CN101798758B

CN101798758B - 一种电子级玻璃纤维布开纤工艺

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Publication number: CN101798758B
Application number: CN200910056345A
Authority: CN
Inventors: 毛嘉明; 杜甫; 严海林; 邹新娥; 孙小虎; 徐璟; 王传江; 刘晨
Original assignee: SHANGHAI HONGHE ELECTRONIC MATERIAL CO Ltd
Current assignee: Acer and electronic materials Polytron Technologies Inc
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2029-08-13
Also published as: CN101798758A

Abstract

本发明涉及一种应用于电子级玻璃纤维技术领域的电子级玻璃纤维布开纤工艺及其浆料。配制浆料并煮浆，具体为：先将主浆料PVA称取一定量倒入煮浆桶，加入一定量的去离子水进行搅拌升温溶解，待PVA完全溶解并变成透明、澄清的溶液后再加入称好的膨松剂，搅拌待完全溶解均匀后保温半小时即可使用。按质量百分比，浆料包括如下组分：主体浆料PVA 5％--10％，添加的膨松剂0.5％--1％，水为余量。本发明为适用于高精度、高均匀、高性能印制电路板的电子级玻璃纤维布的开纤技术，经过此开纤技术的电子级玻璃纤维布，具有薄型化、均匀化、更快的树脂浸润性，适用于印制电路板绝缘增强材料，广泛应用于手机板、笔记本电脑、汽车板材、数码照相机、数字播放器、导航设备等高端产品中。

Description

一种电子级玻璃纤维布开纤工艺

技术领域

本发明涉及一种应用于电子级玻璃纤维布织造技术领域的工艺及其浆料，具体是一种电子级玻璃纤维布开纤工艺及其浆料。

背景技术

用作电子级玻璃纤维布的玻璃纤维纱线，是一种无碱玻璃纤维(E-glass)，其主要成分为SiO₂、Al₂O₃、CaO三元系统，在此基础上，添加B₂O₃代替部分SiO₂，MgO代替部分CaO便形成了现在通用的无碱玻璃纤维，其主要原料为硅砂、石灰石、氧化硼等。玻璃纤维纱线制造工艺是将各项原料矿石粉碎，均匀分散，在约1300℃之熔炉中混合熔解，利用地心引力使高温玻璃液通過抽絲盒急速冷卻抽取成丝，单根纤维直径在4-9μm之间，然后再将数十根到数百根不等的玻纤单丝涂覆浸润剂，高速卷取成丝饼，丝饼经由捻丝机加工制成筒纱，由筒纱为后续编织电子级玻纤布。无碱玻璃纤维纱具有优良的电气特性、绝缘性、耐侯性、耐化学腐蚀性。

随着电子产品向轻、薄、短小方向发展，印制电路基板也被要求向高密度化、轻薄多层化、半导体安装技术的方向发展，并且还要求在印制电路板基板钻孔时能高效、高速、高精度、低成本完成，以提高互联和安装的可靠性。这样对电子玻纤布的性能也提出了更高的要求：薄型化、均匀化、更快的树脂浸润性，尤其是对电子布的表面平整性和均匀性要求更高。因为使用表面平整性不好或均匀性不好的电子布制作半固化片时，树脂在浸润玻布的纱束时加重了这种不均匀性。这样形成的半固化片在压合成覆铜板后，材料三维结构保留了不均匀的状态，在后续生产印制电路板过程中容易引起层偏、对位不准之异常，钻孔时很可能产生孔形的圆度差或重复性不好的问题。因此为了提升电子布的布面平整性、均匀性，最好的办法是对布面进行开纤处理。

目前国内大多数厂商还没有对电子布进行开纤处理，而国外如日本主流厂商日东纺(Nitto Boseki Co.，LTD)，旭-休贝尔(Asahi Schwebel Co.，LTD)，尤尼奇卡(Unitika Glass Fiber Co.，LTD)等，主要是采用高压水流冲击进行开纤处理(特开平JP，61-194252，A)和超声波开纤工艺(特开平JP，63-165441，A)。高压水流冲击方法因开纤处理工艺不稳定因素较多，对玻璃纤维布的物理开纤打击力度较难掌控，开纤均匀性很难控制；同时额外增加开纤设备造成用水量较大，高压泵耗能大，水过滤系统占地面积大，提高了生产成本。而超声波开纤工艺开纤效果较差且降低了生产效率。另外，旭-休贝尔还尝试使用低捻度(0.5Z1/0)及无捻度(0Z 1/0)纱线织布，以求布面纱线铺展效果更好，纱线更加松散化，但结果是织造效果不好，布面破丝、毛羽异常瑕疵较多，达不到铜箔基板(CCL)厂商对布面的要求。

而在浆料中添加化学膨松剂用于帮助经纬纱线开纤的方法则未见报道。

因此，本发明通过化学膨松剂的松散定型效果，提供了一种稳定的高品质开纤玻璃纤维布的制备工艺，该布具有薄型化、均匀化、树脂浸润性好等特点。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种新的电子布开纤方法及其用于此开纤工艺的浆料配方，通过在浆料中加入一种化学膨松剂，该助剂既能保证经纱有很好的织造特性，又能在热清洗时使纱束分散并维持松散的状态，达到开纤目的。本发明使用化学开纤法，以避免现有技术因物理开纤作用过度而造成布面破丝、毛羽等外观不良的缺陷。本发明适用于高精度、高均匀、高性能印制电路板的电子级玻璃纤维布的开纤，经过此开纤后的电子级玻璃纤维布，具有薄型化、均匀化、更快的树脂浸润性，非常适用于印制电路板(PCB)绝缘增强材料，广泛应用于手机板、笔记本电脑、汽车板材、数码照相机、数字播放器、导航设备等高端产品。

本发明应用于电子级玻璃纤维布开纤的浆料配方是通过以下技术方案实现的，按质量百分比，包括如下组分：

主体浆料聚乙烯醇(PVA)5％--10％，

添加作为膨松剂的阳离子表面活性剂0.5％--1％，

去离子水为余量。

所述阳离子表面活性剂，其含量优选0.7％--0.8％。

所述阳离子表面活性剂，具体为一种季铵盐型表面活性剂。季铵盐这类阳离子表面活性剂容易吸附于电子纤维布固体表面，使电子纤维布表面变得疏水。在织造过程中可帮助降低纱线的硬度，提高织造性能，减少纱线因磨擦而破丝。在退浆过程中可帮助纱线开纤。因此起到双重的作用。现有技术，季铵盐型表面活性剂具有优异的柔软性能，常用做服装面料纺织柔软剂，但在电子级玻璃纤维布领域中的应用中则未见报道。

所述季铵盐，可选择硬脂酸类季銨盐。

所述硬脂酸类季銨盐，如硬脂酸三乙醇胺酯季銨盐。

本发明电子级玻璃纤维布开纤工艺是通过以下技术方案实现的，一种由直径为5um-7um之间单丝织成的电子级玻璃纤维布开纤工艺，具体包括如下步骤：

(1)配制浆料并煮浆，具体为：先将主浆料PVA称取一定量倒入煮浆桶，加入一定量的去离子水进行搅拌升温溶解，待PVA完全溶解并变成透明、澄清的溶液后再加入称好的膨松剂，搅拌待完全溶解均匀后保温半小时即可使用；

(2)将经纱纱线在浆纱机上进行浆纱，供后续编织成胚布；

(3)将织成的电子级玻璃纤维布胚布进行首次高温燃烧退浆，然后集中入炉进行长时闷烧退浆；

(4)经过上述两次退浆处理后，在玻璃纤维布表面完成涂覆硅烷偶联剂处理。

步骤(2)中，优选经纱纱线进行两次浆纱，首先拉丝后上浆，在织布前再次上浆，由此进一步保护经纱，以防织布时摩擦破丝。

步骤(4)中，所述硅烷偶联剂溶液的浓度范围是0.5％-1.0％。

本发明的开纤方法适应的玻璃纤维及玻璃纤维布的范围：本发明提供的开纤方法对使用单丝直径为5um至7um之间的玻璃纤维纱线，经纬纱单纤根数为200根以上的织物非常有效；对应IPC标准中即：106与1506之间厚度布种非常有效。对1506以上布种开纤效果相对不明显，因为1506以上较厚布种使用的纱线及密度已经能够铺展整个布面；而106以下布种属于超薄布，使用的纱线非常精细，纱线之间的空隙较大，因此本开纤方法对其不适用。而对于织造玻璃纤维布的织机和织法，则无具体要求，无论是喷气式织机还是剑杆织机或其它织机，无论是平纹法、斜纹法或其它织法，均可适用。

对玻璃纤维经纱的浆纱过程必要性进行说明：玻璃纤维经纱经过整经工序后还需要进行上浆，避免织布时经纱与织具等工装之间或经纱与经纱之间磨擦而受损，造成毛羽或断纱异常。浆纱对经纱进行包覆性保护，目的是降低玻璃纤维经纱与织布机钢筘、停经片之间的摩擦，减少在织造过程中经纱上下移动互相摩擦产生的毛羽、破丝等异常，提高玻璃纤维布的外观品质，保证玻璃纤维布的均匀性及平滑性。因此对浆料的选择及配方的搭配非常关键。首先，浆料的成膜性要好，对经纱要有较好的包覆能力。其次，要求其退浆性要好，因为涂覆浆料的目的主要是帮助经纱在织布过程中减少因摩擦而产生的破丝和毛羽，保持良好的外观品质。当织布完成后，浆料的作用也就结束了，必须彻底除去，以保证玻璃纤维布的硅烷偶联剂处理效果。如果浆料的退浆性不好，容易引起经纱退浆不良，看上去是一条条的黑色或暗褐色线。此种退浆不良布处理效果差，而且外观不良，无法使用。

传统的玻璃纤维浆料是PVA，它具有非常好的成膜性，对玻璃纤维经纱的包覆性及渗透性都非常好，但经过单一浆料PVA浆纱后，玻璃纤维经纱变得非常硬挺，经过织布机织造时很容易因织具相互摩擦引起表面破丝，在织布机侧灯下观察到布面有亮点状突起，严重影响织布的外观品质。因此需要对浆料配方进行调整来改善织布外观品质。

本发明添加使用的化学膨松剂进行说明：采用化学膨松剂的主要目的是赋予经纱纱束柔软性，平滑性，降低纱线表面的摩擦系数，同时降低经纱表面产生的静电，以减少破丝和断纱，提高织布品质和织布效率。另外经过实验发现，添加化学膨松剂后，玻璃纤维布的透气度参数大大降低，并且布面左、中、右透气度非常均匀。经分析，膨松剂是一种阳离子表面活性剂，而且相对于主体浆料而言分子量小，渗透力强，在浆纱过程中容易迁移到单根玻纤纱表面，也就是纱束中，使纱束分散，待到进行热退浆时，膨松剂分解以气体的形式离开纱束，纱束仍然维持松散的形态，类似一种“定型效果”，达到开纤的目的。经过对浆料组分的分析，本发明选择一种低灰份(0.1％以下)的化学膨松剂对原浆料进行改善，在不降低原浆料的耐磨性的基础上改善浆纱的柔软性、可织性。

与现有技术相比，本发明对浆料组分进行实验改善，以提高玻璃纤维布在织布过程中的织造品质，并且在后续的高温退浆过程中使经纬纱线膨松、散开，达到开纤的目的。浆料改善的两次上浆工艺的经纱织轴和只经过原纱厂一次上浆的纬纱通过喷气式织布机上下交错、彼此沉浮的平织法织成的布，具有良好的尺寸安定性，广泛应用于印制电路层压基板中。经过织成的电子级玻璃纤维布胚布的热退浆处理，采用高温燃烧退浆法，分两次进行，首次去掉约95％的浆料，然后集中入炉进行长时闷烧处理，最后表面浆料残留比例应为0.07％以下。经过两次退浆之后的玻璃纤维布，还需进行表面涂覆硅烷偶联剂的处理，用于含浸的硅烷偶联剂溶液的浓度范围是0.5％-1.0％，因硅烷偶联剂与树脂有良好的反应性，能够形成较强的化学键，以使树脂和玻璃纤维布表面紧密结合。硅烷偶联剂的作用其实是“架桥剂”，其一端可与玻璃纤维布的无机表面发生化学反应结合，另一端又可与树脂的有机表面进行反应结合。

附图说明

图1经过膨松剂处理的电子布，在热退浆后布面变得更松散，其开纤效果示意图。1-a为未开纤的普通布，1-b为开纤布。

图2实施例(2116布型)开纤的玻璃纤维布和普通玻璃纤维布效果对比示意图。2-a为未开纤的普通布，2-b为开纤布。

图3实施例(1080布型)开纤的玻璃纤维布和普通玻璃纤维布效果对比示意图。3-a为未开纤的普通布，3-b为开纤布。

标记说明：1-经纱，2-纬纱

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

表1-1 浆料配方表(各组分按质量百分比)

表1-2 浆料配方表(各组分按质量百分比)

表1-3 浆料配方表(各组分按质量百分比)

表1-4 浆料配方表(各组分按质量百分比)

配方说明：2116和1506布经纱纱线较粗，因此浆料配方中PVA浓度较低(为5.0％)，而1080和106布经纱纱线较细，需提高PVA浓度，方可满足织造要求。

各实施例中膨松剂，其成分为硬脂酸三乙醇胺酯季銨盐。

根据以上实施例及比较例配方设计对浆料进行配制。配制及煮浆方法如下：先将主浆料PVA称取一定量倒入煮浆桶，加入相应量的去离子水进行搅拌升温溶解。待PVA完全溶解并变成透明、澄清的溶液后再加入称好的膨松剂，搅拌待完全溶解均匀后保温半小时即可使用。

对2116和1080整经轴纱线在德国Zuker浆纱机上进行浆纱(2116使用纱线为ECG E2251/0 Z纱，单股纱由204根平均单丝直径为7um的单丝经捻线机加捻组成，捻度为40捻/米；1080使用纱线为ECG D4501/0 Z纱，单股纱由204根平均单丝直径为5um的单丝经捻线机加捻组成，捻度为40捻/米)。上浆之后进行烘干、卷取、上机、织布，其它条件不变。按IPC标准织成2116布和1080布后，对胚布进行热退浆、含浸硅烷偶联剂处理液进行表面处理。完成之后在检查机上对布面品质进行检查并统计布面百米瑕疵数据，对布面左、中、右取样进行透气度测试。

为了实验数据的真实可靠性和可比性，每个配方试制的量为两组经纱共计6万米布。测定结果如下表。

表2-1 2116实验结果

表2-2 1506实验结果

表2-3 1080实验结果

表2-4 106实验结果

*百米瑕疵是一个统计量，指每百米布捆长度上，瑕疵(经纱破丝和接着纱)的数量。

**透气度测试标准JIS-1096A。

***透气度超过测试上限289cm³/cm²/s。

经固定浆纱工艺其它条件，改变膨松剂添加量进行以上实验，统计成品布面经向百米瑕疵数量，结果发现膨松剂添加量太少了没有经纱膨松化的作用，太多了又破坏了原浆料的耐磨性，其添加量须控制于0.5％-1.0％，最佳添加比例为0.7％-0.8％，可有效降低电子布的透气度，使电子布结构松散，因此也有利于硅烷偶联剂溶液的渗透和浸润。

电子玻纤纱一般是由100到400根单丝(直径4微米到9微米)组成的一束，其在空间的分布越宽，开纤状况越好，透气度越小。如示意图图1所示。电子布的开纤状况除了可用透气度指标进行评价，更精确的方法是测量热退浆后布面经纬纱的宽度。纱线宽度测试方法为：在显微镜下用CCD摄像头拍照，用标尺精确的测试软件测量经纱和纬纱宽度，记录数据。具体数据比较如下表3所示。

表3

实验结果发现2116退浆布经纱纱线宽度增大了20-30um，纬纱纱线宽度增大了10-20um，布面厚度降低了4um，效果示意图如图2所示。1080退浆布经纱纱线宽度增大了40-60um，纬纱纱线宽度增大了30-40um，布面厚度降低了5um，效果示意图如图3所示。106退浆布经纱纱线宽度增大5um，纬纱纱线宽度增大了10um，布面厚度仅仅降低了1um，布面开纤效果及厚度降低均不明显。1506退浆布经纱纱线宽度和纬纱纱线宽度也未见增大，布面厚度没有降低，开纤效果亦不明显，添加膨松剂只是改善了织造品质及透气度。以上实验表明添加化学膨松剂对大部分薄布确实起到了松散纱线的作用，并且因为膨松剂是添加在经纱用浆料中，故经纱的松散程度比纬纱大。

对经过化学膨松剂开纤的玻璃纤维布进行含浸性测试，发现经过此方法开纤的玻璃纤维布的含浸性大大优于普通玻璃纤维布。

含浸性(或称浸润性)测试方法：将固定大小的玻璃纤维成品布(一般采用冲模机取样成圆片，减少布样的翘曲对测试结果的影响)，放于固定粘度的环氧树脂中，用秒表记录玻璃纤维成品布样从进入树脂到完全浸透树脂的时间，时间越小表示含浸性越好，树脂浸透玻璃纤维布的能力越快。

表4

实验比较发现，经过化学膨松剂(该组分的质量百分比在0.5％-1％范围内)开纤的2116玻璃纤维布比普通玻璃纤维布含浸性提高约29.2％--33.3％，1080提高约45.5％--54.5％，而1506和106玻璃纤维布布含浸性提高不明显。经分析主要原因是开纤后布面变薄，树脂浸透布面需要的时间缩短所致。

本发明的开纤方法的延伸适用性：本发明提供的开纤方法不仅仅适用于电子级无碱玻璃纤维(E-glass)纱线，对其它种类的玻璃纤维如D-glass，NE-glass(低介电损耗玻璃)，T-glass，C-glass(中碱玻璃)，H-glass以及碳纤维所织成的织物同样适用。使用本方法开纤的玻璃纤维布增强织物除了使用于印制电路板基板材料外，还可适用于其它增强领域，如飞机、地铁、汽车、轮船、游艇中的座椅、行李架，风能发电的叶片基材，等等。

本发明提供产品对下游的影响：通过在浆料中添加化学膨松剂的方法改变了电子玻纤布的结构，使纱束变得松散，使整个结构变得均匀，经过这种化学处理的电子玻纤布被称为“开纤布”，与普通布相比硅烷偶联剂的浸润处理效果，树脂对开纤布的含浸性、CCL层压过程中的树脂流动性、CCL钻孔加工性都有极大的提高，制成的基板在可靠性、耐热性、尺寸稳定性等方面也有很大的提升。

因为经纬纱在平织交织处变薄，经纬纱之间的缝隙更小，甚至完全铺满而没有缝隙，使得布面更均匀，在进行表面处理时硅烷偶联剂处理液更容易渗透进纱束里的单纤之中，使得布面表面的硅烷偶联剂分布更加均匀，更有利于树脂含浸、层压和钻孔，所以从整体上提高了印制电路层压板的质量。

本发明的经济适用性：本发明添加的化学膨松剂因添加量较少，对成本的提高影响不大。

本发明工业上利用的可能性：本发明提供的玻璃纤维开纤布，由于各项物理化学性能明显优于普通未开纤布，因此采用该开纤方法生产的玻璃纤维开纤布可适用于印制电路板基板材料。

Claims

1.一种由直径为5um-7um之间单丝织成的电子级玻璃纤维布开纤工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)配制浆料并煮浆，具体为：先将主浆料聚乙烯醇称取一定量倒入煮浆桶，加入一定量的去离子水进行搅拌升温溶解，待聚乙烯醇完全溶解并变成透明、澄清的溶液后再加入称好的膨松剂，搅拌待完全溶解均匀后保温半小时即可使用；

所述配制浆料的浆料配方，按质量百分比，包括如下组分：主体浆料聚乙烯醇5％--10％，添加作为膨松剂的阳离子表面活性剂0.5％--1％，去离子水为余量；

(2)将经纱纱线在浆纱机上进行浆纱，供后续编织成胚布；

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(2)中，经纱纱线进行两次浆纱，首先拉丝后上浆，在织布前再次上浆，由此进一步保护经纱，以防织布时摩擦破丝。

3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(4)中，所述硅烷偶联剂溶液的浓度范围是0.5％-1.0％。

4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述阳离子表面活性剂，其含量为0.7％--0.8％。

5.如权利要求1或4所述的工艺，其特征在于，所述阳离子表面活性剂，为季铵盐型表面活性剂。

6.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述季铵盐是烷基季铵盐。

7.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述烷基季铵盐，具体为硬脂酸三乙醇胺酯季铵盐。