本發明涉及太陽能晶硅片切割用樹脂金剛石線生產技術領域，具體涉及一種樹脂涂層金剛石線及其制備方法。

背景技術：

太陽能作為新型清潔可再生能源，受到了世界各國的重視。太陽能光伏發電中最主要的晶硅片是由硅錠或硅棒切割產生的，其切割方式有游離磨料和固結磨料兩種。游離磨料采用碳化硅刃料混合聚乙二醇切削液，其環境污染嚴重、生產效率較低、硅片損傷層厚，因此正逐漸被新一代的固結磨料切割所取代。樹脂金剛石線就是固結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硅錠進行切割。樹脂金剛石線具有工藝簡單，制造周期短，成本低，柔韌性佳，加工表面質量好等優點，成為越來越多的脆硬材料加工行業的研究熱點。樹脂金剛石線生產的關鍵技術是高性能樹脂液的制備，因此，樹脂液具有強的耐熱性，穩定性及較好的粘結強度是至關重要的。

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

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠提高樹脂金剛石線切割性能、延長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。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

設計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，形成復配樹脂液；

所述熱塑性酚醛樹脂的流動度為20～38mm，聚速在150℃為80～130秒，固化時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）所得的復配樹脂液中加入填料和有機溶劑并攪拌至溶解，再加入金剛石微粉，經高速離心式攪拌后，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：復配樹脂液20～50wt%，有機溶劑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備均勻涂覆在鋼絲母線表面，再將涂覆后的母線經固化爐進行固化處理，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，保溫時間為0.5～3 h，最高溫度為200～400℃，固化過程中采用持續鼓風的通風方式；最后隨爐自然降至室溫，得到成品樹脂金剛石線。

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

本發明所用的熱塑性酚醛樹脂，其合成原料區別于傳統的苯酚和甲醛，是采用含有雙官能團的化合物芳烷基醚和苯酚通過縮合反應而產生的，以達到耐熱、高韌、高強的目的，與普通酚醛樹脂相比，相同的對偶材料粘結強度高出30～50%，耐熱性提高100℃以上，充分發揮了高分子材料的性能，達到全面改性的效果。

優選的，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℃；或為PF-2518型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在300～500mPa*s/25℃；或為PF-2551型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在500～700mPa*s/25℃。

優選的，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。

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

優選的，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。

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

優選的，步驟（3）中所述鋼絲母線的直徑為80～110μm。

本發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過固化得到，所述樹脂混合液中包括：復配樹脂液20～50wt%，有機溶劑10～30wt%，填料5～25wt%，金剛石微粉10～40wt%；所述復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，其流動度為20～38mm，聚速在150℃為80～130秒，固化時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℃；或為PF-2518型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在300～500mPa*s/25℃；或為PF-2551型熱固性酚醛樹脂，粘度范圍控制在500～700mPa*s/25℃。

本發明的有益效果在于：

1.本發明采用復合樹脂體系制備高性能金剛石線，避免了現有技術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氣泡、裸露母線等缺陷，解決了現有的樹脂金剛石線生產過程樹脂層與母線粘結不牢，造成切割過程出現樹脂層脫落，切割量低的問題。對使用的樹脂進行優選及復配，增強樹脂液對母線和金剛石的粘結性能，進而提高樹脂金剛石線的切割性能，延長樹脂金剛石線的使用壽命。

2.采用本發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度，另一方面提高了金剛石磨料與鋼絲母線的結合能力，進而提高了樹脂金剛石線的切割能力，同時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、切割表面質量好、切割效率高。

附圖說明

圖1是實施例1中的樹脂涂層金剛石線的100倍掃描電鏡圖；

圖2是實施例1中的樹脂涂層金剛石線的300倍掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例來說明本發明的具體實施方式，但以下實施例只是用來詳細說明本發明，并不以任何方式限制本發明的范圍。在以下實施例中所涉及的儀器設備如無特別說明，均為常規儀器設備；所涉及的工業原料如無特別說明，均為市售常規工業原料。

實施例1：一種樹脂涂層金剛石線的制備方法，包括下列步驟：

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

其中，熱塑性酚醛樹脂為采用含有雙官能團的化合物芳烷基醚和苯酚通過縮合反應而產生的PF-2939-1型熱塑性酚醛樹脂，其流動度為20～38mm，聚速在150℃為80～130秒，固化時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%的復配樹脂液中，充分溶解后加入28wt%的金剛石微粉，經高速離心攪拌，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℃。固化爐長度為500mm～1500mm，固化溫度為500～900℃，采用遠紅外電子輻射固化成型，使磨料被固結在母線周圍，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℃，保溫時間為2.5 h，固化過程中采用持續鼓風的通風方式；最后關閉烘箱，隨爐冷卻至室溫，得到最終成品樹脂金剛石線。

對實施例1所制得的成品線進行切割量、線徑、拉力、電鏡分析等測試。

實施例2：一種樹脂涂層金剛石線的制備方法，與實施例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%的復配樹脂液中，充分溶解后加入25wt%的金剛石微粉，經高速離心攪拌，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℃，保溫時間為2 h，最后隨爐自然冷卻至室溫。

實施例3：一種樹脂涂層金剛石線的制備方法，與實施例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%的工業酒精中混合均勻，再加入到37wt%的復配樹脂液中，充分溶解后加入28wt%的金剛石微粉，經高速離心攪拌，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℃，保溫時間為2 h，最后隨爐自然冷卻至室溫。

對實施例1-3所制備的樹脂金剛石線進行掃描電鏡分析，以觀察其突出量、金剛石的數量與樹脂層的情況；采用拉伸實驗機對樹脂線進行拉力測試；采用摩擦實驗機對樹脂線的切割能力測試。測試結果見下表1：

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測試結果分析：以上實施例中所得的樹脂金剛石線的突出量與金剛石數量均符合生產要求的相關標準，樹脂層完好；拉力能夠達到28N以上；摩擦量達到3000μm以上。

上面結合附圖和實施例對本發明作了詳細的說明，但是，所屬技術領域的技術人員能夠理解，在不脫離本發明宗旨的前提下，還可以對上述實施例中的各個具體參數進行變更，形成多個具體的實施例，均為本發明的常見變化范圍，在此不再一一詳述。