СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРИРОВАННОГО АБРАЗИВНОГО ИЗДЕЛИЯ
METHOD OF STRUCTURED ABRASIVE PRODUCT FORMATION

Область техники
Настоящее изобретение в целом имеет отношение к созданию способов и систем для формирования структурированных абразивных изделий.
Предпосылки к созданию изобретения
Абразивные изделия, такие как абразивные гибкие инструменты (абразивы, нанесенные на подложку) и связанные абразивы (абразивы на связке), используют в различных отраслях промышленности для различной механической обработки заготовок, такой как притирка, шлифовка или полировка. Механическая обработка с использованием абразивных изделий получила широкое промышленное распространение начиная от оптической промышленности, ремонта и окраски в автомобильной промышленности и заканчивая производством металлов. В каждом из этих примеров производственное оборудование с абразивами используют для снятия слоя материала заготовки или изменения характеристик поверхности изделий.
Характеристики поверхности включают в себя блеск, текстуру и однородность. Например, изготовители металлических компонентов используют абразивные изделия для очистки и полирования поверхностей, и часто желают получить равномерно (однородно) гладкую поверхность. Аналогично изготовители оптических компонентов используют абразивные изделия для изготовления не имеющих дефектов поверхностей, чтобы исключить дифракцию и рассеяние света.
Изготовители также желают иметь абразивные изделия, которые обеспечивают высокую интенсивность съема припуска в некоторых применениях. Однако часто приходится искать компромисс между интенсивностью съема припуска и качеством поверхности. Абразивные изделия с мелким зерном (тонкозернистые абразивные изделия) обычно позволяют получать более гладкие поверхности, однако они обеспечивают более низкую интенсивность съема припуска. Более низкая интенсивность съема припуска ведет к снижению производительности и повышает издержки производства.
Изготовители абразивных изделий, особенно абразивных гибких инструментов, применяют поверхностные структуры для улучшения интенсивности съема припуска при одновременном сохранении высокого качества поверхности. Абразивные гибкие инструменты, имеющие поверхностные структуры или рисунок в виде выступающих абразивных слоев, которые часто называют конструированными или структурированными абразивами, типично обладают повышенной эксплуатационной долговечностью.
Однако типичные технологии формирования структурированных абразивных изделий являются ненадежными и страдают качественными ограничениями. Типичный процесс формирования структурированного абразивного изделия предусматривает покрытие подложки вязким связующим материалом, покрытие вязкого связующего материала функциональным порошком и тиснение или накатку структурных рисунков в вязком связующем материале. Функциональный порошок не позволяет прилипать связующему материалу к инструментам для нанесения рисунка. После проведения указанных операций производят отверждение связующего материала.
Дефекты покрытия вязкого связующего материала функциональным порошком ведут к прилипанию связующего материала к инструментам для нанесения рисунка. Прилипание связующего материала приводит к получению плохих структур, что ведет к ухудшению характеристик продукта и к потере продукта.
Выбор связующих материалов, подходящих для типичных технологий формирования структурированных абразивов, ограничен технологическим процессом. Типичные связующие материалы содержат большую загрузку (имеют высокое содержание) традиционных наполнителей, что повышает вязкость связующего материала. Такие традиционные наполнители воздействуют на механические характеристики связующего материала. Например, большая загрузка традиционных наполнителей может отрицательно влиять на такие характеристики связующего материала, как предел прочности при растяжении, модуль Юнга и относительное удлинение при разрыве. Плохие механические характеристики связующего материала, допускающие потерю абразивных зерен, ведут к появлению царапин и матовости на поверхностях и снижают срок службы абразивного изделия.
Потеря зерен также ухудшает рабочие характеристики абразивных изделий, что повышает частоту замены изделий. Частая замена абразивного изделия дорого обходится предприятиям-изготовителям. Таким образом, желательно иметь улучшенные абразивные изделия и способы изготовления абразивных изделий
Сущность изобретения
Предлагается способ формирования структурированного абразивного изделия, который предусматривает покрытие подложки композицией связующего материала, частичное отверждение композиции связующего материала и формирование (образование) рисунка в частично отвержденной композиции связующего материала.
В соответствии с другим вариантом предлагается способ формирования структурированного абразивного изделия, который предусматривает покрытие подложки абразивной суспензией, которая содержит связующий материал и абразивные зерна, частичное отверждение абразивной суспензии и образование рисунка в частично отвержденной абразивной суспензии.
В соответствии с еще одним вариантом предлагается способ формирования структурированного абразивного изделия, который предусматривает частичное отверждение композиции связующего материала до индекса вязкости по меньшей мере около 1.1, образование рисунка структур в частично отвержденной композиции связующего материала и дополнительное отверждение частично отвержденной композиции связующего материала.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показано примерное абразивное изделие.
На фиг.2 показано примерное устройство для изготовления структурированного абразивного изделия.
Подробное описание изобретения
Предлагается способ формирования абразивного изделия, такого как структурированное абразивное изделие, который предусматривает покрытие подложки композицией связующего материала, частичное отверждение композиции связующего материала и образование рисунка в частично отвержденной композиции связующего материала. Композиция связующего материала может быть введена в абразивную суспензию, которая содержит композицию связующего материала и абразивные зерна. Суспензия может быть нанесена на покрытие. В соответствии с примерным вариантом композицию связующего материала частично отверждают до индекса вязкости по меньшей мере около 1.1. Способ дополнительно может предусматривать полное отверждение имеющей рисунок (фигурной) и частично отвержденной композиции связующего материала. В примерном варианте композиция связующего материала представляет собой нанокомпозитную композицию связующего материала.
Конструированные или структурированные абразивы обычно содержат рисунок абразивных структур, расположенных на подложке или опоре. Примерные структурированные абразивы раскрыты в патенте США No. 6,293,980. Примерный вариант конструированного или структурированного абразива показан на фиг.1. Структурированный абразив имеет подложку 102 и слой 104, содержащий абразивные зерна. Как правило, слой 104 является фигурным для образования поверхностных структур 106.
Подложка 102 может быть гибкой или жесткой. Подложка 102 может быть изготовлена из любого числа различных материалов, в том числе и таких, которые обычно используют в качестве подложек при изготовлении абразивных гибких инструментов. Примерная гибкая подложка содержит полимерную пленку (например, пленку с печатью), такую как полиолефиновая пленка (например, из полипропилена, в том числе из биаксиально ориентированного полипропилена), полиэфирную пленку (например, из полиэтилен терефталата), полиамидную пленку или целлюлозную эфирную пленку; металлическую фольгу; сетку; вспененный материал (например, природный пористый материал или пеноуретан); ткань (например, ткань, изготовленную из волокон или пряжи, содержащих полиэфир, найлон, шелк, хлопок, поли-хлопок или искусственное волокно); бумагу; вулканизированную бумагу; вулканизат; фибру, нетканый материал; или их комбинации; или их обработанные варианты. Подложка из ткани может быть тканой или соединенной стежками. В соответствии со специфическими примерами подложку выбирают из группы, в которую входят бумага, полимерная пленка, ткань, хлопок, поли-хлопок, искусственное волокно, полиэфир, поли-найлон, вулканизат, фибра, металлическая фольга, а также их комбинации. В соответствии с другими примерами, подложка содержит пленку из полипропилена или пленку из полиэтилен терефталата (PET).
Подложка 102 при необходимости может иметь по меньшей мере один слой, выбранный из группы, в которую входят насыщенный слой, передний размерный слой или задний размерный слой. Эти слои типично служат для уплотнения подложки 102 или для защиты пряжи или волокон в подложке 102. Если подложка 102 изготовлена из тканного материала, то типично используют по меньшей мере один из указанных слоев. Добавление переднего размерного слоя или заднего размерного слоя позволяет дополнительно получить более гладкую поверхность на передней или задней стороне подложки. При необходимости могут быть также использованы и другие известные слои (например, слой стяжки; см., например, патент США No. 5,700,302).
Антистатический материал может быть включен в средства обработки ткани для подложки. Добавление антистатического материала снижает тенденцию накопления абразивным гибким инструментом статического электричества при обработке дерева и других аналогичных материалов. Дополнительная информация относительно антистатических подложек и их обработки может быть почерпнута, например, в патентах США Nos. 5,108,463; 5,137,542; 5,328,716; и 5,560,753.
Подложка 102 может быть изготовлена из упрочненного волокном термопласта, что описано, например, в патенте США No. 5,417,726; или может быть выполнена в виде бесконечного не имеющего сращиваний ремня, что описано, например, в патенте США No. 5,573,619. Аналогично подложка 102 может быть выполнена в виде полимерной основы, имеющей выступающие из нее крючки, что описано, например, в патенте США No. 5,505,747. Аналогично подложка 102 может быть выполнена в виде петли ткани, что описано, например, в патенте США No. 5,565,011.
В соответствии с некоторыми другими примерами чувствительный к давлению клей введен в заднюю сторону абразивного гибкого инструмента, так что полученный абразивный гибкий инструмент может быть закреплен на подушке. Примерный чувствительный к давлению клей содержит каучуковый латекс, канифоль, акриловый полимер или сополимер, в том числе полиакрилат эфир (например, поли(бутил акрилат)), винил эфир (например, поли(винил n-бутил эфир)), алкидный клей, резиновый клей (например, натуральный каучук и хлоркаучук) или их смеси.
Примерная жесткая подложка содержит металлическую пластину, керамическую пластину или другой аналогичный элемент. Другой пример подходящей жесткой подложки описан, например, в патенте США No. 5,417,726.
Слой 104 может быть образован в виде одного или нескольких слоев покрытия. Например, слой 104 может содержать структурное покрытие и, возможно, размерное покрытие. Слой 104 обычно содержит абразивные зерна и связующий материал. В соответствии с одним примерным вариантом абразивные зерна перемешаны с композицией связующего материала для образования абразивной суспензии. Альтернативно абразивные зерна наносят (вводят) в связующий материал после нанесения связующего материала в виде покрытия на подложку 102. При необходимости функциональный порошок может быть нанесен поверх слоя 104, чтобы исключить прилипание слоя 104 к инструменту, создающему рисунок. Альтернативно рисунок может быть образован в слое 104, не содержащем функционального порошка.
Связующий материал структурного покрытия или размерного покрытия может быть образован из одного полимера или из смеси полимеров. Например, связующий материал может быть образован из эпоксидной смолы, полиакрилата или их комбинации. Кроме того, связующий материал может содержать наполнитель, такой как наноразмерный наполнитель, или комбинацию наноразмерного наполнителя и микроноразмерного наполнителя. В соответствии со специфическим вариантом связующий материал представляет собой коллоидный связующий материал, в котором композиция, которую отверждают для образования связующего материала, представляет собой коллоидную суспензию, содержащую порошковый наполнитель. Альтернативно или дополнительно связующий материал может быть нанокомпозитным связующим материалом, который содержит субмикронный порошковый наполнитель.
Структурированное абразивное изделие 100 при необходимости может содержать податливое покрытие и заднее покрытие (не показаны). Эти покрытия могут выполнять описанную здесь выше функцию и могут быть образованы из композиций связующего материала.
Связующий материал обычно имеет полимерную матрицу, которая связывает абразивные зерна с подложкой или податливым покрытием, если оно есть. Типично связующий материал образован из отвержденной композиции связующего материала. В соответствии с примерным вариантом композиция связующего материала содержит полимерный компонент и дисперсную фазу.
Композиция связующего материала может содержать одну или несколько реакционных структурных составляющих или полимерных структурных составляющих для приготовления полимера. Полимерная структурная составляющая может содержать мономерные молекулы, полимерные молекулы, а также их комбинации. Композиция связующего материала может дополнительно содержать компоненты, выбранные из группы, в которую входят растворители, пластификаторы, агенты переноса цепи, катализаторы, стабилизаторы, диспергирующие агенты, отверждающие агенты, медиаторы реакции и агенты изменения текучести дисперсии.
Полимерные структурные составляющие могут образовывать термопласты или реактопласты. В качестве примера можно указать, что полимерные структурные составляющие могут содержать мономеры и смолы для образования полиуретана, полимочевины, полимеризованной эпоксидной смолы, полиэфира, полиимида, полисилоксанов (силиконов), полимеризованного алкида, сополимера бутадиена и стирола, сополимера акрилонитрила и бутадиена или, вообще говоря, химически активных смол для производства термореактивных полимеров. В качестве другого примера можно указать, что структурные составляющие содержат акрилатную или метакрилатную полимерную структурную составляющую. Предшественник полимерных структурных составляющих типично представляет собой отверждаемый органический материал (то есть полимер, мономер или материал, способный к полимеризации или сшиванию при воздействии теплоты или другого источника энергии, такого как электронный пучок, ультрафиолетовое излучение, излучение в видимой области спектра и т.п., или со временем при добавлении химического катализатора, влаги или другого агента, который заставляет полимер отверждаться или полимеризоваться). Примерный предшественник полимерной структурной составляющей содержит реактивную структурную составляющую для образования амино полимера или аминопласт полимера, такую как алкилированный форм-мочевина полимер, форм-меламин полимер и алкилированный форм-бензогуанамин полимер; акрилат полимер, который содержит акрилат и метакрилат полимер, алкил акрилат, акрилатную эпоксидную смолу, акрилатный уретан, акрилатный полиэфир, виниловый эфир, акрилатное масло или акрилатный силикон; алкидный полимер, такой как уретан алкидный полимер; полиэфирный полимер; химически активный уретановый полимер; фенольный полимер, такой как резол и новолак; фенольный/ латексный полимер; эпоксидный полимер, такой как дифенол эпоксидный полимер; изоцианат; изоцианурат; полисилоксановый полимер, в том числе алкилалкоксисилановый полимер; или химически активный виниловый полимер. Композиция связующего материала может содержать мономер, олигомер, полимер, а также их комбинации. В соответствии со специфическим вариантом композиция связующего материала содержит мономеры по меньшей мере двух типов полимеров, которые при отверждении могут образовывать поперечную (межмолекулярную) связь. Например, композиция связующего материала может содержать эпоксидные структурные составляющие и акриловые структурные составляющие, которые при отверждении образуют эпоксидный/ акриловый полимер.
В соответствии с примерным вариантом полимерные реакционные компоненты содержат анионно и катионно полимеризуемые предшественники. Например, композиция связующего материала может содержать по меньшей мере один катионно отверждаемый компонент, например, по меньшей мере один циклический эфирный компонент, циклический лактоновый компонент, циклический ацетальный компонент, циклический тиоэфирный компонент, спиро ортоэфирный компонент, эпоксидный (эпокси) функциональный компонент или оксетановый (оксетан) функциональный компонент. Типично композиция связующего материала содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, в которую входят эпоксидные функциональные компоненты и оксетановые функциональные компоненты. Композиция связующего материала может содержать в пересчете на полный вес композиции связующего материала по меньшей мере около 10 вес.% катионно отверждаемых компонентов, например по меньшей мере около 20 вес.%, типично по меньшей мере около 40 вес.%, или по меньшей мере около 50 вес.%. Как правило, композиция связующего материала содержит в пересчете на полный вес композиция связующего материала ориентировочно не более 95 вес.% катионно отверждаемых компонентов, например ориентировочно не более 90 вес.%, ориентировочно не более 80 вес.% или ориентировочно не более 70 вес.%.
Композиция связующего материала может содержать по меньшей мере один эпокси-функциональный компонент, например ароматический эпокси-функциональный компонент ("ароматическая эпокидная смола") или алифатический эпокси-функциональный компонент ("алифатическая эпокидная смола"). Эпокси-функциональные компоненты представляют собой компоненты, которые содержат одну или несколько эпокси групп, то есть одну или несколько трехэлементных кольцевых структур (оксиранов).
Ароматические эпоксидные компоненты содержат одну или несколько эпокси групп и одно или несколько ароматических колец. Композиция связующего материала может содержать один или несколько ароматических эпоксидных компонентов. Примерный ароматический эпоксидный компонент содержит ароматическую эпоксидную смолу, производную от полифенола, например от бисфенолов, таких как бисфенол А (4,4'-изопропилидендифенол), бисфенол F (бис[4-гидроксифенил]метан), бисфенол S (4,4'-сульфонилдифенол), 4,4'-циклогекесилиденбисфенол, 4,4'-бифенол, или 4,4'-(9-флуоринилиден)дифенол. Бисфенол может быть алкоксилирован (например, этоксилирован или пропоксилирован) или галогенизирован (например, бромирован). В качестве примеров бисфенольных эпоксидных смол можно привести бисфенол диглицидилэфиры, такие как диглицидилэфир Бисфенола А или Бисфенола F.
Дополнительным примером ароматической эпоксидной смолы является трифенилолметан триглицидилэфир, 1,1,1-трис(р-гидроксифенил)этан триглицидилэфир, или ароматическая эпоксидная смола, производная от монофенола, например от резорцина (например, резорцин диглицидилэфир) или от гидрохинона (например, гидрохинон диглицидилэфир). Другим примером является нонилфенил глицидилэфир.
Кроме того, примером ароматической эпоксидной смолы является эпоксидный новолак, например фенол эпоксидный новолак и крезол эпоксидный новолак. В качестве примеров имеющихся в продаже образцов крезол эпоксидного новолака можно привести EPICLON N-660, N-665, N-667, N-670, N-673, N-680, N-690 или N-695, выпускаемые фирмой Dainippon Ink and Chemicals, Inc. В качестве примеров имеющихся в продаже образцов фенол эпоксидного новолака можно привести EPICLON N-740, N-770, N-775 или N-865, выпускаемые фирмой Dainippon Ink and Chemicals, Inc.
В соответствии с одним из вариантов композиция связующего материала может содержать в пересчете на полный вес композиции связующего материала по меньшей мере 10 вес.% одной или нескольких ароматических эпоксидных смол.
Алифатические эпоксидные компоненты имеют одну или несколько эпокси групп и не содержат ароматических колец. Композиция связующего материала может содержать одну или несколько алифатических эпоксидных смол. Примером алифатической эпоксидной смолы является глицидилэфир С2-С30 алкила; 1,2 эпоксидная смола С3-С30 алкила; моно- или мультиглицидилэфир алифатического спирта или полиола, такой как 1,4-бутандиол, неопентил гликоль, циклогексан диметанол, дибромо неофенил гликоль, триметилол пропан, политетраметилен оксид, полиэтилен оксид, полипропилен оксид, глицерин, и алкоксилированные алифатические спирты; или полиолы.
В соответствии с одним из вариантов алифатическая эпоксидная смола содержит одну или несколько циклоалифатических кольцевых структур. Например, алифатическая эпоксидная смола может иметь одну или несколько циклогексановых оксидных структур, например две циклогексановые оксидные структуры. Примером алифатической эпоксидной смолы, содержащей кольцевую структуру, является гидрогенизированный бисфенол А диглицидилэфир, гидрогенизированный бисфенол F диглицидилэфир, гидрогенизированный бисфенол S диглицидилэфир, бис(4-гидроксициклогексил)метан диглицидилэфир, 2,2-бис(4-гидроксициклогексил)пропан диглицидилэфир, 3,4-эпоксициклогексилметил-3,4-эпоксициклогексанкарбоксилат, 3,4-эпокси-6-метилциклогексилметил-3,4-эпокси-6-метилциклогексанкарбоксилат, ди(3,4-эпоксициклогексилметил)гександиоат, ди(3,4-эпокси-6-метилциклогексилметил) гександиоат, этилен-бис(3,4-эпоксициклогексанкарбоксилат), этандиолди(3,4-эпоксициклогексилметил) эфир, или 2-(3,4-эпоксициклогексил-5,5-спиро-3,4-эпокси)циклогексан-1,3-диоксан. Примеры алифатической эпоксидной смолы приведены также в патенте США No. 6,410,127.
В соответствии с одним из вариантов композиция связующего материала содержит в пересчете на полный вес композиции связующего материала, по меньшей мере около 5 вес.% одной или нескольких алифатических эпоксидных смол, например по меньшей мере около 10 вес.% или по меньшей мере около 20 вес.% алифатической эпоксидной смолы. Как правило, композиция связующего материала содержит в пересчете на полный вес композиции связующего материала ориентировочно не более 70 вес.% алифатической эпоксидной смолы, например ориентировочно не более 50 вес.%, ориентировочно не более 40 вес.%.
Типично композиция связующего материала содержит один или несколько моно или поли глицидилэфиров алифатических спиртов, алифатических полиолов или полиэфирполиолов. Примером такого компонента является 1,4-бутандиолдиглицидилэфир, глицидилэфир полиоксиэтилена или полиоксипропилен гликоль или триол с молекулярной массой ориентировочно от 200 до 10000; глицидилэфир политетраметилен гликоля или поли(оксиэтилен-оксибутилен) случайные или блок-сополимеры. В качестве примеров имеющихся в продаже глицидилэфиров можно привести полифункциональные глицидилэфиры, такие как Heloxy 48, Heloxy 67, Heloxy 68, Heloxy 107 и Grilonit F713; или монофункциональные глицидилэфиры, такие как Heloxy 71, Heloxy 505, Heloxy 7, Heloxy 8 и Heloxy 61 (продаваемые фирмой Resolution Performances, www.resins.com).
Композиция связующего материала может содержать ориентировочно от 3 вес.% до 40 вес.%, типично ориентировочно от 5 вес.% до 20 вес.% моно- или полиглицидилэфиров алифатического спирта, алифатического полиола или полиэфирполиола.
Композиция связующего материала содержать один или несколько оксетан-функциональных компонентов ("оксетанов"). Оксетаны представляют собой компоненты, имеющие одну или несколько оксетановых групп, то есть одну или несколько четырехэлементных кольцевых структур, содержащих один кислородный и три углеродных элемента.
Примерные оксетаны содержат компоненты, имеющие следующую формулу:
в которой
Q1 представляет собой атом водорода, алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода (такую как метил, этил, пропил или бутил группа), фторалкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, аллиловую группу, ариловую группу, фуриловую группу или тиениловую группу;
Q2 представляет собой алкиленовую группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода (такую как метилен, этилен, пропилен или бутилен группа), или алкиленовую группу, имеющую эфирную связь, например оксиалкиленовую группу, такую как оксиэтилен, оксипропилен или оксибутилен группа;
Z представляет собой атом кислорода или атом серы; и
R2 представляет собой атом водорода, алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода (такую как метил группа, этил группа, пропил группа или бутил группа), алкильную группу, имеющую 2-6 атомов углерода (такую как 1-пропенил группа, 2-пропенил группа, 2-метил-1-пропенил группа, 2-метил-2-пропенил группа, 1-бутенил групп, 2-бутенил группа или 3-бутенил группа), арильную группу, имеющую 6-18 атомов углерода (такую как фенил группа, нафтил группа, отранил группа или фенантил группа), замещенную или незамещенную аралкильную группу, имеющую 7-18 атомов углерода (такую как бензил группа, фторбензил группа, метокси бензил групп, фенэтил группа, стирил группа, циннамил группа, этокси бензил группа), арилоксикильную группу (такую как феноксиметил группа или феноксиэтил группа), алкилкарбонильную группу, имеющую 2-6 атомов углерода (такую как этилкарбонильная группа, пропилкарбонильная группа или бутилкарбонильная группа), алкокси карбонильную группу, имеющую 2-6 атомов углерода (такую как этоксикарбонильная группа, пропоксикарбонильная группа или бутоксикарбонильная группа), N-алкилкарбамоильную группу, имеющую 2-6 атомов углерода (такую как этилкарбамоил группа, пропилкарбамоил группа, бутилкарбамоил группа или пентилкарбамоил группа), или полиэфирную группу, имеющую 2-1000 атомов углерода. Особенно полезный оксетан представляет собой 3-этил-3-(2-этилгексилоксиметил) оксетан.
В дополнение к одному или нескольким катионно отверждаемым компонентам или вместо них композиция связующего материала может содержать один или несколько свободных радикальных отверждаемых компонентов, например один или несколько свободных радикальных полимеризуемых компонентов, имеющих одну или несколько этиленно ненасыщенных групп, таких как (мет)акрилат (то есть акрилат или метакрилат) функциональные компоненты.
В качестве примеров монофункциональных этиленно ненасыщенных компонентов можно привести акриламид, N,N-диметилакриламид, (мет) акрилоилморфолин, 7-амино-3,7-диметилоктил (мет)акрилат, изобутоксиметил(мет) акриламид, изоборнилоксиэтил (мет)акрилат, изоборнил (мет)акрилат, 2-этилгексил (мет)акрилат, этилдиэтилен гликоль (мет) акрилат, t-октил (мет)акриламид, диацетон (мет)акриламид, диметиламиноэтил (мет)акрилат, диэтиламиноэтил (мет)акрилат, лаурил (мет)акрилат, дициклопентадиен (мет)акрилат, дициклопентенилоксиэтил (мет)акрилат, дициклопентенил (мет)акрилат, N,N-диметил(мет)акриламидтетра хлорфенил (мет)акрилат, 2-тетрахлорфеноксиэтил (мет)акрилат, тетрагидрофурфурил (мет)акрилат, тетра бромофенил (мет)акрилат, 2-тетрабромофеноксиэтил (мет)акрилат, 2-трихлорофеноксиэтил (мет)акрилат, трибромофенил (мет)акрилат, 2-трибромофеноксиэтил (мет)акрилат, 2-гидроксиэтил (мет)акрилат, 2-гидроксипропил (мет)акрилат, винилкапролактам, N-винилпирролидон, феноксиэтил (мет)акрилат, бутоксиэтил (мет)акрилат, пентахлорфенил (мет)акрилат, пентабромофенил (мет)акрилат, полиэтиленгликоль моно(мет)акрилат, полипропиленгликоль моно(мет)акрилат, борнил (мет)акрилат, метилтриэтилен дигликоль (мет)акрилат, а также их комбинации.
В качестве примеров полифункциональных этилено ненасыщенных компонентов можно привести этилен гликоль ди(мет)акрилат, дициклопентенил ди(мет)акрилат, триэтилен гликоль диакрилат, тетраэтилен гликоль ди(мет)акрилат, трициклодекандиилдиметилен ди(мет)акрилат, триметилолпропан три(мет)акрилат, этоксилированный триметилолпропан три(мет)акрилат, пропоксилированный триметилолпропан три(мет)акрилат, трипропилен гликоль ди(мет)акрилат, неопентил гликоль ди(мет)акрилат, оба конечных аддукта (мет)акриловой кислоты бисфенола А диглицидилэфира, 1,4-бутандиол ди(мет)акрилат, 1,6-гександиол ди(мет)акрилат, полиэтилен гликоль ди(мет)акрилат, функциональные производные пентаэритритол (мет)акрилата (например, пентаэритритол три(мет)акрилат, пентаэритритол тетра(мет)акрилат, дипентаэритритол гекса(мет)акрилат, дипентаэритритол пента(мет)акрилат или дипентаэритритол тетра(мет)акрилат), дитриметилолпропан тетра(мет)акрилат, этоксилированный бисфенол А ди(мет)акрилат, пропоксилированный бисфенол А ди(мет)акрилат, этоксилированный гидрогенизированный бисфенол А ди(мет)акрилат, пропоксилированный - модифицированный гидрогенизированный бисфенол А ди(мет)акрилат, этоксилированный бисфенол F ди(мет)акрилат, а также их комбинации.
В соответствии с одним из вариантов композиция связующего материала содержит один или несколько компонентов, имеющих по меньшей мере 3 (мет)акрилатные группы, например, от 3 до 6 (мет)акрилатных групп или от 5 до 6 (мет)акрилатных групп.
В соответствии со специфическими вариантами композиция содержит, в пересчете на полный вес композиции связующего материала, по меньшей мере около 3 вес.% одного или нескольких свободных радикальных полимеризуемых компонентов, например по меньшей мере около 5 вес.% или по меньшей мере около 9 вес.%. Как правило, непрерывная фаза содержит ориентировочно не более 50 вес.% свободных радикальных полимеризуемых компонентов, например ориентировочно не более 35 вес.%, ориентировочно не более 25 вес.%, ориентировочно не более 20 вес.% или ориентировочно не более 15 вес.%.
Как правило, полимерные реакционные структурные составляющие или их предшественники имеют в среднем по меньшей мере две функциональные группы, например в среднем по меньшей мере 2.5 или по меньшей мере 3.0 функциональные группы. Например, эпоксидный предшественник может иметь 2 или больше эпокси функциональных групп. В соответствии с другим примером акриловый предшественник может иметь 2 или больше метакрилатных функциональных групп.
Неожиданно было обнаружено, что композиция связующего материала, которая содержит компонент, имеющий полиэфирную основную цепь, показывает отличные механические (прочностные) свойства после отверждения композиции связующего материала. В качестве примеров состава, имеющего полиэфирную основную цепь, можно привести политетраметилендиол, глицидилэфир политетраметилендиола, акрилат политетраметилендиола, политетраметилендиол, содержащий одну или несколько поликарбонатных групп, а также их комбинации. В одном из вариантов композиция связующего материала содержит от 5 вес.% до 20 вес.% состава, имеющего полиэфирную основную цепь.
Композиция связующего материала также может содержать катализаторы и инициаторы. Например, катионоактивный инициатор может катализировать реакции между катионоактивными полимеризуемыми структурными составляющими. Радикальный инициатор может активизировать свободно радикальную полимеризацию радикально полимеризуемых структурных составляющих. Инициатор может быть активирован за счет тепловой энергии или актиничного излучения. Например, инициатор может содержать катионоактивный фотоинициатор, который катализирует катионоактивные реакции полимеризации при воздействии на него актиничного излучения. В соответствии с другим примером инициатор может содержать радикальный фотоинициатор, который инициирует реакции свободно радикальной полимеризации при воздействии на него актиничного излучения. Актиничное излучение представляет собой излучение с частицами или без них и включает в себя излучение электронного пучка и электромагнитное излучение. В соответствии со специфическим вариантом электромагнитное излучение представляет собой излучение, имеющее по меньшей мере одну длину волны в диапазоне ориентировочно от 100 нм до 700 нм и, в частности, длины волн в ультрафиолетовой области спектра электромагнитного излучения.
Как правило, катионоактивные фотоинициаторы представляют собой материалы, которые образуют активные разновидности при воздействии актиничного излучения и которые способны по меньшей мере частично полимеризовать эпоксидные смолы или оксетаны. Например, катионоактивный фотоинициатор может при воздействии актиничного излучения образовывать катионы, которые могут инициировать реакции катионно полимеризуемых компонентов, таких как эпоксидные смолы или оксетаны.
В качестве примеров катионоактивных фотоинициаторов можно привести ониевые соли с анионами слабой нуклеофильности, такие как галониевая соль, иодониевая соль или сульфониевая соль, описанные в заявке на Европейский патент ЕР 153904 и в публикации WO 98/28663, сульфоксониевая соль, описанная, например, в выложенных заявках на Европейский патент ЕР 35969, 44274, 54509 и 164314, или диазониевая соль, описанная, например, в патентах США 3,708,296 и 5,002,856. В качестве другого примера катионоактивного фотоинициатора можно привести металлоценовую соль, описанную, например, в выложенных заявках на Европейский патент ЕР 94914 и 94915.
В соответствии с примерными вариантами композиция связующего материала содержит один или несколько фотоинициаторов, имеющих формулу (1) или (2):
в которых
Q3 представляет собой атом водорода, алкильную группу, имеющую от 1 до 18 атомов углерода, или алкоксильную группу, имеющую от 1 до 18 атомов углерода;
М представляет собой атом металла, например сурьмы;
Z представляет собой атом галогена, например фтора; и
t представляет собой валентное число металла, например 5 в случае сурьмы.
В соответствии со специфическими примерами композиция связующего материала содержит в пересчете на полный вес композиции связующего материала ориентировочно от 0.1 вес.% до 15 вес.% одного или нескольких катионоактивных фотоинициаторов, например ориентировочно от 1 вес.% до 10 вес.%.
Типично фотоинициатор в виде ониевой соли содержит иодониевую комплексную соль или сульфониевую комплексную соль. Полезные ароматические ониевые комплексные соли описаны, например, в патенте США No. 4,256,828. Примерная ароматическая иодониевая комплексная соль содержит диарилиодоний гексафторфосфат или диарилиодоний гексафторантимонат. Примерная ароматическая сульфониевая комплексная соль содержит трифенил сульфоний гексафторантимонат, р-фенил(тиофенил)дифенил сульфоний гексафторантимонат или сульфоний (тиоди-4,1-фенилен)бис(дифенил-бис((ОС-6-11) гексафторантимонат)).
Ароматические ониевые соли типично являются фоточувствительными только в ультрафиолетовой области спектра. Однако они могут быть сенсибилизированы в ближней ультрафиолетовой области спектра и в оптической области спектра при помощи сенсибилизаторов с известными органическими галогенными структурными составляющими. Примерный сенсибилизатор, который содержит ароматический амин или окрашенный ароматический полициклический углеводород, описан, например, в патенте США No. 4,250,053.
6
5
Подходящие активируемые излучением органометаллические комплексные соли описаны, например, в патентах США Nos. 5,059,701; 5,191.101; и 5,252,694. Примерная органометаллическая комплексная соль, которую используют в качестве активируемого излучением инициатора, содержит: (η-бензол) (η-циклопентадиенил)
+1
-
6
5
+1
-
6
5
+l
6
5
+l
-
6
5
+l
-
6
5
+l
-
6
5
+l
-
6
5
+l
-
6
5
+l
-
6
5
+l
-
6
5
+l
-
6
6
6
6
6
6
3
3
4
6
5
6
Fe SbF , (η-толуол) (η-циклопентадиенил)Fe AsF , (η-ксилен) (η-циклопентадиенил)Fe SbF, (η-кумол) (η-циклопентадиенил)Fe PF , (η-ксилены (смешанные изомеры) (η-циклопентадиенил)Fe SbF , (η-ксилены (смешанные изомеры) (η-циклопентадиенил)Fe PF , (η-о-ксилен) (η-циклопентадиенил)Fe CF SO , (η-m-ксилен) (η-циклопентадиенил)Fe BF , (η-мезитилен) (η-циклопентадиенил)FeSbF , (η-гексаметилбензол) (η-циклопентадиенил)Fe SbFOH, (η-фтор) (η-циклопентадиенил)Fe SbF , а также их комбинации.
При необходимости катализаторы в виде металлоорганической соли могут применяться совместно с ускорителем, таким как этилоксалат третичного спирта. Если он есть, то ускоритель преимущественно составляет ориентировочно от 0.1% до 4% по весу в пересчете на полный вес связующей композиции связующего материала.
Полезный имеющийся в продаже катионоактивный фотоинициатор, который содержит ароматическую сульфониевую комплексную соль, продается, например, под торговым обозначением "FX-512" фирмой Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minn., и под торговым обозначением "UVI-6974" фирмой Dow Chemical Co., или Chivacure 1176.
Композиция связующего материала при необходимости может содержать фотоинициаторы, полезные для фотоотверждения свободных радикальных полифункциональных акрилатов. В качестве примеров свободных радикальных фотоинициаторов можно привести бензофенон (например, алкизамещенный бензофенон или алкокси-замещенный бензофенон); бензойные соединения (например, бензойные эфиры, такие как бензойный метил эфир, бензойный этил эфир, бензойный изопропил эфир, бензойный фенил эфир и бензойный ацетат); ацетофенон, такой как 2,2-диметоксиацетофенон, 4-(фенилтио)ацетофенон и 1,1-дихлорацетофенон; бензил кеталь, такой как бензил диметил кеталь и бензил диэтил кеталь; антрахинон, такой как 2-метилантрахинон, 2-этилантрахинон, 2-тертбутилантрахинон, 1-хлороантрахинон и 2-амилантрахинон; трифенилфосфин; бензоилфосфин оксиды, такие как, например, 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфин оксид; тиоксантон или ксантон; производная акридина; производная фенацена; производная хиноксалина; 1 -фенил-1,2-пропадион-2-0-бензоилоксим; 1-аминофенил кетон или 1-гидроксифенил кетон, такой как 1-гидроксициклогексил фенил кетон, фенил (1-гидроксиизопропил) кетон и 4-изопропилфенил(1-гидроксиизопропил) кетон; или соединение триазина, например, 4"'-метил тиофенил-1-ди(трихлорметил)-3,5-8-триазин, S-триазин-2-(стилбен)-4,6-бистрихлорметил или параметокси стирил триазин.
Примерный фотоинициатор содержит бензойную смолу или ее производные, такие как α-метилбензоин; U-фенилбензоин; α-аллилбензоин; α-бензилбензоин; бензойные эфиры, такие как бензил диметил кеталь (который может быть закуплен, например, на фирме Ciba Specialty Chemicals под торговым обозначением "IRGACURE 651"), бензойный метил эфир, бензойный этил эфир, бензойный n-бутил эфир; ацетофенон или его производные, такие как 2-гидрокси-2-метил-1-фенил-1-пропанон (который может быть закуплен, например, на фирме Ciba Specialty Chemicals под торговым обозначением "DAROCUR 1173") и 1-гидроксициклогексил фенил кетон (который может быть закуплен, например, на фирме Ciba Specialty Chemicals под торговым обозначением "IRGACURE 184"); 2-метил-1-[4-(метилтио)фенил]-2-(4-морфолинил)- -1-пропанон (который может быть закуплен, например, на фирме Ciba Specialty Chemicals под торговым обозначением "IRGACURE 907"); 2-бензил-2-(диметиламино)-1-[4-(4-морфолинил)фенил]-1-бутанон (который может быть закуплен, например, на фирме Ciba Specialty Chemicals под торговым обозначением "IRGACURE 369"); а также их смеси.
Другой подходящий свободный радикальный фотоинициатор содержит состав ионного красителя - противодействующего иона, который может поглощать актинические лучи и создавать свободные радикалы, которые могут инициировать полимеризацию акрилатов. Такой фотоинициатор описан, например, в выложенной заявке на Европейский патент 223587 и в патентах США 4,751,102, 4,772,530 и 4,772,541.
Фотоинициатор может присутствовать в количестве ориентировочно не более 20 вес.%, например ориентировочно не более 10 вес.%, и типично ориентировочно не более 5 вес.%, в пересчете на полный вес композиции связующего материала. Например, фотоинициатор может присутствовать в количестве от 0.1 вес.% до 20.0 вес.%, например от 0.1 вес.% до 5.0 вес.%, или, что наиболее типично, от 0.1 вес.% до 2.0 вес.% в пересчете на полный вес композиции связующего материала, хотя возможны и другие количества вне рамок указанных диапазонов. В одном из примеров фотоинициатор присутствует в количестве по меньшей мере около 0.1 вес.%, например по меньшей мере около 1.0 вес.% или в количестве от 1.0 вес.% до 10.0 вес.%.
При необходимости термический отвердитель может быть включен в композицию связующего материала. Такой термический отвердитель обычно является термически стабильным при температурах, при которых производят перемешивание компонентов. Примерные термические отвердители для эпоксидных смол и акрилатов хорошо известны специалистам и описаны, например, в патенте США No. 6,258,138. Термический отвердитель может присутствовать в предшественнике связующего материала в любом эффективном количестве. Такие количества типично лежат в диапазоне ориентировочно от 0.01 вес.% до 5.0 вес.%, преимущественно в диапазоне ориентировочно от 0.025 вес.% до 2.0 вес.% в пересчете на вес композиции связующего материала, хотя могут быть использованы и количества, лежащие вне указанных диапазонов.
Композиция связующего материала может также содержать другие компоненты, такие как растворители, пластификаторы, сшиватели, агенты переноса цепи, стабилизаторы, диспергирующие агенты, отверждающие агенты, мадиаторы реакции и агенты влияния на текучесть дисперсии. Например, композиция связующего материала может содержать один или несколько агентов переноса цепи, выбранных из группы, в которую входят полиол, полиамин, линейный или разветвленный полигликоль эфир, полиэфир и полилактон.
В соответствии с другим примером композиция связующего материала может содержать добавочные компоненты, такие как гидрокси функциональный или амин функциональный компонент и добавку. Как правило, специфический гидрокси функциональный компонент не содержит отверждаемых групп (таких как, например, акрилат, эпокси или оксетан группы) и не выбран из группы, в которую входят фотоинициаторы.
Композиция связующего материала может содержать один или несколько гидрокси функциональных компонентов. Гидрокси функциональные компоненты могут быть полезны для дальнейшей подстройки механических свойств связующей композиции после отверждения. Гидрокси функциональный компонент содержит монол (гидрокси функциональный компонент, содержащий одну гидроксильную групп) или полиол (гидрокси функциональный компонент, содержащий несколько гидроксильных групп).
В качестве представительных примеров гидрокси функциональных компонентов можно привести алканол, моноалкил эфир полиоксиалкиленгликоля, моноалкил эфир алкиленгликоля, алкиленгликоль и арилалкиленгликоль, такой как 1,2,4-бутантриол, 1,2,6-гексантриол, 1,2,3-гептантриол, 2,6-диметил-1,2,6-гексантриол, (2R,3R)-(-)-2-бензилокси-1,3,4-бутантриол, 1,2,3-гексантриол, 1,2,3-бутантриол, 3-метил-1,3,5-пентантриол, 1,2,3-циклогексантриол, 1,3,5-циклогексантриол, 3,7,11,15-тетраметил-1,2,3-гексадекантриол, 2-гидроксиметилтетрагидропиран-3,4,5-триол, 2,2,4,4-тетраметил-1,3-циклобутандиол, 1,3-циклопентандиол, транс-1,2-циклооктандиол, 1,16-гексадекандиол, 3,6-дитиа-1,8-октандиол, 2-бутин-1,4-диол, 1,2- или 1,3-пропандиол, 1,2- или 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, 1,7-гептандиол, 1,8-октандиол, 1,9-нонандиол, 1-фенил-1,2-этандиол, 1,2-циклогександиол, 1,5-декалиндиол, 2,5-диметил-3-гексин-2,5-диол, 2,2,4-триметилпентан-1,3-диол, неопентилгликоль, 2-этил-1,3-гександиол, 2,7-диметил-3,5-октадин-2-7-диол, 2,3-бутандиол, 1,4-циклогександиметанол, полиоксиэтилен или полиоксипропилен гликоли или триоды с молекулярной массой ориентировочно от 200 до 10000, политетраметилен гликоли с различной молекулярной массой, поли(оксиэтилен-оксибутилен) случайные или блок-сополимеры, сополимеры, содержащие подвесные гидроксильные группы, образованные за счет гидролиза или частичного гидролиза винил ацетат сополимеров, поливинилацетальные смолы, содержащие подвесные гидроксильные группы, гидрокси функциональные (например, гидрокси завершенные) полиэфиры или гидрокси функциональные (например, гидрокси завершенные) полилактоны, алифатические поликарбонатные полиолы (например, алифатический поликарбонатный диол), гидрокси функциональные (например, гидрокси завершенные) полиэфиры (например, политетрагидрофуран полиолы, имеющие среднемассовую молекулярную массу в диапазоне 150-4000 г/моль, 150-1500 г/моль или 150-750 г/моль), а также их комбинации. Примерный полиол дополнительно содержит алифатический полиол, такой как глицерин, триметилпропан, или сахарный спирт, такой как эритритол, ксилитол, маннитол или сорбит. В соответствии со специфическими вариантами композиция связующего материала содержит один или несколько алициклических полиолов, таких как 1,4-циклогексан-диметанол, сахароза, или 4,8-бис(гидроксиметил) трицикло(5,2,1,0)декан.
Подходящий полиэфир для композиции связующего материала представляет собой, в частности, линейный или разветвленный полигликоль эфир, полученный за счет открывающей кольцо полимеризации циклического эфира в присутствии полиола, например вышеупомянутого полиола; полигликоль эфир, полиэтилен гликоль, полипропилен гликоль или политетраметилен гликоль или их сополимер.
Другой подходящий полиэфир для композиции связующего материала представляет собой полиэфир, основанный на полиолах и алифатических, циклоалифатических или ароматических полифункциональных карболовых кислотах (например, на дикарбоновых кислотах), или который специфически содержит все соответствующие насыщенные полиэфиры, которые являются жидкими при температурах от 18°С до 300°С, типично от 18°С до 150°С: типично янтарный эфир, глутаровый эфир, адипиковый эфир, лимонный эфир, фталевый эфир, изофталевый эфир, терефталевый эфир или эфир соответствующих продуктов гидрогенизации, со спиртовым компонентом, образованным из мономерных или полимерных полиолов, например полиолов вышеупомянутого вида.
Еще один возможный полиэфир содержит алифатический полилактон, такой как ε-поликапролактон, или поликарбонат, которые, например, могут быть получены за счет поликонденсации диола с фосгеном. Для композиции связующего материала типично используют поликарбонат бисфенола А, имеющий среднемассовую молекулярную массу от 500 до 100000.
Для воздействия на вязкость композиции связующего материала и, в частности, на снижение вязкости или сжижение, полиол, полиэфир или насыщенный полиэфир или их смеси могут, при необходимости, быть перемешаны с подходящими добавками, в особенности с растворителем, пластификатором, разбавителем и т.п. В соответствии с одним из вариантов композиции могут содержать в пересчете на полный вес композиции связующего материала ориентировочно не более 15 вес.%, например, ориентировочно не более 10 вес.%, ориентировочно не более 6 вес.%, ориентировочно не более 4 вес.%, ориентировочно не более 2 вес.% или около 0 вес.% гидроксифункционального компонента. В соответствии с одним из примеров композиции связующего материала не содержат существенных количеств гидрокси функционального компонента. Отсутствие существенных количеств гидрокси функциональных компонентов может снижать гигроскопичность композиций связующего материала или изделий, полученных из них.
Примерное гидрокси или амин функциональное органическое соединение для приготовления продукта конденсации (отверждения) с алкилен оксидом содержит полиол, имеющий от 3 до 20 атомов углерода (С1-С8) алканол амиды (С8-С18) кислоты жирного ряда, такие как этанол амиды кислоты жирного ряда, жирные спирты, алкилфенол или диамин, имеющий от 2 до 5 атомов углерода. Такие соединения вступают в реакцию с алкилен оксидом, таким как этилен оксид, пропилен оксид или их смеси. Реакция может иметь место при молярном отношении гидрокси или амин органического соединения к алкилен оксиду, которое составляет, например, от 1:2 до 1:65. Продукт конденсации типично имеет среднемассовую молекулярную массу ориентировочно от 500 до 10,000 и может быть разветвленным, циклическим, линейным гомополимером, сополимером или терполимером.
Композиция связующего материала может дополнительно содержать диспергирующий агент для взаимодействия с поверхностью порошкового наполнителя для ее модифицирования. Например, этот диспергирующий агент может содержать органосилоксан, функционализованный органосилоксан, алкизамещенный пирролидон, полиоксиалкилен эфир, сополимер этиленоксида и пропиленоксида, а также их комбинации. В случае различных порошковых наполнителей и, в частности, наполнителя в виде диоксида кремния подходящий поверхностный модификатор содержит силоксан.
Примером силоксана является функционализованный или нефункционализованный силоксан. Примерный силоксан имеет состав, соответствующий следующей формуле:
в которой каждый R представляет собой независимо замещенный или незамещенный линейный, разветвленный или циклический С1-10 алкил, С1-10 алкокси, группу, содержащую замещенный или незамещенный арил, арилокси, тригалоалкил, цианоалкил или винил; В1 или В2 представляет собой водород, группу, содержащую силокси, винил, силанол, алкокси, амин, эпокси, гидрокси, (мет)акрилат, меркапто или группы отталкивания растворителя, такие как липофильные или гидрофильные (например, анионоактивные, катионоактивные) группы; а n представляет собой целое число ориентировочно от 1 до 10000, в частности, ориентировочно от 1 до 100.
Вообще говоря, функционализованный силоксан представляет собой соединение, имеющее молекулярную массу в диапазоне ориентировочно от 300 до 20000. Такие соединения могут быть закуплены, например, на фирме General Electric Company или Goldschmidt, Inc. Типичный функционализованный силоксан представляет собой амин функционализованный силоксан, в котором функционализация типично завершает силоксан.
Примерные органосилаксаны продаются под торговой маркой Silwet фирмой Witco Corporation. Такие органосилаксаны типично имеют среднемассовую молекулярную массу ориентировочно от 350 до 15000, имеют концы из водорода или С1-С4 алкила и могут быть гидролизуемыми или негидролизуемыми. Типичные органосилаксаны, которые продаются под торговой маркой Silwet L-77, L-7602, L-7604 и L-7605, представляют собой полиалкилен оксид модифицированные диалкил полисилоксаны.
В качестве примеров подходящего анионного диспергирующего агента можно привести (С8-С16) алкилбензол сульфонат, (С8-С16) алкан сульфонат, (С8-С18) α-олефин сульфонат, α-сульфо метил эфир (С8-С16) кислоты жирного ряда, сульфат (С8-С16) кислоты жирного ряда, моно- или диалкил сульфосукцинат, причем каждый алкил независимо представляет собой (С8-С16) алкильную группу, алкил эфир сульфат, (С8-С16) соль карбоновой кислоты или изотионат, имеющий жирную цепь, содержащую ориентировочно от 8 до 18 атомов углерода, например диэтилгексил сульфосукцинат натрия, метил бензол сульфонат натрия, или бис(2-этилгексил) сульфосукцинат натрия (например, Aerosol ОТ или АОТ).
Типично диспергирующий агент представляет собой соединение, выбранное из группы, в которую входят органосилаксан, функционализованный органосилаксан, алкизамещенный пирролидон, полиоксиалкилен эфир, или блок-сополимер этиленоксида и пропиленоксида.
В качестве одного из примеров серийных диспергирующих агентов можно привести циклические органосиликоны (например, SF1204, SF1256, SF1328, SF1202 (декаметил-циклопентасилоксан (пентамер)), SF1258, SF1528, Dow Coming 245 fluids, Dow Coming 246 fluids, додекаметил-цикло-гексасилоксан (гексимер), и SF1173), сополимер полидиметилсилоксана и полиоксиалкилен оксида (например, SF1488 и SF1288); линейные силиконы, в том числе олигомеры (например. Dow Coming 200 (R) fluids); Silwet L-7200, Silwet L-7600, Silwet L-7602, Silwet L-7605, Silwet L-7608 или Silwet L-7622; неионные поверхностно-активные вещества (например, Triton X-100, Igepal CO-630, PVP серии, Airvol 125, Airvol 305, Airvol 502 и Airvol 205); органические полиэфиры (например, Surfynol 420, Surfynol 440 и Surfynol 465); или Solsperse 41000.
В качестве другого примера серийных диспергирующих агентов можно привести SF1173 (фирма GE Silicones); органический полиэфир, такой как Surfynol 420, Surfynol 440 и Surfynol 465 (фирма Air Products Inc); Silwet L-7200, Silwet L-7600, Silwet L-7602, Silwet L-7605, Silwet L-7608 или Silwet L-7622 (фирма Witco); или неионное поверхностно-активное вещество, такое как Triton Х-100 (фирма Dow Chemicals), Igepal CO-630 (фирма Rhodia), PVP серии (фирма ISP Technologies) и Solsperse 41000 (фирма Avecia).
Количество диспергирующего агента лежит в диапазоне от 0 вес.% до 5 вес.%, а более типично составляет от 0.1 вес.% до 2 вес.%. Силаны типично используют при концентрациях от 40 мол. % до 200 мол. % и, в частности, от 60 мол. % до 150 мол. % в пересчете на молекулярное количество поверхностно-активных сайтов на поверхности наноразмерного порошкового наполнителя. Как правило, композиция связующего материала содержит ориентировочно не более 5 вес.% диспергирующего агента, например ориентировочно от 0.1 вес.% до 5.0 вес.% диспергирующего агента в пересчете на полный вес композиции связующего материала.
3
2
2
2
2
2
3
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
5
2
3
2
5
2
2
2
2
2
3
Композиция связующего материала может дополнительно содержать дисперсную фазу, суспендированную в непрерывной фазе. Непрерывная фаза типично содержит полимерные структурные составляющие. Дисперсная фаза обычно содержит порошковый наполнитель. Порошковый наполнитель может быть образован из неорганических частиц, таких как, например, частицы металла (такого как, например, сталь, серебро или золото) или частицы металлического комплекса, такого как, например, оксид металла, гидроксид металла, сульфид металла, комплекс металл-галоген, карбид металла, фосфат металла, частицы неорганической соли (такой как, например, СаСО), керамики, или их комбинации. В качестве примеров оксидов металлов можно привести ZnO, CdO, SiO, TiO, ZrO, CeO, SnO, МоО, WO, AlO, InO, LaO, FeO, CuO, ТаО, SbO, SbO, а также их комбинации. Также могут присутствовать смешанные оксиды, которые содержат различные металлы. Наночастицы могут представлять собой, например, частицы из материала, выбранного из группы, в которую входят ZnO, SiO, TiO, ZrO, SnO, AlO, совместно образованный диоксид кремния и оксид алюминия, а также их смеси. Частицы нанометрового размера также могут иметь органический компонент, такой как, например, углеродная сажа; прочно сшитые образующие оболочку сердечника полимерные наночастицы; органически модифицированные частицы нанометрового размера, и т.п.Такие наполнители описаны, например, в патенте США No. 6,467,897 и в публикации WO 98/51747.
Порошковый наполнитель, образованный при помощи процессов на базе раствора, такой как золь образованная и золь-гель образованная керамика, особенно хорошо подходит для использования в композиционном связующем материале. Подходящие золи имеются в продаже. Например, в продаже имеются коллоидные диоксиды кремния в водных растворах под такими торговыми марками, как "LUDOX" (E.I. DuPont de Nemours and Co., Inc. Wilmington, Del.), "NYACOL" (Nyacol Co., Ashland, Ма.) и "NALCO" (Naico Chemical Co., Oak Brook, I11.). Многие имеющиеся в продаже золи являются базовыми и стабилизированы щелочью, такой как гидроксид натрия, гидроксид калия или гидроксид аммония. Дополнительные примеры подходящих коллоидных кремнеземов (диоксидов кремния) описаны в патенте США. No. 5,126,394. Особенно хорошо подходит золь образованный диоксид кремния и золь образованный оксид алюминия. Золи могут быть образованы за счет введения в реакцию одного или нескольких соответствующих агентов обработки поверхности с частицами основы неорганического оксида в золе.
В соответствии со специфическим вариантом порошковый наполнитель имеет субмикронный размер. Например, порошковым наполнителем может быть наноразмерный порошковый наполнитель, такой как порошковый наполнитель, имеющий средний размер частиц ориентировочно от 3 нм до 500 нм. В соответствии с примерным вариантом порошковый наполнитель имеет средний размер частиц ориентировочно от 3 нм до 200 нм, например ориентировочно от 3 нм до 100 нм, ориентировочно от 3 нм до 50 нм, ориентировочно от 8 нм до 30 нм или ориентировочно от 10 нм до 25 нм. В соответствии со специфическими вариантами средний размер частиц составляет ориентировочно не более 500 нм, например ориентировочно не более 200 нм, ориентировочно меньше чем 100 нм или ориентировочно не более 50 нм. Средний размер частиц порошкового наполнителя может быть определен как размер частиц, соответствующий пиковой объемной фракции в кривой распределения при рассеянии нейтронов под малым углом (SANS), или как размер частиц, соответствующий 0.5 накопленной объемной фракции в SANS кривой распределения.
Порошковый наполнитель может быть также охарактеризован при помощи узкой кривой распределения, половина ширины которой ориентировочно не превышает удвоенный средний размер частиц. Например, половина ширины может не превышать ориентировочно 1.5 или составлять ориентировочно не более 1.0 среднего размера частиц. Половину ширины кривой распределения измеряют на половине ее высоты, что соответствует половине фракции частиц в пике кривой распределения. В соответствии со специфическим вариантом кривая гранулометрического состава является мономодальной. В соответствии с альтернативным вариантом гранулометрический состав является бимодальным или имеет несколько пиков.
В соответствии со специфическим вариантом композиция связующего материала может содержать по меньшей мере два порошковых наполнителя. Каждый из порошковых наполнителей может быть образован из описанных здесь выше материалов для порошковых наполнителей. Порошковые наполнители могут содержать один и тот же материал или различные материалы. Например, каждый из порошковых наполнителей может быть образован из диоксида кремния. В альтернативном примере один наполнитель может быть образован из диоксида кремния, а другой наполнитель может быть образован из оксида алюминия. В соответствии с одним из примеров каждый из порошковых наполнителей имеет гранулометрический состав, имеющий средний размер частиц ориентировочно не более 1000 нм, например ориентировочно не более 500 нм или ориентировочно меньше чем 100 нм. В другом примере один из порошковых наполнителей имеет гранулометрический состав, имеющий средний размер частиц ориентировочно не более 1000 нм, например ориентировочно не более 500 нм или ориентировочно меньше чем 100 нм, в то время как второй порошковый наполнитель имеет средний размер частиц ориентировочно более 1 мкм, например ориентировочно от 1 мкм до 10 мкм или ориентировочно от 1 мкм до 5 мкм. Альтернативно второй порошковый наполнитель может иметь такой большой средний размер частиц, как 1500 мкм. В соответствии со специфическим вариантом композиция связующего материала, которая содержит первый порошковый наполнитель, имеющий субмикронный средний размер частиц, и второй порошковый наполнитель, имеющий средний размер частиц свыше 1 мкм, преимущественно обеспечивает улучшенные механические свойства после отверждения для образования связующего материала.
Типично второй порошковый наполнитель имеет низкий коэффициент формы. Например, второй порошковый наполнитель может иметь коэффициент формы ориентировочно не более 2, например около 1, при этом частицы являются почти сферическими. Как правило, второй порошковый наполнитель не подвергают обработке и не упрочняют за счет различных видов обработки. В отличие от этого абразивные зерна типично являются упрочненными и имеют коэффициент формы по меньшей мере около 2 и острые кромки.
Когда выбирают второй порошковый наполнитель, обычно учитывают скорость осаждения и вязкость. По мере роста размера частиц в порошковом наполнителе скорость осаждения возрастает, причем вязкость при возрастании загрузки падает. Кроме того, иногда учитывают коэффициент преломления порошкового наполнителя. Например, может быть выбран порошковый наполнитель с коэффициентом преломления по меньшей мере около 1.35. Кроме того, может быть выбран порошковый наполнитель, который не содержит основного остатка, так как основный остаток может отрицательно влиять на полимеризацию катионно полимеризуемых структурных составляющих.
Порошковый наполнитель обычно диспергирован в композиции связующего материала. До проведения отверждения порошковый наполнитель коллоидно диспергирован в суспензии связующего материала и образует коллоидный композиционный связующий материал после отверждения. Например, порошковый материал может быть диспергирован так, что броуновское движение поддерживает порошковый наполнитель в суспензии. Как правило, порошковый наполнитель главным образом не содержит агломератов частиц. Например, порошковый наполнитель может быть главным образом монодисперсным, так что порошковый наполнитель диспергирован в виде отдельных частиц и в соответствии со специфическими примерами имеет только незначительное число агломератов частиц, если они вообще есть.
В соответствии со специфическим вариантом частицы порошкового наполнителя являются главным образом сферическими. Альтернативно частицы могут иметь первичный коэффициент формы больше 1, например по меньшей мере около 2, по меньшей мере около 3, или по меньшей мере около 6, причем первичный коэффициент формы представляет собой отношение самого длинного размера к самому малому размеру, ортогональному к самому длинному размеру. Частицы могут быть также охарактеризованы при помощи вторичного коэффициента формы, который представляет собой отношение ортогональных размеров в плоскости, главным образом перпендикулярной к самому длинному размеру. Частицы могут иметь игольчатую форму, при этом они имеют первичный коэффициент формы по меньшей мере около 2 и вторичный коэффициент формы ориентировочно не более 2, например около 1. Альтернативно частицы могут иметь пластинчатую форму, при этом они имеют первичный коэффициент формы по меньшей мере около 2 и вторичный коэффициент формы по меньшей мере около 2.
2
В соответствии с примерным вариантом порошковый наполнитель приготавливают в водном растворе и перемешивают с композицией связующего материала суспензии. Процесс приготовления такой суспензии предусматривает использование водного раствора, такого как водный раствор силиката; поликонденсацию силиката до размера частиц от 3 нм до 50 нм; доводку полученного золя силиката до щелочного рН; возможно, сгущение золя; перемешивание золя со структурными составляющими внешней жидкой фазы суспензии и, возможно, удаление воды или других компонентов растворителя из суспензии. Например, вводят водный раствор силиката, такой как раствор силиката щелочного металла (например, раствор силиката натрия или силиката калия) с концентрацией в диапазоне от 20 вес.% до 50 вес.% в пересчете на вес раствора. Затем производят поликонденсацию силиката до частиц размером от 3 им до 50 нм, например, за счет обработки раствора силиката кислотными ионообменниками. Полученный золь силиката доводят до щелочного рН (например, рН>8), чтобы исключить дальнейшую поликонденсацию или агломерацию существующих частиц. Возможно, золь концентрируют, например, за счет перегонки, типично до концентрации SiO, составляющей ориентировочно от 30 до 40 вес.%. Затем золь перемешивают со структурными составляющими внешней жидкой фазы. После этого удаляют из суспензии воду или другие компоненты растворителя. В соответствии со специфическим вариантом суспензия главным образом не содержит воды.
Фракция непрерывной фазы в предварительно отвержденной композиции связующего материала обычно содержит органические полимерные структурные составляющие, так что пропорция композиции связующего материала может составлять ориентировочно от 20% до 95% по весу, например ориентировочно от 30% до 95% по весу, типично ориентировочно от 50% до 95% по весу, а еще лучше ориентировочно от 55% до 80% по весу. Фракция фазы диспергированного порошкового наполнителя может составлять ориентировочно от 5% до 80% по весу, например ориентировочно от 5% до 70% по весу, типично ориентировочно от 5% до 50% по весу, а еще лучше, ориентировочно от 20% до 45% по весу. Коллоидно диспергированные и субмикронные порошковые наполнители, описанные здесь выше, являются особенно полезными при концентрациях по меньшей мере около 5 вес.%, например по меньшей мере около 10 вес.%, по меньшей мере около 15 вес.%, по меньшей мере около 20 вес.% или до 40 вес.% или выше. В отличие от традиционных наполнителей образованные в растворе нанокомпозиты имеют низкую вязкость и улучшенные характеристики обработки при более высокой загрузке. Количество компонентов выражено в весовых процентах в пересчете на полный вес композиции связующего материала, если специально не оговорено иное.
В соответствии со специфическим вариантом композиция связующего материала содержит ориентировочно от 10 вес.% до 90 вес.% катионно полимеризуемого соединения, ориентировочно не больше 40 вес.% радикально полимеризуемого соединения и ориентировочно от 5 вес.% до 80 вес.% порошкового заполнителя в пересчете на полный вес композиции связующего материала. Следует иметь в виду, что сумму количеств компонентов композиции связующего материала добавляют до 100 вес.% и, таким образом, когда задают количества одного или нескольких компонентов, количества других компонентов будут таковы, что сумма количеств составит не более 100 вес.%.
Катионно полимеризуемое соединение содержит, например, эпоксифункциональный компонент или оксетан функциональный компонент. Например, композиция связующего материала может содержать ориентировочно от 10 вес.% до 60 вес.% катионно полимеризуемого соединения, например ориентировочно от 20 вес.% до 50 вес.% катионноно полимеризуемого соединения в пересчете на вес композиции связующего материала. Примерная композиция связующего материала может содержать ориентировочно не более 20 вес.%, например ориентировочно от 5 вес.% до 20 вес.% моно- или полиглицидилэфиров алифатического спирта, алифатических полиолов, полиэфирполиола или полиэфирполиола. Примерная композиция связующего материала может содержать ориентировочно не более 50 вес.%, например ориентировочно от 5 вес.% до 50 вес.% компонента, имеющего полиэфирную основную цепь, такого как политетраметилендиол, глицидилэфиры политетраметилендиола, акрилаты политетраметилендиола или политетраметилендиол, содержащий одну или несколько поликарбонатных групп.
Радикально полимеризуемый состав в соответствии с приведенным выше примером содержит, например компоненты, имеющие одну или несколько метакрилатных групп, например компоненты, имеющие по меньшей мере 3 метакрилатные группы. В соответствии с другим примером композиция связующего материала содержит ориентировочно не более 30 вес.%, например ориентировочно не более 20 вес.%, ориентировочно не более 10 вес.% или ориентировочно не более 5 вес.% радикально полимеризуемого состава.
Композиция связующего материала может дополнительно содержать ориентировочно не более 20 вес.% катионоактивного фотоинициатора, например ориентировочно от 0,1 вес.% до 20 вес.% или ориентировочно не более 20 вес.% радикального фотоинициатора, например ориентировочно от 0.1 вес.% до 20 вес.%. Например композиция связующего материала может содержать ориентировочно не более 10 вес.%, например ориентировочно не более 5 вес.% катионоактивного фотоинициатора. В соответствии с другим примером композиция связующего материала может содержать ориентировочно не более 10 вес.%, например ориентировочно не более 5 вес.% свободного радикального фотоинициатора.
Порошковый наполнитель содержит диспергированные субмикронные частицы. Как правило, композиция связующего материала содержит от 5 вес.% до 80 вес.%, например от 5 вес.% до 60 вес.%, от 5 вес.% до 50 вес.% или от 20 вес.% до 45 вес.% субмикронного порошкового наполнителя. В соответствии со специфическими вариантами композиция связующего материала содержат по меньшей мере около 5 вес.% порошкового наполнителя, например по меньшей мере около 10 вес.% или по меньшей мере около 20 вес.%. В соответствии со специфическим вариантом порошковый наполнитель представляет собой образованный в растворе порошок диоксида кремния и может быть коллоидно диспергирован в полимерном компоненте. Примерная композиция связующего материала может дополнительно содержать ориентировочно не более 5 вес.% диспергирующего агента, например от 0.1 вес.% до 5 вес.% диспергирующего агента, выбранного из группы, в которую входят органосилаксан, функционализованный органосилаксан, алкизамещенный пирролидон, полиоксиалкилен эфир и блок-сополимер этиленоксида и пропиленоксида.
В соответствии со специфическим вариантом композиция связующего материала образована за счет перемешивания нанокомпозитного эпоксидного или акрилатного предшественника, то есть предшественника, который содержит субмикронный порошковый наполнитель. Например, композиция связующего материала может содержать ориентировочно не более 90 вес.% нанокомпозитной эпоксидной смолы и может содержать акриловый предшественник, например, не более 50 вес.% акрилового предшественника. В соответствии с другим примером нанокомпозитный акриловый предшественник может быть перемешан с эпоксидной смолой.
Композиция связующего материала, которая содержит полимерные или мономерные структурные составляющие и содержит диспергированный порошковый наполнитель, может быть использована для образования (формирования) структурного покрытия, размерного покрытия, податливого покрытия или заднего покрытия абразивного гибкого инструмента. В примерном способе образования структурного покрытия композицию связующего материала наносят в виде покрытия на подложку, абразивные зерна наносят поверх структурного покрытия и структурное покрытие частично отверждают ранее формирования рисунка. Размерное покрытие может быть нанесено поверх структурного покрытия и абразивных зерен. В соответствии с другим примерным вариантом композицию связующего материала перемешивают с абразивными зернами для образования абразивной суспензии, которую наносят в виде покрытия на подложку, частично отверждают и производят формирование рисунка.
Абразивные зерна могут быть абразивными зернами, образованными из любого материала или комбинации материалов, причем материалом может быть диоксид кремния, оксид алюминия (плавленый или спеченный), диоксид циркония, сплавленные диоксид циркония и оксид алюминия, карбид кремния, гранат, алмаз, кубический нитрид бора, нитрид кремния, диоксид церия, диоксид титана, диборид титана, карбид бора, оксид олова, карбид вольфрама, карбид титана, оксид железа, оксид хрома, порошкообразный кварц и корунд. Например, материал абразивных зерен может быть выбран из группы, в которую входят диоксид кремния, оксид алюминия, диоксид циркония, карбид кремния, нитрид кремния, нитрид бора, гранат, алмаз, сплавленные оксид алюминия и диоксид циркония, диоксид церия, диборид титана, карбид бора, порошкообразный кварц, корунд, нитрид алюминия, а также их смеси. В особых вариантах могут быть использованы плотные абразивные зерна, которые в основном содержат альфа оксид алюминия.
Абразивные зерна также могут иметь особую форму. В качестве примеров такой формы можно привести стержень, треугольник, пирамиду, конус, сплошную сферу, полую сферу и т.п. Альтернативно абразивные зерна могут иметь случайную форму.
Абразивные зерна обычно имеют средний размер зерна не более 2000 мкм, например ориентировочно не более 1500 мкм. В соответствии с другим примером средний размер зерна ориентировочно не превышает 750 мкм, например, ориентировочно не превышает 350 мкм. Например, средний размер зерна может составлять по меньшей мере 0.1 мкм, например ориентировочно от 0.1 мкм до 1500 мкм, а более типично ориентировочно от 0.1 мкм до 200 мкм или ориентировочно от 1 мкм до 100 мкм. Размер абразивных зерен типично задают как самый длинный размер абразивного зерна. Как правило, имеется диапазон распределения зерен по размерам. В некоторых случаях тщательно контролируют распределение зерен по размерам.
В перемешанной абразивной суспензии, содержащей абразивные зерна и композицию связующего материала, абразивные зерна составляют ориентировочно от 10% до 90%, например ориентировочно от 30% до 80% в пересчете на вес абразивной суспензии.
Абразивная суспензия может дополнительно содержать шлифовальную добавку для повышения эффективности шлифования и повышения скорости резания. Полезной шлифовальной добавкой может быть добавка на неорганической основе, такой как соль галогенида, например криолит натрия и тетрафторборат калия; или на органической основе, такой как хлорированный воск, например поливинил хлорид. В особом варианте используют криолит и тетрафторборат калия с размерами частиц в диапазоне от 1 мкм до 80 мкм, а наиболее типично от 5 мкм до 30 мкм. Содержание шлифовальной добавки обычно составляет ориентировочно не более 50 вес.%, например ориентировочно от 0 вес.% до 50 вес.%, а наиболее типично ориентировочно от 10 вес.% до 30 вес.% в пересчете на полный вес абразивной суспензии (включая абразивные зерна).
Композиция связующего материала может быть использована для формирования структурированного абразивного изделия. Например, композиция связующего материала может быть нанесена на подложку, частично отверждена и сделана фигурной (преобразована в рисунок) для образования абразивных структур. В соответствии со специфическим вариантом, структурированное абразивное изделие может быть образовано без использования функционального порошка.
На фиг.2 показан примерный процесс. Подложку 202 разворачивают с рулона 204. Подложку 202 покрывают композицией 208 связующего материала, распределяемой из покрывающего устройство 206. Примерное покрывающее устройство содержит устройство для нанесения покрытий с падающим штампом (drop die), устройство с ракельным ножом для нанесения покрытий, устройство для нанесения покрытий поливом, устройство для нанесения покрытий с вакуумным штампом или устройство для нанесения покрытий со штампом. Методологии нанесения покрытия могут включать в себя контактные или не контактные методы. В таких методах могут быть использованы 2 валика, 3 валика с реверсированием, нож поверх валика, щелевой штамп, глубокая печать, экструзия или распыление покрытия.
В соответствии со специфическим вариантом композиция 208 связующего материала представляет собой суспензию, которая содержит композицию и абразивные зерна. В альтернативном варианте композицию 208 связующего материала распределяют отдельно от абразивных зерен. Абразивные зерна могут быть нанесены после покрытия подложки 202 композицией 208 связующего материала, после частичного отверждения композиции 208 связующего материала, после нанесения рисунка на композицию 208 связующего материала или после полного отверждения композиции 208 связующего материала. Абразивные зерна, например, могут быть нанесены при помощи такой технологии, как электростатическое покрытие, покрытие, наносимое за счет падения (drop coating) или механическое метание.
Композицию связующего материала частично отверждают с использованием источника 210 энергии. Выбор источника 210 энергии частично зависит от химического состава композиции связующего материала. Источником 210 энергии может быть источник тепловой энергии или энергии актиничного излучения, такой как электронный пучок, ультрафиолетовое излучение или излучение в видимой области спектра. Количество использованной энергии зависит от химической природы реактивных групп в предшественнике полимерных структурных составляющих, а также от толщины и плотности композиции 208 связующего материала. В случае источника тепловой энергии, обычно достаточны температура печи ориентировочно от 75°С до 150°С и время обработки ориентировочно от 5 минут до 60 минут. Излучение электронного пучка или ионизирующее излучение могут быть использованы с энергетическим уровнем ориентировочно от 0.1 мрад до 100 мрад, в частности с энергетическим уровнем ориентировочно от 1 мрад до 10 мрад. Ультрафиолетовое излучение представляет собой излучение, имеющее длину волны в диапазоне ориентировочно от 200 нм до 400 нм, в частности в диапазоне ориентировочно от 250 нм до 400 нм. Видимое излучение представляет собой излучение, имеющее длину волны в диапазоне ориентировочно от 400 нм до 800 нм, в частности в диапазоне ориентировочно от 400 нм до 550 нм. Параметры отверждения, такие как экспозиция, обычно зависят от композиции и могут быть установлены за счет изменения мощности лампы и скорости ленточного конвейера.
В примерном варианте источник 210 энергии создает актиничное излучение для частичного отверждения композиции 208 связующего материала, покрывающей подложку. В соответствии с другим вариантом композиция 208 связующего материала является термически отверждаемой и источник 210 энергии создает теплоту для термической обработки. В соответствии с еще одним вариантом композиция 208 связующего материала может содержать компоненты, отверждаемые актиничным излучением, и термически отверждаемые компоненты. Сама по себе композиция связующего материала может быть частично отверждена за счет использования первого термического отверждения и отверждения актиничным излучением и полностью отверждена за счет использования второго термического отверждения и отверждения актиничным излучением. Например, эпоксидная структурная составляющая композиции связующего материала может быть частично отверждена за счет использования ультрафиолетового излучения, а акриловая структурная составляющая композиции связующего материала может быть затем отверждена за счет использования термического отверждения.
В соответствии со специфическим вариантом композиция 208 связующего материала имеет вязкость не более 3000 сантипуаз при комнатной температуре (21°С, или 70°F). Например, композиция 208 связующего материала 208 до отверждения может иметь вязкость ориентировочно не более 2000 сантипуаз, например ориентировочно не более 1500 сантипуаз, ориентировочно не более 1000 сантипуаз, или ориентировочно не более 500 сантипуаз при комнатной температуре. Альтернативно композиция 208 связующего материала может иметь вязкость свыше 3000 сантипуаз. Неотвержденная композиция связующего материала сама по себе или в абразивной суспензии обычно является текучей при температуре и давлении, при которых осуществляют процесс покрытия. Например, неотвержденная композиция связующего материала может быть текучей при температурах ориентировочно не более 60°С (140°F). Композиция 208 связующего материала может быть частично отверждена ранее формирования рисунка до вязкости, например, по меньшей мере около 10000 сантипуаз, такой как по меньшей мере около 20000 сантипуаз или по меньшей мере около 50000 сантипуаз при измерении при комнатной температуре. Например, частично отвержденная композиция связующего материала может иметь вязкость по меньшей мере около 100000 сантипуаз, такую как около 500000 сантипуаз или выше при измерении при комнатной температуре. В альтернативном варианте частично отвержденная композиция связующего материала может иметь вязкость меньше чем 10000 сантипуаз. Частично отвержденная композиция связующего материала типично представляет собой вязкую жидкость, которая может течь при приложении температуры и давления. Например, на частично отвержденной композиции связующего материала под давлением может быть напечатан рисунок. Как правило, частично отвержденная композиция связующего материала имеет более высокую вязкость, чем композиция связующего материала (до отверждения). В частности, частично отвержденная композиция связующего материала имеет индекс вязкости, определенный здесь как отношение вязкости частично отвержденной композиции связующего материала при комнатной температуре к вязкости неотврежденной композиции связующего материала при комнатной температуре по меньшей мере около 1.1. Например, частично отвержденная композиция связующего материала может иметь индекс вязкости по меньшей мере около 2.0, например, по меньшей мере около 5.0 или по меньшей мере около 10.0. В соответствии со специфическим вариантом нанокомпозитные связующие материалы и в особенности золь образованные нанокомпозитные связующие материалы особенно хорошо подходят для использования в таких применениях.
Вновь обратимся к рассмотрению фиг.2, на которой показано, что после частичного отверждения композиции 208 связующего материала формируют рисунок в частично отвержденном связующем материале, например, при помощи ротационной глубокой печати 212. Альтернативно рисунок в частично отвержденном связующем материале может быть сформирован при помощи тиснения или прессования. Типично валик для тиснения создает желательную поверхностную структуру в процессах с непрерывным полотном. Валик для тиснения, который используют в роторных линиях нанесения покрытия, в действительности представляет собой устройство с захватывающими (зажимными) валиками, в котором один валик является опорным валиком, а другой валик является "вытравленным", или рельефным, валиком. Сжатие полотна с покрытием в этом зажимном устройстве позволяет переносить "положительное" изображение рельефного валика на полотно. Такие валики для тиснения часто имеют выемки, которые отличают их от стандартных валиков для глубокой печати или анилоксовых валиков, которые используют в полиграфической промышленности.
Примерные инструменты для формирования рисунка могут быть нагреты. Типично рисунок образует повторяющуюся картину абразивных структур. В соответствии со специфическим вариантом формирование рисунка осуществляют без функционального порошка. Альтернативно функциональный порошок может быть нанесен поверх композиции 208 связующего материала до или после частичного отверждения композиции 208 связующего материала.
Композицию связующего материала с нанесенным рисунком затем полностью отверждают или отверждают до достижения желательных механических свойств. Отверждение может быть произведено с использованием источника энергии, или же композиция связующего материала может отверждаться со временем. Например, композиция связующего материала с нанесенным рисунком может быть дополнительно отверждена при помощи источника 214 энергии. Источник 214 энергии может подводить актиничное излучение или тепловую энергию к композиции связующего материала в зависимости от механизма отверждения композиции связующего материала.
После отверждения композиции связующего материала образуется структурированное абразивное изделие. Альтернативно размерное покрытие может быть нанесено поверх имеющих рисунок абразивных структур. В соответствии со специфическим вариантом структурированное абразивное изделие наматывают в рулон 216. В соответствии с другими вариантами полное отверждение может быть произведено после намотки частично отвержденного абразивного изделия.
В альтернативных вариантах размерное покрытие может быть нанесено поверх композиции связующего материала и абразивных зерен. Например, размерное покрытие может быть нанесено ранее частичного отверждения композиции связующего материала, после частичного отверждения композиции связующего материала, после формирования рисунка в композиции связующего материала или после дополнительного отверждения композиции связующего материала. Размерное покрытие может быть нанесено, например, при помощи валика или при помощи напыления. В зависимости от композиции размерного покрытия и момента нанесения размерное покрытие может быть отверждено совместно с композицией связующего материала или может быть отверждено отдельно. Сверхразмерное покрытие, которое содержит шлифовальные добавки, может быть нанесено поверх размерного покрытия и отвержденной композиции связующего материала и может быть отверждено совместно с размерным покрытием или может быть отверждено отдельно.
Специфические варианты описанного здесь выше способа являются предпочтительными для изготовления структурированных абразивных изделий. Такие варианты позволяют получать абразивные изделия, содержащие связующие материалы, имеющие повышенные механические свойства. В частности, некоторые варианты ведут к снижению механических напряжений в абразивном изделии и к улучшению рабочих характеристик абразивного изделия, таких как матовость и качество поверхности. Варианты описанного здесь выше способа позволяют также иметь повышенную загрузку абразивных зерен, что ведет к повышению срока службы абразивного изделия и интенсивности съема припуска.
ПРИМЕРЫ
Примеры композиций связующего материала
В примерах 1-5 приведены примерные композиции связующего материала, которые содержат полимерные структурные составляющие и наноразмерный порошковый наполнитель.
Пример 1
Примерные композиции связующего материала содержат Nanopox XP 22/0314, который может быть закуплен на фирме Hanse Chemie, эпоксидную смолу, которая содержит 3,4-эпокси циклогексил метил-3,4-эпокси циклогексил карбоксилат и 40 вес.% порошкового наполнителя в виде коллоидного кремнезема. Композиции связующего материала также содержат UVR 6105, который содержит 3,4-эпокси циклогексил метил-3,4-эпокси циклогексил карбоксилат и не содержит порошкового наполнителя. Композиции связующего материала дополнительно содержат полиол (4,8-бис(гидроксиметил)трицикло(5,2,1,0)декан, катионоактивный фотоинициатор (Chivacure 1176), радикальный фотоинициатор (Irgacure 2022, который может быть закуплен на фирме Ciba), и предшественник акрилата (SR 399, дипентаэритритол пентаакрилат, который может быть закуплен на фирме Atofina-Sartomer.Exton, PA). В Таблице 1 показана концентрация компонентов в композициях связующего материала.
Пример 2
В соответствии с другим примером композиции связующего материала содержат один полиол, выбранный из группы, в которую входят Terathane 250, Terafhane 1000, 4,8-бис(гидроксиметил)трицикло(5,2,1,0)декан, 2-этил-1,3-гександиол и 1,5-пентандиол. Выбранный полиол перемешивают с Nanopox XP 22/0314, Irgacure 2022, Chivacure 1176 и Nanocryl XP 21/0940. Nanocryl XP 21/0940 представляет собой предшественник акрилата (тетраакрилат), который содержит 50 вес.% порошкового наполнителя в виде коллоидного кремнезема, который может быть закуплен на фирме Hanse Chemie, Berlin. Концентрации приведены в Таблице 2.
Пример 3
В этом примере проверяли три полиакрилата (Nanocryl XP 21/0940 (тетраакрилат), Nanocryl XP 21/0930 (диакрилат) и Nanocryl 21 /0954 (триметилолпропан этокс триакрилат), каждый из которых содержит 50 вес.% порошкового наполнителя в виде коллоидного кремнезема и каждый из которых может быть закуплен на фирме Hanse Chemie). Композиции связующего материала дополнительно содержат Nanopox XP 22/0314, 1,5-пентандиол, Irgacure 2022 и Chivacure 1176. Композиции приведены в Таблице 3.
Таблица 3
ИНГРЕДИЕНТ
3.4вес.%
3.5вес.%
3,6вес.%
Nanopox XP 22/0314
77.28
77.28
77.28
1,5-пентандиол
15.46
15.46
15.46
Irgacure 2022
0.52
0.52
0.52
Chivacure 1176
1.50
1.50
1.50
Nanocryl XP 21/0940
5.15
Nanocryl XP 21/0930
5.15
Nanocryl XP 21/0954
5.15
РЕЗУЛЬТАТЫ
Наполнитель, %
33.49
33.49
33.49
Пример 4
В соответствии с этим примером изменяли концентрации двух эпоксидных компонентов (Nanopox XP 22/0314 и Nanopox 22/0516 (бисфенол А дигицидил эфир), каждый из которых может быть закуплен на фирме Hanse Chemie), имеющих порошковый наполнитель в виде наноразмерного кремнезема (диоксида кремния). Кроме того, был введен оксетановый компонент ОХТ-212 (3-этил-3-(2-этилгексилоксиметил) оксетан). Были также введены полиол (Terathane 250) и фотокатализатор (Chivacure 1176). Композиции приведены в Таблице 4.
Таблица 4
ИНГРЕДИЕНТ
4.1вес.%
4.2вес.%
4.3вес.%
4.4вес.%
Nanopox XP 22/0314
67.89
58.19
48.50
38.80
Nanopox XP 22/0516
9.70
19.40
29.10
38.80
Terathane 250
9.70
9.70
9.70
9.70
ОХТ-212
9.70
9.70
9.70
9.70
Chivacure 1176
2.91
2.91
2.91
2.91
РЕЗУЛЬТАТЫ
Наполнитель, %
31.04
31.04
31.04
31.04
Пример 5
В соответствии с этим примером был приготовлен образец с использованием размерного покрытия, имеющего композицию связующего материала, приведенную в Таблице 5. Композиция связующего материала включает в себя как частицы наноразмерного наполнителя, полученные за счет добавки Nanopox 610, так и частицы микроноразмерных наполнителей (NT-30 и ATH S-3), имеющих ориентировочный средний размер частиц 3 мкм. NP-30 содержит сферические частицы кремнезема, имеющие средний размер частиц около 3 мкм. ATH S-3 содержит несферические частицы ангидрида алюминия, имеющие средний размер частиц около 3 мкм. Образец имеет модуль Юнга 8.9 ГПа (1300 ksi), предел прочности при растяжении 77.2 МПа (11.2 ksi) и относительное удлинение при разрыве 1%.
Таблица 5
ИНГРЕДИЕНТ
Вес.%
UVR-6105
0,71
Heloxy 67
6.50
SR-351
2.91
DPHA
1.80
(3-глисидоксипропил) триметоксисилан
1.17
Chivacure 184
0.78
NP-30
46.71
ATH S-3
7.78
Nanopox A 610
27.75
Chivacure 1176
3.89
SDA 5688
0.00072
Несмотря на то что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят за рамки формулы изобретения.