CN103740452A

CN103740452A - 环保型金刚线切割用冷却液及其配制方法

Info

Publication number: CN103740452A
Application number: CN201310710468.5A
Authority: CN
Inventors: 孙毅; 宋中学; 李要正; 吕艳艳
Original assignee: KAIFENG HENGRUIXIN DIAMOND PRODUCTS Co Ltd
Current assignee: KAIFENG HENGRUIXIN DIAMOND PRODUCTS Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103740452B

Abstract

本发明公开了一种环保型金刚线切割用冷却液及其配制方法，旨在解决制备一种具有更好的冷却和防锈性能且环保的金刚线切割用冷却液的技术问题。该冷却液中各组分所占的重量百分比为：稳定剂4～10%，水溶性润滑剂0.5～2%，极压剂1～4%，防锈剂12～16%，防腐剂3～8%，润湿剂1～4%，消泡剂0.01～0.04%，余量为去离子水。本发明环保型金刚线切割用冷却液具有优良的冷却、润滑、防锈和清洗性能，不易腐败变质，使用寿命长，便于回收再利用，且对环境无污染或者低污染，对工作人员的身体健康无害。本发明环保型金刚线切割用冷却液的配制方法安全可靠，综合成本低，适用于规模化生产。

Description

环保型金刚线切割用冷却液及其配制方法

技术领域

本发明涉及金刚线切割晶硅技术领域，具体涉及一种环保型金刚线切割用冷却液及其配制方法。

背景技术

金刚线切割技术也被称为固结磨料切割技术，它是利用电镀或树脂粘结的方法将金刚石磨料附着在钢线表面，将金刚线直接作用于硅棒或硅锭表面产生磨削，达到切割的效果。金刚线切割具有切割速度快，切割精度高，材料损耗低等特点。由于金刚线切割速度快，线锯和硅棒表面会产生的更多的热量，需要及时散热以避免影响硅片质量，因此在金刚线切割技术中要用到冷却液。冷却液又叫切削液或者磨削液，是机械加工行业不可缺少的一种材料。近几年国外冷却液发展方向之一是从油基型冷却液向水基型冷却液转移，水溶性冷却液因具有冷却效果好、透视性好、去污能力强、贮存稳定性好等特点，而逐渐代替油类冷却液和其它乳化液。在金刚线切割技术中，研磨颗粒不是悬浮在切削液中，而是嵌在钢线上，这就意味着可以使用粘度更低的切削液，从而使切割速度更快。但这样一来金刚线和硅棒表面将产生更多热量，这就需要一种比传统切削液冷却性能更好的冷却液来进行降温。

当前传统型冷却液中矿物油是主要成分之一，其生物降解性差，能长期残留在水和土壤中，含油量达到3×10^-4ml/L便可使海洋植物和淡水鱼死亡。其中还含有S、P、Cl等对环境有害的添加剂，即使废液经过严格的回收处理，其在水中的长期积累也会产生危害。此外，使用冷却液时产生的油雾以及冷却液散发的刺激性气味会对操作工人的呼吸系统造成伤害。中国发明专利申请公开说明书CN103013638A中公开了一种用于固定磨料线切割的水溶性冷却液及其制备方法，该水溶性冷却液具有较好的消泡和防锈性能。但其中的防锈剂选用了亚硝酸盐，其属于致癌物质，长期使用会使皮肤干燥、红肿，进而诱发多种皮肤病，目前已被许多国家禁止使用。由此可见，制备一种环保型金刚线冷却液对于光伏产业的长远发展将起到重要的推动作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有更好的冷却和防锈性能的环保型金刚线切割用冷却液及其配制方法。

为解决上述技术问题，本发明环保型金刚线切割用冷却液采用如下技术方案：

所述冷却液中各组分所占的重量百分比为：稳定剂4～10%，水溶性润滑剂0.5～2%，极压剂1～4%，防锈剂12～16%，防腐剂3～8%，润湿剂1～4%，消泡剂0.01～0.04%，余量为去离子水；

其中，所述稳定剂为油酸三乙醇胺、聚乙烯吡咯啉酮、聚甲基丙烯酸铵中的至少一种；

所述防锈剂为三乙醇胺硼酸酯；

所述防腐剂为十二烯基丁二酸二乙醇酰胺、苯甲酸钠中的至少一种；

所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。

在上述技术方案中，选用油酸三乙醇胺、聚乙烯吡咯啉酮、聚甲基丙烯酸铵中的至少一种作为稳定剂，能够起到增稠冷却液、分散切屑、增强贮存稳定性的作用，且不受稀释水质的影响。选用三乙醇胺硼酸酯作为防锈剂，能够使冷却液具有优越的防锈性能，且其无毒无害，能够有效提高提高设备工件的防锈、抗蚀能力。选用十二烯基丁二酸二乙醇酰胺、苯甲酸钠中的至少一种作为防腐剂，具有高效低毒、水溶性好的优点，能够有效抑制微生物生长对冷却液稳定性的破坏。选用脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种作为润湿剂，能够降低冷却液表面张力，提高固体物料的润湿速度。另外，去离子水作为溶剂，杂质少，能够提高冷却液的冷却性能、防锈性能和稳定性。

所述水溶性润滑剂为聚乙二醇、磷酸三乙酯、油酸中的至少一种，能够使冷却液的粘附力增强，润滑性能提高。

所述极压剂为硼砂、硅酸钠中的至少一种，能够使冷却液的粘度增大，附着力提高，在切削区形成坚固的润滑膜。

所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、二甲基硅油中的至少一种，能够有效抑制切割过程的起泡性，提高切割过程的稳定性。

本发明环保型金刚线切割用冷却液的有益效果在于：（1）具有优良的冷却、润滑、防锈和清洗性能，能够在满足金刚线高速切割的同时，实现良好的切片表面光洁度；（2）不易腐败变质，使用寿命长，便于回收再利用；（3）所用原辅料都是环保无毒或者低毒添加剂，对环境无污染或者低污染，对工作人员的身体健康无害；（4）废液处理更为方便和经济。

本发明还提供了上述环保型金刚线切割用冷却液的配制方法：

在不断搅拌的条件下，依次向去离子水中加入稳定剂、水溶性润滑剂、极压剂、防锈剂、防腐剂、润湿剂、消泡剂，继续搅拌1～5h，经滤纸过滤后得到所述环保型金刚线切割用冷却液；

其中各组分所占的重量百分比为：稳定剂4～10%，水溶性润滑剂0.5～2%，极压剂1～4%，防锈剂12～16%，防腐剂3～8%，润湿剂1～4%，消泡剂0.01～0.04%，余量为去离子水。

所述过滤方法为常压过滤，滤纸采用定性快速滤纸。

采用本发明环保型金刚线切割用冷却液的配制方法，所制得的冷却液具有优良的冷却、润滑、防锈和清洗性能，不易腐败变质，使用寿命长，便于回收再利用，且对环境无污染或者低污染，对工作人员的身体健康无害。该方法安全可靠，综合成本低，适用于规模化生产。

具体实施方式

以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只是对本发明所作的进一步说明，并不以任何方式限制本发明的范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。下列实施例中所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

实施例1：称取油酸三乙醇胺7kg, 聚乙二醇1kg，硼砂3kg，三乙醇胺硼酸酯13kg，十二烯基丁二酸二乙醇酰胺5kg，脂肪醇聚氧乙烯醚2kg，聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚0.02kg，去离子水68.98kg。

在去离子水中，不断搅拌的同时，依次加入所述的油酸三乙醇胺、聚乙二醇、硼砂、三乙醇胺硼酸酯、十二烯基丁二酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，继续搅拌3h，经滤纸过滤后得到所述环保型金刚线切割用冷却液100kg。

本实施例配制的环保型金刚线切割用冷却液经检测的各项指标如下表1所示。

在相同的切割参数下，将本发明实施例1配制的环保型金刚线切割用冷却液与市售冷却液进行性能分析对比实验，其中市售切割液为日本TKX株式会社，MW-600型号产品。

将实施例1配制的环保型金刚线切割用冷却液与市售冷却液，分别进行5次硅片切割对比实验，所得污片率的对比数据如下表2所示。

将实施例1配制的环保型金刚线切割用冷却液与市售冷却液，分别进行5次硅片切割对比实验，所得成品率的对比数据如下表3所示。

将实施例1配制的环保型金刚线切割用冷却液与市售冷却液，分别进行3次COD（化学需氧量）测试，所得COD的对比数据如下表4所示。

将实施例1配制的环保型金刚线切割用冷却液与市售冷却液，分别进行防锈性平行试验3次，所得防锈性试验的对比数据如下表5所示。

表2～5的实验数据表明，实施例1配制的环保型金刚线切割用冷却液与市售冷却液相比较，有效地降低了污片率、提高了成品率；其COD明显减小，环保效果更好；防锈性明显提高。

实施例2：称取油酸三乙醇胺6kg，聚甲基丙烯酸铵4kg，聚乙二醇1kg，磷酸三乙酯1kg，硼砂3kg，硅酸钠1kg，三乙醇胺硼酸酯16kg，十二烯基丁二酸二乙醇酰胺4kg，苯甲酸钠4kg，脂肪醇聚氧乙烯醚2kg，十二烷基苯磺酸钠2kg，聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚0.02kg，二甲基硅油0.02kg，去离子水55.96kg。

在去离子水中，不断搅拌的同时，依次加入所述的油酸三乙醇胺，聚甲基丙烯酸铵、聚乙二醇、磷酸三乙酯、硼砂、硅酸钠、三乙醇胺硼酸酯、十二烯基丁二酸二乙醇酰胺、苯甲酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、二甲基硅油，继续搅拌3h，经滤纸过滤后得到所述环保型金刚线切割用冷却液100kg。

实施例3：称取油酸三乙醇胺5kg，聚甲基丙烯酸铵3kg，聚乙烯吡咯啉酮2kg，聚乙二醇1kg，磷酸三乙酯0.5kg，油酸0.5kg，硼砂2kg，硅酸钠2kg，三乙醇胺硼酸酯16kg，十二烯基丁二酸二乙醇酰胺4kg，苯甲酸钠4kg，脂肪醇聚氧乙烯醚1kg，十二烷基苯磺酸钠3kg，聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚0.01kg，二甲基硅油0.03kg，去离子水55.96kg。

在去离子水中，不断搅拌的同时，依次加入所述的油酸三乙醇胺、聚甲基丙烯酸铵、聚乙烯吡咯啉酮、聚乙二醇、磷酸三乙酯、油酸、硼砂、硅酸钠、三乙醇胺硼酸酯、十二烯基丁二酸二乙醇酰胺、苯甲酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、二甲基硅油，继续搅拌3h，经滤纸过滤后得到所述环保型金刚线切割用冷却液100kg。

实施例2、实施例3配制的环保型金刚线切割用冷却液经检测的各项性能指标如下表6所示。

在相同的切割参数下，将本发明实施例2、实施例3配制的环保型金刚线切割用冷却液与市售冷却液，分别进行5刀硅片切割对比实验、3次COD（化学需氧量）、3次测试防锈性平行试验，所得结果如下表7所示。

由以上实验数据可知，本发明环保型金刚线切割用冷却液与市售冷却液相比较，各项性能指标优越，并有效降低了污片率、提高了成品率，应用于金刚线切割生产中能够有效提高生产效率和产品质量；本发明环保型金刚线切割用冷却液的COD明显低于市售冷却液，环保效果更好，能够使企业的废水处理成本降低，有利于保护环境；其防锈性明显提高，有利于延长生产设备的使用寿命，进一步降低生产成本。

综上所述，本发明环保型金刚线切割用冷却液具有优良的冷却、润滑、防锈和清洗性能，不易腐败变质，使用寿命长，便于回收再利用，且对环境无污染或者低污染，对工作人员的身体健康无害。本发明环保型金刚线切割用冷却液的配制方法安全可靠，综合成本低，适用于规模化生产。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims

1.一种环保型金刚线切割用冷却液，其特征在于，所述冷却液中各组分所占的重量百分比为：稳定剂4～10%，水溶性润滑剂0.5～2%，极压剂1～4%，防锈剂12～16%，防腐剂3～8%，润湿剂1～4%，消泡剂0.01～0.04%，余量为去离子水；

所述防锈剂为三乙醇胺硼酸酯；

2.根据权利要求1所述的环保型金刚线切割用冷却液，其特征在于，所述水溶性润滑剂为聚乙二醇、磷酸三乙酯、油酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的环保型金刚线切割用冷却液，其特征在于，所述极压剂为硼砂、硅酸钠中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的环保型金刚线切割用冷却液，其特征在于，所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、二甲基硅油中的至少一种。

5.一种权利要求1至4中任一项所述的环保型金刚线切割用冷却液的配制方法，其特征在于，在不断搅拌的条件下，依次向去离子水中加入稳定剂、水溶性润滑剂、极压剂、防锈剂、防腐剂、润湿剂、消泡剂，继续搅拌1～5h，经滤纸过滤后得到所述环保型金刚线切割用冷却液；

6.根据权利要求5所述的环保型金刚线切割用冷却液的配制方法，其特征在于，所述过滤方法为常压过滤，滤纸采用定性快速滤纸。