超细异形喷丝孔的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种微细异形孔喷丝头的制造方法，特别设及一种超细异形喷丝孔的 制造方法，属于微细加工技术领域。
【背景技术】
[0002] 喷丝头是化纤行业关键性的精密零件，其作用是将精确计量过的纺丝溶液通过其 上无数喷丝孔喷挤出具有一定粗细和质地细密的纤维束，因此，它的质量是保证纤维成品 质量和良好纺丝工艺的重要条件，而喷丝头的质量主要取决于喷丝孔的加工质量，且在纺 丝工艺处理条件接近最大允许条件的过程中，最重要的是喷丝头微孔的排布、截面形状。研 究表明：圆形横截面的化学纤维大都存在着表面光滑、粘附能力差、易起球、不吸水、覆盖性 小的缺点。纤维截面异形化可W改善织物的光泽性、弹性、手感等;纤维截面相同的情况下， 异形截面纤维比圆形截面纤维具有更大的抗弯强度，故纤维的抗起球性能优良，弹性好;而 截面微细化使织物具有吸湿排汗、手感柔软等优良性能。另外，异形截面纤维由于表面纵向 凸凹不平，在吸湿性、轻量化方面性能优良。因此，微细异形孔喷丝头的研制对纺织行业具 有重要的意义。
[0003] 同时，细旦纤维在纺织加工中，同样的纱支则相应增加纱线中纤维的截面根数，从 而大幅度的提高成纱的均匀度及强度，并有利于提高纱线支数；由于细旦化纤的纤度细，抗 弯刚度小，因而其织物表观细洁精致、手感柔软细腻滑懦且悬垂性极好。而细旦、超旦细纤 维的生产取决于喷丝头微细孔的加工精度，尤其是加工超细、微细孔的能力。
[0004] 传统的喷丝头受限于加工技术，其异形孔的形状、尺寸及精度都有局限性。例如， 喷丝头毛细管出口具有毛边、锐角、集中的凹陷口等造形上的错误，而高质量的纺丝要求， 喷丝头毛细管出口及管道内，不应有细小纵向刻缝、微细针孔状等缺点。目前，异形孔喷丝 头多采用电火花法加工，电火花法虽然能实现传统的机械加工法不能制作的异形孔，但需 使用的异形工具电极必须尺寸精确、表面十分光滑，因此工具电极难W制作且损耗大，所 W，电火花法加工的异形孔形状有限且成本高昂，且难W实现喷丝孔形状多元化加工。此 夕h电火花法同传统机械法一样，对喷丝孔的加工都只是重复性的单个加工法，对于高密 度、超细孔的加工，其效率很低且毛细孔公差大。因此，传统喷丝头的加工方法满足不了超 细异形化市场的追求。
[0005] 针对传统技术的缺陷，研究人员提出了多种喷丝头结构设计的改进方案，例如可 参考CN104342771AXN103874791A等，但目前对于高精度喷丝头制造和改进方法尚鲜有报 道。CN1279224C提出了一种粗喷丝头的表面处理方法，其获得的粗喷丝头虽然抗划伤性及 其使用寿命明显提高，且喷丝头可纺性优良，可用W取代贵金属喷丝头，但由于粗喷丝头是 用粗板加工而成，只能加工成圆形等简单形状，难W实现喷嘴超细异形化。
[0006] 前述的一些术语在本技术领域的定义如下：
[0007] 微旦纤维/超细纤维:指细度小于1或1.3旦或分特/线的合成纤维。
[000引超微旦纤维:指外径为0.37化f (旦每丝)的合成纤维。
[0009] 旦尼尔(Denier,简称旦或D):在公定回潮率下，9000米长的纤维的重量克数。当纤 维的密度一定时，旦数越大，纤维越重。
【发明内容】
[0010] 本发明的主要目的在于提供一种超细异形喷丝孔的制造方法，W克服现有技术中 的不足。
[0011] 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
[0012] 本发明实施例提供的一种超细异形喷丝孔的制造方法包括如下步骤：
[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喷丝头导孔的形状 和排布版图，所述第二次光刻版包含喷丝头毛细孔的形状和排布版图；
[0014] (2)在基片上瓣射金属薄层并作氧化处理，之后在经氧化处理的金属薄层上甩第 一光刻胶，并利用所述第一次光刻版，依次进行前烘、曝光、显影、后烘处理，实现光刻胶结 构的图形化，制备出作为喷丝头导孔电铸模具的光刻胶柱体阵列；
[0015] (3)于所述光刻胶微柱体阵列的表面及空隙中瓣射金属导电层，之后采用电沉积 技术在所述金属导电层上进行喷丝头导孔层的沉积，形成喷丝头导孔层电铸件；
[0016] (4) W平面加工技术对所述喷丝头导孔层电铸件进行平坦化加工，使所述电铸件 表面与光刻胶微柱体表面齐平，制得表面平整光滑的喷丝头导孔层；
[0017] (5)采用电沉积技术在所述喷丝头导孔层上沉积形成出丝面层；
[0018] (6)将步骤(5)所获的电铸件去负胶、残留基片和金属薄层后，制得支撑面层含对 准标记的喷丝头导孔层-出丝面层一体化结构；
[0019] (7)在所述一体化结构的出丝面层上，利用所述第二光刻版，采用UV-LIGA技术进 行第二次光刻，实现异形喷丝孔掩膜的图形化，W及利用双面光刻技术实现待加工的异形 喷丝孔与导孔的对准；
[0020] (8)采用干法刻蚀技术刻蚀图形化的出丝面层，并根据刻蚀选择比及光刻胶掩膜 的厚度控制刻蚀时间；
[0021] (9)重复步骤(7)~步骤(8)-次W上，直至异形喷丝孔与喷丝头导孔层内的相应 导孔贯通。
[0022] 进一步的，所述超细异形喷丝孔的异形截面外径最小为扣m，线宽最小为3μπι，且线 宽变化小于± Ιμπι，同时孔壁表面粗糖度小于0.1 wii。
[0023] 较为优选的，所述喷丝头导孔层由金属Ni组成。
[0024] 较为优选的，所述喷丝头导孔层电铸件的厚度为400~800μπι。
[0025] 较为优选的，所述出丝面层的厚度为20~50μπι，并由抗腐蚀材料组成，所述抗腐蚀 材料包括金属Au等，但不限于此。
[0026] 较为优选的，所述出丝面层的厚度为15~25μπι，并由高硬度材料组成，所述高硬度 材料包括二元或Ξ元合金等，但不限于此。
[0027] 在一些实施方案中，步骤(7)包括:将包含相配合的对准标记的第一次光刻版和第 二次光刻版分别装入光刻机的上、下版位置，而将喷丝头导孔层-出丝面层一体化结构置于 第一次光刻版和第二次光刻版之间，利用双面光刻技术实现第二次光刻版上对准标记与所 述喷丝头导孔层上对准标记的对准，进而实现待加工的异形喷丝孔与导孔的对准。
[00%]与现有技术相比，本发明的优点至少在于:通过采用微电铸技术、UV-LIGA制备超 细异形喷丝头导孔，无需如LIGA(光刻、电锻和压膜)技术那样采用昂贵的同步福射光源，而 只需使用普通紫外光源，借助负性光刻胶优异的高深宽比结构成型能力，使用普通的掩模 版，就可W获得包含导孔层支撑结构的制备，再结合电沉积技术、双面光刻技术、干法刻蚀 技术实现决定最终纺丝截面形状的异形喷丝孔的制备，提供普通钻孔技术无法实现的异形 孔成型能力和比电火花加工、激光加工更细缝的加工能力和更高的线宽控制精度，同时，通 过改变掩模版的设计，可W获得各种形状的超细微喷丝头结构。总之，本发明可实现超细异 型喷丝孔的一次加工成型，工艺简单、效率高、成本低，而且制备的喷丝头结构形式多样化、 精度高、均一性好，易于批量化加工。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明一典型实施方案中一种超细异形孔喷丝头的结构示意图；
[0030] 附图标记说明：1-出丝面层，2-毛细孔(异形喷丝孔）、3-喷丝头导孔层、4-导孔。
【具体实施方式】
[0031] 如前所述，鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得W提出 了本发明的技术方案，如下将予W详细解释说明。
[0032] 本发明的一个方面提供了一种超细异形喷丝孔的制造方法，其主要是通过UV- LIGA技术、电化学沉积技术，制备喷丝头导孔及高硬度支撑结构，再借助电化学沉积技术、 双面光刻技术和干法刻蚀技术等，实现与导孔对准的超细异形喷丝孔层的制备，进而实现 喷丝头导孔与异形喷丝孔的一体化制备。该制造方法工艺简单、可实现微细及超细旦异形 喷丝孔的一次成型、效率高、精度高，喷丝孔侧壁光滑，无需打磨，适用于制备微细/超细旦 异形孔喷丝头。
[0033] 在本发明的一典型实施方案中，一种超细异形喷丝孔的制造方法包括如下步骤：
[0034] (1)光刻版版图设计:设计喷丝头导孔的形状和排布版图，即第一次光刻版，设计 喷丝头毛细孔(即，喷丝孔)的形状和排布版图，即第二光刻版。
[0035] 其中，所述喷丝头导孔、喷丝头毛细孔的形状、排布可根据纺丝需要进行相应的光 刻掩模版微单元的形状、排布设计，根据版图设计，可得到不同密度、不同排布方式、不同截 面形状的喷丝孔及不同口径的喷丝头。例如，所述喷丝头导孔可W是圆形孔或异形孔，其可 W根据实际需要而选择。例如，所述喷丝头毛细孔为异形孔，可W为"Y"形、"工形"、"米形" 等多种形状，其可W根据实际需要而选择。
[0036] 优选的，所述第一光刻版与第二光刻版分别设计有对准标记，用W保证喷丝头导 孔图案与喷丝头毛细孔图案对准。
[0037] (2)喷丝头导孔光刻胶模具制备:在基片（例如玻璃基片）上瓣射金属薄层(如Ti、 化、化或Ni等材质），并作氧化处理，之后在经氧化处理的金属薄层上甩第一光刻胶，并依次 进行前烘、曝光、显影、后烘处理，实现光刻