Diese Erfindung betrifft strukturierte Schleifmittel auf Substraten in einer Form, wie sie zum feinen Glätten von Substraten wie etwa Metallen, Holz, Kunststoff und Glas verwendbar ist, sowie deren Herstellung.

Das Dokument US-A-5,437,754 offenbart ein Verfahren bzw. ein strukturiertes beschichtetes Schleifmittel gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 12.

Der Vorschlag, im allgemeinen isolierte Strukturen wie etwa Inseln oder Grate eines Gemisches aus einem Bindemittel und einem Schleifmittelmaterial auf ein Trägermaterial aufzubringen, um so genannte "strukturierte Schleifmittel" zu bilden, ist seit vielen Jahren bekannt. Wenn die Inseln oder Grate sehr ähnliche Höhen über dem Träger haben und außerdem hinreichend beabstandet sind, wird die Verwendung des Produkts (eventuell nach einem geringfügigen Abrichtvorgang) zu einem reduzierten Zerkratzen der Oberfläche und einer verbesserten Oberflächenglätte führen. Außerdem stellen die Räume zwischen den Inseln einen Weg bereit, auf dem die durch das Abschleifen erzeugten Späne von der Werkfläche weggeführt werden können und das Kühlmittel zirkulieren kann.

Die Untersuchung der Schleifoberfläche bei einem herkömmlich beschichteten Schleifmittel zeigt, dass eine vergleichsweise geringe Anzahl der Oberflächen-Schleifkörner in einer aktiven abschleifenden Zone mit dem Werkstück gleichzeitig in Kontakt ist. Während sich die Oberfläche abnutzt, steigt diese Zahl, aber in gleichem Maße kann die Brauchbarkeit einiger dieser Schleifkörner durch Abstumpfen vermindert werden. Die Verwendung strukturierter Schleifmittel hat den Vorteil, dass sich die gleichförmigen Inseln im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit abnutzen, so dass eine gleichbleibende Schleifgeschwindigkeit für längere Zeiträume aufrechterhalten werden kann. Die Schleifarbeit wird gewissermaßen unter einer größeren Anzahl an Schleifpunkten gleichmäßiger verteilt. Da die Inseln viele kleinere Schleifpartikel umfassen, legt des weiteren die Abnutzung einer Insel, neue, unbenutzte Schleifpartikel, die noch nicht abgestumpft sind, frei.

Ein Verfahren zur Bildung solch einer Anordnung isolierter Inseln oder Punkte, das beschrieben worden ist, ist das des Rotationstiefdrucks. Das Verfahren des Rotationstiefdrucks verwendet eine Walze, auf deren Oberfläche eine Anordnung von Hohlräumen eingraviert worden ist. Die Hohlräume werden mit der Formulierung gefüllt und die Walze wird gegen eine Oberfläche gepresst und die Formulierung in den Hohlräumen wird auf die Oberfläche übertragen.

In US-A-5,014,468 wird ein Verfahren zur Herstellung strukturierter Schleifmittel beschrieben. In dem Verfahren wird eine Bindemittel/Schleifmittel-Formulierung von den auf einer Walze befindlichen Rotationstiefdruck-Hohlräumen in der Weise aufgetragen, dass die Formulierung in einer Reihe von Strukturen abgesetzt wird, die eine Fläche ohne Schleifmittel umgibt. Es wird angenommen, dass dies das Resultat dessen ist, dass weniger als das gesamte Hohlraumvolumen und nur in dem Umkreis jedes Hohlraums aufgetragen wird, was die beschriebenen Ringbildungen hinterlassen würde.

Das Problem mit der Rotationstiefdruck-Methode lag deshalb immer darin, der Insel eine nützliche Form zu verleihen. Es hat sich als sehr schwierig erwiesen, eine Schleifmittel/Bindemittel-Mischung zu formulieren, die ausreichend fließfähig ist, um aufgetragen zu werden und dennoch ausreichend nicht-fließfähig ist, so dass sie sich nicht zu einer im wesentlichen gleichmäßigen Schicht absetzt, wenn sie auf ein Substrat aufgetragen wird.

Chasman et al. offenbarten in US-A-4,773,920, dass es unter Verwendung einer Rotationstiefdruck-Beschichtungsanlage, möglich ist, der Bindemittelzusammensetzung eine gleichmäßige Anordnung an Graten und Tälern zu verleihen, die, wenn sie ausgehärtet sind, als Kanäle für die Entfernung von Schmiermittel und Spänen dienen können. Jedoch werden außer der bloßen Behauptung dieser Möglichkeit keine Einzelheiten angegeben, die lehren könnten, wie diese ausgeführt werden könnte.

In US-A-4,644,703 benutzten Kaczmarek et al. eine Rotationstiefdruck-Walze in einer herkömmlicheren Art, um eine Schleifmittel/Bindemittel-Formulierung in einer Schicht aufzutragen, die dann geglättet wird, bevor eine zweite Schicht mittels eines Rotationstiefdruckverfahrens auf die Oberseite der geglätteten, ersten Schicht aufgetragen wird. Es wird jedoch nichts über die Natur der endgültig ausgehärteten Oberfläche gelehrt.

In US-A-5,014,468 (Ravipati et al.) wurde vorgeschlagen, eine Schleifmittel/Bindemittel- Mischung zu benutzen, die keine Newtonschen Fließeigenschaften hat, und diese Mischung mittels eines Rotationstiefdruckverfahrens auf einen Film aufzutragen. Bei diesem Verfahren wurde die Mischung von den Kanten der Rotationstiefdruck-Hohlräume aufgetragen, um außergewöhnliche Strukturen mit Ablagerungen reduzierter Dicke in einem Abstand von der die Oberfläche umgebenden Flächen, die frei von dieser Mischung sind, herzustellen. Wenn die Hohlräume ausreichend nahe beieinander liegen, können die Oberflächenstrukturen als miteinander verbunden erscheinen. Dieses Produkt hat sich als sehr nützlich erwiesen, insbesondere in ophthalmischen Feinschliffarbeiten. Das Verfahren ist sehr nützlich, aber es hat ein potenzielles Problem mit der steigenden Anhäufung von Material in den Hohlräumen der Rotationstiefdruck-Walze, so dass sich das Auftragungsmuster während eines längeren Produktionslaufes geringfügig ändern kann. Ferner ist das Verfahren derart, dass es auf Formulierungen beschränkt ist, die verhältnismäßig feine Schleifkörner (gewöhnlich weniger als 20 um) enthalten.

Ein anderer Ansatz, strukturierte Schleifmittel herzustellen, liegt darin, dass eine Schleifmittel/Bindemittel-Mischung auf eine Substratoberfläche aufgetragen und dann der Mischung ein Muster verliehen wird, das eine Anordnung isolierter Strukturen umfasst, indem das Bindemittel während des Kontakts mit einer Gießform, die das entgegengesetzte Muster der erwünschten strukturierten Oberfläche hat, ausgehärtet wird. Dieser Ansatz wird in US-A- 5,437,754; 5,378,251; 5,304,223 und 5,152,917 beschrieben. Es gibt verschiedene Abwandlungen dieses Ansatzes, doch alle haben das gemeinsame Merkmal, dass jede Struktur in dem Muster dadurch angebracht wird, dass das Bindemittel aushärtet, während der Verbundstoff mit der Gießformoberfläche in Kontakt ist.

Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren zur Herstellung strukturierter Schleifmittel mit besonders attraktiven Möglichkeiten an, das zu aggressiveren Schleifmitteln führt, die sehr gut zur Behandlung eines weiten Bereichs an Substraten geeignet sind, während sie angepasst sind, feine Oberflächen über längere Produktionszeiträume bei einer im wesentlichen gleichbleibenden Schleifgeschwindigkeit zu ergeben.

Es ist nun gefunden worden, dass ein strukturiertes Schleifmittel, das ein an die Oberfläche haftendes funktionelles Pulver aufweist, einen weiten Bereich an Vorteilen gegenüber dem bloßen strukturierten Schleifmittel zeigt.

In der vorliegenden Anmeldung wird der Begriff "funktionelles Pulver" verwendet, um ein feinverteiltes Material zu bezeichnen, das die Schleifmittelqualitäten der strukturierten Schleifmittel, auf die es aufgetragen wird, modifiziert. Dies kann einfach darin liegen, dass das strukturierte Schleifmittel als aggressiver schneidend ausgestaltet wird oder die Bildung von Spänen oder statischer Aufladung auf der Oberfläche vermindert wird. Einige funktionelle Pulver können zusätzlich als Trennmittel oder als Barriere zwischen der Harzformulierung und dem Prägewerkzeug dienen, wodurch Haftungsprobleme vermindert und eine verbesserte Freisetzung ermöglicht wird. Unter den Oberbegriff der "funktionellen Pulver" fallen feine Schleifkörner, Schleifhilfsstoffe, antistatische Zusatzstoffe, Schmiermittelpulver und ähnliches. Mit "feinverteilt" ist gemeint, dass die einzelnen Pulverteilchen eine mittlere Teilchengröße (D&sub5;&sub0;) von weniger als etwa 250 um, wie etwa von 1 bis 150 um und bevorzugter von 10 bis 100 um haben.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Schleifmittels, wie es in dem Anspruch 1 definiert ist.

Der Schlüsselschritt dieses Verfahrens ist die Anhaftung des funktionellen Pulvers an die Oberfläche des strukturierten Schleifmittels. Dies kann erreicht werden, indem das Pulver auf die Oberfläche des strukturierten Schleifmittels aufgetragen wird, bevor die Aushärtung des Bindemittels abgeschlossen worden ist und sich das Bindemittel immer noch in einem Zustand befindet, in dem ein darauf aufgetragenes Pulver fest haften bleiben wird, wenn die Aushärtung abgeschlossen worden ist. Alternativ kann eine Klebebeschichtung auf die Oberfläche eines vollständig ausgehärteten strukturierten Schleifmittels aufgetragen werden, um ein Mittel zur Haftung eines funktionellen Pulvers an die Oberfläche des strukturierten Schleifmittels bereitzustellen.

Das Pulver kann in Form einer einzelnen Schicht auf die Oberseite des Schleifmittel/Bindemittel-Verbundstoffs oder in mehreren Schichten mit Zwischenschichten aus Klebstoff aufgetragen werden, um die Pulver in ihrer Lage zu halten. Beispielsweise könnte eine Schicht ein feines Schleifmittelpulver und die zweite Schicht ein Schleifhilfsstoff sein.

Das Pulver selbst kann ein Schleifmittel oder eine Vielzahl an pulverisierten Materialien oder eine Mischung der vorhergehenden sein, die vorteilhafte Eigenschaften verleihen. Schleifkörner, die als funktionelles Pulver verwendet werden können, können aus Schleifkorn jeder beliebigen Art und Korngröße bestehen, die sich in einigen Fällen von der Art des Korns unterscheiden kann, die in der Klebstoffformulierung verwendet wird, und zu einzigartigen Schleifmerkmalen führen können. Das funktionelle Pulver kann auch aus jeder beliebigen Gruppe von Schleifhilfsstoffen, antistatischen Zusatzstoffen, jeder beliebigen Klasse von Füllstoffen und Schmiermitteln bestehen.

Das Auftragen der funktionellen Pulver-Schicht(en) kann unter Anwendung einer Vielzahl an herkömmlichen Auftragungsverfahren erfolgen. Diese Verfahren umfassen die Gravitationsbeschichtung, elektrostatische Beschichtungen, Sprühen, Vibrationsbeschichtungen, etc. Das Auftragen der verschiedenen Pulver kann gleichzeitig oder in einer bestimmten Reihenfolge erfolgen, um eine Verbundstoffstruktur vor der Prägung zu erzeugen. Wenn ein Klebstoff verwendet wird, kann er von der gleichen oder einer verschiedenen Art sein, wie er in der Schleifmittel/Bindemittel-Formulierung vorliegt.

Die Bildung der strukturierten Schleifmitteloberfläche kann jegliche, die aus dem Stand der Technik bekannte sein, bei der eine aufgeschlämmte Mischung aus Schleifmittel und einer Bindemittelvorstufe ausgehärtet wird, während sie mit einem Träger und einem Produktionswerkzeug in Kontakt ist, so dass sie auf eine Oberfläche des Trägers geklebt wird und auf der anderen Oberfläche die exakte Form der inneren Oberfläche des Produktionswerkzeugs aufweist. Solch ein Verfahren wird beispielsweise beschrieben in US-A-5,152,917; 5,304,223; 5,378,251 und 5,437,254. Alternative Herstellungsverfahren einschließlich Rotationstiefdruck-Beschichtung werden beschrieben in US-A-5,014,468 und 4,773,920.

Die Oberfläche des strukturierten Schleifmittels kann jedes beliebige erwünschte Muster haben und dieses wird größten Teils durch den beabsichtigten Verwendungszweck des beschichteten Schleifmittelprodukts bestimmt. Es ist beispielsweise möglich, dass die Oberfläche mit alternierenden Graten und Tälern, die in jede beliebige Richtung orientiert sind, gebildet wird. Wahlweise kann die Oberfläche mit einer Vielzahl an hervorstehenden Verbundstoffformen, die getrennt oder verbunden und entweder identisch oder verschieden gegenüber benachbarten Formen sein können, zur Verfügung gestellt werden. Typischerweise haben die strukturierten Schleifmittel im wesentlichen identische Formen in festgelegten Anordnungen über der Oberfläche des beschichteten Schleifmittels. Solche Formen können in Form von Pyramiden mit quadratischer oder dreieckiger Basis sein oder sie können mehr abgerundete Formen ohne deutliche Kanten haben, an denen die angrenzenden Flächen zusammentreffen. Die abgerundeten Formen können abhängig von den Auftragungsbedingungen und der beabsichtigten Verwendung kreisförmig im Querschnitt oder länglich sein. Die Anordnung der Formen hängt zu einem gewissen Grad von der beabsichtigten Verwendung ab. Die mit dichterem Abstand angeordneten Formen, beispielsweise mehr als etwa 1000 pro Quadratzentimeter, sind für das feine Glätten oder für das Polieren bevorzugt, während aggressiveres Schleifen durch mit weiterem Abstand angeordnete Formen begünstigt wird.

Die Schleifmittelkomponente der Formulierung kann jedes beliebige verfügbare aus dem Stand der Technik bekannte Material sein, wie etwa alpha-Aluminiumoxid (geschmolzene oder gesinterte Keramik), Siliziumkarbid, geschmolzenes Aluminiumxid/Zirkoniumoxid, kubisches Bornitrid, Diamant und ähnliches wie auch Mischungen davon. Die für die Erfindung nützlichen Schleifmittelteilchen haben typischerweise und vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 150 um und mehr bevorzugt von 1 bis 80 um. Im allgemeinen macht jedoch die Menge an vorliegendem Schleifmittel etwa 10 bis etwa 90% und vorzugsweise etwa 30 bis etwa 80% des Gewichts der Formulierung aus.

Die andere Hauptkomponente der Formulierung ist das Bindemittel. Dieses ist eine härtbare Harz-Formulierung, ausgewählt aus durch Strahlung härtbaren Harzen, wie etwa solche, die durch Anwendung eines Elektronenstrahls, UV-Strahlung oder sichtbares Licht härtbar sind, wie etwa acrylierte Oligomere von acrylierten Epoxidharzen, acrylierte Urethane und Polyesteracrylate und acrylierte Monomere einschließlich monoacrylierte, multiacrylierte Monomere, sowie durch Wärme härtbare Harze wie etwa Phenolharze, Harnstoff/Formaldehyd- Harze und Epoxidharze, wie auch Mischungen aus solchen Harzen. Allerdings ist es oftmals vorteilhaft, eine durch Strahlung härtbare Komponente in der Formulierung zu haben, die dann verhältnismäßig schnell ausgehärtet werden kann, nachdem die Formulierung aufgetragen worden ist, um auf diese Weise die Stabilität der aufgetragenen Form zu erhöhen. In dem Zusammenhang dieser Anmeldung ist es so zu verstehen, dass der Begriff "durch Strahlung härtbar" die Verwendung von sichtbarem Licht, ultraviolettem (UV) Licht und Elektronenstrahlung als das die Härtung herbeiführende Mittel umfasst. In einigen Fällen können die durch Wärme herbeigeführten Aushärtungsvorgänge und die durch Strahlung herbeigeführten Aushärtungsvorgänge durch verschiedene Funktionalitäten in dem gleichen Molekül zur Verfügung gestellt werden. Dies ist oftmals ein erwünschtes Mittel.

Die Harzbindemittelformulierung kann auch ein nicht-reaktives thermoplastisches Harz umfassen, das die selbstschärfenden Eigenschaften der aufgetragenen Schleifmittel-Verbundstoffe steigern kann, indem die Abtragbarkeit gesteigert wird. Beispiele für solche thermoplastische Harze umfassen Polypropylenglycol, Polyethylenglycol und Polyoxypropylenpolyoxyethylen-Blockcopolymere, etc.

Füllmittel können in die Schleifschlamm-Formulierung eingearbeitet werden, um die Rheologie der Formulierung und die Härte und Zähigkeit der ausgehärteten Bindemittel zu modifizieren. Beispiele von verwendbaren Füllmitteln enthalten: Metallcarbonate wie etwa Calciumcarbonat, Natriumcarbonat; Silikamaterialien wie etwa Quartz, Glasperlen, Glasblasen; Silikate wie etwa Talk, Ton, Calciummetasilikat; Metallsulfate wie etwa Bariumsulfat, Calciumsulfat, Aluminiumsulfat; Metalloxide wie etwa Calciumoxid, Aluminiumoxid; und Aluminiumtrihydroxid.

Die Schleifschlamm-Formulierung, mit der das strukturierte Schleifmittel gebildet wird, kann auch einen Schleifhilfsstoff umfassen, um die Schleifeffizienz und Schleifgeschwindigkeit zu erhöhen. Verwendbare Schleifhilfsstoffe können anorganisch-basisch, wie etwa Halogenidsalze, z. B. Natriumkryolit, Natriumtetrafluoroborat, etc.; oder organische-basisch wie etwa chlorierte Wachse, z. B. Polyvinylchlorid, sein. Die bevorzugten Schleifhilfsstoffe in dieser Formulierung sind Kryolit und Natriumtetrafluoroborat mit Teilchengrößen, die von 1 bis 80 um und am meisten bevorzugt von 5 bis 30 um reichen. Der Gewichtsanteil an Schleifhilfsstoff reicht von 0 bis 50% und am meisten bevorzugt von 10 bis 30%.

Die Schleifmittel/Bindemittel-Schlamm-Formulierungen, die in dieser Erfindung verwendet werden, können des weiteren Zusatzstoffe umfassen, enthaltend: Haftmittel, wie etwa Silan- Haftmittel, z. B. A-174 und A-1100, erhältlich von Osi Specialties, Inc.; Organotitanate und Zirkoniumaluminate; antistatische Mittel, wie etwa Graphit, Ruß, und ähnliches; Suspendiermittel, Mittel zur Veränderung der Viskosität wie etwa geschmolzene Silika, z. B. Cab-O-Sil M5, Aerosil 200; das Zusetzen verhindernde Mittel, wie etwa Zinkstearat; Schmiermittel wie etwa Wachs; Benetzungsmittel; Farbstoffe; Füllmittel; Mittel zur Veränderung der Viskosität; Dispersionsmittel; und Entschäumer.

Abhängig von der Anwendung kann das auf die Schlammoberfläche aufgetragene funktionelle Pulver den Schleifmittelprodukten einzigartige Schleifeigenschaften verleihen. Beispiele von funktionellen Pulvern umfassen: 1) Schleifkörner - alle Typen und Korngrößen; 2) Füllmittel - Calciumcarbonat, Ton, Silika, Wollastonit, Aluminiumtrihydroxid, etc.; 3) Schleifhilfsstoffe - KBF&sub4;, Kryolit, Halogenidsalz, halogenierte Kohlenwasserstoffe, etc.; 4) das Zusetzen verhindernde Mittel - Zinkstearat, Calciumstearat, etc.; 5) antistatische Mittel - Ruß, Graphit, etc.; 6) Schmiermittel - Wachse, PTFE-Pulver, Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, Polysiloxan, etc..

Das Trägermaterial, auf das die Formulierung aufgetragen wird, kann ein Stoff (gewebt, nicht-gewebt oder gevliest), Papier, Kunststofffilm oder Metallfolie sein. Im allgemeinen finden die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Produkte ihre größte Verwendung in der Herstellung feiner Schleifmaterialien und deshalb ist eine sehr glatte Oberfläche bevorzugt. Deshalb ist feinkalandriertes Papier, Kunststofffolie oder ein Stoff mit einer glatten Oberflächenbeschichtung gewöhnlich das bevorzugte Substrat zur Auftragung der Verbundstoff-Formulierungen gemäß der Erfindung. Die Erfindung wird des weiteren hinsichtlich bestimmter spezifischer Ausführungen beschrieben, die nur zum Zweck der Veranschaulichung verstanden werden sollen.

Um die Darstellung der Daten zu vereinfachen, werden die folgenden Abkürzungen benutzt werden:

Ebecryl 3605, 3700 - acrylierte Epoxyoligomere erhältlich von UCB Radcure Chemical Corp.

TMPTA - Trimethylolpropantriacrylat erhältlich von Sartomer Company, Inc.

ICTA - Isocyanurattriacrylat erhältlich von Sartomer Co., Inc.

TRPGDA - Tripropylenglycoldiacrylat erhältlich von Sartomer Co., Inc.

Darocure 1173 - ein Photoinitiator erhältlich von Ciba-Geigy Company

Irgacure 641 - ein Photoinitiator erhältlich von Ciba-Geigy Company

2-Methylimidazol - ein Katalysator von der BASF Corp.

Pluronic 25R2 - Polyoxypropylenpolyoxyethylen-Blockcopolymer erhältlich von der BASF Corp.

KBF&sub4; - Schleifhilfsstoff mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 20 um erhältlich von Solvay

Cab-O-Sil M5 - geschmolzene Silika von Cabot Corporation

FRPL - geschmolzenes Aluminiumoxid von Treibacher (P320 oder P 1000: Qualität angezeigt durch die "P-Zahl").

Calciniertes Aluminiumoxid (40 um) von Microabrasives Corporation.

3 mil Mylar-Folie für ophthalmische Anwendungen

5 mil Mylar-Folie für Metallbearbeitungszwecke

Surlyn-beschichteter Polyester-Stoff mit J-Gewicht

* Surlyn ist ein Ionomerharz SURLYN 1652-1 von Du Pont

Die Monomere und/oder Oligomerkomponenten wurden für 5 Minuten vermischt, indem ein Hochschermischer bei 1000 U/min verwendet wurde. Diese Bindemittelformulierung wurde dann mit beliebigen Initiatoren, Benetzungsmitteln, Entschäumer, Dispersionsmitteln etc. gemischt und das Mischen wurde für weitere 5 Minuten bei der gleichen Rührgeschwindigkeit fortgesetzt. Dann wurden die folgenden Komponenten langsam und in der angegebenen Reihenfolge zugefügt, wobei zwischen dem Zufügen 5 Minuten bei 1500 U/min gerührt wurde: Suspensionsmittel, Schleifhilfsstoffe, Füllmittel und Schleifkorn. Nach Zugabe des Schleifkorns wurde die Rührgeschwindigkeit auf 2000 U/min erhöht und für 15 Minuten fortgesetzt. Während dieser Zeit wurde die Temperatur sorgfältig überwacht und die Rührgeschwindigkeit wurde auf 1000 U/min verringert, wenn die Temperatur 40,6ºC erreichte.

Die Harzformulierung wurde auf eine Vielzahl von herkömmlichen vorstehend aufgeführten Substraten beschichtet. In den zitierten Fällen wurde der Schleifschlamm aufgetragen, indem ein Beschichten mit Rakel mit einem Abstand, der auf die erwünschten Werte eingestellt wurde, verwendet wurde. Die Beschichtung wurde bei Raumtemperatur durchgeführt.

Vor der Prägung wurde die Oberflächenschicht des Schlamms mit Schleifkörnern mit der gleichen oder einer feineren Teilchengröße als in der Formulierung verwendet, modifiziert. Es wurde genügend aufgetragen, um eine einzelne Schicht zu bilden, die durch die ungehärtete Bindemittelkomponente haftete. Überschüssiges Pulver wurde durch Schwingung von der Schicht entfernt. Die Auftragung des Pulvers erfolgte durch ein herkömmliches Vibrations- Sieb-Verfahren.

Sobald das Substrat mit der ungehärteten Schlamm-Formulierung beschichtet und das funktionelle Pulver aufgetragen worden war, wurde ein Prägewerkzeug mit dem erwünschten Muster verwendet, um dem Schleifmittelharz und der Kornformulierung die erwünschte Gestalt zu verleihen. Die Prägungsvorrichtung enthielt eine Stützwalze aus Stahl, die die erforderliche Unterstützung während der Druckanwendung durch die stählerne Prägewalze gab. Eine Drahtbürstenvorrichtung wurde verwendet, um jegliche trockenen Reste oder ungebundene Körner, die in den Zellen verblieben waren, nachdem das Werkzeug der viskositätsmodifizierten Formulierung seinen Abdruck verliehen hatte, zu entfernen.

Nachdem das Muster in die viskositätsmodifizierte Schicht eingeprägt wurde, wurde das Substrat von dem Prägewerkzeug entfernt und zu einer Aushärtungsstation geführt. Wenn die Aushärtung durch Wärme erfolgt, werden geeignete Mittel verwendet. Wenn die Aushärtung mittels Photoinitiatoren aktiviert wird, kann eine Strahlungsquelle verwendet werden. Wenn UV-Härtung verwendet wird, werden zwei 300 Watt Lichtquellen verwendet: Eine D-Röhre und eine H-Röhre mit einer Strahlendosis, die durch die Geschwindigkeit, mit der das strukturierte Substrat unter den Lichtquellen vorbeigeführt wird, bestimmt wird. In dem Fall der Matrix aus den in Tabelle 2 aufgeführten Experimenten erfolgte die Aushärtung durch UV-Licht. Im Fall der Formulierung I jedoch folgte der UV-Härtung sofort eine Härtung durch Wärme. Dieses Härtungsverfahren war angemessen, um eine endgültige Formbeständigkeit sicherzustellen.

In dem ersten Beispiel wurde die Schicht mittels einer Walze geprägt, die Hohlräume besaß, die in diese in einem 17 Hexagonalmuster eingraviert waren. Damit wurde die Anordnung von hexagonal geformten Inseln hergestellt. In allen Fällen wurde die Oberfläche mit einem Schleifkorn bestäubt, um als funktionelles Pulver zu dienen. In einem ersten Beispiel war das auf die Oberfläche gestäubte Schleifmittel, P1000 und in einem zweiten war es P320. In jedem Fall entsprach die Schleifmittel/Bindemittel-Formulierung der Formulierung I.

In dem zweiten Beispiel war die Prägewalze mit einer 25 trihelicalen Walzenoberfläche mit Rillenmuster graviert. Das gleiche Beschichtungsverfahren wurde verwendet.

In einem dritten Beispiel war die in die Prägewalze eingravierte Anordnung 45 pyramidal, was mit der Formulierung I eine Anordnung von isolierten Pyramiden mit quadratischer Grundfläche ergab. Die Oberfläche wurde durch Auftragung von P1000-Korn über die gleiche Formulierung, die in den ersten und zweiten Beispielen verwendet wurde, verändert.

In allen drei Experimenten blieben die Strukturen auf der geprägten Oberfläche in der Zeit von der Prägung bis zu der Zeit, in der die Bindemittelkomponente vollständig ausgehärtet wurde, im wesentlichen unverändert.

Zusätzliche Beispiele, ähnlich hinsichtlich der Form aber variierend in der Formulierung und in dem Schleifmittelgehalt, wurden wie in Tabelle 2 aufgeführt ausgeführt. In allen Fällen ist das Herstellungsverfahren identisch mit den ersten drei Beispielen; jedoch wurden Veränderungen in der Harzzusammensetzung und den funktionellen Pulvern vorgenommen.

Das 17 Hexagonal-Präge-Walzenmuster umfasste Hohlräume mit 559 um Tiefe und mit gleichen Seiten von 1000 um auf der Oberseite und 100 um auf der Unterseite.

Das 25 tri-helicale Muster bestand aus einem kontinuierlichen Kanal mit einem Winkelschnitt von 45º zur Walzenachse, der eine Tiefe von 508 um und eine Oberseiten-Öffnungsweite von 750 um hat.

Das 40 tri-helicale Muster bestand aus einem kontinuierlichen Kanal mit einem Winkelschnitt von 45º zur Walzenachse, der eine Tiefe von 335 um und eine Oberseiten-Öffnungsweite von 425 um hat.

Das 45 Pyramidal-Muster umfasste quadratisch-planare, umgekehrt pyramidal geformte Hohlräume mit einer Tiefe von 221 um und einem Seitenmaß von 425 um.

Mehrere der aufgeführten Proben wurden zwei primären Arten an Schleiftests mit den in den Tabellen 3-5 aufgeführten Daten unterworfen. Die erste Art an Versuchen bestand aus einem Schieffer-Test mit bis zu 600 Umdrehungen bei einer konstanten Belastung von 3,63 kg (8 lbs.) an einem hohlen Werkstück aus 304 rostfreiem Stahl mit einem Außendurchmesser von 2,794 cm (1, 1 Zoll), was einen effektiven Schleifdruck von 159,96 10³ Pa (23,2 psi) erzeugt. Das strukturierte Schleifmittel wurde in Scheiben von 11,43 cm (4,5") Durchmesser geschnitten und an einer Trägerplatte aus Stahl angebracht. Die Trägerplatte und das Werkstück rotieren beide im Uhrzeigersinn, wobei die Trägerplatte mit 195 U/min rotiert und das Werkstück mit 200 U/min rotiert. Der Gewichtsverlust des Werkstückes wurde bei jeder 50sten Umdrehung und die Gesamtsumme am Ende von 600 Umdrehungen notiert.

Die zweite Testmethode bestand aus einer Ringprüfung eines Mikroschleifmittels. In diesem Test wurden Kugelgusseisen-Ringe mit 4,445 cm (1,75 Inch) Außendurchmesser, 2,54 cm (1 Inch) Innendurchmesser und 2,54 cm (1 Inch) Weite, vorgefräst, indem ein herkömmliches 60 um-Folienprodukt verwendet wurde und dann bei 413,7·10³ Pa (60 psi) mit dem strukturierten Schleifmittel geschliffen. Das Schleifmittel wurde zuerst in 2,54 cm (1") breite Streifen geschnitten und wurde dann mittels Gummi-Gleitschuhen gegen das Werkstück gehalten. Das Werkstück rotierte mit 100 U/min und oszillierte in der lotrechten Richtung bei einer Geschwindigkeit von 125 Schwingungen/min. Das Schleifen wurde in einem geschmierten OH200-Ölbad durchgeführt. Der Gewichtsverlust wurde bei jeder zehnten Umdrehung und die Gesamtsumme am Ende des Tests protokolliert.

In Tabelle 3 wird der Effekt der Art des funktionellen Pulvers und des Musters deutlich veranschaulicht. Mit der 45 Pyramide (P320 in der Formulierung und P 1000 als das funktionelle Pulver) als Kontrolle führte die gleiche Harzformulierung und das gleiche funktionelle Pulver zu einem leichten Anstieg im Gesamtschnitt, indem ein größeres 17 Hexagonal-Muster verwendet wurde. In allen Fällen, in denen das P1000 durch ein gröbere P320-Güte ersetzt wurde, wurde der Schnitt weiter erhöht. Außerdem übertraf das trihelicale Muster die Leistung des hexagonalen Musters. In dem letzten Fall, in dem das funktionelle Pulver aus einer Mischung aus KBF&sub4; und P320 bestand, wurde der Schnitt dramatisch erhöht. Aus diesem Datensatz geht eindeutig hervor, dass der Mustertyp gekoppelt mit der Art des funktionellen Pulvers die Schleifeigenschaften deutlich verändert.

In Tabelle 4 wurden die strukturierten Schleifmittel mit einem Vergleichsbeispiel C-1 verglichen, einem herkömmlichen 40 um-Korn Mikrobearbeitungs-Schleifmittel mit dem Handelsnamen Q151 von Norton Co.. Bei beiden strukturierten Schleifmitteln kann beobachtet werden, dass der Gesamtschnitt signifikant gegenüber dem herkömmlichen Produkt erhöht wurde, wobei die Leistung mit dem 25 Trihelicalen-Muster die des feineren 40 Trihelical- Musters übertraf.

In Tabelle 5 wurden die 40 um strukturierten Schleifmittel in einer Feinschliffanwendung verglichen. Verglichen mit dem Vergleichsbeispiel C-1, einem herkömmlichen Schleifmittelprodukt mit dem Handelsnamen Q151 von Norton Co., zeigt das strukturierte Schleifmittel noch einmal eine Verbesserung in dem Gesamtschnitt. Die obigen Strukturen brachten durchgehend sehr gute Leistungen in den Schleifmittel-Test-Anwendungen, wobei von Anfang an ein wirksames Abschleifen erzeugt wurde.