一种弹性固结磨料及其制备方法和应用

摘要

本发明属于抛光材料技术领域，提供了一种弹性固结磨料及其制备方法和应用。本发明提供的弹性固结磨料包括以下重量份的组分：金刚石8～10份，热塑性聚氨酯橡胶5～50份，滑石粉20～25份，云母粉15～20份，硬脂酸5～10份；本发明提供的弹性固结磨料的硬度为35～45HD，以热塑性聚氨酯橡胶为主体材料的弹性固结磨料可以与硬脆材料的弧面全接触，使受力面压力稳定均匀，相较游离式弧面抛光的抛光效果更均匀；而且金刚石磨料均匀地分散在热塑性聚氨酯橡胶主体内，使得弹性体表面露出许多均匀分布的金刚石凸起，磨抛时的抛光效果以及抛光效率都得到显著提高。

权利要求

1.一种弹性固结磨料，包括以下重量份的组分：所述金刚石的粒径为0.5～50μm；

所述滑石粉的粒径为1～30μm；

所述云母粉的粒径为30～50μm。

2.根据权利要求1所述的弹性固结磨料，其特征在于，包括以下重量份的组分：

3.权利要求1～2任意一项所述弹性固结磨料的制备方法，包括如下步骤：先将金刚石、滑石粉、云母粉和硬脂酸混合得到混合粉体，然后再将混合粉体与热塑性聚氨酯橡胶进行混炼。

4.根据权利要求3所述的弹性固结磨料的制备方法，其特征在于，所述混炼的温度为70～230℃。

5.根据权利要求3所述的弹性固结磨料的制备方法，其特征在于，所述混炼的时间为1～2h。

6.根据权利要求3、4或5所述的弹性固结磨料的制备方法，其特征在于，所述混炼的速率为30～120r/min。

7.权利要求1～2任意一项所述弹性固结磨料或权利要求3～6中任意一项所述制备方法得到的弹性固结磨料在弧面抛光中的应用，包括：用所述弹性固结磨料对硬脆材料弧面进行磨抛。

说明书

一种弹性固结磨料及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及抛光材料技术领域，尤其涉及一种弹性固结磨料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 目前，手机用硬脆材料，如蓝宝石、氧化锆陶瓷和玻璃的平面抛光技术已经比较成熟，但弧面抛光技术仍处于技术瓶颈期。现有技术中，弧面部件加工主要通过CNC或热弯技术对工件的边缘加工出弧形曲面。然而，上述方法加工出来的弧形曲面表面粗糙，呈哑光状态，需要进一步地对弧面进行抛光处理，将弧面表面的粗糙条纹和起伏去除，使弧面具有一定的亮度和光洁度。

[0003] 现有的弧面抛光方法主要为游离式化学机械抛光，该方法主要使用柔性磨皮或毛刷作为磨料承载材料，配合含有抛光颗粒磨料的抛光液，对弧面工件进行抛光。由于承载材料具有弹性和柔性，可以较好地包覆弧面，使弧面可与抛光颗粒磨料充分作用，最终达到边缘光亮。

[0004] 例如，专利201320885994.0提供一种弧面玻璃抛光装置，将毛毡布和海绵贴附在抛光机上盘表面，配合抛光粉配置的抛光液，利用上盘压力和海绵的弹性伸缩特性，使抛光粉作用到工件的弧面上，将平面和弧面边缘扫亮；专利201120347925.5提供一种单晶硅棒弧面抛光轮，利用毛刷和抛光液对弧面进行扫刷使弧面最终达到光亮；专利201510138283.0公开了一种抛光用磨皮及采用此磨皮的微小陶瓷产品弧面抛光方法，其中抛光用磨皮自下而上由海绵、胶黏剂和树脂组成，利用此磨皮配合二氧化硅微粒抛光液，对具有弧面的微小陶瓷产品进行抛光。

[0005] 以上抛光均采用游离式化学机械抛光法对弧面进行加工，由于磨料载体和抛光液是分离的，进行抛光时需配合使用，导致磨料在抛光过程中分布不均匀，弧面受力较小，抛光效果和效率都较低，尤其对于硬度较大的蓝宝石或氧化锆陶瓷等硬脆材料的弧面抛光，抛光效果极差，无法满足其需求。

发明内容

[0006] 针对现有游离式化学机械抛光工艺中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种硬度较高的一体式弹性固结磨料，能够显著提高硬脆材料弧面抛光的均匀性和抛光效率。

[0007] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种弹性固结磨料，包括以下重量份的组分：

[0008]

[0009] 优选的，所述的弹性固结磨料，包括以下重量份的组分：

[0010]

[0011] 优选的，所述金刚石的粒径为0.5～50μm。

[0012] 优选的，所述滑石粉的粒径为1～30μm。

[0013] 优选的，所述云母粉的粒径为30～50μm。

[0014] 本发明还提供了上述弹性固结磨料的制备方法，包括如下步骤：

[0015] 将金刚石、滑石粉、云母粉、硬脂酸和热塑性聚氨酯橡胶进行混炼得到弹性固结磨料。

[0016] 优选的，所述混炼的温度为70～230℃。

[0017] 优选的，所述混炼的时间为1～2h。

[0018] 优选的，所述混炼的速率为30～120r/min。

[0019] 本发明还提供了一种上述弹性磨料以及上述制备方法得到的弹性固结磨料在弧面抛光中的应用，包括：用所述弹性固结磨料对硬脆材料弧面进行磨抛。

[0020] 本发明提供了一种弹性固结磨料，包括以下重量份的组分：金刚石8～10份，热塑性聚氨酯橡胶5～50份，滑石粉20～25份，云母粉15～20份，硬脂酸5～10份。本发明提供的弹性固结磨料中，热塑性聚氨酯橡胶作为弹性固结磨料的主体材料能够使固结磨料具备优异的弹性，将精细的金刚石用热塑性聚氨酯橡胶固结起来，形成含有均匀分布磨料的弹性体，表面微凸起的金刚石可以对材料起到刨刻作用；滑石粉和云母粉是一种填料，能够有效调整弹性固结磨料的硬度及改善金刚石的分布均匀性；硬脂酸作为一种润滑剂及软化增塑材料可以有效控制弹性固结磨料的塑性。实验结果表明，本发明提供的弹性固结磨料的硬度为35～45HD，能够满足对硬度较大的蓝宝石或氧化锆陶瓷材料的弧面抛光。

[0021] 本发明提供的弹性固结磨料，依靠表面的金刚石微凸起颗粒对硬脆材料表面做研磨抛光，弹性磨料可以与硬脆材料的弧面全接触，使受力面压力稳定均匀，与分离式的抛光液相比抛光效果更优异。另外，由于金刚石磨料均匀地分散在热塑性聚氨酯橡胶主体内，使得弹性体表面露出许多均匀分布的金刚石凸起，在对硬脆材料进行磨抛时，其抛光效果以及抛光效率都得到显著提高。

附图说明

[0022] 图1实施例1弹性固结磨料以平面对硬脆材料弧面磨抛的示意图，其中11为陶瓷片样品，12为黏贴有平片弹性固结磨料的铝合金圆盘磨具；

[0023] 图2实施例8弹性固结磨料以端面对硬脆材料弧面磨抛的示意图，其中21为陶瓷片样品，22为圆柱体弹性固结磨料。

具体实施方式

[0024] 本发明提供了一种弹性固结磨料，包括以下重量份的组分：金刚石8～10份，热塑性聚氨酯橡胶5～50份，滑石粉20～25份，云母粉15～20份，硬脂酸5～10份。

[0025] 本发明提供的弹性固结磨料中包括金刚石8～10重量份，优选为9重量份；在本发明中，所述金刚石的粒径优选为0.5～50μm，更优选为1～30μm，最优选为2～10μm；在本发明中，金刚石作为弹性固结磨料的主要组分，硬度极高，能够起到刨刻作用，提高抛光效果；在本发明实施例中，金刚石优选为多晶金刚石。

[0026] 在本发明中，金刚石粒径决定最终加工所得材料的表面粗糙度，粒径越小，所获粗糙度越低，因此，本发明中的金刚石粒径优选为2～4μm，加工所得材料的表面粗糙度能够降至最低。

[0027] 以金刚石的质量为基准，本发明提供的弹性固结磨料中包括热塑性聚氨酯橡胶5～50重量份，优选为10～45重量份，更优选为20～40重量份；在本发明中，由于热塑性聚氨酯橡胶具有弹性形变的特性，在抛光时能够与材料的弧面全接触，增加材料的受力面积，使受力面的压力稳定均匀。

[0028] 本发明将粒径均匀的金刚石用热塑性聚氨酯弹性橡胶固结起来，形成均匀镶嵌金刚石磨料的弹性体，研磨抛光时对弧面施压，使弹性固结磨料与弧面进行全接触，靠弹性体表面凸起的金刚石磨料对弧面进行磨抛，不仅提高了弧面的抛光效果，而且降低了抛光所需时间，抛光效率也有所提升。

[0029] 以金刚石的质量为基准，本发明提供的弹性固结磨料中包括滑石粉20～25重量份，优选为22～24重量份；在本发明中，所述滑石粉的粒径优选为1～30μm，更优选为3～20μm，最优选为5～10μm。本发明对于滑石粉的来源没有特殊要求，采用市售产品即可。

[0030] 以金刚石的质量为基准，本发明提供的弹性固结磨料中包括云母粉15～20重量份，优选为16～18重量份；在本发明中，所述云母粉的粒径优选为30～50μm，更优选为35～45μm，最优选为40μm。本发明对于云母粉的来源没有特殊要求，采用市售产品即可。在本发明中，滑石粉和云母粉是一种填料，主要用于调整弹性固结磨料的硬度和金刚石磨料的分布均匀性，利用滑石粉和云母粉的协同作用能够调节和稳定弹性固结磨料的硬度。

[0031] 以金刚石的质量为基准，本发明提供的弹性固结磨料中包括硬脂酸5～10重量份，优选为6～8重量份；本发明对于硬脂酸的粒径没有特殊要求，在混炼过程可均匀融入弹性体中即可；在本发明中，硬脂酸具有润滑和软化增塑的作用，能够控制混炼过程中材料的塑性，使得各组分混合均匀，提高磨料硬度的同时，塑性性能也得到保证。

[0032] 本发明还提供了一种弹性固结磨料的制备方法，包括：

[0033] 将金刚石、滑石粉、云母粉、硬脂酸和热塑性聚氨酯橡胶进行混炼得到弹性固结磨料。

[0034] 本发明优选先将金刚石、滑石粉、云母粉和硬脂酸混合得到混合粉体，然后再将混合粉体与热塑性聚氨酯橡胶进行混炼。在本发明中，上述混料次序能够使得金刚石、滑石粉、云母粉和硬脂酸均匀分散在弹性体热塑性聚氨酯橡胶中，提高弹性固结磨料性能的均匀性，防止产品局部性能偏差较大，降低产品质量和成品率的发生。

[0035] 本发明在将金刚石、滑石粉、云母粉和硬脂酸进行混合时，对所述金刚石、滑石粉、云母粉和硬脂酸的混合操作顺序没有特殊的要求，采用本领域技术人员熟知的制备混合粉体的技术方案即可。

[0036] 本发明在得到混合粉体后，优选对得到的混合粉体进行干燥处理；所述干燥的温度优选为80～120℃，更优选为90～110℃，最优选为100℃；所述干燥的时间优选为4～6h，更优选为5h。在本发明中，所述干燥处理过程能充分排出粉体中的水分，保障材料具有稳定的制备重复性。

[0037] 干燥处理后，本发明优选将得到的混合粉体和热塑性聚氨酯橡胶进行混炼得到弹性固结磨料；在本发明中，所述混炼的温度优选为70～230℃，更优选为100～220℃，最优选为150～200℃；所述混炼的时间优选为1～2h，更优选为1.5h；所述混炼的速率优选为30～120r/min，更优选为35～60r/min，最优选为45r/min。

[0038] 混炼结束后，本发明优选将混炼得到的弹性固结磨料挤出成片形或圆柱形，得到片状或圆柱状的弹性固结磨料。

[0039] 本发明还提供了一种所述弹性固结磨料在弧面抛光中的应用，包括：用所述弹性固结磨料对硬脆材料弧面进行磨抛；

[0040] 本发明优选将弹性固结磨料黏贴在圆盘夹具或圆棒夹具上对硬脆材料弧面进行磨抛；在本发明中，所述硬脆材料包括陶瓷片、蓝宝石和玻璃。

[0041] 在本发明中，所述磨抛的速率优选1000～12000rpm，更优选1000～3000rpm，最优选为2000rpm。

[0042] 下面结合实施例对本发明提供的弹性固结磨料及其制备方法与应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

[0043] 实施例1

[0044] 步骤一，以重量份计，称取金刚石10份、滑石粉24份、云母粉15份、硬脂酸5份进行混合得到混合粉体，将得到混合粉体在温度100℃的条件下烘干4h备用；

[0045] 其中，金刚石粒径为2～4μm，

[0046] 滑石粉粒径10～15μm，

[0047] 云母粉粒径30～35μm。

[0048] 步骤二，在温度为180℃、混炼速率为45r/min的条件下，称取热塑性聚氨酯弹性橡胶45份与步骤一中得到的混合粉体一起加入密炼机中混炼2h；

[0049] 步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出厚度为3mm，幅宽为150mm的平片弹性固结磨料，将挤出的平片裁剪为圆片，黏贴在圆盘夹具上，如附图1中12所示。

[0050] 实施例2

[0051] 步骤一，以重量份计，称取金刚石8份、滑石粉20份、云母粉17份、硬脂酸10份进行混合得到混合粉体，将得到混合粉体在温度100℃的条件下烘干6h备用；

[0052] 其中，金刚石粒径为0.5～50μm，

[0053] 滑石粉粒径10～20μm，

[0054] 云母粉粒径30～35μm。

[0055] 步骤二，在温度为190℃、混炼速率为45r/min的条件下，称取热塑性聚氨酯弹性橡胶50份与步骤一中得到的混合粉体一起加入密炼机中混炼1h；

[0056] 步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出厚度为3mm，幅宽为150mm的平片弹性固结磨料，将挤出的平片裁剪为圆片，黏贴在圆盘夹具上。

[0057] 实施例3

[0058] 步骤一，以重量份计，称取金刚石9份、滑石粉20份、云母粉15份、硬脂酸10份进行混合得到混合粉体，将得到混合粉体在温度100℃的条件下烘干4h备用；

[0059] 其中，金刚石粒径为5～10μm，

[0060] 滑石粉粒径10～15μm，

[0061] 云母粉粒径30～35μm。

[0062] 步骤二，在温度为200℃、混炼速率为45r/min的条件下，称取热塑性聚氨酯弹性橡胶45份与步骤一中得到的混合粉体一起加入密炼机中混炼2h；

[0063] 步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出厚度为3mm，幅宽为150mm的平片弹性固结磨料，将挤出的平片裁剪为圆片，黏贴在圆盘夹具上。

[0064] 实施例4

[0065] 步骤一，以重量份计，称取金刚石10份、滑石粉20份、云母粉20份、硬脂酸5份进行混合得到混合粉体，将得到混合粉体在温度100℃的条件下烘干4h备用；

[0066] 其中，金刚石粒径2～10μm，

[0067] 滑石粉粒径10～15μm，

[0068] 云母粉粒径30～35μm。

[0069] 步骤二，在温度为210℃、混炼速率为45r/min的条件下，称取热塑性聚氨酯弹性橡胶45份与步骤一中得到的混合粉体一起加入密炼机中混炼2h；

[0070] 步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出厚度为3mm，幅宽为150mm的平片弹性固结磨料，将挤出的平片裁剪为圆片，黏贴在圆盘夹具上。

[0071] 实施例5

[0072] 步骤一，以重量份计，称取金刚石8份、滑石粉20份、云母粉15份、硬脂酸10份进行混合得到混合粉体，将得到混合粉体在温度100℃的条件下烘干4h备用；

[0073] 其中，金刚石粒径为1～30μm，

[0074] 滑石粉粒径10～20μm，

[0075] 云母粉粒径30～35μm。

[0076] 步骤二，在温度为205℃、混炼速率为45r/min的条件下，称取热塑性聚氨酯弹性橡胶47份与步骤一中得到的混合粉体一起加入密炼机中混炼2h；

[0077] 步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出厚度为3mm，幅宽为150mm的平片弹性固结磨料，将挤出的平片裁剪为圆片，黏贴在圆盘夹具上。

[0078] 实施例6

[0079] 步骤一，以重量份计，称取金刚石10份、滑石粉20份、云母粉15份、硬脂酸5份进行混合得到混合粉体，将得到混合粉体在温度100℃的条件下烘干4h备用；

[0080] 其中，金刚石粒径为0.5～50μm，

[0081] 滑石粉粒径10～20μm，

[0082] 云母粉粒径30～35μm。

[0083] 步骤二，在温度为210℃、混炼速率为45r/min的条件下，称取热塑性聚氨酯弹性橡胶10份与步骤一中得到的混合粉体一起加入密炼机中混炼2h；

[0084] 步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出厚度为3mm，幅宽为150mm的平片弹性固结磨料，将挤出的平片裁剪为圆片，黏贴在圆盘夹具上。

[0085] 实施例7

[0086] 步骤一，以重量份计，称取金刚石9份、滑石粉21份、云母粉17份、硬脂酸5份进行混合得到混合粉体，将得到混合粉体在温度100℃的条件下烘干4h备用；

[0087] 其中，金刚石粒径为0.5～50μm，

[0088] 滑石粉粒径10～20μm，

[0089] 云母粉粒径30～35μm。

[0090] 步骤二，在温度为220℃、混炼速率为45r/min的条件下，称取热塑性聚氨酯弹性橡胶45份与步骤一中得到的混合粉体一起加入密炼机中混炼2h；

[0091] 步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出厚度为3mm，幅宽为150mm的平片弹性固结磨料，将挤出的平片裁剪为圆片，黏贴在圆盘夹具上。

[0092] 实施例8

[0093] 实施例8和实施例1的区别仅在于：步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出圆柱形直径为25mm的圆柱形圆棒；将圆柱形圆棒切割为高30mm，直径25mm的圆柱体弹性固结磨料，如附图2中22所示。

[0094] 实施例9

[0095] 实施例9和实施例2的区别仅在于：步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出圆柱形直径为25mm的圆柱形圆棒；将圆柱形圆棒切割为高30mm，直径25mm的圆柱体弹性固结磨料。

[0096] 实施例10

[0097] 实施例10和实施例3的区别仅在于：步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出圆柱形直径为25mm的圆柱形圆棒；将圆柱形圆棒切割为高30mm，直径25mm的圆柱体弹性固结磨料。

[0098] 实施例11

[0099] 实施例11和实施例4的区别仅在于：步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出圆柱形直径为25mm的圆柱形圆棒；将圆柱形圆棒切割为高30mm，直径25mm的圆柱体弹性固结磨料。

[0100] 实施例12

[0101] 实施例12和实施例5的区别仅在于：步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出圆柱形直径为25mm的圆柱形圆棒；将圆柱形圆棒切割为高30mm，直径25mm的圆柱体弹性固结磨料。

[0102] 实施例13

[0103] 实施例13和实施例6的区别仅在于：步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出圆柱形直径为25mm的圆柱形圆棒；将圆柱形圆棒切割为高30mm，直径25mm的圆柱体弹性固结磨料。

[0104] 实施例14

[0105] 实施例14和实施例7的区别仅在于：步骤三，将混炼得到弹性固结磨料迅速转移至挤出机，挤出圆柱形直径为25mm的圆柱形圆棒；将圆柱形圆棒切割为高30mm，直径25mm的圆柱体弹性固结磨料。

[0106] 测试实验1：

[0107] 测试方法包括以下步骤：

[0108] 第一步：将实施例1～7中黏贴有平片弹性固结磨料的铝合金圆盘磨具安装在一直流永磁电机上，电机额定功率为50W，额定转速3000rpm，将电机固定在一x、y、z三轴移动轴上；

[0109] 第二步：将被加工的陶瓷片样品竖直地固定在夹具上(如图1所示)，陶瓷片厚度5mm，长125mm，宽60mm；

[0110] 第三步：将电机沿x、y、z方向调整移动，使弹性固结磨料的外圆区域的盘面位于被加工的陶瓷片的侧边的正上方；

[0111] 第四步：启动直流永磁电机，将电机转速调整为100rpm，使电机在小于额定力矩的条件下运转，将电机竖直向下移动(图1中z方向)，使弹性固结磨料与陶瓷边接触并使摩擦力逐渐增加，直至电机停止运转，记录此时z方向的高度位置(Z0)，关闭电机电源；

[0112] 第五步：在Z0的高度位置上，先使弹性固结磨料沿着陶瓷片的侧边来回运动(y方向)，再启动电机，并使电机在额定转速(3000rpm)和额定功率(50w)下运行，运行过程中用循环水枪对准旋转的磨片边缘喷水，水流量为1L/min，研磨时间为15min；

[0113] 陶瓷表面粗糙度测试：BRUKER(Dektak XT)台阶仪

[0114] 陶瓷表面纹路深度测试：BRUKER(Dektak XT)台阶仪

[0115] 表1.实施例1～7弹性固结磨料及现有扫光毛刷工艺对陶瓷片表面快速研磨处理15min的结果对比：

[0116]

[0117] 从表1测试结果可知，用平片弹性固结磨料对陶瓷片表面做快速精细研磨处理，15min后陶瓷片的表面粗糙度和表面纹路深度显著降低，抛光效果得到显著提高，而用现有扫光毛刷盘工艺处理，陶瓷片表面变化不明显。

[0118] 测试实验2：

[0119] 测试实验2与测试实验1的区别仅在于第一步：将实施例8～14制备的圆柱体弹性固结磨料用环氧粘合剂与圆钢棒相连(如附图2所示)，制备成圆柱形磨头，再将圆棒安装在一直流永磁电机上，电机额定功率为50W，额定转速为3000rpm，再将电机固定在一x、y、z三轴移动轴上。

[0120] 表2.本发明实施例8～14圆柱体弹性固结磨料及现有扫光毛刷工艺对陶瓷片表面快速研磨处理15min的结果对比：

[0121]

[0122]

[0123] 从表2测试结果可知，用圆柱体弹性固结磨料对陶瓷片表面做快速精细研磨处理，15min后陶瓷片的表面粗糙度和表面纹路深度显著降低，抛光效果得到显著提高，而用现有扫光毛刷盘工艺处理，陶瓷片表面变化不明显。

[0124] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。