柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料及其制造方法，其原料组成包括：高分子基材、激光活化剂、无机粗化剂、分散剂、表面改性剂、抗氧剂、粉末粘附剂、增白颜料；将原料于混合机中混合，经双螺杆挤出机挤出造粒及注塑成型后，用激光选择性进行三维镭雕，形成凹坑和/或空穴结构的金属化粗糙表面，再将塑胶制剂浸渍于强酸或强碱中对表面进一步粗化处理后实施化学镀，从而形成具有三维立体电路结构的射频电子部件复合材料。该复合材料耐高温、高湿，镀层结合牢固，柔韧可弯折，从而可按设计要求在特定区域内形成三维立体结构天线及用于智能可穿戴的柔性部件复合材料。同时本发明专利技术制造工艺条件易控，易于工业化推广实施。

Composite material with selective three-dimensional conductive layer on flexible polymer substrate and manufacturing method thereof

The invention discloses a composite material for the realization of a selective three-dimensional conductive layer on a flexible polymer base material and its manufacturing method. The material comprises a polymer base material, a laser activator, an inorganic coarsening agent, a dispersant, a surface modifier, an antioxidant, a powder adhesion agent, and a whitening pigment, and the raw material is mixed in a mixer. After extruding the granulation and injection molding of a twin screw extruder, a three-dimensional radium carving is selected by laser to form a rough surface with a concave pit and / or hole structure. Then the plastic preparation is impregnated in strong acid or strong alkali, and then the surface is further coarsened by electroless plating, from which a three-dimensional three-dimensional circuit structure is formed. Frequency electronic components composite. The composite material is resistant to high temperature, high humidity, the coating is strong, flexible and flexiable, which can form three-dimensional structure antenna and intelligent wearable flexible component composite in specific area. Meanwhile, the manufacturing process conditions of the invention are easy to control and easy to industrialize and implement.

【技术实现步骤摘要】
柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料及其制造方法
本专利技术涉及一种具有三维导电层的柔性高分子复合材料及其制造方法，具体涉及的是一种在绝缘性高分子基材上实现耐温、耐湿、镀层结合牢固的柔韧可弯曲三维导电层的复合材料及其制造方法。该复合材料可按设计要求在特定区域内形成三维立体结构导电线路，用于天线及智能可穿戴的柔性部件。背景技求随着电子设备的高集成化、超小型化和传输高速化的快速发展，促成了微波通信、微波器件和微波网络向超小、超轻和超薄方向迅猛发展。其中，电子器件小型化中的一个重大进展，便是对三维模塑互连（3D-MID）技术的运用，其可使器件的电气性能及机械性能实现高度集成。实现这种新技术的工艺被称为激光直接线路成型工艺(Laserdirectstructuring，LDS)。在20世纪90年代，美国RICE大学的M.Schumann和R.Sauerbrey教授便报道了波长为248nm的KrF激光器均匀地照射聚酰亚胺（PI）和聚苯并咪噻（PBI）可以使其由绝缘体变为导体（Appl.Phys.Lett.l991,58(5),428-430；J.Appl.Phys.1993,73(6)，3001-3006）。后来有人将醋酸钯溶于二甲基甲酰胺中，然后将其涂覆于塑料表面，再用准分子激光器以波长248nm进行活化，可以使电路结构区域金属化，但却很难获得结合力牢固的沉淀金属电路（Galvanotechnin,1990年,81卷,第l0期）。美国专利US5599592A报道了将Sb2O3与热塑性树脂复合后再用红外激光活化，能产生便于化学镀的金属核，但其金属层与塑料基材间的结合力较弱，且Sb2O3又是致癌化合物，难规模化生产。US2004/0241422A和US7060421还分别报道了将含铜、镍、钴、铁等的ABO2型或AB2O4型的尖晶石结构无机物与热塑性树脂复合后制成型材，然后再用紫外激光（波长为248nm或308nm）或红外激光（波长l,064nm或10,600nm）进行活化，还原出单质的金属晶核，并通过化学镀在塑料基体上形成金属层，但该法要求设备与操作工艺十分严挌，工艺控制难度大。公开号CN1234960A的中国专利公开一种适于LDS技术的复合物，是将二乙酸钯与芳基二酮有机配体在二甲基甲酰胺中配位生成的有机钯配合物溶液，再渗入到热解硅酸盐组成的载体颗粒，然后再与聚合物混合经造粒、注塑成型，最后在激光照射下使有机钯配合物裂解释放出钯金属核，再用化学镀使型材表面金属化成电路结构。该方法虽然可以使金属电路与基板有较强的结合力，但昂贵的二乙酸钯则导致了此技术的成本较高。公开号CN101859613A的中国专利公开了一种改性草酸二酮配合物与热塑性树脂及添加剂组成的复合物，但其重点涉及的是LDS工艺的改进。公开号CN101747650A的中国专利还提供了一种塑料组合物，其主要成份是塑料基材、催化剂与铜铁矿型结构的复合氧化物，可用于促进化学镀。最近，王萌等报道了用Nd/YAG激光器发射的1064nm波长的激光对聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）材料的表面进行三维立体照射，从而可实现选择性化学镀（天津大学学报2011,44(ll),1019-1023；中国激光，2010，37(12)；3155-3161)。但上述专利及文献公开的技术方案中都涉及严格的工艺控制条件，且对制造设备要求较高，因而不利于推广生产。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料及其制造方法。该复合材料为一种在绝缘性高分子基材上实现的三维立体导电层，其耐高温、高湿，镀层结合牢固，柔韧可弯折，对于制成的三维立体结构导电线路具有选择性，同时该复合材料制造工艺条件易控，对设备要求不高，易于工业化推广实施。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料，原料按重量配比的组成包括：高分子基材51.5-81份激光活化剂5-10份无机粗化剂10-30份分散剂0.2-1.2份表面改性剂0.3-1.6份抗氧剂0.5-1.0份粉末粘附剂0.5-1.0份色粉0-10份所述的高分子基材为介电常数ε=1.9–2.5、介电损耗正切tgδ=1-3×l0-3的绝缘性高分子材料，呈粉状或粒状。进一步，所述的高分子基材选自共聚聚丙烯（PPR），均聚聚丙烯（PPH），聚四氟乙烯（PTFE），热塑性弹性体（TPE，TPU等），聚氨酯热塑性弹性体，高密度聚乙烯（HDPE），中密度聚乙烯（MDPE），线性低密度聚乙烯（LLDPE），超高密度聚乙烯（SHDPE），玻纤增强聚丙烯（GFR-PP），乙烯-丙烯酸乙酯共聚物（EVA）或乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）中的一种。更进一步，所述的高分子基材优选共聚聚丙烯（PPR）、均聚聚丙烯（PPH）。所述的激光活化剂为以下的一种或任意两种的混合物：尖晶石结构的亚铬酸铜（CuCr2O4），钙钛矿结构的钛酸铜（CuTiO3），磷酸铜（Cu3(PO4)2），酸式磷酸氢铜（CuHPO4），碱式磷酸铜（CuPO4OH），二氧化锡（SnO2）等。进一步，所述的激光活化剂优选亚铬酸铜（CuCr2O4）或碱式磷酸铜（CuPO4OH）粉体，粒径为200nm-2µm。所述的无机粗化剂选自轻质碳酸钙（轻钙），重质碳酸钙（重钙），磷酸氢钙（CaHPO4），磷酸钙（Ca3(PO4)2），硫酸钙（CaSO4），白碳黑（SiO2），高岭土，滑石粉中的一种或任意两种的混合物，为粒径1.5µm-20µm的粉体。进一步，所述的无机粗化剂优选轻质碳酸钙或重质碳酸钙，或者是二者以任意比例的混合物。所述的分散剂选自果胶，聚丙烯酰胺，硫酸镁，全氟辛酸或甲基纤维素中的一种。所述的表面改性剂为烷氧基型的钛酸酯偶联剂，具体选自南京曙光化工，型号NDZ-101，NDZ-l02，NDZ-201，TC-l0l，TC-114中的一种。进一步，所述的表面改性剂优选钛酸酯偶联剂NDZ-101。所述的抗氧剂选自抗氧剂1010与抗氧剂168的组合。所述的粉末粘附剂可选择硅油或液体石蜡，优选液体石蜡。所述的色粉可选择硫酸钙，滑石粉，金红石型钛白粉等。进一步，所述的色粉优选金红石型钛白粉，如美国杜邦902钛白粉。所述柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料的制造方法是：将原料于混合机中混合，经双螺杆挤出机挤出造粒及注塑成型后，在三维镭雕设备上，按事先输入的CAD三维结构的电路图，用激光选择性进行三维镭雕，被高能激光镭雕过的表面，原料分解形成的包括有金属元素在内的凹坑和/或空穴结构的金属化粗糙表面，这些分解形成的金属Cu2+，在化学镀工艺中通过自催化效应实现沉铜和厚铜，形成具有三维立体电路结构的射频电子部件复合材料，其具体工艺步骤如下：（1）将原料于混合机中进行混合，再经双螺杆挤出机挤出造粒，得到塑料颗粒料；挤出工艺条件如下：螺杆转速控制在200-500r/min，优选200r/min，各段操作温度分别为：一区180℃-190℃，二区200℃-210℃，三区200℃-210℃，四区200℃-210℃，五区200℃-210℃，六区200℃-210℃，七区180℃-190℃，机头温度200-210℃；（2）将本文档来自技高网...

【技术保护点】
柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料，其特征在于：原料按重量配比的组成包括：高分子基材       51.5‑81份激光活化剂       5‑10份无机粗化剂       10‑30份分散剂           0.2‑1.2份表面改性剂       0.3‑1.6份抗氧剂           0.5‑1.0份粉末粘附剂       0.5‑1.0份色粉             0‑10份。

【技术特征摘要】
1.柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料，其特征在于：原料按重量配比的组成包括：高分子基材51.5-81份激光活化剂5-10份无机粗化剂10-30份分散剂0.2-1.2份表面改性剂0.3-1.6份抗氧剂0.5-1.0份粉末粘附剂0.5-1.0份色粉0-10份。2.根据权利要求1所述的柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料，其特征在于：所述的高分子基材为介电常数ε=1.9–2.5、介电损耗正切tgδ=1-3×l0-3的绝缘性高分子材料，呈粉状或粒状；所述的高分子基材选自共聚聚丙烯，均聚聚丙烯，聚四氟乙烯，热塑性弹性体，聚氨酯热塑性弹性体，高密度聚乙烯，中密度聚乙烯，线性低密度聚乙烯，超高密度聚乙烯，玻纤增强聚丙烯，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物或乙烯-四氟乙烯共聚物中的一种。3.根据权利要求1所述的柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料，其特征在于：所述的激光活化剂为以下的一种或任意两种的混合物：尖晶石结构的亚铬酸铜，钙钛矿结构的钛酸铜，磷酸铜，酸式磷酸氢铜，碱式磷酸铜，二氧化锡。4.根据权利要求1或3所述的柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料，其特征在于：所述的激光活化剂为亚铬酸铜或碱式磷酸铜粉体，粒径为200nm-2µm。5.根据权利要求1所述的柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料，其特征在于：所述的无机粗化剂选自轻质碳酸钙，重质碳酸钙，磷酸氢钙，磷酸钙，硫酸钙，白碳黑，高岭土，滑石粉中的一种或任意两种的混合物，为粒径1.5µm-20µm的粉体。6.根据权利要求1所述的柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料，其特征在于：所述的分散剂选自果胶，聚丙烯酰胺，硫酸镁，全氟辛酸或甲基纤维素中的一种。7.根据权利要求1所述的柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料，其特征在于：所述的表面改性剂为烷氧基型的钛酸酯偶联剂，具体选自南京曙光化工，型号NDZ-101，NDZ-l02，NDZ-201，TC-l0l，TC-114中的一种。8.根据权利要求1所述的柔性高分子基材上实现选择性三维导电层的复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂选自抗氧剂1010与抗氧剂168的组合；所述的粉末粘附剂选择硅油或液体石蜡；所述的增白颜料选择硫酸钙，滑石粉，金...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹艳肖，兰修才，林云，唐勇，苏子凌，
申请(专利权)人：中蓝晨光化工研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51