CN112706485A - 一种功能性复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功能性复合材料制件及其制备方法，主要解决现有技术中存在的未激光活化区域内的激光直接成型剂成分资源浪费以及高分子制件易产生静电危害的问题。本发明通过采用一种功能性复合材料，包括功能性表层和功能性内层，其中，所述功能性表层包含高分子树脂和抗静电剂，所述功能性内层包含高分子树脂和激光直接成型剂的技术方案，较好地解决上述问题，可用于通讯、电子、汽车、医疗、航天等结构部件。

Description

一种功能性复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子复合材料及激光直接成型领域，涉及一种功能性复合材料及其制备方法。
背景技术
激光直接成型是将材料改性、注射成型、激光镭射与化学化镀工艺相结合的三维模塑互连器件生产技术(3D-MID)技术。激光直接成型材料是在基体树脂中引入激光直接成型剂得到改性的树脂材料，经成型制成制件后，采用激光镭射活化再化学化镀，形成导电路径。优势在于能够减少电子元器件数量且节约空间，提高生产灵活性；如果需要改变导电电路，仅需调整激光扫描运动轨迹便可实现，不需重新设计模具，具有线路设计更加自由、生产速度更敏捷、流程更简化、成本更可控等优点，广泛应用于手机天线、笔记本电脑、电子医疗、汽车仪表盘、航空航天等领域。
然而，当采用激光直接成型技术制造电子元器件时，伴随着往往是无需激光镭射活化与化学金属镀的型材区域，其内部复合的激光活性添加剂未发挥自身作用，而造成资源浪费，尤其是在激光直接成型剂高成本的情况下。另外，大部分电子元器件结构特殊，多为立体多面异型结构，采用传统的常规加工手段则难以实现。即使要通过模具设计来实现，则面临设计成本高、缺乏变通和灵活性等问题。中国专利CN 102825875A报道了采用挤出复合的方法制备包括外膜、多层阻隔膜和内膜的多层复合片材，适用于包装产品和复合软管。中国专利CN 107001687A公开了采用共挤出方法制备包括盖层和基体层的聚合物膜和片材，从而避免了基体层激光直接成型添加剂资源浪费，但未涉及复杂异型结构设计与制造。
同时，通常情况下，复合材料组分中引入无机/有机激光直接成型剂时，往往会导致基础材料强度和韧性等力学性质的下降。如何避免或减少基础材料改性前后力学性能指标的损失程度，是当前复合材料研制所亟待解决的问题。
另外，高分子材料制件往往表面电阻高，由于摩擦、灰尘积聚、表面电荷累积等而产生静电，引发静电放电，产生电火花，带来安全隐患。每年全世界因静电放电造成的破坏举不胜举。高分子材料抗静电的目的就是将材料表面产生的静电荷通过某种方式耗散掉。因此，开发具有静电耗散且使用性能优良的抗静电高分子复合材料，具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中存在的未激光活化的区域内激光直接成型剂成分无需发挥作用，当该组分大量存在时则造成资源浪费和成本增加，以及高分子制件极易产生静电危害的问题。本发明提供了一种功能性复合材料，该功能性复合材料结构形式多样，经激光活化处理和化学金属镀后，将极大发挥特定区域内激光直接成型剂功能，从而节约成本。同时，该功能性复合材料表层富含抗静电剂，有利于消散制件表面电阻，防止静电危害。
本发明所要解决的技术问题之二是提供了功能性复合材料的制备方法。该方法操作简便易行，易于实现规模化生产作业，满足特殊复杂结构目标的制造。
本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与解决技术问题之一和问题之二相适应的功能性复合材料的用途，例如但不限定在通讯、电子、医疗、汽车和航天领域中的应用。
为了解决上述技术问题之一，本发明提供了一种功能性复合材料，所述材料包括功能性表层和功能性内层，其中，所述功能性表层包含高分子树脂和抗静电剂，所述功能性内层包含高分子树脂和激光直接成型剂。
根据本发明的一些实施方式，所述功能性表层中，以功能性表层总重计，所述高分子树脂的质量含量为60-98％，优选为85-95％。
根据本发明的一些实施方式，所述功能性表层中，以功能性表层总重计，所述抗静电剂的质量含量为1-10％，优选为5-8％。
根据本发明的一些实施方式，所述功能性内层中，以功能性内层总重计，所述高分子树脂的质量含量为60-98％，优选为75-95％。
根据本发明的一些实施方式，所述功能性内层中，以功能性内层总重计，所述激光直接成型剂的质量含量为1-10％，优选为3-8％。
根据本发明的一些实施方式，所述功能性表层中，所述高分子树脂和抗静电剂的重量比为(60-98):(1-10)，优选为(85-95):(5-8)。
根据本发明的一些实施方式，所述功能性内层中，所述高分子树脂和激光直接成型剂的重量比为(60-98):(1-10)，优选为(75-95):(3-8)。
根据本发明的一些实施方式，所述激光直接成型剂选自氧化铜、磷酸铜、硫酸铜、碱式磷酸铜、亚铬酸铜和氧化锡锑中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述激光直接成型剂为碱式磷酸铜和氧化锡锑。
根据本发明的一些实施方式，所述碱式磷酸铜与氧化锡锑重量比为(1-10):1，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述碱式磷酸铜与氧化锡锑重量比为(1-8):1。
根据本发明的一些实施方式，所述碱式磷酸铜与氧化锡锑重量比为(3-6):1。
根据本发明的一些实施方式，所述的激光直接成型剂具有在电磁辐射、激光辐射的作用下形成金属晶种，所述的金属晶种在化学镀金属化工艺中实现金属镀层沉积，以在模制件表面上被辐照的部位产生印制导线或电路。
根据本发明的一些实施方式，所述高分子树脂选自热塑性树脂和热固性树脂的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述热塑性树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、丙烯腈/苯乙烯共聚物、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚砜和聚酰亚胺中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述热固性树脂选自液体环氧树脂和固态环氧树脂中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述固态环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂和酚醛环氧树脂中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述固态环氧树脂具有直径不大于10毫米的颗粒。
根据本发明的一些实施方式，所述液态环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂、三官能团环氧树脂和四官能团环氧树脂中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述抗静电剂选自单硬脂酸甘油酯、硬酯酰基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、铁粉、铝粉、铜粉、铅粉、银粉、碳黑、碳纤维、石墨、石墨烯、碳纳米管和氧化铝晶须中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述促进剂选自咪唑、改性咪唑中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述功能性表层的厚度为100μm-30mm。
根据本发明的一些实施方式，所述功能性内层的厚度为50μm-1mm。
根据本发明的一些实施方式，所述功能性表层的体积电阻率为109-1012欧姆·米。
根据本发明的一些实施方式，所述的功能性内层具有激光刻蚀活化形成传导轨迹且诱发金属镀层镀覆于所述传导轨迹上的能力。
根据本发明的一些实施方式，所述功能性复合材料的功能性表层和功能性内层中还添加有助剂。
根据本发明的一些实施方式，所述助剂选自增强剂、阻燃剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、表面活性剂、润滑剂、热稳定剂、着色剂、增塑剂、脱模剂、固化剂、增韧剂、固化剂和促进剂中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述增强剂选自滑石、云母、玻璃微片、玻璃微珠、玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、陶瓷纤维、棉纤维、聚芳酰胺纤维中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述阻燃剂优选自磷酸三苯酯、磷酸三异丙苯酯、磷酸三丁酯、磷酸三辛酯中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述抗氧剂优选自亚磷酸三(壬基苯基)酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述紫外线吸收剂优选自羟基苯并二唑、羟基苯并三嗪、羟基二苯甲酮、苯并恶嗪酮、纳米尺寸的二氧化钛、氧化锌中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述表面改性剂优选自γ-氯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三氯硅烷、丙烯基三氯硅烷、钛酸四正丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯、三异硬脂酰基钛酸异丙酯、三硬脂酸钛酸异丙酯、二异硬脂酰基钛酸乙酯、二硬脂酰基铝酸异丙酯中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述润滑剂优选自硬脂酸甲酯、聚乙二醇、聚丙二醇中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述热稳定剂优选自亚磷酸三苯酯、亚磷酸三-(2,6-二甲基苯基)酯、磷酸三甲酯、磷酸二甲基苯酯、苯并三唑中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述着色剂选自二氧化钛、硫化锌、硫酸钡、碳酸钙、酞菁绿、酞菁蓝、炭黑中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述增塑剂优选自邻苯二甲酸酯、三硬脂酸甘油酯、环氧化大豆油中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述脱模剂优选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸镁、硬脂酸硬酯酰基酯、四硬脂酸季戊四醇酯、石蜡、硅油、白油中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述增韧剂端羟基丁腈橡胶、端羧基丁腈橡胶、环氧树脂预聚物、丙烯酸酯类聚合物中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述固化剂选自双氰胺、改性双氰胺中的至少一种。
为解决上述技术问题之二，本发明提供了一种功能性复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤A：将高分子树脂、抗静电剂、助剂在熔融状态下进行混合和挤出，然后进行造粒，得到功能性表层；
步骤B：将高分子树脂、激光直接成型剂、助剂在熔融状态下进行混合和挤出，然后进行造粒，得到功能性内层；
步骤C：将A步骤所述的功能性表层和B步骤所述的功能性内层通过热压成型、双模注塑成型、多层流延成型或焊接成型，得到所述的功能性复合材料。
根据本发明的一些实施方式，步骤A中，所述高分子树脂、抗静电剂和助剂的重量比为(60-98):(1-10):(1-30)，优选为(85-95):(5-8):(2-15)。
根据本发明的一些实施方式，步骤B中，所述高分子树脂、激光直接成型剂和助剂的重量比为(60-98):(1-10):(1-30)，优选为(75-95):(3-8):(2-20)。
根据本发明的一些实施方式，所述激光直接成型剂选自氧化铜、磷酸铜、硫酸铜、碱式磷酸铜、亚铬酸铜和氧化锡锑中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述激光直接成型剂为碱式磷酸铜和氧化锡锑。
根据本发明的一些实施方式，所述碱式磷酸铜与氧化锡锑重量比为(1-10):1，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述碱式磷酸铜与氧化锡锑重量比为(1-8):1。
根据本发明的一些实施方式，所述碱式磷酸铜与氧化锡锑重量比为(3-6):1。
根据本发明的一些实施方式，所述助剂选自增强剂、阻燃剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、表面活性剂、润滑剂、热稳定剂、着色剂、增塑剂、脱模剂、固化剂、增韧剂、固化剂和促进剂中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述增强剂选自滑石、云母、玻璃微片、玻璃微珠、玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、陶瓷纤维、棉纤维、聚芳酰胺纤维中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述阻燃剂优选自磷酸三苯酯、磷酸三异丙苯酯、磷酸三丁酯、磷酸三辛酯中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述抗氧剂优选自亚磷酸三(壬基苯基)酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述紫外线吸收剂优选自羟基苯并二唑、羟基苯并三嗪、羟基二苯甲酮、苯并恶嗪酮、纳米尺寸的二氧化钛、氧化锌中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述表面改性剂优选自γ-氯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三氯硅烷、丙烯基三氯硅烷、钛酸四正丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯、三异硬脂酰基钛酸异丙酯、三硬脂酸钛酸异丙酯、二异硬脂酰基钛酸乙酯、二硬脂酰基铝酸异丙酯中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述润滑剂优选自硬脂酸甲酯、聚乙二醇、聚丙二醇中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述热稳定剂优选自亚磷酸三苯酯、亚磷酸三-(2,6-二甲基苯基)酯、磷酸三甲酯、磷酸二甲基苯酯、苯并三唑中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述着色剂选自二氧化钛、硫化锌、硫酸钡、碳酸钙、酞菁绿、酞菁蓝、炭黑中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述增塑剂优选自邻苯二甲酸酯、三硬脂酸甘油酯、环氧化大豆油中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述脱模剂优选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸镁、硬脂酸硬酯酰基酯、四硬脂酸季戊四醇酯、石蜡、硅油、白油中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述增韧剂端羟基丁腈橡胶、端羧基丁腈橡胶、环氧树脂预聚物、丙烯酸酯类聚合物中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述固化剂选自双氰胺、改性双氰胺中的至少一种。
为解决上述技术问题之二，本发明提供了一种功能性复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：将固态环氧树脂、液态环氧树脂、增韧剂和抗静电剂分散得到A1组分；将液态环氧树脂、固化剂和促进剂分散得到B1组分，在15-30℃下将A1组分和B1组分混合，得到功能性表层。
步骤S2：将固态环氧树脂、液态环氧树脂、增韧剂和激光直接成型剂分散得到A2组分；将液态环氧树脂、固化剂和促进剂分散得到B2组分，在15-30℃下将A2组分和B2组分混合，得到功能性内层。
步骤S3：将步骤S1所述的功能性表层与步骤S2所述的功能性内层经消泡和浇铸成型，得到所述的功能性复合材料。
根据本发明的一些实施方式，所述的A1组分和所述的A2组分是在搅拌速度200至1000转/分钟、温度50至80℃条件下制备的。
根据本发明的一些实施方式，所述的B1组分和所述的B2组分是在搅拌速度200至1000转/分钟、温度20至35℃条件下制备的。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中所述固态环氧树脂和液态环氧树脂之和与抗静电剂的重量比为(60-98):(1-10)，优选为(85-95):(5-8)。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中所述增韧剂、固化剂和促进剂之和与所述抗静电剂与的重量比为(1-30):(1-10)，优选为(2-15):(5-8)。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述固态环氧树脂和液态环氧树脂之和与所述激光成型剂的重量比为(60-98):(1-10)，优选为(75-95):(3-8)。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中，所述增韧剂、固化剂和促进剂之和与所述抗静电剂与的重量比为(1-30):(1-10)，优选为(2-15):(5-8)。
根据本发明的一些实施方式，所述激光直接成型剂选自氧化铜、磷酸铜、硫酸铜、碱式磷酸铜、亚铬酸铜和氧化锡锑中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述激光直接成型剂为碱式磷酸铜和氧化锡锑。
根据本发明的一些实施方式，所述碱式磷酸铜与氧化锡锑重量比为(1-10):1，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述碱式磷酸铜与氧化锡锑重量比为(1-8):1。
根据本发明的一些实施方式，所述碱式磷酸铜与氧化锡锑重量比为(3-6):1。
根据本发明的一些实施方式，所述的固态环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述的固态环氧树脂具有直径不大于10毫米的颗粒。
根据本发明的一些实施方式，所述的液态环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂、三官能团环氧树脂、四官能团环氧树脂中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述的增韧剂端羟基丁腈橡胶、端羧基丁腈橡胶、环氧树脂预聚物、丙烯酸酯类聚合物中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述的抗静电剂选自单硬脂酸甘油酯、硬酯酰基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、铁粉、铝粉、铜粉、铅粉、银粉、碳黑、碳纤维、石墨、石墨烯、碳纳米管、氧化铝晶须中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述的固化剂选自双氰胺、改性双氰胺中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述的促进剂选自咪唑、改性咪唑中的至少一种。
为解决上述技术问题之三，本发明采用的技术方案如下：一种功能性复合材料的用途。
上述技术方案中，所述的用途例如但不限定为在通讯、电子领域中的应用。
本专利发明方法首先通过多种熔融加工改性方法和中温快速固化方法，制备具有激光活化功能的功能内层材料和起抗静电作用的功能性表层材料，制造结构形式灵活变化的功能性复合材料。本发明人将激光直接成型技术广泛用于热塑性树脂和热固性树脂体系，丰富了基础材料种类，在特殊结构制件制造、激光直接成型原材料节约成本和发挥激光有效活化部位方面，取得了较好的技术效果。更具体地，功能性内层为激光直接成型功能层，提供功能性复合材料制件以电子/电路功能；功能性表层为结构功能层，提高功能性复合材料制件以优异的抗静电性能和力学性能。
附图说明
图1为实施例1中方法制造的功能性复合材料1的结构示意图。其中，101为功能性表层，102为功能性内层。
图2为实施例8中方法制造的功能性复合材料制件8的结构示意图，其中，101为功能性表层，102为功能性内层。
图3为实施例14中方法制造的功能性复合材料制件14的结构示意图，其中，14-A1B1为功能性表层，14-A2B2为功能性内层。
图4为实施例1中方法制备的功能性复合材料制件1中102功能性内层上的103激光刻蚀线路，方形外侧宽度12毫米，刻蚀线宽0.5毫米。
图5为实施例1中方法制备的功能性复合材料制件1中102功能性内层上的103激光刻蚀线路的微观显微形貌。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明的性能按以下方法测定：
熔融指数：按ISO 1133标准，采用Instron Ceast熔融指数仪测定，口模直径2.095mm、长度8mm，预热时间4min，料筒温度和载荷视材料而定。
激光活化表面形貌：采用ZEISS AXIO Imager M2m数字材料显微镜测定，放大倍率50至500倍。
体积电阻率测试：按IEC 61340-2-3标准采用日置SM7120高阻计测定。
镀覆指数：按ASTM B568标准，采用Fischer Scope X射线荧光镀层测厚仪测定试验样品和对比样品的镀层厚度，将二者之比定义为镀覆指数。
拉伸强度测试：按ISO527标准，拉伸速率50毫米/分钟。
冲击强度测试：按ISO179标准，摆锤仰角150度。
【实施例1】
1、功能性表层材料的制备：
将干燥处理的聚碳酸酯(300℃、1200克熔融指数19.8克/10分钟)93份、石墨(500目)5份、乙烯基三乙氧基硅烷0.05份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度280℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性表层材料101。
2、功能性内层材料的制备：
将干燥处理的ABS(220℃、10千克熔融指数30.0克/10分钟)92份、碱式磷酸铜3份、氧化锡锑3份、乙烯基三乙氧基硅烷0.03份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度220℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性内层材料102，其中碱式磷酸铜与氧化锡锑的质量比为1:1。
3、功能性复合材料制件的制备：
将干燥处理的功能性表层材料101和功能性内层材料102导入180°高速旋转台的Si-230IV RW双模注塑机(螺杆直径24毫米、长径比50)中，依次于280℃、220℃下注射成型，得到功能性复合材料制件1，见图1，同心圆形制件直径d1 100毫米，d2 25毫米，d3 26毫米，d4 6毫米，d5 5毫米，101厚度3.5毫米，102厚度0.85毫米。
【实施例2】
1、功能性表层材料的制备同实施例1。
2、功能性内层材料的制备：
将干燥处理的ABS(220℃、10千克熔融指数30.0克/10分钟)70份、聚碳酸酯(300℃、1200克熔融指数19.8克/10分钟)25份、亚铬酸铜3份、乙烯基三乙氧基硅烷0.03份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度260℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性内层材料202。
3、功能性复合材料制件的制备：
将干燥处理的功能性表层材料101和功能性内层材料202导入180°高速旋转台的Si-230IV RW双模注塑机(螺杆直径24毫米、长径比50)中，依次于280℃、260℃下注射成型，得到功能性复合材料制件2，结构形状同实施例1。
【实施例3】
1、功能性表层材料的制备：
将干燥处理的聚碳酸酯(300℃、1200克熔融指数19.8克/10分钟)90份、石墨(500目)8份、乙烯基三乙氧基硅烷0.08份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度280℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性表层材料301。
2、功能性内层材料的制备：
将干燥处理的聚酰胺6(250℃、2160克熔融指数9.3克/10分钟)75份、玻璃纤维粉(直径6微米、500目)15份、亚铬酸铜8份、乙烯基三乙氧基硅烷0.08份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度260℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性内层材料302。
3、功能性复合材料制件的制备：
将干燥处理的功能性表层材料301和功能性内层材料302导入180°高速旋转台的Si-230IV RW双模注塑机(螺杆直径24毫米、长径比50)中，依次于280℃、270℃下注射成型，得到功能性复合材料制件3，结构形状同实施例1。
【实施例4】
1、功能性表层材料的制备：
将干燥处理的聚碳酸酯(300℃、1200克熔融指数19.8克/10分钟)97.2份、石墨(500目)0.8份、乙烯基三乙氧基硅烷0.05份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度280℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性表层材料401。
2、功能性内层材料的制备同实施例1。
3、功能性复合材料制件的制备：
将干燥处理的功能性表层材料401和功能性内层材料102导入180°高速旋转台的Si-230IV RW双模注塑机(螺杆直径24毫米、长径比50)中，依次于280℃、220℃下注射成型，得到功能性复合材料制件4，结构同实施例1。
【实施例5】
1、功能性表层材料的制备同实施例1。
2、功能性内层材料的制备：
将干燥处理的ABS(220℃、10千克熔融指数30.0克/10分钟)92份、氧化锡锑6份、乙烯基三乙氧基硅烷0.03份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度220℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性内层材料502。
3、功能性复合材料制件的制备：
将干燥处理的功能性表层材料101和功能性内层材料502导入180°高速旋转台的Si-230IV RW双模注塑机(螺杆直径24毫米、长径比50)中，依次于280℃、220℃下注射成型，得到功能性复合材料制件5，结构同实施例1。
【实施例6】
1、功能性表层材料的制备同实施例1。
2、功能性内层材料的制备：
将干燥处理的ABS(220℃、10千克熔融指数30.0克/10分钟)92份、碱式磷酸铜2份、氧化锡锑4份、乙烯基三乙氧基硅烷0.03份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度220℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性内层材料602，其中碱式磷酸铜与氧化锡锑的质量比为0.5:1。
3、功能性复合材料制件的制备：
将干燥处理的功能性表层材料101和功能性内层材料602导入180°高速旋转台的Si-230IV RW双模注塑机(螺杆直径24毫米、长径比50)中，依次于280℃、220℃下注射成型，得到功能性复合材料制件6，结构同实施例1。
【实施例7】
1、功能性表层材料的制备同实施例1。
2、功能性内层材料的制备：
将干燥处理的ABS(220℃、10千克熔融指数30.0克/10分钟)92份、碱式磷酸铜5份、氧化锡锑1份、乙烯基三乙氧基硅烷0.03份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度220℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性内层材料702，其中碱式磷酸铜与氧化锡锑的质量比为5:1。
3、功能性复合材料制件的制备：
将干燥处理的功能性表层材料101和功能性内层材料702导入180°高速旋转台的Si-230IV RW双模注塑机(螺杆直径24毫米、长径比50)中，依次于280℃、220℃下注射成型，得到功能性复合材料制件7，结构同实施例1。
【实施例8】
1、功能性表层材料的制备同实施例1。
2、功能性内层材料的制备：
将干燥处理的ABS(220℃、10千克熔融指数30.0克/10分钟)92份、碱式磷酸铜5.33份、氧化锡锑0.67份、乙烯基三乙氧基硅烷0.03份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度220℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性内层材料702，其中碱式磷酸铜与氧化锡锑的质量比为8:1。
3、功能性复合材料制件的制备：
将干燥处理的功能性表层材料101和功能性内层材料702导入180°高速旋转台的Si-230IV RW双模注塑机(螺杆直径24毫米、长径比50)中，依次于280℃、220℃下注射成型，得到功能性复合材料制件8，结构同实施例1。
【实施例9】
将干燥处理的功能性表层材料101和功能性内层材料102导入LABTECH多层流延挤出系统(螺杆直径26毫米、长径比38)，分别于280℃、220℃下流延成型，得到功能性复合材料制件9，见图2，方形制件表层101厚度1.05毫米，内层102厚度0.45毫米。
【实施例10】
将干燥处理的功能性表层材料101和功能性内层材料202导入LABTECH多层流延挤出系统(螺杆直径26毫米、长径比38)，分别于280℃、260℃下流延成型，得到功能性复合材料制件10，结构形状同实施例9。
【实施例11】
将干燥处理的功能性表层材料301和功能性内层材料302导入LABTECH多层流延挤出系统(螺杆直径26毫米、长径比38)，分别于280℃、260℃下流延成型，得到功能性复合材料制件11，结构形状同实施例9。
【实施例12】
将干燥处理的功能性表层材料101和功能性内层材料102分别导入BOY 55M注塑机注塑成型，加工温度分别为280℃、220℃，模具温度60℃，得到功能性表层部分和功能性内层部分。然后采用LWD-120激光焊接系统将功能性表层部分和功能性内层部分焊接复合，输出功率120瓦，波长980纳米，连续脉冲，得到功能性复合材料制件12，结构同实施例9，制件表层101厚度3毫米，内层102厚度0.9毫米。
【实施例13】
将干燥处理的功能性表层材料101和功能性内层材料202分别导入BOY 55M注塑机注塑成型，加工温度分别为280℃、260℃，模具温度60℃，得到功能性表层部分和功能性内层部分。然后采用LWD-120激光焊接系统将功能性表层部分和功能性内层部分焊接复合，输出功率120瓦，波长980纳米，连续脉冲，得到功能性复合材料制件13，结构同实施例9。
【实施例14】
将干燥处理的功能性表层材料301和功能性内层材料302分别导入BOY 55M注塑机注塑成型，加工温度分别为280℃、260℃，模具温度60℃，得到功能性表层部分和功能性内层部分。然后采用LWD-120激光焊接系统将功能性表层部分和功能性内层部分焊接复合，输出功率120瓦，波长980纳米，连续脉冲，得到功能性复合材料制件14，结构形状同实施例9。
【实施例15】
功能性复合材料制件的制备：
(A)将固态双酚A型环氧树脂(粒径5毫米)50份、液态双酚A型环氧树脂10份、液体丁基橡胶5份和炭黑5份，于800转/分钟、温度60℃条件下搅拌分散均匀得到15-A1组分；将液态双酚A型环氧树脂30份、双氰胺3份、改性咪唑3份，于800转/分钟、温度30℃条件下搅拌分散均匀得到15-B1组分，在常温下将15-A1组分和15-B1组分混合均匀，得到功能性表层材料15-A1B1。
(B)将固态双酚A型环氧树脂25份、液态双酚A型环氧树脂10份和氧化锡锑5份，于800转/分钟、温度65℃条件下搅拌分散均匀得到15-A2组分；将液态双酚A型环氧树脂40份、双氰胺3份、改性咪唑3份，于800转/分钟、温度30℃条件下搅拌分散均匀得到15-B2组分，在常温下将15-A2组分和15-B2组分混合均匀，得到功能性内层材料15-A2B2。
(C)将功能性内层材料15-A2B2与功能性表层材料15-A1B1，经消泡后，依次浇铸于100℃下保温45分钟的模具中，继续恒温2.5小时，固化成型，得到所述的功能性复合材料制件15，见图3，其中，圆形制件直径d1 50毫米，d2 45毫米，d3 20毫米，d4 15毫米。
【实施例16】
激光活化：
采用HAIYI LASER光纤激光器对功能性复合材料制件1-15的功能性内层分别进行激光活化处理，激光输出功率20瓦，激光波长1064纳米，镭射速度3000毫米/秒，脉冲频率25千赫兹，得到激光刻蚀线路。图4为实施例1中方法制备的功能性复合材料制件1中102功能性内层上的103激光刻蚀线路，方形外侧宽度12毫米，刻蚀线宽0.5毫米。
【实施例17】
化学镀铜：
对激光活化处理后的功能性复合材料制件1-15表面进行压缩空气吹扫、超声波清洗，采用麦德美乐思化学镀工艺，对功能性复合材料制件1-15表面进行化学镀冲击铜、厚化铜，冲击时间0.5小时，厚化时间1.5小时。评价与测试结果见表1。
【对比例1】
1、功能性复合材料的制备：
将干燥处理的聚碳酸酯(300℃、1200克熔融指数19.8克/10分钟)65.1份、ABS(220℃、10千克熔融指数30.0克/10分钟)27.6份、石墨(500目)3.5份、碱式磷酸铜0.9份、氧化锡锑0.9份、乙烯基三乙氧基硅烷0.044份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度270℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性复合材料ci。
2、功能性复合材料制件的制备：
将干燥处理的功能性复合材料ci导入LABTECH流延挤出系统(螺杆直径26毫米、长径比38)，于270℃下流延成型，得到功能性复合材料制件c，方形制件厚度1.5毫米。
3、激光活化同实施例16。
4、化学镀铜同实施例17。
5、将方形制件裁制成标准样条，进行力学性能测试。
评价与测试结果见表2。
【对比例2】
1、功能性复合材料的制备：
将干燥处理的聚碳酸酯(300℃、1200克熔融指数19.8克/10分钟)72.6份、ABS(220℃、10千克熔融指数30.0克/10分钟)21份、石墨(500目)3.5份、亚铬酸铜0.9份、乙烯基三乙氧基硅烷0.044份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、白油1份，投入高混机中共混处理，混合时间1分钟。将混合好的物料导入LABTECH同向双螺杆挤出机(螺杆直径16毫米、长径比40)中，经熔融捏合(加工温度275℃、螺杆转速250转/分钟、喂料速度3千克/小时)、挤出、造粒得到功能性复合材料di。
2、功能性复合材料制件的制备：
将干燥处理的功能性复合材料di导入LABTECH流延挤出系统(螺杆直径26毫米、长径比38)，于278℃下流延成型，得到功能性复合材料制件d，方形制件厚度1.5毫米。
3、激光活化同实施例16。
4、化学镀铜同实施例17。
5、将方形制件裁制成标准样条，进行力学性能测试。
评价与测试结果见表2。
表1
来源 制件 体积电阻率/欧姆·米 上镀时间/分钟 镀覆指数
实施例1 1 1.1*10<sup>12</sup> 19 0.90
实施例2 2 1.1*10<sup>12</sup> 22 0.85
实施例3 3 9.1*10<sup>10</sup> 15 0.86
实施例4 4 9.0*10<sup>13</sup> / /
实施例5 5 1.1*10<sup>12</sup> 23 0.80
实施例6 6 1.1*10<sup>12</sup> 25 0.82
实施例7 7 1.1*10<sup>12</sup> 15 0.93
实施例8 8 1.2*10<sup>12</sup> 18 0.91
实施例15 15 8.4*10<sup>12</sup> / /
通过与实施例4对比，实施例1功能性复合材料制件的功能性表层的体积电阻率更低，抗静电效果显著；其他实施例中制件也展现出优异的抗静电作用。通过与实施例5对比，实施例1功能性复合材料制件的功能性内层的上镀时间更短，上镀快速，镀覆指数高。其他实施例中制件也展现出优异的激光活化与化学镀能力。通过图5可以看出，功能性内层经过激光活化刻蚀处理后，激光刻蚀线路清晰，表面出现凹凸不平形貌，有利于后续化学镀铜层的沉积，提高结构件功能层与镀铜层之间的粘结作用。
通过与实施例6相比，实施例1的化学上镀时间缩短，镀覆指数明显提升，显示出本专利发明中碱式磷酸铜与氧化锡锑的重量比例适宜范围的优势。
表2
Figure BDA0002246445000000191
通过与对比例1和2对比，实施例9和10功能性复合材料制件的功能性表层的体积电阻率更低，抗静电效果显著；且相比于基础材料的拉伸强度保持率高达95％以上，冲击强度保持率高达90％以上，而对比例中力学强度保持率明显下降，从而突出说明本专利发明的优势。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不对本发明构成任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性的词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可以扩展至其它所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种功能性复合材料，包括功能性表层和功能性内层，其中，所述功能性表层包含高分子树脂和抗静电剂，所述功能性内层包含高分子树脂和激光直接成型剂。
2.根据权利要求1所述的功能性复合材料，其特征在于，所述功能性表层中，以功能性表层总重计，所述高分子树脂的质量含量为60-98％，优选为85-95％，所述抗静电剂的质量含量为1-10％，优选为5-8％；
和/或所述功能性内层的中，以功能性内层总重计，所述高分子树脂的质量含量为60-98％，优选为75-95％，所述激光直接成型剂的质量含量为1-10％，优选为3-8％。
3.根据权利要求1或2所述的功能性复合材料，其特征在于，所述功能性表层中，所述高分子树脂和抗静电剂的重量比为(60-98):(1-10)，优选为(85-95):(5-8)；
和/或所述功能性内层中，所述高分子树脂和激光直接成型剂的重量比为(60-98):(1-10)，优选为(75-95):(3-8)。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的功能性复合材料，所述激光直接成型剂选自氧化铜、磷酸铜、硫酸铜、碱式磷酸铜、亚铬酸铜和氧化锡锑中的一种或多种，优选为碱式磷酸铜和氧化锡锑，更优选地，所述碱式磷酸铜与氧化锡锑重量比为(1-10):1，进一步优选为(1-8):1，最优选(3-6):1。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的功能性复合材料，其特征在于，所述高分子树脂选自热塑性树脂和热固性树脂的一种或多种，
优选地，所述热塑性树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、丙烯腈/苯乙烯共聚物、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚砜和聚酰亚胺中的一种或多种，
所述热固性树脂选自液体环氧树脂和固态环氧树脂中的一种或多种，更优选地，所述固态环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂和酚醛环氧树脂中的一种或多种，所述液态环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂、三官能团环氧树脂和四官能团环氧树脂中的一种或多种；
和/或所述抗静电剂选自单硬脂酸甘油酯、硬酯酰基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、铁粉、铝粉、铜粉、铅粉、银粉、碳黑、碳纤维、石墨、石墨烯、碳纳米管和氧化铝晶须中的一种或多种。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的功能性复合材料，其特征在于，所述功能性表层的厚度为100μm-30mm；和/或所述功能性内层的厚度为50μm-1mm；和/或所述功能性表层的体积电阻率为109-1012欧姆·米。
7.一种功能性复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：将高分子树脂、抗静电剂、助剂在熔融状态下进行混合和挤出，然后进行造粒，得到功能性表层；
步骤B：将高分子树脂、激光直接成型剂、助剂在熔融状态下进行混合和挤出，然后进行造粒，得到功能性内层；
步骤C：将A步骤所述的功能性表层和B步骤所述的功能性内层通过热压成型、双模注塑成型、多层流延成型或焊接成型，得到所述的功能性复合材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述助剂选自增强剂、阻燃剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、表面改性剂、润滑剂、热稳定剂、着色剂、增塑剂、脱模剂、固化剂、增韧剂、固化剂和促进剂中的一种或多种；
和/或步骤A中，所述高分子树脂、抗静电剂和助剂的重量比为(60-98):(1-10):(1-30)，优选为(85-95):(5-8):(2-15)；
和/或步骤B中，所述高分子树脂、激光直接成型剂和助剂的重量比为(60-98):(1-10):(1-30)，优选为(75-95):(3-8):(2-20)。
9.一种功能性复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：将固态环氧树脂、液态环氧树脂、增韧剂和抗静电剂分散得到A1组分；将液态环氧树脂、固化剂和促进剂分散得到B1组分，在15-30℃下将A1组分和B1组分混合，得到功能性表层；
步骤S2：将固态环氧树脂、液态环氧树脂、增韧剂和激光直接成型剂分散得到A2组分；将液态环氧树脂、固化剂和促进剂分散得到B2组分，在15-30℃下将A2组分和B2组分混合，得到功能性内层；
步骤S3：将步骤S1所述的功能性表层与步骤S2所述的功能性内层经消泡和浇铸成型，得到所述的功能性复合材料。
10.根据权利要求1-6中任意一项所述的功能性复合材料或权利要求7-9中任意一项所述的方法制备的功能性复合材料在通讯、电子、医疗、汽车和航天领域的应用。
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