CN112566753B - 结构化磨料制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包括背衬和磨料层的结构化磨料制品，该背衬具有相反的第一主表面和第二主表面，该磨料层牢固地粘结到背衬的第一主表面。该磨料层包括成形的磨料复合物。每个成形的磨料复合物具有四个侧面、高度和面向背衬的第一主表面的底部。成形的磨料复合物具有410微米至650微米的平均高度和550微米至1450微米的底部的平均边长。该成形的磨料复合物包括不可磁化的成形的磨料片，该不可磁化的成形的磨料片具有150微米至350微米的平均边长和40微米至120微米的平均厚度。本发明还公开了制造和使用的方法。

Description

结构化磨料制品及其制备方法
技术领域
本公开广义地涉及包含粘附到背衬的多个成形的磨料复合物的磨料制品及其制备和使用方法。
背景技术
结构化磨料盘和带广泛用于磨料领域。诸如这些的结构化磨料制品通常包括具有固定到背衬的主表面的成形的磨料复合物(通常为成形的磨料复合物的紧密堆积的阵列)的磨料层。每个成形的磨料复合物具有与背衬接触的底表面和从背衬向外延伸的远侧端部。成形的磨料复合物包含分散在包括粘结剂(有机或玻璃质)的粘结剂基质中的磨料颗粒。成形的磨料复合物通常排列成阵列。在结构化磨料制品的一种常见配置中，成形的磨料复合物是棱锥(例如，3面、4面或6面)、截头棱锥(例如，3面、4面或6面)、棱柱(例如，3面、4面或6面)。许多此类结构化磨料制品是由明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,Minnesota)以“TRIZACT”商标销售的。
根据应用，成形的磨料复合物的尺寸可非常小(例如，用于汽车清漆涂层)或非常大(例如，原料去除)。
发明内容
许多结构化磨料制品被设计用于精加工应用，并且仅包含精细等级的稀释的粉碎磨料颗粒。然而，此类结构化磨料制品通常具有相对较差的切削性能。
本公开表明，出乎意料的是，与不可磁化的成形的磨料片和成形的磨料复合物的尺寸的其它组合相比，在某些尺寸的成形的磨料复合物中包括某些尺寸等级的不可磁化的成形的磨料片导致优异的切削性能。另外，该优异的切削性能不伴有切削速率相当的其它研磨产品所特有的深划痕。
在一方面，本发明提供结构化磨料制品，包括：
背衬，所述背衬具有相反的第一主表面和第二主表面；
磨料层，所述磨料层牢固地粘结到所述背衬的所述第一主表面，其中：
所述磨料层包括成形的磨料复合物，其中每个成形的磨料复合物具有四个侧面、高度和面向所述背衬的所述第一主表面的底部，其中所述成形的磨料复合物具有410微米至650微米的平均高度和550微米至1450微米的所述底部的平均边长，其中所述成形的磨料复合物包括不可磁化的成形的磨料片，并且其中所述不可磁化的成形的磨料片具有150微米至350微米的平均边长和40微米至120微米的平均厚度。
在另一个方面，本发明提供一种制备结构化磨料制品的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供生产工具，所述生产工具具有限定多个精确成形的腔体的模具表面，所述腔体具有410微米至650微米的深度和550微米至1450微米的所述模具表面的边长；
b)用浆料填充所述精确成形的腔体的至少大部分，所述浆料包含分散在可固化有机粘结剂前体材料中的不可磁化的成形的磨料片，其中所述不可磁化的成形的磨料片具有150微米至350微米的边长和40微米至120微米的厚度；
c)在将所述浆料设置在所述精确成形的腔体的所述至少大部分内时，使设置在背衬的主表面上的粘接层与所述生产工具的所述模具表面接触；
d)使所述可固化有机粘结剂前体材料至少部分地固化，以形成固定到所述背衬的所述主表面的成形的磨料复合物；以及
e)将所述成形的磨料复合物与所述生产工具分离，
其中所述方法在不影响有意施加的外部磁场的情况下进行。
如本文所用：
术语“陶瓷”是指由至少一种与氧、碳、氮或硫混合的金属元素(其可包括硅)制成的各种硬质、易碎、耐热且耐腐蚀材料中的任一种。陶瓷可以是例如结晶的或多晶的。
术语“亚铁磁的”是指呈现出亚铁磁性的材料。亚铁磁性是一类在固体中发生的永磁性，其中与单个原子相关联的磁场自发地自身对齐，一些是平行的，或在相同的方向上(如在铁磁性中)，而其它是大致反平行的，或在相反的方向上结成对(如在反铁磁性中)。亚铁磁材料的单晶的磁性行为可归因于平行对准；这些原子在反平行排列中的稀释效应将这些材料的磁强度保持为通常小于诸如金属铁的纯铁磁固体的磁强度。亚铁磁性主要发生在称为铁氧体的磁性氧化物中。产生亚铁磁性的自发对齐在高于称为居里点的温度(每个亚铁磁材料的特性)时被完全破坏。当材料的温度降至低于居里点时，亚铁磁性恢复。
术语“铁磁的”是指呈现出铁磁性的材料。铁磁性是一种物理现象，其中某些不带电荷的材料会强烈吸引其它材料。与其它物质相比，铁磁材料被容易地磁化，并且在强磁场中，磁化接近称为饱和的明确极限。当应用场然后将其去除时，磁化不会恢复到其初始值。此现象被称为滞后。当加热至称为居里点的某一温度(这对于每种物质来讲通常是不同的)时，铁磁材料失去其固有特性并且不再是磁性的；然而，它们在冷却时再次变成铁磁的。
术语“磁性的”和“磁化”意指是在20℃是铁磁的或亚铁磁的，或者能够如此制得，除非另外指明。优选地，根据本公开的可磁化层具有或者可通过暴露于施加的磁场而制成具有至少0.001个电磁单位(emu)的磁矩，更优选地具有至少0.005emu的磁矩，更优选地具有0.01emu的磁矩，最多具有0.1emu的磁矩，但是这不是必需的。
术语“磁场”是指不是由任何一个或多个天体(例如，地球或太阳)或偶然通过电线或电路产生的磁场。
术语“可磁化的”是指能够被磁化或已经处于磁化状态。
术语“不可磁化”意指不能够被磁化。
术语“精确成形陶瓷体”是指这样一种陶瓷体，其中陶瓷体的至少一部分具有预定的形状，该预定的形状从用于形成前体精确成形陶瓷体的模具腔复制，该前体精确成形陶瓷体被烧结以形成精确成形陶瓷体。精确成形的陶瓷体将通常具有预定的几何形状，该几何形状基本上复制了用于形成成形的磨料颗粒的模腔。
术语“精确成形的磨料复合物”是指通过以下方法形成的成形的磨料复合物，其中成形的磨料复合物通过在从模具中取出之前使位于模具中的腔体中的浆料至少部分地固化而形成，由此使得所得的磨料复合物基本上复制腔体的表面光洁度和/或形状。
术语“成形的磨料复合物”是指在其制备期间在某些时刻已经有意成形(例如挤出、模切、模塑、丝网印刷)的磨料复合物，由此使得所得的成形的磨料复合物是非随机成形的。本文所用的术语“成形的磨料复合物”不包括通过机械粉碎或研磨操作获得的成形的磨料复合物。
术语“成形陶瓷体”是指在其制备过程中，某种情况下已有意成形(例如挤出、模切、模制、丝网印刷)的陶瓷体，由此使得所得陶瓷体为非随机成形的。如本文所用的术语“成形陶瓷体”不包括通过机械粉碎或研磨操作获得的不可磁化的成形的磨料片。
术语“长度”是指物体的最长尺寸。
术语“宽度”是指对象的垂直于对象的长度的最长的尺寸。
术语“厚度”是指对象的垂直于对象的长度和宽度的最长的尺寸。
术语“纵横比”是指对象的长度/厚度的比率。
术语“基本上不含”意指基于所涉及的物体的总重量计含有少于5重量％(例如，小于4重量％、3重量％、2重量％、1重量％、0.1重量％、或甚至小于0.01重量％，或甚至完全不含)。
术语“基本上”是指在涉及的属性的35％内(优选地在30％内，更优选地在25％内，更优选地在20％内，更优选地在10％内，并且更优选地在5％内)。
后缀“(s)”表示修改后的单词可以是单数或复数。
在考虑具体实施方式以及所附权利要求书时，将进一步理解本公开的特征和优点。
附图说明
图1是根据本公开的示例性结构化磨料制品的示意性横截面侧视图。
图2示出了各种尺寸的磨料颗粒和成形的复合物尺寸的单盘测试结果。
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本公开原理的范围内及符合本公开原理的实质的其它修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。
具体实施方式
现在参考图1，示例性结构化磨料制品100包括多个精确成形的棱锥形磨料复合物135，其形成磨料层137，该磨料层设置在任选的粘接层111的第一主表面125上并固定到该第一主表面上，该任选的粘接层设置在背衬110上。成形的磨料复合物135包括保留在有机粘结剂140中的不可磁化的成形的磨料片150和稀释的粉碎磨料颗粒152。任选的附接层155通过任选的粘合剂层170固定到背衬110的与第一主表面125相对的第二主表面127上。
磨料层包括成形的磨料复合物，每个成形的磨料复合物包括分散在有机粘结剂中的不可磁化的成形的磨料片。结构化磨料层可以是连续的或不连续的层，例如，它可以具有不含成形的磨料复合物的区域。
通常，根据预定的图案或阵列，将形成磨料层的成形的磨料复合物布置在背衬上，但这不是必需的。成形的磨料复合物可以具有基本上相同的形状和/或尺寸，或为各种形状和/或尺寸的磨料复合物的混合物。通常，磨料层中的基本上所有成形的磨料复合物具有相同的尺寸和形状，允许制造公差(例如，相对于一些成形的磨料复合物的缺失部分或可存在的多余材料)，但是不同的形状和尺寸也是可允许的。
在优选的实施方案中，成形的磨料复合物是“精确成形的磨料复合物”，但这不是必需的。这意指精确成形的磨料复合物由相对光滑的经表面处理的侧面所限定，该侧面由界限清楚、具有明显端点长度的截然不同的边缘加以界定和接合，这些端点由不同侧面的交线所限定。术语“界定”和“边界”指限制和限定每种精确成形的磨料复合物的实际三维形状的每种复合物的暴露的表面和边缘。当在扫描电子显微镜下观察磨料制品的横截面时，可容易地看见和辨别这些边界。这些边界将一个精确成形的磨料复合物与其它精确成形的磨料复合物分开并区分，即使这些复合物在其底表面处沿公共边相互邻接也不例外。通过比较，在没有精确形状的成形的磨料复合物中，边界和边缘不是界限分明的(例如，在磨料复合物在其固化完成之前下陷的情况下)。
在一些实施方案中，磨料层基本上(即，除了制造缺陷导致的形状)由精确成形的磨料复合物组成。如本文所用，术语“制造缺陷”是指成形的磨料复合物的表面形状中的无意凹陷、气隙或气泡，其通常在位置和/或尺寸上从一个成形的磨料复合物变化到下一个。通过观察磨料制品中许多成形的磨料复合物的整体形状和图案，当比较磨料层中的各个成形的磨料复合物时，成形的磨料复合物缺陷是容易辨别的。结构化磨料的磨料层可以是连续的或不连续的。
成形的磨料复合物可包括紧密堆积的阵列；然而，分离成形的磨料复合物以控制结构化磨料制品的承载面积可以是有用的。如本文所用，术语“承载面积”(以百分比表示)是指所有成形的磨料复合物的所有底表面的组合面积除以背衬的第一表面的总面积。通常，承载面积为在10％至约100％的范围内，更通常在60％至98％的范围内，更通常在80％至95％的范围内，但这不是必需的。例如，通过在各个成形的磨料复合物之间或在成形的磨料复合物的紧密堆积阵列之间包括通道，可以实现的承载面积为小于100％。
成形的(包括精确成形的)磨料复合物可具有导致磨料层的暴露表面上的凸起特征部或凹陷部中的至少一者的形状。可用的形状包括例如正四棱柱、矩形棱柱、正四棱锥、矩形棱锥、截头正四棱锥和截头矩形棱锥。也可以使用不同形状和/或尺寸的磨料复合物的组合。成形的磨料复合物可具有例如平的和/或弯曲的侧面。优选地，成形的磨料复合物包括正四棱锥或矩形棱锥中的至少一种。
在一些优选的实施方案中，成形的磨料复合物中的至少一些，在各自的基础上，四个侧面在单个顶点处相交。在一些优选的实施方案中，成形的磨料复合物包括正四棱锥(或甚至由正四棱锥组成)。
磨料层包括成形的磨料复合物，其中每个成形的磨料复合物具有四个侧面、高度和面向背衬的第一主表面的底部。在一些优选的实施方案中，成形的磨料复合物具有410微米至650微米(更优选440微米至640微米，更优选460微米至640微米，并且甚至更优选460微米至510微米)的平均高度以及550微米至1500微米(更优选550微米至800微米，更优选600微米至800微米，并且甚至更优选625微米至770微米)的底部的平均边长。例如，前述范围可以任何子组合或分别采用。
成形的磨料复合物包含保留在有机粘结剂中的不可磁化的成形的磨料片。有机粘结剂(例如，交联的有机聚合物)一般通过固化(即交联)有机树脂粘结剂前体来制备。合适的粘结剂前体示例包括热固化树脂和辐射固化树脂，这些树脂可通过诸如加热和/或接触辐射而被固化。示例性有机粘结剂前体包括胶、酚醛树脂、氨基塑料树脂、脲甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸类树脂(例如，具有侧接α,β-不饱和基团的氨基塑料树脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸酯改性环氧树脂、丙烯酸酯改性异氰尿酸酯树脂)、丙烯酸类单体/低聚物树脂、环氧树脂(例如，包括双马来酰亚胺改性的和芴改性的环氧树脂)、异氰尿酸酯树脂以及它们的组合。
可将诸如例如热引发剂、催化剂、光引发剂和硬化剂的固化剂添加到有机粘结剂前体中，通常根据所选树脂体系进行选择并且以有效量添加。对固化剂和它们的量的选择在本领域技术人员的能力范围内。
通常，有机粘结剂通过交联(例如，至少部分固化和/或聚合)有机粘结剂前体来制备。在制备结构化磨料制品的过程中，粘结剂前体可接触有助于引发有机粘结剂前体的聚合(通常包括交联)的能量源。能量源的示例包括热能和辐射能，其中辐射能包括电子束、紫外光和可见光。在采用电子束能量源的情况下，由于电子束本身可以产生自由基，因此并不一定需要固化剂。
经过此聚合反应过程之后，有机粘结剂前体被转化为硬化的有机粘结剂。另选地，对于热塑性有机粘结剂前体，在制备磨料制品的过程中将热塑性有机粘结剂前体冷却到导致有机粘结剂前体固化的程度。在粘结剂前体凝固时，形成磨料复合物。
有两种主要类别的可聚合树脂，可优选地包括在有机粘结剂前体、缩合可聚合树脂和加成可聚合树脂中。由于加成可聚合树脂通过接触辐射能容易进行固化，因而是有利的。加成聚合树脂可通过诸如阳离子机理或自由基机理进行聚合。根据所采用的能量源和粘结剂前体化学性质的不同，固化剂、引发剂或催化剂可以用来帮助引发聚合反应。
典型的粘结剂前体的示例包括酚醛树脂、脲甲醛树脂、氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺甲醛树脂、氰酸酯树脂、异氰脲酸酯树脂、(甲基)丙烯酸酯树脂(例如，(甲基)丙烯酸酯化聚氨酯、(甲基)丙烯酸酯化环氧树脂、烯键式不饱和自由基可聚合化合物、具有α,β-不饱和羰基侧基的氨基塑料衍生物、具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰脲酸酯衍生物、以及具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰酸酯衍生物)、乙烯基醚、环氧树脂以及其混合物和组合。如本文所用，术语“(甲基)丙烯酰基”涵盖丙烯酰基或甲基丙烯酰基。
酚醛树脂具有良好的热特性、可得性和相对较低的成本，而且易于处理。酚醛树脂有两种类型：可溶酚醛树脂和线型酚醛树脂。可溶酚醛树脂中甲醛与酚的摩尔比为大于或等于1:1、通常在1.5:1.0至3.0:1.0的范围内。线型酚醛树脂中甲醛与酚的摩尔比为小于1:1。可商购获得的酚醛树脂的示例包括下述已知商品名的那些：“DUREZ”和“VARCUM”，得自德克萨斯州达拉斯的西方化学公司(Occidental Chemicals Corp.,Dallas,Texas)；“RESINOX”，得自密苏里州圣路易斯的孟山都公司(Monsanto Co.,Saint Louis,Missouri)；以及“AEROFENE”和“AROTAP”，得自俄亥俄州都柏林的亚什兰专用化学品公司(Ashland Specialty Chemical Co.,Dublin,Ohio)。
(甲基)丙烯酸酯化聚氨酯包括羟基封端的NCO扩链的聚酯或聚醚的二(甲基)丙烯酸酯。可商购获得的丙烯酸酯化聚氨酯的示例包括可以CMD 6600、CMD 8400和CMD 8805得自新泽西州西帕特森的氰特工业公司(Cytec Industries,West Paterson,New Jersey)的那些。
(甲基)丙烯酸酯化环氧树脂包括环氧树脂的二(甲基)丙烯酸酯，诸如双酚A环氧树脂的二丙烯酸酯。可商购获得的丙烯酸酯化环氧树脂的示例包括可以CMD 3500、CMD3600和CMD 3700得自氰特工业公司(Cytec Industries)的那些。
烯键式不饱和自由基可聚合化合物包括含有碳原子、氢原子和氧原子以及任选氮和卤素的单体和聚合物化合物。氧原子或氮原子或两者通常存在于醚、酯、聚氨酯、酰胺和脲基中。烯键式不饱和自由基可聚合化合物通常具有低于约4,000克/摩尔的分子量，并且通常为由含有单个脂族羟基基团或多个脂族羟基基团的化合物与不饱和羧酸(诸如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸和马来酸等)反应制成的酯。烯键式不饱和自由基可聚合化合物的代表性示例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇甲基丙烯酸酯和季戊四醇四丙烯酸酯。其它烯键式不饱和树脂包括单烯丙基、聚丙烯基和聚甲基烯丙基酯和羧酸酰胺，诸如二烯丙基邻苯二甲酸酯、二烯丙基己二酸酯和N,N-二烯丙基己二酰二胺。而其它含氮化合物包括三(2-丙烯酰-氧乙基)异氰脲酸酯、1,3,5-三(2-甲基丙烯酰氧乙基)-s-三嗪、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。
可用的氨基塑料树脂的每个分子或每个低聚物具有至少一个α,β-不饱和羰基侧基基团。这些不饱和羰基基团可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺型基团。此类材料的示例包括N-羟甲基丙烯酰胺、N,N'-氧基二亚甲基-双丙烯酰胺、邻位丙烯酰胺甲基化苯酚及对位丙烯酰胺甲基化苯酚、丙烯酰胺甲基化线型酚醛树脂以及它们的组合。这些材料在美国专利4903440和5236472(均授予Kirk等人)中被进一步描述。
具有至少一个丙烯酸基的异氰脲酸酯衍生物和具有至少一个丙烯酸基的异氰酸酯衍生物在美国专利4652274(Boettcher等人)中被进一步描述。一种异氰脲酸酯材料的示例为三(羟乙基)异氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
环氧树脂具有一个或多个环氧基基团，并且可以通过环氧基基团的开环反应聚合。此类环氧树脂包括单体环氧树脂和低聚环氧树脂。可用的环氧树脂的示例包括：2,2-双[4-(2,3-环氧丙氧基)-苯丙烷](双酚的二缩水甘油醚)和以EPON 828、EPON 1004和EPON1001F得自俄亥俄州哥伦布的迈图特种化学品公司(Momentive Specialty Chemicals,Columbus,Ohio)；以及以商品名“DER-331”、“DER-332”和“DER-334”从美国密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical Co.Midland,Michigan)商购获得的材料。其它合适的环氧树脂包括以商品名“DEN-431”和“DEN-428”从陶氏化学公司(Dow Chemical Co.)商购获得的线型酚醛树脂的缩水甘油醚。
环氧树脂可通过添加合适的阳离子固化剂的阳离子机理来聚合。阳离子固化剂产生酸源以引发环氧树脂的聚合。这些阳离子固化剂可包括具有鎓阳离子的盐和包含金属或准金属的络合物阴离子的卤素。还可使用用于环氧树脂和酚醛树脂的其它固化剂(例如，胺硬化剂和胍)。
其它阳离子固化剂包括具有有机金属络合物阳离子的盐和包含金属或准金属的络合物阴离子的卤素，这些固化剂在美国专利4751138(Tumey等人)中被进一步描述。另一个示例是有机金属盐和鎓盐，其在下述文献中有所描述：美国专利4985340(Palazzotto等人)、美国专利5086086(Brown-Wensley等人)和美国专利5376428(Palazzotto等人)。其它阳离子固化剂包括有机金属络合物的离子型盐，其中金属选自在美国专利5385954(Palazzotto等人)中描述的元素周期表中第IVB、VB、VIB、VIIB和VIIIB族元素。
自由基热引发剂的示例包括过氧化物，例如，过氧化苯甲酰和偶氮化合物。
当暴露在光化学电磁辐射中时，产生自由基源的化合物通常称为光引发剂。光引发剂的示例包括：苯偶姻及其衍生物诸如α-甲基苯偶姻；α-苯基苯偶姻；α-烯丙基苯偶姻；α-苄基苯偶姻；苯偶姻醚，诸如苯偶酰二甲基缩酮(可以IRGACURE 651从纽约州塔里敦的汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals,Tarrytown,New York)商购获得)、苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻正丁基醚；苯乙酮及其衍生物，诸如，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(可以DAROCUR 1173得自汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals))和1-羟基环己基苯基酮(可以IRGACURE 184得自汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals))；2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮(可以IRGACURE 907得自汽巴精化公司(CibaSpecialty Chemicals))；2-苄基-2-(二甲基氨基)-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮(可以IRGACURE 369得自汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals))。其它可用的光引发剂包括：例如新戊偶姻***、茴香偶姻***、蒽醌(例如，蒽醌、2-乙基蒽醌、1-氯蒽醌、1,4-二甲基蒽醌、1-甲氧基蒽醌或苯并蒽醌)、卤代甲基三嗪、二苯甲酮及其衍生物、碘鎓盐和锍盐、钛络合物诸如双(η5-2,4-环戊二烯-1-基)-双[2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)苯基]钛(例如可以CGI 784DC从汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals)商购获得)；卤代甲基硝基苯(例如4-溴甲基硝基苯)、单酰基膦和双酰基膦(例如可以IRGACURE 1700、IRGACURE 1800、IRGACURE1850和DAROCUR 4265从汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals)商购获得)。可使用光引发剂的组合。可与光引发剂一起使用一种或多种光谱敏化剂(例如，染料)，例如，以便提高光引发剂对具体光化辐射源的灵敏度。
为了促进上述粘结剂和磨料颗粒(例如，不可磁化的成形的磨料片和/或稀释的粉碎磨料颗粒)之间的联接，可在磨料颗粒和有机粘结剂前体的浆料中包括硅烷偶联剂；通常，量为约0.01重量％至5重量％、更典型地量为约0.01重量％至3重量％、更典型地量为约0.01重量％至1重量％，但也可使用其它量，例如取决于磨料颗粒的尺寸。合适的硅烷偶联剂的示例包括例如甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3,4-环氧环己基甲基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三甲氧基硅烷(例如，分别以商品名A-174、A-151、A-172、A-186、A-187和A-189从康涅狄格州格林威治的维特克公司(Witco Corp.，Greenwich,Connecticut)商购获得)、烯丙基三乙氧基硅烷、二烯丙基二氯硅烷、二乙烯基二乙氧基硅烷和间、对-苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷(例如，分别以商品名A0564、D4050、D6205和S 1588从宾夕法尼亚州布里斯托尔的联合化学工业公司(United Chemical Industries,Bristol,Pennsylvania)商购获得)、二甲基二乙氧基硅烷、二羟基二苯基硅烷、三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷醇、3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、甲基三乙氧硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、乙基三乙氧基硅烷、戊基三乙氧基硅烷、乙基三氯硅烷、戊基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、苯基三乙氧基硅烷、甲基三氯硅烷、甲基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷、二甲基二乙氧基硅烷以及它们的混合物。
有机粘结剂前体可任选地包含添加剂，诸如例如着色剂、助磨剂、稀释的粉碎磨料颗粒、填料、润湿剂、分散剂、光稳定剂和抗氧化剂。
通过有机粘结剂前体可任选地包含在磨料层中的助磨剂包括多种不同的材料，其包括有机化合物和无机化合物两者。有效用作助磨剂的化学化合物的示例包括蜡、有机卤化物、卤化物盐、金属以及金属合金。有效用作助磨剂的特定蜡具体地包括但不限于卤代蜡四氯化萘和五氯化萘。其它有效的助磨剂包括卤化热塑性塑料、磺化热塑性塑料、蜡、卤代蜡、磺化蜡以及它们的混合物。其它有效用作助磨剂的有机材料具体地包括但不限于聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯。通常有效作为助磨剂的卤化物盐的示例包括氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾和氯化镁。用作助磨剂的卤化物盐通常具有小于100微米的平均粒度，优选地颗粒小于25微米。通常有效用作助磨剂的金属的示例包括锑、铋、镉、钴、铁、铅、锡和钛。其它常用的助磨剂包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物。也可使用这些助磨剂的组合。
可在不可磁化的成形的磨料片和/或稀释的粉碎磨料颗粒中使用的可用的磨料材料包括例如熔融氧化铝、热处理氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料(诸如可从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,Minnesota)以3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN商购获得的那些)、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、溶胶-凝胶衍生陶瓷(例如掺杂氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、二氧化硅和/或氧化锡的氧化铝陶瓷)、二氧化硅(例如，石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、长石或燧石。优选的磨料材料包括得自溶胶-凝胶或浆料方法的α-氧化铝。溶胶-凝胶法制备的磨料颗粒的示例可见于以下文献中：美国专利4314827(Leitheiser等人)、4,623,364(Cottringer等人)；4744802(Schwabel)、4770671(Monroe等人)；和4881951(Monroe等人)；5152917(Pieper等人)、5213591(Celikkaya等人)、5435816(Spurgeon等人)、5672097(Hoopman等人)、5946991(Hoopman等人)、5975987(Hoopman等人)和6129540(Hoopman等人)；以及美国公布专利申请2009/0165394(Culler等人)和2009/0169816A1(Erickson等人)。美国专利申请公布2015/0267097(Rosenflanz等人)描述了浆料法制备的磨料颗粒。
不可磁化的成形的磨料片(包括不可磁化的精确成形的磨料片)可通过使用溶胶-凝胶技术的模制工艺来制备，其中溶胶-凝胶技术描述于美国专利5201916(Berg)、5366523(Rowenhorst(Re 35,570))和5984988(Berg)中。美国专利8034137(Erickson等人)描述了已形成特定形状的氧化铝颗粒，然后将其粉碎以形成碎片，这些碎片保持其初始形状特征结构的一部分。在一些实施方案中，不可磁化的成形的磨料片为精确成形的(即，不可磁化的成形的磨料片具有至少部分地由用于制备它们的生产工具中的腔室的形状决定的形状)。
不可磁化的成形的磨料片的示例性形状包括截头棱锥(例如，3面、4面、5面或6面截头棱锥)和棱柱(例如，3面、4面、5面或6面棱柱)。在一些优选的实施方案中，不可磁化的成形的磨料片包括三棱柱、截头三棱锥或它们的组合。
优选地，成形的磨料复合物包括正四棱锥或矩形棱锥中的至少一种。关于不可磁化的成形的磨料片及其制备方法的细节可见于例如美国专利8142531(Adefris等人)、8142891(Culler等人)和8,142,532(Erickson等人)中；以及美国专利申请公布2012/0227333(Adefris等人)、2013/0040537(Schwabel等人)和2013/0125477(Adefris)中。
根据本公开的不可磁化的成形的磨料片和任选的稀释的粉碎磨料颗粒可根据磨料行业认可的规定标称等级独立地按尺寸分类。示例性磨料行业公认的分级标准包括由ANSI(美国国家标准学会)、FEPA(欧洲磨料制造者联盟)和JIS(日本工业标准)颁布的那些标准。ANSI等级标号(即，规定标称等级)包括例如ANSI 120、ANSI 150、ANSI 180和ANSI220。FEPA等级标号包括例如F120、F150、F180、F220。JIS等级标号包括例如JIS120、JIS150、JIS180和JIS220。
另选地，可使用符合ASTM E-11“用于测试目的的筛布和筛的标准规格(StandardSpecification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes)”的美国标准试验筛将不可磁化的磨料片和/或任选的稀释的粉碎磨料颗粒分级成标称筛选等级。ASTME-11规定了测试筛的设计和构造需求，该测试筛使用安装在框架中的织造筛布的介质根据指定的粒度对材料进行分类。-100+120即为典型的标号表示，其意指成形磨料颗粒可通过符合ASTM E-11规格的100号测试筛，但可保留在符合ASTM E-11规格的120号测试筛上。示例性此类等级可包括-100+120、-120+150、-150+180、-180+220，但也可使用其它组合。
不可磁化的成形的磨料片具有150微米至350微米(优选180微米至330微米，更优选260微米至330微米)的平均边长和40微米至120微米(优选40微米至100微米，更优选60微米至100微米)的平均厚度。例如，前述范围可以任何子组合或分别采用。
不可磁化的成形的磨料片不应具有可磁化层或内含物。虽然在一些实施方案中，不可磁化的成形的磨料片可包含各种晶粒尺寸改性剂(例如，氧化铝、氧化铁、钕或其它稀土盐)，但它们不应为足以使成形的磨料片可磁化的量。在一些优选的实施方案中，不可磁化的成形的磨料片不含添加的铁或稀土晶粒尺寸改性剂。
优选地，不可磁化的成形的磨料片的至少一部分，优选地至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或甚至全部包括不可磁化的三角形磨料片。
在一些优选的实施方案中，结构化磨料复合物还包括稀释的粉碎磨料颗粒，其可包括上文所述的磨料材料。如果存在，稀释的粉碎磨料颗粒优选地具有与不可磁化的成形的磨料片相同或与其相比较小的尺寸等级(例如，如由筛尺寸所确定的)；然而，这不是必需的。如果存在，则不可磁化的成形的磨料片与稀释的粉碎磨料颗粒的比率优选为0.67至1.5，更优选为约1.0；然而，这不是必需的。
在一个实施方案中，在有机粘结剂前体中包括不可磁化的成形的磨料颗粒和任选的稀释的粉碎(优选地不可磁化的)磨料颗粒的磨料颗粒的浆料可直接涂覆到生产工具上，在该生产工具中具有成形的腔体(优选地，由以锐角相交的平面表面形成的腔体)，并且与背衬(或者如果存在的话，背衬上的任选的粘接层)接触。腔体的形状和尺寸被设定成与最终所得的结构化磨料制品中的磨料层的工作表面的设计形状互补。也就是说，腔体将具有对应的成形的磨料复合物的标称维度和位置。然后使浆料至少部分地固化，以形成设置在背衬的主表面上并且仍在生产工具的模具表面的腔体内的成形的磨料复合物。在该实施例中，当浆料在生产工具腔体内时，它通常固化(例如，至少部分地固化)。最后，将成形的磨料复合物与生产工具分离，从而提供根据本发明的结构化磨料制品。
生产工具可以是带、薄板、连续的薄板或幅材、涂布辊(诸如轮转凹版辊)、安装在涂布辊上的套筒或模具。生产工具可以由金属(例如镍)、金属合金或塑料构成。金属生产工具可以采用任何常规的技术进行加工，诸如例如雕刻、抛光、电铸或金刚石车削。热塑性工具可以由金属母模工具复制而成。母模工具将具有生产工具所期望的反向图案。母模工具可以与生产工具相同的方式制成。母版工具优选地由金属(如镍)经金刚石车削而成。可将热塑性片状材料连同母模工具一起加热，由此使得通过将二者压制在一起而在热塑性材料上压印出母模工具图案。也可以将热塑性材料挤出或浇注到母模工具上，然后再挤压。冷却热塑性材料以使其硬化，从而制得生产工具。热塑性生产工具材料的实例包括聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯以及它们的组合。如果使用热塑性生产工具，则通常应当小心，不要产生可以导致热塑性生产工具变形的过度热量。
生产工具还可以包括脱模涂层，以允许磨料制品更容易从生产工具上脱离。用于金属工具的这类剥离涂层的实例包括硬质碳化物、氮化物或硼化物涂层。用于热塑性工具的剥离涂层的实例包括有机硅和含氟化合物涂层。
优选地，上述方法在不影响有意施加的外部磁场的情况下进行，该外部磁场可趋于使可能存在的任何磁性颗粒对齐。
有关具有精确成形的磨料复合物的结构化磨料制品的制备方法的附加细节可见于例如下述文献中：美国专利5152917(Pieper等人)、美国专利5435816(Spurgeon等人)、美国专利5672097(Hoopman)美国专利5681217(Hoopman等人)、美国专利5454844(Hibbard等人)、美国专利5851247(Stoetzel等人)和美国专利6139594(Kincaid等人)。
可用的背衬的示例包括薄膜、泡沫(开孔或闭孔)、纸、箔和织物。背衬可以是例如包括热塑性聚合物的热塑性薄膜，该薄膜可以包含各种添加剂。合适的添加剂的示例包括着色剂、加工助剂、增强纤维、热稳定剂、紫外线稳定剂和抗氧化剂。可用的填料的示例包括粘土、碳酸钙、玻璃珠、滑石粉、黏土、云母、木屑和炭黑。背衬可以是复合膜，例如具有两个或更多个分立层的共挤薄膜。
任选地，可以用一个或多个施加的涂层处理在带涂层磨料制品中使用的背衬。典型的背衬处理的示例为背胶层(即，背衬的与磨料层相反的主表面上的涂层)、预胶层或粘接层(即，背衬上设置在磨料层与背衬之间的涂层)和/或使背衬饱和的浸渍剂。亚胶层类似于浸渍剂，不同的是它施加至此前处理过的背衬。
示例性粘接层包含丙烯酸类聚合物，该丙烯酸类聚合物通过通常在自由基聚合引发剂(例如，热或光引发剂)的存在下，至少部分地固化包含可自由基聚合的单体和/或低聚物的可固化粘接涂层而形成。示例性丙烯酸类聚合物及对应的前体和固化剂在本文别处讨论。粘接层及其制备方法还公开于例如美国专利7150770(Keipert等人)中。
适合的热塑性聚合物包括(例如)聚烯烃(例如聚乙烯和聚丙烯)、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺(如尼龙-6和尼龙-6,6)、聚酰亚胺、聚碳酸酯以及它们的组合物和共混物。
通常，背衬的平均厚度为在至少1密耳(25微米)至100密耳(2.5mm)的范围内，但也可以采用该范围以外的厚度。
任选的顶胶可设置在磨料层的至少一部分上。例如，顶胶可仅设置在成形的磨料复合物上(例如，在它们的顶表面上)，但是它也可设置在它们之间的通道上。超级化合物的示例包括选自由以下项构成的组的一种或多种化合物：辅助助磨剂诸如碱金属四氟硼酸盐、脂肪酸金属盐(例如硬脂酸锌或硬脂酸钙)和磷酸酯(例如磷酸二氢钾)、磷酸酯、脲-甲醛树脂、矿物油、交联硅烷、交联硅氧烷和/或含氟化合物的盐；纤维材料；抗静电剂；润滑剂；表面活性剂；颜料；染料；偶联剂；增塑剂：抗增塑剂；剥离剂；悬浮剂；流变改性剂；固化剂；以及它们的混合物。辅助助磨剂优选选自由以下项构成的组：氯化钠、六氟化铝钾、六氟化铝钠、六氟化铝铵、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾、氯化镁以及它们的混合物。在一些实施方案中，一种或多种脂肪酸金属盐(例如硬脂酸锌)可以有用地包括在超大尺寸中。
结构化磨料制品可任选地包括附接界面层诸如例如固定到背衬上的钩状薄膜、环状织物或压敏粘合剂，其在使用期间将结构化磨料制品固定到工具或支持垫上。
可用的压敏粘合剂(PSA)包括例如热熔PSA、溶剂基PSA和基于胶乳的PSA。压敏粘合剂可广泛商购获得；例如，来自3M公司(3M Company)。PSA层(如果存在的话)可以任何合适的技术涂覆到背衬上，该技术包括例如喷涂、刮涂和挤出涂覆。在一些实施方案中，剥离衬垫可以设置在压敏层上以在使用前保护它。隔离衬垫的示例包括聚烯烃薄膜和硅化纸。
根据本公开的结构化磨料制品可以固定到支承结构上，诸如例如固定到工具诸如圆板摆动式砂光机上的支持垫。任选的附接界面层可以是例如：粘合剂(例如，压敏粘合剂)层；双面胶带；套环织物，其用于钩环附件(如用于与其上固定有钩状结构的支持垫或支撑垫配合使用)；钩状结构，其用于钩环附件(如用于与其上固定有套环织物的支持垫或支撑垫配合使用)；或互相啮合的附接中间层(如蘑菇状互锁紧固件，其被设计用于与支持垫或支撑垫上的蘑菇状互锁紧固件相啮合)。关于此类附接界面层的进一步细节可见于例如下述文献：美国专利5152917(Pieper等人)、5254194(Ott)、5454844(Hibbard等人)、5681217(Hoopman等人)，以及美国专利申请公布2003/0143938(Braunschweig等人)和2003/0022604(Annen等人)。
同样，背衬的第二主表面可具有多个从其上凸起的整体地形成的吊钩，例如，在美国专利5672186(Chesley等人)中有所描述。这些吊钩将使结构化磨料制品和其上附连有套环织物的支持垫之间形成接合。
根据本公开的结构化磨料制品可以任何形状(例如，薄板、带状或圆盘)设置，并且可具有任何整体尺寸。压印的结构化磨盘可以具有任何直径，但其直径典型地为在0.5厘米至15.2厘米的范围内。结构化磨料制品中可以具有狭槽或狭缝，并且还可以具有穿孔。
根据本公开的结构化磨料制品通常可用于研磨工件，尤其是那些其上具有硬化聚合物层的工件。工件可包括任何材料并且可为任何形状。工件材料的示例包括金属、金属合金、异金属合金、陶瓷、涂漆的表面、塑料、聚合物涂层、石头、多晶硅、木材、大理石以及它们的组合。工件的示例包括模制和/或成形的制品(例如光学透镜、汽车车身面板、船壳、柜台和水槽)、晶片、薄板和块状体。
在研磨操作期间，润滑流体可与结构化磨料制品结合使用。示例包括水中的油、水和表面活性剂溶液(例如，水中的阴离子或非离子表面活性剂溶液)。
本公开的选择实施方案
在第一实施方案中，本公开提供一种结构化磨料制品，包括：
背衬，所述背衬具有相反的第一主表面和第二主表面；
磨料层，所述磨料层牢固地粘结到所述背衬的所述第一主表面，其中：
所述磨料层包括成形的磨料复合物，其中每个成形的磨料复合物具有四个侧面、高度和面向所述背衬的所述第一主表面的底部，其中所述成形的磨料复合物具有410微米至650微米的平均高度和550微米至1450微米的所述底部的平均边长，其中所述成形的磨料复合物包括不可磁化的成形的磨料片，并且其中所述不可磁化的成形的磨料片具有150微米至350微米的平均边长和40微米至120微米的平均厚度。
在第二实施方案中，本公开提供根据第一实施方案所述的结构化磨料制品，还包括设置在所述背衬与所述磨料层之间的粘接层，其中对于所述成形的磨料复合物中的至少一些成形的磨料复合物，在各自的基础上，所述四个侧面在单个顶点处相交。
在第三实施方案中，本公开提供根据第一实施方案或第二实施方案所述的结构化磨料制品，其中对于所述成形的磨料复合物中的至少一些成形的磨料复合物，在各自的基础上，所述四个侧面在单个顶点处相交。
在第四实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第三实施方案中任一项所述的结构化磨料制品，其中所述不可磁化的成形的磨料片的至少一部分包括不可磁化的三角形磨料片。
在第五实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第四实施方案中任一项所述的结构化磨料制品，其中所述磨料层包括所述成形的磨料复合物的阵列。
在第六实施方案中，本公开提供根据第五实施方案所述的结构化磨料制品，其中所述阵列包括紧密堆积的阵列。
在第七实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第六实施方案中任一项所述的结构化磨料制品，其中所述结构化磨料复合物还包括稀释的粉碎磨料颗粒。
在第八实施方案中，本公开提供根据第七实施方案所述的结构化磨料制品，其中所述不可磁化的成形的磨料片与所述稀释的粉碎磨料颗粒的比率为0.67至1.5。
在第九实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第八实施方案中任一项所述的结构化磨料制品，其中所述成形的磨料复合物具有460微米至640微米的平均高度和550微米至800微米的所述底部的平均边长。
在第十实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第八实施方案中任一项所述的结构化磨料制品，其中所述成形的磨料复合物具有460微米至510微米的平均高度和600微米至800微米的所述底部的平均边长。
在第十一实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第十实施方案中任一项所述的结构化磨料制品，其中所述背衬为挠性的。
在第十二实施方案中，本公开提供根据第十一实施方案的结构化磨料制品，其中所述背衬为聚合物膜。
在第十三实施方案中，本公开提供一种制备结构化磨料制品的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供生产工具，所述生产工具具有限定多个精确成形的腔体的模具表面，所述腔体具有410微米至650微米的深度和550微米至1450微米的所述模具表面的边长；
b)用浆料填充所述精确成形的腔体的至少大部分，所述浆料包含分散在可固化有机粘结剂前体材料中的不可磁化的成形的磨料片，其中所述不可磁化的成形的磨料片具有150微米至350微米的边长和40微米至120微米的厚度；
c)在将所述浆料设置在所述精确成形的腔体的所述至少大部分内时，使设置在背衬的主表面上的粘接层与所述生产工具的所述模具表面接触；
d)使所述可固化有机粘结剂前体材料至少部分地固化，以形成固定到所述背衬的所述主表面的成形的磨料复合物；以及
e)将所述成形的磨料复合物与所述生产工具分离，
其中所述方法在不影响有意施加的外部磁场的情况下进行。
在第十四实施方案中，本公开提供根据第十三实施方案所述的制备结构化磨料制品的方法，其中所述成形的磨料复合物具有460微米至640微米的平均高度和550微米至800微米的所述底部的平均边长。
在第十五实施方案中，本公开提供根据第十三实施方案或第十四实施方案所述的制备结构化磨料制品的方法，其中所述成形的磨料复合物具有460微米至510微米的平均高度和600微米至800微米的所述底部的平均边长。
在第十六实施方案中，本公开提供根据第十三实施方案至第十五实施方案中任一项所述的制备结构化磨料制品的方法，其中所述成形的磨料复合物形成紧密堆积的阵列。
通过以下非限制性实施例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在这些实施例中引用的具体材料及其量以及其它条件和细节不应视为对本公开的不当限制。
实施例
除非另有说明，否则实施例及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。实施例中使用的材料描述于下表1中。
表1
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Figure BDA0002937968720000201
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Figure BDA0002937968720000211
比较例A
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP1均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL1中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接粘接单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL1的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/分钟皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL1以得到结构化磨料样品。
实施例1
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP1均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL2中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL2的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL2以得到结构化磨料样品。
实施例2
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP1均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL3中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL3的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL3以得到结构化磨料样品。
实施例3
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP1均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL4中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL4的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL4以得到结构化磨料样品。
比较例B
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP2均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL1中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL1的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL1以得到结构化磨料样品。
实施例4
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP2均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL2中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL2的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL2以得到结构化磨料样品。
实施例5
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP2均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL3中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL3的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL3以得到结构化磨料样品。
实施例6
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP2均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL4中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL4的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL4以得到结构化磨料样品。
比较例C
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP3均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL1中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL1的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL1以得到结构化磨料样品。
实施例7
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP3均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL2中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL2的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL2以得到结构化磨料样品。
实施例8
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP3均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL3中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL3的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL3以得到结构化磨料样品。
实施例9
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP3均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL4中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL4的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL4以得到结构化磨料样品。
比较例D
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP4均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL1中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL1的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL1以得到结构化磨料样品。
实施例10
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP4均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL2中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL2的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL2以得到结构化磨料样品。
实施例11
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP4均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL3中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL3的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL3以得到结构化磨料样品。
实施例12
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、29份AO180和29份SAP4均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL4中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL4的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL4以得到结构化磨料样品。
比较例E
按如下方式制备磨料浆料：使用机械混合器将23.68份TCDDMDA、0.84份SCA、0.24份PI、0.84份SIL、16.4份KBF4、58份AO180均匀分散一小时。使用75mm(3英寸)宽的金属刮刀将所得浆料涂覆到TOOL1中。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL1的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL1以得到结构化磨料样品。
比较例F
按照比较例E制备磨料浆料并将其涂覆到TOOL2上。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL2的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL2以得到结构化磨料样品。
比较例G
按照比较例E制备磨料浆料并将其涂覆到TOOL3上。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL3的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL3以得到结构化磨料样品。
比较例H
按照比较例E制备磨料浆料并将其涂覆到TOOL4上。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL4的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL4以得到结构化磨料样品。
比较例I
按照比较例E制备磨料浆料并将其涂覆到TOOL5上。
使用10μm线绕刮棒涂布机将由99份TCDDMDA和1份Irgacure 651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL5的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL5以得到结构化磨料样品。
单盘测试
将承载套环附接***的未弯曲的结构化磨料制品转换成6英寸(15.2cm)的盘。将这些盘附接到安装到单盘测试仪内的支撑垫，并旋转最高至2000rpm。然后用结构化磨料以20N的施加力将静止的10mm×10mm×300mm 303不锈钢工件研磨10秒。将此操作再重复24次，记录每个后续10秒间隔后的质量损失，从而提供250秒内的原料移除特征。
实施例13至16
分别根据实施例3、6、9和12制备磨料浆料并将其涂覆到TOOL5上。
在每种情况下，使用10μm线绕刮棒涂布机分别将由99份TCDDMDA和1份Irgacure651组成的UV可固化粘接涂层单独地涂布到Tencel J-配重布的样品上。
然后使承载浆料的TOOL5的表面与J-配重布的粘接涂覆的表面接触，并且使用手压辊施加压力以确保浆料均匀分布并填充所有模具特征部。然后，通过使用100％功率的D型灯泡和5m/min皮带速度的Primarc Minicure UV输送***，使所得的工具、浆料、布料层压物经受最大强度为380纳米的UV光以进行固化。然后从固化的浆料剥离除去TOOL5以得到结构化磨料样品。
性能测试
使用3M 300LSE压敏粘合剂和从每个样品切割的6英寸(15.2cm)盘，将从实施例1至16和比较例A至D获得的磨料制品层合到套环附接***。在单盘测试仪(20N力，2000rpm)上，在10mm×10mm 303不锈钢条上测试磨料盘的原料移除量。在下表2中以表格形式显示性能数据。
表2
Figure BDA0002937968720000301
Figure BDA0002937968720000311
图2示出了各种尺寸的磨料颗粒和成形的复合物尺寸的上述单盘测试结果的曲线图。
以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。

Claims (15)

1.一种结构化磨料制品，包括：
背衬，所述背衬具有相反的第一主表面和第二主表面；
磨料层，所述磨料层牢固地粘结到所述背衬的所述第一主表面，其中：
所述磨料层包括成形的磨料复合物，其中每个成形的磨料复合物具有四个侧面、高度和面向所述背衬的所述第一主表面的底部，其中所述成形的磨料复合物具有410微米至650微米的平均高度和550微米至1450微米的所述底部的平均边长，其中所述成形的磨料复合物包括不可磁化的成形的磨料片，并且其中所述不可磁化的成形的磨料片具有180微米至350微米的平均边长和60微米至120微米的平均厚度，
其中所述不可磁化的成形的磨料片的至少60％包括不可磁化的三角形磨料片。
2.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，还包括设置在所述背衬与所述磨料层之间的粘接层。
3.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中对于所述成形的磨料复合物中的至少一些成形的磨料复合物，在各自的基础上，所述四个侧面在单个顶点处相交。
4.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述磨料层包括所述成形的磨料复合物的阵列。
5.根据权利要求4所述的结构化磨料制品，其中所述阵列包括紧密堆积的阵列。
6.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述结构化磨料复合物还包括稀释的粉碎磨料颗粒。
7.根据权利要求6所述的结构化磨料制品，其中所述不可磁化的成形的磨料片与所述稀释的粉碎磨料颗粒的比率为0.67至1.5。
8.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述成形的磨料复合物具有460微米至640微米的平均高度和550微米至800微米的所述底部的平均边长。
9.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述成形的磨料复合物具有460微米至510微米的平均高度和600微米至800微米的所述底部的平均边长。
10.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述背衬为挠性的。
11.根据权利要求1所述的结构化磨料制品，其中所述背衬为聚合物膜。
12.一种制备结构化磨料制品的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供生产工具，所述生产工具具有限定多个精确成形的腔体的模具表面，所述腔体具有410微米至650微米的深度和550微米至1450微米的所述模具表面的边长；
b)用浆料填充所述精确成形的腔体的至少大部分，所述浆料包含分散在可固化有机粘结剂前体材料中的不可磁化的成形的磨料片，其中所述不可磁化的成形的磨料片具有180微米至350微米的边长和60微米至120微米的厚度；
c)在将所述浆料设置在所述精确成形的腔体的所述至少大部分内时，使设置在背衬的主表面上的粘接层与所述生产工具的所述模具表面接触；
d)使所述可固化有机粘结剂前体材料至少部分地固化，以形成固定到所述背衬的所述主表面的成形的磨料复合物；以及
e)将所述成形的磨料复合物与所述生产工具分离，
其中所述方法在不影响有意施加的外部磁场的情况下进行，其中所述不可磁化的成形的磨料片的至少60％包括不可磁化的三角形磨料片。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述成形的磨料复合物具有460微米至640微米的平均高度和550微米至800微米的所述模具表面的平均边长。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述成形的磨料复合物具有460微米至510微米的平均高度和600微米至760微米的所述模具表面的平均边长。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述成形的磨料复合物形成紧密堆积的阵列。
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