TWI458818B - 研磨石、包含該研磨石的研磨件及該研磨件的製造方法 - Google Patents

Description

研磨石、包含該研磨石的研磨件及該研磨件的製造方法

本發明是有關於一種研磨石、含有其的研磨輪及其製造方法，特別是指一種含有硫化橡膠的研磨石、包含該研磨石的研磨件，及該研磨件的製造方法。

在大尺寸面板製程完成後，將會對其進行切割以得到預定尺寸之小尺寸面板。然而，在對玻璃面板進行切割時，卻會使玻璃面板上產生微小裂縫，且此裂縫處將會發生應力集中的現象，而使得玻璃面板的彎曲強度下降。目前用於提昇玻璃面板彎曲強度的方法主要有物理強化與化學強化兩種方式。化學強化是將切割後的玻璃面板浸入化學腐蝕液中，其缺點是腐蝕液可能會破壞玻璃面板線路，並可能危及使用者的安全。物理強化是利用研磨輪對玻璃面板進行玻璃倒角的拋光，或是利用研磨輪來消弭玻璃面板於切割時所產生的微小裂縫，以達到提昇玻璃面板彎曲強度的目的。

美國專利公開案第20070128995號揭示一種研磨石的組成及製造方法。此公開案的研磨石包含一由已熱交聯固化之橡膠粒子所構成的粒狀基質，以及分散於且結合至粒狀基質之研磨粒。製造該研磨石的方法則包含一混合步驟、一壓縮模塑步驟及一熱處理步驟。此公開案藉由混合、壓縮模塑及熱處理之物理方式來控制橡膠粒子與研磨粒間的結合力，使得磨耗的研磨粒可以完全的脫離，及新 鮮的研磨粒可以完全地暴露，達到拋光速度穩定的功效。但誠如此公開案[0046]及[0048]段的內容，當結合力太高時，研磨粒將不易脫離，因此結合力的高低需要透過精確地控制模塑壓力及熱處理溫度來控制。由此可以發現，當所使用的橡膠粒子種類、粒徑或硬度改變，或研磨石的尺寸改變時，模塑壓力及熱處理溫度等條件勢必需要再重新尋找及調整，因此，此公開案的方法可能尚無法符合目前業界之需求。

由上述可知，目前業界對於使研磨石中的研磨粒可以與橡膠良好地結合並於研磨時適度地脫落，以及使經研磨的待研磨物(如玻璃面板)的彎曲強度提昇等方面，仍需進行研究及開發。

因此，本發明之第一目的，即在提供一種符合上述業界需求的研磨石，且其中的研磨粒可以與橡膠良好地結合並於研磨時適度地脫落。

於是，本發明研磨石包含硫化橡膠，及分散在該硫化橡膠的多數研磨粒，其中，該硫化橡膠的含硫量範圍為10至30 wt%。

因此，本發明之第二目的，即在提供一種研磨件。

於是，該研磨件包含一具有一周壁的座體及一環繞該周壁的研磨石，該研磨石是如上所述。

因此，本發明之第三目的，即在提供一種研磨件的製造方法。

於是，本發明研磨件的製造方法包含一第一混煉步驟、一第二混煉步驟，及一熱壓成型步驟。其中，該第一混煉步驟是用於製得一混合物，該混合物包括橡膠及多數研磨粒；該第二混煉步驟是用以製得一研磨石組成物，該研磨石組成物包括該混合物及硫化劑；該熱壓成型步驟是將一座體與該研磨石組成物放入一模具內，並予以熱壓，該研磨石組成物於模具內硫化及成型製得一研磨件。

在本發明研磨石中，研磨粒均勻地分散在該硫化橡膠，且由於本發明研磨石中的硫化橡膠含有10至30 wt%的含硫量範圍，因此當本發明研磨石進一步製作成研磨件並對一因切割而造成彎曲強度降低的待研磨物進行研磨時，研磨石中的研磨粒會適度地脫落且分散於拋光液(例如：水)中，進而形成一均勻分散的研磨漿料，此研磨漿料有助於後續待研磨物的拋光，同時可讓經研磨後之待研磨物的彎曲強度提昇。

另外，本發明研磨件的製造方法是先將未硫化的橡膠與研磨粒均勻混煉後，再進行該橡膠的硫化交聯反應以形成硫化橡膠，除了能使研磨粒均勻分散於該硫化橡膠外，更有助於適當控制該硫化橡膠的交聯程度，使該硫化橡膠與該研磨粒間具有合宜的結合力，並進而讓該等研磨粒於研磨進行時均勻脫落，達到較佳的研磨效果。

於本文中，該橡膠指的是含有不飽和鍵(如碳-碳雙鍵)且可進行硫化之橡膠。該硫化橡膠指的是已硫化的橡膠。

本發明研磨石包含硫化橡膠(vulcanized rubber)及分散在該硫化橡膠中的多數研磨粒，其中，該硫化橡膠的含硫量範圍為10至30 wt%。

較佳地，該硫化橡膠的含硫量範圍為15至30 wt%。

較佳地，以該研磨石的總重量為100 wt%，該硫化橡膠的含量範圍為10至30 wt%，該等研磨粒的含量範圍為70至90 wt%。

更佳地，以該研磨石的總重量為100 wt%，該硫化橡膠的含量範圍為10至20 wt%，該等研磨粒的含量範圍為80至90 wt%。

較佳地，該研磨石的蕭氏D硬度範圍為70至90。

本發明研磨件包含一具有一周壁之座體，及一環繞該周壁的研磨石，該研磨石是如上所述，故不再贅述。

本發明研磨件用於玻璃拋光強化時，適用本領域所常用的各種使用條件，例如：拋光液的種類、研磨件轉速等並無特殊限制。

本發明研磨石中的硫化橡膠的含硫量範圍為10至30 wt%，使得硫化橡膠與研磨粒間的結合力適當，因此當本發明研磨石進一步製作成研磨件並對一因切割而造成彎曲強度降低的待研磨物進行研磨時，研磨石中的研磨粒會適度地脫落。且值得一提的是，當使用本發明研磨件對該待研磨玻璃進行拋光強化時，本發明研磨件在與該待研磨玻璃接觸的瞬間會有研磨粒脫落而與拋光液(例如：水)混合而形成一均勻分散的研磨漿料，進而對該待研磨玻璃進行拋光 強化，且該待研磨玻璃在拋光後的平均彎曲強度回復率範圍是50%至95%。

本發明研磨件的製造方法包含一第一混煉步驟、一第二混煉步驟，及一熱壓成型步驟。以下將逐一針對每個步驟進行說明：

[第一混煉步驟]

該第一混煉步驟是用於製得一混合物，該混合物包括橡膠及多數研磨粒。於本發明製造方法的具體例中，該混合物還包括一活性劑。該第一混煉步驟能在各種用於混煉的機器中進行，例如但不限於：雙輥筒、萬馬力機、利拿捏合機、塑譜儀等，該第一混煉步驟的混煉溫度範圍為50℃至200℃，混煉時間為5分鐘至30分鐘。

[第二混煉步驟]

該第二混煉步驟是用以製得一研磨石組成物，該研磨石組成物包括該混合物及硫化劑。於本發明製造方法的具體例中，該研磨石組成物還包括一硫化助劑。該第二混煉步驟能在各種用於混煉的機器中進行，例如但不限於：雙輥筒、萬馬力機、利拿捏合機、塑譜儀等，該第二混煉步驟的混煉溫度範圍為30℃至100℃，混煉時間為5分鐘至30分鐘。

[熱壓成型步驟]

該熱壓成型步驟是將一座體與該研磨石組成物放入一模具內，並予以熱壓，該研磨石組成物於模具內硫化及成型製得一研磨件。該熱壓成型時的壓力範圍為30 kgf/cm² 至 100 kgf/cm² ，溫度範圍為100℃至200℃，時間為10分鐘至30分鐘。於本發明製造方法的具體例中，該座體為一鋁圈，且該研磨件為研磨輪。

以下將分別針對本發明研磨件的製造方法所使用的各個組份進一步說明：

[橡膠]

適用於本發明製造方法的橡膠，例如但不限於：苯乙烯-丁二烯橡膠(styrene-butadiene rubber，簡稱SBR)、天然橡膠(natural rubber，簡稱NR)、順式-1,4-聚丁二烯橡膠(cis-polybutadiene rubber，簡稱BR)、丁腈橡膠(nitrile butadiene rubber，簡稱NBR)或乙烯丙烯橡膠(ethylene propylene rubber，簡稱EPDM)，較佳地，上述橡膠的雙鍵含量範圍在7至15 mole/kg。於本發明製造方法的具體例中，所使用的橡膠是苯乙烯-丁二烯橡膠，且該苯乙烯-丁二烯橡膠的雙鍵含量為14.2 mole/kg。

[研磨粒]

適用於本發明製造方法的研磨粒例如但不限於：CeO₂ 、Fe₂ O₃ 、TiO₂ 、ZrO₂ 、SiO₂ 等，較佳地，上述研磨粒的粒徑D50範圍為0.1 μm至2 μm。於本發明製造方法的具體例中，該研磨粒為CeO₂ ，且粒徑D50為0.9 μm。較佳地，以該橡膠的總使用量為100重量份計，該等研磨粒的使用量範圍為500重量份至1300重量份。更佳地，以該橡膠的總使用量為100重量份計，該等研磨粒的使用量範圍為700重量份至1200重量份。

[硫化劑]

適用於本發明製造方法的硫化劑(vulcanizing agent)為能與橡膠進行硫化交聯反應以形成硫化橡膠的試劑，例如但不限於：硫磺、秋蘭姆硫化劑(Thiuram)。於本發明製造方法的具體例中，所使用的硫化劑為純度80%的硫磺。

較佳地，以該橡膠的總使用量為100重量份計，該硫化劑的使用量範圍為25至60重量份。更佳地，以該橡膠的總使用量的重量為100重量份計，該硫化劑的使用量範圍為30至55重量份。

[活性劑]

本發明製造方法使用的活性劑(vulcanization activator)為能促進硫化交聯反應進行的試劑，例如但不限於：氧化鋅、碳酸鋅、氧化鎂、硬脂酸、硬脂酸鋅、亞油酸、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺、二甘醇、聚乙二醇等。上述活性劑的選用及使用量是視所使用的橡膠種類與用量，及硫化劑的種類與用量而調整。

[硫化助劑]

本發明製造方法使用的硫化助劑(vulcanization accelerator)為能促進硫化交聯反應進行的試劑，例如但不限於：噻唑類(thioazole)、次磺醯胺類(sulphenamide)、秋蘭姆類(thiuram)、二硫胺基甲酸鹽類(dithiocarbamate)、胍類(guanidine)及硫脲類(thiourea)。其中，噻唑類的例子為：2-氫硫苯并噻唑(2-mercaptobenzothiazole，簡稱M)、二硫化二苯并噻唑(dibenzothiazole disulfide)；次磺醯胺類的例子 為：N-環己基-2-苯并噻唑次磺醯胺(N-cyclohexyl-2-benzothiazole sulphenamide，簡稱CZ)；秋蘭姆類的例子為：一硫化四甲基秋蘭姆(tetramethyl thiuram monosulfate，簡稱TMTM)；二硫胺基甲酸鹽類的例子為：二甲基二硫胺基甲酸鋅(zinc dimethyldithiocarbamate，簡稱PZ)；胍類的例子為：二苯胍(diphenyl guanidine，簡稱DPG)；硫脲類的例子為：N,N'-二乙基硫脲(N,N’-diethyl thiourea，簡稱DETU)。上述硫化助劑的選用及使用量是視所使用的橡膠種類與用量，及硫化劑的種類與用量而調整。

本發明研磨件的製造方法先將橡膠、研磨粒及活性劑混煉，有利於較多量的研磨粒均勻分散在橡膠間，接著再加入使用量範圍為25至60重量份的硫化劑及硫化助劑，並於熱壓成型的過程中使橡膠與硫化劑進行硫化交聯反應，使得硫化劑中的硫在該橡膠間形成鍵結而形成含硫量10至30 wt%的硫化橡膠。藉著控制硫化橡膠的硫化交聯程度，使得硫化橡膠與研磨粒間具有良好的結合力。相較於使用已硫化交聯的橡膠與研磨粒先混合，再利用壓力與溫度來控制橡膠與研磨粒間的結合力的製法，使用本發明研磨件的製造方法能適用於製作各式形狀及尺寸的研磨件，而不需再針對不同形狀及尺寸的研磨件改變製程條件。且所製得的研磨件中的硫化橡膠與研磨粒能具有良好的結合力，研磨粒於研磨時能適度脫落，脫落的研磨粒還能分散於拋光液(例如：水)中，形成一均勻分散的研磨漿料。使用本發明研磨件對一因切割而造成彎曲強度降低的待研磨物 進行拋光，該經研磨後之待研磨物的彎曲強度亦能獲得提昇。

本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

<實施例> [實施例1]

第一混煉步驟：將100 g的苯乙烯-丁二烯橡膠(以下簡稱SBR，雙鍵含量為14.2 mole/kg)置於6吋雙輥筒(廠商：金乃和工業有限公司，型號：ML1-2-1)的滾輪上壓延，使SBR圍繞輥筒成圈後，慢慢加入750 g的二氧化鈰(廠商：中國包鋼，白色粉末，粒徑D50=0.9 μm)，及活性劑(8 g的氧化鋅及2.5 g的硬脂酸)，接著以打三角包方式將SBR、二氧化鈰及活性劑混煉均勻得到一混合物，接著將該混合物壓延成一薄片後冷卻備用，混煉溫度50℃至100℃，混煉時間約10分鐘至20分鐘。

第二混煉步驟：將該薄片放置於6吋雙輥筒(廠商：金乃和工業有限公司，型號：ML1-2-1)的滾輪上，調整雙輥筒的輥距使得該薄片可在雙輥筒上圍繞成圈，慢慢加入50 g的不溶性硫磺(廠商：Flexsys，型號：IS-OT-20，純度：80%)，及2.5 g的二硫化二苯并噻唑(硫化助劑)，以打三角包方式操作至少10次後得到一研磨石組成物備用，混煉溫度30℃至100℃，混煉時間約10分鐘至20分鐘。。

熱壓成型步驟：先將一模具(尺寸：Φ 115 mm，t10 mm) 於160℃下預熱2小時後，取出該模具，並控制該模具溫度維持在160±5℃下，接著在該模具內放入一鋁圈(尺寸：Φ 84mm、t10 mm)及該研磨石組成物，於壓力90±10 kgf/cm² 、溫度160±5℃下進行硫化及壓製成型15分鐘，即製得一研磨輪(尺寸：Φ 115 mm、t10 mm)。

[實施例2至3、比較例1至2]

實施例2至3及比較例1至2是以類似於製備實施例1研磨輪的方式製備，其中，各組分的用量如表1所示。

[性質測試]

將實施例1至3及比較例1至2的研磨輪分別進行以下測試。為方便描述量測過程，下面以實施例1的研磨輪進行說明，其餘實施例及比較例皆依照相同方式進行量測。測試結果如表1所示：

1.蕭氏D硬度

以雙手固定住硬度計(廠商：TECLOOK，型號：GS-702N單針型)的加壓面(壓針面)，從實施例1研磨輪的正上方以穩定的速度將硬度計垂直壓放在實施例1研磨輪的平面上。當硬度計的加壓面與實施例1研磨輪緊密接觸後，立即讀取最大值，此最大值即為實施例1研磨輪的「蕭氏D硬度」。可由蕭氏D硬度監控研磨輪中的橡膠的交聯程度與研磨粒含量，蕭氏D硬度範圍在70至90的研磨輪，代表於研磨時研磨輪中的研磨粒能良好地脫落。

2.粉碎性

利用砂紙(型號：320CW)摩擦實施例1研磨輪，收集從 實施例1研磨輪掉下的碎屑直至收集到固定重量，並利用光學顯微鏡觀察研磨輪碎屑的顆粒大小，同時透過以下粉碎性測試來觀察碎屑拍平之後的體積，碎屑拍平之後的體積越小表示研磨輪的顆粒越細，粉碎性越好。粉碎性測試：將碎屑放入一樣品瓶(商品名：eppendorf)中，接著敲打該樣品瓶，使碎屑的體積緊密至該樣品瓶的1 mL標示處，秤量碎屑淨重，即可計算碎屑的密度，當碎屑的密度大於1.1 g/cm³ 時，代表研磨輪的粉碎程度符合業界需求，粉碎性測試結果記錄為「○」。反之，粉碎性測試結果記錄為「X」。當粉碎性測試結果為「○」，表示研磨輪中的研磨粒於研磨時會適量脫落，而有利於後續待研磨物的拋光強化。

3.平均彎曲強度及平均彎曲強度回復率

將粉碎性測試結果為「○」的研磨輪按照以下步驟對待研磨玻璃進行研磨：使用標準測試方法：ASTM C158。

將一因切割而使得彎曲強度降低的4吋鈉鈣玻璃(soda-lime，未切割前的彎曲強度為650至700 MPa)以鑽石砂輪(1000目數)進行倒角研磨將切割產生的小裂縫磨除(研磨條件：鑽石砂輪轉速為3000 RPM，磨邊速度為10 mm/s，磨邊量為100±20 μm)，即得到一經前處理的待研磨玻璃。接著，利用實施例1研磨輪對5片經前處理的待研磨玻璃進行倒角研磨(研磨條件：研磨輪轉速為3000 RPM，研磨液為水，磨邊速度為10 mm/s，磨邊量為150±50 μm)，得到5 片研磨後的玻璃。將5片研磨後的玻璃分別置於一具有上跨矩與下跨矩的測試平台上進行四點彎曲實驗，紀錄每一片研磨後的玻璃破裂時的最大下壓力即可換算出每一片研磨後玻璃的彎曲強度，最後再將得到的數據進行平均，可獲得研磨後玻璃的平均彎曲強度。

再藉由下列公式就可以得到玻璃的平均彎曲強度回復率：平均彎曲強度回復率=(研磨後玻璃的平均彎曲強度÷未切割前玻璃的彎曲強度)x 100%

研磨時若研磨輪中的研磨粒不能適度地脫落，則經拋光強化後的玻璃無法達到較佳的平均彎曲強度回復率。故玻璃的平均彎曲強度回復率能用來判斷研磨輪中的研磨粒是否適量脫落並同時符合後續拋光強化的需求。

表1的結果顯示，比較例1因硫化劑的使用量僅為10.8重量份，使得研磨石中硫化橡膠的含硫量只有6.4 wt%，硫化橡膠的硫化交聯程度低，故粉碎性及蕭氏D硬度不佳，因此無法對待研磨玻璃進行倒角研磨。而比較例2的研磨輪除了因硫化劑的使用量僅為10重量份，使得研磨石中硫化橡膠的含硫量只有6.5 wt%，硫化橡膠的硫化交聯 程度低造成粉碎性及蕭氏D硬度不佳，更因為研磨粒的使用量只有250重量份，使得研磨石的蕭氏D硬度只有21，以致無法對待研磨玻璃進行倒角研磨。相較之下，實施例1至3的研磨輪因硫化劑使用量範圍在25至60重量份，使得硫化橡膠的含硫量範圍在10至30 wt%，硫化橡膠的硫化交聯程度適當，而具有蕭氏D硬度高及粉碎性佳的性質，所以使用實施例1至3的研磨輪對待研磨玻璃進行倒角研磨，能回復待研磨玻璃的彎曲強度至接近未進行切割前的彎曲強度，提昇玻璃的平均彎曲強度回復率，達到良好的玻璃強化效果。

綜上所述，本發明製造方法能使研磨粒均勻地分散在硫化橡膠中，並藉由添加硫化劑使用量範圍在25至60重量份控制硫化橡膠的交聯程度，使硫化橡膠的含硫量範圍在10至30 wt%，所製得的本發明研磨件於研磨時能適度地讓研磨石之研磨粒脫落。使用本發明研磨件對一因切割而造成彎曲強度降低的待研磨物進行研磨時，能使經研磨後之待研磨物的彎曲強度獲得提昇。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

圖1是一流程圖，說明本發明研磨件之製備方法的流程。

Claims (10)

1. 一種研磨石包含：硫化橡膠；及分散在該硫化橡膠的多數研磨粒；其中，該硫化橡膠的含硫量範圍為10至30 wt%。
2. 如請求項1所述之研磨石，其中，以該研磨石的總重量為100 wt%，該硫化橡膠的含量範圍為10至30 wt%，該等研磨粒的含量範圍為70至90 wt%。
3. 如請求項1所述之研磨石，其中，該硫化橡膠的含硫量範圍為15至30 wt%。
4. 如請求項2所述之研磨石，其中，以該研磨石的總重量為100 wt%，該硫化橡膠的含量範圍為10至20 wt%，該等研磨粒的含量範圍為80至90 wt%。
5. 如請求項1所述之研磨石，其中，該研磨石的蕭氏D硬度範圍為70至90。
6. 一種研磨件，包含：一具有一周壁的座體；及一環繞該周壁且如請求項1至5中任一項所述之研磨石。
7. 如請求項6所述之研磨件，是用於對一玻璃進行拋光，且該玻璃在拋光後的平均彎曲強度回復率範圍是50%至95%。
8. 一種研磨件的製造方法，包含：一第一混煉步驟，用於製得一混合物，該混合物包 括橡膠及多數研磨粒；一第二混煉步驟，用以製得一研磨石組成物，該研磨石組成物包括該混合物及硫化劑；及一熱壓成型步驟，將一座體與該研磨石組成物放入一模具內並予以熱壓，該研磨石組成物於模具內硫化及成型製得一研磨件。
9. 如請求項8所述之研磨件之製造方法，其中，以該橡膠的總使用量為100重量份計，該硫化劑的使用量範圍為25至60重量份。
10. 如請求項8所述之研磨件之製造方法，其中，以該橡膠的總使用量為100重量份計，該等研磨粒的使用量範圍為500至1300重量份。