本發(fā)明涉及太陽能晶硅片切割用樹脂金剛石線生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種樹脂涂層金剛石線及其制備方法。

背景技術(shù)：

太陽能作為新型清潔可再生能源，受到了世界各國(guó)的重視。太陽能光伏發(fā)電中最主要的晶硅片是由硅錠或硅棒切割產(chǎn)生的，其切割方式有游離磨料和固結(jié)磨料兩種。游離磨料采用碳化硅刃料混合聚乙二醇切削液，其環(huán)境污染嚴(yán)重、生產(chǎn)效率較低、硅片損傷層厚，因此正逐漸被新一代的固結(jié)磨料切割所取代。樹脂金剛石線就是固結(jié)磨料中最典型的代表，脂金剛石線是將樹脂、金剛石磨粒和填料的混合液涂附在鋼絲母線表面并加熱固化制成的一種切割工具，在切割過程中，直接利用鋼絲上的金剛石顆粒對(duì)硅錠進(jìn)行切割。樹脂金剛石線具有工藝簡(jiǎn)單，制造周期短，成本低，柔韌性佳，加工表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，成為越來越多的脆硬材料加工行業(yè)的研究熱點(diǎn)。樹脂金剛石線生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)是高性能樹脂液的制備，因此，樹脂液具有強(qiáng)的耐熱性，穩(wěn)定性及較好的粘結(jié)強(qiáng)度是至關(guān)重要的。

樹脂金剛石線生產(chǎn)過程中，樹脂液起到聯(lián)接金屬母線和金剛石磨料的作用，所以它與鋼線的附著力、對(duì)金剛石的把持力以及自身的耐磨性、強(qiáng)度和耐熱性將最終對(duì)產(chǎn)品的切割性能產(chǎn)生重要影響。為了保證樹脂液的熱穩(wěn)性，使樹脂液處于均一狀態(tài)，并降低交聯(lián)固化的影響，避免因長(zhǎng)期制線造成樹脂涂層出現(xiàn)氣泡。因此，需要一種良好的樹脂體系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠提高樹脂金剛石線切割性能、延長(zhǎng)樹脂金剛石線使用壽命的樹脂涂層金剛石線及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

設(shè)計(jì)一種樹脂涂層金剛石線的制備方法，包括下列步驟：

（1）酚醛樹脂選型和復(fù)配：選用固體熱塑性酚醛樹脂和液體熱固性酚醛樹脂；將該熱塑性酚醛樹脂與熱固性酚醛樹脂以1.5～4:1的重量比混合，形成復(fù)配樹脂液；

所述熱塑性酚醛樹脂的流動(dòng)度為20～38mm，聚速在150℃為80～130秒，固化時(shí)六次甲基四胺的用量為10～12%，分子量為11000～13000；

所述熱固性酚醛樹脂的分子量為4000～7000，固化物含量≥70%；

（2）制備樹脂混合液：向步驟（1）所得的復(fù)配樹脂液中加入填料和有機(jī)溶劑并攪拌至溶解，再加入金剛石微粉，經(jīng)高速離心式攪拌后，形成均勻的樹脂混合液；該樹脂混合液中各部分所占比例為：復(fù)配樹脂液20～50wt%，有機(jī)溶劑10～30wt%，填料5～25wt%，金剛石微粉10～40wt%；

（3）制線及一次固化：將步驟（2）所得的樹脂混合液通過制線設(shè)備均勻涂覆在鋼絲母線表面，再將涂覆后的母線經(jīng)固化爐進(jìn)行固化處理，得到一次固化的樹脂金剛石線；

（4）二次固化：將步驟（3）所得的一次固化的樹脂金剛石線置于恒溫固化爐中進(jìn)行二次固化處理，采用階梯式升溫過程，升溫速度為1～20℃/min，保溫時(shí)間為0.5～3 h，最高溫度為200～400℃，固化過程中采用持續(xù)鼓風(fēng)的通風(fēng)方式；最后隨爐自然降至室溫，得到成品樹脂金剛石線。

優(yōu)選的，步驟（1）中所述熱塑性酚醛樹脂為采用含有雙官能團(tuán)的化合物芳烷基醚和苯酚通過縮合反應(yīng)而產(chǎn)生的PF-2939-1型熱塑性酚醛樹脂。

本發(fā)明所用的熱塑性酚醛樹脂，其合成原料區(qū)別于傳統(tǒng)的苯酚和甲醛，是采用含有雙官能團(tuán)的化合物芳烷基醚和苯酚通過縮合反應(yīng)而產(chǎn)生的，以達(dá)到耐熱、高韌、高強(qiáng)的目的，與普通酚醛樹脂相比，相同的對(duì)偶材料粘結(jié)強(qiáng)度高出30～50%，耐熱性提高100℃以上，充分發(fā)揮了高分子材料的性能，達(dá)到全面改性的效果。

優(yōu)選的，步驟（1）中所述熱固性酚醛樹脂為PF-2508型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在700～900mPa*s/25℃；或?yàn)镻F-2518型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在300～500mPa*s/25℃；或?yàn)镻F-2551型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在500～700mPa*s/25℃。

優(yōu)選的，步驟（2）中所述填料為氧化鋁、碳化硅、氧化鈦、氧化鉻、納米纖維中的至少一種。

優(yōu)選的，步驟（2）中所述有機(jī)溶劑為工業(yè)酒精、N,N- 二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、無水乙醇中的一種。

優(yōu)選的，步驟（2）中所述金剛石微粉為鍍鎳金剛石微粉，其涂層量為1～55wt%，尺寸為10～20μm。

優(yōu)選的，步驟（3）中所述固化爐長(zhǎng)度為500mm～1500mm，固化溫度為500～900℃，采用遠(yuǎn)紅外電子輻射固化成型。

優(yōu)選的，步驟（3）中所述鋼絲母線的直徑為80～110μm。

本發(fā)明還涉及一種樹脂涂層金剛石線，包括鋼絲母線和固化在所述母線表面的樹脂涂層，所述樹脂涂層由涂覆在所述母線表面的樹脂混合液經(jīng)過固化得到，所述樹脂混合液中包括：復(fù)配樹脂液20～50wt%，有機(jī)溶劑10～30wt%，填料5～25wt%，金剛石微粉10～40wt%；所述復(fù)配樹脂液由重量比為3:2～4:1的熱塑性酚醛樹脂和熱固性酚醛樹脂混合而成。

優(yōu)選的，所述熱塑性酚醛樹脂為PF-2939-1型熱塑性酚醛樹脂，其流動(dòng)度為20～38mm，聚速在150℃為80～130秒，固化時(shí)六次甲基四胺的用量為10～12%，分子量為11000～13000；

所述熱固性酚醛樹脂的分子量為4000～7000，固化物含量≥70%；

所述熱固性酚醛樹脂為PF-2508型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在700～900mPa*s/25℃；或?yàn)镻F-2518型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在300～500mPa*s/25℃；或?yàn)镻F-2551型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在500～700mPa*s/25℃。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明采用復(fù)合樹脂體系制備高性能金剛石線，避免了現(xiàn)有技術(shù)中單一使用熱固性酚醛樹脂或熱塑性酚醛樹脂制備的金剛石線存在的容易出現(xiàn)氣泡、裸露母線等缺陷，解決了現(xiàn)有的樹脂金剛石線生產(chǎn)過程樹脂層與母線粘結(jié)不牢，造成切割過程出現(xiàn)樹脂層脫落，切割量低的問題。對(duì)使用的樹脂進(jìn)行優(yōu)選及復(fù)配，增強(qiáng)樹脂液對(duì)母線和金剛石的粘結(jié)性能，進(jìn)而提高樹脂金剛石線的切割性能，延長(zhǎng)樹脂金剛石線的使用壽命。

2.采用本發(fā)明的方法制備的樹脂涂層金剛石線，一方面可有效地提高樹脂層自身的強(qiáng)度，另一方面提高了金剛石磨料與鋼絲母線的結(jié)合能力，進(jìn)而提高了樹脂金剛石線的切割能力，同時(shí)提高了樹脂金剛石線的使用壽命，所獲得的樹脂金剛石線的線徑均勻、切割表面質(zhì)量好、切割效率高。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1中的樹脂涂層金剛石線的100倍掃描電鏡圖；

圖2是實(shí)施例1中的樹脂涂層金剛石線的300倍掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但以下實(shí)施例只是用來詳細(xì)說明本發(fā)明，并不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在以下實(shí)施例中所涉及的儀器設(shè)備如無特別說明，均為常規(guī)儀器設(shè)備；所涉及的工業(yè)原料如無特別說明，均為市售常規(guī)工業(yè)原料。

實(shí)施例1：一種樹脂涂層金剛石線的制備方法，包括下列步驟：

（1）酚醛樹脂選型和復(fù)配：選用經(jīng)特殊改性的新型熱塑性酚醛樹脂和自主設(shè)計(jì)的熱固性酚醛樹脂，以2.5:1的重量比混合，形成復(fù)配樹脂液。

其中，熱塑性酚醛樹脂為采用含有雙官能團(tuán)的化合物芳烷基醚和苯酚通過縮合反應(yīng)而產(chǎn)生的PF-2939-1型熱塑性酚醛樹脂，其流動(dòng)度為20～38mm，聚速在150℃為80～130秒，固化時(shí)六次甲基四胺的用量為10～12%，分子量為11000～13000。

熱固性酚醛樹脂為PF2508型熱固性酚醛樹脂，其分子量為4000～7000，固化物含量≥70%，粘度范圍為500～700mPa*s/25℃。

（2）制備樹脂混合液：將10wt%的碳化硅微粉，2wt%的納米纖維加到25wt%的N,N-二甲基甲酰胺溶劑中混合均勻，再加入到35wt%的復(fù)配樹脂液中，充分溶解后加入28wt%的金剛石微粉，經(jīng)高速離心攪拌，得到均勻的樹脂混合液。其中，金剛石微粉為鍍鎳金剛石微粉，其涂層量為1～55wt%，平均粒徑為10～20μm。

（3）制線及一次固化：將步驟（2）中所得的樹脂混合液倒入料罐中，通過蠕動(dòng)泵送入拉模中，將100μm的鋼絲母線裝入放線軸中，母線以1.2m/s的速度通過拉模，均勻的涂覆一層樹脂混合液；再將涂覆后的母線通過立式固化爐，固化溫度為550℃。固化爐長(zhǎng)度為500mm～1500mm，固化溫度為500～900℃，采用遠(yuǎn)紅外電子輻射固化成型，使磨料被固結(jié)在母線周圍，得到一次固化的樹脂金剛石線。

（4）二次固化：將步驟（3）所得的一次固化的樹脂金剛石線線輪投入烘箱中，采用階梯式升溫方式，升溫速度為5℃/min，最高溫度為200℃，保溫時(shí)間為2.5 h，固化過程中采用持續(xù)鼓風(fēng)的通風(fēng)方式；最后關(guān)閉烘箱，隨爐冷卻至室溫，得到最終成品樹脂金剛石線。

對(duì)實(shí)施例1所制得的成品線進(jìn)行切割量、線徑、拉力、電鏡分析等測(cè)試。

實(shí)施例2：一種樹脂涂層金剛石線的制備方法，與實(shí)施例1的不同之處在于，

步驟（1）中，熱塑性酚醛樹脂和熱固性酚醛樹脂以7:3的重量比混合，形成復(fù)配樹脂液；熱固性酚醛樹脂PF-2518型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在300～500mPa*s/25℃。

步驟（2）中，將8wt%的氧化鋁微粉、2wt%的納米纖維加到25wt%的無水乙醇中混合均勻，再加入到40wt%的復(fù)配樹脂液中，充分溶解后加入25wt%的金剛石微粉，經(jīng)高速離心攪拌，得到均勻的樹脂混合液。

步驟（3）制線過程中母線的速度為2m/s。

步驟（4）二次固化中采用的最高溫度為220℃，保溫時(shí)間為2 h，最后隨爐自然冷卻至室溫。

實(shí)施例3：一種樹脂涂層金剛石線的制備方法，與實(shí)施例1的不同之處在于，

步驟（1）中，熱塑性酚醛樹脂和熱固性酚醛樹脂以5:2.4的重量比混合，形成復(fù)配樹脂液。熱固性酚醛樹脂為PF-2551型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在500～700mPa*s/25℃。

步驟（2）中，將10wt%的碳化硅微粉、1wt%的氧化鈦加到24wt%的工業(yè)酒精中混合均勻，再加入到37wt%的復(fù)配樹脂液中，充分溶解后加入28wt%的金剛石微粉，經(jīng)高速離心攪拌，得到均勻的樹脂混合液。

步驟（3）制線過程中母線的速度為2m/s。

步驟（4）二次固化中采用的最高溫度為220℃，保溫時(shí)間為2 h，最后隨爐自然冷卻至室溫。

對(duì)實(shí)施例1-3所制備的樹脂金剛石線進(jìn)行掃描電鏡分析，以觀察其突出量、金剛石的數(shù)量與樹脂層的情況；采用拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)樹脂線進(jìn)行拉力測(cè)試；采用摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)樹脂線的切割能力測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見下表1：

。

測(cè)試結(jié)果分析：以上實(shí)施例中所得的樹脂金剛石線的突出量與金剛石數(shù)量均符合生產(chǎn)要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，樹脂層完好；拉力能夠達(dá)到28N以上；摩擦量達(dá)到3000μm以上。

上面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)的說明，但是，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下，還可以對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)具體參數(shù)進(jìn)行變更，形成多個(gè)具體的實(shí)施例，均為本發(fā)明的常見變化范圍，在此不再一一詳述。