抄造工艺对PCB用对位芳纶纸性能的影响

杨 勇，王 芳，唐爱民

(1. 中国石化仪征化纤有限责任公司，江苏仪征 211900；2. 江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征 211900；

应 用 技 术

抄造工艺对PCB用对位芳纶纸性能的影响

杨 勇1,2，王 芳1,2，唐爱民3

(1. 中国石化仪征化纤有限责任公司，江苏仪征 211900；2. 江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征 211900；

3. 华南理工大学，制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州 510640)

探讨了对位芳纶浆粕用量、浆粕的内在性能及增强剂含量对芳纶纸性能的影响。研究结果表明，印刷电路板(PCB)用对位芳纶原纸的抗张指数和撕裂指数与对位芳纶浆粕用量、浆粕的内在性能及增强剂用量有着密切的关联。

芳纶浆粕 抗张指数 撕裂指数 芳纶原纸 短切纤维 增强剂

印刷电路板(PCB)是电子行业中最重要的基础电子部件，经过几十年的发展，PCB行业已成为全球性最活跃的产业。近年来，全球PCB产业产值占电子元件产业总产值的1/4以上，是电子元件细分产业中比重最大的产业，占有独特地位。随着电子信息行业的飞速发展，轻、薄、小和高密度化已成为电子产品信息基材PCB的技术发展趋势[1-2]。PCB的主要材料是覆铜板，而覆铜板(敷铜板)是由基板、铜箔和粘合剂构成的。由于对位芳纶纸比最常用的覆铜板增强材质玻璃纤维布具有比质量轻、比强度大、比刚度高、突出的耐腐蚀和自熄性、优良的高温稳定性、低介电损耗系数、低热膨胀系数及透电磁波性能等特点，成为了PCB制造商开发应用的重要方向[3-5]。

PCB用对位芳纶纸是以酚醛树脂或环氧树脂为基体树脂，将对位芳纶短纤维及其浆粕按湿法造纸技术抄造成纸，经浸渍及热压成形得到的一种复合材料[6]。短纤维一般是经对位芳纶树脂液晶纺丝制备出的长丝再切断获得，该方法得到的短纤维表面光滑，缺少化学活性基团，不能直接单独抄纸[7]。芳纶浆粕是对位芳纶的一种差别化纤维，表面具有许多毛羽，比表面积大，单独成纸强度性较差[8]。优化两种纤维的配比，使芳纶纸的性能指标达到最佳，是本文的重点研究内容。

本文采用对位芳纶短纤维和浆粕为原料，抄造PCB用对位芳纶原纸，研究了对位芳纶浆粕的用量、对位芳纶浆粕的内在性能及增强剂含量等对原纸性能的影响，获得了PCB用对位芳纶纸抄造的适宜工艺参数。

1 实 验

1.1 实验原料

对位芳纶短纤维，仪征化纤公司自产，长度为6 mm；芳纶浆粕，1#为进口对位芳纶浆粕，2#为仪征化纤公司通过自产的对位芳纶纤维制备的浆粕，3#为仪征化纤公司通过进口对位芳纶短纤维制备的浆粕；酚醛树脂类增强剂，固含量52%，市售；助留剂，浓度25%，市售。

1.2 实验方法

(1)浆粕制备方法

图1 浆粕制备工艺路线

(2)抄纸工艺

以对位芳纶短纤维和芳纶浆粕为原料，按照一定比例混合，在纤维疏解机疏解并混合均匀，加入助留剂(0.4%)，搅拌10 min后再加入增强剂(6%)搅拌10 min，将混合好的浆液在小型抄片器上抄片制成芳纶原纸，利用高温三辊压光机120 ℃热压工艺热压成型制备对位芳纶纸。

1.3 强度指数的测定

采用L&W CE 062型抗张强度测定仪，按GB/T 12914-2008测定抗张指数；采用TMI 83-11-00型撕裂度测定仪，按GB/T 455-2002测定撕裂指数；用BX41型系统显微镜观察对位芳纶浆粕的微观形态。

2 结果与讨论

2.1 对位芳纶浆粕用量对芳纶纸性能的影响

对位芳纶纸是由芳纶短纤维与芳纶浆粕按一定比例抄纸制备的，不同的抄造比例对成纸的强度影响较大。浆粕表面呈毛羽状，比表面积大、强度小，但易与同类纤维或酰胺类的复合树脂形成氢键，易在水介质中分散，可作为造纸的基层材料[8]。芳纶短纤维表面光滑，比表面积小，纤维之间活性基团少，憎水性强，分散性不好，不易单独成纸，但强度高有利于成纸强度，不同的浆粕用量对成纸强度产生的影响不同[9]。

在对位芳纶浆粕的打浆度为26.5°SR，增强剂和助留剂的用量分别为6.5%、0.3%的条件下，研究对位芳纶浆粕的用量对芳纶纸性能的影响，实验结果如图2所示。

图2 浆粕用量对芳纶纸强度性能的影响

从图2中可以看出，在同样压力下，随芳纶浆粕含量的增加，紧度容易提高，主要是因为芳纶浆粕的含量越高，纤维之间的结合力越大，纤维与纤维之间越紧密，紧度也越来越高。当芳纶浆粕的含量为80%～100%时，芳纶原纸的抗张指数基本不变，撕裂指数随浆粕含量的增加先增后减。当浆粕用量为70%时，撕裂指数和抗张指数均达到最大值，分别为7.53 N·m/g、19.2 mN·m2/g。继续降低浆粕用量，抗张指数和撕裂指数均呈下降趋势，当浆粕含量降到50%时，芳纶纸的抗张指数达到最小值为6.3 N·m/g，撕裂指数降低为16.5 mN·m2/g。这是因为芳纶浆粕作为填充和粘结材料，在热压受热软化过程中，通过自身的粘结作用将短纤维和自身粘结在一起，形成纸张整体力学结构，赋予了纸张的强度和性能。

决定纸张撕裂指数的因素有很多，主要因素是纤维的形态，包括纤维的长度、粗度和刚度，其次是纤维与纤维之间结合的数目和结合的强度；当对位芳纶短纤维含量越多，纤维之间的结合力越小，纤维与纤维之间越疏松，紧度越来越小[6]。

综合考虑纸张抄造时的分散性能、纸张的匀度以及芳纶原纸的强度，选择对位芳纶短纤维用量为30%为最佳。

2.2 对位芳纶浆粕的内在性能对芳纶纸性能的影响

使用不同来源的对位芳纶浆粕，在实验室小型抄片器上抄片，并对抄造的纸样进行表征，对影响芳纶原纸物理性能的因素进行了研究，结果见表1。

表1 不同对位芳纶浆粕对芳纶纸性能的影响

表1给出了三种不同来源的芳纶浆粕对芳纶原纸物理性能的影响，如表中数据所示：采用1#浆粕抄造的芳纶纸的抗张指数、撕裂指数分别为7.61 N·m/g、22.1 mN·m2/g，裂断长为 0.769 km，纸张强度较低，但伸长率最高为4.62%；采用3#浆粕抄造的芳纶原纸的抗张指数和撕裂指数分别为14.3 N·m/g和 23.1 mN·m2/g，即强度指标相对较高，其裂断长为1.475 km，伸长率较低，为 2.78%；2#浆粕所抄原纸的各指标居中，其抗张指数和撕裂指数分别为9.16 N·m/g和 23.8 mN·m2/g，裂断长为0.923 km，其伸长率为3.02%。

不同来源的芳纶浆粕，其浆粕纤维的微观形态结构也不同。如图3所示，1#浆粕纤维的表面只有少量的微细纤维，纤维的分丝帚化程度较低，2#浆粕纤维表面有较多的细纤维，3#浆粕纤维表面分丝帚化和细纤维化程度最高，表面粗糙度大，从而导致纤维之间的结合点数增多，所抄造的芳纶纸物理性能也较好。

图3 三种芳纶浆粕在光学显微镜下的微观形态(×100)

2.3 增强剂含量对芳纶纸性能的影响

对位芳纶短切纤维与芳纶浆粕的用量分别为32%和68%，助留剂用量为0.3%，研究1%、3%、5%、7%、9%、11%不同增强剂添加量对芳纶原纸物理性能的影响，结果见表2。

表2 增强剂含量对芳纶原纸性能的影响

如表2数据所示，当增强剂用量为1%时，芳纶原纸的抗张指数和撕裂指数分别为5.48 N·m/g和10.28 mN·m2/g，伸长率为2.29%。当增强剂用量变为3%时，其抗张指数和撕裂指数分别增至6.23 N·m/g和11.56 mN·m2/g。当增强剂用量增为5%时，芳纶原纸的抗张指数达到最大值为8.94 N·m/g，撕裂指数为13.60 mN·m2/g，伸长率为2.81%。增强剂用量为7%时，芳纶原纸的抗张指数、撕裂指数及伸长率均有略有降低，分别变为7.20 N·m/g、13.46 mN·m2/g和2.75%。继续增大增强剂用量，芳纶原纸的抗张指数变化不明显，即当增强剂用量分别增大为9%、11%时，抗张指数分别为7.32 N·m/g、6.89 N·m/g，撕裂指数分别为13.67 mN·m2/g、13.68 mN·m2/g，伸长率分别为3.29%、2.68%。分析以上数据可知：芳纶原纸的抗张指数随增强剂用量的增大先增后略有下降；而撕裂指数则随着增强剂含量的增加逐渐增大，当增强剂含量增加到5%以上时，纸张的撕裂指数基本稳定不变化。这可能是因为随着增强剂用量的增加，增强剂中的某些大分子更多的与纤维之间形成氢键和离子键结合，使得纸张强度不断增大，纸张的裂断长和撕裂指数均逐渐升高，但过量的增强剂又会使部分浆料产生絮凝，影响纸张的匀度，表现为纸张强度的增幅减小或下降。

结合上表数据综合考虑增强剂用量对芳纶原纸物理性能的影响以及生产成本等因素，增强剂的添加量以5%为宜。

3 结 论

a) 全芳纶原纸的较佳抄造工艺条件为：芳纶浆粕的用量为70%，长度为6 mm的对位芳纶短纤维用量为30%，增强剂的添加量为5%。

b) 对位芳纶浆粕的内在性能不同，所抄造的芳纶原纸的物理性能不同。国产对位芳纶纤维实验室自制浆粕所抄原纸的各指标居中，其抗张指数和撕裂指数分别为9.16 N·m/g和23.8 mN·m2/g，裂断长为0.923 km，其伸长率为3.02%。

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[3] 杨斌，张美云，陆赵情，等.对位芳纶纤维成纸性能研究[J].造纸科学与技术，2012，31(4)：39-43.

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[9] 何方，张美云，张素风.高性能芳纶纸关键制造工艺中的理论分析[A].中国造纸学会第十三届学术年会，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

杨勇(1974-)，江苏仪征人，高级工程师，主要从事超高分子量聚乙烯纤维、芳纶等特种纤维的研发工作。

TS761

B

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