CN113831672B

CN113831672B - 共混的热塑性复合材料、天线支架及终端

Info

Publication number: CN113831672B
Application number: CN202010595785.7A
Authority: CN
Inventors: 李密; 岳永保
Original assignee: Huawei Machine Co Ltd
Current assignee: Huawei Machine Co Ltd
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2023-05-16
Anticipated expiration: 2040-06-24
Also published as: CN113831672A

Abstract

本申请公开了一种共混的热塑性复合材料、天线支架及终端。热塑性复合材料包括：55～85wt％的热塑性聚合物；10～40wt％的陶瓷填料；1～10wt％的LDS添加剂；1～10wt％的层状结构无机填料；0.1～2wt％的加工助剂；其中，热塑性聚合物为主链含有环状结构的聚合物或者聚合物合金。

Description

共混的热塑性复合材料、天线支架及终端

技术领域

本申请涉及天线材料的技术领域，特别涉及一种共混的热塑性复合材料、天线支架及终端。

背景技术

随着5G通信技术的逐渐成熟，对实现5G通信的终端也提出了更高的要求，在终端内部很有限的空间内需要集成越来越多的天线。

但是，由于材料、工艺等方面的限制，终端的天线支架的介电常数、介电损耗等参数不能很好地满足5G通信标准的要求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种共混的热塑性复合材料、天线支架及终端，以改善天线支架存在的性能较差的问题。

基于上述技术问题，本申请提供了一种共混的热塑性复合材料，包括：55～85wt％的热塑性聚合物；10～40wt％的陶瓷填料；1～10wt％的LDS添加剂；1～10wt％的层状结构无机填料；0.1～2wt％的加工助剂；其中，所述热塑性聚合物为主链含有环状结构的聚合物或者聚合物合金。应当理解，该共混的热塑性复合材料在将介电损耗控制在低水平的同时，还能够具有相对较高的介电常数，以满足天线支架的使用需求。

一些实施例中，所述热塑性复合材料在10GHz以下频率下的介电损耗≤0.005，介电常数为2.7～5；所述热塑性复合材料在被激光激活后能被镀上金属化线路。

一些实施例中，所述热塑性聚合物为降冰片烯开环聚合得到的聚合物。例如：该热塑性聚合物为环状烯烃聚合物。

一些实施例中，所述热塑性聚合物为以降冰片烯开环与其他烯烃共聚合得到的环状烯烃类聚合物为主的聚合物合金；其中，所述环状烯烃类聚合物占所述聚合物合金的重量比大于或者等于70wt％。

一些实施例中，所述热塑性聚合物包括除了C和H以外的杂原子，所述杂原子位于所述主链上或者对称设置在所述主链的两侧。基于此，热塑性聚合物的主链中心电子不容易发生偏移，以确保热塑性复合材料具有较低的介电损耗，从而利于信号的收发。

一些实施例中，所述热塑性聚合物为主链含有5元环或者6元环的脂环结构的聚合物。或者，所述热塑性聚合物为主链含有6元环的苯环结构的聚合物。或者，所述热塑性聚合物为主链含有5元环或者6元环的脂环结构的聚合物合金。或者，所述热塑性聚合物为主链含有6元环的苯环结构的聚合物合金。

一些实施例中，所述热塑性聚合物为主链含脂环的聚烯烃；或者，所述热塑性聚合物为以主链含脂环的聚烯烃为主的聚合物合金。

一些实施例中，所述热塑性聚合物为主链含苯醚结构的聚合物；或者，所述热塑性聚合物为以主链含苯醚结构的聚合物为主的聚合物合金。

一些实施例中，所述陶瓷填料的重量比为20～30wt％，以兼顾热塑性复合材料的介电特性、力学性能及加工性等方面的性能需求。

一些实施例中，所述LDS添加剂的重量比为3～8wt％，以兼顾介电损耗和化镀时间等方面的要求。

一些实施例中，所述层状结构无机填料的重量比为3～8wt％。基于此，该金属化线路可以具有较强的抗刮、抗摩擦、抗磨损的性能。

一些实施例中，所述层状结构无机填料的粒径为1～8μm。由此，可以便于将层状结构无机填料掺杂到热塑性聚合物中，从而有利于LDS添加剂在热塑性聚合物中分散、存储和传导所吸收的能量，并提高化镀速率。

一些实施例中，所述加工助剂的重量比为0.2～0.5wt％，以有利于提高热塑性聚合物在熔融状态下的流动性，层状结构无机填料在热塑性聚合物中的分散性，以及成型品的脱模性等。

一些实施例中，所述热塑性复合材料还包括：0.1～1wt％的其他添加剂。基于此，根据使用需求，可以适应性调整热塑性复合材料某些方面的特性或者性能。

一些实施例中，所述其他添加剂为着色剂、抗氧化剂或者阻燃剂。

一些实施例中，所述热塑性复合材料的热形变温度为100℃～140℃。

一些实施例中，所述陶瓷填料包括钛酸锶、钛酸钙、钛酸钡、二氧化钛中的一种、两种或多种。

一些实施例中，所述LDS添加剂为含碱式磷酸铜、铬酸铜、锑掺杂的二氧化锡中的一种、两种或者多种。

一些实施例中，所述层状结构无机填料为滑石粉、云母、蒙脱土、黏土中的一种、两种或者多种。

一些实施例中，所述层状结构无机填料为滑石粉。

一些实施例中，所述加工助剂为硬脂酸丁酯、高级脂肪酸、硬酯醇中的一种、两种或者多种。

一些实施例中，所述其他添加剂包括炭黑、氧化锌、铬黄中的一种、两种或多种。

本申请还提供了一种天线支架，包括上述各实施例中的共混的热塑性复合材料。

本申请还提供了一种终端，包括上述实施例的天线支架。

本申请通过提供的热塑性复合材料，在将介电损耗控制在低水平的同时，还能够具有相对较高的介电常数。由此，基于热塑性复合材料的天线支架可以配合其他天线结构而实现高带宽和高天线收发效率等效果。

具体实施方式

本申请各实施例提供的共混的热塑性复合材料，具有较高的介电常数和较低的介电损耗，可以满足天线支架的使用要求，并便于使用该天线支架的终端可以实现5G通信等功能。

在具备5G通信功能的终端中，终端通过天线支架与毫米波芯片等天线结构的配合，来供用户享受5G通信体验。但是，该些天线支架的材料往往具有较高的介电损耗，严重影响其在5G通信领域的使用，并导致终端的天线的效率较低。或者，该些天线支架的材料的介电损耗不高，但相应地，该些天线支架的材料的介电常数也较低；基于此，天线支架的体积较大。在终端内部有限的空间内，并不能很好地容纳该些体积较大的天线支架。

基于以上的问题，本申请实施例提供一种共混的热塑性复合材料、天线支架及终端。该共混的热塑性复合材料在将介电损耗控制在低水平的同时，还能够具有相对较高的介电常数。基于此，该共混的热塑性复合材料可以良好地适用于天线支架及5G通信的终端中，以实现相关的通信功能。

本申请实施例提供的一种共混的热塑性复合材料，至少包括：热塑性聚合物、陶瓷填料、LDS添加剂、层状结构无机填料和加工助剂。其中，

热塑性聚合物的重量比为55～85wt％。

陶瓷填料的重量比为10～40wt％。

LDS添加剂的重量比为1～10wt％。

层状结构无机填料的重量比为1～10wt％。

加工助剂的重量比为0.1～2wt％。

一些实施例中，热塑性复合材料除了包括上述几种组分之外，还可以包括其他组分；例如下文将会提及到热塑性复合材料还可以包括其他添加剂，以满足相关的使用需求。应当理解，热塑性复合材料的各组分的重量比之和为100wt％。

例如：热塑性聚合物的重量比为69.5wt％，陶瓷填料的重量比为20wt％，LDS添加剂的重量比为5wt％，层状结构无机填料的重量比为5wt％，加工助剂的重量比为0.5wt％。

一些实施例中，基于上述各重量比的组分，该热塑性复合材料在10GHz以下频率下的介电损耗≤0.005，介电常数为2.7～5。

一些实施例中，在被激光激活后，该热塑性复合材料能被镀上金属化线路。

一些实施例中，该热塑性复合材料的热变形温度为100℃～140℃，以便于制造和注塑成型等操作。

一些实施例中，该热塑性聚合物是主链上含有环状结构的聚合物或者聚合物合金。

一些实施例中，该热塑性聚合物是以降冰片烯开环聚合得到的聚合物。例如：该热塑性聚合物为环状烯烃聚合物(COP，Cyclo Olefin Polymer)。

一些实施例中，该热塑性聚合物是以降冰片烯开环与其他烯烃共聚合得到的环状烯烃类聚合物(例如：环状烯烃共聚物(COC，Copolymers of Cycloolefin))为主，并添加有其他热塑性聚合物而得到的一类聚合物合金。其中环状烯烃类聚合物的重量比占该聚合物合金的70％及以上。

一些实施例中，该热塑性聚合物为主链上为含有苯环，且以C，H原子为主，其他杂原子主要存在于主链上的聚合物；或者，该热塑性聚合物为以主链上为含有苯环，且以C，H原子为主，其他杂原子主要存在于主链上的聚合物为主的聚合物合金。其中，该杂原子可例如为O和/或S；该类聚合物可以是聚苯醚(PPE，Polypheylene Ether)或者聚苯硫醚(PPS，Polyphenylene Sulfide)。

应当理解，如PPE或者PPS等主链上含有环状结构的聚合物，其具有良好的耐热性及尺寸稳定性。在成型加工和使用过程中，即使受到温度的影响，该些聚合物也不容易发生形变，以此可以确保由热塑性复合材料形成的天线支架具有较高的尺寸精度、其上的金属化线路也具有较好的结合力。

一些实施例中，在如PPE或者PPS等聚合物中，除C，H外的杂原子(例如O，S等杂原子)基本上是与主链形成对称结构；例如：杂原子位于主链上或者对称设置在主链的两侧。基于此，主链中心电子不容易发生偏移，以确保热塑性复合材料具有较低的介电损耗，从而利于信号的收发。

一些实施例中，该热塑性聚合物为主链含有5元环或者6元环的脂环结构的聚合物；或者，热塑性聚合物为主链含有6元环的苯环结构的聚合物。

一些实施例中，该热塑性聚合物为主链含有5元环或者6元环的脂环结构的聚合物合金；或者，热塑性聚合物为主链含有6元环的苯环结构的聚合物合金。

一些实施例中，该热塑性聚合物为主链含脂环的聚烯烃；或者，热塑性聚合物为以主链含脂环的聚烯烃为主的聚合物合金。

一些实施例中，热塑性聚合物为主链含苯醚结构的聚合物；或者，热塑性聚合物为以主链含苯醚结构的聚合物为主的聚合物合金。

一些实施例中，陶瓷填料是以钙钛矿中的相关组分为主的无机粉末。例如：该陶瓷填料包括钛酸锶(SrTiO₃)、钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸锶钡(Sr(Ba)TiO₃)、钛酸钙(CaTiO₃)、二氧化钛(TiO₂)等中的一种、两种或多种；或者，该陶瓷填料包括钛酸锶(SrTiO₃)、钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸锶钡(Sr(Ba)TiO₃)、钛酸钙(CaTiO₃)、二氧化钛(TiO₂)等中的至少一种与其他陶瓷的混合物。

一些实施例中，考虑到高频下的低介电损耗的需求，陶瓷填料为SrTiO₃或者TiO₂；或者，陶瓷填料为SrTiO₃和TiO₂的混合物。

综合考虑热塑性复合材料的介电特性、力学性能及加工性，该陶瓷填料的重量比为10～40wt％。例如：陶瓷填料的重量比为15wt％、20wt％、25wt％、30wt％或者35wt％等等。

一些实施例中，陶瓷填料的重量比为20～30wt％，以使得复合材料具有相对合适的介电特性、力学性能及加工性。

一些实施例中，LDS添加剂主要为具有激光光敏性的无机金属氧化物。例如：LDS添加剂为碱式磷酸铜(Cu₃(PO₄)₂Cu(OH)₂)、铬酸铜(CuCrO₄)、锑掺杂的二氧化锡(Sn，Sb)O₂等中的一种、两种或者多种。

应当理解，由于无机金属氧化物的介电损耗较高，过量的添加会引起介电损耗的增大。而由于上述的热塑性聚合物均为非极性较高，对化镀药水的亲和力偏低的材料，因而LDS添加剂若添加不足，又很容易使得化镀时间较长，不利于热塑性复合材料的生产制造。基于此，本申请各实施例将LDS添加剂的重量比设置成1～10wt％，以兼顾介电损耗和化镀时间等方面的要求。其中，该LDS添加的重量比可例如为2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％或者9wt％等。

一些实施例中，LDS添加剂的重量比为3～8wt％，以更好地兼顾介电损耗和化镀时间等方面的要求。

一些实施例中，层状结构无机填料主要为不导电或者导电率很低的无机填料。例如：层状结构无机填料包括滑石粉、云母片、蒙脱土、粘土中的一种、两种或者多种。

应当理解，此类层状结构无机填料的添加，有利于LDS添加剂在热塑性聚合物中分散、存储和传导所吸收的能量，使得LDS添加剂受热析出金属核的程度高，提高化镀速率。此外，基于该层状结构无机填料的存在，在激光扫描后，热塑性聚合物的表面更容易形成粗糙结构，该粗糙结构有利于提高由金属核引起的金属的沉积层与热塑性聚合物的结合力，以便于形成高结合力的金属化线路。基于此，该金属化线路可以具有较强的抗刮、抗摩擦、抗磨损的性能。

应当理解，层状结构无机填料若是过量添加，也容易造成热塑性复合材料在力学和成形性能上的问题；基于此，各实施例的层状结构无机物的重量比设置成1-10wt％。其中，层状结构无机物的重量比可例如为2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％或者9wt％等。

一些实施例中，该层状结构无机填料为滑石粉。

一些实施例中，该层状结构无机填料的平均粒径为1～8μm。由此，可以便于将层状结构无机填料相对均匀地到热塑性聚合物中，从而有利于LDS添加剂在热塑性聚合物中分散、存储和传导所吸收的能量，并提高化镀速率。

一些实施例中，层状结构无机填料的重量比为3～8wt％，以兼顾化镀速率、热塑性复合材料的力学性能和成形性能等方面的需求。

一些实施例中，热塑性聚合物、陶瓷填料、LDS添加剂和层状结构无机填料所示例出的重量比均为整数，但不以此为限。应当理解，在各自的重量比范围内，热塑性聚合物、陶瓷填料、LDS添加剂和层状结构无机填料的重量比也可以是非整数。例如：热塑性聚合物的重量比为70.6wt％；或者，陶瓷填料的重量比为22.3wt％；或者，LDS添加剂的重量比为5.8wt％；或者，层状结构无机填料的重量比为6.8wt％等等。

一些实施例中，加工助剂主要包括增加熔融流动性的流动助剂、增加材料韧性的增韧剂、以及增加填料在热塑性聚合物中分散效果的相容剂等等。例如：该加工助剂为硬脂酸丁酯、高级脂肪酸、硬酯醇等的一种、两种或多种。

应当理解，加工助剂的添加，有利于提高热塑性聚合物在熔融状态下的流动性，层状结构无机填料在热塑性聚合物中的分散性，以及成型品的脱模性等。但是，加工助剂若是过量添加，也会造成热塑性聚合物的力学性能的损失并降低化镀速率；基于此，本申请各实施例将加工助剂的重量比设置成0.1～2wt％，以兼顾各方面的需求。其中，该加工助剂的重量比可例如为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％或者1.9wt％等等。

一些实施例中，该加工助剂的重量比为0.2～0.5wt％，以兼顾热塑性聚合物在熔融状态下的流动性、层状结构无机填料在热塑性聚合物中的分散性、成型品的脱模性、热塑性复合材料的力学性能以及化镀速率等方面的使用需求。

一些实施例中，该热塑性复合材料除了上述的热塑性聚合物、陶瓷填料、LDS添加剂、层状结构无机填料和加工助剂外，还可以包括其他添加剂，以适应性调整热塑性复合材料某些方面的特性或者性能。

一些实施例中，基于使用需求，该其他添加剂为实现特定颜色需求的着色剂。例如：该其他添加剂包括炭黑、氧化锌、铬黄等中的一种、两种或者多种。在其他的一些实施例中，基于使用需求，该其他添加剂为抗氧化剂或者阻燃剂。

一些实施例中，这些其他添加剂的添加，可以使热塑性复合材料具有一定的成色效果。但其他添加剂若是过量添加，同时也会造成热塑性复合材料的介电损耗增大；基于此，本申请各实施例将其他添加剂的重量比设置成0.1～1wt％。其中，该其他添加剂可例如为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％或者0.9wt％等等。

该热塑性复合材料的制备方法示例为：将热塑性聚合物在100-110℃的温度下干燥4-6小时，然后将剩余各组分根据设定好的重量比例添加到热塑性聚合物中进行混合。应当理解，热塑性复合材料的各组分可以一同放入到双螺杆挤出机中进行挤出、造粒。双螺杆挤出机自喂料口到挤出模头之间的温度范围可例如为260℃～290℃、270℃～290℃、290℃～320℃、290℃～310℃、280℃～300℃或者280℃～300℃等等。

以下将通过上述的制备方法以及由注塑机制成的样条和样片来对该热塑性复合材料的相关性能进行测试。其中，由热塑性复合材料制成的样条的尺寸为2mm x 2mm x40mm；由热塑性复合材料制成的样片的尺寸为100mm x 100mm x 1.5mm。

表1为各实施例的热塑性复合材料的相关组分参数。

表1

表2为对应上述实施例的相关性能参数。

表2

其中，介电性能是通过将样条插入到空洞共振仪治具中采用空洞共振法进行测试，频率为1～10GHz。

力学脆韧性是通过将样条沿长度中心处对折，若样条不出现脆性断裂，视为OK。

金属化线路外观是用显微镜观察金属化线路的覆盖区，金属化线路完全覆盖激光粗化的区域且不出现溢镀或漏镀，可视为外观OK。

金属化线路结合力是按ASTM D3359标准测试，当测试的样片的金属化层的剥落面积不超过测试面积的10％时，可视为结合力OK。

成型收缩率是根据ASTM D955进行测试，收缩率在0.8％以下，视为OK。

天线效率是将该热塑性复合材料通过注塑成型，并按天线设计图样进行金属化线路成型，装配到实体手机上进行天线效率测试，以N77谐振峰损耗绝对值为比较标准。

天线长度变化幅度则是根据下面理论公式进行计算。变化幅度以目前广泛使用的PC-LDS材料的天线长度为基准，增加幅度≤5％，可视为OK。

λ₀：指定频率下的波长。

ε_r：指定频率下天线介质基材的介电常数。

L_patch：天线设计长度。

应当理解，由表1和表2可以看出，实施例1～10的热塑性复合材料的各项性能基本上满足了对应的测试标准。其中，各实施例的热塑性复合材料的介电常数在2.9～3.8的范围内，介电损耗则小于0.005。基于此，当各实施例的热塑性复合材料用于形成天线支架，该天线支架可以良好地适配在终端内，以配合毫米波芯片等天线结构来实现相关的通信功能。

表3为上述实施例1的样条在1～10GH频段下的介电常数及介电损耗正切值。

表3

频率/GHz	1.8	3.0	4.2	5.5	6.7	8.0	9.2
								介电常数	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0
介电损耗	0.0024	0.0026	0.0028	0.0024	0.0023	0.0022	0.002

由表3可以看出，实施例1的热塑性复合材料在1～10GHz下的介电损耗均小于0.003，介电常数均为3。

表4为对比例的热塑性复合材料的相关组分参数。

表4

表5为对应上述对比例的相关性能参数。

表5

由表4和表5可以看出，对比例1～8的热塑性复合材料的各项性能并不能很好地满足对应的测试标准。

例如：对比例1的热塑性复合材料的天线长度变化幅度较大。

对比例2的热塑性复合材料的金属化线路外观出现溢镀问题；化镀时间为“NG”，说明该对比例的热塑性复合材料的化镀时间超过一个小时，并且样条在对折后会出现脆性断裂。

对比例3的热塑性复合材料的化镀时间为“NG”，说明该对比例的热塑性复合材料的化镀时间超过一个小时，并且金属化线路的结合力较差。

结合各实施例以及表1至表5的内容，本申请提供的热塑性复合材料可以实现极低的介电损耗，并且相对于对比例等的方案，各实施例提供的热塑性复合材料可以较好地控制天线的长度，以便于对天线支架进行结构等方面的设计。应当理解，当将该热塑性复合材料应用到天线支架中，该天线支架可以良好地容纳在终端内部的空间内，以便于使用该天线支架的终端实现高带宽和高天线收发效率、并且还可以提高收发信号的稳定性、以及对弱信号的接收等效果。

以上所述是本申请具体的实施方式，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

1.一种共混的热塑性复合材料，其特征在于，包括：

55~85wt%的热塑性聚合物；

10~40wt%的陶瓷填料；

1~10wt%的LDS添加剂，所述LDS添加剂为具有激光光敏性的无机金属氧化物；

1~10wt%的层状结构无机填料；

0.1~2wt%的加工助剂；

其中，所述热塑性聚合物为降冰片烯开环聚合得到的聚合物；或者所述热塑性聚合物为以降冰片烯开环与其他烯烃共聚合得到的环状烯烃类聚合物为主的聚合物合金；其中，所述环状烯烃类聚合物占所述聚合物合金的重量比大于或者等于70wt%。

2.如权利要求1所述的共混的热塑性复合材料，其特征在于，所述陶瓷填料的重量比为20~30wt%。

3.如权利要求1所述的共混的热塑性复合材料，其特征在于，所述LDS添加剂的重量比为3~8wt%。

4.如权利要求1所述的共混的热塑性复合材料，其特征在于，所述层状结构无机填料的重量比为3~8wt%。

5.如权利要求1所述的共混的热塑性复合材料，其特征在于，所述层状结构无机填料的粒径为1~8μm。

6.如权利要求1所述的共混的热塑性复合材料，其特征在于，所述加工助剂的重量比为0.2~0.5wt%。

7.如权利要求1所述的共混的热塑性复合材料，其特征在于，所述热塑性复合材料还包括：0.1~1wt%的其他添加剂。

8.如权利要求1所述的共混的热塑性复合材料，其特征在于，所述其他添加剂为着色剂、抗氧化剂或者阻燃剂。

9.如权利要求1所述的共混的热塑性复合材料，其特征在于，所述热塑性复合材料在10GHz以下频率下的介电损耗≤0.005，介电常数为2.7~5；所述热塑性复合材料在被激光激活后能被镀上金属化线路。

10.如权利要求1所述的共混的热塑性复合材料，其特征在于，所述热塑性复合材料的热形变温度为100℃~140℃。

11.一种天线支架，其特征在于，包括如权利要求1至10任一项所述的共混的热塑性复合材料。

12.一种终端，其特征在于，包括如权利要求11所述的天线支架。