專利名稱：采用等靜壓在刀刃上形成薄且均勻的涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及剃刀刀片，以及更具體地講涉及剃刀片刀刃上的涂層以及其制造。
背景技術(shù)：
一般來(lái)講本領(lǐng)域中已知用含氟聚合物涂覆的刀片組裝的濕式剃刀勝過(guò)沒(méi)有用含氟聚合物涂覆的刀片組裝的剃刀。用于涂覆剃刀刀片的最常用的含氟聚合物之一是聚四氟乙烯或PTFE(或Teflon 的一種形式)。在刀刃上添加PTFE(例如調(diào)聚物)涂層顯著降低了胡須或其它類型的毛發(fā)纖維的切削力。切削力降低是所期望的，因?yàn)樗@著地改善剃刮特性，包括安全性、貼面性和舒適性。此類已知的PTFE涂覆的刀刃描述于美國(guó)專利3，071，856 中。存在著可用來(lái)生產(chǎn)聚合物涂層的(例如，PTFE)涂覆刀刃的很多類型的涂覆方法。 一些方法涉及PTFE的含水分散體以及一些方法涉及PTFE的有機(jī)分散體。含水分散體方法可包括噴涂、旋涂和浸漬。PTFE也可使用真空基方法例如濺射或熱化學(xué)氣相沉積(CVD)被沉積在刀刃上。然而，當(dāng)考慮質(zhì)量、成本和環(huán)境問(wèn)題時(shí)，含水PTFE分散體的噴涂通常是所期望的。PTFE分散在有機(jī)溶劑中也是本領(lǐng)域中一種已知的方法。這種類型的分散體可包括例如在如美國(guó)專利5，477，756中所述的異丙醇中的Dupont Vydax 100。不管是利用含水還是有機(jī)基分散體，如果利用了噴涂方法連同后續(xù)的燒結(jié)方法， 則在刀刃上以及在臨近最終刀尖的區(qū)域中產(chǎn)生了微觀尺度上的不均勻表面形貌，如圖1所示。這可由PTFE顆粒的顆粒大小彌散以及由彌散的潤(rùn)濕和擴(kuò)展動(dòng)力學(xué)而引起。通常，由噴涂法產(chǎn)生的PTFE涂層的厚度為約0. 2 μ m至約0. 5 μ m。應(yīng)當(dāng)指出，PTFE涂層在刀刃上變得越薄，切削力越小(假設(shè)涂層是均勻的)。盡管如上所述這一般是所期望的，由于PTFE材料的固有性質(zhì)，刀刃上的PTFE涂層太薄可導(dǎo)致覆蓋變差并且耐磨性低。作為另外一種選擇，PTFE涂層太厚可產(chǎn)生非常高的初始切削力，其一般可導(dǎo)致阻力、拉伸和拉扯較大，最終損失切割效率和隨后的剃刮舒適性。因此，存在著平衡聚合物材料的屬性與獲得可能提供改進(jìn)的剃刮特性的最薄涂層的技術(shù)挑戰(zhàn)。這給本領(lǐng)域的期望提供了動(dòng)力來(lái)在刀刃上形成具有極低摩擦系數(shù)的薄的、致密的和均勻的PTFE涂層。以前朝向這個(gè)目標(biāo)所進(jìn)行的努力例如選擇不同的PTFE分散體、改變用于分散體的表面劑和/或優(yōu)化噴射-燒結(jié)條件已經(jīng)具有溫和的效果。用于減薄刀刃上的PTFE的一些已知解決方案包括(1)機(jī)械磨蝕，拋光、磨損或推擠；(2)高能束(電子、伽瑪射線或X射線、同步輻射)或等離子刻蝕；和(3)應(yīng)用Flutec 技術(shù)或全氟氫菲(PPll)低聚物。第一種機(jī)械磨蝕解決方案的缺點(diǎn)是它難以控制，可產(chǎn)生不均勻減薄并也可引起刀刃損壞。施加高能束來(lái)減薄PTFE的缺點(diǎn)是，它可改變PTFE的交聯(lián)和分子量，從而增加摩擦并因此切削力。一種較成功的方法是利用如美國(guó)專利5，985，459所述的Flutee 技術(shù)，其能夠減小(例如，或減薄)由噴涂和燒結(jié)方法所產(chǎn)生的厚度較厚的PTFE涂層。如圖1所示的這種現(xiàn)有技術(shù)方法描述了一個(gè)流程10，其中已經(jīng)噴涂了涂覆在其尖端13和周圍上的PTFE顆粒 11的刀片12如圖所示在步驟14用氬氣在約1大氣壓(Iatm)下并在約330攝氏度(°C )至約370°C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)以產(chǎn)生燒結(jié)的PTFE涂層16。通常，由噴涂法所產(chǎn)生的PTFE涂層的平均厚度為約0. 2 μ m至約0. 5 μ m。隨后如圖所示的Flutee 技術(shù)在步驟17被后續(xù)添加到涂層16上以產(chǎn)生減薄的 PTFE涂層18。這通常包括在約270°C至約370°C的高溫下及在約3atm至約6atm的壓力下在溶劑中浸泡PTFE涂覆的刀片16。一般來(lái)講，用于Flutee 方法的溶劑包括諸如全氟烷烴、 全氟環(huán)烷烴或全氟聚醚之類的溶劑。采用Flutec 方法可獲得具有約IOnm至約20nm厚的較均勻的PTFE涂層18，因此與在Flutec 處理的知識(shí)之前所用的很多方法相比，導(dǎo)致刀刃在羊毛氈纖維上的第一切削力降低將近40%。然而，F(xiàn)lutee 方法的主要缺點(diǎn)是，盡管所用的大部分溶劑能夠進(jìn)行循環(huán)使用，一些溶劑需要作為廢料進(jìn)行處理。Flutec 技術(shù)的另一種缺點(diǎn)是，用于Flutec 方法的化學(xué)溶劑通常從如上所述提供改進(jìn)剃刮特性的所燒結(jié)的涂層18移除大部分PTFE材料。Flutec 技術(shù)的另一個(gè)缺點(diǎn)是，一般來(lái)講，所得到的Flutec 涂層仍表現(xiàn)出孔隙率，因?yàn)橥繉臃肿游幢恢旅軌壕o。因?yàn)檫@種原因，具有理想的高分子量的涂層難以獲得。因此，存在著對(duì)于在刀刃上生產(chǎn)薄的、均勻的和致密的涂層的備選設(shè)備和方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于形成包括等靜壓(IP)涂覆有至少一種聚合材料的至少一個(gè)刀刃在內(nèi)的剃刀刀片的方法。本發(fā)明的聚合材料包括含氟聚合物例如PTFE。所述等靜壓可為熱等靜壓(HIP)或冷等靜壓(CIP)。產(chǎn)生的厚度范圍為約IOnm至約IOOnm的等靜壓涂層具有基本上均勻的表面形貌并具有基本上零孔隙率。在某些實(shí)施方案中，所述等靜壓條件包括約300°C至約380°C的范圍內(nèi)的溫度、約 IOMPa至約550MPa的壓力范圍、氬氣或氮?dú)獾亩栊詺夥?，其中等靜壓條件可被施加約10分鐘至約10小時(shí)的時(shí)間。在聚合物涂層已經(jīng)被燒結(jié)或經(jīng)歷Flutec 施加之后，等靜壓條件可施加于刀刃上的聚合物涂層。在本發(fā)明的一個(gè)方面，聚合材料包括非含氟聚合物。在本發(fā)明的另一方面，剃刀刀片基質(zhì)可包括是具有或沒(méi)有鉻(Cr)、類金剛石碳 (DLC)、非晶態(tài)金剛石或鉻/鉬(Cr/Pt)的頂層涂層的鋼的刀片。在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的刀刃可通過(guò)浸漬、旋涂、濺射或熱化學(xué)氣相沉積 (CVD)初始涂覆有聚合材料。除非另外限定，本文所用的所有科技術(shù)語(yǔ)均與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的術(shù)語(yǔ)具有相同的含義。雖然在本發(fā)明的實(shí)施或測(cè)試中能夠使用與本文所述相似或等價(jià)的方法和材料，但是下文描述了合適的方法和材料。本文提及的所有出版物、專利申請(qǐng)、專利和其他參考文獻(xiàn)均全文以引用方式并入。在沖突的情況下，將以本說(shuō)明書(shū)(包括定義)為準(zhǔn)。此外，材料、方法和實(shí)施例僅為示例性的而非旨在進(jìn)行限制。通過(guò)以下的發(fā)明詳述和權(quán)利要求，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。


雖然在說(shuō)明書(shū)之后提供了特別指出和清楚地要求保護(hù)本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)，但是據(jù)信通過(guò)下面的描述并結(jié)合附圖可以更好地理解本發(fā)明，其中類似的標(biāo)號(hào)用于指示基本上相同的元件，并且其中圖ι是利用Flutec 技術(shù)的描述現(xiàn)有技術(shù)減薄方法的流程圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的等靜壓的示意圖。圖3是利用熱等靜壓方法的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的流程圖。圖3a顯示采用熱等靜壓方法之前圖3的刀片斜面區(qū)的光學(xué)顯微鏡照片。圖北顯示采用熱等靜壓方法之后圖3的刀片斜面區(qū)的光學(xué)顯微鏡照片。圖4是采用熱等靜壓方法的根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的流程圖。圖如顯示在采用熱等靜壓方法之前的圖4的刀片斜面區(qū)的光學(xué)顯微鏡照片。圖4b顯示在燒結(jié)方法之后的圖如的刀片斜面區(qū)的光學(xué)顯微鏡照片。圖如顯示在利用熱等靜壓方法之后圖4b的刀片斜面區(qū)的光學(xué)顯微鏡照片。圖5ajb和5c是根據(jù)本發(fā)明的不同厚度輪廓的示意圖。圖6是圖5￡1、恥和5(的厚度分布曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及剃刀片刀刃，它們被形成為使得它們?cè)谑紫葞状翁旯沃斜憩F(xiàn)出剃刮特性上的改善。本發(fā)明的一個(gè)重要方面涉及在刀刃上形成具有低切削力和低摩擦的薄的、致密的和均勻的涂層。術(shù)語(yǔ)“薄的”是指本發(fā)明的涂層的厚度。一般來(lái)講，刀刃上的涂層變得越薄，切削力就越低并且剃刮特性越好。本文所用術(shù)語(yǔ)“致密的”表示在本發(fā)明的涂層中所表現(xiàn)出的孔隙的缺乏或基本消除。致密是所期望的，因?yàn)樗峁┹^低的摩擦和切削力，更一致的剃刮，此外提供較低的磨損速率(例如，更長(zhǎng)的刀片壽命)。本文所用術(shù)語(yǔ)“均勻的”是指在本發(fā)明的涂層中所表現(xiàn)出的表面形貌(例如，光滑度)。類似地，此外，涂層的表面越均勻，剃刮就越舒適并且磨損速率就越低。如上所述，刀刃涂層常用的材料是一種含氟聚合物即PTFE。同樣，在本發(fā)明的整個(gè)說(shuō)明書(shū)中將提及PTFE，但并非排斥可基本上等同地進(jìn)行取代的其它材料(下面提及的)。如下面將要描述的那樣，與用常規(guī)噴涂和燒結(jié)技術(shù)所生產(chǎn)的那些剃刀刀刃相比， 根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的剃刀刀刃表現(xiàn)出較低的初始切削力，其與較舒適的首先幾次剃刮有關(guān)。本發(fā)明公開(kāi)了所謂等靜壓的已知方法或技術(shù)的一種新應(yīng)用，等靜壓可包括熱等靜壓(HIP)、冷等靜壓(CIP)、其它相關(guān)的CIP方法或其它等靜壓方法。一般來(lái)講，等靜壓為人所知是用于壓縮材料例如陶瓷、金屬合金和其它無(wú)機(jī)材料。采用HIP方法的一些實(shí)例包括陶瓷渦輪葉片、鎳基超合金渦輪、鋁鑄件和需要低空隙率的材料。盡管等靜壓方法代表一種較為成熟的技術(shù)，它們還沒(méi)有普遍地用于聚合物工業(yè)。如圖2所示，HIP方法設(shè)備20通常使組件置于加熱室23中的高溫和高壓安全殼24中的高等靜壓氣壓下。在本發(fā)明中，放在設(shè)備20中的組件是例如呈刀軸22形式插入的剃刀刀片。真空泵25將空氣泵入到容器M中。通過(guò)壓縮機(jī)27的最常用于HIP方法的加壓氣體是氬氣，其為惰性氣體?？刹捎闷渌鼩怏w例如氮?dú)狻＿@樣一種惰性氣體用來(lái)減輕對(duì)刀片和聚合材料的損害。加熱HIP室20，使壓力容器M內(nèi)的壓力增大并通過(guò)控制單元觀控制氣體、壓力和溫度。一般來(lái)講，等靜壓方法例如HIP可被施加約10分鐘至約10小時(shí)、 可取地約20至30分鐘的時(shí)間范圍。在所有類型的等靜壓方法中，將壓力從所有的方向施加到組件；因此，術(shù)語(yǔ)為“等
靜壓”。盡管圖2中未示出，CIP方法非常類似于HIP方法，除了它在室溫下運(yùn)行并可涉及液體介質(zhì)(通常油-水混合物)作為加壓機(jī)制之外，抽進(jìn)并在所有方向上加壓以生產(chǎn)均勻的產(chǎn)品并且在很多情況下可需要額外的加工(例如燒結(jié))來(lái)提供合適的成品。一般來(lái)講， CIP涉及施加超過(guò)約98MPa(1000kgf/cm2)至約550MPa的高等靜壓力。CIP是一種非常有效的粉末壓實(shí)方法。兩種熟知的CIP方法包括其中包封在橡膠袋中的粉末物質(zhì)被直接浸入壓力介質(zhì)中的濕袋法和其中通過(guò)固定在壓力容器中的橡膠模具完成加壓工作的干袋法。為了本發(fā)明，預(yù)期利用或是在溫度、壓力上或是附加方法上的似合理的一些修改， 可基本可互換地采用任何已知的等靜壓方法來(lái)產(chǎn)生所需的產(chǎn)品結(jié)果。因此，盡管下面詳細(xì)描述了本發(fā)明的熱等靜壓實(shí)施方案，在本發(fā)明中考慮了使用任何其它類型的等靜壓(或是除其以外或是在其替代方法中)。在本發(fā)明的一個(gè)期望的實(shí)施方案中，在刀刃或聚合物涂覆的(例如，PTFE涂覆的) 刀刃上采用熱等靜壓方法以生產(chǎn)薄的、致密的和均勻的刀刃。利用等靜壓方法例如HIP方法優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)Flutec 方法的一種主要優(yōu)點(diǎn)是，等靜壓方法(例如，HIP)通常不涉及使用任何有機(jī)溶劑，從而提供環(huán)境友好的和簡(jiǎn)單的解決方案。當(dāng)在本發(fā)明中在刀刃上施加PTFE涂層時(shí)，熱等靜壓(HIP)促使刀刃上的PTFE涂層燒結(jié)并蠕變(類似于熔化)，如下面將要描述的那樣。燒結(jié)將加熱并形成PTFE顆粒的凝聚團(tuán)。在持續(xù)施加熱或加壓期間，蠕變將使PTFE顆粒涂層逐漸地并永久地變形。因此，通過(guò)使材料燒結(jié)和蠕變(類似于熔化)，HIP方法能夠在刀刃上形成致密的、薄而均勻的PTFE 涂層。在一個(gè)方面，為處理PTFE涂覆的刀刃(例如，傳統(tǒng)上噴涂或噴涂-燒結(jié)的)熱等靜壓(HIP)方法在本發(fā)明中的新應(yīng)用可生產(chǎn)特別薄的、致密的和均勻的PTFE涂層。如上所述，已經(jīng)知道，刀刃上的PTFE涂層的厚度以及其形貌二者對(duì)于降低切削力和獲得更好的剃刮體驗(yàn)均非常關(guān)鍵和重要。因此，施加到刀刃上的HIP方法為HIP條件提供了新應(yīng)用，其如下所述可有效地控制聚合物涂層的厚度。在圖3的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在涂覆的刀刃上采用熱等靜壓來(lái)生產(chǎn)薄的、致密的和均勻的涂覆刀刃?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖3，包括在刀片尖端33上及其周圍的至少一個(gè)聚合物涂層例如PTFE顆粒34 (例如，以前噴涂的)的至少一個(gè)刀片32在步驟35處置于連同圖2 —起所描述的HIP 條件下以根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在刀片32上提供薄而均勻的PTFE涂層38。本發(fā)明中步驟35處的HIP條件可包括在約300°C至約380°C范圍內(nèi)的溫度或靠近約327°C的PTFE熔融溫度的溫度。本發(fā)明中的理想溫度可為約330°C至約370°C。此外，在本發(fā)明中，在步驟35處的HIP條件可包括約IOOMPa至約550MPa的壓力范圍。通常HIP 在約IOOMPa至約350MPa下并且可取地在約220MPa下運(yùn)行。如上所述，在本發(fā)明中步驟35 處的HIP條件可必定包括惰性氣氛，可取地成氬氣或氮?dú)鈿夥?。通過(guò)具有相當(dāng)高的HIP溫度，PTFE涂層如上所述被軟化，從而增強(qiáng)PTFE材料在刀刃表面上的成形性或“蠕變”或“流動(dòng)”(例如，類似于熔融)。當(dāng)PTFE材料流動(dòng)時(shí)，它蠕變進(jìn)刀刃表面內(nèi)部的圖3的孔3 中。大部分孔的去除提供具有基本零空隙率的致密涂層。除了在HIP期間的這種蠕變機(jī)制之外，高HIP壓力同時(shí)推動(dòng)在刀片尖端附近的現(xiàn)有厚度PTFE 涂層遠(yuǎn)離尖端，以便如圖3所示在涂層38處在刀片尖端刀刃33上形成非常薄的、致密的和均勻的涂層。圖3的產(chǎn)生的PTFE涂層38的厚度處在約IOnm至約IOOnm的范圍內(nèi)，并且可取地為約20nm。涂層38的厚度38a在涂層的整個(gè)面積上基本上是均勻的，可能具有一些略微不明顯的或者略微較厚的區(qū)域(例如，在刀片尖端)。涂層38的表面形貌是光滑的， 幾乎沒(méi)有PTFE顆粒的積聚(例如，厚度上不均勻的區(qū)域或者突出的PTFE顆粒)，從而提供最佳的摩擦和切削力。在某些情況下，被涂層38所覆蓋的表面積32b (例如，在HIP之后) 可大于被涂層34所覆蓋的表面積31。表面積或長(zhǎng)度37可取地大于150 μ m,因?yàn)檫@大約是剃刀刀片將要接觸使用者皮膚的區(qū)域。因?yàn)镠IP條件一般具有進(jìn)行良好質(zhì)量控制的能力， 150 μ m的期望涂層尺寸一般可容易達(dá)到。本發(fā)明的涂層38的特性比涂層34改善得多。確認(rèn)這種改善的一種方法依賴于評(píng)估PTFE涂層38的干涉色。例如，如圖3a和圖北的照片所示，使用具有偏振光的光學(xué)顯微鏡是評(píng)估PTFE涂覆的刀刃的特性(例如，均勻性、表面形貌、致密度等)的一種方法。在圖 3a中，顯示了在施加HIP方法之前所獲取的未燒結(jié)的PTFE涂層(例如，圖3的涂層34)，其中利用了 2. 50wt%的Dupont公司的LW1200 PTFE分散體，具有約45，000道爾頓的分子量平均數(shù)。圖3a相當(dāng)于圖3的刀刃的斜面區(qū)32b或一側(cè)的照片，刀刃32c具有約250um的總長(zhǎng)。尖端33被指示在圖3a和北照片的底部。在或約在370°C以及在或約在250MPa下施加HIP方法之后(例如在圖3的步驟 35處)，所產(chǎn)生的最終涂層38適形在刀刃表面上，因?yàn)樗行У亍熬o抱”表面輪廓并將聚合物蠕變進(jìn)在刀刃表面內(nèi)部的圖3的孔3 中。它也可使成群的PTFE顆粒簇34b平滑。這些斑點(diǎn)34b指示在涂覆刀刃的表面形貌中的不均勻區(qū)域，因?yàn)樗鼈兛稍黾幽切﹨^(qū)域中的厚度；這樣一種厚度是不可取的(例如，在刀片的尖端33處)，因?yàn)樗捎绊懩Σ梁颓邢髁Α?在圖北的照片中描述了涂層38。肉眼可容易的注意到在“HIP前”照片(圖3a中所示) 和“HIP后”照片(圖北中所示)之間的涂層表面形貌上的差別。一種可見(jiàn)的差別包括在圖北的照片中孔隙3 和PTFE顆粒附聚體34b的基本消除。一般來(lái)講，PTFE涂層在刀刃基質(zhì)上的覆蓋范圍和涂層的表面(或生物)性質(zhì)在 HIP處理后將得到改善。具體地講，一種改進(jìn)的特性是，在刀刃的實(shí)際尖端周圍的PTFE涂層的厚度可基本上被減薄并均勻，理想的結(jié)果明顯地降低刀片的切削力(例如，羊毛氈纖維或毛發(fā)纖維切削力顯著得到降低)。例如，第一羊毛氈切割力(或切割力)在HIP處理之后可具有約15%至約65%的力降低百分比或者第一羊毛氈切割力(或切割力)在HIP處理之后被降低到約1. IOlbs至約1. 701bs的范圍內(nèi)。HIP方法的這種結(jié)果(例如，基本上與傳統(tǒng)的燒結(jié)法相比降低刀刃的第一切削力) 給刀刃提供較低的第一切削力，導(dǎo)致剃刮更舒適并且更貼面。已經(jīng)顯示，對(duì)于用于濕剃系統(tǒng)的HIP處理過(guò)的PTFE刀片，已經(jīng)獲得了改進(jìn)的剃刮特性例如貼面性和舒適性。因?yàn)槭┘佑诘度械男滦虷IP技術(shù)為減薄刀刃上的PTFE涂層提供非化學(xué)技術(shù)，它也有利地優(yōu)于已知的化學(xué)方法(例如，F(xiàn)lutee 技術(shù))，因?yàn)闆](méi)有PTFE材料的損失。因此，在最佳條件下，如本文所述的這種新技術(shù)可作為對(duì)已知減薄方法(例如，圖1描述噴涂燒結(jié)和 Flutec 技術(shù)的)的備選方法并且同樣可完全替代這些方法來(lái)使用。以上圖3、3a和北描述HIP方法直接施加于處理沒(méi)有經(jīng)歷任何其它處理(例如燒結(jié))的聚合物涂覆的刀片來(lái)減薄所涂覆的聚合物并獲得低切削力刀刃，總體上簡(jiǎn)化聚合物涂層方法的?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖4，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，HIP方法可在通過(guò)燒結(jié)處理PTFE涂覆的刀刃之后施加。如圖4所示，包括在刀片尖端43及其周圍具有PTFE顆粒44(例如， 噴涂的)的涂層的刀片42在步驟45處經(jīng)受燒結(jié)。燒結(jié)步驟包括使刀片42置于為或約為 Iatm以及約330°C至約370°C下。在燒結(jié)步驟之后，在涂層46內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的孔4 可明顯減少。這給涂層46提供有些改進(jìn)的密度。成群的PTFE顆粒44b描述附聚體并指示涂層44 中的不均勻區(qū)域并且在燒結(jié)之后也可被減少，盡管如圖4所示可保持在涂層46中斑點(diǎn)46a 處。如圖4所示，PTFE顆粒46在燒結(jié)后比初始的PTFE顆粒44光滑。PTFE顆粒46的厚度可為約0. 2 μ m至約1 μ m。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，在步驟47處使具有顆粒46的刀片42置于所述的HIP條件下在刀片42上提供較薄的均勻PTFE涂層48。PTFE顆粒48的厚度為約IOnm至約lOOnm，或者可取地為約20nm。在圖4中的步驟47處的HIP條件類似于以上連同圖3 —起所述的HIP條件。此外，通過(guò)具有相當(dāng)高的HIP溫度，PTFE涂層46得到軟化，從而增強(qiáng)PTFE材料在刀刃表面上的變形或“蠕變”或流動(dòng)。當(dāng)PTFE材料流動(dòng)時(shí)，它進(jìn)一步蠕變進(jìn)在刀刃表面內(nèi)部的圖4的任何殘余的孔或孔隙4 中?？? 的去除給所期望的致密涂層提供基本上零空隙率，其提供一致的剃刮、低摩擦和改進(jìn)的磨損速率。成群的PTFE顆粒44b描述附聚體和指示不均勻區(qū)域并且在HIP步驟47期間也基本上使其進(jìn)一步平滑和減薄。在涂層46內(nèi)部圖4中的斑點(diǎn)46a也描述PTFE顆粒的殘余附聚體。這些斑點(diǎn)46a指示在涂覆刀刃的表面形貌中的不均勻區(qū)域，因?yàn)橥ㄟ^(guò)突出，它們可增加那些區(qū)域中的厚度并且這一般是不可取的， 因?yàn)樗韶?fù)面影響摩擦和切削力。這些斑點(diǎn)46a在所得的涂層48中可基本上被移除。因此，在所得涂層48中的孔隙率基本上不存在，只有很少幾個(gè)孔4 和其它附聚體44b (如果有的話)，其中最終表面形貌基本上是均勻的、光滑的，并且具有很少的PTFE顆粒46a(如果有的話)。在HIP方法期間除了這種蠕變機(jī)制之外，HIP高壓同時(shí)推動(dòng)刀片尖端附近的現(xiàn)有厚PTFE涂層后退并遠(yuǎn)離尖端，以便如圖4所示在刀片尖端刀刃43上形成了非常薄且均勻的PTFE涂層48。關(guān)于圖3的如上所述的圖4產(chǎn)生的PTFE涂層48的厚度為約IOnm至約 IOOnm,并且可取地為約20nm。現(xiàn)在參見(jiàn)圖4a、4b和如，在連同圖4 一起所述的三個(gè)階段涂層特性的改善用光學(xué)顯微鏡照片來(lái)描述。通過(guò)使用偏振光作為評(píng)估PTFE涂覆的刀刃的特性(例如，均勻性、表面形貌和密度)的一種方法，如上所述的這些照片有助于顯示PTFE涂層的干涉色。圖4a、 4b和如中的每個(gè)照片分別對(duì)應(yīng)于圖4的每個(gè)斜面區(qū)域42b，其中刀刃可具有約250um的總長(zhǎng)42c。尖端43被表示是分別在圖4a、4b和如中照片的底部。這些照片利用在不同階段的2. 50wt% PTFE(Dupont Te_3667N分散體)涂覆的刀刃樣本而得到。分子量平均數(shù)為約 110，000道爾頓。本發(fā)明涂層的分子量范圍是處在約3000至1百萬(wàn)道爾頓的范圍內(nèi)，并且可取地處在約40，000道爾頓至約200，000道爾頓的范圍內(nèi)。在圖如中，在光學(xué)顯微鏡照片A中顯示了在燒結(jié)步驟45之前施加到刀片42上的圖4的涂層44。在圖4b中顯示了傳統(tǒng)燒結(jié)的PTFE涂層(例如，圖4的涂層46)，其在施加HIP方法之前在343°C在氬氣中在Iatm下取得。在或約在343°C在氬氣中并且在約 2040atms下施HIP方法之后(例如，在圖4的步驟47處)，所產(chǎn)生的最終涂層48適形在刀刃的表面上，因?yàn)樗行У亍熬o抱”表面輪廓并將聚合物蠕變進(jìn)在刀刃的表面內(nèi)部的圖4的孔44a中。所得的涂層48被描述于圖如的照片中。肉眼可容易地注意到在“燒結(jié)前”照片(圖如所示)、“燒結(jié)后”照片(圖4b所示) 和“HIP后”照片(圖如所示)之間的涂層表面形貌上的差別。一種可見(jiàn)的差別包括在圖 4b和如的照片中很多PTFE顆粒46a的附聚體和孔(或孔隙)4 的消除。顆粒46a指示在涂覆刀刃的表面形貌中的不均勻區(qū)域，因?yàn)橥ㄟ^(guò)突出，它們可增加那些區(qū)域的厚度。現(xiàn)在參見(jiàn)圖5^1、恥和5c，其顯示了不均勻和均勻厚度輪廓的圖例，并且在圖6中均以曲線形式進(jìn)行描述。涂層52是在圖fe所描述的刀片的刀刃上的不均勻Ρ Ε涂層，其中涂層52外觀上以5 所示的刀刃或側(cè)面上厚于以52b所示的刀片尖端處。涂層M是在圖恥所示的刀片刀刃上的不均勻PTFE涂層，其中涂層M外觀上在以54b所示的刀片尖端處厚于在刀片的側(cè)面5 上。根據(jù)本發(fā)明，涂層56被顯示成在圖5c所示的刀片側(cè)面56a 和刀片的刀片尖端56b處具有基本上均勻的厚度。在有些情況下，在刀片尖端56b處的厚度可略微大于(未示出)在刀片側(cè)面56a處的厚度。5h、52b和Ma、Mb的尺寸范圍為約 0. 2um至約Ium并且在56b處縮減為約20nm至約lOOnm。圖5a、5b和5c所示的刀片的涂層厚度52a、52b、Ma、Mb、56a和56b對(duì)距刀片尖端的距離也以曲線圖形式被描述在圖6中，其中χ軸代表涂層厚度值，而y軸代表距刀片尖端的距離值。如圖6所示，具有涂層56的圖5c的刀片具有均勻的厚度(例如，圖上的直線 66)，與距刀片尖端的距離無(wú)關(guān)，而具有涂層厚度5 和54b的圖恥的刀片由曲線64描述， 顯示涂層厚度在尖端處最厚，但隨著它遠(yuǎn)離刀片尖端而進(jìn)一步減小，而具有涂層厚度52a 和52b的圖fe的刀片由曲線62描述，顯示涂層在刀片倒角往下的中間最厚而在刀片尖端處較薄。應(yīng)當(dāng)指出，HIP對(duì)于預(yù)形成的PTFE涂層在厚度、均勻性、分子量、顆粒大小等方面的體現(xiàn)不敏感，因此出現(xiàn)了以下結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，可利用初始PTFE涂層的任何方法，包括但不限于浸漬、旋涂、濺射和熱化學(xué)氣相沉積(CVD)。因此，不管最初形成的聚合物涂層如何不均勻或劣質(zhì)，HIP方法通過(guò)PTFE材料在涂層內(nèi)的重新分布可產(chǎn)生具有更完整覆蓋范圍的更順滑、更致密、更均勻的涂層。因此，有利的是，預(yù)期簡(jiǎn)單浸漬方法可代替噴涂方法用于產(chǎn)生初始的聚合物(例如，PTFE)涂層，盡管與后一方法相比，前一方法具有不太均勻的產(chǎn)物。還預(yù)期(未示出)本發(fā)明可包括圖1的現(xiàn)有技術(shù)Flutec 技術(shù)，其中本文所述的等靜壓方法(例如，HIP方法)或是在Flutec 方法之前或是之后施加到刀片涂層。此外，可容易地使用來(lái)自不同供應(yīng)商的不同分散體或其它形式的原材料來(lái)獲得薄而均勻的涂層。因此，取得了從等靜壓方法在PTFE涂覆的刀片上獲得的有益效果，無(wú)論用于刀刃
9上初始PTFE涂層的方法如何，并且同樣不限于具體的涂覆類型(例如，噴涂方法)。這表明IP技術(shù)在刀刃質(zhì)量方面一般可更強(qiáng)健并提供潛在有益的成本節(jié)約。在涂層上IP (HIP或CIP)產(chǎn)生的改進(jìn)的形貌特征將最小化刀刃的切削力變化并更好地保護(hù)刀刃免于被損壞。此外，IP方法將改善整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量并幫助消費(fèi)者獲得順滑如一的剃刮體驗(yàn)。本發(fā)明設(shè)想所述的等壓方法例如HIP或CIP或其它相關(guān)的等壓方法也可適用于與除了 PTFE以外的其它含氟聚合物一起使用，所述含氟聚合物包括但不限于PFA(全氟烷氧基聚合物樹(shù)脂)、FEP (氟化的乙烯-丙烯),ETFE (聚乙烯四氟乙烯)、PVF (聚乙烯氟化物)、 PVDF (聚偏二氟乙烯)和ECTFE (聚乙烯氯三氟乙烯)。本發(fā)明設(shè)想所述的等壓方法例如HIP或CIP或其它相關(guān)的等壓方法也可適用于與含氟聚合物(如PTFE)復(fù)合材料一起使用，所述復(fù)合材料包括但不限于PTFE/納米金剛石、 PTFE/ 二氧化硅、PTFE/氧化鋁、PTFE/硅氧烷、PTFE/PEEK (聚醚醚酮)和PTFE/PFA。此外，本發(fā)明所述HIP方法不必非得施加于PTFE或PTFE型材料，并且也可適用于其它無(wú)氟聚合物(如非PTFE)涂覆材料，包括但不限于例如聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯、聚丙烯、超高分子量聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對(duì)二甲苯和/或其它的。此外，剃刀刀片基質(zhì)可包括鋼，其具有或沒(méi)有頂層涂層例如鉻(Cr)、類金剛石碳 (DLC)、非晶態(tài)金剛石、鉻/鉬(Cr/Pt)或其它適用的材料或材料組合物。已經(jīng)顯示，在已經(jīng)施加HIP條件之后，包括這些材料(例如，Cr或DLC)的刀片基質(zhì)改善聚合物涂層材料在刀刃上的粘附性。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)期HIP條件除了濕式剃刀之外還可連同干式剃刀一起使用，其中干式剃刀的刀片類似地置于如上所述的HIP條件下。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，還預(yù)期以上所述的HIP條件可連同在醫(yī)學(xué)或外科手術(shù)儀器中應(yīng)用的刀片一起使用，例如外科手術(shù)刀片、解剖刀、刀具、鉗子、剪子、大剪刀等或其它非外科手術(shù)刀片或切割儀器。不應(yīng)將本文所公開(kāi)的量綱和值理解為對(duì)所引用精確值的嚴(yán)格限制。相反，除非另外指明，每個(gè)這樣的量綱旨在表示所引用的值和圍繞該值功能上等同的范圍。例如，公開(kāi)為 “40mm”的量綱旨在表示“約40mm”。在發(fā)明詳述中引用的所有文件都在相關(guān)部分中以引用方式并入本文。對(duì)任何文獻(xiàn)的引用均不應(yīng)解釋為承認(rèn)其是關(guān)于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。當(dāng)該書(shū)面文件中術(shù)語(yǔ)的任何含義或定義與以引用方式并入的文件中術(shù)語(yǔ)的任何任何含義或定義矛盾時(shí)，應(yīng)當(dāng)服從在該書(shū)面文件中賦予該術(shù)語(yǔ)的含義或定義。盡管已用具體實(shí)施方案來(lái)說(shuō)明和描述了本發(fā)明，但是對(duì)那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可作出許多其它的改變和變型。因此， 這意味著在所附權(quán)利要求中包括了屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于形成剃刀刀片的方法，其特征在于對(duì)涂覆有至少一種聚合材料的至少一個(gè)刀刃進(jìn)行等靜壓(IP)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述等靜壓包括熱等靜壓(HIP)或冷等靜壓(CIP)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合材料包括含氟聚合物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述等靜壓過(guò)的聚合物涂層的厚度在約IOnm至約 IOOnm的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述等靜壓過(guò)的聚合物涂層具有基本上均勻的表面形貌。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述等靜壓過(guò)的聚合物涂層具有基本上零孔隙率。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述HIP還包括在約300°C至約380°C范圍內(nèi)的溫度、約IOMI^a至約550MI^范圍內(nèi)的壓力、氬氣或氮?dú)獾亩栊詺夥眨⑶移渲兴鯤IP被施加約10分鐘至約10小時(shí)范圍內(nèi)的時(shí)間。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述等靜壓步驟在所述聚合材料已經(jīng)被燒結(jié)之后施加于所述聚合材料。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合材料包括非含氟聚合物。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述剃刀刀片包括鋼、鉻(Cr)、類金剛石碳(DLC)、 非晶態(tài)金剛石或鉻/鉬(Cr/Pt)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)刀刃通過(guò)浸漬、旋涂、濺射或熱化學(xué)氣相沉積(CVD)涂覆有所述聚合物。
12.—種采用如權(quán)利要求1所述的方法形成的剃刀刀刃。
13.一種剃刀刀片，其特征在于，刀刃涂覆有等靜壓過(guò)的聚合材料。
14.如權(quán)利要求13所述的剃刀刀片，其中所述聚合材料包括含氟聚合物。
15.如權(quán)利要求13所述的剃刀刀片，其中所述等靜壓過(guò)的涂層通過(guò)熱等靜壓(HIP)形成，所述涂層的厚度在約IOnm至約IOOnm范圍內(nèi)，具有基本上均勻的表面形貌，并具有基本上零孔隙率。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了施加于聚合物(例如，PTFE)涂覆的剃刀刀刃的等靜壓(IP)以產(chǎn)生薄的、致密的和均勻的刀刃，其繼而表現(xiàn)出與更舒適剃刮相關(guān)的低的初始切削力。所利用的等靜壓可為熱等靜壓(HIP)或冷等靜壓(CIP)或任何其它等靜壓方法。HIP條件可包括在惰性氣氛中的高溫和壓力環(huán)境。HIP條件可施加于非燒結(jié)涂層或燒結(jié)涂層或者在方法施加于涂層之前或者之后。CIP條件可包括室溫和高壓。聚合材料可為含氟聚合物或非含氟聚合物或者它們的任何復(fù)合材料。它最初可通過(guò)任何方法進(jìn)行沉積，包括但不限于浸漬、旋涂、濺射、或熱化學(xué)氣相沉積(CVD)。
文檔編號(hào)B26B21/60GK102271878SQ201080004290
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者N·索南伯格, 王顯東 申請(qǐng)人:吉列公司