CN101108546A - 柔性材料及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性材料及其制备方法和用途，将柔性基材先进行离子镀或磁控溅射镀金属，然后进行真空蒸镀金属，制得的柔性材料产品附着力好，电阻值在0.03Ω－10³Ω之间，对于透气性织物可以保证其垂直导电；或者将柔性基材先进行离子镀或磁控溅射镀金属，然后进行电镀铜，电镀铜后再进行真空蒸镀金属，制得的柔性导电织物电阻在0.005Ω－0.03Ω之间，附着力好，耐蚀性优，材料屏蔽效能大于70dB。该柔性材料可用于印制线路板的基材、屏蔽服装或各种包装材料。

Description

柔性材料及其制备方法和用途

技术领域：

本发明涉及一种柔性材料；同时涉及该柔性材料的制备方法；另外还涉及该柔性材料的用途。

背景技术：

磁控溅射镀具有附着力好，镀层种类和可镀材质范围广，无污染，对透气性柔性基材可以实现垂直方向导电的优点。离子镀具有附着力强，镀层不易脱落；绕射性好，镀层厚度均匀；镀层致密，针孔气泡少；可镀材质广，用料省，无污染等优点。但仅靠磁控溅射镀和离子镀工艺生产的产品效率较低，设备复杂，成本较高。真空蒸镀相对于磁控溅射镀和离子镀具有效率高，成本低的特点，但直接真空蒸镀的产品，具有附着力差，镀种少，对于透气性柔性基材不能实现垂直方向的导电性，所以单单采用真空蒸镀镀层或离子镀和磁控溅射镀均很难满足产品发展的需要。

电镀工艺具有镀层厚，镀种多的特点，目前电镀铜镍镀层广泛用于电子元件的屏蔽材料和印制电路用基材，其中电镀镍层主要用作铜层防护层，用于保护铜层不被氧化。但由于电镀镍废液的处理较为繁琐，而且镍是重金属，给环境带来重大的隐患，对人身体有害，并且镍和镍盐近几年价格一直居高不下，所以采用电镀镍作为铜层保护层成本较高，而且不利于环保。

发明内容：

本发明旨在克服现有技术的不足，目的之一提供一种可以在所有柔性基材上形成镀层，产品的屏蔽效能增强，质软，附着力好的具有功能镀层的柔性材料；目的之二是提供生产效率高，成本低，减少污染的该柔性材料的制备方法；目的之三是提供该柔性材料的用途。

本发明的目的之一可通过如下技术措施来实现：

柔性基材外连有离子镀或磁控溅射镀金属镀层，在该金属镀层外连有真空蒸镀金属功能性镀层；或者柔性基材外连有离子镀或磁控溅射镀金属镀层，在该金属镀层外连有电镀铜镀层，铜镀层外连有真空蒸镀金属功能性镀层。

本发明的目的之一还可通过如下技术措施来实现：

所述的金属镀层是指铝、镍、镁、铜、镍、铁、钴、锌、锡、银、金、钛、铋，硅、砷或不锈钢，或含该金属的化合物或它们的组合物构成的镀层；所述的金属镀层厚度为0.005μm-0.5μm；所述的金属功能性镀层选自铝、银、锡、锌金属镀层；所述的金属功能性镀层厚度为0.05μm-1μm；所述的电镀铜镀层厚度为1-5μm。

本发明的目的之二可通过如下技术措施之一来实现：

将柔性基材先进行离子镀或磁控溅射镀金属，然后进行真空蒸镀金属；或者将柔性基材先进行离子镀或磁控溅射镀金属，然后进行电镀铜，电镀铜后再进行真空蒸镀金属。

本发明的目的之二还可通过如下技术措施来实现：

所述的柔性基材选自柔性织物或柔性薄膜；所述的柔性织物选自涤纶，腈纶，尼龙，海绵或网纱；所述的柔性薄膜选自聚酯、聚丙烯、聚乙稀、聚丁烯、烯烃共聚物、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚奈二酸乙二酯、CPP、PE或PA，且厚度为12-250μm的单层或多层薄膜。

本发明的目的之三可通过如下技术措施来实现：

该柔性材料在印制电路板的基材、电子器件用电磁波屏蔽材料、屏蔽服装或各种包装材料的应用。

本发明可采用如下步骤进行：

a.将柔性基材至少一个表面进行等离子体处理，控制表面达因值为55-75；

b.将处理后的表面通过离子镀或磁控溅射镀产生金属层0.005μm-0.5μm，此金属化通过在处理的基材表面磁控溅射镀薄层金属或离子镀金属层来完成，此过程既可以在薄膜的单面进行，也可以在薄膜的双面进行；

c.在该金属层上真空蒸镀铝、银、锡、锌等金属功能性镀层0.05μm~1μm，阻值在0.03Ω-10¹Ω/sq之间。

本发明还可采用如下步骤进行：

a.将柔性基材至少一个表面进行等离子体处理，控制表面达因值为55-75；

b.将处理后的表面通过离子镀或磁控溅射产生金属层0.005μm-0.5μm；此金属化通过在处理的薄膜表面磁控溅射镀铜或离子镀铜来完成，此过程既可以在薄膜的单面进行，也可以在薄膜的双面进行；

c.在形成的金属层上通过电镀厚铜形成电镀铜层，厚度为1-5μm；

d.在铜层上真空蒸镀铝、银、锡、锌等金属功能性镀层0.05μm~1μm，最终产品阻值在0.005Ω-0.03Ω/sq之间。

如上所述，本发明提供了一种柔性带状材料功能镀层的制备方法，将磁控溅射、离子镀和真空蒸镀工艺相结合；或者将磁控溅射、离子镀和电镀铜与真空蒸镀相结合，在柔性基材上形成功能性镀层。

制备工艺之一：

首先将30-1000m长，12-250μm厚的织物或者聚合物薄膜至少一个表面进行等离子体前处理，控制其表面达因值为55-75。

在经过等离子体处理的织物或者聚合物薄膜表面磁控溅射镀或者离子镀均匀一致的薄层金属，该金属可以是金、银、白金、锌、铜、钴、镍或不锈钢等，此金属层厚度一般为0.005μm-0.5μm。

然后在薄层金属上进行真空蒸镀，蒸镀金属功能性镀层，可以是铝、银、锡或锌等金属镀层，镀层厚度0.05μm-1μm。

此种工艺产品附着力好，电阻值在0.03Ω-10³Ω/sq之间，对于柔性基材中涤纶、腈纶、尼龙等透气性织物可以保证其垂直导电，利用此工艺生产效率高，成本低，质软，产品可以应用在屏蔽服装上。

制备工艺之二：

首先将30-1000m长，12-250μm厚的织物或者聚合物薄膜至少一个表面进行等离子体前处理，使其表面达因值大于55。

在经过等离子体处理的织物或者聚合物薄膜表面磁控溅射镀或者离子镀均匀一致的薄层金属，该可以是金、银、白金、锌、铜、钴、镍或不锈钢等，此金属层厚度一般为0.005μm-0.5μm。

然后在薄层金属上进行电镀铜，镀层厚度1-5μm，再在镀层上真空蒸镀锡、锌、银或铝等金属镀层，镀层厚度0.05μm-1.0μm，电阻范围：0.005-0.03Ω/sq，电镀铜与真空蒸镀相结合生产的产品耐蚀性优，屏蔽效能大于70dB，真空蒸镀锡层可以代替电镀镍层起到保护铜层的作用，此种工艺生产的产品以柔性织物为基材可以替代电子屏蔽材料中的电镀铜镍产品；以可塑性薄膜为底材，产品可以用于印制线路板的基材。除此之外，此种工艺还具有提高生产效率，降低生产成本，减少污染的效果。

所述的真空磁控溅射镀工艺条件：其中射频磁控溅射方法是非常可取的，真空度为100Pa或者更少，比较可取的大约为10^-3-1Pa，连续卷绕式镀速为0.4-8.0m/min。

所述的离子镀工艺条件：气体分压为10^-1-10Pa，电流：3-300A，电压：500-3000v。

所述的真空蒸镀工艺条件：电压2-3KV、电流60-200mA，真空度为10^-3-10^-1Pa。

所述的金属电镀铜工艺条件：焦磷酸铜：40-100g/L；焦磷酸钾：260-420g/L；柠檬酸铵：10-40g/L；氨水：2-3ml/L；pH值：8.2-8.8；温度：20-50℃；电流密度：0.5-10A/dm²；阴极移动速度：1-20m/h，采用空气搅拌，正常的过滤，电压6V或者更少。

真空蒸镀锡，工艺成熟，生产效率高，并且锡的价格低，耐蚀性好，对人体几乎没有毒，而且真空蒸镀锡生产效率明显高于电镀镍的生产效率，可以发现在柔性基材上将电镀铜和真空蒸镀锡相结和生产的产品效率高，耐蚀性好，属于环保型产品，此种工艺成本低，效率高，可以大大减少对环境的污染，以柔性织物为基材采用电镀铜和真空蒸镀锡相结合所镀产品可以取代现代普遍采用的电镀铜镍导电织物，用于电子产品的屏蔽材料；以可塑性薄膜为底材采用电镀铜和真空蒸镀金属相结合所镀产品可以用于印制电路用基材。因此，采用离子镀或磁控溅射镀与真空蒸镀相结合，或采用离子镀或磁控溅射镀、电镀铜与真空蒸镀相结合的工艺具有单一工艺所无法比拟的优点。

本发明可以在所有柔性基材上形成镀层，制备方法可按如下两种方式：

1.先将柔性基材进行离子镀或磁控溅射镀金属后，再真空蒸镀铝、银、锡、锌等金属功能性镀层的一种或几种，利用离子镀或磁控溅射镀与真空蒸镀相结合的工艺，所镀镀层附着力强，导电性好(产品电阻值在0.03Ω-10³Ω/sq之间)，柔韧性好，生产效率高，可以满足柔性透气性产品垂直方向的导电性，增强了产品的屏蔽效能，生产的产品质软可应用于制作各种屏蔽服装；由于采用此工艺生产的产品的附着力好，以塑料薄膜为基材，生产的产品可应用在各种包装材料上。

2.先将柔性基材进行离子镀或磁控溅射镀金属后，再进行电镀铜，然后真空蒸镀金属铝、银、锡、锌等功能镀层的一种或几种，此制备方法生产的产品，电阻在0.005Ω-0.03Ω/sq之间，耐蚀性能优良，屏蔽效能大于70dB，真空蒸镀锡层可以代替电镀镍层起到保护铜层的作用，此种工艺生产的产品以柔性织物为基材可以取代电子屏蔽材料中的电镀铜镍产品；以可塑性薄膜为底材，产品可应用于印制线路板的基材。除此之外，此种工艺还具有提高生产效率，降低生产成本，减少污染的积极效果。

具体实施方式：

为了更清楚地理解本发明，将以实例解释如下，但范围并不仅限于此。

实施例1：

在长200米、宽1080mm、厚度为60微米的涤纶表面用等离子体进行表面前处理，表面达因值为55，然后在处理后的表面进行离子镀镍，镍镀层厚度为0.005μm。

在离子镀镍层上真空蒸镀铝功能性镀层，这样就生产出柔韧性屏蔽织物，可以用于屏蔽服装。此时材料的表面电阻为1000Ω/sq；铝功能性镀层厚度为0.08μm。

实施例2：

在长400米、宽1080mm、厚度为70微米的涤纶表面用等离子体进行表面前处理，表面达因值为63，然后进行离子镀镍，氩气压力：4.3×10^-1Pa，空心阴极等离子电子束功率为5.1KW、基片直流电压为2KV的镍膜材上进行的；镍镀层厚度为0.5μm。

在真空磁控溅射镀层上真空蒸镀铝功能性镀层，这样就生产出柔韧性屏蔽织物，可以用于屏蔽服装。此时材料的表面电阻为0.03Ω/sq；铝功能性镀层厚度为1.0μm。

实施例3：

在长400米、宽1080mm、厚度为70微米的涤纶表面用等离子体进行表面前处理，表面达因值为75，然后进行真空磁控溅射镀镍，镍镀层厚度为0.05μm。

在磁控溅射镀镍层上真空蒸镀镀铝功能性镀层，可以用于屏蔽服装。此时材料的表面电阻为10Ω/sq；铝功能性镀层厚度为0.3μm。

实施例4：

在长200米、宽1030mm、厚度为80微米的涤纶表面用等离子体进行表面前处理，表面达因值为55，然后在处理后的表面进行真空磁控溅射镀镍，镍镀层厚度为0.1μm。

在真空磁控溅射镀镍层上单面电镀金属铜层5μm，在铜层上真空蒸镀铝功能性镀层，此时金属层导电性好，而且耐蚀性优，镀层对人体没有损害。此时材料的表面电阻为0.005Ω/sq；铝功能性镀层厚度为0.5μm。

实施例5：

在长400米、宽1080mm、厚度为70微米的涤纶表面用等离子体进行表面前处理，表面达因值为63，然后进行离子镀镍，氩气压力：4.3×10^-1Pa，空心阴极等离子电子束功率为5.1KW、基片直流电压为2KV的镍膜材上进行的；镍镀层厚度为0.07μm。

在真空磁控溅射镀层上双面电镀金属铜层1.5μm，在铜层上真空蒸镀铝功能性镀层，此时材料的表面电阻为0.02Ω/sq；铝功能性镀层厚度为0.5μm。

实施例6：

在长400米、宽1080mm、厚度为70微米的涤纶表面用等离子体进行表面前处理，表面达因值为75，然后进行真空磁控溅射镀镍，镍镀层厚度为0.09μm。

在真空磁控溅射镀层上双面电镀金属铜层3μm，在铜层上真空蒸镀铝功能性镀层，此时材料的表面电阻为0.009Ω/sq；铝功能性镀层厚度为0.5μm。

实施例7：

分别用腈纶，尼龙，海绵，网纱，聚酯、聚丙烯、聚乙稀、聚丁烯、烯烃共聚物、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚奈二酸乙二酯、CPP、PE或PA厚度为12-250μm的单层或多层薄膜替代涤纶，其他分别同实施例1-6。

实施例8：

在离子镀或磁控溅射镀步骤中，分别用铝、镁、铜、铬、铁、钴、锌、锡、银、金、钛、铋，硅、砷或不锈钢，或含该金属的化合物或它们的组合物替代镍，其他分别同实施例1-7。

实施例9：

在真空蒸镀步骤中，分别用银、锡、锌替代铝，其他分别同实施例1-8。

实施例10：

在长200米、宽1080mm、厚度为60微米的涤纶表面用等离子体进行表面前处理，表面达因值为55，然后在处理后的表面进行真空磁控溅射镀铜，真空度为2.5×10²Pa，涤纶移动速度1.5m/min，电流为5A，电压：400V。

在真空磁控溅射镀铜层上真空蒸镀铝功能性镀层，这样就生产出柔韧性屏蔽织物，可以用于屏蔽服装。此时材料的表面电阻为10Ω/sq。

真空蒸镀铝条件：电压2.5KV，电流100mA，真空度6.6×10^-2Pa，蒸发镀速度5×10^-2μm/s。

实施例11：

在长400米、宽1080mm、厚度为70微米的柔性涤纶表面用等离子体进行前处理，表面达因值为58，然后进行等离子镀铜，氩气压力：4.3×10^-1Pa，空心阴极等离子电子束功率为5.1KW、基片直流电压为2KV的铜膜材上进行的。

真空蒸镀铝条件：在等离子镀铜层上真空蒸镀铝功能性镀层，电压2.2KV，电流70mA，真空度6.6×10^-2Pa，蒸发镀速度5×10^-2μm/s。此时材料的表面电阻为100Ω/sq。

实施例12：

在长500米、宽1030mm、厚度为75微米的聚酯薄膜用等离子体进行表面前处理，表面达因值为65，然后在处理后的表面进行真空磁控溅射镀铜，真空度为2.5×10^-2Pa，涤纶移动速度1.5m/min，电流7A，电压500V。

在真空磁控溅射镀铜层上真空蒸镀铝功能性镀层，这样就生产出柔韧性导电薄膜。此时材料的表面电阻为0.5Ω/sq。

真空蒸镀铝条件：电压2.7KV，电流150mA，真空度6.6×10^-2Pa，蒸发镀速度8×10^-2μm/s。

实施例13：

在长200米、宽1030mm、厚度为50微米的聚酰亚胺薄膜表面用等离子体进行前处理，表面达因值为67，然后进行等离子镀铜，氩气压力：4.3×10^-1Pa，空心阴极等离子电子束功率为5.5KW、基片直流电压为2.5KV的铜膜材上进行的。

在等离子镀铜层上真空蒸镀铝层两遍，这样就生产出柔韧性导电薄膜。此时材料的表面电阻为0.05Ω/sq。

真空蒸镀铝条件：电压2.8KV，电流190mA，真空度6.6×10^-2Pa，蒸发镀速度9×10^-2μm/s。

实施例14：

在长200米、宽1030mm、厚度为50微米的聚奈二酸乙二酯膜单面用等离子体进行前处理，表面达因值为68，然后进行真空磁控溅射镀铜，真空度为2.1×10^-2Pa，聚奈二酸乙二酯膜移动速度1.2m/min，电流6A，电压550V。

在真空磁控溅射镀层上单面电镀金属铜层3.5μm，这样就生产出金属化聚奈二酸乙二酯膜。

碱性焦磷酸盐电镀铜条件如下：镀液含有焦磷酸铜：50g/L；焦磷酸钾：300g/L；柠檬酸铵：20g/L；氨水：3ml/L；pH值：8.3；温度：45℃；电流密度：1.0A/dm²；阴极移动速度：3.5m/h，采用空气搅拌，正常的过滤，电压3.5V。

在铜层上真空蒸镀锡功能性镀层，此时金属层导电性好，表面电阻为0.008Ω/sq，耐蚀性优，镀层对人体没有损害。

真空蒸镀锡：电压2.6KV，电流120mA，真空度1×10^-2Pa，蒸发镀速度8×10²μm/s。

实施例15：

在长200米、宽1080mm、厚度为100微米的涤纶织物双面用等离子体进行前处理，表面达因值为59，然后进行真空磁控溅射镀铜，真空度为2.1×10²Pa，涤纶织物移动速度1.3m/min，电流6.5A，电压600V。

在真空磁控溅射镀层上双面电镀金属铜层1.5μm，这样就生产出金属化涤纶织物。

碱性焦磷酸盐电镀铜条件如下：镀液含有焦磷酸铜：50g/L；焦磷酸钾：300g/L；柠檬酸铵：20g/L；氨水：3ml/L；pH值：8.3；温度：45℃；电流密度：1.0A/dm²；阴极移动速度：5.0m/h，采用空气搅拌，正常的过滤，电压4V。

在铜层上真空蒸镀锡功能性镀层，此时金属层导电性好，表面电阻为0.03Ω/sq，耐蚀性优，可以取代电镀铜镍屏蔽织物。

真空蒸镀锡：电压2.6KV，电流120mA，真空度1×10^-2Pa，蒸发镀速度8×10^-2μm/s。

虽然业已多个优选的实验方案描述了本发明，但本领域内的技术人员将会很容易的知道，在不偏离本发明精神的前提下可以做出各种修改、替换和改变。因此本发明范围不受以上描述范围的限制，还包括它们的等效内容在内。

Claims (10)

1.柔性材料，其特征在于柔性基材外连有离子镀或磁控溅射镀金属镀层，在该金属镀层外连有真空蒸镀金属功能性镀层或电镀铜镀层，铜镀层外连有真空蒸镀金属功能性镀层。

2.根据权利要求1所述的柔性材料，其特征在于所述的金属镀层是指铝、镍、镁、铜、镍、铁、钴、锌、锡、银、金、钛、铋，硅、砷或不锈钢，或含该金属的化合物或它们的组合物构成的镀层。

3.根据权利要求1所述的柔性材料，其特征在于所述的金属镀层厚度为0.005μm～0.5μm。

4.根据权利要求1所述的柔性材料，其特征在于所述的金属功能性镀层选自铝、银、锡、锌金属镀层。

5.根据权利要求1所述的柔性材料，其特征在于所述的金属功能性镀层厚度为0.05μm～1μm；所述的电镀铜镀层厚度为1～5μm。

6.柔性材料的制备方法，其特征在于将柔性基材先进行离子镀或磁控溅射镀金属，然后进行真空蒸镀金属或进行电镀铜，电镀铜后再进行真空蒸镀金属。

7.根据权利要求6所述的柔性材料的制备方法，其特征在于所述的柔性基材选自柔性织物或柔性薄膜。

8.根据权利要求6所述的柔性材料的制备方法，其特征在于所述的柔性织物选自涤纶，腈纶，尼龙，海绵或网纱。

9.根据权利要求6所述的柔性材料的制备方法，其特征在于所述的柔性薄膜选自聚酯、聚丙烯、聚乙稀、聚丁烯、烯烃共聚物、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚奈二酸乙二酯、CPP、PE或PA，且厚度为12～250μm的单层或多层薄膜。

10.权利要求1所述的柔性材料在印制电路板的基材、电子器件用电磁波屏蔽材料、屏蔽服装或各种包装材料的应用。