CN106413992B - 用于漆面的精加工方法 - Google Patents

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Abstract

问题：提供一种用于漆面的精加工方法，所述精加工方法可减少加工步骤数目，并且可缩短所述精抛光时间，并且减少所述抛光面积。解决方法：本公开的实施方案的漆面精加工方法包括以下步骤：使用包括抛光层的抛光材料去除漆面中的不平整，所述抛光层具有其中布置有多个三维元件的结构化表面，并且提供有适用于精抛光的表面；以及对所述表面进行精抛光的步骤；其中所述抛光层含有平均粒径为0.5μm至5μm的金刚石磨料颗粒和含环氧树脂的粘结剂。

Description

用于漆面的精加工方法
技术领域
本公开涉及使用抛光材料对漆面具体地讲汽车漆面进行精加工的方法以及用于漆面上的抛光材料。
发明背景
抛光材料用于去除不平整并对汽车漆面进行精加工。包括除去不平整和表面精加工的操作也称为表面修复。术语“不平整(尖头)”是指尺寸为大约0.5mm至5mm的油漆突起部分，这些突起部分在上漆环境中由灰尘形成，或当漆球等在油漆喷嘴上聚集并且作为核体粘附到漆面上时而形成。不仅对修复由于事故等而遭到损坏的底座时进行的上漆，而且对新车进行的上漆(其中不能完全预防不平整的出现)，均可能需要进行油漆修复。
油漆修复一般包括三种工艺，即去除不规则、粗抛光和精抛光。去除不平整通常采用具有固体颗粒的抛光材料和轨道式磨砂机。也可通过人工操作使用抛光材料来去除不平整。粗抛光和精抛光是去除漆面中细小刮痕的工艺，这些刮痕在去除与未抛光漆面具有相同外观的不平整时发生。在粗抛光期间，以较大的抛光力将以下两种方式的组合用于在较短时间内去除相对较大的刮痕：磨光机与抛光化合物的使用，并且在精抛光期间，以较小的抛光力将以下两种方式的组合用于获得具有目标外观的表面：磨光机与抛光化合物的使用。一般用于粗抛光和精抛光的抛光工具可以分别是旋转式磨砂机和磨光磨砂机。对于不需要高质量精加工表面的大众流行车辆等，可在单个过程中进行粗抛光和精抛光。
专利文件1(日本PCT(WO)专利申请No.2013-505145)公开了“一种结构化抛光制品，包括：支撑主体，所述支撑主体具有面相对的第一主表面和第二主表面，和模压的抛光复合体，所述复合体是提供于所述第一主表面上的被附连的结构化抛光层，其中所述模压的抛光复合体包含抛光颗粒和分散于交联的大分子粘结剂中的非离子聚醚表面活性剂，所述抛光颗粒的所述平均粒度小于10μm，所述非离子聚醚表面活性剂不与所述交联的大分子粘结剂共价键合，并且按所述模压的抛光复合体的所述总重量计，非离子聚醚表面活性剂的所述量为2.5重量％至3.5重量％。”
专利文件2(日本PCT(WO)专利申请No.2010-522092)公开了“一种待加工物体表面的抛光方法，包括以下步骤：制备附接到驱动工具的轴上并且提供具有被附接的抛光颗粒的抛光表面的抛光制品，在所述待加工物体表面与所述抛光制品的所述抛光表面之间制造接触，以及通过交互式地旋转所述驱动工具的所述轴来围绕所述旋转轴线交互式地旋转所述抛光制品的所述抛光表面，其中所述抛光制品的所述抛光表面围绕所述旋转轴线交互式地旋转，同时通过粘附于所述抛光制品的所述抛光表面的所述抛光颗粒对所述待加工物体的所述表面进行抛光。”
专利文件1：日本PCT(WO)专利申请No.2013-505145
专利文件2：日本PCT(WO)专利申请No.2010-522092
发明内容
在油漆修复期间，首先必须以足够的抛光力使用抛光材料，用于去除不平整。另一方面，当使用强抛光力的抛光材料去除不平整时，因为不仅抛光了不平整，还抛光了不平整周围的区域，所以形成了凹陷。为了解决由于这些凹陷造成的外观缺陷，通常必须进行粗抛光，即使是在去除了不平整的区域以外的周围区域的情况下也是如此，因此需要在甚至比进行过粗抛光的区域更广阔的区域上进行精抛光。此外，凹陷越深，需要进行粗抛光和精抛光的面积越大，并且抛光时间也更长。
此外，当去除不平整时，与未抛光漆面相比，支承面的表面粗糙度将更高。因此，在粗抛光和精抛光期间，必须降低由于去除不平整造成的表面粗糙度，使得外观与未抛光漆面的外观相匹配。然而，如果使用以下两种方式的组合进行的精抛光不能完全去除表面上的微小粗糙：以较小的抛光力进行磨光以及抛光化合物，则遗留的微小凹陷将致使入射光发生漫反射，并且有可能发生称为“变白”的外观缺陷。此外，尽管未全面理解其理论，变白的其他原因被认为是：用作油漆粘结剂的树脂常常由于长时间粗抛光和精抛光在抛光表面上产生的摩擦热而发生软化，并且因此将出现不能通过精抛光去除的微小刮痕，或者树脂被热分解。由于长时间抛光而导致的变白一旦发生将无法修复，并且需要重新上漆。
因此，当去除不平整时，据认为，可进行精抛光，而不用粗抛光，并且可通过降低漆面的表面粗糙度来减少外观缺陷诸如变白的发生率。
本公开的目的是：提供漆面精加工的方法，该方法可减少步骤的数目，并缩短精抛光时间，以及减少抛光面积，并改善所精加工表面的质量；以及提供适用于此类精加工方法的抛光材料。
本公开的一个实施方案提供了漆面精加工方法，包括：通过使用包括抛光层的抛光材料去除漆面中的不平整来制备适用于精抛光的表面，该抛光层具有其中提供有多个三维元件的结构化表面；以及对该表面进行精抛光；该抛光层包含平均粒径为0.5μm至5μm的金刚石颗粒和含环氧树脂的粘结剂。
本公开的另一个实施方案提供了用于漆面的抛光材料，其中抛光材料包括：具有其中布置有多个三维元件的结构化表面的抛光层，该抛光层包含平均粒径为0.5μm至5μm的金刚石磨料颗粒和含环氧树脂的粘结剂。
根据本公开，用于去除不平整的抛光材料提供了适用于精抛光的表面，同时去除了不平整，因此可进行精抛光，而不用进行粗抛光。此外，由于不需要粗抛光，所以可缩短精抛光时间，并且可减少抛光面积。通过缩短精抛光时间以及减少抛光面积可抑制外观缺陷诸如变白等的发生率，因此可提高上漆质量。
需要注意的是，以上内容不应视为是对本发明所有实施方案以及本发明所有相关优点的公开。
附图说明
图1是根据本公开的实施方案的抛光材料的剖视图。
图2A是结构化表面的顶面示意图，该结构化表面上布置有多个形状为三棱锥的三维元件。
图2B是结构化表面的顶部表面示意图，该结构化表面上布置有多个形状为正方棱锥的三维元件。
图2C是结构化表面的顶部表面示意图，该结构化表面上布置有多个形状为截顶正方棱锥的三维元件。
图2D是结构化表面的截面透视图，在该结构化表面上，三维元件为已经水平并对齐放置的三角柱。
图2E是结构化表面的顶部表面示意图，该结构化表面具有多个形状为四坡顶的三维元件。
图2F是根据另一个实施方案的结构化表面的顶部表面示意图，该结构化表面具有多个形状为四坡顶的三维元件。
图3A-3E示出了工艺流程图，该工艺流程图示意性地示出了抛光材料制造方法的示例，其中，抛光层具有结构化表面。
图4示出了如何使用具有层合层的抛光材料去除不平整，该层合层使用含聚氨酯树脂的层合组合物形成。
具体实施方式
下面为了提供示例的目的更详细地描述本发明的代表性实施方案，但是本发明不限于这些实施方案。
在本公开中，“参考平面”是指将抛光材料与平面抛光对象接触时与该抛光对象发生接触的接触表面，或者换句话讲，是指与该抛光对象的表面平行的平面。参考平面通常为基材表面。
在本公开中，三维元件的“高度”是指，沿着与参考平面垂直的直线，三维元件的底部表面到三维元件的顶点或顶部表面的距离。通常使用基材表面为参考来确定该高度。
本公开的实施方案的漆面精加工方法包括：通过去除漆面中的不平整来提供适合于精抛光的表面，并且对该表面进行精抛光。提供具有抛光层的抛光材料以用于去除不平整，该抛光层具有其中提供有多个三维元件的结构化表面。该抛光层包含平均粒度为0.5μm至5μm的金刚石磨料颗粒和含环氧树脂的粘结剂。
本公开的另一个实施方案涉及用于漆面上的抛光材料。
该抛光材料的实施方案在图1的剖视图中示出。图1示出的抛光材料 100包括抛光层102，该抛光层在基材101上具有分散于含环氧树脂的粘结剂中的金刚石磨料颗粒103，并且该抛光层102具有其中提供有多个三维元件104的结构化表面。可通过层合层或粘合剂层将基材101与抛光层102 附接。如果粘结剂具有粘合性能，不用层合层或粘合剂层即可将基材101 与抛光层102附接。金刚石磨料颗粒103均匀地或非均匀地分散于粘结剂中。在此实施方案中，当用抛光材料100对抛光对象的表面进行抛光时，与抛光对象接触的抛光材料部分将逐渐被磨损，这取决于抛光对象的硬度，并且未使用过的金刚石磨料颗粒103将显露出来。
具有其中提供有多个三维元件的结构化表面的抛光层可通过以下方式形成：用含金刚石磨料颗粒的颗粒浆料填充具有结构化表面底片图的磨具，其中这些金刚石磨料颗粒分散于未固化或未胶化状态下的粘结剂中，然后使粘结剂固化或胶化。
金刚石颗粒是具有极高硬度的颗粒，并且一般用于切割或抛光硬质材料诸如金属等。本公开的抛光对象是漆面，与硬质材料诸如金属等相比，漆面极其柔软，因此传统上认为不需要使用高硬度颗粒诸如金刚石磨料颗粒等。本发明人发现在去除不平整的同时适用于进行精抛光的表面可通过使用用于去除不平整的金刚石磨料颗粒获得，这与本领域技术人员的常识刚好相反。
金刚石磨料颗粒的平均粒度为大约0.5μm或更大和大约5μm或更小，并且有利地，可使用平均粒度为大约1μm或更大和大约4μm或更小的金刚石磨料颗粒。金刚石磨料颗粒的“平均粒度”是使用激光衍射/散射粒度分布测量法来测量的体积累积颗粒直径D50。具体的测量条件如下所述，但是在本领域技术人员可以理解基于相似原则可获得相似值的前提下，也可采用其他测量设备和条件。
测量设备：激光衍射/散射粒度分布测量设备LA-928(由京都府京都的堀场株式会社制造(Horiba Ltd.,Kyoto,Kyoto Prefecture))
分析软件：LA-920for Windows(注册商标)
颗粒量：<Volume>150mg</Volume>
分散介质：离子交换水150mL
再循环速率(水混合速度)：设置为15
超声波振荡：是(采用LA-920内置超声设备)
测量温度：室温(25℃)
相对湿度：85％或更小
氦-氖激光透射率：85％
钨丝灯透射率：85％
相对折射率：设置为1.80(金刚石的相对折射率：1.81)
测量时间：20秒
数据样本数目：10
基础粒度：测定体积
金刚石颗粒的最大粒度优选为大约20μm或更小、或大约10μm或更小。金刚石颗粒的“最大粒度”是指：如果这些颗粒是球体，是指直径；如果这些颗粒是椭圆，是指长径；如果这些颗粒是针形，是指主轴尺寸；如果这些颗粒是多边形，是指最长边(三角形)或最长对角线(正方形或多角形)；并且如果这些颗粒是其他不规则形状，是指最大尺寸。
尽管不希望受到任何理论的限制，可通过使用相对较小平均粒度的金刚石磨料颗粒将金刚石磨料颗粒更加固定地维持在粘结剂中，因此认为其可展示出更大的磨削力。此外，平均粒度相对较小的金刚石磨料颗粒对漆面损伤更小，因此可减少去除不平整之后发生的凹陷的深度和尺寸以及去除不平整的区域和周边区域的表面粗糙度。
粘结剂可进行固化或胶化，并且含有环氧树脂。粘结剂可进行热固化或辐照固化。可将固化材料硬度高于丙烯酸树脂固化材料硬度的环氧树脂用作粘结剂组分来将金刚石磨料颗粒更加固定地维持在粘结剂中并表现出很大的磨削力。此外，可通过增加包含环氧树脂的粘结剂的硬度来使抛光层的三维元件的变形量最小化，并因此通过手或磨砂机输入的能量可以更加有效地用于去除不平整。
环氧树脂的示例包括：双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、氢化的双酚A环氧树脂、氢化的双酚F环氧树脂、环氧烷改性的双酚A环氧树脂、环氧烷改性的双酚F环氧树脂、和其他双酚环氧树脂；酚醛环氧树脂、甲酚醛环氧树脂、和其他烷基酚醛环氧树脂；萘主链改性的环氧树脂、甲氧基萘改性的甲酚醛环氧树脂、甲氧基萘二亚甲基环氧树脂(dimethyleneepoxy resins)、和其他萘环氧树脂；联苯环氧树脂、四甲基联苯环氧树脂、和其他联苯环氧树脂；腰果酚缩水甘油醚、腰果酚酚醛树脂、和其他腰果酚环氧树脂；以及其中环氧树脂已经卤化的阻燃型环氧树脂等。由于在有机溶剂中有利的溶解性以及颗粒的分散性，可有利地使用双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂和甲酚醛环氧树脂，并且尤其是双酚A环氧树脂和甲酚醛环氧树脂。可有效地通过使用这些环氧树脂生产填充有大量颗粒的抛光材料。
除了环氧树脂，粘结剂也可含有作为任选的树脂组分的以下项：酚树脂、可溶性酚树脂、氨基塑料树脂、尿烷树脂、丙烯酸酯树脂、聚酯树脂、乙烯树脂、三聚氰胺树脂、异氰尿酸丙烯酸酯树脂、脲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂、以及它们的组合。粘结剂中所用的术语“丙烯酸酯”包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。基于粘结剂的总质量计，粘结剂中任选的树脂组分的量一般为大约0质量％或更高、或大约1质量％或更高，以及大约10质量％或更低、或大约5质量％或更低。
可固化粘结剂可使用能量源诸如热、红外线、电子束、紫外线辐照、可见光辐照等进行固化。可固化粘结剂通常通过使用自由基机制的自由基聚合反应或阳离子聚合反应来形成交联结构，或通过缩合反应或加成反应形成交联结构。如果可固化粘结剂使用紫外线辐照进行硬化，则使用光引发剂。此类光引发剂的示例包括有机过氧化物、偶氮化合物、醌、二苯甲酮、亚硝基化合物、卤化丙烯酸类、腙、巯基化合物、吡喃鎓化合物、三丙烯醛咪唑(triacrylimidazole)、双咪唑、氯烷基三嗪、安息香醚、苯甲基缩酮、噻吨酮、乙酰苯、碘鎓盐、锍鎓盐以及它们的衍生物。如果环氧树脂为辐射固化性的，则碘鎓盐或锍鎓盐可用作光引发剂。
基于100质量份的粘结剂计，包含在颗粒浆料中的金刚石磨料颗粒的量一般为：大约150质量份或更多、或大约200质量份或更多，以及大约 1000质量份或更少、或大约700质量份或更少。基于100质量份的粘结剂计，包含在颗粒浆料中的光引发剂的量一般为：大约0.1质量份或更多、或大约0.5质量份或更多，以及大约10质量份或更少、或大约2质量份或更少。
颗粒浆料也可含有作为任选组分的以下项：偶联剂、包装材料、润滑剂、染料、颜料、增塑剂、填充剂、隔离剂、助抛剂等。
基材可以由以下项制成：聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、和其他聚合物膜、纸材、布料、金属膜、硫化纤维、非织造材料、以及它们的加工制品以及它们的组合。如果使用了紫外线可固化颜料浆料和/或层合组合物，则有利地将透明基材用于紫外线辐照。聚合物膜可通过以下方式进行表面处理：火焰处理、电晕处理、等离子处理、通过臭氧或氧化酸进行的氧化处理、溅射蚀刻等，或通过使用聚乙烯丙烯酸等进行的底漆处理。
基材的厚度一般是大约15μm或更大、或大约60μm或更大，以及大约500μm或更小、或大约350μm或更小。可通过将弹性材料用作基材赋予基材与性质相符的形状。
在与其中提供有三维元件的表面相对的侧的表面上，基材可具有粘合剂层。例如，可通过将含有粘合剂聚合物的压敏粘合剂涂覆到基材表面来形成粘合剂层。或者，可通过以下方式在基材上提供粘合剂层：将含粘合剂聚合物的单层膜如压敏粘合剂膜施用到基材表面，或将具有两个压敏粘合剂层的双面粘合胶带或片材等施用到基材表面。粘合剂层的厚度没有特定限制，但是一般是大约5μm或更大、或大约10μm或更大，以及大约 150μm或更小、或大约100μm或更小。可在粘合剂层上提供可剥离衬垫，该可剥离衬垫保护粘合剂层直到抛光材料被使用。
在图1中示出的实施方案中，抛光层102具有其中提供有多个三维元件104的结构化表面。三维元件104的形状是三角棱锥，其中侧边在尖端部处相连。在这种情况下，两侧边之间的顶角α一般为大约30°或更大、或大约45°或更大，以及大约150°或更小、或大约140°或更小。三维元件的形状可以是棱锥(正方棱锥)。在这种情况下，两侧边之间的顶角一般是大约30°或更大、或大约45°或更大，以及大约150°或更小、或大约140°或更小。
三维元件104的顶点一般在与参考平面平行的平面上，基本上横跨抛光材料的整个表面。在图1中，符号h表示从参考表面起三维元件的高度。高度h一般为大约2μm或更大、或大约4μm或更大，以及大约 300μm或更小、或大约150μm或更小。h的变化优选地是三维元件104高度的大约20％或更小，并且更优选地是大约10％或更小。
抛光材料的三维元件的抛光功能由顶部105展示出来。对于具有含金刚石磨料颗粒和粘结剂的抛光层的抛光材料，三维元件在抛光期间从顶部开始磨损，并且未使用过的金刚石磨料颗粒被显露出来。因此，抛光材料的磨削性质或抛光性质可通过增加存在于三维元件顶部处的金刚石磨料颗粒的浓度来提高，并且可有效使用金刚石颗粒。三维元件的基部，或者换句话讲，粘附于基材的三维元件的底部106通常不需要具有抛光功能，并且因此，不包含磨料颗粒并且仅由粘结剂形成是可以接受的。三维元件的底部106也可以仅由用于粘附基材101与抛光层102的层合层或粘合剂层组成。
在图1中，符号s表示三维元件的尖端部105的高度，并且s可以是，例如，三维元件的高度h的大约5％或更大、或大约10％或更大，以及大约95％或更小、或大约90％或更小。
抛光层的结构化表面可包括各种形状的三维元件。例如，三维元件的形状可以是，例如，圆柱、椭圆柱、棱柱、半球、半椭圆球体、圆锥、棱锥、截头圆锥、截棱锥、以及四坡顶等。结构化表面也可包括具有多个不同形状的三维元件的组合。例如，结构化表面可包括多个圆柱和多个棱锥的组合。三维元件基部的截面形状可以不同于尖端部的截面形状。例如，尖端部的截面可以是圆形，而基部的截面可以是正方形。三维元件的基部的截面面积一般大于尖端部的截面面积。三维元件的基部可相互接触或交互式接触，或相邻三维元件的基部可以预定距离相互隔开。
在一个实施方案中，多个三维元件具有选自以下的形状：棱锥、圆锥、截棱锥、截头圆锥、以及它们的组合。如果多个三维元件的形状是棱锥形，诸如三棱锥、四面棱锥、并且特别地是三棱锥，可实现更大的磨削力。
在若干个实施方案中，多个三维元件有规律地提供在结构化表面上。在本公开中，关于提供三维元件时使用的术语“有规律地”意思是：在与参考平面平行的平面上的一个方向或多个方向将形状相同或形状相似的三维元件重复布置在结构化表面上。术语与参考平面平行的平面上的一个或多个方向是指线性方向、同轴方向、螺旋形(旋涡形)方向、或它们的组合。
图2A是提供有多个形状为三棱锥的三维元件的结构化表面的上表面示意图，与图1中示出的抛光材料的上表面图相对应。在图2A中，符号o 表示三维元件104的底边长度，并且符号p表示三维元件104的尖端部之间的距离。三棱锥的底边长度可彼此相同或不同，并且侧边长度也可彼此相同或不同。例如，o可以是大约5μm或更大、或大约10μm或更大，以及大约1000μm或更小、或大约500μm或更小，并且p可以是大约5μm或更大、或大约10μm或更大，以及大约1000μm或更小、或大约500μm或更小。
图2B是结构化表面的上表面示意图，该结构化表面提供有多个形状为正方棱锥的三维元件。在图2B中，符号o表示三维元件204的底边长度，并且符号p表示三维元件204的尖端部之间的距离。正方棱锥的底边长度可彼此相同或不同，并且侧边长度也可彼此相同或不同。例如，o可以是大约5μm或更大、或大约10μm或更大，以及大约1000μm或更小、或大约500μm或更小，并且p可以是大约5μm或更大、或大约10μm或更大，以及大约1000μm或更小、或大约500μm或更小。尽管在图2B中没有示出，三维元件204的高度h一般是大约2μm或更大、或大约4μm或更大，以及大约600μm或更小、或大约300μm或更小。h的变化优选地是三维元件204高度的大约20％或更小，并且更优选地是大约10％或更小。
在其他实施方案中，三维元件可以是截顶三棱锥或截顶正方棱锥。这些实施方案中的三维元件的顶部表面一般被构造成与参考平面平行的三角形或正方形表面。基本上所有这些顶部表面优选地在与参考平面平行的平面上。
图2C是结构化表面的上表面示意图，该结构化表面提供有多个形状为截顶正方棱锥的三维元件。左上角构图示出了截去尖端部之前正方棱锥的形状。在图2C中，符号o表示三维元件304的底边长度，符号u表示三维元件304的底边之间的距离，并且符号y表示顶部表面的一边的长度。截顶正方棱锥的底边长度可彼此相同或不同，并且侧边长度也可彼此相同或不同，并且顶部表面的边缘的长度也可彼此相同或不同。例如，o可以是大约5μm或更大、或大约10μm或更大，以及大约6000μm或更小、或大约3000μm或更小，u可以是大约0μm或更大、或大约2μm或更大，以及大约10,000μm或更小、或大约5,000μm或更小，并且y可以是大约0.5μm 或更大、或大约1μm或更大，以及大约6000μm或更小、或大约3000μm 或更小。尽管在图2C中没有示出，三维元件304的高度h一般是大约5μm 或更大、或大约10μm或更大，以及大约10,000μm或更小、或大约 5,000μm或更小。h的变化优选地是三维元件304的高度的大约20％或更小，并且更优选地是大约10％或更小。
图2D是另一个实施方案的截面透视图，其中多个三维元件404是水平并对齐放置的三角柱，并且具有脊线。三维元件404提供在基材401 上，并通过具有三维元件尖端部405和三维元件下部406的两层结构示出，该尖端部含有金刚石磨料颗粒和粘结剂，该下部含有粘结剂但是不含磨料颗粒。脊线优选地在与参考平面平行的平面上延伸，基本上横跨整个抛光材料。在一个实施方案中，基本上所有的脊线均提供在与参考平面平行的相同平面上。在图2D中，符号α表示三维元件404的尖端部，符号w 表示三维元件404的底部宽度，符号p表示三维元件404的尖端部之间的距离，符号u表示三维元件的长底边之间的距离，符号h表示从基材401 的表面起的三维元件404的高度，并且符号s表示三维元件的上部405的高度。例如，α可以是大约30°或更大、或大约45°或更大，以及大约150°或更小、或大约140°或更小；w是大约2μm或更大、或大约4μm或更大，以及大约2000μm或更小、或大约1000μm或更小；p可以是大约2μm 或更大、或大约4μm或更大，以及大约4000μm或更小、或大约2000μm 或更小；u可以是大约0μm或更大、或大约2μm或更大，以及大约 2000μm或更小、或大约1000μm或更小；h可以是大约2μm或更大、或大约4μm或更大，以及大约600μm或更小、或大约300μm或更小；s可以是三维元件404的高度h的大约5％或更大、或大约10％或更大，以及大约 95％或更小、或大约90％或更小。h的变化优选地是三维元件404高度的大约20％或更小，并且更优选地是大约10％或更小。
图2D中示出的各种三维元件404可延伸横跨抛光材料的整个表面。在这种情况下，三维元件404的长底边方向上的两个端部邻近抛光材料的端部，并且多个三维元件404以条纹形式进行布置。
在另一个实施方案中，三维元件的形状为四坡顶。本公开中的“四坡顶”形状是指具有由彼此相对的两个三角形和彼此相对的两个正方形构成的侧表面的三维形状，其中相邻三角形的侧表面和正方形的侧表面具有公共边，并且与彼此相对的两个正方形共享一个侧表面的边形成脊线。这些脊线优选地在与参考平面平行的平面上，基本上横跨整个抛光材料。在一个实施方案中，基本上所有的脊线均提供在与参考平面平行的相同平面上。这两个三角形的侧表面或这两个正方形的侧表面的形状可以相同或可以彼此不同。因此，形状为四坡顶的底表面可以是以下形式：正方形、矩形、平行四边形、梯形等、或其中四条边的长度彼此不同的四边形。
图2E是结构化表面的上表面示意图，该结构化表面提供有多个形状为四坡顶的三维元件。图2E示出具有形状为矩形的底表面的四坡顶形状。在图2E中，符号l表示三维元件504的长底边的长度，并且符号x表示相邻三维元件504的短底边之间的距离。例如，l可以是大约5μm或更大、或大约10μm或更大，以及大约10mm或更小、或大约5mm或更小，并且x 可以是大约0μm或更大、或大约2μm或更大，以及大约2000μm或更小、或大约1000μm或更小。符号w、p和u以及h、s和α(尽管在图2E中未示出)等的定义以及示例性取值范围与图2D的描述相同。
图2F是根据另一个实施方案的结构化表面的上表面示意图，该结构化表面提供有多个形状为四坡顶的三维元件。在该实施方案中，四坡顶形状的底表面的形状为平行四边形，并且在两个线性方向上有规律地布置三维元件604，这两个线性方向形成角β。角β可以是例如大约30°或更大、或大约45°或更大，以及大约85°或更小、或大约75°或更小。符号l、x、w、 p和u以及h、s和α(尽管在图2F中未示出)等的定义以及示例性取值范围与图2E的描述相同。
抛光材料中三维元件的密度，或者换句话讲，每平方厘米抛光材料内三维元件的数目，一般是大约100个元件/cm2或更大、或大约1000个元件 /cm2或更大，以及大约1×105个元件/cm2或更小、或大约5×104个元件/cm2或更小。
以下作为示例描述了一种有利的抛光材料制造方法，但是抛光材料的制造方法并不限于此。
首先，制备含有金刚石磨料颗粒、粘结剂和溶剂的磨料颗粒浆料。如果需要的话，磨料颗粒浆料可含有光引发剂等，并且也可含有足以向磨料颗粒浆料提供流动性的量的挥发性溶剂。通过使用挥发性溶剂，可提高制造抛光材料时的可行性以及形成的三维元件的形状精度等，同时可通过在抛光层中加入大量的金刚石磨料颗粒赋予抛光材料较大的磨削力。
挥发性溶剂可溶解粘结剂，并且可有利地使用在室温与170℃之间展示出挥发性的有机溶剂。该挥发性溶剂的具体示例包括甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲苯、二甲苯、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、四氢呋喃、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚醋酸酯等等。也可有利地将水用作另一溶剂。
接着，制备具有多个凹陷的模板片材，这些凹陷具有形状为锥形的底侧。凹陷的形状应该是待形成的三维元件的倒置形状。模板片材的材料可以是，例如，金属诸如镍等，或热塑性树脂诸如聚丙烯等。热塑性树脂诸如聚丙烯等可在熔融温度下于金属夹具中进行压印，并且因此可容易地形成任意形状的凹陷。如果粘结剂是辐照固化树脂，优选地将对于紫外线或可见光而言是透明的材料用作模板片材。
图3A-3E示出了工艺图，该工艺图示意性地示出了抛光材料制造方法的示例，其中，抛光层具有结构化表面。如图3A所示，将磨料颗粒浆料709填充到模板片材708中。填充量是在挥发性溶剂已经蒸发并且粘结剂已经固化后足够形成例如图1和图2D所示的三维元件的尖端部105,405的量。通常，填充量是挥发性溶剂蒸发后从模板片材凹陷的底部起深度为图1 和图2D所示尺寸s的量。
可通过使用涂覆设备(如辊涂机等)将磨料颗粒浆料涂覆到模板片材上来进行填充。涂覆期间磨料颗粒浆料的粘性可以是大约10Pa·s或更高、或大约100Pa·s或更高，以及大约1×106Pa·s或更低、或大约1×105Pa·s或更低。
如图3B所示，通过蒸发去除填充的颗粒浆料中的挥发性溶剂。通常将填充有磨料颗粒浆料的模板板加热至50℃至150℃。加热进行0.2分钟至 10分钟，并且如果粘结剂是可热固化粘结剂，加热至固化温度和固化可同时进行。如果溶剂的挥发性很高，将其在室温下放置若干分钟至若干小时也是可接受的。
如图3C所示，通过用层合组合物710进一步填充模板片材来将凹陷填充以粘结剂。层合组合物可含有与磨料颗粒浆料中所用粘结剂相同或不同的粘结剂，并且优选地使用对基材具有有利粘附力的粘结剂。
有利地，层合组合物的粘结剂可以是丙烯酸酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂等。层合组合物可含有与磨料颗粒浆料相同的光引发剂以及其他任选组分等。可通过与磨料颗粒浆料一样的方法进行层合组合物的填充。
在一个实施方案中，层合层含有聚氨酯树脂。图4示出了如何使用具有层合层的抛光材料去除不平整，该层合层使用含聚氨酯树脂的层合组合物形成。图4的层合层706作为三维元件704的下部示出。含聚氨酯树脂的层合层706具有弹性，并且如图4所示，当抛光材料700与任何从漆面 800突起的不平整802接触时，与该不平整对应的区域中的层合层706承受抗压应力和接触力，并且因此，对该区域中的漆面800施加的每单位面积负荷通过反作用力增加。因此，通过强抛光力有效去除了不平整，同时可抑制对漆面的损伤。
如图3D所示，基材701铺在模板片材708上，并使层合组合物710 与基材701接触。当接触时，可使用辊等压缩包括模板片材708和基材701 的层合主体。
稍后，固化粘结剂。可单独进行或可同时进行磨料颗粒浆料的粘结剂的固化和层合组合物的粘结剂的固化。
粘结剂可通过加热被固化，或通过用红外线、电子束、紫外线或可见光进行辐照来固化。加热期间的温度或所施用的辐照能量的量可根据所用粘结剂的类型、辐照能量源等恰当地进行确定。固化时间根据模板片材的凹陷深度、周围温度、磨料颗粒浆料和层合组合物的组成等的变化而变化。例如，可通过用来自透明基材上方的紫外线(UV)进行辐照来固化粘结剂。
如图3E所示，可通过移除模板片材来获得具有基材701的抛光材料 700和含有结构化表面的抛光层702。粘结剂也可在移除模板片材后进行固化。
漆面中的不平整使用抛光材料进行去除。可通过以下方式去除不平整：使附接至电驱式或气驱式磨砂机的抛光材料与不平整接触，并且高速移动抛光材料。也可通过以下方式去除不平整：手持抛光材料，轻轻按向不平整，并且然后来回平稳地移动抛光材料。
一般地，通过削减至以下形状来使用抛光材料：直径为大约1cm或更大、或大约1.5cm或更大，以及大约20cm或更小、或大约13cm或更小的圆；或其中边长为大约1cm或更大、或大约1.5cm或更大，以及大约20cm 或更小、或大约13cm或更小的正方形或矩形。
可将抛光材料直接附接到磨砂机的抛光表面，或可以其间插有夹层垫的形式附接到磨砂机的抛光表面。抛光材料可具有用于粘附至夹层垫或磨砂机的抛光表面的压敏粘合剂层，并且夹层垫可具有用于粘附至磨砂机的抛光表面和/或抛光材料的压敏粘合剂层。夹层垫可由弹性可压缩材料制成。可通过改变夹层垫的硬度来调节不平整去除效率和不平整去除后的表面粗糙度。
磨砂机的抛光表面可进行各种运动，诸如旋转运动、往复运动、轨道 (公转)运动、以及它们的组合。例如，若干类型的商用双效磨砂机 (double action sanders)可联合进行旋转运动和轨道运动。在优选实施方案中，磨砂机的抛光表面以轨道方式移动，而不作旋转运动。在该实施方案中，在抛光材料的任何位置处，抛光材料移动的量是相同的，并且因此不平整去除效率在抛光材料的整个表面上为基本上恒定的，并且可以使得抛光质量是均匀的，不论操作员操作是否熟练。轨道运动的轨道路径直径 (轨道直径)可以是大约0.1mm或更大、或大约0.5mm或更大，以及大约 20mm或更小、或大约10mm或更小。轨道运动的旋转速度可以是大约 3000rpm或更大、或大约5000rpm或更大，以及大约15,000rpm或更小、或大约10,000rpm或更小。
当抛光材料与不平整接触时对磨砂机施加的力将根据抛光材料的表面面积而变化，但是一般是大约3kgf或更小，优选地大约0.5kgf或更大以及大约2kgf或更小。该力可根据不平整的尺寸和形状而变化。
如果通过手持抛光材料去除不平整，抛光材料优选地通过圆形运动进行移动，该圆形运动的半径一般为大约5mm或更大、或大约10mm或更大，以及大约100mm或更小、或大约50mm或更小。相反地，抛光材料也可往复地移动横穿以下距离：大约5mm或更大、或大约10mm或更大，以及大约100mm或更小、或大约50mm或更小。手对抛光材料施加的力将根据抛光材料的表面面积而变化，但是一般是大约0.3kgf或更大、以及大约 2kgf或更小。该力可根据不平整的尺寸和形状等而变化。
优选在以下情况下去除不平整：其中水作为润滑剂涂附到抛光材料的表面。通过涂覆水可抑制粉末的生成和抛光材料堵塞的发生。此外，抛光材料的表面优选地在去除不平整期间进行定期清洁。
根据本公开，其中去除了不平整的区域表面适合进行精抛光。在若干实施方案中，表面的Rz为大约0.5μm或更小、大约0.2μm或更小、或大约0.1μm或更小。
完全去除不平整后，为了去除在去除不平整期间发生的刮痕，在其中不平整被去除的区域内和它们的周边区域内进行精抛光。精抛光可通过如下方式进行：将磨光棒附接到电驱式或气驱式磨砂机，使磨光棒与其中待进行精抛光的区域接触，并且然后高速移动磨光棒。优选通过将抛光化合物涂覆到磨光棒表面和/或将进行精抛光的区域来进行精抛光。
关于形成磨光棒的材料，可使用多种材料，诸如天然纤维、合成纤维、它们的组合、或泡沫体等。当从沿着附接有磨光棒的磨砂机的旋转轴线的方向来看，磨光棒的抛光表面一般为圆形，并且抛光表面可以是平整的，或者可以是具有多个突起和凹陷的三维表面。磨光棒的直径一般是大约2.5cm或更大、或大约5cm或更大，以及大约20cm或更小、或大约13cm或更小。为了提高待抛光表面的相容性，磨光棒可以由弹性可压缩材料制得。
抛光化合物可包含磨料颗粒、油性物或增粘剂、以及分散于水中或使用表面活性剂在水中乳化的石油溶剂。磨料颗粒的平均粒度一般是大约 0.5μm或更大、或大约1μm或更大，以及大约10μm或更小、或大约5μm 或更小。磨料颗粒的莫氏硬度一般在4至10的范围内。这些磨料颗粒的示例可包括(烧结的)硅藻土、(烧结的)高岭土、矾土、胶态硅土、合成硅土、碳酸钙等。油性物、增粘剂、石油溶剂和表面活性剂可能是包含在抛光化合物中用于油漆精加工的常见材料。
磨砂机的抛光表面可进行各种运动，诸如旋转运动、往复运动、轨道 (公转)运动、以及它们的组合。在优选实施方案中，磨砂机的抛光表面作旋转移动。在该实施方案中，旋转运动的旋转轴线可自由移动横穿例如大约1mm或更大、或大约5mm或更大，以及大约30mm或更小、或大约 20mm或更小的宽度。旋转运动的旋转速度可以是大约3000rpm或更大、或大约5000rpm或更大，以及大约15,000rpm或更小、或大约10,000rpm 或更小。
根据本公开，漆面可进行精加工而不用进行粗抛光，但是如果需要的话，可以在去除不平整后进行粗抛光。可使用磨光棒和具有比精抛光更大的抛光力的抛光化合物，例如，含有平均粒度更大的磨料颗粒的抛光化合物来进行粗抛光。
本公开的方法和抛光材料可用于对漆面进行精加工，并且具体地讲，对汽车的漆面进行精加工。此外，本公开的方法和抛光材料也可用于去除不平整和表面精加工，不仅用于面漆工艺(清漆工艺)之后的漆面表面精加工，也用于中间工艺诸如中间漆上漆工艺等。
实施例
下面的实施例示出了本公开的具体实施方案，但本发明不局限于这些实施例。除非另外特别说明，否则份数和百分比均基于质量计。
本实施例中使用的材料和设备在下表1中示出。
表1
Figure BDA0001158544710000171
Figure BDA0001158544710000181
1)符合JIS R 6001(1987版)
通过组合下表2中所示的组分来制备磨料颗粒浆料1至4。
表2(值均用质量份表示。)
Figure BDA0001158544710000191
1)符合JIS R 6001(1987版)
通过组合下表3所示的组分制备层合组合物。
表3(值均用质量份表示。)
Figure BDA0001158544710000192
制备具有形状如表4所示的倒置三维元件的凹陷的聚丙烯模板片材。通过辊式涂覆机将磨料颗粒浆料1至4涂覆到模板片材上，并且然后在 75℃下干燥3分钟。在其上涂覆层合组合物A或B，铺上75μm厚的透明聚酯膜作为基材，并且然后用辊压缩成层合物。为了使层合组合物固化，从聚酯膜的侧边用紫外线进行辐照。接着，通过在70℃下加热24小时来固化磨料颗粒浆料和层合组合物的粘结剂。
将双面压敏粘合剂片材FAS E-8(从美国加利福尼亚格伦代尔的艾利丹尼森公司采购(Avery Dennison,Glendale,California,USA))涂覆到聚酯膜上，移除模板片材，并且然后冷却至室温以获得在结构化表面相对的表面上具有压敏粘合剂层的抛光材料1至7。抛光材料1至7的抛光层具有其中提供有多个三维元件的结构化表面，如图4所示。
表4
Figure BDA0001158544710000201
将由此获得的抛光材料切割成直径为82mm的圆形，并且然后使用以下磨削力测试和双测试台抛光测试来评估不平整去除效果和精抛光适用性。
磨削力测试。不平整去除效果通过磨削力测试进行评估。流程如下所示。通过从与抛光材料的结构化表面的相对的表面移除剥离衬垫，露出压敏粘合剂层，并且然后将其附连到旋转测试仪上。待抛光的材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板(直径为102mm的圆形)，并且在负荷为5kgf (95gf/cm2)总抛光周期为3000的情况下，每1000抛光周期即测量一次待抛光材料的质量变化。结果如表5所示。质量变化较大表明抛光材料的磨削力很大，或者换句话讲，展示出了极佳的不平整去除效果。
双测试台抛光测试。以下两项使用双测试台抛光测试进行评估：在去除不平整之后进行粗化的表面的表面粗糙度，以及通过精抛光(不进行粗抛光)表面进行精加工所需的抛光周期数目。用于该测试的测试仪具有紧紧抓住磨砂机的臂体和用于安装漆板的测试台。在其中对磨砂机施加负荷的情况下，该臂体可线性移动磨砂机(单向的或往复的)。流程如下所示。漆板是涂覆有由日本东京品川区的立邦涂料有限公司(Nippon Paint Co.,Ltd.(Shinagawa-ku,Tokyo,Japan))制造的LX的粘结钢板(25cm长×32cm 宽)，并且漆面向上放置，并附接至测试仪的测试台上。将3125PSA软垫附接到用于去除不平整的3125磨砂机上，并且然后在其上附接抛光材料1 至6、466LA A5、466LA A3和266LA A2中一者。使3125磨砂机的抛光表面在2mm直径的圆内作轨道移动，而不作旋转移动。将3125磨砂机附接到测试仪的臂之后，通过喷涂将水提供到抛光材料的抛光表面(结构化表面)上，并且在所提供气压为0.4Mpa并且负荷为1kgf的前提下，以3 厘米/秒的速度对漆面进行两个周期(前和后)并且长20cm的抛光。
接着，将漆板的取向旋转90°，并且然后将该板附连到测试台。从臂上卸下用于去除不平整的3125磨砂机，并且然后将附接有泡沫磨光垫13257 的8125磨光磨砂机附接到该臂上。使8125磨砂机的抛光表面围绕自由移动宽度为12mm的中心轴线旋转移动。将2克超细上光剂(Polish Extra Fine)均匀涂覆到13257衬垫上，并且然后通过在所提供气压为0.4Mpa并且负荷为1kgf的前提下，以3厘米/秒的速度朝一个方向重复经过20cm的距离来对漆面进行精抛光。去除不平整之后但是在进行精抛光之前的漆面的Rz(最大高度)、完成精抛光所需的抛光周期数目以及变白的发生率在表5中示出。
表5
Figure BDA0001158544710000211
Figure BDA0001158544710000221
1)抛光材料参见表4
在实施例1至4中，完成精抛光所需的抛光周期数目缩短至6个周期或更小，并且获得了高质量的精加工面，而没有发生变白。比较例2和比较例3相似，不同的是粘结剂的类型不同(比较例2：环氧树脂；比较例 3：丙烯酸树脂)，并且比较例1和比较例2相似，不同的是硅抛光化合物颗粒的平均粒度不同(比较例1:2μm；比较例2:5μm)。当使用碳化硅颗粒时，粘结剂由丙烯酸树脂(比较例3)变成更硬的环氧树脂(比较例2) 后，磨削力下降。当环氧树脂用作粘结剂时，与丙烯酸树脂相比，三维元件的磨损更低，并且新(未使用过的)碳化硅颗粒的显露受到抑制，因此认为磨削力下降了。关于其中环氧树脂用作粘结剂且碳化硅颗粒的平均粒度很小的比较例1，磨削力甚至低于比较例2。另一方面，与使用碳化硅颗粒的情况不同，当使用金刚石磨料颗粒时，即使平均粒度为2μm，依然实现了很大的磨削力(实施例1)。关于其中使用含尿烷树脂的层合层的实施例5，与具有相同形状的结构化表面的实施例1相比，实现了更大的初始 (0至1000周期)磨削力，并且获得了高质量的精加工表面，而没有发生变白。
附图标号
100,700：抛光材料
101,401,701：基体材料
102,702：抛光层
103,703：金刚石磨料颗粒
104,204,304,404,504,604,704：三维元件
105,405,705：三维元件顶部
106,406：三维元件下部
706：层合层(三维元件的下部)
708：模板片材
709：磨料颗粒浆料
710：层合组合物
800：漆面
802：不平整

Claims (8)

1.一种漆面精加工方法，包括：
通过使用包括抛光层的抛光材料去除所述漆面所包括的不平整来制备用于精抛光的漆面，其中所述不平整包括尺寸为0.5mm至5mm的油漆突起部分，所述抛光层具有其中提供有多个三维元件的结构化表面，并且所述抛光层包含平均粒径为0.5μm至5μm的金刚石磨料颗粒和含环氧树脂的粘结剂；以及
在去除所述不平整后，不用进行粗抛光步骤，而将所述漆面精抛光至Rz为0.5μm或更小。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个三维元件的形状选自棱锥、圆锥、截头棱锥、截头圆锥、以及它们的组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述金刚石磨料颗粒的平均粒径为1μm至4μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中去除所述不平整包括使附接至电驱式或气驱式磨砂机的所述抛光材料与所述不平整接触。
5.根据权利要求4所述的方法，其中当使所述抛光材料与所述不平整接触时对所述磨砂机施加的力为3kgf或更小。
6.根据权利要求5所述的方法，其中向所述抛光材料的表面提供水作为润滑剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其中通过将磨光棒附接到电驱式或气驱式磨砂机、并且使所述磨光棒与所述漆面中要进行精抛光的区域接触来进行精抛光。
8.根据权利要求7所述的方法，其中将抛光化合物涂覆到磨光棒表面和/或所述漆面中要进行精抛光的区域。
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