一种硅片花篮用耐划痕注塑板材及其制备工艺的制作方法

本发明涉及有机高分子材料，具体为一种硅片花篮用耐划痕注塑板材及其制备工艺。

背景技术：

1、硅片花篮又称为硅片承载器，是硅片加工过程中用来承载硅片在一定温度下的酸、碱清洗液中进行刻蚀和清洗的容器的载具，主要用于保护硅片表面，防止其受到污染、损伤。硅片花篮可以满足各行业对硅片加工的需求。

2、通常，硅片加工过程中需要经过酸碱溶液洗涤，硅片花篮每次浸泡后取，都会挂有许多溶液，这些溶液在进入下一道工序时，会产生造成不良影响，比如从酸性溶液中取出后，如果直接进入碱性溶液中，会发生酸碱中和反应，造成污染和浪费，影响了洗涤效果。因此，硅片花篮在材质选择方面，需要良好的耐酸碱腐蚀性以及耐其他的溶剂腐蚀性能，同时还应该选择具有良好疏水性的材料。性能稳定的聚四氟乙烯材料满足上述应用需求，因此备受青睐。然而，聚四氟乙烯材料的耐磨性能较差，而硅片花篮还需要兼具较强的刚性强度以及精确的外形尺寸，对材料的耐摩、耐划痕性能提出了更高的挑战，因此需要对现有技术进行改性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种硅片花篮用耐划痕注塑板材及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种硅片花篮用耐划痕注塑板材及其制备工艺，包括以下步骤：

3、步骤1：

4、s11：将碳纳米管分散至浓硫酸中，氮气氛围下，超声分散2～4h后，加入浓硝酸并升温至60～80℃，搅拌反应15～30min，冷却、离心并收集沉淀，使用超纯水洗涤沉淀并抽滤，过滤产物，使用超纯水洗涤表面至中性后，得到羧基化碳纳米管；

5、s12：将羧基化碳纳米管分散至二甲苯中，超声分散30～60min，得到羧基化碳纳米管分散液；氮气氛围下，将4,4'-二氨基八氟联苯分散至纯净的二甲苯中，搅拌混合10～15min后，冷却至0～10℃，在2～3h内加入至羧基化碳纳米管分散液，不断搅拌，控制反应体系温度在5～15℃，滴加结束后，升温至75～95℃，继续反应1.5～2.5h后，离心分离沉淀，使用甲苯洗涤沉淀后，真空蒸发至恒重，得到氨基改性碳纳米管；

6、步骤2：

7、将氨基改性碳纳米管分散在n,n-二甲基乙酰胺中，加入4,4’-二氨基二苯醚、联苯四酸二酐，搅拌2～4h后加入烯丙基琥珀酸酐，控制烯丙基琥珀酸酐的滴加时间为1～2h，得到前驱体溶液；向前驱体溶液中加入三乙胺和乙酸酐，反应8～12h，抽滤得到滤饼，依次用碳酸氢钠溶液、纯化水、无水乙醇对滤饼进行洗涤，并真空干燥4～6h，得到有机-无机杂化复合填料；

8、步骤3：

9、将有机-无机杂化复合填料、增塑剂、导热剂、全氟丙基乙烯基醚、引发剂以及偶联剂混合，通入四氟乙烯单体，聚合反应1～3h；卸压出料，使用清水洗涤产物，过滤、烘干得到改性聚四氟乙烯树脂；

10、步骤4：

11、将改性聚四氟乙烯树脂熔融，注入模具型腔，直至模具型腔被原料熔体充满为止，压制成型，冷却脱模得到硅片花篮用耐划痕注塑板材。

12、进一步的，步骤s11中，浓硫酸与浓硝酸按质量比为1：(1～3)进行混合。

13、进一步的，步骤s12中，羧基化碳纳米管和4,4'-二氨基八氟联苯按质量比1：(3～6)进行混合。

14、进一步的，步骤2中，4,4’-二氨基二苯醚、联苯四酸二酐、烯丙基琥珀酸酐、三乙胺、乙酸酐摩尔比为(1～2)：(2～3)：2：1：5。

15、进一步的，步骤2中，碳纳米管的总重量占有机-无机杂化复合填料总重量的70～85％。

16、进一步的，步骤3中，反应温度为20～40℃，反应压力为0.3～1mpa。

17、进一步的，步骤3中，改性聚四氟乙烯树脂中，各组分含量，按重量份数计，10～20份有机-无机杂化复合填料、4～12份增塑剂、2～5份导热剂、3～8份全氟丙基乙烯基醚、3～6份偶联剂、0.1～0.3份引发剂、60～68份四氟乙烯单体。

18、进一步的，步骤3中，增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯，导热剂为氧化锌，引发剂为过氧化新戊酸叔丁基引发剂，偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。

19、进一步的，步骤4中，注塑速度为10～30mm/s。

20、进一步的，步骤4中，压制成型的压力为30～60mpa，保压时间为10～20s。

21、进一步的，步骤4中，冷却时间为90～120s。

22、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明为了改善传统的聚四氟乙烯耐磨性性能，使用四氟乙烯、全氟丙基乙烯基醚和有机-无机杂化填料混合，制备了一种耐划痕的注塑板材。其中，有机-无机杂化填料为碳纳米管接枝聚酰亚胺低聚物，碳纳米管能够提高聚四氟乙烯材料的力学性能；聚酰亚胺综合性能优异，耐磨损性能良好，可以与碳纳米管共同对聚四氟乙烯材料起到改性效果。

23、在制备有机-无机杂化填料时，首先使用硫酸和硝酸的混合溶液对碳纳米管进行酸化处理，使其表面带有羧基基团，再通过羧基基团与含氟有机物4,4'-二氨基八氟联苯进行接枝，向碳纳米管表面接入苯环、氨基基团和氟元素。苯环能够改善聚四氟乙烯的力学性能和硬度，提高耐磨耐划痕性能；氟元素能够改变表面极性，提高填料与聚四氟乙烯材料的相容性。将经过氨基基团改性后的碳纳米管与4,4’-二氨基二苯醚、联苯四酸二酐混合，通过反应在碳纳米管表面接枝聚酰亚胺，并利用烯丙基琥珀酸酐进行封端。烯丙基琥珀酸酐中含有活性的烯丙基，能够参与到四氟乙烯的聚合反应中，使得填料与聚四氟乙烯形成更为复杂的交联网络，避免了传统的无机填料与有机高分子材料物理共混时出现团聚的问题，提高了改性的效果。

24、此外，本发明在碳纳米管表面接枝聚酰亚胺时，控制反应物4,4’-二氨基二苯醚、联苯四酸二酐先反应2～4h，再加入丙基琥珀酸酐进行封端。其目的是为了：先让联苯四酸二酐与氨基化碳纳米管反应接枝，同时与4,4’-二氨基二苯醚生成聚酰亚胺低聚物。若反应时间过短，碳纳米管表面聚酰亚胺的接枝率较低，影响填料与聚四氟乙烯的相容性；若反应时间较长，则会在碳纳米管表面接入大分子聚酰亚胺聚合物，降低了交联密度，从而影响材料的性能。

技术特征：

1.一种硅片花篮用耐划痕注塑板材的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种硅片花篮用耐划痕注塑板材的制备工艺，其特征在于：步骤s11中，浓硫酸与浓硝酸按质量比为1：(1～3)进行混合。

3.根据权利要求1所述的一种硅片花篮用耐划痕注塑板材的制备工艺，其特征在于：步骤s12中，羧基化碳纳米管和4,4'-二氨基八氟联苯按质量比1：(3～6)进行混合。

4.根据权利要求1所述的一种硅片花篮用耐划痕注塑板材的制备工艺，其特征在于：步骤2中，4,4’-二氨基二苯醚、联苯四酸二酐、烯丙基琥珀酸酐、三乙胺、乙酸酐摩尔比为(1～2)：(2～3)：2：1：5。

5.根据权利要求1所述的一种硅片花篮用耐划痕注塑板材的制备工艺，其特征在于：步骤2中，碳纳米管的总重量占有机-无机杂化复合填料总重量的70～85％。

6.根据权利要求1所述的一种硅片花篮用耐划痕注塑板材的制备工艺，其特征在于：步骤3中，反应温度为20～40℃，反应压力为0.3～1mpa。

7.根据权利要求1所述的一种硅片花篮用耐划痕注塑板材的制备工艺，其特征在于：步骤3中，改性聚四氟乙烯树脂中，各组分含量，按重量份数计，10～20份有机-无机杂化复合填料、4～12份增塑剂、2～5份导热剂、3～8份全氟丙基乙烯基醚、0.1～0.3份引发剂、3～6份偶联剂、60～68份四氟乙烯单体。

8.根据权利要求1所述的一种硅片花篮用耐划痕注塑板材的制备工艺，其特征在于：步骤3中，增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯，导热剂为氧化锌，引发剂为过氧化新戊酸叔丁基引发剂，偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。

9.根据权利要求1所述的一种硅片花篮用耐划痕注塑板材的制备工艺，其特征在于：步骤4中，注塑速度为10～30mm/s；压制成型的压力为30～60mpa，保压时间为10～20s；冷却时间为90～120s。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的一种硅片花篮用耐划痕注塑板材的制备工艺制备得到的硅片花篮。

技术总结本发明涉及有机高分子材料技术领域，具体为一种硅片花篮用耐划痕注塑板材及其制备工艺。本发明使用四氟乙烯、全氟丙基乙烯基醚和有机‑无机杂化填料为原料制备聚四氟乙烯材料。其中，有机‑无机杂化填料的制备方法为先对碳纳米管进行羧基化改性，再与4,4'‑二氨基八氟联苯进行接枝，然后与4,4’‑二氨基二苯醚、联苯四酸二酐混合反应，最后加入烯丙基琥珀酸酐进行封端；烯丙基琥珀酸酐中含有活性的烯丙基，能够让有机‑无机杂化填料参与到四氟乙烯的聚合反应中，形成更为复杂的交联网络。本发明制备的聚四氟乙烯材料性能良好，可应用于制备硅片花篮。技术研发人员：钱程,孟岭受保护的技术使用者：无锡市世通模塑有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17