, 백킹의 형태, 연마 슬러리에서 연마 입자의 형태 및 등급, 연마 슬러리 및 생성 툴의 온도, 및 백킹의 분리 및 바인더 전구물질의 바인더로의 변환 사이의 시간 간격과 같은, 다양한 인자에 의존할 수 있다. 생성 툴로부터 일단 분리되면, 연마 슬러리는 이후 큐어링되거나 고체화된다.
합성물 입자로 만들어진 연마 물품
본 발명에 따라, 연마 물품은 우선 연마 합성물 입자를 생성하고, 이후 연마 합성물 입자를 백킹의 앞면에 코팅 (즉, 메이크 코팅), 일련의 코팅 (즉, 메이크 코트 또는 사이즈 코트)으로 결합시킴으로써 생성될 수 있다. 합성물 입자는 본 발명의 큐어링되거나 고체화된 연마 슬러리를 포함하는 특징적인, 자유-유동의, 개별적인 입자이다. 합성물 입자는 바람직한 모양 및/또는 크기로 형성될 수 있고 정확하게 성형되거나 불규칙하게 성형될 수 있다.
본 발명의 연마 슬러리를 사용하여 정확하게 성형된 연마 합성물 입자를 생성하기 위한 전형적인 제조 방법은 도 6에 설명된다. 기구 (70)은 언와인드 (unwind) 스테이션 (74)로부터 공급된 캐리어 웹 (72)를 포함한다. 언와인드 스테이션 (74)는 롤의 형태로 있다. 캐리어 웹 (72)는 종이, 직물, 중합체 필름, 부직포 웹, 가황 섬유, 이들의 조합물 및 이들의 가공된 형태와 같은 물질로 만들어질 수 있다. 캐리어 웹 (72)에 바람직한 물질은 예를 들면, 폴리에스테르 필름과 같은, 중합체 필름이다. 도 6에서, 캐리어 웹 (72)는 방사선에 투명하다. 본 발명의 연마 슬러리 (76)은 호퍼 (78)로부터 캐리어 웹 (72)의 주요 표면에 중력에 의해 공급된다. 연마 슬러리 (76)을 함유하는 캐리어 웹 (72)의 주요 표면은 닢롤 (82)에 의해 생성 툴 (80)의 표면에 대해 포올스된다. 캐리어 웹과 접촉하는 생성 툴 (80)의 표면은 정확하게 성형된 리세스를 함유한다. 정확하게 성형된 리세스는 정확하게 성형된 합성물 입자를 성형하거나 만든다. 닢롤 (82)는 또한 연마 슬러리 (76)을 생성 툴 (80)의 리세스로 포올스하는 것을 돕는다. 연마 슬러리 (76)은 이후 바인더를 형성하기 위해 바인더 전구물질을 적어도 부분적으로 큐어링하거나 고체화하기 위해 에너지원 (84)에 노출되는 큐어링 존 (83)을 통해 이동한다. 다음에, 고체화된 바인더를 함유하는 캐리어 웹 (72)는 닢롤 (86)을 통과한다. 생성 툴 (80)의 캐비티로부터 바인더의 순차적인 제거를 허용하기 위해 캐리어 웹 (720 및 고체화된 바인더 사이에 충분한 부착이 있어야 한다. 합성물 입자는 캐리어 웹 (72)로부터 제거되고 용기 (90)에 모아진다. 외부의 수단 (91) (예를 들면, 초음파 에너지)은 캐리어 웹 (72)로부터 합성물 입자 (88)의 방출을 돕기 위해 사용될 수 있다. 캐리어 웹 (72)는 이후 재사용될 수 있도록 리와인드 (rewind) 스테이션 (92)에서 회수된다. 리와인드 스테이션 (92)는 롤의 형태로 있다.
정확하게 성형된 합성물 입자는 또한, 예를 들면, 정확하게 성형된 오리피스 (orifice) 또는 다이 (즉, 삼각 다이)를 통해 본 발명의 연마 슬러리를 압출하고, 입자를 길이로 커팅하고, 바인더 전구물질을 큐어링하거나 고체화함으로써, 제조될 수 있다. 이 기술은 일정한 교차 단면 형태를 갖는 정확하게 성형된 합성물 입자를 제조하는 데 적합할 수 있다.
정확하게 성형된 연마 입자의 생성을 위한 그외의 방법은 미국 특허 제 5,500,273호 (홈즈 등)에 보고된다.
정확하게 성형된 연마 합성물의 크기는 약 0.1 내지 약 1500 μm, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 약 1000 μm의 범위내에 있는 것이 바람직하다. 상기 지적한 바대로, 정확한 모양은 생성 툴의 표면의 부분, 예를 들면, 생성 툴의 표면에 형성된 리세스에 상응한다. 정확한 모양은 생성 툴의 리세스에서 적어도 부분적으로 큐어링되거나 고체화된 바인더 전구물질의 존재에 기인한다. 그러나, 입자가 캐비티로부터 제거될 때 도입된 입자에 사소한 불완전성이 있을 수 있다. 정확한 모양은 예를 들면, 원뿔, 삼각 프리즘, 원통, 피라미드, 반구, 및 일정한 또는 변화하는 거리 (즉, 다각의 플레리트릿)에 의해 분리된 2개의 반대되는 다각면을 갖는 몸체와 같은, 기하학적 형태일 수 있다. 피라미드는 바람직하게는 3개 또는 4개의 면을 갖는 밑면을 갖는다. 연마 입자는 다른 모양을 갖는 다양한 연마 입자를 함유할 수 있다.
불규칙하게 성형된 합성물 입자를 생성하는 것이 또한 본 발명의 범위내에 있다. 만일, 예를 들면, 바인더 전구물질이 생성 툴의 리세스에서 충분히 큐어링되거나 고체화되지 않으면 (즉, "셋"되지 않으면), 바인더 전구물질은 합성물 입자가 제거된 후에 유동적일 것이다. 입자가 이들의 초기의 정확한 모양으로부터 유동적이거나 변형될 정도는 예를 들면, 연마 슬러리의 유동성, 큐어링 정도, 리세스로부터의 제거 및 ㅂ인더 전구물질의 최종 큐어링 또는 고체화 사이의 시간과 같은 인자에 의존한다. 불규칙하게 성형된 합성물 입자는 또한 본 발명의 연마 슬러리를 우선 큐어링하거나 고체화하고 이후 개별적인 규칙적으로 성형된 합성물 입자를 형성하기 위해 큐어링된 슬러리를 크러슁함으로써 생성될 수 있다. 입자는 ANSI 기준과 같은 산업계 기준에 맞추기 위해 사이즈 등급화된다.
합성물 입자를 이용하는 연마 물품은 하기의 방법에 의해 만들어질 수 있다. 앞면 및 뒷면을 갖는 백킹이 제공된다. 백킹의 앞면은 보통 메이크 코팅으로서 언급되는, 제 1 큐어러블 코팅으로 코팅된다. 합성물 입자는 이후 제 1 큐어러블 코팅에 코팅되거나 적용된다. 합성물 입자는 드롭 코팅되거나 정전기적 코팅될 수 있다. 선택적으로, 합성물 입자는 특수한 방향으로 백킹상에 오리엔트될 수 있다. 피라미드, 원뿔, 및 프리즘 (예를 들면, 삼각-모양의 프리즘)의 모양을 갖는 정확하게 성형된 연마 합성물 입자의 경우에, 입자는 도 4에서와 같이, 이들의 밑면이 백킹을 향하고 이들의 꼭지점이 백킹으로부터 떨어져 있도록 오리엔트될 수 있거나, 또는 이들은 도 5에서 4개의 입자들이 하는 것과 같이, 이들의 꼭지점이 백킹을 향하고 이들의 밑면이 백킹으로부터 떨어져 있도록 오리엔트될 수 있다. 피라미드 및 원뿔에 대해, 언급되는 꼭지점은 공통의 꼭지점이다. 제 1 큐어러블 코팅은 이후 입자를 백킹에 부착하기 위해 고체화되거나 큐어링된다. 임의로, 제 2 큐어러블 코팅이 합성물 입자에 적용될 수 있고 이후 사이즈 코트를 형성하기 위해 고체화되거나 큐어링될 수 있다. 제 2 큐어러블 코팅은 제 1 큐어러블 코팅의 고체화 또는 큐어링 이전 또는 이후에 적용될 수 있다. 사이즈 코트는 추가로 연마 입자를 백킹에 결합시킨다. 임의로, 수퍼사이즈 코트와 같은, 추가의 코팅은 합성물 입자 및 사이즈 코트에 적용될 수 있다.
제 1 및 제 2 큐어러블 코팅 (즉, 메이크 코트 및 사이즈 코트)은 큐어러블 수지 및 임의의 첨가제를 포함한다. 본 발명에 적합한 수지의 예는 페놀릭 수지, 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴레이트 수지, 아크릴레이티드 이소시안우레이트 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 이소시안우레이트 수지, 아크릴레이티드 우레탄 수지, 비닐 에테르 수지, 아크릴레이티드 에폭시 수지, 및 이들의 조합물을 포함한다. 임의의 첨가제는 채움재, 섬유, 윤활제, 습윤제, 계면활성제, 안료, 염료, 커플링제, 가소제, 및 현탁제를 포함한다. 채움재의 예는 탈크, 칼슘 카르보네이트, 칼슘 메타실리케이트, 실리카 및 이들의 조합물을 포함한다. 이들 물질의 양은 바람직한 성질을 제공하기 위해 선택된다. 메이크 코트 및 사이즈 코트는 동일한 제형 또는 상이한 제형일 수 있다.
하기 실시예에서 생성되고 사용된 연마 물품은 연마 물품을 제조하기 위한 일반적인 방법에 따라 만들어졌고 연마 물품은 하기 기술된 테스트 방법에 따라 테스트되었다.
하기 비-제한적인 실시예는 본 발명을 추가로 설명할 것이다. 실시예에서 모든 부, 백분율, 비율 등은 달리 지적되지 않는 한 중량에 의한다. 하기 약어들이 사용되었다.
AO 용융된 알루미늄 옥사이드 연마 입자;
ASF 상품명 "OX-50"으로서 데구싸 Corp.로부터 상업적으로 이용가능한, 비결정질 실리카 채움재;
BSiC 블랙 실리콘 카바이드 연마 입자;
CAO 약 94.4% 알파 알루미나, 1.1% 아이언 옥사이드, 및 4.5% MgO로 구성된, 아이언 옥사이드 뉴클리에이티드 졸 겔 알루미나 연마 입자;
FAZ 용융된 알루미나-지르코나 연마 입자;
GSiC 그린 실리콘카바이드 연마 입자;
KBF4 포타슘 테트라플루오로보레이트;
PH2 상품명 "이그라큐어 369"로서 시바 가이기 Corp.로부터 상업적으로 이용가능한, 2-벤질-2-N,N-디메틸아미노-1-(4-몰폴리노페닐)-1-부타논;
PH3 상품명 "이그라큐어 819"로서 시바 가이기 Corp.로부터 상업적으로 이용가능한, 포스핀 옥사이드, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸 벤조일);
PRO 1% PH2를 갖는 70/30 TMPTA/TATHEIC의 혼합물;
SCA 상품명 "A-174"로서 유니온 카바이드로부터 상업적으로 이용가능한, 실란 커플링제, 3-메타크릴옥시프로필-트리메톡시실란;
TATHEIC 상품명 "SR368"로서 사르토머 Co.로부터 상업적으로 이용가능한, 트리스(히드록시 에틸)이소시안우레이트의 트리아크릴레이트;
TMPTA 상품명 "SR351"로서 사르토머로부터 상업적으로 이용가능한, 트리메틸롤 프로판 트리아크릴레이트.
연마 물품을 제조하기 위한 일반적 방법
하기 일반적 방법은 실시예 1 내지 16 및 비교 실시예 A에 보고된 스트럭쳐드 연마 물품을 만들기 위해 사용되었다. 생성 툴링은 연마 합성물을 만들기 위해 사용되었던 정확하게 성형된 리세스를 갖는다. 각 합성물은 일반적으로 리세스와 반대의 모양이었다. 각 합성물은 1371 μm (54 mil) 길이의 밑면을 갖는 4 면으로 이루어진 533 μm (21 mil) 높이의 피라미드이었다. 툴은 PCT 퍼블리케이션 WO 97/12727 (후프만 등)의 지침에 따른 너얼링 과정에 의해 생성되었다.
처음에, 바인더 전구물질을 포함하는, 연마 슬러리는, 높은 전단 믹서에 열거된 바와 같은 조물질을 완전히 혼합함으로써 제조되었다. 연마 슬러리는 약 15 meters/min (50 ft/min)의 속도에서 430 내지 557 μm (17-22 mils) 사이의 갭을 사용하여 나이프 코우터 (coater)로 X-중량 폴리코튼 직물 백킹 (라텍스/페놀릭 백킹 처리)에 직접 코팅되었다. 다음에, 생성 툴링은 슬러리가 생성 툴의 리세스를 채우도록 고무 닢롤의 힘으로 슬러리에 대하여 압착되었다. 약 236 Watts/cm (600 Watts/inch)의 용량에서, 퓨젼 시스템으로부터 이용가능한 1 "D" 벌브에 의해 생성된 UV/가시 방사선은, 툴링을 통해 연마 슬러리로 전송되었다. UV/가시 방사선은 바인더 전구물질의 중합화를 초기화하였고 직물 기판에 부착되어 있는 연마 합성울을 형성하는 연마 슬러리를 초래하였다. 코팅된 연마 생성물은 백킹 처리를 큐어링하기 위해 115oC (240oF)에서 12시간 동안 포스트 큐어링되었다.
정확하게 성형된 합성물 입자 및 연마 물품을 제조하기 위한 일반적인 방법
특히 미국 특허 제 5,500,273호 (홈즈 등)에 기술된, 하기 일반적 방법은, 실시예 17 및 18에 보고된 정확하게 성형된 연마 합성물 입자를 만들기 위해 사용되었다.
툴을 만들기 위한 생성 툴 및 방법은 미국 특허 제 5,435,816호 (스퍼젼 등) 및 PCT 퍼블리케이션 WO 97/12727 (흐프만 등)에 기술된다. 정확하게 성형된 연마 합성물 입자는 WO 97/12727의 너얼링 지침을 사용하여 형성된 생성 툴에서 만들어진 762 μm (30 mil) 높이의, 4면으로 이루어진 피라미드이었다.
처음에, 바인더 전구물질을 포함하는, 연마 슬러리는, 높은 전단 믹서에서 조물질을 완전히 혼합함으로써 제조되었다. 연마 슬러리는 약 15.24 μm meters/min (50 ft/min)의 속도에서 작동하는 533 μm 갭을 갖는 나이프 코우터를 사용하여 에틸렌 아크릴산 공중합체로 프라임된 130 μm (5 mil) 두께의 폴리에스테르 필름에 코팅되었다. 다음에, 생성 툴은 연마 슬러리가 생성 툴의 리세스를 채우도록 롤러에 의해 슬러리에 대하여 압착되었다. 약 236 Watts/cm (600 Watts/inch)의 용량에서, 퓨젼 시스템으로부터 이용가능한, 2 "D" 벌브에 의해 생성된 UV/가시 방사선은, 툴링을 통해 연마 슬러리로 전송되었다. UV/가시 방사선 은 바인더 전구물질의 중합화를 초기화하였고 필름 기판에 부착되어 있는 정확하게 성형된 연마 합성물 입자를 형성하는 연마 슬러리를 초래한다.
마침내, 연마 입자 구조는 생성 툴로부터 분리되었고 정확하게 성형된 연마 합성물 입자는 개별적인 자유 유동성의 입자가 얻어지도록 초음파 혼 (19,100 Hz의 주파수 및 약 130 μm의 진폭에서 진동)에 의해 필름 백킹으로부터 제거되었다. 개별적이지 않은 입자는 덩어리진 입자를 파괴하기 위해 고무 롤러에 통과되었다.
코팅된 연마 입자의 스트립은 하기 일반적인 방법을 사용하여 제조되었다. 페놀릭 레진 메이크 코트를 채운 통상적인 칼슘 카르보네이트는 약 0.0266 g/cm2(2.75 g/16 in2)의 중량에서 350 g/m2페놀릭/라텍스 처리된 폴리에스테르/코튼 직물 백킹에 다이 코우터로 적용되었다. 다음에, 정확하게 성형된 연마 합성물 입자는 클로우즈드 코트를 생성하기 위해 약 0.0774 g/cm2(8 g/16 in2)의 중량에서 메이크 코트에 드롭 코팅될 수 있다. 페놀릭 수지는 사이즈 코트를 생성하기 위해 페인트 브러쉬로 입자에 적용될 수 있다. 사이즈 코트의 대략적인 중량은 각 실시예에 보고된다. 코팅된 연마 벨트는 93oC (200oF)에서 90분 동안, 이후 110oC (230oF)에서 10시간 동안 대류 오븐에서 가열되었다.
코팅된 연마 슬러리는 롤킹 드럼 테스트를 사용하여 테스트되었다. 6 cm x 23 cm 스트립의 연마 물품은 연마 물품에 및 연마 물품에 대항하여 30.5 cm (12 inch) 직경 및 3.63 kg (8 Ibs) 또는 4.54 kg (10 Ibs) 포올스로 압착된 0.476 cm x 0.476 cm x 15.24 cm (3/16 inch x 3/16 inch x 6 inch) 1018 마일드 스틸 워크피스를 갖는 드럼상에 배치되었다. 연마 물품은 사이클당 25 cm (10 inches)의 총길이를 1초당 한 사이클의 속도로 1000 사이클 동안 진동되었다. 워크피스로부터 제거된 금속이 측정되었고 그 결과는 표 3에 각 패스 (1 패스 = 1000 사이클)에 대하여 보고된다.
실시예 1 내지 7 및 비교 실시예 A 및 B
싱시예 1 내지 7은 본 발명의 스트럭쳐드 연마 물품이었다. 실시예 1 내지 7은 24.64부의 PRO, 0.85부의 SCA, 0.85부의 ASF, 31.16부의 KBF4 및 42.5부의 BSiC (약 243 μm의 평균 입자 크기 또는 D50를 갖는, FEPA 등급 P-100) 및 표 1에 보여진 바대로 혼합된 AO (약 45 μm의 평균 입자 크기 또는 D50을 갖는, ANSI 등급 320)를 혼합함으로써 제조되었다. 실시예 1 내지 7은 일반적인 방법 I에 기술된 바대로 프로세스되었다.
비교 실시예 A는 상품명 "트리작트 407EA A110"으로서, 미네소타 마이닝 및 매뉴팩쳐링 Co. (여기서 이후 "3M"으로 언급됨)로부터 상업적으로 이용가능한 스트록쳐드 연마 벨트이었다. 이 연마 물품은 42.5부의 GSiC (110 μm의 평균 입자 크기 또는 D50를 갖는, FEPA 등급 P-180) 및 24.64부의 PRO, 0.85부의 SCA, 0.85부의 ASF, 및 31.16부의 KBF4로 구성되었다.
비교 실시예 B는 상품명 "레갈로이"로서 3M으로부터 상업적으로 이용가능한 통상적인 코팅된 연마 벨트이었다. 이 벨트에서 연마 입자는 CAO, 260 μm의 평균 입자 사이즈 또는 D50을 갖는 FEPA 등급 P-80이었다.
코팅된 연마 물품은 록킹 드럼 테스트를 사용하여 테스트되었다. 6 cm x 23 cm 스트립의 연마 물품은 연마 물품에 및 연마 물품에 대항하여 30.5 cm (12 inch) 직경 및 4.54 kg (10 Ibs) 포올스로 압착된 0.476 cm x 0.476 cm x 15.24 cm (3/16 inch x 3/16 inch x 6 inch) 1018 마일드 스틸 워크피스를 갖는 드럼상에 배치되었다. 연마 물품은 사이클당 25 cm (10 inches)의 총길이를 1초당 한 사이클의 속도로 300 사이클 동안 진동되었다. 연마 합성물에 의해 손실된 두께의 양은 μm로 측정되었고 그 결과는 표 1에 보고된다; 연마 물품의 두께는 테스팅 이전 및 300 사이클 이후 다시 4곳에서 측정되었고 그 차이가 계산되었다.
코팅된연마 물품은 오프핸드 (offhand)테스트를 사용하여 추가로 테스트되었다. 연마 물품은 7.6 cm x 335 cm (3 x 132 inch) 엔드리스 벨트로 변환되었고 일정한 로드 표면 분쇄기상에 테스트되었다. 스테인레스 스틸 골프 클럽 헤드는 홀더 (holder)에서 마운트되었다. 벨트는 접촉 휠 (매취리스 다이아몬드 크로스 컷 타이프 A, 7.6 cm x 35.5 cm)에 마운트되었고 분당 약 2285 meters로 회전되었다. 골프 클럽 헤드는 오퍼레이터에 의해 수동으로 보유되어 있는 동안 분쇄되었다. 윤활제는 사용되지 않았다.
브레이크 다운 (break down)시 혼합물에 있는 무기질양의 결과
실시예 BSiC AO 칼리퍼 손실 오프핸드 테스트 결과
1 50% 50% 측정되지 않음 좋은 컷 및 탁월한 피니쉬
2 40% 60% 287 μm(11.4 mils) 약간의 캡핑*; 합성물의 매우 느린 브레이크다운
3 50% 50% 249 μm(9.8 mils) 좋은 성능
4 60% 40% 282 μm(11.1 mils) 실시예 2 보다 훨씬 빠른 컷
5 70% 30% 231 μm(9.1 mils) 실시예 2 보다 빠른 컷
6 80% 20% 267 μm(10.5 mils) 테스트되지 않음
7 90% 10% 363 μm(14.3 mils) 백킹으로 너무 빠르게 웨어 다운됨
비교 A 100%GSiC 0 백킹으로 완전히 웨어 다운됨 백킹으로 웨어 다운됨; 보다 짧은 수명 및 실시예 4와 유사한 피니쉬
비교 B 0% 50%(50% CAO) 적용불가능 좋은 절단율굵은 피니쉬
*"캡핑"은 벨트가 워크피스로부터의 금속 입자 및 잔여물로 광택이 날 때 발생한다. 일반적으로 벨트는 커팅 (즉, 제거 스톡)을 멈추고 광택 (즉, 스톡 제거없는 표면 제련)을 내기 시작한다.
표 1에서의 결과는 오프핸드 분쇄 성능이 연마 입자의 비율에 의해 영향을 받는다는 것을 지적해 준다. 실시예 1은 비록 실시예 1의 무기질 크기가 비교 실시예 A에서의 무기질 크기 보다 더 크더라도, 유사한 절단율로 비교 실시예 A 보다 더 미세한 피니쉬를 제공하였다. 더 작은 입자 크기가 총 연마 입자의 50% 보다 더 크더라도 생성물은 파괴하기에 매우 단단하였고 잘 절단되지 않았다 (즉, 과도하게 광택이 났다). 더 큰 입자 크기 무기질은 90% 이상으로 존재할때 코팅된 연마제는 매우 짧은 수명을 가졌고 매우 빨리 파괴되었다.
실시예 4는 티타늄 골프 클럽 헤드의 바닥에 있는 티타늄 웰드 심 (weld seams)을 제거하기 위해 추가로 사용되었다. 본 발명의 실시예 4는 연마 입자 몇개의 등급 파이너를 갖고, 약간 더 굵은 연마 입자를 갖는 비교 실시예 B에 상당한 절단율 및 동등한 수명 비교 실시예 A와 유사한 표면 피니쉬를 제공하였다.
실시예 8 내지 16
실시예 8 내지 16은 본 발명에 따라 만들어진 스트럭쳐드 연마 물품이었다. 실시예 8 내지 16은 표 2에 보여진 바대로 23.32부의 PRO, 0.81부의 SCA, 0.81부의 ASF, 34.95부의 KBF4 및 40.21부의 연마 입자를 혼합함으로써 제조되었다. 실시예 8 내지 16은 일반적인 방법 I에 기술된 바대로 프로세스되었다.
연마 물품은 록킹 드럼상에서 테스트되었고 오프핸드 테스트 및 결과는 표 2에 보고된다.
실시예 연마 입자 연마 입자 오프핸드 테스트 결과
8 50% P-80 BSiC 50% F320 AO 테스트되지 않음
9 50% P-80 BSiC 50% F240 AO 테스트되지 않음
10 50% P-80 BSiC 50% F220 AO 실시예 8 내지 10의 최선의 절단율 및 수명
11 40% P100 CAO 60% F320 AO 비교 실시예 B와 비교할 때 평균 절단율
12 50% P100 CAO 50% F320 AO 실시예 11 보다 더 좋은 절단율
13 60% P100 CAO 40% F320 AO 실시예 11 내지 13의 최선의 절단율
14 40% P-100 AO 60% F320 AO 양호한 절단율
15 50% P-100 AO 50% F320 AO 실시예 14 보다 더 좋은 절단율
16 60% P-100 AO 40% F320 AO 14 내지 16의 최선의 절단율
실시예 8, 9, 및 10에 대하여, BSiC는 약 260 μm의 평균 입자 크기, 또는 D50를 갖는 FEPA 등급 P-80이었다. 실시예 1 내지 16에 대하여, CAO 및 AO 모두는 243 μm의, 평균 입자 크기, 또는 D50를 갖는 FEPA 등급 P-100이었다. 실시예 8, 및 11 내지 16에 대하여 AO는 약 45 μm의, 평균 입자 크기, 또는 D50를 갖는 FEPA 등급 F-320이었다. 실시예 9에 대하여, AO는 약 65μm의, 평균 입자 크기, 또는 D50를 갖는 FEPA 등급 F-240이었고, 실시예 10에 대하여 AO는 약 80 μm의, 평균 입자 크기, 또는 D50를 갖는FEPA 등급 F-220이었다.
표 2에 있는 결과는 그외 무기질이 본 발명에 사용될 수 있음을 지적해 준다. 또한, 큰 무기질의 크기가 증가될 때 더 작은 무기질의 크기도 역시 증가될 필요가 있다. 또한, 분쇄 성능은 더 큰 무기질 크기의 백분율이 더 작은 무기질 크기 보다 더 클 때 최상이다.
실시예 17 및 18
실시예 17 및 18은 정확하게 성형된 연마 합성물 입자를 포함하는 연마 물품이었고, 여기서 합성물 입자는 본 발명에 따라 만들어졌다. 실시예 17 및 18의 연마 합성물 입자는 0.8부의 ASF, 0.8부의 SCA, 35.1부의 KBF4, 0.2부의 PH2, 17.3부의 TMPTA, 및 7.4부의 TATHEIC, 0.2부의 PH3, 19.1부의 BSiC, 및 19.1부의 FAZ를 혼합함으로써 제조되었다. 실시예 17에 대하여, BSiC는 FEPA P-80 (약 200 μm의 평균 입자 크기 또는 D50을 갖는)이었고 FAZ는 FEPA P-240 (약 65 μm의 평균 입자 크기 또는 D50을 갖는)이었다. 실시예 18에 대하여, BSiC는 FEPA P-60 (약 260 μm의 평균 입자 크기 또는 D50을 갖는)이었고 FAZ는 FEPA P-180 (약 100 μm의 평균 입자 크기 또는 D50을 갖는)이었다.
실시예 17 및 18은 록킹드럼 테스트상에서 테스트되었고 워크피스에 의한 중량 손실은 매 1000 사이클 마다 (1 패스 = 1000 사이클) 측정되었다. 결과는 표 3에 보고된다.
실시예 17 17 18 18
포올스 (kg) 3.63 4.54 3.63 4.54
1st패스(그람) 0.14 0.14 0.33 0.37
2nd패스(그람) 0.11 0.15 0.29 0.32
3rd패스(그람) 0.12 0.12 0.25 0.22
4th패스(그람) 0.07 0.13 0.18 0.15
5th패스(그람) 0.05 0.12 0.13 0.12
6th패스(그람) 0.05 0.15 0.12 0.10
7th패스(그람) 0.03 0.11 0.06 0.04
8th패스(그람) -- 0.08 0.04 0.02
9th패스(그람) -- 0.03 -- 0.01
총 컷(그람) 0.57 1.03 1.4 1.35

Claims (14)

  1. 앞 및 뒷면을 갖는 백킹;
    백킹의 앞면에 결합된 연마 코팅을 포함하고,
    상기 연마 코팅은:
    바인더;
    상기 바인더에 분산된 7 이상의 모스 경도를 갖는 다수의 연마 입자를 포
    함하고,
    상기 다수의 연마 입자는 적어도:
    제 1 평균 입자 크기를 갖는 제 1 등급의 연마 입자; 및
    제 2 평균 입자 크기를 갖는 제 2 등급의 연마 입자를 포함하고
    여기서 평균 입자 크기 비율이 약 2 이상인, 연마 물품.
  2. 제 1항에 있어서 상기 다수의 연마 입자가 8 이상의 모스 경도를 갖는 것인연마 물품.
  3. 제 2항에 있어서 평균 입자 크기 비율이 약 3 이상인 것인 연마 물품.
  4. 제 2항에 있어서 평균 입자 크기 비율이 약 5 이상인 것인 연마 물품.
  5. 제 2항에 있어서 평균 입자 크기 비율이 약 7 이상인 것인 연마 물품.
  6. 제 1항에 있어서 상기 연마 코팅이 정확하게 성형된 연마 합성물을 포함하는 스트럭쳐드 연마 코팅으로서 제공되고 각 합성물은 바인더에 분산된 다수의 연마 입자를 포함하는 것인 연마 물품.
  7. 제 1항에 있어서 상기 연마 코팅이 메이크 코트에 의해 상기 백킹에 부착된 다수의 정확하게 성형된 합성물 입자로서 제공되는 것인 연마 물품.
  8. 제 2항에 있어서 상기 바인더가 페놀릭, 아미노플라스트, 우레탄, 에폭시, 아크릴레이트, 아크릴레이티드 이소시안우레이트, 우레아-포름알데히드, 이소시안우레이트, 아크릴레이티드 우레탄, 아크릴레이티드 에폭시, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인 연마 물품.
  9. 제 2항에 있어서 상기 연마 입자가 보론 카바이드, 큐빅 보론 니트리드, 용융된 알루미늄 옥사이드, 세라믹 알루미늄 옥사이드, 열처리된 알루미늄 옥사이드, 알루미나 지르코니아, 실리콘 카바이드, 아이언 옥사이드, 탄탈럼 카바이드, 세륨 옥사이드, 가네트, 티타늄 카바이드, 합성 및 천연 다이아몬드, 지르코늄 옥사이드, 실리콘 니트리드, 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인 연마 물품.
  10. 제 2항에 있어서 상기 제 1 연마 입자가 약 100 내지 약 250 μm의 범위내에 있는 크기를 갖고 상기 제 2 연마 입자가 약 1 내지 약 80 μm의 범위내에 있는 크기를 갖는 것인 연마 물품.
  11. (a) 그안에 형성된 다수의 정확하게 성형된 리세스를 갖는 주요 표면을 갖는 생성 툴을 제공하기;
    (b) 바인더 전구물질;
    상기 바인더에 무작위로 분산된 7 이상의 모스 경도를 갖는 다수의
    연마 입자를 포함하고,
    상기 다수의 연마 입자는 적어도:
    제 1 평균 입자 크기를 갖는 제 1 등급의 연마 입자; 및
    제 2 평균 입자 크기를 갖는 제 2 등급의 연마 입자를 포함하고,
    여기서 평균 입자 크기 비율이 약 2 이상인, 연마 슬러리로 상기 정확하게 성형된 리세스를 채우기;
    (c) 앞 및 뒷면을 갖는 백킹을 제공하기;
    (d) 상기 백킹의 앞면의 적어도 한부분이 상기 생성 툴의 표면과 직접 접촉하도록 상기 생성 툴의 표면에 상기 백킹의 앞면을 라미네이팅하기; 및
    (e) 상기 바인더 전구물질을 적어도 부분적으로 큐어링하기에 충분한 조건에 상기 연마 슬러리를 놓기의 단계를 포함하는 연마 물품을 만드는 방법.
  12. (a) 그안에 형성된 다수의 정확하게 성형된 리세스를 갖는 주요 표면을 갖는 생성 툴을 제공하기;
    (b) 바인더 전구물질;
    상기 바인더에 무작위로 분산된 7 이상의 모스 경도를 갖는 다수의
    연마 입자를 포함하고,
    상기 다수의 연마 입자는 적어도:
    제 1 평균 입자 크기를 갖는 제 1 등급의 연마 입자; 및
    제 2 평균 입자 크기를 갖는 제 2 등급의 연마 입자를 포함하고,
    여기서 평균 입자 크기 비율이 약 2 이상인, 연마 슬러리로 상기 정확하게 성형된 리세스를 채우기;
    (c) 정확하게 성형된 연마 합성물 입자를 형성하기 위해 상기 바인더 전구물질을 큐어링하기에 충분한 조건에 상기 연마 슬러리를 놓기;
    (d) 앞면을 갖는 백킹을 제공하기; 및
    (e) 상기 백킹의 앞면에 다수의 상기 정확하게 성형된 연마 합성물 입자를 부착하기의 단계를 포함하는 연마 물품을 만드는 방법.
  13. 연마 물품을 생성하는 용도에 적합한 것으로서,
    방사선 큐어러블 바인더 전구물질;
    큐어링제;
    상기 바인더 전구물질에 분산된 7 이상의 모스 경도를 갖는 다수의 연마
    입자를 포함하고,
    상기 다수의 연마 입자는 적어도:
    제 1 평균 입자 크기를 갖는 제 1 등급의 연마 입자; 및
    제 2 평균 입자 크기를 갖는 제 2 등급의 연마 입자를 포함하고, 여기서 평균 입자 입자 비율이 약 2 이상인, 연마 슬러리.
  14. 앞 및 뒷면을 갖는 백킹;
    백킹의 앞면에 결합된 연마 코팅을 포함하고,
    상기 연마 코팅은:
    바인더;
    상기 바인더에 분산된 7 이상의 모스 경도를 갖는 다수의 연마 입자를 포
    함하고,
    상기 다수의 연마 입자는 적어도:
    제 1 평균 입자 크기를 갖는 제 1 등급의 연마 입자; 및
    제 2 평균 입자 크기를 갖는 제 2 등급의 연마 입자를 포함하고;
    상기 다수의 연마 입자의 크기 분포가 적어도 2개의 다른 종-모양의 곡선을 함유하는 것인, 연마 물품.
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