CN1077831C - 制造形成图案的磨料表面的轮转凹版印刷法 - Google Patents
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Abstract
适用于非常精细研磨应用的涂覆磨料，可使用轮转凹版印刷术将包含磨粒、填料、助磨剂、添加剂和粘合剂树脂的配料沉积到表面上形成一定的图案而制得，控制粘度使所沉积的配料在固化前不会丧失其形状。
Description
本发明的背景
本发明涉及使用轮转凹版印刷法在基材上制造形成图案的磨料表面，以用于精加工诸如金属、木材、塑料和玻璃等的基材。
有关在背衬材料上沉积诸如粘合剂和磨料材料的混合物岛状物(islands)的相互隔离的结构的建议多年来是已知的。若所述各岛状物在背衬上方具有非常类似的高度并且充分地被分离开(也许在较少的修整操作之后)，则使用该产品将会使表面刮痕减少和表面光滑性提高。另外，在岛状物之间的空间能提供可以使来自工作区的研磨产生的细屑分散的途径。
在常规经涂覆的磨料中，研究研磨表面后表明在活性研磨区中只有较少数目的表面磨粒同时与工件相接触。当表面磨损时，这个数目增大，但同时这些磨粒中一些粒子的作用会由于钝化而减弱。使用含有整齐排列的隔离岛状物(isolatedislands)的磨料表面具有下述优点，即整齐的岛状物以基本上相同的速度磨损，以至于均匀的磨削率可保持较长的时间。在某种意义上讲，磨削操作(abrading work)较均匀地分布在较多数目的研磨点上。而且，由于岛状物包含许多较小的磨料颗粒，所以岛状物的磨蚀会露出仍然没有钝化的新的、未使用过的磨料颗粒。
一种制造这种隔离岛状物或点的排列的已被描述过的技术是轮转凹版印刷技术。
轮转凹版印刷技术使用一个其表面刻有单元图案的辊。单元填充有配料，并且将辊压到表面上，而单元中的配料转移到表面上。接着配料通常会流动，直到从任何单个单元中沉积的配料之间没有分离间隔。最终获得了一厚度基本上均匀的层。作为例子，美国专利5,152,917的对比例C和D描述了一种方法，其中由轮转凹版印刷法制得的图案快速丧失了从单元中沉积的各单个配料量的所有分离间隔。
在美国专利5,014,468中，将粘合剂/磨料配料从辊上的轮转凹版印刷单元沉积，将配料覆盖成一系列包围不含磨料的区域的结构。这被认为是由于没有从单元的整个体积沉积而仅从各单元的周边沉积的结果，于是就留下了所述的环形构造。
因此，轮转凹版印刷术的问题始终是岛状物的有用形状的保持问题。配制具有沉积所需的充分的可流动性，并且仍然是充分地不可流动的使得沉积在基材上时不会坍落成基本上均匀的涂层的磨料/粘合剂混合物，业已证实是非常困难的。
在美国专利4,773,920中，Chasman等人披露了使用轮转凹版印刷涂覆机可以将脊和谷的均匀图案施加在粘合剂组合物上，该组合物固化时这些谷可用作去除润滑剂和细屑的槽。然而，除了述及可能性以外，没有给出说明它是如何进行的细节。
在美国专利4,644,703中，Kaczmarek等人以较常规的方式使用了轮转凹版印刷辊沉积一层磨料/粘合剂配料，而后将该层弄平，接着经轮转凹版印刷法在弄平的第一层上面再沉积第二层。其中没有述及最终固化表面的性能。
在Ravipati等人的美国专利5,014,468中，提出了使用具有非牛顿剪切增稠流动性能的磨料/粘合剂混合物，并经轮转凹版印刷术将这种混合物沉积到一膜上。在此方法中，混合物从轮转凹版印刷单元的边缘沉积，从而产生一种独特的结构，沉积物的厚度随着离开包围不含混合物的区域的表面的距离而逐渐减小。若各单元充分地紧靠在一起，则表面结构看起来会是相互连接的。这种产品证实是非常有用的，特别是在眼镜玻璃精磨操作中。此方法非常有用，但它有一个潜在的问题，即随着轮转凹版印刷辊单元中积累的材料增加，使得在持久的制造过程中的沉积图案略微有所变化。另外，该方法的特征是局限于包含比较细小的磨粒(通常小于20微米)的配料。
另一种途径是将磨料/粘合剂混合物沉积到基材表面上，在与具有与所需形成图案表面成反相的结构的模具接触的条件下固化粘合剂，从而将包含隔离岛状物排列的图案施加到混合物上。这种方法在美国专利5,437,754；5,378,251；5,304,223和5,152,917中有描述。关于这个主题有若干种变化，但所有的都具有共同的特征，即在图案中的各岛状物是在与模塑表面接触条件下固化粘合剂来施加的。这种方法也有其问题，即在于通常会发生从模具中拉出得不完全，以至于常常不是制得如角锥形，而是制得了具有火山口的火山形状。
本发明提供了一种制造磨料/粘合剂组合体的构成整齐图案的形状的方法，它不需要在模具中固化的操作也不需选择具有特定的非牛顿剪切增稠流动特征的粘合剂/磨料组合体。
因此，本发明提供了一种工业规模的灵活和有效的途径，用以制造具有隔离的磨料复合体形状的整齐阵列的涂覆磨料。这种涂覆的磨料非常适用于处理许多基材，从而可以长期以基本上均匀切割速度进行精加工。
本发明的概括描述
在使用轮转凹版印刷术制造形成图案的涂覆的磨料中所遇到的问题始终是配料沉积后有用形状和图案的保持。最经常碰到的问题是沉积的形状损失其垂直方向的尺寸并趋于横跨表面而与相邻的形状连接起来。这个问题在上述美国专利5,152,917的对比例C和D中已提及。在美国专利5,014,468中，在其中所采用的解决方案是使用具有剪切增稠流变性的配料，该配料使混合物从轮转凹版印刷单元的边缘沉积形成其中所述的独特图案。
现在业已发现，若适当地控制低剪切粘度和高剪切粘度，则可以使用轮转凹版印刷术来制造具有各种包括不连续点、相连点、线和其它图案在内的独特图案的形成图案的涂覆磨料，即使当该配料具有剪切稀化(shear-thinning)流变性时也如此。配制粘合剂/磨料混合物的关键是满足两个条件。第一个条件是在比较高的剪切条件下(该条件例如是在填充凹版印刷单元、在填充单元后整理凹版印刷辊平坦区域时，和将材料转移到位于轮转凹版印刷辊和橡皮辊之间的辊隙的基材上时所经历的)粘度比较低。换句话说，该配料应具有低的高剪切粘度，以便于涂层沉积在基材上。第二个条件是该配料具有高的低剪切粘度，以在固化前在低剪切条件下将配料放在基材上时防止过度流动和均化。同样非常希望的是，与涂层沉积和固化之间的时间相比，粘度恢复时间是短的。
对沉积物的图案保持性能的理论研究表明表面张力是导致流动(由此会损失图案)的驱动力，而粘度是阻力。这样，低的表面张力和高的粘度有利于图案的保留。然而，对于本发明所主要涉及的通常用于磨料/粘合剂配方的各种可辐射固化的粘合剂，表面张力没有很大的变化，它一般约为30-40达因/厘米。适当配制的水基磨料/粘合剂混合物通常也具有相同范围的表面张力。这样，粘度是可以调节的最能影响结果的参数。
因此，本发明包括一种制造包含粘合到背衬材料上的磨料/粘合剂复合体图案的涂覆磨料的方法，所述方法包括：
(a)经轮转凹版印刷术来施加一层组成隔离结构的图案的配料，所述配料包含磨粒(和任选的助磨剂、填料和添加剂)和可固化树脂粘合剂，在103秒-1的高剪切速度下其粘度为10,000至1,000cp.；
(b)在将配料沉积在背衬材料上之后，至少使沉积配料的表面层的粘度提高到在0.05秒-1的低剪切速度下高于4,000cp.，以便保持结构的隔离性；和
(c)固化配料的粘合剂组分，以保持所述隔离结构在所述背衬上的图案。
本文中的粘度是使用Bohlin VOR流变仪在一般约为15℃至50℃的涂层温度下进行测量的。关键是该配料在填充轮转凹版印刷单元、整理辊以除去过量的配料和从单元沉积的过程中所遇到的高剪切条件下必须具有合理的低粘度，但在沉积后，粘度必需充分快速地提高到防止配料会发生流动而破坏沉积结构的隔离性。若边界在有些地方接触，但不是结构与相邻结构在围绕边界的所有点上都接触，而在接触点上的配料深度是位于背衬上面的接触结构最大高度的至少10％的话，则认为隔离性并没有损失。
一种确保保持分离的非常合适的方法是使用具有触变特征(也就是说具有依赖于时间的剪切稀化特征)的树脂配料。当撤除高剪切条件时，这种配料能快速恢复其高的粘度。通常在约30秒钟内，该粘度就能恢复其在低剪切条件下的粘度值的至少50％，在大部分情况下这就足以避免隔离性的损失直到固化过程开始使粘度提高。
在制造设备中，粘度可较为方便地用Brookfield粘度计进行测量。这样，按本发明较好的方法包括：
(a)经轮转凹版印刷术以隔离结构的图案来施加一层包含磨粒(和任选的助磨剂、填料和添加剂)和可固化树脂粘合剂的配料，所述配料在心轴速度为60rpm时的Brookfield粘度为50,000至1,000 cp.(较好为25,000至2,000cp.，最好为15,000至5,000cp.)；
(b)在沉积在背衬材料上之后，至少使沉积配料的表面层在心轴速度为6rpm时的粘度提高到150,000至5,000cp.，(较好为50,000至7,000cp.，最好为25,000至8,000cp.)；和
(c)固化配料的粘合剂组分，以保持在所述背衬上的所述隔离结构图案。
粘度受温度的影响，上面所列出的粘度是在上述方法中施加配料的温度下测量的。一般来说，该温度例如约为15℃至50℃。粘度是使用带有#4心轴的LVF5X型Brookfield粘度计测量的。
还希望的是粘度恢复时间(即在高剪切条件下的低粘度撤除剪切条件时恢复到正常高粘度所需的时间)应比较短，例如少于60秒钟，较好为少于30秒钟。
然而，具有上述范围的低的高剪切粘度的任何配料，即使是非触变的配料，都可以在沉积时被改性，以便快速地将粘度调节到上述较高的低剪切粘度值，从而限制在沉积配料时的较低粘度下往往会发生的流动。同时也不需要将整个配料的粘度都调节到较高的值。若外部暴露层快速地达到较高的粘度，由于这可充当表层，即使内部在较长的时间内保持较低的粘度也可以保持结构的形状，这通常来说也足够了。
至少表面层的粘度改变例如可经下述方法实现，在配料中加入挥发性溶剂，该挥发性溶剂在将配料沉积到背衬材料上时，会快速消失(也许在提高环境温度或热气局部鼓风的作用下)。提高温度当然也会减小粘度。因此，重要的是平衡这些对抗的影响因素，以确保结果是提高粘度。一个有助于这个方向的因素是提高温度引起加速固化的趋势。
另一项选择方案是快速地将结构的温度下调，以便提高粘度。这例如可将在其上沉积有配料的结构的基材在冷辊下和/或在冷气流下通过而实现。
除了通过改变温度或除去液体来调节粘度外，还可以通过增加固体含量来调节粘度。尽管对已沉积配料的内部来说无法这样做，但事实上也并不需要。表面层达到较高的粘度，从而能保持沉积图案的形状，这就足够了。这样，在结构的表面上撒下细小分散的粉末将可在结构上形成较高粘度的局部“外表”，使之保持其形状，直到固化使形状永久固定。粉末本身可以是磨料、填料或能赋予有益性能的粉末材料，例如助磨剂如四氟硼酸钾，抗静电剂如石墨，抗负载剂如硬脂酸锌，固体润滑剂如蜡，或这些材料的任何组合。这实际上是本发明的一个有利和较好的方面。
也可以通过加热轮转凹版印刷辊并冷却在其上沉积配料的表面来加速该方法。然而，在可热固化的树脂配料的情况下，对轮转凹版印刷辊的加热不应达到粘合剂开始固化，粘度提高的程度。
附图的描述
图1图示了本发明磨料浆料配方的粘度随剪切速度变化的一个例子。如图所示，粘度从高剪切状态到低剪切状态的变化是非常显著的。同样地，如图2所示，当撤除高剪切状态时，粘度的恢复是这样的，即一旦撤除高剪切状态，则恢复多于50％的低剪切粘度。具有这些流变性特征，所沉积的涂层配料可保持各沉积体之间分开的轮转凹版印刷图案。图3和4图示了本发明的磨料配料沉积后立刻固化与在沉积和固化之间有40分钟滞后相比较的涂覆图案。它表明与美国专利5,152,917中对比例C和D的模糊不清的图案相比，本发明具有适当配制流变性的磨料浆料配方即使在沉积后和在粘合剂最终被固化并用UV固定前有达40分钟时间的情况下也能保持其不连续的图案。
本发明的详细描述
可以沉积任何所需的图案，并且这在很大程度上由在轮转凹版印刷辊上的单元的大小和分布确定。通常，六边形、四边形、三角形和四角形横截面的单元是相当合适的，尽管也可以使用其它形状。例如，可以在辊表面上刻出凹槽(例如三螺旋线形凹槽)形式的单元。这通常是一种非常有利的结构，它可适用于制造既是非常有特色同时对研磨也是非常有效的对角线条纹的图案。每单位长度上单元的数目也可以变化，尽管单元密度较高，则单元的体积宜较小，从而在沉积到表面上之后使各单元内含物之间的分离达到最大。若各单元排列得非常接近，则可以故意使各沉积的配料流动至一起，从而制得基本上连续的线。
包括隔离点或点的群在内的其它图样也是非常合适的。沉积点本身往往是圆形的，但是沉积技术(包括轮转凹版印刷辊速和填充单元的方法)可以使沉积点的形状偏离圆形。这样，点可能具有新月形或“彗星尾巴”的形状。在某些情况下，这些形状可能具有某些优点，但通常它们并不足取。因此，较好的是调节压印压力(impression pressure)和轮转凹版印刷辊接触施加配料的基材表面的环境，以确保获得沉积配料的不连续的圆形点。
配料的磨料组分可为已有技术中已知的任何可以买得到的材料如α-氧化铝、(熔凝或烧结的陶瓷)、碳化硅、熔凝的氧化铝/氧化锆、立方氮化硼、金刚石等以及它们的组合。在主要使用这种类型的产品的应用中，较好的磨料是氧化铝，尤其是熔凝氧化铝。本发明有用的磨料颗粒的平均颗粒大小一般较好的是1微米至150微米，更好的是1微米至80微米。
当然，磨料在配料中的比例部分是由上述粘度限制因素和应用的类型确定的。然而，一般来说，磨料占配料重量的约10％-90％，较好约为30％-80％。
配料的另一种主要的组分是粘合剂。这是一种可固化的树脂配剂，它选自诸如那些使用电子束、紫外辐射或可见光而固化的可辐射固化的树脂，如丙烯酸酯化的环氧树脂、丙烯酸酯化的聚氨酯和聚酯丙烯酸酯等丙烯酸酯化的低聚物，丙烯酸酯化的单体(包括一丙烯酸酯化、多丙烯酸酯化的单体)，和可热固化的树脂如酚醛树脂、脲/甲醛树脂和环氧树脂以及这些树脂的混合物。事实上，通常较方便的是在配料中存在可辐射固化的组分以及可热固化树脂，它在配料沉积后能比较快地固化，从而提高沉积形状的稳定性。在本申请中，应明白的是术语“可辐射固化”包括使用可见光、紫外(UV)光和电子束辐射作为导致固化的作用剂。在某些情况下，热固化功能和辐射固化功能可由同一分子中不同的官能度提供。这通常是一个所希望采用的手段。
树脂粘合剂配料也可以包含不反应的热塑性树脂，它可以通过提高自身的消蚀性(erodability)而提高沉积磨料复合体的自锐化特征。这种热塑性树脂的例子包括聚丙二醇、聚乙二醇和聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物等。
可以在磨料浆料配方中加入填料，以改进配料的流变性并改进固化粘合剂的硬度和韧度。有用填料的例子包括金属碳酸盐如碳酸钙、碳酸钠；二氧化硅如石英、玻璃珠、玻璃泡；硅酸盐如滑石、粘土、偏硅酸钙；金属硫酸盐如硫酸钡、硫酸钙、硫酸铝；金属氧化物如氧化钙、氧化铝；和三水合铝(aluminum trihydrate)。
磨料浆料配剂可以包含助磨剂，以提高研磨效率和切割速度。有用的助磨剂可以是以无机物为基的，如卤化物盐如钠冰晶石、四氟硼酸钾等；或以有机物为基的，如氯化蜡如聚氯乙烯。在此配料中较好的助磨剂是颗粒大小为1至80微米，最好为5至30微米的冰晶石和四氟硼酸钾。助磨剂的重量百分数为0％-50％，最好为10-30％。
本发明中的磨料浆料配剂还可以包含添加剂，它包括：偶合剂如硅烷偶合剂，例如购自Osi Specialties，Inc.的A-174和A-1100，钛酸盐和锆铝酸盐；抗静电剂如石墨、炭黑等；悬浮剂如煅制硅石(fumed silica)，例如Cab-O-Sil M5，Aerosil 200；抗负载剂如硬脂酸锌；润滑剂如蜡；润湿剂；染料；分散剂和消泡剂。
沉积配料用的背衬材料可以是织物(织造、非织造或起绒的)、纸张、塑料膜、金属箔或它们的组合。通常，按本发明制造的产品最主要是应用于制造精细研磨材料，故非常光滑的表面是较好的。这样，对于沉积本发明的复合体配料来说，精细蜡光纸(calendared paper)、塑料膜或带有光滑表面涂层的织物一般是较好的基材。
本发明将参考某些特定的实例作进一步描述，所述实例应理解为仅仅是为了例举，它对本发明的范围没有加以限制。
缩写
为了简化数据表达，使用下述缩写：
粘合剂组分
Ebecryl 3600，3700-购自UCB Radcure Chemical Corp.的丙烯酸酯化的环氧低聚物。
TMPTA-购自Sartomer Company，Inc.的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
HDODA-购自Sartomer Co.，Inc.的1，6-己二醇二丙烯酸酯。
V-PYROL-购自GAF Corp.的乙烯基吡咯烷酮。
ICTA-购自Sartomer Co.，Inc.的异氰脲酸酯三丙烯酸酯。
TRPGDA-购自Sartomer Co.，Inc.的三丙二醇二丙烯酸酯。
Kustom KS-201-购自Kustom Service Inc.的丙烯酸酯单体凝胶。
光引发剂和添加剂
Irgacure 651-购自Ciba-Geigy Company的光引发剂。
Speedcure ITX-购自Aceto Chemical Corp.的2-异丙基噻吨酮。
Speedcure EDB-购自Aceto Chemical Corp.的4-二甲基氨基苯甲酸乙酯。
KR-55-购自Kenrich Petrochemicals的钛酸盐偶合剂。
FC-171-购自3M Company的碳氟化合物表面活性剂。
BYK-A510-购自Mallinckrodt Corp.的泡沫抑制剂。
A-1100-购自Osi Specialties，Inc.的氨基丙基三乙氧基硅烷。
SOLOX-购自EM Science的异丙醇。
Dye 9R-75-二氢喹吖啶二酮UV，一种购自Penn Color的分散剂。
Pluronic 25R2-购自BASF Corp.的聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物。
Cab-O-Sil M5-购自Cabot Corporation的煅制硅石。
ATH S3-购自Alcoa的三水合铝。
颗粒
FU…购自Fujimi的3微米熔凝Al2O3。
T…FRPL购自Treibacher的熔凝Al2O3(由“P-”值指示级别)。
TB…BFRPLCC购自Treibacher的含有陶瓷涂层的热处理过的熔凝Al2O3(由“P-”值指示级别)。
助磨剂
KBF4…购自Solvay，Inc.的中间颗粒大小为20微米的四氟硼酸钾。
背衬
A…用于眼镜玻璃的3密耳Mylar膜。
B…用于金属操作的5密耳Mylar膜。
C…含有75微米厚的Surlyn*表面挤压涂层的J-重量的聚酯布。
D…含有50微米厚的Surlyn表面挤压涂层的J-重量的聚酯布。
F…F755酚醛处理的J-重量的聚酯布。
*Surlyn是一种购自Du Pont的离子键树脂SURLYN 1652-1。
配料
表1
| 组分 | I％ | II％ | III％ | IV％ | V％ | VI％ | VII％ | VIII％ |
| Ebecryl 3600 | 6.63 | |||||||
| Ebecryl 3700 | 6.77 | 6.77 | 5.30 | |||||
| TMPTA | 7.95 | 7.90 | 7.90 | 13.27 | 13.27 | 6.20 | 11.10 | 12.70 |
| HDODA | 3.62 | |||||||
| ICTA | 7.90 | 7.90 | 13.27 | 13.27 | 6.20 | 11.10 | ||
| TRPGDA | 5.64 | 4.40 | ||||||
| V-PYROL | 3.59 | 12.70 | ||||||
| Kustom KS-201 | 5.64 | |||||||
| Irgacure 651 | 1.04 | 0.90 | 0.90 | 1.15 | 1.15 | 1.10 | 1.10 | 1.00 |
| Speedcure ITX | 0.35 | |||||||
| Speedcure EDB | 0.81 | |||||||
| KR-55 | 0.06 | |||||||
| FC-171 | 0.12 | |||||||
| BYK-A510 | 0.12 | |||||||
| A-1100 | 1.46 | 0.45 | 0.45 | 0.58 | 0.58 | 0.55 | 0.55 | 0.50 |
| 异丙醇 | 0.34 | 0.34 | 0.43 | 0.43 | 0.41 | 0.41 | 0.38 | |
| Solox | 0.83 | |||||||
| 冰醋酸 | 0.01 | |||||||
| 水 | 0.73 | 0.11 | 0.11 | 0.14 | 0.14 | 0.14 | 0.14 | 0.12 |
| Dye 9R-75 | 2.22 | |||||||
| Pluronic 25R2 | 1.05 | 5.60 | 5.60 | |||||
| Cab-O-Sil M5 | 1.15 | |||||||
| ATH-S3 | 1.15 | |||||||
| KBF4 | 23.33 | 23.33 | 23.33 | 23.33 | 23.33 | 23.33 | 24.20 | |
| 颗粒 | 69.41 | 46.6 | 46.67 | 46.67 | 46.67 | 46.67 | 46.67 | 48.40 |
配料的制备过程
使用高剪切混合机以1000rpm的速度将各单体和/或各低聚物组分混合在一起5分钟。然后将此粘合剂配料与任何引发剂、润湿剂、消泡剂、分散剂等混合，在相同的搅拌速度下将混合再持续5分钟。接着缓慢地并以指定的顺序加入下述组分，在各次加入之间以1500rpm的速度搅拌5分钟：悬浮剂、助磨剂、填料和磨料颗粒。加入磨料颗粒后，将搅拌速度提高到2,000rpm，并持续15分钟。在此过程中，小心地监视温度，若温度达到40.6℃，则将搅拌速度降至1,000rpm。随后，记录温度和粘度。
凹版印刷涂覆装置
涂覆装置包括肖氏A硬度为75的橡皮辊和与接触点的切线成55-75°的角度的刮刀。凹版印刷辊在涂覆盘中旋转，从而将配料填充到单元中。然后将带有已填充单元的凹版印刷辊在刮刀下通过，以除去过量的配料，随后当基材在橡皮辊下通过时与基材接触，该基材将配料从单元中拉出来并将之沉积到背衬材料上。
固化
将图案沉积到基材上后，将已形成图案的基材送入固化室。当固化是热固化时，提供适当的装置。当固化是用光引发剂激活时，可以提供光源。若采用紫外固化，则使用两盏300瓦的光源：D灯泡和H灯泡，它们的剂量由形成图案的基材在光源下通过时的速度控制。
所涂覆的图案和有关的粘度列于下表2和3中。“HEX”是指六边形单元；“QUAD”是指正方形单元；和“TH”是指三螺旋线形图案。六边形凸起脊的图案一般如已有技术美国专利5,014,468中所述。“不连续Δ点”是指不连续点是三角形的。注意的是粘度在上述范围内的所有实施例都显示出在各沉积体之间有分离的不连续的图案。
表2
| 凹版印刷图案 | 线数/英寸 | 树脂类型 | 颗粒大小 | 涂层图案 | 实施例 |
| HEX | 85 | I | FU | 六边形凸起脊 | 1 |
| HEX | 50 | I | FU | 六边形凸起脊 | 2 |
| HEX | 28 | I | T，P400 | 六边形凸起脊 | 3 |
| HEX | 28 | I | T，P1200 | 六边形凸起脊 | 4 |
| HEX | 17 | I | FU | 不连续点 | 5 |
| HEX | 17 | V | T，P400 | 六边形凸起脊 | 6 |
| HEX | 17 | V | T，P240 | 相连点 | 7 |
| HEX | 17 | V | T，P180 | 相连点 | 8 |
| TH | 25 | I | T，P400 | 不连续线 | 9 |
| TH | 10 | IV | T，P180 | 不连续线 | 10 |
| TH | 10 | IV | T，P400 | 不连续线 | 11 |
| TH | 10 | II | T，P180 | 不连续线 | 12 |
| TH | 10 | II | T，P320 | 不连续线 | 13 |
| TH | 10 | II | TB，P320 | 不连续线 | 14 |
| TH | 10 | III | T，P180 | 不连续线 | 15 |
| TH | 10 | III | T，P320 | 不连续线 | 16 |
| QUAD | 10 | I | FU | 不连续点 | 17 |
| QUAD | 10 | I | T，P1200 | 不连续Δ点 | 18 |
| QUAD | 10 | I | T，P400 | 不连续Δ点 | 19 |
| QUAD | 10 | II | T，P180 | 不连续Δ点 | 20 |
| QUAD | 10 | II | T，P320 | 不连续Δ点 | 21 |
| QUAD | 10 | III | T，P180 | 不连续Δ点 | 22 |
| QUAD | 10 | III | T，P320 | 不连续Δ点 | 23 |
| TH | 10 | VI | T，P320 | 不连续线 | 24 |
| TH | 10 | VII | T，P320 | 不连续线 | 25 |
| TH | 10 | V | T，P320 | 不连续线 | 26 |
| TH | 10 | VIII | T，P320 | 没有分开* | 27* |
表3
| 在0.05秒-1时的Bohlin VOR粘度 | 在103秒-1时的Bohlin VOR粘度 | 在6RPM时的Brookfield粘度(cps) | 在60RPM时的Brookfield粘度(cps) | 实施例 |
| 15,000 | 5,000 | 8,000 | 9,900 | 1 |
| 15,000 | 5,000 | 8,000 | 9,900 | 2 |
| 49,000 | 1,500 | 13,000 | 5,300 | 3 |
| 21,000 | 2,000 | 23,500 | 9,600 | 4 |
| 15,000 | 5,000 | 8,000 | 9,900 | 5 |
| 18,000 | 6,000 | 20,500 | 11,500 | 6 |
| 6,800 | 3,400 | 10,000 | 6,100 | 7 |
| 4,000 | 2,500 | 8,000 | 4,800 | 8 |
| 49,000 | 1,500 | 13,000 | 5,300 | 9 |
| 4,000 | 2,500 | 8,000 | 4,800 | 10 |
| 18,000 | 6,000 | 20,500 | 11,500 | 11 |
| 9,000 | 3,000 | 8,500 | 4,400 | 12 |
| 8,600 | 4,200 | 14,000 | 8,000 | 13 |
| 8,700 | 4,100 | 13,000 | 8,100 | 14 |
| 8,900 | 3,200 | 8,000 | 4,600 | 15 |
| 10,000 | 4,900 | 13,500 | 8,500 | 16 |
| 15,000 | 5,000 | 8,000 | 9,900 | 17 |
| 21,000 | 2,000 | 23,500 | 9,600 | 18 |
| 49,000 | 1,500 | 13,000 | 5,300 | 19 |
| 9,000 | 3,000 | 8,500 | 6,500 | 20 |
| 8,600 | 4,200 | 14,000 | 8,000 | 21 |
| 8,900 | 3,200 | 8,000 | 4,600 | 22 |
| 10,000 | 4,900 | 13,500 | 8,500 | 23 |
| 750 | 225 | 700 | 465 | 27* |
17 HEX六边形凹版印刷图案包含深度为559微米，顶部各等边长为1000微米以及底部各等边长为100微米的单元。
10TH三螺旋线图案包含相对于辊轴成45度角切割的连续槽，所述槽的深度为699微米，顶部开口宽度为2500微米。
10QUAD四角形图案包含深度为420微米，顶边尺寸为2340微米以及底边尺寸为650微米的正方形单元。
发现当凹版印刷辊沉积“点”时，点的形状会受凹版印刷辊的旋转速度和橡皮辊所施加的压力的影响。太高的速度或橡皮辊和凹版印刷辊之间太大的压力都会扭曲形状使之偏离圆形成为三角形，并且甚至可能使相邻的点连接起来。然而，在按配料、橡皮辊硬度和凹版印刷辊上压力、凹版印刷图案和沉积速度而变的理想状态下，理想的“点”图案是圆形的。
在配料沉积后约30秒钟内使用紫外辐射来引发固化。
使用改进的121Fss环试验法对上述实施例进行研磨试验。在每种情况下，使用6.4cm×152.4cm的带，以1524smpm的速度移动带。在10psi(69KN/m2)的压力下将该带与304不锈钢环工件(17.8cm O.D.，15.2cm I.D.，以及宽度为3.1cm)接触。带后面的接触轮是肖氏硬度为60的7英寸(17.8cm)平面橡皮轮。以3smpm的速度移动工件。
预粗糙十个环，达初始Ra为50。1分钟的研磨间隔后，测量切削量(cutamount)、工件温度和表面光洁度。对于十个环，用每种带进行总共10分钟的研磨，记录总的切削量和平均表面光洁度Ra，Rtm以及工件温度。Ra是粗糙外形偏离平均线的算术平均，Rtm是最深刮痕的加权平均。Ra和Rtm值的单位都是微英寸。结果列于表4中。对比例C-1使用以商品名R245购自Norton Company的含有P-400熔凝氧化铝磨粒的精细磨料产品。R245不带有形成图案的表面。
表4
| 实施例 | 涂层图案 | 背衬 | 切削量(gm) | 温度℃ | Ra | Rtm |
| C-1 | 无 | F | 24 | 69 | 16 | 225 |
| 11 | 10TH | B | 65.6 | 58 | 23 | 231 |
| 6 | 17HEX | C | 40.6 | 57 | 34 | 311 |
与常规涂覆磨料R245相比，涂覆图案的样品提供高得多的总切削量，而且提供的是冷切削。
除了预粗糙环达初始Ra为70外，按相同的试验方法进行第二组实施例。结果列于表5中。对比例G-2使用以商品名R245购自Norton Company的含有P-320熔凝氧化铝磨粒的精细磨料产品。R245不带有形成图案的表面。
表5
| 实施例 | 涂层图案 | 背衬 | 切削量(gm) | 温度℃ | Ra | Rtm |
| C-2 | 无 | F | 43.9 | 60 | 24 | 259 |
| 13 | 10TH | B | 64.2 | 57 | 29 | 274 |
| 13 | 10TH | C | 70.4 | 57 | 32 | 344 |
| 13 | 10TH | F | 61.9 | 54 | 30 | 273 |
| 21 | 10Q | B | 59 | 58 | 35 | 256 |
| 21 | 10Q | C | 53.3 | 62 | 31 | 277 |
| 21 | 10Q | F | 48.6 | 61.5 | 32 | 250 |
同样地，在各种不同背衬上的形成图案的10Q和10TH磨料在总切削和较冷切削上优于常规无形成图案的涂覆磨料，同时提供可接受的表面光洁度。
在下述系列试验中，使用如上所述相同的试验过程，所不同的是预粗糙20个环，达初始Ra为70，并且在每条带上进行总时间为20分钟的研磨。也记录了在第1分钟研磨后的初始切削量。结果列于表6中。
表6
| 实施例 | 背衬 | 初始切削量(gm) | 总切削量(gm) | 温度℃ | Ra | Rtm |
| C-2 | F | 9.2 | 55.4 | 54 | 17 | 126 |
| 13 | C | 4.1 | 85.5 | 48 | 25 | 166 |
| 13-a | C | 7.3 | 77.7 | 47 | 22 | 155 |
| 13-b | C | 2.7 | 35 | 46.5 | 20 | 138 |
| 16 | C | 1.1 | 77.6 | 49 | 18 | 130 |
实施例13-a是指其中的带与实施例13中所用的相同，所不同的是该带在使用前经预修整过。这明显地提高了初始切削量(在第1分钟研磨后)和表面光滑性，但在总切削量上略微有些损失。实施例13-b显示了从配料中省略助磨剂组分(KBF4)的效果，即在浆料中含有70重量％的P320氧化铝颗粒(T)，不含任何KBF4。即使在试验前经预修整步骤后，实施例13-b的初始切削量也保持较低。实施例16显示了对于不同的树脂配料可以获得较低的初始和总切削量，但却获得了较精细的表面光洁度。
在下述一组研磨实施例中，说明了在形成图案的涂覆磨料浆料上增加粉末材料涂层后的效果。对20个预粗糙过达初始Ra为80的环进行如上所述相同的试验过程。仅在第1分钟、第10分钟和第20分钟研磨间隔后测量Ra和Rtm值。所记录的Ra和Rtm是这样三次读数的平均值。也记录了第1分钟研磨后的初始切削。结果列于表7中。
表7
| 实施例 | 背衬 | 初始切削量(gm) | 总切削量(gm) | 温度℃ | Ra | Rtm |
| C-2 | F | 7.3 | 52.7 | 60 | 19 | 159 |
| 14 | C | 4.5 | 89.8 | 50.6 | 26 | 252 |
| 14-a | C | 7.6 | 64.0 | 52.7 | 21 | 212 |
| 14-b | C | 9.9 | 83.7 | 50.4 | 22 | 228 |
实施例14表明与对比例C-2相比，含有使用热处理过的氧化铝颗粒(BFRPLCC)和KBF4助磨剂的浆料配料的10三螺旋线形成图案的磨料具有高得多的总切削量。实施例14-a与实施例14相同，所不同的是将一层BFRPLCC磨料颗粒的附加层施涂到形成图案的磨料浆料上，然后经紫外固化。这改进了初始切削量(在第1分钟研磨后)和表面光洁度，但降低了总切削量。若用BFRPLCC颗粒和KBF4助磨剂的粉末混合物代替单单颗粒涂覆到形成图案的磨料浆料表面上，而后经紫外固化，则可以消除上述在初始切削量和总切削量之间的不平衡。如实施例14-b所示，颗粒/助磨剂混合物(重量比为2-1)的附加粉末涂层显著地改进了初始切削量，又保持了总切削量和较精细的表面光洁度。这种方法实际上是本发明的一个较好的方面。
下面一组实施例说明了加入不反应的热塑性聚合物是如何影响形成图案的磨料的研磨性能的。表8中的实施例13-c与表6中的实施例13相同，所不同的是将FRPL/KBF4混合物(重量比为2∶1)的附加粉末涂层施涂到磨料浆料的表面上。值得注意的是不论在有和没有附加表面粉末涂层的情况下，在其它各条件都相同时，加入Pluronic 25R2(不反应的聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物)显著地改进了总切削量(实施例25与实施例26比较，实施例24与实施例13-c比较)。
表8
| 实施例 | 树脂 | PLURONIC 25R2 | FRPL/KBF4表面粉末 | 背衬 | 初始切削量(gm) | 总切削量(gm) |
| 26 | V | 无 | 无 | D | 1.9 | 44.8 |
| 25 | VII | 有 | 无 | D | 3.9 | 82.5 |
| 13-c | II | 无 | 有 | C | 8.6 | 90.9 |
| 24 | VI | 有 | 有 | C | 7.9 | 102.5 |
在还有一组评价本发明产品的研磨效率的试验中，在设计成进行CoburnOphthalmic Testing法I(505 Tpw-2FM)的Coburn Model 5000机上对某些产品进行试验。该试验包括抛光直径为6.4cm，厚度为317.5cm的CR-39塑料透镜。以1725rpm的速度振动透镜，将带有5密耳Mylar背衬的含磨料的片进行振动，同时在所施加的压力为20psi(138 KN/m2)下与透镜的表面接触。透镜接受了第一种精磨处理，在系列对比例中测试的是第二种精磨操作。
在表9所列的结果中，研磨持续2分钟。在表10中，在30秒钟重复的研磨间隔后，获得数据，并记录1、5和10分钟后的累积切削量。
表9
| 实施例 | 图案 | 凹版印刷辊 | 切削量(密耳) | Ra |
| C-3 | 六边形凸起脊 | 85HEX | 34 | 3 |
| C-4 | 光滑 | 无 | 2 | 10 |
| 2 | 六边形凸起脊 | 50HEX | 19 | 4 |
| 5 | 不连续点 | 17HEX | 51 | 6 |
| 17 | 不连续点 | 10Q | 116 | 8 |
表10
| 实施例 | 凹版印刷辊 | 涂层图案 | 1分钟切削量(密耳) | 5分钟切削量(密耳) | 10分钟切削量(密耳) | 平均Ra |
| C-3 | 85HEX | 六边形凸起脊 | 15 | 36 | 37 | 6 |
| 5 | 17HEX | 不连续点 | 27 | 116 | 174 | 11 |
| 17 | 10Q | 不连续点 | 55 | 217 | 341 | 11 |
从上述表9数据可以看出没有凹版印刷图案的光滑涂层显示出差的切削量和表面光洁度。同样可以清楚地看出图案的出现频率和种类也是重要的。C-3是以商品名Q-135购自Norton Co.的成功产品。然而，带有不连续点的图案的产品更为优越。
表10再次证明了以下结论，即在六边形凸起脊的形成图案的产品不再有效后，不连续点的图案还能继续有效研磨很长时间。在上述两张表中的所有配料均使用相同的树脂配料，并且磨粒的大小均为3微米。
Claims (15)
1.一种制造包含粘合到背衬材料上的磨料/粘合剂复合体图案的涂覆磨料的方法，所述方法包括：
(a)经轮转凹版印刷术来施加一层组成隔离结构的图案的包含磨粒和可固化树脂粘合剂的混合物的配料，所述配料在103秒-1的剪切速度下的粘度为10,000至1,000cp.；
(b)在将配料沉积在背衬材料上之后，至少使沉积后配料的表面层的粘度提高，以便保持结构的隔离性；和
(c)固化配料的粘合剂组分，以保持所述隔离结构在所述背衬上的图案。
2.如权利要求1所述的方法，其中配料是触变性的，其在0.05秒-1的剪切速度下的粘度至少为4,000cps。
3.如权利要求1所述的方法，其中沉积后配料的粘度至少部分地是通过改变温度来提高的。
4.如权利要求1所述的方法，其中配料包含挥发性组分，并且沉积后配料的粘度至少部分地是通过从配料中除去至少一部分挥发性组分来提高的。
5.如权利要求1所述的方法，其中沉积后配料的粘度至少部分地是通过将粉末加到沉积结构的表面上来提高的。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述的粉末是选自磨粒、助磨剂、惰性填料、抗静电剂、润滑剂、抗负载剂和它们的混合物。
7.如权利要求6所述的方法，其中粉末是选自氧化铝、熔凝的氧化铝/氧化锆、碳化硅、立方氮化硼、金刚石和它们混合物的磨粒。
8.如权利要求6所述的方法，其中粉末是选自冰晶石、四氟硼酸钾和它们混合物的助磨剂。
9.如权利要求1所述的方法，其中磨粒是选自氧化铝、熔凝的氧化铝/氧化锆、碳化硅、立方氮化硼、金刚石和它们的混合物。
10.如权利要求1所述的方法，其中配料也包含一种或多种选自助磨剂、惰性填料、抗静电剂、润滑剂、抗负载剂和它们混合物的添加剂。
11.如权利要求10所述的方法，其中配料包含选自冰晶石、四氟硼酸钾和它们混合物的助磨剂。
12.如权利要求1所述的方法，其中粘合剂树脂包含可热固化的组分。
13.如权利要求1所述的方法，其中粘合剂树脂包含可紫外固化的组分。
14.如权利要求1所述的方法，其中粘合剂树脂包含不反应的热塑性组分。
15.如权利要求1所述的方法，其中配料铺展成不连续点或不连续线的图案。
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