CN107775975A - 一种高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜及其制造工艺，工艺包括以下步骤：(1)原料过筛，(2)毛坯制作，(3)烧结，(4)车削或旋切，(5)测量，(6)收卷，(7)整烫，(8)裁切。所述功能薄膜的厚度大于等于0.02毫米，小于等于0.50毫米；薄膜的宽度大于等于300毫米，小于等于1600毫米；所述薄膜的厚度公差值小于0.3％。本发明将纳米级硅微粉进行过筛，与聚四氟乙烯悬浮细粉混合，烧结得到坯料，经车削获得功能薄膜。本发明得到的薄膜宽度为300至1600毫米，厚度为0.02至0.50毫米，薄膜厚薄均匀，不易卷曲，具备耐化学腐蚀等优良性能，能够满足高频行业对于功能薄膜的需求。
Description
技术领域
本发明涉及功能薄膜技术领域，具体涉及一种高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜以及该薄膜的加工制造工艺。
背景技术
电子信息产品和设备的发展趋势是高频化、微型化，微型化电路系统的开发应用是专为紧凑型设备提供设计，电路的微型化也使得系统重量的减轻。对于X波段及以下频率是十分理想的。其适用于GPS接收器、有更小尺寸要求的贴片天线、卫星通讯系统、功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、低噪声下变频器(LNB)、飞机防撞系统(TCAS)和陆机雷达系统。尤其在5G无线网络、雷达、北斗卫星通讯的快速发展中，都需要大量的高介电常数复合材料。
聚四氟乙烯玻纤增强微波材料在高频下具有优异的电性能，以及耐热性、耐酸碱性和电镀性，是理想的微波电路选择材料，但由于其介电常数范围在2.4～2.9之间，局限了它的广泛使用。而且，聚四氟乙烯玻纤增强微波电路基板还具有损耗大的缺点，影响了其使用效果。
目前，尝试在玻璃纤维布上浸渍含有陶瓷粉体的聚四氟乙烯乳液，由于聚四氟乙烯乳液是一种表面极性非常低的聚合物，而陶瓷粉体的表面极性非常高、密度比乳液大，在浸渍过程时陶瓷粉体容易沉淀，以及干燥过程中陶瓷粉体更容易发生聚集，导致最终制得的聚四氟乙烯陶瓷漆布的电性能不均匀，不同位置的介电常数、热膨胀性的差异将使压制的高频电路板无法正常使用。
发明内容
为了克服上述的不足，本发明的目的是提供一种高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜，以及由聚四氟乙烯悬浮细粉通过添加一定量的纳米级的高纯超细硅微粉或钛白粉进行捣碎、混合、搅拌、过筛，压制成型，经烧结、车削、裁切加工获得的得到的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜的制造工艺。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜的制造工艺，包括以下步骤：
(1)原料过筛：将纳米级的高纯超细硅微粉或钛白粉用140目的振动筛进行过筛，与60目过筛后的聚四氟乙烯悬浮细粉通过高速混合机进行捣碎、混合、搅拌，然后再采用60目的振动筛进行过筛，得到高介电常数的聚四氟乙烯备用原料；
(2)毛坯制作：将上述高介电常数的聚四氟乙烯备用原料通过模压法制成中空的圆柱形毛坯，将脱模后的毛坯放在23～25℃的环境中恒温存放20小时至24小时，消除毛坯的内应力；
(3)毛坯烧结：将步骤(2)得到的毛坯放置于全自动旋转式四氟烧结炉中，按设定的程序进行72～168小时的烧结、冷却得到坯料；
(4)车削或旋切：将步骤(3)所得的坯料放入100℃到120℃的烘箱中进行预热，保持温度5小时至6小时，使坯料的内、外温度一致后，在坯料的中心孔中压入或拉入外表面设有梯形齿的专用芯棒，用起重机械安装到高精度数控车床或旋切机上，采用硬质合金刀按设定薄膜的厚度对坯料进行车削或旋切；
(5)在线测量：将步骤(4)车削或旋切得到的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜通过专用红外线在线自动测厚系统，当系统发现误差时通过警报系统发出报警信号，通知步骤(4)的车削或旋切人员及时检查或调整刀具，排除报警故障，保证该薄膜的厚度在可控范围以内；
(6)自动收卷：采用带有平衡辊的收卷装置与上述高精度数控车床或旋切机及红外线在线自动测厚系统相组合,收卷装置的预应力可以进行设定，通过磁粉分离器和气动系统来自动调节驱动装置的转矩获得合适的收卷力,对薄膜进行张紧和收卷，并通过张紧装置依次连接转向辊、舒展辊和收卷站，将切削好的薄膜通过收卷站缠绕到收卷管上；
(7)整烫定型：将步骤(6)所得到的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜安装到专用数控整烫定型复卷设备上，利用两个加热辊和两个冷却辊对宽幅聚四氟乙烯功能薄膜进行正反整烫定型，使薄膜中的高分子链沿轴向定向重排，不仅使该功能薄膜的表面平整平滑，而且边缘不卷曲，方便纵向和横向裁切；同时按照设计的宽度要求进行纵向裁切，得到卷状的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜；
(8)横向裁切：将步骤(7)所得到的满足设计宽度要求的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜安装到专用数控横切机上，裁切成长度和宽度都满足要求的成品薄膜。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(1)高纯超细硅微粉或钛白粉的添加量，按照不同介电常数的设计要求添加2～20％。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(2)毛坯的最大直径由所要切削得到的薄膜宽度来决定，当薄膜宽度小于为500毫米时，毛坯的最大直径为300毫米；当薄膜宽度为500毫米至1600毫米时，毛坯的最大直径为500毫米。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(4)车削或旋切薄膜的厚度大于等于0.02毫米，小于等于0.50毫米；薄膜的宽度大于等于300毫米，小于等于1600毫米。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(5)红外线在线自动测厚系统，测量薄膜的厚度在可控范围以内的精度要求小于0.3％。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(8)得到的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜的频率范围是10G～30GHz的高频率下的介电常数为2.5到20之间；以满足高频行业不同设计的需求。
一种高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜，所述薄膜的厚度大于等于0.02毫米，小于等于0.50毫米；薄膜的宽度大于等于300毫米，小于等于1600毫米。
作为本发明的优选技术方案，所述薄膜的长度和宽度尺寸公差保持在±0.5毫米，厚度公差值小于0.3％。
作为本发明的优选技术方案，所述薄膜是由添加有功能材料的聚四氟乙烯坯料经车削或旋切加工而成。
作为本发明的优选技术方案，所述聚四氟乙烯坯料为中空的圆柱形结构；所述功能材料是纳米级高纯超细硅微粉或钛白粉。
本发明的有益效果是：相对于现有技术，本发明将纳米级的高纯超细硅微粉或钛白粉进行过筛，与过筛后的聚四氟乙烯悬浮细粉通过高速混合机进行混合，得到高介电常数的聚四氟乙烯原料；将聚四氟乙烯原料经模压成型，烧结得到坯料，再将坯料经车削加工获得超薄宽幅的高介电常数聚四氟乙烯功能薄膜。本发明改进了传统玻璃纤维布浸渍陶瓷粉体的聚四氟乙烯乳液工艺，使得超薄宽幅的高介电常数聚四氟乙烯功能薄膜比普通聚四氟乙烯漆布压合后的电性能、介电常数及热膨胀性更加均匀和稳定，提高了高频电路板的可靠性。
本发明通过改进工艺步骤和工装设备，得到的车削功能薄膜宽度为300至1600毫米，薄膜厚度为0.02至0.50毫米，并且功能薄膜的厚薄均匀，不易卷曲，具备耐冲击、耐磨损、耐化学腐蚀和自润滑等优良性能，特别是高介电常数、低损耗的性能，能够达到高频行业领先的介电常数值，并实现厚度的精确控制，能够满足更高性能要求的高频电路板设计需求。
附图说明
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明功能薄膜的平面结构示意图。
图2是图1的截面结构示意图。
图中：1、长度，2、宽度，3、厚度。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜的制造工艺，包括以下步骤：
(1)原料过筛：将纳米级的高纯超细硅微粉或钛白粉用140目的振动筛进行过筛，与60目过筛后的聚四氟乙烯悬浮细粉通过高速混合机进行捣碎、混合、搅拌，然后再采用60目的振动筛进行过筛，得到高介电常数的聚四氟乙烯备用原料；
(2)毛坯制作：将上述高介电常数的聚四氟乙烯备用原料通过模压法制成中空形的圆柱毛坯，将脱模后的毛坯放在23～25℃的环境中恒温存放20小时至24小时，消除毛坯的内应力；
(3)毛坯烧结：将步骤(2)得到的毛坯放置于全自动旋转式四氟烧结炉中，按设定的程序进行72～168小时的烧结、冷却得到坯料；
(4)车削或旋切：将步骤(3)所得的坯料放入100℃到120℃的烘箱中进行预热，保持温度5小时至6小时，使坯料的内、外温度一致后，在坯料的中心孔中压入或拉入外表面设有梯形齿的专用芯棒，用起重机械安装到高精度数控车床或旋切机上，采用硬质合金刀按设定薄膜的厚度对坯料进行车削或旋切；
(5)在线测量：将步骤(4)车削或旋切得到的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜通过专用红外线在线自动测厚系统，当系统屏幕出现误差时，警报系统响起，通知步骤(4)的车削或旋切人员及时检查或调整刀具，消除测厚系统的不良警报，保证该薄膜的厚度在可控范围以内；
(6)自动收卷：采用带有平衡辊的收卷装置与上述高精度数控车床或旋切机相组合,收卷装置的预应力可以进行设定，通过磁粉分离器和气动系统来自动调节驱动装置的转矩获得合适的收卷力,对薄膜进行张紧和收卷，并通过张紧装置依次连接转向辊、舒展辊和收卷站，将切削好的薄膜通过收卷站缠绕到收卷管上；
(7)整烫定型：将步骤(6)所得到高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜安装到专用数控整烫定型复卷设备上，利用两个加热辊和两个冷却辊对宽幅聚四氟乙烯功能薄膜进行正反整烫定型，使薄膜中的高分子链沿轴向定向重排，不仅使该功能薄膜的表面平整平滑，而且边缘不卷曲，方便纵向和横向裁切；同时按照设计的宽度要求进行纵向裁切，得到卷状的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜；
(8)横向裁切：将步骤(7)所得到满足客户宽度要求的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜安装到专用数控横切机上，裁切成长度和宽度都满足要求的成品薄膜。
本实施例中，所述步骤(1)在聚四氟乙烯悬浮细粉中的纳米级高纯超细硅微粉或钛白粉的添加量，是根据用户对不同介电常数的要求进行添加的，一般添加量为2～20％。
本实施例中，所述步骤(2)毛坯制作过程中，毛坯的制作直径由切削得到的薄膜宽度来决定，当薄膜宽度小于500毫米时，毛坯的最大直径为350毫米；当薄膜宽度大于500毫米，小于1600毫米时，毛坯的最大直径为600毫米。
本实施例中，所述步骤(5)测量时薄膜通过专用红外线在线自动测厚系统，该系统测量薄膜的厚度为0.02～0.30毫米，测量精度要求为0.3％，保证该薄膜的厚度在可控范围以内。
本实施例中，所述步骤(7)整烫定型是利用两个加热辊和两个冷却辊对宽幅聚四氟乙烯功能薄膜进行正反整烫和正反冷却定型，可使薄膜中的高分子链沿轴向定向重排，保证了该功能薄膜的表面平整平滑和边缘不卷曲，方便裁切；加热辊和冷却辊分别采用模温机和冷水机，节约能耗，方便操作，提高效益。
本实施例中，所述步骤(8)获得的成品高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜，在10G～30GHz的高频率下的介电常数为2.5到20之间，能满足各种高频行业不同设计的需求。
如图1和图2所示，一种高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜，所述薄膜的厚度3大于等于0.02毫米，小于等于0.50毫米；薄膜的宽度2大于等于300毫米，小于等于1600毫米。由于功能薄膜是由坯料经车削或旋切加工而成的，其长度1不受限制。
本实施例中，所述功能薄膜的长度和宽度尺寸公差保持在±0.5毫米，厚度公差值小于0.3％；功能薄膜是由添加功能材料的聚四氟乙烯坯料经车削或旋切加工而成；聚四氟乙烯坯料为中空的圆柱形结构；所述功能材料是纳米级高纯超细硅微粉或钛白粉。
上述实施例仅限于说明本发明的构思和技术特征，其目的在于让本领域的技术人员了解发明的技术方案和实施方式，并不能据此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明技术方案所作的等同替换或等效变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜的制造工艺，其特征是所述工艺包括以下步骤：
(1)原料过筛：将纳米级的高纯超细硅微粉或钛白粉用140目的振动筛进行过筛，与60目过筛后的聚四氟乙烯悬浮细粉通过高速混合机进行捣碎、混合、搅拌，然后再采用60目的振动筛进行过筛，得到高介电常数的聚四氟乙烯备用原料；
(2)毛坯制作：将上述高介电常数的聚四氟乙烯备用原料通过模压法制成中空的圆柱形毛坯，将脱模后的毛坯放在23～25℃的环境中恒温存放20小时至24小时，消除毛坯的内应力；
(3)毛坯烧结：将步骤(2)得到的毛坯放置于全自动旋转式四氟烧结炉中，按设定的程序进行72～168小时的烧结、冷却得到坯料；
(4)车削或旋切：将步骤(3)所得的坯料放入100℃到120℃的烘箱中进行预热，保持温度5小时至6小时，使坯料的内、外温度一致后，在坯料的中心孔中压入或拉入外表面设有梯形齿的专用芯棒，用起重机械安装到高精度数控车床或旋切机上，采用硬质合金刀按设定薄膜的厚度对坯料进行车削或旋切；
(5)在线测量：将步骤(4)车削或旋切得到的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜通过专用红外线在线自动测厚系统，当系统发现误差时通过警报系统发出报警信号，通知步骤(4)的车削或旋切人员及时检查或调整刀具，保证该薄膜的厚度在可控范围以内；
(6)自动收卷：采用带有平衡辊的收卷装置与上述高精度数控车床或旋切机及在线自动测厚系统相组合,收卷装置的预应力可以进行设定，通过磁粉分离器和气动系统自动调节驱动装置的转矩获得合适的收卷力,来对薄膜进行张紧和收卷，并通过张紧装置依次连接转向辊、舒展辊和收卷站，将切削好的薄膜通过收卷站缠绕到收卷管上；
(7)整烫定型：将步骤(6)所得到的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜安装到专用数控整烫定型复卷设备上，利用加热辊和冷却辊对宽幅聚四氟乙烯功能薄膜进行整烫定型，使该功能薄膜的表面平整平滑，边缘不卷曲；同时按照设计的宽度要求进行纵向裁切，得到卷状的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜；
(8)横向裁切：将步骤(7)所得到的满足设计宽度要求的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜安装到专用数控横切机上，裁切成长度和宽度都能满足要求的成品薄膜。
2.根据权利要求1所述的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜的制造工艺，其特征是：所述步骤(1)高纯超细硅微粉或钛白粉的添加量，按照不同介电常数的设计要求添加2～20％。
3.根据权利要求1所述的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜的制造工艺，其特征是：所述步骤(2)毛坯的最大直径由所要切削得到的薄膜宽度来决定，当薄膜宽度小于为500毫米时，毛坯的最大直径为300毫米；当薄膜宽度为500毫米至1600毫米时，毛坯的最大直径为500毫米。
4.根据权利要求1所述的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜的制造工艺，其特征是：所述步骤(4)车削或旋切薄膜的厚度大于等于0.02毫米，小于等于0.50毫米；薄膜的宽度大于等于300毫米，小于等于1600毫米。
5.根据权利要求1所述的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜的制造工艺，其特征是：所述步骤(5)红外线在线自动测厚系统，测量薄膜的厚度在可控范围以内的精度要求小于0.3％。
6.根据权利要求1所述的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜的制造工艺，其特征是：所述步骤(8)得到的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜的频率范围是10G～30GHz的高频率下的介电常数为2.5到20之间。
7.一种高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜，其特征在于：所述薄膜的厚度大于等于0.02毫米，小于等于0.50毫米；薄膜的宽度大于等于300毫米，小于等于1600毫米。
8.根据权利要求7所述的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜，其特征是：所述薄膜的长度和宽度尺寸公差保持在±0.5毫米，厚度公差值小于0.3％。
9.根据权利要求7或8所述的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜，其特征是：所述薄膜是由添加有功能材料的聚四氟乙烯坯料经车削或旋切加工而成。
10.根据权利要求9所述的高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜，其特征是：所述聚四氟乙烯坯料为中空的圆柱形结构；所述功能材料是纳米级高纯超细硅微粉或钛白粉。
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