NO315707B1 - Mönstret belagt abrasiv og fremgangsmåte for dets fremstilling - Google Patents

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fremstilling av mønstrede abrasive overflater på underlag, i en form anvendbar for finpussing av materialer slik som metaller, tre, plast og glass. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen et mønstret belagt abrasiv og en fremgangsmåte for dets fremstilling.

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 like høyder over underlaget og er separert med hensiktsmessige avstander (kanskje etter en mindre preparerings-operasjon), da vil bruken av produktet resultere i redusert overflateoppskraping og forbedret overflatejevnhet. I tillegg tilveiebringer avstandene mellom øyene en vei hvor spon dannet av abrasjonen kan føres bort fra arbeidsområdet.

På et konvensjonelt abrasiv avdekker undersøkelse av slipeoverflaten at et relativt lite antall av overflateabrasiv-kornene i en aktivt slipende sone er i kontakt med arbeidsstykket samtidig. Ettersom overflaten slites øker antallet, men samtidig kan anvendelsen av noen av de abrasive korn reduseres ved at de sløves. Bruken av abrasive overflater omfattende et jevnt nett av isolerte øyer har fordel ved at de jevnt fordelte øyer slites ved i hovedsak samme hastighet, slik at en jevn abrasjonsrate kan opprettholdes i lengre perioder. På den måte deles det abrasive arbeide jevnere blant et større antall slipepunkter. Ettersom øyene omfatter mange små abrasive partikler, vil videre erosjon av en øy avdekke nye, ubrukte abrasive partikler som ennå er skarpe.

Én teknikk for å danne et slikt nett av isolerte øyer eller prikker som her er blitt beskrevet, er rotogravørtrykking. Teknikken med rotogravørtrykking vedrører bruk av en rulle hvor overflaten har et mønster av celler som er blitt inngravert. Cellene fylles med sammensetningen og rullen presses mot en overflate, og sammensetningen i rullene overføres til overflaten. Sammensetningen vil normalt deretter flyte inntil det ikke er noen separasjon mellom sammensetningene avsatt fra individuelle celler. Til slutt dannes et lag med i hovedsak jevn tykkelse. Som

illustrasjon beskrives, ved de sammenlignende eksempler C og D i patentpublikasjon US 5152917, en prosess hvorved mønsteret oppnådd ved en rotograveringsprosess hurtig mistet all separasjon mellom de individuelle mengder avsatt fra cellene.

I henhold til patentskrift US 5014468 avsettes en bindemiddel/abrasiv-sammensetning fra rotograveringsceller på en rulle, på en slik måte at sammensetningen ble lagt på en rekke strukturer som omsluttet et område uten abrasiv. Dette antas å være resultatet av å avsette mindre enn hele volumet av cellen, og kun fra omkretsen av hver celle, hvilket vil etterlate ring-formasjonene som er beskrevet.

Problemet med rotogravering har derfor alltid vært å beholde en anvendbar form på øyene. Å danne en abrasiv/ bindemiddel-blanding som er tilstrekkelig flytende til å avsettes og likevel tilstrekkelig ikke-flytende slik at den ikke omdannes til et i hovedsak jevnt belegg ved avsetning på et underlag, har vist seg å være meget vanskelig.

I patentpublikasjon US 773920 beskriver Chasman et al at ved bruk av et rotograveringsbelegg er det mulig å påføre et jevnt mønster av "bølger og daler" på bindemiddelsammensetningen, som når den er herdet kan virke som kanaler for fjerning av smøremiddel og spon. Utover at muligheten nevnes oppgis imidlertid ingen detaljer som kan forklare hvordan dette kan utføres.

I henhold til patentskrift US 4644703, ved Kaczmarek et al., benyttes en rotograveringsrulle på en mer konvensjonell måte for å avsette en abrasiv/bindemiddelsammensetning for å avsette 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 hvordan den ferdige herdede overflate er.

I patentskrift US 5014468 (Ravipati et al) er det blitt foreslått å benytte en abrasiv/bindemiddel-blanding med ikke-Newtoniske strømningsegenskaper, og å avsette denne blanding ved en rotograveringsteknikk på en film. Ved denne prosess ble blandingen avsatt fra kantene av rotograveringscellene for å frem-bringe en unik struktur med avsetninger med redusert tykkelse med avstanden bort fra overflaten som omgir områder uten blandingen. Dersom cellene er tilstrekkelig nære hverandre, kan overflate-strukturen fremkomme som sammenkoblet. Dette produkt har vist seg å være meget anvendbart, særlig ved oftalmisk finbehandling. Prosessen er meget anvendbar, men den har et potensielt problem med økende oppbygging av materiale i cellene på rotograverings-rullen, slik at avsetningsmønsteret kan endres noe under en langvarig produksjonsperiode. I tillegg er prosessens natur slik at den er begrenset til sammensetninger som inneholder relativt fine abrasiver (vanligvis mindre enn 2 0 mikron).

En annen metode har vært å avsette abrasiv/bindemiddel-blandingen på et underlag og deretter bevirke et mønster omfattende et nett av isolerte øyer på blandingen ved å herde bindemidlet mens det er i kontakt med en form med motsatt mønster av det ønskede. Denne metode er beskrevet i US-patentpublikasjonene nr. 5437754, 5378251, 5304223 og 5152917. Det er flere variasjoner av dette tema, men alle har det felles trekk av hver øy i mønsteret settes ved å herde bindemidlet i kontakt med en støpe-overflate. Denne metode er heller ikke uten problemer ved at ufullstendig uttrekking av formen ofte finner sted, slik at istedenfor å produsere for eksempel pyramider, vil det ofte fremkomme vulkanformer med krater.

Med den foreliggende oppfinnelse presenteres en teknikk for fremstilling av jevnt mønstrede former av en abrasiv/bindemiddel-kombinasjon som ikke påkrever en operasjon med herding i en form eller valg av en bindemiddel/abrasiv-kombinasjon med spesifikke ikke-Newtoniske strømningsegenskaper.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for fremstilling av et belagt abrasiv omfattende et mønster av abrasiv/bindemiddel-kompositter festet på et underlagsmateriale, og fremgangsmåten er særpreget ved at den omfatter: a) å avsette en slurrysammensetning omfattende et abrasiv og et herdbart harpiksbindemiddel på et underlag på en

kontinuerlig eller mønstret måte,

b) å behandle den avsatte sammensetning for å gjøre minst overflateandelen av sammensetningen plastisk men ikke-flytende; c) deretter å prege et mønster på bindemiddel/abrasiv-sammensetningen; og sluttelig d) å herde bindemiddelkomponenten i sammensetningen for å opprettholde mønsteret.

Med den foreliggende oppfinnelse blir det også tilveie-brakt belagte abrasiver, særpreget ved at de er fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Generell beskrivelse av oppfinnelsen

Problemet man støter på ved rotograveringsteknikker for å fremstille mønstrede belagte abrasive materialer har alltid vært opprettholdelsen av en anvendbar form og et anvendbart mønster etter avsetning av sammensetningen. Mest hyppig har den avsatte form tapt sine vertikale dimensjoner og hatt tendens til å gå tvers over overflaten, med sammensmelting med nærliggende former. Dette problem er referert til i sammenligningseksemplene C og D i patentpublikasjon US 5152917, som diskutert ovenfor. I henhold til patentpublikasjon US 5014468 er løsningen å benytte en sammensetning med en skjærtyknende reologi som gjør at blandingen skal avsettes fra kantene på rotograveringscellene for å danne det unike mønster som er beskrevet.

Det er nå blitt funnet at en abrasiv/bindemiddelsammensetning kan avsettes på et underlag og at et mønster kan produseres med sammensetningen på overflaten ved en pregeprosess, dersom reologien på i det minste overflatelaget i den avsatte sammensetning modifiseres før preging. Dette pregede mønster kan deretter herdes for å bevare den pregede struktur.

Teoretiske studier av mønsterbevaringen av avsetninger indikerer at overflatespenning er den drivende kraft som fører til strømning (og derved tap av mønsteret), og viskositeten er den motstridende kraft. Følgelig vil bevaring av mønsteret favoriseres av lav overflatespenning og høy viskositet. Med strålingsherdbare bindemidler, slike som vanligvis benyttes med abrasiv/bindemiddel-sammensetninger som i hovedsak er aktuelle for den foreliggende 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 samme området. Følgelig er viskositeten den mest resultatpåvirkende parameter som kan justeres.

Den foreliggende oppfinnelse omfatter derfor en fremgangsmåte for fremstilling av et belagt abrasiv omfattende et mønster av abrasiv/bindemiddel-kompositt heftet på et bak-materiale, hvor fremgangsmåten omfatter: (a) å avsette en slurrysammensetning omfattende abrasive korn (og eventuelle fyllstoffer, slipehjelpemidler og andre tilsatser), og et herdbart harpiksbindemiddel på et substrat, på en kontinuerlig eller mønstret måte; (b) å behandle den avsatte sammensetning for i det minste å gjøre overflateandelen av sammensetningen plastisk, men ikke-flytende; (c) å prege et mønster på bindemiddel/abrasiv-sammensetningen; og deretter (d) å herde bindemiddelkomponenten i sammensetningen for å bevare mønsteret.

Nøkkelen til denne fremgangsmåte er behandlingen for å gjøre i det minste overflateandelen av sammensetningen plastisk men ikke-flytende. Ved dette menes at overflaten gjøres tilstrekkelig plastisk til at den kan preges ved bruk av et pregeverktøy', men at den i hovedsak vil beholde den pregede form i minst 30 sekunder etter fjerning av pregeverktøyet. En form anses å ha blitt "i hovedsak beholdt" dersom den vertikale høyde av den pregede form over underlaget ikke avtar med mer enn 10 %.

Før preging modifiseres viskositeten av bindemiddel/abrasiv-sammensetningen slik at den strømning som ville hatt tendens til å finne sted ved lavere viskositeter hvorved sammensetningen med letthet avsettes, begrenses. Det er imidlertid ikke nødvendig at viskositeten av hele sammensetningen justeres til det høyere nivå. Det er ofte tilstrekkelig dersom de ytre eksponerte andeler hurtig når den høyere viskositet, ettersom denne deretter kan virke som et skall som beholder den pregede form selv om den indre del beholder en relativt lavere viskositet i en lengre periode.

Viskositetsmodifikasjon av i det minste overflatelagene kan oppnås for eksempel ved innbefattelse i sammensetningen av et flyktig løsemiddel som hurtig tapes når sammensetningen avsettes på underlaget, kanskje med understøttelse av en høyere omgivel-sestemperatur eller ved en lokal strøm av varm gass.

Temperaturen kan selvfølgelig også påvirke viskositeten. Det er derfor viktig å balansere disse konkurrerende virkninger for å sikre at resultatet er økende viskositet. Én faktor som understøtter i riktig retning vil være en tendens for økende temperatur til å bevirke akselerert herding i tilfellet med termisk herdbare harpikssystemer. En annen mulighet vil være å senke temperaturen på strukturen slik at viskositeten økes. Dette kan for eksempel gjøres ved å føre materialet med det påsatte lag av sammensetningen under en nedkjølt valse og/eller under en kald gasstrøm.

I tillegg til justering ved å endre temperaturen eller fjerningen av væske, er det mulig å endre viskositeten ved å øke mengden av faste stoffer som tilsettes. Det er generelt tilstrekkelig at overflatelaget når den høyere viskositet for derved å holde en form etter pregingen. Påføring av et finfordelt "funksjonelt pulver" på overflaten av strukturen vil derfor virke til å danne et lokalisert "skall" med øket viskositet på strukturen, hvilket bevirker at laget beholder sin form inntil herdingen gjør formen permanent.

I den foreliggende søknad benyttes begrepet "funksjonelt pulver" for å henvise til finoppdelt, (dvs., med en midlere partikkelstørrelse D50 på mindre enn 250 mikrometer), materiale som modifiserer egenskapene i sammensetningen. Dette kan være så enkelt som en viskositetsmodifikasjon eller en forbedret egenskap i den herdede sammensetning, slik som slipevirkningsgrad. Det funksjonelle pulver kan også funksjonere som et frigivelsesmiddel eller en barriere mellom harpikssammensetningen og pregeverktøyet, med reduserte vedheftsproblemer og mulighet for bedret frigivelse fra pregeverktøyet.

Pulveret kan påføres i form av et. enkeltlag på toppen av abrasiv/bindemiddel-sammensetningen, eller i flere lag for å danne en strukturert kompositt med unike slipeegenskaper. Dette er faktisk en fordelaktig og foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen.

Pulveret kan i seg selv være et abrasiv eller en type av pulvermateriale, eller en kombinasjon av de tidligere, resulterende i fordelaktige egenskaper. Abrasive korn anvendbare som det funksjonelle pulver kan bestå av enhver type abrasive korn og kornstørrelse som på noen måte kan avvike fra det som benyttes for kornene i den adhesive sammensetning, og kan lede til unike slipeegenskaper. Det funksjonelle pulver kan også bestå av enhver type av slipehjelpemidler, antistatiske tilsatser, enhver type fyllstoffer og smøremidler.

Avsetningen av de funksjonelle pulverlag kan utføres med hvilken som helst av de vanlige avsetningsmetoder. Disse metoder innbefatter gravitasjonsbelegging, elektrostatisk belegging, påsprøyting, vibrasjonsbelegging, etc. Avsetningen av forskjellige pulver kan foregå samtidig eller i en ordnet rekkefølge for å danne en komposittstruktur før preging.

I én foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen kan avsetningen av abrasive/bindemiddel-slurrysammensetningen på underlaget gjøres i to eller flere lag. Derved er det for eksempel mulig å avsette til å begynne med en slurrysammensetning med et første abrasivt korn og deretter avsette derpå et andre lag med et forskjellig abrasivt korn. Korninnholdet i det øvre lag kan derved gjøres høyere, eller av en bedre kvalitet, enn kornet i det nedre lag. Alternativt eller kanskje i tillegg, kan det øvre lag tilsettes en slipehjelpemiddelkomponent, mens det nedre lag er uten denne. Slike metoder, og andre lignende metoder som lett kan tilordnes og uttenkes, gjør det mulig å slipe mer effektivt med det belagte abrasive produkt. Dette skyldes at når det dannes et strukturert eller lagdelt abrasiv omfattende isolerte abrasive/bindemiddel-kompositter i pregningstrinnet, vil delene av kompositten som faktisk er i bruk før det belagte abrasive produkt avhendes, vanligvis være delene lengst bort fra underlagsmaterialet. Det vil derfor være fornuftig å unngå å innføre kostbare abrasive korn i de nederste deler av kompositten og å ha det større abrasive innhold nær den eksponerte overflate av kompositten. Tilsvarende sammenheng vil lede den kyndige leser til å konsentrere enhver slipehjelpemiddeltilsats som tilføres nær den ytre overflate på komposittstrukturen.

Det er også mulig å anordne slik at når sammensetningen avsettes i mange lag, er det øvre lag i seg selv av en mer viskøs formulering, kanskje som et resultat av tilsats av høyere konsen-trasjoner av abrasive korn eller slipehjelpemiddel. Dette kan tilveiebringe deler eller hele av trinnet hvorved overflateandelen av slurrysamtnensetningen gjøres plastisk men ikke-f lyt ende.

Etter at økningen i viskositet er blitt oppnådd, preges laget for å gi det et mønster. Dette mønster kan omfatte isolerte øyer av sammensetning eller et mønster med åser adskilt av daler. Mønsteret utformes generelt for å tilveiebringe et abrasivt produkt med mange slipende overflater i lik avstand fra underlagsmaterialet, med arealet for sliping økende med erosjonen av laget. Mellom slipeoverflåtene tilveiebringes ofte kanaler for å muliggjøre sirkulasjon av slipefluider og fjerning av spon generert under slipingen.

Preging kan utføres med et pregeverktøy slik som en plate som tvinges i kontakt med laget av sammensetningen, eller enklere, kan verktøyet omfatte en valse med det ønskede mønster inngravert på overflaten som når den er i kontakt med slurrysammensetningen gir det motsatte av det inngraverte mønster på overflaten. I tillegg kan pregeverktøyet oppvarmes eller nedkjøles for derved å bidra til hevingen av viskositeten for å gjøre sammensetningens overflate plastisk, men ikke-flytende. Oppvarmingen bør imidlertid ikke være i slikt omfang at bindemidlet herder mens det er i kontakt med verktøyet. Ved å justere viskositeten av harpikssammensetningen eller overflatelaget, er det sluttelige mål at det etter preging gis en form .med prege-verktøyet som i hovedsak beholdes i minst 30 sekunder og fortrinnsvis i ett minutt. Mest foretrukket beholdes formen inntil senere herding av bindemiddelkomponenten kan bevirkes.

Det er ofte foretrukket at den pregede overflate er relativt klebrig etter preging, slik at et funksjonelt pulver kan avsettes derpå før herdingen er ferdig, slik at fullføring av herdingen bevirker at det funksjonelle pulver heftes til den ytre overflate av den pregede form. Når pulveret er et abrasiv, vil dette i stor grad øke aggressiviteten av de første kutt. I tillegg, dersom pulveret er et slipehjelpemiddel eller et anti-pålastingstilsatsmiddel, er det plassert i den optimale posisjon i forhold til de abrasive korn i kompositten. Det er alternativt mulig å påføre over pregingen eller kanskje over den herdede og pregede overflate et fint lag av et adhesiv og deretter et ytterligere belegg av det funksjonelle pulver av typene som er diskutert ovenfor. Adhesivet kan være det samme eller av en forskjellig type i forhold til det som er til stede i abrasiv/bindemiddel-sammensetningen.

Beskrivelse av tegningene

Figurene 1-5 som vises er SEM-mikrografier (sveipeel-ektronmikroskop-mikrografier) av produkter fremstilt i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, med et abrasivt slurry-belegg med ytterligere abrasive korn.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Beleggingsmetoden benyttet for å plassere slurryen på et vanlig underlag kan omfatte mange konvensjonelle beleggings-metoder, innbefattende kniv på rulle, kniv på nett, belegging med to eller tre ruller, reversert rulle-belegging, gravyrbelegging, slisseformbelegging, påsprøyting, pårenningsbelegging, sjablong-påtrykking, etc. Det er viktig at slurrybelegget kan være i form av et kontinuerlig belegg eller på en mønstret måte, slik det vil avsettes av en graveringscelle. Videre kan belegg påføres i flere lag eller i omskiftende lag med funksjonelt pulver for å oppnå en kompositt med unike slipeegenskaper.

Graveringsverktøyet kan ha ethvert ønsket mønster, og dette bestemmes i stor grad av den påtenkte bruk av det belagte abrasive produkt. Det er for eksempel mulig å anordne slik at verktøyet er i form av en rulle med overflatespor, (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 distinktive og også meget effektive for sliping. Alternativt kan verktøyet graveres med mange celler som reproduseres som isolerte øyer i mønstret som lages i abrasiv/bindemiddel-laget. Mange anvendbare overflateutforminger kan benyttes, innbefattende isolerte øyer eller sammensetninger eller grupper med mønstre av øyer. Verk-tøyet kan i seg selv bestå av enhver type vanlige pregeformer, slik som metallbelagte verktøy, plastverktøy, keramikkbaserte verktøy, etc.

Den abrasive komponent i sammensetningen kan være hvilket som helst av de tilgjengelige materialer som er kjente, slik som alfaalumina, (smeltet eller sintret keram), silisiumkarbid, smeltet alumina/zirkoniumoksid, kubisk bornitrid, diamant og lignende, så vel som kombinasjoner derav. Abrasive partikler anvendbare med oppfinnelsen har vanligvis og fortrinnsvis en midlere partikkelstørrelse fra 1 til 150 mikron, og mer foretrukket fra 1 til 80 mikron. Generelt er imidlertid mengden av abrasiv til stede som fra 0 % til 90 %, og fortrinnsvis fra 30 % til 80 %, av vekten av sammensetningen.

Den andre hovedkomponent i sammensetningen er bindemidlet. Dette er en herdbar harpikssammensetning valgt blant bestrålingsherdbare harpikser, slik som dem som er herdbare ved bruk av elektronbestråling, UV-bestråling eller synlig lys, slik som alkylerte oligomerer av akrylerte epoksyharpikser, akrylerte uretaner og polyesterakrylater og akrylerte monomerer innbefattende monoakrylerte, multiakrylerte monomerer, og termisk herdbare harpikser slik som fenolharpikser, urea/formaldehydharpikser og epoksyharpikser, såvel 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. Slik det her benyttes menes med begrepet "bestrålingsherdbart" å omfatte bruken av synlig lys, ultrafiolett (UV) lys og elektronstråle-bestråling som trinnet som frembringer herdingen. I noen tilfeller kan termiske herdingsfunksjoner og bestrålingsherdingsfunksjoner tilveiebringes ved forskjellige funksjonaliteter i det samme molekyl. Dette er ofte et hensiktsmessig valg.

Sammensetningen av harpiksbindemiddel kan også omfatte

en ikke-reaktiv termoplastisk harpiks som kan øke selvskjerpings-egenskapene til de avsatte abrasive kompositter ved å øke eroder-barheten. Eksempler på slike termoplastiske harpikser innbefatter polypropylenglykol, polyetylenglykol og polyoksypropylen-polyoksyeten-blokkopolymer, etc.

Fyllmaterialer kan innbefattes i den abrasive slurrysammensetning for å modifisere reologien av sammensetningen og hardheten og seigheten av de herdede bindemidler. Eksempler på anvendbare fyllmaterialer innbefatter: metallkarbonater som kalsiumkarbonat, natriumkarbonat; silika slik som kvarts, glasskuler, glassbobler; silikater slik som talk, leirer, kalsiummetasilikat; metallsulfat slik som bariumsulfat, kalsiumsulfat, aluminiumsulfat; metalloksider slik som kalsiumoksid, aluminiumoksid; og aluminiumtrihydrat.

Den abrasive slurrysammensetning kan omfatte et slipehjelpemiddel for å øke slipevirkningsgraden og avvirk-ningsraten. Anvendbare slipehjelpemidler kan være uorganisk baserte, slik som halidsalter, for eksempel natriumkryolitt, kaliumtetrafluorborat, etc.; eller organisk baserte, slik som klorinerte vokser, for eksempel polyvinylklorid. De foretrukne slipehjelpemidler for denne sammensetning er kryolitt og kalium-tetraf luorborat med partikkelstørrelse i området fra 1 til 80 mikron, og mest foretrukket fra 5 til 30 mikron. Vektprosent-andelen av slipehjelpemidler varierer fra 0 % til 50 %, og er mest foretrukket i området 10 - 30 %.

Abrasiv/bindemiddel-slurrysammensetningene benyttet i praksis med denne oppfinnelse kan ytterligere omfatte tilsatser innbefattende: koblingsmidler, slik som silankoblingsmidler, for eksempel A-174 og A1100, tilgjengelige fra Osi Specialities, Inc., organotitanater og zirkoaluminater; antistatiske midler, slik som grafitt, sot og lignende; suspenderingsmidler, slik som silikastøv, for eksempel Cab-O-Sil M5, Aerosil 200; antipålast-ingsmidler, slik som sinkstearat; smøremidler slik som voks; fuktemidler, fargestoffer, fyllstoffer, viskositetsmodifikatorer; dispergeringsmidler; og skumdempere.

Avhengig av anvendelsen kan de funksjonelle pulver som avsettes på slurryoverflaten gi unike slipeegenskaper til de abrasive produkter. Eksempler på funksjonelle pulver innbefatter: 1) abrasive korn - alle typer og kornstørrelser; 2) fyllmaterialer - kalsiumkarbonat, leire, silika, wollastonitt, aluminiumtrihydrat, etc.; 3) slipehjelpemidler - KBF4, kryolitt, halid-salt, halogenerte hydrokarboner, etc; 4) anti-pålastingsmidler - sinkstearat, kalsiumstearat, etc.; 5) antistatiske midler - karbonsvart, grafitt, etc.: 6) smøremidler - vokser, PTFE-pulver, polyetylenglykol, polypropylenglykol, polysiloksaner etc.

Underlagsmaterialet hvorpå sammensetningen avsettes kan være tøy (vevd, ikke-vevd eller ullent), papir, plastfilm eller metallfolie. Generelt finner produktene fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse størst anvendelse ved produksjon av finpussede materialer og derfor foretrekkes en meget jevn overflate. Følgelig er finkalandrert papir, plastfilm eller tøy med jevn overflate vanligvis det foretrukne underlag for avsetning av komposittsammensetningene i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Oppfinnelsen vil nå beskrives med hensyn til visse bestemte utførelsesformer, hvilke menes å være kun i illustrer-ende hensikt, og impliserer ingen begrensning med hensyn til omfanget av oppfinnelsen.

Forkortelser

For å forenkle datapresentasjonen benyttes de følgende forkortelser:

Polymerkomponenter

Ebecryl 3605, 3700 - akrylert epoksyoligomerer - tilgjengelig fra UCB Radcure Chemical Corp.

TMPTA - trimetylolpropantriacrylat tilgjengelig fra Sartomer Company, Inc.

ICTA - isocyanurattriakrylat tilgjengelig fra Sartomer Co., Inc. TRPGDA - tripropylenglykoldiakrylat tilgjengelig fra Sartomer Co., Inc.

Bindemiddelkomponenter

Darocure 1173 - en fotoinitiator tilgjengelig fra Ciba-Geigy Company

Irgacure 651 - en fotoinitiator tilgjengelig fra Ciba-Geigy Company

2- metylimidazol - en katalysator fra BASF Corp.

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

KBF4 -slipehjelpemiddel med midlere partikkelstørrelse på ca. 2 0 um tilgjengelig fra Solvay.

Cab- O- Sil M5 - silikastøv fra Cabot Corporation

Korn

FRPL - smeltet Al203 fra Treibacher (P320 eller P1000: grad indikert ved "P-nummer").

Kalsinert Al203 ( 40 pm) fra Microabrasives Corporation. Underlag

3 mil. Mylarfilm for optalmiske anvendelser

5 mil. Mylarfilm for metallbearbeidende påføringer Surlyn-belagt J-vekt polyesterduk

<*> Surlyn er en ionomerharpiks SURLYN 1652-1 fra Du Pont.

Abrasive slurrysammensetninger

Fremstillingsprosedyre for sammensetningen

Monomerene og/eller oligomerkomponentene ble blandet sammen i 5 minutter ved bruk av en blander med høy skjærpå-virkning, ved 1000 r/min. Denne bindemiddelsammensetning ble deretter blandet med eventuelle initiatorer, fuktemidler, skumdempere, dispergeringsmidler etc. og blandingen fortsatte i ytterligere 5 min ved den samme omrøringshastighet. Deretter ble de følgende komponenter tilført, langsomt og i indikert rekkefølge, med 5 min omrøring ved 1500 r/min mellom tilsatsene: suspensjonsmidler, slipehjelpemidler, fyllmaterialer og abrasive korn. Etter tilsatsen av de abrasive korn ble hastigheten av omrøringen økt til 2000 r/min, og denne hastighet ble opprett-holdt i 15 min. Under denne tidsperiode ble temperaturen nøye overvåket og omrøringshastigheten ble redusert til 1000 r/min dersom temperaturen nådde 40,6 °C.

Avsetning av sammensetningen

Harpikssammensetningen ble belagt på mange vanlige materialer, slike som tidligere opplistet. I de anførte tilfeller ble den abrasive slurry påført ved bruk av en knivpåfører med gapavstanden innstilt til ønskede verdier. Beleggingen ble utført ved romtemperatur.

Påføring av funksjonelle pulver og preging

Før preging ble overflatelaget på slurryen modifisert med abrasive korn med samme partikkelstørrelse eller finere enn dem benyttet i sammensetningen. Det ble påført nok materiale til å danne et enkelt lag som heftet seg med det uherdede bindemiddel. Overskudd av pulver ble fjernet fra laget ved vibrasjon. Påføring av pulveret ble utført ved vanlig vibrasjonssikting.

Straks underlaget var belagt med den uherdede slurrysammensetning og det funksjonelle pulver var påført, ble et pregeverktøy med ønsket mønster benyttet for å gi den ønskede form til den abrasive harpiks og kornsammensetning. Pregeoppsettet innbefattet en underlagsrulle av stål som ga den nødvendige støtte under påføringen av trykk med stålpregings-rullen. Et oppsett med en wirebørste ble benyttet for å fjerne eventuelle tørre rester eller løse korn som var igjen i cellene etter at verktøyet hadde satt sitt avtrykk på den viskositetsmodifiserte sammensetning.

Herding

Etter at mønsteret var preget inn i det viskositetsmodifiserte lag, ble underlaget fjernet fra pregeverktøyet og ført til en herdestasjon. Der hvor herdingen er termisk, tilveiebringes hensiktsmessige anordninger. Der hvor herdingen aktiveres ved fotoinitiatorer, kan det tilveiebringes en strålingskilde. Dersom UV-herding benyttes, kan to kilder på 300 watt benyttes: Et D-rør og et H-rør med dosering styrt ved hastigheten hvorved mønstrede underlag føres under kildene. I tilfellet med eksperimentene opplistet i Tabell 2, var herdingen med UV-lys. I tilfellet med sammensetning I ble imidlertid UV-herdingen umiddelbart etterfulgt av en termisk herding. Denne herdeprosess var hensiktsmessig for å sikre sluttelig dimensjonsstabilitet.

I det første eksempel ble laget preget med en rulle med celler inngravert i et 17 heksagonalt mønster. Dette frembragte mønstret med heksagonalt formede øyer vist på Figurene 1 og 2. For hver av disse ble abrasive korn lagt som støv på overflaten for å tjene som det funksjonelle pulver. På Fig. 1 var det abrasive støv P 1000 og på Fig. 2 var det P 320. I hvert tilfelle var abrasiv/bindemiddel-sammensetningen Sammensetning I.

I det andre eksempel ble graveringsruilen gravert med et 25 tri-helisk rulleoverflatemønster med spor. Figurene 3 og 4 viser Sammensetningene III og IV som ble benyttet i det første eksperiment belagt med hhv. P 320 og P 1000 abrasive korn. Den samme beleggingsteknikk ble benyttet.

I et tredje eksempel ble det inngravert et 45 pyramidemønster på pregerullen, med sammensetning I som ga et mønster av isolerte pyramider med firkantet base. Overflaten ble modifisert ved påførsel av P 1000 korn over den samme sammensetning som ble benyttet i de første og andre eksperimenter. Resultatene er vist på Fig. 5.

I alle tre eksperimenter ble strukturene på den pregede overflate bevart i hovedsak uendret fra tidspunktet for preging til tidspunktet til bindemiddelkomponenten var helt herdet.

Ytterligere eksempler, tilsvarende i utforming, men varierende med hensyn til sammensetning og abrasivinnhold ble også utført, slik det er opplistet i Tabell 2. I alle tilfeller var fremstillingsprosessen identisk med de første tre eksempler, imidlertid ble det foretatt variasjoner vedrørende harpikssammensetningen og de funksjonelle pulver.

Det 17 heksagonale pregerullemønster omfattet celler med dybde 559 mikron med like sider på 1000 mikron ved toppen og 100 mikron ved bunnen.

Det 25 tri-heliske mønster omfattet en kontinuerlig kanal kuttet i 45° mot rulleaksen, og kanalen hadde en dybde på 508 mikron og åpningsbredde i toppen på 750 mikron.

Det 40 tri-heliske mønster omfattet en kontinuerlig kanal som var kuttet i 45° på rulleaksen, og kanalen hadde en dybde på 335 mikron og en åpningsbredde i toppen på 425 mikron.

Det 45 pyramidiske mønster omfattet en pyramideformet celle snudd opp ned med firkantet base med en dybde på 221 mikron og en sidedimensjon på 425 mikron.

Slipeforsøk

Flere av prøvene som er blitt listet opp ble underkastet to hovedformer av slipeforsøk i henhold til dataene listet opp i Tabellene 3-5. Den første form av testing besto av Schieffer-testing ved opp til 600 omdreininger med 35,6 N konstant last på et hult arbeidsstykke av 304 rustfritt stål med ytre diameter 27,9 mm, hvilket gir et effektivt slipetrykk på 159,9 kPa. Det mønstrede abrasiv ble kappet til skiver med diameter 114,3 mm og montert på en bakplate av stål. Både bakplaten og arbeidsstykket roterte med klokken med bakplaten i rotasjon ved 195 r/min og arbeidsstykket i rotasjon ved 2 00 r/min. Arbeidsstykkets vekttap ble notert for hver 50. omdreining og summert ved slutten av 600 omdreininger.

Den andre testmetode besto av mikroabrasiv ringtesting. Ved denne testen ble kulestøpte jernringer (44,5 mm ytre diameter, 25,4 mm indre diameter og 25,4 mm bredde) forhåndsrubbet ved bruk av et 60 um vanlig filmprodukt, og deretter slipt ved 413 kPa med det mønstrede abrasiv. Abrasivet ble først oppdelt i 25,4 mm brede strimler og ble holdt mot arbeidsstykket med gummisko. Arbeidsstykket ble rotert ved 100 r/min og oscillerte i vinkelrett retning ved en rate på 125 oscillasjoner/minutt. All sliping ble gjort i et smørebad av OH200 ubehandlet olje. Vekttapet ble opptegnet for hver 10. omdreining og ble summert ved slutten av testen.

I Tabell 3 demonstreres virkningen av typen av funksjonelt pulver og mønster klart. Med 45 pyramide (P320 i sammensetningen og P1000 som funksjonelt pulver) som kontrollprøve, resulterte bruken av et større 17 heksagonalt formet mønster med samme harpikssammensetning og funksjonelt pulver i en viss økning i total avvirkning. I alle tilfellene ble P1000 substituert med en grovere P320 grad, hvorved avvirkningen ble ytterligere økt. Videre utkonkurrerte det tri-heliske mønster det heksagonale mønster. I det sluttelige tilfellet hvor det funksjonelle pulver besto av en blanding av KBF4 og P320, ble avvirkningen dramatisk økt. Fra dette datasett kan det ses klart at mønstertypen koblet med typen av funksjonelt pulver helt klart endrer slipeegenskapene.

I Tabell 4 ble de mønstrede abrasiver sammenlignet med Sammenligningseksempel C-l, et abrasiv for finpussing med 40 um slipepulver, tilgjengelig under handelsnavnet Q151 fra Norton Company. Det observeres for begge de mønstrede abrasiver at den totale avvirkning ble økt signifikant i forhold til det konvensjonelle produkt, hvorved det 25 tri-heliske mønster utkonkurrerte det finere 40 tri-heliske mønster.

I Tabell 5 ble 40 um mønstrede abrasiver sammenlignet i en finpussingsanvendelse. Nok en gang, og sammenlignet med Sammenligningseksempel C-l som er et konvensjonelt abrasivt produkt under handelsnavnet Q151 fra Norton Company, observeres at de mønstrede abrasiver viser en forbedring i awirkningsraten. Totalt fremviste de ovennevnte mønstrede abrasiver gode resultater ved abrasive testanvendelser, med effektiv abrasjon helt fra starten av.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et belagt abrasiv omfattende et mønster av abrasiv/bindemiddel-kompositter festet på et underlagsmateriale, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter: a) å avsette en slurrysammensetning omfattende et abrasiv og et herdbart harpiksbindemiddel på et underlag på en kontinuerlig eller mønstret måte, b) å behandle den avsatte sammensetning for å gjøre minst overflateandelen av sammensetningen plastisk men ikke-flytende; c) deretter å prege et mønster på bindemiddel/abrasiv-sammensetningen; og sluttelig d) å herde bindemiddelkomponenten i sammensetningen for å opprettholde mønsteret.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den avsatte sammensetning gjøres plastisk men ikke-flytende ved å øke viskositeten av i det minste overflateandelen av sammensetningen ved påføring av et funksjonelt pulver.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det funksjonelle pulver velges blant abrasiver, fyllmaterialer, slipehjelpemidler, antistatiske pulvere, steaerte pulvere og blandinger derav.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at slurrysammensetningen avsettes i minst to lag av ulike sammensetninger.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det funksjonelle pulver også avsettes mellom lagene av slurrysammensetning for å danne en flerlagsslurrysammensetningsstruktur.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at abrasiv/bindemiddelsammensetningen omfatter minst én flyktig komponent og at konsentrasjonen av den abrasive komponent i overflatelaget økes ved å fjerne i det minste noe av den flyktige komponent.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den avsatte sammensetning gjøres plastisk men ikke-flytende ved å redusere temperaturen derav før anvendelse av pregeverktøyet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at bindemidlet omfatter en bestrålings- eller termisk herdbar harpiks, eller en kombinasjon av de ovennevnte.

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

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at abrasivet omfatter 10-90 vekt% av sammensetningen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at abrasivkornene velges blant cerium, alumina, smeltet alumina/zirkoniumoksid, silisiumkarbid, kubisk bornitrid og diamant.

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

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at sammensetningen omfatter et slipehjelpemiddel valgt blant kryolitt, kaliumtetrafluorborat og blandinger derav.

14. Belagt abrasiv, karakterisert ved at det er fremstilt ved fremgangsmåten ifølge krav 1.

15. Belagt abrasiv, karakterisert ved at det er fremstilt ved fremgangsmåten ifølge krav 2.

16. Belagt abrasiv, karakterisert ved at det er fremstilt ved fremgangsmåten ifølge krav 3.

17. Belagt abrasiv, karakterisert ved at det er fremstilt ved fremgangsmåten ifølge krav 5.