本發(fā)明涉及太陽(yáng)能晶硅片切割用樹(shù)脂金剛石線生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)長(zhǎng)距離樹(shù)脂金剛石線鋸的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

目前太陽(yáng)能光伏行業(yè)，主要以鋼線帶動(dòng)碳化硅砂漿料切割晶硅片為主，然而這種游離砂漿切割速度較慢、生產(chǎn)效率偏低、切割后產(chǎn)生的廢渣還會(huì)造成環(huán)境污染及安全隱患等諸多限制，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始研究新的切割方法，其中，樹(shù)脂金剛線與電鍍金剛線為主流研究方向。樹(shù)脂金剛線比游離砂漿切割具有以下優(yōu)點(diǎn)：切縫窄、切割效率高、切片成本低，鋸絲磨損小，避免了游離磨料中漿液的污染等優(yōu)點(diǎn)。比電鍍線制作工藝簡(jiǎn)單，制造周期短，制造成本比較低，柔韌性好，其鋸絲切割的晶硅片表面質(zhì)量好于電鍍金剛線。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于樹(shù)脂金剛線鋸的制作專利文獻(xiàn)不少，但都是幾百米、幾千米短距離的制作技術(shù)，尚未被真正工業(yè)化廣泛使用。而要實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂金剛線鋸的工業(yè)化應(yīng)用，必須解決幾十千米連續(xù)長(zhǎng)距離制作中的許多關(guān)鍵技術(shù)難題。

樹(shù)脂金剛線制作的主要工藝過(guò)程是母線徑過(guò)預(yù)清洗、配制樹(shù)脂混合液并充分?jǐn)嚢?、用制線機(jī)在母線表面涂覆上樹(shù)脂混合液，并快速預(yù)固化成型制線、用烘箱進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間后固化處理等工序。在切割晶硅片的過(guò)程中，直接利用母線上固結(jié)的金剛石顆粒對(duì)硅錠進(jìn)行切割。

實(shí)際生產(chǎn)中，每卷樹(shù)脂金剛線預(yù)固化成型大于70km時(shí)，從制線開(kāi)始到完成需要18～24個(gè)小時(shí)，在這個(gè)過(guò)程中，樹(shù)脂混合液是在40～50℃溫度下，暴露在空氣中攪拌并流動(dòng)著。為了保持制線初期（卷前）到后期（卷后）樹(shù)脂金剛線質(zhì)量一致性，就需要制線前后樹(shù)脂混合液的粘度變化幅度不能太大。因?yàn)檎扯冗^(guò)高了，金剛線的線徑就變大了，攜帶的金剛石微粉數(shù)量也增多了（參見(jiàn)附圖1）。在以后切割晶硅片時(shí)，一卷線的線徑如果變化過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致晶硅片厚薄差別過(guò)大，還容易導(dǎo)致切割過(guò)程中斷線。在長(zhǎng)距離制線的近20個(gè)小時(shí)期間，樹(shù)脂混合液的分子量會(huì)緩慢增大，導(dǎo)致粘度后期很高，而無(wú)法繼續(xù)制線，這一問(wèn)題成為長(zhǎng)距離制線急待解決的問(wèn)題。

另外，為控制線徑，母線直徑為100微米時(shí)，拉模最大直徑140微米左右，母線和拉模之間的間隙很小，就需要制線前后樹(shù)脂混合液的中不能有大于20微米的顆粒物堵塞拉模，否則，會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂混合液涂覆在母線上厚薄相差很大，甚至局部導(dǎo)致光線（參見(jiàn)附圖2）。而在長(zhǎng)距離制線中，樹(shù)脂會(huì)隨著時(shí)間延長(zhǎng)，發(fā)生局部化學(xué)交聯(lián)聚合產(chǎn)生微小凝膠顆粒，導(dǎo)致拉模堵塞。這樣制出的金剛線如果在今后切割晶硅片時(shí)，樹(shù)脂層會(huì)在光線出被剝離掉，導(dǎo)致樹(shù)脂金剛線過(guò)早失效報(bào)廢，正在切割晶硅片的價(jià)格昂貴的硅錠也報(bào)廢，這也是阻礙長(zhǎng)距離制線技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)距離制線、制線周期短、成品性能良好的樹(shù)脂金剛石線鋸的生產(chǎn)方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

設(shè)計(jì)一種連續(xù)長(zhǎng)距離樹(shù)脂金剛石線鋸的生產(chǎn)方法，包括下列步驟：

（1）原料選擇：選取熱塑性樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂、填料、有機(jī)溶劑、偶聯(lián)劑、阻聚劑、分散劑和金剛石磨料為原料；

所述熱塑性樹(shù)脂的分子量為6000～13000；所述熱固性樹(shù)脂的分子量為4000～10000，所述熱塑性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂的重量比為7:3～6:4；

所述填料和金剛石磨料的總重量與所述熱塑性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂的總重量的比例為3:7～5:5；

（2）配制樹(shù)脂混合液：先將所述熱塑性樹(shù)脂和有機(jī)溶劑加入到填料中，攪拌后超聲處理至溶解充分；再加入所述熱固性樹(shù)脂、偶聯(lián)劑、阻聚劑和分散劑，最后加入金剛石磨料，將配制好的樹(shù)脂混合液用高速混料機(jī)充分混合，得到均勻的樹(shù)脂混合液，并調(diào)節(jié)該樹(shù)脂混合液的初始粘度至1～4Pa.S/36℃；

（3）芯線處理：選用直徑為 90～100微米、表面覆銅的金屬芯線，將芯線表面經(jīng)過(guò)清洗機(jī)三階段清洗并風(fēng)干；

（4）制線和預(yù)固化：將步驟（2）所得的樹(shù)脂混合液通過(guò)制線設(shè)備均勻涂覆在所述芯線表面，涂覆后的芯線以0.8～1.2米/秒的速度經(jīng)三級(jí)紅外加熱爐在400～700℃的條件下進(jìn)行預(yù)固化，得到經(jīng)過(guò)預(yù)固化的樹(shù)脂金剛線；

（5）二次固化：將步驟（4）所得的經(jīng)過(guò)預(yù)固化的樹(shù)脂金剛線直接卷在線輪上，將線輪整體投入鼓風(fēng)恒溫爐內(nèi)，從室溫開(kāi)始經(jīng)過(guò)不同溫度段恒溫控制，最高的固化溫度為200℃～280℃，然后隨爐自然冷卻到50℃以下；最終得到成品樹(shù)脂金剛線鋸。

在上述技術(shù)方案中，所述熱塑性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂為酚醛樹(shù)脂，在其合成制備的過(guò)程中，需要額外要求控制其分子量在合適的偏低范圍內(nèi)：所述熱塑性樹(shù)脂的分子量為6000～13000；所述熱固性樹(shù)脂的分子量為4000～10000，這樣可以降低樹(shù)脂混合液的初始粘度、避免分子量過(guò)大導(dǎo)致后期凝膠顆粒堵塞拉?？祝褂眠@兩種樹(shù)脂，在長(zhǎng)距離連續(xù)制作樹(shù)脂金剛線過(guò)程中，有利于控制樹(shù)脂混合液從制線初期到制線末期的粘度變化，能夠有效減輕樹(shù)脂自聚合產(chǎn)生凝膠顆粒堵塞拉模，因此更適合用于長(zhǎng)距離連續(xù)制線。這兩種樹(shù)脂在后期預(yù)固化、二次固化后，均發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)成為高分子立體結(jié)構(gòu)，在連續(xù)長(zhǎng)距離樹(shù)脂金剛石線鋸的生產(chǎn)過(guò)程中，能夠起到更好的固化作用。

優(yōu)選的，所述填料為納米纖維、氧化鉻、碳化硅、氧化硅、氧化鈦中的兩種或兩種以上的混合物。

優(yōu)選的，所述填料為碳納米管、納米銅纖維、碳化硅微粉和氧化硅微粉的混合物。

優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為N,N-二甲基甲酰胺。可通過(guò)有機(jī)溶劑的添加量來(lái)調(diào)節(jié)樹(shù)脂混合液的粘度至所需的范圍。使用N,N-二甲基甲酰胺作為溶劑可以充分溶解熱塑性樹(shù)脂，同時(shí)，在連續(xù)長(zhǎng)距離制線期間，可以顯著減輕因溶劑揮發(fā)導(dǎo)致的樹(shù)脂混合液粘度增大的問(wèn)題。

優(yōu)選的，所述偶聯(lián)劑為氨基類偶聯(lián)劑中的一種，其添加量為所述熱塑性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂的總重量的0.5～3％。所述偶聯(lián)劑的添加可以提高樹(shù)脂與母芯線、填料、磨料等的界面結(jié)合強(qiáng)度，提高樹(shù)脂金剛線的切割能力和使用壽命。

優(yōu)選的，所述阻聚劑是酚類、醌類、芳烴硝基中的一種，其添加量為所述熱塑性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂的總重量的0.01～0.5％。阻聚劑的添加能夠降低樹(shù)脂在60℃以下的自聚合速度，從而減少樹(shù)脂混合液從制線初期到制線末期的粘度增加幅度，避免樹(shù)脂因自聚合產(chǎn)生凝膠顆粒堵塞拉模，當(dāng)樹(shù)脂混合液中產(chǎn)生凝膠顆粒堵塞拉模時(shí)，會(huì)導(dǎo)致芯線偏離拉模中心，使芯線表面一遍涂覆較厚的樹(shù)脂混合液，而另一邊涂覆很薄的樹(shù)脂混合液甚至涂覆不上樹(shù)脂混合液，這種情況下制備的樹(shù)脂金剛石線鋸的電鏡分析圖參見(jiàn)附圖2。

優(yōu)選的，所述分散劑為六偏磷酸鈉，其添加量為所述固體填料和金剛石磨料總重量的0.01～1 w t％。所述分散劑能夠有效避免填料、磨料顆粒粘連堵塞拉模。

優(yōu)選的，所述的金剛石磨料為鍍鎳人造金剛石微粉，其平均粒徑為8～11微米，其表面鍍鎳量為所述金剛石磨料重量份的10～30％。

優(yōu)選的，制成的樹(shù)脂金剛石線鋸的外徑范圍為107～130微米。

優(yōu)選的，在所述步驟（4）制線的過(guò)程中，調(diào)節(jié)該樹(shù)脂混合液的初始粘度，使其控制初始粘度在1～4 Pa.S/36℃，且制線終期樹(shù)脂混合液的粘度控制在4～8Pa.S/36℃。在制線過(guò)程中，使用粘度儀測(cè)量樹(shù)脂混合液在36℃下的粘度，當(dāng)粘度增大時(shí)，加入適量有機(jī)溶劑調(diào)節(jié)樹(shù)脂混合液粘度，再重新高速混合樹(shù)脂混合液，然后重復(fù)測(cè)量粘度至控制范圍內(nèi)為止。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明通過(guò)選擇使用分子量在合適范圍內(nèi)的熱塑性樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂；選擇合適的填料種類和加入比例，使用相應(yīng)的偶聯(lián)劑及加入比例；還加入了適量的阻聚劑、分散劑；加上控制樹(shù)脂混合液合適的初始粘度，料罐攪拌裝置等措施，有效控制了制線末期的混合液粘度增幅，能夠有效防止金剛石線鋸在制線后期線徑變大，避免了混合液凝膠顆粒堵塞拉模導(dǎo)致局部光線的問(wèn)題，控制了金剛石微粉數(shù)量增多幅度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。最終解決大于70km連續(xù)長(zhǎng)距離制作中的關(guān)鍵技術(shù)難題。創(chuàng)新出滿足工業(yè)化大批量生產(chǎn)的樹(shù)脂金剛線連續(xù)長(zhǎng)距離生產(chǎn)技術(shù)。

2.本發(fā)明解決了樹(shù)脂金剛線連續(xù)長(zhǎng)距離制作中的關(guān)鍵技術(shù)難題，利于樹(shù)脂金剛線的大面積推廣應(yīng)用。更好的發(fā)揮其比游離砂漿切割具有的切縫窄、切割效率高、切片成本低、鋸絲磨損小、避免了游離磨料中漿液的污染等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，也發(fā)揮了其比電鍍線金剛線制作工藝簡(jiǎn)單、制造周期短、制造成本比較低、柔韌性好、切割的晶硅片表面質(zhì)量好于電鍍的優(yōu)點(diǎn)，突顯出樹(shù)脂金剛線的獨(dú)特切割優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中樹(shù)脂混合液粘度過(guò)高時(shí)，制備的樹(shù)脂金剛石線鋸的300倍掃描電鏡圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中樹(shù)脂混合液中出現(xiàn)凝膠顆粒物堵塞拉?？讜r(shí)，制備的樹(shù)脂金剛石線鋸的300倍掃描電鏡圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的樹(shù)脂金剛石線鋸的300倍掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但以下實(shí)施例只是用來(lái)詳細(xì)說(shuō)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(wú)特別說(shuō)明，均為常規(guī)儀器設(shè)備；所涉及的工業(yè)原料如無(wú)特別說(shuō)明，均為市售常規(guī)工業(yè)原料。

實(shí)施例1：一種連續(xù)長(zhǎng)距離樹(shù)脂金剛石線鋸的生產(chǎn)方法，包括下列步驟：

（1）原料選擇：選取熱塑性樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂、填料、有機(jī)溶劑、偶聯(lián)劑、阻聚劑、分散劑和金剛石磨料為原料；

其中，所述熱塑性樹(shù)脂的分子量為6000～13000；所述熱固性樹(shù)脂的分子量為4000～10000，所述熱塑性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂的重量比為7:3。本實(shí)施例中所用的熱塑性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂為酚醛樹(shù)脂，是申請(qǐng)人委托生產(chǎn)廠家在其市售的酚醛樹(shù)脂的基礎(chǔ)上，成分不變，在其合成制備的過(guò)程中，額外要求控制其分子量在合適的偏低范圍。這樣可以降低樹(shù)脂混合液的初始粘度、避免分子量過(guò)大導(dǎo)致后期凝膠顆粒堵塞拉?？祝褂眠@兩種樹(shù)脂，在長(zhǎng)距離連續(xù)制作樹(shù)脂金剛線過(guò)程中，有利于控制樹(shù)脂混合液從制線初期到制線末期的粘度變化，能夠有效減輕樹(shù)脂自聚合產(chǎn)生凝膠顆粒堵塞拉模，因此更適合用于長(zhǎng)距離連續(xù)制線。

所用的填料為碳納米管、納米銅纖維、碳化硅微粉、氧化硅微粉的混合物；填料和金剛石磨料的總重量與熱塑性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂的總重量的比例為5.2:4.8。金剛石磨料是為鍍鎳人造金剛石微粉，其平均粒徑為8～11微米，其表面鍍鎳量為所述金剛石磨料重量份的30％。有機(jī)溶劑是N,N-二甲基甲酰胺，加入量為熱塑性樹(shù)脂重量的1.1倍。偶聯(lián)劑為氨基偶聯(lián)劑，加入量為熱塑性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂總重量的1.5％。阻聚劑是酚類，加入量為熱塑性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂總重量的0.1wt％。分散劑使用的是六偏磷酸鈉，加入量為固體填料和金剛石磨料總重量的0.3 ％。

（2）配制樹(shù)脂混合液：先將填料配比完成并攪拌均勻，再將熱塑性樹(shù)脂和有機(jī)溶劑加入到填料中，攪拌后超聲處理至溶解充分；再加入熱固性樹(shù)脂、偶聯(lián)劑、阻聚劑和分散劑，最后加入金剛石磨料，將配制好的樹(shù)脂混合液用360^о全方位高速混料機(jī)充分混合，得到均勻的樹(shù)脂混合液，并調(diào)節(jié)該樹(shù)脂混合液的初始粘度至1～4Pa.S/36℃之間，本實(shí)施例中實(shí)測(cè)初始粘度為2.2Pa.S/36℃，在制線的過(guò)程中，間隔一段時(shí)間檢測(cè)樹(shù)脂混合液的粘度，并通過(guò)添加適量溶劑重新攪拌的方式調(diào)節(jié)該樹(shù)脂混合液的粘度，使其控制在1～4 Pa.S/36℃之間，且制線終期樹(shù)脂混合液的粘度控制在4～8Pa.S/36℃。

（3）芯線處理：選用直徑為 100微米、表面覆銅的金屬芯線，將芯線表面經(jīng)過(guò)清洗機(jī)三階段清洗并風(fēng)干。

（4）制線和預(yù)固化：將步驟（2）所得的樹(shù)脂混合液通過(guò)TKX-MM制線設(shè)備均勻涂覆在所述芯線表面，具體步驟是：將配混好的樹(shù)脂混合液一次倒入料罐中，料罐自帶螺旋攪拌器始終攪拌，防止磨料、填料沉積，通過(guò)蠕動(dòng)泵把料輸送到制線拉模中，再緩慢回流到料罐中。金屬芯線從拉模小孔中穿過(guò)，表面涂覆上10微米左右厚的樹(shù)脂混合液，涂覆后的芯線以1.2米/秒的速度經(jīng)三級(jí)紅外加熱爐在500～600℃的條件下進(jìn)行預(yù)固化，經(jīng)過(guò)預(yù)固化的樹(shù)脂金剛線被直接緊密排列卷在專用線輪上，混合液中的磨料被固結(jié)在芯線周圍，得到經(jīng)過(guò)預(yù)固化的樹(shù)脂金剛線，每卷樹(shù)脂金剛線長(zhǎng)度72km。

（5）二次固化：將步驟（4）所得的經(jīng)過(guò)預(yù)固化的樹(shù)脂金剛線線輪整體投入鼓風(fēng)恒溫爐內(nèi)，從室溫開(kāi)始經(jīng)過(guò)不同溫度段恒溫控制，最高的固化溫度為210℃，然后隨爐自然冷卻到50℃以下；最終得到成品樹(shù)脂金剛線鋸。

實(shí)施例1中的樹(shù)脂金剛石線鋸制備完畢后，對(duì)成品進(jìn)行檢測(cè)，檢驗(yàn)是否符合企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目和檢驗(yàn)結(jié)果如下：

1）線徑：樹(shù)脂金剛石線鋸表觀橫截面外徑長(zhǎng)度，單位：微米。用線徑測(cè)定儀測(cè)線徑，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定線徑均值117～127um/10處，實(shí)測(cè)制線初期（卷前）均值122.2um/10處，后期（卷后）均值125.1um/10處，線徑符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，前后波動(dòng)較小。

2）用×300倍電子掃描顯微鏡觀測(cè)樹(shù)脂金剛石線鋸的表面質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：隨機(jī)拍照5張，氣泡數(shù)量每張照片不得超過(guò)1個(gè)；實(shí)測(cè)均無(wú)氣泡，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參見(jiàn)圖3。

3）金剛石微粉在樹(shù)脂金剛石線鋸表面的顆粒密度。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：2cm樣品線300倍電子顯微鏡下等距檢測(cè)粒數(shù)均值70～131個(gè)；實(shí)測(cè)卷前均值84個(gè)，卷后均值105個(gè)，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，前后波動(dòng)較小，參見(jiàn)圖3。

4）破斷張力：樹(shù)脂金剛石線鋸在外力作用下斷裂時(shí)所受到的外力大小，單位：牛頓。用小型拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：抗拉強(qiáng)度均值≥29.5N/5根；實(shí)測(cè)卷前均值31.2N，卷后均值30.5N，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

5）摩擦量：樹(shù)脂金剛石線鋸在專用切割機(jī)上做切割銅條測(cè)試時(shí)，直至磨斷的實(shí)際切割銅條的深度，單位：微米。每次取樣5個(gè)進(jìn)行測(cè)試，以此來(lái)判斷樹(shù)脂金剛石線鋸的切割性能。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：最小值≥2500um；實(shí)測(cè)卷前均值4080um，卷后均值5100um，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（7）包裝入庫(kù)：在經(jīng)過(guò)（6）檢驗(yàn)合格的樹(shù)脂金剛石線鋸線輪指定位置，標(biāo)識(shí)上線的長(zhǎng)度及線徑的規(guī)格型號(hào)、生產(chǎn)批號(hào)、生產(chǎn)日期等，附上檢驗(yàn)合格證，用塑料收縮膜整體包覆，入庫(kù)后放入專用的線輪木托架上。

本發(fā)明能夠有效控制長(zhǎng)距離制線末期的混合液粘度增幅，能夠有效防止金剛石線鋸在制線后期線徑變大、制線前期和后期線徑差別大的問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)中長(zhǎng)距離制線后期樹(shù)脂混合液粘度增大，樹(shù)脂混合液攜帶的金剛石微粉增多，會(huì)造成芯線表面的涂層變厚、粘附的金剛石微粉變多，金剛石線鋸的線徑增大，參見(jiàn)圖1所示。本發(fā)明還能夠避免混合液凝膠顆粒堵塞拉模導(dǎo)致局部光線的問(wèn)題（參見(jiàn)圖2），控制了金剛石微粉數(shù)量的增加幅度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。最終解決大于70km連續(xù)長(zhǎng)距離制作中的關(guān)鍵技術(shù)難題。創(chuàng)新出滿足工業(yè)化大批量生產(chǎn)的樹(shù)脂金剛線連續(xù)長(zhǎng)距離生產(chǎn)技術(shù)。

上面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)的說(shuō)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(jiàn)變化范圍，在此不再一一詳述。