專利名稱：聚亞胺酯研磨工具的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聚亞胺酯研磨工具的制造方法，特別涉及用于研磨鍍銅滾輪的多孔研磨工具的制造方法；該研磨工具適合于研磨凹板印刷制板用的鍍銅滾輪表面。
背景技術：
凹板印刷制板用的鍍銅滾輪系藉由將管狀或圓柱形鐵核心鍍銅，并以多孔研磨工具研磨其表面，以期達到表面可被鏡面拋光至凹板印刷制板及印刷可滿意施行的程度而制成。換言之，如圖1所示，凹板印刷制板用的鍍銅滾輪1系以預定速度轉動，多孔研磨工具2同時轉動并沿滾輪1的軸向方向運行(最好往返運行)，而與滾輪1的表面密切接觸，以期利用研磨工具2對滾輪1的表面施行鏡面拋光。
在此例中，滾輪1的表面研磨通常采用濕式研磨方法，其中加諸于多孔研磨工具2上的負載須經適當調整，且研磨工具2與滾輪1的位置須調整至令研磨工具2與滾輪1的表面相接觸、并具有適當接觸面積及壓力，研磨工具2及滾輪1以適當速度圍繞其個別旋轉軸轉動，且研磨工具2沿滾輪1的軸向方向來回移動，而水系透過設置于一側的噴嘴(未顯示)噴灑于研磨處；研磨工具相對于待研磨滾輪的軸的傾斜角通常設定在小于0.5°，但為增加研磨速度，有些案例會將角度設定在大于0.5°。
如圖1或圖2所示，研磨工具2通常形成于盤片或粗短圓柱形物中，且研磨工具2的直徑通常為200mm，而厚度通常為約50至約100mm，在其中央部分設置有通孔3，該通孔與中空轉軸4相連，以吸出或排出研磨碎片。
本發(fā)明人先前已揭露一種用于研磨凹板印刷制板用的鍍銅滾輪的聚乙烯縮乙醛多孔研磨工具(JP-A-2000-24935(JP-A表日本未審查專利申請公開案))。
此聚乙烯縮乙醛多孔研磨工具系藉由將作為基質的聚乙烯縮乙醛樹脂混合或注入熱固性樹脂及丙烯酸樹脂，以賦予其耐水性而形成，但此研磨工具仍具有吸收于研磨及膨脹期間所使用的水的傾向，且研磨工具的氣孔部分會減少，此某一程度上將導致研磨工具易于堵塞的缺陷；此外，JP-A-2000-24935中所揭露的聚乙烯縮乙醛多孔研磨工具具有缺點，亦即當研磨工具的角度在研磨期間增加時，可能因研磨工具本身的彈性低，而極易產生研磨刮痕。
發(fā)明內容
本發(fā)明系為改良上述情勢而產生，且本發(fā)明之一目的為提供用于研磨凹板印刷制板用的鍍銅滾輪的多孔研磨工具的制造方法。該研磨工具于濕式研磨期間不會吸收水氣，致使研磨工具因輕微堵塞所引起的膨脹而具有彈性，且可提供絕佳拋光表面狀態(tài)。
此目的可藉聚亞胺酯研磨工具的制造方法而達成，該方法包含步驟(1)混合一或更多類型的多元醇組成，其系選自包含帶有無機研磨顆粒的聚醚多元醇及聚酯多元醇的族群；(2)將有機聚異氰酸酯組成與無機研磨顆粒相混合；(3)以旋轉-靜止式混合器均勻混合與研磨顆粒相混的多元醇組成以及與研磨顆粒相混的聚異氰酸酯組成；(4)藉由在鑄模中反應混合物而令如此制備而得的混合物成形。
上述聚亞胺酯研磨工具的某些較佳實施例包括研磨工具的體積密度為0.40至0.60g/cm3；所加入的無機研磨顆粒量相對于亞胺酯起始材料量(多元醇組成及有機聚異氰酸酯組成的總量)的重量比為1.0至2.0；以及研磨工具的研磨面的平面形狀為具有四至二十邊的正多邊形、齒輪、以及圓弧多邊形其中任一種。
本發(fā)明的聚亞胺酯研磨工具即使在濕式研磨期間亦不會吸收水氣而膨脹，且由于聚亞胺酯的彈性特征，其具有傳統(tǒng)研磨工具所不具備的研磨性質。若結合此特性與研磨工具的研磨面形狀，即可提供一種不產生研磨刮痕及可達到良好高精度印刷的凹板印刷用滾輪。
本發(fā)明的聚亞胺酯研磨工具不僅適合研磨凹板印刷用滾輪，亦適合研磨需要表面研磨、尤其是欲產生鏡面拋光的表面研磨等各種不同類型的應用。
圖1為說明利用表面研磨工具以研磨滾輪方法的部分橫剖面圖。
圖2為圓形研磨工具的平面圖。
圖3為具有齒輪形狀的實施例的形狀的研磨工具平面圖。
圖4為具有圓弧四邊形的實施例的形狀的研磨工具平面圖。
組件符號說明1滾輪2研磨工具3通孔4中空轉軸5原本的十二邊形的邊具體實施方式
為達上述目的，本發(fā)明因進行廣泛研究而發(fā)現利用旋轉-靜止式混合器均勻混合有機聚異氰酸酯組成以及多元醇組成并使兩者發(fā)生反應，于將此兩種組成與無機研磨顆粒相混合后，即可得具有極少空隙的均勻聚亞胺酯結構；另外亦發(fā)現使用此聚亞胺酯可得適合研磨凹板印刷制板用的鍍銅滾輪等的聚亞胺酯研磨工具，如此已完成本發(fā)明。在有機聚異氰酸酯組成以及多元醇組成與無機研磨顆粒相混合的步驟中，最好盡量將研磨顆粒與各成分混合均勻；在以旋轉-靜止式混合器混合與研磨顆粒相混的多元醇組成以及與研磨顆粒相混的聚異氰酸酯組成步驟中，最好能瞬間混合此兩種組成，此處所指的“瞬間”意謂混合系在盡可能短的時間內完成。
本發(fā)明的聚亞胺酯研磨工具的制造方法將更詳細說明于下。
本發(fā)明的研磨工具可藉由混合研磨顆粒與聚亞胺樹脂組成、并使該混合物成形及硬化成預定形狀而制成。
本發(fā)明的聚亞胺酯研磨工具如上所述含有聚亞胺樹脂及無機研磨顆粒作為主要組成物，其最好利用將聚亞胺樹脂發(fā)泡成形而形成。
聚亞胺樹脂系藉有機聚異氰酸酯組成及一或更多類型的多元醇組成(選自聚醚多元醇及聚酯多元醇)間的硬化反應而形成，該反應系利用旋轉-靜止式混合器以均勻混合此兩種組成而發(fā)生，此兩種組成已先分別與無機研磨顆粒相混合，如此可防止因氣泡夾質而產生的空隙，其中氣泡系當混合多元醇組成與有機聚異氰酸酯組成時所發(fā)生，藉此形成均勻聚亞胺樹脂結構。
有機異氰酸酯類的例子包括4，4’-二異氰酸二苯甲烷(以下稱MDI)及甲苯-2，4-二異氰酸酯(以下稱TDI)。
關于多元醇組成，可采用選自包含聚醚多元醇及聚酯多元醇的族群的一或更多類型的多元醇。聚醚多元醇的例子包含二甘醇(diethylene glycol)、三甘醇(triehylene glycol)、雙丙甘醇(dipropylene glycol)、以及三丙甘醇(tripropylene glycol)；關于聚酯乙二醇，其代表為由二元酸及烷撐二醇(alkylene glycol)間的反應所得的各種不同二醇類，其例子包括由己二酸與乙二醇間的反應所得到的二醇類、由順丁烯二酸與丁二醇間的反應所得到的二醇類、以及由癸二酸與乙二醇間的反應所得到的二醇類，且其可單獨或結合兩種或兩種以上類型使用。多元醇組成的分子量最好約為400至1,500，若約為400至800則更佳。
有一簡單多元醇組成與有機異氰酸酯組成的混合方法，但此法因混合期間的攪拌，故會引發(fā)極嚴重的空氣夾質，且空氣會殘留于已成形的泡沫狀聚亞胺酯產品中，如此則在研磨工具的結構中形成大空隙，而使研磨工具無法具有均勻結構。
因此，在本發(fā)明中，二元醇組成及有機聚異氰酸酯組成系藉由旋轉-靜止式混合器均勻(最好瞬間)混合，以期產生硬化反應，如此可盡量抑制當混合二元醇組成及有機聚異氰酸酯組成時所產生的氣泡夾質，藉此防止在研磨工具結構中產生空隙并形成均勻聚亞胺樹脂結構。
本發(fā)明中所使用的旋轉-靜止式混合器為轉子/定子型混合器，其中包含固定定子與在定子內部占一小空間的以高速轉動的轉子。雖然轉子的執(zhí)行速率依設計而改變，但可藉由轉子與定子間的空間以及轉子轉速(2,000至5,000rpm)而調整剪切效率、混合效率等。
旋轉-靜止式混合器的例為LC 6/3型混合頭，其系用于總公司設在日本德島縣的東邦機械(股)公司(Toho Machinery Co.，Ltd.)所制造的TOMAC-TARTLER Nodopox 50兩組成混合及分散機中。
關于添加于本發(fā)明所制造的聚亞胺酯研磨工具中的無機研磨顆粒，其平均粒徑(D50)以約在1至150μm等級的微細顆粒較適合，且D50的范圍為1至40μm者尤佳。此種由顆粒所組成的材料的例子包含各種不同類型的研磨材料，如碳化硅、熔融鋁、鍛燒氧化鋁、氧化鈰、氧化鉻、氧化鋯、鋯石沙(zircon sand)、及氧化硅，且其可單獨或結合兩種或兩種以上類型使用。
關于所加入的無機研磨顆粒量，添加于多元醇組成及有機聚異氰酸酯組成中的無機研磨顆粒總量相對于多元醇組成及有聚異氰酸酯組成的總量(亞胺酯起始材料量)的重量比為1.0至2.0，當所加入的無機研磨顆粒相對于亞胺酯起始材料量系介于上述范圍中，帶有無機研磨顆粒的多元醇組成以及有機異氰酸酯兩者的液態(tài)混合物黏度即可調整得宜，使得混合物流動性足以令旋轉-靜止混合器施行均勻混合，因此硬化反應進行順利，且如此所得的研磨工具于研磨凹板印刷制板用鍍銅滾輪等時，即可展現優(yōu)良研磨速率。
在無機研磨顆粒盡可能分別與多元醇組成以及有機異氰酸酯兩者混合均勻后，將兩混合物互相混合，如此所得的混合物旋即注入鑄模，接著進行發(fā)泡成形/固化；當各與無機研磨顆粒相混合的多元醇組成以及有機異氰酸酯彼此混合時，起泡反應即開始發(fā)生約持續(xù)30秒，且起泡反應及固化反應可在約30分鐘內完成，故最好在兩組成瞬間混合均勻時，能將該混合物立即注入特定鑄模，蓋上蓋子，使起泡反應及固化反應得以繼續(xù)進行。
在此時，藉由調整注入鑄模中的混合物量，可自由控制聚亞胺研磨工具的發(fā)泡成形密度；自然地，注入鑄模中的混合物量愈大發(fā)泡成形密度將愈高，最好利用此控制將聚亞胺研磨工具的體積密度設定于0.40至0.60g/cm3。當體積密度系在上述范圍中，于研磨凹板印刷制板用鍍銅滾輪等時，研磨工具的磨耗率將不會增加，研磨工具即具實用價值；且因研磨所產生的銅粉末減少，研磨工具的構造較不易堵塞。
此處所指的體積密度為每單位體積的重量，其可自研磨工具的體積及重量計算而得。
已知一種聚亞胺酯的發(fā)泡成形方法，其中將多元醇組成及異氰酸組成適當地與催化劑、起泡劑、起泡調節(jié)劑等混合，并施行發(fā)泡成形；水或氟氯烷(Freon，商標名，氟氯碳化物)可作為起泡劑。在制造本發(fā)明的研磨工具時，最好可采用模內起泡法，亦即將兩起始材料組成注入鑄模中并使的成泡沫狀。
在本發(fā)明的制造方法中，令聚亞胺酯發(fā)泡成形的步驟可采用化學起泡劑，其例子包括碳酸氫鈉、二硝基五亞甲基四胺、磺酰肼、偶氮二酰胺、對甲苯磺酰氨基脲、5-苯基四唑、二異丙氫化偶氮二羧酸鹽、5-苯基-3，6-二氫-1，3，4-噁二嗪-2-酮、以及硼氫化鈉。
接著在鑄模內施行發(fā)泡成形的步驟后，如此所得的研磨工具須經過以機械加工形成所欲形狀的步驟；尤其須在聚亞胺酯研磨工具上鉆一通孔3，調整研磨工具的厚度，兩端面均須經過平坦機械加工，接著側邊周圍部分須利用NC控制鉆孔/攻牙機施行銑削，如此可得具有如下述的預定形狀研磨面的研磨工具。
若挑選具特定研磨面的研磨工具形狀，本發(fā)明的聚亞胺酯研磨工具可更加提升其研磨特性。
研磨工具端面的較佳形狀實施例為JP-A-2000-24935中所提出者，其適用于滾輪研磨的多孔研磨工具，簡言的即為具有四至二十邊(最好為正多邊形)的直線邊多邊形，多邊形較圓形為佳。在研磨面為四至二十邊的多邊形案例中，因為可研磨的研磨工具面積并未減少，可施行具絕佳尺寸精度的研磨，且研磨工具的每單位面積研磨壓力并未增加，故可抑制研磨工具本身的磨耗，又可阻止研磨期間噴灑至研磨區(qū)域上的水沿研磨工具的旋轉方向濺散，如此可避免破壞工作環(huán)境。另外，因其形狀為至多具二十邊的多邊形，故不會出現具有大傾斜角的肉排形研磨痕跡，此痕跡原本應可在以圓形研磨工具研磨過的滾輪表面觀察到。
再者，如圖3的齒輪形狀為較佳形狀，其可自多邊形的各頂點移除長菱形，在此例中為正十二邊形；在圖3中，參考數字5表原本的十二邊形的邊。亦可沿曲線(如部分卵形或橢圓形)而不沿直線切除多邊形的頂點，以獲得其它較佳結構。
此外，圓弧多邊形(亦即多邊形的直線邊以弧形邊取代)亦可引為研磨工具形狀的較佳實施例，圖4說明具研磨工具的圓弧四邊形形狀。
研磨工具的尺寸系根據待研磨滾輪的外徑而作適當選擇。例如當滾輪的外徑為100至500mm等級時，研磨工具的最外側頂點所代表的圓直徑為150至300mm等級，尤其為180至220mm，且其厚度為50至100mm等級。如上所述，研磨工具須設置通孔(直徑一般為10至50mm等級)，以吸出并排出研磨碎片。
實施例實施本發(fā)明的特殊模式將參照實施例及比較實施例說明如下，但本發(fā)明并不僅局限于以下實施例。下列測量儀器及研磨機系用于實施例中。
旋轉-靜止式混合器東邦機械(股)公司所制造的LC 6/3型；研磨工具硬度計洛氏硬度計(Rock well hardness meter)(松澤精機(股)公司(Matsuzawa Seiki Co.，Ltd.))，其系利用以直徑1/2英寸鋼珠進行100kg測試負載所得的HRS值作度量；研磨機垂直型圓柱研磨機(三興機械(Sanko Kikai K.K.))；表面粗度計探針型表面粗度計(小坂實驗室(股)公司(KosakaLaboratory Ltd.))；用于測量待研磨滾輪的直徑的儀器DIAMET(K.Walter)；待研磨滾輪其周長及長度分別為600mm 1100mm，且具有維氏硬度(Vickers hardness Hv)200、150μm厚的銅鍍層板。
實施例1以50％(重量)的三丙甘醇作為多元醇組成，50％(重量)的MDI作為有機異氫酸酯組成，各混合50％(重量)的碳化硅研磨顆粒(平均粒徑D50為10μm)(各混合物均為100％)并攪拌，于確認各混合物攪拌均勻后，將與研磨顆粒相混合的多元醇組成以及與研磨顆粒相混合的聚異氰酸酯組成，以旋轉-靜止式混合器彼此瞬間均勻混合，旋即將混合物注入聚亞胺酯鑄模中，接著施行發(fā)泡成形；作為硬化催化劑的三亞乙基二胺及硅起泡調節(jié)劑(F305，信越化學(股)公司)各加入1wt％(相對于多元醇組成)于其中，另加入微量水作為起泡劑；鑄模尺寸為215mmφ壘×70mm，在注入處理期間，發(fā)泡成形密度可如上述般變化。
在固化后，研磨工具可自鑄模中取出，并將研磨工具加工成外徑200mm、內徑50mm、且厚度50mm的形狀；更可利用鉆孔/攻牙機將其加工成八角形，以制得本發(fā)明的聚亞胺酯研磨工具。
實施例2至7重復實施例1的步驟，但組成比改成如表1所示，再將研磨工具加工成各種不同形狀，即可得如表1所示的實施例2至7的研磨工具。
實施例8至11重復實施例1的步驟，但改采如表2所示的組成比，即可得如表2所示的實施例8至11的研磨工具。
在實施例8中，雖然添加于二元醇組成及有機聚氰酸酯組成中的無機研磨顆?？偭坎⒉粷M足其總量相對于二元醇組成及有機聚氰酸酯組成的重量比為1.0至2.0的條件，但所得的研磨工具仍具實用價值。
在實施例9與10中，雖然研磨工具的體積密度并不滿足體積密度為0.40至0.60g/cm3的條件，但所得的研磨工具仍具可利用品質。
在實施例11中，雖然研磨工具的形狀并不滿足具四至二十邊的正多邊形、齒輪形、及圓弧多邊形的條件，但所得的研磨工具的性質仍可接受。
于測量各研磨工具的硬度及體積密度以作為研磨工具的物理性質后，將各研磨工具架在垂直型圓柱研磨機上，并研磨周長600mm、長度1100mm的待研磨硬鍍銅滾輪。水為研磨液體，研磨工具轉速為950rpm、滾輪轉速為150rpm、研磨工具負載為40kg、研磨工具沿滾輪軸向的轉速為300mm/min，以此些條件施行往返三次的研磨。
研磨前后的滾輪直徑須利用DIAMET測量儀器測量，研磨工具的厚度系利用光標尺測量，如此可得研磨深度及研磨工具的磨耗程度；再者，經研磨滾輪的表面的表面粗糙度系利用表面粗度計測量，須以肉眼觀察于研磨后，經研磨滾輪上的研磨線形狀及研磨工具的表面狀況。
如此所得的經研磨滾輪再經過擦拭、制板、及鍍鉻處理，接著以色稿打樣機進行試??；另外亦須施行視覺檢查，以決定印刷材料是否因研磨刮痕及研磨線而形成鋸齒形印刷缺陷。
實施例1至7的結果整理于表1，而關于實施例8至11的資料則整理于表2。
表1 實施例的成分、物性及特性
表2 實施例的成分、物性及特性
由表中的結果可知研磨顆粒/亞胺酯比為1.0至2.0、且體積密度為0.40至0.60g/cm3的研磨工具不會發(fā)生堵塞，又具絕佳研磨特性；另外，已確認結合此結果與研磨工具的較佳形狀，試印后的印刷材料無因研磨刮痕與研磨線所致的鋸齒狀印刷缺陷，故可提供高精度印刷。
另一方面，當研磨痕跡的形狀為平坦型時，即產生鋸齒狀印刷痕跡，此處的“平坦型”意謂在沿經研磨滾輪表面上的周長方向且彼此相距狹窄間隔的大量平行鋸齒狀研磨線。
根據本發(fā)明，因凹板印刷制板用的鍍銅滾輪可研磨成具高效能的鏡面拋光，故可藉凹板印刷而獲得高分辨率印刷影像。
權利要求
1.一種聚亞胺酯研磨工具的制造方法，包含如下步驟混合一或更多類型的多元醇組成與無機研磨顆粒，該多元醇組成系選自于由聚酯多元醇及聚醚多元醇所構成的族群；混合有機聚異氰酸酯組成與無機研磨顆粒；將該已先與研磨顆粒相混合的多元醇組成與該已先與研磨顆粒相混合的聚異氰酸酯組成，以旋轉-靜止式混合器加以均勻混合而得混合物；以及藉由于一鑄模中使該混合物反應以令該混合物成形。
2.如權利要求1的聚亞胺酯研磨工具的制造方法，其中該成形步驟包含實施發(fā)泡成形，以使該混合物的體積密度為0.4至0.6g/cm3。
3.如權利要求1的聚亞胺酯研磨工具的制造方法，其中被加入以與該多元醇組成及該有機聚氰酸酯組成相混合的無機研磨顆?？偭浚鄬τ谠摱嘣冀M成及該有機聚氰酸酯組成的總量的重量比為1.0至2.0。
4.如權利要求1的聚亞胺酯研磨工具的制造方法，其中該方法包含研磨工具的機械加工步驟，以令該研磨工具的平面形狀為以下任一種具有四至二十邊的正多邊形、齒輪形、及圓弧多邊形。
5.如權利要求1的聚亞胺酯研磨工具的制造方法，其中該有機聚氰酸酯組成為4，4’-二異氰酸二苯甲烷及甲苯-2，4-二異氰酸酯兩者其中之一。
6.如權利要求1的聚亞胺酯研磨工具的制造方法，其中該多元醇組成系選自于包含聚醚多元醇、二甘醇、三甘醇、雙丙甘醇、以及三丙甘醇的族群。
7.如權利要求1的聚亞胺酯研磨工具的制造方法，其中該無機研磨顆粒系選擇自于包含碳化硅、熔融鋁、鍛燒氧化鋁、氧化鈰、氧化鉻、氧化鋯、鋯石沙、及氧化硅的族群。
8.如權利要求1的聚亞胺酯研磨工具的制造方法，其中該無機研磨顆粒的平均粒徑(D50)為1至150μm。
9.如權利要求4的聚亞胺酯研磨工具的制造方法，其中該機械加工步驟包含首先獲得正多邊形的平面形狀，接著修剪該正多邊形的頂點。
全文摘要
一種聚亞胺酯研磨工具的制造方法，該方法包含下列步驟(1)混合一或更多類型的多元醇組成的步驟，該多元醇系選自于由含有無機研磨顆粒的聚醚多元醇及聚酯多元醇所構成的族群；(2)利用旋轉－靜止式混合器，以均勻混合與無機研磨顆粒相混合的多元醇和與無機研磨顆粒相混合的有機聚異氰酸酯；(3)藉由在鑄模中使如此所得的該混合物反應以形成該混合物。
文檔編號B29C67/24GK1621202SQ20041009468
公開日2005年6月1日 申請日期2004年11月12日 優(yōu)先權日2003年11月27日
發(fā)明者安岡快, 黑崎等, 風間賢一 申請人:信濃電氣制煉株式會社