抄造工藝對PCB用對位芳綸紙性能的影響

楊 勇，王 芳，唐愛民

(1. 中國石化儀征化纖有限責任公司，江蘇儀征 211900；2. 江蘇省高性能纖維重點實驗室，江蘇儀征 211900；

應 用 技 術

抄造工藝對PCB用對位芳綸紙性能的影響

楊 勇1,2，王 芳1,2，唐愛民3

(1. 中國石化儀征化纖有限責任公司，江蘇儀征 211900；2. 江蘇省高性能纖維重點實驗室，江蘇儀征 211900；

3. 華南理工大學，制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州 510640)

探討了對位芳綸漿粕用量、漿粕的內在性能及增強劑含量對芳綸紙性能的影響。研究結果表明，印刷電路板(PCB)用對位芳綸原紙的抗張指數和撕裂指數與對位芳綸漿粕用量、漿粕的內在性能及增強劑用量有著密切的關聯。

芳綸漿粕 抗張指數 撕裂指數 芳綸原紙 短切纖維 增強劑

印刷電路板(PCB)是電子行業中最重要的基礎電子部件，經過幾十年的發展，PCB行業已成為全球性最活躍的產業。近年來，全球PCB產業產值占電子元件產業總產值的1/4以上，是電子元件細分產業中比重最大的產業，占有獨特地位。隨著電子信息行業的飛速發展，輕、薄、小和高密度化已成為電子產品信息基材PCB的技術發展趨勢[1-2]。PCB的主要材料是覆銅板，而覆銅板(敷銅板)是由基板、銅箔和粘合劑構成的。由于對位芳綸紙比最常用的覆銅板增強材質玻璃纖維布具有比質量輕、比強度大、比剛度高、突出的耐腐蝕和自熄性、優良的高溫穩定性、低介電損耗系數、低熱膨脹系數及透電磁波性能等特點，成為了PCB制造商開發應用的重要方向[3-5]。

PCB用對位芳綸紙是以酚醛樹脂或環氧樹脂為基體樹脂，將對位芳綸短纖維及其漿粕按濕法造紙技術抄造成紙，經浸漬及熱壓成形得到的一種復合材料[6]。短纖維一般是經對位芳綸樹脂液晶紡絲制備出的長絲再切斷獲得，該方法得到的短纖維表面光滑，缺少化學活性基團，不能直接單獨抄紙[7]。芳綸漿粕是對位芳綸的一種差別化纖維，表面具有許多毛羽，比表面積大，單獨成紙強度性較差[8]。優化兩種纖維的配比，使芳綸紙的性能指標達到最佳，是本文的重點研究內容。

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

1 實 驗

1.1 實驗原料

對位芳綸短纖維，儀征化纖公司自產，長度為6 mm；芳綸漿粕，1#為進口對位芳綸漿粕，2#為儀征化纖公司通過自產的對位芳綸纖維制備的漿粕，3#為儀征化纖公司通過進口對位芳綸短纖維制備的漿粕；酚醛樹脂類增強劑，固含量52%，市售；助留劑，濃度25%，市售。

1.2 實驗方法

(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，在纖維疏解機疏解并混合均勻，加入助留劑(0.4%)，攪拌10 min后再加入增強劑(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120 ℃熱壓工藝熱壓成型制備對位芳綸紙。

1.3 強度指數的測定

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

2 結果與討論

2.1 對位芳綸漿粕用量對芳綸紙性能的影響

對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，不同的抄造比例對成紙的強度影響較大。漿粕表面呈毛羽狀，比表面積大、強度小，但易與同類纖維或酰胺類的復合樹脂形成氫鍵，易在水介質中分散，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，纖維之間活性基團少，憎水性強，分散性不好，不易單獨成紙，但強度高有利于成紙強度，不同的漿粕用量對成紙強度產生的影響不同[9]。

在對位芳綸漿粕的打漿度為26.5°SR，增強劑和助留劑的用量分別為6.5%、0.3%的條件下，研究對位芳綸漿粕的用量對芳綸紙性能的影響，實驗結果如圖2所示。

圖2 漿粕用量對芳綸紙強度性能的影響

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，主要是因為芳綸漿粕的含量越高，纖維之間的結合力越大，纖維與纖維之間越緊密，緊度也越來越高。當芳綸漿粕的含量為80%～100%時，芳綸原紙的抗張指數基本不變，撕裂指數隨漿粕含量的增加先增后減。當漿粕用量為70%時，撕裂指數和抗張指數均達到最大值，分別為7.53 N·m/g、19.2 mN·m2/g。繼續降低漿粕用量，抗張指數和撕裂指數均呈下降趨勢，當漿粕含量降到50%時，芳綸紙的抗張指數達到最小值為6.3 N·m/g，撕裂指數降低為16.5 mN·m2/g。這是因為芳綸漿粕作為填充和粘結材料，在熱壓受熱軟化過程中，通過自身的粘結作用將短纖維和自身粘結在一起，形成紙張整體力學結構，賦予了紙張的強度和性能。

決定紙張撕裂指數的因素有很多，主要因素是纖維的形態，包括纖維的長度、粗度和剛度，其次是纖維與纖維之間結合的數目和結合的強度；當對位芳綸短纖維含量越多，纖維之間的結合力越小，纖維與纖維之間越疏松，緊度越來越小[6]。

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

2.2 對位芳綸漿粕的內在性能對芳綸紙性能的影響

使用不同來源的對位芳綸漿粕，在實驗室小型抄片器上抄片，并對抄造的紙樣進行表征，對影響芳綸原紙物理性能的因素進行了研究，結果見表1。

表1 不同對位芳綸漿粕對芳綸紙性能的影響

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

不同來源的芳綸漿粕，其漿粕纖維的微觀形態結構也不同。如圖3所示，1#漿粕纖維的表面只有少量的微細纖維，纖維的分絲帚化程度較低，2#漿粕纖維表面有較多的細纖維，3#漿粕纖維表面分絲帚化和細纖維化程度最高，表面粗糙度大，從而導致纖維之間的結合點數增多，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顯微鏡下的微觀形態(×100)

2.3 增強劑含量對芳綸紙性能的影響

對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%不同增強劑添加量對芳綸原紙物理性能的影響，結果見表2。

表2 增強劑含量對芳綸原紙性能的影響

如表2數據所示，當增強劑用量為1%時，芳綸原紙的抗張指數和撕裂指數分別為5.48 N·m/g和10.28 mN·m2/g，伸長率為2.29%。當增強劑用量變為3%時，其抗張指數和撕裂指數分別增至6.23 N·m/g和11.56 mN·m2/g。當增強劑用量增為5%時，芳綸原紙的抗張指數達到最大值為8.94 N·m/g，撕裂指數為13.60 mN·m2/g，伸長率為2.81%。增強劑用量為7%時，芳綸原紙的抗張指數、撕裂指數及伸長率均有略有降低，分別變為7.20 N·m/g、13.46 mN·m2/g和2.75%。繼續增大增強劑用量，芳綸原紙的抗張指數變化不明顯，即當增強劑用量分別增大為9%、11%時，抗張指數分別為7.32 N·m/g、6.89 N·m/g，撕裂指數分別為13.67 mN·m2/g、13.68 mN·m2/g，伸長率分別為3.29%、2.68%。分析以上數據可知：芳綸原紙的抗張指數隨增強劑用量的增大先增后略有下降；而撕裂指數則隨著增強劑含量的增加逐漸增大，當增強劑含量增加到5%以上時，紙張的撕裂指數基本穩定不變化。這可能是因為隨著增強劑用量的增加，增強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合，使得紙張強度不斷增大，紙張的裂斷長和撕裂指數均逐漸升高，但過量的增強劑又會使部分漿料產生絮凝，影響紙張的勻度，表現為紙張強度的增幅減小或下降。

結合上表數據綜合考慮增強劑用量對芳綸原紙物理性能的影響以及生產成本等因素，增強劑的添加量以5%為宜。

3 結 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%，長度為6 mm的對位芳綸短纖維用量為30%，增強劑的添加量為5%。

b) 對位芳綸漿粕的內在性能不同，所抄造的芳綸原紙的物理性能不同。國產對位芳綸纖維實驗室自制漿粕所抄原紙的各指標居中，其抗張指數和撕裂指數分別為9.16 N·m/g和23.8 mN·m2/g，裂斷長為0.923 km，其伸長率為3.02%。

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

[2] 吳永明，周文英.芳綸纖維性能分析及其在電子產品中的應用[J].電子測試，2016，28(4)：52-56.

[3] 楊斌，張美云，陸趙情，等.對位芳綸纖維成紙性能研究[J].造紙科學與技術，2012，31(4)：39-43.

[4] 宋志祥，彭長征，余萬能.芳綸纖維及其在電子行業中的應用[J].合成技術與應用，2009，24(4)：35-38.

[5] 杜楊，王宜，賈德民，等.高性能印制電路板用聚芳酰胺纖維紙的研究進展[J].絕緣材料，2006，39(3)：18-22.

[6] 王鑫，唐愛民.PCB用對位芳綸纖維原紙的制備工藝研究[J].造紙科學與技術，2015，34(4)：15-19.

[7] 張美云，楊斌，陸趙情，等.對位芳綸紙性能研究[J].中國造紙，2012，31(8)：23-27.

[8] Lu Z Q， Jiang M， Zhang M Y，等.芳綸漿粕的特性及其對芳綸紙的影響[J].中國造紙，2015，60(4)：75.

[9] 何方，張美云，張素風.高性能芳綸紙關鍵制造工藝中的理論分析[A].中國造紙學會第十三屆學術年會，2008.

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工作。

TS761

B

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