專利名稱：芳綸芯線游離刃料切割線及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于切割材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以芳綸絲為芯線、表面涂敷樹脂粘結(jié)劑涂層的游離刃料切割線及其制備方法，該類切割線用于單晶硅、多晶硅、玉石、藍寶石、玻璃、石英等高硬、高脆性、高耐磨性材料的切割加工，具有高效率、高壽命、高光潔度的特點。
背景技術(shù)：
硬脆材料包括寶石、玻璃、石材、硅晶體、石英晶體、陶瓷、硬質(zhì)合金等。硬脆材料大多為半導體或非導電體，具有高硬度、高脆性、高耐磨性、高電阻率等性能。硬脆材料因具有許多金屬材料難以比擬的優(yōu)良特性，而被廣泛應用于聲、光、電磁、機械和化工等行業(yè)。隨著其被廣泛應用，對硬脆材料的加工也提出更高的要求。硬脆材料加工的關(guān)鍵工序是切割加工，該工序要求高效率、低成本、高材料利用率、無損傷、污染少等。目前，硬脆材料的切割方法主要有金剛石鋸片切割、激光切割、鋼絲加高硬刃磨料(如碳化硅)切割和近年漸成主流的多線鋸切割。金剛石鋸片由于切縫寬，成材率低不能切割曲線，不適于貴重材料的切割。激光切割由于切割深度有限而受到限制。鋼絲多線鋸切割在硅材料和藍寶石切割中占主要地位。鋼絲多線鋸切割主要是通過拉動鋼絲，鍍銅鋼絲帶動噴附于其表面的乙二醇碳化硅沙漿對高硬脆材料進行磨切。由于鍍銅鋼絲表面光滑，所以對沙漿黏度和碳化硅濃度要求較高，使用后廢棄物污染嚴重。另外鍍銅鋼絲耐磨性差，切割時磨損較嚴重，對磨料的帶料能力相對較差，切割加工時游離刃料容易與鋼絲發(fā)生滑移，使得切割加工效率偏低。采用鋼切割絲，鋼絲的使用會受到限制， 過粗切割時浪費被加工物料，過細則不僅細鋼絲本身的強度達不到使用要求，且加工工藝難度加大和成本也隨之提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種芳綸芯線游離刃料切割線及其制備方法，該切割線用于硬脆材料切割加工加工效率高、被加工材料的利用率高。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種芳綸芯線游離刃料切割線，其包括芳綸芯線(也就是以芳綸絲線作為芯線)和涂敷于所述芯線的樹脂粘結(jié)劑涂層。所述芯線為經(jīng)過表面處理的高強度芳綸III芯線，芳綸III屬于雜環(huán)芳綸。所述芳綸芯線由芳綸纖維緊密平行排列或經(jīng)加捻處理制成，加捻度為30 - 1000 圈/米，加捻方式為S型或Z型。所述樹脂粘結(jié)劑涂層選用的樹脂粘結(jié)劑具有150°C以上的軟化溫度，如酚醛樹脂、 聚酰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂等。該涂層含有固定到涂層、且直徑小于涂層厚度的填料，所述填料可以為微粉或者微粉與短切絲組成的混合物，填料含量小于涂層體積的65%。用作填料的微粉可以選用碳化硅微粉、三氧化二鋁微粉、炭黑微粉、銅粉、金剛石微粉和立方氮化硼微粉中的一種或兩種以上，微粉粒徑小于40微米。用作填料的短切絲可以是有機短切絲、陶瓷纖維短切絲和金屬纖維短切絲中的一種或兩種及以上，短切絲直徑0.03—10微米，長度0. 1微米一1厘米，短切絲含量小于涂層體積的25%。其中有機短切絲中以芳綸短切絲為佳。銅粉可以起到快速導熱的作用，碳化硅和三氧化二鋁微粉可以提高涂層的耐磨性能，炭黑和立方氮化硼微粉可以提高涂層的強度，添加后短切絲形狀不規(guī)則， 可對填料起把持作用，使其結(jié)合的更牢固。一種芳綸芯線游離刃料切割線的制備方法，其由如下步驟制得將表面凈化過的填料經(jīng)偶聯(lián)處理后與樹脂粘結(jié)劑混合，再加入溶劑(常用的溶劑有酒精、丙酮或二甲基乙酰胺等)和固化劑，混合均勻得漿料；最后把漿料涂敷于芳綸芯線表面，經(jīng)限徑、固化后即得。漿料(也即涂層復合劑)涂敷于芳綸芯線表面，經(jīng)限徑、固化后即在芯線表面形成一涂層(即樹脂粘結(jié)劑涂層)。其中，在加熱固化過程中，溶劑會揮發(fā)掉，其它組分未發(fā)生損失。可以采用常規(guī)的噴涂或浸涂方法把漿料涂敷于芳綸芯線表面，通過限徑模具限徑，然后經(jīng)加熱固化或紫外線照射固化，即生產(chǎn)出切割線。該切割線用芳綸作芯線，芯線表面涂敷有樹脂粘結(jié)劑涂層。作為芯線的芳綸絲在被漿料涂敷前，可以先經(jīng)過表面凈化處理以增加與樹脂粘結(jié)劑涂層的結(jié)合強度。所述芳綸絲表面凈化處理方法有預除油或真空脫脂處理等。預除油處理選用揮發(fā)性較好的有機物溶劑，如乙醇、汽油或丙酮等。較好的，可以將表面凈化處理后的芳綸芯線再用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸脂偶聯(lián)劑或鋯類偶聯(lián)劑處理，以增強與樹脂粘結(jié)劑涂層的結(jié)合強度。所使用的填料最好先經(jīng)過表面凈化處理以除去油脂和雜質(zhì)，再經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑、 鈦酸脂偶聯(lián)劑或鋯類偶聯(lián)劑處理，以增強與樹脂粘結(jié)劑涂層的結(jié)合強度。微粉填料的表面凈化處理方式一般采用先堿洗再水洗后酸洗，用以去除雜質(zhì)，提高微粉表面的活性。常用的堿液使用10 - 25%氫氧化鈉溶液或5 — 10%碳酸鈉溶液等；常用的酸液有鹽酸、硫酸等。短切絲可以利用揮發(fā)性較好的有機溶劑進行預除油表面凈化處理，如乙醇、汽油或丙酮等。本發(fā)明特點(1)用芳綸III來替代鋼絲作為芯線，芳綸絲線強度高，耐切割其強度是鋼絲的的10 15倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2 3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量僅為鋼絲的1/5左右，在560°C的溫度條件下，不分解，不融化。它具有良好的耐磨性和抗疲勞性。(2)芳綸絲線的直徑最細可以作到0. 01微米，其密度僅為鋼線的五分之一到六分之一，而鋼絲由于加工工藝和成本問題，更細的鋼線很難實現(xiàn)或無實用性。(3)現(xiàn)有技術(shù)需在鋼絲表面鍍銅或鎳，而本發(fā)明切割線無需鍍銅或鎳，通過在芳綸表面涂敷含有填料的樹脂粘結(jié)劑涂層即可替代鋼絲實現(xiàn)切割，因此可以節(jié)約大量的貴重金屬。(4)本切割線在芳綸芯線表面涂敷樹脂粘結(jié)劑涂層，涂層中摻雜有填料和短切絲，表面相對粗糙，其對磨料的帶料能力高，切割時不易發(fā)生滑移，相對鍍銅鋼絲有更高的切割效率。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明切割線以高強度的芳綸絲線為芯線(芳綸細且環(huán)保)，通過在芳綸芯線表面涂敷混有填料的樹脂粘結(jié)劑涂層制成。相比于鍍銅鋼絲線，其涂層表面耐磨性好；可以以比較經(jīng)濟的方法做到更細，提高材料利用率；經(jīng)過加捻的多股涂層線，因表面粗糙而帶砂能力強， 將其用于硬脆材料切割加工可以顯著提高切割效率，提高切割線的使用壽命，降低生產(chǎn)成本?？傊景l(fā)明切割線在抗拉強度、耐磨性、柔韌性、抗疲勞強度和切割效率方面均好于同規(guī)格的鍍銅鋼絲切割線。


圖1本發(fā)明實施例1線鋸的結(jié)構(gòu)剖視示意圖，其中1為填料，2為樹脂，3為涂層，4 為芳綸單絲，5為芳綸芯線；
圖2是芳綸纖維單絲6平行排列的示意圖； 圖3是芳綸纖維單絲6加捻排布的示意圖。
具體實施例方式以下通過實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍不限于此。實施例1
一種芳綸芯線游離刃料切割線，其制備方法如下
①芯線凈化處理將直徑約8微米的高強度芳綸III纖維捻合成直徑約0. 1毫米的芳綸
絲
線，用無水乙醇進行表面除油處理，將處理后的芳綸絲線烘干，再用質(zhì)量濃度3%的 KH-550偶聯(lián)劑乙醇溶液表面處理2min，用無水乙醇洗凈，干燥，備用。②制備涂層復合劑將填料在丙酮中用超聲波處理20min (頻率18千赫茲)后干燥，用質(zhì)量濃度3%的KH-550偶聯(lián)劑乙醇溶液表面處理120分鐘后濾出，用無水乙醇洗凈后 50°C烘干，然后將填料加入占漿料體積36%的酚醛樹脂中混合45 60分鐘，再加入占漿料體積33. 5%的丙酮溶劑和占漿料體積3. 5%的NL酚醛樹脂固化劑，混合60分鐘得漿料，待用。該漿料中含有體積含量3%粒徑0. 5微米的金剛石微粉、體積含量10%直徑5微米的碳化硅微粉，體積含量4%直徑0. 5微米的三氧化二鋁微粉和體積含量10%直徑2微米的銅粉。③用帶張力電機的牽引機構(gòu)牽引芳綸絲通過噴頭，噴頭把漿料噴涂于芳綸I芯線表面，再通過直徑0. 13mm的限徑模具進行限徑，最后經(jīng)過固化管150°C加熱固化形成切割線。該切割線用芳綸作芯線，芯線表面涂敷有樹脂粘結(jié)劑涂層。其生產(chǎn)速度最高達到每分鐘25米。生產(chǎn)的切割線具有0. 12毫米的直徑和約10微米的樹脂粘結(jié)劑涂層。實施例2
本實施例中，與實施例1不同之處為所用填料由金剛石微粉、銅粉、碳化硅微粉和芳綸短切絲組成。制成的漿料中含有體積含量m粒徑0. 5微米的金剛石微粉、體積含量8% 直徑2微米的銅粉、體積含量10%直徑5微米的碳化硅微粉和體積含量7%直徑5微米、長度1毫米的芳綸短切絲。生產(chǎn)的切割線具有0. 12毫米的直徑和約10微米的樹脂粘結(jié)劑涂層。實施例3
本實施例中，與實施例1不同之處為用占漿料體積39. 5%的聚酰亞胺樹脂替代占漿料體積36%的酚醛樹脂(使用聚酰亞胺樹脂時不需要添加NL酚醛樹脂固化劑)，用二甲基乙酰胺替代丙酮溶劑。步驟③中固化管加熱固化所用溫度為375°C。生產(chǎn)的切割線具有0. 12毫米的直徑和約10微米的樹脂粘結(jié)劑涂層。實施例4
本實施例中，與實施例1不同之處為加入的酚醛樹脂體積含量為33% ；所用填料由金剛石微粉、銅粉、碳黑、三氧化二鋁微粉、立方氮化硼微粉、芳綸短切絲和金屬鎢纖維組成。 制成的漿料中含有體積含量5%粒徑0. 5微米的金剛石微粉、體積含量8%直徑2微米的銅粉、體積含量3%直徑1微米的碳黑、體積含量3%直徑0. 5微米的三氧化二鋁微粉、體積含量m直徑2微米的立方氮化硼微粉、體積含量4%直徑5微米長度1毫米的芳綸短切絲和體積含量5%直徑1微米長度5微米的金屬鎢纖維。生產(chǎn)的切割線具有0. 12毫米的直徑和約10微米的樹脂粘結(jié)劑涂層。各實施例生產(chǎn)的切割線的切割測試
對上述各實施例制成的切割線進行多晶硅塊的切割測試。使用的均是邊長 156X 156X350毫米的多晶硅塊，多晶硅塊共兩塊，同時切割，所用的磨削液組分是重量比 1 1的乙二醇和碳化硅(SiC粒徑9. 5微米)，所用切割線整卷長350千米。實施例1制成的切割線工作條件切割線以9. 5米/秒的線速度往復運動，線張力為20牛。進給速度穩(wěn)定在6微米每秒。切割縫寬度0. 123毫米，切割430分鐘后完成切片，兩多晶硅塊共被分割為2300片，硅片厚度0. 18毫米。使用的切割線長度為245千米。實施例2制成的切割線工作條件切割線以10米/秒的線速度往復運動，線張力為20牛。進給速度穩(wěn)定在6. 5微米每秒。切割縫寬度0. 123毫米，切割397分鐘后完成切片，兩多晶硅塊共被分割為2300片，硅片厚度0. 18毫米。使用的切割線長度為238千米。實施例3制成的切割線工作條件切割線以12米/秒的線速度往復運動，線張力為30牛。進給速度穩(wěn)定在8微米每秒。切割縫寬度0. 123毫米，切割322分鐘后完成切片， 兩多晶硅塊共被分割為2300片，硅片厚度0. 18毫米。使用的切割線長度為232千米。實施例4制成的切割線工作條件切割線以14米/秒的線速度往復運動，線張力為30牛。進給速度穩(wěn)定在9. 5微米每秒。切割縫寬度0. 123毫米，切割273分鐘后完成切片，兩多晶硅塊共被分割為2300片，硅片厚度0. 18毫米。使用的切割線長度為2 千米。
權(quán)利要求
1.一種芳綸芯線游離刃料切割線，其特征在于，包括芳綸芯線和涂敷于所述芯線的樹脂粘結(jié)劑涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芳綸芯線游離刃料切割線，其特征在于，所述芳綸芯線為芳綸 III。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的芳綸芯線游離刃料切割線，其特征在于，芳綸芯線由芳綸纖維緊密平行排列或經(jīng)加捻處理制成，加捻方式為S型或Z型，加捻度為30 - 1000圈/米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的芳綸芯線游離刃料切割線，其特征在于，所述樹脂粘結(jié)劑涂層使用的樹脂粘結(jié)劑具有150°C以上的軟化溫度，該涂層含有固定到涂層、直徑小于涂層厚度的填料，所述填料為微粉或者微粉與短切絲組成的混合物，填料含量小于涂層體積的65%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的芳綸芯線游離刃料切割線，其特征在于，用作填料的微粉為碳化硅微粉、三氧化二鋁微粉、炭黑微粉、銅粉、金剛石微粉和立方氮化硼微粉中的一種或兩種以上任意比例的組合，微粉粒徑小于40微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的芳綸芯線游離刃料切割線，其特征在于，用作填料的短切絲為有機短切絲、陶瓷纖維短切絲和金屬纖維短切絲中的一種或兩種以上，短切絲直徑0.03 微米一 10微米，長度0. 1微米一 1厘米，短切絲含量小于涂層體積的25%。
7.權(quán)利要求4所述芳綸芯線游離刃料切割線的制備方法，其特征在于，由如下步驟制得將表面凈化過的填料用偶聯(lián)劑處理后與樹脂粘結(jié)劑混合，再加入溶劑和固化劑，混合均勻得漿料；把漿料涂敷于芳綸芯線表面，經(jīng)限徑、固化后即得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述芳綸芯線游離刃料切割線的制備方法，其特征在于，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸脂偶聯(lián)劑或鋯類偶聯(lián)劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述芳綸芯線游離刃料切割線的制備方法，其特征在于，漿料涂敷前芳綸芯線先經(jīng)過表面凈化處理，表面凈化處理方法包括預除油或真空脫脂處理；預除油處理選用的有機溶劑為乙醇、汽油或丙酮。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述芳綸芯線游離刃料切割線的制備方法，其特征在于，將表面凈化處理后的芳綸芯線用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸脂偶聯(lián)劑或鋯類偶聯(lián)劑處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種芳綸芯線游離刃料切割線，其包括芳綸芯線和涂敷到所述芯線的樹脂粘結(jié)劑涂層，所述芳綸芯線為芳綸Ⅲ。本發(fā)明切割線用芳綸絲替代鋼絲作為芯線，具有強度高、韌性好、耐磨性高、質(zhì)量輕、使用壽命長等優(yōu)點，用于硬脆材料切割加工時，帶砂性能好，可以顯著提高切割效率和被加工材料的利用率，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號D06M11/45GK102174749SQ20111005190
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者孫斌, 張建華, 楊晉中, 王秦生, 趙清國, 郭留希 申請人:鄭州人造金剛石及制品工程技術(shù)研究中心有限公司