一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法及碳纖維導輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法及碳纖維導輪，屬于硅片加工設(shè)備領(lǐng)域。本發(fā)明的制備方法，其步驟為：（1）將樹脂放置于烘箱中加熱1～2h后，加入固化劑，真空高速攪拌均勻；（2）將金屬芯模預熱1～2h后，吊裝于三維纏繞機上固定；（3）將碳纖維紗線的纏繞角度按照從內(nèi)到外的順序逐層纏繞；（5）將纏繞有碳纖維的金屬芯模進行階梯加熱固化；（6）將固化后的碳纖維管精磨到指定導輪尺寸，并進行定長切割，得到碳纖維導輪輥體。本發(fā)明利用一次纏繞、一次固化和一次外表面機加工即完成碳纖維導輪的制作，簡化了制作工藝，大大縮短了生產(chǎn)周期，降低了多次纏繞易分層的風險；制作完成的導輪強度高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低廉。
【專利說明】一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法及碳纖維導輪
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導輪的制備方法及導輪，更具體地說，涉及一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法及碳纖維導輪。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國的光伏產(chǎn)業(yè)取得了迅速的發(fā)展，多晶硅片的產(chǎn)量占到了世界產(chǎn)量的70%左右，而且隨著光伏發(fā)電成本的逐步降低，接近目前的風力發(fā)電成本，屆時我國的光伏產(chǎn)業(yè)也將迎來更大的發(fā)展。多晶硅片的生產(chǎn)離不開多線切割設(shè)備。導輪是多線切割設(shè)備的重要組成部件，但導輪的使用壽命普遍較短，從而需頻繁更換導輪，給多晶硅片的切割帶來一定影響。目前國內(nèi)制作的切割導輪主要有鋼制導輪、聚氨酯纖維導輪和碳纖維導輪等。鋼制導輪由于是整體的，自重較大，增加了轉(zhuǎn)動的慣性，在實際的工作中出現(xiàn)導輪的轉(zhuǎn)動滯后于金屬切割線的現(xiàn)象，加速了切割線的磨損，縮短了導輪的使用壽命，而且金屬材料保溫性能差，也縮短了切割設(shè)備的使用壽命；聚氨酯纖維導輪由于聚氨酯樹脂的反應(yīng)工藝復雜，中間易產(chǎn)生氣孔，次品率較高，導致其生產(chǎn)效率低；傳統(tǒng)的碳纖維導輪采用三維纏繞工藝制作，但由于導輪壁厚在50_左右，需要多次纏繞、多次固化、分次機加工外表面等，生產(chǎn)周期長，且多次纏繞存在分層的風險。碳纖維導輪作為多晶硅切割設(shè)備的重要零部件，質(zhì)量輕、強度高，目前多依賴國外進口，而且價格昂貴，部分廠家在導輪和法蘭脫落后不負責維修，這使國內(nèi)多線切割設(shè)備使用廠家非常頭疼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有碳纖維導輪生產(chǎn)工藝復雜、生產(chǎn)周期長、導輪強度低、且價格昂貴的不足，提供一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法及碳纖維導輪，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，利用一次碳纖維纏繞、一次固化和一次外表面機加工即完成碳纖維導輪的制作，簡化了制作工藝，大大縮短了生產(chǎn)周期，降低了多次纏繞易分層的風險；制作完成的導輪強度高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低廉。
[0005]2.技術(shù)方案
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0007]本發(fā)明的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)配制樹脂:預先將樹脂放置于烘箱中加熱I?2h后，加入固化劑，然后將樹脂倒入真空罐中抽真空，并高速攪拌均勻；
[0009](2)芯模預熱:將金屬芯模放置于烘箱中預熱I?2h后，將芯模吊裝于三維纏繞機的纏繞工位上固定，并準備纏繞；
[0010](3)鋪層設(shè)計:將碳纖維紗線的纏繞角度按照從內(nèi)到外的順序，分別為40°?60。纏繞6?8mm、30。?40。纏繞6?8mm、10。?20。纏繞10?20mm、30。?40。纏繞6?8mm和40。?60。纏繞6?8mm ;[0011](4)碳纖維纏繞:按照步驟(3)中的鋪層設(shè)計，控制樹脂的質(zhì)量含量為30%?40%進行纏繞；
[0012](5)固化:步驟(4)結(jié)束后，將纏繞有碳纖維的金屬芯模放置于烘箱中進行階梯加熱固化，固化結(jié)束后自然冷卻至室溫；
[0013](6)后加工:將固化后的碳纖維管精磨到指定導輪尺寸，并進行定長切割，得到碳纖維導輪輥體。
[0014]作為本發(fā)明進一步改進，步驟(I)中所述的樹脂為環(huán)氧樹脂，加熱溫度為80?120°C ;所述的固化劑為酸酐類固化劑。
[0015]作為本發(fā)明進一步改進，步驟(2)中所述的金屬芯模預熱溫度為30°C。
[0016]作為本發(fā)明進一步改進，步驟(4)中的具體纏繞過程為:將碳纖維紗線按工藝要求穿好，并將步驟(I)中的樹脂倒入恒溫膠槽中預熱，通過調(diào)節(jié)樹脂控制器，控制樹脂以一定含量進行纏繞；并且在纏繞過程中將內(nèi)層碳纖維紗線的張力從內(nèi)到外逐漸減??；同時利用刮膠板將多余樹脂刮除。
[0017]作為本發(fā)明進一步改進，步驟(5)中所述的階梯加熱固化具體為:根據(jù)樹脂的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg)和DSC曲線，按照80°C加熱2?3h、100°C加熱2?3h、120°C加熱4?5h以及15(TC加熱5?6h的階梯溫度進行加熱固化。
[0018]作為本發(fā)明進一步改進，步驟(6)中的具體后加工過程為:
[0019](6.1)用磨床將纏繞于金屬芯模上的碳纖維管表面精磨至指定的導輪尺寸；
[0020](6.2)用車床將金屬芯模上的碳纖維管一端封頭車掉，并將剩余部分放置于脫管機中脫模取出金屬芯模，以備下次纏繞使用；
[0021](6.3)用水鋸將脫下來的碳纖維管定長切割，制成碳纖維導輪輥體。
[0022]本發(fā)明的一種利用上述的碳纖維導輪制備方法制作的碳纖維導輪，該碳纖維導輪由內(nèi)到外依次包括第一纏繞層、第二纏繞層、第三纏繞層、第四纏繞層和第五纏繞層，所述的第一纏繞層的纏繞角度為40°?60°，纏繞厚度為6?8mm;所述的第二纏繞層的纏繞角度為30°?40°，纏繞厚度為6?8mm;所述的第三纏繞層的纏繞角度為10°?20°，纏繞厚度為10?20mm;所述的第四纏繞層的纏繞角度為30°?40°，纏繞厚度為6?8mm ;所述的第五纏繞層的纏繞角度為40°?60°，纏繞厚度為6?8mm。
[0023]3.有益效果
[0024]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
[0025](I)本發(fā)明的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，將碳纖維紗線的纏繞角度按照從內(nèi)到外的順序，分別為40°?60°纏繞6?8mm、30°?40°纏繞6?8mm、10°?20°纏繞10?20mm、30°?40。纏繞6?8mm和40。?60。纏繞6?8mm,利用一次碳纖維纏繞、一次固化和一次外表面機加工即完成碳纖維導輪的制作，簡化了制作工藝，大大縮短了生產(chǎn)周期，降低了多次纏繞易分層的風險；
[0026](2)本發(fā)明的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，預先將樹脂放置于烘箱中加熱I?2h后，加入固化劑，然后將樹脂倒入真空罐中抽真空，并高速攪拌均勻，確保了樹脂與固化劑充分混合，且內(nèi)部沒有氣泡，保證了碳纖維導輪具有足夠的強度和使用壽命;
[0027](3)本發(fā)明的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，將金屬芯模放置于烘箱中預熱I?2h，促進樹脂的流動，使樹脂具有更好的浸潤性；
[0028](4)本發(fā)明的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，將碳纖維紗線按工藝要求穿好，并將樹脂倒入恒溫膠槽中預熱，使樹脂一直處于熔融狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)樹脂控制器，控制樹脂以一定含量進行纏繞；并且在纏繞過程中將內(nèi)層碳纖維紗線的張力從內(nèi)到外逐漸減小，消除了碳纖維導輪的內(nèi)部應(yīng)力；
[0029](5)本發(fā)明的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，根據(jù)樹脂的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg)和DSC曲線，按照80°C加熱2?3h、100°C加熱2?3h、120°C加熱4?5h以及150°C加熱5?6h的階梯溫度進行加熱固化，固化效果好，增強了碳纖維導輪的強度和耐磨性；
[0030](6)本發(fā)明的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，用磨床將纏繞于金屬芯模上的碳纖維管表面精磨至指定的導輪尺寸；用車床將金屬芯模上的碳纖維管一端封頭車掉，并將剩余部分放置于脫管機中脫模取出金屬芯模，以備下次纏繞使用；用水鋸將脫下來的碳纖維管定長切割，制成碳纖維導輪輥體，一次可制作2?3根碳纖維導輪輥體，提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；
[0031](7)本發(fā)明的一種碳纖維導輪，其包括第一纏繞層、第二纏繞層、第三纏繞層、第四纏繞層和第五纏繞層，第一纏繞層的纏繞角度為40°?60°，纏繞厚度為6?8mm;第二纏繞層的纏繞角度為30°?40°，纏繞厚度為6?8mm;第三纏繞層的纏繞角度為10°?20°，纏繞厚度為10?20mm;第四纏繞層的纏繞角度為30°?40°，纏繞厚度為6?8mm;第五纏繞層的纏繞角度為40°?60°，纏繞厚度為6?8mm，導輪強度高、質(zhì)量穩(wěn)定、造價低廉
MTv ο
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明的一種利用碳纖維導輪制備方法制作的碳纖維導輪的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明的碳纖維纏繞于金屬芯模上的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明車掉碳纖維管一端封頭后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]示意圖中的標號說明:
[0036]1、第一纏繞層；2、第二纏繞層；3、第三纏繞層；4、第四纏繞層；5、第五纏繞層?！揪唧w實施方式】
[0037]為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述。
[0038]實施例1
[0039]本實施例的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，包括以下步驟:
[0040](I)配制樹脂:預先將樹脂放置于烘箱中加熱I?2h后，加入固化劑，然后將樹脂倒入真空罐中抽真空，并高速攪拌均勻，以確保樹脂與固化劑充分混合，且內(nèi)部沒有氣泡，保證碳纖維導輪具有足夠的強度和使用壽命；上述的樹脂為環(huán)氧樹脂，加熱溫度為80?120°C ;固化劑為酸酐類固化劑。
[0041](2)芯模預熱:將金屬芯模放置于烘箱中，保持30°C的溫度預熱I?2h后，將芯模吊裝于三維纏繞機的纏繞工位上固定，并準備纏繞，預熱芯模的目的在于促進樹脂的流動，使樹脂具有更好的浸潤性；其纏繞的具體方式和現(xiàn)有的三維纏繞方式基本相似，在此不再贅述；
[0042](3)鋪層設(shè)計:根據(jù)材料的性能和導輪的使用要求進行力學計算及鋪層設(shè)計，具體地,將碳纖維紗線的纏繞角度按照從內(nèi)到外的順序,分別為40°纏繞6mm、30°纏繞6mm、10°纏繞10mm、30°纏繞6mm和40°纏繞6mm,以制備尺寸較小的碳纖維導輪；上述的纏繞角度是指碳纖維紗線與金屬芯模軸線所成夾角的余角；
[0043](4)碳纖維纏繞:按照步驟(3)中的鋪層設(shè)計，控制樹脂含量為30%進行纏繞；具體地，將碳纖維紗線按工藝要求穿好，并將步驟(I)中的樹脂倒入恒溫膠槽中預熱，使樹脂一直處于熔融狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)樹脂控制器，控制樹脂以30%的含量進行纏繞，這里的樹脂含量指的是樹脂在碳纖維導輪中的質(zhì)量含量；并且在纏繞過程中將內(nèi)層碳纖維紗線的張力從內(nèi)到外逐漸減小，用以消除碳纖維導輪的內(nèi)部應(yīng)力；同時利用刮膠板將多余樹脂刮除；參見圖2所示，為碳纖維纏繞于金屬芯模上的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知，碳纖維纏繞層的中間部分為圓柱狀，兩端為錐形封頭；
[0044](5)固化:步驟(4)結(jié)束后，將纏繞有碳纖維的金屬芯模放置于烘箱中進行階梯加熱固化，固化結(jié)束后自然冷卻至室溫；具體地，根據(jù)樹脂的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg)和DSC曲線，按照80°C加熱2?3h、100°C加熱2?3h、120°C加熱4?5h以及150°C加熱5?6h的階梯溫度進行加熱固化，固化效果好，增強了碳纖維導輪的強度和耐磨性；
[0045](6)后加工:將固化后的碳纖維管精磨到指定導輪尺寸，并進行定長切割，得到碳纖維導輪輥體；具體步驟為:(6.1)用磨床將纏繞于金屬芯模上的碳纖維管表面精磨至指定的導輪直徑尺寸；(6.2)參見圖3所示，用車床將金屬芯模上的碳纖維管一端封頭車掉，并將剩余部分放置于脫管機中脫模取出金屬芯模，以備下次纏繞使用；(6.3)用水鋸將脫下來的碳纖維管定長切割，制成碳纖維導輪輥體，一次可制作2?3根碳纖維導輪輥體，提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；制得碳纖維導輪輥體后，通過在其上開設(shè)線槽即可獲得碳纖維導輪。
[0046]采用上述的碳纖維導輪制備方法，利用一次碳纖維纏繞、一次固化和一次外表面機加工即完成碳纖維導輪的制作，簡化了制作工藝，大大縮短了生產(chǎn)周期，降低了多次纏繞易分層的風險。
[0047]結(jié)合圖1，本實施例的一種利用上述的碳纖維導輪制備方法制作的碳纖維導輪，該碳纖維導輪由內(nèi)到外依次包括第一纏繞層1、第二纏繞層2、第三纏繞層3、第四纏繞層4和第五纏繞層5，第一纏繞層1、第二纏繞層2、第三纏繞層3、第四纏繞層4和第五纏繞層5均由碳纖維紗線和樹脂混合而成，其中，第一纏繞層I的纏繞角度為40°，纏繞厚度為6_ ;第二纏繞層2的纏繞角度為30°，纏繞厚度為6mm ;第三纏繞層3的纏繞角度為10°，纏繞厚度為IOmm ;第四纏繞層4的纏繞角度為30°，纏繞厚度為6mm ;第五纏繞層5的纏繞角度為40°，纏繞厚度為6_ ;上述的纏繞角度也是指碳纖維紗線與金屬芯模軸線所成夾角的余角。采用本實施例的碳纖維纏繞結(jié)構(gòu)制作的導輪強度高、質(zhì)量穩(wěn)定、造價低廉。
[0048]實施例2
[0049]本實施例的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法及碳纖維導輪基本同實施例1，不同之處在于:本實施例的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，其步驟(3)中的鋪層設(shè)計為:將碳纖維紗線的纏繞角度按照從內(nèi)到外的順序，分別為50°纏繞7_、35°纏繞7mm、15°纏繞15mm、35°纏繞7mm和50°纏繞7mm，以制備中等尺寸的碳纖維導輪；上述的纏繞角度是指碳纖維紗線與金屬芯模軸線所成夾角的余角；步驟(4)中控制樹脂含量為35%進行纏繞。本實施例的一種利用上述的碳纖維導輪制備方法制作的碳纖維導輪，第一纏繞層I的纏繞角度為50°，纏繞厚度為7mm ;第二纏繞層2的纏繞角度為35°，纏繞厚度為7mm ;第三纏繞層3的纏繞角度為15°，纏繞厚度為15mm ;第四纏繞層4的纏繞角度為35°，纏繞厚度為7mm ;第五纏繞層5的纏繞角度為50°，纏繞厚度為7mm ;上述的纏繞角度也是指碳纖維紗線與金屬芯模軸線所成夾角的余角。
[0050]實施例3
[0051]本實施例的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法及碳纖維導輪基本同實施例1，不同之處在于:本實施例的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，其步驟(3)中的鋪層設(shè)計為:將碳纖維紗線的纏繞角度按照從內(nèi)到外的順序，分別為60°纏繞8mm、40°纏繞8mm、20°纏繞20mm、40°纏繞8mm和60°纏繞8mm,以制備尺寸較大的碳纖維導輪；上述的纏繞角度是指碳纖維紗線與金屬芯模軸線所成夾角的余角；步驟(4)中控制樹脂含量為40%進行纏繞。本實施例的一種利用上述的碳纖維導輪制備方法制作的碳纖維導輪，第一纏繞層I的纏繞角度為60°，纏繞厚度為8mm ;第二纏繞層2的纏繞角度為40°，纏繞厚度為8mm ;第三纏繞層3的纏繞角度為20°，纏繞厚度為20mm ;第四纏繞層4的纏繞角度為40°，纏繞厚度為8mm;第五纏繞層5的纏繞角度為60°，纏繞厚度為8mm ;上述的纏繞角度也是指碳纖維紗線與金屬芯模軸線所成夾角的余角。
[0052]本發(fā)明的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法及碳纖維導輪，利用一次碳纖維纏繞、一次固化和一次外表面機加工即完成碳纖維導輪的制作，簡化了制作工藝，大大縮短了生產(chǎn)周期，降低了多次纏繞易分層的風險；制作完成的導輪強度高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低廉
MTv ο
[0053]以上示意性地對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性地設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)配制樹脂:預先將樹脂放置于烘箱中加熱I?2h后，加入固化劑，然后將樹脂倒入真空罐中抽真空，并高速攪拌均勻； (2)芯模預熱:將金屬芯模放置于烘箱中預熱I?2h后，將芯模吊裝于三維纏繞機的纏繞工位上固定，并準備纏繞； (3)鋪層設(shè)計:將碳纖維紗線的纏繞角度按照從內(nèi)到外的順序，分別為40°?60°纏繞6?8臟、30。?40°纏繞6?8臟、10。?20°纏繞10?20臟、30。?40°纏繞6?8mm和40。?60。纏繞6?8mm ; (4)碳纖維纏繞:按照步驟(3)中的鋪層設(shè)計，控制樹脂的質(zhì)量含量為30%?40%進行纏繞； (5)固化:步驟(4)結(jié)束后，將纏繞有碳纖維的金屬芯模放置于烘箱中進行階梯加熱固化，固化結(jié)束后自然冷卻至室溫； (6)后加工:將固化后的碳纖維管精磨到指定導輪尺寸，并進行定長切割，得到碳纖維導輪棍體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的樹脂為環(huán)氧樹脂，加熱溫度為80?120°C ;所述的固化劑為酸酐類固化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的金屬芯模預熱溫度為30°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，其特征在于:步驟(4)中的具體纏繞過程為:將碳纖維紗線按工藝要求穿好，并將步驟(I)中的樹脂倒入恒溫膠槽中預熱，通過調(diào)節(jié)樹脂控制器，控制樹脂以一定含量進行纏繞；并且在纏繞過程中將內(nèi)層碳纖維紗線的張力從內(nèi)到外逐漸減小；同時利用刮膠板將多余樹脂刮除。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，其特征在于:步驟(5)中所述的階梯加熱固化具體為:根據(jù)樹脂的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg)和DSC曲線，按照80°C加熱2?3h、100°C加熱2?3h、120°C加熱4?5h以及150°C加熱5?6h的階梯溫度進行加熱固化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于切割硅片的碳纖維導輪制備方法，其特征在于:步驟(6)中的具體后加工過程為: (6.1)用磨床將纏繞于金屬芯模上的碳纖維管表面精磨至指定的導輪尺寸； (6.2)用車床將金屬芯模上的碳纖維管一端封頭車掉，并將剩余部分放置于脫管機中脫模取出金屬芯模，以備下次纏繞使用； (6.3)用水鋸將脫下來的碳纖維管定長切割，制成碳纖維導輪輥體。
7.一種利用權(quán)利要求1至6任意一項所述的碳纖維導輪制備方法制作的碳纖維導輪，其特征在于:該碳纖維導輪由內(nèi)到外依次包括第一纏繞層(I)、第二纏繞層(2)、第三纏繞層(3)、第四纏繞層(4)和第五纏繞層(5)，所述的第一纏繞層(I)的纏繞角度為40°?60°，纏繞厚度為6?8mm;所述的第二纏繞層(2)的纏繞角度為30°?40°，纏繞厚度為6?8mm;所述的第三纏繞層(3)的纏繞角度為10°?20°，纏繞厚度為10?20mm ;所述的第四纏繞層(4)的纏繞角度為30°?40°，纏繞厚度為6?8mm;所述的第五纏繞層(5)的纏繞角度為40°?60°，纏繞厚度為6?8mm。
【文檔編號】B29C70/34GK103878985SQ201410137159
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】許太尚, 徐存新, 董懷慶, 唐許 申請人:常州神鷹碳塑復合材料有限公司