抄造工藝對(duì)PCB用對(duì)位芳綸紙性能的影響

楊 勇，王 芳，唐愛民

(1. 中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司，江蘇儀征 211900；2. 江蘇省高性能纖維重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇儀征 211900；

應(yīng) 用 技 術(shù)

抄造工藝對(duì)PCB用對(duì)位芳綸紙性能的影響

楊 勇1,2，王 芳1,2，唐愛民3

(1. 中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司，江蘇儀征 211900；2. 江蘇省高性能纖維重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇儀征 211900；

3. 華南理工大學(xué)，制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510640)

探討了對(duì)位芳綸漿粕用量、漿粕的內(nèi)在性能及增強(qiáng)劑含量對(duì)芳綸紙性能的影響。研究結(jié)果表明，印刷電路板(PCB)用對(duì)位芳綸原紙的抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)與對(duì)位芳綸漿粕用量、漿粕的內(nèi)在性能及增強(qiáng)劑用量有著密切的關(guān)聯(lián)。

芳綸漿粕 抗張指數(shù) 撕裂指數(shù) 芳綸原紙 短切纖維 增強(qiáng)劑

印刷電路板(PCB)是電子行業(yè)中最重要的基礎(chǔ)電子部件，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，PCB行業(yè)已成為全球性最活躍的產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)，全球PCB產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占電子元件產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的1/4以上，是電子元件細(xì)分產(chǎn)業(yè)中比重最大的產(chǎn)業(yè)，占有獨(dú)特地位。隨著電子信息行業(yè)的飛速發(fā)展，輕、薄、小和高密度化已成為電子產(chǎn)品信息基材PCB的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[1-2]。PCB的主要材料是覆銅板，而覆銅板(敷銅板)是由基板、銅箔和粘合劑構(gòu)成的。由于對(duì)位芳綸紙比最常用的覆銅板增強(qiáng)材質(zhì)玻璃纖維布具有比質(zhì)量輕、比強(qiáng)度大、比剛度高、突出的耐腐蝕和自熄性、優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、低介電損耗系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)及透電磁波性能等特點(diǎn)，成為了PCB制造商開發(fā)應(yīng)用的重要方向[3-5]。

PCB用對(duì)位芳綸紙是以酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂為基體樹脂，將對(duì)位芳綸短纖維及其漿粕按濕法造紙技術(shù)抄造成紙，經(jīng)浸漬及熱壓成形得到的一種復(fù)合材料[6]。短纖維一般是經(jīng)對(duì)位芳綸樹脂液晶紡絲制備出的長(zhǎng)絲再切斷獲得，該方法得到的短纖維表面光滑，缺少化學(xué)活性基團(tuán)，不能直接單獨(dú)抄紙[7]。芳綸漿粕是對(duì)位芳綸的一種差別化纖維，表面具有許多毛羽，比表面積大，單獨(dú)成紙強(qiáng)度性較差[8]。優(yōu)化兩種纖維的配比，使芳綸紙的性能指標(biāo)達(dá)到最佳，是本文的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

本文采用對(duì)位芳綸短纖維和漿粕為原料，抄造PCB用對(duì)位芳綸原紙，研究了對(duì)位芳綸漿粕的用量、對(duì)位芳綸漿粕的內(nèi)在性能及增強(qiáng)劑含量等對(duì)原紙性能的影響，獲得了PCB用對(duì)位芳綸紙抄造的適宜工藝參數(shù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

對(duì)位芳綸短纖維，儀征化纖公司自產(chǎn)，長(zhǎng)度為6 mm；芳綸漿粕，1#為進(jìn)口對(duì)位芳綸漿粕，2#為儀征化纖公司通過(guò)自產(chǎn)的對(duì)位芳綸纖維制備的漿粕，3#為儀征化纖公司通過(guò)進(jìn)口對(duì)位芳綸短纖維制備的漿粕；酚醛樹脂類增強(qiáng)劑，固含量52%，市售；助留劑，濃度25%，市售。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)漿粕制備方法

圖1 漿粕制備工藝路線

(2)抄紙工藝

以對(duì)位芳綸短纖維和芳綸漿粕為原料，按照一定比例混合，在纖維疏解機(jī)疏解并混合均勻，加入助留劑(0.4%)，攪拌10 min后再加入增強(qiáng)劑(6%)攪拌10 min，將混合好的漿液在小型抄片器上抄片制成芳綸原紙，利用高溫三輥壓光機(jī)120 ℃熱壓工藝熱壓成型制備對(duì)位芳綸紙。

1.3 強(qiáng)度指數(shù)的測(cè)定

采用L&W CE 062型抗張強(qiáng)度測(cè)定儀，按GB/T 12914-2008測(cè)定抗張指數(shù)；采用TMI 83-11-00型撕裂度測(cè)定儀，按GB/T 455-2002測(cè)定撕裂指數(shù)；用BX41型系統(tǒng)顯微鏡觀察對(duì)位芳綸漿粕的微觀形態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)位芳綸漿粕用量對(duì)芳綸紙性能的影響

對(duì)位芳綸紙是由芳綸短纖維與芳綸漿粕按一定比例抄紙制備的，不同的抄造比例對(duì)成紙的強(qiáng)度影響較大。漿粕表面呈毛羽狀，比表面積大、強(qiáng)度小，但易與同類纖維或酰胺類的復(fù)合樹脂形成氫鍵，易在水介質(zhì)中分散，可作為造紙的基層材料[8]。芳綸短纖維表面光滑，比表面積小，纖維之間活性基團(tuán)少，憎水性強(qiáng)，分散性不好，不易單獨(dú)成紙，但強(qiáng)度高有利于成紙強(qiáng)度，不同的漿粕用量對(duì)成紙強(qiáng)度產(chǎn)生的影響不同[9]。

在對(duì)位芳綸漿粕的打漿度為26.5°SR，增強(qiáng)劑和助留劑的用量分別為6.5%、0.3%的條件下，研究對(duì)位芳綸漿粕的用量對(duì)芳綸紙性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 漿粕用量對(duì)芳綸紙強(qiáng)度性能的影響

從圖2中可以看出，在同樣壓力下，隨芳綸漿粕含量的增加，緊度容易提高，主要是因?yàn)榉季]漿粕的含量越高，纖維之間的結(jié)合力越大，纖維與纖維之間越緊密，緊度也越來(lái)越高。當(dāng)芳綸漿粕的含量為80%～100%時(shí)，芳綸原紙的抗張指數(shù)基本不變，撕裂指數(shù)隨漿粕含量的增加先增后減。當(dāng)漿粕用量為70%時(shí)，撕裂指數(shù)和抗張指數(shù)均達(dá)到最大值，分別為7.53 N·m/g、19.2 mN·m2/g。繼續(xù)降低漿粕用量，抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)均呈下降趨勢(shì)，當(dāng)漿粕含量降到50%時(shí)，芳綸紙的抗張指數(shù)達(dá)到最小值為6.3 N·m/g，撕裂指數(shù)降低為16.5 mN·m2/g。這是因?yàn)榉季]漿粕作為填充和粘結(jié)材料，在熱壓受熱軟化過(guò)程中，通過(guò)自身的粘結(jié)作用將短纖維和自身粘結(jié)在一起，形成紙張整體力學(xué)結(jié)構(gòu)，賦予了紙張的強(qiáng)度和性能。

決定紙張撕裂指數(shù)的因素有很多，主要因素是纖維的形態(tài)，包括纖維的長(zhǎng)度、粗度和剛度，其次是纖維與纖維之間結(jié)合的數(shù)目和結(jié)合的強(qiáng)度；當(dāng)對(duì)位芳綸短纖維含量越多，纖維之間的結(jié)合力越小，纖維與纖維之間越疏松，緊度越來(lái)越小[6]。

綜合考慮紙張抄造時(shí)的分散性能、紙張的勻度以及芳綸原紙的強(qiáng)度，選擇對(duì)位芳綸短纖維用量為30%為最佳。

2.2 對(duì)位芳綸漿粕的內(nèi)在性能對(duì)芳綸紙性能的影響

使用不同來(lái)源的對(duì)位芳綸漿粕，在實(shí)驗(yàn)室小型抄片器上抄片，并對(duì)抄造的紙樣進(jìn)行表征，對(duì)影響芳綸原紙物理性能的因素進(jìn)行了研究，結(jié)果見表1。

表1 不同對(duì)位芳綸漿粕對(duì)芳綸紙性能的影響

表1給出了三種不同來(lái)源的芳綸漿粕對(duì)芳綸原紙物理性能的影響，如表中數(shù)據(jù)所示：采用1#漿粕抄造的芳綸紙的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)分別為7.61 N·m/g、22.1 mN·m2/g，裂斷長(zhǎng)為 0.769 km，紙張強(qiáng)度較低，但伸長(zhǎng)率最高為4.62%；采用3#漿粕抄造的芳綸原紙的抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)分別為14.3 N·m/g和 23.1 mN·m2/g，即強(qiáng)度指標(biāo)相對(duì)較高，其裂斷長(zhǎng)為1.475 km，伸長(zhǎng)率較低，為 2.78%；2#漿粕所抄原紙的各指標(biāo)居中，其抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)分別為9.16 N·m/g和 23.8 mN·m2/g，裂斷長(zhǎng)為0.923 km，其伸長(zhǎng)率為3.02%。

不同來(lái)源的芳綸漿粕，其漿粕纖維的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)也不同。如圖3所示，1#漿粕纖維的表面只有少量的微細(xì)纖維，纖維的分絲帚化程度較低，2#漿粕纖維表面有較多的細(xì)纖維，3#漿粕纖維表面分絲帚化和細(xì)纖維化程度最高，表面粗糙度大，從而導(dǎo)致纖維之間的結(jié)合點(diǎn)數(shù)增多，所抄造的芳綸紙物理性能也較好。

圖3 三種芳綸漿粕在光學(xué)顯微鏡下的微觀形態(tài)(×100)

2.3 增強(qiáng)劑含量對(duì)芳綸紙性能的影響

對(duì)位芳綸短切纖維與芳綸漿粕的用量分別為32%和68%，助留劑用量為0.3%，研究1%、3%、5%、7%、9%、11%不同增強(qiáng)劑添加量對(duì)芳綸原紙物理性能的影響，結(jié)果見表2。

表2 增強(qiáng)劑含量對(duì)芳綸原紙性能的影響

如表2數(shù)據(jù)所示，當(dāng)增強(qiáng)劑用量為1%時(shí)，芳綸原紙的抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)分別為5.48 N·m/g和10.28 mN·m2/g，伸長(zhǎng)率為2.29%。當(dāng)增強(qiáng)劑用量變?yōu)?%時(shí)，其抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)分別增至6.23 N·m/g和11.56 mN·m2/g。當(dāng)增強(qiáng)劑用量增為5%時(shí)，芳綸原紙的抗張指數(shù)達(dá)到最大值為8.94 N·m/g，撕裂指數(shù)為13.60 mN·m2/g，伸長(zhǎng)率為2.81%。增強(qiáng)劑用量為7%時(shí)，芳綸原紙的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)及伸長(zhǎng)率均有略有降低，分別變?yōu)?.20 N·m/g、13.46 mN·m2/g和2.75%。繼續(xù)增大增強(qiáng)劑用量，芳綸原紙的抗張指數(shù)變化不明顯，即當(dāng)增強(qiáng)劑用量分別增大為9%、11%時(shí)，抗張指數(shù)分別為7.32 N·m/g、6.89 N·m/g，撕裂指數(shù)分別為13.67 mN·m2/g、13.68 mN·m2/g，伸長(zhǎng)率分別為3.29%、2.68%。分析以上數(shù)據(jù)可知：芳綸原紙的抗張指數(shù)隨增強(qiáng)劑用量的增大先增后略有下降；而撕裂指數(shù)則隨著增強(qiáng)劑含量的增加逐漸增大，當(dāng)增強(qiáng)劑含量增加到5%以上時(shí)，紙張的撕裂指數(shù)基本穩(wěn)定不變化。這可能是因?yàn)殡S著增強(qiáng)劑用量的增加，增強(qiáng)劑中的某些大分子更多的與纖維之間形成氫鍵和離子鍵結(jié)合，使得紙張強(qiáng)度不斷增大，紙張的裂斷長(zhǎng)和撕裂指數(shù)均逐漸升高，但過(guò)量的增強(qiáng)劑又會(huì)使部分漿料產(chǎn)生絮凝，影響紙張的勻度，表現(xiàn)為紙張強(qiáng)度的增幅減小或下降。

結(jié)合上表數(shù)據(jù)綜合考慮增強(qiáng)劑用量對(duì)芳綸原紙物理性能的影響以及生產(chǎn)成本等因素，增強(qiáng)劑的添加量以5%為宜。

3 結(jié) 論

a) 全芳綸原紙的較佳抄造工藝條件為：芳綸漿粕的用量為70%，長(zhǎng)度為6 mm的對(duì)位芳綸短纖維用量為30%，增強(qiáng)劑的添加量為5%。

b) 對(duì)位芳綸漿粕的內(nèi)在性能不同，所抄造的芳綸原紙的物理性能不同。國(guó)產(chǎn)對(duì)位芳綸纖維實(shí)驗(yàn)室自制漿粕所抄原紙的各指標(biāo)居中，其抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)分別為9.16 N·m/g和23.8 mN·m2/g，裂斷長(zhǎng)為0.923 km，其伸長(zhǎng)率為3.02%。

[1] 史泰岡，祁紅章，嚴(yán)彪.電子漿料材料的研究進(jìn)展及其在印刷電路板方面的應(yīng)用[J].上海有色金屬，2012，33(3)：145-147.

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Research on papermaking performance of para-aramid for PCB

Yang Yong1,2, Wang Fang1,2, Tang Aimin3

(1.SinopecYizhengChemicalFibreCo.,Ltd.,YizhengJiangsu211900,China；2.JiangsuKeyLaboratoryofHighPerformanceFiber,YizhengJiangsu211900,China；3.SouthChinaUniversityofTechnology,StateKeyLabboratoryofPulpandPaperEngineering,GuangzhouGuangdong510640,China)

The influences on the strength properties of para-aramid paper were investigated, such as the proportion of para-aramid pulp, performance of para-aramid pulp, and reinforcing agent dosage. The results showed that dosage of para-aramid pulp, pulp performance and reinforcing agent dosage were the important factors for the tensile index and tear index of para-aramid base paper.

para-aramid pulp; tensile index; tear index; para-aramid paper; cut-aramid fibers; reinforcing agent

2017-04-26

楊勇(1974-)，江蘇儀征人，高級(jí)工程師，主要從事超高分子量聚乙烯纖維、芳綸等特種纖維的研發(fā)工作。

TS761

B

1006-334X(2017)02-0031-04