KR20060127230A - 연마포지 제품 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20060127230A
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Abstract

기재 및 기재 위에 놓인 연마층을 포함하는 연마포지 제품이 기재되어 있다. 당해 연마층은 연마재 그레인과 결합제를 포함하고, 결합제는 연마재 그레인과 함께 균일하게 혼합되는 제1 결합제 성분과 제2 결합제 성분을 갖는 결합제 조성물로부터 형성되고, 제1 결합제 성분은 방사선 경화성이고, 제2 결합제 성분은 분말을 포함하고 열 경화성이다.
연마포지, 연마재, 결합제, 연마재 그레인, 방사선 경화성, 열 경화성

Description

연마포지 제품 및 이의 제조방법{Coated abrasive products and processes for forming same}
본 발명은 일반적으로 연마포지(coated abrasive) 제품, 특히 연마포지 제품 및 경화를 위한 다중 경로를 갖는 결합제 조성물을 사용한 이의 제조방법에 관한 것이다.
연마포지 제품은 근본적으로 치수상 안정 성분으로서 제공되는 기재 또는 백킹 멤버를 포함하고, 연마재 함유 층은 그 위에 배치된다. 통상적인 연마포지에서, 연마층의 연마재 그레인(abrasive grain)은 배치된 연마재 그레인을 고정시키기 위한 접착 결합제 조성물인 마커 코트(maker coat)를 사용하여 백킹 멤버에 접착된다. 가장 일반적으로, 연마층에 구조적 통합성을 부여하는 사이즈 코트(size coat)를 배치시켜 가공을 진행시킨다. 통상적인 연마포지의 경우에, 연마재 그레인은 일반적으로 랜덤하게 배향지고 꽤 균일한 층을 형성한다.
엔지니어링 또는 성형된 연마재는 통상적인 연마포지 제품에 우수한 성능을 부여하기 위해 개발되어 왔다. 또한, 성형된 연마재는 일반적으로 백킹 멤버를 이 용하지만, 연마층은 예비 배열된 패턴을 형성하기 위해 부착한다. 이러한 성형된 연마재는 일반적으로 지속적인 절삭 속도, 일정한 표면 피니싱 및 연장된 수명을 제공하는 것과 같이 통상적인 연마재 생성물에 대해 증강된 연삭 특징을 나타낸다.
통상적인 연마포지 및 성형된 연마재 둘 다에서, 열 경화성 결합제는 연마재 그레인을 안정화시키기 위해서뿐만 아니라 연마층을 백킹 멤버 또는 기재에 접착시키기 위해 사용되어 왔다. 그러나, 열 경화는 흔히 연마재 그레인 위치의 바람직하지 않는 쉬프팅을 유발하는 연장된 경화 시간을 포함하는 많은 단점을 갖는다. 특히 성형된 연마재의 경우에, 입자의 패턴은, 열 처리 전 또는 동안, 결합제 조성물의 레올로지 변화 동안, 가열 동안 및/또는 성형된 연마재의 취급 동안 방해될 수 있다.
이러한 불리함을 해결하기 위해, 흔히 방사선 경화성 결합제 시스템이 개발되어 왔고, 이는 유리하게 짧은 경화 사이클을 가능케 한다. 이러한 방사선 경화성 결합제는 UV 경화성 결합제 및 전자빔 경화성 결합제를 포함한다. 그러나, 방사선 경화성 결합제도 또한 단점을 갖는다. 예를 들면, 특히 탄화규소계 연마재의 경우에, 방사선 침투의 깊이는 제한된다. 추가로, 결합제 조성물 내에 존재하는 염료는 또한 방사선 침투와 관련된 문제점을 유발하여, 경화를 불완전하게 할 수 있다.
공지된 연마포지, 특히 성형된 연마재와 관련된 가공 및 성능 특징을 해결하기 위한 노력으로, 미국 특허공보 제5,863,306호 및 미국 특허공보 제5,833,724호에는, 방사선 경화성 성분과 열 경화성 성분이 배합한 결합제 조성물을 이용하여 형성된 다양한 연마포지가 기재되어 있다. 가공 동안, 경화 전에 피복된 중간체 생성물에 첨가되는 관능성 분말을 사용하여 점도를 개질한다. 관능성 분말은 중간체 생성물의 점도를 조정하기 위해 의도되어, 이의 엔지니어링 형태가 경화 전에 및 동안 유지되도록 가공 동안 구조적 통합성을 보유한다.
예를 들면, 미국 특허공보 제5,863,306호 및 미국 특허공보 제5,833,724호에 예시된 바대로 당해 분야에서 제공된 발전에도 불구하고, 보다 우수한 연마포지 및 이의 제조방법을 개발하고, 추가로 이들을 대규모 제조 공정에 이용하기 위한 필요성이 여전히 존재한다.
요약
제1 양태에 따르면, 연마포지 제품은 기재 및 기재 위에 놓인 연마층을 포함한다. 당해 연마층은 연마재 그레인과 결합제를 포함하고, 결합제는 연마재 그레인과 함께 균일하게 혼합되는 제1 결합제 화합물과 제2 결합제 화합물을 포함하는 결합제 조성물로부터 형성된다. 제1 결합제 화합물은 일반적으로 방사선 경화성이고, 제2 결합제 화합물은 바람직하게는 분말 형태이고 열 경화성이다.
또 다른 양태에 따르면, 연마포지 제품의 제조방법은 제1 결합제 화합물과 제2 결합제 화합물과의 혼합물을 포함하는 결합제 조성물을 연마재 그레인과 혼합하여 연마재 분산액을 형성하는 단계를 포함한다. 제1 결합제 화합물은 방사선 경화성이고, 제2 결합제 화합물은 일반적으로 분말 형태이고 열 경화성이다. 당해 공정은 기재를 연마재 분산액으로 도포하여 피복된 중간체 생성물을 형성하고 경화 공정을 수행하여 진행한다. 피복된 중간체 생성물에 방사선을 조사하여 제1 결합제 화합물을 경화시키고, 피복된 중간체 생성물을 열 처리하여 제2 결합제 화합물을 경화시켜 상기한 경화를 수행한다.
당해 분야에서 숙련된 당업자는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세히 이해하게 되며, 이의 다양한 목적, 특징 및 잇점은 명확해진다.
도 1은 본 발명의 양태에 따르는 성형된 연마포지 제품을 형성하기 위한 기본 설계도 및 공정 흐름이다.
도 2는 본 발명의 양태의 횡단면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 몇몇 양태의 투시도이다.
상이한 도면에서 동일한 참조 기호의 사용은 유사한 또는 동일한 항목을 나타낸다.
양태의 설명
본 발명의 측면에 따르면, 일반적으로 기재 및 기재 위에 놓인 연마층을 포함하는 연마포지 제품이 제공된다. 당해 연마층은 연마재 그레인 및 결합제를 포함하고, 결합제는 결합제 조성물로부터 형성된다. 특정한 양태에 있어서, 결합제 조성물은 연마재 그레인과 함께 균일하게 혼합된 제1 결합제 화합물과 제2 결합제 화합물을 포함한다. 일반적으로, 제1 결합제는 방사선 경화성이고, 제2 결합제는 분말 형태이고 열 경화성이다. 제1 결합제와 제2 결합제 각각은 경화를 위한 단독 경로만을 가질 수 있다. 즉, 특정한 결합제 화합물을 경화시키기 위해 오직 단독의 경화 방법론을 사용할 수 있도록 각각의 결합제는 단일 경화성일 수 있다. 예를 들면, 기재된 바대로, 제1 결합제는 방사선 조사로만 경화될 수 있도록 단일 경화성일 수 있는 반면, 제2 결합제는 열 처리로만 경화될 수 있도록 단일 경화성이다.
결합제 조성물의 특징으로 돌아가서, 기재된 바대로, 결합제 화합물의 하나는 일반적으로 방사선 경화성, 예를 들면, UV 경화성, 전자빔 경화성 또는 마이크로파 경화성이다. 특히 유용한 UV-결합제 조성물은 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 올리고머 및 단량체의 그룹으로부터 선택된 성분을 함유한다. 유용한 올리고머는 에폭시 아크릴레이트, 지방족 우레탄 아크릴레이트, 방향족 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 방향족 산 아크릴레이트, 에폭시 메타크릴레이트 및 방향족 산 메타크릴레이트를 포함한다. 단량체는 일관능성, 이관능성, 삼관능성, 사관능성 및 오관능성 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 예를 들면, 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리스 (2-하이드록시 에틸)이소시아누라레이트 트리아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트 및 데실 아크릴레이트를 포함한다. 결합제 조성물은, 1개 분자당, 3개 이상의 아크릴레이트 그룹을 함유하는 아크릴레이트 단량체를 실질량으로 포함할 수 있다. 일반적으로 상업적 제품은, 상기 기재된 바대로, 트리메틸로프로판 트리아크릴레이 트(TMPTA), 또한 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트(PETA)를 포함한다. 적절량의 이관능성 및 삼관능성 아크릴레이트 및 고분자량 아크릴레이트 올리고머를 경화 후에 가공에 대한 적절한 레올로지 특성 및 최종 생성물의 적절한 인성 및 절삭 특징을 제공하기 위해 다른 성분과 함께 조절할 수 있다.
추가로, 커플링제는 접착제와 연마재 그레인 사이의 결합을 향상시키기 위해 이용할 수 있다. 일반적인 커플링제는 오가노실란, 예를 들면, 오시 스페셜티즈 인코포레이티드(Osi Specialtie, Inc)로부터 이용 가능한 A-174 및 A-1100 및 오가노티탄 및 지르코알루미네이트를 포함한다. 커플링제의 특정한 그룹은 아미노 실란 및 메타크릴옥시 실란을 포함한다.
충전제는 분산액의 레올로지 및 경화된 결합제의 경도 및 인성을 개질시키기 위해 분산액으로 혼입할 수 있다. 유용한 충전제의 예로는 금속 탄화물, 예를 들면, 탄산칼슘, 탄산나트륨; 실리카, 예를 들면, 석영, 유리 비드, 유리 버블; 실리케이트, 예를 들면, 탈크, 점토, 칼슘 메타실리케이트; 금속 황화물, 예를 들면, 황산바륨, 황산칼슘, 황산알루미늄; 금속 산화물, 예를 들면, 산화칼슘, 산화알루미늄(예를 들면, 뵈마이트형 및/또는 가성 뵈마이트형); 및 알루미늄 삼수화물을 포함한다.
분산액은 연삭 효율 및 절삭 속도를 증가시키기 위해 연삭 조제를 포함할 수 있다. 유용한 연삭 조제는 무기계, 예를 들면, 할로겐화물 염, 예를 들면, 나트륨 크리오라이트, 칼륨 테트라플루오로보레이트 등; 또는 유기계, 예를 들면, 클로오르화 왁스, 예를 들면, 폴리비닐 클로라이드일 수 있다. 특정한 양태는 입도가 1 내지 80㎛, 가장 바람직하게는 5 내지 30㎛인 크리오라이트 및 칼륨 테트라플루오로보레이트를 포함한다. 연삭 조제의 중량 백분율은 전체 조성물(연마재 성분 포함)의 0 내지 50%, 가장 바람직하게는 10 내지 30%이다.
상기한 성분 이외에, 다른 성분, 일반적으로 광개시제, 예를 들면, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, α-알콕시-아세토페논, α-하이드록시-알킬페논, α-아미노 알킬페논, 아실 포스핀 옥사이드, 벤조페논/아민, 티오잔톤/아민 또는 또 다른 자유 라디칼 형성제; 대전방지제, 예를 들면, 흑연, 카본 블랙 등; 현탁제, 예를 들면, 퓸드 실리카; 항부하제, 예를 들면, 아연 스테아레이트; 윤활제, 예를 들면, 왁스; 습윤제; 염료; 충전제; 점도 개질제; 분산제; 및 소포제를 첨가할 수도 있다.
제2 결합제 화합물로 돌아가서, 다양한 열 경화성 중합체를 이용할 수 있다. 열가소성 및 열경화성 중합체를 이용할 수 있는 반면, 열경화성 중합체는 종종 특히 과도한 열을 발생하는 절삭 또는 피니싱 공정의 경우에 이의 안정한 성질로 인해 중요하다. 특정한 개발에 따르면, 제2 결합제 화합물은 분말을 포함하며, 원칙적으로 분말로부터 형성되거나 심지어 본질적으로 순전히 분말로부터 형성된다. 일반적으로, 액체 열 경화성 중합체는 분말의 경우에 제외된다. 분말형 열 경화성 결합제는 꽤 용이하게 연마포지를 형성하기 위한 공정 흐름으로 혼입할 수 있으므로 특히 유리하다. 실제로, 분말화된 열 경화성 결합제를 사용하면, 성형된 연마재를 형성하기 위해 사용되는 연마재 분산액의 제조시 특히 유리하다. 더욱이, 열 경화성 성분을 분말 형태로 사용하면, 최종 생성물에 향상된 연마 성능을 제공하고, 적어도 부분적으로 분산액의 점도에서 유익한 변화로 인해 가공성이 향상된 연 마재 분산액을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 열 경화성 중합체의 예로는 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 우레아/포름알데하이드, 멜라민/포름알데하이드, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 비닐 및 이들의 혼합물을 포함하되, 상기한 수지들은 액체형보다는 분말 형태로 사용한다. 상기한 수지들은 어떠한 형태로도 이용 가능하고, 분말 형태 또는 미립자 형태는 바람직하게 본원에 사용되는 것으로 이해된다.
연마재 그레인은 (융합된 또는 소결된) 알루미나, 지르코니아, 지르코니아/알루미나 산화물, 탄화규소, 가넷(garnet), 다이아몬드, 입방정 질화붕소 및 이들의 배합물을 포함하는 공지된 하나의 연마재 그레인 또는 이들 연마재 그레인들의 배합물로부터 형성될 수 있다. 특정한 양태는 원칙적으로 α-알루미나를 포함하는 밀도가 높은 연마재 그레인을 사용하여 형성된다. 연마재 파티클의 평균 입도는 일반적으로 1 내지 150㎛, 보다 일반적으로 1 내지 80㎛이다. 그러나, 일반적으로 본 발명의 연마재의 양은 당해 조성물의 중량의 약 10 내지 약 90%, 예를 들면, 약 30 내지 약 80%를 제공한다.
백킹 멤버는 다양한 중합체 필름, 종이 및 다른 셀룰로즈성 물질 및 목화 및 다양한 중합체성 포화제를 갖는 폴리에스테르를 포함하는 직물을 포함하는 가요성이지만 기계적으로 안정한 물질로부터 형성될 수 있다. 백킹 멤버 또는 기재의 특정한 형태는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름이다. 다른 중합체성 필름은 폴리카보네이트 필름을 포함한다. 백킹 멤버는 연마층과 백킹 멤버 사이의 접착력을 향상시키기 위해 프라이머되거나 예비 처리될 수 있다. 방사선 경화성 결합제 성분, 이와 관련된 첨가제, 백킹 멤버 및 연마재 그레인의 세부사항은 본 발명의 동일 출원인이 소유한 본원에 참조문헌으로 기재된 미국 특허공보 제5,014,468호에 기재되어 있다.
본 발명의 특정한 측면로 돌아가서, 하기의 설명은 융기된 패턴의 연마재 물질을 일반적으로 갖는 성형된 연마재 및 이의 제조방법에 초점을 둔다.
도 1은 연마포지 제품(10), 특히 성형된 또는 엔지니어링 제품의 연속 제조에 대한 기본적인 공정 흐름을 나타낸다. 도면에서, 백킹 멤버(12)는 비권취 스태드 위에 제공된 롤(42)로부터 빼낸다. 일반적인 관행에 따라, 백킹 멤버에 바람직한 비권취 저항성을 제공하기 위해 브레이크에 비권취 스탠드를 장착한다. 백킹 멤버(12)는 하나 이상의 적합한 롤(44, 46, 48, 50) 주위의 비권취 영역으로부터 코팅 영역(52)으로 이동하고, 이 때 화살표로 표시된 방향으로 회전하면서 롤(54)과 패턴화된 롤(56)에 의해 형성된 닙 사이를 통과한다. 패턴화된 롤은 본 발명의 양태에 따라 사용할 수 있는 3차원 구조체를 부여하기 위한 하나의 도구 형태이다. 연마재 코팅(14)으로 도포된 백킹 멤버(12)는 결합제 조성물의 일부를 경화시키기 위해 하나 이상의 롤(58, 60) 주위에서 방사선원 및 전자빔원 또는 화학선 광원, 즉, 자외선(UV) 광원을 갖는 경화 스테이션(62)으로 통과한다. 경화 스테이션(62)은 생성물의 경화를 완료시키기 위해 UV 광원의 열원 다운스트림을 추가로 포함할 수 있다. 또는, 열원은 오프라인으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 방사선만을 이용한 부분 경화 후에, 부분 경화된 생성물은 롤링되고 열 경화 오븐 속에서 롤 형태로 경화(벌크 경화)될 수 있거나, 열 경화 스테이션을 함유하는 또 다른 릴-투- 릴 공정(reel-to-reel process)을 통해 회전(직선 또는 비직선 경화)할 수 있다. 고속 직선 경화를 가능케 하는 제1 결합제 화합물을 사용하는 하나의 측면에 따르면, 최종 단계 경화는 접착층의 바람직한 구조 형상을 여전히 유지하면서 벌크 경화 공정에서 오프라인으로 발생할 수 있다.
롤(64, 66)은 연마포지 물질(10)을 회전시켜 경화 구역을 통해 수평 배치로 이동한다. 경화 구역으로부터, 연마포지 물질(10)은 롤(68) 주위에서 롤(72), 고무 보호 롤(74) 및 압축 공기 구동 테이크다운 롤(76)을 포함하는 종래의 테이크다운 어셈블리(70)로 이동하여 연마포지 물질의 귄취 롤을 제공한다.
화학선 광원의 발광 동력은 종래의 모든 UV원으로 제공할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실행상, 피복재를 100watt/inch(너비) 내지 600watt/inch(너비) 범위의 에너지 아웃풋에서 V, D, H 또는 H+ 벌브 또는 이들의 조합으로부터 유도된 UV 광에 노광시킨다.
패턴화된 롤과 접촉시켜 백킹 멤버 위에 형성된 패턴은 조성물의 분리된 섬(island) 또는 계곡에 의해 분리된 능선의 패턴을 포함할 수 있다. 이러한 패턴은 일반적으로 층의 부식이 증가하면서 연삭 표면의 영역을 갖는 백킹과 등거리인 다수의 연삭 표면을 갖는 연마재 제품을 제공하도록 설계된다. 연삭 표면들 사이에, 연삭 유체를 순환시키고 연삭에 의해 생성된 절삭 부스러기를 제거하기 위한 채널이 흔히 제공된다.
또한, 조성물 표면이 가소성이지만 유동하지 않도록 점도의 상승에 공헌하도록 연마재 조성물을 패턴화시켜 부착시키기 위해 사용되는 도구를 가열하거나 냉각 할 수 있다. 그러나, 결합제가 도구와 접촉하면서 경화되는 수준으로 가열해서는 안 된다. 수지 조성물 또는 표면 층의 점도를 조정함으로써, 상기한 패턴이 실질적으로 보유되어, 예를 들면, 약 30초 이상, 바람직하게는 60초 이상 동안 경화되고 취급되도록 한다.
전술한 양태가 패턴화된 롤의 사용과 관련하여 자세히 기재되어 있지만, 다른 패턴 기술을 사용할 수 있다. 비교적 간단한 형태로, 적절한 기재를 연마재 조성물로 도포한 후, 엠보싱 도구, 예를 들면, 패턴화된 스탬프 또는 널드(knurled) 스틸 롤과 접촉시켜 패턴화시킬 수 있다.
특정한 발전에 따라서, 연마재 분산액 또는 조성물은, 방사선 경화 중합체가 연마재 성분과 상기 기재된 추가의 성분과 배합된, 분말 형태로 열 경화 중합체를 사용한다. 일반적으로, 열 경화 중합체의 입도는 ㎛ 단위 이하 내지 500㎛일 수 있다. 코팅의 레올로지 특성 및 최종 기계적 특성을 개질시키기 위해 입도를 변화시킬 수 있다. 또한, 분말 형태로 결합제 수지에 혼입하면, 액체 형태만으로 결합제로 만들었을 때 가공 가능하지 않던, 적은 함량의 연마재, 충전제 및 연삭 조제로도 슬러리를 가공시킬 수 있다.
도 2로 돌아가서, 성형된 연마재 양태의 횡단면도가 도시되어 있다. 특히, 성형된 연마재 생성물(200)은 연마층(208)이 제공된 기재 또는 백킹 멤버(205)를 포함한다. 연마층(208)은 횡단면으로 융기된 형상(210)을 포함한다.
융기된 형상(210)의 프로파일은 목적하는 최종 용도를 기본으로 하여 상당히 가변적일 수 있다. 도시된 양태에 있어서, 형상(210)은 일반적으로 절삭 표면 및/ 또는 편평한 절삭 표면(216)을 형성하는 비교적 날카로운 피크(214)로 끝나면서 경사지고 삼각형인 횡단면을 갖는다. 다양한 형상은 기본적인 매트릭스(212)를 통해 함께 연결될 수 있거나, 백킹 멤버(205)의 부품을 일반적으로 노광시키면서 부품(225)으로 도시된 연마재 물질에서 서로 보이드로부터 간격이 있을 수 있다. 투시도에 볼 수 있는 바대로, 성형된 연마재는 일반적으로 반복되는 연속 다각형 패턴을 갖는다. 연속 융기된 형상의 국소 패턴만을 형성하면서 패턴의 일부는 파손될 수 있는 것으로 사료된다.
도 3 내지 도 5로 돌아가서, 성형된 연마재의 다양한 양태가 기재되어 있다. 이들 형상은 예시적 방식으로 몇몇의 상이한 기하학적 패턴을 나타내는 실제 SEM 광의 대표적인 그래프를 나타낸다. 도 3에는 정렬된 어레이에서 정렬된 육각형 표면 형상이 도시되어 있다. 도 4에는 표면 형상 길이 대 다음의 가장 긴 면적(여기서는, 너비) 비로 정의되는 종횡비가 꽤 상당한 직선 표면 형상이 일반적으로 도시되어 있다. 종횡비는 10,100 이상이 일반적이다. 도 5에는 (수평 횡단면에서) 정방형 표면 형상의 어레이가 도시되어 있다. 도시된 바대로, 각각의 표면 형상은 4개의 주요 측면 표면이 피크에서 끝나는 피라미드를 형성한다. 표면 형상들 사이의 골(valley)이 파인 부분들에는 연마재 물질이 전혀 존재하지 않을 수 있지만, 도시된 양태에서, 일반적으로 골이 파인 부분들에는 비교적 얇은 연마층 부분이 존재할 수 있다.
실시예 1: 스테인레스 스틸의 습식 센터리스 연삭(centerless grinding)
피시험 제품: 옥시켐(OxyChem)으로부터의 노볼락(Novolac) 열경화성 분말 바르컴(Varcum) 29-345을 대조군 엔지니어링 연마재 조성물에 첨가하여 결합제 조성물에 열 경화 기능을 부여하는 열경화성 분말의, 습식 센터리스 연삭 적용시의 연삭 성능에 대한 효과를 평가했다. 개질된 조성물 및 대조군 조성물을 폴리에스테르 천 기재에 도포하고 퓨전 UV 유니트(Fusion UV unit)에서 UV 방사선에 노광시킴을 포함하는, 엔지니어링 연마재 제품을 제조하기 위한 동일한 조건하에 가공하였다. 노볼락 함유 제품을 250°F에서 3.5시간 동안 추가로 열 경화시켰다. 당해 조성은 표 1에 기재되어 있다.
성분 대조군 조성물 노볼락 분말을 갖는 조성물
에베크릴 3700 19.6 28
TMPTA 8.4 12
이르가큐어 819 1.2 1.7
바르컴 29-345 17.1
ATH 34.2 19.6
A1100 1.2 1.2
P320 산화알루미늄 35.4 20.4
합계 100 100
당해 양태를 형성하는 공정 흐름은 본원에 참조문헌으로 기재되어 있는 미국 특허공보 제5,863,306호에 자세히 기재되어 있다.
키: 에베크릴 3700: 에폭시 아크릴레이트[유씨비 케미칼즈(UCB chemicals)]. TMPTA: 트리메틸올 트리아크릴레이트(유씨비 케미칼즈). 이르가큐어(Irgacure) 819: 포스핀 옥사이드 광개시제[시바-가이기(Ciba-Geigy)]. 바르컴 29-345: 노볼락 분말(옥시켐). ATH: A1100 실란으로 표면 처리된 알루미늄 트리하이드록사이드[알코아(ALCOA)]. A1100: 아미노 실란 A1100[오시(Osi)].
시험 기계 도구: ACME 모델 47 일정 공급, 센터리스 벨트 연삭기를 전체 시험 절차를 위해 사용하였다. 기계는 조절 휠, 방진구 블레이드, 접촉 휠 및 연마 벨트를 포함하는 4개의 주요 성분으로 이루어진다.
작업 물질: 시험 출발시 각각 1.5inch ×10inch로 측정된, 20 실린더형, 304 스테인레스 스틸 가공품의 세트를 사용하였다.
시험 절차: 제품을 수축시키고 센터리스 연삭기에서 시험하기 위해 4" ×54" 벨트로 전환시켰다. 모든 가공품을 연삭하기 전에, 기계 도구에서 하기의 매개변수를 확인하였다.
조절 휠 앵글을 5°로 설정하였다. 조절 및 접촉 휠 스핀들을 서로 평행이 되도록 확인하였다. 조절 휠 및 접촉 휠을 무두질하였다. 나일론 방진구은 연삭하여 깨끗하게 하였다. 작업 가이드를 조정하여 부품이 적절하게 청소되도록 하였다.
시험 절차는 하기 기재된 연속 단계를 따른다.
가공품을 예비 연삭하여 표면 결함을 제거하였다. 각각의 가공품의 중량을 기록하였다. 기계를 바람직한 0.006inch에서 절입량을 위해 조정하고 조절 휠 속도를 53rpm에서 설정하였다. 2개의 바를 기계를 통해 통과시키고, 이를 1회 통과로 계수하였다. 연삭 동안 녹 억제제를 함유하는 물 냉각제를 연마 벨트에 분무하였다. 각각의 가공품의 중량을 기록하여 제거된 금속을 계산하였다. 벨트 두께 및 벨트 스트레치를 측정하였다. 이어서, 절입량을 0.006inch로 추가로 증가시키면서, 2개의 다른 바를 기계를 통해 보내고, 중량, 두께 및 스트레치를 다시 측정하였다. 연마재 제품이 백킹에 도달하도록 마모될 때까지 당해 단계를 반복하였다.
시험 결과: 노볼락 분말이 첨가된 조성물은 대조군 조성물에 대해 향상된 내마모성을 나타내었다. 당해 조성물은 대조군 조성물의 4회 통과에 비해 5회 통과를 지속하였다. 대조군보다 연마재 그레인 함량이 훨씬 낮은, 노볼락 분말(또는 분말을 기본으로 하는 유사한 페놀/포름알데하이드)을 갖는 제품은 대조군 조성물보다 높은 스톡 제거를 수득하였다. 더욱이, 노볼락 분말을 갖는 제품에 대한 절삭 대 마모 비는 대조군 제품보다 상당히 우수하였다.
대조군 조성물
통과 축적 절삭량(g) 마모 깊이(in) 절삭/마모 비
1 8.77 0.007 125
2 19.49 0.010 195
3 32.91 0.014 235
4 46.32 0.016 289
5 백킹에 도달하도록 마모됨
노볼락 분말을 갖는 조성물
통과 축적 절삭량(g) 마모 깊이(in) 절삭/마모 비
1 9.91 0.007 142
2 21.24 0.010 212
3 35.13 0.012 293
4 50.83 0.015 339
5 63.09 0.016 394
실시예 2: 복합재 샌딩 디스크
피시험 제품: 2개의 그릿 크기(9㎛ 및 30㎛)의 제품을 시험하였다. 각각의 그릿 크기에 대해, UV 경화성 수지로만 이루어진 결합제를 갖는 대조군 조성물을 만들고, UV 경화성 수지 이외에 아크릴계 열경화성 분말을 함유하는 개질된 조성물을 만들었다. 개질된 조성물 및 대조군 조성물을 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 기재에 도포하고 퓨전 UV 유니트에서 UV 방사선에 노광시킴을 포함하는, 엔지니어링 연마재 제품을 제조하기 위한 동일한 조건하에 가공하였다. 열경화성 분말을 갖는 제품을 250°F에서 4시간 동안 추가로 열 경화시켰다.
9㎛ 대조군 조성물
슬러리 성분 중량%
TMPTA 15.6
에베크릴 3720 6.7
SR504 5.6
이르가큐어 819 1.2
A1100 1.2
KBF4 31.4
ATH 6.9
9㎛ 산화알루미늄 31.4
합계 100.0
9㎛ 열경화성 분말을 갖는 조성물
슬러리 성분 중량%
TMPTA 19.8
에베크릴 3720 36.8
BYK A501 0.1
이르가큐어 819 2.1
A1100 2.1
아크릴계 열경화성 분말 32.1
9㎛ 산화알루미늄 7.0
합계 100.0
30㎛ 대조군 조성물
슬러리 성분 중량%
TMPTA 21.0
에베크릴 3720 9.0
이르가큐어 819 1.2
A1100 1.2
KBF4 33.8
30㎛ 산화알루미늄 33.8
합계 100.0
30㎛ 열경화성 분말을 갖는 조성물
슬러리 성분 중량%
TMPTA 11.6
에베크릴 3720 34.9
BYK A501 0.1
이르가큐어 819 2.2
A1100 2.0
아크릴계 열경화성 분말 22.1
30㎛ 산화알루미늄 27.1
합계 100.0
키: 에베크릴 3700: 에폭시 아크릴레이트[유씨비 케미칼즈(UCB chemicals)]. TMPTA: 트리메틸올 트리아크릴레이트(유씨비 케미칼즈). 이르가큐어(Irgacure) 819: 포스핀 옥사이드 광개시제[시바-가이기(Ciba-Geigy)]. 바르컴 29-345: 노볼락 분말(옥시켐). ATH: A1100 실란으로 표면 처리된 알루미늄 트리하이드록사이드[알코아(ALCOA)]. A1100: 아미노 실란 A1100[오시(Osi)].
키: 에베크릴 3720: 에폭시 아크릴레이트(유씨비 케미칼즈). TMPTA: 트리메틸올 트리아크릴레이트(유씨비 케미칼즈). 이르가큐어 819: 포스핀 옥사이드 광개시제(시바-가이기). BYK A501: 소포제[비와이케이 케미(BYK Chemie)]. A1100: 아미노 실란 A1100(오시). 아크릴계 열경화성 분말: 158C121[페로(Ferro)의 VEDOC 분말 코팅제로부터 제조].
작업 물질: 6" ×24" ×1/2" 복합재 패널을 시험을 위해 사용하였다.
장비: 랜덤 오비탈 샌더를 위해 시험 디스크에 배치된 자동화 샌딩 기계에서 제품을 시험하였다. 기계는 설정된 스트로크 길이에서 왕복 운동하는 암에 탑재된 디나브레이드(Dynabrade)로부터의 랜덤 오비탈 샌더로 이루어진다. 기계를 디스크로 출발하여 작동시키고, 암을 낮추어 샌더를 가공품에 위치시키고, 샌더를 설정 압력에서 설정 시간 동안 가공품의 앞뒤로 움직인 다음, 샌더를 가공품으로부터 들어올렸다. 이어서, 가공품에 대해 측정하였다. 잔량을 사용하여 이의 중량을 측정하고, 표면 분석기를 사용하여 표면 피니싱을 측정하고, 광택계를 사용하여 광택을 측정하였다.
시험 절차: 복합재 패널을 클리닝하고 닦아 건조시키고, 이의 중량을 기록하였다. 기계의 스트로크 길이를 20inch로 설정하고 연마재 디스크에서 하향력을 10파운드로 설정하였다. 패널을 샌딩 기계에 위치시키고, 기계를 1분 동안 작동시켰다. 가공품을 가로지르는 샌더의 횡단 속도는 대략 20ft/min이었다. 샌딩 시험 동안 분무 병을 사용하여 물을 고체 표면 패널의 표면에 분사하였다. 기계에서 샌딩 1분 후, 패널을 물로 클리닝하고 닦아 건조시켜 기계로부터 제거하였다. 패널을 측량하고 중량 손실을 기록하였다. 표면 분석기를 사용하여 Ra, Ry 및 Rmax로 기록하였다. 광택계를 사용하여 광택을 20, 60 및 85°에서 판독하여 기록하였다. 다시, 패널을 샌딩 기계에 위치시키고, 1분 동안 샌딩하고, 클리닝하고 측정하였다. 샌딩을 12분 동안 패널에서 수행할 때까지 당해 절차를 반복하였다.
시험 결과: 연삭 결과는 표 7에 요약되어 있다. 열경화성 분말을 갖는 조성물은 대조군 조성물에 대해 내마모성이 상당히 우수하다. 습식 샌딩 12분 후, 열경화성 분말을 갖는 9㎛ 및 30㎛ 조성물 둘 다의 중량 손실은 대조군 유사품에 대한 각각 7.4g 및 10.6g과 비교하여 오직 0.1g이었다. 또한, 제품 중량 손실에 대한 스톡 제거의 비로 정의되는 G 비율은, 열경화성 분말을 갖는 조성물에 대해 상당히 향상되었다(125 및 43 대 0.54 및 0.77). 또한, 열경화성 분말을 갖는 제품은 연마된 고체 표면에서 대조군 조성물보다 훨씬 높은 최종 광택도 값을 수득하였고, 이는 당해 분야에서 중요한 성능 기준이다. 요약하면, 플라스틱 분말을 첨가하면, 내마모성, G 비율 및 연마된 고체 표면의 최종 광택값을 놀라운 상당량으로 향상시켰다.
스톡 제거(g) 제품 중량 손실(g) G 비율 광택도 20° 광택도 6° 광택도 85°
30㎛ 대조군 조성물 5.74 10.6 0.54 0.3 2.9 15.9
30㎛ 분말을 갖는 조성물 12.5 0.1 125 1.2 9.2 62.6
9㎛ 대조군 조성물 5.72 7.4 0.77 1.1 9.5 51.0
9㎛ 분말을 갖는 조성물 4.27 0.1 43 5.6 25.1 90.4
상기 기재된 양태에 따르면, 가공성을 증가시킬 뿐만아니라, 상기 요약된 탁월한 성능 특징을 나타내는 특정한 결합제 조성물을 갖는 연마포지, 특히 성형된 또는 엔지니어링 연마포지가 기재되어 있다. 또한, 상기 기재된 다양한 양태와 관련하여 기재된 제1 및 제2의 별개의 결합제 화합물을 사용하면, 결합제 조성물을 상당히 유동적으로 선택할 수 있다. 반대로, 단독의 결합제 화합물로 엔지니어링된 상이한 관능성 그룹을 갖는 이관능성 화합물을 사전에 사용하면, 공정 선택의 유동성이 감소하여 고생하고 엔지니어링하고 실행하기 상당히 더욱 어려워진다.
상기 기재된 발명은 예시적이고, 제한적이지 않은 것으로 이해되고, 첨부된 청구항은 본 발명의 범위내에 해당하는 상기한 모든 변형, 개량 및 다른 양태를 포괄하기 위한 것으로 의도된다. 따라서, 법에 의해 허용되는 최대 한도로, 본 발명의 범위는 하술할 청구항 및 이의 등가물의 가장 광의의 허용 가능한 해석으로 결정하고, 상술한 자세한 설명으로 제한되거나 한정되지 않는다.
예를 들면, 각각 방사선 경화성 및 열 경화성인 별개의 결합제 화합물을 상술한 내용을 특히 참조로 하여, 결합제들을 바꿔가면서 비교적 고속 경화 방사선 경화성 결합제를 대체할 수 있다. 예를 들면, 열 처리로 고속 경화되는 고속 경화 에폭시 캡핑된 촉매를 사용할 수 있다. 또는, 열 처리로 고속 경화되는 고속 경화 우레탄/블록화된 촉매를 사용할 수 있다. 이점과 관련하여, 제1 결합제 화합물은 보다 강인한 상당히 저속 경화되는 제2 결합제 화합물과 배합되어 일반적으로 바람직하게는 이의 고속 경화 특성을 유지한다.

Claims (34)

  1. 기재 및
    기재 위에 놓인 연마층[당해 연마층은 연마재 그레인(abrasive grain)과 결합제를 포함하고, 결합제는 연마재 그레인과 함께 균일하게 혼합되는 제1 결합제 성분과 제2 결합제 성분을 포함하는 결합제 조성물로부터 형성되고, 제1 결합제 성분은 방사선 경화성이고, 제2 결합제 성분은 분말을 포함하고 열 경화성이다]을 포함하는,
    연마포지(coated abrasive) 제품.
  2. 제1항에 있어서, 제2 결합제가 본질적으로 분말로 이루어지는, 연마포지 제품.
  3. 제1항에 있어서, 제1 결합제 성분이 하나 이상의 UV, 마이크로파 및 전자빔 방사선으로 경화되는, 연마포지 제품.
  4. 제1항에 있어서, 제1 결합제 성분이 UV 경화성 결합제 화합물을 포함하는, 연마포지 제품.
  5. 제4항에 있어서, 제1 결합제 성분이 UV 경화성 결합제 화합물들의 블렌드를 포함하는, 연마포지 제품.
  6. 제4항에 있어서, UV 경화성 결합제 화합물이 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 올리고머 및 에폭시 아크릴레이트, 지방족 우레탄 아크릴레이트, 방향족 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 방향족 산 아크릴레이트, 에폭시 메타크릴레이트, 방향족 산 메타크릴레이트 및 일관능성, 이관능성, 삼관능성, 사관능성 및 오관능성 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 포함하는 단량체 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 연마포지 제품.
  7. 제1항에 있어서, 제2 결합제 성분이 열경화성 중합체를 포함하는, 연마포지 제품.
  8. 제7항에 있어서, 열경화성 중합체가 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 우레아/포름알데하이드, 멜라민/포름알데하이드, 아크릴, 폴리에스테르, 비닐 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 중합체를 포함하는, 연마포지 제품.
  9. 제1항에 있어서, 연마재 그레인이 알루미나, 지르코니아, 탄화규소, 가넷(garnet), 다이아몬드, 입방정 질화붕소 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는, 연마포지 제품.
  10. 제9항에 있어서, 연마재 그레인이 알파 알루미나를 포함하는, 연마포지 제품.
  11. 제1항에 있어서, 결합제 조성물이 커플링제를 추가로 포함하는, 연마포지 제품.
  12. 제11항에 있어서, 연마재 그레인을 결합제 조성물의 잔량과 혼합하기 전에 커플링제로 처리하는, 연마포지 제품.
  13. 제11항에 있어서, 커플링제가 오가노실란 또는 오가노티탄을 포함하는, 연마포지 제품.
  14. 제13항에 있어서, 커플링제가 아미노 실란 또는 메타크릴옥시 실란을 포함하는, 연마포지 제품.
  15. 제1항에 있어서, 기재가 중합체 필름, 셀룰로즈성 물질 및 직물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성분을 포함하는, 연마포지 제품.
  16. 제15항에 있어서, 셀룰로즈성 물질이 종이를 포함하고, 직물이 목화 및 중합 체성 포화제를 갖는 폴리에스테르 기재를 포함하는, 연마포지 제품.
  17. 제1항에 있어서, 제1 결합제가 단일 경화성이고, 제2 결합제가 단일 경화성인, 연마포지 제품.
  18. 제1항에 있어서, 연마층이 융기된 패턴의 표면 형상을 갖는, 연마포지 제품.
  19. 제18항에 있어서, 표면 형상이 연속 패턴을 형성하는, 연마포지 제품.
  20. 제18항에 있어서, 표면 형상이 비연속 돌출부인, 연마포지 제품.
  21. 제18항에 있어서, 기재의 표면을 패턴화된 도구와 접촉시켜 융기된 패턴을 부여하여 연마층을 형성하는, 연마포지 제품.
  22. 제21항에 있어서, 기재 위의 표면 형상이 융기된 다각형 패턴을 갖도록, 패턴화된 도구가 반복되는 다각형 패턴을 갖는, 연마포지 제품.
  23. 제1 결합제 성분과 제2 결합제 성분과의 혼합물을 포함하는 결합제 조성물을 연마재 그레인과 혼합하여 연마재 분산액을 형성하는 단계[당해 제1 결합제 성분은 방사선 경화성이고, 당해 제2 결합제 성분은 분말을 포함하고 열 경화성이다],
    기재를 연마재 분산액으로 도포하여 피복된 중간체 생성물을 형성하는 단계,
    피복된 중간체 생성물에 방사선을 조사하여 제1 결합제 화합물을 경화시키는 단계 및
    피복된 중간체 생성물을 열 처리하여 제2 결합제 화합물을 경화시키는 단계를 포함하는,
    연마포지 제품의 제조방법.
  24. 제23항에 있어서, 제2 결합제 화합물이 본질적으로 분말로 이루어지는, 연마포지 제품의 제조방법.
  25. 제23항에 있어서, 도포 및 방사선 조사를 연속 공정으로 수행하는, 연마포지 제품의 제조방법.
  26. 제25항에 있어서, 열 처리를 연속 공정으로 수행하는, 연마포지 제품의 제조방법.
  27. 제25항에 있어서, 연속 공정이, 도포 단계와 방사선 조사 단계 중의 어느 한 단계 동안 기재가 이동되는 스풀 투 스풀 공정(spool to spool process)인, 연마포지 제품의 제조방법.
  28. 제25항에 있어서, 연마재 분산액을 기재 위에 패턴화시키기 위해 도구를 이용하여 도포를 수행하는, 연마포지 제품의 제조방법.
  29. 제25항에 있어서, 열 처리가 오프라인으로 수행되고 피복된 중간체 생성물이 권취형이고 제2 결합제 성분의 경화를 실시하기 위해 피복된 중간체 생성물이 벌크 가열되는, 연마포지 제품의 제조방법.
  30. 제23항에 있어서, 연마재 분산액이 패턴을 형성하도록 도포를 수행하고, 연마포지 제품이 성형된 연마재 제품인, 연마포지 제품의 제조방법.
  31. 제23항에 있어서, 제1 결합제 성분이 UV 경화성 결합제 성분인, 연마포지 제품의 제조방법.
  32. 제23항에 있어서, UV 경화성 결합제 성분이 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 올리고머 및 에폭시 아크릴레이트, 지방족 우레탄 아크릴레이트, 방향족 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 방향족 산 아크릴레이트, 에폭시 메타크릴레이트, 방향족 산 메타크릴레이트 및 일관능성, 이관능성, 삼관능성, 사관능성 및 오관능성 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 포함하는 단량체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 연마포지 제품의 제조방법.
  33. 제23항에 있어서, 제2 결합제 성분이 열경화성 중합체을 포함하는, 연마포지 제품의 제조방법.
  34. 제33항에 있어서, 열경화성 중합체가 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 우레아/포름알데하이드, 멜라민/포름알데하이드, 아크릴, 폴리에스테르 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 연마포지 제품의 제조방법.
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