超細(xì)異形噴絲孔的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種微細(xì)異形孔噴絲頭的制造方法，特別設(shè)及一種超細(xì)異形噴絲孔的 制造方法，屬于微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 噴絲頭是化纖行業(yè)關(guān)鍵性的精密零件，其作用是將精確計(jì)量過的紡絲溶液通過其 上無數(shù)噴絲孔噴擠出具有一定粗細(xì)和質(zhì)地細(xì)密的纖維束，因此，它的質(zhì)量是保證纖維成品 質(zhì)量和良好紡絲工藝的重要條件，而噴絲頭的質(zhì)量主要取決于噴絲孔的加工質(zhì)量，且在紡 絲工藝處理?xiàng)l件接近最大允許條件的過程中，最重要的是噴絲頭微孔的排布、截面形狀。研 究表明：圓形橫截面的化學(xué)纖維大都存在著表面光滑、粘附能力差、易起球、不吸水、覆蓋性 小的缺點(diǎn)。纖維截面異形化可W改善織物的光澤性、彈性、手感等;纖維截面相同的情況下， 異形截面纖維比圓形截面纖維具有更大的抗彎強(qiáng)度，故纖維的抗起球性能優(yōu)良，彈性好;而 截面微細(xì)化使織物具有吸濕排汗、手感柔軟等優(yōu)良性能。另外，異形截面纖維由于表面縱向 凸凹不平，在吸濕性、輕量化方面性能優(yōu)良。因此，微細(xì)異形孔噴絲頭的研制對紡織行業(yè)具 有重要的意義。
[0003] 同時，細(xì)旦纖維在紡織加工中，同樣的紗支則相應(yīng)增加紗線中纖維的截面根數(shù)，從 而大幅度的提高成紗的均勻度及強(qiáng)度，并有利于提高紗線支數(shù)；由于細(xì)旦化纖的纖度細(xì)，抗 彎剛度小，因而其織物表觀細(xì)潔精致、手感柔軟細(xì)膩滑懦且懸垂性極好。而細(xì)旦、超旦細(xì)纖 維的生產(chǎn)取決于噴絲頭微細(xì)孔的加工精度，尤其是加工超細(xì)、微細(xì)孔的能力。
[0004] 傳統(tǒng)的噴絲頭受限于加工技術(shù)，其異形孔的形狀、尺寸及精度都有局限性。例如， 噴絲頭毛細(xì)管出口具有毛邊、銳角、集中的凹陷口等造形上的錯誤，而高質(zhì)量的紡絲要求， 噴絲頭毛細(xì)管出口及管道內(nèi)，不應(yīng)有細(xì)小縱向刻縫、微細(xì)針孔狀等缺點(diǎn)。目前，異形孔噴絲 頭多采用電火花法加工，電火花法雖然能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的機(jī)械加工法不能制作的異形孔，但需 使用的異形工具電極必須尺寸精確、表面十分光滑，因此工具電極難W制作且損耗大，所 W，電火花法加工的異形孔形狀有限且成本高昂，且難W實(shí)現(xiàn)噴絲孔形狀多元化加工。此 夕h電火花法同傳統(tǒng)機(jī)械法一樣，對噴絲孔的加工都只是重復(fù)性的單個加工法，對于高密 度、超細(xì)孔的加工，其效率很低且毛細(xì)孔公差大。因此，傳統(tǒng)噴絲頭的加工方法滿足不了超 細(xì)異形化市場的追求。
[0005] 針對傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷，研究人員提出了多種噴絲頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)方案，例如可 參考CN104342771AXN103874791A等，但目前對于高精度噴絲頭制造和改進(jìn)方法尚鮮有報(bào) 道。CN1279224C提出了一種粗噴絲頭的表面處理方法，其獲得的粗噴絲頭雖然抗劃傷性及 其使用壽命明顯提高，且噴絲頭可紡性優(yōu)良，可用W取代貴金屬噴絲頭，但由于粗噴絲頭是 用粗板加工而成，只能加工成圓形等簡單形狀，難W實(shí)現(xiàn)噴嘴超細(xì)異形化。
[0006] 前述的一些術(shù)語在本技術(shù)領(lǐng)域的定義如下：
[0007] 微旦纖維/超細(xì)纖維:指細(xì)度小于1或1.3旦或分特/線的合成纖維。
[000引超微旦纖維:指外徑為0.37化f (旦每絲)的合成纖維。
[0009] 旦尼爾(Denier,簡稱旦或D):在公定回潮率下，9000米長的纖維的重量克數(shù)。當(dāng)纖 維的密度一定時，旦數(shù)越大，纖維越重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種超細(xì)異形噴絲孔的制造方法，W克服現(xiàn)有技術(shù)中 的不足。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：
[0012] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種超細(xì)異形噴絲孔的制造方法包括如下步驟：
[0013] (1)提供第一次光刻版和第二光刻版，所述第一次光刻版包含噴絲頭導(dǎo)孔的形狀 和排布版圖，所述第二次光刻版包含噴絲頭毛細(xì)孔的形狀和排布版圖；
[0014] (2)在基片上瓣射金屬薄層并作氧化處理，之后在經(jīng)氧化處理的金屬薄層上甩第 一光刻膠，并利用所述第一次光刻版，依次進(jìn)行前烘、曝光、顯影、后烘處理，實(shí)現(xiàn)光刻膠結(jié) 構(gòu)的圖形化，制備出作為噴絲頭導(dǎo)孔電鑄模具的光刻膠柱體陣列；
[0015] (3)于所述光刻膠微柱體陣列的表面及空隙中瓣射金屬導(dǎo)電層，之后采用電沉積 技術(shù)在所述金屬導(dǎo)電層上進(jìn)行噴絲頭導(dǎo)孔層的沉積，形成噴絲頭導(dǎo)孔層電鑄件；
[0016] (4) W平面加工技術(shù)對所述噴絲頭導(dǎo)孔層電鑄件進(jìn)行平坦化加工，使所述電鑄件 表面與光刻膠微柱體表面齊平，制得表面平整光滑的噴絲頭導(dǎo)孔層；
[0017] (5)采用電沉積技術(shù)在所述噴絲頭導(dǎo)孔層上沉積形成出絲面層；
[0018] (6)將步驟(5)所獲的電鑄件去負(fù)膠、殘留基片和金屬薄層后，制得支撐面層含對 準(zhǔn)標(biāo)記的噴絲頭導(dǎo)孔層-出絲面層一體化結(jié)構(gòu)；
[0019] (7)在所述一體化結(jié)構(gòu)的出絲面層上，利用所述第二光刻版，采用UV-LIGA技術(shù)進(jìn) 行第二次光刻，實(shí)現(xiàn)異形噴絲孔掩膜的圖形化，W及利用雙面光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)待加工的異形 噴絲孔與導(dǎo)孔的對準(zhǔn)；
[0020] (8)采用干法刻蝕技術(shù)刻蝕圖形化的出絲面層，并根據(jù)刻蝕選擇比及光刻膠掩膜 的厚度控制刻蝕時間；
[0021] (9)重復(fù)步驟(7)~步驟(8)-次W上，直至異形噴絲孔與噴絲頭導(dǎo)孔層內(nèi)的相應(yīng) 導(dǎo)孔貫通。
[0022] 進(jìn)一步的，所述超細(xì)異形噴絲孔的異形截面外徑最小為扣m，線寬最小為3μπι，且線 寬變化小于± Ιμπι，同時孔壁表面粗糖度小于0.1 wii。
[0023] 較為優(yōu)選的，所述噴絲頭導(dǎo)孔層由金屬Ni組成。
[0024] 較為優(yōu)選的，所述噴絲頭導(dǎo)孔層電鑄件的厚度為400~800μπι。
[0025] 較為優(yōu)選的，所述出絲面層的厚度為20~50μπι，并由抗腐蝕材料組成，所述抗腐蝕 材料包括金屬Au等，但不限于此。
[0026] 較為優(yōu)選的，所述出絲面層的厚度為15~25μπι，并由高硬度材料組成，所述高硬度 材料包括二元或Ξ元合金等，但不限于此。
[0027] 在一些實(shí)施方案中，步驟(7)包括:將包含相配合的對準(zhǔn)標(biāo)記的第一次光刻版和第 二次光刻版分別裝入光刻機(jī)的上、下版位置，而將噴絲頭導(dǎo)孔層-出絲面層一體化結(jié)構(gòu)置于 第一次光刻版和第二次光刻版之間，利用雙面光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)第二次光刻版上對準(zhǔn)標(biāo)記與所 述噴絲頭導(dǎo)孔層上對準(zhǔn)標(biāo)記的對準(zhǔn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)待加工的異形噴絲孔與導(dǎo)孔的對準(zhǔn)。
[00%]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)至少在于:通過采用微電鑄技術(shù)、UV-LIGA制備超 細(xì)異形噴絲頭導(dǎo)孔，無需如LIGA(光刻、電鍛和壓膜)技術(shù)那樣采用昂貴的同步福射光源，而 只需使用普通紫外光源，借助負(fù)性光刻膠優(yōu)異的高深寬比結(jié)構(gòu)成型能力，使用普通的掩模 版，就可W獲得包含導(dǎo)孔層支撐結(jié)構(gòu)的制備，再結(jié)合電沉積技術(shù)、雙面光刻技術(shù)、干法刻蝕 技術(shù)實(shí)現(xiàn)決定最終紡絲截面形狀的異形噴絲孔的制備，提供普通鉆孔技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的異形 孔成型能力和比電火花加工、激光加工更細(xì)縫的加工能力和更高的線寬控制精度，同時，通 過改變掩模版的設(shè)計(jì)，可W獲得各種形狀的超細(xì)微噴絲頭結(jié)構(gòu)。總之，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)超細(xì)異 型噴絲孔的一次加工成型，工藝簡單、效率高、成本低，而且制備的噴絲頭結(jié)構(gòu)形式多樣化、 精度高、均一性好，易于批量化加工。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明一典型實(shí)施方案中一種超細(xì)異形孔噴絲頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 附圖標(biāo)記說明：1-出絲面層，2-毛細(xì)孔(異形噴絲孔）、3-噴絲頭導(dǎo)孔層、4-導(dǎo)孔。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 如前所述，鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長期研究和大量實(shí)踐，得W提出 了本發(fā)明的技術(shù)方案，如下將予W詳細(xì)解釋說明。
[0032] 本發(fā)明的一個方面提供了一種超細(xì)異形噴絲孔的制造方法，其主要是通過UV- LIGA技術(shù)、電化學(xué)沉積技術(shù)，制備噴絲頭導(dǎo)孔及高硬度支撐結(jié)構(gòu)，再借助電化學(xué)沉積技術(shù)、 雙面光刻技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)孔對準(zhǔn)的超細(xì)異形噴絲孔層的制備，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 噴絲頭導(dǎo)孔與異形噴絲孔的一體化制備。該制造方法工藝簡單、可實(shí)現(xiàn)微細(xì)及超細(xì)旦異形 噴絲孔的一次成型、效率高、精度高，噴絲孔側(cè)壁光滑，無需打磨，適用于制備微細(xì)/超細(xì)旦 異形孔噴絲頭。
[0033] 在本發(fā)明的一典型實(shí)施方案中，一種超細(xì)異形噴絲孔的制造方法包括如下步驟：
[0034] (1)光刻版版圖設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)噴絲頭導(dǎo)孔的形狀和排布版圖，即第一次光刻版，設(shè)計(jì) 噴絲頭毛細(xì)孔(即，噴絲孔)的形狀和排布版圖，即第二光刻版。
[0035] 其中，所述噴絲頭導(dǎo)孔、噴絲頭毛細(xì)孔的形狀、排布可根據(jù)紡絲需要進(jìn)行相應(yīng)的光 刻掩模版微單元的形狀、排布設(shè)計(jì)，根據(jù)版圖設(shè)計(jì)，可得到不同密度、不同排布方式、不同截 面形狀的噴絲孔及不同口徑的噴絲頭。例如，所述噴絲頭導(dǎo)孔可W是圓形孔或異形孔，其可 W根據(jù)實(shí)際需要而選擇。例如，所述噴絲頭毛細(xì)孔為異形孔，可W為"Y"形、"工形"、"米形" 等多種形狀，其可W根據(jù)實(shí)際需要而選擇。
[0036] 優(yōu)選的，所述第一光刻版與第二光刻版分別設(shè)計(jì)有對準(zhǔn)標(biāo)記，用W保證噴絲頭導(dǎo) 孔圖案與噴絲頭毛細(xì)孔圖案對準(zhǔn)。
[0037] (2)噴絲頭導(dǎo)孔光刻膠模具制備:在基片（例如玻璃基片）上瓣射金屬薄層(如Ti、 化、化或Ni等材質(zhì)），并作氧化處理，之后在經(jīng)氧化處理的金屬薄層上甩第一光刻膠，并依次 進(jìn)行前烘、曝光、顯影、后烘處理，實(shí)現(xiàn)光刻