CN102664313B - 一种带有柔性膜的壳结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带有柔性膜的壳结构，该壳结构包括壳体，还包括附于壳体表面的柔性膜，柔性膜包括与壳体表面接触的膜本体，以及，阵列排布在膜本体与壳体表面接触的表面上的多个导电材料制备的人造微结构，本发明还提供了该壳结构的制备方法。本发明的壳结构通过其表面的基于人造微结构柔性膜使得该壳结构对其所在装置不仅具有保护、装饰和标识的作用，还可以对穿过该柔性膜电磁波进行调制，能够达到选择性透波或吸波的效果，改变使用该壳体的装置对电磁波的响应。
Description
技术领域
本发明属于塑料材料领域，具体涉及一种塑料壳结构，及该塑料壳结构的制备方法。
背景技术
随着塑料材料工业的兴起，因其塑料在制造方面强大的可塑性，并且容易加工，并且具有一定的强度、耐酸等优点，能够满足多种环境的需求，使得越来越多的零件、物品使用塑料材料制造。但是，塑料制造的零件、物品在成型后因其表面的外观问题通常需要进行喷漆等后续加工，人们开发出了一种新的塑料零件、物品的制备工艺，即IMD技术。IMD是目前国际风行的表面装饰技术，表面硬化透明薄膜，背面注塑层，可使产品耐摩擦，防止表面被刮花，并可长期保持颜色的鲜明不易退色。
塑料零件、物品在应用IMD技术制造时使用的柔性膜上通常会带有一定图案，而这些图案多是起到装饰的作用，更为通常的是用那些图案或者文字做成公司的LOGO或者商标的样子，可以对零件、物品起到标识的作用。而利用该柔性膜去赋予塑料零件、物品具有更多的功能的技术还未见披露过。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种带有基于人造微结构柔性膜的壳结构，通过在壳结构上附上基于人造微结构柔性膜来实现壳结构不仅对其所在装置产生保护和装饰作用，而且还具有对电磁波调制的作用，为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种带有柔性膜的壳结构，包括壳体，还包括附于所述壳体表面的柔性膜，所述柔性膜包括与所述壳体所述表面接触的膜本体，以及，阵列排布在所述膜本体与所述壳体所述表面接触的表面上的多个导电材料制备的人造微结构。
进一步地，所述壳体具有作为外表面的第一表面，以及，作为内表面的第二表面，所述柔性膜附于所述壳体所述第一表面。
进一步地，所述膜本体为PE、PC、PET和PMMA中的一种或几种制成的。
进一步地，所述膜本体所述表面上阵列的虚拟的划分为多个相等的方格，每个所述人造微结构占据一个所述虚拟划分的方格。
进一步地，所述膜本体所述表面上所述虚拟划分的方格内的所述人造微结构的大小呈规律变化。
进一步地，所述膜本体所述表面上所述虚拟划分的方格内的所述人造微结构从所述膜本体一侧向另一侧依次增大或减小，或者从所述膜本体两侧向两侧对应的中心依次增大或减小。
进一步地，所述人造微结构包括一十字形结构和四个分别连接于所述十字形结构的四个端部的三角环形结构。
进一步地，所述十字形结构包括两相互正交的金属线，所述十字形结构的四个端部由所述两金属线相互分隔形成，所述三角环形结构的一个角连接于所述十字形结构的相应端部，所述三角环形结构上对应连接所述十字形结构的一角的金属线具有一开口，两平行金属线垂直地连接于每个三角环形结构的开口的两端且位于所述三角环形结构的内部。
进一步地，所述多个人造微结构至少包括形状不同的第一人造微结构和第二人造微结构。
本发明还提供一种带有柔性膜的壳结构的制备方法，包括以下步骤：
制备基于人造微结构的柔性膜；
将所述柔性膜置于模具型腔中，所述柔性膜人造微结构侧朝向熔融塑料充入方向，所述模具的型腔与所述壳结构的形状、尺寸对应；
合模并将熔融塑料充入所述型腔内，所述塑料充满所述型腔形成所述壳体，所述柔性膜与所述柔性膜相对的型腔形状相同的附于所述壳体表面；
开模得到所述壳结构。
本发明的壳结构通过其表面的基于人造微结构柔性膜使得该壳结构对其所在装置不仅具有保护、装饰和标识的作用，还可以对穿过该柔性膜电磁波进行调制，能够达到选择性透波或吸波的效果，改变使用该壳体的装置对电磁波的响应。
附图说明
图1是本发明壳结构的结构示意图；
图2是图1所示的壳结构另一方向的结构示意图；
图3是本发明壳结构上的柔性膜实施方式1的结构示意图；
图4是本发明壳结构上的柔性膜实施方式2的结构示意图；
图5是本发明壳结构上的柔性膜实施方式3的结构示意图；
图6是图5实施方式中人造微结构的结构示意图；
图7是附有图5所示柔性膜的壳结构的S参数曲线示意图；
图8是本发明壳结构的制备流程图；
图9是本发明壳结构上的柔性膜制备方式1的流程图；
图10是本发明壳结构上的柔性膜制备方式2的流程图；
图11是本发明壳结构上的柔性膜制备方式3的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做一步说明。
本发明的人造微结构是由导电材料制备的，该导电材料至少包括金属和导电油墨，其中，金属可以是铜、银、金等，可以根据导电性的需求来进行选择。
参见图1和图2所示为本发明壳结构的结构示意图，该壳结构包括壳体1和柔性膜2，该壳体1具有第一表面11和第二表面12，在本实施例中，第一表面11为壳体1的外表面，第二表面12为壳体1的内表面；柔性膜2附于壳体1的第一表面11，柔性膜2包括膜本体21和人造微结构22，膜本体21的一表面与壳体1的第一表面11相接触，人造微结构22阵列排布在膜本体21与壳体1接触的表面上，人造微结构22处于膜本体21与壳体1之间，人造微结构22以边框为虚线、中间为剖面线的形式表现出，表明该人造微结构22处在膜本体21下。
关于壳体的制备材料可以是PC、PET、PE、PP、PVC、ABS以及尼龙树脂、聚乙烯类树脂、聚氯乙烯类树脂、聚丙烯类树脂、聚酰亚胺类树脂、醇酸树脂、维尼纶树脂的一种或者几种，根据壳结构需要的性能以及成型条件来确定。膜本体可以是PE、PC、PET和PMMA中的一种或几种制成的，还可以根据需要在膜本体制备的原料里加入一些颜料，使膜本体具有一定的颜色。
参见图3所示为本发明壳结构中柔性膜实施方式1的结构示意图，该柔性膜2包括膜本体21和多个人造微结构22。人造微结构22有多个，排布在膜本体21的一表面上，在膜本体21的该表面上阵列的虚拟的划分为多个相等的方格211，人造微结构22对应的排布在上述方格211内，多个人造微结构22具有相同的形状，但其大小不同，以图中左右方向为行、上下方向为列，每一行的人造微结构22的尺寸相等，每一列上的人造微结构22从上到下尺寸依次变小，呈现出规律变化；在膜本体21上排布人造微结构22时，也可以在每一列上尺寸从上到下依次增大，也可以是每一列的人造微结构22的尺寸相等，在每一行上从左到右尺寸依次变大或者变小，当然也可以是每个人造微结构22的形状、尺寸均相等。
在膜本体上排布人造微结构时，人造微结构的排布可以是无序的，其尺寸可以根据需要设置；也可以虚拟的划分出每行或每列大小不相同的方格，而让每行或每列的人造微结构间的距离相等。
参见图4为本发明壳结构上柔性膜实施方式2的结构示意图，该柔性膜2同样的包括了膜本体21和多个人造微结构22，同样在膜本体21上虚拟的划分出大小相等的方格211，人造微结构22在膜本体21上呈对称分布，对称中心线为所有虚拟划分的方格211整体在上下方向上的中心线，人造微结构22的尺寸从上下向对称中心线依次减小，在对称中心线上下对应的人造微结构22旋转180°重合。人造微结构22的形状可以是相等的，只是尺寸向对称中心线依次减小或者增大，当然也可以是在左右方向上对称并且向对称中心线尺寸依次增大或者减小；还可以是中心位置的人造微结构尺寸最大、向其四周依次减小或者中心位置的人造微结构尺寸最小、向其四周依次增大。
在膜本体上排布的若干人造微结构不仅仅限于尺寸的差异，也可以是形状区别，在膜本体上阵列分布形状、尺寸不同的第一人造微结构、第二人造微结构、第三人造微结构等等。关于人造微结构的材料可以选用银、铜等，其厚度要保证人造微结构能够随柔性膜弯曲。人造微结构是具有拓扑形状的平面或立体结构，可以是图中所示的开口环形状，也可以是闭合环形状，也可以是“工”字形、“十”字形、雪花形等，也可以是开口环、闭口环、“工”字形、“十”字形、雪花形等形状的组合构成的人造微结构；也可以是细金属线围成的开口或者闭口的各种形状。
参见图5、图6，图5所示为本发明柔性膜实施方式3的结构示意图，该柔性膜2包括膜本体21和多个人造微结构22，在膜本体21上虚拟的划分出大小相等的方格211，人造微结构22对应的排布在方格211内，每个人造微结构22的形状、尺寸均相同。图6所示为柔性膜2人造微结构22的结构示意图，每个人造微结构22包括一十字形结构221和四个分别连接于十字形结构221的四个端部的三角环形结构222。十字形结构221包括两相互正交的金属线；十字形结构221的四个端部是由两金属线相互分隔形成的。每个三角环形结构222的一个角连接于十字形结构221的相应端部；每个三角环形结构222上对应连接十字形结构221的一角的金属线具有一开口；两平行金属线垂直地连接于每个三角环形结构222的开口的两端且位于三角环形结构222的内部，并平行于相应十字形结构221的两金属线之一、与另一金属线垂直。本文中所说的金属线优选的是呈具有一定宽度、扁平的线形状，金属线的截面类似于长宽比较大的矩形。
为了使得电磁波穿过柔性膜时反射小、透射多也即损耗小，可以在电脑仿真软件如CST上根据需要响应的电磁波的波长来不断调节人造微结构的几何尺寸，并分别测量排布有各种人造微结构柔性膜的壳结构对电磁波的反射和透射，选出对电磁波反射小、透射多的人造微结构即可。本实施方式中，在人造微结构的几何形状确定的情况下，可通过不断调节其金属线的宽度及长短尺寸来仿真测量具有各种几何尺寸的人造微结构，选出可让某一频段的电磁波透过、过滤掉另一频段的电磁波的人造微结构，并利用该人造微结构来获取柔性膜，进而得到壳结构。
图7所示为图5所示的柔性膜随电磁波频率变化的S参数曲线示意图，即电磁波透射柔性膜时的S参数(透射系数取对数)和反射的S参数(反射系数取对数)随电磁波频率变化的曲线，图中实线代表电磁波透射、虚线代表电磁波反射。由该种具体尺寸的人造微结构20制成的超材料可让频率为5-6GHz的电磁波透射，S值接近0dB，且在此频段内，S曲线相当平稳，变化很小，同时其反射也较小；而在2-3GHz时，电磁波透射最小，大约为-10dB以下，也即柔性膜会过滤掉2-3GHz的电磁波。可见，本发明的柔性膜具有选择性透波且透波率高、透波频带宽的性能。
本发明的柔性膜的选择性透波是通过改变膜本体上排布的人造微结构使一特定频段电磁波透过，而过滤掉另一特定频段的电磁波。
图8所示为本发明壳结构的制备流程图，该流程包括：101、制备柔性膜；102、将柔性膜置于模具型腔；103、合模并将熔融塑料充入型腔内形成壳体，柔性膜附于壳体表面；104、开模得到壳结构。步骤101中制备的柔性膜是附有人造微结构的柔性膜，该人造微结构是由导电材料制备的，膜本体的厚度为01～2mm之间，也可以根据需要进一步做厚或者做薄；102步骤中，柔性膜置于模具型腔中，附有人造微结构的一侧朝向熔融塑料充入的方向，也就是说没有附有人造微结构的一侧贴于模具型腔，为了使柔性膜能够紧贴模具型腔，可以在需要贴附的型腔表面设置多了微气孔，通过微气孔抽气产生的吸附力使柔性膜与所述型腔表面紧贴；103步骤中，合模并注入的熔融塑料充满型腔形成壳体，柔性膜则与型腔相同的附于壳体表面，也即与所需要的壳体表面形状相同。
参见图9所示为本发明柔性膜的制备方法实施方式1的流程图，该流程包括步骤：S1、制备膜本体；S2、在膜本体上附着导电材料层，根据人造微结构去除多余的导电材料，余下阵列排布的人造微结构，得到柔性膜。对于膜本体的制备可以采用挤出、吹塑、流延等方式，在现有技术中已有多种方案实现，膜本体的厚度为0.1～2mm，根据需要选择膜本体的厚度，进而使用相应的制备膜本体的方式。导电材料可以使用金属或者导电油墨等，在膜本体上附着导电材料的方式有多种，例如电镀、沉积或者真空镀等，去除导电材料的方式可以是蚀刻或者退镀，附着导电材料和去除导电材料的方式可以根据具体附着的导电材料选择相应的方法；使用金属作为导电材料时，可以选择电镀和退镀的方式得到人造微结构，使用导电油墨作为导电材料时，可以选择印刷和蚀刻的方式得到人造微结构。
参见图10所示为本发明柔性膜的制备方法实施方式2的流程图，该制备流程中首先仍是通过步骤S1制备膜本体，步骤S2包括：S21、在膜本体上附着保护层，该保护层上具有与人造微结构形状相同的镂孔；S22、在保护层上附着导电材料层，其中，该导电材料层对应镂孔的部分直接附着在膜本体上；S23、去除保护层和保护层上的导电材料层，余下的直接附着在该膜本体上的导电材料层部分即形成人造微结构，进而的到柔性膜。该实施方式中，步骤S21中保护层可以使用光刻胶或光刻薄膜等，当光刻胶为液体时，把将要附着人造微结构的区域遮蔽起来，液态光刻胶通过流动后铺满未被遮蔽的区域，固化后形成保护层，保护层在前述被遮蔽的位置上具有与人造微结构形状相同的镂孔，移开遮蔽物。也可以直接才用光刻薄膜，并在薄膜上刻出于人造微结构形状相同的镂孔，并将薄膜覆在基板上形成保护层。步骤S22采用可以采用电镀、沉积或者真空镀的方式实现，该方式可以方便的去除在膜本体上附着的人造微结构以外的的导电材料。
参见图11所示为本发明柔性膜的制备方法实施方式3的流程图，该制备流程中首先仍是通过步骤S1制备膜本体，步骤S2采用类似打印的方式，将金属粉直接逐点打印到膜本体上组合成一定的几何图案，通过预设打印轨迹，可以实现金属粉所组成的几何图案共同构成人造微结构。其中的金属粉也可以使用导电油墨代替，以实现导电油墨作为原材料制备人造微结构。
上面结合附图对本发明的实施方式进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种带有柔性膜的壳结构，包括壳体，其特征在于，还包括附于所述壳体表面的柔性膜，所述柔性膜包括与所述壳体所述表面接触的膜本体，以及，阵列排布在所述膜本体与所述壳体所述表面接触的表面上的多个导电材料制备的人造微结构，所述人造微结构包括一十字形结构和四个分别连接于所述十字形结构的四个端部的三角环形结构；
其中，所述十字形结构包括两相互正交的金属线，所述十字形结构的四个端部由所述两金属线相互分隔形成，所述三角环形结构的一个角连接于所述十字形结构的相应端部，所述三角环形结构上对应连接所述十字形结构的一角的金属线具有一开口，两平行金属线垂直地连接于每个三角环形结构的开口的两端且位于所述三角环形结构的内部。
2.根据权利要求1所述的壳结构，其特征在于，所述壳体具有作为外表面的第一表面，以及，作为内表面的第二表面，所述柔性膜附于所述壳体所述第一表面。
3.根据权利要求1或2所述的壳结构，其特征在于，所述膜本体为PE、PC、PET和PMMA中的一种或几种制成的。
4.根据权利要求3所述的壳结构，其特征在于，所述膜本体所述表面上阵列的虚拟的划分为多个相等的方格，每个所述人造微结构占据一个所述虚拟划分的方格。
5.根据权利要求4所述的壳结构，其特征在于，所述膜本体所述表面上所述虚拟划分的方格内的所述人造微结构的大小呈规律变化。
6.根据权利要求5所述的壳结构，其特征在于，所述膜本体所述表面上所述虚拟划分的方格内的所述人造微结构从所述膜本体一侧向另一侧依次增大或减小，或者从所述膜本体两侧向两侧对应的中心依次增大或减小。
7.根据权利要求1所述的壳结构，其特征在于，所述多个人造微结构至少包括形状不同的第一人造微结构和第二人造微结构。
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