RU2173251C1

RU2173251C1 - Structuralized abrasives with coherent functional powders

Info

Publication number: RU2173251C1
Application number: RU2000102907A
Authority: RU
Inventors: Пол УЕЙ; Гуо Шин Суей; Венлианг Патрик Янг; Кевин Брюс ЭЛЛЕН
Original assignee: Нортон Компани
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2001-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering, applicable for manufacture of abrasive parts for fine grinding operations. SUBSTANCE: abrasive articles may be obtained by application of a layer of compound on the backing, which contains abrasive particles, fillers, grinding and other additives, as well as a polymeric binder in the form of structuralized abrasives with a subsequent cohesion with the surface of the structuralized abrasive of functional powder. EFFECT: enhanced efficiency of abrasive articles. 12 cl, 5 tbl, 3 ex

Description

Изобретение имеет отношение к созданию структурированных абразивов на подложках, в форме, полезной для чистовой обработки (отделки) таких подложек, как металлы, дерево, пластики и стекло. The invention relates to the creation of structured abrasives on substrates in a form useful for finishing (finishing) substrates such as metals, wood, plastics and glass.

Предложение о нанесении главным образом изолированных структур, таких как островки или гребни смеси связующего и абразивного материалов на материал основы для образования так называемых "структурированных абразивов" известно уже в течение многих лет. Если островки или гребни имеют весьма близкие (одинаковые) высоты над основой и адекватно разделены, то (возможно после операции незначительной правки) при использовании изделия снижается процент царапин на поверхности и улучшается гладкость (чистота) поверхности (обрабатываемой детали). Кроме того, пространство между островками обеспечивает путь для отвода из рабочей зоны получаемого при абразивной обработке шлифовального шлама (стружки), а также для циркуляции охлаждающей жидкости. The proposal to apply mainly insulated structures, such as islands or ridges of a mixture of a binder and abrasive materials on a base material for the formation of so-called "structured abrasives" has been known for many years. If the islands or ridges have very close (identical) heights above the base and are adequately separated, then (possibly after a minor straightening operation) when using the product, the percentage of scratches on the surface decreases and the smoothness (cleanliness) of the surface (workpiece) improves. In addition, the space between the islands provides a path for the removal of grinding sludge (chips) obtained during abrasive processing, as well as for the circulation of coolant.

Исследование шлифующей поверхности обычных абразивов (шлифовальных материалов) с покрытием показало, что относительно малое число поверхностных абразивных частиц в активной зоне шлифования находится в контакте с обрабатываемой деталью. По мере износа поверхности это число увеличивается, но одновременно полезность некоторых из указанных абразивных частиц может снижаться за счет притупления (скругления). При использовании структурированных абразивов возникает преимущество, связанное с тем, что износ однородных островков происходит с одинаковой скоростью, так что одна и та же интенсивность абразивной обработки (шлифования) может быть сохранена в течение длительного времени. Можно сказать, что работа по абразивному съему материала при этом более равномерно распределена между большим числом точек шлифования. Более того, так как островки содержат множество более мелких частиц абразива, то при эрозии островка открываются новые не использованные абразивные частицы, которые еще не притупились. The study of the grinding surface of conventional abrasives (grinding materials) with a coating showed that a relatively small number of surface abrasive particles in the active grinding zone are in contact with the workpiece. As the surface deteriorates, this number increases, but at the same time, the usefulness of some of these abrasive particles may decrease due to blunting (rounding). When using structured abrasives, there is an advantage associated with the fact that the wear of homogeneous islands occurs at the same speed, so that the same intensity of abrasive processing (grinding) can be maintained for a long time. We can say that the work on abrasive removal of the material is more evenly distributed between a large number of grinding points. Moreover, since the islets contain many smaller particles of abrasive, when the island is eroded, new unused abrasive particles are discovered that have not yet become dull.

Одна из технологий образования такой решетки изолированных островков или точек известна как глубокая печать. При глубокой печати используют валик, на поверхности которого нанесен рельеф ячеек. Эти ячейки заполняют составом, после чего валик прижимают к поверхности и состав из ячеек переносится на поверхность. One of the technologies for the formation of such a lattice of isolated islands or dots is known as intaglio printing. For intaglio printing, a roller is used, on the surface of which the relief of the cells is applied. These cells are filled with the composition, after which the roller is pressed to the surface and the composition of the cells is transferred to the surface.

В патенте США N 5014468 описана технология получения структурированных абразивов. В этом процессе состав связующее/абразив наносят из ячеек глубокой печати на ролик таким образом, что состав ложится в виде серий (групп) структур, окружающих зоны без абразива. Полагают, что это является результатом нанесения (переноса состава на ролик) не полного объема ячейки, проводимого только по периметру ячейки, в результате чего получают описанные круговые формации. US Pat. No. 5,014,468 describes a technology for producing structured abrasives. In this process, the binder / abrasive composition is applied from the intaglio cells onto the roller in such a way that the composition lies in the form of a series (groups) of structures surrounding areas without abrasive. It is believed that this is the result of applying (transferring the composition to the roller) not the full volume of the cell, conducted only along the perimeter of the cell, resulting in the described circular formations.

При использовании техники глубокой печати всегда существовала проблема удержания (сохранения) полезной формы островков. Оказалось, что весьма сложной является проблема такого выбора состава абразив/связующее, чтобы он был достаточно текучим для нанесения и все же еще не таким текучим, чтобы растекаться с образованием однородного слоя покрытия при нанесении на подложку. When using the gravure printing technique, there has always been a problem of retaining (preserving) the useful shape of the islands. It turned out that the problem of such an abrasive / binder composition choice is such that it is sufficiently fluid to be applied and yet not so fluid that it spreads to form a uniform coating layer when applied to the substrate.

Чезман (Chasman) и др. в патенте США N 4773920 показали, что при использовании установки для глубокой печати можно наносить однородный рельеф выступов и впадин на композицию связующего, который после отверждения может быть использован в качестве каналов для отвода охладителя и стружки. Однако кроме простого заявления об указанной возможности в данном патенте не приводится никаких деталей относительно того, как это может быть осуществлено. Chasman et al., In U.S. Patent No. 4,773,920, showed that when using the intaglio printing apparatus, a uniform relief of protrusions and depressions can be applied to the binder composition, which after curing can be used as channels for the removal of coolant and chips. However, apart from a simple statement of the indicated possibility, this patent does not provide any details as to how this can be implemented.

В патенте США N 4644703 на имя Качмарека (Kaczmarek) и др. описано более традиционное применение валика глубокой печати для нанесения состава абразив/связующее с образованием слоя, который затем сглаживается перед нанесением при помощи техники глубокой печати второго слоя, поверх первого заглаженного слоя. В этом патенте нет сведений о природе конечной отвержденной поверхности. U.S. Patent No. 4,644,703 to Kaczmarek et al. Describes a more conventional use of the intaglio printing roller for applying an abrasive / binder composition to form a layer, which is then smoothed prior to application by the intaglio printing technique of a second layer over the first smooth layer. This patent does not disclose the nature of the final cured surface.

В патенте США N 5014468 на имя Равипати (Ravipati) и др. было предложено использование смеси абразив/связующее, имеющей не ньютоновские параметры течения, а также описано ее нанесение при помощи техники глубокой печати на пленку (пленочную подложку). В этом процессе производили нанесение смеси от кромок ячеек глубокой печати для получения однородных структур с уменьшающейся толщиной по мере удаления от окружающих поверхность зон, где нет смеси. При нахождении ячеек достаточно близко друг к другу поверхностные структуры окажутся взаимосвязанными. Этот продукт оказался весьма полезным, особенно при проведении тонких офтальмологических операций. Процесс является весьма полезным, однако он имеет потенциальную проблему, связанную с накоплением материала в ячейках валика глубокой печати, так что рельеф нанесения может слегка изменяться в ходе длительного производственного прогона. Кроме того, природа процесса такова, что он ограничен в применении только составами, которые содержат относительно мелкое абразивное зерно (обычно менее 20 мкм). US Pat. No. 5,014,468 to Ravipati et al. Proposed the use of an abrasive / binder mixture having non-Newtonian flow parameters, and also described its application using the gravure printing technique on a film (film substrate). In this process, the mixture was applied from the edges of the intaglio cells to obtain homogeneous structures with decreasing thickness as they move away from areas surrounding the surface where there is no mixture. When the cells are close enough to each other, the surface structures will be interconnected. This product has proven to be very useful, especially when performing delicate ophthalmic surgeries. The process is very useful, however, it has a potential problem associated with the accumulation of material in the cells of the intaglio printing roller, so that the deposition relief may slightly change during a long production run. In addition, the nature of the process is such that it is limited in use only to compositions that contain relatively fine abrasive grain (usually less than 20 microns).

Другой подход к получению структурированных абразивов может быть реализован за счет нанесения смеси абразив/связующее на поверхность подложки с последующим созданием рельефа, содержащего решетку изолированных структур, который получают за счет отверждения связующего при нахождении в контакте с формой, имеющей инверсный рельеф. Этот подход раскрыт в патентах США N 5437754; 5378251; 5304223 и 5152917. Существует множество вариаций на эту тему, однако все они имеют общую характеристику, связанную с тем, что каждую структуру в рельефе получают за счет отверждения связующего при нахождении композита в контакте с формующей поверхностью. Another approach to obtaining structured abrasives can be implemented by applying an abrasive / binder mixture to the surface of the substrate, followed by creating a relief containing a lattice of isolated structures, which is obtained by curing the binder when in contact with a mold having an inverse relief. This approach is disclosed in US Pat. Nos. 5,437,754; 5,378,251; 5304223 and 5152917. There are many variations on this subject, however, they all have a common characteristic associated with the fact that each structure in the relief is obtained by curing the binder when the composite is in contact with the forming surface.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ получения структурированных абразивов с особенно привлекательными характеристиками, позволяющими обеспечивать более агрессивное (производительное) шлифование, причем эти абразивы хорошо адаптированы к обработке в широком диапазоне подложек, при этом они также адаптированы к осуществлению тонкой отделки (окончательной обработки) в течение длительных периодов работы, при главным образом однородной степени среза. In accordance with the present invention, there is provided a method for producing structured abrasives with particularly attractive characteristics that allow for more aggressive (productive) grinding, moreover, these abrasives are well adapted for processing in a wide range of substrates, while they are also adapted for fine finishing (finishing) in for long periods of work, with a mostly uniform degree of cut.

В настоящее время известно, что структурированные абразивы, которые содержат сцепленный с поверхностью функциональный порошок, имеют множество преимуществ по сравнению с собственно структурированными абразивами. It is now known that structured abrasives that contain surface-bonded functional powder have many advantages over structured abrasives themselves.

В настоящем изобретении термин "функциональный порошок" использован для обозначения тонко измельченного материала, который изменяет абразивные качественные характеристики структурированных абразивов, на которые он нанесен. При этом может быть получен структурированный абразив, который обеспечивает более агрессивное шлифование или снижает накопление стружки или статического заряда на поверхности. Некоторые функциональные порошки могут дополнительно служить как разделительный состав или барьер между полимерным составом и создающим рельеф инструментом, устраняя проблемы прилипания и позволяя улучшить разделение. В класс функциональных порошков входят мелкие абразивные порошки, шлифующие добавки, антистатические добавки, смазочные порошки и т. п. Термин "тонко измельченный порошок" означает, что индивидуальные частицы порошка имеют средний размер (D₅₀) менее 250 нм, например от 1 до 150 нм, а более предпочтительно от 10 до 100 мкм.In the present invention, the term "functional powder" is used to refer to finely ground material that changes the abrasive quality characteristics of the structured abrasives to which it is applied. In this case, a structured abrasive can be obtained that provides more aggressive grinding or reduces the accumulation of chips or static charge on the surface. Some functional powders may additionally serve as a release agent or barrier between the polymer composition and the relief tool, eliminating sticking problems and allowing better separation. The class of functional powders includes fine abrasive powders, grinding additives, antistatic additives, lubricating powders, etc. The term "finely ground powder" means that individual powder particles have an average particle size (D ₅₀ ) of less than 250 nm, for example from 1 to 150 nm, and more preferably from 10 to 100 microns.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также способ получения структурированного абразива, который содержит рельеф композитов абразив/связующее, нанесенных на материал основы, причем указанный способ включает в себя следующие операции:
(а) нанесение, непрерывно или в виде рельефа, на подложку состава суспензии, содержащей абразивные частицы (а также опционно наполнители, шлифующие и другие добавки) и отверждаемое полимерное связующее,
(b) наложение рельефа на состав суспензии для образования структурированного абразива; и
(с) обеспечение сцепления функционального порошка с рельефной поверхностью структурированного абразива.In accordance with the present invention, there is also provided a method for producing a structured abrasive that comprises a relief of abrasive / binder composites deposited on a base material, said method comprising the following operations:
(a) applying, continuously or in relief, to a substrate the composition of a suspension containing abrasive particles (as well as optional fillers, grinding and other additives) and a curable polymer binder,
(b) applying a relief to the composition of the suspension to form a structured abrasive; and
(c) providing adhesion of the functional powder to the embossed surface of the structured abrasive.

Ключевой характеристикой указанного способа является обеспечение сцепления функционального порошка с поверхностью структурированного абразива. Это может быть достигнуто за счет нанесения порошка на поверхность структурированного абразива ранее полного завершения отверждения связующего, когда связующее все еще находится в таком состоянии, что нанесенный на него порошок будет прочно сцеплен со связующим после его полного отверждения. Альтернативно, адгезивное (клеевое) покрытие может быть нанесено на поверхность полностью отвержденного структурированного абразива, которое образует средство сцепления функционального порошка с поверхностью структурированного абразива. A key characteristic of this method is the adhesion of the functional powder to the surface of the structured abrasive. This can be achieved by applying the powder to the surface of the structured abrasive before the curing of the binder is complete, when the binder is still in such a state that the powder deposited on it will adhere firmly to the binder after it has completely cured. Alternatively, an adhesive (adhesive) coating may be applied to the surface of the fully cured structured abrasive, which forms a means of adhering the functional powder to the surface of the structured abrasive.

Порошок может быть нанесен в виде единичного слоя поверх композита абразив/связующее, или же в виде нескольких слоев с промежуточными слоями адгезива (клея) для удержания заданного положения порошка. Например, одним слоем может быть мелкий абразивный порошок, а другим слоем может быть шлифующая добавка. The powder can be applied as a single layer on top of the abrasive / binder composite, or in the form of several layers with intermediate layers of adhesive (adhesive) to hold the given position of the powder. For example, one layer may be fine abrasive powder, and the other layer may be a grinding aid.

Сам по себе порошок может быть абразивом или может содержать комбинации различных материалов, сообщающие ему преимущественные характеристики. В функциональном порошке могут быть использованы абразивные частицы любого типа и размера, которые в некоторой степени могут отличаться от частиц, которые использованы в составе собственно абразива, что позволяет получать уникальные характеристики шлифования. В функциональном порошке могут быть также использованы шлифующие и антистатические добавки, а также наполнители и смазки. The powder itself may be an abrasive or may contain combinations of various materials, giving it preferential characteristics. In a functional powder, abrasive particles of any type and size can be used, which to some extent may differ from particles that are used in the composition of the abrasive itself, which allows to obtain unique grinding characteristics. Grinding and antistatic additives, as well as fillers and lubricants, can also be used in functional powders.

Нанесение слоя (слоев) функционального порошка может быть произведено с использованием различных известных способов нанесения. Эти способы включают в себя гравитационное покрытие, электростатические способы покрытия, распыление, вибрационные способы покрытия и т.п. Нанесение разных порошков может производиться одновременно или по очереди для создания структуры композита перед нанесением рельефа. Добавка, если она использована, может быть такой же, как и присутствующая в составе абразив/связующее, или же может отличаться от нее. The application of the layer (s) of the functional powder can be carried out using various known application methods. These methods include gravity coating, electrostatic coating methods, spraying, vibration coating methods, and the like. The application of different powders can be carried out simultaneously or in turn to create the structure of the composite before applying the relief. The additive, if used, may be the same as the abrasive / binder present in the composition, or may be different from it.

Для образования поверхности структурированного абразива может быть использован любой известный специалистам способ, при котором суспензия композита абразива и предшественника связующего подвергается отверждению при нахождении в контакте с основой и с операционным (производственным) инструментом, так что обеспечивается сцепление указанной суспензии с одной из поверхностей основы при нанесении на другую поверхность точной формы внутренней поверхности операционного инструмента. Такой способ описан, например, в патентах США N 5152917; 5304223; 5378251 и 5437254. Альтернативные способы образования поверхности, в том числе и способ глубокой печати, описаны в патентах США N 5014468 и 4773920. To form the surface of a structured abrasive, any method known to those skilled in the art can be used in which the suspension of the composite of the abrasive and the binder precursor is cured when in contact with the substrate and with the operating (production) tool, so that said suspension adheres to one of the substrate surfaces during application to another surface of the exact shape of the inner surface of the operating instrument. Such a method is described, for example, in US patent N 5152917; 5,304,223; 5,378,251 and 5,437,254. Alternative methods of surface formation, including intaglio printing, are described in US Pat. Nos. 5,014,468 and 4,773,920.

Поверхность структурированного абразива может иметь любой желательный рельеф, что в большой степени определяется назначением абразивного изделия с покрытием. Можно, например, предусмотреть на поверхности чередующиеся выступы и впадины, ориентированные в любом желательном направлении. Альтернативно, на поверхности можно предусмотреть множество выступающих композитных конфигураций, которые могут быть изолированными или взаимосвязанными, а также могут быть идентичными смежным конфигурациям или отличающимися от них. Обычно структурированные абразивы имеют главным образом идентичные конфигурации в заданных рельефах на поверхности абразива с покрытием. Такие конфигурации могут иметь вид пирамид с квадратными или треугольными основаниями, а также могут иметь более скругленные формы без четких кромок в местах схождения плоскостей. Скругленные формы могут иметь круговое поперечное сечение или могут быть удлиненными, в зависимости от условий нанесения покрытия и предполагаемого использования. Регулярность конфигураций зависит в некоторой степени от предполагаемого использования. Конфигурации с меньшим промежутком между ними, например с плотностью размещения около 1000 штук на квадратный сантиметр, преимущественно используют для тонкой отделки или полировки, в то время как для более агрессивного шлифования предпочтительно использование конфигураций с большим промежутком между ними. The surface of the structured abrasive can have any desired relief, which is largely determined by the purpose of the coated abrasive product. It is possible, for example, to provide on the surface alternating protrusions and depressions oriented in any desired direction. Alternatively, a plurality of protruding composite configurations may be provided on the surface, which may be isolated or interconnected, and may be identical to or different from adjacent configurations. Typically, structured abrasives have substantially identical configurations in predetermined reliefs on the surface of the coated abrasive. Such configurations can take the form of pyramids with square or triangular bases, and can also have more rounded shapes without clear edges at the points of convergence of the planes. The rounded shapes may have a circular cross section or may be elongated, depending on the coating conditions and the intended use. The regularity of configurations depends to some extent on the intended use. Configurations with a smaller gap between them, for example with a density of about 1000 pieces per square centimeter, are mainly used for fine finishing or polishing, while configurations with a large gap between them are preferable for more aggressive grinding.

В качестве абразивного компонента состава может быть использован любой из известных подходящих материалов, такой как альфа оксид алюминия (плавленая или спеченная керамика), карбид кремния, плавленый оксид алюминия/ оксид циркония, кубический нитрид бора, алмаз и т.п., а также их комбинации. Абразивные частицы в соответствии с настоящим изобретением типично и преимущественно имеют средний размер от 1 до 150 мкм, а более предпочтительно от 1 до 80 мкм. Обычно количество присутствующего абразива составляет ориентировочно от 10 до 90%, а преимущественно ориентировочно от 30 до 80% от веса состава. As the abrasive component of the composition, any of the known suitable materials can be used, such as alpha alumina (fused or sintered ceramics), silicon carbide, fused alumina / zirconia, cubic boron nitride, diamond, etc., as well as their combinations. The abrasive particles in accordance with the present invention typically and preferably have an average size of from 1 to 150 microns, and more preferably from 1 to 80 microns. Typically, the amount of abrasive present is approximately 10 to 90%, and preferably approximately 30 to 80% by weight of the composition.

Другим важным компонентом состава является связующее. Связующее представляет собой отверждаемый полимерный состав, выбранный среди отверждаемых за счет излучения полимеров, таких как отверждаемые за счет использования электронного пучка, УФ излучения или видимого света, таких как акрилатные олигомеры акрилатной эпоксидной смолы, акрилатные уретаны, полиэфир акрилаты и акрилатные мономеры, в том числе моноакрилатные и мультиакрилатные мономеры, и термически отверждаемые смолы, такие как фенольные смолы, смолы мочевина/ формальдегид и эпоксидные смолы, а также смеси указанных смол и полимеров. В самом деле, часто удобно иметь в составе отверждаемый за счет излучения компонент, который может быть отвержден относительно быстро после нанесения состава, что способствует обеспечению стабильности нанесенной конфигурации. В контексте настоящего изобретения термин "отверждаемый за счет излучения" охватывает применение для отверждения электронного пучка, УФ излучения или видимого света. В некоторых случаях функции термического отверждения и функции отверждения при помощи излучения могут быть обеспечены за счет различных функциональных характеристик одной и той же молекулы. Часто это имеет положительное значение. Another important component of the composition is a binder. A binder is a curable polymer composition selected from radiation curable polymers, such as curable by the use of an electron beam, UV radiation or visible light, such as acrylate oligomers of acrylate epoxy resin, acrylate urethanes, polyester acrylates and acrylate monomers, including monoacrylate and multacrylate monomers, and thermally curable resins such as phenolic resins, urea / formaldehyde resins and epoxy resins, as well as mixtures of these resins and polymers moat. In fact, it is often convenient to have a radiation curable component in the composition that can be cured relatively quickly after application of the composition, which helps to ensure the stability of the applied configuration. In the context of the present invention, the term “radiation curable” embraces the use for curing an electron beam, UV radiation or visible light. In some cases, the functions of thermal curing and the functions of curing by radiation can be provided due to different functional characteristics of the same molecule. Often this has a positive meaning.

В состав полимерного связующего может также входить не химически активный (не реактивный) термопластичный полимер, который может усиливать характеристики самозаточки нанесенных абразивных композитов за счет усиления эрозии. Среди примеров таких термопластичных полимеров можно указать полипропилен гликоль, полиэтилен гликоль, блок-сополимер полиоксипропилен - полиоксиэтилен и т.п. The composition of the polymer binder may also include a non-reactive (non-reactive) thermoplastic polymer, which can enhance the self-sharpening characteristics of the applied abrasive composites by enhancing erosion. Examples of such thermoplastic polymers include polypropylene glycol, polyethylene glycol, polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymer, and the like.

В состав абразивной суспензии могут быть введены наполнители для изменения реологии состава, а также для изменения твердости и ударной вязкости отвержденных связующих. В качестве примеров полезных наполнителей можно указать следующие: карбонаты металлов, такие как карбонат кальция, карбонат натрия; кремнеземы, такие как кварц, стеклянные шарики, стеклянные пузырьковые включения; силикаты, такие как тальк, глина, метасиликат кальция; сульфаты металлов, такие как сульфат бария, сульфат кальция, сульфат алюминия; оксиды металлов, такие как оксид кальция, оксид алюминия; и тригидрат алюминия. Fillers can be added to the abrasive slurry to change the rheology of the composition, as well as to change the hardness and toughness of the cured binders. Examples of useful fillers include: metal carbonates such as calcium carbonate, sodium carbonate; silicas such as quartz, glass beads, glass bubble inclusions; silicates such as talc, clay, calcium metasilicate; metal sulfates such as barium sulfate, calcium sulfate, aluminum sulfate; metal oxides such as calcium oxide, alumina; and aluminum trihydrate.

В состав абразивной суспензии, из которой образуют структурированный абразив, может быть также введена шлифующая добавка для повышения эффективности шлифования и увеличения скорости (интенсивности) среза. Полезными шлифующими добавками являются добавки на неорганической основе, такие как соли галогенида, например криолит натрия, тетрафторборат калия и т.п.; или на органической основе, такие как хлорированные воски, например поливинил хлорид. Предпочтительными шлифующими добавками являются криолит натрия и тетрафторборат калия с размерами частиц от 1 до 80 мкм, а преимущественно от 5 до 30 мкм. Весовой процент шлифующей добавки лежит в диапазоне от 0 до 50%, а более предпочтительно от 10 до 30%. The composition of the abrasive slurry from which the structured abrasive is formed can also be added with a grinding aid to increase grinding efficiency and increase the speed (intensity) of the cut. Useful grinding additives are inorganic based additives such as halide salts, for example sodium cryolite, potassium tetrafluoroborate and the like; or organic based, such as chlorinated waxes, for example polyvinyl chloride. Preferred grinding additives are sodium cryolite and potassium tetrafluoroborate with particle sizes from 1 to 80 microns, and preferably from 5 to 30 microns. The weight percent of the grinding aid ranges from 0 to 50%, and more preferably from 10 to 30%.

В состав суспензии абразив/связующее, полезной для осуществления настоящего изобретения, могут быть включены дополнительные добавки, в том числе: модификаторы (аппретирующие составы), такие как силановые модификаторы, например А-174 и А-1100, которые могут быть закуплены на фирме Osi Specialties, Inc. , органотитанаты и циркоалюминаты; антистатики, такие как графит, углеродная сажа и т.п.; суспендирующие агенты, модификаторы вязкости, такие как мореный кремнезем, например Cab-O-Sil М5, Aerosil 200; агенты, предотвращающие засаливание (абразивного круга), такие как стеарат цинка; смазки, такие как воск; смачивающие вещества; красители; наполнители; модификаторы вязкости; диспергенты; и пеногасители. Additional additives may be included in the abrasive / binder suspension useful for carrying out the present invention, including: modifiers (sizing compositions), such as silane modifiers, for example A-174 and A-1100, which can be purchased from Osi Specialties, Inc. organotitanates and zircoaluminates; antistatic agents such as graphite, carbon black, etc .; suspending agents, viscosity modifiers such as fumed silica, for example Cab-O-Sil M5, Aerosil 200; salting agents (abrasive wheels), such as zinc stearate; lubricants such as wax; wetting agents; dyes; fillers; viscosity modifiers; dispersants; and antifoam agents.

В зависимости от вида применения, нанесенный на поверхность суспензии функциональный порошок может сообщать абразивным изделиям уникальные характеристики шлифования. Среди примеров функциональных порошков можно указать следующие: 1) абразивные частицы - все типы и размеры; 2) наполнители - карбонат кальция, глина, кремнезем, волластонит, тригидрат алюминия и т.п.; 3) шлифующие добавки - KBF₄, криолит, соли галогенидов, галогенированные углеводороды и т. п. ; 4) агенты, предотвращающие засаливание (абразивного круга) - стеарат цинка, стеарат кальция и т.п.; 5) антистатики - углеродная сажа, графит и т.п.; 6) смазки - воски, порошок PTFE (политетрафторэтилен), полиэтилен гликоль, полипропилен гликоль, полисилоксаны и т.п.Depending on the type of application, a functional powder deposited on the surface of the suspension can impart unique grinding characteristics to abrasive products. Among the examples of functional powders, the following can be mentioned: 1) abrasive particles - all types and sizes; 2) fillers - calcium carbonate, clay, silica, wollastonite, aluminum trihydrate, etc .; 3) grinding additives - KBF ₄ , cryolite, halide salts, halogenated hydrocarbons, etc. 4) anti-salting agents (abrasive wheel) - zinc stearate, calcium stearate, etc .; 5) antistatic agents - carbon black, graphite, etc .; 6) lubricants - waxes, PTFE powder (polytetrafluoroethylene), polyethylene glycol, polypropylene glycol, polysiloxanes, etc.

Материал основы, на который наносят состав, может представлять собой полотно (тканое, нетканое или с начесом), бумагу, пластиковую пленку или металлическую фольгу. Обычно продукты в соответствии с настоящим изобретением находят наибольшее применение при производстве мелких (тонких) шлифующих материалов, поэтому предпочтительной является весьма гладкая поверхность. Таким образом, тонко каландрированная бумага, пластиковая пленка или ткань с гладкой поверхностью обычно являются предпочтительными подложками для нанесения композитных составов в соответствии с настоящим изобретением. The base material on which the composition is applied may be a fabric (woven, non-woven or fleece), paper, plastic film or metal foil. Typically, the products in accordance with the present invention are most used in the manufacture of fine (thin) grinding materials, therefore a very smooth surface is preferred. Thus, thinly calendered paper, plastic film or fabric with a smooth surface are usually preferred substrates for applying composite compositions in accordance with the present invention.

Указанные ранее и другие характеристики настоящего изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые приведены только для пояснения и не имеют никакого ограничительного характера. The foregoing and other characteristics of the present invention will be more apparent from the following detailed description, given with reference to the accompanying drawings, which are for illustrative purposes only and are not restrictive.

Сокращения
Для упрощения представления данных будут использованы следующие сокращения:
Полимерные компоненты
Ebecryl 3605, 3700 - акрилатные эпоксидные олигомеры, которые могут быть закуплены на фирме UCB Radcure Chemical Corp.Abbreviations
The following abbreviations will be used to simplify the presentation of data:
Polymer components
Ebecryl 3605, 3700 - Acrylate epoxy oligomers that can be purchased from UCB Radcure Chemical Corp.

TMPTA - триметил пропан триакрилат, который может быть закуплен на фирме Sartomer Company, Inc. TMPTA is trimethyl propane triacrylate, which can be purchased from Sartomer Company, Inc.

ICTA - изоцианурат триакрилат, который может быть закуплен на фирме Sartomer Co., Inc. ICTA is a triacrylate isocyanurate that can be purchased from Sartomer Co., Inc.

TRPGDA - трипропилен гликоль диакрилат, который может быть закуплен на фирме Sartomer Co., Inc. TRPGDA is tripropylene glycol diacrylate, which can be purchased from Sartomer Co., Inc.

Связующие компоненты
Darocure 1273 - фотоинициатор, который может быть закуплен на фирме Ciba-Geigy Company.Bonding components
Darocure 1273 is a photoinitiator that can be purchased from the Ciba-Geigy Company.

Irgacure 651 - фотоинициатор, который может быть закуплен на фирме Ciba-Geigy Company. Irgacure 651 is a photoinitiator that can be purchased from the Ciba-Geigy Company.

2-Methylimidazole - катализатор, который может быть закуплен на фирме BASF Corp. 2-Methylimidazole is a catalyst that can be purchased from BASF Corp.

Pluronic 25R2 - блок-сополимер полиоксипропилен - полиоксиэтилен, который может быть закуплен на фирме BASF Corp. Pluronic 25R2 is a block copolymer of polyoxypropylene - polyoxyethylene, which can be purchased from BASF Corp.

KBF₄ - шлифующая добавка со средним размером частиц около 20 мкм, которая может быть закуплена на фирме Solvay.KBF ₄ is a grinding aid with an average particle size of about 20 microns, which can be purchased from Solvay.

Cab-O-Sil M5 - мореный кремнезем, который может быть закуплен на фирме Cabot Corporation. Cab-O-Sil M5 is a baked silica that can be purchased from Cabot Corporation.

Частицы
FRPL - плавленый Al₂O₃, который может быть закуплен на фирме Treibacher (P320 или P1000: марка (сорт) указана "P-числом").Particles
FRPL - fused Al ₂ O ₃ , which can be purchased from Treibacher (P320 or P1000: brand (grade) indicated by "P-number").

Calcined Al₂O₃ (40 мкм) (прокаленный Al₂O₃), который может быть закуплен на фирме Microabrasives Corporation.Calcined Al ₂ O ₃ (40 μm) (calcined Al ₂ O ₃ ), which can be purchased from Microabrasives Corporation.

Основы
3 мил майларовая (Mylar) пленка для офтальмологического применения.The basics
3 mil Mylar film for ophthalmic use.

5 мил майларовая пленка для работы с металлом. 5 mil mylar film for working with metal.

Полиэфирное полотно J-weight (веса J) с сюрлиновым (Surlyn) покрытием (Surlyn представляет собой ионсодержащий полимер SURLYN 1652-1, который может быть закуплен на фирме Du Font (США)). J-weight polyester fabric (weight J) with a surlyn (Surlyn) coating (Surlyn is an ion-containing polymer SURLYN 1652-1, which can be purchased from Du Font (USA)).

Составы абразивной смеси (см. табл. 1). The compositions of the abrasive mixture (see table. 1).

Методика приготовления состава
Мономерные или олигомерные компоненты перемешивают вместе в течение 5 минут с использованием высокоскоростного (1000 об/мин) срезающего смесителя. После этого полученный состав связующего смешивают с инициаторами, смачивающими веществами, пеногасителями, диспергентами и пр. После этого перемешивание продолжают еще 5 минут на той же самой скорости. Затем медленно добавляют компоненты в указанном далее порядке, с перемешиванием в течение 5 минут на скорости 1500 об/мин между добавками: суспендирующие агенты, шлифующие добавки, наполнители и абразивные частицы. После добавления абразивных частиц скорость перемешивания увеличивают до 2000 об/мин и перемешивание продолжают еще 15 минут. В течение этого времени тщательно контролируют температуру и скорость перемешивания уменьшают до 1000 об/мин при достижении температуры 40,6^oC.Method for preparing the composition
Monomeric or oligomeric components are mixed together for 5 minutes using a high speed (1000 rpm) shear mixer. After that, the resulting binder composition is mixed with initiators, wetting agents, defoamers, dispersants, etc. After that, stirring is continued for another 5 minutes at the same speed. Then the components are slowly added in the following order, with stirring for 5 minutes at a speed of 1500 rpm between additives: suspending agents, grinding additives, fillers and abrasive particles. After adding the abrasive particles, the stirring speed is increased to 2000 rpm and stirring is continued for another 15 minutes. During this time, the temperature is carefully controlled and the stirring speed is reduced to 1000 rpm when the temperature reaches 40.6 ^o C.

Нанесение состава
Полимерный состав может быть нанесен в виде покрытия на множество указанных ранее известных подложек. В этих случаях абразивную суспензию наносят с использованием способа ножевого покрытия, с регулируемым в соответствии с необходимостью зазором. Покрытие производят при комнатной температуре.Application of the composition
The polymer composition can be applied in the form of a coating on a variety of the previously mentioned known substrates. In these cases, the abrasive slurry is applied using a knife coating method, with a gap that is adjustable as required. The coating is carried out at room temperature.

Нанесение функциональных порошков и тиснение рельефа
Перед тиснением (выдавливанием) рельефа поверхностный слой суспензии модифицируют при помощи абразивных частиц с таким же (или меньшим) размером зерна, который был использован в самом составе. Наносят количество частиц, достаточное для образования единичного слоя, сцепленного неотвержденным компонентом связующего. Излишек порошка удаляют из слоя путем вибрации. Нанесение порошка производят при помощи обычного вибрационного способа с просеиванием.Application of functional powders and embossing
Before embossing (extruding) the relief, the surface layer of the suspension is modified using abrasive particles with the same (or smaller) grain size that was used in the composition itself. A sufficient amount of particles is applied to form a single layer adhered by the uncured binder component. Excess powder is removed from the layer by vibration. The application of the powder is carried out using a conventional vibratory sieving method.

После покрытия подложки неотвержденным составом суспензии и нанесения функционального порошка используют инструмент для тиснения желательного рельефа, позволяющий придать желательные конфигурации составу абразивного полимера и частиц. При тиснении используют стальной тыльный валик, который обеспечивает необходимую опору в ходе приложения давления стальным валиком тиснения. Для удаления сухого остатка или отдельных зерен, оставшихся после тиснения состава с измененной вязкостью в ячейках инструмента, используют стальную щетку. After coating the substrate with the uncured suspension composition and applying the functional powder, an embossing tool of the desired relief is used to give the desired configuration to the composition of the abrasive polymer and particles. When embossing, a steel back roller is used, which provides the necessary support during the application of pressure with a steel embossing roller. To remove the dry residue or individual grains remaining after embossing the composition with a changed viscosity in the tool cells, use a steel brush.

Отверждение
После нанесения (тиснения) рельефа на слое с измененной вязкостью подложку снимают с оснастки для тиснения и отправляют на участок отверждения. При термическом отверждении используют соответствующие средства. При активизации отверждения при помощи фотоинициаторов должен быть предусмотрен соответствующий источник излучения. При использовании УФ отверждения используют два источника мощностью по 300 Вт: D лампу и H лампу, причем дозу излучения контролируют за счет скорости прохождения под источниками подложки с рельефом. Для совокупности экспериментов, указанной в табл. 2, используют УФ излучение. Однако для Состава I за УФ отверждением сразу следует термическое отверждение. Такой процесс отверждения является адекватным для обеспечения окончательной размерной стабильности.Hardening
After applying (embossing) the relief on the layer with the changed viscosity, the substrate is removed from the embossing equipment and sent to the curing section. For thermal curing, appropriate means are used. When curing is activated by photoinitiators, an appropriate radiation source must be provided. When using UV curing, two sources with a power of 300 W each are used: a D lamp and an H lamp, and the radiation dose is controlled by the speed of passage under the sources of the substrate with a relief. For the set of experiments indicated in the table. 2, use UV radiation. However, for Composition I, UV curing immediately follows thermal curing. Such a curing process is adequate to provide ultimate dimensional stability.

В первом примере тиснение слоя производилось при помощи валика, на котором отгравированы ячейки в соответствии с рисунком "17 шестигранников". При этом получают рельеф с островками шестигранной формы. В каждом из этих случаев абразивные частицы были нанесены просеиванием на поверхность, для работы в качестве функционального порошка. В каждом случае в качестве состава абразив/связующее использовали Состав I. In the first example, the layer was embossed using a roller, on which cells were engraved in accordance with the figure “17 hexagons”. In this case, a relief with islands of a hexagonal shape is obtained. In each of these cases, abrasive particles were sieved onto the surface to function as a functional powder. In each case, Composition I was used as the abrasive / binder composition.

Во втором примере тиснение слоя производилось при помощи валика, на котором отгравированы ячейки в соответствии с рисунком "25 три-винтов". Использована такая же техника нанесения покрытия. In the second example, the layer was embossed using a roller, on which the cells were engraved in accordance with the figure of “25 three-screws”. The same coating technique is used.

В третьем примере тиснение слоя производилось при помощи валика, на котором отгравированы ячейки в соответствии с рисунком "45 пирамид", что для состава I дает рельеф изолированных пирамид с квадратным основанием. Модифицирование поверхности производили за счет нанесения частиц P1000 на такой же состав, что и использованный в первом и втором экспериментах. In the third example, the layer was embossed using a roller on which cells were engraved in accordance with the “45 pyramids” pattern, which for composition I gives the relief of isolated pyramids with a square base. Surface modification was performed by applying P1000 particles to the same composition as used in the first and second experiments.

Во всех трех экспериментах структуры поверхности с рельефом оставались практически неизменными от момента тиснения до полного отверждения связующего компонента. In all three experiments, the relief surface structures remained almost unchanged from the moment of embossing to the complete curing of the binder component.

В табл. 2 указаны также дополнительные примеры с использованием аналогичных конфигураций рельефа, но с измененным составом и с измененным содержанием абразива. Во всех случаях процесс изготовления идентичен трем первым примерам; однако производилось изменение полимерного состава и функциональных порошков. In the table. Figure 2 also shows additional examples using similar relief configurations, but with a modified composition and with a modified abrasive content. In all cases, the manufacturing process is identical to the first three examples; however, the polymer composition and functional powders were changed.

Валик для тиснения с рисунком "17 шестигранников" имеет ячейки глубиной 559 мкм, с равными сторонами 1000 мкм у вершины (сверху) и 100 мкм у основания. An embossing roller with a pattern of “17 hexagons” has cells with a depth of 559 μm, with equal sides of 1000 μm at the top (top) and 100 μm at the base.

Рисунок "25 три-винтов" представляет собой непрерывный канал, прорезанный под углом 45 градусов к оси валика, который имеет глубину 508 мкм и ширину раскрыва сверху 750 мкм. The "25 three-screws" pattern is a continuous channel cut at an angle of 45 degrees to the axis of the roller, which has a depth of 508 microns and an aperture width of 750 microns on top.

Рисунок "40 три-винтов" представляет собой непрерывный канал, прорезанный под углом 45 градусов к оси валика, который имеет глубину 335 мкм и ширину раскрыва сверху 425 мкм. The "40 three-screws" pattern is a continuous channel cut at an angle of 45 degrees to the axis of the roller, which has a depth of 335 μm and an aperture width of 425 μm from above.

Рисунок "45 пирамид" представляет собой ячейки в виде перевернутых пирамид с квадратным основанием, с глубиной 221 мкм и с размером боковой стороны 425 мкм. Figure "45 pyramids" is a cell in the form of inverted pyramids with a square base, with a depth of 221 microns and with a side size of 425 microns.

Испытания при проведении шлифования
Для указанных примеров были проведены два первичных вида испытаний на шлифование, с данными, приведенными в табл. 3-5. Первый вид испытания представляет собой испытание по Шифферу (Schieffer) до 600 оборотов при 8 фунтах постоянной нагрузки, с использованием полой заготовки с внешним диаметром 1,1 дюйма из нержавеющей стали марки 304, что создает эффективное давление шлифования 23,2 psi. Абразив с рельефом был разрезан на диски диаметром 4,5 дюйма, которые были установлены на стальной опорной плите. Как опорная плита, так и заготовка вращались по часовой стрелке, с соответствующими скоростями 196 и 200 об/мин. Потеря веса заготовки фиксировалась через каждые 50 оборотов и суммировалась по завершении 600 оборотов.Sanding Testing
For these examples, two primary types of grinding tests were carried out, with the data given in table. 3-5. The first type of test is a Schieffer test up to 600 revolutions at 8 pounds of constant load using a hollow billet with an external diameter of 1.1 inches from stainless steel grade 304, which creates an effective grinding pressure of 23.2 psi. The abrasive with relief was cut into 4.5-inch disks that were mounted on a steel base plate. Both the base plate and the workpiece rotated clockwise, with corresponding speeds of 196 and 200 rpm. The weight loss of the workpiece was recorded every 50 revolutions and was added at the end of 600 revolutions.

Второй способ испытания представляет собой микроабразивное испытание с кольцом. При проведении этого испытания кольца из чугуна с шаровидным графитом (внешний диаметр 1,75 дюйма, внутренний диаметр 1 дюйм и ширина 1 дюйм) проходили предварительную обдирку с использованием 60 мкм обычной шлифовальной пленки (шкурки), а затем сошлифовывались под давлением 60 psi при помощи абразива с рельефом. Абразив сначала был разделен на полосы шириной 1 дюйм; такая полоса прижималась к заготовке при помощи резиновых колодок. Заготовка вращалась со скоростью 100 об/мин и совершала колебания в перпендикулярном направлении с частотой 125 колебаний в минуту. Весь процесс шлифования проходил в смазочной ванне с масляным дистиллятом ОН200. Потерю веса заготовки регистрировали после каждых 10 оборотов и суммировали в конце испытания. The second test method is a microabrasive test with a ring. In this test, nodular cast iron rings (1.75 inch outer diameter, 1 inch inner diameter, and 1 inch width) were pre-ground using 60 μm conventional sanding film (sandpaper) and then ground under 60 psi using abrasive with relief. The abrasive was first divided into strips 1 inch wide; such a strip was pressed against the workpiece using rubber pads. The workpiece rotated at a speed of 100 rpm and vibrated in the perpendicular direction with a frequency of 125 vibrations per minute. The entire grinding process took place in a lubricating bath with OH200 oil distillate. The weight loss of the preform was recorded after every 10 revolutions and summarized at the end of the test.

В табл. 3 четко показано влияние типа функционального порошка и рельефа. При использовании в качестве контроля рельефа "45 пирамид" (частицы P320 в самом составе и частицы P1000 в качестве функционального порошка) было показано, что при использовании рельефа с широкими конфигурациями "17 шестигранников" получают небольшое увеличение полного среза. Во всех случаях при замене частиц Р1000 более крупными (грубыми) частицами Р320 получают дополнительное увеличение среза. Кроме того, рельеф "три-винт" обеспечивает большую производительность, чем рельеф с шестигранниками. In the table. Figure 3 clearly shows the effect of functional powder type and topography. When using the "45 pyramids" relief as a control (P320 particles in the composition itself and P1000 particles as a functional powder), it was shown that when using a relief with wide configurations, "17 hexagons" get a slight increase in the total cut. In all cases, when replacing P1000 particles with larger (coarse) P320 particles, an additional increase in cut is obtained. In addition, the tri-screw relief provides greater performance than the hexagon relief.

В последнем случае, когда функциональный порошок был образован смесью KBF₄ и P320, произошло критическое увеличение среза. Из приведенного набора данных ясно видно, что тип рельефа совместно с типом функционального порошка четко изменяет характеристики шлифования.In the latter case, when the functional powder was formed by a mixture of KBF ₄ and P320, a critical increase in cut occurred. From the above data set it is clearly seen that the type of relief, together with the type of functional powder, clearly changes the grinding characteristics.

В табл. 4 проведено сравнение абразивов с рельефом с обычным абразивом 40 мкм для зеркальной отделки (сравнительный пример C-1), который может быть закуплен на фирме Norton Co. (торговое название Q 151). Для обоих абразивов с рельефом отмечено существенное увеличение среза по сравнению с обычным абразивом, причем рельеф "25 три-винтов" обеспечивает более высокую производительность, чем более мелкий рельеф "40 три-винтов". In the table. Figure 4 compares relief abrasives with a conventional 40 micron mirror abrasive (comparative example C-1), which can be purchased from Norton Co. (trade name Q 151). For both abrasives with a relief, a significant increase in cut is noted compared with a conventional abrasive, and the relief of the “25 three-screws” provides higher performance than the smaller relief of “40 three-screws”.

В табл. 5 проведено сравнение абразивов с рельефом 40 мкм с обычным абразивом для случая применения при зеркальной отделке. И в этом случае при сравнении с обычным абразивом для зеркальной отделки (сравнительный пример C-1), который может быть закуплен на фирме Norton Co. (торговое название Q 151), абразив с рельефом показывает увеличение полного среза. Можно сделать общее заключение о том, что все абразивы с рельефом при испытаниях показали с самого начала более эффективную работу. In the table. 5, a comparison of abrasives with a relief of 40 μm with a conventional abrasive is made for the case of use in mirror finish. And in this case, when compared with a conventional mirror finish abrasive (comparative example C-1), which can be purchased from Norton Co. (trade name Q 151), an abrasive with a relief shows an increase in the total cut. We can make a general conclusion that all abrasives with a relief during testing showed more effective work from the very beginning.

Claims

1. A method of manufacturing a structured abrasive product, including the formation on the base material of the relief of the abrasive / binder composites adhered to the base material, the composites containing abrasive particles dispersed in the binder, while the functional powder is applied to the surface of the abrasive composites, followed by adhesion of this powder with the surface of the abrasive / binder composites.

2. The method according to claim 1, characterized in that the functional powder is applied until the curing of the binder composites is completely cured.

3. The method according to claim 1, characterized in that a second binder is applied to the surface of the structured abrasive product, then a functional powder, after which the binder is cured.

4. The method according to claim 1, characterized in that they use a functional powder with an average particle size of 1 to 150 microns.

5. The method according to claim 1, characterized in that the binder contains a radiation curable polymer or a thermally curable polymer, or a combination thereof.

6. The method according to claim 1, characterized in that the binder polymer contains a non-chemically active thermoplastic component.

7. The method according to claim 1, characterized in that the abrasive particles comprise 10 - 90% by weight of the composition of the composite.

8. The method according to claim 1, characterized in that the abrasive particles are selected from the group consisting of cerium, alumina, fused alumina / zirconia, silicon carbide, cubic boron nitride and diamond.

9. The method according to claim 1, characterized in that the abrasive / binder composite further comprises one or more additives selected from the group consisting of grinding additives, inert fillers, antistatic agents, lubricants, anti-salting agents and mixtures thereof.

10. The method according to claim 9, characterized in that the composition contains a grinding aid selected from the group consisting of cryolite, potassium tetrafluoroborate and mixtures thereof.

11. The method according to claim 3, characterized in that as the second binder use the same binder that is included in the composite abrasive / binder.

12. An abrasive structured product, comprising an abrasive / binder composite bonded to a base and bonded to it on a surface with abrasive particles dispersed in the cured binder, characterized in that it is made by the method according to one of claims 1 to 5.