CN105216253A - 一种复合材料天线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于制备复合材料天线的方法，其特征在于，包括：将树脂添加到天线模具中，形成天线主体；在天线主体的表面上设置导电层；以及固化导电层。本发明提出的方法有效的解决得了现有的复合材料天线制造工艺复杂的缺陷。并且通过本发明的方法制备的复合材料天线有效地克服了现有技术中复合材料天线反射电磁波功能不足及不具有较好的耐温性能的缺点。同时，通过本发明的方法制备的复合材料天线具有良好的一体性，且在使用过程中不易发生断裂、涂膜脱落等问题。
Description
技术领域
本发明总体涉及天线制备领域，更具体的涉及一种复合材料天线及其制备方法。
背景技术
通信设备的天线，用于将空间电磁波转化为电信号，或将电信号转化为电磁波发射向空间。制造天线的材料，除了满足一般机械性能要求外，还必须具有对电磁波很好的反射功能。单质的金属材料，如铜、铝等，单与复合材料天线相比，比重大、强度低，不适用于轻型天线；而现有的复合材料天线，不具有反射电磁波功能，并且不具有良好的耐温性能。
现有技术中常用的制造复合材料天线的方法为置入铜、铝等金属丝网的方法，由于金属丝网不能完全形成连续的反射层，因而其反射效率低，且金属丝网形成的真实表面形状与设计的天线表面形状往往存在较大误差，因此难以满足使用的要求。现有技术中另一种制造复合材料天线的方法为，采用预浸料层层铺叠的方法制备复合材料天线，这种天线需要将低损耗的预浸料按照设计要求层层铺叠以形成需要的形状。然而这种方法容易出现以下问题：拐角铺叠困难以及天线一体性差，因而容易在使用中出现分层或断裂，并且这种方法的整个工艺过程繁琐。
发明内容
为了解决现有技术中使用预浸料层层铺叠法制备的天线所出现的拐角铺叠困难以及天线一体性差的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于制备复合材料天线的方法，其特征在于，包括：将树脂添加到天线模具中，形成天线主体；在天线主体的表面上设置导电层；以及固化导电层。
在上述方法中，将树脂添加到天线模具中的步骤为：将树脂加入到注塑机中，通过喷嘴将树脂添加到天线模具中；其中，注塑机为螺杆式注塑机或螺杆预塑柱塞注射式注塑机。
在上述方法中，树脂选自聚苯醚或间规聚苯乙烯中的一种。
在上述方法中，注塑机具有五个加热段，其中，五个加热段的温度依次升高且均控制在220℃至350℃的范围内。
在上述方法中，在天线主体的表面上设置导电层的步骤为：在天线主体的表面上涂覆金属浆料，或者在天线主体的表面上粘贴导电膜。
在上述方法中，注塑机具有五个加热段，其中，五个加热段的温度依次升高且均控制在220℃至350℃的范围内；注塑机的五个加热段的压力均控制在50Mpa至200Mpa的范围内。
在上述方法中，注塑机的螺杆转速为100转/分钟至700转/分钟的范围内。
在上述方法中，在将树脂注射到天线模具中的步骤中，天线模具的温度控制在50℃至200℃的范围内。
在上述方法中，在天线主体的表面上设置导电层之前，可以对天线主体实施表面处理。
在上述方法中，在天线主体的表面上设置导电层之前，可以对天线主体实施表面处理；用于实施表面处理的工艺包括棕化工艺、微蚀刻工艺、黑化工艺或机械打磨工艺。
在上述方法中，在天线主体的表面上设置导电层的步骤为：在天线主体的表面上涂覆金属浆料，或者在天线主体的表面上粘贴导电膜；用于实施涂覆的方法包括帘式涂布、叶片涂布、气刀涂布、罗拉刮刀涂布、坡流涂布、轧辊涂布、前辊式涂布、逆辊涂布、微型辊式涂布、浸渍涂布、浸轧涂布、吻合涂布、杆栏涂布或喷雾涂布。
在上述方法中，在120℃至200℃的温度范围内实施固化导电层的步骤。
在上述方法中，实施固化导电层的步骤的时间介于0.2小时至3.5小时的范围内。
根据本发明的另一个方面，提供了一种根据根据上述方法制备的复合材料天线。
本发明提出的方法有效的解决得了现有的复合材料天线制造工艺复杂的缺陷。并且通过本发明的方法制备的复合材料天线有效地克服了现有技术中复合材料天线反射电磁波功能不足及不具有较好的耐温性能的缺点。同时，通过本发明的方法制备的复合材料天线具有良好的一体性，且在使用过程中不易发生断裂、涂膜脱落等问题。
附图说明
为了更全面地理解本发明的实施例及其优势，现将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：
图1是根据本发明的一些实施例的用于制备复合材料天线的流程图。
具体实施方式
下面，详细论述了本发明各实施例的制备和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的发明构思。所论述的具体实施例仅示出了制备和使用本发明主题的具体方式，而不用于限制不同实施例的范围。
复合材料天线的制备
如图1中的步骤S101所示，将树脂原料加入到注塑机中。在本发明中，可以使用的树脂原料包括聚苯醚(PPO)或间规聚苯乙烯(SPS)。在步骤S101中，可以使用的注塑机包括螺杆式注塑机或螺杆预塑柱塞注射式注塑机。树脂原料在注塑机料筒中进行搅拌并加热融化为粘流态，然后在注塑机背压的作用下通过喷嘴注塑到天线模具中。在本发明的一些实施例中，所使用的注塑机共有五个加热段，在这五个加热段中加热温度依次升高且均控制在220℃至350℃的范围内，优选地，这五个加热段的温度均控制在250℃至335℃的范围内。在本发明中，为保证物料在注塑机中匀速挤出，应使各个加热段的温度匀速升高。同时，各个加热段中的压力均控制在50Mpa至200Mpa的范围内。在优选实施例中，各个加热段中的压力均控制在50Mpa至100Mpa的范围内。为保证物料在注塑机中混合均匀且完全处于粘流态，因此将注塑机的螺杆转速保持在100转/分钟至700转/分钟的范围内，优选地，介于150转/分钟至200转/分钟的范围内。
在本发明的一些实施例中，为保证注塑的物料能够完全填充到模具中，因此应将模具提前预热，且在整个注塑过程中，模具的温度应保持在50℃至200℃的范围内，优选地，介于80℃至150℃的范围内。如果没有对模具进行预热，则将会发生注塑材料未完全注射到模具中或制得成品中存在气泡等情况，从而降低最终成品的力学性能。完成注塑后，将注塑成型的天线主体冷却至室温。在本发明的一些实施例中，在将树脂注塑到模具之前，可以在模具中涂覆脱模剂，以方便制成的天线主体与模具的分离，同时保证天线主体表面的相对平整。
在制得天线主体之后，如图1中的S103所示，可选择地对天线主体的表示实施表面处理，从而增加天线主体表面与在后续工艺中涂覆的金属浆料的结合力(将在下文中进行描述)。然而，应该注意，对天线表面所进行的表面处理不应影响天线主体及最终成品的表面平整度。可选择的用于实施表面处理的工艺包括棕化工艺、微蚀刻工艺、黑化工艺或机械打磨工艺等。例如，刮擦工艺、物理喷砂工艺、离子束轰击工艺、化学腐蚀工艺等对天线主体实施表面处理。
如图1的步骤S105所示，在制成天线主体(或可选择地进行表面处理)之后，将金属浆料涂覆到天线主体表面。在一些实施例中，金属浆料可以包括银浆、铜浆或铝浆等。用于涂覆这些金属浆料的工艺为本领域公知的涂覆工艺，例如帘式涂布、叶片涂布、气刀涂布、罗拉刮刀涂布、坡流涂布、轧辊涂布、前辊式涂布、逆辊涂布、微型辊式涂布、浸渍涂布、浸轧涂布、吻合涂布、杆栏涂布或喷雾涂布等。本领域普通技术人员应该理解，可以针对不同形状或用途的天线主体采用不同的涂布工艺及金属浆料或它们的组合，且所有这些工艺均在本发明的保护范围之内。
根据图1的步骤S107所示，将涂覆了金属浆料的天线主体放入烘箱中，并在一定的温度下实施加热固化金属浆料的工艺。在本发明的一些实施例中，加热固化的温度应控制在120℃至200℃的范围内，优选地应介于50℃至180℃的范围内。并且实时固化的时间应介于0.2小时至3.5小时的范围内，优选地应介于0.3小时至0.5小时的范围内。本领域普通技术人员应该理解，为避免天线主体发生热变形等不期望的变化，因此在S107步骤中的加热温度不应超过树脂原料的玻璃化转变温度。
实施例1
将PPO放入螺杆注塑机的料筒中，PPO在螺杆注塑机中完全熔融后通过喷嘴注射到模具中，形成天线主体。螺杆注塑机的五个加热段的温度分别为250℃、261℃、272℃、284℃和295℃，并且将五个加热段的压力控制为50MPa，螺杆挤出机的螺杆转速为150转/分钟。在注模过程中，模具的温度应保持在100℃。
然后，使用喷雾涂布在制成的天线主体上涂覆低温烘烤型银浆，并放入烘箱中烘烤固化，烘烤温度应控制在170℃左右，烘烤时间为0.5小时。
实施例2
将PPO放入螺杆注塑机的料筒中，PPO在螺杆注塑机中完全熔融后通过喷嘴注射到模具中，形成天线主体。螺杆注塑机的五个加热段的温度分别为270℃、278℃、285℃、293℃和300℃，并且将五个加热段的压力控制为100MPa，螺杆挤出机的螺杆转速为200转/分钟。在注模过程中，模具的温度应保持在130℃。
然后，使用浸渍涂布在制成的天线主体上涂覆低温烘烤型铜浆，并放入烘箱中烘烤固化，烘烤温度应控制在170℃左右，烘烤时间为0.3小时。
实施例3
将PPO放入螺杆注塑机的料筒中，PPO在螺杆注塑机中完全熔融后通过喷嘴注射到模具中，形成天线主体。螺杆注塑机的五个加热段的温度分别为290℃、301℃、312℃、324℃和335℃，并且将五个加热段的压力控制为100MPa，螺杆挤出机的螺杆转速为200转/分钟。在注模过程中，模具的温度应保持在150℃。
然后，在室温下使用刮擦工艺对天线主体实施表面处理，完成表面处理后使用去离子水清洗天线主体的表面并烘干。其后，使用喷雾涂布在制成的天线主体上涂覆低温烘烤型铝浆，并放入烘箱中烘烤固化，烘烤温度应控制在170℃左右，烘烤时间为0.5小时。
实施例4
将SPS放入螺杆注塑机的料筒中，SPS在螺杆注塑机中完全熔融后通过喷嘴注射到模具中，形成天线主体。螺杆注塑机的五个加热段的温度分别为250℃、261℃、272℃、284℃和295℃，并且将五个加热段的压力控制为50MPa，螺杆挤出机的螺杆转速为150转/分钟。在注模过程中，模具的温度应保持在80℃。
然后，使用喷雾涂布在制成的天线主体上涂覆低温烘烤型银浆，并放入烘箱中烘烤固化，烘烤温度应控制在170℃左右，烘烤时间为0.5小时。
实施例5
将SPS放入螺杆注塑机的料筒中，SPS在螺杆注塑机中完全熔融后通过喷嘴注射到模具中，形成天线主体。螺杆注塑机的五个加热段的温度分别为270℃、278℃、285℃、293℃和300℃，并且将五个加热段的压力控制为100MPa，螺杆挤出机的螺杆转速为200转/分钟。在注模过程中，模具的温度应保持在100℃。
然后，使用浸渍涂布在制成的天线主体上涂覆低温烘烤型铜浆，并放入烘箱中烘烤固化，烘烤温度应控制在170℃左右，烘烤时间为0.3小时。
实施例6
将SPS放入螺杆注塑机的料筒中，SPS在螺杆注塑机中完全熔融后通过喷嘴注射到模具中，形成天线主体。螺杆注塑机的五个加热段的温度分别为280℃、290℃、300℃、310℃和320℃，并且将五个加热段的压力控制为100MPa，螺杆挤出机的螺杆转速为200转/分钟。在注模过程中，模具的温度应保持在100℃。
然后，在室温下使用刮擦工艺对天线主体实施表面处理，完成表面处理后使用去离子水清洗天线主体的表面并烘干。其后，使用喷雾涂布在制成的天线主体上涂覆低温烘烤型铝浆，并放入烘箱中烘烤固化，烘烤温度应控制在170℃左右，烘烤时间为0.5小时。
附着力测试
采用胶带此时测量附着力的标准方法ASTMD3359对前文描述的实施例1-6进行附着能力测试。
用锋利小刀分别在实施例1-6中制得的复合材料天线的金属涂层上划成网格形开口。网格型开口为6道或11道互相平行且等间距(可分为1mm或2mm)的切痕，然后再在垂直的方向上切割与前者相同道数的切痕。当涂层厚度大于60μm时，应选用划格刀片间距1mm的刀具，当涂层厚度大于60μm时，应选用划格刀片间距2mm的刀具。切割后用软毛刷验房个的两对角线方向轻轻刷掉切屑。然后使用3M公司生产的胶带(宽度为25mm)粘附在网格型位置，撕下胶带后，观察涂膜脱落情况。
使用下表中的评定标准对涂膜的脱落情况进行判定。
实验结果
| 脱落表现 |
| 实施例1 | 5B |
| 实施例2 | 5B |
| 实施例3 | 5B |
| 实施例4 | 5B |
| 实施例5 | 5B |
| 实施例6 | 5B |
尽管已经详细地描述了本发明的实施例及其优势，但应该理解，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明作出各种改变、替换和更改。而且，本申请的范围预期不限于本说明书中描述的工艺、机器、制备、材料组分、工具、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员将很容易地理解，根据本发明，可以利用现有的或今后将开发的、用于与本发明描述的相应实施例执行基本相同的功能或获得基本相同结果的工艺、机器、制备、材料组分、工具、方法或步骤。相应地，所附权利要求旨在将这些工艺、机器、制备、材料组分、工具、方法或步骤包括在它们的范围内。
Claims (14)
1.一种用于制备复合材料天线的方法，其特征在于，包括：
将树脂添加到天线模具中，形成天线主体；
在所述天线主体的表面上设置导电层；以及
固化所述导电层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将树脂添加到天线模具中的步骤为：
将树脂加入到注塑机中，通过喷嘴将树脂添加到天线模具中；
其中，所述注塑机为螺杆式注塑机或螺杆预塑柱塞注射式注塑机。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述树脂选自聚苯醚或间规聚苯乙烯中的一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注塑机具有五个加热段，其中，所述五个加热段的温度依次升高且均控制在220℃至350℃的范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述天线主体的表面上设置导电层的步骤为：
在所述天线主体的表面上涂覆金属浆料，或者在所述天线主体的表面上粘贴导电膜。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述注塑机的所述五个加热段的压力均控制在50Mpa至200Mpa的范围内。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注塑机的螺杆转速为100转/分钟至700转/分钟的范围内。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将树脂注射到天线模具中的步骤中，所述天线模具的温度控制在50℃至200℃的范围内。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述天线主体的表面上设置导电层之前，可以对天线主体实施表面处理。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，用于实施所述表面处理的工艺包括棕化工艺、微蚀刻工艺、黑化工艺或机械打磨工艺。
11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，用于实施所述涂覆的方法包括帘式涂布、叶片涂布、气刀涂布、罗拉刮刀涂布、坡流涂布、轧辊涂布、前辊式涂布、逆辊涂布、微型辊式涂布、浸渍涂布、浸轧涂布、吻合涂布、杆栏涂布或喷雾涂布。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在120℃至200℃的温度范围内实施固化所述导电层的步骤。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实施所述固化所述导电层的步骤的时间介于0.2小时至3.5小时的范围内。
14.一种根据权利要求1-13中任一项所述的方法制备的复合材料天线。
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