KR20010113890A - 유리를 연삭하는 방법 - Google Patents

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KR20010113890A
KR20010113890A KR1020017013575A KR20017013575A KR20010113890A KR 20010113890 A KR20010113890 A KR 20010113890A KR 1020017013575 A KR1020017013575 A KR 1020017013575A KR 20017013575 A KR20017013575 A KR 20017013575A KR 20010113890 A KR20010113890 A KR 20010113890A
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우에드워드제이
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캐롤린 에이. 베이츠
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Abstract

본 발명은 (a) 연마재 물품(10)의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 접촉시키는 단계로서, 상기 연삭 층은 복수의 연마재 복합체(11)를 포함하고, 상기 복합체(11)는 유기 수지, 알칼리 금속염, 알칼리성 금속 염 및 이들의 조합물 중에서 선택되는 금속염, 및 상기 연마재 복합체(11) 전체에 균일하게 분산된 단일 다이아몬드 연마재 입자를 포함하며; (b) 연마재 물품(10)의 연삭 층과 유리 공작물의 표면 사이에 윤활제를 도입하는 단계; 및 (c) 연마재 물품(10)의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 서로에 대해 이동시키는 단계를 포함하는 유리 공작물의 표면을 연삭하는 방법에 관한 것이다.

Description

유리를 연삭하는 방법{METHOD FOR GRINDING GLASS}
유리 물품은 가정, 사무실, 및 공장에서 렌즈, 프리즘, 거울, CRT 스크린 등의 물품 형태로 폭넓게 발견된다. 이러한 유리 표면 중 상당수는 표면이 광학적으로 투명하고, 가시적(visible)인 흠 및/또는 결함이 없는 것을 요하는 광학 성분으로서 사용된다. 흠, 결함, 및 작은 찰흔이라도 있으면, 이들은 유리 물품의 광학 투명도를 방해할 수 있다. 경우에 따라서, 이러한 흠, 결함 및/또는 작은 찰흔은 유리를 통해 정확하게 보는 능력을 저해할 수 있다. 광학 성분으로 사용되는 유리 표면은 본질적으로 어떠한 흠, 결함, 및/또는 찰흔도 없어야 한다.
많은 유리 표면은 곡선화되거나 또는 이와 관련된 반경(radius)을 포함한다.이러한 반경 및 곡선은 주로 유리 형성 과정에 생성된다. 그러나, 유리 형성 과정의 결과로, 흠, 예를 들어 주형 라인, 조면(rough surface), 작은 점, 및 기타 작은 결함이 유리의 외면에 존재할 수 있다. 이러한 흠 및/또는 결함이 아무리 작을지라도 유리의 광학 투명도에 영향을 주기 쉽다. 연마재 마무리 방법은 이러한 결함 및/또는 흠을 제거하는 데 광범위하게 사용되었다. 연마재 마무리는 전형적으로 주요한 방법, 즉 연삭(硏削), 정련(fining), 및 연마 방법 내에 있다.
연삭 단계는 목적하는 곡선 또는 반경을 완성한 후, 연마재 도구로 유리 표면을 거칠게 연삭하여 어떠한 주형적 흠이라도 제거한다. 전형적으로, 이러한 연마재 도구는 초연마재 입자, 예를 들어 다이아몬드, 텅스텐 카바이드, 또는 입방 보론 질화물을 포함한다. 그러나, 이러한 거친 연삭 과정의 연마재 도구는 거친 찰흔을 유리 표면에 제공하므로, 상기 제조된 유리 표면은 광학적으로 투명한 상태로 직접 연마될 만큼 충분히 정교하지도 않고 평활하지도 않다. 연삭 과정의 목적은 가능한 한 찰흔 패턴을 정교하게 하면서 다량의 유리를 신속하고 정확하게 제거하는 것이다. 이후, 이들 찰흔은 통상적으로 "정련" 및 "연마"로서 통상 공지된 또 다른 단계에 의해 제거된다.
유리 마무리는 전형적으로 루스한(loose) 연마재 슬러리로 행해진다. 루스한 연마재 슬러리는 물과 같은 액체 매질 중에 분산된 복수의 연마재 입자를 포함한다. 루스한 슬러리에 사용되는 가장 흔한 연마재 입자는 경석, 규소 카바이드, 알루미늄 산화물 등이다. 루스한 연마재 슬러리는 다른 첨가제, 예를 들어 분산제, 윤활제, 소포제 등을 임의로 포함할 수 있다. 대부분의 경우, 루스한 연마재슬러리가 유리 표면과 랩 패드 사이에 존재하도록, 마무리될 유리 표면과 랩 패드 사이에 루스한 연마재 슬러리를 펌프질한다. 랩 패드는 임의의 재료, 예를 들어 고무, 폼, 중합체성 재료, 금속, 스틸 등으로 제조될 수 있다. 전형적으로, 유리 공작물과 랩 패드 모두는 서로에 대해 회전할 것이다. 이러한 연삭 과정은 전형적으로 1 단계 이상을 포함하고, 각 단계는 유리 위의 표면을 점차 더 정교하게 마무리한다.
표면의 조도는 육안으로 볼 수 있거나 또는 볼 수 없는 찰흔 또는 찰흔 패턴에 전형적으로 기인한다. 찰흔 패턴은 표면을 따라 있는 일련의 피크와 골로서 정의할 수 있다. Rtm 및 Ra는 연마재 산업에 사용되는 조도의 통상적인 척도이다. 그러나 정확한 측정 과정은 표면 조도 평가에 사용하는 장비의 종류에 따라 달라질 수 있다.
Ra는 표면 조도 프로파일이 표면 상의 평균선으로부터 벗어나는 산술 평균의 평균 조도 높이 값으로서 정의된다. 랭크 테일러 홉슨(Rank Taylor Hobson) 기기에 의해 설정된 평가 길이 내에서 표면 상의 평균선 아래·위 모두의 지점에서 측정된다. Ra 및 Rtm(하기에 정의됨)은 5 ㎛ 반경의 다이아몬드 첨필인 외형 분석기 탐침으로 측정되며, 그 결과는 ㎛ 단위로 기록된다. 이들 이탈 측정치를 합한 후에 측정 횟수로 나누면 평균값에 도달한다. 일반적으로, Ra 값이 낮을수록 마무리가 더 평활하다.
Rt는 최대 피크-대-골 높이로서 정의된다. Rtm은 각 측정 길이의 최대 피크-대-골 높이의 평균값(5개의 연속적인 측정 길이에서 측정됨)이다. 통상적으로, Rtm 값이 낮을수록, 마무리가 더 평활하다. Ra 및 Rtm 값의 경미한 변화는 동일하게 마무리된 유리 표면에 대해 시판중인 여러 브랜드의 외형 분석기로 측정하는 경우에 발생할 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.
총 마무리 공정의 최종 단계는 유리 물품에 더 평활하고 광학적으로 투명한 표면을 제공하는 연마 단계이다. 대부분의 경우, 루스한 슬러리가 통상적으로 어떠한 흠, 결함, 및/또는 작은 찰흔도 본질적으로 없는 광학적으로 투명한 표면을 제공하기 때문에, 상기 연마 단계는 루스한 연마재 슬러리로 행해진다. 통상적으로, 루스한 연마재 슬러리는 물에 분산된 세리아 연마재 입자를 포함한다.
루스한 연마재 슬러리가 유리 물품에 광학적으로 투명한 표면 마무리를 제공하는 정련 및 연마 단계에 광범위하게 사용되고 있지만, 루스한 연마재 슬러리는 이와 관련된 많은 단점을 갖는다. 이러한 단점으로는 필요한 고용량의 슬러리를 취급하는 불편함, 연마재 입자의 침강을 막고 균일한 농도의 연마재 입자를 연마 경계면에 유지하기 위해 필요한 교반, 및 루스한 연마재 슬러리를 제조, 취급 및 처리하거나 또는 회수 및 재사용하기 위한 추가 장치에 대한 필요성을 들 수 있다. 또한, 슬러리 자체는 고비용의 노동 시간을 추가로 요하는 품질과 분산 안정성을 보장하기 위해 주기적으로 분석되어야 한다. 더욱이, 펌프 헤드, 밸브, 공급 라인, 연삭 랩, 및 루스한 연마재 슬러리와 접촉하는 슬러리 공급 장치의 다른 부품들은 결국 마모되어 바람직하지 못하다. 또한, 점액인 루스한 연마재 슬러리가 쉽게 튀어 올라 함유하기 어렵기 때문에, 슬러리를 사용하는 단계들은 주로 매우 단정치 못하다.
당연하게도, 랩핑 연마재 제품, 코팅 연마재 제품, 또는 고정 연마재 제품으로 루스한 연마재 슬러리 마무리 단계를 대체하려는 시도가 있었다. 통상적으로, 랩핑 연마재는 바인더에 분산된 복수의 연마재 입자를 포함하는 연마재 코팅을 갖는 이면재(backing)를 포함한다. 예를 들면, 미국 특허 출원 제4,255,164호, 제4,576,612호, 제4,733,502호, 및 유럽 특허 출원 제650,803호는 다양한 고정 연마재 물품 및 연마 과정을 개시한다. 고정 연마재 물품을 개시한 다른 참고 문헌들로는 미국 특허 출원 제4,644,703호, 제4,773,920호, 및 제5,014,468호를 들 수 있다.
그러나, 고정 연마재는 루스한 연마재 슬러리를 완전하게 대체하지는 못하였다. 어떤 경우에는, 고정 연마재가 광학적으로 투명하고, 본질적으로 흠, 결함, 및 또는 작은 찰흔도 없는 표면을 제공하지 못한다. 다른 경우에는, 고정 연마재가 유리 물품을 연마하는 데 더 긴 시간을 요구함으로써, 루스한 연마재 슬러리를 사용하는 것이 비용면에서 더 저렴하다. 유사하게도 어떤 경우에는, 고정 연마재의 수명이 루스한 연마재 슬러리와 비교해서 고정 연마재와 관련된 고비용을 정당화시킬 만큼 충분히 길지 않다. 따라서, 어떤 경우에는, 고정 연마재가 루스한 연마재 슬러리 만큼 경제적으로 바람직하지 못하다.
유리 산업계가 원하는 것은 루스한 연마재 슬러리와 관련된 단점을 나타내지 않고, 단시간에 원료를 빠르게 제거함으로써 적당한 시간 내에 유리 표면을 효과적으로 그리고 경제적으로 연삭할 수 있는 연마재 물품이다.
발명의 개요
본 발명의 한 양태는 하기 단계 (a) 내지 (c)를 포함하는 유리 공작물의 표면을 연삭하는 방법을 제공한다:
(a) 연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 접촉시키는 단계로서, 상기 연삭 층은 유기 수지, 알칼리 금속염, 알칼리성 금속염 및 이들의 조합물 중에서 선택되는 금속염, 및 상기 연마재 복합체 전체에 균일하게 분산된 단일 다이아몬드 연마재 입자를 포함하는 단계,
(b) 연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면 사이에 윤활제를 도입하는 단계, 및
(c) 연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 서로에 대해 이동시키는 단계.
본 발명의 또 다른 양태는 하기 단계 (a) 내지 (c)를 포함하는 유리 공작물의 표면을 연삭하는 방법을 제공한다:
(a) 연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 접촉시키는 단계로서, 상기 연삭 층은 복수의 연마재 복합체를 포함하고, 상기 복합체는 유기 수지와 집괴 연마재 입자를 포함하며, 상기 집괴는 영구 바인더에 분산된 다이아몬드 입자를 포함하는 단계,
(b) 연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면 사이에 윤활제를 도입하는 단계, 및
(c) 연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 서로에 대해 이동시키는 단계.
본 발명의 또 다른 양태는 하기 단계 (a) 내지 (c)를 포함하는 유리 공작물의 표면을 연마하는 방법을 제공한다:
(a) 연마재 물품의 연마 층과, 초기 표면 조도 Ra가 약 0.07 ㎛인 유리 공작물의 표면을 접촉시키는 단계로서, 상기 연마 층은 섬유를 포함하는 이면재와 일체로 주형된 복수의 연마재 복합체를 포함하고, 상기 연마재 복합체는 유기 수지, 세리아 입자와, 알칼리 금속염, 알칼리성 금속염 및 이들의 조합물 중에서 선택된 금속염을 포함하는 단계,
(b) 연마재 물품의 연마 층과 유리 공작물의 표면 사이에 윤활제를 도입하는 단계, 및
(c) 연마재 물품의 연마 층과 유리 공작물의 표면을 서로에 대해 이동시키는 단계.
1개 이상의 3차원 연마재 코팅은 복수의 연마재 복합체를 포함하는 것이 바람직하다. 복수의 연마재 복합체는 정확한 형상의 복합체, 불규칙한 형상의 복합체, 또는 원통형 또는 상단부가 평평한 임의의 다른 기둥 형상을 포함하는 정확한 형상의 복합체일 수 있다.
하나의 바람직한 방법에서, 연마재 복합체는 에폭시 바인더를 포함하고, 일체로 주형된 우레탄 이면재이다. 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴레이트는 바람직한 재료로서 사용될 수도 있다.
유리를 연삭하는 데 있어서, 연마재 입자는 다이아몬드 연마재 입자 또는 다이아몬드 집괴 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 임의로, 다이아몬드 입자는 다이아몬드가 아닌 다른 경질의 연마재 입자, 연질의 무기 연마재 입자, 및 이들의 혼합물과 배합될 수 있다. 유리를 연마하는 경우, 연마재 입자는 세리아 입자를 포함하는 것이 바람직하다.
유리를 연삭 또는 연마하는 경우, 연마재 복합체는 충전재를 약 40 중량% 내지 약 60 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 충전재를 약 50 중량% 내지 약 60 중량% 포함하는 것이 더 바람직하다. 바람직한 충전재로는, 예를 들면 칼슘 메타실리케이트, 백색 알루미늄 산화물, 탄산 칼슘, 실리카 및 이들의 조합물을 들 수 있다.
다이아몬드 연마재 입자는 연마재 복합체 중에 약 0.1 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 약 2 중량% 내지 4 중량%로 존재하는 것이 바람직하다. 세리아 연마재 입자의 바람직한 양은 약 85 중량% 이하이다.
본 발명의 한 실시 형태에서, 유리를 연삭하는 연마재 물품은 연삭 시간 간격이 10초 내지 15초이고, 통상적으로 약 12초인 RPP 방법을 사용하여 유리 시험지 상의 원료를 200 내지 400 ㎛ 제거하여 최종 Ra를 약 1.1 ㎛ 이하로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 유리를 연삭하는 연마재 물품은 연삭 시간 간격이 10초 내지 15초이고, 통상적으로 약 12초인 RPP 방법을 사용하여 유리 시험지 상의 원료를 200 ㎛ 제거하여 최종 Ra를 약 0.80 ㎛ 이하로 할 수 있다.
유리를 연삭하는 본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 다이아몬드 입자를 함유하는 집괴를 포함하는 연마재 물품은 연삭 시간 간격이 10초 내지 15초이고, 통상적으로 약 12초인 RPP 방법을 사용하여 유리 시험지 상의 원료를 100 ㎛ 제거하여최종 Ra를 약 0.7 ㎛로 할 수 있다.
유리를 연마하는 본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 세리아를 함유하는 연마재 물품은 연마 시간 간격이 45초 이하, 바람직하게는 약 30초 이하, 더 바람직하게는 약 20초 이하, 보다 더 바람직하게는 약 15초를 사용하여 표면 조도 Ra 0.07㎛를 표면 조도 0.009 ㎛로 감소시킬 수 있다.
RPP 테스트 방법
"RPP" 방법은 "부헤흘러 에코메트(부에흘러 에코메트) 2" 전력 헤드가 탑재된 부헤흘러 에코메트 4" 가변성 속도 연삭기-연마기를 이용하는데, 이 둘은 미국 일리노이주 레이크 블러프에 소재한 부에흘러 인더스트리즈, 리미티드(Buehler Industries, Ltd.)의 제품이다. 테스트는 전형적으로 다음의 조건(유리 시험지의 표면 영역에 약 25.5 psi(약 180 kPa)의 경계 압력을 제공하는, 힘 60 lbs.(267 N)를 갖는 500 rpm으로 설정된 모터 속도)을 사용하여 수행된다. 경계 압력은 다양한 조건하에서 테스트하는 동안 증가되거나 또는 감소될 수 있다.
직경이 2.54 cm(1 인치)이고, 두께가 약 1.0 cm인 3개의 평평한 원형 유리 시험지가 제공되는데, 이들은 미국 뉴저지주 코닝에 소재한 코닝 인코포레이티드(Corning Incorporated)의 제품(상용명 "CORNING #9061")이다. 상기 유리 재료를 연삭기-연마기의 전력 헤드 부분에 둔다. 연삭기-연마기의 12 인치(30.5 cm) 알루미늄 가대는 반시계 방향으로 회전하지만, 유리 시험지를 고정하는 전력 헤드는 35 rpm으로 시계 방향으로 회전한다.
테스트될 연마재 물품을 직경이 20.3 cm(8 인치)인 원으로 다이 절단한 후,쇼어(Shore) A 경화가 약 65 듀로메타인 압출된 석판 원료 폼 우레탄 이면재 패드 위에 압감성 접착제를 사용하여 직접 부착한다. 우레탄 이면재 패드는 두께가 약 30 mm인 압출된 석판 개방 셀, 연성 폼 패드에 부착된다. 이 패드 어셈블리를 연삭기/연마기의 알루미늄 가대 위에 둔다. 수돗물을 약 3 L/분의 유속으로 상기 연마재 물품 위에 뿌려, 연마재 물품의 표면과 유리 시험지 사이에 윤활성을 제공한다.
유리 시험지 상의 초기 표면 마무리는 다이아몬드 첨필 외형 분석기(상용명 "SURTRONIC 3", 영국 레이체스터에 소재한 테일러 홉슨(Taylor Hobson)의 제품임)로 평가된다.
유리 시험지는 전술한 연삭기를 사용하여 연삭된다. 연삭기의 연삭 시간 간격은 10 초로 설정된다. 그러나, 연마재 물품이 유리 시험지 표면 상에서 안정화될 때까지 연삭기가 시간 측정을 시작하지 않기 때문에, 연마재 물품과 유리 시험지 표면 사이의 실제 접촉 시간은 설정 시간 보다 더 클 수 있다. 즉, 유리 표면 상에서 연마재 물품의 약간 튀기기 또는 스키핑(skipping)이 있을 수 있으며, 연삭기는 연마재 물품과 유리 펴면 사이의 접촉이 실질적으로 일정한 시기에 시간 측정을 시작한다. 따라서, 연마재 물품과 유리 표면 사이에 접촉이 있는 실제 연마 간격 시간은 약 12초이다. 연삭한 후, 최종 표면 마무리 및 최종 중량 또는 두께가 각각 기록된다.
실제 유리 공작물을 목적하는 사양으로 연삭하는 데 필요한 실제 시간(속도)은 수많은 인자, 예를 들어 사용하는 연마 장치, 연마재 물품 하의 이면재 패드,연마재 회전 속도, 연마될 표면 영역의 크기, 접촉 압력, 연마재 입경, 제거될 유리의 양, 및 연삭될 표면의 초기 조건 등에 따라 변할 것으로 이해된다. 상기 RPP 방법은 단순히 상기 물품 및 본 발명의 방법을 종래의 유리 연삭 방법과 비교하기 위해 사용될 수 있는 기선(baseline) 성능 특징을 제공한다.
본 발명은 연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 접촉시키는 단계로서, 상기 연삭 층은 복수의 연마재 복합체를 포함하고, 상기 복합체는 유기 수지, 알칼리 금속염, 알칼리성 금속 염 및 이들의 조합물 중에서 선택되는 금속염, 및 상기 연마재 복합체 전체에 균일하게 분산된 단일 다이아몬드 연마재 입자를 포함하며; 연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면 사이에 윤활제를 도입하는 단계; 및 연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 서로에 대해 이동시키는 단계를 포함하는 유리 공작물의 표면을 연삭하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 연마재 물품의 한 실시 형태의 사시도이다.
도 2는 도 1의 연마재 물품의 상면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 연마재 물품의 제2 실시 형태의 상면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 연마재 물품의 제3 실시 형태의 상면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 연마재 물품의 제4 실시 형태의 상면도이다.
도 6A는 본 발명의 연마재 복합체의 측면도이다. 도 6B는 도 6A의 연마재 복합체의 상면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 집괴의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명은 이면재와, 이면재의 표면에 결합된 바인더 내에 분산된, 바람직하게는 다이아몬드, 다이아몬드 입자를 함유하는 집괴, 또는 세리아 입자를 포함하는 1개 이상의 3차원 연마재 코팅을 포함하는 연마재 물품으로 유리 표면을 마무리, 즉 연삭 및 연마하는 방법에 관한 것이다. 연마재 코팅은 바인더 전구체로부터 형성된 바인더 및 복수의 연마재 입자 또는 연마재 집괴, 바람직하게는 다이아몬드, 세리아 연마재 입자, 또는 다이아몬드를 함유하는 집괴를 포함한다.
유리의 최종 용도는 가정 또는 상업적 환경일 수 있다. 유리는 장식용 또는 건축용도로 사용될 수 있다. 유리는 1개 이상의 마무리된 표면을 가질 것이다. 유리는 비교적 평평하거나 또는 이와 관련된 몇가지 윤곽을 가질 수 있다. 이러한 윤곽은 곡선 또는 코너의 형상일 수 있다. 유리 표면 또는 공작물의 예로는 광학 성분, 예를 들어 렌즈, 프리즘, 거울, CRT(캐소드 레이 튜브) 스크린 등의 일부를 들 수 있다. CRT 스크린은 장치에 사용되는 디스플레이 표면, 예를 들어 텔레비젼 세트, 컴퓨터 모니터 등에 폭넓게 사용된다. CRT 스크린의 크기(대각선 측정시)는 약 10 cm(4 인치) 내지 약 100 cm(40 인치) 또는 그 이상의 범위이다. CRT 스크린은 볼록한 외면을 가지고, 만곡의 반경이 존재한다.
이제 도면을 참조하면, 본 발명에 의한 연마재 물품(10)의 한 실시 형태는 도 1과 도 2에 도시되어 있다. 도 1은 일체로 주형된 이면재(14)의 한쪽 주면 상에 복수의 연마재 복합체(11)를 갖는 일체로 주형된 이면재(14)를 포함하는 연마재 물품(10)의 사시도이다. 복합체(11)는 다이아몬드 형상이며 말단부 또는 상단면(12) 및 기저(13)를 갖는다. 연마재 복합체(11)는 유기 바인더에 분산된 복수의 연마재 입자를 포함한다. 연마재 입자는 여러 연마재 재료들의 혼합물일 수 있다. 복합체(11)는 기저(13)를 따라 이면재(14)와 함께 일체로 주형된다. 거의 모든 경우에 있어서, 이면재(14)는 복합체(11)들 사이의 랜드 영역처럼 보일 것이다. 복합체(11)는 유기 수지, 연마재 입자, 및 임의적으로 임의의 추가 첨가제, 예를 들면 충전재, 안료, 커플링제 등을 포함한다.
도 2는 연마재 물품(10)의 상면도이고, 또한 이면재(14) 상에 상단면(12)을갖는 복합체(11)를 보여준다. 복합체(11)는 이면재(14)의 표면 전체에 위치할 수 있거나, 또는 이면재(14)의 일부는 도 2에 도시된 바와 같은 복합체에 의해 덮여질 수도 있다. 복합체(11)는 이면재(14) 상에 대칭적으로 그리고 질서 정연하게 위치한다.
인접한 연마재 복합체의 기저(13)는 이면재 또는 랜드 영역(14)에 의해 서로 분리되는 것이 바람직하다. 이러한 분리로 인해, 부분적으로 유체 매질(예, 윤활제)은 연마제 복합체들 사이를 자유롭게 흐른다. 유체 매질의 이러한 자유로운 흐름은 유리 연삭 과정 동안 더 우수한 절단 속도 표면 마무리 또는 평면성 증가에 기여하는 경향이 있다. 연마재 복합체의 간격은 직선 1 cm 당 약 0.3개 내지 약 100개의 연마재 복합체, 바람직하게는 직선 1 cm 당 약 0.4개 내지 약 20개의 연마재 복합체, 더 바람직하게는 직선 1 cm 당 약 0.5개 내지 약 10개의 연마재 복합체, 보다 더 바람직하게는 직선 1 cm 당 약 0.6개 내지 3.0개의 연마재 복합체로 변할 수 있다. 연마재 물품의 한 양태에서, 약 5개의 복합체/cm2이상이고, 100개의 복합체/cm2이상이 바람직하다. 본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 복합체의 영역 간격은 약 1 내지 12,000개의 복합체/cm2범위이다.
연마재 복합체의 하나의 바람직한 형상은 도 3에 도시된 바와 같이, 통상적으로 원통형 기둥이고, 도 3은 원형 연마재 복합체(31)를 포함하는 연마재 물품(30)의 상면도이다. 이면재(34)는 복합체(31)들 사이에서 관찰할 수 있다. 도 3에서, 이면재(34)의 전체 표면(복합체들 사이의 임의의 랜드 영역을 제외함)은복합체(31)에 의해 덮여 있다. 연마재 복합체(31)의 높이는 연마재 물품(30) 전체에서 일정한 것이 바람직하나, 다양한 높이의 연마재 복합체를 가질수도 있다. 복합체의 높이는 약 10 내지 약 25,000 ㎛(2.5 cm), 바람직하게는 약 25 내지 약 15,000 ㎛, 더 바람직하게는 약 100 내지 약 10,000 ㎛, 보다 더 바람직하게는 약 1,000 내지 약 8,000 ㎛의 값일 수 있다. 적어도 원통형 기둥 복합체에 있어서, 복합체의 직경은 약 1,000 ㎛(1.0 mm) 내지 약 25,000 ㎛(2.5 cm), 바람직하게는 5,000 ㎛ 내지 20,000 ㎛의 값일 수 있다. 특히 바람직한 표면 형태는 높이가 약 9,500 ㎛(0.95 cm)이고 기저 직경이 15,900 ㎛(1.59 cm)인 원통형 기둥을 포함한다. 인접한 기둥의 기저들 사이는 대략 3,200 ㎛이다. 또 다른 바람직한 표면 형태는 높이가 6,300 ㎛(0.63 cm)이고 기저 직경이 약 7,900 ㎛(0.79 cm)인 원통형 기둥을 포함한다. 인접한 기둥의 기저들 사이는 대략 2,400 ㎛이다.
도 4는 쇄기형 또는 파이 형상의 연마재 물품(40)의 상면도이다. 복합체(41)는 이들 사이에 랜드 영역(44)을 갖는 아치형 구획으로 배열된다. 복합체(41)의 형상이나 크기는 동일하지 않다.
몇몇 용도에서는, 연마재 복합체 내에 위치한 금속 결합된 연마재 조각을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 금속 결합된 연마재 조각은 제조한 연마재 물품의 연삭 능력을 통상적으로 증가시킨다. 상기 조각은, 예를 들면 전기 도금, 고온 가압, 소결되거나 또는 임의의 다른 공지된 조각일 수 있다. 연마재 입자, 예를 들면 다이아몬드 입자는 조각 전체에 무작위로 분산되거나 또는 정확하게 이격될 수 있다. 연마재 입자는 층 내에 위치하거나 또는 상기 조각 전체에 균일하게 위치할 수 있다. 특히 유용한 금속 결합된 연마재 조각은 미국 특허 출원 제08/984,899호(1997년 12월 4일 출원)의 교시에 따라 제조될 수 있다. 이들 조각은 단면이 직사각형 또는 원형이 바람직하지만, 어떠한 형태라도 좋다. 상기 조각은 연마재 복합체의 측면 테두리 내에 완전히 정합하는데, 즉 복합체의 상단면 위로 또는 복합체의 측벽 위로 확장하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 금속 결합이 되지 않고 유리(또는 유리로 된 결합) 또는 세라믹(또는 유리-세라믹 결합)을 갖는, 연마재 복합체 중의 조각을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
도 5는 이면재(54) 상에 연마재 복합체(51)를 포함하는 연마재 물품(50)의 상면도이다. 연마재 복합체(51) 중 일부는 금속 결합된 연마재 조각(55)이 그 안에 내포된다.
도 6A 및 도 6B는 각각 복합체(61)의 측면도 및 상면도이다. 도 6A는 이면재(도시되지 않음) 및 상단면(62)에 인접한 기저(63)를 갖는 복합체(61)를 보여준다. 복합체의 높이는 H이다. 통상적으로, 복합체의 높이는 약 10 ㎛ 내지 약 30,000 ㎛(2.5 cm), 바람직하게는 약 25 내지 약 15,000 ㎛, 더 바람직하게는 약 100 내지 약 10,000 ㎛이다. 몇몇 실시 형태에서, 복합체(61)는 약간 체감된 형상, 예를 들어 피라미드 또는 원뿔형인 것이 바람직할 수 있다. 도 6A는 복합체(61)의 체감도를 규정하는, 기저(63)와 측벽(66) 사이의 내각 α를 갖는 복합체(61)를 보여준다. 각도 α는 90°(즉, 복합체가 체감되지 않음) 내지 45°일 수 있다. 각도 α는 75°내지 89.9°가 바람직하고, 80°내지 89.7°가 더 바람직하며, 80°내지 87°가 보다 더 바람직하다. 체감된 복합체는 사용중에 복합체의파손을 제어하는 것을 조력할 수 있고, 또한 복합체를 주형하는 데 사용되는 도구로부터 상기 복합체를 제거하는 것을 조력한다. 또한, 도 6A에는 반경 r이 도시되어 있는데, 이 r은 측벽(66)이 상단면(62)을 만나는 코너의 내부 반경이다. 통상적으로, 둥근 코너는 재료(즉, 수지 및 연마재 입자)를 골고루 충전하여 도구로부터 제거되기가 더 쉽다고 추정되기 때문에, 약간 둥글거나 또는 반경 코너를 갖는 것이 바람직하다.
도 6B는 복합체(61)의 상면도이다. 기저(63)는 상단면(62)의 직경 DT보다 더 큰 직경 DO를 갖는다. 복합체(61)와 같은 원형 복합체의 경우, DO는 약 1,000 내지 약 50,000 ㎛(2.5 cm) 일 수 있다. 마찬가지로, DT는 약 500 내지 약 50,000 ㎛ 일 수 있다. 임의의 다른 단면 형상, 예를 들어 정방형, 직사각형, 삼각형, 성상형 등의 경우, 복합체의 직경은 DO사이의 차이고, DT는 복합체(61)의 체감도(각도 α와 직접 관련됨) 및 높이 H에 의해 결정된다.
연마재 복합체는 식별 가능한 형상을 갖는 것이 바람직하다. 초기에, 연마재 입자는 바인더의 표면 위로 돌출하지 않는 것이 바람직하다. 연마재 물품이 표면을 침식시키는 데 사용되기 때문에, 상기 복합체는 부서지고 사용하지 않은 연마재 입자를 드러낸다.
연마재 복합체 형상은 어떠한 형태라도 좋고, 수많은 기하학적 형상, 예를 들어 입방체, 벽돌형, 원통형, 삼릉형, 직사각형, 피라미드, 절단된 피라미드, 원뿔형, 절단된 원뿔형, 십자형, 또는 상단면이 평평한 기둥형 중에서 선택될 수 있다. 또 다른 형상은 반구형이고, 미국 특허 제5,681,217호에 더 기술되어 있다. 제조한 연마재 물품은 여러 형상의 연마재 복합체의 혼합물을 가질 수 있다. 기저의 단면 형상은 상단면과 다를 수 있다고 예견된다. 예를 들면, 상단면은 원형이나, 연마재 복합체의 기저는 정방형일 수 있다.
연마재 복합체의 기저는 서로 인접할 수 있거나, 또는 대안적으로 인접한 연마재 복합체의 기저는 소정의 명시된 거리, 즉 랜드 영역에 의해 서로 이격될 수 있다. 인접에 대한 정의는 또한 인접한 복합체가 접촉하고 복합체의 마주한 측벽들 사이로 확장하는 통상의 연마재 랜드 재료 또는 가교형 구조물을 공유하는 경우의 배열을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 연마재 랜드 재료는 통상적으로 연마재 복합체를 형성하는 데 사용되는 동일한 연마재 슬러리로부터 형성되거나 또는 이면재를 형성하는 데 사용되는 슬러리로부터 형성된다.
도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 연마재 물품은 복수의 상기 물품으로 사용되도록 고안된다. 이러한 파이형 또는 쇄기형 물품은 360°원주를 완성하는 백업 패드 상에 통상 배열된다. 이후, 연마재 물품의 이러한 원주는 유리 공작물, 예를 들어 TV 및 CRT 스크린을 연삭하는 데 사용된다. 또한, 도 3 및 도 5에 도시된 것과 같은 물품 중 단지 하나가 전체 백업 패드를 커버하는 백업 패드 상에 배열될 필요가 있다.
각 연마재 복합체의 형상 또는 치수와는 상관 없이, 이면재의 표면 영역 중 바람직하게는 약 20% 내지 약 90%, 더 바람직하게는 약 30% 내지 약 70%, 보다 더 바람직하게는 약 40% 내지 약 60%가 연마재 복합체에 의해 커버될 것이다. 정확한연삭 과정에 따라, 연삭은 전체 연마재 물품 상에서 발생하거나 또는 다른 영역에 비해 어느 한 영역에 더 집중될 수 있다.
A. 바인더
바인더는 바인더 전구체로부터 형성되는 것이 바람직하다. 바인더 전구체는 경화되지 않거나 또는 중합되지 않은 상태에 있는 수지를 포함한다. 연마재 물품의 제조 과정 동안, 바인더 전구체내 수지는 중합되거나 또는 경화되어, 바인더가 형성된다. 바인더 전구체는 응축 경화성 수지, 첨가 중합 가능한 수지, 자유 라디칼 경화성 수지, 및/또는 이러한 수지의 조합물과 배합물을 포함할 수 있다.
하나의 바람직한 바인더 전구체는 자유 라디칼 메카니즘을 통해 중합되는 수지 또는 수지 혼합물이다. 중합 반응은 적당한 촉매와 함께 바인더 전구체를 에너지 원, 예를 들어 열 에너지 또는 방사능 에너지에 노출시킴으로써 개시된다. 방사능 에너지의 예로는 전자선, 자외선, 또는 가시광선을 들 수 있다.
자유 라디칼 경화성 수지의 예로는 아크릴레이트화된 우레탄, 아크릴레이트화된 에폭시, 아크릴레이트화된 폴리에스테르, 에틸렌계 불포화 단량체, 불포화 카보닐기가 현수된 아미노플라스트 단량체, 1개 이상의 아크릴레이트기가 현수된 이소시아누레이트 단량체, 1개 이상의 아크릴레이트기가 현수된 이소시아네이트 단량체, 및 이들의 혼합물과 조합물을 들 수 있다. 아크릴레이트란 용어는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 포함한다.
바람직한 바인더 전구체는 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 또는 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 에틸렌계 불포화 단량체의 배합물을 포함한다. 바람직한 에틸렌계 불포화 단량체는 1작용성 아크릴레이트 단량체, 2작용성 아크릴레이트 단량체, 3작용성 아크릴레이트 단량체, 또는 이것의 조합물이다. 이들 바인더 전구체로부터 형성된 바인더는 목적하는 특성을 갖는 연마재 물품을 제공한다. 구체적으로, 이들 바인더는 질기고, 내구적이며, 영속적인 매체를 제공하여, 연마재 물품이 수명을 유지하는 동안 연마재 입자를 안전하게 유지한다. 다이아몬드 연마재 입자가 대부분의 종래 연마재 입자 보다 실질적으로 더 오래 견디기 때문에, 상기 바인더 화학은 다이아몬드 연마재 입자를 사용하는 경우에 특히 유용하다. 다이아몬드 연마재 입자의 긴 수명을 이용하기 위해서는, 질기고 내구적인 바인더가 바람직하다. 따라서, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 또는 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 아크릴레이트 단량체의 배합물과, 다이아몬드 연마재 입자의 상기 조합물은 오래 견디고 내구적인 연마재 코팅을 제공한다.
시판중인 아크릴레이트화된 우레탄의 예로는 상용명 "PHOTOMER"(예를 들면, "PHOTOMER 6010")(미국 뉴저지주 호보켄에 소재한 헨켈 코포레이션(Henkel Corp.)의 제품); "EBECRYL 220"(분자량이 1,000인 6작용성 방향족 우레탄 아크릴레이트), "EBECRYL 284"(1,6-헥산디올 디아크릴레이트로 희석된 분자량이 1,200인 지방족 우레탄 디아크릴레이트), "EBECRYL 4827"(분자량이 1,600인 방향족 우레탄 디아크릴레이트), "EBECRYL 4830"(테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트로 희석된 분자량이 1,200인 지방족 우레탄 디아크릴레이트), "EBECRYL 6602"(트리메틸올프로판 에톡시 트리아크릴레이트로 희석된 분자량이 1,300인 3작용성 방향족 우레탄 아크릴레이트), 및 "EBECRYL 840"(분자량이 1,000인 지방족 우레탄 디아크릴레이트)(미국 죠지아주 스미르나에 소재한 UCB 래드큐어 인코포레이티드의 제품들); "SARTOMER"(예, "SARTOMER 9635, 9645, 9655, 963-B80, 966-A80" 등)(미국 펜실베니아주 웨스트 체스터에 소재한 사르토머 컴퍼니(Sartomer Company)의 제품); 및 "UVITHANE"(예, "UVITHANE 782"(미국 일리노이주 시카고에 소재한 모르톤 인터내셔날(Morton International)의 제품)로 공지된 것들을 들 수 있다.
에틸렌계 불포화 단량체 또는 올리고머, 또는 아크릴레이트 단량체 또는 올리고머는 1작용성, 2작용성, 3작용성 또는 4작용성, 또는 심지어 4작용성 이상일 수 있다. 아크릴레이트란 용어는 아크릴레이트와 메타크릴레이트 모두를 포함한다. 에틸렌계 불포화 바인더 전구체는 탄소, 수소, 및 산소, 및 임의로 질소 및 할로겐 원자를 포함하는 단량체 및 중합체 화합물 모두를 포함한다. 에틸렌계 불포화 단량체 또는 올리고머는 분자량이 약 4,000 이상이 바람직하고, 지방족 1히드록시기 또는 지방족 폴리히드록시기를 포함하는 화합물과, 불포화 카르복실산, 예를 들어 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레산 등과의 반응으로 제조된 에스테르가 바람직하다. 에틸렌계 불포화 단량체의 대표적인 예로는 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, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 글리세롤 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트 및 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트를 들 수 있다. 다른 에틸렌계 불포화 단량체 또는 올리고머는 카르복실산의 모노알릴, 폴리알릴 및 폴리메타릴 에스테르 및 아미드, 예를 들어 디알릴 프탈레이트, 디알릴 아디페이트 및 N,N-디알릴아디프아미드를 포함한다. 또 다른 질소 함유 화합물로는 트리스(2-아크릴-옥시에틸)이소시아누레이트, 1,3,5-트리(2-메타크릴옥시에틸)-s-트리아진, 아크릴아미드, 메틸아크릴아미드, N-메틸-아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐-피롤리돈, 및 N-비닐 피페리돈, 및 "CMD 3700"(래드큐어 스페셜티즈의 제품)을 들 수 있다. 에틸렌계 불포화 희석제 또는 단량체의 예는 미국 특허 제5,236,472호 및 제5,580,647호에서 찾아볼 수 있다.
통상적으로, 상기 아크릴레이트 단량체들 사이의 비율은 최종 연마재 물품에 목적하는 다이아몬드 연마재 입자 및 임의의 첨가제 또는 충전재의 중량 백분율에 좌우된다. 전형적으로, 이들 아크릴레이트 단량체는 약 5 중량부 내지 약 95 중량부의 에틸렌계 불포화 단량체에 대해 약 5 중량부 내지 약 95 중량부의 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 범위이다. 잠재적인 다른 유용한 바인더 및 바인더 전구체에 관한 추가의 정보는 PCT WO 97/11484 및 미국 US 특허 제4,773,920호에서 찾아볼 수 있다.
아크릴레이트화된 에폭시는 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르, 예를 들어 비스페놀 A 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르이다. 시판 중인 아크릴레이트화된 에폭시의 예로는 상용명 "CMD 3500", "CMD 3600", 및 "CMD 3700"(래드큐어 스페셜티즈의 제품); 및 "CN103", "CN104", "CN111", "CN112", 및 "CN114"(사르토머 컴퍼니의 제품)를 들 수 있다.
폴리에스테르 아크릴레이트의 예로는 "PHOTOMER 5007" 및 "PHOTOMER 5018"(헨켈 코포레이션의 제품)을 들 수 있다.
아미노플라스트 단량체는 1개 이상의 현수된 알파, 베타-불포화 카보닐기를 갖는다. 이들 불포화 카보닐기는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 또는 아크릴아미드 타입의 기들일 수 있다. 이러한 물질들의 예로는 N-(히드록시메틸)-아크릴아미드, N,N'-옥시디메틸렌비스아크릴아미드, 오르토 및 파라 아크릴아미도메틸레이트화된 페놀, 아크릴아미도메틸레이트화된 페놀계 노볼락, 및 이들의 조합물을 들 수 있다. 이들 물질은 미국 특허 제4,903,440호 및 제5,236,472호에 더 기술되어 있다.
1개 이상의 아크릴레이트기가 현수된 이소시아누레이트와 1개 이상의 아크릴레이트기가 현수된 이소시아네이트 유도체는 미국 특허 제4,652,274호에 더 기술되어 있다. 바람직한 이소시아누레이트 물질은 트리스(히드록시 에틸)이소시아누레이트의 트리아크릴레이트이다.
자유 라디칼 경화성 수지가 경화되거나 또는 중합되는 방법에 따라, 바인더 전구체는 경화제(촉매 또는 개시제로서도 공지됨)를 더 포함할 수 있다. 경화제가 적당한 에너지 원에 노출되는 경우, 중합 반응을 개시할 자유 라디칼 원을 생성할 것이다.
바람직한 바인더 전구체는 에폭시 수지를 포함한다. 에폭시 수지는 옥시란고리를 가지며, 개환 반응에 의해 중합된다. 이러한 에폭사이드 수지는 단량체성 에폭시 수지 및 중합체성 에폭시 수지를 포함한다. 몇가지 바람직한 에폭시 수지의 예로는 2,2-비스-4-(2,3-에폭시프로폭시)-페닐)프로판, 비스페놀의 디글리시딜 에테르, 상용명 "EPON 828", "EPON 1004", 및 "EPON 1001F"으로 시판 중인 물질(미국 텍사스주 휴스톤에 소재한 쉘 케미칼 컴퍼니의 제품), 및 "DER-331", "DER-332", 및 "DER-334"(미국 미시간주 다우 케미칼 컴퍼니의 제품)를 포함한다. 다른 적당한 에폭시 수지는 고리지방족 에폭시, 페놀 포름알데히드 노볼락의 글리시딜 에테르(예, "DEN-431" 및 "DEN-428")(다우 케미칼 컴퍼니의 제품)를 포함한다. 자유 라디칼 경화성 수지와 에폭시 수지의 배합물은 미국 특허 제4,751,138호 및 제5,256,170호에 더 기술되어 있다.
B. 이면재 재료
이면재는 바인더와 연마재 입자의 조합물에 의해 형성된 연마재 복합체의 지지체로서 작용한다. 본 발명에 유용한 이면재는 바인더 전구체를 경화 조건에 노출시킨 후에 바인더에 부착될 수 있어야 하고, 본 발명의 방법에 사용된 물품이 유리의 표면 윤곽, 반경 및 불규칙성에 정합할 수 있도록 상기 노출 후에 가요성인 것이 바람직하다.
많은 유리 마무리 적용에서, 이면재는 제조한 연마재 물품이 오래 견디도록 강하고 내구적일 필요가 있다. 또한, 몇 가지 연삭 적용시에, 이면재는 연마재 물품이 유리 공작물에 균일하게 정합할 수 있도록 강하고 가요성일 필요가 있다. 이것은 통상 유리 공작물의 표면이 이와 관련된 형상 또는 윤곽을 갖는 경우에 사실이다. 이면재는 강도 및 정합성의 상기 특성을 제공하기 위해 중합체성 필름, 종이, 가황 섬유, 주형 또는 주조된 탄성체, 처리된 부직포 이면재, 또는 처리된 천 이면재일 수 있다. 중합체성 필름의 예로는 폴리에스테르 필름, 에스테르 공중합체 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아미드 필름 등을 포함한다. 종이를 비롯하여 부직포는 필요한 특성을 제공하는 열경화성 또는 열가소성 재료로 포화될 수 있다. 상기 이면재 재료 중 어느 것이라도 첨가제, 예를 들어 충전재, 섬유, 염료, 안료, 습윤제, 커플링제, 가소제 등을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 유리 연마 연마재 물품에 사용되는 이면재는 1타입 이상의 섬유, 예를 들면 실리케이트, 금속, 유리, 탄소, 세라믹, 고 모듈러스 유기물, 및 이들의 조합물의 섬유를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 이면재는 보강 스크림 또는 천, 예를 들면 NOMEXTM천(미국 델라웨어주 윌밍톤에 소재한 듀폰 컴퍼니의 제품)을 포함할 수도 있다.
경우에 따라서, 복합체를 독립적으로 이면재(예, 천)에 부착시키는 대신에 일체로 주형된 이면재, 즉 복합체에 인접하게 직접 주형된 이면재를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이면재는 복합체가 주형된 후에 복합체의 이면에 주형 또는 주조되거나, 또는 복합체와 함께 동시에 주형 또한 주조될 수 있다. 이면재는 열 또는 방사능 경화성 열가소성 또는 열경화성 수지로부터 주형될 수 있다. 전형적인 바람직한 열경화성 수지의 예는 페놀계 수지, 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 에틸렌계 불포화 수지, 아크릴레이트화된 이소시아누레이트 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 이소시아누레이트 수지, 아크릴레이트화된 우레탄 수지, 아크릴레이트화된 에폭시 수지, 비스말레이미드 수지, 및 이들의 혼합물을 포함한다.바람직한 열가소성 수지의 예로는 폴리아미드 수지(예, 나일론), 폴리에스테르 수지 및 폴리우레탄 수지(폴리우레탄-우레아 수지를 포함함)를 들 수 있다. 바람직한 열가소성 수지는 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트의 반응 생성물로부터 유도된 폴리우레탄이다.
이면재 화학이 복합체의 화학과 동일하거나 또는 유사하다면 이것은 본 발명의 범위내에 있다.
C. 연마재 입자
본 발명의 연마재 입자는 복수의 연마재 입자 또는 연마재 집괴를 포함한다. 도 7은 본 발명의 연마재 집괴를 보여준다. 연마재 집괴(70)는 영구 바인더(72)내에 분산된 단일 연마재 입자(74)를 포함한다. 영구 바인더(72)는 전술한 바와 같이 유리, 세라믹, 금속 또는 유기 바인더일 수 있다. 단일 연마재 입자(74)는 단일 다이아몬드 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 집괴에 사용된 단일 다이아몬드 입자의 크기는 약 1 내지 약 100 ㎛ 범위이다. 바람직한 영구 바인더는 "SP1086" 유리 분말(미국 플로리다주 올드스마르에 소재한 스페셜티 글래스 인코포레이티드의 제품)이다.
통상적으로, 15 ㎛ 이상의 다이아몬드 입자를 포함하는 집괴 입자의 평균 크기는 약 100 내지 1000 ㎛이고, 약 100 내지 400 ㎛가 바람직하며, 약 225 내지 약 350 ㎛가 더 바람직하다. 그러나, 15 ㎛ 미만의 다이아몬드 입자를 포함하는 집괴 입자의 평균 크기는 약 20 내지 약 450 ㎛이고, 약 40 내지 약 400 ㎛가 바람직하며, 약 70 내지 약 300 ㎛가 더 바람직하다.
연마재 집괴는 미국 특허 제4,311,489호, 제4,652,275호, 및 제4,799,939호에 더 기술되어 있다. 연마재 입자는 표면 처리 또는 코팅, 예를 들어 커플링제 또는 금속 또는 세라믹 코팅물을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 유용한 연마재 입자의 평균 입경은 약 0.01 ㎛(작은 입자) 내지 500 ㎛(큰 입자)이고, 약 3 ㎛ 내지 약 500 ㎛가 더 바람직하며, 약 5 ㎛ 내지 약 400 ㎛가 보다 더 바람직하다. 간혹, 연마재 입경은 "메쉬" 또는 "그레이드"로서 보고되는데, 이 둘 모두는 통상적으로 공지된 연마재 입자 크기 분류 방법이다. 연마재 입자의 모스 경도는 8 이상이 바람직하고, 9 이상이 더 바람직하다. 이러한 연마재 입자의 예로는 융합 알루미늄 산화물, 세라믹 알루미늄 산화물, 열처리된 알루미늄 산화물, 규소 카바이드, 알루미나, 지르코니아, 철 산화물, 다이아몬드(천연 또는 합성), 세리아, 입방 보론 질화물, 석류석 및 이들의 조합물을 들 수 있다.
유리를 연삭하는 데 있어서, 연마재 물품은 다이아몬드 연마재 입자 또는, 다이아몬드를 포함하는 연마재 집괴를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 다이아몬드 연마재 입자는 천연 또는 합성 다이아몬드일 수 있고, "수지 결합 다이아몬드". "톱날 그레이드 다이아몬드", 또는 "금속 결합 다이아몬드"일 수 있다. 단일 다이아몬드는 이와 관련된 뭉툭한 형상 또는 대안적으로 침상 형상을 가질 수 있다. 단일 다이아몬드 입자는 표면 코팅, 예를 들어 금속 코팅(예, 니켈, 알루미늄, 구리 등), 무기 코팅(예, 실리카), 또는 유기 코팅을 포함할 수 있다. 본 발명의 연마재 물품은 다이아몬드와 다른 연마재 입자의 배합물을 포함할 수 있다. 유리 연마에 있어서, 연마재 물품은 세리아 연마재 입자를 사용하는 것이 더 바람직하다.
3차원 연마재 코팅, 즉 연마재 복합체는 약 0.1 중량부 내지 90 중량부의 입자 또는 집괴와 10 중량부 내지 99.9 중량부의 바인더를 포함하고, "바인더"란 용어는 임의의 충전재 및/또는, 연마재 입자를 제외한 다른 첨가제를 포함한다. 그러나, 다이아몬드 연마재 입자와 관련된 비용 때문에, 연마재 코팅은 0.1 내지 50 중량부의 연마재 입자 또는 집괴와 50 내지 99.9 중량부의 바인더를 포함하는 것이 바람직하다. 연마재 코팅은 1 내지 30 중량부의 연마재 입자 또는 집괴와 약 70 내지 99 중량부의 바인더를 포함하는 것이 더 바람직하고, 연마재 코팅이 약 1.5 내지 10 중량부의 연마재 입자 또는 집괴와 약 90 내지 98.5 중량부의 바인더를 포함하는 것이 보다 더 바람직하다. 다이아몬드 연마재 입자의 특히 유용한 범위는 연마재 복합체 중에 2 내지 4 중량%의 다이아몬드이다. 본 발명의 연마재 물품이 연마재 복합체 중의 제1 연마재로서 세리아 입자를 포함하는 경우, 세리아 입자는 1 내지 95 중량부의 분량으로 존재하는 것이 바람직하고, 10 내지 95 중량부의 분량과 그 나머지는 바인더인 것이 더 바람직하다.
D. 첨가제
본 발명의 연마재 코팅물 및 이면재는 임의의 첨가제, 예를 들어 연마재 입자 표면 변성 첨가제, 커플링제, 충전재, 확장제, 섬유, 정전기 방지제, 경화제, 현탁제, 감광제, 윤활제, 습윤제, 계면활성제, 안료, 염료, UV 안정제, 및 산화 방지제를 더 포함할 수 있다. 이들 재료의 분량은 목적하는 특성을 제공하도록 선택한다.
커플링제는 바인더와 연마재 입자 사이의 회합 가교를 제공할 수 있다. 또한, 커플링제는 바인더와 충전재 입자 사이의 회합 가교를 제공할 수 있다. 커플링제의 예로는 실란, 티타네이트, 및 지르코알루미네이트를 들 수 있다. 커플링제를 혼합하는 방법은 다양하다. 예를 들면, 커플링제는 바인더 전구체에 직접 첨가될 수 있다. 연마재 코팅물은 0 내지 30%, 바람직하게는 0.1 내지 25 중량%의 커플링제를 포함할 수 있다. 또한, 커플링제는 충전재 입자 또는 연마재 입자의 표면에 적용될 수 있다. 연마재 입자는 연마재 입자와 커플링제의 중량을 기준으로 약 0 내지 3 중량%의 커플링제를 포함할 수 있다. 시판 중인 커플링제의 예로는 "A174" 및 "A1230"(미국 코네티컷주 댄버리에 소재한 OSI 스페셜티즈의 제품)을 포함한다. 또한, 시판중인 커플링제의 또 다른 예는 상용명 "KR-TTS"인 이소프로필 트리이소스테로일 티타네이트(미국 뉴저지주 베이온네에 소재한 켄리치 페트로케미칼스(Kenrich Petrochemicals)의 제품)이다.
연마재 코팅물은 충전재를 임의로 더 포함할 수 있다. 충전재는 미립자 재료로서, 평균 입경 범위는 0.1 내지 50 ㎛, 통상적으로 1 내지 30 ㎛이다. 본 발명에 유용한 충전재의 예로는 금속 탄산염(예, 탄산 칼슘-백악, 방해석, 이회토, 석회화, 대리석, 및 석회암; 탄산 칼슘 마그네슘, 탄산 나트륨, 및 탄산 마그네슘), 실리카(예, 석영, 유리 구슬, 유리 기포, 및 유리 섬유), 실리케이트(예, 탈크, 점토-몬모릴로나이트; 장석, 운모, 칼슘 실리케이트, 칼슘 메타실리케이트, 나트륨 알루미노실리케이트, 나트륨 실리케이트, 리튬 실리케이트, 포타슘 실리케이트 수화물, 및 무수 포타슘 실리케이트), 금속 설페이트(예, 칼슘 설페이트,바륨 설페이트, 나트륨 설페이트, 알루미늄 나트륨 설페이트, 알루미늄 설페이트), 석고, 질석, 목분, 알루미늄 3수화물, 카본 블랙, 금속 산화물(예, 칼슘 산화물-석회; 알루미늄 산화물, 주석 산화물-예, 산화주석(II), 이산화티타늄) 및 금속 설파이트(예, 칼슘 설파이트), 열가소성 입자(폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리설폰, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 아세탈 중합체, 폴리우렌탄, 나이론 입자) 및 열경화성 입자(예, 페놀계 기포, 페놀계 비드, 폴리우레탄 폼 입자) 등을 포함한다. 충전재는 할라이드 염과 같은 염일 수도 있다. 할라이드 염의 예로는 염화 나트륨, 칼슘 크릴로라이트, 나트륨 크릴로라이트, 암모늄 크릴로라이트, 칼륨 테트라플루오로보레이트, 나트륨 테트라플루오로보레이트, 규소 플루오르화물, 염화 칼륨, 및 염화 마그네슘을 들 수 있다. 금속 충전재의 예로는 주석, 납, 비스무트, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철, 티타늄을 포함한다. 다른 잡다한 충전재로는 황, 유기 황 화합물, 그래파이트, 및 금속성 황화물을 들 수 있다. 연마재 코팅물은 약 40 내지 약 60 중량%의 충전재를 포함하는 것이 바람직하고, 약 45 내지 약 60 중량%의 충전재를 포함하는 것이 더 바람직하며, 약 50 내지 약 60 중량%의 충전재를 포함하는 것이 가장 바람직하다. 바람직한 충전재는 칼슘 메타실리케이트, 백색 알루미늄 산화물, 탄산 칼슘, 실리카 및 이들의 조합물을 포함한다. 특히 바람직한 충전재 조합물은 칼슘 메타실리케이트 및 백색 알루미늄 산화물이다.
현탁제의 예는 상용명 "OX-50"으로 시판되는 표면적이 150 m2/g 미만인 무정형 실리카 입자(미국 뉴저지주 리찌필드 파크에 소재한 데구사 코포레이션(DeGussaCorp.)의 제품)이다. 현탁제의 첨가는 연마재 슬러리의 전체 점도를 저하시킬 수 있다. 현탁제의 사용은 미국 특허 제5,368,619호에 더 기술되어 있다.
어떤 실시 형태에서는 연마재 입자를 제어 가능하게 침강시키는 연마재 슬러리를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 한 예로서, 전체적으로 균일하게 혼합된 다이아몬드 연마재 입자를 갖는 연마재 슬러리를 형성할 수 있다. 슬러리로부터 복합체 및 이면재를 주조 또는 주형한 후, 다이아몬드 입자가 더 이상 침강할 수 없는 시점까지 유기 수지가 경화될 즈음에 다이아몬드 입자가 이면재로부터 이탈하여 단지 복합체 내에 위치하도록, 다이아몬드 입자는 제어된 속도로 침강할 수 있다.
바인더 전구체는 경화제를 더 포함할 수 있다. 경화제는 바인더 전구체가 바인더로 전환되도록 중합 반응 또는 가교 반응을 개시하여 완성시키는 것을 조력하는 물질이다. 경화제란 용어는 개시제, 광개시제, 촉매 및 활성제를 포함한다. 경화제의 양과 형태는 주로 바인더 전구체의 화학에 좌우될 것이다.
에틸렌계 불포화 단량체(들) 또는 올리고머(들)의 중합 반응은 자유 라디칼 메카니즘을 통해 일어난다. 에너지 원이 전자선인 경우, 전자선은 중합 반응을 개시하는 자유 라디칼을 생성한다. 그러나, 비록 바인더 전구체를 전자선에 노출시킬지라도 개시제를 사용하는 것은 본 발명의 범위내에 있다. 에너지 원이 열, 자외선, 또는 가시광선인 경우, 개시제는 자유 라디칼을 생성하기 위해 존재할 수 있다. 자외선 또는 열에 노출시 자유 라디칼을 생성하는 개시제(즉, 광개시제)의 예는 유기 과산화물, 아조 화합물, 퀴논, 니트로소 화합물, 아실 할라이드, 하이드라존, 머캅토 화합물, 피릴륨 화합물, 이미다졸, 클로로트리아진, 벤조인, 벤조인 알킬 에테르, 디케톤, 페논, 및 이들의 혼합물을 포함하나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 자외선에 노출시 자유 라디칼을 생성하는 시판중인 광개시제의 예로는 상용명 "IRGACURE 651" 및 "IRGACURE 184"(미국 뉴저지주 호쏘온에 소재한 시바 게이지 컴퍼니(Ciba Geigy Company)의 제품), 및 "DAROCUR 1173"(미국 뉴저지주 라흐웨이에 소재한 머크 앤드 컴퍼니, 인코포레이티드(Merck & Company, Incorporated)의 제품)을 갖는 것들을 포함한다. 가시광선에 노출시 자유 라디칼을 생성하는 개시제의 예는 미국 특허 제4,735,632호에서 찾아볼 수 있다. 가시광선에 노출시 자유 라디칼을 생성하는 또 다른 광개시제는 상용명 "IRGACURE 369"(시바 게이지 컴퍼니의 제품)을 갖는다.
전형적으로, 개시제는 바인더 전구체의 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 2 내지 4 중량%의 분량으로 사용한다. 또한, 임의의 미립자 재료, 예를 들어 연마재 입자 및/또는 충전재 입자를 첨가하기 전에 바인더 전구체 중에 개시제를 분산, 바람직하게는 균질하게 분산시키는 것이 바람직하다.
일반적으로, 바인더 전구체는 방사능 에너지, 바람직하게는 자외선 또는 가시광선에 노출되는 것이 바람직하다. 경우에 따라서, 특정 연마재 입자 및/또는 특정 첨가제는 자외선 및 가시광선을 흡수하여, 바인더 전구체를 적당하게 경화시키기 어렵게 한다. 이러한 현상은 세리아 연마재 입자 및 규소 카바이드 연마재 입자를 사용시에 특히 사실이다. 매우 의외로, 포스페이트 함유 광개시제, 구체적으로 아실포스핀 옥사이드 함유 광개시제의 사용은 이러한 문제를 해소하는 경향이있음을 발견하였다. 이러한 광개시제의 예는 상용명 "LUCIRIN TPO"인 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀 옥사이드(미국 노쓰 캐롤라이나주 샤롯테에 소재한 BASF 코포에이션의 제품)이다. 시판 중인 아실포스핀 옥사이드의 다른 예는 상용명 "DAROCUR 4263" 및 "DAROCUR 4265"(둘 모두 머크 앤드 컴퍼니의 제품)를 갖는 것들을 포함한다.
임의로, 경화성 조성물은 대기 또는 비활성 분위기(예, 질소 분위기)에서 중합 반응에 영향을 주는 감광제 또는 광개시제 계를 포함할 수 있다. 이들 감광제 또는 광개시제 계는 카보닐기, 3차 아미노기 및 이들의 혼합물을 갖는 화합물을 포함한다. 카보닐기를 갖는 바람직한 화합물 중에는 벤조페논, 아세토페논, 벤질, 벤즈알데히드, o-클로로벤즈알데히드, 크산톤, 티오크산톤, 9,10-안트라퀴논, 및 광개시제로서 작용할 수 있는 다른 방향족 케톤이다. 바람직한 3차 아민 중에는 메틸디에탄올아민, 에틸디에탄올아민, 트리에탄올아민, 페닐메틸에탄올아민, 및 디메틸아미노에틸벤조에이트이 있다. 통상적으로, 감광제 또는 광개시제 계의 양은 바인더 전구체의 중량을 기준으로 0.01 내지 10 중량%, 더 바람직하게는 0.25 내지 4.0 중량%로 변할 수 있다. 감광제의 예는 상용명 "QUANTICURE ITX", "QUANTICURE QTX", "QUANTICURE PTX", "QUANTICURE EPD"(이들 모두는 미국 뉴욕주 뉴욕에 소재한 비들 소이어 코포레이션(Biddle Sawyer Corp.)의 제품임)를 갖는 것들을 포함한다.
연마재 물품을 제조하는 제1 단계는 연마재 슬러리를 제조하는 것이다. 연마재 슬러리는 바인더 전구체, 연마재 입자 또는 집괴, 및 임의의 첨가제를 임의의적당한 혼합 방법으로 함께 혼합하여 제조된다. 혼합 방법의 예로는 저전단 및 고전단 혼합을 들 수 있고, 고전단 혼합이 더 바람직하다. 초음파 에너지는 연마재 슬러리 점도를 낮추기 위해 상기 혼합 단계와 병용해서 사용될 수도 있다. 전형적으로, 연마재 입자 또는 집괴는 바인더 전구체 내로 점차 첨가된다. 연마재 슬러리는 바인더 전구체, 연마재 입자 또는 집괴, 및 임의의 첨가제의 균질한 혼합물인 것이 바람직하다. 필요에 따라, 점도를 저하시키기 위해 물 및/또는 용매를 첨가할 수 있다. 연마재 슬러리 중의 에어 기포의 양은 혼합 단계 동안 또는 혼합 단계 후에 진공을 걸어줌으로써 최소화될 수 있다. 경우에 따라서, 점도를 저하시키기 위해 연마재 슬러리를 약 30℃ 내지 약 100 ℃의 범위로 가열하는 것이 바람직하다. 연마재 슬러리는 코팅 이전에 모니터되어, 코팅을 잘 되게 하고 연마재 입자 또는 집괴 및 다른 충전재가 코팅 이전에 침강되지 않는 레올러지를 보장하는 것이 중요하다.
다이아몬드 집괴는 임시 바인더, 영구 바인더(예, 유리, 세라믹, 금속), 및 단일 연마재 입자와, 상기 성분을 축일 정도로 충분한 분량의 용매, 주로 물을 함께 혼합하여 주형 가능한 페이스트를 제조함으로써 통상 제조된다. 그러나, 영구 바인더가 유기 바인더인 경우, 임시 바인더는 필요치 않다. 주형 가능한 페이스트를 적당한 주형에 넣고, 에어 건조시킨 후, 경화된 집괴를 제거한다. 이후, 집괴는 분류화 수단, 예를 들어 스크린을 사용하여 개별 집괴로 분리한 후, 대기 중에서 가열하여 건조한 최종 집괴를 제조한다. 유기 영구 바인더의 경우, 입자는 가열되지 않지만, 유기 바인더를 경화시키는 방식으로 처리된다.
연마재 복합체를 포함하는 연마재 물품을 제조하는 한가지 방법은 복수의 공동을 함유하는 제조 도구 또는 주형을 사용한다. 이들 공동은 본질적으로 목적하는 연마재 복합체의 역 형상이고, 연마재 복합체의 형상을 만드는 데 책임이 있다. 공동의 갯수/평방 단위 면적은 상응하는 많은 연마재 복합체/평방 단위 면적을 갖는 연마재 물품이 된다. 이들 공동은 임의의 기하학적 형상, 예를 들어 원통형, 돔형, 피라미드, 직사각형, 절단된 피라미드, 프리즘, 입방체, 원뿔형, 절단된 원뿔형, 또는 상단면의 단면이 삼각형, 사각형, 원형, 직사각형, 육각형, 팔각형 등인 임의의 형상을 가질 수 있다. 공동의 치수는 목적하는 갯수의 연마재 복합체/평방 단위 면적을 달성하도록 선택된다. 공동은 인접한 공동들 사이에 간격을 갖는 망점(dot like pattern) 형태로 존재할 수 있거나, 또는 공동은 서로 부딪힐 수 있다.
연마재 슬러리는 임의의 종래 방법, 예를 들면 다이 코팅, 진공 다이 코팅, 스프레이, 롤 코팅, 트랜스퍼 코팅, 나이프 코팅 등에 의해 주형의 공동 내로 코팅될 수 있다. 주형이 평평한 상부 또는 비교적 직선인 측벽을 갖는 공동을 포함하는 경우, 임의의 에어 포획을 최소화하기 위해 코팅 과정 동안 진공을 사용하는 것이 바람직하다.
주형은 벨트, 시트, 연속 시트 또는 웹, 코팅 롤, 예를 들어 오토그라비어 롤, 코팅 롤 상에 적재된 슬리브, 또는 다이일 수 있고, 니켈 평판 표면을 포함한 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 제조 도구, 이들의 제조법, 재료 등에 대한 더 많은 정보는 미국 특허 제5,152,917호 및제5,435,816호에서 찾아볼 수 있다.
연마재 슬러리가 열경화성 바인더 전구체를 포함하는 경우, 바인더 전구체는 경화 또는 중합된다. 이러한 중합 반응은 통상적으로 에너지 원에 노출시 개시된다. 통상적으로, 에너지의 양은 몇 가지 인자, 예를 들어 바인더 전구체 화학, 연마재 슬러리의 치수, 연마재 입자의 양과 타입, 및 임의의 첨가제의 양과 타입에 좌우된다. 방사능 에너지는 바람직한 에너지 원의 하나이다. 방사능 에너지 원은 전자선, 자외선, 또는 가시광선을 포함한다.
연마재 물품을 제조하는 제조 도구의 사용에 대한 다른 상세 설명은 미국 특허 제5,152,917호(여기서, 제조된 상기 코팅된 연마재 물품은 제조 도구의 역 복사임) 및 미국 특허 제5,435,816호에 더 기술되어 있다.
연마재 물품은 유리 연삭에 있어 목적하는 외형에 따라 임의의 소정 형상 또는 형태로 전환될 수 있다. 이러한 전환은 슬리팅, 다이 절단, 또는 임의의 적당한 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 연마재 물품은 일체로 주형된 이면재를 갖는 것이 바람직한데, 즉 복합체가 주형의 공동 내에 있는 동안 연마재 복합체는 복합체 상에 주조 또는 주형되는 수지 이면재와 직접 결합한다. 연마재 복합체의 유기 수지가 완전히 경화되기 전에 이면재를 주형하여, 복합체와 이면재 사이를 더 잘 접착시키는 것이 바람직하다. 이면재를 주조하여 이면재를 적당하게 접착시키기 전에 복합체의 표면에 프라이머 또는 접착 촉진제를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
이면재의 두께는 약 1 mm 내지 2 cm인 것이 바람직하고, 두께가 약 0.5 cm내지 1 cm인 것이 더 바람직하다. 제조한 연마재 물품은 탄성이고 변형 가능하여, 이와 관련된 만곡 또는 반경을 가질 수 있는 임의의 백업 패드에 정합해야 한다. 경우에 따라, 예비 성형된 만곡부를 갖는 이면재를 주형하는 것이 바람직할 수 있다.
이면재는 복합체와 동일한 수지로부터 주조 또는 주형되거나, 또한 다른 재료로부터 주조될 수 있다. 특히 유용한 이면재 수지의 예로는 우레탄, 에폭시, 아크릴레이트, 및 아크릴레이트화된 우레탄을 포함한다. 연마재 입자가 임의의 연삭 용도로 통상 사용되지 않기 때문에, 이면재는 그 안에 연마재 입자를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 충전재, 섬유, 또는 다른 첨가제가 이면재 내로 혼입될 수 있다. 섬유는 이면재 내로 혼입되어, 이면재와 연마재 복합체 사이의 접착력을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 이면재에 유용한 섬유의 예는 실리케이트, 금속, 유리, 탄소, 세라믹, 및 유기 물질로 제조된 것들을 포함한다. 이면재에 사용하기 바람직한 섬유는 칼슘 실리케이트 섬유, 스틸 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 및 고 모듈러스 유기 섬유이다.
특정 용도에서, 주형된 이면재 내에 스크림 물질 등을 삽입함으로써 달성될 수 있는, 더 내구적이고 내인열성인 이면재를 갖는 것이 더 바람직할 수 있다. 이면재의 주형 과정 동안, 수지(그러나, 경화되지는 않음)로 이미 충전된 공동 위에 스크림 또는 다른 재료를 둔 후, 또 다른 수지 층을 스크림 위에 적용하는 것이 가능하거나; 또는 경화되지 않은 주형 이면재 위에 스크림 또는 다른 재료를 두는 것이 가능하다. 바람직하게는, 임의의 스크림 또는 첨가제 이면재 재료는 이면재 수지가 침투하여 상기 재료를 빨아들일 정도로 충분히 다공성인 것이 바람직하다.
유용한 스크림 재료는 통상적으로 경량성의 올이 성긴 거친 직물이다. 적당한 재료는 금속 또는 와이어 메쉬, 직물, 예를 들어 면직, 폴리에스테르, 레이온, 유리 섬유, 또는 다른 보강 재료, 예를 들어 섬유를 포함한다. 스크림 또는 보강 재료를 전처리하여 스크림에 대한 수지의 접착력을 증가시킬 수 있다.
유리를 연삭시키는 통상적인 방법
유리 표면을 연삭시키는 데 사용되는 본 발명의 연마재 물품은 놀랍게도 다량의 재료를 제거하지만, 비교적 단시간에 평활한 표면을 제공한다. 연삭 과정 동안, 연마재 물품은 유리 표면에 대해 이동하고, 유리 표면 상의 아래 방향으로 떠밀려 내려가는 데, 이때 힘은 약 0.5 g/mm2내지 약 25 g/mm2가 바람직하고, 약 0.7 g/mm2내지 약 20 g/mm2가 더 바람직하며, 약 10 g/mm2가 보다 더 바람직하다. 하향력(下向力)이 너무 크면, 연마재 물품은 찰흔 깊이를 정련할 수 없고, 경우에 따라서 찰흔 깊이를 증가시킬 수 있다. 또한, 하향력이 너무 크면, 연마재 물품은 심하게 마모될 수 있다. 역으로, 하향력이 너무 작으면, 연마재 물품은 유리 재료를 충분히 효과적으로 제거할 수 없다. 경우에 따라서, 유리 공작물은 연마재 물품 상의 하향으로 떠밀려 내려갈 수 있다.
언급한 바와 같이, 유리 또는 연마재 물품 또는 둘 모두는 연삭 단계 동안 서로에 대해 이동할 것이다. 이러한 이동은 회전 운동, 무작위 운동, 또는 선형 운동일 수 있다. 회전 운동은 연마재 디스크를 회전 도구에 접착시킴으로써 발생될 수 있다. 유리 표면과 연마재 물품은 동일한 방향으로 또는 반대 방향으로 회전할 수 있으나, 방향이 동일한 경우, 회전 속도가 다르다. 기계에 있어서, 조작 rpm의 범위는 사용하는 연마재 물품에 따라, 약 4,000 rpm 이하, 바람직하게는 약 25 rpm 내지 약 2,000 rpm, 더 바람직하게는 약 50 rpm 내지 약 1,000 rpm이다. 무작위 오비탈 운동은 무작위 오비탈 도구에 의해 발생될 수 있고, 선형 운동은 연속적인 연마재 벨트에 의해 발생될 수 있다. 유리와 연마재 물품 사이의 상대적 운동은 유리의 치수에 좌우될 수도 있다. 유리가 비교적 큰 경우, 유리가 고정되어 있다면 연삭 과정 동안 연마재 물품을 이동시키는 것이 바람직할 수 있다.
유리 공작물을 연삭 또는 연마하는 바람직한 방법은 액체 윤활제를 사용하는 "습윤" 마찰 침식 방법이다. 윤활제는 이와 관련된 몇 가지 장점이 있다. 예를 들면, 윤활제의 존재하에서의 마찰 침식은 마찰 침식 과정 동안 생성되는 열을 억제하고, 연마재 물품과 공작물 사이의 경계면에서 나오는 조각을 제거한다. "조각"은 연마재 물품에 의해 마찰 침식된 실제 찌꺼기를 기술하는 데 사용되는 용어이다. 경우에 따라서, 조각은 마찰 침식되는 유리 공작물의 표면을 손상시킬 수 있다. 따라서, 조각을 경계면에서 제거하는 것이 바람직하다. 윤활제의 존재하에서의 마찰 침식은 공작물 표면을 더 정교하게 마무리할 수도 있다.
적당한 윤활제로는 아민, 미네랄 오일, 케로센, 미네랄 스피리트, 오일의 수용성 에멀젼, 폴리에틸렌이민, 에틸렌 글리콜, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로필렌 글리콜, 아민 보레이트, 붕산, 아민 카르복실레이트, 송유(pine oil), 인돌, 티오아민 염, 아미드, 헥사히드로-1,3,5-트리에틸트리아진,카르복실산, 나트륨 2-머캅토벤조티아졸, 이소프로판올아민, 트리에틸렌디아민 테트라아세트산, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 벤조트리아졸, 나트륨 2-피리딘티올-1-옥사이드, 및 헥실렌 글리콜 중에서 1개 이상을 포함하는 수성계 용액을 들 수 있다. 또한, 윤활제는 부식 억제제, 직균 억제제, 안정화제, 계면활성제 및/또는 에멀젼화제를 포함할 수 있다.
시판중인 윤활제로는, 예를 들면 상용명 BUFF-O-MINT(아메라트론 프로덕츠(Ameratron Products)의 제품), CHALLENGE 300HT 또는 605HT(인터서피스 다이나믹스(Intersurface Dynamics)의 제품), ,CIMTECH GL2015, CIMTECH CX-417 및 CIMTECH 100(CIMTECH는 신시네티 밀라크론(Cincinnati Milacron)의 제품임), DIAMOND KOOL 또는 HEAVY DUTY(로데스(Rhodes)의 제품), K-40(LOH 옵티칼의 제품), QUAKER 101(퀘이커 스테이트(Quaker State)의 제품), SYNTILO 9930(카스트롤 인더스트리얼(Castrol Industrial)의 제품), TIM HM(매스터 케미칼(Master Chemical)의 제품), LONG-LIFE 20/20(NCH 코포레이션의 제품), BLASECUT 883(블레이져 스위스루브(Blaser Swisslube)의 제품), ICF-31NF(듀 보이스(Du Bois)의 제품), SPECTRA-COOL(살렘(Salem)의 제품), SURCOOL K-11(텍사스 Ntal의 제품), AFG-T(노리타케(Noritake)의 제품), SAFETY-COOL 130(카스트롤 인더스트리얼의 제품), 및 RUSTLICK(데분(Devoon)의 제품)으로 공지된 것들을 들 수 있다.
바람직한 윤활제는 3 중량%의 Cimtech 100(신시네티 밀리크론의 제품) 및 97 중량%의 물과 글리세롤의 혼합물(80/20 중량%)을 포함한다. 또 다른 바람직한 윤활제는 4 중량% K-40 수용액(K-40은 비누/계면활성제 및 미네랄 오일을 포함하고LOH 옵티칼의 제품임)을 포함한다.
많은 경우에, 연마재 물품은 지지 패드에 결합된다. 지지 패드는 폴리우레탄 폼, 고무 재료, 탄성체, 고무계 폼 또는 임의의 다른 적당한 재료로 제조될 수 있고, 공작물 윤곽에 정합하도록 고안될 수 있다. 지지 패드 재료의 경도 및/또는 압축성은 목적하는 연삭 특성(절단 속도, 연마재 물품의 제품 수명, 및 유리 공작물의 표면 마무리)을 제공하도록 선택된다.
지지 패드는 연마재 물품이 고정된 연속적이고 비교적 평평한 표면을 가질 수 있다. 또한, 지지 패드는 연마재 물품이 고정되는 일련의 양각 영역과 하부 영역이 존재하는 불연속적인 표면을 가질 수 있다. 불연속적 표면의 경우, 연마재 물품은 단지 양각 영역에만 고정될 수 있다. 역으로, 연마재 물품을 완전히는 지지하지 않도록 연마재 물품은 하나 이상의 양각 영역에 고정될 수 있다. 지지 패드의 불연속 표면은 물의 목적하는 유체 흐름과 목적하는 연삭 특성(절단 속도, 연마재 물품의 제품 수명 및 유리 공작물 표면 마무리)을 제공하도록 선택된다.
지지 패드는 임의의 형태, 예를 들어 원형, 직사각형, 정방형, 타원형 등을 가질 수 있다. 지지 패드의 크기(가장 장축의 치수)는 약 5 cm 내지 1,500 cm의 범위일 수 있다.
부착
연마재 물품은 압감성 접착제, 훅 및 루우프 부착, 기계 부착 또는 영구 접착체에 의해 지지 패드에 고정될 수 있다. 부착은 연마재 물품이 지지 패드에 확실하게 고정되어 혹독한 유리 연삭 과정(습윤 환경, 열 생성, 및 압력)을 견디는것이어야 한다.
본 발명에 적당한 압감성 접착제의 대표적인 예는 라텍스 크레이프, 로진, 아크릴계 중합체, 및 공중합체; 예를 들면 폴리부틸아크릴레이트, 폴리아크릴레이트 에스테르, 비닐 에테르; 예를 들면 폴리비닐 n-부틸 에테르, 알키드 접착제, 고무 접착제; 예를 들면 천연 고무, 합성 고무, 염소화된 고무, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
또한, 연마재 물품은 연마재 물품을 지지 패드에 고정하는 훅 및 루우프 타입 부착 시스템을 포함한다. 루우프 직물은 백업 패드 상의 훅을 갖는 코팅된 연마재의 뒷면 위에 존재할 수 있다. 또한, 훅은 백업 패드 상의 루우프를 갖는 코팅된 연마재의 뒷면 위에 존재할 수 있다. 상기 훅과 루우프 타입 부착 시스템은 미국 특허 제4,609,581호, 제5,254,194호, 및 제5,505,747호, 및 PCT 95/19242에 더 기술되어 있다.
하기의 테스트 방법 및 실시예는 본 발명을 더 예시하나, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 실시예에 있는 모든 부, 백분율, 비 등은 특별한 지시가 없는 한 중량을 기준으로 한다.
하기의 물질 약어가 실시예 전체에 사용된다.
ADI 상용명 "ADIPRENE L-100"인 폴리테트라메틸 글리콜/톨루엔 디이소시아네이트 예비중합체(미국 노쓰 캐롤라이나주 샤롯테에 소재한 유니로얄(Uniroyal) 케미칼 컴퍼니의 제품)
AER 상용명 "CAB-O-SIL M5"인 무정형 흄드 실리카 충전재(미국 일리노이주 투스콜라에 소재한 카봇(Cabot) 코포레이션의 제품)
AMI 상용명 "ETHACURE 300"인 방향족 아민(디메틸 티오 톨루엔 디아민)(미국 루지애나주 바톤 라우지에 소재한 알베마를(Albemarle) 코포레이션의 제품)
APS 상용명 "FP4" 및 "PS4"인 음이온성 폴리에스테르 계면활성제(미국 델라웨어주 윌밍톤에 소재한 ICI 아메리카스, 인코포레이티드의 제품)
A-1100 실란 감마-아미노프로필 트리에톡시실란(미국 코네티컷주 댄버리에 소재한 OSi 스페셜티즈의 제품)
BD 상용명 "BUTVAR DISPERSION"인 다이아몬드 입자용 임시 바인더로서 사용되는 폴리비닐 부티랄 수지(미국 메사츄세츠주 스프링필드에 소재한 몬산토(Monsanto)의 제품)
CaCO3 탄산 칼슘 충전재
세리아 상용명 "POLISHING OPALINE"인 산화 세륨(미국 코네티컷주 셀톤에 소재한 론-포울렌크(Rhone-Poulenc)의 제품)
CMSK 상용명 "WOLLASTOCOAT 400"인 처리된 칼슘 메타실리케이트 충전재(미국 뉴욕주 윌스보로에 소재한 NYCO의 제품)
DIA 상용명 "RVG" , "타입 W"인 산업용 다이아몬드 입자(크기가 다양함)(미국 오하이오주 워르싱톤에 소재한 제너랄 일렉트릭(General Electric)의 제품)
EPO 상용명 "EPON 828"인 에폭시 수지(미국 텍사스주 휴스톤에 소재한 쉘 케미칼 컴퍼니의 제품)
ETH 상용명 "ETHACURE 100"인 방향족 아민(디에틸 톨루엔 디아민)(미국 루지애나주 바톤 라우지에 소재한 알베마를 코포레이션의 제품)
GLP 제품 번호 SP1086이고, 입경이 약 325 메쉬인 유리 분말(미국 플로리다주 올드스마르에 소재한 스페셜티 글래스, 인코포레이티드의 제품)로서, 연마재 입자용 영구 바인더로서 사용됨
그래파이트 상용명 "그레이드 제200-09호 그래파이트 분말"인 그래파이트 분말(미국 텍사스주 버넷에 소재한 딕슨 티콘데로가(Dixon Ticonderoga) 컴퍼니의 한 부분인 사우쓰웨스턴 그래파이트 컴퍼니의 제품)
IRG819 상용명 "Irgacure 819"인 포스핀 옥사이드, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸 벤조일) 광개시제(미국 노쓰 캐롤라이나주 그린스보로에 소재한 시바 게이지 코포레이션의 제품)
KBF4 칼륨 플루오로보레이트(미국 사우쓰 캐롤라이나주 록 힐에 소재한 아토테크(Atotech) USA, 인코포레이티드의 제품), 이후 78 ㎛ 미만으로 분쇄
K-SS 상용명 "KASOLV SS"인 무수 칼륨 실리케이트(미국 펜실베니아주 밸리 포지에 소재한 PQ 코포레이션의 제품)
K-16 상용명 "KASOLV 16"인 무수 칼륨 실리케이트(미국 펜실베니아주 밸리 포지에 소재한 PQ 코포레이션의 제품)
몰리 몰립데늄 이황화물(미국 위스콘신주 밀워키에 소재한 알드리치 케미칼 컴퍼니의 제품)
OX-50 상용명 "OX-50"인 50 m2/g의 표면적을 갖는 실리카 현탁제(미국 오하이오주 듀블린에 소재한 데구사 코포레이션의 제품)
PWA5 상용명 "PWA 5"인 백색 알루미늄 산화물(미국 일리노이주 엘름허르스트에 소재한 후지미(Fujimi) 코포레이션의 제품)
PWA15 상용명 "PWA 15"인 백색 알루미늄 산화물(미국 일리노이주 엘름허르스트텍에 소재한 후지미 코포레이션의 제품)
RIO 적색 철 산화물 안료 입자
RNH DIA 산업용 다이아몬드 입자(크기가 다양함)(미국 플로리다주 보카 라톤에 소재한 아메리칸 보어츠 크러싱(American Boarts Crushing) 컴퍼니 인코포레이트의 제품), 이후 목적하는 입경로 더 분류하여 콜터 멀티사이저(Colter Multisizer)를 사용하여 측정함
SR339 상용명 "SR339"인 2-페녹시에틸 아크릴레이트(미국 펜실베니아주 엑스톤에 소재한 사르토머 컴퍼니의 제품)
SR368D 상용명 "SR368D"인 아크릴레이트 에스테르 배합물(미국 펜실베니아주 엑스톤에 소재한 사르토머 컴퍼니의 제품)
TFS 상용명 "7"인 트리플루오로프로필메틸 실록산 소포제(미국 미시간주 미들랜드에 소재한 다우 코닝 컴퍼니의 제품)
URE 상용명 "ADIPRENE L-167"인 폴리테트라메틸렌 글리콜/톨루엔 디이소시아네이트 예비 중합체(미국 노쓰 캐롤라이나주 샤롯테에 소재한 유니로얄 케미칼 컴퍼니의 제품)
VAZO 1,1-아조비스(시클로헥사논카르보니트릴), 98%(미국 위스콘신주 밀워키에 소재한 알드리치 케미칼 컴퍼니, 인코포레이티드의 제품)
W-G 상용명 "NYAD G 스페셜"인 칼슘 실리케이트 섬유(미국 뉴욕주 윌스보로에 소재한 NYCO 미네랄스, 인코포레이티드의 제품)
연마재 복합체의 표면 형태
두께가 25.0 mm인 상표명 TEFLONTM의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 시트 내로 체감된 구멍의 패턴을 뚫음으로써 제조 도구를 제조하였다. 제조한 중합체성 제조 도구는 원통 기둥의 형상인 공동을 포함하였다. 각 기둥의 높이는 6,300 ㎛이고, 직경은 약 7,900 ㎛ 였다. 인접한 기둥의 기저들 사이는 약 2,400 ㎛ 였다.
테스트 방법
테스트 방법은 "부에흘러 에코메트 2" 전력 헤드가 적재된 "부에흘러 에코메트 4" 가변성 속도 연삭기를 이용하였는데, 이 둘은 부에흘러 인더스트리즈, 리미티드의 제품이다. 테스트는 다음의 조건(유리 시험지의 표면 영역 위에 25.5 psi(약 180 kPa) 또는 15 psi(약 106 kPa)의 일정한 유리/연마재 물품 경계 압력을 갖는, 500 rpm으로 설정된 모터 속도)을 사용하여 수행하였다.
직경이 2.54 cm(1 인치)이고 두께가 약 1.0 cm인 3개의 평평한 원형 유리 시험지가 제공되었는데, 이들은 코닝 인코포레이티드의 제품(상용명 "CORNING #9061")이다. 상기 유리 재료를 상기 연삭기의 전력 헤드 부분에 두었다. 연삭기의 30.5 cm(12 인치)의 알루미늄 가대는 반시계 방향으로 회전하지만, 유리 시험지가 고정된 전력 헤드는 35 rpm으로 시계 방향으로 회전하였다.
연마재 물품은 직경이 약 20 cm(8 인치)인 원으로 다이 절단된 후, 쇼어 A 경도가 약 90 듀로메타인 우레탄 이면재 패드 상으로 압감성 접착제를 사용하여 부착되었다. 우레탄 이면재 패드는 연성 폼 시트로부터 두께가 약 30 mm로 절단된 개방 셀, 연성 폼 패드에 부착되었다. 이 패드 어셈블리를 연삭기의 알루미늄 가대 위에 두었다. 수돗물을 약 3 L/분의 유속으로 상기 연마재 물품 위에 뿌려, 연마재 물품의 표면과 유리 시험지 사이에 윤활성을 제공하였다.
유리 시험지는 전술한 연삭기를 사용하여 연삭된다. 연삭기의 연마 시간 간격은 10 초로 설정되었다. 그러나, 연마재 물품을 유리 시험지 표면 상에서 안정화시킬 때까지 연삭기가 시간 측정을 시작하지 않기 때문에, 연마재 물품과 유리 시험지 표면 사이의 실제 접촉 시간은 설정 시간 보다 더 큰 것으로 밝혀졌다. 즉, 유리 표면 상에서 연마재 물품의 약간 튀기기 또는 스키핑을 관찰하였고, 연삭기는 연마재 물품과 유리 표면 사이의 접촉이 실질적으로 일정한 시기에 시간 측정을 시작하였다. 따라서, 실제 연마 간격 시간, 즉 연마재 물품과 유리 표면 사이의 접촉 시간은 연삭 시간 간격이 10초로 설정되는 경우에 약 12초이다.
10초의 연삭 후, 유리의 표면 마무리와 두께가 기록되었다. 이후, 유리를 3분 동안 연삭한 후, 다시 두께를 측정하였다. 이 두께는 다음의 10초의 연삭 테스트에 대한 기점이다.
실시예 1
실시예 1에서, TEFLONTM상표의 PTFE 주형에는 표 1의 배합물에 따라 제조된 연마재 슬러리가 충전되었다. 파트 A 및 파트 B를 제조하여 80℃로 가열한 후, 주형의 공동 내로 혼합 팁을 통해 분배하였다.
이후, 또 다른 혼합 팁을 통해 표 2에 도시된 이면재 배합물의 파트 A 및 파트 B를 분배하여 상기 충전된 기둥 공동을 깊이 약 6.4 mm까지 커버하였다. 주형 주위의 벽은 이면재를 위해 소정의 두께로 유지한다. 두께를 일정하고 균일하게 하기 위해 알루미늄 커버판을 경화 주기 동안 이면재 수지의 상부에 두었다. 이후, 전체 연마재 물품을 165℃에서 15시간 동안 경화시켰다.
경화 후, 주형으로부터 시료를 제거한 후, 테스트를 위해 직경이 20 cm인 원을 절단하였다. 연삭 테스트는 전술한 바와 같이 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3은 2개의 경계 압력, 25.5 psi(175.8 kPa) 및 15 psi(105.5 kPa)에서 72 분 동안 기록된 17개의 연삭 측정치를 나타낸다. 보고된 각 측정치는 대략 12초의 연삭 주기(전술한 바와 같이, 기계는 10초로 설정되었으나 실제 연삭 시간은 12초임)내에 제거된 유리 재료의 양이다.
Ra 및 Rz는 각 데이타 포인트의 끝에서 측정되었다. 모든 12초 측정 후의 표면 마무리의 평균은 Ra = 1.2 ㎛, Rz = 8.0 ㎛ 였다.
연마재 슬러리
부피 혼합 비
파트 A 2.00
성분 실제 배치 중량(g) 중량%
EPO 978.33 46.90
URE 52.15 2.50
CMSK 1032.57 49.50
AER 10.43 0.50
APS 10.43 0.50
TFS 2.09 0.10
합계 = 2086.00 100.00
파트 B 1.00
성분 실제 배치 중량(g) 중량%
ETH 258.58 18.47
RIO 1.40 0.10
CaCO3 798.00 57.00
DIA 그레이드 200/230 301.32 21.52
AER 28.00 2.00
APS 11.34 0.81
TFS 1.40 0.10
합계 = 1400.00 100.00
전체 합계 = 3486.00
이면재 배합물
부피 혼합 비
파트 A 10.00
성분 실제 배치 중량(g) 중량%
ADI 8020.00 100.00
합계 = 8020.00 100.00
파트 B 1.00
성분 실제 배치 중량(g) 중량%
AMI 843.00 84.30
CMSK 95.00 9.50
RIO 35.00 3.50
AER 17.00 1.70
TFS 10.00 1.00
합계 = 1000.00 100.00
전체 합계 = 9020.00
연삭 데이타
시간(분) 경계 압력(psi) 제거된 원료(㎛)
0.17 25.5 185
0.33 25.5 562
2.5 25.5 552
5.17 25.5 480
8 25.5 449
11.33 25.5 449
14.66 25.5 430
18 25.5 437
21.33 25.5 418
24.67 25.5 444
28.17 25.5 432
31.5 25.5 425
37.67 15 211
45.83 15 197
54.5 15 192
63.67 15 209
72 15 168
실시예 2
실시예 2는 연마재 슬러리 배합물이 표 4에 제공되고 이면재 배합물이 표 5에 제공된 것을 제외하고는, 실시예 1에 기술된 것과 같이 제조되었다. 실시예 2는 전술한 바와 같이 테스트되었고, 그 결과를 표 6에 나타낸다. 표 6은 2개의 경계 압력, 즉 25.5 psi(175.8 Pa) 및 15 psi(105.5 kPa)에서 기록된 14개의 연삭 측정치를 나타낸다. 보고된 각 측정치는 대략 12초의 연삭 주기(전술한 바와 같이, 기계는 10초로 설정되었으나 실제 연삭 시간은 12초임)내에 제거된 유리 재료의 양이다.
Ra 및 Rz는 각 데이타 포인트의 끝에서 측정되었다. 모든 12초 측정 후의 표면 마무리의 평균은 Ra = 0.8 ㎛, Rz = 5.8 ㎛ 였다.
연마재 슬러리
부피 혼합 비
파트 A 2.00
성분 실제 배치 중량(g) 중량%
EPO 978.33 46.90
URE 52.15 2.50
CMSK 1032.57 49.50
CaCO3 0.00 0.00
AER 10.43 0.50
APS 10.43 0.50
TFS 2.09 0.10
합계 = 2086.00 100.00
파트 B 1.00
성분 실제 배치 중량(g) 중량%
ETH 258.58 18.47
RIO 1.40 0.10
CaCO3 798.00 57.00
DIA 그레이드 270/325 301.32 21.52
AER 28.00 2.00
APS 11.34 0.81
TFS 1.40 0.10
합계 = 1400.00 100.00
전체 합계 = 3486.00
이면재 배합물
부피 혼합 비
파트 A 10.00
성분 실제 배치 중량(g) 중량%
ADI 8020.00 100.00
합계 = 8020.00 100.00
파트 B 1.00
성분 실제 배치 중량(g) 중량%
AMI 843.00 84.30
CMSK 95.00 9.50
RIO 35.00 3.50
AER 17.00 1.70
TFS 10.00 1.00
합계 = 1000.00 100.00
전체 합계 = 9020.00
연삭 데이타
시간(분) 경계 압력(psi)(kPa) 제거된 원료(㎛)
0.67 25.5(175.8) 430
4.33 25.5(175.8) 348
9 25.5(175.8) 317
14.16 25.5(175.8) 283
19.83 25.5(175.8) 252
25 25.5(175.8) 244
31 25.5(175.8) 250
36.5 25.5(175.8) 235
44.17 25.5(175.8) 214
51.83 25.5(175.8) 214
64 15(105.5) 103
79.67 15(105.5) 86
98.83 15(105.5) 72
117 15(105.5) 91
A. 다이아몬드 집괴 시료의 제조 방법
각 다이아몬드 집괴 시료의 성분은 하기 표 7에 기재되어 있다.
다이아몬드 집괴 시료 1-4
성분 집괴 시료 1의 배치 중량(g) 집괴 시료 2의 배치 중량(g) 집괴 시료 3의 배치 중량(g) 집괴 시료 4의 배치 중량(g)
BD물GPRNH DIA(40㎛)RNH DIA(30㎛)RNH DIA(20㎛)RNH DIA(15㎛) 30.008.6020.00--20.00- 30.008.6020.00-20.00-- 30.008.6020.00---20 30.008.6020.0020.00---
합계 = 78.60 78.60 78.60 78.60
집괴 크기 225 ㎛ 225 ㎛ 225 ㎛ 225 ㎛
각 집괴 시료의 모든 성분을 합한 후, 플라스틱 비이커에서 약수저를 사용하여 손으로 혼합하여 다이아몬드 분산물을 형성하였다. 이후, 집괴를 형성하기 위해 가요성 플라스틱 약수저를 사용하여 캔디 형상의 공동을 갖는 9 mil 무작위 패턴의 플라스틱 도구 내로 다이아몬드 분산물을 코팅하였다. 플라스틱 도구를 제조하는 방법은 미국 특허 제5,152,917호에 기술되어 있다. 주형된 집괴 시료를 주형내에서 밤새 실온으로 건조시켰다. 초음파 혼(horn)을 사용하여 주형된 집괴 시료를 주형으로부터 제거하였다. 이후, 70 메쉬 철망을 사용하여 집괴 시료를 스크린하여 이들을 서로 분리하였다. 분리 후, 집괴의 크기는 약 175 내지 약 250 ㎛ 범위였다.
부트바르(Butvar) 분산물은 임시 바인더(미국 메사츄세츠주 스프링필드에 소재한 몬산토의 제품)이다. GP(유리 분말 "SP1016")는 영구 바인더(스페셜티 글래스, 인코포레이티드의 제품)이다. 대안의 임시 바인더는 덱스트린, 에폭시 수지, 아크릴레이트 수지 등과, 세라믹 산업에 통상 사용되는 다른 임시 바인더이다.
스크린된 집괴 시료를 알루미나 토갑에 넣고 대기에서 하기의 사이클을 통해 가열하였다:
실온 →400℃(승온 속도: 2.0℃/분),
400℃에서 1시간 유지,
400℃ →720℃(승온 속도: 2.0℃/분),
720℃에서 1시간 유지, 및
720℃ →실온(하강 속도:2.0℃/분).
이후, 전술한 바와 같이 70 메쉬 철망을 사용하여 집괴를 스크린하였다.
이후, 상기 가열된 집괴 시료를 실란 용액으로 처리하여, 에폭시 수지 계에 대한 접착성이 더 우수한 집괴를 제공하였다. 하기 성분을 혼합하여 실란 용액을 제조하였다:
A-1100 실란 1.0 g
물 10.0 g
아세톤 89.0 g
상기 집괴 시료를 실란 용액으로 적시고 과량의 실란 용액은 버렸다.
이후, 실란 용액-처리 집괴 시료를 90℃ 오븐에 넣고 30분 동안 건조시켰다. 이후, 전술한 바와 같이 70 메쉬 철망을 사용하여 건조된 집괴 시료를 스크린하였다.
B. 주형된 연마재 물품 실시예 3-6 및 비교예 A-D의 제조 방법
실시예 3-6 및 비교예 A-D에 있어서, 실시예 1의 PTFE 주형을 표 8의 배합물에 따라 제조한 연마재 슬러리로 충전하였다. 파트 A 및 파트 B를 플라스틱 비이커에서 고전단 혼합기를 사용하여 개별적으로 혼합하고, 에어 기포를 제거하기 위해 개별적으로 진공 오븐에 넣은 후, 2:1 부피 비 혼합 카트리지(파트 A: 파트 B = 2:1)에 함께 충전하였다. 이후, 상기 제조한 연마재 슬러리를 주형의 공동 내로 자동 혼합 팁을 통해 분배하였다.
연마재 슬러리
성분 비교예 A의 배치 중량(g) 비교예 B의 배치 중량(g) 비교예 C의 배치 중량(g) 비교예 D의 배치 중량(g) 실시예 3의 배치 중량(g) 실시예 4의 배치 중량(g) 실시예 5의 배치 중량(g) 실시예 6의 배치 중량(g)
파트 A
EPOURECMSKAERAPSTFS 70.353.7574.250.750.750.15 70.353.7574.250.750.750.15 71.763.8375.740.770.770.15 73.873.9477.960.790.790.16 74.573.9878.710.800.800.16 74.573.9878.710.800.800.16 74.573.9878.710.800.800.16 74.573.9878.710.800.800.16
파트 A 합계 = 150.00 150.00 153.00 157.50 159.00 159.00 159.00 159.00
파트 B
ETHRIOCMSKCaCO3DIADIA상의 니켈DIA상의 유리AERAPSTFS 18.470.1027.7734.507.159.10-2.000.810.10 18.470.1027.7734.507.159.10-2.000.810.10 17.800.1027.8943.003.654.65-2.000.810.10 18.490.1028.0043.007.50--2.000.810.10 18.490.1028.0043.003.75-3.752.000.810.10 18.490.1028.0043.003.75-3.752.000.810.10 18.490.1028.0043.003.75-3.752.000.810.10 18.490.1028.0043.003.75-3.752.000.810.10
파트 B 합계 = 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
전체 합계= 250.00 250.00 253.00 257.50 259.00 259.00 259.00 259.00
다이아몬드 타입 GE, RVG-W 입자 GE, RVG-W 입자 GE, RVG-W 입자 3M, RNH 입자 집괴 시료 1 집괴 시료 2 집괴 시료 3 집괴 시료 4
다이아몬드 크기 65 ㎛(그레이드 230/270) 45 ㎛(그레이드 325/400) 65 ㎛(그레이트 230/270) 40 ㎛ 20 ㎛ 30 ㎛ 15 ㎛ 40 ㎛
다이아몬드의 부피% 1.5 1.5 0.75 1.5 0.74 0.74 0.74 0.74
이후, 자동 혼합 팁을 통해 표 3에 나타낸 실시예 1의 이면재 배합물을 분배하여 상기 충전된 기둥 공동을 깊이 약 6.4 mm(1/4 인치)까지 커버하였다. 주형주위의 벽은 이면재를 위해 소정의 두께로 유지한다. 두께를 일정하고 균일하게 하기 위해 알루미늄 커버판을 경화 주기 동안 이면재 수지의 상부에 두었다. 이 주형을 클램프로 잠구고, 실온에서 1 내지 2시간 동안 경화시킨 후, 165℃에서 4시간 동안 오븐에서 경화시켰다. 주형을 오븐에서 꺼내서 열었다. 주형된 연마재 시료를 주형에서 꺼내어 부에흘러 랩용 30.48 cm(12 인치)의 압반에 적재하였다.
표 9에 의한 파트 B의 성분들을 플라스틱 비이커에서 고전단 혼합기로 먼저 혼합하고, 상기 시료를 진공 오븐에 넣고 에어 기포를 제거한 후, 에어 포획을 최소화하기 위해 파트 A과 파트 B를 저전단 혼합기로 혼합함으로써 이면재 배합물을 제조하였다.
주형된 연마재 시료는 직경이 30.48 cm(12 인치)인 이면재와 직경이 1.59 cm(5/8 인치)인 연마재 기둥을 가졌다. 중심을 커버하는 원 영역(15.24 cm(6 인치))이 연마재 기둥을 갖지 않도록 연마재 기둥을 이면재에 결합시켰다.
주형된 연마재 물품 실시예의 이면재의 수지 배합물
성분 비교예 A의 배치 중량(g) 비교예 B의 배치 중량(g) 비교예 C의 배치 중량(g) 비교예 D의 배치 중량(g) 실시예 3의 배치 중량(g) 실시예 4의 배치 중량(g) 실시예 5의 배치 중량(g) 실시예 6의 배치 중량(g)
파트 AADI 783.64 783.64 783.64 783.64 783.64 783.64 783.64 783.64
파트 BAMICMSK적색 철산화물AER7 TFS 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00
합계 = 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
테스트 방법
테스트 방법은 "부에흘러 에코메트 2" 분말 헤드가 적재된 "부에흘러 에코메트 4" 가변성 속도 연삭기를 이용하였는데, 이 둘은 부에흘러 인더스트리즈, 리미티드의 제품이다. 테스트는 다음의 조건(유리 시험지의 표면 영역 위에 (특별한 언급이 없는 한) 약 106 kPa(약 17 psi)의 경계 압력을 갖는, (특별한 언급이 없는 한) 500 rpm으로 설정된 모터 속도)을 사용하여 수행되었다.
직경이 2.54 cm(1 인치)이고 두께가 약 1.0 cm인 3개의 평평한 원형 유리 시험지가 제공되었는데, 이들은 코닝 인코포레이티드의 제품(상용명 "CORNING #9061")이다. 상기 유리 재료를 상기 연삭기의 전력 헤드 부분에 두었다. 연삭기의 30.5 cm(12 인치)의 알루미늄 가대는 반시계 방향으로 회전하지만, 유리 시험지가 고정된 전력 헤드는 35 rpm으로 시계 방향으로 회전하였다.
주형된 연마재 물품은 직경이 약 30.45 cm(12 인치)인 원으로 다이 절단된 후, 쇼어 A 경도가 약 60 듀로메타인 12.5 mm 두께의 네오프렌 이면재 패드 위에 압감성 접착제로 직접 부착되었다. 상기 패드 어셈블리를 연삭기의 알루미늄 가대 위에 두었다. 수돗물을 약 3 L/분의 유속으로 상기 연마재 물품 위에 뿌려, 연마재 물품의 표면과 유리 시험지 사이에 윤활성을 제공하였다.
유리 시험지 상의 초기 표면 마무리는 다이아몬드 첨필 외형 분석기(상용명 "PERTHOMETER", 퍼텐(Perthen)의 제품)를 사용하여 측정되었다. 유리 시험지의 초기 중량 또한 기록되었다.
유리 시험지는 전술한 연삭기를 사용하여 연삭되었다. 연마 시간은 12 초내지 수 분이었다. 모든 데이타는 정규화(normalized)되고, 12초의 연마 과정 중에 제거된 평균 유리 원료로서 보고되었다.
연삭 후, 최종 표면 마무리 및 최종 중량이 각각 기록되었다. 연삭 시간내내 유리 시험지의 중량 변화는 제거된 유리 원료(g)로서 나타낸다. 절단 속도(제거된 유리 원료(g)), Ra, 및 Rmax 값이 기록되었다.
실시예 3의 연삭 테스트 결과는 하기 표 10에 나타낸다. 데이타에 따르면, 다이아몬드 집괴를 함유하는 본 발명의 연마재 물품은 26.5 kPa 만큼 낮은 압력에서 일정한 원료 제거 속도를 제공하였다.
실시예 3의 연삭 데이타와 연삭 조건
시간(분) 원료 제거(㎛/12초) 압력(kPa)
147162631466191121 76788181797877767881 106106106106106106106106106106
136151181201251 6264666763 5353535353
367372377382397412 1410911910 26.526.526.526.526.526.5
실시예 6과 비교예 D의 연삭 데이타를 표 11에 기재한다. 데이타에 따르면, 다이아몬드 집괴를 함유하는 실시예 6 연마재 물품의 원료 제거 속도는 동일한 크기의 개별 다이아몬드 입자를 갖는 비교예 D의 원료 제거 속도 보다 상당히 더 크다.
비교예 D와 실시예 6의 연삭 데이타
원료 제거(제거된 ㎛/12초)
시간(분) 비교예 D 실시예 6
24 33
34 32
44 28
54 22.5
64 18.5
65 119
74 17.8
75 111
78 101
84 15.2
88 100
104 12.8
107 110
112 107
124 10.5
126 105
144 9.5
비교예 C와 실시예 4의 연삭 테스트 데이타를 표 12에 기재한다. 데이타에 따르면, 다이아몬드 집괴를 함유하는 실시예 4의 원료 제거 속도는 크기가 더 큰 개별 다이아몬드 입자를 갖는 비교예 C의 원료 제거 속도 보다 상당히 더 크다.
비교예 C와 실시예 4의 연삭 데이타
원료 제거(제거된 ㎛/12초)
시간(분) 비교예 C 실시예 4
117 52
127 45
137 41
145 81
147 39
150 79
157 36
160 81
165 79
167 34
177 33
320 68
410 64
425 70
435 73
450 77
비교예 B와 실시예 5의 표면 평활성 데이타(Ra 및 Rmax)를 하기 표 13 및 표 14에 기재한다. 이들 데이타는 본 발명의 3가지 장점을 보여준다. 첫째, Ra 데이타는 다이아몬드 집괴를 갖는 실시예 5에 의해 제공된 표면 마무리가 유사한 원료 제거 속도를 갖는 개별 다이아몬드 입자의 비교예 B 보다 더 정교함을 보여준다. 둘째, Ra 및 Rmax 데이타는 표면 마무리가 다이아몬드 집괴를 갖는 실시예 5에서는 더 높은 상대 속도로 향상되나, 개별 다이아몬드 입자를 갖는 비교예 B에 대해서는 향상되지 않음을 보여준다. 마지막으로, Rmax 데이타는 다이아몬드 집괴를 갖는 실시예 5의 찰흔 깊이가 유사한 제거 속도를 갖는 개별 다이아몬드 입자의 비교예 B 보다 더 작음을 보여준다.
비교예 B와 실시예 5의 표면 평활성 데이타(Ra)
표면 평활성 Ra(㎛)
속도(RPM) 비교예 B 실시예 5
100 0.68 0.61
200 0.68 0.5
300 0.71 0.46
400 0.62 0.42
500 0.38
비교예 B와 실시예 5의 표면 평활성 데이타(Rmax)
표면 평활성 Rmax(㎛)
속도(RPM) 비교예 B 실시예 5
100 5.9 5.38
200 5.93 4.79
300 6.93 4.9
400 5.98 4.1
500 3.9
비교예 A와 실시예 4의 표면 평활성 데이타(Ra 및 Rmax)를 하기 표 15 및 표 16에 기재한다. 이들 데이타는 본 발명의 3가지 장점을 보여준다. 첫째, Ra 데이타는 다이아몬드 집괴를 갖는 실시예 4에 의해 제공된 표면 마무리가 유사한 원료 제거 속도를 갖는 개별 다이아몬드 입자의 비교예 A 보다 더 정교함을 보여준다. 둘째, Ra 및 Rmax 데이타는 표면 마무리가 다이아몬드 집괴를 갖는 실시예 4에서는 더 높은 상대 속도로 향상되나, 개별 다이아몬드 입자를 갖는 비교예 A에서는 향상되지 않음을 보여준다. 마지막으로, Rmax 데이타는 다이아몬드 집괴를 갖는 실시예 4의 찰흔 깊이가 유사한 제거 속도를 갖는 개별 다이아몬드 입자의 비교예 A 보다 더 작음을 보여준다.
비교예 A와 실시예 4의 표면 평활성 데이타(Ra)
표면 평활성 Ra(㎛)
속도(RPM) 비교예 A 실시예 4
100 0.86 0.8
200 0.86 0.69
300 0.85 0.62
400 0.8 0.62
500 0.54
비교예 A와 실시예 4의 표면 평활성 데이타(Rmax)
표면 평활성 Rmax(㎛)
속도(RPM) 비교예 A 실시예 4
100 7.61 7.49
200 7.54 7.17
300 7.66 5.64
400 7.21 5.43
500 5.14
주형된 연마재 물품 실시예 7-11에 대한 테스트 방법 III
손바닥 크기의 사포(Flex의 제품, 모델 LW 603VR, 1,000-2,800 rpm, 1,500W)를 사용하여 5 ㎛의 알루미늄 산화물 디스크(268XA TrizactTM필름 PSA 디스크, A5MIC, 미국 미네소타주 세인트 폴에 소재한 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴퍼니의 제품)로 CRT 스크린의 작은 영역(약 17.78 cm x 17.78 cm)을 거칠게 하였다. 사포는 2,400 rpm으로 조작되고, 사포 중앙의 구멍을 통하여 물을 공급하였다. 복수의 기둥(직경: 0.79 cm 및 높이: 0.635 cm)을 갖는 연마 패드(직경: 12.7cm)를 사포의 디스크 패드 위에 적재하였다. 미리 거칠게 한 CRT 스크린의 영역을 2,400 rpm에서 30초간 연마하였다. 기둥의 파손은 연마 과정 동안 제조된 루스한 세리아 슬러리의 양에 의해 육안으로 측정되었다. 파손 테스트의 등급은 1 내지 5인데, 1은 파손이 없는 상태이고 5는 심하게 파손된 경우이다. 최적의 등급은 적당하게 파손된 등급 3이다. 연마재 기둥의 과도한 파손은 우수한 연마 성능을 제공하나, 연마 패드의 수명을 단축시킨다. 연마재 기둥의 불충분한 파손은 수명을 길게 하나, 연마 성능이 불량하다.
이면재에 대한 기둥의 접착성은 매우 중요하다. 기둥과 이면재의 접착성이 약한 경우, CRT 스크린과 기둥 사이의 분열이 기둥과 이면재 사이의 접착성 보다 더 크면 기둥은 연마 과정 동안 이면재로부터 탈착될 수 있다. 접착성 테스트의 결과는 (전술한 바와 같이) 연마 후에 이면재로부터 탈착된 기둥의 백분율을 측정함으로써 결정된다.
주형된 연마재 물품 실시예 7-11의 제조 방법
두께가 25.0 mm인 TEFLONTM상표명의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 시트 내로 체감된 구멍 패턴을 뚫음으로써 제조 도구를 만들었다. 제조한 중합체성 제조 도구는 원통 기둥의 형태인 공동을 포함하였다. 각 기둥의 높이는 4.4 mm이고, 직경은 약 4.8 mm였다. 인접한 기둥의 기저들 사이는 약 2.4 mm 였다.
실시예 7-11에 있어서, 주형은 표 17의 배합물에 따라 제조한 연마재 슬러리로 충전되었다. 성분들을 플라스틱 비이커에서 고전단 혼합기로 혼합하여 진공 오븐에 넣고 에어 기포를 제거한 후, 카트리지에 충전하였다. 이후, 제조한 연마재슬러리를 주형의 공동 내로 자동 혼합 팁을 통해 분배하였다.
이후, 자동 혼합 팁을 통해 표 18의 각 이면재 배합물을 분배하여 상기 충전된 기둥 공동을 깊이 약 6.4 mm(1/4 인치)까지 커버하였다. 주형 주위의 벽은 이면재를 위해 소정의 두께를 유지한다. 두께를 일정하고 균일하게 하기 위해 알루미늄 커버판을 경화 주기 동안 이면재 수지의 상부에 두었다. 주형을 클램프로 잠그고, 실온에서 1 내지 2 시간 동안 경화시킨 후, 오븐에서 4시간 동안 165℃로 경화시켰다. 주형을 오븐에서 꺼내서 열었다.
표 18에 따라 파트 B의 성분들을 플라스틱 비이커에서 고전단 혼합기로 먼저 혼합하고, 시료를 진공 오븐에 넣어 에어 기포를 제거한 후, 기포 포획을 최소화하기 위해 파트 A과 파트 B를 저전단 혼합기로 혼합함으로써 이면재 배합물을 제조하였다.
주형된 연마재 시료는 직경이 12.7 cm(5 인치)인 이면재 및 직경이 0.79 cm(5/16 인치)인 연마재 기둥을 가졌다.
실시예 7-11의 연마재 기둥의 배합물
성분 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11
EPO 9.58 9.42 9.35 9.35 9.33
ETH 2.30 2.26 2.25 2.25 2.24
SR339 2.10 2.08 2.06 2.06 2.06
APS 1.24 1.30 1.29 1.29 1.29
VAZO 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
세리아 79.99 78.64 78.04 78.04 77.92
K-16 0.0 6.11 6.06 6.06 3.03
K-SS 4.66 0.00 0.00 0.00 3.03
KBF4 0.00 0.00 0.76 0.76 0.76
TFS 0.08 0.15 0.15 0.15 0.30
합계 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
실시예 7-11의 이면재 배합물
파트 A성분 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11
ADI 50.00 50.00 50.00 81.33 81.2
W-G 0.00 0.00 0.00 6.55 6.54
TFS 0.00 0.00 0.00 0.00 0.16
파트 B성분
AMI 42.15 42.15 42.15 8.39 8.37
CMSK 4.75 4.75 4.75 0.00 0.00
RIO 1.75 1.75 1.75 0.36 0.36
AER 0.85 0.85 0.85 0.00 0.00
TFS 0.50 0.50 0.50 0.09 0.09
W-G 0.00 0.00 0.00 3.28 3.27
합계 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
접착성 테스트의 결과는 표 19에 나타낸다.
실시예 7-11의 파손 및 접착성 테스트 결과
테스트 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11
파손 2 3 4 4 3
접착성(탈착된 기둥의 %) 0 6 5 0.7 0
주형된 연마재 물품 실시예 12-14의 제조 방법
실시예 12-14에서, 실시예 7-11의 PTFE 주형은 표 20의 배합물에 따라 제조된 연마재 슬러리로 충전되었다. 상기 성분을 플라스틱 비이커에서 고전단 혼합기로 혼합하여 진공 오븐에 넣고 에어 기포를 제거한 후, 카트리지에 충전하였다. 이후, 제조된 연마재 슬러리를 주형의 공동 내로 자동 혼합 팁을 통해 분배하였다.
이후, 자동 혼합 팁을 통해 표 21의 이면재 배합물을 분배하여 상기 충전된 기둥 공동을 깊이 약 4.0 mm까지 커버하였다. 파트 A과 파트 B의 성분들을 플라스틱 비이커에서 고전단 혼합기로 혼합한 후, 기포 포획을 최소화하기 위해 진공 오븐에 시료를 넣어 에어 기포를 제거함으로써 이면재 배합물이 제조되었다. 주형 주위의 벽은 이면재를 위해 소정 두께를 유지한다. 두께를 일정하고 균일하게 하기 위해 알루미늄 커버판을 경화 사이클 동안 이면재 수지의 상부에 두었다. 주형을 클램프로 잠그고, 실온에서 1 내지 2 시간 동안 경화시킨 후, 오븐에서 4시간 동안 165℃로 경화시켰다. 주형을 오븐에서 꺼내서 열었다.
주형된 연마재 시료는 직경이 20.3 cm(8 인치)이고 두께가 4 mm인 이면재와, 직경이 4.8 mm(3/16 인치)이고 높이가 4.0 mm인 연마재 기둥을 가졌다.
실시예 12-14의 연마재 기둥의 배합물
성분 실시예 12 실시예 13 실시예 14
EPO 10.18 10.01 9.81
ETH 2.45 2.41 2.36
SR339 2.24 2.21 2.16
APS 1.40 1.38 1.35
VAZO 0.05 0.05 0.05
세리아 75.92 74.69 73.14
K-16 3.30 3.25 3.18
K-SS 3.30 3.25 3.18
KBF4 0.83 0.81 0.80
그래파이트 0 1.62 0
몰리 0 0 3.66
TFS 0.33 0.32 0.32
합계 100.00 100.00 100.00
실시예 12-14의 이면재 배합물
파트 A성분 실시예 11-14
ADI 82.89
W-G 6.68
TFS 0.5
APS 0.16
TiO2 0.67
몰리 0.56
파트 B성분
AMI 8.55
합계 100.00
실시예 12-14의 테스트 방법
테스트 방법은 부에흘러 ECOMET 3 연마기(부에흘러 인더스트리즈, 리미티트의 제품)를 이용하였다. 균일하고 평평한 표면 마무리를 얻기 위해 실시예 12-14는 부에흘러 기계에서 규칙적인 윈도우 유리로 된 분사(air-blasted)된 3 인치(7.62 cm) 디스크를 갖는 8.49 psi(58.5 KPa)와 500 rpm 압반 속도로 상태 조절되었다.
2 인치(5.08 cm) CRT 유리 디스크(필립스의 제품)를, 부에흘러 기계 상에서 약 30 초간 약 1.23 psi(8.48 KPa) 및 500 rpm으로 8 인치(20.32 cm) A 10 그레이드 유리 수선 디스크(상용명: 3M 268XA Trizact, 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴퍼니의 제품)를 사용하여 미리 거칠게 하였다. 이것은 Ra 약 0.07 ㎛의 균일한 입력 마무리를 제공하였다.
이후, 미리 거칠게 한 CRT 유리 디스크를 사용하여 부에흘러 기계에서 19.1 psi(131.7 KPa) 및 500 rpm 압반 속도로 실시예를 테스트하였다. 수량은 660 cc/분으로 고정하였다. 표면 마무리는 매 15초의 간격으로 측정되었고, 다이아몬드 첨필 외형 분석기(퍼텐의 제품인 상용명 Perthometer)에 의해 45초 이하로 측정을 반복하였다.
실시예 12-14의 표면 마무리 데이타는 표 22에 요약되어 있다. 데이타에 따르면, 그래파이트와 몰립데늄 이황화물을 각각 갖는 실시예 13과 실시예 14는 15초 내에 ∼0.070 ㎛에서 ∼0.009 ㎛로 표면 조도가 감소한 반면, 대조구(그래파이트 또는 몰립데늄을 함유하지 않은 실시예 12)는 그렇게 하는 데 45초가 걸린다.
실시예 12-14의 표면 마무리 데이타(Ra, ㎛)
연마 시간(초) 실시예 12 실시예 13 실시예 14
0 0.070 0.0700 0.0683
15 0.018 0.0086 0.0093
30 0.012 0.0085 0.0040
45 0.009 0.0085 0.0056
개별적으로 인용될지라도, 모든 특허, 특허 출원서, 및 논문의 완전한 내용물은 본 명세서에 참고로 인용된다. 본 발명의 다양한 변형예 및 수정예가 본 발명의 범위와 사상을 벗어나지 않는 한 당업자에게는 자명할 것이며, 본 발명은 본 명세서에 설명된 예시적인 실시 형태로 부당하게 제한되지 않도록 이해되어야 한다.

Claims (37)

  1. 연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 접촉시키는 단계로서, 상기 연삭 층은 복수의 연마재 복합체를 포함하고, 상기 복합체는 알칼리 금속염, 알칼리성 금속염 및 이들의 조합물 중에서 선택되는 금속염, 유기 수지, 및 상기 연마재 복합체 전체에 균일하게 분산된 단일 다이아몬드 연마재 입자를 포함하는 것인 단계,
    연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면 사이에 윤활제를 도입하는 단계, 및
    연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 서로에 대해 이동시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 공작물의 표면을 연삭하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 유리 공작물의 표면으로부터 유리 원료를 200 내지 400 ㎛제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, RPP 방법을 사용하여 1.1 ㎛ 이하의 최종 표면 조도 Ra를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 최종 표면 조도 Ra가 0.80 ㎛인 것을 특징으로 하는방법.
  5. 제1항에 있어서, 유리 원료를 유리 표면으로부터 제거하는 단계는 10 내지 15 초의 시간 간격으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연마재 복합체는 이면재와 일체로 주형되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이면재는 우레탄 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 연마재 입자의 평균 입경이 약 0.01 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유기 수지는 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 상기 복합체 중에 약 1 내지 30 중량부의 분량으로 존재하고, 상기 바인더는 약 70 내지 99 중량부의 분량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 윤활제는 물과, 아민, 미네랄 오일, 케로센, 미네랄 스피리트, 수용성 오일 에멀젼, 폴리에틸렌이민, 에틸렌 글리콜, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로필렌 글리콜, 아민 보레이트, 붕산, 아민 카르복실레이트, 송유, 인돌, 티오아민 염, 아미드, 헥사히드로-1,3,5-트리에틸트리아진, 카르복실산, 나트륨 2-머캅토벤조티아졸, 이소프로판올아민, 트리에틸렌디아민 테트라아세트산, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 벤조트리아졸, 나트륨 2-피리딘티올-1-옥사이드, 헥실렌 글리콜, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가제와의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 이면재는 우레탄 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 연마재 복합체는 약 40 중량% 내지 약 60 중량%의 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 연마재 복합체는 약 50 중량% 내지 약 60 중량%의 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 충전재는 칼슘 메타실리케이트, 백색 알루미늄 옥사이드, 탄산 칼슘, 실리카 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 접촉시키는 단계로서, 상기 연삭 층은 복수의 연마재 복합체를 포함하고, 상기 복합체는 유기 수지 및 집괴 연마재 입자를 포함하고, 상기 집괴는 영구 바인더내에 분산된 다이아몬드 입자를 포함하는 것인 단계,
    연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면 사이에 윤활제를 도입하는 단계, 및
    연마재 물품의 연삭 층과 유리 공작물의 표면을 서로에 대해 이동시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 공작물의 표면을 연삭하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 100 ㎛의 유리 원료를 유리 공작물의 표면으로부터 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, RPP 방법을 사용하여 0.7 ㎛ 이하의 최종 표면 조도 Ra를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제16항에 있어서, 0.7 ㎛ 이하의 최종 표면 조도 Ra를 제공하는 단계는 10내지 15 초의 연삭 시간 간격으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 연마재 집괴 입자는 다이아몬드 입자를 포함하는 금속 결합된 연마재 조각인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 영구 바인더는 유리, 세라믹, 금속, 또는 유기물인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제16항에 있어서, 상기 유기 수지는 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제16항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 상기 복합체 중에 약 1 내지 30 중량부의 분량으로 존재하고, 상기 바인더는 약 70 내지 99 중량부의 분량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제16항에 있어서, 상기 윤활제는 물과, 아민, 미네랄 오일, 케로센, 미네랄 스피리트, 수용성 오일 에멀젼, 폴리에틸렌이민, 에틸렌 글리콜, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로필렌 글리콜, 아민 보레이트, 붕산, 아민 카르복실레이트, 송유, 인돌, 티오아민 염, 아미드, 헥사히드로-1,3,5-트리에틸트리아진, 카르복실산, 나트륨 2-머캅토벤조티아졸, 이소프로판올아민, 트리에틸렌디아민테트라아세트산, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 벤조트리아졸, 나트륨 2-피리딘티올-1-옥사이드, 헥실렌 글리콜, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가제와의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제16항에 있어서, 상기 연마재 복합체는 약 40 중량% 내지 약 60 중량%의 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제16항에 있어서, 상기 연마재 복합체는 약 50 중량% 내지 약 60 중량%의 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 충전재는 칼슘 메타실리케이트, 백색 알루미늄 옥사이드, 탄산 칼슘, 실리카 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 연마재 물품의 연마 층과, 초기 표면 조도 Ra가 약 0.07 ㎛인 유리 공작물의 표면을 접촉시키는 단계로서, 상기 연마층은 섬유를 포함하는 이면재와 일체로 주형된 복수의 연마재 복합체를 포함하고, 상기 연마재 복합체는 알칼리 금속염, 알칼리성 금속염 및 이들의 조합물 중에서 선택되는 금속염, 유기 수지 및 세리아 입자를 포함하는 것인 단계,
    연마재 물품의 연마 층과 유리 공작물의 표면 사이에 윤활제를 도입하는 단계, 및
    연마재 물품의 연마층과 유리 공작물의 표면을 서로에 대해 이동시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 공작물의 표면을 연마하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 유리 공작물의 초기 표면 조도 Ra를 0.09의 표면 조도 Ra로 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제28항에 있어서, 유리 공작물의 초기 표면 조도 Ra를 0.09의 표면 조도 Ra로 감소시키는 단계는 약 45초 이하의 연마 시간 간격으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 유기 수지는 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제28항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 상기 복합체 중에 약 1 내지 30 중량부의 분량으로 존재하고, 상기 바인더는 약 70 내지 99 중량부의 분량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제28항에 있어서, 상기 윤활제는 물과, 아민, 미네랄 오일, 케로센, 미네랄 스피리트, 수용성 오일 에멀젼, 폴리에틸렌이민, 에틸렌 글리콜, 모노에탄올아민,디에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로필렌 글리콜, 아민 보레이트, 붕산, 아민 카르복실레이트, 송유, 인돌, 티오아민 염, 아미드, 헥사히드로-1,3,5-트리에틸트리아진, 카르복실산, 나트륨 2-머캅토벤조티아졸, 이소프로판올아민, 트리에틸렌디아민 테트라아세트산, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 벤조트리아졸, 나트륨 2-피리딘티올-1-옥사이드, 헥실렌 글리콜, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가제와의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제28항에 있어서, 상기 이면재는 우레탄 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제28항에 있어서, 상기 연마재 복합체는 약 40 중량% 내지 약 60 중량%의 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제28항에 있어서, 상기 연마재 복합체는 약 50 중량% 내지 약 60 중량%의 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제28항에 있어서, 상기 충전재는 칼슘 메타실리케이트, 백색 알루미늄 옥사이드, 탄산 칼슘, 실리카 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
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