CN102963069A - 一种复合板、超材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合板的制备方法，包括以下步骤：S1、在聚苯乙烯基板上和/或下表面依次覆上热熔胶、金属箔形成预压复合板；S2、将预压复合板放入热辊压机中，热压形成复合板，其中，所述热辊压机设置有多组辊轮，其中每组辊轮的辊压温度按第一组辊轮到最后一组辊轮逐渐递减，且第一组辊轮的辊压温度为121℃~250℃、最后一组辊轮的辊压温度为30℃~80℃。使用设置有多组辊轮的热辊压机热压的方式在聚苯乙烯基板上覆金属箔，每组辊轮的辊压温度由前到后逐渐递减，这样不会因为降温过快而导致金属箔起皱，从而获得表面平整的超材料复合板。
Description
【技术领域】
本发明涉及人工电磁材料领域，尤其涉及一种复合板、复合板的制备方法、超材料的制备方法及超材料。
【背景技术】
超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构的有序设计，可以突破某些表面自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料的性质和功能由制作超材料的基体材料和人工设计的金属微结构一起实现。
目前的超材料主要是通过在热固性玻璃纤维增强高分子树脂基覆铜板上制作金属线实现。主要介质基板材料为线路板行业所使用的绝缘材料：FR4、PTFE、聚酰亚胺等。使用FR4、聚酰亚胺为基材，其介电损耗较大，影响超材料性能。而使用PTFE基板，其成本非常高，导致超材料总成本大幅上升，限制了超材料的规模化应用。聚烯烃一类的热塑性高分子树脂材料介电损耗低，接近PTFE。但由于大部分的聚烯烃材料极性较小，表面粘结性较差。目前使用电镀的方式对聚烯烃类基材进行覆铜，但电镀方式的成本高，废水废液多，具有较高的污染，而且其与铜的结合力较差，无法满足加工要求。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是，克服现有的电镀覆铜成本高、污染严重的问题，提供一种使用设置有多组辊压机构的热辊压机对聚苯乙烯基板表面覆金属箔的加工方法，不仅可以获得表面平整的超材料复合板，还可以简化流程、提高生产效率。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：提供一种复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1、在聚苯乙烯基板上和/或下表面依次覆上热熔胶、金属箔形成预压复合板；
S2、将预压复合板放入热辊压机中，热压形成复合板，其中，所述热辊压机设置有多组辊压机构，其中每组辊压机构的辊压温度按第一组辊压机构到最后一组辊压机构逐渐递减，且第一组辊压机构的辊压温度为121℃~250℃、最后一组辊压机构的辊压温度为30℃~80℃。
进一步地，所述辊压机构为辊轮。
进一步地，所述第一组辊压机构的辊压温度为160℃~220℃。
进一步地，所述第一组辊压机构的辊压温度为180℃~200℃。
进一步地，所述最后一组辊压机构的辊压温度为30℃~70℃。
进一步地，所述最后一组辊压机构的辊压温度为40℃~60℃。
进一步地，所述热辊压机设置有2~5组辊压机构。
进一步地，每组辊压机构之间的距离为10~100cm。
进一步地，所述每组辊压机构的辊压压力为2~30kg/cm2。
进一步地，所述每组辊压机构的辊压速度为2~30m/min。。
进一步地，所述热熔胶为TPU热熔胶、PU热熔胶、PO热熔胶或EVA热熔胶。
进一步地，所述金属箔为铜箔、银箔或铝箔。
进一步地，所述金属箔的厚度为0.005~0.15毫米。
本发明的上述制备方法具有以下有益效果：聚苯乙烯的介电损耗小且成本低，有利于获得损耗小及成本低的复合板及超材料；使用设置有多组辊压机构（例如辊轮）的热辊压机热压的方式在聚苯乙烯基板上覆金属箔(例如铜箔)的制备方法，并且每组辊压机构的辊压温度由前到后逐渐递减，这样不会因为降温过快而导致金属箔起皱，从而获得表面平整的超材料复合板，并且该加工方法不需要分步辊压，简化了生产工艺、提高了生产效率、降低了成本，贴覆的金属箔的剥离强度满足了超材料的加工要求，因此该超材料复合板可以广泛应用在超材料加工领域。当然，由该制备方法得到的复合板还可以应用到其它领域，例如传统的覆铜板领域。另外，由于该制备方法的热压温度较高，通过热辊和金属箔之间的巨大温差可以使热熔胶的融化速度加快，辊压速度大幅提高，生产效率提高。
另外本发明还提供了一种复合板，所述复合板由上述的制备方法所制备。
另外本发明还提供了一种超材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、根据上述的制备方法制备复合板；
S2、在复合板的金属箔上加工出预定几何图案的人造微结构。
进一步地，所述人造微结构的加工方式为蚀刻、电镀、光刻、钻刻或离子刻。
本发明还提供了一种超材料，所述超材料由上述的制备方法所制备。
本发明的超材料具备如下有益效果：聚苯乙烯的介电损耗小且成本低，有利于获得损耗小及成本低的超材料；贴覆的金属箔剥离强度满足了超材料的加工要求，因此超材料可以在通信领域广泛应用。
【附图说明】
图1本发明的复合板的加工流程图；
图2是依据本发明一实施例的能够实现透波功能超材料的结构示意图；
图3是依据本发明一实施例的能够实现吸波功能的超材料的人造微结构图案排布；
图4是依据本发明一实施例的能够实现极化转换的超材料的人造微结构图案排布；
图5是依据本发明一实施例的能够实现波束调制的超材料的人造微结构图案排布。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种复合板的制备方法，包括以下步骤，如图1所示。
S1、在聚苯乙烯基板上和/或下表面依次覆上热熔胶、金属箔形成预压复合板；热熔胶优选为TPU热熔胶、PU热熔胶、PO热熔胶或EVA热熔胶。所述金属箔为铜箔、银箔或铝箔，当然也可是其它可用的金属箔。优选地，所述金属箔的厚度为0.005~0.15毫米。
S2、将预压复合板放入热辊压机中，热压形成复合板，其中，所述热辊压机设置有多组辊压机构，其中每组辊压机构的辊压温度按第一组辊压机构到最后一组辊压机构逐渐递减，且第一组辊压机构的辊压温度为121℃~250℃、最后一组辊压机构的辊压温度为30℃~80℃。另外，步骤S2中的每组辊压机构的辊压压力可为2~30kg/cm2。步骤S2中的每组辊压机构的辊压速度可为2~30m/min。上述辊压机构优选为辊轮。
聚苯乙烯的介电损耗小且成本低，有利于获得损耗小及成本低的复合板及超材料；使用设置有多组辊轮的热辊压机热压的方式在聚苯乙烯基板上覆金属箔(例如铜箔)的制备方法，并且每组辊轮的辊压温度由前到后逐渐递减，这样不会因为降温过快而导致金属箔起皱，从而获得表面平整的超材料复合板，并且该加工方法不需要分步辊压简化了生产工艺、提高了生产效率、降低了成本，贴覆的金属箔的剥离强度满足了超材料的加工要求，因此该超材料复合板可以广泛应用在超材料加工领域。另外，由于该制备方法的热压温度较高，通过热辊和金属箔之间的巨大温差可以使热熔胶的融化速度加快，辊压速度大幅提高，生产效率提高。
以下通过多个实施例来描述本发明的复合板的制备方法。
实施例一
S1、在聚苯乙烯基板上和/或下表面依次覆上EVA热熔胶、厚度为0.02毫米的铜箔形成预压复合板；
S2、将预压复合板放入设置有两组辊轮的热辊压机中热压形成超材料复合板。
其中每组辊轮之间的距离设置为10cm，第一组辊轮的辊压温度为121℃、辊压压力为4kg/cm2、辊压速度为1.1m/min，第二组辊轮的辊压温度为30℃、辊压压力为5kg/cm2、辊压速度为1.1m/min，两组辊轮的辊压温度由前到后逐渐递减，这样不会因为降温过快而导致铜箔起皱，从而获得表面平整的超材料复合板，并且简化了生产流程，提高了生产效率。
采用剥离强度测试仪(IPC-TM-650)测试实施例一得到的复合板，剥离强度为1.1Kgf/cm。
实施例二
S1、在聚苯乙烯基板上和/或下表面依次覆上EVA热熔胶、厚度为0.075毫米的铜箔形成预压复合板；
S2、将预压复合板放入设置有三组辊轮的热辊压机中热压形成超材料复合板。
其中每组辊轮之间的距离设置为25cm，第一组辊轮的辊压温度为160℃、辊压压力为3kg/cm2、辊压速度为3m/min，第二组辊轮的辊压温度为80℃、辊压压力为5kg/cm2、辊压速度为3m/min，第三组辊轮的辊压温度为40℃、辊压压力为2kg/cm2、辊压速度为3m/min，每组辊轮的辊压温度按第一组辊轮到最后一组辊轮逐渐递减，这样不会因为降温过快而导致铜箔起皱，从而获得表面平整的超材料复合板，并且简化了生产流程，提高了生产效率。
采用剥离强度测试仪(IPC-TM-650)测试实施例二得到的复合板，剥离强度为1.2Kgf/cm。
实施例三
S1、在聚苯乙烯基板上和/或下表面依次覆上TPU热熔胶、厚度为0.85毫米的铜箔形成预压复合板；
S2、将预压复合板放入设置有三组辊轮的热辊压机中热压形成超材料复合板。
其中每组辊轮之间的距离设置为20cm，第一组辊轮的辊压温度为200℃、辊压压力为6kg/cm2、辊压速度为15m/min，第二组辊轮的辊压温度为120℃、辊压压力为6kg/cm2、辊压速度为15m/min，第三组辊轮的辊压温度为70℃、辊压压力为6kg/cm2、辊压速度为15m/min，每组辊轮的辊压温度按第一组辊轮到最后一组辊轮逐渐递减，这样不会因为降温过快而导致铜箔起皱，从而获得表面平整的超材料复合板，并且简化了生产流程，提高了生产效率。
采用剥离强度测试仪(IPC-TM-650)测试实施例三得到的复合板，剥离强度为1.3Kgf/cm。
实施例四
S1、在聚苯乙烯基板上和/或下表面依次覆上PU热熔胶、厚度为0.15毫米的铜箔形成预压复合板；
S2、将预压复合板放入设置有四组辊轮的热辊压机中热压形成超材料复合板。
其中每组辊轮之间的距离设置为80cm，第一组辊轮的辊压温度为220℃、辊压压力为4kg/cm2、辊压速度为18m/min，第二组辊轮的辊压温度为200℃、辊压压力为6kg/cm2、辊压速度为1m/min，第三组辊轮的辊压温度为120℃、辊压压力为6kg/cm2、辊压速度为18m/min，第四组辊轮的辊压温度为80℃、辊压压力为2kg/cm2、辊压速度为18m/min，每组辊轮的辊压温度按第一组辊轮到最后一组辊轮逐渐递减，这样不会因为降温过快而导致铜箔起皱，从而获得表面平整的超材料复合板，并且简化了生产流程，提高了生产效率。
采用剥离强度测试仪(IPC-TM-650)测试实施例四得到的复合板，剥离强度为1.5Kgf/cm。
实施例五
S1、在聚苯乙烯基板上、下表面依次覆上PO热熔胶、厚度为0.06毫米的铜箔形成预压复合板；
S2、将预压复合板放入设置有五组辊轮的热辊压机中热压形成超材料复合板。
其中每组辊轮之间的距离设置为100cm，第一组辊轮的辊压温度为250℃、辊压压力为6kg/cm2、辊压速度为20m/min，第二组辊轮的辊压温度为200℃、辊压压力为5kg/cm2、辊压速度为20m/min，第三组辊轮的辊压温度为150℃、辊压压力为3kg/cm2、辊压速度为20m/min，第四组辊轮的辊压温度为120℃、辊压压力为3kg/cm2、辊压速度为20m/min，第五组辊轮的辊压温度为80℃、辊压压力为2kg/cm2、辊压速度为20m/min，每组辊轮的辊压温度按第一组辊轮到最后一组辊轮逐渐递减，这样不会因为降温过快而导致铜箔起皱，从而获得表面平整的超材料复合板，并且简化了生产流程，提高了生产效率。
采用剥离强度测试仪(IPC-TM-650)测试实施例五得到的复合板，剥离强度为1.5Kgf/cm。
从以上多个实施例中，可以看出，利用上述制备方法得到的复合板的剥离强度达到了超材料使用要求，金属箔也不易剥离。
本发明还提供了一种由上述方法制备的复合板。
本发明还提供了一种超材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、根据上述的制备方法制备复合板；
S2、在复合板的金属箔上加工出预定几何图案的人造微结构。人造微结构的加工方式为蚀刻、电镀、光刻、钻刻或离子刻。优选采用蚀刻。
本发明还提供一种超材料，由上述的超材料制备方法制得。制成的超材料可以用于实现对电磁波进行透波、吸波、波束调制及极化转化等调制作用。超材料的具体功能可通过设计人造微结构的排布和图案来实现。图2示出了一种能够实现透波功能的超材料的立体结构图。图中的方块状黑色图案是蚀刻之后的人造微结构图案。图3示出了一种能够实现吸波功能的超材料的人造微结构图案排布，人造微结构图案大致是周期排布，每一人造微结构拓扑结构相同，均包括五个具有一定线宽的圆圈，其中四个圆圈对角排布，另一个置于四个圆圈的对角线的中心，具有该人造微结构图案的超材料具有较好的吸波特性。图4是能够实现极化转换的超材料的人造微结构图案排布，通常为了实现更好的极化角度的改变，采用多层超材料叠加来达到。图4中多个矩形金属片周期排布，图3和图4中的虚线仅为了表明每一人造微结构是周期排布，并不代表一实体。图4所示的人造微结构图案可以改变入射电磁波的极化特性。图5是能够实现波束调制的超材料的人造微结构图案排布。波束调制可以是电磁波的汇聚、发散、偏折等，图5给出的人造微结构图案排布能够实现电磁波的汇聚，类似于雪花状，拓扑结构相同，但尺寸有所变化，越靠近中部的位置，尺寸越大，对应的折射率也就越大，那么就可实现电磁波向超材料的中间靠拢。图5所示的人造微结构包括两条垂直平分的金属线，在每一金属线的两端连接有金属分支，金属分支的中点位于金属线的端点上。这样的超材料可以应用在卫星天线、微波天线以及远距离传输系统等上面。
可见，本发明提供的复合板、超材料及其加工方法，可以在通信领域得到广泛的应用。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，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 (17)
1.一种复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在聚苯乙烯基板上和/或下表面依次覆上热熔胶、金属箔形成预压复合板；
S2、将预压复合板放入热辊压机中，热压形成复合板，其中，所述热辊压机设置有多组辊压机构，其中每组辊压机构的辊压温度按第一组辊压机构到最后一组辊压机构逐渐递减，且第一组辊压机构的辊压温度为121℃~250℃、最后一组辊压机构的辊压温度为30℃~80℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述辊压机构为辊轮。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一组辊压机构的辊压温度为160℃~220℃。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一组辊压机构的辊压温度为180℃~200℃。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述最后一组辊压机构的辊压温度为30℃~70℃。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述最后一组辊压机构的辊压温度为40℃~60℃。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述热辊压机设置有2~5组辊压机构。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述每组辊压机构之间的距离为10~100cm。
9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述每组辊压机构的辊压压力为2~30kg/cm2。
10.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述每组辊压机构的辊压速度为2~30m/min。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热熔胶为TPU热熔胶、PU热熔胶、PO热熔胶或EVA热熔胶。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属箔为铜箔、银箔或铝箔。
13.根据权利要求1或12所述的制备方法，其特征在于，所述金属箔的厚度为0.005~0.15毫米。
14.一种复合板，其特征在于，所述复合板由权利要求1至13任意一项所述的制备方法所制备。
15.一种超材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据权利要求1-13任意一项所述的制备方法制备复合板；
S2、在复合板的金属箔上加工出预定几何图案的人造微结构。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述人造微结构的加工方式为蚀刻、电镀、光刻、钻刻或离子刻。
17.一种超材料，其特征在于，所述超材料由权利要求15或16所述的制备方法所制备。
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