CN110951177A - 纳米注塑复合材料及其制备方法、壳体组件和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种纳米注塑复合材料，包括以下各组分：结晶性树脂、玻璃纤维、增韧剂、抗氧剂和润滑剂；所述结晶性树脂包括间规聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性聚苯醚中的一种或多种。可以解决纳米注塑材料普遍存在着介电常数高和介质损耗因数高的缺点，以及严重影响天线的带宽，无法满足长波长、高频率和大容量的要求的问题。本申请还提供了所述纳米注塑复合材料制备方法，以及一种壳体组件和电子设备。

Description

纳米注塑复合材料及其制备方法、壳体组件和电子设备
技术领域
本申请涉及米注塑材料技术领域，具体涉及一种纳米注塑复合材料及其制备方法、壳体组件和电子设备。
背景技术
纳米注塑技术(Nano Molding Technology，NMT)是一种将塑胶直接射出至金属表面达到与金属完美接合的技术。目前，通过该项技术，一部分纳米注塑材料已被广泛用于电子和电信应用中以制造天线、射频(RF)部件和其它相关设备的结构或功能部件。然而现有纳米注塑材料普遍存在着介电常数(Dielectric Constant，Dk)高和介质损耗因数(Dissipation Factor，Df)高的缺点，严重影响天线的带宽，且无法满足未来5G通信对长波长、高频率和大容量的要求。
发明内容
本申请提供一种纳米注塑复合材料及其制备方法、壳体组件和电子设备；可以解决纳米注塑材料普遍存在着介电常数高和介质损耗因数高的缺点，以及严重影响天线的带宽，无法满足长波长、高频率和大容量的要求的问题。所述技术方案如下：
第一方面，本申请提供了一种纳米注塑复合材料，包括以下各组分：结晶性树脂、玻璃纤维、增韧剂、抗氧剂和润滑剂；所述结晶性树脂包括间规聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性聚苯醚中的一种或多种。
第二方面，本申请提供了一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将结晶性树脂、增韧剂、抗氧剂和润滑剂混合后转移至挤出机中熔融，得到混合物，所述结晶性树脂包括间规聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性聚苯醚中的一种或多种；
再向混合物中加入玻璃纤维，经熔融挤出造粒，制得纳米注塑复合材料。
第三方面，本申请提供了一种壳体组件，包括金属壳体本体和如本申请第一方面所述的纳米注塑复合材料，所述纳米注塑复合材料通过纳米注塑的方式与所述金属壳体本体结合。
第四方面，本申请还提供的一种电子设备，包括本申请第三方面所述的壳体组件，以及显示装置，所述显示装置与所述壳体组件相连。
本申请所述纳米注塑复合材料是一种能够用于纳米注塑的材料，所述纳米注塑复合材料具有很低的介电性能，在1GHz-10GHz的频率下，具有数值低且稳定的介电常数和介质损耗因数；同时，所述纳米注塑复合材料与金属之间结合强度高，结构稳定，不易剥离。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的一种纳米注塑复合材料的制备方法的工艺流程图；
图2是本申请实施例提供的一种壳体组件100的局部剖面图；
图3是本申请实施例提供的一种壳体组件100的沿A-A方向的剖面图；
图4是图3中本申请实施例提供的壳体组件100的沿A-A方向的剖面图的局部放大图；
图5是本申请实施例提供的一种金属壳体本体表面的纳米孔洞的实际结构图，标尺为500nm；
图6是本申请实施例提供的一种电子设备200的结构示意图；
图7是本申请实施例提供的不同纳米注塑复合材料经阳极制程后的表面效果图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请所列举的实施例之间可以适当的相互结合。
本申请一实施例提供的一种纳米注塑复合材料，包括以下各组分：结晶性树脂、玻璃纤维、增韧剂、抗氧剂和润滑剂；所述结晶性树脂包括间规聚苯乙烯(sPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和改性聚苯醚(MPPO)中的一种或多种。
本申请所述纳米注塑复合材料是一种能够适用于纳米注塑技术的复合材料。其中，所述结晶性树脂(或结晶性塑料)是指高分子链排序整齐，在凝结过程中有晶核(nuclei)到晶球(spherulites)的分解过程，并依照相同样式排序高分子链；其中，规则排列区域称为晶区，无序排列区域称为非晶区，晶区所占的百分比称为结晶度，通常结晶性树脂(或结晶性塑料)的结晶度在80％以上。本申请所述结晶性树脂选自具有低介电常数和低介质损耗因数的聚合物材料，并且相比于所述结晶性树脂，相比于传统的非结晶性树脂，更能与金属之间形成稳定的一体结构。
一实施方式中，所述结晶性树脂为间规聚苯乙烯，或为聚对苯二甲酸乙二醇酯，或为改性聚苯醚。另一实施方式中，所述结晶性树脂由聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性聚苯醚中的一种或两种，和间规聚苯乙烯组成。
本申请实施方式中，所述间规聚苯乙烯的分子结构式如式Ⅰ所示：
Figure BDA0002317766860000021
所述间规聚苯乙烯中的苯环基团是交替分布在碳主链的两侧的。本申请所述间规聚苯乙烯可以但不限于选自在1-10GHz的频率下，介电常数低于2.5和介质损耗因数低于0.006的一类间规聚苯乙烯聚合物。
可选地，所述结晶性树脂的质量分数为50-70％，所述玻璃纤维的质量分数为10-30％，所述增韧剂的质量分数为1-10％，所述抗氧剂的质量分数为0.1-1％，所述润滑剂的质量分数为0.2-1％。
本申请实施方式中，所述玻璃纤维包括以下质量分数的组分：二氧化硅50-60％，氧化铝10-15％和氧化硼20-30％；在1-10GHz的频率下，所述玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001。本申请所述组分配方的玻璃纤维具有更低的介电常数，有利于降低本申请所述纳米注塑复合材料的介电性能。
一实施方式中，所述玻璃纤维包括以下质量分数的组分：二氧化硅50-60％，氧化铝10-15％，氧化硼20-30％，氧化钙4-8％，氟1-2％和余量的碱金属氧化物。其中，所述碱金属氧化物可以但不限于为氧化钠和氧化钾。
本申请实施方式中，所述质量分数配比的组分组成的纳米注塑复合材料，一方面可以表现出低介电常数和低介质损耗因数的特点，另一方面可以保持一定的机械强度。
可选地，所述玻璃纤维的长度为2.5-4.5mm，直径为7-14μm。本实施例中，所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，通过控制所述玻璃纤维的长度和直径大小，可以有利于增强所述纳米注塑复合材料的机械强度，提升纳米注塑复合材料的刚性及抗冲击能力。其中，一实施方式中，所述玻璃纤维的长度为2.5-3.5mm；所述玻璃纤维的述直径为7-10μm。另一实施方式中，所述玻璃纤维的长度为3.0-4.0mm；所述玻璃纤维的述直径为10-14μm。例如，所述玻璃纤维的长度可以但不限于为2.5mm，2.8mm，3.0mm，3.2mm，3.5mm，3.8mm，4.0mm，4.1mm，4.3mm，或4.5mm。所述玻璃纤维的直径可以但不限于为7μm，8μm，9μm，10μm，11μm，12μm，13μm，或14μm。
可选地，所述玻璃纤维表面还包覆有偶联剂，所述偶联剂为硅烷偶联剂。包裹有偶联剂的所述玻璃纤维能够更稳定融合在所述纳米注塑复合材料中，与纳米注塑复合材料中的其他组分形成偶联，有利于进一步提升其机械强度。
本申请实施方式中，所述纳米注塑复合材料还包括空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的质量分数为5-20％。
可选地，所述空心玻璃微珠内部空腔的体积占比为70-85％。这里所述的内部空腔的体积占比是指每个空心玻璃微珠的内部空腔占整个空心玻璃微珠体积的比例。其中，一实施方式中，所述空心玻璃微珠内部空腔的体积占比为75-85％。另一实施方式中，所述空心玻璃微珠内部空腔的体积占比为80-85％。例如，所述空心玻璃微珠内部空腔的体积占比可以但不限于为70％，或为72％，或为75％，或为78％，或为80％，或为82％，或为85％。
可选地，所述空心玻璃微珠的粒径D50为15-25μm，所述空心玻璃微珠的抗压强度大于15000psi。一实施方式中，所述空心玻璃微珠的粒径D50为22-25μm，所述空心玻璃微珠的抗压强度为15000-50000psi。所述抗压强度氛围内的空心玻璃微珠，能够绝大部分抵御其在参与制备纳米注塑复合材料中存在的破损风险，并维持空心玻璃微珠的体积占比和粒径均处于一个相对均衡状态。例如，当增加空心玻璃微珠的体积占比时，若要保持空心玻璃微珠的抗压强度，势必要增加空心玻璃微珠的粒径；而当减少空心玻璃微珠的粒径，空心玻璃微珠的体积占比也需要减小以保持空心玻璃微珠的抗压强度处于较高水平。
可选地，所述空心玻璃微珠的粒径D50为15-25μm，粒径D10为8-15μm，粒径D90为30-50μm。
可选地，所述空心玻璃微珠的壁厚为0.7-1.2μm。所述空心玻璃微珠的堆积密度为0.45-0.70g/cm3。
本申请实施方式中，所述空心玻璃微珠的内部空腔内是充满空气的。内部空腔处于高体积占比的空心玻璃微珠能进一步降低纳米注塑复合材料的介电性能，减小介电常数和介质损耗因数的数值；同时，高抗压强度的空心玻璃微珠可以使所述注塑复合材料的低介电性能更加稳定。
可选地，所述玻璃纤维和所述空心玻璃微珠在所述纳米注塑复合材料的质量分数之和为18-35％，所述玻璃纤维和所述空心玻璃微珠的质量比为(1-5):1。
本申请实施方式中，所述质量配比的所述玻璃纤维和所述空心玻璃微珠，一方面可以大大降低所述纳米注塑复合材料的介电性能，另一方面可以使所述纳米注塑复合材料的机械强度处于较高水平。
本申请实施方式中，所述增韧剂包括乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(EGMA)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)中的一种或两种。本申请所述增韧剂能降低纳米注塑复合材料脆性和提高纳米注塑复合材料的抗冲击性能。
本申请实施方式中，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂混合物。本申请所述抗氧剂可以防止纳米注塑复合材料制备过程中的树脂组分受热导致分子链断裂，影响纳米注塑复合材料的介电性能和机械性能。一实施方式中，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168两种，其中，受阻酚类抗氧剂1010作为主抗氧剂，亚磷酸酯类抗氧剂168作为辅助抗氧剂。例如抗氧剂B900。
本申请实施方式中，所述润滑剂包括硅酮母粒、季戊四醇硬脂酸酯(PETS)和乙撑双脂肪酸酰胺(EBS)中的一种或多种。一实施方式中，所述润滑剂为硅酮母粒，或为季戊四醇硬脂酸酯，或为乙撑双脂肪酸酰胺。
可选地，本申请所述还包括热稳定剂，所述热稳定剂包括氧化锌、硫化锌、氧化镁和磷酸锌中的一种或多种。所述磷酸锌是不含结晶的化合物。所述热稳定剂能够防止纳米注塑复合材料中的组分出现热分解的过程，提升其热稳定性。
本申请实施方式中，在1GHz-10GHz的频率下，所述纳米注塑复合材料的介电常数小于2.70，介质损耗因数小于0.003。
可选地，在1GHz-10GHz的频率下，所述纳米注塑复合材料的介电常数小于2.55，介质损耗因数小于0.003。
本申请实施方式中，所述纳米注塑复合材料用于纳米注塑在金属表面，所述纳米注塑复合材料与所述金属之间的结合强度大于7MPa。一实施方式中，所述纳米注塑复合材料与所述金属之间的结合强度为7-30MPa。另一实施方式中，所述纳米注塑复合材料与所述金属之间的结合强度为15-25MPa。
本申请所述纳米注塑复合材料具有很低的介电性能，在1GHz-10GHz的频率下，其具有数值低且稳定的介电常数和介质损耗因数，大大低于现有注塑材料接近3的介电常数值；同时，本申请所述纳米注塑复合材料是一种能够用于纳米注塑的材料，所述纳米注塑复合材料与金属之间结合强度高，结构稳定，不易剥离。
如图1所示，本申请另一实施例提供了一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S01、将结晶性树脂、增韧剂、抗氧剂和润滑剂混合后转移至挤出机中熔融，得到混合物，所述结晶性树脂包括间规聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性聚苯醚中的一种或多种；
S02、再向混合物中加入玻璃纤维，经熔融挤出造粒，制得纳米注塑复合材料。
本申请实施方式中，所述S01步骤中，所述结晶性树脂的质量分数为50-70％，所述增韧剂的质量分数为1-10％，所述抗氧剂的质量分数为0.1-1％，所述润滑剂的质量分数为0.2-1％。
本申请实施方式中，所述S02步骤中，所述玻璃纤维的质量分数为10-30％。其中，所述玻璃纤维是在其他组分熔融形成所述混合物后再添加的。由于结晶性树脂等组分在没有完全熔融之前，硬度较高，通过推迟添加所述玻璃纤维，可以防止玻璃纤维在全部组分混合过程中出现大量折断现象，长度变短，从而导致所述纳米注塑复合材料的机械强度减弱。
可选地，所述S01步骤中，得到混合物之后，继续向所述混合物中加入空心玻璃微珠。可选地，所述空心玻璃微珠的质量分数为5-20％。
其中，所述玻璃纤维和所述空心玻璃微珠是分别独立添加的；且所述空心玻璃微珠也是在其他组分熔融形成所述混合物后再添加的，这样可以有效防止空心玻璃微珠在混合过程出现严重破损的情况；从而影响材料的介电性能。
可选地，一实施方式中，所述玻璃纤维先添加至所述混合物中，经混合均匀后，然后在继续添加所述空心玻璃微珠。另一实施方式中，所述空心玻璃微珠先添加至所述混合物中，经混合均匀后，然后在继续添加所述玻璃纤维。
可选地，所述挤出机可以但不限于设有一主喂料口和两个侧部喂料口，将结晶性树脂、增韧剂、抗氧剂和润滑剂混合后通过所述主喂料口加入至所述挤出机中，熔融，然后从靠近所述主喂料口的一个侧部喂料口加入玻璃纤维，再从另一个侧部喂料口加入所述空心玻璃微珠。或者从靠近所述主喂料口的一个侧部喂料口加入空心玻璃微珠，再从另一个侧部喂料口加入所述玻璃纤维。
本申请所述润滑剂能够减少各组分之间的摩擦，以及减少各组分与挤出机的料筒之间的摩擦；有利于高效获得纳米注塑复合材料，提升纳米注塑复合材料的质量，减小在摩擦过程中，各组分出现磨损的现象。
可选地，所述挤出机的熔融挤出造粒过程中设有五段加热区，分别为一区、二区、三区、四区和五区，温度设置分别为：所述一区70-100℃、所述二区240-250℃、所述三区270-280℃、所述四区280-300℃和所述五区290-310℃，所述挤出机的机头口模温度为290-310℃。
本实施例中，通过设置多段加热区，可以有效控制物料挤出成型过程中，始终在熔融温度与分解温度区间进行，获得形貌和质量更出色的纳米注塑复合材料颗粒。
可选地，所述纳米注塑复合材料的具体形貌和挤出速率可以在实际生产过程中进行调整，本实施方式中不做具体限定。
本实施例提供的所述制备方法是对于前面实施例所述纳米注塑复合材料产品的制备方法；所述制备方法中，各个组分的具体限定与前面实施例中纳米注塑复合材料产品的各个组分的描述一致，本实施例不再重复赘述。
本实施例中，所述纳米注塑复合材料的制备方法工艺简单，易操作，可以用于大规模的工业化生产。由所述制备方法制得的纳米注塑复合材料，性质稳定，具有很低的介电性能，在1GHz-10GHz的频率下，具有数值低且稳定的介电常数和介质损耗因数；同时，所述纳米注塑复合材料与金属之间结合强度高，结构稳定，不易剥离。例如，本申请所述纳米注塑复合材料在1GHz-10GHz的频率下，所述纳米注塑复合材料的介电常数甚至小于2.55，介质损耗因数小于0.003。
由于本申请所述纳米注塑复合材料具有出色的低介电性能，且所述纳米注塑复合材料能够与金属之间形成稳定的一体成型结构，与金属之间结合强度高，是一种性能出众的纳米注塑材料；因此，本申请所述纳米注塑复合材料在电子和电信领域具有广泛的应用前景。
如图2和图3所示，本申请另一实施例提供了一种壳体组件100，包括金属壳体本体10和纳米注塑复合材料11，所述纳米注塑复合材料11通过纳米注塑的方式与所述金属壳体本体10结合。
可选地，所述纳米注塑复合材料11的具体限定与前面实施例中各个组分的描述一致，本实施例不再赘述。
可选地，所述金属可以但不为金属铝、铝合金、不锈钢或其他合金材料。参见图4，图4为图3中的虚线圈的局部放大图，其中，所述金属壳体本体10表面与所述纳米注塑复合材料11结合的表面设有纳米孔洞12，所述纳米孔洞12中填充有所述纳米注塑复合材料11，所述纳米孔洞12的孔径为20-40nm。
本实施方式中，所述金属壳体本体10表面纳米孔洞12可以但不限于通过刻蚀方式得到。参见图5，其为铝合金壳体表面形成的纳米孔洞的扫描电镜图。所述金属壳体本体10表面纳米孔洞12有利于实现与纳米注塑复合材料的一体成型，增强两者之间的结合力。
可选地，所述金属壳体本体10与所述纳米注塑复合材料11之间的结合强度大于7MPa。一实施方式中，所述金属壳体本体10与所述纳米注塑复合材料11之间的结合强度为7-30MPa。另一实施方式中，所述金属壳体本体10与所述纳米注塑复合材料11之间的结合强度为15-30MPa。
本实施方式中，壳体组件100包括中框和后盖板中的至少一种。所述壳体组件100还可以为其他涉及电子和通信的装置的壳体。
可选地，壳体组件100的周侧边框上成型有USB孔、耳机孔、周侧按键孔和天线槽位中的至少一种。
由于本申请所述纳米注塑复合材料具有很低的介电性能，在1GHz-10GHz的频率下，具有数值低且稳定的介电常数和介质损耗因数；同时，所述纳米注塑复合材料与金属之间结合强度高，结构稳定，不易剥离。因此，含有本申请所述纳米注塑复合材料的壳体组件100能够对信号的带宽影响小，满足长波长、高频率和大容量的要求，可以广泛应用与电子和通信技术领域，尤其是移动终端。
如图6所示，本申请另一实施例提供了一种电子设备200，包括壳体组件100，以及显示装置20，所述显示装置20与所述壳体组件100相连。其中，所述壳体100包括金属壳体本体10和通过纳米注塑的方式与所述金属壳体本体10结合的纳米注塑复合材料11。
可选地，所述纳米注塑复合材料11的具体限定与前面实施例中各个组分的描述一致，本实施例不再赘述。
当所述壳体组件100仅为中框时，所述电子设备200还包括后盖，所述后盖的材质为金属、塑料和玻璃中的至少一种。
可选地，本申请提供的电子设备200包括但不限于手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人计算机(Personal Computer，PC)、个人数字助理(Personal DigitalAssistant，PDA)、便携式媒体播放器(Portable Media Player，PMP)、导航装置、可穿戴设备、智能手环、计步器等移动终端，以及诸如数字TV、台式计算机等固定终端。
下面将通过具体实施例来说明根据本申请实施例的纳米注塑复合材料的组成和综合性能，其中，对比例是基于本申请实施例设计。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本申请，而不应视为限定本申请的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市面购获得的常规产品。
实施例1
一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将sPS-1结晶性树脂76.3g，乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物增韧剂3g，抗氧剂B900 0.2g，润滑剂PETS 0.5g提前按照比例在高混机中混合均匀，将混合好物料从挤出机后端的主喂料口加入，熔融；主喂料口至机头口模方向依次设有第一侧部喂料口和第二侧部喂料口；
然后继续从第二侧部喂料口加入玻璃纤维20g后熔融，然后挤出造粒，其中，挤出机的五个加热区温度设置如下：一区70-100℃、二区240-250℃、三区270-280℃、四区280-300℃、五区290-310℃和机头口模为290-310℃；然后用切粒机把料条切成小塑胶颗粒，得到纳米注塑复合材料；玻璃纤维长度约3mm，直径约7-14μm；由52-56％SiO2，12-15％Al2O3，20-30％B2O3，4-8％CaO，1-2％F和1-2％(Li2O、Na2O、K2O)组成；在1-10GHz的频率下，玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001。
实施例2
一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将sPS-1结晶性树脂76g，乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物增韧剂3g，抗氧剂B900 0.2g、磷酸锌热稳定剂0.3g，润滑剂PETS 0.5g提前按照比例在高混机中混合均匀，将混合好物料从挤出机后端的主喂料口加入，熔融；主喂料口至机头口模方向依次设有第一侧部喂料口和第二侧部喂料口；
然后继续从第二侧部喂料口加入玻璃纤维20g后熔融，然后挤出造粒，其中，挤出机的五个加热区温度设置如下：一区70-100℃、二区240-250℃、三区270-280℃、四区280-300℃、五区290-310℃和机头口模为290-310℃；然后用切粒机把料条切成小塑胶颗粒，得到纳米注塑复合材料；玻璃纤维长度约3mm，直径约7-14μm；由52-56％SiO2，12-15％Al2O3，20-30％B2O3，4-8％CaO，1-2％F和1-2％(Li2O、Na2O、K2O)组成；在1-10GHz的频率下，玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001。
实施例3
一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将sPS-1结晶性树脂76g，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物增韧剂3g，抗氧剂B900 0.2g、磷酸锌热稳定剂0.3g，润滑剂PETS 0.5g提前按照比例在高混机中混合均匀，将混合好物料从挤出机后端的主喂料口加入，熔融；主喂料口至机头口模方向依次设有第一侧部喂料口和第二侧部喂料口；
然后继续从第二侧部喂料口加入玻璃纤维20g后熔融，然后挤出造粒，其中，挤出机的五个加热区温度设置如下：一区70-100℃、二区240-250℃、三区270-280℃、四区280-300℃、五区290-310℃和机头口模为290-310℃；然后用切粒机把料条切成小塑胶颗粒，得到纳米注塑复合材料；玻璃纤维长度约3mm，直径约7-14μm；由52-56％SiO2，12-15％Al2O3，20-30％B2O3，4-8％CaO，1-2％F和1-2％(Li2O、Na2O、K2O)组成；在1-10GHz的频率下，玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001。
实施例4
一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将sPS-1结晶性树脂81g，乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物增韧剂3g，抗氧剂B900 0.2g、磷酸锌热稳定剂0.3g，润滑剂PETS 0.5g提前按照比例在高混机中混合均匀，将混合好物料从挤出机后端的主喂料口加入，熔融；主喂料口至机头口模方向依次设有第一侧部喂料口和第二侧部喂料口；
然后继续从第二侧部喂料口加入玻璃纤维15g后熔融，然后挤出造粒，其中，挤出机的五个加热区温度设置如下：一区70-100℃、二区240-250℃、三区270-280℃、四区280-300℃、五区290-310℃和机头口模为290-310℃；然后用切粒机把料条切成小塑胶颗粒，得到纳米注塑复合材料；玻璃纤维长度约3mm，直径约7-14μm；由52-56％SiO2，12-15％Al2O3，20-30％B2O3，4-8％CaO，1-2％F和1-2％(Li2O、Na2O、K2O)组成；在1-10GHz的频率下，玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001。
实施例5
一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将sPS-1结晶性树脂66g，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物增韧剂3g，抗氧剂B900 0.2g、磷酸锌热稳定剂0.3g，润滑剂PETS 0.5g提前按照比例在高混机中混合均匀，将混合好物料从挤出机后端的主喂料口加入，熔融；主喂料口至机头口模方向依次设有第一侧部喂料口和第二侧部喂料口；
然后继续从第一侧部喂料口加入玻璃纤维20g后熔融，然后继续从第二侧部喂料口加入空心玻璃微珠10g，经熔融挤出造粒，其中，挤出机的五个加热区温度设置如下：一区70-100℃、二区240-250℃、三区270-280℃、四区280-300℃、五区290-310℃和机头口模为290-310℃；然后用切粒机把料条切成小塑胶颗粒，得到纳米注塑复合材料；玻璃纤维长度约3mm，直径约7-14μm；由52-56％SiO2，12-15％Al2O3，20-30％B2O3，4-8％CaO，1-2％F和1-2％(Li2O、Na2O、K2O)组成；在1-10GHz的频率下，玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001；空心玻璃微珠型号为iM16K，粒径D50约20μm，抗压强度为16500psi，内部空腔的体积占比为82％。
实施例6
一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将sPS-1结晶性树脂66g，乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物增韧剂3g，抗氧剂B900 0.2g、磷酸锌热稳定剂0.3g，润滑剂PETS 0.5g提前按照比例在高混机中混合均匀，将混合好物料从挤出机后端的主喂料口加入，熔融；主喂料口至机头口模方向依次设有第一侧部喂料口和第二侧部喂料口；
然后继续从第一侧部喂料口加入玻璃纤维20g后熔融，然后继续从第二侧部喂料口加入空心玻璃微珠10g，经熔融挤出造粒，其中，挤出机的五个加热区温度设置如下：一区70-100℃、二区240-250℃、三区270-280℃、四区280-300℃、五区290-310℃和机头口模为290-310℃；然后用切粒机把料条切成小塑胶颗粒，得到纳米注塑复合材料；玻璃纤维长度约3mm，直径约7-14μm；由52-56％SiO2，12-15％Al2O3，20-30％B2O3，4-8％CaO，1-2％F和1-2％(Li2O、Na2O、K2O)组成；在1-10GHz的频率下，玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001；空心玻璃微珠型号为iM16K，粒径D50约20μm，抗压强度为16500psi，内部空腔的体积占比为82％。
实施例7
一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将sPS-1结晶性树脂66g，乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物增韧剂3g，抗氧剂B900 0.2g、磷酸锌热稳定剂0.3g，润滑剂PETS 0.5g提前按照比例在高混机中混合均匀，将混合好物料从挤出机后端的主喂料口加入，熔融；主喂料口至机头口模方向依次设有第一侧部喂料口和第二侧部喂料口；
然后继续从第一侧部喂料口加入空心玻璃微珠10g后熔融，然后继续从第二侧部喂料口加入玻璃纤维20g，经熔融挤出造粒，其中，挤出机的五个加热区温度设置如下：一区70-100℃、二区240-250℃、三区270-280℃、四区280-300℃、五区290-310℃和机头口模为290-310℃；然后用切粒机把料条切成小塑胶颗粒，得到纳米注塑复合材料；玻璃纤维长度约3mm，直径约7-14μm，由52-56％SiO2，12-15％Al2O3，20-30％B2O3，4-8％CaO，1-2％F和1-2％(Li2O、Na2O、K2O)组成；在1-10GHz的频率下，玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001；空心玻璃微珠型号为iM16K，粒径D50约20μm，抗压强度为16500psi，内部空腔的体积占比为82％。
对比例1
一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚苯乙烯PS树脂76g，乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物增韧剂3g，抗氧剂B900 0.2g、磷酸锌热稳定剂0.3g，润滑剂PETS 0.5g提前按照比例在高混机中混合均匀，将混合好物料从挤出机后端的主喂料口加入，熔融；主喂料口至机头口模方向依次设有第一侧部喂料口和第二侧部喂料口；
然后继续从第二侧部喂料口加入玻璃纤维20g后熔融，然后挤出造粒，其中，挤出机的五个加热区温度设置如下：一区70-100℃、二区240-250℃、三区270-280℃、四区280-300℃、五区290-310℃和机头口模为290-310℃；然后用切粒机把料条切成小塑胶颗粒，得到纳米注塑复合材料；玻璃纤维长度约3mm，直径约7-14μm；由52-56％SiO2，12-15％Al2O3，20-30％B2O3，4-8％CaO，1-2％F和1-2％(Li2O、Na2O、K2O)组成；在1-10GHz的频率下，玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001。
对比例2
一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚苯乙烯PS树脂66g，乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物增韧剂3g，抗氧剂B900 0.2g、磷酸锌热稳定剂0.3g，润滑剂PETS 0.5g提前按照比例在高混机中混合均匀，将混合好物料从挤出机后端的主喂料口加入，熔融；主喂料口至机头口模方向依次设有第一侧部喂料口和第二侧部喂料口；
然后继续从第一侧部喂料口加入玻璃纤维20g后熔融，然后继续从第二侧部喂料口加入空心玻璃微珠10g，经熔融挤出造粒，其中，挤出机的五个加热区温度设置如下：一区70-100℃、二区240-250℃、三区270-280℃、四区280-300℃、五区290-310℃和机头口模为290-310℃；然后用切粒机把料条切成小塑胶颗粒，得到纳米注塑复合材料；玻璃纤维长度约3mm，直径约7-14μm；由52-56％SiO2，12-15％Al2O3，20-30％B2O3，4-8％CaO，1-2％F和1-2％(Li2O、Na2O、K2O)组成；在1-10GHz的频率下，玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001；空心玻璃微珠型号为iM16K，粒径D50约20μm，抗压强度为16500psi，内部空腔的体积占比为82％。
对比例3
一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将sPS-1结晶性树脂66g，乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物增韧剂3g，抗氧剂B900 0.2g、磷酸锌热稳定剂0.3g，润滑剂PETS 0.5g提前按照比例在高混机中混合均匀，将混合好物料从挤出机后端的主喂料口加入，熔融；主喂料口至机头口模方向依次设有第一侧部喂料口和第二侧部喂料口；
然后继续从第一侧部喂料口加入玻璃纤维20g后熔融，然后继续从第二侧部喂料口加入空心玻璃微珠10g，经熔融挤出造粒，其中，挤出机的五个加热区温度设置如下：一区70-100℃、二区240-250℃、三区270-280℃、四区280-300℃、五区290-310℃和机头口模为290-310℃；然后用切粒机把料条切成小塑胶颗粒，得到纳米注塑复合材料；玻璃纤维长度约3mm，直径约7-14μm；由74-78％SiO2，0-1％Al2O3，17-22％B2O3，0-2％CaO，0-2％MgO和3-5％(Li2O、Na2O、K2O)组成；在1-10GHz的频率下，玻璃纤维的介电常数约6-8，介质损耗因数约0.002；空心玻璃微珠型号为iM16K，粒径D50约20μm，抗压强度为16500psi，内部空腔的体积占比为82％。
对比例4
一种纳米注塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将sPS-1结晶性树脂66g，乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物增韧剂3g，抗氧剂B900 0.2g、磷酸锌热稳定剂0.3g，润滑剂PETS 0.5g提前按照比例在高混机中混合均匀，将混合好物料从挤出机后端的主喂料口加入，熔融；主喂料口至机头口模方向依次设有第一侧部喂料口和第二侧部喂料口；
然后继续从第一侧部喂料口加入玻璃纤维20g后熔融，然后继续从第二侧部喂料口加入普通空心玻璃微珠10g，经熔融挤出造粒，其中，挤出机的五个加热区温度设置如下：一区70-100℃、二区240-250℃、三区270-280℃、四区280-300℃、五区290-310℃和机头口模为290-310℃；然后用切粒机把料条切成小塑胶颗粒，得到纳米注塑复合材料；玻璃纤维长度约3mm，直径约7-14μm；在1-10GHz的频率下，玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001；普通空心玻璃微珠的粒径D50约20μm，抗压强度为35000psi，内部空腔的体积占比为60％。
效果实施例
(1)介电性能和结合强度测试
依次测试上述实施例1-7和对比例1-4制得的纳米注塑复合材料样品的介电性能(包括Dk和Df，采用介电谐振器(SPDR)方法测试)；
然后，将上述各组纳米注塑复合材料样品与铝合金结合；通过在铝合金表面经表面处理后形成纳米孔洞，然后结合纳米注塑技术将各实施例和对比例的纳米注塑复合材料样品与铝合金结合，并测试纳米注塑复合材料与铝合金之间的结合强度，该测试过程严格按照ISO19095标准执行；结果如表1所示。
表1各组实施例和对比例的纳米注塑复合材料样品在2.5GHz下的介电性能，以及与铝合金之间的结合强度
Figure BDA0002317766860000111
Figure BDA0002317766860000121
从各实验组测试结果可知，本申请由实施例1-7所述制备方法制得的纳米注塑复合材料样品，在2.5GHz频率下的介电常数均低于2.70，介质损耗因数小于0.023；其中，实施例5-7中，在2.5GHz频率下的介电常数甚至低于2.53；同时，本申请由实施例所述制备方法制得的纳米注塑复合材料样品，其与铝合金之间的结合强度也都比较高，其中，实施例6的纳米注塑复合材料样品与铝合金之间的结合强度达到17.4MP。而对比例1-2中的纳米注塑复合材料样品在2.5GHz频率下的介电常数虽然也比较低，但是其与铝合金之间的结合强度也十分低，不适合作为纳米注塑材料；对比例3-4所述纳米注塑复合材料的介电性能都比实施例1-6的介电常数高，均普遍高于2.71。因此，本申请所述制备方法中使用的具有低介电的结晶性树脂原料，低介电的玻璃纤维，以及具有高体积占比的空心玻璃微珠都能有利于降低所述纳米注塑复合材料的介电常数和介质损耗因数，对通信、天线的设计尤其在5G通信上有明显意义；同时，本申请所述纳米注塑复合材料样品与铝合金之间的结合强度高，其一体成型结构稳定，不易剥离。
进一步将所述将含有不同纳米注塑复合材料的铝合金板经阳极制程后检测器表面效果，参见图7，其中，图7中的(a)是本申请实施例6制得的纳米注塑复合材料，图7中的(b)为现有PBT材料(日本东丽(Toray社)，型号：2107G-X07，Dk2.9，Df0.006；沙比克工程塑料(Sabic)，型号：WF004N Dk2.95，Df0.009)；两者在相同条件下经阳极制程后，发现本申请实施例6制得的纳米注塑复合材料颜色不变，而现有PBT材料出现颜色露白，存在藏酸现象，因此，本申请实施例6制得的纳米注塑复合材料具有更高的稳定性能，其与铝合金板的结合紧密，不会存在藏酸现象。
(2)拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、23℃缺口冲击、热变形温度、密度、5.0GHz频率下介电性能测试
进一步对本申请实施例5-7中的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、23℃缺口冲击、热变形温度、密度、5.0GHz频率下介电性能(包括Dk和Df)；其中，所述测试标准见表2所示，测试结果参见表3。
表2各相关性能测试标准对照表
测试性能 测试标准
拉伸强度 ISO 527
弯曲强度 ISO 178
弯曲模量 ISO 178
23℃缺口冲击 ISO 180
热变形温度 ISO 75
密度 ISO 1183
介电性能 介电谐振器(SPDR)方法
表3实施例5-7制得的产品相关性能测试数据表
Figure BDA0002317766860000131
从各实验组测试结果可知，本申请由实施例5-7所述制备方法制得的纳米注塑复合材料样品，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、23℃缺口冲击、热变形温度、密度等均表现出较高水平，其中，所述实施例5的纳米注塑复合材料样品，在5.0GHz频率下的介电常数为2.487，介质损耗因数小于0.00242；所述实施例6的纳米注塑复合材料样品，在5.0GHz频率下的介电常数为2.541，介质损耗因数小于0.00240。所述实施例7的纳米注塑复合材料样品；在5.0GHz频率下的介电常数为2.549，介质损耗因数小于0.00246。
(3)高频下的介电性能测试
进一步在高频下测试本申请实施例6所述的纳米注塑复合材料的介电性能，结果显示其在多个频段仍然保持稳定，其介电性能均远低于现有产品，具体数据件表4。
表4实施例6制得的产品在高频下的介电性能测试数据表
频率(MHz) Dk Df
19527 2.56 3.5E-03
20389 2.56 3.6E-03
21253 2.55 3.7E-03
22118 2.55 3.8E-03
22986 2.54 3.8E-03
23856 2.54 3.7E-03
24727 2.53 3.8E-03
25600 2.52 3.8E-03
26474 2.52 3.7E-03
27350 2.52 3.7E-03
28227 2.51 3.7E-03
29105 2.51 3.7E-03
29983 2.50 3.6E-03
30862 2.50 3.6E-03
31742 2.50 3.6E-03
32622 2.49 3.5E-03
33502 2.49 3.4E-03
34383 2.50 3.4E-03
35263 2.50 3.4E-03
36143 2.50 3.3E-03
37023 2.50 3.4E-03
37903 2.51 3.3E-03
38783 2.50 3.3E-03
以上所述是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (18)

1.一种纳米注塑复合材料，其特征在于，包括以下各组分：结晶性树脂、玻璃纤维、增韧剂、抗氧剂和润滑剂；所述结晶性树脂包括间规聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性聚苯醚中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的纳米注塑复合材料，其特征在于，所述结晶性树脂的质量分数为50-70％，所述玻璃纤维的质量分数为10-30％，所述增韧剂的质量分数为1-10％，所述抗氧剂的质量分数为0.1-1％，所述润滑剂的质量分数为0.2-1％。
3.如权利要求1所述的纳米注塑复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维包括以下质量分数的组分：二氧化硅50-60％，氧化铝10-15％和氧化硼20-30％；在1-10GHz的频率下，所述玻璃纤维的介电常数为4.0-4.5，介质损耗因数为低于0.001。
4.如权利要求1所述的纳米注塑复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维的长度为2.5-4.5mm，直径为7-14μm。
5.如权利要求1所述的纳米注塑复合材料，其特征在于，所述纳米注塑复合材料还包括空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的质量分数为5-20％。
6.如权利要求5所述的纳米注塑复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维和所述空心玻璃微珠在所述纳米注塑复合材料的质量分数之和为18-35％，所述玻璃纤维和所述空心玻璃微珠的质量比为(1-5):1。
7.如权利要求5所述的纳米注塑复合材料，其特征在于，所述空心玻璃微珠内部空腔的体积占比为70-85％。
8.如权利要求5所述的纳米注塑复合材料，其特征在于，所述空心玻璃微珠的粒径D50为15-25μm，所述空心玻璃微珠的抗压强度大于15000psi。
9.如权利要求1所述的纳米注塑复合材料，其特征在于，在1GHz-10GHz的频率下，所述纳米注塑复合材料的介电常数小于2.70，介质损耗因数小于0.003。
10.如权利要求1所述的纳米注塑复合材料，其特征在于，所述纳米注塑复合材料用于纳米注塑在金属表面，所述纳米注塑复合材料与所述金属之间的结合强度大于7MPa。
11.如权利要求1所述的纳米注塑复合材料，其特征在于，所述增韧剂包括乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或两种。
12.一种纳米注塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将结晶性树脂、增韧剂、抗氧剂和润滑剂混合后转移至挤出机中熔融，得到混合物，所述结晶性树脂包括间规聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性聚苯醚中的一种或多种；
再向混合物中加入玻璃纤维，经熔融挤出造粒，制得纳米注塑复合材料。
13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述得到混合物之后，继续向所述混合物中加入空心玻璃微珠。
14.如权利要求12或13所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的熔融挤出造粒过程中设有五段加热区，分别为一区、二区、三区、四区和五区，温度设置分别为：所述一区70-100℃、所述二区240-250℃、所述三区270-280℃、所述四区280-300℃和所述五区290-310℃，所述挤出机的机头口模温度为290-310℃。
15.一种壳体组件，其特征在于，包括金属壳体本体和如权利要求1-11任一项所述的纳米注塑复合材料，所述纳米注塑复合材料通过纳米注塑的方式与所述金属壳体本体结合。
16.如权利要求15所述的壳体组件，其特征在于，所述金属壳体本体表面与所述纳米注塑复合材料结合的表面设有纳米孔洞，所述纳米孔洞中填充有所述纳米注塑复合材料，所述纳米孔洞的孔径为20-40nm。
17.如权利要求15所述的壳体组件，其特征在于，所述壳体组件包括中框和后盖板中的至少一种。
18.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求15-17任一项所述的壳体组件，以及显示装置，所述显示装置与所述壳体组件相连。
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