專利名稱：用于切割硅片的聚氨酯纖維導(dǎo)輪制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于切割硅片的聚氨酯纖維導(dǎo)輪制備方法，屬于硅片切割設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚氨酯彈性體大分子主鏈上含有許多重復(fù)的氨基甲酸酯基團(tuán)，它是一類介于橡膠和塑料之間的新型高分子合成材料，其大分子主鏈?zhǔn)怯删埘セ蚓勖训榷嘣嫉娜嵝枣湺闻c異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑等構(gòu)成的剛性鏈段鑲嵌而成的，這種結(jié)構(gòu)使聚氨酯彈性體具有優(yōu)良的耐磨性，良好的機(jī)械性以及硬度范圍寬，因此聚氨酯彈性體目前作為切割硅片的聚氨酯導(dǎo)輪的涂覆層。聚氨酯導(dǎo)輪是在金屬芯軸的表面涂覆著10-15mm的聚氨酯覆層，覆層表面設(shè)有若干個(gè)導(dǎo)向槽，金屬切割線設(shè)置在覆層表面多個(gè)導(dǎo)向槽內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)輪的單向轉(zhuǎn)動(dòng)使切割鋼線移動(dòng)，用移動(dòng)的金屬切割線切割單晶棒料而形成晶片，因此該導(dǎo)輪的穩(wěn)定性直接影響硅片生產(chǎn)效率及生產(chǎn)成本。但在硅片切割過(guò)程中，高精度導(dǎo)輪與金屬切割線及碳化硅磨料之間產(chǎn)生高速摩擦，導(dǎo)致覆層表面上導(dǎo)向槽的磨損而影響到晶片的切割精度，所以導(dǎo)輪在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的切割后，需要磨削掉其表面覆層上的導(dǎo)向槽，而重新加工出新的導(dǎo)向槽，當(dāng)每個(gè)導(dǎo)輪經(jīng)過(guò)五至六次的開導(dǎo)向槽后，就要把導(dǎo)輪表面的聚氨酯覆層去除，重新進(jìn)行導(dǎo)輪表面的聚氨酯覆層。在制作聚氨酯覆層時(shí)，通常是由聚醚聚氨酯注入在模具內(nèi)，經(jīng)硫化處理后制得聚氨酯覆層。但聚醚聚氨酯覆層耐水解較差，在線切割硅片中，所使用的切割液和砂漿里面都攙有水，聚醚聚氨酯材料長(zhǎng)時(shí)間與水接觸后容易引起材料性能的降低，材料拉伸強(qiáng)度降低大概在30%左右，而線切割硅片過(guò)程又會(huì)容易產(chǎn)生熱量，切割鋼線與導(dǎo)向槽摩擦必然加劇導(dǎo)向槽快速的磨損，切割過(guò)程中造成導(dǎo)輪精度快速下降，故而縮短了聚氨酯導(dǎo)輪的使用壽命。再則，在制作聚氨酯覆層時(shí)，由于聚氨酯導(dǎo)輪的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，通常在0.5m以上，當(dāng)將聚氨酯液料注入至模具中時(shí)，易在聚氨酯覆層內(nèi)產(chǎn)生氣泡，硫化后的氣泡存在使聚氨酯覆層內(nèi)形成氣孔，在后期的導(dǎo)向槽加工后，由于氣孔造成聚氨酯導(dǎo)輪報(bào)廢，因此聚氨酯導(dǎo)輪的加工合格率以及精度不高。為解決聚氨酯導(dǎo)輪內(nèi)存在氣孔的問(wèn)題，目前所公開的聚氨酯導(dǎo)輪，將原料分步進(jìn)行反應(yīng)，并進(jìn)行脫水、脫泡制得聚氨酯液料，再將制得的聚氨酯液料澆注在模具中，干燥，成型脫模、硫化。但上述制作方法一方面能耗高，加工時(shí)間長(zhǎng)，雖然能減少制作聚氨酯液料內(nèi)的氣泡，但在將聚氨酯液料注入到模具時(shí)，一方面由于熱的聚氨酯液料與冷金屬芯軸和模具之間的溫差較大，在聚氨酯液料注入時(shí)因冷熱溫差較大易導(dǎo)致氣泡的產(chǎn)生，另一方面由于聚氨酯液料大多對(duì)垂直注入冷金屬芯軸和模具空腔而造成一定的沖擊，因此在最后澆注過(guò)程中由于空氣進(jìn)入模具內(nèi)，會(huì)在聚氨酯覆層內(nèi)造成氣泡，而影響導(dǎo)向槽的加工質(zhì)量以及導(dǎo)輪的成品率。再則，由于聚氨酯導(dǎo)輪采用金屬芯軸，使得聚氨酯導(dǎo)輪自身重量較重，在維修和加工過(guò)程中操作不便，加之聚氨酯覆層下部為金屬材料，而金屬的保溫性能不佳，造成切片機(jī)的使用壽命不長(zhǎng)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于切割硅片的聚氨酯纖維導(dǎo)輪制備方法，能降低聚氨酯覆層內(nèi)的氣孔，減輕導(dǎo)輪自身重量，提高導(dǎo)輪質(zhì)量和使用壽命。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種用于切割硅片的聚氨酯纖維導(dǎo)輪制備方法，其特征在于(1)、預(yù)聚體制作按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比，先將0. 5-1. 0份的碳化二亞胺和3-5份的硫酸鈣晶須與100份的聚醚多元醇混合均勻，再將混合料液加入在反應(yīng)釜內(nèi)攪拌并加熱至 100-110°c時(shí)進(jìn)行脫水，抽真空至反應(yīng)釜的壓力在2-5mmHg，脫水時(shí)間控制在30-60min，當(dāng)混合料液中的含水量< 0. 05% (質(zhì)量百分比)，將混合料液溫度降至50-60°C，再將30-50 份的異氰酸酯加入反應(yīng)釜中加熱至80-90°C進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間控制在2- 制得預(yù)聚體，對(duì)制得的預(yù)聚體進(jìn)行脫泡，將反應(yīng)釜抽真空至700-750mmHg，且脫泡時(shí)間控制在 30_60min ；(2)、聚氨酯液料制作按質(zhì)量份數(shù)比，將制得脫泡的預(yù)聚體與液體聚氨酯固化劑按100 15-30在澆注機(jī)的澆注頭內(nèi)進(jìn)行高速混合，制得聚氨酯液料，聚氨酯液料的溫度保持在 90-100 °C ；(3)、金屬芯軸處理和模具預(yù)加熱對(duì)金屬芯軸表面進(jìn)行除銹、噴砂和脫脂處理后， 通過(guò)丙烯酸樹脂膠將呈編織網(wǎng)狀的碳纖維層固定在金屬芯軸表面，再將膠粘劑涂覆在碳纖維層上，常溫下固化4- 使膠粘劑在碳纖維層表面形成厚度0. 3mm-0. 6mm的膠粘層，在模具的抱箍?jī)?nèi)腔以及兩端板內(nèi)側(cè)面分別涂有脫模劑，抱箍具有橫向開口，抱箍橫向開口的兩側(cè)邊向外延伸并作為澆注口，金屬芯軸的兩端的定位孔插接在兩端板內(nèi)側(cè)的定位軸上，夾緊抱箍的橫向開口，使兩端板的內(nèi)側(cè)定位臺(tái)階與抱箍?jī)啥硕ń?，將裝配后的模具和金屬芯軸放入加熱箱內(nèi)加熱至80-90°C保溫l_3h ；(4)、澆注聚氨酯液料將模具和金屬芯軸從加熱箱內(nèi)取出，將模具和金屬芯軸橫置，使抱箍橫向開口朝上，連接在澆注頭上的澆注管斜置在抱箍的澆注口處，將聚氨酯液料澆注至金屬芯軸表面的膠粘層與模具之間的空腔內(nèi)并到抱箍的澆注口；(5)、后處理將澆注有聚氨酯液料的模具放入加熱箱內(nèi)在100-110°C溫度下進(jìn)行硫化成型處理，硫化處理時(shí)間控制在5-20min，將模具取出后、冷卻、脫模，再在70-80°C下進(jìn)行后硫化，后硫化時(shí)間控制在8-10h，制得聚氨酯覆層；(6)、聚氨酯覆層加工在聚氨酯覆層表面加工出導(dǎo)向槽。本發(fā)明的預(yù)聚體采用聚醚多元醇、碳化二亞胺、硫酸鈣晶須和異氰酸酯，通過(guò)加入適量的碳化二亞胺達(dá)到改善聚氨酯覆層的抗水解性，而增加導(dǎo)輪的耐水性，同時(shí)加入適量的硫酸鈣晶須，利用硫酸鈣晶須內(nèi)在的完整性，高度有序的原子排列，而增加聚氨酯覆層的耐磨性能，使聚氨酯導(dǎo)輪在長(zhǎng)時(shí)間使用中，能改善聚氨酯導(dǎo)輪的機(jī)械性能以及加工精度，故而提高聚氨酯導(dǎo)輪的使用壽命。本發(fā)明通過(guò)可拆卸式模具，先將脫模劑涂覆在模具的抱箍?jī)?nèi)腔以及兩端板的內(nèi)側(cè)，將金屬芯軸的兩端的定位孔插接在兩端板內(nèi)側(cè)的定位軸上，再將兩端板安裝在抱箍的兩端，從而使得澆注聚氨酯覆層能均勻布設(shè)在金屬芯軸的外周，提高了導(dǎo)輪表面聚氨酯的均勻性。本發(fā)明將金屬芯軸和模具一同加熱，一方面使涂在碳纖維表面的膠粘劑能與聚氨酯覆層牢靠地連接，同時(shí)加熱后的脫模劑會(huì)均勻滲在模具內(nèi)腔表面， 使成型后的聚氨酯覆層方便與模具進(jìn)行脫離，不會(huì)造成對(duì)聚氨酯覆層的破壞，從而提高聚氨酯覆層的成品率和質(zhì)量。本發(fā)明先將模具和金屬芯軸進(jìn)行加熱，不僅減少模具與金屬芯軸表面膠粘層之間空腔內(nèi)的水分和氣體，而且也減小聚氨酯液料與模具、金屬芯軸以及金屬芯軸表面膠粘層的溫差，使聚氨酯液料在注入模具內(nèi)盡量少產(chǎn)生氣泡，而提高導(dǎo)輪表面質(zhì)量。本發(fā)明模具橫置，其澆注口由抱箍?jī)蓚?cè)邊向外延伸后的開口形成，一方面可減小聚氨酯液料澆注時(shí)的沖擊力，另一方面也能快速將氣體排出故而能降低聚氨酯覆層內(nèi)的氣孔， 提高聚氨酯導(dǎo)輪的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。本發(fā)明在金屬芯軸上固定有呈編織網(wǎng)狀的碳纖維層， 由于碳纖維層具有強(qiáng)度高，即能保證導(dǎo)輪芯軸的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，又能降低導(dǎo)輪的自身重量，對(duì)于MB264型導(dǎo)輪，無(wú)碳纖維的導(dǎo)輪重量在300Kg左右，覆上碳纖維后導(dǎo)輪自身重量在 170Kg左右，尤其碳纖維層在聚氨酯覆層下部，因此使導(dǎo)輪具有較好的保溫性能，使切片機(jī)的使用壽命大大提高。本發(fā)明在碳纖維層覆有一層膠粘層，通過(guò)該膠粘層使對(duì)碳纖維層上存在的氣孔進(jìn)行封閉，確保碳纖維層上氣孔在饒注的時(shí)不會(huì)產(chǎn)生氣泡，而不會(huì)影響聚氨酯層的質(zhì)量。


下面結(jié)構(gòu)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明的模具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是抱箍的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1-端板，2-抱箍，21-澆注口，3-金屬芯軸，4-碳纖維層，5_膠粘層。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明用于切割硅片的聚氨酯纖維導(dǎo)輪制備方法，具體如下(1)、預(yù)聚體制作。本發(fā)明的預(yù)聚體的組分包括聚醚多元醇、碳化二亞胺、硫酸鈣晶須和異氰酸酯，按質(zhì)量份數(shù)比，聚醚多元醇碳化二亞胺硫酸鈣晶須異氰酸酯的比為100 (0.5-1.0) (3-5) (30-50)，先將0.5-1.0份的碳化二亞胺和3-5份的硫酸鈣晶須與100份的聚醚多元醇混合均勻，再將混合料液加入在反應(yīng)釜內(nèi)加熱并攪拌，充分使硫酸鈣晶須的晶須團(tuán)聚體分散在料液中，使聚氨酯導(dǎo)輪達(dá)到較高的耐磨性能，將混合料液加熱至100-110°C時(shí)進(jìn)行脫水，抽真空至反應(yīng)釜的壓力在2-5mmHg，脫水時(shí)間控制在30-60min，接質(zhì)量百分比，當(dāng)混合料液中的含水量< 0. 05 %時(shí)，將混合料液溫度降至 50-60°C，再將30-50份的異氰酸酯加入反應(yīng)釜中，并加熱至80-90°C進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間控制在2- 制得預(yù)聚體，對(duì)制得的預(yù)聚體進(jìn)行脫泡，將反應(yīng)釜抽真空至700-750mmHg，且脫泡時(shí)間控制在30-60min，使預(yù)聚體中無(wú)混雜的氣泡，上述的聚醚多元醇可采用聚氧化丙烯二醇或聚四氫呋喃二醇。O)、聚氨酯液料制作按質(zhì)量份數(shù)比，將制得的預(yù)聚體與液體聚氨酯固化劑按 100 15-30在澆注機(jī)的澆注頭內(nèi)進(jìn)行高速混合，可通過(guò)澆注機(jī)上耐溫耐壓的高精度計(jì)量泵的制得混合均勻聚氨酯液料，聚氨酯液料的溫度保持在90-100°C。(3)、金屬芯軸和模具預(yù)加熱對(duì)金屬芯軸表面進(jìn)行除銹、噴砂和脫脂處理后，可采用常規(guī)技術(shù)對(duì)金屬芯軸進(jìn)行除銹和噴砂，除銹可采用機(jī)械或化學(xué)方法進(jìn)行，并通過(guò)噴砂達(dá)到更好的除銹效果，而且還能使金屬芯軸表面達(dá)到適宜的粗糙度，脫脂可采用化學(xué)方法，如采用二氯甲烷或二甲苯等進(jìn)行清洗，通過(guò)丙烯酸樹脂膠將呈編織網(wǎng)狀的碳纖維層4固定在金屬芯軸3表面，該丙烯酸樹脂膠可采用市售的丙烯酸樹脂AB膠或改性丙烯酸樹脂AB膠，可將A料與B料按按重量比為100 80-100混合，將碳纖維層固定在金屬芯軸表面，該碳纖維層4的厚度可控制在40-50mm，有效地減輕導(dǎo)輪的自重。再將膠粘劑涂覆在碳纖維層4 上，常溫下固化4- 使膠粘劑在碳纖維層4表面形成厚度0. 3mm-0. 6mm的膠粘層5，本發(fā)明的膠粘劑可采用常規(guī)的通用雙組份粘接膠，如通用雙組份粘接膠108A/B-240膠或通用雙組份粘接膠108A/8-3膠，可將主劑與固化劑按重量比為100 80-100混合涂覆在碳纖維表面，在常溫下4-7小時(shí)固化，通過(guò)該膠粘劑能對(duì)碳纖維層4上的氣孔進(jìn)行封閉，確保澆注的時(shí)碳纖維層4不會(huì)產(chǎn)生氣泡，該粘接劑固化后的邵氏硬度在85度以上，拉伸強(qiáng)度大于 30kg/mm2，抗壓強(qiáng)度大于68kg/mm2，粘接劑和碳纖維層結(jié)合強(qiáng)度能達(dá)到30MPA，與聚氨酯覆層的結(jié)合強(qiáng)度能達(dá)到35MPA，使碳纖維層上的膠粘層具有較好的連接強(qiáng)度。本發(fā)明在抱箍?jī)?nèi)腔以及兩端板內(nèi)側(cè)面分別涂有脫模劑，該脫模劑可采用 DEHUI-9815型或6150X67等。見圖1、2所示，該模具由抱箍2和兩個(gè)端板1構(gòu)成，抱箍2 具有橫向開口，抱箍2橫向開口的兩側(cè)邊向外延伸并作為澆注口 21，該澆注口 21的寬度 30-80mm，端板1的內(nèi)側(cè)設(shè)有對(duì)金屬芯軸3定位的定位軸和對(duì)抱箍2周邊進(jìn)行定位的定位臺(tái)階，金屬芯軸3的兩端的定位孔插接在兩端板1內(nèi)側(cè)的定位軸上，夾緊抱箍2的橫向開口， 兩端板1的內(nèi)側(cè)定位臺(tái)階與抱箍2兩端面卡接，將金屬芯軸3安裝在模具內(nèi)，將裝配后的模具和金屬芯軸放入加熱箱內(nèi)加熱至80-90°C保溫1-池。當(dāng)重新澆注導(dǎo)聚氨酯覆層時(shí)，可將導(dǎo)輪上原聚氨酯涂層剝落至碳纖維層，用二氯甲烷或二甲苯進(jìn)行清洗，并保持表面干燥，再用通用雙組份粘接膠涂覆在碳纖維層4上形成厚在0. 3mm-0. 6mm的膠粘層5，使金屬芯軸3 上固定有碳纖維層4和膠粘層5。0)、澆注聚氨酯液料將模具和金屬芯軸從加熱箱內(nèi)取出，將模具和金屬芯軸橫置，使抱箍2橫向開口朝上，連接在澆注頭上的澆注管斜置在抱箍2的澆注口 21處并貼在抱箍2內(nèi)壁上，使聚氨酯液料沿抱箍2的內(nèi)壁而下，將聚氨酯液料澆注至金屬芯軸3表面的膠粘層與模具之間的空腔內(nèi)并到模具抱箍2的澆注口 21處，澆注管傾斜設(shè)置，該澆注管與澆注口 21水平面的夾角控制在30-60°之間，最大限度防止?jié)擦蠒r(shí)裹挾氣泡。(5)、后處理將澆注有聚氨酯液料的模具放入加熱箱內(nèi)在100-110°C溫度下進(jìn)行硫化成型處理，硫化處理時(shí)間控制在5-20min，將模具取出后、冷卻、脫模，將帶有聚氨酯覆層的金屬芯軸放入加熱箱內(nèi)再在70-80°C下進(jìn)行后硫化，后硫化時(shí)間控制在8-10h，最后制得聚氨酯覆層。(6)、聚氨酯覆層加工將帶有聚氨酯覆層的金屬芯軸夾持在高精度車床或高精度磨床上，對(duì)聚氨酯覆層表面進(jìn)行切削或磨削，在聚氨酯覆層表面加工出導(dǎo)向槽。本發(fā)明預(yù)聚體的各組分和具體的質(zhì)量份數(shù)比參數(shù)見表1。表 權(quán)利要求
1.一種用于切割硅片的聚氨酯纖維導(dǎo)輪制備方法，其特征在于(1)、預(yù)聚體制作按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比，先將0. 5-1.0份的碳化二亞胺和3-5份的硫酸鈣晶須與100份的聚醚多元醇混合均勻，再將混合料液加入在反應(yīng)釜內(nèi)攪拌并加熱至100-110°C 時(shí)進(jìn)行脫水，抽真空至反應(yīng)釜的壓力在2-5mmHg，脫水時(shí)間控制在30-60min，當(dāng)混合料液中的含水量< 0. 05% (質(zhì)量百分比)，將混合料液溫度降至50-60°C，再將30-50份的異氰酸酯加入反應(yīng)釜中加熱至80-90°C進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間控制在2- 制得預(yù)聚體，對(duì)制得的預(yù)聚體進(jìn)行脫泡，將反應(yīng)釜抽真空至700-750mmHg，且脫泡時(shí)間控制在30-60min ；O)、聚氨酯液料制作按質(zhì)量份數(shù)比，將制得脫泡的預(yù)聚體與液體聚氨酯固化劑按 100 15-30在澆注機(jī)的澆注頭內(nèi)進(jìn)行高速混合，制得聚氨酯液料，聚氨酯液料的溫度保持在 90-100°C ；(3)、金屬芯軸處理和模具預(yù)加熱對(duì)金屬芯軸表面進(jìn)行除銹、噴砂和脫脂處理后，通過(guò)丙烯酸樹脂膠將呈編織網(wǎng)狀的碳纖維層固定在金屬芯軸表面，再將膠粘劑涂覆在碳纖維層上，常溫下固化4- 使膠粘劑在碳纖維層表面形成厚度0. 3mm-0. 6mm的膠粘層，在模具的抱箍?jī)?nèi)腔以及兩端板內(nèi)側(cè)面分別涂有脫模劑，抱箍具有橫向開口，抱箍橫向開口的兩側(cè)邊向外延伸并作為澆注口，金屬芯軸的兩端定位孔插接在兩端板內(nèi)側(cè)的定位軸上，夾緊抱箍的橫向開口，使兩端板的內(nèi)側(cè)定位臺(tái)階與抱箍?jī)啥硕ń?，將裝配后的模具和金屬芯軸放入加熱箱內(nèi)加熱至80-90°C保溫l_3h ；(4)、澆注聚氨酯液料將模具和金屬芯軸從加熱箱內(nèi)取出，將模具和金屬芯軸橫置，使抱箍橫向開口朝上，連接在澆注頭上的澆注管斜置在抱箍的澆注口處，將聚氨酯液料澆注至金屬芯軸表面的膠粘層與模具之間的空腔內(nèi)并到抱箍的澆注口；(5)、后處理將澆注有聚氨酯液料的模具放入加熱箱內(nèi)在100-110°C溫度下進(jìn)行硫化成型處理，硫化處理時(shí)間控制在5-20min，將模具取出后、冷卻、脫模，再在70-80°C下進(jìn)行后硫化，后硫化時(shí)間控制在8-10h，制得聚氨酯覆層；(6)、聚氨酯覆層加工在聚氨酯覆層表面加工出導(dǎo)向槽。
2.權(quán)利要求1所述的用于切割硅片的聚氨酯導(dǎo)輪制備方法，其特征在于所述抱箍上澆注口的寬度在30-80mm。
3.權(quán)利要求1所述的用于切割硅片的聚氨酯導(dǎo)輪制備方法，其特征在于所述斜置的澆注管與抱箍上的澆注口水平面的夾角控制在30-60°之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于切割硅片的聚氨酯纖維導(dǎo)輪制備方法，將0.5-1.0份的碳化二亞胺和3-5份的硫酸鈣晶須與100份的聚醚多元醇混合后加入在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行攪拌、加熱、脫水，將30-50份的異氰酸酯加入反應(yīng)釜中進(jìn)行聚合反應(yīng)制得預(yù)聚體并脫泡；將脫泡預(yù)聚體與液體聚氨酯固化劑按100∶15-30在澆注機(jī)內(nèi)混合制得聚氨酯液料，將裝配好的模具和金屬芯軸放入加熱箱內(nèi)加熱，將聚氨酯液料澆注到膠粘層與模具之間的空腔內(nèi)并到抱箍的澆注口；將澆注有聚氨酯液料的模具放入加熱箱內(nèi)在進(jìn)行硫化成型處理，脫模后，再進(jìn)行后硫化，對(duì)聚氨酯覆層表面加工出導(dǎo)向槽。本發(fā)明具有自重輕，提高導(dǎo)輪的生產(chǎn)效率和質(zhì)量的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B29C39/02GK102205582SQ20111003023
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者吳偉峰, 湯衛(wèi)東 申請(qǐng)人:吳偉峰