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纳米含磨料尼龙刷辊

时间:2005-06-19
关键词:纳米 磨料 尼龙 刷辊 来源:互联网
        自八十年代由电子部704厂研制出国内第一只尼龙刷辊起,PCB行业彻底结束了进口刷辊一统天下的窘境,多年来国产刷辊为PCB的生产立了下汗马功劳。但随着电子工业的飞速发展,PCB线条,间距越来越细,层数越来越高,国内刷辊近二十年所用的材料,工艺一成不变的模式则明显滞后,刷辊作为PCB生产中必须的易耗品,已经成为影响产品质量级别的瓶颈,也成为了摆在国内制刷行业的一道坎。

  传统的尼龙刷辊所用磨料丝是将尼龙与炭化硅(或氧化铝)经挤出机混合,拉丝等工艺制成的一种耐磨长丝,其所以选用尼龙聚合物作为磨料的主要成分,这是由尼龙所具有的数种特性所决定的。首先,尼龙在其大分子链段中含有酰氨基,而这种在尼龙分子链中重复出现的酰氨基因是具有较强极性的基因,这种基因上的氢原子能与相邻分子上了酰氨基因的羰基结合成牢固的氢键,使其具有良好的力学性能,耐磨性,自润滑性及良好的拉伸强度等,其次对于大多数化学品而言尼龙可抗腐蚀,碳氢类,油类与大多数之有机溶液对其无持续影响,碱性PH值溶液在38oC(100oF)以下的温度对其没有任何的效果,醋酸等酸类溶剂对尼龙影响也较小。尼龙的这些优异特性是其他材料无法比拟的,所以国内外制刷中趋于一致的将尼龙作为首选材料,但是正因为尼龙分子链中酰胺极性基因的存在使其易吸水率高尺寸稳定性差,这样对于PCB生产中要求在湿态下磨刷要保持一定的硬度刚性的情况则显得不足,特别在当今PCB质量要求越来越高的生产中,往往在前处理,后处理等工序中刷辊在湿态下刷丝变软,磨刷效果不好等问题突现,直接影响到下道工序与PCB的质量,从下列两个表中可看到不同尼龙的吸水率及模数,拉伸强度。

表1

性能 尼龙6  尼龙66  尼龙610 尼龙1010
吸水率 1.9-1.15 1.5 0.4-0.5 0.39
密度g/cm3 1.13-1.15 1.14-1.15 1.08 1.04
拉伸 74 78 83 52-55

表2

性能 尼龙6 尼龙66 尼龙610 尼龙1010 尼龙612(进口)
模数(干) 280.000 650.000 533.000 540.000 580.000
模数(湿) 140.000 23.000 333.000 370.000 420.000
湿/干比率 0.50  0.35 0.63 0.68 0.72

   从表中不难看出,相比较而言国产材料中尼龙1010吸水率最低,所以国内刷辊目前所选用尼龙1010居多,甚或为降成本也有其他材料的。从表2可看到进口尼龙的模数(硬度)及湿/干比率均低于国产尼龙,但进口尼龙的价格远高于国产尼龙,在目前PCB售价日益趋于微利的状况下无论于刷辊生产厂家或PCB生产厂家或设备厂家均难于接受。为此,寻找一种低吸水性,价格低廉的新型尼龙材料则成为必然,据有关资料介绍为了提高尼龙的硬度及吸水性可加入适量的玻璃纤维,经实验效果并不十分明显。纳米尼龙复合材料的问世,使得多年来困扰PCB生产的难题迎刃而解。

  “纳米”是英文Nanometer的译文,是一种几何尺寸的度量单位,即1纳米为10亿分之一米,约比人的头发小1000倍。纳米技术的发展为物量学,化学,机械,材料学等学科的交叉发展提供了新的机遇,纳米材料是二十世纪八十年代才发展起来的新型材料,也是二十一世纪最有前途的材料,由于纳米粒子的纳米反应,导致聚合物纳米复合材料性能优于常规的复合材料,近年来中科院先后研制出具有纳米尺寸的硅酸盐等无机材料,为钠米尼龙的生产奠定了基础,大田公司与科学院及有关厂家合作经反复实验利用双螺杆挤出机,采用熔融插层法制备出了高性能尼龙聚合物—硅酸盐纳米复合材料,进而制成纳米含磨料尼龙丝,这种方法实际是将单体或聚合物插入到硅酸盐片层间,破坏硅酸盐片层结构,使其以厚度为1nm左右片层分散于尼龙聚合物中,形成了尼龙聚合物纳米复合材料,尼龙聚合物与硅酸盐达到了分子水平的复合,大大增加了尼龙聚合物与硅酸盐界面相互作用,这种方法生产的尼龙纳米材料吸水性极低,具有高强度,高模量,尺寸稳定性好等优点,经测试表明当硅酸盐保持一定量时,而Charpy冲击强度提高150%,吸水性降低20%,模数及干湿比率与进口尼龙相当,价格远低于进口尼龙,用这种材料生产的刷辊性能远高于同类产品。也有文献指出,纳米硅酸盐控制在一定量时对尼龙有很强的增强效果,给尼龙中加入5%左右的纳米材料,相当于给尼龙中加入20%-30%的玻璃纤维材料,其刚性,强度,耐磨性相当。经森泰红板公司实测,此种材料制成的刷辊,除磨刷效果优于同类产品外,寿命提高30%以上;经珠海超毅测试,用进口纯尼龙火山灰刷辊一组能生产3.5万平方尺板子,而用纳米尼龙刷辊以上可生产4.5万平方尺以上,性价比大大优于前者。