CN108148393A - 一种超材料基材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超材料基材，包括100份的聚苯醚、60～150份的二氧化钛、12.5～25份的硅灰石以及0.1～3.75份的硅烷偶联剂。制备方法包括：将聚苯醚、二氧化钛、硅灰石以及硅烷偶联剂按比例进行共混，得混合物料；将混合物料烘干后，热压成型，制得超材料基材。本发明提供的制备超材料基材的方法，通过在聚苯醚树脂中均匀混入合适的陶瓷粉组合以及助剂，使最终制得的超材料基材的密度低于2g/cm3，损耗正切角＜10‑3，且超材料基材的加工性、耐环境性能优良。由于本发明提供的超材料基材具有低密度低介电常数、低损耗的性能且加工性能和耐环境性能优异。

Description

一种超材料基材及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，更具体地，涉及一种超材料基材及其制备方法。
背景技术
超材料的重要特征包括：超材料通常是具有新奇人工结构的复合材料；“超材料“具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的)；超材料性质由构成材料的本征性质及其中的人造微结构共同决定。超材料一般包括基材及附着在基材上的人造微结构。在现有技术中，通常使用陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料作为基材来制备超材料。
然而现有的超材料基材的性能较差，例如，密度较大、介电损耗较高、加工性差、耐环境性能不好等缺点。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种超材料基材及其制备方法，以解决现有的超材料基材的性能较差的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种制备超材料基材的方法，包括以下步骤：将聚苯醚、二氧化钛、硅灰石以及硅烷偶联剂按比例进行共混，得混合物料；将混合物料烘干后，热压成型，制得超材料基材。
在上述方法中，采用球磨方式，实施的将聚苯醚、二氧化钛、硅灰石以及硅烷偶联剂按比例进行共混的步骤。
在上述方法中，通过使用全方位行星式球磨机进行球磨，其中，全方位行星式球磨机使用0.5mm～4mm的锆珠，球磨时间为4小时～10小时。
在上述方法中，在100℃～120℃的温度下将混合物料烘干，烘干时间为1.5～2小时。
在上述方法中，采用热压机，在温度为200～330℃、压力为6～12MPa的条件下，实施热压成型，且热压成型的持续时间为0.3～3h。
在上述方法中，制得的超材料基材按质量份数包括100份的聚苯醚、50～200份的二氧化钛、10～40份的硅灰石以及0.1～5份的硅烷偶联剂。
在上述方法中，制得的超材料基材按质量份数包括100份的聚苯醚、60～150份的二氧化钛、12.5～25份的硅灰石以及0.1～3.75份的硅烷偶联剂。
在上述方法中，还包括，通过覆铜工艺在超材料基材的表面处覆铜箔，制得覆铜箔的超材料基材。
在上述方法中，铜箔的厚度为0.005mm～0.009mm。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述方法制备的超材料基材以及覆铜箔的超材料基材。
本发明提供的制备超材料基材的方法，通过在聚苯醚树脂中均匀混入合适的陶瓷粉组合以及助剂，使最终制得的超材料基材的密度低于2g/cm3，损耗正切角＜10-3，且超材料基材的加工性、耐环境性能优良。由于本发明提供的超材料基材具有低密度低介电常数、低损耗的性能且加工性能和耐环境性能优异，因此，该超材料基材可以用于航空航天等领域中的无线通信系统或设备中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明的实施例的制备超材料基材的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
制备超材料基材的方法
图1是根据本发明的优选实施例的制备超材料基材的方法的工艺流程图。如图1中的S101所示，将聚苯醚、二氧化钛、硅灰石以及硅烷偶联剂按比例进行共混，得混合物料。在本发明的优选实施例中，采用球磨方式，通过使用全方位行星式球磨机将各物料进行共混，其中，全方位行星式球磨机使用0.5mm～4mm的锆珠，球磨时间为4小时～10小时。以及在该步骤中，按质量分数计，各物料组分的比例为：100份的聚苯醚、50～200份的二氧化钛、10～40份的硅灰石以及0.1～5份的硅烷偶联剂。在优选实施例中，各物料组分的比例为：100份的聚苯醚、60～150份的二氧化钛、12.5～25份的硅灰石以及0.1～3.75份的硅烷偶联剂。其中，聚苯醚为产品主体材料，二氧化钛用来调节最终制得的超材料基材的介电常数，聚苯醚和二氧化钛两者之间的比例直接影响产品密度、介电常数、介电损耗，成型工艺、机械性能、加工性能等；硅灰石主要用来改善最终制得的超材料基材的热稳定性；偶联剂主要用来改善二氧化钛和硅灰石与聚苯醚的相容性，提高最终制得的超材料基材的均匀性。
然后，如图1中的S103所示，将混合物料烘干后，热压成型，制得超材料基材。在优选实施例中，在100℃～120℃，优选110℃的温度下将混合物料烘干，烘干时间为1.5～2小时，烘干后将混合物料装入模具中，采用热压机，在温度为200～330℃、压力为6～12MPa的条件下进行热压成型，其中，热压成型的持续时间为0.3～3h，优选地为0.5～2小时。
此外，还可以通过覆铜工艺在所制得的超材料基材的表面处覆铜箔，制得覆铜箔的超材料基材。其中，铜箔的厚度为0.005mm～0.009mm，该厚度有助于覆铜工艺的进行。
本发明提供的制备超材料基材的方法，通过在聚苯醚树脂中均匀混入合适的陶瓷粉组合以及助剂，使最终制得的超材料基材的密度低于2g/cm3，损耗正切角＜10-3，且超材料基材的加工性、耐环境性能优良。由于本发明提供的超材料基材具有低密度低介电常数、低损耗的性能且加工性能和耐环境性能优异，因此，该超材料基材可以用于航空航天等领域中的无线通信系统或设备中。
实施例1
按质量份数，将100份的聚苯醚、60份的二氧化钛、12.5份的硅灰石以及0.125份的硅烷偶联剂使用全方位行星式球磨机，采用0.5mm的锆珠进行球磨共混，球磨4小时，得混合物料。然后将混合物料在100℃的温度下烘干2小时，烘干后，烘干后将混合物料装入模具中，在200℃、压力为6MPa的条件下进行热压成型，热压成型的持续时间为3h，制得超材料基材。
实施例2
按质量份数，将100份的聚苯醚、62.5份的二氧化钛、18.75份的硅灰石以及0.625份的硅烷偶联剂使用全方位行星式球磨机，采用4mm的锆珠进行球磨共混，球磨10小时，得混合物料。然后将混合物料在120℃的温度下烘干1.5小时，烘干后，烘干后将混合物料装入模具中，在330℃、压力为12MPa的条件下进行热压成型，热压成型的持续时间为0.3h，制得介电常数为2～4的超材料基材。
实施例3
按质量份数，将100份的聚苯醚、150份的二氧化钛、25份的硅灰石以及0.1份的硅烷偶联剂使用球磨机，进行球磨共混，球磨时间为5小时，得混合物料。然后将混合物料在100℃的温度下烘干2小时，烘干后，烘干后将混合物料装入模具中，在300℃、压力为10MPa的条件下进行热压成型，热压成型的持续时间为0.5h，制得介电常数为4～6的超材料基材。
实施例4
按质量份数，将100份的聚苯醚、200份的二氧化钛、10份的硅灰石以及3.75份的硅烷偶联剂使用球磨机，进行球磨共混，球磨时间为5小时，得混合物料。然后将混合物料在110℃的温度下烘干1.5小时，烘干后，烘干后将混合物料装入模具中，在300℃、压力为7MPa的条件下进行热压成型，热压成型的持续时间为2h，制得介电常数为6～8的超材料基材。
实施例5
按质量份数，将100份的聚苯醚、50份的二氧化钛、40份的硅灰石以及5份的硅烷偶联剂使用球磨机，进行球磨共混，球磨时间为5小时，得混合物料。然后将混合物料在110℃的温度下烘干1.5小时，烘干后，烘干后将混合物料装入模具中，在300℃、压力为7MPa的条件下进行热压成型，热压成型的持续时间为2h，制得介电常数为8～10的超材料基材。通过覆铜工艺在所制得的超材料基材的表面处覆铜箔，制得覆铜箔的超材料基材，铜箔的厚度为0.005mm～0.009mm。
通过将制得的超材料基材进行数控机床(CNC)加工后，进行对各个实施例中的超材料基材进行介电测试、环境测试。由测试结果可知，各个实施例中的超材料基材的介电常数均在10以下，甚至介电常数为2，且超材料基材的密度均低于2g/cm3。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种制备超材料基材的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚苯醚、二氧化钛、硅灰石以及硅烷偶联剂按比例进行共混，得混合物料；
将所述混合物料烘干后，热压成型，制得超材料基材。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用球磨方式，实施所述的将聚苯醚、二氧化钛、硅灰石以及硅烷偶联剂按比例进行共混的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过使用全方位行星式球磨机进行所述球磨，其中，所述全方位行星式球磨机使用0.5mm～4mm的锆珠，球磨时间为4小时～10小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在100℃～120℃的温度下将所述混合物料烘干，烘干时间为1.5～2小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用热压机，在温度为200～330℃、压力为6～12MPa的条件下，实施所述热压成型，且所述热压成型的持续时间为0.3～3h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制得的所述超材料基材按质量份数包括100份的聚苯醚、50～200份的二氧化钛、10～40份的硅灰石以及0.1～5份的硅烷偶联剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，制得的所述超材料基材按质量份数包括100份的聚苯醚、60～150份的二氧化钛、12.5～25份的硅灰石以及0.1～3.75份的硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，通过覆铜工艺在所述超材料基材的表面处覆铜箔，制得覆铜箔的超材料基材。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述铜箔的厚度为0.005mm～0.009mm。
10.根据权利要求1～7中的任一项所述的方法制备的超材料基材。
11.根据权利要求8或9所述的方法制备的覆铜箔的超材料基材。
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