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，具體涉及一種連續(xù)長距離樹脂金剛石線鋸的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

目前太陽能光伏行業(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，國內(nèi)外開始研究新的切割方法，其中，樹脂金剛線與電鍍金剛線為主流研究方向。樹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。目前國內(nèi)關(guān)于樹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)長距離制作中的許多關(guān)鍵技術(shù)難題。

樹脂金剛線制作的主要工藝過程是母線徑過預(yù)清洗、配制樹脂混合液并充分?jǐn)嚢琛⒂弥凭€機(jī)在母線表面涂覆上樹脂混合液，并快速預(yù)固化成型制線、用烘箱進(jìn)行長時(shí)間后固化處理等工序。在切割晶硅片的過程中，直接利用母線上固結(jié)的金剛石顆粒對硅錠進(jìn)行切割。

實(shí)際生產(chǎn)中，每卷樹脂金剛線預(yù)固化成型大于70km時(shí)，從制線開始到完成需要18～24個(gè)小時(shí)，在這個(gè)過程中，樹脂混合液是在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）樹脂金剛線質(zhì)量一致性，就需要制線前后樹脂混合液的粘度變化幅度不能太大。因?yàn)檎扯冗^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（參見附圖1）。在以后切割晶硅片時(shí)，一卷線的線徑如果變化過大，會(huì)導(dǎo)致晶硅片厚薄差別過大，還容易導(dǎo)致切割過程中斷線。在長距離制線的近20個(gè)小時(shí)期間，樹脂混合液的分子量會(huì)緩慢增大，導(dǎo)致粘度后期很高，而無法繼續(xù)制線，這一問題成為長距離制線急待解決的問題。

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（參見附圖2）。而在長距離制線中，樹脂會(huì)隨著時(shí)間延長，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)，樹脂層會(huì)在光線出被剝離掉，導(dǎo)致樹脂金剛線過早失效報(bào)廢，正在切割晶硅片的價(jià)格昂貴的硅錠也報(bào)廢，這也是阻礙長距離制線技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要問題。

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?qū)崿F(xiàn)連續(xù)長距離制線、制線周期短、成品性能良好的樹脂金剛石線鋸的生產(chǎn)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)一種連續(xù)長距離樹脂金剛石線鋸的生產(chǎn)方法，包括下列步驟：

（1）原料選擇：選取熱塑性樹脂、熱固性樹脂、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；

所述熱塑性樹脂的分子量為6000～13000；所述熱固性樹脂的分子量為4000～10000，所述熱塑性樹脂和熱固性樹脂的重量比為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脂和熱固性樹脂的總重量的比例為3:7～5:5；

（2）配制樹脂混合液：先將所述熱塑性樹脂和有機(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，將配制好的樹脂混合液用高速混料機(jī)充分混合，得到均勻的樹脂混合液，并調(diào)節(jié)該樹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）所得的樹脂混合液通過制線設(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)三級紅外加熱爐在400～700℃的條件下進(jìn)行預(yù)固化，得到經(jīng)過預(yù)固化的樹脂金剛線；

（5）二次固化：將步驟（4）所得的經(jīng)過預(yù)固化的樹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)，從室溫開始經(jīng)過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；最終得到成品樹脂金剛線鋸。

在上述技術(shù)方案中，所述熱塑性樹脂和熱固性樹脂為酚醛樹脂，在其合成制備的過程中，需要額外要求控制其分子量在合適的偏低范圍內(nèi)：所述熱塑性樹脂的分子量為6000～13000；所述熱固性樹脂的分子量為4000～10000，這樣可以降低樹脂混合液的初始粘度、避免分子量過大導(dǎo)致后期凝膠顆粒堵塞拉模孔，使用這兩種樹脂，在長距離連續(xù)制作樹脂金剛線過程中，有利于控制樹脂混合液從制線初期到制線末期的粘度變化，能夠有效減輕樹脂自聚合產(chǎn)生凝膠顆粒堵塞拉模，因此更適合用于長距離連續(xù)制線。這兩種樹脂在后期預(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)長距離樹脂金剛石線鋸的生產(chǎn)過程中，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。可通過有機(jī)溶劑的添加量來調(diào)節(jié)樹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脂，同時(shí)，在連續(xù)長距離制線期間，可以顯著減輕因溶劑揮發(fā)導(dǎo)致的樹脂混合液粘度增大的問題。

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脂和熱固性樹脂的總重量的0.5～3％。所述偶聯(lián)劑的添加可以提高樹脂與母芯線、填料、磨料等的界面結(jié)合強(qiáng)度，提高樹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脂和熱固性樹脂的總重量的0.01～0.5％。阻聚劑的添加能夠降低樹脂在60℃以下的自聚合速度，從而減少樹脂混合液從制線初期到制線末期的粘度增加幅度，避免樹脂因自聚合產(chǎn)生凝膠顆粒堵塞拉模，當(dāng)樹脂混合液中產(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脂混合液，而另一邊涂覆很薄的樹脂混合液甚至涂覆不上樹脂混合液，這種情況下制備的樹脂金剛石線鋸的電鏡分析圖參見附圖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）制線的過程中，調(diào)節(jié)該樹脂混合液的初始粘度，使其控制初始粘度在1～4 Pa.S/36℃，且制線終期樹脂混合液的粘度控制在4～8Pa.S/36℃。在制線過程中，使用粘度儀測量樹脂混合液在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)樹脂混合液粘度，再重新高速混合樹脂混合液，然后重復(fù)測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)明通過選擇使用分子量在合適范圍內(nèi)的熱塑性樹脂、熱固性樹脂；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)的樹脂金剛線連續(xù)長距離生產(chǎn)技術(shù)。

2.本發(fā)明解決了樹脂金剛線連續(xù)長距離制作中的關(guān)鍵技術(shù)難題，利于樹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。同時(shí)，也發(fā)揮了其比電鍍線金剛線制作工藝簡單、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)，突顯出樹脂金剛線的獨(dú)特切割優(yōu)勢。

附圖說明

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

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中樹脂混合液中出現(xiàn)凝膠顆粒物堵塞拉模孔時(shí)，制備的樹脂金剛石線鋸的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1：一種連續(xù)長距離樹脂金剛石線鋸的生產(chǎn)方法，包括下列步驟：

（1）原料選擇：選取熱塑性樹脂、熱固性樹脂、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，所述熱塑性樹脂的分子量為6000～13000；所述熱固性樹脂的分子量為4000～10000，所述熱塑性樹脂和熱固性樹脂的重量比為7:3。本實(shí)施例中所用的熱塑性樹脂和熱固性樹脂為酚醛樹脂，是申請人委托生產(chǎn)廠家在其市售的酚醛樹脂的基礎(chǔ)上，成分不變，在其合成制備的過程中，額外要求控制其分子量在合適的偏低范圍。這樣可以降低樹脂混合液的初始粘度、避免分子量過大導(dǎo)致后期凝膠顆粒堵塞拉模孔，使用這兩種樹脂，在長距離連續(xù)制作樹脂金剛線過程中，有利于控制樹脂混合液從制線初期到制線末期的粘度變化，能夠有效減輕樹脂自聚合產(chǎn)生凝膠顆粒堵塞拉模，因此更適合用于長距離連續(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脂和熱固性樹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，加入量為熱塑性樹脂和熱固性樹脂總重量的1.5％。阻聚劑是酚類，加入量為熱塑性樹脂和熱固性樹脂總重量的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）配制樹脂混合液：先將填料配比完成并攪拌均勻，再將熱塑性樹脂和有機(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，得到均勻的樹脂混合液，并調(diào)節(jié)該樹脂混合液的初始粘度至1～4Pa.S/36℃之間，本實(shí)施例中實(shí)測初始粘度為2.2Pa.S/36℃，在制線的過程中，間隔一段時(shí)間檢測樹脂混合液的粘度，并通過添加適量溶劑重新攪拌的方式調(diào)節(jié)該樹脂混合液的粘度，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）所得的樹脂混合液通過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，表面涂覆上10微米左右厚的樹脂混合液，涂覆后的芯線以1.2米/秒的速度經(jīng)三級紅外加熱爐在500～600℃的條件下進(jìn)行預(yù)固化，經(jīng)過預(yù)固化的樹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)過預(yù)固化的樹脂金剛線，每卷樹脂金剛線長度72km。

（5）二次固化：將步驟（4）所得的經(jīng)過預(yù)固化的樹脂金剛線線輪整體投入鼓風(fēng)恒溫爐內(nèi)，從室溫開始經(jīng)過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；最終得到成品樹脂金剛線鋸。

實(shí)施例1中的樹脂金剛石線鋸制備完畢后，對成品進(jìn)行檢測，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：樹脂金剛石線鋸表觀橫截面外徑長度，單位：微米。用線徑測定儀測線徑，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定線徑均值117～127um/10處，實(shí)測制線初期（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樹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1個(gè)；實(shí)測均無氣泡，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參見圖3。

3）金剛石微粉在樹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粒數(shù)均值70～131個(gè)；實(shí)測卷前均值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，參見圖3。

4）破斷張力：樹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)行測試。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：抗拉強(qiáng)度均值≥29.5N/5根；實(shí)測卷前均值31.2N，卷后均值30.5N，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

5）摩擦量：樹脂金剛石線鋸在專用切割機(jī)上做切割銅條測試時(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)行測試，以此來判斷樹脂金剛石線鋸的切割性能。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：最小值≥2500um；實(shí)測卷前均值4080um，卷后均值5100um，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

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

本發(fā)明能夠有效控制長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題。現(xiàn)有技術(shù)中長距離制線后期樹脂混合液粘度增大，樹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)致局部光線的問題（參見圖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)的樹脂金剛線連續(xù)長距離生產(chǎn)技術(shù)。

上面結(jié)合實(shí)施例對本發(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。