超細(xì)纖維潔凈擦拭布關(guān)鍵工藝的設(shè)計(jì)研究

臧錫炎

（蘇州天華超凈科技股份有限公司，江蘇蘇州215121）

超細(xì)纖維潔凈擦拭布關(guān)鍵工藝的設(shè)計(jì)研究

臧錫炎

（蘇州天華超凈科技股份有限公司，江蘇蘇州215121）

隨著電子產(chǎn)業(yè)、光電顯示產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，微污染引起的產(chǎn)品失效損失日益明顯，超細(xì)纖維潔凈擦拭布產(chǎn)品應(yīng)用越來越廣泛。本文分析了對潔凈擦拭布性能影響的主要原因，介紹了筆者實(shí)際工作中對超細(xì)纖維潔凈擦拭布產(chǎn)品研發(fā)和關(guān)鍵工藝的設(shè)計(jì)改進(jìn)。為了適應(yīng)技術(shù)的進(jìn)步和客戶需求，擦拭布的性能和工藝研究也是一個(gè)持續(xù)改進(jìn)不斷進(jìn)步的過程。

超細(xì)纖維；擦拭布；開纖；標(biāo)準(zhǔn)化；潔凈性能

Abstract In the electronic and photoelectric display industry,micro-scale technology accelebrates in a high speech.The electronic products suffer from failure damage caused by the micro-pollutions.The superfine fiber clean wipers are been used more and more widely.This paper analyzes the main influences on the performances of the clean wipers.This paper also introduces the clean wiper products studise and the key technology improvement designs in practice work.In order to adapt to the technology progress and customer's demand, clean wipers performance improvements and process technology researches are also continuous progresses.We hope this article will provide practical references for the researchers,the users and the manufacturers.

Key words superfine fiber,clean wipers,splitting,Standardization,clean performance

隨著電子行業(yè)向精密化、微型化的發(fā)展，微污染引起的元器件的損失日漸明顯，微電子工業(yè)是對于環(huán)境要求相當(dāng)?shù)目量?，污染控制變得尤為重要，而肉眼看不見的微污染控制更是變得十分棘手。?964年美國Edward Paley發(fā)明的擦拭污染顆粒的擦拭布料開始,經(jīng)過不斷的發(fā)展，擦拭布的性能不斷提升，目前已經(jīng)成為潔凈生產(chǎn)不可缺少的重要生產(chǎn)材料。超細(xì)纖維潔凈擦拭布是一種廣泛應(yīng)用于硬盤磁頭、半導(dǎo)體、光電顯示、生物制藥、精密機(jī)械等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的擦拭材料。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速增長，電子信息產(chǎn)品需求和更新速度在不斷加快，在眾多行業(yè)中，電子行業(yè)對于防靜電超凈技術(shù)產(chǎn)品的需求最大。信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展同時(shí)對擦拭布產(chǎn)品性能提出新的要求，因此，高性能擦拭產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝的研究和性能提升成為一項(xiàng)非常必要和迫切的工作。

1 潔凈擦拭布性能影響分析

潔凈擦拭布具有很強(qiáng)的吸附固體表面臟污和殘液的能力[1]，潔凈擦拭布較大的比表面積起著關(guān)鍵的作用，關(guān)于比表面積，有下面的一個(gè)公式：

式中：Fw纖維的比表面積，cm2/g ；Nm單位纖維長度，cm/g；d纖維的直徑，μm；Ndtex纖維纖度，dtex ；ρ纖維的密度，g/cm3。

從上式不難看出，纖維的比表面積與纖維的線密度的平方成反比，纖維越細(xì)，越蓬松，比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)，清潔效果越好。擦拭布行業(yè)中通常采用將纖維充分開纖的方式，獲得較大的比表面積，使得布面更加柔軟，擦拭時(shí)對被清潔表面臟污有效吸附，同時(shí)避免對表面的劃傷。

除了潔凈擦拭布吸附性能，擦拭布的顆粒物含量、鹽離子含量、有機(jī)物、不揮發(fā)物組分含量等對于擦拭布的潔凈性能是影響產(chǎn)品的最重要的性能[2-3]，簡單來講，擦拭布本身的潔凈性能要高，不能在使用的過程中帶給產(chǎn)品污染。這就要求在產(chǎn)品織造、開纖、染整、切割、烘干、包裝整個(gè)過程中對污染物進(jìn)行有效地管控本產(chǎn)品，進(jìn)行關(guān)鍵工藝的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，減少人員參與的機(jī)會(huì)，減少污染源，清潔生產(chǎn)。

2 纖維開纖工藝的改進(jìn)

工業(yè)用的無塵擦拭布使用的纖維布料分為滌綸纖維和超細(xì)纖維[4]，此兩種纖維面料均使用完全連續(xù)的長纖維，其中滌綸纖維一般使用有75D和50D的纖維，一般使用在要求不高的場合（如等級(jí)較低的潔凈室）和要求不高的產(chǎn)品。滌綸纖維切面圖在掃描電鏡下觀察，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 滌綸纖維切面結(jié)構(gòu)圖

超細(xì)纖維一般是將75D和95D的滌錦復(fù)合纖維進(jìn)行充分開纖[5-6]，滌錦復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)中含有DT纖維（高彈絲）和DTY纖維（低彈絲）。開纖前滌錦復(fù)合纖維切面結(jié)構(gòu)如圖2所示，滌綸纖維染整前后單絲結(jié)構(gòu)無明顯變化，超細(xì)纖維開纖后在染整后會(huì)打開，每根單絲裂變形成更細(xì)小的纖維，織物表會(huì)形成無數(shù)微孔，比表面積增大很多倍，可充分吸收產(chǎn)品表面的微量顆粒。

滌錦復(fù)合纖維是一種通過復(fù)合紡絲技術(shù)生產(chǎn)出來的纖維[3]，滌錦復(fù)合纖維經(jīng)過開纖處理后，開纖率達(dá)到60%以上可認(rèn)為充分開纖成為超細(xì)纖維。但是同時(shí)要求擦拭布有足夠的強(qiáng)力及厚度以及織物的卷繞回彈性，作為卷軸式潔凈擦拭布可以在自動(dòng)擦拭線上長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。通常纖維的開纖采用化學(xué)開纖的方法實(shí)現(xiàn)，化學(xué)開纖方法又分為酸、堿及有機(jī)溶劑處理法，滌錦復(fù)合超細(xì)纖維一般都采用堿處理法，即將滌錦復(fù)合超細(xì)纖維布置于開纖液中，使滌錦復(fù)合長絲在開纖液、溫度、時(shí)間以及促進(jìn)劑的綜合作用下水解，滌綸和錦綸裂解成單根超細(xì)纖維。

但是，經(jīng)過筆者長期的研究發(fā)現(xiàn)，隨著燒堿的濃度、溫度、時(shí)間的不斷增加，開纖越來越充分，超細(xì)纖維的纖度變細(xì)，單絲數(shù)量增多，手感柔軟，吸附臟污能力提高，但是開纖越大，堿減量也越大，超細(xì)纖維不斷發(fā)生水解而不斷變細(xì)，因此單絲強(qiáng)力變小，纖維剛度（纖維斷裂強(qiáng)度）下降，導(dǎo)致織物結(jié)構(gòu)松散，織物的卷繞回彈性下降，經(jīng)過后道工藝也更易產(chǎn)生毛絲斷裂，這種毛絲斷裂對于擦拭產(chǎn)品就會(huì)帶來污染。

為了解決上面的問題，筆者研究出一種化學(xué)工藝和機(jī)械工藝結(jié)合的方式來保證開纖充分且織物有足夠的強(qiáng)度及厚度的滌錦復(fù)合超細(xì)纖維的開纖方法，具體的步驟為：滌錦復(fù)合超細(xì)纖維布套裝在液流染機(jī)的兩個(gè)大摩擦面導(dǎo)輪上，在第一開纖液（氫氧化鈉的質(zhì)量濃度為6～8g/L）及助劑中，以90～115℃；沖擊水壓為0.15～0.25 mPa，導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速為10HZ，開纖時(shí)間確定為50～60min，進(jìn)入第二開纖步驟，第二開纖液中氫氧化鈉的質(zhì)量為0.1～0.9g，水流沖擊速度為35HZ，水溫為 90～115℃，溫度設(shè)為100～115攝氏度。在第一步堿減量開纖步驟中主要通過氫氧化鈉和超細(xì)纖維的水解反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)開纖，而機(jī)械開纖步驟中則主要依靠機(jī)械動(dòng)能進(jìn)行開纖，第二開纖液及助劑主要起輔助的作用。圖2和圖3顯示的是開纖前后的纖維結(jié)構(gòu)對比。

圖2 滌錦復(fù)合纖維開纖前切面結(jié)構(gòu)圖

圖3 超細(xì)纖維切面結(jié)構(gòu)圖

采用設(shè)計(jì)的兩步開纖工藝，第二步驟的機(jī)械開纖步驟，能夠在第一次開纖40%左右的基礎(chǔ)上再開纖30%～40%，從而使最終產(chǎn)品的開纖率即所述第二預(yù)定值達(dá)到70%～80%，滿足最終織物的開纖要求。同時(shí)采用以機(jī)械開纖為主第二步驟能夠有效的防止單根超細(xì)纖維的進(jìn)一步水解，從而避免單根超細(xì)纖維的直徑縮減到纖維斷裂強(qiáng)度明顯不符合要求的狀況，最終織物的堿減量維持在14%～15%，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單獨(dú)使用堿減量工藝生產(chǎn)符合開纖率要求的織物所對應(yīng)的堿減量（約20%），因此，最終織物的厚度也相對單獨(dú)使用堿減量工藝的織物要厚，從而實(shí)現(xiàn)了上述多種效果的有效平衡。

3 染整用水的改進(jìn)及標(biāo)準(zhǔn)化

在整個(gè)超細(xì)纖維擦拭布生產(chǎn)工藝過程中，顆粒物含量、鹽離子含量、有機(jī)物、不揮發(fā)物組分等微污染成分需要每個(gè)工藝步驟都要管控，使得纖維織物內(nèi)部及表面含有上述組份盡可能減少，一般傳統(tǒng)染整工藝不要求做到。通過研究，我們首先在添加的助劑選擇上進(jìn)行規(guī)定和嚴(yán)格分析測試不含有上述組分，但是染整精煉用水用水量大，水內(nèi)組分含量變化較大，導(dǎo)致染整后織物對上述組分的含量波動(dòng)幅度大。因此?？刂朴盟臉?biāo)準(zhǔn)是關(guān)鍵工藝設(shè)計(jì)的要點(diǎn)之一。我們公司通過對染整用水進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，采用充分過濾和交換的超純水，圖4-圖6表示的是通過工藝提升后水處理顆粒物、鹽離子、有機(jī)物含量的測試結(jié)果。

圖4 染整用水的顆粒物含量

圖5 染整用水的鹽離子含量

圖6 染整用水的有機(jī)物含量

由圖4～圖6可見，一般染整用水中顆粒物、離子、有機(jī)物的波動(dòng)范圍在是非常大的，而且外部環(huán)境如汛期、干旱、風(fēng)沙等天氣直接會(huì)引起水質(zhì)的更大范圍波動(dòng)。因此，無塵擦拭布在染整過程中很難控制微污染的含量，導(dǎo)致品質(zhì)大范圍波動(dòng)，無法滿足微電子行業(yè)產(chǎn)線的要求，筆者通過水質(zhì)控制研究并進(jìn)行改善，使水中顆粒物、鹽離子、有機(jī)物含量達(dá)到了極低的水平。從圖4-圖6測試結(jié)果可以看出，超純水的顆粒物、鹽離子、有機(jī)物含量很低，而且波動(dòng)范圍小，近乎潔凈直線，因而，染整過程中布面原有的顆粒物、離子、非揮發(fā)物通過交換含量大大減少。超純水的使用，促進(jìn)公司產(chǎn)品品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化，目前，我司無塵布離子(IC)含量可控制在10×10-6內(nèi)，顆粒物（LPC）控制在600ea/cm2內(nèi)，非揮發(fā)殘留物指標(biāo)達(dá)到30×10-6，滿足10級(jí)無塵室產(chǎn)品擦拭的使用需要。

4 切割清洗包裝的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

我們公司設(shè)計(jì)的無塵擦拭布整個(gè)生產(chǎn)流程為：織造-染整開纖-切割（激光或超聲波）-10級(jí)潔凈室清洗-測試-10級(jí)潔凈室包裝-檢驗(yàn)-入庫，整個(gè)制程中必須進(jìn)行嚴(yán)格的臟污控制。對水洗方式、切割方式、包裝方式進(jìn)行自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化工藝技術(shù)研發(fā)，精確控制織物含油量，對織造坯布組織結(jié)構(gòu)及織物受力研究分析，設(shè)計(jì)符合無塵要求的高效平幅除油水洗一體化全自動(dòng)生產(chǎn)線，對面料定型過程中靜電電壓及熱能氣流壓差系統(tǒng)控制，保證高清潔面料APC及各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，自主研發(fā)無塵切割、自動(dòng)折疊包裝一體化設(shè)備使產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化。通過技術(shù)的改進(jìn)，水、電、氣各項(xiàng)能耗指標(biāo)均較傳統(tǒng)工藝下降40%，降低對環(huán)境的影響，環(huán)保效益十分明顯。解決了產(chǎn)品性能不穩(wěn)定及依靠傳統(tǒng)人工方式帶來的引入污染問題，減少人員的參與，降低顆粒物（LPC、APC）

及其他微污染物（硅油、氨基化合物、DOP、離子、

5 結(jié)論

隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，對于擦拭布顆粒物含量、鹽離子含量、有機(jī)物、不揮發(fā)物組分等微污染成分要求越來越高，對產(chǎn)品研發(fā)和關(guān)鍵工藝的設(shè)計(jì)的要求也越來越高。超細(xì)纖維潔凈擦拭布要達(dá)到較高的清潔能力和潔凈性能，首先對生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行管控，比如采用潔凈室、潔凈控制的環(huán)境進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)，同時(shí)，關(guān)鍵工藝的設(shè)計(jì)研究非常重要。為了提高產(chǎn)品的競爭能力，我們在纖維開纖工藝、染整用水、切割清洗包裝的設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了持續(xù)的改進(jìn)，希望能對超細(xì)纖維擦拭布的研發(fā)人員和生產(chǎn)人員有所幫助，同時(shí)也希望使客戶對產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝有一定了解。

[1]周 杰，陳 蘭.無塵室用超細(xì)纖維擦拭布的制造及使用[J].國際紡織導(dǎo)報(bào)，2012（9）：51-55.

[2]HR Bhattacharjee,SJ Paley.Comprehensive Particle and Fiber Testing for Cleanroom Wipers[J].Journal of the Iest, 1998 , 41 (6) :19-25.

[3]S Kalelkar ，J Postlewaite.Consistency as the True Measure of Cleanroom Wiper Quality[J].Journal of the Iest ，2011 , 54 (2) :75-84.

[4]修俊峰，程博聞，張孝南，賈佳.各種超細(xì)纖維擦拭布的制備工藝與性能分析[J].《產(chǎn)業(yè)用紡織品，2014 (2) :16-19.

[5]黃 毅，韓 建，于 斌，朱斐超，李小強(qiáng)．堿處理開纖工藝對海島型超細(xì)纖維革材料性能的影響[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào) , 2015 , 33 (3) :316-320.

[6]李宏鶯，宋心遠(yuǎn)，楊亞敏.滌/棉復(fù)合裂片型超細(xì)纖維針織物堿減量開纖和染色研究[J].染料與染色, 2005 , 42 (2) :38-42.

Clean wipers performance improvements and process technology researches

ZANG Xi-yan
(Suzhou TA&A Ultra Clean Technology Co.,Ltd, Jiangsu Suzhou 215121,China)

TQ616.9

A

投稿日期：2017-07-31

臧錫炎(1963-)，男，江蘇蘇州人，主要從事無塵擦拭布產(chǎn)品和技術(shù)改造研究， Email:zangxiyan@canmax.com.cn。