PL185351B1

PL185351B1 - Sposób wytwarzania powleczonego materiału ściernego oraz powleczony materiał ścierny otrzymany tym sposobem

Info

Publication number: PL185351B1
Application number: PL97334497A
Authority: PL
Inventors: Paul Wei; Gwo S. Swei; Wenliang P. Yang; Kevin B. Allen
Original assignee: Norton Co
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2003-04-30
Also published as: HK1024203A1; ID21807A; CN1077831C; KR20000069998A; CO4870715A1; EP0954411A1; DE69729476T2; ES2223086T3; NO993361D0; AU5717898A; NO993361L; CA2276506C; ATE268671T1; JP3958373B2; DE69729476D1; EP0954411B1; AU716055B2; NO314074B1; AR011373A1; NZ335615A

Abstract

1. Sposób wytwarzania powleczonego materialu sciernego zawierajacego wzór, z kom- pozytu material scierny/spoiwa przylegajacego do podloza, znamienny tym, ze obejmuje (a) osadzenie na podlozu, za pomoca techniki rotograwiurowej, warstwy preparatu zawierajacego mieszanine ziarna sciernego i ewentualnie mielnik, wypelniacze i dodatki, oraz utwardzalnego spoiwa zywicowego, z utworzeniem wzoru na warstwie w postaci wy- dzielonych struktur, przy czym stosuje sie preparat o lepkosci od 10000 do 1000 cP przy szybkosci scinania równej 103 x s-1 , (b) zwiekszenie lepkosci warstw co najmniej powierzchniowych osadzonego prepa- ratu w celu zachowania oddzielnych struktur, przy czym lepkosc preparatu zwieksza sie po jego osadzeniu w wyniku zapoczatkowania utwardzania, zanim znikna strefy oddzielajace struktury, oraz (c) utwardzenie spoiwa preparatu dla utrwalenia wzoru w postaci oddzielnych struk- tur osadzonych na podlozu. PL PL PL

Description

Przedmiot wynalazku dotyczy sposobu wytwarzania powleczonego materiału ściernego zawierającego wzór, z kompozytu materiał ścierny/spoiwa przylegającego do podłoża, za pomocą metody rotograwiurowej. Przedmiot wynalazku dotyczy także powleczonego materiału ściernego na podłożach, w postaci użytecznej do dokładnego wykończenia metali, drewna, tworzyw sztucznych i szkła.

Stan techniki

Od wielu lat znane są propozycje osadzania oddzielonych od siebie struktur wyspowych z mieszaniny spoiwa i materiału ściernego na materiale podłoża. Jeżeli wyspy mają bardzo podobne wysokości powyżej podłoża i są wystarczająco oddzielone od siebie, to (być może po niewielkim wyrównaniu powierzchni) użycie produktu spowoduje zmniejszenie porysowania powierzchni i polepszenie jej gładkości. Ponadto, odległości pomiędzy wyspami tworzą drogę, którą opiłki wytworzone w trakcie ścierania mogą być usuwane z powierzchni poddawanej obróbce.

W przypadku tradycyjnego materiału ściernego naniesionego powierzchniowo, badanie szlifowanej powierzchni ujawnia, że względnie mała liczba powierzchniowych drobin materiału ściernego w aktywnej strefie szlifowania znajduje się w tym samym czasie w kontakcie z obrabianym przedmiotem. W miarę ścierania powierzchni, ta liczba wzrasta ale równocześnie przydatność niektórych z tych drobin materiału ściernego może się zmniejszać z powodu ich stępienia. Zastosowanie powierzchni ściernych zawierających jednorodny układ oddzielonych od siebie wysp ma tę przewagę, że jednorodne wyspy ścierają się w zasadzie z taką samą szybkością, tak że można utrzymywać przez dłuższe okresy czasu stałą szybkość ścierania. W pewnym sensie, operacja ścierania jest równomiernie rozłożona na większą

185 351 liczbę punktów szlifujących. Ponadto, ponieważ wyspy zawierają wiele mniejszych cząstek materiału ściernego, erozja struktury wyspowej odkrywa nowe, nieużywane cząstki materiału ściernego które jeszcze nie zostały stępione.

Jedną z opisanych technik tworzenia takiego układu oddzielonych od siebie wysp lub punktów jest drukowanie rotograwiurowe.

W technice drukowania metodą rotograwiurową stosuje się walec na powierzchni którego wygrawerowany jest wzór komórek. Komórki wypełnia się preparatem, walec dociska się do powierzchni i w wyniku tego preparat z komórek przenoszony jest na powierzchnię. Zwykle, preparat będzie następnie płynął, aż znikną odstępy pomiędzy preparatem osadzonym z każdej pojedynczej komórki. Uzyska się jednorodną warstwę, w zasadzie o jednakowej grubości. Dla ilustracji, w przykładach porównawczych C i D opisu patentowego Stanów Zjednoczonych numer 5,152,917, przedstawia się sposób w którym we wzorze otrzymanym metodą rotograwiurową szybko znikają wszystkie odstępy pomiędzy oddzielnymi ilościami preparatu osadzonymi z komórek.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych numer 5,014,468 preparat spoiwa/materiał ścierny został osadzony z komórek rotograwiurowych znajdujących się na walcu w taki sposób, że preparat został nałożony w postaci szeregu struktur otaczających powierzchnię wolną od materiału ściernego. Przyjmuje się, że jest to wynikiem osadzenia mniejszej ilości niż pełna objętość komórki i tylko z obwodu każdej komórki, co pozwoliło na utworzenie opisanych form pierścieniowych.

Dlatego też z techniką rotograwiurową łączy się zawsze problem utrzymania użytecznego kształtu wysp. Sporządzenie mieszaniny materiał ściemy/spoiwa, która jest odpowiednio płynna aby ją można było osadzić i jednocześnie za mało płynna aby mogła utworzyć jednorodną powłokę po osadzeniu na podłożu, okazało się bardzo trudne.

Chasman i inni, ujawnili w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych numer 4,773,920, że używając powlekarkę rotograwiurową możliwe jest zastosowanie jednorodnego wzoru wypukłości i zagłębień w kompozycji wiążącej, które po utwardzeniu mogą służyć jako kanały do usuwania smaru i opiłek. Jednakże, poza ujawnieniem takiej możliwości, nie podano żadnych szczegółów które pozwoliły by na zapoznanie się ze sposobem wykonania.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych numer 4,644,703, Kaczmarek i inni stosowali cylinder rotograwiurowy do osadzania preparatu materiał ściemy/spoiwa, w celu nałożenia warstwy którą następnie wygładzono przed nałożeniem drugiej warstwy metodą rotograwiurową na wygładzonej pierwszej warstwie. Nie podano charakterystyki końcowej, utwardzonej powierzchni.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych numer 5,014,468 (Ravipati i inni) zaproponowano użycie mieszaniny materiał ściemy/spoiwa posiadającej właściwości cieczy nieniutonowskiej w warunkach ścinanie-zagęszczanie i osadzenie tej mieszaniny metodą rotograwiurową na folii. W tym procesie, mieszaninę osadzano z krawędzi komórek rotograwiurowych w celu wytworzenia unikalnych struktur z osadzonymi warstwami o zmniejszonej grubości z dala od powierzchni otaczającej obszary wolne od mieszaniny. Jeżeli komórki są w wystarczającym stopniu blisko siebie, struktury powierzchniowe mogą okazać się połączone. Produkt ten okazał się bardzo użyteczny, szczególnie w operacjach wykańczania elementów optycznych. Proces jest bardzo użyteczny ale związany jest z nim problem nawarstwiania się materiału w komórkach cylindra rotograwiurowego, tak że osadzony wzór może zmieniać się nieznacznie podczas długotrwałego procesu produkcyjnego. Ponadto, natura procesu jest taka, że jest on ograniczony do preparatów zawierających względnie drobne ziarno ścierne (zwykle poniżej 20 mikronów).

Innym podejściem do problemu było osadzenie mieszaniny materiał ściemy/spoiwa na powierzchni podłoża i następnie wykonanie w mieszaninie wzoru zawierającego układ oddzielnych wysp, w wyniku utwardzenia spoiwa będącego w kontakcie z formą będącą odwrotnością żądanego wzoru powierzchniowego. Ten sposób podejścia do problemu jest przedstawiony w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych numer 5,437,754, 5,378,251, 5,304,223 oraz numer 5,152,917. Istnieje szereg odmian związanych z tym problemem ale ich wspólną cechą jest to, że każdej wyspie we wzorze nadaje się trwałą postać w wyniku utwardzenia

185 351 spoiwa w kontakcie z powierzchnią formy. Rozwiązanie to, także nie jest pozbawione problemów polegających na częstym występowaniu niecałkowitego oderwania od formy, tak że zamiast wytworzenia na przykład piramid, otrzymuje się często kształty w postaci wulkanu z kraterem.

Przedmiotem obecnego wynalazku jest sposób otrzymywania jednorodnie odwzorowanych kształtów kompozytu materiał ścierny/spoiwa, który nie wymaga operacji utwardzania w formie albo dobór kompozytu materiał ścierny/spoiwa, który ma specyficzne właściwości cieczy nieniutonowskiej w warunkach ścinanie-zagęszczanie.

Tak więc przedmiotem wynalazku jest elastyczny i skuteczny sposób wytwarzania na skalę przemysłową powlekanych materiałów ściernych z jednorodnym układem oddzielonych od siebie kształtów z kompozytu ściernego. Takie powlekane materiały ścierne są dobrze przystosowane do obróbki szerokiego zakresu materiałów, w celu uzyskania doskonałego wykończenia powierzchni w przedłużonym czasie trwania operacji i przy w zasadzie jednakowej szybkości ścinania.

Streszczenie wynalazku

Problemem związanym z zastosowaniem technik rotograwiurowych do wytwarzania ukształtowanych, powlekanych materiałów ściernych było zawsze zachowanie użytecznego kształtu i wzoru po osadzeniu preparatu. Najczęściej, osadzony kształt traci swoje pionowe wymiary i ma tendencję do przypadkowego przemieszczania się po powierzchni i łączenia z sąsiednimi kształtami. Problem ten jest przedstawiony w porównawczych przykładach C i D opisu patentowego Stanów Zjednoczonych numer 5,152,917, które zostały omówione powyżej. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych numer 5,014,468 zastosowano rozwiązanie polegające na użyciu preparatu, którego właściwości reologiczne w warunkach ścinanie-zagęszczanie spowodowały, że mieszanina osadzana z krawędzi komórek rotograwiurowych tworzy unikalny wzór przedstawiony w tym opisie.

Obecnie stwierdzono, że jeżeli lepkość o niskim naprężeniu ścinającym i lepkość o wysokim naprężeniu ścinającym są odpowiednio regulowane, to możliwe jest wytworzenie z zastosowaniem techniki rotograwiurowej ukształtowanych, powlekanych materiałów ściernych o różnych odmiennych wzorach, wliczając w to osobne punkty, połączone punkty, linie oraz inne wzory, nawet wtedy gdy właściwości reologiczne preparatu są typu ścinanie-rozcieńczanie. Kluczowym zagadnieniem jest sporządzenie mieszaniny materiał ścierny/spoiwa, która spełnia dwa warunki. Pierwszym warunkiem jest to, aby lepkość była względnie niska w warunkach względnie wysokiego naprężenia ścinającego (takich jakie mają miejsce w warunkach napełniania komórek rotograwiurowych), zgarniania z powierzchni wałka rotograwiurowego po napełnieniu komórek rotograwiurowych oraz podczas przenoszenia materiału na podłoże w miejscu styku pomiędzy wałkiem rotograwiurowym i wałkiem gumowym. Innymi słowy, preparat powinien posiadać niską lepkość w warunkach wysokiego naprężenia ścinającego dla ułatwienia osadzania powłoki na podłożu. Drugim warunkiem jest to, aby preparat posiadał wysoką lepkość w warunkach niskiego naprężenia ścinającego dla zapobieżenia nadmiernego płynięcia i wyrównywania się poziomów, gdy preparat znajduje się na podłożu w warunkach niskiego naprężenia ścinającego przed jego utwardzeniem. Jest także wysoce pożądane, aby czas odzyskiwania lepkości był krótki w porównaniu z czasem pomiędzy osadzeniem powłoki i utwardzeniem.

Badania teoretyczne nad zachowaniem wzoru z osadzonych materiałów wykazują, że napięcie powierzchniowe jest siłą napędową powodującą płynięcie (i skutkiem tego utratę wzoru), a lepkość jest siłą przeciwstawiającą się temu. Tak więc, zachowaniu wzoru będzie sprzyjało niskie napięcie powierzchniowe i wysoka lepkość. Jednakże, w przypadku spoiw utwardzanych metodą promieniowania cieplnego które są powszechnie stosowane w preparatach materiał ścierny/spoiwa i które są przede wszystkim wykorzystywane zgodnie z wynalazkiem, napięcie powierzchniowe nie zmienia się w szerokim zakresie i zwykle zawiera się w granicach od 30 dyn/cm do 40 dyn/cm. Napięcie powierzchniowe właściwie sporządzonej mieszaniny materiał ścierny/spoiwa na bazie wody także zawiera się zwykle w tym samym zakresie. Tak więc lepkość jest najskuteczniejszym parametrem, który można dostosować dla uzyskania najlepszych wyników.

185 351

Dlatego, przedmiotem obecnego wynalazku jest sposób wytwarzania powlekanego materiału ściernego zawierającego wzór, z kompozytu materiał ściemy/spoiwa przylegającego do podłoża, który to sposób obejmuje (a) osadzenie na podłożu, za pomocą techniki rotograwiurowej, warstwy preparatu zawierającego mieszaninę ziarna ściernego i ewentualnie mielnik, wypełniacze i dodatki, oraz utwardzalnego spoiwa żywicowego, z utworzeniem wzoru na warstwie w postaci wydzielonych struktur, przy czym stosuje się preparat o lepkości od 10000 do 1000 cP przy szybkości ścinania równej 10³x s'¹, (b) zwiększenie lepkości warstw co najmniej powierzchniowych osadzonego preparatu w celu zachowania oddzielnych struktur, przy czym lepkość preparatu zwiększa się po jego osadzeniu w wyniku zapoczątkowania utwardzania, zanim znikną strefy oddzielające struktury, oraz (c) utwardzenie spoiwa preparatu dla utrwalenia wzoru w postaci oddzielnych struktur osadzonych na podłożu.

Zgodnie ze sposobem stosuje się preparat o właściwości tiksotropowej i lepkości korzystnie co najmniej 4000 cP przy szybkości ścinania równej 0,05 x s 1 Lepkość osadzonego preparatu reguluje się, co najmniej w części, poprzez zmianę temperatury. Lepkość osadzonego preparatu reguluje się również przez usunięcie z preparatu co najmniej części składnika lotnego zawartego w preparacie, a także przez nałożenie proszku na powierzchnię osadzonych struktur. Proszek jest wybrany z grupy składającej się z ziaren ściernych, mielników, wypełniaczy obojętnych, środków antystatycznych, środków smarujących, środków zapobiegających sedymentacji oraz ich mieszanin. Stosowany jest proszek, którym jest ziarno ścierne wybrane z grupy składającej się z tlenku glinu, mieszaniny tlenek glinu z hydrolizy płomieniowej/tlenek cyrkonu, węgliku krzemu, heksagonalnego azotku boru, diamentu oraz ich mieszanin. Korzystnie stosuje się proszek, który jest mielnikiem wybranym z grupy składającej się z kriolitu, tetrafluoroboranu potasu oraz ich mieszanin. Zgodnie z wynalazkiem stosuje się preparat zawierający także jeden lub większą ilość dodatków wybranych z grupy składającej się z mielników, wypełniaczy obojętnych, środków antystatycznych, środków smarujących, środków zapobiegających sedymentacji oraz ich mieszanin. Zgodnie z wynalazkiem stosuje się spoiwa żywicowe zawierające składnik utwardzalny termicznie.

W niniejszym, lepkość mierzono stosując reometr VOR Bohlina, przy temperaturach powlekania wynoszących zwykle od około 15°C do 50°C. Zasadnicza sprawą jest to, że preparat musi posiadać umiarkowanie niską lepkość w warunkach wysokiego naprężenia ścinającego występujących podczas napełniania komórek rotograwiurowych, podczas zgarniania z wałka nadmiaru preparatu i osadzania z komórek, ale po osadzeniu lepkość musi odpowiednio szybko wzrosnąć w celu zapobieżenia płynięciu preparatu z uszkodzonych barier oddzielających osadzonych struktur. Bariera oddzielająca nie jest traktowana jako uszkodzona jeżeli obrzeża stykają się miejscowo lecz tylko wtedy gdy struktury są w kontakcie z przylegającymi strukturami we wszystkich punktach wokół obrzeża i głębokość preparatu w punktach kontaktowych wynosi co najmniej 10% maksymalnej wysokości powyżej podłoża struktur będących w kontakcie.

Jedną z bardzo odpowiednich dróg zapewnienia zachowania odstępu, jest użycie preparatu żywicowego który posiada charakter tiksotropowy, to znaczy który wykazuje zależne od czasu zachowanie ścinanie-rozcieńczanie. Tego typu preparaty szybko odzyskują swoją wysoką lepkość gdy warunki wysokiego naprężenia ścinającego są usuwane. Zwykle w czasie 30 sekund lepkość powraca do co najmniej 50% swojej wielkości w warunkach niskiego naprężenia ścinającego i w większości przypadków jest to wystarczające dla uniknięcia utraty barier oddzielających do czasu rozpoczęcia się utwardzania zwiększającego lepkość.

Dla ułatwienia, w procesie wytwórczym lepkość można dogodniej mierzyć przy pomocy wiskozymetru Brookfielda. Tak więc, korzystnym sposobem według wynalazku jest:

Sposób otrzymywania powleczonego materiału ściernego zawierającego wzór, z kompozytu materiał ścierny/spoiwa przylegającego do podłoża, który obejmuje:

(a) osadzenia ze poma cątechnike rotograwiurowej, waestwy prwaratuzawieraaącego zierna ścierne i ewentualnie mielnik, wypełniacze i dodatki, oraz utwardzalne spoiwa żywicowe,

185 351 z utworzeniem wzoru na warstwie w postaci wydzielonych struktur, stosując preparat o lepkości, od 50000 do 1000 cP, korzystnie od 25000 do 2000 cP i najkorzystniej od 15000 do 5000 cP, wg Brookfielda, przy prędkości obrotowej wrzeciona równej 60 obrotów na minutę, (b) zwiększenie lepkości warstw co najmniej powierzchniowych osadzonego preparatu do wartości od 150000 do 5000 cP, korzystnie od 50000 do 7000 cP i najkorzystniej od 25000 do 8000 cP, przy prędkości obrotowej wrzeciona równej 6 obrotów na minutę; oraz (c) utwardzenie spoiwa preparatu dla utrwalenia wzoru w postaci oddzielnych struktur osadzonych na podłożu.

Lepkość reguluje się temperaturą, przy czym podane powyżej wartości lepkości odnoszą się do temperatury w jakiej stosuje się preparat w opisanym powyżej procesie. Zwykle, jest to temperatura na przykład w zakresie od 15°C do 50°C. Pomiaru lepkości dokonuje się z zastosowaniem lepkościomierza Brookfielda model LVF 5X z wrzecionem numer 4.

Ponadto korzystne jest aby czas odzyskiwania lepkości, to, jest czas w którym niska lepkość w warunkach wysokiego naprężenia ścinającego powraca do normalnej, wysokiej lepkości gdy warunki ścinania są usuwane, był względnie krótki, to jest poniżej 60 sekund, korzystnie poniżej 30 sekund.

Jednakże, dowolny preparat, nawet nie posiadający właściwości tiksotropowych, posiadający niską lepkość w warunkach wysokiego naprężenia ścinającego w powyższym zakresie, może być po osadzeniu modyfikowany w ten sposób aby szybko dostosować lepkość do wyższego poziomu lepkości w warunkach niskiego naprężenia ścinającego opisanego powyżej, aby w ten sposób ograniczyć tendencję do płynięcia, które może nastąpić przy niższych wartościach lepkości, przy których preparat jest osadzany na podłożu. Niezbędne jest także, aby lepkość całego preparatu była dostosowana do wyższych poziomów. Często wystarczające jest jeżeli warstwa eksponowana na zewnątrz uzyskuje szybko wyższą lepkość, ponieważ działa jak skóra utrzymująca kształt struktury, nawet jeżeli lepkość części wewnętrznej pozostaje niższa przez dłuższy okres czasu.

Modyfikację lepkości co najmniej warstw powierzchniowych można osiągnąć na przykład przez wprowadzenie do preparatu lotnego rozpuszczalnika, który szybko ulatnia się gdy preparat osadza się na podkładzie, ewentualnie z towarzyszącym temu podwyższeniem temperatury otoczenia lub przez zlokalizowany podmuch gorącego gazu. Podwyższona temperatura może także zwiększać lepkość. Dlatego też ważne jest zrównoważenie tych konkurujących działań, w celu zapewnienia uzyskania w wyniku wzrostu lepkości. Jednym z czynników działających w tym kierunku może być tendencja do zwiększania temperatury w celu spowodowania przyspieszonego utwardzania.

Innym rozwiązaniem może być szybkie obniżenie temperatury struktury, tak aby uzyskać wzrost lepkości. Można to uzyskać na przykład przez przepuszczenie podłoża z osadzoną na nim warstwą preparatu pod chłodzonym cylindrem i/lub pod strumieniem zimnego gazu.

Poza regulowaniem lepkości poprzez zmianę temperatury lub usuwanie cieczy, możliwa jest regulacja lepkości w wyniku zwiększenia zawartości substancji stałych. Ponieważ nie można tego wykonać w przypadku wewnętrznej części osadzonego preparatu, w rzeczywistości nie jest to konieczne. Wystarczy, aby warstwa zewnętrzna uzyskała wyższą lepkość, tak aby utrzymać kształt naniesionego wzoru. Tak więc, posypywanie powierzchni struktury subtelnie rozdrobnionym proszkiem, będzie skutkowało utworzeniem „skóry” o wyższej lepkości zlokalizowanej na powierzchni struktury, powodując zachowanie jej kształtu aż proces utwardzenia utrwali ten kształt.

Sam proszek może być materiałem ściernym, wypełniaczem lub materiałem sproszkowanym nadającym korzystne właściwości, na przykład mielnikiem takim jak tetrafluoroboran potasu, środkiem antystatycznym takim jak grafit, środkiem zapobiegającym sedymentacji takim jak stearynian cynku, stałym środkiem smarującym takim jak wosk lub dowolnym połączeniem takich materiałów. Jest to w rzeczywistości zaleta i korzystny aspekt obecnego wynalazku.

Proces można także wspomagać, ogrzewając walce rotograwiurowe oraz chłodząc powierzchnię na której osadzany jest preparat. Jednakże, w przypadku preparatów zawierających żywicę utwardzalną termicznie, ogrzewanie walca rotograwiurowego nie powinno być

185 351 doprowadzane do takiego poziomu, który w konsekwencji umożliwiałby rozpoczęcie 'się utwardzania spoiwa i wzrost lepkości.

Opis rysunków

Na fig. 1 przedstawiony jest przykład zmian lepkości w zależności od prędkości ścinania zawiesinowego preparatu ściernego według tego wynalazku. Jak to pokazano, zmiana lepkości od warunków wysokiej wartości naprężenia ścinającego do warunków niskiej wartości naprężenia ścinającego jest bardzo wyraźna. Również, jak to pokazano na fig. 2, odzyskanie lepkości gdy zostaną usunięte warunki wysokiego naprężenia ścinającego jest taicie, że ponad 50% lepkości w warunkach niskiego naprężenia ścinającego odzyskuje się gdy zostaną usunięte warunki wysokiego naprężenia ścinającego. Zgodnie z tymi właściwościami, Teologicznymi, osadzane preparaty powlekające pozostawiają wzór rotograwiurowy z odstępami pomiędzy osadzonymi pojedynczymi elementami. Fig. 3 i fig. 4 ilustrują powleczone wzory z preparatu ściernego według tego wynalazku które są utwardzone bezpośrednio po osadzeniu, w przeciwieństwie do tych które są utwardzane z 40 minutową przerwą pomiędzy osadzaniem i utwardzaniem. Wykazują one, że w przeciwieństwie do zamazanych wzorów z przykładów porównawczych C i D opisu patentowego Stanów Zjednoczonych numer 5,152,917, zawiesinowy preparat ścierny z właściwie ustaloną reologią według tego wynalazku, może utrzymać swoje osobne wzory nawet po 40 minutach po osadzeniu, nim spoiwo zostanie ostatecznie utwardzone za pomocą promieniowania UV.

Szczegółowy opis wynalazku

Osadzić można dowolny, żądany wzór i będzie to uzależnione w dużej mierze od rozmiaru i rozmieszczenia komórek na walcu rotograwiurowym. Zazwyczaj, wystarczające są komórki sześciokątne, czworokątne, trójkątne i o czworobocznym przekroju poprzecznym, chociaż można także stosować inne komórki. Możliwe jest na przykład wykonanie komórek w postaci rowków (na przykład rowków trój spiralnych), naciętych na powierzchni walca. Jest to często bardzo korzystna konfiguracja, która może być dostosowana do wytwarzania wzoru w postaci pasków diagonalnych, które jednocześnie są bardzo charakterystyczne jak i bardzo skuteczne w operacji szlifowania. Ilość komórek na jednostkę długości może być także różnorodna, chociaż w przypadku większej gęstości komórek, ich objętość jest korzystnie mniejsza dla zmaksymalizowania odstępu pomiędzy zawartościami komórek po osadzeniu na powierzchni. Jeżeli komórki są bardzo ciasno usytuowane względem siebie, może to spowodować że osadzone preparaty łączą się poprzez wzór dając w zasadzie linię ciągłą.

Bardzo przydatne są także inne wzory, wliczając w to oddzielne punkty lub grupy punktów. Osadzone punkty same mają tendencję do zaokrąglania się ale technika osadzania, wliczając w to szybkość walca rotograwiurowego i sposób napełniania komórek, może powodować że kształt osadzonego punktu może odchylać się od okręgu. Tak wiec punkt może posiadać kształt sierpa lub „ogona komety”. W pewnych przypadkach kształty te mogą posiadać pewne zalety ale zwykle nie są one korzystne. Dlatego też korzystne jest dostosowanie ciśnienia nacisku i warunków w których walec rotograwiurowy kontaktuje się z powierzchnią podłoża na którym preparat jest stosowany, w celu zapewnienia że uzyska się odosobnione okrągłe punkty osadzonego preparatu.

Składnik ścierny preparatu, może być dowolnym z dostępnych materiałów znanych w tej dziedzinie, takich jak odmiana alfa tlenku glinu, (materiał ceramiczny stopiony lub spiekany), węglik krzemu, stopiona mieszanina tlenek glinu/tlenek cyrkonu, heksagonalny azotek boru, diament i tym podobne, jak również ich kombinacje. W zastosowaniach dla których ten rodzaj produktu jest przede wszystkim przeznaczony, korzystnym materiałem ściernym jest tlenek glinu, szczególnie tlenek glinu stopiony. Średni wymiar cząstek materiału ściernego użytecznego w wynalazku, zwykle wynosi korzystnie od 1 pm do 150 pm, korzystniej od 1 pm do 80 pm.

Stosunek materiału ściernego w preparacie jest oczywiście zdeterminowany w części przez omówione powyżej ograniczenia związane z lepkością oraz rodzajem zastosowania. Zazwyczaj, zawartość materiału ściernego mieści się w granicach od około 10% do około 90%, korzystaie od około 30% do około 80% ciężaru preparatu.

Innym ważnymi składrnkiem preparatu jest spoiwo. Jest to żywica utwardzalna, wybrana _spośród żywic utwardzanych przez promieniowanie, które można utwardzać z zastosowaniem stnimi_eni_{a e}lektronów, promieniowanię UV lub światła widzialnego, takich j ak akrylowane

185 351 oligomery żywic epoksyakrylowych, akrylowane uretany i akrylany poliestru oraz akrylowane monomery, wliczając w to monomery mono- i wieloakrylowe oraz takie żywice termoutwardzalne jak żywice fenolowe, żywice mocznikowo-formaldehydowe i żywice epoksydowe, jak również mieszaniny tych żywic. W rzeczywistości często jest wygodnie posiadać składnik nadający się do utwardzania składników obecnych w preparacie przez promieniowanie, tak że po osadzenia preparatu można go utwardzać względnie szybko i zwiększyć stabilność osadzonego kształtu równie dobrze jak w przypadku utwardzania termicznego. Przez użyte w tym zgłoszeniu określenie „utwardzalne przez promieniowanie” obejmuje zastosowanie światła widzialnego, promieniowania UV i promieniowanie strumienia elektronów jako środka do utwardzania. W pewnych przypadkach, funkcje utwardzania termicznego i funkcje utwardzania promieniowaniem można zastąpić przez różne działania na poziomie cząsteczki. Jest to często pożądany sposób.

Kompozycja spoiwa żywicowego może także zawierać niereaktywną żywicę termoplastyczną, która może poprawić właściwości samoostrzenia się osadzonych kompozytów ściernych przez zwiększenie skłonności do erozji. Do przykładów takich żywic termoplastycznych zalicza się glikol polipropylenowy, glikol polietylenowy, kopolimer blokowy polioksypropylen/polioksyetylen i tym podobne.

Do zawiesinowego preparatu ściernego można wprowadzić wypełniacze w celu zmodyfikowania właściwości reologicznych preparatu oraz twardości i wytrzymałości utwardzonych spoiw. Do przykładowych, nadających się do tego celu wypełniaczy, zalicza się: węglany metalu, takie jak węglan wapnia i węglan sodu; krzemionki, takie jak kwarc, perełki szklane i pęcherzyki szklane; krzemiany, takie jak talk, gliny i metakrzemian wapnia; siarczany metalu, takie jak siarczan baru, siarczan wapnia i siarczan glinu; tlenki metalu, takie jak tlenek wapnia i tlenek glinu; oraz trójwodzian glinu.

Zawiesinowy preparat ścierny może zawierać mielnik dla zwiększenia skuteczności szlifowania i szybkości cięcia. Użyteczny mielnik może bazować na związku nieorganicznym, takim jak sole fluorowców, na przykład kriolit, tetrafluoroboran potasu i tym podobne lub może bazować na związku organicznym, takim jak woski chlorowane, na przykład polichlorek winylu. Do korzystnych mielników w tym preparacie zalicza się kriolit i tetrafluoroboran potasu, których wymiar cząstek zawiera się w granicach od 1 pm do 80 m μ, najkorzystniej od 5 pm do 30 pm. Zawartość mielnika w procentach wagowych zawiera się w granicach od 0% do 50%, najkorzystniej od 10% do 30%.

Zawiesinowe preparaty materiał ścierny/spoiwa, stosowane zgodnie z tym wynalazkiem mogą zawierać ponadto dodatki, do których zalicza się: środki wiążące, takie jak silanowe środki wiążące, tytaniany i gliniany cyrkonu; środki antystatyczne, takie jak grafit, sadza i tym podobne; środki rozpraszające, takie jak krzemionka z procesu hydrolizy płomieniowej, na przykład Cab-O-Sil M5 i Aerosil 200; środki zapobiegające sedymentacji, takie jak stearynian cynku; środki smarujące, takie jak wosk; środki zwilżające; barwniki; dyspergatory; oraz środki przeciw pienieniu.

Materiał podłoża na którym osadza się preparat może być tkaniną (tkaną, nietkaną lub dzianą), papierem, folią z tworzywa sztucznego lub folią metalową albo ich połączeniem. Zwykle, produkty wykonane sposobem według obecnego wynalazku, znajdują największe zastosowanie do wytwarzania materiałów do dokładnego szlifowania i tam gdzie preferowana jest bardzo gładka powierzchnia. Tak więc papier gładzony na kalandrze, folia z tworzywa sztucznego lub tkanina o gładkiej powierzchni do powlekania są zwykle korzystnymi podłożami do osadzania preparatów kompozytowych według wynalazku.

Wynalazek zostanie dodatkowo opisany z odniesieniem do szczególnych odmian, które przedstawia się wyłącznie dla ilustracji wynalazku i nie można ich traktować jako ograniczenia zakresu wynalazku.

Skróty

Dla ułatwienia przedstawiania danych zostaną użyte następujące skróty:

Składniki spoiwa

Ebecryl 3605, 3700 - oligomery akrylowanych żywic epoksydowych, dostarczane przez firmę UCB Radcure Chemical Corp.

185 351

TMPTA - triakrylan trihydroksymetylopropanu, dostarczany przez firmę Sartomer Company, Inc.

HDODA - diakrylan 1,6-heksanodiolu, dostarczany przez firmę Sartomer Co., Inc. V-PYROL - winylopirolidon, dostarczany przez firmę GAF Corp.

ICTA - triakrylan kwasu izocyjanurowego, dostarczany przez firmę Sartomer Co., Inc. TRPGDA - diakrylan glikolu tripropylenowego, dostarczany przez firmę Sartomer

Co., Inc.

Kustom KS-201 - monomer żelu akrylowego, dostarczany przez firmę Kustom Service Inc.

Fotoinicjatory i dodatki

Irgacure 651 - fotoinicjator, dostarczany przez firmę Ciba-Geigy Company.

Speedcure ITX - 2-izopropylotioksanton, dostarczany przez firmę Aceto Chemical Corp. Speedcure EDB - 4-dimetyloaminobenzoesan etylu, dostarczany przez firmę Aceto

Chemical Corp.

KP-55 - środek wiążący na bazie tytanianu, dostarczany przez firmę Kenrich Petrochemicals.

FC-171 - fluorowęglowy środek powierzchniowo czynny, dostarczany przez firmę 3M Company.

BYK-A510 - środek tłumiący pienienie, dostarczany przez firmę Mallinckrodt Corp. A-1100 - aminopropylotrietoksysilan, dostarczany przez firmę Osi Specialites, Inc. SOLOX - izopropanol, dostarczany przez firmę EM Science.

Dye 9R-75 - barwnik - fiolet chinakrydonowy UV („quinacridone violet UV”), dostarczany w postaci dyspersji przez firmę Penn Color.

Pluronic 25R2 - kopolimer blokowy polioksypropylen/polioksyetylen, dostarczany przez firmę BASF Corp.

Cab-O-Sil M5 - krzemionka z procesu hydrolizy płomieniowej, dostarczana przez firmę Cabot Corporation.

A TH S3 - trójwodzian glinu, dostarczany przez firmę Alcoa.

Ziarno

FU. . . .3 micron - stopiony A1₂O3 o wymiarze cząstek 3 pm, dostarczany przez firmę Fujimi.

T.....FRPL - ttopiony A1₂O₃ , dostrrcznny przzz frmię Treibachrr (gahinek oznccaany jest symbolem „P-” liczba).

TB.....BFRPLCC - obrabiany cieplnie, stopiony A1iO₃ z powłoką ceramiczną, dostarczany przez firmę Treibacher (gatunek oznaczany jest symbolem „P-” liczba).

Mielnik

KBF4 - tetrafluoroboran potasu o średnim wymiarze cząstki 20 pm, dostarczany przez firmę Solvay, Inc.

Podłoża

A . .. folia Mylar o grubości 3 milicale (0,076 mm) - do zastosowań optycznych.

B ... folia Mylar o grubości 5 milicali (0,127 mm) - do obróbki metali.

C. . . tkanina poliestrowa o gramaturze J, z powłoką powierzchniową o grubości 75 pm, formowaną metodą wytłoczną z tworzywa Surlyn*.

D. . . tkanina poliestrowa o gramaturze J, z powłoką powierzchniową o grubości 50 pm, formowaną metodą wytłoczną z tworzywa Surlyn.

F. .. tkanina poliestrowa o gramaturze J, wykończona żywicą fenolową F755.

*Surlyn jest żywicą jonomerową SURLYN 1652-1 z firmy Du Pont.

Preparaty:

185 351

Tabela 1

Składnik	I %	II %	III %	IV %	V %	VI %	VII %	VIII %
Ebecryl 3600	6,63
Ebecryl 3700		6,77	6,77			5,30
TMPTA	7,95	7,90	7,90	13,27	13,27	6,20	11,10	12,70
HDODA	3,62
ICTA		7,90	7,90	13,27	13,27	6,20	11,10
TRPGA		5,64				4,40
V-PYROL	3,59							12,70
Kustom KS-201			5,64
Irgacure 651	1,04	0,90	0,90	1,15	1,15	1,10	1,10	1,00
Speedcure ITX	0,35
Speedcure EDB	0,81
KR-55	0,06
FC-171	0,12
BYK-A510	0,12
A-1100	1,46	0,45	0,45	0,58	0,58	0,55	0,55	0,50
Izopropanol		0,34	0,34	0,43	0,43	0,41	0,41	0,38
Solox	0,83
Kwas octowy lodowaty	0,01
Woda	0,73	0,11	0,11	0,14	0,14	0,14	0,14	0,12
Barwnik 9R-75	2,22
Pluronic 25R2	1,05					5,60	5,60
Cab-O-Sil M5				1,15
ATH-S3					1,15
kbf₄		23,33	23,33	23,33	23,33	23,33	23,33	24,20
Ziarno	69,41	46,6	46,67	46,67	46,67	46,67	46,67	48,40

Otrzymywanie preparatu

Monomery i/lub składniki oligomerowe mieszano razem przez 5 minut z zastosowaniem wysokoobrotowego mieszadła śmigłowego, przy 1000 obrotów/minutę. To spoiwo preparatu zmieszano następnie z dowolnymi inicjatorami, środkami zwilżającymi, środkami przeciw pienieniu, środkami rozpraszającymi i tym podobnymi i mieszanie kontynuowano przez dalsze 5 minut z tą samą, szybkością mieszania. Następnie dodano powoli i w podanej kolejności następujące składniki, mieszając przez 5 minut przy szybkości 1500 obrotów/minutę pomiędzy dodaniem każdego składnika: środki rozpraszające, mielniki, wypełniacze i ziarno ścierne. Po dodaniu ziarna ściernego szybkość mieszania zwiększono do 2000 obrotów/minutę i mieszanie

185 351 kontynuowano przez 15 minut. W tym czasie, kontrolowano dokładnie temperaturę i gdy temperatura osiągnęła 40,6°C szybkość mieszania obniżono do 1000 obrotów/minutę. Następnie, zarejestrowano temperaturę i lepkość.

Zestaw do powlekania rotograwiurowego

Zestaw do powlekania obejmuje walec gumowy o twardości A wg Shore’a wynoszącej 75 i listwę zgarniającą ustawioną pod kątem do stycznej w miejscu kontaktu wynoszącym 55° - 75°. Walec rotograwiurowy obraca się w misce w celu wypełnienia komórek preparatem. Walec rotograwiurowy zawierający wypełnione komórki przemieszcza się następnie pod listwą zgarniającą w celu usunięcia nadmiaru preparatu i następnie kontaktuje się z podłożem gdy podłoże przemieszcza się pod walcem gumowym co powoduje wyciągnięcie preparatu z komórek i osadzenie go na materiale podkładowym.

Po osadzeniu wzoru na podłożu, ukształtowane podłoże przemieszcza się do stanowiska utwardzania. W przypadku utwardzania termicznego, stosuje się odpowiednie środki. Gdy utwardzanie jest aktywowane fotoinicjatorami, można stosować źródło światła. Jeżeli stosuje się utwardzanie promieniowaniem UV, używa się dwóch źródeł po 300 wat: żarówkę D i żarówkę H, przy czym dawkę reguluje się szybkością przemieszczania ukształtowanego podłoża pod źródłami UV.

W tabelach 2 i 3 przedstawiono rodzaje nałożonych wzorów i powiązane z nimi lepkości. Skrót „HEX” oznacza komórki heksagonalne. Skrót „QUAD” oznacza komórki kwadratowe. Skrót „TH” oznacza wzory w postaci linii trój spiralnej. Wzory heksagonalne w postaci wypukłych grzbietów są typowe dla stosowanych zgodnie z wcześniejszym patentem Stanów Zjednoczonych numer 5,014,468. Określenie „Odosobnione punkty ?” oznacza że odosobnione punkty mają kształt trójkątny. Należy odnotować, że we wszystkich przykładach w których lepkość mieściła się w zakresie podanym powyżej, wzory były nieciągłe z odstępami pomiędzy pojedynczymi osadzonymi elementami.

Tabela 2

Wzór rotograwiurowy	Ilość linii na cal	Rodzaj preparatu żywicowego	Ziarno, wymiar	Wzór powłoki	Numer przykładu
1	2	3	4	5	6
HEX	85	I	FU	Heksagonalne wypukłe grzbiety	1
HEX	50	I	FU	Heksagonalne wypukłe grzbiety	2
HEX	28	I	T, P400		3
HEX	28	I	T,P1200	Heksagonalne wypukłe grzbiety	4
HEX	17	I	FU	Odosobnione punkty	5
HEX	17	V	T, P400	Heksagonalne wypukłe grzbiety	6
HEX	17	V	T, P240	Odosobnione punkty	7
HEX	17	V	T, P 180	Odosobnione punkty	8
TH	25	I	T, P400	Odosobnione linie	9
TH	10	IV	T, P180	Odosobnione linie	10
TH	10	IV	T,P400	Odosobnione linie	11
TH	10	II	T, P180	Odosobnione linie	12
TH	10	II	T, P320	Odosobnione linie	13
TH	10	II	TB, P320	Odosobnione linie	14

185 351 cd. tabeli 2

1	3	3	4	5	6
TH	10	III	T, P180	Odosobnione linie	15
TH	10	III	T, P320	Odosobnione linie	16
QUAD	10	I	FU	Odosobnione punkty	17
QUAD	10	I	T,rP1200	Odosobnione punkty ?	18
QUAD	10	I	T, P400	Odosobnione punkty ?	19
QUAD	10	II	T, P180	Odosobnione punkty ?	20
QUAD	10	II	T,P320	Odosobnione punkty ?	21
QUAD	10	ΙΠ	T, P180	Odosobnione punkty ?	22
QUAD	10	III	T, P320	Odosobnione punkty ?	23
TH	10	VI	T, P320	Odosobnione linie	24
TH	10	VII	T, P320	Odosobnione linie	25
TH	10	V	T, P320	Odosobnione linie	26
TH	10	VIII	T,P320	Utrata odstępów*	27*

Tabela 3

Lepkość VOR w/g Bohlina @0,05-s·'	Lepkość VOR w/g Bohlina @10³-s''	Lepkość w/g Brookfielda @6 obrotów/min (cP)	Lepkość w/g Bookfielda @60 obrotów/min (cP)	Numer przykładu
1	2	3	4	5
15000	5000	8000	9900	1
15000	5000	8000	9900	2
49000	1500	13000	5300	3
21000	2000	23500	9600	4
15000	5000	8000	9900	5
18000	6000	20500	11500	6
6800	3400	10000	6100	7
4000	2500	8000	4800	8
49000	1500	13000	5300	9
4000	2500	8000	4800	10
18000	6000	20500	11500	11
9000	3000	8500	4400	12
8600	4200	14000	8000	13
8700	4100	13000	8100	14
8900	3200	8000	4600	15
10000	4900	13500	8500	16

185 351 cd. tabeli 3

1	2	3	4	5
15000	5000	8000	9900	17
21000	2000	23500	9600	18
49000	1500	13000	5300	19
9000	3000	8000	6500	20
8600	4200	14000	8000	21
8900	3200	8000	4600	22
10000	4900	13500	8500	23
750	225	700	465	27*

Heksagonalny wzór rotograwiurowy 17 HEX, zawiera komórki o głębokości 559 pm o równych bokach o wymiarze wynoszącym u góry 1000 pm a na dole 100 pm.

Wzór trój-spiralny 10 TH, zawiera ciągły kanał wycięty pod kątem 45° w stosunku do osi walca, przy czym głębokość kanału wynosi 699 pm a szerokość górnego otworu wynosi 2500 pm.

Wzór kwadratowy 10 QUAD zawiera komórki kwadratowe o głębokości wynoszącej 420 pm, przy czym wymiar górnego boku wynosi 2340 pm a wymiar boku dolnego wynosi 650 pm.

Stwierdzono, że gdy walec osadza „punkty” to na kształt punktów może wpływać prędkość obrotowa walca rotograwiurowego i nacisk wywierany przez walec gumowy. Za duża prędkość lub za duży nacisk pomiędzy walcem gumowym i walcem rotograwiurowym objawia się tendencją do zniekształcania kształtu od okrągłego do trójkątnego i może nawet prowadzić do połączenia się sąsiadujących punktów. Jednakże, w warunkach idealnych, które będą zmieniać się w zależności od preparatu, to jest twardość walca gumowego i nacisk na walec rotograwiurowy, rodzaj wzoru i szybkość osadzania, idealny „punkt” wzoru jest okrągły.

Utwardzanie było inicjowane promieniowaniem UV po około 30 sekundach od osadzenia preparatów.

Produkty z przykładów opisanych powyżej, poddano testom szlifowania. W każdym przypadku stosowano pasek o wymiarach 6,4 cm x 152,4 cm, przy czym pasek poruszał się z prędkością 1524 smpm. Pasek kontaktowano z elementem poddawanym obróbce w postaci pierścienia (średnica zewnętrzna 17,8 cm; średnica wewnętrzna 15,2 cm; szerokość 3,1 cm), przy nacisku 10 psi (69 kN/m²). Kołem kontaktowym umieszczonym za paskiem było koło gumowe z płaską powierzchnią czołową o wymiarze 7 cali (17,8 cm) i twardości 60, mierzonej twardościomierzem. Element poddawany obróbce poruszał się z prędkością 3 smpm.

Dziesięć pierścieni wstępnie zszorstkowano do początkowej wartości Ra wynoszącej 50. Po jednominutowym szlifowaniu następowały pomiary ilości ściętego materiału, temperatury elementu poddawanego obróbce i gładkości powierzchni. W przypadku dziesięciu pierścieni, całkowity czas szlifowania z każdym paskiem wynosił 10 minut, przy czym odnotowywano całkowitą ilość materiału ściętego jak również średnią gładkość powierzchni Ra, Rtm i temperaturę elementu poddawanego obróbce. Ra jest średnią arytmetyczną odchyłki profilu chropowatości od linii średniej a Rtm jest średnią ważoną najgłębszych rys. Wartości zarówno Ra jak i Rtm podane są w mikrocalach. Wyniki przedstawiono w tabeli 4. W przykładzie porównawczym C-1 stosowano dostępny w handlu drobny produkt ścierny z firmy Norton Company, oznaczony symbolem R245, zawierający jako ziarno ścierne stopiony tlenek glinu P-400. Produkt R245 nie miał ukształtowanej powierzchni.

185 351

Tabela 4

Numer przykładu	Wzór powłoki	Podkład	Ilość materiału ściętego (g)	Temperatura °C	Ra	Rtm
C-1	bez wzoru	F	24	69	16	225
11	10 TH	B	65,6	58	23	231
6	17 HEX	C	40,6	57	34	311

Próbki z ukształtowaną powłoką dają w wyniku dużo większą, całkowitą ilość materiału ściętego, przy niższej temperaturze cięcia niż w przypadku powłoki z materiału ściernego R245.

W drugiej grupie przykładów stosowano tę samą procedurę testowania, z tym wyjątkiem, że pierścienie wstępnie szorstkowano do początkowej wartości Ra równej 70. Wyniki przedstawiono w tabeli 5. W przykładzie porównawczym C-2 stosowano dostępny w handlu drobny produkt ścierny z firmy Norton Company, oznaczony symbolem R245, zawierający jako ziarno ścierne stopiony tlenek glinu P-320. Produkt R245 nie miał ukształtowanej powierzchni.

Tabela 5

Numer przykładu	Wzór powłoki	Podkład	Ilość materiału ściętego (g)	Temperatura °C	Ra	Rtm
C-2	bez wzoru	F	43,9	60	24	259
13	10 TH	B	64,2	57	29	274
13	10 TH	C	70,4	57	32	344
13	10 TH	F	61,9	54	30	273
21	10 Q	B	59	58	35	256
21	10 Q	C	53,3	62	31	277
21	10 Q	F	48,6	61,5	32	250

Jak uprzednio, obydwa ukształtowane materiały ścierne 10 Q i 10 TH osadzone na różnych podłożach, przewyższają w działaniu tradycyjne, powleczone materiały ścierne nie zawierające wzoru, zarówno odnośnie całkowitej ilości materiału ściętego jak i niższej temperatury cięcia, dając w wyniku zadowalające wykończenie powierzchni.

W następnej serii badań zastosowano taką samą procedurę testowania jaką opisano powyżej , z tą różnicą że 20 pierścieni zostało wstępnie zszorstkowanych do wartości Ra równej 70 i w przypadku każdego paska całkowity czas szlifowania wynosił 20 minut. Odnotowywano także początkową ilość materiału ściętego po pierwszej minucie. Wyniki przedstawiono w tabeli 6.

Tabela 6

Numer przykładu	Podkład	Początkowa ilość materiału ściętego (g)	Całkowita ilość materiału ściętego (g)	Temperatura °C	Ra	Rtm
C-2	F	9,2	55,4	54	17	126
13	C	4,1	85,5	48	25	166
13-a	C	7,3	77,7	47	22	155
13-b	C	2,7	35	46,5	20	138
16	C	1,1	77,6	49	18	130

185 351

W przykładzie 13-a użyto taki sam pasek jak w przykładzie 13, z tym wydatkiem, że pasek przed użyciem został wstępnie obciągnięty. Zwiększyło to wyraźnie początkową ilość ściętego materiału (po pierwszej minucie szlifowania) oraz gładkość powierzchni ale odbyło się to kosztem całkowitej ilości materiału ściętego. Przykład 13-b pokazuje wpływ usunięcia mielnika (KBF₄) ze składu preparatu, to znaczy preparat zawierał w zawiesinie 70% wagowych ziarna (T) tlenku glinu P320 ale nie zawierał KBF4. Początkowa ilość materiału ściętego w przykładzie 13-b pozostawała niska, nawet po etapie wstępnego obciągania przed testem. W przykładzie 16 uzyskano mniejszą początkową i całkowitą ilość materiału ściętego ale za to lepsze wykończenie powierzchni, przy stosowaniu różnych preparatów żywicowych.

W następnej grupie przykładów szlifowania, przedstawiony jest efekt stosowania dodatkowej powłoki z materiału sproszkowanego zastosowanej na zawiesinę ukształtowanej powłoki materiału ściernego. Przeprowadzono takie same testy jakie opisano powyżej, z zastosowaniem 20 pierścieni wstępnie zszorstkowanych do początkowej wartości Ra równej 80. Wartości Ra i Rtm mierzono tylko po pierwszej, dziesiątej i dwudziestej minucie szlifowania. Przedstawione wartości Ra i Rtm są średnią tych trzech odczytów. Odnotowano także początkową ilość materiału ściętego po pierwszej minucie szlifowania. Wyniki przedstawiono w tabeli 7.

Tabela 7

Numer przykładu	Podkład	Początkowa ilość materiału ściętego (g)	Całkowita ilość materiału ściętego (g)	Temperatura °C	Ra	Rtm
C-2	F	7,3	52,7	60	19	159
14	C	4,5	89,8	50,6	26	252
14-a	C	7,6	64,0	52,7	21	212
14-b	C	9,9	83,7	50,4	22	228

Na podstawie przykładu 14 widoczne jest, że ukształtowany materiał ścierny o wzorze trój spiralnym 10 z preparatem zawiesinowym w którym stosuje się poddane obróbce cieplnej ziarna tlenku glinu (BFRPLCC) i KBF4 jako mielnik, daje w wyniku znacznie większą całkowitą ilość materiału ściętego i niższą temperaturę cięcia, niż to, które uzyskuje się w przykładzie porównawczym C-2. Przykład 14-a jest taki sam jak przykład 14, z tym wyjątkiem, że ukształtowaną zawiesinę ścierną pokryto dodatkową warstwą ziarna ściernego BRFPLCC i następnie utwardzono promieniowaniem UV. Zwiększa to początkową ilość materiału ściętego (po jednej minucie szlifowania) i poprawia wykończenie powierzchni lecz obniża całkowitą ilość materiału ściętego. Ten kompromis pomiędzy początkową i końcową ilością materiału ściętego może być wyeliminowany jeżeli zamiast samego ziarna na powierzchnię ukształtowanej zawiesiny ściernej nałoży się sproszkowaną mieszaninę ziarna BFRPLCC i mielnika KBF4 i następnie utwardzi za pomocą promieniowania UV. Jak to widać z przykładu 14-b, dodatkowe nałożenie proszku stanowiącego mieszaninę ziarno/mielnik (w stosunku wagowym 2:1), powoduje znaczne zwiększenie początkowej ilości materiału ściętego, z równoczesnym utrzymaniem całkowitej ilości materiału ściętego i dokładniejszym wykończeniem powierzchni.

W poniższej grupie przykładów przedstawiono jak dodatek niereaktywnego polimeru termoplastycznego oddziałuje na właściwości szlifowania ukształtowanych materiałów ściernych. Przykład 13-c zamieszczony w tabeli 8 jest taki sam jak przykład 13 zamieszczony w tabeli 6, z tym wyjątkiem że na powierzchnię zawiesiny ściernej nakłada się dodatkową powłokę z proszku który jest mieszaniną FRPL/KBF4 (w stosunku wagowym 2:1). Należy odnotować, że przy wszystkich innych jednakowych składnikach, dodanie składnika Pluronic 25R2, to jest niereaktywnego kopolimeru blokowego polioksypropylen/polioksyetylen, znacznie zwiększa całkowitą ilość materiału ściernego (przykład 25 w porównaniu do przykładu 26

185 351 oraz przykład 24 w porównaniu do przykładu 13-c), w obydwu przypadkach z dodatkowym nakładaniem proszku na powierzchnię i bez tego.

Tabela 8

Numer przykładu	Żywica	Pluronic 25R2	Proszek powierzchniowy frpl/kbf₄	Podkład	Początkowa ilość materiału ściętego (g)	Całkowita ilość materiału ściętego (g)
26	V	nie	nie	D	1,9	44,8
25	VII	tak	nie	D	3,9	82,5
13-c	II	nie	tak	C	8,6	90,9
24	VI	tak	tak	C	7,9	102,5

W dalszej grupie doświadczeń oceniających skuteczność szlifowania produktów według wynalazku, niektóre z tych produktów testowano w aparacie Coburn Model 5000, który jest przeznaczony do przeprowadzania procedury I optycznego testowania wg Coburna (505 Tpw-2 FM). Test polega na polerowaniu soczewki z tworzywa sztucznego CR-39 0 średnicy 6,4 cm i grubości 317,5 cm. Soczewka oscyluje przy 1725 obrotów na minutę - powoduje się że arkusz z naniesionym materiałem ściernym, którego podkład jest tworzywem Mylar o grubości 5 milicali, oscyluje w kontakcie z powierzchnią soczewki przy stosowanym nacisku 20 psi (138 kN/m²). Soczewkę poddano pierwszej obróbce dla uzyskania przezroczystości, a test próbki w serii badań porównawczych był drugą operacją obróbki dla uzyskania przezroczystości.

Wyniki w tabeli 9 przedstawiają operacje szlifowania kontynuowane przez 2 minuty. Dane zamieszczone w tabeli 10 uzyskano w testach powtarzających się 30 sekundowych okresów szlifowania, przy czym odnotowywano sumaryczną ilość ściętego materiału po 1, 5 i 10 minutach.

Tabela 9

Numer przykładu	Wzór	Walec rotograwiurowy	Grubość ścinania (milkaL)	Ra
C-3	heksagonalne wypukłe grzbiety	85 HEX	34	3
C-4	gładki	N/A	2	10
	heksagonalne wypukłe grzbiety	50 HEX	19	4
5	oddzielne punkty	17 HEX	51	6
17	oddzielne punkty	10 Q	116	8

Tabela 10

Numer przykładu	Walec rotograwiurowy	Wzór powłoki	Grubość ścinania (milicale)	Średnia wartość Ra
			po 1 min	po 5 min	po 10 min
C-3	85 HEX	heksagonalne wypukłe grzbiety	15	36	37	6
5	17 HEX	oddzielne punkty	27	116	174	11
17	10 Q	oddzielne punkty	55	217	341	11

185 351

Na podstawie powyższych danych zamieszczonych w tabeli 9 można stwierdzić, że powłoka gładka bez wzoru rotograwiurowego charakteryzuje się słabymi właściwościami ścinania i wykańczania powierzchni. Widoczne jest także, że ważna jest częstość i rodzaj wzoru.

To ostatnie zagadnienie omówione jest ponownie w tabeli 10, w której wykazano, że wzór w postaci oddzielnych punktów pozwala na długie kontynuowanie skutecznego szlifowania, po tym jak produkt ukształtowany w postaci heksagonalnych wypukłych grzbietów przestał być efektywny. We wszystkich preparatach wymienionych w powyższych dwóch tabelach stosowano taki sam rodzaj kompozycji żywicowej i takie samo ziarno ścierne o wymiarach 3 gm.

Claims

1. Sposób wytwarzania powleczonego materiału ściernego zawierającego wzór, z kompozytu materiał ścierny/spoiwa przylegającego do podłoża, znamienny tym, że obejmuje (a) osadzenie na podłożu, za pomocą techniki rotograwiurowej, warstwy preparatu zawierającego mieszaninę ziarna ściernego i ewentualnie mielnik, wypełniacze i dodatki, oraz utwardzalnego spoiwa żywicowego, z utworzeniem wzoru na warstwie w postaci wydzielonych struktur, przy czym stosuje się preparat o lepkości od 10000 do 1000 cP przy szybkości ścinania równej 10³x s'¹, (b) zwiększenie lepkości warstw co najmniej powierzchniowych osadzonego preparatu w celu zachowania oddzielnych struktur, przy czym lepkość preparatu zwiększa się po jego osadzeniu w wyniku zapoczątkowania utwardzania, zanim znikną strefy oddzielające struktury, oraz (c) ut./ardzenie spoiwa preparatu dla utrwalenia wzoru w postaci oddzielnych struktur osadzonych na podłożu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się preparat o właściwości tiksotropowej i lepkości co najmniej 4000 cP przy szybkości ścinania równej 0,05 x s'1

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że lepkość osadzonego preparatu reguluje się, co najmniej w części, zmianą temperatury.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się preparat zawierający składnik lotny, a lepkość osadzonego preparatu reguluje się, co najmniej w części, przez usunięcie z preparatu co najmniej części składnika lotnego.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że lepkość osadzonego preparatu reguluje się, co najmniej w części, przez nałożenie proszku na powierzchnię osadzonych struktur.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się proszek wybrany z grupy składającej się z ziaren ściernych, mielników, wypełniaczy obojętnych, środków antystatycznych, środków smarujących, środków zapobiegających sedymentacji oraz ich mieszanin.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się proszek, który jest ziarnem ściernym wybranym z grupy składającej się z tlenku glinu, mieszaniny tlenek glinu z hydrolizy płomieniowej /tlenek cyrkonu, węgliku krzemu, heksagonalnego azotku boru, diamentu oraz ich mieszanin.

8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się proszek, który jest mielnikiem wybranym z grupy składającej się z kriolitu, tetrafluoroboranu potasu oraz ich mieszanin.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się ziarno ścierne wybrane z grupy składającej się z tlenku glinu, mieszaniny tlenek glinu z hydrolizy płomieniowej/tlenek cyrkonu, węgliku krzemu, heksagonalnego azotku boru, diamentu oraz ich mieszanin.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się preparat zawierający także jeden lub większą ilość dodatków wybranych z grupy składającej się z mielników, wypełniaczy obojętnych, środków antystatycznych, środków smarujących, środków zapobiegających sedymentacji oraz ich mieszanin.

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że stosuje się preparat zawierający mielnik wybrany z grupy składającej się z kriolitu, tetrafluoroboranu potasu oraz ich mieszanin.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się spoiwa żywicowe zawierające składnik utwardzalny termicznie.

13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się spoiwa żywicowe zawierające składnik utwardzalny za pomocą promieniowania UV.

14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się spoiwa żywicowe zawierające niereaktywny składnik termoplastyczny.

185 351

15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na preparacie tworzy się wzór w postaci oddzielnych punktów i oddzielnych linii.

16. Sposób otrzymywania powleczonego materiału ściernego zawierającego wzór, z kompozytu materiał ścierny/spoiwa przylegającego do podłoża, znamienny tym, że obejmuje:

(a) osadzenie za pomocą techniki rotograwiurowej, warstwy preparatu zawierającego ziarna ścierne i ewentualnie mielnik, wypełniacze i dodatki, oraz utwardzalne spoiwa żywicowe, z utworzeniem wzoru na warstwie w postaci wydzielonych struktur, stosując preparat o lepkości od 50000 do 1000 cP, korzystnie od 25000 do 2000 cP i najkorzystniej od 15000 do 5000 cP, wg Brookfielda, przy prędkości obrotowej wrzeciona równej 60 obrotów na minutę, (b) zwiększenie lepkości warstw co najmniej powierzchniowych osadzonego preparatu do wartości od 150000 do 5000 cP, korzystnie od 50000 do 7000 cP i najkorzystniej od 25000 do 8000 cP, przy prędkości obrotowej wrzeciona równej 6 obrotów na minutę; oraz (c) utwardzenie spoiwa preparatu dla utrwalenia wzoru w postaci oddzielnych struktur osadzonych na podłożu.

17. Powleczony materiał ścierny, znamienny tym, że stanowi go osadzona na podłożu techniką rotograwiurową a następnie utwardzona, warstwa preparatu zawierającego mieszaninę ziarna ściernego i ewentualnie mielnik, wypełniacze i dodatki, oraz utwardzalnego spoiwa żywicowego, przy czym warstwa posiada utrwalony wzór w postaci wydzielonych struktur, takich jak oddzielne punkty i oddzielne linie.

18. Powleczony materiał ścierny według zastrz. 17, znamienny tym, że na powierzchni osadzonych struktur, w celu regulowania lepkości, zawiera nałożony proszek wybrany z grupy składającej się z ziaren ściernych, mielników, wypełniaczy obojętnych, środków antystatycznych, środków smarujących, środków zapobiegających sedymentacji oraz ich mieszanin.

19. Powleczony materiał ścierny według zastrz. 17, znamienny tym, że preparat zawiera także jeden lub większą ilość dodatków wybranych z grupy składającej się z mielników, wypełniaczy obojętnych, środków antystatycznych, środków smarujących, środków zapobiegających sedymentacji oraz ich mieszanin.