含有预定方向纤维的衬垫及其制作的制作方法

专利名称:含有预定方向纤维的衬垫及其制作的制作方法
本发明涉及一种制成品，该制成品特别适宜于用作材料抛光的衬垫，尤其是用作半导体大圆片抛光的衬垫。
更具体地说，本发明有关一种由一片或一张注有微孔弹性体的纤维状毛毡组成的多孔材料，其中，形成毛毡的大多数纤维的定向与物品用作工作表面如抛光表面、轴承表面等的表面基本相交，因此，大多数纤维终止于临近该工作表面的地方。纤维的纵轴线最好与工作表面成45°左右至135°左右的角度。本发明还涉及一种制作该新式制成品的方法。
用于抛光以及其他一些本发明制成品可能应用的加工操作的传统的衬垫包括一片或一卷由诸如聚酯纤维等纤维组成的毛毡，内注诸如氨基甲酸乙酯之类的微孔弹性片。已有技术中的该物品结构的典型例子为考发姆牌(CORFAM牌，杜邦公司的一个商标)以及苏巴四号(罗德尔公司的一个商标)多孔材料。
在已有技术中，注入毛毡的纤维是随意定向的，但一般大多与毛毡腹板的主平面平行。用于制作多孔材料的毛毡腹板是用众所周知的技术制作的，这些技术包括针织技术，其目的是为了使纤维在毛毡腹板中的三维方向随意定向。然而，在实际生产中，这种纤维的三维随意定向是很难做到的，大多数的纤维都与毛毡腹板的主要表面的平面水平对准。
在传统的多孔抛光垫中，纤维使抛光垫合为一体，并支撑垫内的柔软的弹性片，这种抛光垫对抛光操作所起的积极作用甚微，相反，由于它会堵塞抛光紧以及抛光操作中从被抛光物品上除去的小颗粒等，因而会妨碍和阻止抛光操作的进行。位于抛光垫表面的纤维使工件与很好的抛光物微孔弹性体隔开了，而纤维的侧面并不能够有效地抛光。
当已有技术的抛光垫表面的纤维堵塞了异物颗粒之后，必须调换抛光垫，因为这些异物颗粒可能划伤待抛物件的表面，调换抛光垫时，经常还未损耗抛光垫厚度的10%。
用于抛光的多孔弹性体的表面有一种抽吸动作。当抛光垫旋转时，由工件传至多孔抛光垫的表面上或表面附近的孔隙的压力压缩之，使废抛光浆及废渣排出，该孔隙然后再放开，注入新的抛光浆。已有技术中的抛光垫的孔隙会饱和，抛光垫会变硬，由于垫内有许多致密的或变细的水平定向的纤维束，因而垫中会产生一块硬性区域。因此，其柔韧性被削弱了，不可能再作抽吸动作。
本发明克服了已有技术中的缺点，与已有技术中的多孔材料相比是一大改进，特别是当该材料用作抛光衬垫时是如此。
此地所用的“临近”，如纤维终止于临近工作表面的地方，指纤维在工作表面上或在比该表面略高或略低的地方终止。
此地所用的“基本相交”，指与一预定表面形成一个45°左右至135°左右的角度。
此地所用的“工作表面”指本发明中用作接触工件的表面，例如抛光表面，负载轴承表面或其他类似表面的物件的表面。
本发明的一个方面有关一种多孔制成品，其特征为有一张注有微孔弹性体的毛毡，该毛毡有一工作表面，其侧表面与工作表面相连，其支撑表面与各侧表面相连，其中，大多数纤维的定向基本与工作表面相交，因此，大多数纤维在邻近工作表面的地方终止，与工作表面呈45°左右至135°左右的一个角度。
本发明的另一个方面有关一种制成品的加工，其特征在于有以下各步骤(a)通过以下方式制成预成型件，(ⅰ)制成一张由纤维组成其中大多数纤维的排布有预定方向的毛毡;
(ⅱ)向该毛毡内注入一种微孔弹性体，以及(ⅲ)使注入了弹性体的那种毛毡固化;以及(b)以使大多数纤维与所切表面成基本相交定向的方式切下预成型件，该切割表面成为工作表面。
本发明的另一个方面有关一种多孔物件，以及制作该物件的方法，其中，支撑腹板中的大多数纤维与腹板工作表面基本成相交定向，这是采用诸如生产剪切毛头的丝绒地毯的技术或称之为堵塞技术(flocking)的传统地毯制造技术制成的，然后，向腹板内注入可以固化的微孔弹性体。
本发明的多孔体中基本相交定向的加强纤维的终端临近工作表面或自工作表面略为伸出，成为有效的抛光组件，而不仅仅是可对抛光带来了不良影响的加强结构。这些纤维一般不会堵塞废浆料颗粒及其他废渣。而且，此类纤维的终端或顶端磨损平均，不会在纤维性毛毡中阻塞，因为它们很小，很容易从使用中的抛光垫上除去，结果，实际上可以连续地弹性体暴露出的新的表面。
如果制成的多层制品是由一些垫子粘接在一起形成的，且其工作表面基本上是共面的，那么，粘接用的粘接层象大多数纤维一样，也基本与工作表面相交，且最好与工作表面垂直。这样，粘接剂(最好用注入毛毡层的同一种弹性体制成)也可以行使一种有益的抛光功能，擦拭抛光的表面。
本发明的多孔材料制成品特别适宜于在那种使用抛光浆的抛光操作中作为抛光垫或作为衬底使用，以使半导体的大圆片、硅大圆片、水晶、玻璃、陶瓷、聚塑材料、金属、石头以及其它一些表面得到所需的表面加工。本发明还可有其它多种用途，包括，例如，加工轴承或轴承表面垫圈和垫片、环索盘、抛光轮、绞拧器、擦洗器、制动垫和夹紧垫、印染辊和印染辊罩，过筛机(hickey pickers)、缓冲板、鞋袜以及其它服装用品，特别是那些防水、透气性的用品。因此，虽然此地的揭示是直接关于本发明在抛光中的应用，但这种揭示只是为了说明问题，本发明不应仅限于该种用途。
本发明还具有一些此地未特别加以说明，但对该行业中的专业人员来说是显而易见的其它优点。
图1为根据本发明制成的一多层制成品的放大了的截面图，该制成品的中央、端部及底部已截去。
图2为图1的一个部分经过进一步放大后的截面图。
图3为用于制造本发明中的衬垫的卷起的毛毡腹板的侧视图。
图4为图3中所示的卷起的毛毡腹板的平面图。
图5为图3和图4中所示的部分毛毡腹板在注入弹性体之后的放大的平面图，示意地说明了毛毡纤维的方向以及经过注射的毛毡板的剪切口。
图6为沿图5的6-6线的经过注射的腹板的横截面图。
图7为自图5中的腹板中剪切下的一长条的透视图。
图8A-F为使用了根据本发明制成的多层材料加工成的圆盘形状的抛光垫的各种实施例。
细观各附图，其中相同的号码标明相同的组件，在图1，2，6和7中，均显示了根据本发明加工的制成品10，图1表示物品10通过粘接剂52与类似的物品10′和10″的侧面相粘接。
图1，2和7中所示的物品10有一工作表面12。物品10′和10″分别有其工作表面12′和12″。(见图1)多孔物品10包括两个基本组件一纤维性的毛毡腹板或垫14(在图3、4和5中表示得最清楚)，其中，组成毛毡的大多数纤维按下述的特定方向定位，以及注入毛毡腹板或垫14的弹性体32。大多数的纤维以与即将形成工作表面12的基本相交的方向定向。
图2为物品10中一个部分大大放大以后的放大图，显示出注入多孔弹性体32之后纤维的一般定向。一般以16表示的纤维中的大多数以与工作表面12基本相交的方向定向，纤维的端部18与工作表面相邻，纤维的纵轴与工作表面形成45°(由倾斜的纤维17表示)至135°(由倾斜的纤维19表示)的角度。当该物品用作抛光垫或衬垫时，纤维最好与工作表面垂直，随意定向的纤维22通常与工作表面平行，纤维24和26以相反的角度倾斜，它们代表了那些在制作物品10所用的注射过的腹板中使腹板保持为一个整体所必不可少的其它纤维的定向。可以在纤维中加入磨料颗粒。
尽管在下述各例中使用的是聚酯纤维，然而在制造用作本发明的多孔材料的无纺腹板时可以使用各种各样的天然和合成纤维。
有关弹性体的制备、纤维的类型或向腹板内注入弹性体的方法均没有新颖性，本发明主要体现在经过注射的毛毡腹板上的纤维是特殊定向的，从而可以生产根据本发明设计的物品。
图5和6说明了在注入适当的弹性体之后，其纤维按上述方式对准的毛毡腹板14。因此，如图5和图7中最清晰地表示的那样，将经过注射的腹板横截剪切成一些长条27。然后，沿一直线将这些长条自毛毡腹板中剪切开，在板中形成一切缘28(图5)，剪切下的长条27的端缘(图7)与毛毡腹板的切缘28拼合(mate)。因此，本发明的多孔物品10的一个基本的实施方案是横向剪切经过注射的毛毡板，使其定向正好使横切缘形成工作表面12。这一点与已有技术不同，在已有技术中，工作表面一般为表面31，在本发明中，表面31仅是一侧表面，而不是工作表面。
根据本发明的基本制成品10可有一定宽度(图7中的W)，该宽度相当于一片经过注射的毛毡腹板的厚度，最好将数个制品10迭在一起使用，使每层物品的工作表面均基本处于共面。这种构造在图1中得到了最好的表示，在图1中，多层物品50由物品10、10′和10″分别沿其各自侧缘31，31′31″由粘接剂52粘接而成，其中端部54邻近或略伸出工作表面12，端部54和纤维16的端部18一样发挥积极的抛光作用。
粘接剂52必须是能与注入毛毡的多孔弹性体32相容的弹性粘接剂。要根据本发明制造一个典型的多层物品50，要将数个基本物品10迭在一起，然后，将该多层物品剪切或用机器加工成任何所需的形状，只要将工作表面用作抛光表面，支撑表面或其它类似表面即可。
图8显示了由本发明的多层物品50组成的抛光盘的数种实施例。在8A-8F的各幅画面中，号码10指已剪切成长条的本发明的物品，号码52指将物品10的各长条粘接在一起的粘接剂。
很显然，只要大多数纤维的定向与物品10或多层物品50的工作表面相交，那么，这种多层粘接的上述任何一种组合排布方式，或上述或其它任何一种排布方式均可使用。物品10或多层物品50的工作表面可以织构、划槽、分割、(切割)、模压、打孔、削磨、分隔或以其它方式处理，以方便抛光浆的有效流动和分布。
以下各具体、非限定性的实例可以说明本发明。
例1
制作聚乙烯对苯二酸酯纤维的大张毛毡时，把9份长度大约为3.8厘米(1.5吋)的1.5登尼尔纤维和1份同样长度的2。2.25登尼尔纤维放置在一起，将这些纤维分开，在一梳刷辊上混和。然后梳理这些经过混合的纤维，使之以传统的方式重叠成松散的一层板。把该板送入针织机，先是一面，然后是另一面由针织机加工，两面一共要通过针织机16次，每一面8次，直至达到320针/厘米2(3100针/平方吋)的针织密度。
用下述方法制备氨基甲酸乙酯弹性体注入溶液。在73.5份分子量为1000的聚四甲撑乙二醇醚(polytetramethylene ether glycol)中混入6.4份甲代苯撑-2，4-二异氰酸酯，并以90℃(140°F)的温度加热三小时使之二聚，然后，在66.4份所得到的二聚物内混入18.4份亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)并以80℃(176°F)的温度加热一小时使所得到的二聚物得到覆盖。将得到覆盖的二聚物即一种有异氰酸酯端基的预聚物。溶解在足够的N，N-二甲基甲酰胺(此地以后称为“DMF”)以形成浓度为20%的溶液。另外，单独用同样的溶质制备浓度为20%的肼水合物溶液。把这两种溶液混合在一起，形成20%的弹性体溶液。用DMF稀释该溶液，使其氨基甲酸乙酯的含量为9.0%。将聚氯乙烯(PVC)溶解于足够的DMF中以获得9.0%的溶液。然后，把85%的氨基甲酸乙酯溶液与15%的PVC溶液混合，制备成弹性体混和溶液。
在23.8℃(75°F)的温度下把毛毡腹板浸入9.0%的弹性体混和溶液，使之浸透该溶液。
把经过注射的腹板浸入约为23.8℃(75°F)的水中直至板内的弹性体凝结，这样，可以使具有稠密纤维结构的板内的弹性体凝结的一致性好。然后，用水清洗经过注射的腹板直至腹板上的溶质基本除去为止，然后，干燥之。所得到的干燥的微孔板的厚度约为0.5厘米(0.2吋左右)。
由于梳理和重叠的结果，预定的纤维定向就腹板的加工方向而言是相交的，然后，沿加工方向把该板剪切成约为2.54厘米(1吋)宽的长条，从而使大多数的纤维定向与形成工作表面的长条切缘基本相交。
用于将经过注射的腹板剪切成的各个长条粘接在一起的粘合剂可用制造氨基甲酸乙酯弹性体的同样的材料和工艺制得，只是粘合剂溶液的浓度增至25%。在各长条的主要面上铺有厚度约为0.025厘米(10微米)左右的薄膜。把涂有粘合剂的长条卷成一螺旋物，直至其直径达到56厘米(22吋)左右。该螺旋物卷绕得相当紧，这样，该长条的各相邻面都完全贴紧，从其各接触面处可挤出少量粘合剂来。
在粘合剂固化过程中，可以用适当的手段，例如，使用玻璃纤维加强的胶带环绕于螺旋物的圆周或用一钢条箍紧之使之位置固定。
然后，把螺旋物放在通风良好的炉内以120℃(248°F)的温度烘烤6小时使之固化。固化之后，可以冷却和时效24小时然后再将压力条除去。
将该螺旋物切成0.25厘米(100微米)厚的薄片即制成了抛光垫。这些垫子的形状如图8C所示。
将切好的垫子置于斯特拉斯堡6CA(STRASBAUGH 6CA)型抛光机上，用于对硅大圆片作预抛光。这些垫子去除材料可比标准的控制垫快20%至60%，大圆片的表面特性与平整性都十分优异。
例2以与例1相同的方式制作一经过注射的毛毡腹板，并同样将其剪切成2.54厘米(1吋)宽的长条。
然后把这些长条剪切至1米(39.4吋)长，然后用与例1相同的方式为各段长度的主要表面涂一层粘合剂，把大约为200条涂有粘合剂的长条面对面地迭起。并施加足够的压力使每一条长条的面均和与之相邻的长条的面完全、紧密地接触，然后把整个组件放在热空气炉中以110℃(230°F)的温度烘烤6小时。经过冷却之后，把该多层物品从压力装置内取出。
从该多层物品上剪切下的薄片即是具有图8A或8B中一般表示的形状的垫子，以与例1相同的方式把它安装在抛光机上。在操作中，该垫比例1中的抛光垫要优越一些。因为例1和例2中的垫子除层数不同外，其余部分都是一样的，因此，据信之所以有改进是由于粘合线相对待抛光的大圆片的方位问题。
在例1的垫子中，各层之间的粘合线基本上是圆周形的，当垫子在抛光环境中旋转时，粘合线只是在运动方向几度之内的范围内通过工件。而例2中的粘合线是直的，与垫子的一个基准线平行，这样，在例2的垫上抛光或研磨的工件可从所有的角度穿过粘合线，这种作用看来可以进一步提高本发明纤维垫的操作。
例3在本例中，用一块纤维为垂直定向的板作成一个垫子。
制造毛毡板使用了类似于生产剪切毛头的丝绒地毯的地毯制作技术，其中，主要穿越的纤维与水平工作表面相比成垂直定向。
在本例中，制造加强的纤维为垂直定向的板的方法是用针在重114.3克(4唡)的薄聚酯坯板的一面以每平方米239.2克(每平方码7唡)的密度植入短的聚酯纤维，使用的纤维为2.2登尼尔3.8厘米(1.5吋)长的压平的(Crimped)人造纤维。针织的结果是在坯板的一面织出纤维互相缠绕的毛毡，其中，大多数的毛毡纤维的方向是垂直定向的。该纤维性衬垫的总厚度为0.178厘米(0.070吋)。
多孔粘接剂溶液的制备方法是在DMF中溶解16%重量百分比的伊斯太恩5707牌(生产聚氨基甲酸酯的B·F·古德里奇公司的一个商标)聚氨基甲酸酯。和以前的各例一样，板上的纤维浸透了粘接剂溶液，然后在水中凝结、清洗并干燥。
此时的材料厚度约为0.165厘米(0.065吋)，将材料的顶端表面抛光，以除去在0.025厘米(0.010吋)左右的凝结过程中形成的“皮”。
把制成的产品剪切成抛光垫，然后用双面压敏粘合剂，诸如442号粘合剂(明尼苏达采矿及制造业公司的一个商标)把抛光垫的背面(有纤维的一面)装在抛光机的板上。
本例抛光垫的去除率虽然比已有技术的控制垫的去除率高得多，但是却低于例2中的抛光垫的去除率，然而，例3中的垫子制造起来容易得多，也比较便宜，因此，比较经济实惠。
权利要求
1.一种多孔制成品包括一注有微孔弹性体并有一工作表面的纤维毛毡腹板，其中大多数的纤维的定向与工作表面基本相交。其大多数纤维终止于临近工作表面的地方。与该工作表面组成一个45°左右至135°左右的角度。
2.一种根据权项1的多孔物品，其纤维基本上与工作表面垂直。
3.一种根据权项2的多孔物品，其中，弹性体由聚氨基甲酸酯组成，纤维由聚酯组成。
4.一种根据权项1的多孔物品，其中弹性体由聚氨基甲酸酯组成，纤维由聚酯组成。
5.一种根据权项1的多孔物品，其中在该物品层中大致均匀地分布着定向与工作表面基本相交的纤维。
6.一种多层制成品由一些根据权项1制成的物品粘接而成，其定向是使相邻各物品的工作表面基本上共面。
7.一种根据权项6的多层制成品，其中，弹性体由聚氨基甲酸酯组成，纤维由聚酯组成。
8.一种根据权项7的多层制成品，其中各物品由一种可与该物品的聚氨基甲酸酯相容的弹性粘合剂粘接在一起。
9.一种根据权项7的多层制成品，其中，各物品由与该物品的聚氨基甲酸酯相同的同一种聚氨基甲酸酯粘接在一起。
10.一种根据权项1的物品还包括掺入纤维内的磨料颗粒。
11.一种制造一种制成品的方法包括为组成一预成型件的纤维中的大多数定向，使其与该预成型件的工作表面基本相交，向该预成型件内注入多孔弹性体，并使该弹性体固化。
12.一种制造一种制成品的方法包括以下各步骤(a)通过以下方式制成预成型件，(ⅰ)制成一张由纤维组成，其中大多数纤维的排布有预定方向的毛毡，(ⅱ)向该毛毡内注入一种微孔弹性体，以及(ⅲ)使注入了弹性体的那张毛毡固化;以及(b)以使大多数纤维与所切表面基本相交的方式切下预成型件，该切割表面成为工作表面，其中，预定的方向是使大多数纤维终止于工作表面邻近，与工作表面形成一个45°左右至135°左右的角度。
13.一种根据12的方法还包括将剪切的物品以使各相邻物品的工作表面基本上共面的方式粘接在一起形成一多层制成品。
14.一种根据权项11的方法做出的制成品。
15.一种根据权项12的方法做出的制成品。
16.一种根据权项13的方法做出的制成品。
专利摘要
本发明涉及一种由一注有微孔弹性体，有一工作表面的纤维毛毡腹板组成的多孔制成品，其中，纤维的定向与该工作表面基本相交。
文档编号B32B5/00GK85105703SQ85105703
公开日1986年5月10日 申请日期1985年7月19日
发明者小埃尔默W·詹森 申请人:罗德尔股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan