NO314074B1 - Rotograveringsprosess for fremstilling av mönstrede abrasive overflater - Google Patents

Abstract

Belagte abrasiver egnet for meget fine slipende anvendelser kan tilveiebringes ved å avsette formuleringer omfattende abrasive korn, fyllmaterialer, slipehjelpemidler, tilsatser og en bindemiddelharpiks i mønster på en overflate ved bruk av en rotograveringsteknikk, gitt at viskositeten styres slik at formuleringen som avsettes ikke taper sin form før herdingen.

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

Oppfinnelsen vedrører fremstilling, ved bruk av en rotograveringsprosess, av mønstrede abrasive overflater på underlag, i en form anvendbar for finpussing av materialer slik som metaller, tre, plast og glass.

Forslaget om å avsette isolerte strukturer slik som "øyer" av en blanding av et bindemiddel og abrasivt materiale på et underlagsmateriale, har vært kjent i mange år. Dersom øyene har meget tilsvarende høyder over underlagsmaterialet og er hensiktsmessig separert, vil (kanskje etter en mindre pre-parering) bruken av produktet resultere i redusert overflate-oppskraping og forbedret overflatejevnhet. Videre tilveiebringer mellomrommene mellom øyene en vei hvor spon dannet av abrasjonen kan føres bort fra arbeidsområdet.

I et konvensjonelt belagt abrasiv avdekker undersøkelse av slipeoverflaten at et relativt lavt antall av de abrasive overflatekorn i en aktiv slipesone er i kontakt med arbeidsstykket samtidig. Ettersom overflaten slites øker antallet, men samtidig kan anvendbarheten av noen av de abrasive korn reduseres ved at de sløves. Bruken av abrasive overflater omfattende et jevnt nettverk av isolerte øyer har fordel av at de jevnt fordelte øyene slites ved i hovedsak samme hastighet, slik at en jevn abrasjonsrate kan opprettholdes i lengre perioder. På en måte deles det abrasive arbeid jevnere blant et større antall slipepunkter. Ettersom øyene omfatter mange mindre partikler av abrasiv, vil videre erosjon av en øy avdekke nye, ubrukte abrasive partikler som ennå ikke er sløvet.

En teknikk for utforming av et slikt nettverk av isolerte øyer eller prikker som er blitt beskrevet, er rotograveringstrykk.

Teknikken å trykke med rotogravering vedrører bruk av en rulle som på overflaten har fått inngravert et mønster av celler. Cellene er fylt med sammensetningen (sammensetningen) og rullen presses mot en overflate og sammensetningen i cellene overføres til overflaten. Vanligvis vil sammensetningen deretter flyte inntil det ikke lenger er separasjon mellom sammensetningene avsatt fra de individuelle celler. Til slutt dannes et lag med i hovedsak jevn tykkelse. Som illustrasjon beskrives i sammenligningseksemplene C og D i patentpublikasjon US 5152 917 en fremgangsmåte hvor mønsteret oppnådd med en rotograveringsprosess hurtig mistet all separasjon mellom de individuelle mengder avsatt fra cellene.

I henhold til patentpublikasjon US 5014468 ble en bindemiddel/abrasiv-sammensetning avsatt fra rotograverings-celler på en rulle på en slik måte at sammensetningen ble lagt ned i en rekke strukturer som omsluttet et område uten abrasiv. Dette menes å skyldes avsetning av mindre enn hele volumet av cellen og bare langs omkretsen av hver celle, hvilket derved vil etterlate ringformasjonene som er beskrevet.

Problemet med rotograveringen har derfor alltid vært å opprettholde en anvendbar form av hver øy. Å formulere en abrasiv/bindemiddel-blanding som er tilstrekkelig flytbar til å avsettes og likevel er tilstrekkelig ikke-flytende slik at den ikke flyter ut til et i hovedsak jevnt belegg ved avsetning på et underlag, har vist seg å være meget vanskelig.

I henhold til patentpublikasjon US 4773920, ved Chasman et al., hvorved det gjøres bruk av rotogravert belegg, er det mulig å påføre et jevnt mønster av åser og daler på bindemiddel-sammensetningen som når den herder kan tjene som kanaler for fjerning av smøremiddel og spon. Utover angivelsen av muligheten er det imidlertid ikke gitt noen detaljer som kan forklare hvordan dette kan utføres.

I henhold til patentpublikasjon US 4644703, ved Kaczmarek et al., gjøres det bruk av en rotograveringsrulle på en mer konvensjonell måte for å avsette en abrasiv/bindemiddelsammensetning i et lag som deretter jevnes ut før et andre lag avsettes ved en rotograveringsprosess på toppen av det utjevnede første lag. Det er ingen beskrivelse av tilstanden til den ferdige herdede overflate.

I henhold til patentpublikasjon US 5014468, ved Ravipati et al., blir det foreslått å benytte en abrasiv/bindemiddel -sammensetning med ikke-Newtoniske skjærtykningsflyte-egenskaper, og å avsette denne blanding ved en rotograveringsteknikk på toppen av en film. Ved denne prosess ble blandingen avsatt fra kantene av rotograveringscellene for å fremstille en unik struktur med avsetninger av reduserte tykkelse med avstanden bort fra området rundt områder uten blanding. Dersom cellene er tilstrekkelig nære sammen kan overflatestrukturen fremkomme som sammenknyttet. Dette produkt har vist seg å være meget anvendbart, særlig ved optalmiske finpusseoperasjoner. Fremgangsmåten er meget anvendbar, men den har et potensielt problem med økende oppbygning av materiale i cellene av rotograveringsrullen, slik at avsetningsmønsteret kan endres noe under en langvarig produksjonsperiode. I tillegg er egenskapene ved prosessen slik at den er begrenset til sammensetninger som inneholder relativt fine abrasive korn (vanligvis mindre enn 20 mikron).

En annen tilnærming har vært å avsette abrasiv/bindemiddel -blandingen på overflaten av et underlag og deretter påføre et mønster omfattende et nett av isolerte øyer på blandingen ved å herde bindemidlet mens det er i kontakt med en form som er den inverse av den ønskede mønstrede overflate. Denne metode er beskrevet i patentpublikasjonene US 5437754, 5378251, 5304223 og 5152917. Det er flere variasjoner innen dette tema, men alle har det felles trekk at hver øy i mønsteret herdes når bindemidlet er i kontakt med en støpeoverflate. Denne metode er heller ikke uten problemer idet ufullstendig uttrekking av formen ofte finner sted, slik at istedenfor å fremstille for eksempel pyramider vil det ofte fremstilles vulkanske former med krater.

Med den foreliggende oppfinnelse presenteres en teknikk for fremstilling av jevnt mønstrede former av en abrasiv/bindemiddel -sammensetning som ikke behøver en herding i formen eller valg av en bindemiddel/abrasiv-sammensetning med spesifikke ikke-Newtoniske skjærtyknende strømningsegenskaper.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes derfor en fleksibel og effektiv måte for produksjon i kommersiell skala av belagte abrasiver med et jevnt mønster av isolerte abrasive' komposittformer. Slike belagte abrasiver er vel tilpasset for behandling av et vidt spekter av underlag og materialer for å gi fine overflater i lange driftsperioder ved i hovedsak jevn awirkningsrate.

Generell beskrivelse av oppfinnelsen

Problemet som støtes på ved bruk av rotograverings-teknikkene for å fremstille mønstrede belagte abrasive materialer har alltid vært bibeholdelsen av en anvendbar form og et anvendbart mønster etter avsetning av sammensetningen. Mest hyppig har den avsatte form mistet de vertikale dimensjoner med tendens til å flyte på tvers over overflaten og sammenføyes med nærliggende strukturer. Dette problem er det henvist til i Sammenligningseksemplene C og D ifølge patentpublikasjon

US 5152917, som er blitt diskutert ovenfor. I henhold til patentpublikasjon US 5014468 var løsningen å benytte en sammensetning med en skjærtyknende reologi som bevirket at blandingen avsettes fra kantene på rotograveringscellene, for derved å danne det unike mønster som er beskrevet.

Det er nå blitt funnet at dersom skjærviskositeten ved lav skjærpåvirkning og skjærviskositeten ved høy skjærpåvirning styres hensiktsmessig, er det mulig å fremstille, ved bruk av en rotograveringsteknikk, mønstrede belagte abrasiver med forskjellige distinkte mønstre innbefattende adskilte prikker, sammen-koblede prikker, linjer og andre mønstre, selv når sammensetningen har en skjærtynnende reologi. Nøkkelen til dette er å formulere bindemiddel/abrasiv-blandingen slik at to betingelser oppfylles. Den første betingelse er at viskositeten er relativt lav under forhold med relativt høyt skjær (slik det støtes på ved fylling av graveringscellene, anordning når graveringsrullen lander etter fylling av cellene, og under overføring av materi-alet til et underlag ved grensen mellom rotograveringsrullen og en gummirulle). Med andre ord bør sammensetningen ha en lav viskositet ved høy skjærpåkjenning for å lette beleggpåføringen på underlaget. Den andre betingelse er at sammensetningen har en høy viskositet ved lav skjærpåkjenning, for å forhindre over-flødig strømning og utjevning når sammensetningen er plassert på underlaget under forhold med lav skjærpåkjenning, før herding. Det er også høyst ønskelig at viskositetsgjenvinningstiden er kort sammenlignet med tiden mellom beleggavsetning og herding.

Teoretiske studier av mønsteropprettholdelsen av avsetninger indikerer at overflatespenning er den drivende kraft som leder til strømning (og følgelig tap av mønsteret), og av mønsteret favoriseres av lav overflatespenning og høy viskositet. Med bestrålingsherdbare bindemidler som ofte benyttes med abrasiv/bindemiddel-sammensetningene som i hovedsak er aktuelle for denne oppfinnelse, varierer imidlertid ikke overflatespenningen mye, og er generelt i området 30-40 dyn/cm. En hensiktsmessig formulert vannbasert.abrasiv/bindemiddel-blanding har generelt også en overflatespenning i det samme område. Følgelig er viskositeten den mest resultatpåvirkende parameter som kan justeres.

Den foreliggende oppfinnelse omfatter derfor en fremgangsmåte for fremstilling av et belagt abrasiv, omfattende: (a) å påføre med en rotograveringsteknikk et lag av en sammensetning omfattende en blanding av abrasive korn og et herdbart harpiksbindemiddel i et mønster med isolerte strukturer; (b) etter avsetning av sammensetningen på underlagsmaterialet, å bevirke en viskositetsøkning; (c) å herde bindemiddelkomponenten i sammensetningen for å opprettholde mønsteret av isolerte strukturer på underlagsmaterialet, og fremgangsmåten er særpreget ved at sammensetningen ifølge trinn a) har en viskositet ved en skjærrate på IO<3> sek"<1> i området fra 10000 til 1000 cp; og at viskositets-økningen ifølge trinn b) i hovedsak er en økning av viskositeten i overflatelaget, for således å opprettholde mønsteret av isolerte strukturer, ved en endring av temperaturen, ved å fjerne i det minste en andel av den flyktige komponent fra sammensetningen, eller ved tilsats av et pulver på overflaten av de avsatte strukturer.

Viskositeten måles her med et Bohlin VOR reometer ved beleggingstemperaturer som vanligvis er fra 15 °C til 50 °C. Nøkkelfaktoren er at sammensetningen må ha en forholdsvis lav viskositet ved forhold med høy skjærpåvirkning som møtes på under fylling av rotograveringscellene, anordning av rullen for å fjerne overskuddssammensetning og avsetning fra cellene, men etter avsetningen er det nødvendig at viskositeten øker tilstrekkelig hurtig til å forhindre strømning av sammensetningen hvilket vil kunne ødelegge mønsteret av de isolert avsatte strukturer. Isolasjonen er ikke ansett tapt dersom avsatte strukturer. Isolasjonen er ikke ansett tapt dersom grensene berøres på noen steder, men bare dersom strukturene er i kontakt med nærliggende strukturer ved alle punkter rundt omkretsen og dybden av sammensetningen ved kontaktpunktene er minst 10 % av den maksimale høyde av kontakterende strukturer over underlaget.

En meget egnet måte for å sikre opprettholdelse av separasjon er å benytte en harpikssammensetning som har tiksotrope egenskaper, hvilket vil si innehar tidsavhengige skjærtynnende egenskaper. Slike sammensetninger gjenvinner hurtig deres høye viskositet når den høye skjærpåkjenning fjernes. Innen ca. 30 sek vil vanligvis viskositeten ha gått tilbake til minst 50 % av verdien under lave skjærpåkjenninger, og dette er nok i de fleste tilfeller til å unngå tap av isolasjon eller separasjon inntil herdeprosessen har startet å øke viskositeten.

I en fremstillingsfasilitet kan viskositeten mer hensiktsmessig måles med et Brookfield-viskosimeter. Derfor omfatter en foretrukken fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen: (a) å påføre ved rotograveringsteknikk et lag av en sammensetning omfattende abrasive korn (og eventuelt slipehjelpemidler, fyllmaterialer og tilsatser), og et herdbart harpiksbindemiddel i et mønster av isolerte strukturer, hvor sammensetningen har en Brookfield-viskositet ved spindelhastighet 60 r/min fra 50000 til 1000 cp (fortrinnsvis 25000 til 2000, og mest foretrukket fra 15000 til 5000 cp); (b) etter avsetning på underlaget, å øke viskositeten, ved en spindelhastighet på 6 r/min, i det minste i overflatelaget av den avsatte sammensetning, til fra 150000 til 5000 cp, (fortrinnsvis 50000 til 7000 cp, og mest foretrukket 25000 til 8000 cp); og (c) å herde bindemiddelkomponenten i sammensetningen for å opprettholde mønsteret av isolerte strukturer på underlagsmaterialet .

Viskositeten påvirkes av temperaturen, og viskositetene angitt ovenfor er ved temperaturen hvorved sammensetningen påføres ved den ovennevnte fremgangsmåte. Vanligvis er dette ved en temperatur for eksempel fra 15 °C til 50 °C. Viskositeten males ved bruk av et Brookfield-viskosimeter LVF 5 X modell med en #4 spindel.

Det er videre ønskelig at viskositetsgjenvinningstiden, hvilket er tiden for den lave viskositet under høy skjærpåkjenning til å omdannes til den normalt høye viskositet når skjærpåkjenningen fjernes, bør være relativt kort, slik som mindre enn 60 sek og fortrinnsvis mindre enn 30 sek.

Enhver sammensetning, også en ikke-tiksotrop sammensetning, med en lav viskositet ved høy skjærpåkjenning i det ovennevnte område, kan imidlertid modifiseres ved avsetning for således hurtig å justere viskositeten til høyere viskositetsnivå ved lav skjærpåkjenning som er beskrevet ovenfor, for således å begrense strømningen som ville ha tendens til finne sted ved de lavere viskositeter hvorved sammensetningen avsettes. Det er altså ikke nødvendig at viskositeten i hele sammensetningen justeres til det høyere nivå. Det er ofte tilstrekkelig om det ytre eksponerte lag hurtig når den høyere viskositet ettersom dette virker som et skall som beholder formen på strukturen selv om den indre andel opprettholder den lavere viskositet i en lengre periode.

Viskositetsmodifikasjon av i det minste overflatelaget kan oppnås for eksempel ved å innbefatte i sammensetningen et flyktig løsemiddel som hurtig tapes når sammensetningen avsettes på underlagsmaterialet, kanskje med understøttelse av en øket omgivelsestemperatur eller ved lokal strøm av varm gass. Økt temperatur kan selvfølgelig også senke viskositeten. Det er derfor viktig å balansere disse motstridende virkninger for å sikre at resultatet er øket viskositet. En faktor som under-støtter i denne retning vil være en tendens for økt temperatur til å bevirke akselerert herding.

En annen mulighet vil være hurtig å justere temperaturen i strukturen nedover slik at viskositeten økes. Dette vil for eksempel kunne gjøres ved å føre underlaget med strukturene med avsatt sammensetning derpå over en avkjølt rulle og/eller under en kald gasstrøm.

I tillegg til å justere viskositeten ved å endre temperaturen eller å fjerne væske, er det mulig å justere viskositeten ved å øke innholdet av faststoff. Selv om dette ikke kan utføres for den indre andel av den avsatte sammensetning, er dette ikke faktisk nødvendig. Det er tilstrekkelig at overflatelaget oppnår den høyere viskositet for derved å holde formen på det avsatte mønster. Følgelig fordeles et finfordelt pulver på overflaten av strukturen som vil tjene til å virke som et lokalisert "skinn" av høyere viskositet på strukturen, hvilket bevirker at den beholder formen inntil herding gjør at formen blir permanent. Pulveret i seg selv kan være et abrasiv, et fyllmateriale eller et pulvermateriale som tilfører fordel-aktige egenskaper, for eksempel et slipehjelpemiddel slik som kaliumtetrafluorborat, et antistatisk middel slik som grafitt, et antipålastingsmiddel slik som sinkstearat, et fast smøre-middel slik som en voks, eller enhver kombinasjon av slike materialer. Dette er faktisk en fordelaktig og foretrukken utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Fremgangsmåten kan også understøttes ved å tilveie-bringe at rotograveringsrullen oppvarmes og overflaten hvorpå sammensetningen avsettes, avkjøles. Oppvarmingen av rotograveringsrullen bør imidlertid ikke være i et slikt omfang at bindemidlet begynner å herde og viskositeten økes som en konsekvens, i tilfeller hvor det benyttes termisk herdbare harpikssammen-setninger.

Beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser et eksempel på viskositetsvariasjonen med hensyn til skjærraten av en abrasiv slurrysammensetning ifølge den foreliggende oppfinnelse. Som vist er viskositetsvariasjonen fra høy til lav skjærpåkjenning meget markert. Videre, som vist på Fig. 2, er gjenvinningen av viskositeten ettersom den høye skjærpåkjenning fjernes, slik at mer enn 50 % av den lave skjær-viskositet gjenvinnes straks den høye skjærpåkjenning fjernes. Med disse reologiske egenskaper vil de avsatte beleggsammen-setninger beholde rotograveringsmønsteret med separasjon mellom de individuelle avsetninger. Figurene 3 og 4 illustrerer belegg-mønstrene av en abrasiv sammensetning i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvilke herdes umiddelbart etter avsetning eller henholdsvis med 4 0 min forsinkelse mellom avsetning og herding. Det demonstreres at i motsetning til de utsmurte mønstrene ifølge sammenligningseksemplene C og D i patentpublikasjon 5152 917, kan en abrasiv slurrysammensetning med en hensiktsmessig formulert reologi i henhold til den foreliggende oppfinnelse, beholde det diskrete mønster selv opp til 4 0 min etter avsetning før bindemidlet sluttelig herdes ved UV-bestråling.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Avsetningen kan være i ethvert ønsket mønster og dette vil bestemmes i hovedsak av størrelsen og fordelingen av cellene på rotograveringsrullen. Generelt kan heksagonale, tetragonale, trekantede og firkantede tverrsnitt på cellene være hensiktsmessige, selv om andre former også kan benyttes. Det er for eksempel mulig å anordne slik at cellene er i form av spor, (for eksempel tri-heliske spor) kuttet inn i rulleoverflaten. Dette er ofte en meget fordelaktig konfigurasjon og kan tilpasses for å fremstille et mønster av diagonale striper som straks er meget distinkte og også meget effektive for sliping. Antallet celler pr. enhetslengde kan også varieres selv om det ved en høyere celletetthet er fordelaktig at volumet av cellene er mindre, for derved å maksimere separasjonen mellom celleinnholdene etter avsetning på overflaten. Dersom cellene er plassert meget nær hverandre er det mulig å bevirke at de avsatte sammensetningene går sammen ved utformingen, for således å fremstille en i hovedsak kontinuerlig linje.

Andre utforminger, innbefattende isolerte prikker eller flekker, eller grupper av prikker, er også meget hensiktsmessige. De avsatte flekker har tendens til å være runde, men avsetningsteknikken, innbefattende hastigheten av rotograveringsrullen og metoden hvorved cellene fylles, kan medføre at formen av flekkene avviker fra den runde form. Følgelig kan flekkene ha form av en halvmåne eller ha en "komethale". I noen tilfeller kan slike former ha visse fordeler, men generelt er de ikke foretrukne. Det er derfor foretrukket å justere påtrykk-ingen og betingelsene hvorved rotograveringsrullen kontakterer overflaten på underlaget, slik at sammensetningen påføres for å sikre at diskrete runde flekker av avsatt sammensetning blir oppnådd.

Den abrasive komponent i sammensetningen kan være ethvert av de tilgjengelige materialer som er kjente innen teknikken, som alfaalumina, (smeltet eller sintret keram), silisiumkarbid, smeltet alumina/zirkoniumoksid, kubisk bornitrid, diamant og lignende så vel som kombinasjoner derav. For anvendelsene hvor denne type produkt i hovedsak er ment, er det foretrukne abrasiv alumina og særlig smeltet alumina. Abrasive partikler som er anvendbare med oppfinnelsen har vanligvis og fortrinnsvis en midlere partikkelstørrelse fra 1 mikron til 150 mikron, og mer foretrukket fra 1 mikron til 80 mikron.

Andelen av abrasiv i sammensetningen er selvfølgelig delvis bestemt av viskositetsbegrensningene fremsatt ovenfor og av typen anvendelse. Generelt er imidlertid mengden abrasiv til stede slik at den utgjør fra 10 til 90 vekt%, og fortrinnsvis fra 30 til 80 vekt% av sammensetningen.

Den andre hovedkomponent i sammensetningen er bindemidlet. Dette er en herdbar harpikssammensetning valgt blant bestrålingsherdbare harpikser, som dem som er herdbare ved bruk av elektronbestråling, UV-bestråling eller bestråling med synlig lys, som akrylerte oligomerer av akrylerte epoksyharpikser, akrylerte uretaner og polyesterakrylater og akrylerte monomerer innbefattende monoakrylerte, multiakrylerte monomerer, og termisk herdbare harpikser som fenolharpikser, urea/formaldehyd-harpikser og epoksyharpikser, så vel som blandinger av slike harpikser. Faktisk er det ofte hensiktsmessig å ha en bestrålingsherdbar komponent til stede i sammensetningen som kan herdes relativt hurtig etter at sammensetningen er blitt avsatt, for således å bidra til stabiliteten av den avsatte form, i tillegg til en termisk herdbar harpiks. I denne beskrivelse menes med begrepet "bestrålingsherdbar" å omfavne bruken av synlig lys, ultrafiolett (UV)-lys og elektronstrålebestråling som midlet som frembringer herdingen. I noen tilfeller tilveiebringes den termiske herdefunksjon og bestrålingsherdefunksjonen med forskjellige funksjonaliteter i det samme molekyl. Dette er ofte en ønskelig situasjon.

Harpiksbindemidlet kan også omfatte en ikke-reaktiv termoplastisk harpiks som kan øke de selvskjerpende egenskaper av den avsatte abrasivkompositt ved å øke eroderbarheten. Eksempler på slike termoplastiske harpikser innbefatter poly-propylenglykol, polyetylenglykol, og polyoksypropylenpolyo-ksyetenblokkopolymer, etc.

Fyllmaterialer kan innbefattes i abrasivsammensetningen for å modifisere reologien av sammensetningen og hardheten og seigheten av de herdede bindemidler. Eksempler på anvendbare fyllmaterialer innbefatter: metallkarbonater som kalsiumkar-bonat, natriumkarbonat; silika som kvarts, glasskuler, glass-bobler; silikater som talk, leirer, kalsiummetasilikat; metall-sulfat som bariumsulfat, kalsiumsulfat, aluminiumsulfat; metall-oksider som kalsiumoksid, aluminiumoksid; og aluminiumtrihydrat.

Slurrysammensetningen av abrasiv kan omfatte et slipehjelpemiddel for å øke slipevirkningsgraden og awirkningsraten. Anvendbare slipehjelpemidler kan være uorganisk baserte, som halidsalter, for eksempel natriumkryolitt, kaliumtetrafluorborat, etc.; eller organisk baserte, som klorinerte vokser, for eksempel polyvinylklorid. De foretrukne slipehjelpemidler i sammensetningen er kryolitt og kaliumtetrafluorborat med partik-kelstørrelse i området fra 1 mikron til 80 mikron, og mest foretrukket fra 5 mikron til 3 0 mikron. Vektprosentandelen av slipehjelpemidler er i området fra 0 til 50 vekt%, og mest fordelaktig i området 10-30 vekt%,

De abrasive slurrysammensetninger i henhold til oppfinnelsen kan videre omfatte tilsatser innbefattende: koblings-midler, som silankoblingsmidler, for eksempel A-174 og A-1100 tilgjengelig fra Osi Specialties, Inc., titanat og zirko-aluminater; antistatiske midler som grafitt, sot og lignende; suspenderingsmidler, som silikastøv, for eksempel Cab-O-Sil M5, Aerosil 200; antipålastingsmidler, som sinkstearat; smøremidler, som voks; fuktemidler; fargestoffer; dispergeringsmidler, og skumdempere.

Underlagsmaterialet hvorpå sammensetningen avsettes kan være tøy (vevd, ikke-vevd eller ullent), papir, plastfilm, metallfolie eller kombinasjoner derav. Generelt finner produktene fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse sin største anvendelse ved fremstilling av fine slipematerialer, og følgelig er en meget jevn overflate foretrukket. Således er fint kalandrert papir, plastfilra eller tøy med et jevnt overflate-belegg vanligvis det foretrukne underlag for avsetning av komposittsammensetningene i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Oppfinnelsen vil beskrives nærmere med hensyn til visse spesifikke utførelsesformer som er ment å være kun illustrerende og ikke å implisere noen begrensning av omfanget av oppfinnelsen.

Forkortelser

For å forenkle presentasjonen av data benyttes de følgende forkortelser:

Bindemiddelkomponenter

Ebecryl 3600, 3700 Akrylert epoksyoligomerer tilgjengelig fra UCB Radcure Chemical Corp.

TMPTA trimetylolpropantriakrylat tilgjengelig fra Sartomer Company, Inc.

HDODA 1,6-heksandioldiakrylat tilgjengelig fra Sartomer Co., Inc.

V- PYROL vinylpyrrolidon tilgjengelig fra GAF Corp.

JCTA isocyanuratriakrylat tilgjengelig fra Sartomer Co., Inc. TRPGDA tripropylenglykoldiakrylat tilgjengelig fra Sartomer Co., Inc.

Kustom KS- 201 akrylatmonomergel tilgjengelig fra Kustom Service Inc.

Fotoinitiatorer og tilsatsstoffer

Irgacure 651 en fotoinitiator tilgjengelig fra Ciba-Geigy Company.

Speedcure ITX 2-isopropyltioksanton tilgjengelig fra Aceto Chemical Corp.

Speedcure EDB etyl 4-dimetylaminobenzoat tilgjengelig fra Aceto Chemical Corp.

KR- 55 titanatkoblingsmiddel tilgjengelig fra Kenrich Petrochemicals.

FC- 171 fluorkarbonoverflatemiddel tilgjengelig fra 3M Company.

BYK- A510 skumdemper tilgjengelig fra Mallinckrodt Corp.

A- 1100 aminopropyltrietoksysilan tilgjengelig fra Osi Specialties, Inc.

SOLOX isopropylalkohol tilgjengelig fra EM Science.

Dye 9R- 75 kvinakridonfiolett UV, en dispersjon tilgjengelig fra Penn Color,

Pluronic 25R2 polyoksypropylen-polyoksyetylen-blokkopolymer tilgjengelig fra BASF Corp.

Cab- O- Sil M5 silikastøv fra Cabot Corporation.

ATH S3 aluminiumtrihydrat fra Alcoa

Korn

FU....3 mikron støv av Al203 fra Fujimi.

T....FRPL støv av A1203 fra Treibacher (grad)

indikert ved "P-" tallet)

TB....BFRPLCC varmebehandlet støv av AI2O3 med keramisk belegg fra Treibacher (grad indikert ved "P-"tallet.

Slipehj elpemiddel

KBF4....Kaliumtetrafluorborat med midlere partikkelstørrelse 20 mikron tilgjengelig fra Solvay, Inc.

Underlag

A....3 mil Mylarfilm for optalmiske anvendelser.

B....5 mil Mylarfilm for metallbearbeidende anvendelser. C....J-vekt polyesterduk med overflateekstrusjonsbelegg av 75 mikron tykkelse av Surlyn* D....J-vekt polyesterduk med overflateekstrusjonsbelegg av 50 ;mikron tykkelse av Surlyn. ;F....F755 fenolisk behandlet J-vekt polyesterduk. ;<*> Surlyn er en ionomerharpiks SURLYN 1651-1 fra Du Pont.

Sammensetninger

Prosedyre for sammensetnings! remstilling

Monomerene og/eller oligomerkomponentene ble blandet sammen i 5 min ved bruk av en blander med høy skjærvirkning ved 1000 r/min. Denne bindemiddelsammensetning ble deretter blandet med eventuelle initiatorer, fuktemidler, skumdempere, dispergeringsmidler etc, og blandingen fortsatte i ytterligere 5 min ved samme omrøringsrate. Deretter ble de etterfølgende komponenter tilført, langsomt og i den indikerte rekkefølge, med 5 min omrøring ved 1500 r/min mellom tilsatsene: suspenderingsmidler, slipehjelpemidler, fyllmaterialer og abrasive korn. Etter tilsats av de abrasive korn ble hastigheten på omrøringen økt til 2000 r/min og fortsatt i 15 min. Under denne tidsperiode ble temperaturen nøye overvåket og omrøringsraten ble redusert til 1000 r/min dersom temperaturen nådde 40,6 °C. Deretter ble temperaturen og viskositeten opptegnet.

Oppsett for graveringsbelegging

Graveringsbeleggingsoppsettet innbefattet en gummirulle med en Shore A-hardhet på 75 og et anordningsblad innstilt til å være i en vinkel med hensyn til tangenten av kontaktpunktet på 55-75°. En graveringsrulle roterer i en beleggingspanne for å fylle sammensetningen inn i cellene. Graveringsrullen bærer de fylte celler og føres deretter under anordningsbladet for å fjerne overskuddssammensetning og deretter i kontakt med underlaget ettersom det føres under gummirullen som virker til å dra sammensetningen fra cellene og avsette den på underlagsmaterialet.

Herding

Etter at mønsteret er avsatt på underlaget føres det mønstrede underlag til en herdestasjon. Der herdingen er termisk er hensiktsmessige anordninger tilveiebrakt. Der herdingen aktiveres ved fotoinitiatorer kan en lyskilde tilveiebringes. Dersom UV-bestråling anvendes, benyttes to 300 watt kilder: et D-rør og et H-rør med doseringen styrt ved raten hvorved det mønstrede underlag føres under kildene.

De mønstrede belegg og de relevante viskositeter vises i de etterfølgende tabeller 2 og 3. "HEX" indikerer heksagonale celler; "QUAD" indikerer kvadratiske celler; og "TH" indikerer triheliske linjemønstere. De heksagonalt hevede åsmønstere er typiske for dem som benyttes i henhold til kjent teknikk, ved patentpublikasjon US 50144 68. "Diskrete A-flekker" indikerer at de adskilte flekkene var trekantede. Bemerk at alle eksempler med viskositeten innen området fremsatt tidligere fremsto som et adskilt mønster med separasjon mellom de individuelle avsetninger.

Det 17 HEX heksagonale graveringsmønster omfattet celler med 559 mikron dybde med like sidekanter på 1000 mikron ved toppen og 100 mikron ved bunnen.

Det 10 TH triheliske mønster omfattet kontinuerlige kanaler kuttet i 4 5° mot rulleaksen, med dybde 669 mikron og en åpningsbredde ved toppen på 2500 mikron.

Det 10 QUAD firkantede mønster omfattet en kvadratisk celle med dybde 420 mikron, en toppsidedimensjon på 2340 mikron og en sidedimensjonen i bunnen på 650 mikron.

Det ble funnet at der hvor graveringsruilen avsatte "flekker", kan formen av flekkene påvirkes av

rotasjonshastigheten av graveringsrullen og trykket som påføres med gummirullen. For høy hastighet eller for høyt trykk mellom gummirullen og graveringsrullen gis tendens til å forandre formen bort fra det runde og mot det trekantede, og kan også lede til at nærliggende flekker kobles sammen. Under ideelle betingelser, hvilket imidlertid vil variere i henhold til sammensetningen, gummirullehardheten og trykket på graveringsrullen, graveringsmønsteret og avsetningsraten, er den ideelle "flekk" rund.

Herding ble initiert ved bruk av UV-bestråling innen ca. 3 0 sek fra avsetningen av sammensetningene.

Eksemplene beskrevet ovenfor ble underkastet slipe-forsøk ved bruk av en modifisert 121 Fss-ringtesteprosedyre. I hvert tilfelle ble et 6,4 cm x 152,4 cm belte benyttet, og beltet ble beveget ved en rate på 1524 smpm. Beltet ble kontaktert med et ringformet arbeidsstykke av 304 rustfritt stål (17,8 cm ytre diameter, 15,2 cm indre diameter og 3,1 cm bredde), ved et trykk på 69 KN/m<2>. Kotakthjulet bak beltet var et plant 17,8 cm gummihjul med 50 durometer hardhet. Arbeidsstykket ble beveget ved en hastighet på 3 smpm.

Ti ringer ble forbehandlet til en begynnelsesruhet Ra på 50. Slipeintervallene på 1 min ble fulgt av målinger av avkuttet eller avvirket mengde, arbeidsstykkets temperatur og overflatefinish. Med ti ringer ble en total på 10 min sliping gjennomført med hvert belte og den totale avvirkning og den midlere overflatefinish Ra, Rtm, og temperaturen av arbeidsstykket, ble opptegnet. Ra er det aritmetiske middel av avviket av ruhetsprofilen fra gjennomsnittslinjen, og Rtm er det veide gjennomsnitt av de dypeste spor. Både Ra- og Rtm-verdiene er i enheten mikrotommer. Resultatene er vist i Tabell 4. I sammenligningseksempel C-l er det blitt brukt et kommersielt finabrasivt tilgjengelig produkt fra Norton Company under betegnelsen R245 med P-4 00 smeltede aluminaabrasive korn. R245 har ikke en mønstret overflate.

De mønstrede belagte prøver gir en langt høyere totalawirkning mens de frembyr en kald avvirkning, i forhold til det konvensjonelt belagte abrasiv R245.

Det andre sett av eksempler fulgte samme testprosedyre bortsett fra at ringene ble forbehandlet til en begynnelsesruhet Ra på 70. Resultatene er vist i Tabell 5. I sammenligningseksempel C-2 ble det benyttet et kommersielt finabrasivt produkt tilgjengelig fra Norton Company under betegnelsen R245, med P-320 smeltet aluminaabrasive korn. R245 hadde ikke en mønstret overflate.

Igjen utkonkurrerte både de 10 Q og 10 TH mønstrede abrasiver på forskjellige underlag de konvensjonelle belagte abrasiver uten mønster, med hensyn til total avvirkning og kaldere avvirkning, samtidig som akseptable overflatefinisher ble tilveiebragt.

I den følgende rekke av tester ble samme testprosedyre benyttet som beskrevet ovenfor, med den forskjell at 20-ringene forbehandlet til en begynnelsesruhet Ra på 70 og totalt 20 min slipetid ble benyttet for hvert belte. Den begynnende avvirkning etter det første minutt av sliping ble også opptegnet. Resultatene er fremsatt i Tabell 6.

Eksempel 13-a indikerer at beltet var det samme som ble benyttet i Eksempel 13 bortsett fra at beltet ble forbehandlet før bruk. Dette forbedret den begynnende avvirkning klart (etter det første minutt av sliping) og jevnheten av overflaten, men hadde en viss innvirkning på totalawirkningen som ble oppnådd. Eksempel 13-b viser virkningen av å sløyfe slipehjelpemiddel-komponenten (KBF4) fra sammensetningen, dvs. med 70 vekt% P320 aluminiumoksidkorn (T) og uten noe KBF4 i slurryen. Den begynnende avvirkning av Eksempel 13-B forble lav selv etter forbe-handlingstrinnet før testen. Eksempel 16 viser en lavere begynnende- og totalawirkning, men en finere overflatefinish, hvilket derved kan oppnås med en forskjellig harpikssammensetning.

I det etterfølgende sett av slipeeksempler demonstreres virkningen av ytterligere belegg av pulvermateriale på den mønstrede belagte abrasive slurry. Den samme testprosedyre som er blitt beskrevet ovenfor ble fulgt med 20 ringer forbehandlet til en begynnelsesruhet Ra på 80. Ra- og Rtm-verdiene ble målt kun etter det første minutt, det 10. minutt og 20. minutt av sliping. Ra- og Rtm-verdiene som blir rapportert er gjennom-snittet av disse tre målinger. Den begynnende avvirkning etter det første minutt av sliping ble også opptegnet. Resultatene er fremsatt i Tabell 7.

I Eksempel 14 vises at det 10 tri-helisk mønstrede abrasiv med en slurrysammensetning med bruk av varmebehandlede aluminiumoksidkorn (BFRPLCC) og KBF4-slipehjelpemiddel fremviste en klart høyere totalawirkning og kaldere avvirkning i sammenligningseksempel C-2. Eksempel 14a er det samme som Eksempel 14 bortsett fra at det ble lagt et ytterligere lag av BFRPLCC av abrasive korn på den mønstrede abrasive slurry, etterfulgt av UV-herding. Dette forbedret den begynnende avvirkning (etter ett minutt sliping) og overflatefinish, men senket den totale avvirkning. Dette kompromiss mellom begynnende avvirkning og totalawirkning kan elimineres dersom en pulverblanding av BFRPLCC korn og KBF4 og slipehjelpemiddel istedenfor bare korn legges som et belegg på overflaten av den mønstrede abrasive slurry, etterfulgt av UV-herding. Som vist i Eksempel 14-b medførte et ytterligere pulverbelegg av korn/slipehjelpemiddel-blandingen (2 til 1 i vektforhold) signifikant forbedring av begynnende avvirkning mens totalawirkningen ble opprettholdt sammen med en finere overflatefinish. Disse trekk er faktisk en foretrukken utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Det følgende sett av eksempler viser hvordan tilsats av en ikke-reaktiv termoplastisk polymer påvirker slipeytelsen av mønstrede abrasiver. Eksempel 13-c i Tabell 8 er det samme som eksempel 13 i Tabell 6, bortsett fra at det ble påført et ytterligere pulverbelegg av FRPL/KBF4-blanding (2:1 vektforhold) på overflaten av den abrasive slurry. Bemerk at alt annet var identisk, at tilsatsen av Pluronic 25R2, en ikke-reaktiv polyoksypropylen-polyoksyetylenblokkopolymer, signifikant bedret den totale avvirkning (Eksempel 25 mot Eksempel 2 6 og Eksempel 24 mot Eksempel 13-c) i begge tilfeller med og uten ytterligere pulverbelegg på overflaten.

I et ytterligere sett av eksperimenter med evaluering av slipevirkningsgraden av produktene i henhold til oppfinnelsen, ble visse produkter testet i en Coburn Model 5000-maskin, utformet for utøvelse av Coburn optalmisk testprosedyre I (505 Tpw-2FM). Testen innebar polering av en CR-3 9 plastlinse med 6,4 cm diameter og en tykkelse på 317,5 cm. Linsen ble oscillert ved 1725 r/min og den abrasivbærende duk, som hadde et 5 mil Mylarunderlag, ble innstilt til å oscillere under kontakteringen med overflaten av linsen under et påført trykk på 138 KN/m<2>. Linsen hadde mottatt en første finbehandling og testen i rekken av sammenligninger var en andre finbehandling.

I resultatene fremvist i Tabell 9 var slipingen kontinuerlig i 2 min. I Tabell 10 ble dataene oppnådd etter gjentatte slipeintervaller på 3 0 sek og den kumulative avvirkning etter 1, 5, og 10 min er opptegnet.

Fra dataene ovenfor i Tabell 9 kan det ses at et jevnt belegg uten gravert mønster fremviser dårlig avvirkning og overflatefinish. Det er også klart at sekvensen og typen av mønster er viktig. C-3 er et kommersielt suksessfullt produkt tilgjengelig fra Norton Company under betegnelsen Q135. Det blir imidlertid med letthet utkonkurrert av produktene som har mønstere med adskilte flekker.

Det sistnevnte ses på ny i Tabell 10 som viser at de adskilt flekkede mønstrede prøver fortsetter å slipe effektivt lenge etter at produktene med heksagonale åsmønstere har sluttet å være effektive. Alle sammensetningene i de to tabeller ovenfor gjorde bruk av den samme harpikssammensetning og av de samme abrasive korn med størrelse 3 mikron.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et belagt abrasiv, omfattende: (a) å påføre med en rotograveringsteknikk et lag av en sammensetning omfattende en blanding av abrasive korn og et herdbart harpiksbindemiddel i et mønster med isolerte strukturer; (b) etter avsetning av sammensetningen på underlagsmaterialet, å bevirke en viskositetsøkning; (c) å herde bindemiddelkomponenten i sammensetningen for å opprettholde mønsteret av isolerte strukturer på underlagsmaterialet, karakterisert ved at sammensetningen ifølge trinn a) har en viskositet ved en skjærrate på IO<3> sek"<1> i området fra 10000 til 1000 cp; og at viskositetsøkningen ifølge trinn b) i hovedsak er en økning av viskositeten i overflatelaget, for således å opprettholde mønsteret av isolerte strukturer, ved en endring av temperaturen, ved å fjerne i det minste en andel av den flyktige komponent fra sammensetningen, eller ved tilsats av et pulver på overflaten av de avsatte strukturer.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sammensetningen er tiksotropisk av natur og har viskositet ved en skjærrate på 0,05 sek"<1> på minst 4000 eps.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at pulveret velges blant abrasive korn, slipehjelpemidler, inerte fyllmaterialer, antistatiske midler, smøremidler, antipålastingsmidler og blandinger derav.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at pulveret er et abrasivt korn valgt blant alumina, smeltet alumina/zirkoniumoksid, silisiumkarbid, kubisk bornitrid, diamant og blandinger derav.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at pulveret er et slipehjelpemiddel valgt blant kryolitt, kaliumtetrafluorborat og blandinger derav.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det abrasive korn velges blant alumina, smeltet alumina/zirkoniumoksid, silisiumkarbid, kubisk bornitrid, diamant og blandinger derav.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sammensetningen også omfatter én eller flere tilsatser valgt blant slipehjelpemidler, inerte fyllmaterialer, antistatiske midler, smøremidler, antipålastingsmidler og blandinger derav.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at sammensetningen omfatter et slipehjelpemiddel valgt blant kryolitt, kaliumtetrafluorborat og blandinger derav.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at bindemiddelharpiksen omfatter en termisk herdbar komponent.

10. Fremgangsmåte ifølge krav i, karakterisert ved at bindemiddelharpiksen omfatter en UV-herdbar komponent.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at bindemiddelharpiksen omfatter en ikke-reaktiv termoplastisk komponent.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sammensetningen pålegges i et mønster valgt blant adskilte flekker og adskilte linjer.