CN103289364A

CN103289364A - 一种金刚线用电子辐射固化树脂结合剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103289364A
Application number: CN2013101841989A
Authority: CN
Inventors: 莫祥银; 朱汉波
Original assignee: Nanjing Normal University
Current assignee: Nanjing Normal University
Priority date: 2013-05-19
Filing date: 2013-05-19
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明公开了一种新型金刚线用电子辐射（EB）固化树脂结合剂，其配比（重量%）：EB固化树脂50~80%、溶剂5~30%、无机填料1~20%、混合晶须1~20%；其中，无机填料的组分（重量%）为：氧化铝30~60%、氧化钛30~60%、氧化镧1~10%、氧化铈1~10%。所述的树脂结合剂的制备方法是，先将混合晶须和无机填料的各组分精确称量混合，研磨至超细粉，将此超细粉按比例加入EB固化树脂，加入溶剂后混合均匀，得到所述的金刚线用电子辐射（EB）固化树脂结合剂。

Description

一种金刚线用电子辐射固化树脂结合剂及其制备方法

技术领域

本发明是涉及一种新型金刚线用电子辐射固化树脂结合剂及其制备方法。

背景技术

国外于20世纪70年代提出了用金刚线切割脆性半导体材料的工艺，20世纪80年代出现了可用于硅片切割的金刚线。进入20世纪90年代，尤其是近几年来，金刚线得到了快速发展，对其研究也更为深入。

金刚线是金刚石切割线的简称，工业上用于切割，比如光伏领域的多晶硅切片。金刚石切割线是把磨料金刚石的微小颗粒固结在金属线上做成的切割线，主要有电镀固结金刚线、树脂结合剂固结金刚线以及机械压入金刚线等几种。固结磨料金刚线切割因为低能耗、使用环境无污染、切削效率高、加工精度高等优点已经开始逐步替代悬浮磨料切割。

从金刚石磨料的固结方法上，金刚线的制造方法主要有：电镀法、钎焊法、浸镀法以及树脂结合剂法，树脂结合剂法又可分为热固化树脂和UV固化树脂结合剂两种。

国内市场常见的为电镀法制造金刚线，由于生产速度较低，金刚线成本还比较高，从而限制了电镀金刚线的广泛应用。

国外采用热固化树脂作为结合剂生产的金刚线比电镀法生产的金刚线生产率高，成本有所降低，目前市场上使用的固结磨料金刚线大多为国外生产的此类产品。由于生产速度依然较低，成本较高，目前还不能大范围取代悬浮磨料切割。

日本有学者提出了使用UV固化树脂取代传统热固化树脂作为结合剂固结金刚石磨料的新方法，主要集中研究了丙烯酸类UV固化树脂，但是由于树脂强度以及树脂与金属丝把持力达不到良好切割要求，所以该方法还处于进一步研究阶段。

另一方面，国内外对于电子辐射固化树脂（EB固化树脂）的研究已经比较成熟，EB电子辐射固化树脂已经成功应用于涂料、油墨和胶黏剂行业，取得了很好的效果。

发明内容

本发明的目的是开发一种新型金刚线用树脂结合剂，该结合剂采用电子辐射固化树脂，适用于快速制造金刚线。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种金刚线用电子辐射固化树脂结合剂，由以下重量%的配料组成：EB固化树脂50~80%、溶剂5~30%、无机填料1~20%、混合晶须1~20%；其中，无机填料的重量%组分为：氧化铝30~60%、氧化钛30~60%、氧化镧1~10%、氧化铈1~10%。

所述的EB固化树脂为不饱和聚氨酯树脂、改性丙烯酸酯树脂、改性环氧树脂中的一种，优选不饱和聚酯多元醇与二异氰酸酯反应得到带端羟基的不饱和聚氨酯树脂，其中不饱和聚酯多元醇分子量为1500～2500。本发明在具体实施例中的EB固化树脂，使用韩国东成化学生产的不饱和聚酯多元醇与二异氰酸酯反应得到的聚氨酯树脂。

所述的溶剂优选使用含羟基的丙烯酸酯，如三乙二醇甲基丙烯酸酯或二乙二醇二甲基丙烯酸酯。

所述的混合晶须为晶须硅和聚四氟乙烯晶须的混合物，晶须硅能显著增强金刚线强度，同时聚四氟乙烯晶须可以增加金刚线的柔韧性。试验证明，两种晶须混合比例（重量比）在63：37的时候效果最佳，可以显著改善金刚线的切割性能。

本发明还涉及一种金刚线用电子辐射固化树脂结合剂的制备方法，其特征在于，所述的电子辐射固化树脂结合剂按重量百分比计，配料为：EB固化树脂50~80%、溶剂5~30%、无机填料1~20%、混合晶须1~20%；其中，无机填料的重量%组分为：氧化铝30~60%、氧化钛30~60%、氧化镧1~10%、氧化铈1~10%；

将混合晶须和无机填料的各组分精确称量混合，研磨至超细粉，将所述超细粉按配料比例加入EB固化树脂，加入溶剂后混合均匀，得到所述的金刚线用电子辐射固化树脂结合剂。

由于金刚线磨料涂层厚度一般在20~40微米，而市场采购的无机填料往往达不到超细要求，同时为了使得无机填料和晶须能分散均匀，必须在精确称量后在行星研磨机中研磨，直至所有组分粒径小于5微米，这种超细粉能改善树脂的收缩性能、强度和柔韧性。

所述的EB固化树脂为不饱和聚氨酯树脂、改性丙烯酸酯树脂、改性环氧树脂中的一种，如分子量为1500～2500的不饱和聚酯多元醇与二异氰酸酯反应得到带端羟基的不饱和聚氨酯树脂。

所述的溶剂优选使用带羟基的丙烯酸酯，如三乙二醇甲基丙烯酸酯或二乙二醇二甲基丙烯酸酯等。

所述的混合晶须为晶须硅和聚四氟乙烯晶须的混合物，两种晶须混合比例（重量比）优选为63：37。

本发明的金刚线用电子辐射固化树脂结合剂，采用电子辐射固化树脂，配合其它填料组分，适用于快速制造金刚线，强度以及树脂与金属丝把持力均能达到良好切割要求。相比较电镀法生产金刚线和热固化树脂结合剂金刚线，用本发明的树脂结合剂生产金刚线具有以下几个主要优点：

1、生产速度更高，用EB电子辐射固化方法生产的金刚线可以达到300米/分钟；

2、综合成本更低，用EB电子辐射固化方法生产的金刚线成本约为0.10元/米；

3、能耗更低，用EB电子辐射固化方法生产的金刚线能耗约为2元/千米。

具体实施方式

实施例1

一种金刚线用电子辐射固化树脂结合剂，配方（重量%）为：EB电子辐射固化树脂55%、溶剂25%、无机填料10%、混合晶须10%；其中，无机填料（重量%）：氧化铝60%、氧化钛30%、氧化镧5%、氧化铈5%。

先将混合晶须和无机填料的各组分精确称量混合，研磨至超细粉（0.5~5微米），将此超细粉按比例加入EB电子辐射固化树脂，按上述比例加入一定量的溶剂，混合均匀得到金刚线用电子辐射固化树脂结合剂。

取本实施例制得的结合剂221.52g，W20镀镍金刚石粉48.5g，W1.0金刚石粉12.24g，在磁力搅拌机中搅拌均匀，放入专用涂覆装置的储料罐。在专用金刚线制造设备上，金属丝经过表面处理，涂覆以上树脂结合剂和磨料的混合浆料，经过电子辐射固化，制成金刚线，标识为型号1。

本实施例中采用直径为0.12mm的专用切割钢丝，金刚线制成品直径为0.156mm。

实施例2

一种金刚线用电子辐射固化树脂结合剂，配方（重量%）为：EB电子辐射固化树脂70%、溶剂15%、无机填料10%、混合晶须5%；其中，无机填料（重量%）：氧化铝40%、氧化钛40%、氧化镧10%、氧化铈10%。

取本实施例制得的结合剂207.83g，W14镀镍金刚石粉39.74g，W1.0金刚石粉16.32g，在磁力搅拌机中搅拌均匀，放入专用涂覆装置的储料罐。在专用金刚线制造设备上，金属丝经过表面处理，涂覆以上树脂结合剂和磨料的混合浆料，经过电子辐射固化，制成金刚线，标识为型号2。

本实施例中采用直径为0.12mm的专用切割钢丝，金刚线制成品直径为0.145mm。

实施例3

一种金刚线用电子辐射固化树脂结合剂，配方（重量%）为：EB电子辐射固化树脂65%、溶剂20%、无机填料5%、混合晶须10%；其中，无机填料（重量%）：氧化铝35%、氧化钛40%、氧化镧5%、氧化铈20%。

取本实施例制得的结合剂251.02g，W20镀镍金刚石粉62.04g，W1.0金刚石粉17.5g，在磁力搅拌机中搅拌均匀，放入专用涂覆装置的储料罐。在专用金刚线制造设备上，金属丝经过表面处理，涂覆以上树脂结合剂和磨料的混合浆料，经过电子辐射固化，制成金刚线，标识为型号3。

本实施例中采用直径为0.11mm的专用切割钢丝，金刚线制成品直径为0.146mm。

实施例4

一种金刚线用电子辐射固化树脂结合剂，配方（重量%）为：EB电子辐射固化树脂60%、溶剂20%、无机填料15%、混合晶须5%；其中，无机填料（重量%）：氧化铝30%、氧化钛55%、氧化镧5%、氧化铈10%。

取本实施例制得的结合剂235.85g，W14镀镍金刚石粉55.61g，W1.0金刚石粉10.29g，在磁力搅拌机中搅拌均匀，放入专用涂覆装置的储料罐。在专用金刚线制造设备上，金属丝经过表面处理，涂覆以上树脂结合剂和磨料的混合浆料，经过电子辐射固化，制成金刚线，标识为型号4。

本实施例中采用直径为0.11mm的专用切割钢丝，金刚线制成品直径为0.135mm。

对以上实施例1~4中制备的金刚线进行切割试验，使用沈阳科晶设备制造有限公司生产的SXZ-2型全自动金刚石线切割机，切割对象为单晶硅，硅料的尺寸为：50*50*30。主要切割工艺条件如下：切割线速度为2m/s，丝锯张力为0.3MPa，切割时间为30min，专用切削液冷却。切割试验部分参数如下表：

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					丝锯外径（mm）	0.156	0.145	0.146	0.135
外径误差（mm）	±0.003	±0.002	±0.002	±0.002
					结合剂层厚度（mm）	0.036	0.025	0.036	0.025
平均固化速度(m/min)	255	293	263	301
					切割进给量(mm/min)	0.40	0.40	0.40	0.40
切割表面平整度(mm)	0.004	0.003	0.003	0.002
					金刚石脱落(颗/dm)	<10	<10	<10	<10

本发明的电子辐射固化树脂结合剂与一定配比的金刚石粉混合，混合浆料在特定的搅拌装置中分散搅拌。经过搅拌均匀的混合浆料在一定工艺下在金属丝表面进行涂覆、固化，制成的金刚线具有固化速度极快、树脂与金刚石把持力强，金刚石不易脱落，涂层和丝锯外径均匀等优点，并具有良好的切割效率和切割表面平整度。

Claims

1.一种金刚线用电子辐射固化树脂结合剂，其特征在于，所述的树脂结合剂由以下重量%的配料组成：EB固化树脂50~80%、溶剂5~30%、无机填料1~20%、混合晶须1~20%；其中，无机填料的重量%组成为：氧化铝30~60%、氧化钛30~60%、氧化镧1~10%、氧化铈1~10%。

2.根据权利要求1所述的电子辐射固化树脂结合剂，其特征在于，所述的EB固化树脂为不饱和聚氨酯树脂、改性丙烯酸酯树脂、改性环氧树脂中的一种。

3.根据权利要求2所述的电子辐射固化树脂结合剂，其特征在于，所述的EB固化树脂为不饱和聚酯多元醇与二异氰酸酯反应得到带端羟基的聚氨酯树脂，其中不饱和聚酯多元醇分子量为1500～2500。

4.根据权利要求1所述的电子辐射固化树脂结合剂，其特征在于，所述的溶剂为带羟基的丙烯酸酯。

5.根据权利要求1所述的电子辐射固化树脂结合剂，其特征在于，所述的混合晶须为晶须硅和聚四氟乙烯晶须的混合物。

6.一种金刚线用电子辐射固化树脂结合剂的制备方法，其特征在于，所述的电子辐射固化树脂结合剂按重量百分比计，配料为：EB固化树脂50~80%、溶剂5~30%、无机填料1~20%、混合晶须1~20%；其中，无机填料的重量%组分为：氧化铝30~60%、氧化钛30~60%、氧化镧1~10%、氧化铈1~10%；

7.根据权利要求6所述的金刚线用电子辐射固化树脂结合剂的制备方法，其特征在于，所述的超细粉的粒径为0.5~5微米。

8.根据权利要求6所述的金刚线用电子辐射固化树脂结合剂的制备方法，其特征在于，所述的EB固化树脂为不饱和聚酯多元醇与二异氰酸酯反应得到带端羟基的聚氨酯树脂，其中不饱和聚酯多元醇分子量为1500～2500。

9.根据权利要求6所述的金刚线用电子辐射固化树脂结合剂的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为带羟基的丙烯酸酯。

10.根据权利要求6所述的金刚线用电子辐射固化树脂结合剂的制备方法，其特征在于，所述的混合晶须为晶须硅和聚四氟乙烯晶须的混合物。