CN1139462C - 磨具和研磨玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是用来研磨或抛光玻璃工件表面的固定磨具。用来研磨玻璃的这种磨具上有含粘合剂、碱金属盐和金刚石磨粒的研磨复合体，该复合体整体地模塑到背衬上。用于研磨玻璃的这种磨具能够采用抛光时间为10-15秒、通常约12秒的RPP工序，磨掉约200-400微米的玻璃。本发明的磨粒可以是一个个的磨具颗粒或磨料团粒，或者两者的组合。用来抛光玻璃的磨具(10)包括含有纤维的背衬(14)、许多整体模塑在背衬上的包含有机树脂、氧化铈磨具颗粒和碱金属盐的研磨复合体(11)。用来抛光玻璃的磨具能提供研磨复合体损坏的最佳速率，其研磨复合体与背衬之间的粘合也有显著改进。

Description

磨具和研磨玻璃的方法
本发明涉及用来研磨和抛光玻璃的磨具及其使用方法。
玻璃物品以透镜、棱镜、反射镜、阴极射线管屏幕和其他物品的形式广泛地应用于家庭、办公室和工厂。这些光学器件上的许多玻璃表面使用时都要求是光学透明的，而且没有可见的缺陷和/或疵点。如果存在缺陷、疵点、甚至微小的划痕，都会影响玻璃物品的光学透明度。在有些情况下，这些缺陷、疵点和/或微小划痕会妨碍精确地透过玻璃观看。光学器件使用时，其玻璃表面必须基本上没有任何缺陷、疵点和/或划痕。
许多玻璃表面都是弯曲的，或具有与之相关的一定半径。这些半径和弯曲度通常形成于玻璃的成形工艺中。然而，由于玻璃成形过程的结果，一些缺陷例如模线、粗糙表面、细小斑点和其他细小的疵点，都会存在于玻璃的外表面上。这些缺陷和/或疵点，不管多么细，都会影响玻璃的光学透明度。研磨修饰加工广泛地用于去除这些疵点和/或缺陷。研磨修饰一般有三种主要工艺：研磨、精磨和抛光。
研磨步骤能使所要求的弯曲度或半径完善，并通过用磨具对玻璃表面进行粗磨来除去任何浇注缺陷。这种磨具一般含有超研磨颗粒例如金刚石、碳化钨或者立方氮化硼。然而，这种粗磨工艺中的磨具会使玻璃表面产生粗大的划痕，使所形成的玻璃表面既缺乏足够的精确度又缺乏足够的光滑度，以便能直接抛光成光学透明态。研磨工艺的目的是快速和相当精确地除去大量的玻璃，同时留下可接受的细的划痕。接着这些细的划痕一般由进一步的通常称为“精磨”和“抛光”的步骤来去除。
玻璃研磨一般用松散的磨粒浆料来完成。该松散的磨粒浆料是许多磨料颗粒分散于液体介质例如水中。用于松散浆料的最常见的磨具颗粒是浮石、碳化硅、氧化铝等。松散的磨粒浆料还可以含有其他添加剂例如分散剂、润滑剂、消泡剂等。在多数情形下，松散的磨粒浆料泵送到被研磨的玻璃表面与研磨垫之间。研磨垫可以由任何材料例如橡胶、泡沫材料、聚合物材料、金属、钢等制成。一般地，玻璃工件和研磨垫两者彼此相对旋转。该研磨工艺一般包括一个或多个步骤，每一步都在玻璃上产生渐次更精细的表面光洁度。
表面的粗糙度一般是由于肉眼可见或不可见的划痕或划痕图案。划痕图案可以定义为表面上面的一系列峰和谷。Rtm和Ra是磨具业内常用的粗糙度的衡量，然而，具体的测量程序可以随测量表面粗糙度所采用的仪器类型而变。
Ra定义为表面粗糙型面偏离于表面上一条中线的算术平均偏差的平均粗糙度高度值。在由Rank Taylor Hobson仪器所规定的测试长度内，在高于和低于表面上中线的一些点进行测量。Rtm和Ra(定义如下)用表面光洁度仪探测计测量，该探测计是一个半径为5微米的镶金刚石触针，测量结果记录为微米(μm)。将这些偏差长度的测量值加起来，除以测量次数，得到一个平均值。通常，Ra值越低，光洁度越高。
Rt定义为峰至谷的最大高度，Rtm是对五个连续测试长度上测得的每个测试长度上的峰至谷最大高度的平均值。总的来说，Rtm值越低，光洁度越高。使用购买到的不同牌号的表面光洁度仪，测量同一个研磨过的玻璃表面，Rtm和Ra值可能会有略微的差异，但不一定有差异。
整个研磨工艺的最后步骤是抛光步骤，它会在玻璃制品上形成较为光滑的光学透明表面。在多数情形下，该抛光步骤采用松散的磨粒浆料来完成，因为松散浆料一般形成基本上没有任何缺陷、疵点和/或微细划痕的光学透明表面。一般地，松散磨粒浆料是分散于水中的氧化铈磨具颗粒。
虽然松散磨粒浆料广泛地应用于在玻璃制品上提供光学透明表面的精磨和抛光步骤，但松散磨粒浆料也具有一些缺点。这些缺点包括不便于使用所要求的大量浆料、为防止磨具颗粒沉积并保证抛光界面上磨具颗粒浓度均匀而需要搅拌、和需要一些设备来制备、输送、弃置或回收松散磨粒浆料和用于再循环。另外，也必须对浆料本身进行周期性分析，保证其质量和分散稳定性，这是另外需要昂贵工时的。此外，与松散磨粒浆料接触的泵、阀门、供料管线、研磨盘和浆料供应设备的其他零件最终会出现不希望的磨损。另外，使用浆料的步骤通常很不清洁，因为松散磨粒浆料为粘滞液体，容易散溅，而且难于盛装。
可以理解，已经作出了努力采用研磨用的涂覆的或固定的磨具来代替松散研磨浆料进行研磨。总的来说，磨具包括一个具有磨料涂层的背衬，该涂层含有许多分散于粘合剂内的磨粒。例如美国专利N0.4,255,164、4,576,612、4,733,502和欧洲专利申请No.650,803揭示了各种固定的磨具和抛光工艺。其他的揭示固定磨具的参考文献包括美国专利No.4,644,703、4,773,920和5,014,468。
然而，固定磨具尚没有完全代替松散磨粒浆料。在一些情形下，固定磨具不会提供一个光学透明的而且基本上没有缺陷、疵点和/或微小划痕的表面。在其他情形下，固定磨具抛光玻璃制品需要较长的时间，因此它的费用比使用松散磨粒浆料高。相似地，在一些情形下，与松散磨粒浆料相比，固定磨具的成本合理的使用期限又不够长。因此，在一些情形下，固定磨具不如松散磨粒浆料经济。
玻璃工业所需要的是这种磨具，它没有松散磨粒浆料的缺点，而它能在短时间内快速去除材料，因而能在合理时间内有效并经济地研磨玻璃表面。
本发明的一个方面是研磨和抛光玻璃工件用的磨具。研磨玻璃的磨具包括背衬和至少一个三维的磨料涂层，该涂层含有分散于有机粘合剂内的金刚石颗粒和金属盐，该涂层整体结合到背衬上。
在另一方面，研磨玻璃的磨具包括一个背衬和至少一个三维的磨料涂层，该涂层包含许多磨料团粒分散在有机粘合剂内，整体结合到背衬上，而团粒是许多金刚石颗粒，分散于永久粘合剂、优选玻璃粘合剂内构成的。
在另一方面，本发明提供抛光玻璃工件用的磨具，该磨具包括含有纤维的背衬和至少一个三维的磨料涂层，整体结合到背衬上，涂层含有氧化铈颗粒、有机粘合剂和金属盐。本发明用于抛光的磨具提供研磨复合体损坏的最佳速率，其研磨复合体与背衬之间的粘合有所改进。用来抛光玻璃的磨具优选还含有提高抛光速率的添加剂。优选的添加剂包括石墨和二硫化钼。
优选的是，至少一个三维的磨料涂层是许多研磨复合体，这许多研磨复合体可以是具有精确形状的复合体、不规则形状的复合体或精确形状复合体，包括圆柱或任何其他具有平面顶端的柱体。
在一个优选的磨具中，研磨复合体含有环氧粘合剂和整体模制成的聚氨酯背衬。也可以将丙烯酸酯和氨基甲酸乙酯丙烯酸酯用作优选材料。
对于研磨玻璃，磨粒优选金刚石磨粒或金刚石团粒。金刚石颗粒还可以与其他非金刚石硬磨粒、软的无机磨粒及其混合物混合使用。对于抛光玻璃，磨粒优选氧化铈颗粒。
金刚石磨粒在研磨复合体中的优选含量约为0.1％-10％(重量)，更优选约为2-4％。氧化铈磨粒的优选含量可高达85％(重量)。
在本发明的一个实施方式中，用来研磨玻璃的磨具采用研磨时间为10-15秒、通常约为12秒的RPP工序，能够除去玻璃试片上200-400微米的材料，达到最终约1.1微米或较小的Ra值。
在本发明的另一个实施方式中，用来研磨玻璃的磨具采用研磨时间为10-15秒、通常约为12秒的RPP工序，能够除去玻璃试片上200微米的材料，达到最终约0.80微米或较小的Ra值。
在本发明的又一个研磨玻璃的实施方式中，含有团粒的磨具采用研磨时隔为10-15秒、通常约为12秒的RPP工序，能够除去玻璃试片上100微米的材料，达到最终约0.70微米的Ra值。所述团粒含有金刚石颗粒。
在本发明的再一个抛光玻璃的实施方式中，含有氧化铈的磨具采用约45秒或较短、优选约30秒内或较短、更优选约20秒或较短、甚至再优选约15秒的抛光时间，能够将Ra为0.07微米的表面粗糙度降低至约为0.009微米的表面粗糙度。
“RPP”工序采用装有“Buehler Ecomet 2”动力头的“Buehler Ecomet 4”变速研磨一抛光机(两者都购自伊利诺斯州Lake Bluff的Buehler IndustriesLtd.)。测试一般在下列条件下进行：马达速度设置为500转/分钟，具有60磅(267牛顿)的力，在玻璃试片表面上提供约25.5磅/吋2(约180千帕)的界面压力。对于不同条件的测试，界面压力可以增大或减小。
提供三个直径为2.54厘米(1英寸)和厚度约为1.0厘米的平坦的圆形玻璃试片，可以以“CORNING#9061”的商品号购自新泽西州Corning的CorningIncorporated。玻璃试片放置于研磨-抛光机的动力头内。研磨-抛光机的12英寸(30.5厘米)铝平台逆时针旋转，同时内部固定有玻璃试片的动力头以35转/分钟顺时针旋转。
要测试的磨具冲切成直径为20.3厘米(8英寸)的圆形，用压敏粘合剂直接粘合到Shore A硬度约为65的挤出的厚板式聚氨酯泡沫衬垫上。聚氨酯衬垫附着于挤出的厚板式柔软的孔隙敞开的泡沫垫(厚度约为30毫米)上。将所得的组合体放置于研磨/抛光机的铝平台上。自来水以约3升/分钟的流量喷射到磨具上，在磨具与玻璃试片的表面之间提供润滑。
用以“SURTRONIC 3”商品号购自英国Leicester的Taylor Hobson公司的具有金刚石触针的表面光洁度仪测试玻璃试片上的最初表面光洁度。也记录了玻璃试片的最初厚度和重量。
采用上述研磨机来研磨玻璃试片。研磨机的研磨时间设定为10秒。然而，磨具与玻璃试片表面之间实际的接触时间可以比所设定的时间长，因为磨具在玻璃试片表面上稳定之后，研磨机才开始计时。即是磨具在玻璃表面上会产生一些反弹和跳动。而且当磨具与玻璃表面之间的接触基本稳定后，研磨机才开始研磨。因此，实际的研磨时间，即磨具与玻璃表面之间的接触时间约为12秒。研磨之后，记录每个试片最终的表面光洁度和最终重量或厚度。
不难明白，将一个实际的玻璃工件研磨至要求的规格所需要的实际时间(速率)随许多因素而变，例如所用的抛光设备、在磨具下面的衬垫、磨具旋转的速度、要研磨的表面尺寸、接触压力、磨粒粒度、要除去的玻璃量、要研磨的表面的最初情况等。上述的RPP工序只提供了可用来比较本发明制品和方法与常规玻璃研磨技术的基本操作特性。
图1是本发明磨具的一个实施方式的透视图。
图2是图1磨具的俯视图。
图3是本发明磨具的另一个实施方式的俯视图。
图4是本发明磨具的第三个实施方式的俯视图。
图5是本发明磨具的第四个实施方式的俯视图。
图6A是本发明研磨复合体的侧视图；图6B是图6A的研磨复合体的俯视图。
图7显示了本发明团粒的截面。
本发明涉及用磨具修饰即研磨和抛光玻璃表面的磨具和方法，该磨具包括背衬和至少一个三维磨料涂层，该涂层优选包含分散于粘合剂内的金刚石、含金刚石颗粒的团粒、或者氧化铈颗粒，它粘合到背衬表面上。磨料涂层含有由粘合剂前体形成的粘合剂和许多磨粒或磨料团粒，优选用金刚石或氧化铈磨粒或含有金刚石颗粒的团粒。
玻璃的最终用途可以在家居或商用环境内。玻璃可以用于装饰或结构上的目的。这种玻璃应具有至少一个经研磨的表面。玻璃可以是比较平坦的，或者它可以具有一定轮廓。这些轮廓可以是曲线形状或有角的形状。玻璃表面或工件的例子包括光学器件的零件例如透镜、棱镜、反射镜、CRT(阴极射线管)屏幕等。CRT屏幕被发现广泛地用于设备例如电视机、计算机监控器等的显示面。CRT屏幕尺寸(沿对角线测量)约为10厘米(4英寸)一100厘米(40英寸)或更大。CRT屏幕具有凸起的外表面，它有一个曲率半径。
现在试看附图。图1和2中显示了本发明磨具10的一个实施方式。图1是磨具10的透视图，它包括在其一个主表面上具有许多研磨复合体11的整体模塑的背衬14。复合体11呈菱形，具有一个末端或顶表面12和一个基面13。研磨复合体11中包含许多分散于有机粘合剂内的磨粒。磨粒可以是不同磨料的混合物。复合体11是沿着基面13与背衬14整体模塑出来的。在几乎所有的情形中，在复合体11之间可以看见如同界区的背衬14。复合体11含有有机树脂和粘合剂颗粒和任何可能附加的添加剂，例如填料、颜料、偶联剂等。
图2是磨具10的俯视图，再次显示了背衬14上的具有顶表面12的复合体11。复合体11可以位于背衬14的整个表面上，或者背衬14的一部分可以不被复合体覆盖，如图2所示。复合体11是对称并有序地位于背衬14上。
优选的是，相邻研磨复合体的基面13被背衬即界区14彼此隔离，使得液体介质在研磨复合体之间能部分地自由流动。在研磨玻璃期间，流体介质的自由流动有助于形成更好的磨削速率、表面光洁度或更好的平坦度。研磨复合体之间的间隔可以从约0.3个研磨复合体/线性厘米变化至约100个研磨复合体/线性厘米，优选约0.4-20个研磨复合体/线性厘米，更优选约0.5-10个研磨复合体/线性厘米，甚至再优选约0.6-3.0个研磨复合体/线性厘米。在磨具的表面上，至少约有5个复合体/厘米2，优选至少100个复合体/厘米2。在本发明的又一个实施方式中，复合体的面积间隔相当于大约为1-12000个复合体/厘米2。
研磨复合体的一个优选形状通常是一个圆柱，如图3所示。图3是包含圆柱形研磨复合体31的磨具30的俯视图。在复合体31之间可看到背衬34。在图3中，背衬34的整个表面(不包括复合体之间的界区)被复合体31覆盖。优选的是研磨复合体31的高度在整个磨具30上是恒定的，但也有可能研磨复合体的高度不同。复合体的高度可以约为10-25000微米(2.5厘米)，优选约为25-15000微米，更优选约为100-10000微米，甚至再优选约为1000-8000微米。复合体的直径，至少对圆柱形复合体来说，可以约为1000微米(1.0毫米)-25000微米(2.5厘米)，优选为5000-20000微米。尤其优选的形状是高度约为9500微米(0.95厘米)、基面直径约为15900微米(1.59厘米)的圆柱。相邻圆柱基面之间约有3200微米的距离。另一个优选的形状是高度约为6300微米(0.63厘米)、基面直径约为7900微米(0.79厘米)的圆柱。相邻圆柱基面之间约有2400微米的距离。
图4是楔子或馅饼形状的磨具40的俯视图。复合体41以弓形片段排列，界区44位于复合体之间。复合体41的形状或尺寸不相同。
在一些用途中，可能需要包括有一个金属粘合的研磨区段位于研磨复合体内。这种金属粘合的研磨区段通常会提高所形成磨具的研磨能力。所述区段可以是例如电镀、热压、烧结的或任何其他已知的区段。磨粒例如金刚石颗粒可以无规地分散在这整个区段内或可以互相之有精确的间距。磨粒可以成层地或均匀地分布于这整个区段内。尤其有用的金属粘合的研磨区段可以根据1997年12月4日申请的美国专利申请No.08/984,899制成。这些区段的截面优选为矩形或圆形，但任何形状都是可以的。最好是这个区段完全位于研磨复合体的边缘之内，即它不延伸到复合体的顶表面上或超出复合体的侧壁。另外，在不是金属粘合的但含有玻璃或玻璃化粘合剂、或者含有陶瓷、或玻璃-陶瓷粘合剂的研磨复合体内也可以有这种区段。
图5是在背衬54上包含研磨复合体51的磨粒50的俯视图。研磨复合体51的一区段是有嵌入其内的金属粘合的研磨区段55。
图6A和6B分别显示了复合体61的侧视图和俯视图。图6A显示了具有与基面63和顶表面62的复合体61，基面与背衬(未示出)相邻。复合体61的高度为H。通常，复合体的高度约为10-30000微米(2.5厘米)，优选约为25-15000微米，更优选约为100-10000微米。在一些实施方式中，可能需要复合体61呈稍微锥形，例如金字塔形或圆锥形。图6A显示了基面63与侧壁66之间具有内角α的复合体61，该角度规定了复合体61的锥度。角α可以在90°(即复合体没有锥度)与约45°之间，优选为75°-89.9°，更优选为80°-89.7°，甚至再优选为为80°-87°。理论上，锥形复合体在使用期间有助于复合体的受控损坏，也有助于使复合体从用来模塑复合体的模具中脱离。在图6A中还显示了半径r，它是侧壁66与顶表面62接合部位圆度的内径。通常优选的是它具有一个稍微圆角，因为，据信圆角容易使材料(即树脂和磨粒)完全填满复合体，而且容易将复合体从模具中脱离。
图6B是复合体61的俯视图。基面63的直径D0比顶表面62的直径DT大。对于圆形复合体例如61，D0可以约为1000微米-50000微米(2.5厘米)。同样，DT可以约为500微米-50000微米(2.5厘米)。对于任何其他截面的形状，例如正方形、矩形、三角形、星形等，复合体的直径是D0与DT的差值，DT由复合体61的锥度(直接与α角有关)和高度H决定。
研磨复合体优选具有可以辨别的形状。最初，磨粒是好不突出于粘合剂表面以外。因为磨具是用来研磨表面的，复合体会损坏露出尚未使用的磨粒。
研磨复合体的形状可以是任意形状，可以选自多种几何形状，例如立方体、块状、圆柱、棱柱、矩形、金字塔、截去顶端的金字塔、圆锥、截去顶端的圆锥、十字形或具有平坦顶面的柱状体。另一种形状是半球形，美国专利No.5,681,217中有进一步的说明。所形成的磨具可以含有形状不同的研磨复合体的混合物。可以预见的是，基面的形状可以与顶面不同。例如研磨复合体的基面可以为正方形，顶面为圆形。
研磨复合体的基面可以彼此邻接，或者相邻研磨复合体的基面可以以一定的距离彼此隔开，即以一定界区隔开。要明白该“相邻”定义也包括这样一种排列，相邻复合体具有一个共有的研磨平面材料或桥状结构，后者接触相邻，复合体的对面侧壁并在其间延伸。研磨界区材料通常由与用来形成研磨复合体的磨粒浆料相同的浆料形成，或者由用来形成背衬的浆料形成。
图1、2和4所示的磨具都被设计成以许多这种磨具一起使用。这些馅饼形或楔形的磨具通常排列在一个支撑垫上，组成一个360°的圆圈。接着，该磨具圆圈用来研磨玻璃工件例如TV和CRT屏幕。另外，只需一个例如图3和5所示的磨具排列在支撑垫上，覆盖整个支撑垫。
不管单个研磨复合体的形状或尺寸如何，优选约20％-90％、更优选约30％-70％、甚至再优选约40％-60％的背衬表面积将被研磨复合体覆盖。根据具体的研磨工艺，研磨可以发生在整个磨具上，或可以相对于另一个区域，较集中于某一个区域。
A粘合剂
粘合剂优选由粘合剂前体形成。粘合剂前体包含处于未固化状态或未聚合状态的树脂。在磨具的制造过程种，粘合剂前体中的树脂发生聚合或固化，从而形成粘合剂。粘合剂前体可以含有可缩合固化的树脂、可加成聚合的树脂、可自由基固化的树脂和/或这些树脂的组合物和混合物。
一种优选的粘合剂前体是通过自由基反应机理聚合的一种树脂或树脂混合物。使粘合剂前体连同合适的催化剂暴露于能源例如热能或辐射能，来引发聚合过程。辐射能的例子包括电子束、紫外光或可见光。
可自由基固化的树脂的例子，包括丙烯酸化的氨基甲酸乙酯、丙烯酸化的环氧化物、丙烯酸化的聚酯、不饱和烯键单体、具有不饱和羰基侧基的氨基塑料单体、具有至少一个丙烯酸酯基侧基的异氰脲酸酯单体、具有至少一个丙烯酸酯基侧基的异氰酸酯单体、及其组合物和混合物。丙烯酸酯一词包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
一种优选的粘合剂前体包括氨基甲酸乙酯丙烯酸酯低聚物，或氨基甲酸乙酯丙烯酸酯低聚物与不饱和烯键单体的混合物。优选的不饱和烯键单体是单官能的丙烯酸酯单体、双官能的丙烯酸酯单体、三官能的丙烯酸酯单体及其组合物。由这些粘合剂前体形成的粘合剂能提供具有要求性能的磨具。这些粘合剂尤其可提供强韧耐久的和在整个磨具使用期限内可牢固固定磨粒的经久介质。该种粘合剂化学物与金刚石磨粒一同使用时尤其有用，因为金刚石磨粒基本上比大多数常规磨粒耐用得多。为了充分利用金刚石磨粒所具有的长寿命，就要求强韧耐久的粘合剂。因此，氨基甲酸乙酯丙烯酸酯低聚物或者其与丙烯酸酯单体的组合物或混合物就和金刚石磨粒可提供持久耐用的磨料涂层。
可购买的丙烯酸化氨基甲酸乙酯的例子包括已知商品名为“PHOTOMER”(例如“PHOTOMER 6010”)的购自新泽西州Hoboken的Henkel Corp.的该种酯、“EBECRYL 220”(六官能的芳族氨基甲酸乙酯丙烯酸酯，分子量为1000)、“EBECRYL 284”(脂族氨基甲酸乙酯丙烯酸酯，分子量为1200，用二丙烯酸1，6-己二醇酯稀释)、“EBECRYL 4827”(芳族氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯，分子量为1600)、“EBECRYL 4830”(脂族氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯，分子量为1200，用二丙烯酸四甘醇酯稀释)、“EBECRYL 6602”(三官能芳族氨基甲酸乙酯丙烯酸酯，分子量为1300，用三羟甲基丙烷环氧三丙烯酸酯稀释)、和购自佐治亚州Smyrna的UCB Radcure Inc.的“EBECRYL 840”(脂族氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯，分子量为1000)、购自宾夕法尼亚州West Chester的SartomerCo.的“SARTOMER”(例如“SARTOMER 9635、9645、9655、963-B80、966-A80”等)、和购自伊利诺斯州Chicago的Morton International的“UVITHANE”(例如“UVITHANE 782”)。
不饱和烯键单体或低聚物或者丙烯酸酯单体或低聚物，可以是单官能、双官能、三官能或四官能或甚至为更多官能的。丙烯酸酯一词包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯这两者。不饱和烯键粘合剂前体包括含有碳、氢和氧、还可能含有氮和卤素原子的单体化合物和聚合物这两者。不饱和烯键单体或低聚物的优选分子量低于约4000，而且优选是由多种化合物的反应制成的酯，所述化合物含有脂族单羟基或脂族多羟基和不饱和羧酸，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸、马来酸等。不饱和烯键单体的代表性例子包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、二乙烯基苯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟丁酯、乙烯基甲苯、二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸聚乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸三甘醇酯、三丙烯酸三羟甲基丙烷酯、三丙烯酸甘油酯、三丙烯酸季戊四醇酯、三甲基丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯和四甲基丙烯酸季戊四醇酯。其他的不饱和烯键单体或低聚物包括单烯丙基、多烯丙基和多甲代烯丙基的酯和羧酸的酰胺，例如邻苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯和N，N-二烯丙基己二酰二胺。还有其他的含氮化合物包括三(2-丙烯酰基-氧乙基)异氰脲酸酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰氧乙基)-s-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基-丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基-吡咯烷酮、N-乙烯基-哌啶酮、以及购自Radcure Specialties的“CMD 3700”。不饱和烯键稀释剂或单体的例子可以在美国专利No.5,236,472和5,580,647中找到。
总的来说，这些丙烯酸酯单体之间的比例取决于金刚石磨粒的重量百分率和最终磨具内所要求的可能采用的添加剂或填料的重量百分率。这些丙烯酸酯单体的一般范围为：约5-95份(重量)的氨基甲酸乙酯丙烯酸酯低聚物对约5-95份(重量)的不饱和烯键单体。另外的关于其他可能有用的粘合剂和粘合剂前体的信息可以在PCT WO97/11484和美国专利No.4,773,920中找到。
丙烯酸酯化的环氧物是环氧树脂的二丙烯酸酯，例如双酚A环氧树脂的二丙烯酸酯。可购买的丙烯酸化的环氧物例子包括购自Radcure Specialties的商品号为“CMD 3500”、“CMD 3600”和“CMD 3700”的环氧物、和购自SartomerCo.的“CN103”、“CNi04”、“CN111”、“CN112”和“CN114”的环氧物。
聚酯丙烯酸酯的例子包括购自Henkel Corporation的“PHOTOMER 5007”和“PHOTOMER 5018”。
氨基塑料单体具有至少一个α-侧基、β-不饱和羰基。这些不饱和羰基可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺类基团。这种材料的例子包括N-(羟甲基)-丙烯酰胺、N，N’-氧二亚甲基二丙烯酰胺、邻和对丙烯酰基氨基甲基化苯酚、丙烯酰基氨基甲基化苯酚酚醛树脂及其组合物。这些材料在美国专利No.4,903,440和5,236,472中有进一步的描述。
具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰脲酸酯和具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰酸酯衍生物在美国专利No.4,652,274中有进一步的描述。优选的异氰脲酸酯材料是三(羟乙基)异氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
依赖于可自由基固化的树脂是如何固化或聚合的情况，粘合剂前体还可以含有固化剂(也称为催化剂或引发剂)。当固化剂暴露于合适的能源时，它就会产生引发聚合反应的自由基源。
优选的粘合剂前体包括环氧树脂。环氧树脂具有环氧乙烷环，通过开环反应进行聚合。这种环氧化物树脂包括环氧树脂的单体和聚合的环氧树脂。一些优选的环氧树脂例子包括2，2-二-4-(2，3-环氧丙氧基)-苯基丙烷、双酚的二环氧甘油醚，以商品号购自得克萨斯州Houston的Shell Chemical Co.的，“EPON 828”、“EPON 1004”和“EPON 1001F”购自密执安州Midland的Dow Chemical Co.的“DER-331”、“DER-332”和“DER-334”。其他合适的环氧树脂包括购自Dow Chemical Co.的脂环烃环氧化物、苯酚甲醛酚醛树脂的缩水甘油醚(例如“DEN-431”和“DEN-428”)。可自由基固化的树脂与环氧树脂的混合物在美国专利No.4,751,138和5,256,170中有进一步的描述。
B背衬材料
背衬用来为粘合剂和磨粒粘合形成的研磨复合体提供载体。在本发明中有用的背衬必须能够在粘合剂前体暴露于固化条件之后，与粘合剂粘合，而且在所述暴露之后，最好仍是柔软的，使得用于本发明方法中的制品可以与玻璃的表面轮廓、半径和凸凹不平部位贴合。
在许多的玻璃的研磨用途中，背衬需要强固耐耐久，使所形成的磨具经久耐用。另外，在一些研磨用途中，背衬需要强固性而柔软，使磨具可以均匀地贴合于玻璃工件。当玻璃工件的表面具有一定形状或轮廓时，尤其是这样。背衬可以是聚合物膜、纸张、硬化纸板、模塑或浇注的弹性体、经处理的非织造背衬、或经处理的布背衬，以便提供这些强度和性能。聚合物膜的例子包括聚酯膜、共聚酯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜等。包括纸张的无织造物可以用热固性或热塑性材料浸透，来提供必需的性能。上述任何背衬材料都可以进一步含有一些添加剂，例如填料、纤维、染料、颜料、湿润剂、偶联剂、增塑剂等。用于本发明玻璃抛光的磨具的背衬优选含有一种或多种纤维，例如硅酸盐、金属、玻璃、碳、陶瓷、高模量有机的纤维及其任意的组合。本发明的背衬也可以含有增强的稀纱或布，例如NOMEXTM布，购自特拉华州Wilmington的Dupont Company。
在一些场合下，最好采用整体模塑的背衬，那是直接模塑成与复合体相连接的背衬，而不是地将复合体各自粘合到背衬例如织物上。背衬可以在模塑出复合体之后模塑或浇注到复合体的背面，或者与复合体同时进行模塑或浇注。背衬可以由热固化或辐射固化的热塑性或热固性树脂模塑而成。代表性的和优选的热固性树脂的例子包括酚醛树脂、氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、不饱和烯键树脂、丙烯酸化异氰脲酸酯树脂、脲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸化氨基甲酸乙酯树脂、丙烯酸化环氧树脂、双马来酰亚胺树脂及其混合物。优选的热塑性树脂的例子包括聚酰胺树脂(例如尼龙)、聚酯树脂和聚氨酯树脂(包括聚氨酯-尿素树脂)。一种优选的热塑性树脂是由聚酯多醇与异氰酸酯的反应产物所衍生的聚氨酯。
背衬的化学物与复合体的化学物相同或相似，都是在本发明的范围内。
C磨粒
本发明的磨具也包括许多磨粒或磨料团粒。图7显示了本发明的磨料团粒。磨料团粒70中含有分散于永久粘合剂72中的许多单个磨粒74。此永久粘合剂72可以是上述的玻璃、陶瓷、金属或有机粘合剂。单个的磨粒74优选是金刚石颗粒。用于团粒中的单个金刚石颗粒的粒度优选约为1-100微米。优选的永久粘合剂是“SP1086”玻璃粉末，购自弗罗里达州Oldsmar的SpecialtyGlass Inc.。
含有大于15微米的金刚石颗粒的团粒，其平均粒度通常约为100-1000微米，优选约为100-400微米，更优选约为225-350微米。然而，含有小于15微米的金刚石颗粒的团粒，其平均粒度约为20-450微米，优选约为40-400微米，更优选约为70-300微米。
磨料团粒在美国专利No.4,311,489、4,652,275和4,799,939中有进一步的描述。磨粒还可以含有表面处理剂或涂层，例如偶联剂或者金属或陶瓷的涂层。
用于本发明中的磨粒其平均粒度优选约为0.01微米(小颗粒)-500微米(大颗粒)，更优选约为3-500微米，甚至更优选约为5-400微米。有时磨粒粒度用“目”或“级”表示，两者都是表示磨粒粒度常用的方法。磨粒优选具有至少为8、更优选至少为9的Mobs硬度。这种磨粒的例子包括熔凝氧化铝、陶瓷氧化铝、热处理氧化铝、碳化硅、氧化铝氧化锆、氧化铁、金刚石(天然和合成的)、氧化铈、立方氮化硼、石榴石、及其组合。
对于玻璃抛光，磨粒优选采用含有金刚石磨料或含金刚石磨粒的团粒。这些金刚石磨粒可以是天然或合成方式制成的，可以有“树脂粘合金刚石”、“锯条级金刚石”，或“金属粘合金刚石”。单个金刚石颗粒可以是块状，也可以是针状。单个金刚石颗粒可以含有表面涂层例如金属涂层(如镍、铝、铜等)、无机物涂层(如氧化硅)或有机涂层。本发明的磨具可以含有金刚石磨粒与其他磨粒的混合物。对于玻璃抛光，磨具宜采用氧化铈磨粒。
三维磨料涂层(即研磨复合体)可以含有大约0.1-90份(重量)的磨粒或团粒并含有10-99.9份(重量)的粘合剂。这里“粘合剂”一词包括除磨粒之外的任何填料和/或其他添加剂。然而，由于金刚石磨粒较为昂贵，优选的是磨料涂层含有约0.1-50份(重量)的磨粒或团粒和约50-99.9份(重量)的粘合剂。更优选的是，磨料涂层含有约1-30份(重量)的磨粒或团粒和约70-99份(重量)的粘合剂，甚至再优选的是含有约1.5-10份(重量)的磨粒或团粒和约90-98.5份(重量)的粘合剂。尤其适用的研磨复合体中金刚石磨粒的含量范围为2-4％(重量)。如果本发明磨具含有氧化铈颗粒作为研磨复合体中的主要磨料，那么氧化铈颗粒的优选含量为1-95份(重量)，更优选为10-95份(重量)，余量为粘合剂。
D添加剂
本发明的磨料涂层和背衬还可以含有一些添加剂，例如磨粒表面改性添加剂、偶联剂、填料、膨胀剂、纤维、抗静电剂、固化剂、悬浮剂、感光剂、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、紫外光稳定剂和抗氧剂。可对这些材料进行选择，提供出所要求的性能。
偶联剂可以提供粘合剂与磨粒之间的桥接。另外，偶联剂也可以提供粘合剂与填料颗粒之间的桥接。偶联剂的例子包括硅烷、钛酸酯和锆铝酸酯。可以用不同的方式加入偶联剂。例如，偶联剂可以直接加入粘合剂前体中。磨料涂层可以含有大约0-30％、优选0.1-25％(重量)的偶联剂。另外，偶联剂也可以施加到填料颗粒或磨粒的表面。磨粒可以含有大约0-3％(重量)的偶联剂，以磨粒和偶联剂的总重为基准。可购买的偶联剂的颗粒包括购自康涅狄格州Danbury的0Si Specialties的“A174”和“A1230”。可购买到的偶联剂的另一个例子是购自新泽西州Bayonne的Kenrich Petrochemicals的商品号为“KR-TTS”的异丙基三异固醇钛(steroyl)酸酯。
磨料涂层还或可含有一种填料。填料是一种颗粒材料，其平均粒度通常为0.1-50微米，一般为1-30微米。对于本发明有用的填料例子包括：金属碳酸盐(例如碳酸钙-白尘粉、方解石、泥灰、钙华、大理石、碳酸钙、碳酸钙镁、碳酸钠和碳酸镁)、氧化硅(例如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(例如滑石粉、粘土-蒙脱土、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、硅酸钠、硅酸锂、含水和不含水的硅酸钾)、金属硫酸盐(例如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、生石膏、蛭石、木屑、铝的三水合物、碳黑、金属氧化物(例如氧化钙-石灰、氧化铝、氧化锡例如二氧化锡、二氧化钛)、金属亚硫酸盐(例如硫酸钙)、热塑性颗粒(聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、缩醛聚合物、聚氨酯、尼龙颗粒)、热固性颗粒(例如酚泡、酚珠、聚氨酯泡沫颗粒)等。填料也可以是盐例如卤化物盐。卤化物盐的例子包括卤化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾和氯化镁。金属填料的例子包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁钛。其他的各种填料包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物。
悬浮剂的例子是表面积小于150米2/克的无定形氧化硅颗粒，购自新泽西州Ridgefield Park的DeGussa Corp.，商品号为“OX-50”。悬浮剂的加入可以降低磨粒浆料的总体粘度。悬浮剂的使用在美国专利No.5,368,619中有进一步的描述。
在一些实施方式中，需要制成磨粒沉淀可控制的磨粒浆料。例如，可能制成含有均匀混合的金刚石磨粒的磨粒浆料。自浆料浇注或模塑复合体和背衬之后，金刚石颗粒可以以受控的速度沉淀，使得在有机树脂硬化到金刚石颗粒可不再沉淀的部位之前，金刚石颗粒已经离开背衬，只位于复合体内。
粘合剂前体还可以含有固化剂。固化剂是有助于引发和完成聚合或交联反应、使粘合剂前体转变成粘合剂的材料。固化剂一词包括引发剂、光引发剂、催化剂和活化剂。固化剂的数量和类型主要决定于粘合剂前体的化学类型。
不饱和烯键单体(一种或多种)或低聚物(一种或多种)的聚合是通过自由基反应机理发生的。如果能源是电子束，那么电子束会产生引发聚合的自由基。然而，即使粘合剂前体暴露于电子束，采用引发剂也属于本发明的保护范围。如果能源是热、紫外光或可见光，那么为了产生自由基，就必须有引发剂。暴露于紫外光或热时产生自由基的引发剂的例子(即光引发剂)包括但不局限于有机过氧化物、偶氮化合物、醌、亚硝基化合物、酰基卤、腙、巯基化合物、吡喃洋化合物、咪唑、氯三嗪、苯偶姻、苯偶姻烷基醚、二酮、苯酮及其混合物。暴露于紫外光时产生自由基的可购买的光引发剂的例子包括：购自新泽西州Hawthorne的Ciba Geigy Company的商品号为“IRGACURE651”的商品，和购自新泽西州Rahway的Merck & Company Incorporated的商品号为“DAROCUR  1173”的商品。暴露于可见光时产生自由基的引发剂的例子可以在美国专利No.4,735,632中找到。另一种暴露于可见光时产生自由基的光引发剂购自Ciba Geigy Company，商品号为“IRGACURE 369”。
引发剂的一般用量为0.1-10％(重量)，优选为2-4％(重量)，以粘合剂前体的重量为基准。另外，优选的是，在加入任何粒料例如磨粒和/或填料颗粒之前，将引发剂均匀分散在粘合剂前体中。
总的来说，优选的是，将粘合剂前体暴露于辐射能源，优选紫外光或可见光。在一些情形下，某些磨粒和/或某些添加剂会吸收紫外光和可见光，这就会妨碍粘合剂前体合适地固化。对于氧化铈磨粒和碳化硅磨粒，情况尤其如此。十分意外地发现，使用含有光引发剂的磷酸盐，尤其是含有光引发剂的酰基膦氧化物，能解决这个问题。这种光引发剂的一个例子是2，4，6-三甲基苯甲酰二苯基膦氧化物，以“LUCIRIN TPO”商品号购自北卡罗来纳州Charlotte的BASF Corporation。其他可购买的酰基膦氧化物的例子包括商品号为“DAROCUR 4263”和“DAROCUR 4265”的商品，两者都购自Merck &Company。
可固化的组合物还可以含有可以引发空气中或在惰性气氛例如氮中聚合的感光剂或光引发剂体系。这些感光剂或光引发剂体系，包括具有羰基或叔氨基的化合物及其混合物。优选的含羰基的化合物有二苯甲酮、苯乙酮、二苯基乙二酮、苯甲醛、邻氯代苯甲醛、咕吨酮、噻吨酮、9，10-蒽醌、和其他可以用作感光剂的芳族酮。优选的叔胺有甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、三乙醇胺、苯基甲基乙醇胺和二甲基氨基乙基苯甲酸酯。总的来说，感光剂或光引发剂的用量可以约为0.01-10％(重量)、更优选约为0.25-4.0％(重量)，以粘合剂前体的重量为基准。感光剂的例子包括购自新泽西州纽约BiddleSawyer Corp.的商品号为“QUANTICURE ITX”、“QUANTICURE QTX”、“QUANTICUREPTX”、“QUANTICURE EPD”的商品。
制造磨具的第一步是制备磨粒浆料。用任何合适的混合技术将粘合剂前体、磨粒或团粒和可用的添加剂进行混合制成磨粒浆料。混合技术的例子包括低剪切和高剪切混合，优选采用高剪切混合。超声也可以结合混合步骤一同使用，降低磨粒浆料的粘度。磨粒或团粒一般逐渐加入粘合剂前体内。磨粒浆料优选为粘合剂前体、磨粒或团粒和可用的添加剂的均匀混合物。如果需要，也可以加入水和/或溶剂，降低粘度。磨粒浆料内气泡的数量可以在混合步骤期间或之后通过抽真空降到最少。在一些情形下，优选将磨粒浆料加热，通常约30-100℃，来降低粘度。重要的是在涂布之前监控好磨粒浆料，保证它具有使涂布良好进行的流变性，而且保证涂布之前其中的磨粒或团粒和其他填料不会沉淀。
通常将临时粘合剂、永久粘合剂(例如玻璃、陶瓷、金属)和磨粒与足量的溶剂(通常是水)混合起来，使物料湿润以制成可模塑的糊料，用来制成金刚石团粒。然而，如果永久粘合剂是有机粘合剂，那么就不需要临时粘合剂。将可模塑的糊料放入一合适的模具内，空气干燥，取出硬化的团粒。接着，采用一种分级装置例如筛子将其分成一个个团粒，然后，在空气中加热，制成最终的干燥团粒。对于有机永久粘合剂的情形，对团粒不加热，但要以一定方式处理，使有机粘合剂固化。
制造含研磨复合体的磨具的一种方法，采用具有许多空腔的制造工具即模具。这些空腔基本上是所要求研磨复合体的反形，保证能生成研磨复合体的形状。单位面积的空腔数目决定着磨具具有相应的单位面积的研磨复合体数目。这些空腔可以具有任意的几何形状，例如圆柱形、圆顶形、金字塔形、长方体、截顶金字塔形、棱柱形、立方形、锥形、截顶锥形、或顶表面截面为三角形、正方形、圆形、矩形、六角形、八角形等的任何形体。空腔的尺寸应选择来得到所要求的单位面积的研磨复合体数目。空腔的分布可以呈现为点状图案，相邻空腔之间可以有一定距离或者可以彼此搭接。
磨粒浆料可以用任意的常规技术涂入模具的空腔，例如用模压涂布、真空模压涂布、喷涂、辊涂、转移涂布、刀片涂布等。如果模具含有顶部平坦或侧壁较直的空腔，那么优选在涂布时采用真空，使进入的空气尽量少。
模具可以是带、片、连续片或网、涂布辊例如照相凹版辊、安装在涂布辊上的套筒或模子，其材料可以是金属包括镀镍的表面、金属合金陶瓷或塑料。关于制造工具及其生产方法、材料等的进一步资料可以在美国专利No.5,152,917和5,435,816中找到。
当磨粒浆料含有热固性粘合剂前体时，粘合剂前体就可以固化或聚合。通常一暴露于一种能源就引发聚合过程。总的来说，所需能量取决于几个因素，例如粘合剂前体化学物、磨粒浆料的尺寸、磨粒的数量和类型，以及可能采用的添加剂数量和类型。最好采用辐射能作为能源。辐射能源包括电子束、紫外光或可见光。
使用模具制造磨具的其他细节在美国专利No.5,152,917和No.5,435,816中有进一步的描述，前一专利所制成的涂覆磨具是模具的反形复制品。
磨具可以制成所要求的任意形状或形式，取决于研磨玻璃所要求的构形，可以由剪切、冲切或任何合适方式来完成。
本发明的磨具优选具有整体模塑的背衬，即研磨复合体直接粘合到树脂背衬上，方法是钭该背衬趁复合体尚位于模具空腔内时浇注或模塑到复合体上。优选在研磨复合体的有机树脂完全固化之前将背衬模塑上去，在复合体与背衬之间形成较好的粘合。也可以在背衬浇注上去之前，在复合体表面上涂以一层底漆即粘合促进剂，保证其与背衬的合适粘合。
背衬优选约1毫米-2厘米厚，更优选约0.5厘米-1厘米厚。所形成的磨具应当是弹性的并柔软的，使它可贴合在任何可能具有曲率或半径的支撑垫上。在一些情形下，可能需要模塑出具有预先形成的曲率的背衬。
背衬可以用与复合体相同的树脂进行浇注或模塑，或可以由不同的材料进行浇注。尤其有用的背衬树脂的例子包括聚氨酯、环氧化物、丙烯酸酯和丙烯酸化聚氨酯。背衬内不宜包含磨粒，因为在背衬中的颗粒通常不能用于研磨的目的。然而，填料、纤维或其他添加剂可以加入到背衬中。可以将纤维加入到背衬中，提高背衬与研磨复合体之间的附着力。用于本发明背衬中的纤维的例子包括由硅酸盐、金属、玻璃、碳、陶瓷和有机材料制成的纤维。用于背衬中的优选纤维是硅酸钙纤维、钢制纤维、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维和高模量有机纤维。
在某些用途中，可能需要耐久性和耐撕扯性更强的背衬，模塑的背衬内含有稀疏布等就是这样的背衬。在模塑背衬期间，可以在已经填充树脂(但未固化)的空腔上面铺设稀疏布或其他材料，然后在稀疏布上面施加另一层树脂；或者可以在未固化的模塑背衬上铺设稀疏布或其他材料。任何稀疏布或附加的背衬材料都应具有足够的孔隙，使背衬树脂可渗透和浸没该材料。
有用的稀疏布通常是轻质的稀松组织的粗织物。合适的材料还包括金属或线网、织物例如棉、聚酯、人造丝、玻璃布、或其他增强材料例如纤维。稀疏布或增强材料可以先进行预处理，提高树脂与稀疏布的粘合力。
研磨玻璃的一般方法
本发明用于研磨玻璃表面的磨具能优异地去除大量的玻璃材料，同时仍可在较短的时间内提供光滑表面。在研磨期间，磨具相对于玻璃表面进行运动，在力作用下向下接触玻璃表面，优选的力约为0.5-25克/毫米2，更优选约为0.7-20克/毫米2，甚至再优选约10克/毫米2。如果向下的力过大，那么磨具就不会将划痕深度精磨除去，在一些情形下，反而会加深划痕深度。而且如果向下的力过大，磨具也会过分磨损。反之，如果向下的力过小，那么磨具不能有效地除去足量的玻璃材料。在一些用途中，玻璃工件可以在力作用下与磨具朝下接触。
如上所述，在研磨步骤中，玻璃或磨具或这两者都可以相对于对方运动。该运动可以是旋转运动、随机运动或线性运动。将磨盘连接到旋转机床上，就可以产生旋转运动。玻璃表面和磨具可以可以沿相同或相反的方向旋转，但是如果沿相同方向，两者的旋转速度就应不同。对于磨床机器，运转速度可以高达约4000转/分钟，优选约25-2000转/分钟，更优选约50-1000转/分钟，取决于所用的磨具。随机轨道运动可以通过一个随机轨道机床产生，线性运动可以通过连续研磨带产生。玻璃与磨具之间的相对运动情况也可能决定于玻璃的尺寸。如果玻璃较大，研磨时宜让磨具运动，而玻璃保持静止不动。
优选在液体存在条件下研磨玻璃。液体可防止研磨期间热量的聚积，而且可从研磨界面上排掉磨屑。“磨屑”一词用来描述被磨具磨蚀掉的实际玻璃碎屑。在一些情形下，玻璃磨屑会损伤被研磨的玻璃表面。因此，应从界面上及时去除磨屑。水通常是优选采用的液体。
在许多情形下，磨具粘合到一个支撑垫上。支撑垫可以由聚氨酯泡沫材料、橡胶材料、弹性体、橡胶基泡沫材料或任何其他合适的材料制成，而且可设计成可与工具贴合。应选择支撑垫材料的硬度和/或可压缩性，提供所要求的研磨特性(磨削速率、磨具的使用寿命和玻璃工件的表面光洁度)。
支撑垫可以具有连续的和较平坦表面以便固定磨具。另外，支撑垫也可以具有非连续的表面，其中存在一系列凸起和低陷的要固定磨具的部分。在非连续表面的情形下，磨具可以只固定在其凸起部位。相反地，磨具也可以固定到一个以上的凸起部位，使整个磨具并非完全受到支撑。支撑垫内的非连续表面可以进行选择，提供所要求的水的流动和所要求的研磨特性(磨削速率、磨具制品的使用期限和玻璃工件表面的光洁度)。
支撑垫可以具有任意的形状，例如圆形、矩形、正方形、椭圆形等。支撑垫的尺寸(最长尺寸)约为5厘米-1500厘米。
连接件
磨具可以用压敏型粘合剂、钩圈连接件、机械连接件或永久性粘合剂固定到支撑垫上。连接件应当是这样的，它使磨具牢固地固定在支撑垫上，而且能够经受苛刻的玻璃研磨条件(潮湿环境、产生热量、压力)。
用于本发明的压敏型粘合剂的代表性例子包括乳胶皱片、松香、丙烯酸聚合物和共聚物；例如聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、乙烯基醚；例如聚乙烯基正丁基醚、醇酸粘合剂、橡胶粘合剂；例如天然橡胶、合成橡胶、氯化橡胶及其混合物。
另外，磨具也可以含有钩的圈型连接体系，用来将磨具固定到支撑垫上。圈织物可以位于涂覆磨具的背面上，钩位于支撑垫上。另外，钩也可以位于涂覆磨具背面上，圈位于支撑垫上。这种钩和圈型的连接体系在美国专利No.4,609,581、5,254,194、5,505,747和PCT WO 95/19242中有进一步的描述。
实施例
下面的试验步骤和非限制性实施例将进一步说明本发明。除非另有说明，实施例中所有的份数、百分数、比例等都是指重量。
在所有所述实施例中，都使用下面的材料缩写名称。ADI       聚四甲基乙二醇/甲苯二异氰酸酯预聚物，商品号为“ADIPRENE L-
      100”，购自北卡罗来纳州Charlotte的Uniroyal Chemical Co.AER       无定形二氧化硅粉尘填料，商品号为“CAB-O-SIL M5”，购自伊利诺
      斯州Tuscola的Cabot Corporation。AMI       芳族胺(二甲基硫代甲苯二胺)，商品号为“ETHACURE 300”，购自路
      易斯安那州Baton Rouge的Albemarle Corporation。APS       一种聚酯阴离子表面活性剂，商品号为“FP4”和“PS4”，购自特拉
      华州Wilmington的ICI Americas Inc.。A-1100    硅烷γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，购自康涅狄格州Danbury的OSi
      Specialties。BD        聚乙烯基丁醛树脂，用作金刚石颗粒的临时粘合剂，商品号为“BUTVAR
      DISPERSION”，购自马萨诸塞州Springfield的Monsanto。CaCO3   碳酸钙填料CERIA     氧化铈，商品号为“POLISHING OPALINE”，购自康涅狄格州Shelton
      的Rhone-Poulenc。CMSK      处理过的偏硅酸钙填料，商品号为“WOLLASTOCOAT 400”，购自纽约
      州Willsboro的NYCO。DIA       工业级金刚石颗粒(各种粒度)，商品号为“RVG”、“Type W”，购
      自俄亥俄州的Worthington的General Electric。EPO       环氧树脂，商品号为“EPON 828”，购自得克萨斯州Houston的Shell
      Chemical。ETH       芳族胺(二乙基甲苯二胺)，商品号为“ETHACURE 100”，购自路易斯
      安那州Baton Rouge的Albemarle Corporation。GLP       粒度约为325目的玻璃粉末，产品号为SP1086，购自弗罗里达州
      Oldsmar的Specialty Glass Inc.，用作磨粒的永久粘合剂。Graphite  石墨粉末，商品号为“Grade No.200-09石墨粉末”，购自得克萨斯
      州Burnet的Southwestern Graphite Company，Dixon Ticonderoga
      Company的分部。KBF4    氟硼酸钾，购自南卡来罗那州的Rock Hill的Atotech USA Inc.，然
      后磨成小于78微米。K-SS       无水硅酸钾，商品号为“KASOLV SS”，购自宾夕法尼亚州Valley Forge
       的PQ Corporation。K-16       含水硅酸钾，商品号为“KASOLV 16”，购自宾夕法尼亚州Valley Forge
       的PQ Corporation。Moly       二硫化铝，购自威斯康星州Milwaukee的Aldrich Chemical Company。RIO        色氧化铁颜料颗粒。RNH DIA    工业级金刚石颗粒(各种粒度)，购自弗罗里达州Boca Raton的
       American Boarts Crushing Company Inc.，型号RB，类型并进一步
       分级所要求的粒度，粒度采用Coulter Multisizer测量。SR339      2-苯氧乙基丙烯酸酯，商品号为“SR339”，购自宾夕法尼亚州Exton
       的Sartomer Company。TFS        三氟丙基甲基硅氧烷消泡剂，商品号为“7”，购自密执安州Midland
       的Dow Corning Company。URE        聚四亚甲基乙二醇/甲苯二异氰酸酯预聚物，商品号为“ADIPRENE L-
       167”，购自北卡来罗那州Charlotte的Uniroyal Chemical Co.。VAZO       1，1’-偶氮二(环己酮腈)，98％，购自威斯康星州Milwaukee的Aldrich
       Chemical Company。W-G        硅酸钙纤维，商品号为“NYAD G Special”，购自纽约州Willsboro
       的NYCO Minerals Inc.。
研磨复合体的形状
在25.0毫米厚的TEFLONTM牌号的聚四氟乙烯(PTFE)板上钻出以一定图案分布的许多口上有斜度的空腔，形成制造研磨复合物的模具。所形成的聚合物模具具有许多圆柱形状的空腔。每个圆柱形空腔的高度约为6300微米，直径约为7900微米。相邻空腔的基面之间约有2400微米。
试验步骤
研磨试验采用安装有“BUEHLER ECOMET 2”动力头的可变速研磨机“BUEHLERECOMET 4”，两者都购自Buehler industries Ltd.。试验采用如下条件进行：马达速度设定为500转/分钟，玻璃试片表面上，玻璃与磨具的界面压力恒定为25.5磅/吋2(约180千帕)或15磅/吋2(约106千帕)。
提供三个平坦的圆形玻璃试片，直径为2.54厘米(1英寸)，厚度约为1.0厘米，商品号为“CORNING#9061”，购自Corning Incorporated。将玻璃试片放入研磨机的动力头内。30.5厘米(12英寸)的研磨机铝平台逆时针旋转，同时内部固定有玻璃试片的动力头以35转/分钟顺时针旋转。
磨具被冲切成直径约为20厘米(8英寸)的圆形，并用压敏型粘合剂直接粘合到Shore A硬度约为60的聚氨酯衬垫上。聚氨酯衬垫固定到一块敞开孔隙的软泡沫材料垫上，其厚度约30毫米。将该粘合有磨具的组合垫放到研磨机的铝平台上。自来水以约3升/分钟的流量喷射到磨具上，提供磨具与玻璃试片表面之间的润滑。
采用上述研磨机研磨玻璃测试坯件。研磨机的抛光时间设定为10秒。然而发现磨具与玻璃测试坯件表面之间的实际接触时间比设定的时间长，因为研磨机在磨具稳定于玻璃测试坯件表面之后才开始进行研磨。即可观察到磨具在玻璃测试坯件表面上的有一些反弹和跳动，而且当磨具与玻璃表面之间的接触基本稳定后，研磨机才开始研磨。因此，当研磨时间设定为10秒时，实际的研磨时间即磨具与玻璃表面之间的接触时间约为12秒。
经过10秒的研磨之后，记录下玻璃的厚度和表面光洁度。然后，玻璃研磨3分钟，再次测量厚度。该厚度是下一个10秒研磨测试的起点。
实施例1
对于实施例1，用根据表1的配方制成的磨粒料浆料填充以TEFLONTM牌号的PTFE为材料的模具。制备A部分和B部分，加热到80℃，然后通过一混合出料嘴输送进入模具的那些空腔中。
然后，通过另一个混合出料嘴将表2的A部分和B部分，即用表2所示的背衬配方覆盖已填充磨粒浆料的空腔，覆盖层深约为6.4毫米。环绕模具的壁保持着背衬所要求的厚度。在固化时，在背衬树脂的顶部放置一块铝盖板，保证恒定的均匀厚度。然后整个磨具在165℃固化15小时。
固化之后，从模具内取出样品，冲切成供试验用的直径为20厘米的圆片。按照如上所述方式进行研磨试验，结果如表3所示。表3记录了在72分钟内在两种界面压力25.5磅/吋2(175.8千帕)和15磅/吋2(105.5千帕)条件下的17个研磨试验结果。所记录的每个试验结果都是在约12秒的研磨时间(如前所述，机器设定的研磨时间为10秒，但实际约为12秒)后所去除的玻璃材料的量。
在每个数据点的最后，测量Ra和Rz。在所有的12秒试验之后，平均表面光洁度是Ra＝1.2微米，Rz＝8.0微米。
                           表1  磨粒浆料
  体积混合比
    A部分     2.00
    组分     实际配料重量(克)     重量百分数
    EPO     978.33     46.90
    URE     52.15     2.50
    CMSK     1032.57     49.50
    AER     10.43     0.50
    APS     10.43     0.50
    TFS     2.09     0.10
               小计     2086.00     100.00
    B部分     1.00
    组分     实际配料重量(克)     重量百分数
    ETH     258.58     18.47
    RIO     1.40     0.10
    CaCO3     798.00     57.00
    DIA级200/230     301.32     21.52
    AER     28.00     2.00
    APS     11.34     0.81
    TFS     1.40     0.10
              小计     1400.00     100.00
              总计     3486.00
                        表2  背衬配方
  体积混合比
    A部分     10.00
    组分     实际配料重量(克)     重量百分数
    ADI     8020.00     100.00
          小计     8020.00     100.00
    B部分     1.00
    组分     实际配料重量(克)     重量百分数
    AMI     843.00     84.30
    CMSK     95.00     9.50
    RIO     35.00     3.50
    AER     17.00     1.70
    TFS     10.00     1.00
         小计     1000.00     100.00
         总计     9020.00
                       表3  研磨数据
    时间(分钟)  界面压力(磅/吋2) 除去的材料(微米)
    0.17     25.5     185
    0.33     25.5     562
    2.5     25.5     552
    5.17     25.5     480
    8     25.5     449
    11.33     25.5     449
    14.66     25.5     430
18 25.5 437
    21.33     25.5     418
    24.67     25.5     444
    28.17     25.5     432
    31.5     25.5     425
    37.67     15     211
    45.83     15     197
    54.5     15     192
    63.67     15     209
    72     15     168
实施例2
如实施例1所述，制备实施例2，不同在于磨粒浆料的配方如表4所示，背衬配方如表5所示。实施例2按照上述方式进行试验，结果如表6所示。表6记录了117分钟内两种界面压力25.5磅/吋2(175.8帕)和15磅/吋2(105.5千帕)条件下记录的14个研磨试验结果。所记录的每个试验结果都是在约12秒的研磨时间(如前所述，机器设定的研磨时间为10秒，但实际约为12秒)内所除去的玻璃材料的量。
在每个数据点的最后，测量Ra和Rz。在所有的12秒试验之后，平均表面光洁度是Ra＝0.8微米，Rz＝5.8微米。
                          表4  磨粒浆料
  体积混合比
    A部分     2.00
    成分     实际配料重量(克)     重量百分数
    EPO     978.33     46.90
    URE     52.15     2.50
    CMSK     1032.57     49.50
    CaCO3     0.00     0.00
    AER     10.43     0.50
    APS     10.43     0.50
    TFS     2.09     0.10
                小计     2086.00     100.00
    B部分     1.00
    组分     实际配料重量(克)     重量百分数
    ETH     258.58     18.47
    RIO     1.40     0.10
    CaCO3     798.00     57.00
    DIA级270/325     301.32     21.52
    AER     28.00     2.00
    APS     11.34     0.81
    TFS     1.40     0.10
               小计     1400.00     100.00
               总计     3486.00
                     表5  背衬配方
  体积混合比
    A部分     10.00
    组分     实际配料重量(克)     重量百分数
    ADI     8020.00     100.00
         小计     8020.00     100.00
    B部分     1.00
    组分     实际配料重量(克)     重量百分数
    AMI     843.00     84.30
    CMSK     95.00     9.50
    RIO     35.00     3.50
    AER     17.00     1.70
    TFS     10.00     1.00
         小计     1000.00     100.00
         总计     9020.00
                   表6  研磨数据
    时间(分钟)     界面压力(磅/吋2)   除去的材料(微米)
    0.67     25.5(175.8)     430
    4.33     25.5(175.8)     348
    9     25.5(175.8)     317
    14.16     25.5(175.8)     283
    19.83     25.5(175.8)     252
    25     25.5(175.8)     244
    31     25.5(175.8)     250
    36.5 ′     25.5(175.8)     235
    44.17     25.5(175.8)     214
    51.83     25.5(175.8)     214
    64     15(105.5)     103
    79.67     15(105.5)     86
    98.83     15(105.5)     72
    117     15(105.5)     91
A金刚石团粒样品的制备步骤
每种金刚石团粒样品的配方如下表7所示。
                      表7  金刚石团粒样品1-4
    组分 团粒样品1的配料重量(克)  团粒样品2的配料重量(克)  团粒样品3的配料重量(克)  团粒样品4的配料重量(克)
    BD水GPRNH DIA(40微米)RNH DIA(30微米)RNH DIA(20微米)RNH DIA(15微米)     30.008.6020.00--20.00-     30.008.6020.00-20.00--     30.008.6020.00---20     30.008.6020.0020.00---
    总计     78.60     78.60     78.60     78.60
    团粒粒度     225微米     225微米     225微米     225微米
将每种团粒样品的所有组分在一塑料烧杯内用刮勺手工进行调和和混合，制成金刚石分散液。然后采用柔软的塑料刮勺将金刚石分散体涂入一个9密耳的具有一些水果糖形状空腔(分布呈无规图形)的塑料模具内，采用柔软的塑料刮勺制成团粒。制造塑料模具的方法在美国专利No.5,152,917中有描述。这样模塑成的团粒样品在模具内于室温下干燥过夜。采用超声波喇叭将模塑团粒样品从模具上脱出。然后采用70目的筛子过筛使团粒互相分离，使它们彼此分离。分离之后，团粒的粒度约为175-250微米。
购自马萨诸塞州Springfield的Monsanto的Butvar分散液是临时粘合剂。GP(玻璃粉末“SP1016”)是永久粘合剂，购自Specialty Glass Inc.。另外的临时粘合剂是糊精、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、和其他通常在陶瓷工业中使用的临时粘合剂。
将筛过的团粒样品放置在氧化铝烧箱中，在空气中煅烧，煅烧规程如下：
以2.0℃/分钟自室温升至400℃；
在400℃保持1小时；
以2.0℃/分钟自400℃升至720℃；
在720℃保持1小时；
以2.0℃/分钟自720℃降至室温。
然后，如上所述采用70目的筛子对团粒过筛。
然后用硅烷溶液处理经煅烧的团粒样品，目的是提供对环氧树脂体系粘合性更好的团粒。硅烷溶液的制备是混合下列成分：
A-1100硅烷                 1.0克
水                         10.0克
丙酮                       89.0克
用硅烷溶液对团粒样品进行润湿处理，过量的溶液倒出。
然后，将经硅烷溶液处理过的团粒样品放置于90℃的烘箱内，干燥30分钟。接着如上所述采用70目的筛子对干燥过的团粒样品过筛。
B模塑的磨具实施例3-6和对比例A-D的制备步骤
对于实施例3-6和对比例A-D，用根据表8的配方制成的磨粒浆料填充实施例1的PTFE模具。A部分和B部分分别在塑料烧杯中用高剪切混合器进行混合，分别放置于真空烘箱内，脱除气泡，然后，将2份A部分对1份B部分一同填充到一个体积比为2∶1的混合筒内。然后，所形成的磨粒浆料经过自动混合出料嘴输送进模具的空腔内。
                                                                  表8  磨粒浆料
  成分   对比例A的配料重量(克)   对比例B的配料重量(克)   对比例C的配料重量(克)   对比例D的配料重量(克)   实施例3的配料重量(克)   实施例4的配料重量(克)   实施例5的配料重量(克)   实施例6的配料重量(克)
                                                                        A部分
  EPO     70.35     70.35     71.76     73.87     74.57     74.57     74.57    74.57
  URE     3.75     3.75     3.83     3.94     3.98     3.98     3.98    3.98
  CMSK     74.25     74.25     75.74     77.96     78.71     78.71     78.71    78.71
  AER     0.75     0.75     0.77     0.79     0.80     0.80     0.80    0.80
  APS     0.75     0.75     0.77     0.79     0.80     0.80     0.80    0.80
  TFS     0.15     0.15     0.15     0.16     0.16     0.16     0.16    0.16
  A部分小计     150.00     150.00     153.00     157.50     159.00     159.00     159.00    159.00
                                                                        B部分
  ETH     18.47     18.47     17.80     18.49     18.49     18.49     18.49    18.49
  RIO     0.10     0.10     0.10     0.10     0.10     0.10     0.10    0.10
  CMSK     27.77     27.77     27.89     28.00     28.00     28.00     28.00    28.00
  CaCO3     34.50     34.50     43.00     43.00     43.00     43.00     43.00    43.00
  DIA     7.15     7.15     3.65     7.50     3.75     3.75     3.75    3.75
  DIA上的镍     9.10     9.10     4.65     -     -     -     -    -
  DIA上的玻璃     -     -     -     -     3.75     3.75     3.75    3.75
  AER     2.00     2.00     2.00     2.00     2.00     2.00     2.00    2.00
  APS     0.81     0.81     0.81     0.81     0.81     0.81     0.81    0.81
  TFS     0.10     0.10     0.10     0.10     0.10     0.10     0.10    0.10
  B部分小计     100.00     100.00     100.00     100.00     100.00     100.00     100.00    100.00
  总计     250.0     250.0     253.0     257.50     259.00     259.00     259.00    259.00
  金刚石类型     GE、RVG-W颗粒     GE、RVG-W颗粒     GE、RVG-W颗粒     3M、RNH颗粒     团粒样品1     团粒样品2     团粒样品3    团粒样品4
  金刚石粒度     65微米(级别230/270)     45微米(级别325/400)     65微米(级别230/270)     40微米     20微米     30微米     15微米    40微米
  金刚石的体积％     1.5     1.5     0.75     1.5     0.74     0.74     0.74    0.74
然后，用表3所示实施例1的背衬配方，将该配料经过自动混合出料嘴端来覆盖已被磨粒浆料填充的空腔，覆盖厚度约为6.4毫米(1/4英寸)。环绕模具的壁维持背衬所要求的厚度。在固化时，在背衬树脂的顶部放置一块铝盖板，保证恒定的均匀厚度。将模具用夹子封闭起来，在室温下进行固化1-2个小时，然后在烘箱中于165℃保温4小时。从烘箱中取出模具，打开。从模具中取出模塑成的磨具样品，固定到Buehler研磨机的30.48厘米(12英寸)的压板上。
背衬配料这样制成：首先在塑料烧杯中用高剪切混合器混合表9中B部分的组分，将样品放置于真空烘箱中脱除气泡，然后，用低剪切混合器将B部分与A部分混合，使夹带进入的气泡降至最少。
所模塑的磨具样品具有直径为30.48厘米(12英寸)的背衬和许多直径为1.59厘米(5/8英寸)的研磨柱。这些研磨柱是粘合在背衬上的，但中央(15.24厘米(6英寸))的圆面积上没有研磨柱。
                         表9  模塑磨具实施例和对比便的背衬的树脂配方
  成分  对比例A的配料重量(克) 对比例B的配料重量(克)  对比例C的配料重量(克)  对比例D的配料重量(克)  实施例3的配料重量(克)  实施例4的配料重量(克)  实施例5的配料重量(克)  实施例6的配料重量(克)
A部分ADI 783.64 783.64 783.64 783.64 783.64 783.64 783.64 783.64
B部分AMICMSK红色氧化铁AER7TFS 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00 80.8512.953.501.701.00
总计  100.00  100.00  100.00  100.00  100.00  100.00  100.00  100.00
试验步骤
研磨试验采用装有“Buehler Ecomet 2”动力头的“Buehler Ecomet 4”变速研磨机，两者都购自Buehler Industries Ltd.。试验采用下列条件进行：除非另有说明，马达速度设置为500转/分钟，除非另有说明，在玻璃试片表面上施加约106千帕(约17磅/吋2)的压力。
提供三个直径为2.54厘米(1英寸)和厚度约为1.0厘米的平坦的圆玻璃试片，它以“CORNING # 9061”的商品号购自Corning Incorporated。将玻璃试片放置于研磨机的动力头内。研磨机的30.5厘米(12英寸)铝平台逆时针旋转，而其内固定有玻璃试片的动力头以35转/分钟的转速顺时针旋转。
模塑制成的磨具冲切成直径约为30.45厘米(12英寸)的圆形，用压敏粘合剂直接粘合到Shore A硬度约为65的12.5毫米聚氯丁烯厚的衬垫上。将粘合有磨具的衬垫组合体放置在研磨机的铝平台上。自来水以约3升/分钟的流量喷射到磨具上，在磨具表面与玻璃试片之间提供润滑。
用以“PERTHOMETER”商品号购自Perthen的带有金刚石触针的表面光洁度仪测定玻璃试片上的最初表面洁度。也记录了玻璃试片的最初重量。
采用上述研磨机来研磨玻璃试片。抛光时间为自12秒至数分钟。将所有数据归一化，并报告为12秒抛光期间所除去玻璃材料量的平均值。
研磨之后，记录每个最终的表面光洁度和最终重量。玻璃测试坯件在研磨时间期间重量的变化表示为所除去的玻璃材料克数。记录切削速率(所除去的玻璃材料量的克数)、Ra和Rmax。
实施例3的研磨试验结果如下面的表10所示。数据表明，本发明含有金刚石团粒的磨具在26.5千帕那样低的压力下能提供恒定的除去材料速率。
     表10  实施例3的研磨数据和研磨条件
    时间(分钟)   所除去的材料(微米/12秒)     压力(千帕)
    147162631466191121     76788181797877767881     106106106106106106106106106106
    136151181201251     6264666763     5353535353
    367372377382397412     1410911910     26.526.526.526.526.526.5
实施例6和对比例D的研磨试验数据如表11所示。数据表明含有金刚石团粒的实施例6磨具的除去材料速率显著高于含有同样粒度的金刚石颗粒的对比例D的除去材料速率。
        表11  对比例D和实施例6的研磨数据
    除去的材料(除去材料的微米值/12秒)
    时间(分钟)     对比例D     实施例6
    24     33
    34     32
    44     28
    54     22.5
    64     18.5
    65     119
    74     17.8
    75     111
    78     101
    84     15.2
    88     100
    104     12.8
    107     110
    112     107
    124     10.5
    126     105
    144     9.5
对比例C和实施例4的研磨试验数据如表12所示。数据表明，含有金刚石团粒的实施例4的除去材料的速率显著高于含有较大粒度的金刚石颗粒的对比例C的除去材料的速率。
          表12  对比例C和实施例4的研磨数据
    除去的材料(除去材料的微米值/12秒)
    时间(分钟)     对比例C     实施例6
    117     52
    127     45
    137     41
    145     81
147 39
    150     79
    157     36
    160     81
    165     79
    167     34
    177     33
    320     68
    410     64
    425     70
    435     73
    450     77
对比例B和实施例5的表面光洁度数据(Ra和Rmax)列于下表13和14。这些数据显示了本发明的三个优点。第一，Ra数据表明，由含有金刚石团粒的实施例5所提供的研磨表面比含有金刚石颗粒的除去材料速率相似的对比例B所提供的研磨表面，光洁度较高。第二，Ra和Rmax数据说明，对于含有金刚石团粒的实施例5，在较高相对速度下，表面光洁度有所提高，而对于含有金刚石颗粒的对比例B，则没有提高。最后，Rmax数据说明，含有金刚石团粒的实施例5的划痕深度比含有金刚石颗粒的除去材料速度相似的对比例B的小。
表13  对比例B和实施例5的表面光洁度数据Ra
    表面光洁度Ra(微米)
    速度(RPM)     对比例B     实施例5
    100     0.68     0.61
    200     0.68     0.5
    300     0.71     0.46
    400     0.62     0.42
    500     0.38
表14  对比例B和实施例5的表面光洁度数据Rmax。
    表面光洁度Rmax(微米)
    速度(RPM)     对比例B     实施例5
    100     5.9     5.38
    200     5.93     4.79
    300     6.93     4.9
    400     5.98     4.1
    500     3.9
对比例A和实施例4的表面光洁度数据(Ra和Rmax)列于下表15和16。这些数据表明了本发明的三个优点。第一，Ra数据表明由含有金刚石团粒的实施例4所提供的研磨表面比含有单个金刚石颗粒的除去材料速率相似的对比例A所提供的研磨表面，光洁度较高。第二，Ra和Rmax数据表明对于含有金刚石团粒的实施例4，在较高相对速度下，表面光洁度得以提高，而对于含有金刚石颗粒的对比例A则没有提高。最后，Rmax数据表明，含有金刚石团粒的实施例4的划痕深度比含有金刚石颗粒的除去材料速度相似的对比例A的小。
表15  对比例A和实施例4的表面光洁度数据Ra
    表面光洁度Ra(微米)
    速度(RPM)     对比例A     实施例4
    100     0.86     0.8
    200     0.86     0.69
    300     0.85     0.62
    400     0.8     0.62
    500     0.54
表16  对比例A和实施例4的表面光洁度数据Rmax
    表面光洁度Rmax(微米)
    速度(RPM)     对比例A     实施例4
    100     7.61     7.49
    200     7.54     7.17
    300     7.66     5.64
    400     7.21     5.43
    500     5.14
模塑的磨具实施例7-11的试验步骤
首先用含5微米氧化铝的圆盘(268XA TrizactTM膜PSA圆盘，A5MIC，购自明尼苏达州St.Paul的Minnesota Mining and Manufacturing Company)，采用手提打磨机(购自Flex，LW 603VR型号，1000-2800转/分钟，1500瓦特)，将一小块面积(约17.78厘米×17.78厘米)的CRT屏幕打磨粗糙。打磨机在2400转/分钟下运行，通过打磨机中央的孔供应水。具有许多小柱(直径为0.79厘米，高度为0.635厘米)的抛光垫(直径为12.7厘米)固定到打磨机的圆盘垫上。将CRT屏幕经预粗糙过的区域在2400转/分钟下抛光30秒。研磨柱的损坏在视觉上由抛光期间产生的松散氧化铈浆料的数量确定的。损坏试验的等级自1变化到5，1为损坏很少，5为过度损坏。最好的等级是3，即适度损坏。研磨柱的过度损坏提供优良的抛光性能，但抛光垫的使用寿命缩短。研磨柱的损坏不足，其使用寿命很长，但抛光性能差。
柱对背衬的粘合力很重要。如果柱对背衬的粘合力弱，那么在抛光期间当CRT屏幕与柱之间的摩擦大于柱与背衬之间的粘合力时，柱就会从背衬上脱离。粘合力的测试结果是由抛光结束后(如上所述)从背衬上脱离的柱的百分数来衡量的。
实施例7-11模塑磨具的制备步骤
在25.0毫米厚的TEFLONTM牌号的聚四氟乙烯(PTFE)板上钻出以一定图案分布的许多口上有斜度的空腔，形成制造研磨柱的模具。所形成的聚合物制造模具具有许多圆柱形的空腔。每个圆柱的高度约为4毫米，直径约为4.8毫米。相邻柱基面之间约为2.4毫米。
对于实施例7-11，用根据表17的配方制成的磨粒浆料填充模具。先在塑料烧杯中用一高剪切混合器将配料混合，放置于真空烘箱内脱除气泡，然后，填充到一个筒内。然后，所形成的磨粒浆料经过自动混合出料嘴输送进入模具的空腔内。
然后，用表18中的各种背衬配方，通过将其配料经过一自动混合出料嘴，来覆盖已被磨粒浆料填充的柱形空腔，覆盖厚度约为6.4毫米(1/4英寸)。环绕模具的壁维持背衬所要求的厚度。在固化时，在背衬树脂的顶部放置一块铝盖板，保证恒定的均匀厚度。将模具用夹子封闭，在室温下固化1-2个小时，然后在烘箱中于165℃保持4小时。从烘箱中取出模具打开。
背衬配料这样制备：首先在塑料烧杯中用高剪切混合器混合表18中B部分的成分，将样品放置于真空烘箱中脱除气泡，然后用低剪切混合器将B部分与A部分混合，使夹带进的气泡降至最少。
模塑的磨具样品具有直径为12.7厘米(5英寸)的背衬和许多直径为0.79厘米(5/16英寸)的研磨柱。
                     表17  实施例7-11的研磨柱配方
    组分   实施例7   实施例8   实施例9   实施例10   实施例11
    EPO     9.58     9.42     9.35     9.35     9.33
    ETH     2.30     2.26     2.25     2.25     2.24
    SR339     2.10     2.08     2.06     2.06     2.06
    APS     1.24     1.30     1.29     1.29     1.29
    VAZO     0.05     0.05     0.05     0.05     0.05
    CERIA     79.99     78.64     78.04     78.04     77.92
    K-16     0.0     6.11     6.06     6.06     3.03
    K-SS     4.66     0.00     0.00     0.00     3.03
    KBF4     0.00     0.00     0.76     0.76     0.76
    TFS     0.08     0.15     0.15     0.15     0.30
    总计     100.00     100.00     100.00     100.00     100.00
                          表18  实施例7-11的背衬配方
A部分组分   实施例7   实施例8   实施例9   实施例10   实施例11
    ADI     50.00     50.00     50.00     81.33     81.2
    W-G     0.00     0.00     0.00     6.55     6.54
    TFS     0.00     0.00     0.00     0.00     0.16
  B部分组分
    AMI     42.15     42.15     42.15     8.39     8.37
    CMSK     4.75     4.75     4.75     0.00     0.00
    RIO     1.75     1.75     1.75     0.36     0.36
    AER     0.85     0.85     0.85     0.00     0.00
    TFS     0.50     0.50     0.50     0.09     0.09
    W-G     0.00     0.00     0.00     3.28     3.27
    总计     100.00     100.00     100.00     100.00     100.00
粘合性的试验结果如表19所示。
             表19  实施例7-11的研磨柱损坏和粘合性试验结果
试验   实施例7   实施例8   实施例9   实施例10   实施例11
损坏     2     3     4     4     3
粘合性(％脱离的柱的百分数)     0     6     5     0.7     0
实施例12-14模塑磨具的制备步骤
对于实施例12-14，用根据表20的配方制成的磨粒浆料填充实施例7-11的PTFE模具。在塑料烧杯中用高剪切混合器将配料混合，放置于真空烘箱内脱除气泡，然后，填充到一个筒内。然后，所形成的磨粒浆料经过-自动混合出料嘴输送进入模具的空腔内。
然后，用表21中的背衬配方，将配料经过自动混合出料嘴，输出来覆盖已被磨料浆料填充的柱形空腔，覆盖厚度约为4.0毫米。背衬配料这样制备：在塑料烧杯中用高剪切混合器混合A部分和B部分的组分，将样品放置于真空烘箱中脱除气泡，使夹带进入的气泡降至最少。环绕模具的壁维持背衬所要求的厚度。在固化时，在背衬树脂的顶部放置一块铝盖板，保证恒定的均匀厚度。将模具用夹子封闭，在室温下固化1-2个小时，然后在烘箱中于165℃保持4小时。从烘箱中取出模具打开。
模塑的研磨样品具有直径为20.3厘米(8英寸)和厚4毫米的背衬，和许多直径为4.8毫米(3/16英寸)和高度为4.0毫米的研磨柱。
         表20  实施例12-14的研磨柱的配方
  组分   实施例12   实施例13   实施例14
  EPO     10.18     10.01     9.81
  ETH     2.45     2.41     2.36
  SR339     2.24     2.21     2.16
  APS     1.40     1.38     1.35
  VAZO     0.05     0.05     0.05
  CERIA     75.92     74.69     73.14
  K-16     3.30     3.25     3.18
  K-SS     3.30     3.25     3.18
  KBF4     0.83     0.81     0.80
  Graphite     0     1.62     0
  Moly     0     0     3.66
  TFS     0.33     0.32     0.32
  总计     100.00     100.00     100.00
 表21  实施例12-14的背衬配方
    A部分组分   实施例11-14
    ADI     82.89
    W-G     6.68
    TFS     0.5
    APS     0.16
    TiO2     0.67
    Moly     0.56
    B部分组分
    AMI     8.55
    总计     100.00
实施例12-14的测试步骤
研磨试验采用购自Buehler Industries Ltd的Buehler ECOMET 3的抛光机。为实施例12-14，先检验Buehler机器，在8.49磅/吋2(58.5千帕)和500转/分钟的压板速度下，对喷过砂的3英寸(7.62厘米)，普通窗户玻璃圆盘产生均匀而平坦的表面光洁度。
用一块8英寸(20.32厘米)A10等级的玻璃修复圆盘(购自MinnesotaMining and Manufacturing Company，商品号为3M 268XA Trizact)，在Buehler机器上于以大约1.23磅/吋2(8.48千帕)和500转/分钟的条件，将一块2英寸(5.08厘米)的CRT玻璃圆盘(购自Philips)预粗糙化30秒钟。这个步骤产生了Ra约为0.07微米的均匀的初始表面光洁度。
接着，在Buehler机器上在19.1磅/吋2(131.7千帕)和500转/分钟的压板速度下，用经过预粗糙化的CRT玻璃圆盘作为试片进行实施例磨具的研磨试验。水流流量固定于660毫升/分钟。每研磨15秒后，就用以Perthometer商品号购自Perthen的金刚石触针表面光洁度仪修饰光洁度表面，并重复研磨(每次15秒)至45秒钟为止。
实施例12-14的表面光洁度数据总结在表22中。数据表明，含有石墨和二硫化钼的实施例13和14的表面光洁度的Ra值在15秒研磨后分别自0.070微米降低至0.009微米，而对照物(不含石墨或二硫化钼的实施例12)需45秒左右。
          表22  实施例12-14的表面修饰数据Ra(微米)
  抛光时间，秒     实施例12     实施例13     实施例14
    0     0.070     0.0700     0.0683
    15     0.018     0.0086     0.0093
    30     0.012     0.0085     0.0040
    45     0.009     0.0085     0.0056
在本说明书中引入的所有专利、专利申请和出版物的内容，都参考结合于本专利中，如同单独结合的一样。对本行业的技术人员来说，不脱离本发明精神和范围，对本发明的进行各种改进和变化是显而易见的，而且应当明白，本发明并不局限于前述那些实施例。

Claims (14)

1.一种磨具，它包括：
一个背衬和许多整体模塑到该背衬上的研磨复合体，所述复合体含有有机树脂粘合剂、金刚石磨粒、和选自含水硅酸钾、无水硅酸钾或其混合物的碱金属盐，所述金刚石磨粒以(i)均匀分散于整个所述研磨复合体内的一个个金刚石磨粒或者(ii)包括分散在永久粘合剂中的单个金刚石磨粒的团粒的形式存在。
2.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述的金刚石颗粒或金刚石团粒在复合体中的含量为1-30重量份，有机树脂的含量为70-99重量份。
3.如权利要求1或2所述的磨具，其特征在于所述金刚石磨粒均匀分散于整个研磨复合体中。
4.如权利要求1或2所述的磨具，其特征在于所述金刚石磨粒分散于整个整体模塑的背衬和研磨复合体中。
5.如权利要求1或2所述的磨具，其特征在于所述金刚石磨粒的平均粒度为0.01-500微米。
6.如权利要求1或2所述的磨具，其特征在于所述金刚石颗粒以团粒的形式存在，所述团粒包括分散在永久粘合剂中的金刚石颗粒，所述永久粘合剂是玻璃、陶瓷、金属或有机粘合剂。
7.如权利要求1或2所述的磨具，其特征在于所述的有机树脂是环氧树脂。
8.如权利要求1或2所述的磨具，其特征在于所述背衬含有聚氨酯树脂。
9.如权利要求1或2所述的磨具，其特征在于所述背衬含有分散在该背衬中的纤维。
10.如权利要求9所述的磨具，其特征在于所述纤维是硅酸盐纤维、金属纤维、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、高模量有机纤维或其组合。
11.如权利要求10所述的磨具，其特征在于所述的硅酸盐纤维含有硅酸钙。
12.如权利要求11所述的磨具，其特征在于所述研磨复合体还包含四氟硼酸钾、石墨、二硫化钼或其组合。
13.制造磨具的方法，它包括如下步骤：
将一种浆料放入模具腔内，所述浆料含有：
能形成有机树脂粘合剂的有机粘合剂前体；
选自含水硅酸钾、无水硅酸钾、或其混合物的碱金属盐；和
金刚石磨粒；
将背衬材料置于该浆料上；和
将所述粘合剂前体和背衬材料固化成许多研磨复合体整体模塑在背衬上的磨具。
14.研磨玻璃工件表面的方法，它包括如下步骤：
使权利要求1-12中任何一项所述的磨具与玻璃工件的表面接触；
从玻璃工件表面除去200-400微米的玻璃材料；和
采用RPP研磨或抛光工序提供Ra为1.1微米或更小的最终表面粗糙度。
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