專利名稱：用于在玻璃上得到透明表面光潔面的磨料制品的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于拋光玻璃的磨料制品以及使用該磨料制品的方法。
已有技術(shù)的討論玻璃制品在家居、辦公室和工廠中隨處可見，其形式有透鏡、棱鏡、鏡子、CRT屏等。許多的這些玻璃表面被用于光學(xué)元件中，這就需要這些表面是光學(xué)透明且沒有可見的缺陷和/或不完整。如果存在缺陷、不完整，即使是微小劃痕，也會抑制玻璃制品的光學(xué)透明度。在一些例子中，這些缺陷、不完整和/或微小劃痕可能抑制透過玻璃正確觀察的能力。因此，需要玻璃表面基本上不含任何缺陷、不完整和/或劃痕。
許多玻璃元件是弧形或者含有與其相關(guān)的半徑。這些半徑和弧形通常是在玻璃成形工藝中產(chǎn)生的。然而，玻璃成形工藝可能使得在玻璃的外表面上存在缺陷(如模線、粗糙表面、小點和其它小缺陷)。這些缺陷和/或不完整無論怎么小都會影響玻璃的光學(xué)透明度。廣泛地應(yīng)用研磨方法以除去這些不完整和/或缺陷。這些研磨方法通?？煞譃槿齻€主要類型研磨、精修(fining)和拋光。
研磨步驟通過用磨具粗磨玻璃元件進一步完善了所需的弧形或半徑，并除去了任何鑄造缺陷。磨具通常含有超硬的磨粒(如金剛石、碳化鎢或立方氮化硼)。所得玻璃表面通常具有大致所需的曲率。然而，這一粗磨工藝所用的磨具會在玻璃表面上留下粗劃痕，致使所得玻璃表面既不足夠精確也不足夠光滑以直接拋光成光學(xué)透明的狀態(tài)。
第二個步驟稱為精修。精修步驟的目的是對由粗磨工藝產(chǎn)生的粗劃痕進行修整。這一精修步驟通常能去除粗磨造成的深劃痕，得到雖未經(jīng)拋光但基本上光滑的表面。精修工藝也應(yīng)該能充分地除去粗劃痕以使玻璃表面能夠被拋光成光學(xué)透明的表面。如果該精修步驟不除去所有的粗劃痕，那么要拋光步驟除去這些劃痕得到光學(xué)透明的表面是非常困難的。
精修步驟通常用松散的磨粉漿來進行。松散的磨粉漿包含分散在液態(tài)介質(zhì)(如水)中的許多磨粒。用于松散磨粉漿的最普通的磨粒是浮石、碳化硅、氧化鋁等。松散磨粉漿可任選地含有其它添加劑，如分散劑、潤滑劑、消泡劑等。在大多數(shù)情況下，將松散磨粉漿泵壓至玻璃工件和研磨墊之間，使得松散磨粉漿存在于這兩者之間。研磨墊可以用任何材料制得，如橡膠、泡沫材料、聚合物材料、金屬、鋼等。一般來說，玻璃工件和研磨墊會相對轉(zhuǎn)動。這一精修過程通常包括一個或多個步驟，每一個步驟會在玻璃工件上逐漸產(chǎn)生越來越細(xì)的表面光潔面(surfacefinish)。更精細(xì)的表面光潔面可以通過各種方法來得到，包括使用較柔軟的磨粒、較小的磨粒、較柔軟的研磨墊材料和/或不同的加工條件。光學(xué)元件在精修工藝后得到的表面光潔度通常約為0.06-0.13微米(Ra)和/或Rtm大于約0.30至0.90微米。
表面的粗糙度通常是由劃痕或劃痕圖案造成的，它們是肉眼可見或不可見的。劃痕圖案可以定義為表面上一系列的凸起和凹陷。Rtm和Ra是磨料工藝中常用的粗糙度的量度。然而，精確的度量方法會隨評價表面粗糙度使用的儀器類型而變化。本文中所用的Rtm和Ra測量結(jié)果是以使用商品名為SURTRONIC 3的Rank Taylor Hobson(Leicester，England)表面光潔度儀進行的測量方法為基礎(chǔ)的。
Ra的定義是平均粗糙高度的數(shù)值，它是表面凹凸不平的輪廓與表面平均線之間偏差的算術(shù)平均值。在Rank Taylor Hobson儀器設(shè)定的評價長度范圍內(nèi)測量表面平均線以上和以下的多處位置。Ra和Rtm(定義如下)用表面光潔度儀探針進行測量，所述探針是半徑為5微米的針尖為金剛石探針，測量結(jié)果以微米(m)為單位表示?？傆嬤@些偏差的測量結(jié)果，然后除以測量數(shù)，得到平均值。通常Ra值越小，光潔面越光滑。
Rt的定義是凸起至凹陷間的最大高度值。Rtm是在相繼的5個評價長度進行測量，將每一評價長度測得的凸起凹陷間最大高度值平均而得的值。一般來說，Rtm值越小，光潔面越光滑。在不同牌號的市售表面光潔度儀上進行對相同光潔度的玻璃表面的測量時，可能但不必然發(fā)生Ra和Rtm值的稍微變化。
整個工藝的第三步是拋光步驟，它在玻璃制品上產(chǎn)生更光滑、光學(xué)透明的表面。在大多數(shù)情況下，這一拋光步驟用松散磨粉漿進行，因為松散磨粉漿通常能得到光學(xué)透明的表面，而基本上沒有缺陷、不完整和/或微小劃痕。松散磨粉漿通常包含分散在水中的二氧化鈰磨粒。
雖然松散磨粉漿廣泛應(yīng)用于精修和拋光步驟，在玻璃制品上提供光學(xué)透明的表面光潔面，但是松散磨粉漿仍有許多缺點。這些缺點包括處理所需的大量磨粉漿不方便，需要攪拌防止磨粒沉降和確保拋光界面上磨粒的均勻濃度，需要額外的設(shè)備來制備、加工和處理或回收和再循環(huán)松散磨粉漿。此外，對磨粉漿本身也必須定期分析以確保其質(zhì)量和分散穩(wěn)定性，這又需要額外耗費工時。而且，泵頭、閥門、進料管、研磨墊以及磨粉漿供應(yīng)設(shè)備中與松散磨粉漿接觸的其它部件最終都會顯示不希望有的磨損。此外，使用磨粉漿的步驟通常很不整潔，因為松散磨粉漿是粘性液體，容易濺散，難以盛裝。
可以理解，已經(jīng)有人嘗試用具有研磨涂層的拋光用磨料代替松散磨粉漿進行精修和拋光步驟，并取得了一些成功。具有研磨涂層的拋光用磨料通常包含一塊背襯，背襯上粘合有磨料涂層。該磨料涂層包含分散在粘合劑中的許多磨粒。例如，美國專利Nos.4,255,164(Butzke等)、4,576,612(Shukla等)、4,733,502(Braun)和歐洲專利申請No.650,803揭示了多種磨料制品和拋光方法。描述具有研磨涂層的拋光用磨料制品的其它參考文獻包括美國專利Nos.4,644,703(Kaczmarek等)、4,773,920(Chasman等)和5,014,468(Ravipati等)。然而，具有研磨涂層的拋光用磨料并沒有全面地替代松散磨粉漿。在一些情況下，具有研磨涂層的拋光用磨料不能得到光學(xué)透明且基本上無缺陷、不完整和/或微小劃痕的表面。在另一些情況下，具有研磨涂層的拋光用磨料需要較長時間對玻璃制品進行拋光，因此使用松散磨粉漿的成本有效性反而更高。同樣在一些情況下，具有研磨涂層的拋光用磨料的壽命并沒有長得足以證明它雖然成本高于松散磨粉漿卻是物有所值的。因此在一些情況下，具有研磨涂層的拋光用磨料不如松散磨粉漿在經(jīng)濟上合乎要求。
玻璃工藝上需要的磨料制品是沒有與松散磨粉漿有關(guān)的缺點，但能夠在合理時間內(nèi)有效且經(jīng)濟地將玻璃表面拋光至光學(xué)透明的表面，以使其基本上沒有不完整、缺陷和/或劃痕。
發(fā)明的概述本發(fā)明的一個方面是用于拋光玻璃工件的磨料制品。該磨料制品包含一塊背襯和粘合在該背襯的一個表面上的至少一層三維磨料涂層，該涂層較好包含分散在粘合劑中的金剛石顆粒。
至少一層三維磨料涂層較好包含許多復(fù)合磨料。許多復(fù)合磨料可以是有明確形狀的復(fù)合磨料、形狀不規(guī)則的復(fù)合磨料，或者是形狀大致為有平頂?shù)慕乩忮F的有明確形狀的復(fù)合磨料。有明確形狀的復(fù)合磨料較好的是底部所占表面積大于頂部至多60％，更好為至多40％，最好為至多20％。
粘合劑較好的是由包含烯屬不飽和樹脂(如丙烯酸酯樹脂)的粘合劑前體形成的。更好的是所述粘合劑前體包含聚氨酯丙烯酸酯低聚物(urethane acrylateoligomer)、烯屬不飽和單體以及它們的共混物。烯屬不飽和單體較好的是選自單官能的丙烯酸酯單體、雙官能的丙烯酸酯單體、三官能的丙烯酸酯單體，以及它們的混合物。粘合劑前體較好包含約30-70重量份的聚氨酯丙烯酸酯單體和約70-30重量份的烯屬不飽和單體；較好的是包含約34-65重量份的聚氨酯丙烯酸酯低聚物和約46-54重量份的烯屬不飽和單體；最好的是約50重量份的聚氨酯丙烯酸酯低聚物和約50重量份的烯屬不飽和單體。
磨粒較好包含金剛石磨粒。金剛石顆?？梢匀芜x地與其它非金剛石硬性磨粒、軟性無機磨粒以及它們的混合物相混合。磨粒的平均粒度較好的約為0.01-300微米，更好約為5-150微米，最好約為9-80微米。
在本發(fā)明的一個實施方案中，磨料制品能夠使用RPP方法(其拋光時間約為25秒)將玻璃試驗坯上約為1.2微米或更高的初始Ra降至約為0.7微米或更低的最終Ra。較好的是磨料制品所包括的金剛石顆粒的平均粒度約為74微米。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，磨料制品能夠使用RPP方法(其拋光時間約為25秒)將玻璃試驗坯上約為0.2微米或更高的初始Ra降至約為0.12微米或更低的最終Ra。較好的是磨料制品所包括的金剛石顆粒的平均粒度約為30-45微米。
在本發(fā)明的再一個實施方案中，磨料制品能夠使用RPP方法(其拋光時間約為25秒)將玻璃試驗坯上約為0.05微米或更高的初始Ra降至約為0.05微米或更低的最終Ra。較好的是磨料制品所包括的金剛石顆粒的平均粒度約為9-15微米。
這些磨料制品可以在玻璃拋光體系中順序地用來拋光玻璃工件，能夠得到非常精細(xì)的表面光潔面。
RPP試驗方法″RPP″方法使用安裝有″Buehler Ecomet 2″動力頭的″Buehler Ecomet 4″可變速研磨-拋光機(兩者均購自Buehler Industires，Ltd. ofLake Bluff，Ill)。使用以下條件進行該試驗馬達速度設(shè)定在500rpm，玻璃試驗坯(glass test blank)表面積上的力為50磅，約為7.1psi(約50kPa)。
所用的玻璃試驗坯是平坦的圓形玻璃試驗坯，其直徑為7.62厘米(3英寸)、厚度約為1.0厘米，購自Corning Glass Co.，商品名為CORNING#9061。將該玻璃材料放入研磨-拋光機的動力頭中。研磨-拋光機的12英寸鋁平臺逆時針旋轉(zhuǎn)，而其中固定了玻璃試驗坯的動力頭以35rpm順時針旋轉(zhuǎn)。
將待試驗的磨料制品沖切成20.3厘米(8.0英寸)直徑的圓，用壓敏粘合劑直接粘合到擠壓的板坯泡沫體聚氨酯背襯墊，其肖氏A硬度約為90硬度。聚氨酯背襯墊粘合在厚度約為30毫米的擠壓板坯敞開微孔軟泡沫墊上。將這一組合墊放在研磨機/拋光機的鋁平臺上。向磨料制品以約3升/分鐘的流量噴灑自來水，在磨料制品表面和玻璃試驗坯之間提供潤滑作用。
為了在玻璃試驗坯上得到基本上相同的初始表面光潔度(即在用磨料制品進行拋光之前)，用3M(St. Paul，MN)出售的商品名為″3M Flexible Diamond M125″的金屬粘合的金剛石磨料制品對每塊玻璃試驗坯進行研磨。這些金剛石顆粒的平均粒度約為125微米。
用購自Taylor Hobson(Leicester，England)的商品名為SURTRONIC 3(112/1518-822323)的金剛石探針的表面光潔度儀評價玻璃試驗坯上的初始表面光潔度。并記錄玻璃試驗坯的初始重量。用于評定本發(fā)明磨料制品的初始表面光潔度(或Ra值)通常落在三種范圍內(nèi)約1.2微米或更高，約0.2微米或更高，約0.05微米或更高。
使用上述研磨機/拋光機對玻璃試驗坯進行拋光。該研磨機/拋光機的拋光時間設(shè)定為15秒或10秒。然而，磨料制品與玻璃試驗坯表面的實際接觸時間可以高于該設(shè)定時間，因為研磨機/拋光機是從磨料制品在玻璃試驗坯表面上穩(wěn)定后才開始計時的。也就是說，磨料制品可能在玻璃表面上發(fā)生一些振動或跳動，而研磨機/拋光機是從磨料制品和玻璃表面之間的接觸基本恒定時才開始計時的。因此，實際的拋光時間(即磨料制品與玻璃表面間的接觸時間)約為25秒或更少。拋光之后，記錄最終的表面光潔度和最終的重量。在整個拋光時間(″X″，秒)內(nèi)的玻璃試驗坯的重量變化被稱為“切削率”，單位是克(玻璃的切削量)/″X″秒。
應(yīng)該理解，按照以上方法將玻璃工件拋光至Ra值所需的實際時間(率)會隨許多因素而變化，例如所用的拋光儀器、磨料制品下面的背襯墊、磨料旋轉(zhuǎn)的速度、待拋光表面的大小、接觸壓力、磨粒的粒度、待拋光表面的初始狀態(tài)等。每種上述RPP方法都簡單地提供了一種基線性能特征，它能用于將本發(fā)明的制品和方法與常規(guī)玻璃拋光技術(shù)進行比較。
本發(fā)明的另一方面是一種對玻璃工件進行拋光的方法，它包括將具有初始Ra的玻璃工件與上述磨料制品接觸，在玻璃工件和磨料制品間的界面上施用液體，使玻璃工件和磨料制品相對移動，將初始Ra降低至最終Ra。
在一個實施方案中，該方法包括采用RPP方法(其拋光時間約為25秒)使初始Ra約為1.2微米或更高的玻璃工件與一種能夠從玻璃試驗坯上除去約0.75克玻璃坯料的磨料制品接觸，將初始Ra降低至約為0.7微米或更小的最終Ra。較好的是，磨料制品包含分散在粘合劑中的金剛石顆粒。更好的是磨料顆粒的平均粒度約為74微米。
在另一個實施方案中，該方法包括采用RPP方法(其拋光時間約為25秒)使初始Ra約為0.2微米或更高的玻璃工件與一種能夠從玻璃試驗坯上除去約0.2克玻璃坯料的磨料制品接觸，將初始Ra降低至約為0.05微米或更小的最終Ra。較好的是，磨料制品包含分散在粘合劑中的金剛石顆粒。更好的是磨料顆粒的平均粒度約為30-45微米。
在再一個實施方案中，該方法包括采用RPP方法(其拋光時間約為25秒)使初始Ra約為0.05微米或更高的玻璃工件與一種能夠從玻璃試驗坯上除去約0.02克玻璃坯料的磨料制品接觸，將初始Ra降低至約為0.05微米或更小。較好的是，磨料制品包含分散在粘合劑中的金剛石顆粒。更好的是磨料顆粒的平均粒度約為9-15微米。
用來研磨玻璃表面的本發(fā)明磨料制品能令人驚奇地在相當(dāng)短的時間內(nèi)得到光滑的表面。盡管不希望受到任何理論的束縛，但據(jù)信正是因為粘合劑的化學(xué)性質(zhì)才使磨料制品具有該所需性能。具體而言，據(jù)信粘合劑的化學(xué)性質(zhì)提供了一種堅韌、耐久且長效的介質(zhì)，能在磨料制品的整個使用壽命中都牢固地保持磨粒。當(dāng)粘合劑與金剛石磨粒一起使用時，其化學(xué)性質(zhì)特別有效。因為金剛石磨粒比大多數(shù)常規(guī)磨粒長效得多，所以需要堅韌且耐久的粘合劑。因此，聚氨酯丙烯酸酯低聚物或聚氨酯丙烯酸酯低聚物與丙烯酸酯單體的共混物和金剛石磨粒的組合能得到長效且耐久的磨料涂層。假設(shè)磨粒與粘合劑的化學(xué)性質(zhì)提供了一種協(xié)同組合，使得用本發(fā)明磨料制品能提高玻璃拋光的效果。
本文中所用的“有明確形狀”是指當(dāng)粘合劑前體形成于背襯上并填滿制造工具表面上的空腔時固化該粘合劑前體而形成的復(fù)合磨料。這些復(fù)合磨料具有三維形狀，它由多個表面較光滑的側(cè)面界定，這些側(cè)面以形狀分明的清晰邊沿為界并相互連接，所述形狀分明的清晰邊沿具有清晰的邊沿長度和清晰的端點，這些端點是多個側(cè)面相交而成的。本發(fā)明磨料制品所稱的有結(jié)構(gòu)是指配備許多個如此有明確形狀的磨料。復(fù)合磨料也可以是形狀不規(guī)則的，本文所用的“形狀不規(guī)則”是指形成復(fù)合磨料的面或邊界都坍塌且不清晰。在形狀不規(guī)則的復(fù)合磨料中，先將磨粉漿形成所需的形狀和/或圖案。一旦磨粉漿成形，就使磨粉漿內(nèi)的粘合劑前體固化或硬化。在成形和粘合劑前體固化之間通常有一段時間間隙。在這段間隙中，磨粉漿會流動和/或坍塌，所以導(dǎo)致成形的形狀發(fā)生一些變形。在單個磨料制品中復(fù)合磨料的大小、間距或形狀也會變化，如1995年3月23日公開的WO95/07797和1995年8月24日公開的WO 95/22436中所述。
本文中所用的“邊界”是指每個復(fù)合材料的外露表面和邊緣，它界定每個復(fù)合磨料的實際三維形狀。當(dāng)在顯微鏡下觀察本發(fā)明磨料制品的剖面時，能容易地看到這些清晰可辨的邊界。這些邊界能夠?qū)⒁粋€復(fù)合磨料與另一個復(fù)合磨料區(qū)分開來，即使兩個復(fù)合磨料沿其底部的公共邊界鄰接時也能區(qū)分開來。對有明確形狀的復(fù)合磨料而言，邊界和邊緣是清晰明顯的。與此相比，在不具備有明確形狀的復(fù)合磨粒的磨料制品中，邊界和邊緣是不確定的，即復(fù)合磨粒在完成其固化之前會塌陷。這些復(fù)合磨料(不論其形狀是明確還是不規(guī)則的)可以是任何明顯清晰可辨的邊界所界定的幾何形狀，其中明確的幾何形狀選自立方體、棱柱形、圓錐形、似塊狀的截圓錐、棱錐形、截棱錐、圓柱形、半球形等。
本文中所用的“紋理(texture)”是指拋光層具有任何一種上述三維復(fù)合材料，不論單個三維復(fù)合材料是有明確形狀的還是形狀不規(guī)則的。這一紋理可以是許多都具有基本相同幾何形狀的復(fù)合磨料形成的，即紋理是規(guī)則的。同樣，紋理也可以是幾何形狀互不相同的復(fù)合磨料形成的無規(guī)圖案。
光學(xué)透明的表面是指基本沒有肉眼可見的任何缺陷、不完整和/或微小劃痕的表面。
附圖的簡要說明

圖1是本發(fā)明一種較佳磨料制品的平面圖。
圖2是圖1所示磨料制品沿線2-2的剖面放大圖。
圖3是本發(fā)明另一種較佳磨料制品的平面圖。
圖4是圖3所示磨料制品沿線4-4的剖面放大圖。
發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明涉及一種制品和一種用磨料制品精修(較好是拋光)玻璃工件的方法。所述磨料制品包含一塊背襯和粘合在該背襯的一個表面上的至少一層三維磨料涂層，該涂層較好包含分散在粘合劑中的金剛石顆粒。所述磨料涂層包含由粘合劑前體形成的粘合劑和許多磨粒，較好的是金剛石磨粒。
玻璃的最終用途可能是在家居或工業(yè)環(huán)境中。玻璃可用于裝飾或結(jié)構(gòu)件。玻璃的至少一個表面應(yīng)該進行拋光。玻璃可以是較平整的或者有一些與其相關(guān)的輪廓線。這些輪廓線可以是弧形或棱角形狀。玻璃工件的例子包括光學(xué)元件，如透鏡、棱鏡、鏡子、CRT(陰極射線管)屏等。CRT屏廣泛地用于諸如電視機、計算機監(jiān)視器、計算機終端等設(shè)備的顯示器表面。CRT屏的尺寸(沿對角線測量)約在10厘米(4英寸)至100厘米(40英寸)或更大的范圍內(nèi)。CRT屏的外表面是凸形的，具有一定的曲率半徑。本發(fā)明的磨料制品能在拋光過程中對CRT屏進行拋光。
A.粘合劑粘合劑是由粘合劑前體形成的。所述粘合劑前體包含未固化或未聚合狀態(tài)的樹脂。在制造磨料制品的過程中，粘合劑前體中的樹脂發(fā)生聚合或固化，形成粘合劑。粘合劑前體可以包含可縮合固化的樹脂、可加成聚合的樹脂、可自由基固化的樹脂和/或這些樹脂的組合和混合物。
較佳的粘合劑前體是通過自由基機理聚合的樹脂。將粘合劑前體與合適的催化劑一起處于能源(如熱能或輻射能)之下，引發(fā)聚合反應(yīng)。輻射能的例子包括電子束、紫外光或可見光。
可自由基固化的樹脂的例子包括丙烯酸化的聚氨酯、丙烯酸化的環(huán)氧化物、丙烯酸化的聚酯、烯屬不飽和的化合物、具有不飽和羰基作為側(cè)基的氨基塑料衍生物、具有至少一個丙烯酸酯側(cè)基的異氰脲酸酯衍生物、具有至少一個丙烯酸酯側(cè)基的異氰酸酯衍生物，以及它們的混合物及組合。術(shù)語“丙烯酸酯”包括丙烯酸酯類和甲基丙烯酸酯類。
一種較佳的本發(fā)明粘合劑前體包括聚氨酯丙烯酸酯低聚物或者聚氨酯丙烯酸酯低聚物和烯屬不飽和單體的共混物。較佳的烯屬不飽和單體是單官能的丙烯酸酯單體、雙官能的丙烯酸酯單體、三官能的丙烯酸酯單體，以及它們的混合物。盡管不希望受到任何理論的束縛，但據(jù)信正是因為由上述粘合劑前體得到的粘合劑化學(xué)性質(zhì)才使磨料制品具有所需性能。具體而言，這種粘合劑的化學(xué)性質(zhì)提供了一種堅韌、耐久且長效的介質(zhì)，能在磨料制品的整個使用壽命中都牢固地保持磨粒。當(dāng)粘合劑與金剛石磨粒一起使用時粘合劑化學(xué)性質(zhì)特別有效，因為金剛石磨粒比大多數(shù)常規(guī)磨粒長效得多。為了充分利用金剛石磨粒的長壽命，需要堅韌且耐久的粘合劑。因此，聚氨酯丙烯酸酯低聚物或聚氨酯丙烯酸酯低聚物與丙烯酸酯單體的共混物和金剛石磨粒的組合能得到長效且耐久的磨料涂層。
丙烯酸化的聚氨酯也可以是羥基封端的異氰酸酯擴鏈的聚酯或聚醚的丙烯酸酯，可以是脂族或芳族的。市售的丙烯酸化聚氨酯的例子包括以下這些已知的物質(zhì)Henkel Corp. Hoboken，NJ的PHOTOMER(如PHOTOMER 6010)；UCBRadcure Inc. Smyrna，GA的EBECRYL 220(六官能的芳族聚氨酯丙烯酸酯，分子量為1000)、EBECRYL 284(脂族聚氨酯二丙烯酸酯，分子量為1200，用1，6-己二醇二丙烯酸酯稀釋)、EBECRYL 4827(芳族聚氨酯二丙烯酸酯，分子量為1600)、EBECRYL 4830(脂族聚氨酯二丙烯酸酯，分子量為1200，用四甘醇二丙烯酸酯稀釋)、EBECRYL 6602(三官能的芳族聚氨酯丙烯酸酯，分子量為1300，用三羥甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯稀釋)和EBECRYL 840(脂族聚氨酯二丙烯酸酯，分子量為1000)；Sartomer Co..West Chester，PA的SARTOMER(如SARTOMER 9635、9645、9655、963-B80、966-A80等)；以及MortonInternational，Chicago Ill的UVITHANE(如UVITHANE 782)。
烯屬不飽和單體或低聚物，或者丙烯酸酯單體或低聚物可以是單官能、雙官能、三官能或四官能，甚至具有更多的官能度。術(shù)語丙烯酸酯包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。烯屬不飽和的粘合劑前體包括含有碳、氫和氧以及可任選的氮和鹵素這些原子的單體和聚合物。氧原子或氮原子或這兩者通常存在于醚、酯、氨基甲酸酯、酰胺和脲基團中。烯屬不飽和的化合物較好的是具有低于約4,000的分子量，較好的是由含脂族單羥基基團或脂族多羥基基團的化合物與含不飽和羧酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、異巴豆酸、馬來酸等)的化合物反應(yīng)制得的酯。烯屬不飽和單體的代表性例子包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、二乙烯基苯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥丁酯、甲基丙烯酸羥丁酯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、聚二丙烯酸乙二醇酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙烯酸甘油酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和季戊四醇四甲基丙烯酸酯。其它烯屬不飽和樹脂包括羧酸的一烯丙基、多烯丙基和多甲代烯丙基的酯和酰胺，如鄰苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯和N，N-二烯丙基己二酰二胺。其它含氮化合物還包括三(2-丙烯酰氧乙基)異氰脲酸酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰氧乙基)-s-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮，以及購自Radcure Specialties的CMD 3700。烯屬不飽和稀釋劑或單體的例子可見于美國專利Nos.5,236,472(Kirk等)和5,580,647(Larson等)。
一般來說，這些丙烯酸單體之間的重量比取決于最終磨料制品中所需金剛石磨粒的重量百分?jǐn)?shù)。然而，這些丙烯酸酯單體的重量比通常是約5-95重量份聚氨酯丙烯酸酯低聚物比約5-95重量份烯屬不飽和單體。較好的是這些丙烯酸酯單體是約30-70重量份的聚氨酯丙烯酸酯低聚物比約30-70重量份的烯屬不飽和單體，更好的是34-65重量份聚氨酯丙烯酸酯低聚物比約46-54重量份烯屬不飽和單體，最好的是約50重量份聚氨酯丙烯酸酯低聚物比50重量份烯屬不飽和單體。
有關(guān)其它潛在可用的粘合劑和粘合劑前體的信息可見于受讓人的共同待審查專利申請No.08/694,014(申請日為1996年8月8日)中，它是申請日為1995年11月11日的專利申請No.08/557,727(Bruxvoort等)的部分繼續(xù)申請，還可見于美國專利No.4,772,920(Chasman等)。
丙烯酸化的環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂的二丙烯酸酯，如雙酚A環(huán)氧樹脂的二丙烯酸酯。市售丙烯酸化環(huán)氧樹脂的例子包括購自Radcure Specialties.的CMD 3500、CMD 3600和CMD 3700；以及購自Sartomer，West Chester，PA的CN103、CN104、CN111、CN112和CN114。
聚酯丙烯酸酯的例子包括購自Henkel Corporation，Hoboken，NJ的Photomer5007和Photomer 5018。
氨基塑料樹脂的每個分子或低聚物具有至少一個α，β-不飽和羰基的側(cè)基。這些不飽和羰基可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺型的基團。這些物質(zhì)的例子包括N-(羥甲基)-丙烯酰胺、N，N′-氧二亞甲基二丙烯酰胺、鄰位和對位的丙烯酰氨基甲基化苯酚、丙烯酰氨基甲基化的可溶可熔酚醛樹脂，以及它們的混合物。這些材料還描述于美國專利No.4,903,440(Larson等)和5,236,472(Kirk等)中。
美國專利No.4,652,27(Boettcher)還說明了具有至少一個丙烯酸酯側(cè)基的異氰脲酸酯衍生物和具有至少一個丙烯酸酯側(cè)基的異氰酸酯衍生物。較佳的異氰脲酸酯物質(zhì)是三(羥乙基)異氰脲酸酯三丙烯酸酯。
根據(jù)可自由基固化的樹脂是怎樣固化或聚合的，粘合劑前體還可以包含固化劑(也被稱為催化劑或引發(fā)劑)。當(dāng)固化劑處于合適的能源下時，它會產(chǎn)生自由基源，引發(fā)聚合反應(yīng)。
粘合劑前體可以包含環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂具有環(huán)氧乙烷，通過開環(huán)進行聚合。這些環(huán)氧樹脂包括單體環(huán)氧樹脂和聚合的環(huán)氧樹脂。一些較佳環(huán)氧樹脂的例子包括2，2-二[4-(2，3-環(huán)氧丙氧基)-苯基]丙烷、雙酚的二環(huán)氧甘油醚，ShellChemical Co.的商品名為EPON 828、EPON 1004和EPON 1001F的市售材料，以及Dow Chemical Co.的DER-331、DER-332和DER-334的市售材料。其它合適的環(huán)氧樹脂包括環(huán)狀脂族環(huán)氧樹脂、線型酚醛清漆樹脂的縮水甘油醚(如DowChemical Co.的DEN-431和DEN-428)。美國專利No.4,751,138(Tumey等)和No.5,256,170(Harmer等)中還說明了可自由基固化樹脂和環(huán)氧樹脂的共混物。
在一些情況下，較好的是用構(gòu)造涂層(make coating)和上膠涂層(size coating)形成磨料制品。在這些磨料制品的實施方案中，將構(gòu)造涂層施用在背襯上，將磨粒施涂到該背襯上，再令構(gòu)造涂層處于至少部分固化構(gòu)造涂層的條件下。將上膠涂層施用到磨粒和構(gòu)造涂層上。然后，令該結(jié)構(gòu)件處于足以固化構(gòu)造涂層和上膠涂層的條件下。正如本領(lǐng)域中已知的，也可以施用可任選的預(yù)上膠涂層和超上膠涂層(supersize coating)。
B.背襯材料背襯的作用是為由粘合劑和磨粒結(jié)合形成的磨料復(fù)合制品提供支承物。本發(fā)明所用的背襯必須能夠在粘合劑前體暴露于固化條件之后與粘合劑粘合，較好的是該背襯在所述暴露之后是柔性的，以使本發(fā)明方法所用的制品可以適順玻璃的表面輪廓、半徑和不規(guī)則性。
在許多玻璃拋光的應(yīng)用中，需要背襯是強固且耐久的，這樣得到的磨料制品才是長效的。此外，在一些拋光應(yīng)用中需要背襯是強固且柔性的，這樣磨料制品能夠均勻地適順玻璃工件。當(dāng)玻璃工件具有形狀或與其有關(guān)的輪廓時通常是這樣的。背襯可以是聚合膜、紙、硫化纖維、經(jīng)處理的非織造背襯或經(jīng)處理的織物背襯，以得到所需的強度和適順性。聚合物膜的例子包括聚酯膜、共聚的聚酯膜、聚酰亞胺膜、聚酰胺膜等。非織造織物(包括紙)可以用熱固性或熱塑性材料浸透，以得到所需性能。
一種較佳的背襯是經(jīng)處理的織物背襯?？椢锟梢允荍重量、X重量、Y重量或M重量的織物。形成織物的纖維或紗可以選自聚酯、尼龍、人造絲、棉、纖維玻璃及其組合?？椢锟梢允轻樋椈蚩椩斓目椢?如斜紋布、斜紋或緞紋組織)，或者可以是縫編織物或緯編織物。坯布可以經(jīng)過變形、燒毛、退漿或任何常規(guī)處理。較好的是用聚合物材料處理織物以密封織物并保護織物纖維。這一處理可包括一種或多種下述處理預(yù)上漿、飽和或后上漿。一種這樣的處理方法包括首先施涂預(yù)上漿涂層，接著施涂后上漿涂層。或者是先施涂飽和劑涂層，再施涂后上漿涂層。通常較好的是背襯的前表面是較光滑的。同樣，處理涂層應(yīng)該令織物背襯防水，因為玻璃拋光通常是在水的存在下進行的。類似地，處理涂層應(yīng)該令織物背襯具有足夠的強度和柔性。一種較好的背襯處理是將交聯(lián)的聚氨酯丙烯酸酯低聚物與丙烯酸酯單體樹脂共混。織物處理的化學(xué)材料與粘合劑的化學(xué)材料相同或在性質(zhì)上類似，也屬本發(fā)明的范圍內(nèi)。織物處理的化學(xué)材料還可包括添加劑，例如填料、染料、顏料、濕潤劑、偶合劑、增塑劑等。
其它處理涂層包括熱固性和熱塑性樹脂。典型且較佳的熱固性樹脂的例子包括酚醛樹脂、氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、烯屬不飽和樹脂、丙烯酸化異氰脲酸酯樹脂、脲-甲醛樹脂、異氰脲酸酯樹脂、丙烯酸化聚氨酯樹脂、丙烯酸化環(huán)氧樹脂、二馬來酰亞胺樹脂，以及它們的混合物。較佳的熱塑性樹脂的例子包括聚酰胺樹脂(如尼龍)、聚酯樹脂和聚氨酯樹脂(包括聚氨酯-脲樹脂)。一種較佳的熱塑性樹脂是由聚酯多元醇和異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物衍生得到的聚氨酯。
C.磨粒本發(fā)明的磨料制品還包括許多磨粒。術(shù)語“磨?！卑ㄓ谜澈蟿⒃S多單個磨粒粘合在一起形成磨粒聚集體或復(fù)合體。磨粒聚集體在美國專利Nos.4,311,489；4,652,275和4,799,939中也有描述。磨粒還可以包括表面處理或涂層，如偶合劑或金屬或陶瓷涂層。
本發(fā)明所用磨粒的平均粒度較好的是約0.01微米(小顆粒)至300微米(大顆粒)，更好的是約5微米至150微米，最好的是約9微米至約80微米。磨粒的莫氏硬度較好的是至少為8，更好的是至少為9。這些磨粒的例子包括熔凝氧化鋁、陶瓷氧化鋁、經(jīng)熱處理的氧化鋁、碳化硅、氧化鋁氧化鋯、氧化鐵、金剛石(天然和合成)、二氧化鈰、立方氮化硼、石榴石，以及它們的混合物。
對于玻璃拋光而言，磨料制品較好的是利用金剛石磨粒。這些金剛石磨?？梢允翘烊唤饎偸蚝铣芍频玫慕饎偸?。合成制得的金剛石顆?？梢哉J(rèn)為是“樹脂粘合金剛石”、“鋸片級金剛石”或“金屬粘合金剛石”。這些金剛石可以是塊狀或者是針狀的。金剛石顆?？梢院斜砻嫱繉?，如金屬涂層(如鎳、鋁、銅等)、無機涂層(如二氧化硅)或有機涂層。本發(fā)明的磨料制品可以含有金剛石與其它磨粒的混合物。
三維磨料涂層以重量計可以包含約0.1-90份磨粒和10-99.9份粘合劑。然而，由于金剛石磨粒價格昂貴，磨料涂層較好的是包括約0.1-50份磨粒和約50-99.9份粘合劑。更好的是，磨料涂層包含約1-30份磨粒和約70-99份粘合劑，最好的是磨料涂層包含約3-25份磨粒和約75-97份粘合劑。
D.添加劑本發(fā)明的磨料涂層還包含可任選的添加劑，如磨粒表面改性添加劑、偶合劑、填料、發(fā)泡劑、纖維、抗靜電劑、固化劑、懸浮劑、光敏劑、潤滑劑、濕潤劑、表面活性劑、顏料、染料、紫外線穩(wěn)定劑和抗氧劑。選擇這些添加劑的用量得到所需性能。
偶合劑偶合劑可以在粘合劑和磨粒之間提供締合的橋。此外，偶合劑也可以在粘合劑和填料顆粒之間提供締合的橋。偶合劑的例子包括硅烷、鈦酸鹽、鋯鋁酸鹽?；烊肱己蟿┑姆椒ㄓ性S多。例如可以將偶合劑直接加入粘合劑前體中。磨料涂層可以含有0-30％(重量)的偶合劑，較好為0.1-25％(重量)?；蛘吲己蟿┛梢允┯玫教盍项w粒的表面上。在另一種方式中，偶合劑在磨?；烊肽チ现破分笆┯玫狡浔砻嫔稀Ｄチ？梢院屑s0-3％(重量)的偶合劑，以磨粒和偶合劑的重量為基準(zhǔn)。市售偶合劑的例子包括OSI公司的″A174″和″A1230″。市售偶合劑的另一個例子是購自Kenrich Petrochemicals，Bayonne，NJ的商品名為″KR-TTS″的異丙基三異十八烷?；佀狨?。
填料磨料涂層還可以任選地包含填料。填料是粒狀材料，其平均粒度在0.1-50微米之間，典型的是在1-30微米之間。本發(fā)明可用的填料的例子包括金屬碳酸鹽(如碳酸鈣(白堊、方解石、泥灰?guī)r、石灰華、大理石和石灰石)、碳酸鎂鈣、碳酸鈉、碳酸鎂)、二氧化硅(如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纖維)、硅酸鹽(如滑石、粘土、(蒙脫土)長石、云母、硅酸鈣、偏硅酸鈣、硅鋁酸鈉、硅酸鈉)、金屬硫酸鹽(如硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈉、硫酸鋁鈉、硫酸鋁)、石膏、蛭石、木粉、三水合鋁、炭黑、金屬氧化物(如氧化鈣(石灰))、氧化鋁、氧化錫(如二氧化錫)、二氧化鈦)和金屬亞硫酸鹽(如亞硫酸鈣)、熱塑性顆粒(聚碳酸酯、聚醚酰亞胺、聚酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、縮醛聚合物、聚氨酯、尼龍顆粒)和熱固性顆粒(如酚醛樹脂泡、酚醛樹脂珠、聚氨酯泡沫顆粒等)。填料還可以是鹽，如鹵化物鹽。鹵化物鹽的例子包括氯化鈉、鉀冰晶石、鈉冰晶石、銨冰晶石、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯化鉀、氯化鎂。金屬填料的例子包括錫、鉛、鉍、鈷、銻、鎘、鐵、鈦。其它混合填料包括硫、有機硫化合物、石墨和金屬硫化物。
懸浮劑懸浮劑的例子是非晶形二氧化硅顆粒，其表面積小于150平方米/克，購自DeGussa Corp.，Ridgefield Park，NJ，商品名為″OX-50″。加入懸浮劑會降低磨料漿液的總粘度。懸浮劑的使用也描述于美國專利No.5,368,619中。
固化劑粘合劑前體還可以包含固化劑。固化劑是幫助引發(fā)和完成聚合或交聯(lián)反應(yīng)以使粘合劑前體轉(zhuǎn)化為粘合劑的材料。術(shù)語固化劑包括引發(fā)劑、光引發(fā)劑、催化劑和活化劑。固化劑的用量和類型主要取決于粘合劑前體的化學(xué)性質(zhì)。
自由基引發(fā)劑較佳的烯屬不飽和單體或低聚物的聚合反應(yīng)是通過自由基機理進行的。如果能源是電子束的話，電子束會產(chǎn)生引發(fā)聚合的自由基。然而，即使粘合劑前體暴露于電子束下，本發(fā)明仍可使用引發(fā)劑。如果能源是熱、紫外光或可見光，則必須存在引發(fā)劑以產(chǎn)生自由基。暴露于紫外線或熱下就產(chǎn)生自由基的引發(fā)劑(即光引發(fā)劑)的例子包括但不限于有機過氧化物、偶氮化合物、醌類、亞硝基化合物、?；u、腙、巰基化合物、吡喃鎓化合物、咪唑、氯化三嗪、苯偶姻、苯偶姻烷基醚、二酮、苯某酮，以及它們的混合物。暴露于紫外線下就產(chǎn)生自由基的市售光引發(fā)劑的例子包括購自Ciba Geigy Company，Hawthorne，NJ的IRGACURE 651和IRGACURE 184和購自Merck.的DAROCUR 1173。暴露于可見光下就產(chǎn)生自由基的引發(fā)劑的例子可見于美國專利No.4,735,632中。暴露于可見光下就產(chǎn)生自由基的另一種光引發(fā)劑具有商品名IRGACURE 369，購自Ciba Geigy Company。
引發(fā)劑的用量通常為0.1-10％，較好為2-4％(重量)，以粘合劑前體的重量為基準(zhǔn)。此外，較好的是在加入任何粒狀材料(如磨粒和/或填料顆粒)之前將引發(fā)劑分散到粘合劑前體中，以均勻分散為宜。
一般來說，較好的是粘合劑前體暴露在輻射能下，較好的是紫外光或可見光。在一些例子中，某些磨粒和/或某些添加劑會吸收紫外線和可見光，使得難以合適地固化粘合劑前體。當(dāng)使用二氧化鈰磨粒和碳化硅磨粒時，這一現(xiàn)象更是如此。已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)使用含磷酸鹽的光引發(fā)劑，尤其是含?；趸⒌墓庖l(fā)劑，可克服這一問題。這種光引發(fā)劑的例子是2，4，6-三甲基苯甲?；交趸?，購自BASF Corporation，Charlotte，NC，商品名為LUCIRIN TPO。其它市售?；趸⒌睦影ㄙ徸訫erck的DAROCUR 4263和DAROCUR 4265。
光敏劑可固化的組合物還可任選地含有光敏劑或光引發(fā)劑體系，它能在空氣或惰性氣氛(如氮氣)中影響聚合反應(yīng)。這些光敏劑或光引發(fā)劑體系包括具有羰基或叔氨基的化合物，以及它們的混合物。較佳的含羰基化合物是二苯甲酮、乙酰苯、苯偶酰、苯甲醛、鄰氯苯甲醛、呫噸酮、噻噸酮、9，10-蒽醌和其它可用作光敏劑的芳族酮類。較佳的叔胺是甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、三乙醇胺、苯基甲基乙醇胺和苯甲酸二甲基氨基乙酯。光敏劑或光引發(fā)劑體系的用量通常為0.01-10％(重量)，更好為0.25-4.0％(重量)，以粘合劑前體的重量計。光敏劑的例子包括購自Biddle Sawyer Corp.的QUANTICURE ITX，QUANTICURE QTX，QUANTICUREPTX和QUANTICURE EPD。
本發(fā)明的磨料制品包含一塊背襯，該背襯上有一層磨料涂層與其粘合。較好的是該磨料涂層包含許多有形狀的復(fù)合磨料。這些復(fù)合磨料可以是有明確形狀的或是形狀不規(guī)則的。復(fù)合磨料較好的是有明確形狀的，因為有明確形狀的復(fù)合磨料更均勻且一致。
現(xiàn)參照附圖，圖1和圖2分別以平面圖和剖面放大圖說明了本發(fā)明磨料制品10的一個較佳實施方案。磨料制品10包括背襯12和負(fù)載在背襯一個主表面上的復(fù)合磨料16。復(fù)合磨料16包括分散在粘合劑15中的許多個磨粒14。磨粒14可以是不同磨料的混合物。粘合劑15可用來將復(fù)合磨料16與背襯12粘合在一起。預(yù)上膠涂層(presize coating)即粘結(jié)層13可任選地位于復(fù)合磨料16和背襯12之間。
復(fù)合磨料16較好的是具有可辨別的形狀。較好的是最初磨粒不從粘合劑表面15上凸出。當(dāng)磨料制品10用于研磨某表面時，該組合物崩解將未經(jīng)使用的磨粒14露出來。
復(fù)合磨料的形狀可以是任何形狀。通常該形狀與背襯接觸的底部一側(cè)的橫截面面積大于復(fù)合磨料遠(yuǎn)離背襯一側(cè)的橫截面面積。復(fù)合磨料的形狀可選自許多幾何形狀，如立方體、塊狀、圓柱形、棱柱形、矩形、棱錐形、截棱錐、圓錐形、截圓錐、十字形、具有平頂面的柱形。另外的形狀有半球形，也描述于PCT WO95/22436。所得磨料制品可以具有不同形狀的復(fù)合磨料混合物。
復(fù)合磨料的底部可以互相鄰接，或者相鄰的復(fù)合磨料的底部可以互相間隔一段特定的距離。應(yīng)該理解，鄰接的定義還包括這樣的排列方式，即相鄰的復(fù)合磨料共享一個磨料接合區(qū)或在復(fù)合磨料相對的側(cè)壁之間連接和延伸的橋狀結(jié)構(gòu)。磨料接合區(qū)(abrasive material land)是由用于形成復(fù)合磨料的相同磨粉漿形成的。復(fù)合磨料是“相鄰”的是指在兩個復(fù)合磨料的中心之間畫一條假想直線，在這條直線上沒有其它復(fù)合磨料位于這兩個磨料之間。
復(fù)合磨料16的一個較佳形狀是大致的截棱錐，它具有平頂18和向外張開的底部20，如圖2所示。較好的是在整個經(jīng)涂覆的磨料制品10上，復(fù)合磨料16的高度H都是恒定的，但是也可以是具有不同高度的復(fù)合磨料。復(fù)合磨料的高度H可以是約10-1500微米的值，較好約25-1000微米，更好約100-600微米，最好約300-500微米。
較好的是相鄰復(fù)合磨料的底部20由接合區(qū)域22互相分開。盡管不希望受到任何理論的束縛，但認(rèn)為這一接合區(qū)域22或間隔能使流體介質(zhì)自由地在復(fù)合磨料之間流動。而流體介質(zhì)的這一自由流動會在玻璃拋光的過程中得到較好切削率的表面拋光或增強平面度。復(fù)合磨粒的間距可以在每線性厘米約1個復(fù)合磨粒至每線性厘米約100個復(fù)合磨粒的范圍內(nèi)變化，較好的是每線性厘米約5個復(fù)合磨粒至每線性厘米約20個復(fù)合磨粒，更好的是每線性厘米約5個復(fù)合磨粒至每線性厘米約10個復(fù)合磨粒，最好的是每線性厘米約6-7個復(fù)合磨粒。
在磨料制品的一個方面，復(fù)合磨料的面積分布為至少為5個復(fù)合磨粒/厘米2，較好的是至少100個復(fù)合磨粒/厘米2。在本發(fā)明的另一個實施方案中，復(fù)合磨料的面積分布為1-12,000個復(fù)合磨粒/厘米2。
當(dāng)使用矩形或截棱錐形狀時，底部20的的長度通常約為100-500微米。形成復(fù)合磨粒的側(cè)面可以是直的或有斜度的。如果側(cè)面是有斜度的，通常能更容易地將復(fù)合磨料16從制造工具的空腔中取出，如下所述。圖2中的角度″A″是在復(fù)合磨料16的底部20與復(fù)合磨料16之間的接合區(qū)22相交之處畫一根假想垂直線(即垂直于接合區(qū)22的假想線)而測得的。角度″A″可以在約1°-75°的范圍內(nèi)，較好約為2°-50°，更好約為3°-35°，最好約為5°-15°。
在拋光過程中，磨料制品的背襯12固定于一塊背襯墊24上，背襯墊例如是聚氨酯背襯墊，其肖氏A硬度約為90硬度，或者聚硅氧烷泡沫墊，其肖氏A硬度約為65硬度，還有其它一些。磨料制品背襯12可以用壓敏粘合劑直接粘合到背襯墊24上。背襯墊24放在泡沫墊26上，泡沫墊26在拋光過程中為磨料制品提供緩沖。然后將泡沫墊26(包括磨料制品)安裝在拋光機平臺28上。
現(xiàn)參照圖3和圖4，圖3和圖4分別以平面圖和剖面放大圖說明了本發(fā)明磨料制品10′的另一個較佳實施方案。在該實施方案中，復(fù)合磨料16′是半球形的，如圖4所示。磨料制品10′具有織造的聚酯背襯12′，背襯的一個主表面用一層熱塑性聚酯預(yù)上膠涂層13′密封。透過絲網(wǎng)(圖中未示出)向硬化的預(yù)上膠涂層13′施用漿液，該漿液包含磨粒和粘合劑前體。半球形的復(fù)合磨料16′的尺寸和形狀可以變化，可以無規(guī)排列或均勻地排列在預(yù)上膠涂層13′上。較好的是，半球形復(fù)合磨料16′從平面圖(圖3)來看是圓形的，并且具有相同的直徑。
不論單個復(fù)合磨料的形狀如何，較好的是背襯約20％-90％的表面積被這些復(fù)合磨料所覆蓋，更好為約40％-70％，最好為約50％-60％。此外，底面和頂面的表面積差較好約為0％-60％，更好約0％-40％，最好約0％-20％。
有明確形狀的復(fù)合磨料的制備方法制備磨料制品的第一步是制備磨粉漿。磨粉漿是用任何適宜的混合技術(shù)將粘合劑前體、磨粒和可任選的添加劑混合在一起制得的。混合技術(shù)的例子包括低剪切和高剪切混合，較好的是高剪切混合。超聲能也可以與混合步驟結(jié)合應(yīng)用以降低磨粉漿粘度。磨粒通常是逐漸地加入粘合劑前體中的。較好的是磨粉漿是粘合劑前體、磨粒和可任選的添加劑的均相混合物。如有必要，可以加入水和/或溶劑以降低粘度。磨粉漿中空氣氣泡的量可以通過在混合時或混合后抽真空使其最小化。在一些情況下較好的是在通常約30℃-70℃的范圍內(nèi)加熱磨粉漿以降低其粘度。重要的是在涂覆前檢測磨粉漿以確保具有能良好涂覆的流變性能，并且磨粉漿中磨粒和其它填料在涂覆之前不會沉降。
該方法通常得到有明確形狀的復(fù)合磨料。為了得到明確的形狀，當(dāng)磨粉漿位于制造工具的空腔中就使粘合劑前體基本上硬化或固化。不然的話，制造工具在粘合劑前體基本上固化之前就取下，會得到坍塌的、有時是不規(guī)則形狀的側(cè)壁。
包含有明確形狀的復(fù)合磨料的磨料制品的較佳制造方法所用的制造工具含有許多個空腔。這些空腔基本上是所需復(fù)合磨料的反相形狀，能夠產(chǎn)生復(fù)合磨料的形狀。由每平方單位面積的空腔數(shù)得到每平方單位面積具有相應(yīng)的復(fù)合磨料數(shù)的磨料制品。這些空腔可以具有任何幾何形狀，如圓柱形、半球形、棱錐形、矩形、截棱錐、棱柱、立方體、圓錐、截圓錐，或者具有三角形、正方形、圓形、矩形、六角形、八角形等的頂面截面的任何形狀。選擇空腔的尺寸以達到所需的每平方單位面積的復(fù)合磨料數(shù)。空腔可以點狀圖案存在，相鄰空腔之間存在間距，或者空腔可以互相連接。
磨粉漿可以用任何常規(guī)技術(shù)涂覆到制造工具的空腔中，如口模式涂布、真空口模式涂布、噴涂、輥涂、移轉(zhuǎn)涂布、刮刀涂布等。如果制造工具包括的空腔具有平頂或較直的側(cè)壁的話，較好的是在涂布過程中使用真空以使空氣夾帶最小化。
制造工具可以是帶、片、連續(xù)的片或板、涂布輥(如輪轉(zhuǎn)凹輥)、安裝在涂布輥上的套筒或口模。制造工具可以由金屬組成，包括鍍鎳表面、金屬合金、陶瓷或塑料。有關(guān)制造工具、其制造方法和材料等的進一步信息可見于美國專利No.5,152,917(Pieper等)和5,435,816(Spurgeon等)中。一種較佳的制造工具是用金屬母模壓花得到的熱塑性制造工具。
當(dāng)磨粉漿包括熱固性粘合劑前體時，則將粘合劑前體固化或聚合。通常暴露于能源之下就能引發(fā)聚合反應(yīng)。所需能量通常取決于多種因素，如粘合劑前體的化學(xué)性質(zhì)、磨粉漿的大小、磨粒的用量和類型，以及可任選的添加劑的用量和類型。輻射能是較佳的能源。輻射能源包括電子束、紫外光或可見光。電子束(電離)輻射可以在約0.1-10Mrad的能級上使用，較好的是約0.1-10Mrad能級。紫外輻射是指波長約在200-400納米(以250-400納米為宜)范圍內(nèi)的非粒子輻射。較佳的輻射能輸出是118-236瓦特/厘米。可見輻射是指波長約在400-800納米(以400-550納米為宜)范圍內(nèi)的非粒子輻射。
在涂覆了制造工具之后，以任何方式使背襯和磨粉漿接觸使得磨粉漿潤濕背襯的前表面。例如，可用接觸夾輥使磨粉漿與背襯接觸。接著，通過能源將一些形式的能量(如本文中所述)傳送入磨粉漿中以至少部分固化粘合劑前體。例如，制造工具可以是透明材料(如聚酯、聚乙烯或聚丙烯)以使光輻射能透射至工具內(nèi)空腔中所容納的磨粉漿。術(shù)語“部分固化”是指粘合劑前體聚合至當(dāng)磨粉漿從制造工具中取出時不會流動的狀態(tài)。粘合劑前體如果沒有完全固化的話，可以在它從制造工具中取出后用任何能源進行完全固化。按照該較佳方法使用制造工具制備磨料制品的其它細(xì)節(jié)可見于美國專利Nos.5,152,917(Pieper等)和5,435,916(Spurgeon等)，在No.5,152,917中制得的經(jīng)涂覆的磨料制品是制造工具的反相復(fù)制品(inverse replica)。
在這第一個方法的另一種變化方法中，磨粉漿可以涂覆在背襯上而不涂覆到制造工具的空腔內(nèi)。然后將經(jīng)磨粉漿涂覆的背襯與制造工具接觸，以使得磨粉漿流入制造工具的空腔中。制造磨料制品的其它步驟與上面所述相同。關(guān)于該方法，較好的是用輻射能量使粘合劑前體固化。輻射能量可以透過背襯和/或透過制造工具。如果輻射能源透過背襯或制造工具的話，則背襯或制造工具不應(yīng)該明顯地吸收輻射能。此外，輻射能源不應(yīng)該明顯地使背襯或制造工具降解。例如，紫外光能夠透過聚酯膜背襯。
或者，如果制造工具是由某些熱塑性材料制得的話，紫外光或可見光可以透過制造工具并進入到磨粉漿中。所述熱塑性材料例如是聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚氯乙烯，以及它們的混合物。在一些情況下，較好的是將紫外光穩(wěn)定劑和/或抗氧劑混入熱塑性制造工具中?？勺冃涡栽綇姷牟牧显饺菀走M行加工。對于熱塑性基的制造工具，應(yīng)該設(shè)定制備磨料制品的加工條件以使得不會產(chǎn)生過量的熱量。如果產(chǎn)生過量熱量的話，它會使熱塑性工具變形或熔融。
在制得磨料制品以后，可以對它進行彎曲和/或潤濕，然后轉(zhuǎn)化成合適的形式/形狀，再使用該磨料制品。
制備磨料制品的另一種方法是將許多的磨粒聚集體與背襯粘合。這些磨粒聚集體包括用第一粘合劑將許多磨粒粘合在一起形成有形狀的團塊。然后將所得磨粒聚集體分散在第二粘合劑前體中并涂覆在背襯上。第二粘合劑前體固化形成粘合劑，而磨粒聚集體就粘合在背襯上了。
磨粒聚集體可以包括上述可任選的添加劑。磨粒聚集體應(yīng)該具有合適消蝕率(erodibility)，以便在使用時能夠崩解。同樣，該消蝕率可以由磨粒類型、第一粘合劑類型、添加劑類型及其比率決定。
磨粒聚集體可以用任何常規(guī)方法制得，例如美國專利Nos.4,311,489；4,652,275；4,799,939和5,500,273中所述。
磨粒聚集體分散在第二粘合劑前體中形成磨粉漿。制備磨料制品的余下步驟可以與上述步驟相同。或者，磨粉漿可以涂覆在背襯上，用刮刀涂布、輥涂、噴涂、凹槽輥涂布、口模式涂布、簾流涂布或其它常規(guī)涂布技術(shù)進行。然后將磨粉漿暴露在一種能源之下以固化粘合劑前體，將磨粉漿轉(zhuǎn)化成復(fù)合磨料。
非明確形狀的復(fù)合磨料的制備方法制備磨料制品的第二種方法涉及復(fù)合磨料是非明確形狀或不規(guī)則形狀的方法。在該方法中，磨粉漿一從制造工具中取出就暴露于一種能源之下。第一步是用常規(guī)技術(shù)將磨粉漿涂覆在背襯的前表面上，常規(guī)技術(shù)例如鍛模涂布機、輥涂布機、刮刀涂布機、簾流涂布機、真空口模式涂布機或口模式涂布機。如有必要可以在涂布之前加熱磨粉漿和/或?qū)δシ蹪{進行超聲處理以降低其粘度。接著，將磨粉漿/背襯組合與制造工具接觸。制造工具的類型可以與上述制造工具相同。制造工具包括一系列空腔，磨粉漿流入這些空腔中。一旦從制造工具中取出磨粉漿，磨粉漿就會具有與其有關(guān)的圖案，復(fù)合磨料的圖案是由制造工具中的空腔形成的。在取出之后，將涂有磨粉漿的背襯暴露在能源之下以引發(fā)粘合劑前體的聚合反應(yīng)，如此形成復(fù)合磨料。通常較好的是，涂有磨粉漿的背襯從制造工具中取出到粘合劑前體固化之間的時間較短。如果這段時間太長的話，磨粉漿會流動，圖案就會變形到基本消失的程度。
在這第二個方法的另一種變化方法中，磨粉漿可以涂覆到制造工具的空腔內(nèi)而不涂覆在背襯上。然后使背襯與制造工具接觸使得磨粉漿潤濕并粘合到背襯上。在該變化方法中，制造工具例如可以是輪轉(zhuǎn)凹輥。制備磨料制品的余下步驟與上述步驟相同。
還有一種變化方法是透過絲網(wǎng)噴涂或涂覆磨粉漿以產(chǎn)生圖案。然后，固化或硬化粘合劑前體，形成復(fù)合磨料。
再一種制備含具有圖案或與其相關(guān)的紋理的磨料涂層的磨料制品的方法是提供一種經(jīng)壓花的背襯，然后將磨粉漿涂覆在背襯上。磨料涂層按照經(jīng)壓花背襯的輪廓得到圖案或有紋理的涂層。
另一種制備磨料制品的方法可見于美國專利No.5,219,462中。將磨粉漿涂覆在經(jīng)壓花背襯的凹進部分內(nèi)。磨粉漿含有磨粒、粘合劑前體和發(fā)泡劑。將所得結(jié)構(gòu)件處于一定的條件下，以使發(fā)泡劑令磨粉漿發(fā)泡到背襯前表面之上。接著硬化粘合劑前體以形成粘合劑，磨粉漿轉(zhuǎn)化成復(fù)合磨料。
磨料制品可以根據(jù)玻璃拋光需要的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成任何所需的形狀或形式。這一轉(zhuǎn)化可以通過切割、沖切或任何適宜的方式來完成。
拋光玻璃的方法在用本發(fā)明的方法拋光之前，通常對玻璃進行許多物理加工(包括研磨)，以得到所需尺寸的玻璃。這些先前的工藝會在玻璃表面上留下劃痕或外露缺陷，通常會得到暗淡無光的表面。本發(fā)明涉及一種對玻璃表面進行拋光的方法，它能充分除去劃痕深度和缺陷，得到能被拋光至光學(xué)透明的表面。
在本發(fā)明方法的拋光步驟中，通常使用多于一種的“拋光”或“精修”制品。過去，一種具有給定的平均磨粒粒度的磨料制品不足以得到光澤度非常高的表面。而是要繼續(xù)使用數(shù)種磨料制品，在此期間劃痕的平均深度持續(xù)減少。所用的第一種磨料制品通常含有粒度較大的磨粒。隨著拋光的進行，使用者更換磨料制品，所用磨料制品的磨粒粒度不斷減小。這使得劃痕深度逐漸減小。所用磨料制品的數(shù)目、拋光時間、磨粒的類型和磨粒大小取決于多種因素，如待拋光玻璃表面的尺寸、拋光之前玻璃上存在的劃痕和/或缺陷的嚴(yán)重程度，以及玻璃本身的組成。
較好的是在液體的存在下對玻璃進行拋光。液體具有許多優(yōu)點，它能抑制拋光期間的熱積聚，并且從拋光界面上除去屑末。術(shù)語“屑末”用來描述被磨料制品磨下來的實際玻璃屑。在一些例子中，玻璃屑末會破壞被拋光的玻璃表面。因此需要從界面上將其除去。在液體的存在下進行拋光還能在玻璃表面上得到更精細(xì)的表面光潔面。液體可以是水、有機潤滑劑、洗滌劑、冷卻劑，或者它們的混合物。液體還可以含有添加劑以增強拋光。水通常是較好的液體。
在拋光過程中，磨料制品相對于玻璃表面進行移動，并且被壓向玻璃表面上，該壓力較好的是約0.35-7.0克/毫米2，更好的是約0.7-3.5克/毫米2，最好的約為5克/毫米2。如果向下的力太大，則磨料制品不能精修劃痕深度，有些情況下還可能加深劃痕深度。此外，如果向下的力太大的話，磨料制品還可能過量地磨蝕。相反，如果向下的力太小，則磨料制品不能有效地對劃痕深度進行精修以產(chǎn)生光學(xué)透明的表面。
如上所述，在拋光步驟期間玻璃或磨料制品或這兩者相對移動。這一移動可以是旋轉(zhuǎn)運動、不規(guī)則的運動或線性運動。旋轉(zhuǎn)運動可以將磨盤接在旋轉(zhuǎn)工具上來產(chǎn)生。玻璃表面和磨料制品可以相同方向或相反方向進行旋轉(zhuǎn)運動，但是如果是相同方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速應(yīng)該不同。對于機器而言，工作rpm最高可達約4000rpm，較好約25-2000rpm，更好約50-1000rpm，這取決于所用的磨料制品。例如，當(dāng)使用如圖1和圖2所示的磨盤時，機器的轉(zhuǎn)速約為25-2000rpm，通常約為500rpm。不規(guī)則軌道運動可以用不規(guī)則軌道工具來產(chǎn)生，線性運動可以用連續(xù)的研磨帶來產(chǎn)生。玻璃和磨料制品之間的相對運動還可以取決于玻璃的尺寸。如果玻璃較大，較好的是在拋光時使玻璃保持靜止而移動磨料制品。
在許多情況下，磨料制品連接在支承墊上。支承墊通常是可壓縮的材料，它為磨料制品提供支承。而且支承墊是用適順性材料制得的，以使得當(dāng)磨料制品連接到支承墊上時，所得制品能夠根據(jù)需要適順玻璃工件，尤其是有輪廓或者有與此相關(guān)的形狀的玻璃工件。支承墊可以由聚氨酯泡沫、橡膠材料、彈性體、橡膠基的泡沫或任何其它合適的材料制得。選擇支承墊材料的硬度和/或可壓縮性，以提供合適的拋光性能(切削率、磨料制品的產(chǎn)品壽命和玻璃工件的表面光潔度)。
支承墊可以具有連續(xù)且較平整的表面供磨料制品固定?；蛘?，支承墊可以具有存在一系列凸起部分和凹進部分的不連續(xù)表面供磨料制品固定。在不連續(xù)表面的情況下，磨料制品可以僅僅固定在凸起部分上。相反地，一段磨料制品可以固定在一個以上的凸起部分上，這樣整個磨料制品就不完全受到支承。選擇支承墊上的不連續(xù)表面，以得到所需的水的流體流動和所需的拋光性能(切削率、磨料制品的產(chǎn)品壽命和玻璃工件的表面光潔度)。
或者，本發(fā)明還包括磨料制品的背襯用作支承墊。例如，背襯可以是泡沫背襯，如聚氨酯泡沫。
支承墊可以具有任何形狀，如圓形、矩形、正方形、橢圓形等。支承墊的大小(最長的尺寸)在約5-1500厘米的范圍內(nèi)。
連接裝置磨料制品可以用連接裝置固定到支承墊上。連接裝置可以是壓敏粘合劑、鉤-圈連接、機械連接或永久性粘合劑。連接裝置應(yīng)該使磨料制品能夠牢固地固定在支承墊上，并能承受玻璃拋光的嚴(yán)厲條件(濕環(huán)境、熱產(chǎn)生和壓力)。
適用于本發(fā)明的壓敏粘合劑的代表性例子包括膠乳皺(latex crepe)、松香、丙烯酸類聚合物和共聚物(如聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸酯)、乙烯基醚(如聚乙烯基正丁基醚)、醇酸樹脂粘合劑、橡膠粘合劑(如天然橡膠、合成橡膠、氯化橡膠)，以及它們的混合物。壓敏粘合劑可以用水或溶劑進行涂覆。在一些情況下，較好的是使用橡膠基的壓敏粘合劑，它用非極性有機溶劑進行涂覆?；蛘邏好粽澈蟿┛梢允寝D(zhuǎn)移膠帶。
或者，磨料制品可以含有鉤-圈型連接體系以將磨料制品固定在支承墊上。圈織物可以在經(jīng)涂覆的磨料制品的背面，鉤在背襯墊上?；蛘咩^可以在經(jīng)涂覆的磨料制品的背面，而圈在背襯墊上。鉤和圈型的連接體系可詳見于美國專利Nos.4,609,581；5,254,194和5,505,747以及PCT WO 95/19242中。
實施例用以下試驗方法和非限制性的實施例來進一步說明本發(fā)明。除非另有說明，實施例中所有的份數(shù)、百分?jǐn)?shù)、比率等都是以重量計的。
RPP試驗方法″RPP″方法使用安裝有″Buehler Ecomet 2″動力頭的″Buehler Ecomet 4″可變速研磨-拋光機(兩者均購自Buehler Industires，Ltd. of Lake Bluff，Ill)。使用以下條件進行該試驗馬達速度設(shè)定在500rpm，玻璃試驗坯表面積上的力為50磅，約為7.1psi(約50kPa)。
所用的玻璃試驗坯是平坦的圓形玻璃試驗坯，其直徑為7.62厘米(3英寸)、厚度約為1.0厘米，購自Corning Glass Co.，商品名為CORNING#9061。將該玻璃材料放入研磨-拋光機的動力頭中。研磨-拋光機的12英寸鋁平臺逆時針旋轉(zhuǎn)，而其中固定了玻璃試驗坯的動力頭以35rpm順時針旋轉(zhuǎn)。
將待試驗的磨料制品沖切成20.3厘米(8.0英寸)直徑的圓，用壓敏粘合劑直接粘合到肖氏A硬度約為90硬度的聚氨酯背襯墊上。聚氨酯背襯墊粘合在從軟泡沫片上切割下來的厚度約為30毫米的敞開微孔軟泡沫墊上。將這一組合墊放在研磨機/拋光機的鋁平臺上。向磨料制品以約3升/分鐘的流量噴灑自來水，在磨料制品表面和玻璃試驗坯之間起到潤滑作用。
為了在玻璃試驗坯上得到基本上相同的初始表面光潔度(即在用磨料制品進行拋光之前)，用3M(St. Paul，MN)出售的商品名為″3M Flexible Diamond M125″的金屬粘合的金剛石磨料制品對每塊玻璃試驗坯進行研磨。這些金剛石顆粒的平均粒度約為125微米。
用購自Taylor Hobson(Leicester，England)的商品名為SURTRONIC 3(112/1518-822323)的金剛石探針的表面光潔度儀評價玻璃試驗坯上的初始表面光潔度。并記錄玻璃試驗坯的初始重量。用于評定本發(fā)明磨料制品的初始表面光潔度(或Ra值)通常落在三種范圍內(nèi)約1.2微米或更高，約0.2微米或更高，約0.05微米或更高。
使用上述研磨機/拋光機對玻璃試驗坯進行拋光。該研磨機/拋光機的拋光時間設(shè)定為15秒或10秒。然而，發(fā)現(xiàn)磨料制品與玻璃試驗坯表面實際接觸的時間高于該設(shè)定時間，因為研磨機/拋光機是從磨料制品在玻璃試驗坯表面上穩(wěn)定后才開始計時的。也就是說，發(fā)現(xiàn)磨料制品在玻璃表面上發(fā)生了一些振動或跳動，而研磨機/拋光機是從磨料制品和玻璃表面之間的接觸基本恒定時開始計時的。因此，當(dāng)拋光時間設(shè)定為15秒或10秒時，實際的拋光時間(即磨料制品與玻璃表面間的接觸時間)約為25秒或更少。拋光之后，記錄最終的表面光潔度和最終的重量。整個拋光時間內(nèi)玻璃試驗坯的重量變化表示為磨去玻璃的克數(shù)。記錄切削量(磨去玻璃的克數(shù))和Ra值。
在全文中使用以下縮寫
材料說明UAO 聚氨酯丙烯酸酯，購自Morton International，INc.，Chicago，IL，商品名為UVITHANE 893；HDDA 1，6-己二醇二丙烯酸酯，購自Sartomer Co.，Inc.，Exton，PA，商品名為SR 238；TPDA 三丙二醇二丙烯酸酯，購自Sartomer Co.，Inc.，Exton，PA，商品名為SR 306；PH2 2-芐基-2-N，N-二甲基氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮光引發(fā)劑，購自Ciba GeigyCorp.，Greensboro，NC，商品名為IRGACURE 369；ACH 1，1′-偶氮二(環(huán)己腈)，購自DuPont de Nemours，Wilmington，DE，商品名為VAZO 88；ASF 非晶態(tài)的二氧化硅填料，購自DeGussa GmbH，Germany，商品名為AEROSILR-972；TFS 三氟丙基甲基硅氧烷防泡沫劑，購自Dow Corning Company，Midland，MI，商品標(biāo)記為7；DIA 工業(yè)級金剛石顆粒(多種尺寸)，購自Warren Diamond，Olyphant，PA，商品名為RB；和SIC 碳化硅磨粒(平均粒度為60微米)，購自Norton Company，Worcester，MA復(fù)合磨料的形態(tài)形態(tài)A用以下方法制得。在具有包含一群相鄰截棱錐的澆鑄表面的金屬母模模具上澆鑄聚丙烯材料，制得制造工具。金屬母模模具由金剛石車削工藝制得。所得聚合的制造工具含有形狀為四面截棱錐的空腔。每個截棱錐的高度約為355微米(14密耳)，每條底邊約為1427微米(1.4毫米)，頂部邊長約為1350微米(1.35毫米)。相鄰的截棱錐底部之間的距離約為445微米。
形態(tài)B如上制得，不同的是每個截棱錐的高度約為760微米，每條底邊約為880微米，頂邊約為640微米。相鄰的截棱錐底部之間的距離約為127微米。每種形態(tài)中的復(fù)合磨粒都是有明確形狀的。
實施例1-18實施例1-9是通過在高剪切空氣混合機中混合表1中所列組分30分鐘而制得的(加入順序從左到右)。金剛石(DIA)的平均粒度為74微米。
表1
磨料制品的制備使用橡膠刮勺將如上混合得到的磨粉漿在室溫下涂覆施用到制造工具(形態(tài)A)的空腔中。接著，將其表面上有乙烯丙烯酸(ethylene acrylic acid，EAA)底涂層的聚酯膜(厚108微米)與涂有磨粉漿的制造工具接觸，以使磨粉漿潤濕具有底涂層的背襯的前表面。然后使紫外光和可見光輻射透過背襯進入磨粉漿中。依次使用兩盞燈。這兩盞燈是購自American Ultraviolet Co.，Murray Hill，NJ的紫外-可見燈，它使用中壓汞燈泡，在157.5瓦特/厘米(400瓦特/英寸)時工作。固化速度約為7.62米/分鐘(25英尺/分鐘)。粘合劑前體一旦暴露在紫外光下，就轉(zhuǎn)化成粘合劑，磨粉漿就轉(zhuǎn)化成復(fù)合磨料。然后，從復(fù)合磨料/背襯上取走制造工具。
如實施例1-9所述制備實施例10-18，不同的是使用形態(tài)B的制造工具。
用如上所述拋光時間約為25秒的RPP試驗方法對實施例1-18進行試驗。進料Ra約為1.4-1.5微米。結(jié)果示于表2中。
表2
按實施例1-9的方法制備實施例19和20(形態(tài)A)，不同的是使用下表3所列的組分。實施例19和21使用了粒度約為30微米和45微米的兩種金剛石顆粒的混合物。實施例20和22使用了粒度約為9微米和15微米的兩種金剛石顆粒的混合物。實施例21和22按照實施例19和20進行制備，不同的是所用的制造工具具有形態(tài)B。
使用經(jīng)實施例4、7、8和9的磨料制品拋光的玻璃試驗坯對實施例19和20進行試驗。因此，最終Ra值變成實施例19-22的進料Ra值。使用實施例1-18所述的RPP試驗方法對實施例19和21進行試驗。然后用實施例20和22的磨料制品使用如上所述的RPP試驗方法(拋光時間約為25秒)對這些玻璃試驗坯進行拋光。這一拋光體系包括如下拋光順序的本發(fā)明磨料制品實施例4、7、8和9(金剛石的平均粒度約74微米)；實施例19(粒度約為30微米和45微米的兩種金剛石顆粒的混合物)和實施例20(粒度約為9微米和15微米的兩種金剛石顆粒的混合物)，對該拋光體系進行評定。在用實施例4、7、8和9進行拋光之前的初始Ra約為1.4微米或更大。結(jié)果示于表4中。
表3
表4
表4中所得結(jié)果表明，在粒度較大的磨料制品中加入碳化硅顆粒，在用兩種粒度較小的磨料制品進行拋光之前并不能改進表面光潔度Ra的值。然而，整個光潔度也未受到不利影響。
比較例A-F按實施例1-9所述制備比較例A-F，不同的是使用表5中所列組分。對于每對比較例(即A和B，C和D，E和F)，第一個比較例使用形態(tài)A，第二個比較例使用形態(tài)B。碳化硅顆粒(SIC)的平均粒度為60微米。
按如上所述的實施例1-18對比較例A-F進行試驗。對于每個比較例，試驗兩個樣品；兩個樣品的結(jié)果都列于下表6中。Ra和Rtm值是對每種待測磨料制品的5次測量結(jié)果的平均值。
表5<
>
表6
數(shù)據(jù)表明，與表2中實施例1-18所示的本發(fā)明磨料制品相比，包括碳化硅顆粒的磨料制品除去較少的玻璃坯料。而且，形態(tài)A和形態(tài)B之間未見明顯的拋光差別。
比較例G-S以下一組比較例，比較例G至S，表明了包括20％的平均粒度約為9微米和15微米的金剛石顆粒的實施例20的能力。比較例G-S是市售和其它類似的磨料制品。在經(jīng)過實施例4(金剛石的平均粒度約為74微米)和實施例19(兩種粒度約為30微米和45微米的金剛石顆粒的混合物)中的磨料制品拋光后的玻璃試驗坯上對比較例G-S的磨料制品進行試驗。用上述試驗方法來評定待試驗的磨料制品，不同的是使用肖氏A硬度約為65硬度的聚硅氧烷泡沫墊來代替聚氨酯敞開微孔軟泡沫墊。如上所述，背襯墊的變化預(yù)期會影響拋光性能以克數(shù)表示的切削量和以Ra值表示的表面光潔度。此外，下表中所稱的“拋光時間”是指拋光機/研磨機設(shè)備上實際設(shè)定的拋光時間。在用實施例4中的磨料制品進行拋光之前的進料Ra值約為1.4微米或更大。
表7
表7中的數(shù)據(jù)表明，背襯墊的變化對于使用包括三種粒度范圍磨粒的本發(fā)明磨料制品從玻璃試驗坯上除去的玻璃坯料克數(shù)確實產(chǎn)生了影響。然而，在用實施例20的磨料制品(兩種粒度約為9微米和15微米的金剛石顆粒的混合物)進行拋光之后，在玻璃試驗坯上得到基本上光學(xué)透明的表面光潔面。
對于比較例G-S，使用RPP試驗方法按上述實施例20和22進行拋光試驗。結(jié)果如下。
比較例G是金屬粘合的金剛石磨料制品，購自Minnesota Mining andManufacturing Company，St.Paul，MN(下文稱為″3M″)的商品名為″FlexibleDiamond M20(3M 600lJ)″。金剛石顆粒的平均粒度約為20微米。
比較例H是金屬粘合的金剛石磨料制品，購自3M的商品名為″3M FlexibleDiamond M10(3M 6001J)″。金剛石顆粒的平均粒度約為10微米。
表8
比較例J是常規(guī)的碳化硅研磨用磨料制品，購自3M的商品名為″ImperialMicrofinishing Film S/C PSA(3M 468L)″。碳化硅顆粒的平均粒度約為15微米。
如上所述對實施例4和19以及比較例J進行試驗。進料Ra為1.42微米，進料Rtm為15.35微米。
表
如上所述對實施例4和19以及比較例I和J進行試驗。進料Ra為1.50微米，進料Rtm為10.56微米。
表11
比較例K是常規(guī)的氧化鋁研磨用磨料制品，購自3M的商品名為″ImperialFre-Cut Microfinishing Flim PSA(3M 266L)″。氧化鋁顆粒的平均粒度約為15微米。
如上所述對實施例4和19以及比較例K進行試驗。進料Ra為1.54微米，進料Rtm為10.38微米。
表12
比較例L是常規(guī)的金剛石研磨用磨料制品，購自3M的商品名為″Imperial 3密耳背襯金剛石研磨膜(Diamond Lapping Film 3 mil backing)(3M 662X)″。金剛石顆粒的平均粒度約為15微米。
比較例M是常規(guī)的金剛石研磨用磨料制品，購自3M的商品名為″Imperial 3密耳背襯金剛石研磨膜(3M 662X)″。金剛石顆粒的平均粒度約為9微米。
如上所述對實施例4和19以及比較例L和M進行試驗。進料Ra為1.41微米。
表13
比較例N是常規(guī)的樹脂粘合的金剛石磨料制品，購自3M的商品名為″Imperial金剛石研磨膜-類型P PSA(3M 664X)″。金剛石顆粒的平均粒度約為9微米。
如上所述對實施例4和19以及比較例N進行試驗。進料Ra約為1.34微米。
表14
比較例O是常規(guī)的珠狀金剛石磨料制品，購自3M的商品名為″Imperial金剛石研磨膜-類型B PSA(3M 666X)″。金剛石顆粒的平均粒度約為9微米。
如上所述對實施例4和19以及比較例O進行試驗。進料Ra為1.60微米。
表15
比較例P是常規(guī)的氧化鋁研磨用磨料制品，購自3M的商品名為″ImperialFre-Cut MIcrofinishing Film PSA(3M 266L)″。氧化鋁顆粒的平均粒度約為9微米。
如上所述對實施例4和19以及比較例K和P進行試驗。進料Ra為1.72微米，進料Rtm為11.62微米。
表16
如上所述對實施例4和19以及比較例P進行試驗。進料Ra約為1.47微米。
表17<
如實施例20所述制備比較例Q，不同的是所用磨粒是平均粒度約為9微米和15微米的白色氧化鋁的50/50的混合物。
如上所述對實施例4和19以及比較例Q進行試驗。進料Ra約為1.51微米。
表18
如實施例20所述制備比較例R，不同的是用碳化硅磨粒代替白色氧化鋁。比較例S是包含氧化鈰顆粒的磨料制品，制備如下。磨粉漿包括以下組分BP1 季戊四醇四丙烯酸酯，購自Sartomer Co.，Inc. Exton，PA，商品名為1SR 2951；BP2 丙烯酸2-苯氧基乙酯樹脂，購自Sartomer，Co.，Inc.，商品名為1SR 3391；CA1 3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基甲硅烷偶合劑，購自O(shè)SI Specialties，Inc.，Danbury，CT，商品名為1A-1741；PH7 2，4，6-三甲基苯甲酰-二苯基-氧化膦液態(tài)光引發(fā)劑，購自BASF，Charlotte，NC，商品名為1 Lucirin LR 88931；CEO1 二氧化鈰磨粒，其平均粒度約為0.5微米，購自Rhone Poulenc，Shelton，CT，以及APS 陰離子聚酯表面活性劑，購自ICI Americas，Inc.，Wilmington，DE，商品名為1FP41和″PS4″。
由表19中所述磨粉漿制劑制備實施例1的磨料制品。
表19
由具有上述配方的氧化鈰漿料制備磨料制品。磨料制品包括有明確形狀的復(fù)合磨料。氧化鈰顆粒的平均粒度約為0.3微米。
使用上述試驗方法對實施例4和19以及比較例R和S進行試驗，但按表20中指出的不同拋光時間。進料Ra約為1.46微米。
表20
<p>與用上述實施例20的磨料制品得到的結(jié)果相比，比較例G-S的磨料制品在得到幾乎光學(xué)透明的表面光潔面方面不那么有效。雖然Ra值可與用實施例20的磨料制品得到的Ra值相比，但是發(fā)現(xiàn)經(jīng)比較例G-S的磨料制品拋光的玻璃試驗坯顯示全面具有霧度(haze)的表面光潔面，且一些表面光潔面具有深劃痕。
比較例T-W將本發(fā)明的玻璃拋光制品，如實施例4(平均粒度約為74微米的磨粒)、實施例19(平均粒度約為30微米和45微米的磨粒)和實施例20(平均粒度約為9微米和15微米的磨粒)所示的三部分磨料制品體系，與包括氧化鋁磨粒的有結(jié)構(gòu)磨料墊的體系比較。比較例T、U、V和W的氧化鋁磨粒的平均粒度分別為125微米、35微米、10微米和5微米。這些磨料墊通常用于隨手研磨(off-handlapping)，購自3M(St. Paul，MN)，商品名分別為A 125 MIC 3M 268XA XO、A 35MIC 3M 268XA AO、A 10 MIC 3M 268XA AO和A 5 MIC 3M 268XA AO。
表21
可見，用比較例T-W磨料制品體系進行拋光的玻璃試驗坯的表面光潔面不如表7中所示使用本發(fā)明磨料制品進行拋光所得結(jié)果精細(xì)。此外，還發(fā)現(xiàn)用比較例T-W的磨料制品得到的表面光潔面的霧度要大于用本發(fā)明磨料制品得到的結(jié)果。
在不偏離本發(fā)明范圍和精神的情況下，對本發(fā)明所作的各種改動和變化是本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的。應(yīng)該理解，本發(fā)明不應(yīng)受到本文中說明性實施方案的限制。
權(quán)利要求
1.一種磨料制品，它包含一塊背襯；和粘合在所述背襯的一個表面上的至少一層三維磨料涂層，該涂層包含分散在粘合劑中的金剛石顆粒，所述粘合劑包括經(jīng)固化的包含聚氨酯丙烯酸酯低聚物的粘合劑前體，其中該磨料制品使用拋光時間約為25秒的RPP方法能夠?qū)⒉Ａг囼炁魃霞s0.05微米或更大的初始Ra值降低至約0.05微米或更小的最終Ra值。
2.如權(quán)利要求1所述的磨料制品，其中所述至少一層磨料涂層包含許多個有明確形狀的復(fù)合磨料。
3.如權(quán)利要求1所述的磨料制品，其中所述至少一層磨料涂層包含許多個形狀不規(guī)則的復(fù)合磨料。
4.如權(quán)利要求2所述的磨料制品，其中每個有明確形狀的復(fù)合磨料的底部所占表面積大于頂部至多約60％。
5.如權(quán)利要求1所述的磨料制品，其中金剛石顆粒的平均粒度約為0.01-300微米。
6.如權(quán)利要求1所述的磨料制品，其中金剛石顆粒的平均粒度約為74微米。
7.如權(quán)利要求1所述的磨料制品，其中粘合劑前體包含選自單官能的丙烯酸酯單體、雙官能的丙烯酸酯單體、三官能的丙烯酸酯單體及其混合物的烯屬不飽和單體。
8.一種玻璃拋光體系，它包含至少一種權(quán)利要求1-7中任一項所述的磨料制品。
9.如權(quán)利要求8所述的玻璃拋光體系，其特征還在于它包含三種權(quán)利要求1-7中任一項所述的磨料制品，其中這三種磨料制品降低初始Ra的能力不同。
10.一種對玻璃工件進行拋光的方法，包括以下步驟使玻璃工件與權(quán)利要求1-7中任一項所述的磨料制品接觸，其中所述磨料制品使用拋光時間約為25秒的RPP方法能夠從玻璃試驗坯上除去約0.75克或更多的玻璃坯料；在玻璃工件和磨料制品的界面上施用液體；使玻璃工件和磨料制品相對運動；以及將Ra由初始值降低至約0.7微米或更低。
11.一種對非平面陰極射線管玻璃制品進行拋光的方法，它包括以下步驟使陰極射線管制品的凸形表面與一種磨料制品接觸，所述磨料制品包含一塊背襯和位于該背襯一個表面上的至少一層三維磨料涂層，其中所述至少一層三維磨料涂層包含分散在粘合于所述背襯一個表面上的粘合劑中的許多個金剛石顆粒；在水的存在下使陰極射線管玻璃制品的凸形表面與磨料制品作相對運動，以及降低陰極射線管玻璃制品的凸形表面的表面光潔度。
12.一種包含陰極射線管的儀器，其中所述陰極射線管玻璃制品的表面是經(jīng)過權(quán)利要求11所述方法拋光的。
全文摘要
提供了一種磨料制品,它包含一塊背襯和粘合在所述背襯的一個表面上的至少一層三維磨料涂層,該涂層包含分散在粘合劑中的金剛石顆粒,所述粘合劑包括經(jīng)固化的包含聚氨酯丙烯酸酯低聚物的粘合劑前體。使用RPP試驗方法表明,該磨料制品能夠快速地切削玻璃,同時能夠降低表示表面光潔度的Ra值。
文檔編號B24B13/00GK1249704SQ98803134
公開日2000年4月5日 申請日期1998年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月7日
發(fā)明者T·J·克里斯蒂安松, D·D·恩古延, R·G·維瑟 申請人:美國3M公司