Brevet FR2418700A1 — publié le 19790928

La présente invention concerne un article destiné a la préparation des surfaces a critères rigoureux, ci-après dénommées surfaces rigoureuses, et en particulier au polissage des lentilles optiques. Des outils passifs de polissage tels que les tissus de laine, de feutre, de soie, le velours, le tissu velouté, la peau, les étoffes, la poix, des tissus enduits de pyroxiline, des tissus revêtus d'uréthane lixiviés par un solvant (suédine poreuse) et des tissus cloqués ont été utilisés avec des suspensions de polissage pour faciliter la préparation de surfaces rigoureuses polies sur le verre, les matières plastiques, les métaux, les matières céramiques et des semi-conducteurs, ainsi que sur des échantillons métallurgiques et géologiques, du quartz, des pierres semi-précieuses, des cristaux piézoélectriques, et ainsi de suite.Bien que des efforts aient été faits depuis une vingtaine d'années pour incorporer des abrasifs de polissage dans une matrice pour obtenir un outil, un tampon ou une surface de polissage a "abrasif fixé" actif, toutes ces tentatives se sont traduites par un enrobage pratiquement complet de l'abrasif de polissage, de sorte que les caractéristiques et l'activité de l'abrasif de polissage ont été perdues, l'abrasif de polissage devenant en fait une charge passive. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 2.865.725 décrit un élément de polissage comprenant un tissu de coton revêtu au moins sur un côté d'une substance abrasive formée de nitrate de cellulose, d'un solvant et d'oxyde de cérium. Halheureusement, dans la pratique, l'oxyde de cérium est enrobé dans le nitrate de cellulose et par suite il est pratiquement inefficace en tant qu'abrasif. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3.959.935 décrit un tampon pour rectifier une ébauche de lentille dans lequel l'abrasif de rectification est fixé sur une surface du tampon. Cependant, pour la rectification pour le doucissage, l'abrasif utilisé est substantiellement plus gros que les particules d'abrasif utilisées pour le polissage. Bien entendu, il est bien plus facile d'éviter l'enrobage des particules relativement grosses que l'enrobage des particules plus fines. De plus, le doucissage est basé sur le seul enlèvement mécanique de matière, ce qui permet d'utiliser des grains ou des particules d'abrasif fermement liés. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3.230.672 décrit une feuille de polissage fin comportant un tissu ayant des interstices, une couche de matière de liaison en latex stabilisé sur un côté du tissu et partiellement dans les interstices du tissu, et des particules d'abrasif noyées dans la matière de liaison et supportées de façon élastique par cette matière, les particules étant caractérisées de façon prédominante par des facettes planes et étant orientées pour présenter les facettes planes plates sensiblement dans un plan commun parallèle au tissu, les angles et les bords des particules étant disposés latéralement par rapport au tissu et vers le bas, vers les interstices et dans les interstices. Le latex n'est pas hydrophile et il est nécessaire que les particules d'abrasif aient une certaine configuration et une certaine orientation par rapport au tissu. Le brevet des Etats-Unis d'Amerique 3.491.495 décrit un tissu de nettoyage comportant une bande hautement absorbante revetue d'une composition de nettoyageà sec comportant un liant, une poudre de nettoyage de faible densité apparente relativement poreuse et absorbante, et une poudre support de densité apparente élevée relativement non poreuse et non absorbante. La poudre support est en quantité suffisante pour empêcher la tendance de la poudre de nettoyage à sécher une suspension d'enduction de la poudre de nettoyage et de la poudre support dans un véhicule liquide. Au moins 40 % en poids des particules sont comprises dans la plage de 10 à 40 microns. Un tel produit ne convient pas pour préparer, c' est-à-dire pour polir des surfaces rigoureuses. La présente invention a pour objet un article abrasif perfectionné pour préparer des surfaces rigoureuses, une surface de cet article portant un abrasif de polissage. L'abrasif de polissage adhère à la surface de l'article ou bien est partiellement enrobé, mais sans pouvoir rouler sur la surface de l'article, et par suite il est efficace pour le polissage. L'invention a particulièrement pour objet un article perfectionné pour le polissage des surfaces rigoureuses et spécialement des lentilles. L'invention a aussi pour objet un article abrasif perfectionné pour produire une surface polie sur du verre, de la matière plastique, du métal, de la matière céramique, des semi-conducteurs, des échantillons métallurgiques et géologiques, du quartz, des pierres semi-precieuses, des cristaux piézoélectriques, et ainsi de suite. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et faite en se référant au dessin annexé, sur lequel la figure I montre graphiquement l'importance de libération de l'abrasif d'un élément abrasif selon l'invention, déterminée d'une façon non numérique en observant l'efficacité du produit pour le polissage, et la figure 2 représente schématiquement en coupe un abrasif selon l'invention. Les abrasifs de polissage utilises selon l'invention ont une dimension moyenne des particules inférieure à 10 microns. Ils appartiennent principalement à la famille des oxydes des "terres rares" ou des "oxydes métalliques" des composés de polissage et ils englobent, mais d'une façon non limitative, l'oxyde de cérium, l'oxyde de zirconium, Oxyde ferrique (rouge), l'oxyde d'étain, la silice colloldale, l'oxyde de chrome, le calcotar, la pierre ponce, la farine de quartz et autres. Suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, le polymère microporeux sert comme matrice spongieuse pour l'abrasif de polissage. Plus parti culièrement, la matrice polymère microporeuse a une structure suivant laquelle le polymère est sous la forme de plaquettes. Les particules abrasives de polissage sont fixées à la surface des plaquettes. Les plaquettes forment la structure microporeuse semblable à une éponge. L'invention peut être utilisée avec n'importe quel polymère pouvant former des plaquettes. La surface à polir est frottée avec la surface abrasive de l'article de polissage selon l'invention, en présence d'un liquide. Le liquide peut etre n'importe quel liquide utilisé habituellement avec des abrasifs pour le polissage. L'eau et les liquides aqueux sont préférés.Il est considéré théoriquement que le polissage du verre, en particulier en présence d'eau, implique une activité chimique ainsi qu'une activité mécanique. D'autres liquides convenant particulièrement pour l'utilisation selon l'invention sont ceux ayant une proportion suffisante de groupes hydroxyle, tels que les alcools aliphatiques inférieurs, pour se comporter corme l'eau par rapport à une matière hydrophile, c'est-à-dire pour être absorbés d'une façon particulièrement facile par cette matière. D'autres liquides utilisés couramment dans le polissage, tels que le kérosène, peuvent ne pas activer complètement les matières particulières de polissage selon l'invention, bien que leur utilisation ne soit pas necessairement exclue du cadre de l'invention. L'action combinée du frottement et de l'absorption des liquides dans la matrice polymère spongieuse assure une libération commandez de l'abrasif de polissage à partir de la matrice de polymère pendant le polissage, ce qui est une caractéristique nouvelle de la présente invention. Quand le polymère est hydrophile et le liquide contient de l'eau, d'une part les micropores absorbent de l'eau, mais d'autre part le polymère lui-même absorbe de l'eau.Jusqu'à présent la pratique commerciale pour le polissage, en particulier des lentilles, a comporté l'utilisation d'une suspension de particules abrasives, ce qui est éliminé par la présente invention Un type facilement disponible de polymères formeurs de plaquettes est celui des polymères hydrophiles d'uréthane. Des exemples de polymères d'uréthane hydrophiles absorbant l'eau sont les produits vendus sous la marque déposée "1l y p o 1" de W.R. Grace and Co tels que le "H y p o 1 P-740" de Polyméries Ine ou de W.R. Grace and Co, le "Latex X-1128" de B A S F Wyandotte corporation, le "Desmolac XP-D-402" de Mobay Chemical Co et des produits analogues. Les produits du brevet des Etats-Unis d'Amérique 3.889.417 précité, tels que les polymères "Hypol F H P" sont des polyols de polyoxyméthylene coiffés dtisocyanatequi reagissent facilement avec l'eau. Le "H y p o 1 P-740" est une suspension dans un latex d'un polyol de polyoxyéthylène à blocs coiffé d'isocyanate à blocs. Le blocage empêche la réaction avec l'eau à des températures inférieures à 1200C, ce qui permet de considérer les polyols de polyéthylène coiffés d'isocyanate à blocs comme des latex Les bases de l'invention trouvent leur application pour l'utilisation comme matrice de n'importe quel polymère qui, du fait du séchage ou dans certains cas de durcissement simultané, forme une structure microporeuse de plaquettes au lieu d'un film monolithe. Bon nombre-de ces polymères sont bien connus. Cependant, il a éte découvert aussi que,si la matrice de polymère est constituée par un polymère hydrophile absorbant l'eau ou un polymère formant seulement une liaison faible avec les particules d'abrasif de polissage, une libération suffisante progressive ou commandée c'est-à-dire une libération induite par lixiviation ou frottement de l'abrasif de la matrice peut être obtenue, même si le polymère ne forme pas des plaquettes.Des exemples sont les polymères acryliques hydrophiles absorbant l'eau, tels que les polymères vendus sous la marque déposée "Hydron" de la National Patent Development Company, d'autres polymères acryliques tels que les copolymères d'esters acryliques, le butadiene-styrène et d'autres copolymères du butadiène, le Nylon-8, des copolymères de Nylon en suspension dans un alcool, le caoutchouc nitrile non vulcanisé (sans Zn ni S) et des mélanges de polymères tels que le mélange en poids de 80 Z d'alcool polyvinylique et 20 z en poids de polymère acrylique hydrophobe classique, le mélange étant hydrophile et absorbant l'eau mais ne gonflant pas et ne se dissolvant pas. Les articles pour polissage selon l'invention peuvent avoir de nombreuses formes et peuvent être faits de nombreuses façons. L'article peut être sous la forme d'un mélange abrasif de polissage et de matrice en polymère formant une couche flexible sur un support flexible tel qu'un tissu ou une bande support d'un autre type. La couche ou revêtement peut être uni ou texturé, la texture étant obtenue d'une façon classique, par exemple par gaufrage, par incision ou d'une autre façon. Des exemples de supports flexibles sont le coton tissé et non tissé, les mélanges de coton et de polyester, les tissus de rayonne, le papier et les matériaux analogues. Ce support flexible a pour fonction d'assurer la tenue mécanique. Un support flexible convenant particulièrement est un 2 tissu de coton tissé désapprêté d'un poids de 100 g/m .Le côté sans revêtement du support flexible peut recevoir un adhésif adherant par pression classique et toute la surface adhésive peut être protégée par un papier siliconé, d'une fa ç & courante. La feuille peut ensuite être découpée par poinçonnage pour obtenir des tampons abrasifs individuels. Une façon de découper comporte le découpage de la matière en bandes longues et l'utilisation d'un équipement à couteaux rotatifs coupant la bande abrasive mais ne coupant pas le papier pro tecteur, afin que le papier maintienne la continuité de la bande. Pour faciliter l'enlèvement au moment de l'utilisation du papier des tampons abrasifs indi viduels ainsi formés, la matière entourant les tampons est de préférence décollée et est rejetée en tant qu'une partie du traitement de fabrication.Le découpage et le rejet de la matière indésirable séparée comportent la formation de coupures radiales dans les tampons abrasifs individuels, pour faciliter l'adaptation du tampon à la surface d'un outil sur lequel le tampon est appli qué par l'utilisateur. Au lieu d'être appliqué par enduction, le mélange d'abrasif de polissage et de matrice en polymère peut être imprimé sur le support flexible. Autrement dit, en utilisant un pochoir d'impression ou un autre moyen connu, le mélange peut être appliqué suivant une distribution régulière ou au hasard de points, au lieu de former un revêtement continu. Au lieu d'être appliqué par enduction ou par impression, le mélange abrasif de polissage et de matrice en polymère peut être impregné à saturation dans un support en papier ou en textile tissé ou non tissé, afin que ce support soit imprégné par le mélange. Une autre variante consiste à mélanger un matériau de renforcement, par exemple des fibres, dans le mélange et de mouler celui-ci sous la forme de blocs ou d'autres formes convenables pour permettre l'utilisation du mélange renforcé comme outil de polissage. Une autre variante consiste a mouler le mélange renforcé pour tenir des plaques ou des feuilles insuffisamment épaisses pour empêcher que le produit ne soit flexible. Sous ce rapport, des produits similaires aux revêtements sur des supports flexibles peuvent être obtenus. Aussi bien dans le cas d'application du mélange sur la surface d'un support, de l'imprégnation du mélange dans un support ou du moulage du mélange, des charges hydrophiles peuvent être incorporées dans le mélange pour aider la libération commandée de l'abrasif de polissage pendant le travail de polissage ou bien dans le même but des charges solubles dans une suspension peuvent être utilisées pour provoquer des cavités superficielles, ou encore des agents de soufflage peuvent être utilisés pour établir une structure microcellulaire. Les polymeres hydrophiles seront en général utilisés sous la forme de réseaux ou bien ils peuvent facilement être convertis en réseaux en suivant les instructions données par le fournisseur. Quand le mélange de polymère de latex, d'abrasif de polissage et de n'importe lequel des additifs considérés ci-dessus a eté appliqué par enduction, par impression, par imprégnation ou par moulage, le produit humide résultant est place dans un four dans des conditions assurant l'évaporation de l'humidité et la fusion des particules de polymère, par exemple à une température de 1200C à 1650C pendant une durée pouvant atteindre 10 minutes.La durée et la température exactes sont déter- minées empiriquement et elles dépendent de la qualité du latex utilise, de l'épaisseur du produit humide, de la nature du support et de conditions analogues. Des réseaux ou des filets en polymère d'uréthane hydrophiles fournis par les fabricants ont par exemple une teneur en solides d'environ 50 Z en poids. Avec un tel latex et de l'oxyde de cérium comme abrasif de polissage, il a été trouvé que le rapport optimal en poids du latex à l'abrasif de polissage est compris entre environ 40/60 et environ 50/50. Les rapports sont déterminés empiriquement. Le mélange doit avoir une consistance suffisamment épaisse pour pouvoir être appliqué par enduction, être mis en forme ou être moulé, et il doit contenir une proportion suffisante d'abrasif de polissage par rapport au polymère pour obtenir un produit à partir duquel l'abrasif de polissage soit libéré à une vitesse appropriée pour le polissage efficace.Sur la base d'un latex ayant une teneur en solides de 50 % en poids, le rapport maximal en poids du latex à 1' abrasif de polissage est d'environ 80/20, car au-dessus de cette proportion les particules d'abrasif seront complètement enrobées et il ntv aura aucune libération de l'abrasif de la matrice. A l'autre extrême, du moment qu'un latex suffisamment dilué est utilisé, le rapport minimal en poids du latex à l'abrasif de polissage peut descendre à environ 10/90. Le latex et l'abrasif de polissage sont choisis de façon que le pH de l'un soit compatible avec le pH de l'autre. Les proportions relatives du polymère et de l'abrasif de polissage peuvent aussi être exprimées, par exemple en parties, en pesant l'abrasif de polissage par 100 parties en poids de polymère sec.La figure 1 montre graphiquement le "niveau de libération" en fonction des parties en poids d'abrasif de polissage par 100 parties en poids de polymère sec. Le niveau de liberation est une évaluation non numérique de l'efficacité du tampon de polissage. Cette évaluation est égalée au niveau de libération parce que c'est la libération commandée de l'abrasif de polissage qui contribue considérablement à l'efficacité des articles de polissage selon 1 invention. Pour des teneurs en abrasif de polissage jusqu a environ 45 parties d'abrasif de polissage par 100 parties de polymère sec, les particules d'abrasif de polissage sont pratiquement enrobées par le polymère. Le niveau de libération est très faible, c' est-à-dire insuffisant pour que le polissage puisse avoir lieu en une durée raisonnable commercialement. Pour les teneurs en abrasif de polissage à partir d'environ 45 parties d'abrasif de polissage jusqu a environ 172 parties d'abrasif de polissage par 100 parties de polymère sec, il est obtenu une libération marginale, c'est-à-dire qu'un polissage suffisant ne peut être effectué qu'en un temps supérieur à celui désiré dans des buts commerciaux. La plage idéale de libération pour laquelle un polissage suffisant est obtenu en une durée raisonnable commercialement est des teneurs en abrasif de polissage d'environ 172 à environ 250 parties ou plus d'abrasif de polissage par 100 parties de polymère sec.Pour des teneurs supérieures en abrasif de polissage, le mélange de polymère et d'abrasif perd son homogénéité. Autrement dit, l'abrasif n'est pas libéré de la matrice en polymère quand la surface à polir est frottée avec le tampon de polissage, et le mélange de polymère et d'abrasif se sépare de façon importante de sorte que l'abrasif est trop rapidement épuisé. Suivant un exemple typique de produit selon l'invention, un mélange de 50/50 en poids d'oxyde de cerium ayant une dimension moyenne de particules de 2 à 4 microns et d'un latex en polymère d'uréthane et de polyol de polyoxyéthylène coiffé d'isocyanate à blocs ayant une teneur en solides de 51 Z en poids ("Hypol P-740") a été appliqué sur un tissu de coton tissé désapprêté 3 de 100 g/m3 à raison de 400 grammes par mètre carré.Le tissu enduit a été séché dans un four à une température de 1200 à 1650C pendant environ 5 minutes 2 à 1,5 minutes afin d'obtenir un revêtement sec d'un poids d'environ 300 g/m Un adhesif adhérant par pression classique a été appliqué sur autre face du tissu et cet adhésif a été recouvert d'un papier siliconé classique. Le tissu enduit a été coupé et le tissu enduit en excédent a été rejeté pour obtenir des tampons sépares d'abrasif adhérant sur le papier siliconé. Les tampons ont été facilement décollés du papier siliconé, ont été appliqués sur un outil de polissage, et avec application d'eau ou d'un autre liquide comme lubrifiant et réfrigérant ont éte utilisés pour polir des lentilles.Suivant un autre exemple, le même revêtement, après séchage, a c-té chauffé dans un four à environ 1500C à 165 0C pendant 5 minutes. Il en est résulté le déblocage et le durcissement du polymère d'uréthane, et les tampons de polissage obtenus ont été trouvés un peu plus résistants à l'abrasion avec une durée d'usure supérieure à celle des autres. Suivant un autre exemple, le polymère "Hydron" a été utilisé à la place du "Hypol P-740" avec des résultais satisfaisants. Suivant un autre exemple, un caoutchouc de nitrile ne se vulcanisant pas a été utilise à la place du "Hypol P-740" avec des résultats satisfaisants. Commue le montre la figure 2, le tampon abrasif suivant l'invention représenté schématiquement en coupe, comporte un revêtement abrasif constitué par une matrice de polymère sous la forme de plaquettes 1, les particules d'abrasif de polissage 2 adhérant à ces plaquettes ou étant légèrement enfoncées dans les plaquettes. Cette matrice portant les particules d'abrasif adhère à la surface d'un tissu support 3. L'autre face du tissu 3 est enduite d'un adhésif adhérant par pression 4 recouvert d'un papier siliconé de protection 5. Ce tampon abrasif est utilisé de la façon décrite ci-dessus. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1. Article abrasif perfectionné pour préparer des surfaces à critères rigoureux, caractérisé par une couche superficielle formée de plaquettes d'un polymère et d'un abrasif de polissage sur ces plaquettes, cet abrasif étant en particules ayant une dimension moyenne inférieure à 10 microns et les plaquettes formant une matrice de polymère spongieuse microporeuse absorbant un liquide. 2. Article selon la revendication 1 caractérisé en ce que le polymère est un polymère hydrophile absorbant les liquides aqueux. 3. Article selon revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'abrasif de polissage est choisi dans le groupe constitué par les oxydes des terres rares et les oxydes métalliques. 4. Article selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'abrasif de polissage est choisi dans le groupe constitué par l'oxyde de cérium, l'oxyde de zirconium, l'alumine, l'oxyde ferrique, l'oxyde dsetain, la silice colloidale, l'oxyde de chrome, le calcotar, la pierre ponce et la farine de quartz. 5. Article selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par un support supportant la couche de mélange. 6. Article selon la revendication S caractérisé en ce que le support est flexible. 7. Article selon la revendication 6 caractérisé en ce que le support est soit un matériau textile, soit du papier. 8. Article selon la revendication 7 caractérisé par un corps se supportant de lui-même formé de ce mélange. 9. Article perfectionné pour préparer des surfaces à critères rigoureux, caractérisé par une surface formée par un polymère hydrophile et un abrasif de polissage porté par ce polymère et en particules d'une dimension moyenne inférieure à 10 microns. 10. Article perfectionné pour préparer des surfaces à critères rigoureux caractérisé par une surface formée par un polymère et un abrasif de polissage lie faiblement au polymère et en particules d'une dimension moyenne inférieure à 10 microns, la liaison étant suffisaitiment faible pour que, quand l'article est frotté sur une surface à polir, il en resulte une libération commandée de l'abrasif de polissage à partir du polymère.