CN114836008B - 一种硬脆材料金刚石线多线切割用塑料板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硬脆材料金刚石线多线切割用塑料板，以重量组分计包括：导电聚合物树脂90‑95份、抗静电润滑减阻剂0.5~5份、阻燃增塑剂0.5~5份、抗氧剂0.05~0.5份。本发明具有如下有益效果：采用多功能型复合助剂，通过导电树脂材料和润滑减阻剂的添加，极大提升了抗静电效果和润滑能力，极大程度降低了金刚线的切割阻力及切割产生的碎屑对金刚线表面的吸附，适当增加了塑料板的亲水润湿性能，减少了切割过程中的断线、加切、崩边、脏污、胶层与板材剥离掉片等隐患，使用本发明的塑料板加工后的硬脆材料良品率高、表面污物残留低、更容易被清洗。

Description

一种硬脆材料金刚石线多线切割用塑料板

技术领域

本发明涉及硬脆材料金刚线多线切割生产过程的技术领域，具体涉及到一种硬脆材料金刚石线多线切割用塑料板。

背景技术

随着硬脆材料材料多线切割工艺的技术提升变革，切割过程中涉及的板材也发生了较大的变化。板材在硬脆材料多线切割过程中，也是不可或缺的一种关键辅材，其主要作用是固定待加工的硬脆材料，通过胶水粘接，参与多线切割过程。

早期使用砂浆直钢线切割工艺时，使用玻璃材质板材，然后金刚线多线切割的工艺技术重大变革替代了砂浆直钢线切割工艺，使硬脆材料切割的产能得到了极大提升，同时多线切割设备的运行高线速、金刚石线线径不断细化以及硅片尺寸越来越大和片厚越来越薄片等行业技术的发展，玻璃板已经不能承受多线切割过程工艺的要求，被淘汰使用，取而代之的是一些树脂塑料类板材。之后依次出现了环氧树脂板材、膨化板、聚氨酯发泡板、工程塑料板等几个阶段。其中，环氧树脂板材、膨化板由于含有碳酸钙或氢氧化铝等增加强度并降低成本的填充料，切割过程会造成硅片表面硅粉团聚脏污；同时，板材成分接触金刚线表面后吸附包裹在金刚线表面，造成金刚线切割能力急剧下降，加切、断线、粘胶面异常问题发生频次增加，对现场切割良率和产能影响大；为了解决树脂板和膨化板的缺点问题，出现了具有材质地轻、切割过程对钢线表面吸附包裹板材组分少等优点的聚氨酯发泡板，一度被大面积推广使用，但是由于其质地疏松，生产形成板材容易发生形变，粘接硬脆材料的时候会出现严重的空胶问题，造成切割过程金刚线线网断线、粘胶面崩边严重以及切割后发生硅片掉落损失等不良后果，也被行业淘汰使用；同时，还有树脂板、膨化板、聚氨酯发泡板均不可回收使用，从环保角度出发，也限制了其在行业内的使用。工程塑料板材的出现，极大程度解决了以上板材的不足，因其环保可以回收使用、板材自身材质对金刚线表面吸附包裹少等优点，被迅速推广使用，但是随着使用推广，也存在一些问题，比如：1）由于工程塑料板材表面能高，切割过程水液不易渗透带入切割界面、线缝中，使热量无法及时带出，导致切割过程板材中间断线；2）由于切割至塑料板材中润滑能力不足，导致切割过程板材中间断线；3）切割结束升棒由于板材受摩擦热局部变形、润滑能力不足，发生板材夹线断线；4）切割以及金刚线往复切割过程摩擦形成静电，金刚线线径粗的时候由于切割线缝宽度大，水流能较好带入切割线缝，摩擦静电对切割的影响不明显，但是现在金刚线的线径已经由早期的80μm母线线径下降至现在的38μm、35μm母线线径，因此切割至塑料板后，容易因为静电吸附塑料板粉末、胶层粉末、硅粉颗粒，降低切割能力，出现大量加切、卡线、断线等问题；5）由于工程塑料板材的表面能高，与粘接硬脆材料的粘接胶粘接力和粘接强度不够，导致切割过程胶层与塑料板材剥离，形成掉片，造成严重的硬脆材料切割良品率的生产损失。因此，工程塑料板材在抗静电性能、润滑性能、易被水浸润的亲水性能以及与站棒胶的粘接强度的提升要求，需要亟待解决。

在已公开的专利CN108384144太阳能金刚线切割用中空塑料板及其生产工艺中，通过使用PVC、石粉、聚乙烯蜡、硬脂酸、稳定剂、硅氧烷偶联剂和抗静电剂制备得到的板材，其有益之处在于减少切割量，提高了生产效率，良好的抗静电性能，切割时摩擦力小，消耗的金刚线较少，钢板也不会被磨损，降低生产成本。但是该专利中抗静电剂选择沪本HB-P1010ITO，沪本HB-P1010ITO经过查询资料，主要成分为氧化铟锡混合物，而氧化铟锡是2017年10月27日世界卫生组织国际癌症研究机构公布的2B类致癌物清单中的物料，同时，该物料还容易使氧化铟锡粉末通过钢线和循环喷淋水溶液，将其与硬脆材料表面接触，形成金属离子或者金属氧化物脏污，而现在多线切割的硬脆材料绝大多数都用于光伏太阳能和半导体行业，对其加工材料自身表面的金属离子及重金属离子含量都有较为严格的要求，因此，该专利中的抗静电剂虽然能改善塑料板的抗静电性能，但是对加工材料会造成一定概率的二次金属及重金属离子污染，也是不能被行业所接收技术方案。

在已公开的专利CN107652657一种用于金刚线切割的聚苯醚塑料板及其制备方法中，通过使用聚苯醚树脂、聚苯乙烯树脂、相容剂、表面改性剂、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂制备得到聚苯醚塑料板，其有益之处在于选用热塑性树脂材料代替原有热固性树脂材料，可回收利用，绿色环保；垫板具有尺寸稳定性好，耐温性高，耐水，在满足强度硬度的要求外，无需添加填料，切削阻力小，爽滑，切削中不粘线不会因为水切削液变形，与硅棒粘结强度高，不粘胶。但是该专利中为涉及塑料板的抗静电性能，所用材料也没有抗静电功能，因此在抗静电性能方面有技术缺失。

在已公开的专利CN110317427一种新型光伏金刚线切割专用垫板中，通过使用ABS树脂、PMMA树脂、PC树脂和/或PBT树脂、相容剂、聚乙烯基吡咯烷酮、助剂、附着力改性剂，其有益之处在于通过加入PMMA塑料、PC塑料、聚乙烯基吡咯烷酮及其它附着力改性剂等强极性材料，明显提高板材表面极性，从而提高板材表面附着力，使板材与金刚线粘板胶和粘棒胶的粘接强度明显提高且稳定，并且该垫板具有比重轻减少人力和提高生产效率，有不粘附金刚线、减少金刚线用量，而且便于硅料及ABS/PMMA/PC塑料板回收的特点，使用本品可以带来节省能耗、降低成本、提高生产效率的明显效益。但是该专利中的技术实质未涉及抗静电和润滑性能的方面，同时聚乙烯吡咯烷酮虽然具有一定的抗静电效果，但是其在参与切割过程中会与水大量持续接触，聚乙烯吡咯烷酮会亲水溶胀发生形变，因此该材料并不适合于在硬脆材料金刚线多线切割中使用。

因此，现有公开技术并未能全方位的对硬脆材料金刚石线多线切割过程中使用的塑料板的行业亟待解决的技术痛点问题进行解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对目前硬脆材料金刚线多线切割生产过程对塑料板材在抗静电性能、润滑性能、易被水浸润的亲水性能以及与站棒胶的粘接强度等性能提升的改善要求下，通过本发明的技术方法解决这些性能方面的问题。

为实现对上述对塑料板性能提升的目的，本发明提供了一种硬脆材料金刚石线多线切割用塑料板，所述塑料板按100份计由以下配比配制而成：导电聚合物树脂90-95份、抗静电润滑减阻剂 0.5~5份、阻燃增塑剂 0.5~5份、抗氧剂 0.05~0.5份；

其中，所述导电树脂材料为吡啶聚酯树脂、芴酮聚酯树脂、聚苯胺环氧树脂、聚吡咯聚丙烯树脂、聚噻吩树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或多种；

其中，所述润滑减阻剂为科琴黑Carbon ECP600JD、科琴黑Carbon ECP、科琴黑Ketjenblack EC600JD、科琴黑Ketjenblack EC-300J、高纯乙炔炭黑、耐火专用炭黑、石墨中的一种或多种；

其中，所述阻燃增塑剂为磷酸三甲酚酯、3,5,6-三氯吡啶-2-醇、四苯基双酚A二磷酸酯中的一种或多种；

其中，所述抗氧剂为辅酶Q10、巴斯夫Irganox 245、巴斯夫Irganox B900、巴斯夫Irganox 168、巴斯夫Irganox 1076、抗氧剂1010中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）通过导电树脂材料和润滑减阻剂的添加，提升了塑料板的导电性能，抗静电性能即得到了极大提升，能有效消除切割过程摩擦产生的静电，极大程度降低了金刚线的切割阻力及切割产生的碎屑对金刚线表面的吸附；同时也避免了现有金属氧化物类型抗静电剂（如ATO、ITO、AZO、FTO等）在使用过程中对加工材料的表面金属或重金属离子污染，影响加工材料的品质；

2）润滑减阻剂的添加，通过炭黑、石墨润滑材料，提升了切割过程中的润滑性，切割和抬棒过程中都能起到降低金刚石线运行阻力的作用，从而避免切割板材内断线和抬棒板材夹线断线造成的加工材料良品率损失；

3）选用的导电树脂具有一定的极性基团，可以提供与站棒胶的粘接力，避免切割过程胶层与塑料板剥离形成掉片造成的加工材料良品率损失；同时还能对塑料板的亲水性能有一定的提升，更利于切割过程循环水溶液在切割钢线与塑料板之间的润湿渗透，及时带出切割热量，避免板材局部受热造成的形变而对抬棒过程产生的夹线断线，并能保持较好的排除切割碎屑的作用，保持加工材料表面的清洁度，为后续清洗工序降低更容易被清洗。

4）采用多功能助剂，如润滑减阻剂即具有润滑减阻效果、也有抗静电性能；阻燃增塑剂即具有阻燃作用，也有增塑作用。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

配方的重量份如下（总重量份为100）：

芴酮聚酯树脂：91.6

高纯乙炔炭黑：4.25

磷酸三甲酚酯：4

巴斯夫Irganox B900：0.15

实施例2

配方的重量份如下（总重量份为100）：

聚噻吩树脂：93

科琴黑Carbon ECP600JD：4.5

3,5,6-三氯吡啶-2-醇：2.4

辅酶Q10：0.1

实施例3

配方的重量份如下（总重量份为100）：

聚苯胺环氧树脂：92.15

石墨：2.8

四苯基双酚A二磷酸酯：2.2

3,5,6-三氯吡啶-2-醇：2.5

辅酶Q10：0.1

巴斯夫Irganox 1076：0.25

实施例4

配方的重量份如下（总重量份为100）：

吡啶聚酯树脂：93.2

耐火专用炭黑：2.75

磷酸三甲酚酯：3.75

巴斯夫Irganox B900：0.3

实施例5

配方的重量份如下（总重量份为100）：

芴酮聚酯树脂：91

科琴黑Carbon ECP：2

科琴黑Ketjenblack EC-300J：2.8

磷酸三甲酚酯：3.2

3,5,6-三氯吡啶-2-醇：0.8

巴斯夫Irganox 168：0.2

实施例6

配方的重量份如下（总重量份为100）：

聚噻吩树脂：59

聚酰亚胺树脂：32

科琴黑Carbon ECP：2.25

科琴黑Ketjenblack EC600JD：2.5

四苯基双酚A二磷酸酯：4

巴斯夫Irganox 245：0.25

对以上实施例1~6的样品和3种不同厂家的市售竞品（市售竞品PY、市售竞品SL、市售竞品JY）分别进行金刚石线切割光伏太阳能级单晶硅棒，加工硅棒长度830mm，加工硅片尺寸182mm*182mm，加工硅片片厚150um，金刚石线线径φ38um，每组试验各切割1000刀，多线切割机选择同一厂家同型号机型，切割工艺程序、纯水、金刚石线厂家、切割冷却液厂家、硅棒粘接胶及胶水施用量、以及后续工段脱胶和清洗所用设备类型和药剂厂家以及工艺条件均相同，针对试验结果，进行数据汇总统计，如表1所示。

表1

备注：断线率①统计为与塑料板相关的断线率占比数据。

综上所述，实施例1~6的塑料板和3种市售竞品通过塑料板表面电阻率数据对比，实施例1~6的塑料板表面电阻率数据均优于3种市售竞品，说明实施例1~6的塑料板比3种市售竞品的抗静电效果强；实施例1~6的塑料板和3种市售竞品通过金刚石线切割单晶硅棒的数据比较，实施例1~6的塑料板在测试试验样品数量下均为发生卡线、加切和掉片问题，而市售竞品均出现了卡线、加切和掉片问题；与塑料板相关的断线方面数据比较，3种市售竞品断线率较实施例1~6的塑料板断线率高；良品率方面比较，实施例1~6的塑料板，在A级品、B线痕、B崩边、BTTV、脏污等数据都占明显优势，优于3种市售竞品。综合对比，实施例6的塑料板使用效果最优，为最优塑料板实验配方。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种硬脆材料金刚石线多线切割用塑料板，其特征在于，所述塑料板按重量组分100份计由以下配比配制而成：导电聚合物树脂 90-95份、抗静电润滑减阻剂 0.5~5份、阻燃增塑剂 0.5~5份、抗氧剂 0.05~0.5份；

所述导电聚合物树脂为吡啶聚酯树脂、芴酮聚酯树脂、聚苯胺环氧树脂、聚吡咯聚丙烯树脂、聚噻吩、聚酰亚胺树脂中的一种或多种；

所述抗静电润滑减阻剂为科琴黑Carbon ECP600JD、科琴黑Carbon ECP、科琴黑Ketjenblack EC600JD、科琴黑Ketjenblack EC-300J、高纯乙炔炭黑、耐火专用炭黑、石墨中的一种或多种；

所述阻燃增塑剂为磷酸三甲酚酯、3,5,6-三氯吡啶-2-醇、四苯基双酚A二磷酸酯中的一种或多种；

所述抗氧剂为辅酶Q10、巴斯夫Irganox 245、巴斯夫Irganox B900、巴斯夫Irganox168、巴斯夫Irganox 1076、抗氧剂1010中的一种或多种。