CN106025521A - 一种碳纤维复合材料天线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维复合材料天线及其制备方法，该碳纤维复合材料天线包括由碳纤维预浸布交错铺层成片的碳纤维片材，所述碳纤维片材具有预压成型的天线图案，所述天线图案中填充有导电涂料，形成导电涂层，所述碳纤维片材与所述导电涂层一体成型，所述导电涂层的表面具有经激光照射而形成的天线线路，所述天线线路的表面覆盖有金属膜层。根据本发明得到的碳纤维复合材料天线精度高，与碳纤维材料无缝结合，附着性更牢固，在碳纤维表面实现了更丰富和更立体的效果，三维加工更简单,导电性能优异，整体设计紧凑,生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维复合材料天线及其制备方法。
背景技术
随着电子产品的不断发展和新材料的广泛应用，电子产品的材料也日益丰富多样，目前在国内电子行业，将碳纤维应用到电子产品中是一种趋势。碳纤维材料既拥有铝镁合金高雅坚固的特性，又有ABS工程塑料的可塑性，强度和导热能力又优于普通的ABS塑料。它的外观类似塑料，强度和导热能力优于普通的ABS塑料，是一种可持续发展的材料，在智能电子产品上的应用越来越多。
但是，智能电子产品的许多功能需要天线和电路来实现，碳纤维材料本身没办法做到，只有通过植入天线和电路来完成。传统天线和电路的制作方法是通过印刷或者注塑等技术加工处理完成，这些技术也存在着一定的缺陷，诸如附着性偏低、三维曲面加工困难和通路电阻大等，很难满足产品超薄紧凑的设计以及三维曲面感的要求，这在一定程度上限制了其应用和推广。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种碳纤维复合材料天线及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种碳纤维复合材料天线，包括由碳纤维预浸布交错铺层成片的碳纤维片材，所述碳纤维片材具有预压成型的天线图案，所述天线图案中填充有导电涂料，形成导电涂层，所述碳纤维片材与所述导电涂层一体成型，所述导电涂层的表面具有经激光照射而形成的天线线路，所述天线线路的表面覆盖有金属膜层。
进一步地：
所述导电涂层的厚度为10～20μm。
所述金属膜层包括依次层叠覆盖在所述导电涂层的表面上的金属导电膜层和金属保护膜层。优选地，所述金属膜层为电镀层。
所述金属导电膜层的厚度为3～8μm，所述金属保护膜层的厚度为1～3μm。
所述导电涂料包括以下重量份的组分：基体树脂15～50份、改性剂5～15份、增容剂1～5份、固化剂5～25份、有机金属络合物5～20份以及按需配比的稀释剂。
所述基体树脂包括羟基丙烯酸树脂，所述改性剂包括改性有机硅树脂，所述增容剂包括有机硅改性丙烯酸共聚物，所述固化剂包括有机锡催化剂和/或有机镍催化剂，所述有机金属络合物包括铜络合物、铁络合物和/或镍络合物，稀释剂包括酯类溶剂或酮类溶剂。
一种制备所述的碳纤维复合材料天线的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备导电涂料；
S2、将碳纤维预浸布叠层铺好后预压成型天线图案，并将导电涂料填充到预压成型的天线图案里，接着放入热压模具中，热压固化成型；用激光镭雕机按照天线图案镭雕，导电涂料中的有机物经过激光辐射气化，金属导电物质保留下来形成天线线路；
S3、在天线线路的表面上覆盖金属膜层。
进一步地：
步骤S2包括：对碳纤维预浸布进行交错铺层成片，处理完之后将铺层好的碳纤维片材放到模具中预压成型天线图案，压力3～5kg；然后将导电涂料均匀涂抹到预压成型好的图案中，并填满图案；接着将碳纤维片材放入成型模具中，合模加热固化，固化温度125～135℃，压力40～60kg，固化20～30min，然后冷却模具至室温，取出产品；接着将产品放入激光镭雕机，激光功率20w～30w，按照天线图案来镭雕，导电涂料表面的有机膜层在激光辐射下气化，表层金属物质则保留形成天线线路。
步骤S3包括：
将镀铜水和镀镍水分别加入到电解槽中；接着将步骤S2得到的产品放置到镀铜电解槽阴极上，调节电流强度100～150mA，电镀30～40min，金属电路表面镀上一层粉色的铜膜，膜层厚度为3～5μm；然后再将产品放置到镀镍电解槽阴极上，调节电流强度100～120mA，电镀10～15min，表面镀上一层镍膜，膜层厚度为2～3μm，镀完后拿出产品清洗烘干；或
将镀铜水和镀金水分别加入到电解槽中；接着将步骤S2得到的产品放置到镀铜电解槽阴极上，调节电流强度100～150mA，电镀40～60min，金属电路表面镀上一层粉色的铜膜，膜层厚度为5～8μm；然后再将产品放置到镀金电解槽阴极上，调节电流强度100～120mA，电镀5～10min，表面镀上一层黄金膜，膜层厚度为1～2μm，镀完后拿出产品清洗烘干；或
将镀铜水和镀金水分别加入到电解槽中；接着将步骤S2得到的产品放置到镀铜电解槽阴极上，调节电流强度100～150mA，电镀40～60min，金属电路表面镀上一层粉色的铜膜，膜层厚度为5～8μm；然后再将产品放置到镀金电解槽阴极上，调节电流强度100～120mA，电镀5～10min，表面镀上一层黄金膜，膜层厚度为1～2μm，镀完后拿出产品清洗烘干。
所述导电涂料包括以下重量份的组分：基体树脂15～50份、改性剂5～15份、增容剂1～5份、固化剂5～25份、有机金属络合物5～20份以及按需配比的稀释剂。
本发明的有益效果：
根据本发明得到的碳纤维复合材料天线电路精度高，与碳纤维材料无缝结合，附着性更牢固，在碳纤维表面实现了更丰富和更立体的效果，三维加工更简单,导电性能优异，整体设计紧凑,生产效率高。
附图说明
图1为本发明一种实施例的碳纤维复合材料天线结构剖面示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1，在一种实施例中，一种碳纤维复合材料天线，包括由碳纤维预浸布交错铺层成片的碳纤维片材1，所述碳纤维片材1具有预压成型的天线图案，所述天线图案中填充有导电涂料，形成导电涂层2，所述碳纤维片材1与所述导电涂层2一体成型，所述导电涂层2的表面具有经激光照射而形成的天线线路，所述天线线路的表面覆盖有金属膜层3。
在优选的实施例中，所述导电涂层2的厚度为10～20μm。
在优选的实施例中，所述金属膜层3包括依次层叠覆盖在所述导电涂层2的表面上的金属导电膜层和金属保护膜层。更优选地，所述金属膜层3为电镀层。
在优选的实施例中，所述金属导电膜层的厚度为3～8μm，所述金属保护膜层的厚度为1～3μm。
在优选的实施例中，所述导电涂料包括以下重量份的组分：基体树脂15～50份、改性剂5～15份、增容剂1～5份、固化剂5～25份、有机金属络合物5～20份以及按需配比的稀释剂。
在更优选的实施例中，所述基体树脂包括羟基丙烯酸树脂，所述改性剂包括改性有机硅树脂，所述增容剂包括有机硅改性丙烯酸共聚物，所述固化剂包括有机锡催化剂和/或有机镍催化剂，所述有机金属络合物包括铜络合物、铁络合物和/或镍络合物，稀释剂包括酯类溶剂或酮类溶剂。
其中所述碳纤维复合材料与导电涂层2一体成型，这样附着性强，可以形成2D或者3D的复杂结构的天线，生产效率高；所述金属膜层3优选为化学电镀金属膜，导电性能优异，膜层厚度灵活改变。
在另一种实施例中，一种制备所述的碳纤维复合材料天线的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备导电涂料；
S2、将碳纤维预浸布叠层铺好后预压成型天线图案，并将导电涂料填充到预压成型的天线图案里，接着放入热压模具中，热压固化成型，得到碳纤维片材1与导电涂层2一体成型的结构；用激光镭雕机按照天线图案镭雕，导电涂料中的有机物经过激光辐射气化，金属导电物质保留下来形成天线线路；
S3、在天线线路的表面上覆盖金属膜层3。
导电涂料制备
将基体树脂、改性剂、增容剂、固化剂、有机金属络合物和稀释剂按照特定的比例配比，然后机械搅拌混合均匀。
配比为：基体树脂15～50份，改性剂5～15份，增容剂1～5份，固化剂5～25份，有机金属络合物5～20份，稀释剂可根据实际需求配比。
优选的：
基体树脂：羟基丙烯酸树脂；
改性剂：改性有机硅树脂；
增容剂：有机硅改性丙烯酸共聚物；
固化剂：有机锡催化剂和/或有机镍催化剂；
有机金属络合物：铜络合物、铁络合物和/或镍络合物；
稀释剂：酯类溶剂和/或酮类溶剂。
碳纤维导电涂层一体成型
将碳纤维预浸布叠层铺好，之后室温预压成型天线图案，然后将上述的导电涂料涂抹填充到预压成型的天线图案里，接着放入热压模具中，热压固化成型，取出产品；然后再用激光镭雕机按照天线图案镭雕，表面涂层里面的有机物经过激光辐射气化，金属物质保留下来形成金属电路和构成天线。优选地，涂料涂抹厚度大约10～20μm。
金属膜层制备
将上述的产品金属电路上电镀上一层金属导电膜层和金属保护膜层即可得到导电性优异的天线产品。优选地，金属导电膜层3～8μm，保护膜层1～3μm。
实施例1
导电涂料制备
将羟基丙烯酸树脂、氟改性有机硅树脂、甲氧基有机硅改性丙烯酸、有机锡催化剂、铜络合物、丙酮按照15：15：2：10：15：20比例混合加入容器中，并机械搅拌均匀。
碳纤维导电涂层一体成型
根据需求对碳纤维布进行交错铺层成片，处理完之后将铺层好的碳纤维片材放到模具中预压成型天线图案，压力3～5kg；然后将上述的导电涂料均匀涂抹到预压成型好的图案中，并填满图案；接着将碳纤维片材放入成型模具中，合模加热固化，固化温度125～135℃，压力40～60kg，固化20～30min，然后冷却模具至室温，取出产品；接着将产品放入激光镭雕机，用治具将产品固定在机台上，调整激光功率20w～30w，按照天线图案来镭雕，表面覆盖的有机膜层在激光辐射下气化，表层金属物质则保留在涂层中形成金属电路和天线。
金属膜层制备
将镀铜水和镀镍水分别加入到电解槽中，调整溶液浓度，并接上电极；接着将上述产品放置到镀铜电解槽阴极上，调节电流强度100～150mA，电镀30～40min，金属电路表面镀上一层粉色的铜膜，膜层厚度为3～5μm；然后再将产品放置到镀镍电解槽阴极上，调节电流强度100～120mA，电镀10～15min，表面会镀上一层光亮的镍膜，膜层厚度为2～3μm，镀完后拿出产品清洗烘干即可得到导电性优异的天线产品。
实施例2
导电涂料制备
将羟基丙烯酸树脂、氟改性有机硅树脂、乙基有机硅改性丙烯酸、有机镍催化剂、铁络合物、乙酸乙酯按照20：20：4：15：15：25比例混合加入容器中，并机械搅拌均匀。
碳纤维导电涂层一体成型
根据需求对碳纤维布进行交错铺层成片，处理完之后将铺层好的碳纤维片材放到模具中预压成型天线图案，压力3～5kg；然后将上述的导电涂料均匀涂抹到预压成型好的图案中，并填满图案；接着将碳纤维片材放入成型模具中，合模加热固化，固化温度为125～135℃，压力40～60kg，固化20～30min，然后冷却模具至室温，取出产品；接着将产品放入激光镭雕机，用治具将产品固定在机台上，调整激光功率20w～30w，按照天线图案来镭雕，表面覆盖的有机膜层在激光辐射下气化，表层金属物质则保留在涂层中形成金属电路和天线。
金属膜层制备
将镀铜水和镀金水分别加入到电解槽中，调整溶液浓度，并接上电极；接着将上述产品放置到镀铜电解槽阴极上，调节电流强度100～150mA，电镀40～60min，金属电路表面镀上一层粉色的铜膜，膜层厚度为5～8μm；然后再将产品放置到镀金电解槽阴极上，调节电流强度100～120mA，电镀5～10min，表面会镀上一层光亮的黄金膜，膜层厚度为1～2μm，镀完后拿出产品清洗烘干即可得到导电性优异的天线产品。
实施例3
导电涂料制备
将羟基丙烯酸树脂、氟改性有机硅树脂、甲氧基有机硅改性丙烯酸，有机镍催化剂、镍络合物、乙酸乙酯按照15：15：2：10：15：20比例混合加入容器中，并机械搅拌均匀。
碳纤维导电涂层一体成型
根据需求对碳纤维布进行交错铺层成片，处理完之后将铺层好的碳纤维片材放到模具中预压成型天线图案，压力3～5kg；然后将上述的导电涂料均匀涂抹到预压成型好的图案中，并填满图案；接着将碳纤维片材放入成型模具中，合模加热固化，固化温度为125～135℃，压力40～60kg，固化20～30min，然后冷却模具至室温，取出产品；接着将产品放入激光镭雕机，用治具将产品固定在机台上，调整激光功率20w～30w，按照天线图案来镭雕，表面覆盖的有机膜层在激光辐射下气化，表层金属物质则保留在涂层中形成金属电路和天线。
金属膜层制备
将镀铜水和镀金水分别加入到电解槽中，调整溶液浓度，并接上电极；接着将上述产品放置到镀铜电解槽阴极上，调节电流强度100～150mA，电镀40～60min，金属电路表面镀上一层粉色的铜膜，膜层厚度为5～8μm；然后再将产品放置到镀金电解槽阴极上，调节电流强度100～120mA，电镀5～10min，表面会镀上一层光亮的黄金膜，膜层厚度为1～2μm，镀完后拿出产品清洗烘干即可得到导电性优异的天线产品。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳纤维复合材料天线，其特征在于,包括由碳纤维预浸布交错铺层成片的碳纤维片材，所述碳纤维片材具有预压成型的天线图案，所述天线图案中填充有导电涂料，形成导电涂层，所述碳纤维片材与所述导电涂层一体成型，所述导电涂层的表面具有经激光照射而形成的天线线路，所述天线线路的表面覆盖有金属膜层。
2.如权利要求1所述的碳纤维复合材料天线，其特征在于,所述导电涂层的厚度为10～20μm。
3.如权利要求1或2所述的碳纤维复合材料天线，其特征在于,所述金属膜层包括依次层叠覆盖在所述导电涂层的表面上的金属导电膜层和金属保护膜层，优选地，所述金属膜层为电镀层。
4.如权利要求3所述的碳纤维复合材料天线，其特征在于,所述金属导电膜层的厚度为3～8μm，所述金属保护膜层的厚度为1～3μm。
5.如权利要求1至4任一项所述的碳纤维复合材料天线，其特征在于,所述导电涂料包括以下重量份的组分：基体树脂15～50份、改性剂5～15份、增容剂1～5份、固化剂5～25份、有机金属络合物5～20份以及按需配比的稀释剂。
6.如权利要求5所述的碳纤维复合材料天线，其特征在于,所述基体树脂包括羟基丙烯酸树脂，所述改性剂包括改性有机硅树脂，所述增容剂包括有机硅改性丙烯酸共聚物，所述固化剂包括有机锡催化剂和/或有机镍催化剂，所述有机金属络合物包括铜络合物、铁络合物和/或镍络合物，稀释剂包括酯类溶剂或酮类溶剂。
7.一种制备如权利要求1至6任一项所述的碳纤维复合材料天线的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1、准备导电涂料；
S2、将碳纤维预浸布叠层铺好后预压成型天线图案，并将导电涂料填充到预压成型的天线图案里，接着放入热压模具中，热压固化成型；用激光镭雕机按照天线图案镭雕，导电涂料中的有机物经过激光辐射气化，金属导电物质保留下来形成天线线路；
S3、在天线线路的表面上覆盖金属膜层。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于,步骤S2包括：对碳纤维预浸布进行交错铺层成片，处理完之后将铺层好的碳纤维片材放到模具中预压成型天线图案，压力3～5kg；然后将导电涂料均匀涂抹到预压成型好的图案中，并填满图案；接着将碳纤维片材放入成型模具中，合模加热固化，固化温度125～135℃，压力40～60kg，固化20～30min，然后冷却模具至室温，取出产品；接着将产品放入激光镭雕机，激光功率20w～30w，按照天线图案来镭雕，导电涂料表面的有机膜层在激光辐射下气化，表层金属物质则保留形成天线线路。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于,步骤S3包括：
将镀铜水和镀镍水分别加入到电解槽中；接着将步骤S2得到的产品放置到镀铜电解槽阴极上，调节电流强度100～150mA，电镀30～40min，金属电路表面镀上一层粉色的铜膜，膜层厚度为3～5μm；然后再将产品放置到镀镍电解槽阴极上，调节电流强度100～120mA，电镀10～15min，表面镀上一层镍膜，膜层厚度为2～3μm，镀完后拿出产品清洗烘干；或
将镀铜水和镀金水分别加入到电解槽中；接着将步骤S2得到的产品放置到镀铜电解槽阴极上，调节电流强度100～150mA，电镀40～60min，金属电路表面镀上一层粉色的铜膜，膜层厚度为5～8μm；然后再将产品放置到镀金电解槽阴极上，调节电流强度100～120mA，电镀5～10min，表面镀上一层黄金膜，膜层厚度为1～2μm，镀完后拿出产品清洗烘干；或
将镀铜水和镀金水分别加入到电解槽中；接着将步骤S2得到的产品放置到镀铜电解槽阴极上，调节电流强度100～150mA，电镀40～60min，金属电路表面镀上一层粉色的铜膜，膜层厚度为5～8μm；然后再将产品放置到镀金电解槽阴极上，调节电流强度100～120mA，电镀5～10min，表面镀上一层黄金膜，膜层厚度为1～2μm，镀完后拿出产品清洗烘干。
10.如权利要求7至9任一项所述制备方法，其特征在于,所述导电涂料包括以下重量份的组分：基体树脂15～50份、改性剂5～15份、增容剂1～5份、固化剂5～25份、有机金属络合物5～20份以及按需配比的稀释剂。
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