CN114775295B - 一种碳纳米管增强玻璃纤维复合材料及pcb板 - Google Patents
一种碳纳米管增强玻璃纤维复合材料及pcb板 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114775295B CN114775295B CN202210296798.3A CN202210296798A CN114775295B CN 114775295 B CN114775295 B CN 114775295B CN 202210296798 A CN202210296798 A CN 202210296798A CN 114775295 B CN114775295 B CN 114775295B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- glass fiber
- composite material
- fiber composite
- carbon nano
- nano tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 136
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 title claims abstract description 136
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 122
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 118
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 99
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 20
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 15
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 12
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 12
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 11
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 4
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 18
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 3
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 3
- 102100040287 GTP cyclohydrolase 1 feedback regulatory protein Human genes 0.000 description 2
- 101710185324 GTP cyclohydrolase 1 feedback regulatory protein Proteins 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
- D06N3/12—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof with macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. gelatine proteins
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B33/00—Layered products characterised by particular properties or particular surface features, e.g. particular surface coatings; Layered products designed for particular purposes not covered by another single class
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
- D06N3/0002—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the substrate
- D06N3/0015—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the substrate using fibres of specified chemical or physical nature, e.g. natural silk
- D06N3/0022—Glass fibres
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
- D06N3/0056—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the compounding ingredients of the macro-molecular coating
- D06N3/0063—Inorganic compounding ingredients, e.g. metals, carbon fibres, Na2CO3, metal layers; Post-treatment with inorganic compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
- B32B2262/10—Inorganic fibres
- B32B2262/101—Glass fibres
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N2209/00—Properties of the materials
- D06N2209/04—Properties of the materials having electrical or magnetic properties
- D06N2209/041—Conductive
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N2211/00—Specially adapted uses
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
本发明提供一种具有一定功能性的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料及PCB板,本发明提供的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料,包括玻璃纤维布层及涂布于所述玻璃纤维布层上的碳纳米管增强层,所述碳纳米管增强层的材料包括环氧树脂和碳纳米管,所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的电导率为10‑8(S·cm‑1)至10‑3(S·cm‑1),所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在外力的作用下电阻的变化率的数值为‑5至10,所述电阻的变化率为:变化电阻值/初始电阻值,所述碳纳米管增强层中,碳纳米管的质量分数为0.05%‑0.8%。本发明提供的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料用在PCB板基板上,可以吸收额外的电场和磁场。可通过对基板施加外力,通过电阻率的变化来预测PCB板可能遭受破裂的程度,可实现无损检测。
Description
技术领域
本发明属于材料制造技术领域,具体涉及一种碳纳米管增强玻璃纤维复合材料及PCB板。
背景技术
轻质、高强、高韧的玻璃纤维复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)不仅具有优秀的吸震效果,而且此材料应用在汽车工业领域上,可有效实现汽车轻量化、提高车身强度、降低燃油消耗等,也正因此玻璃纤维复合材料在汽车工业中得到了广泛的应用。大数据时代下,玻璃纤维复合材料可被用作PCB的基板材料,PCB板常用的基板FR-4是由铜箔与浸渍阻燃性环氧树脂玻璃纤维布层压而成,具有较高的机械性能、较好的耐热性和耐潮性,并有良好的机械加工性。
随着5G时代的到来,信息技术对PCB基板也有着越来越高的要求。现有技术中,一般会在PCB基板上镶嵌芯片以及制备覆铜板电路涂层来实现导电和信号传输,在信号传输的时候会导致PCB板出现额外的小磁场,尤其是面对5G大量信号传输的时候,这种小磁场会偏强,会对PCB板本身的使用产生影响,并且现有的PCB板,无法观测到PCB板的界面是否发生剥离,无法得知PCB板被破坏的情况,无法预测PCB板的剩余寿命。因此,需要一种新型材料来取代之前的FR-4,作为新的PCB板的基板材料。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种具有一定功能性的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料及PCB板。
本发明提供一种碳纳米管增强玻璃纤维复合材料,包括玻璃纤维布层及涂布于所述玻璃纤维布层上的碳纳米管增强层,所述碳纳米管增强层的材料包括环氧树脂和碳纳米管,所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的电导率为10-8(S·cm-1)至10-3(S·cm-1),所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在外力的作用下电阻的变化率的数值为-5至10,所述电阻的变化率为:变化电阻值/初始电阻值,所述碳纳米管增强层中,碳纳米管的质量分数为0.05%-0.8%。
优选地,所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的电导率为10-5至10-3(S·cm-1);所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在力电耦合场下,以20mm/min的条件拉伸时,拉力值为1%-6%范围内的电阻的变化率为-0.2至0.8;所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在力电耦合场下,以20mm/min的条件弯曲时,材料位移1mm-7mm范围内的电阻的变化率为-1至7。
优选地,所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的制备方法包括如下步骤:
(1)将碳纳米管加入固化剂溶液中,并进行第一次超声处理后,加入环氧树脂混合,然后进行第二次超声处理,得到混合溶液,所述混合溶液中,碳纳米管的质量分数为0.1-0.6%;
(2)将步骤(1)处理后的混合溶液涂布于玻璃纤维布上,得到玻璃纤维复合材料;
(3)将步骤(2)处理后的玻璃纤维复合材料放入压机中进行压合,所述压机的压力为10kN-30kN,压机的工作温度为150℃-300℃,压机的工作时间为80mins-150mins。
优选地,所述步骤(1)的混合溶液中,碳纳米管的质量分数为0.2%-0.5%。
优选地,所述步骤(1)中,超声处理的超声功率为170W-180W,超声频率为30KHz-50KHz,
第一次超声处理的时间为20mins-40mins,第二次超声处理的时间为20mins-40mins。
优选地,所述步骤(1)中,将碳纳米管加入固化剂溶液中还包括搅拌的步骤,所述搅拌的速度为100-200r/min,搅拌时间为5mins-10mins;
所述第二次超声处理后,还包括抽真空的步骤,所述抽真空的时间为10-20mins,所述抽真空温度为20℃-30℃;
所述混合溶液中,固化剂和环氧树脂的重量比为:(1-2):(1-2)。
优选地,所述碳纳米管在使用前还需要干燥处理,所述干燥温度为50℃-70℃,干燥时间为20-26小时。
优选地,所述步骤(2)中,混合溶液涂布于玻璃纤维布上,还包括采用5N-15N的压力排出玻璃纤维布的气泡的步骤;
优选地,所述步骤(3)中,将玻璃纤维复合材料放入压机中进行压合的具体步骤为:
将所述玻璃纤维复合材料置于两片钢板上,玻璃纤维复合材料四周放置钢质垫片保证复合材料的厚度,质垫片的最外层使用蛇胶固定。
本发明还提供一种PCB板,包括基板和位于所述基板上方的线路层,所述基板采用所述的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料制备得到,所述基板包括多层玻璃纤维布层及多层碳纳米管增强层,所述玻璃纤维布层和碳纳米管增强层相互交错层叠设置。
本发明还提供一种PCB板,包括基板和位于所述基板上方的线路层,所述基板采用所述的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料制备得到,所述基板包括多层玻璃纤维布层及多层碳纳米管增强层,所述玻璃纤维布层和碳纳米管增强层相互交错层叠设置。
本发明提供的具有旋风筒的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料具有一定的功能性。
附图说明
通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明,本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分,且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图,重点在于示出本的主旨。
图1为本发明实施例1-3制备的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在力电耦合场下做的拉伸实验数据图;
图2为本发明实施例1-3制备的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在力电耦合场下做的弯曲实验数据图;
图3为本发明实施例1-4制备的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料杨氏模量和抗拉强度测试结果数据图;
图4为本发明实施例1提供的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在扫描电镜SEM下碳纳米管在玻璃纤维布的排布情况。
图5为本发明提供的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料样品制备照片;
图6为本发明提供的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料样品在力电耦合场下的测试照片。
其中,附图1和附图2中,其中GFRP-0.2的数据代表实施例1的数据,其中GFRP-0.3的数据代表实施例2的数据,GFRP-0.4的数据代表实施例3的数据;附图3中,横坐标0.2表示的是实施例1的数据结果,0.3表示的是实施例2的数据结果,0.4表示的是实施例3的数据结果,0.5表示的是实施例4的数据结果。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本专利进行更全面的描述。
需要说明的是,当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体,或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参考图1-6,本发明实施例提供一种碳纳米管增强玻璃纤维复合材料,包括玻璃纤维布层及涂布于玻璃纤维布层上的碳纳米管增强层,碳纳米管增强层的材料包括环氧树脂和碳纳米管,该碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的电导率为10-8(S·cm-1)至10-3(S·cm-1),本申请实施例的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料具有合适的介电性能,当其作为PCB板的基板使用时,该电导率不会影响PCB的使用,又能够具有一定的导电性。用在PCB板基板上,可以吸收额外的电场和磁场,实现在基板上就把一些额外产生的,不想要的磁场屏蔽掉。实现碳纳米管增强玻璃纤维复合材料具有一定的功能性,能够避免静电的产生。
参见图1和图2,本实施例提供的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在外力的作用下电阻的变化率的数值为-5至10,所述电阻的变化率为:变化电阻值(△R)/初始电阻值(R0)。该材料在外力的作用下,电阻相对变化率逐渐增大并且与外力形成倍数关系,且外力过大时,导致材料断裂,此时会频繁出现负值电阻数值,当该碳纳米管增强玻璃纤维复合材料作为PCB基板使用时,可通过外力对基板进行测试,根据电阻率的变化来预测PCB板可能遭受破裂的程度,来判断PCB板处在何种环境下,判断其剩余寿命,可实现无损检测。
具体如何根据电阻率的变化来预测PCB板的情况,原理如下:夹具在被测PCB板上形成回路测其电阻,在PCB板受力过大出现裂纹、弯曲形变时和温度出现急剧变化的时候,此时的电阻会增大,且出现极大的波动。基于碳纳米管在环氧树脂中的分散,碳纳米管彼此搭接或隧道击穿效应,形成导电回路。如在使用过程中环氧树脂基体开裂或是纤维从树脂基体出现形态变化,均会影响到导电通路的数量和相关连续性。
本实施例提供的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料,碳纳米管增强层中,碳纳米管的质量分数为0.05%-0.8%。本实施例中的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料,是通过碳纳米管的彼此连接来实现导电性能的,若碳纳米管用量较少,无法实现较好的导电效果。若碳纳米管用量太多,会使其导电性能较好,电导率太好接近于金属,使得不管外力作用下怎么形变,电阻都不会变化。因此,本实施例中通过合适的碳纳米管用量,来实现玻璃纤维复合材料具有一定的导电性能,同时,能够在外力的作用下,具有较为灵敏的电阻率变化。
在优选实施例中,本发明的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的电导率为10-5(S·cm-1)至10-3(S·cm-1)。
参考图1,在优选实施例中,本发明的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在力电耦合场下,以20mm/min的条件拉伸时,拉力值为1%-6%范围内的电阻的变化率的数值为-0.2至0.8;
参考图2,在优选实施例中,本发明的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在力电耦合场下,以20mm/min的条件弯曲时,材料位移1mm-7mm范围内的电阻的变化率的数值为-1至7。本发明的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在外力的作用下,具有较为灵敏的电阻值变化范围。
在优选实施例中,碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的制备方法包括如下步骤:
(1)将碳纳米管加入固化剂溶液中,并进行第一次超声处理后,加入环氧树脂混合,然后进行第二次超声处理,得到混合溶液,混合溶液中,碳纳米管的质量分数为0.1%-0.6%;
(2)将步骤(1)处理后的混合溶液涂布于玻璃纤维布上,得到玻璃纤维复合材料;
(3)将步骤(2)处理后的玻璃纤维复合材料放入压机中进行压合,压机的压力为10kN-30kN,压机的工作温度为150℃-300℃,压机的工作时间为80mins-150mins。压机的压力较大的话,得到的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的机械性能较差。通过合理的压机压力范围,可实现材料较好的机械性能。
合理的压机工作温度还能保证表面的环氧树脂可较好的凝固,使得材料具有较好的机械性能。合理的压机的工作时间也是能够实现材料较好的机械性能。
本实施例中的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料,使用合理的压机的工作温度和工作时间,保证碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的功能化。
本实施例中的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的制备方法,通过涂层工艺法,其碳纳米管粒子的分散性佳,由其混合的溶液涂抹在玻璃纤维布上,通过压机高温高压,得到玻璃纤维复合材料,与原始玻璃纤维复合材料比,具有更高的杨氏模量和拉伸强度,传感范围扩大,具有高灵敏度和优异的耐久性。并且制备工艺简单,产品便于控制,原材料来源丰富,成本较低,制备过程无污染,可实现工业产业化生产,有利于大规模生产应用。
在优选实施例中,步骤(1)的混合溶液中,碳纳米管的质量分数为0.2%-0.7%。
在优选实施例中,步骤(1)中,超声处理的超声功率为170W-180W,超声频率为30KHz-50KHz,第一次超声处理的时间为20mins-40mins,第二次超声处理的时间为20mins-40mins。本实施例中,通过合适的超声处理参数来实现碳纳米管的分散,避免团聚,保证碳纳米管在溶液中分布均匀,较好的实现碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的功能化,保证了碳纳米管增强玻璃纤维复合材料涂层的导电率稳定,不会急剧波动,不会影响PCB板的正常使用。
在优选实施例中,步骤(1)中,将碳纳米管加入固化剂溶液中还包括搅拌的步骤,搅拌的速度为100-200r/min,搅拌时间为5mins-10mins。
在优选实施例中,第二次超声处理后,还包括抽真空的步骤,抽真空的时间为10-20mins,抽真空温度为20℃-30℃。
在优选实施例中,碳纳米管在使用前还需要干燥处理,干燥温度为50℃-70℃,干燥时间为20-26小时。
在优选实施例中,步骤(2)中,混合溶液涂布于玻璃纤维布上,还包括采用5N-15N的压力排出玻璃纤维布的气泡的步骤。
在优选实施例中,步骤(3)中,将玻璃纤维复合材料放入压机中进行压合的具体步骤为:
将玻璃纤维复合材料置于两片钢板上,玻璃纤维复合材料四周放置钢质垫片保证复合材料的厚度,质垫片的最外层使用蛇胶固定。
在优选实施例中,碳纳米管增强玻璃纤维复合材料具有多层玻璃纤维布层和多层碳纳米管增强层,玻璃纤维布层和碳纳米管增强层交错层叠设置。
本发明实施例还提供一种PCB板,包括基板和位于所述基板上方的线路层,所述基板采用所述的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料制备得到,所述基板包括多层玻璃纤维布层及多层碳纳米管增强层,所述玻璃纤维布层和碳纳米管增强层相互交错层叠设置。
为了对本发明的技术方案能有更进一步的了解和认识,现列举几个较佳实施例对其做进一步详细说明。
实施例1
碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的制备:
S1、依照设计尺寸裁剪置于常温下25℃的同样规格玻璃纤维布若干张,以及用50-70℃干燥的碳纳米管24h;
S2、Mixture制备:称取0.2%的碳纳米管颗粒(CNTs)放入固化剂溶液中混合,固化剂(在市场上购买并可与环氧树脂发生相应反应的固化剂均可)用磁力搅拌器以150r/min的搅拌速度搅拌5-10mins,随后放入超声装置中以超声功率为180W,超声频率为40KHz的条件下超声30mins,加入环氧树脂E51混合,随后放入超声装置中以超声功率为180W,超声频率为40KHz的条件下超声约30mins,得到的碳纳米管混合溶液放入真空机抽残余溶液中的气泡,真空抽取时间为15mins,温度为25℃;固化剂约30g,环氧树脂约30g。
S3、采用涂抹工艺制备碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的工艺:采用涂覆的工艺,步骤S2处理后的混合溶液均匀涂抹在玻璃纤维布上,直至玻璃纤维布完全浸透功能化环氧树脂,而后覆盖上下一层玻璃纤维布,并采用10N的压力均匀施压,使得新覆盖上的玻璃纤维布完全浸透之前残余的功能化环氧树脂并排出玻璃纤维布的气泡;而后开始下一层的涂刷。
S4、功能化GFRP的制备:将S3制备玻璃纤维复合材料置于在两片钢板上,四周放置钢制垫片保证复合材料的厚度,最外层使用蛇胶防止制样期间环氧树脂的移除。然后放入压机,在真空条件下,采用压力为20kN,温度为200℃处理120mins,自然冷却后脱模,即得到所述的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料。
实施例2
与实施例1相比,实施例2中称取0.3%的碳纳米管颗粒(CNTs)放入固化剂溶液中混合,其与配方和制备方法与实施例1相同。
实施例3
与实施例1相比,实施例3中称取0.4%的碳纳米管颗粒(CNTs)放入固化剂溶液中混合,其与配方和制备方法与实施例1相同。
实施例4
与实施例1相比,实施例4中称取0.5%的碳纳米管颗粒(CNTs)放入固化剂溶液中混合,其与配方和制备方法与实施例1相同。
将实施例1-4制备的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料样品测试其初始电阻值和电导率。碳纳米管增强玻璃纤维复合材料样品的制备照片如图5所示。
经过测试,实施例1-4中的玻璃纤维复合材料的初始电阻(所测得电阻为平均值,且是在常温25℃下测得):实施例1:R=83887.56Ω;实施例2:R=79658.34;实施例3:R=39515.17;实施例4:R=29031.06。实施例1-4中的玻璃纤维复合材料的电导率分别为4.72×10-4(S·cm-1)、4.88×10-4(S·cm-1)、9.65×10-4(S·cm-1)、6.11×10-4(S·cm-1)。
将实施例1-4制备的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料样品在力电耦合场下进行拉伸测试和弯曲测试,分别得到在拉伸测试下和弯曲测试下电阻的变化率(△R/R0)。碳纳米管增强玻璃纤维复合材料样品在力电耦合场下的测试照片如图6所示。
由附图3可以看出,本发明实施例1-4提供的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料具有更高的杨氏模量(Young'smodulus)和拉伸强度(Tensile strength),具有优异的耐久性,制备工艺简单,有利于大规模的工业生产应用。
由附图1-2,可以看出,本发明实施例1-3提供的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料,自感应信号增强,在外力的作用下,电阻率会随之发生变化,具有高灵敏度。
由附图4可以看出,附图中图a展示碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的水平和垂直结构,其中垂直玻璃纤维在拉伸后呈断裂状,水平玻璃纤维相对保持原状。图b为试样中破碎的玻璃纤维和附着的环氧树脂的横截面,显示了在拉伸过程中从环氧树脂中拉出的玻璃纤维的过程。图c图d显示了环氧树脂中的碳纳米管,它形成了导电途径,并促进了碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的力学性能。
综上,可以看出,本实施例提供的碳纳米管增强玻璃纤维复合材料具有较好的机械性能,可以作为PCB板的基板使用,同时其具有一定的导电性能,当作为PCB板的基板使用时,可消除信号传输过程中产生的磁场和静电。
并且该碳纳米管增强玻璃纤维复合材料能够在外力的作用下,发生电阻率的变化,并且自感应信号增强,较为灵敏,可实现通过基板电阻率的变化来推测PCB的寿命及使用情况,赋予作为PCB的基板一定的功能性。
在本申请中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“优选实施例”、“再一实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种PCB板,包括基板和位于所述基板上方的线路层,所述基板采用碳纳米管增强玻璃纤维复合材料制备得到,所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料包括玻璃纤维布层及涂布于所述玻璃纤维布层上的碳纳米管增强层,所述碳纳米管增强层的材料包括环氧树脂和碳纳米管,所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的电导率为10-8(S·cm-1)至10-3(S·cm-1),所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在外力的作用下电阻变化率的数值为-5至10,所述电阻的变化率为:变化电阻值/初始电阻值,所述碳纳米管增强层中,碳纳米管的质量分数为0.05%-0.8%;所述基板包括多层玻璃纤维布层及多层碳纳米管增强层,所述玻璃纤维布层和碳纳米管增强层相互交错层叠设置;
所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的制备方法包括如下步骤:
(1)将碳纳米管加入固化剂溶液中,并进行第一次超声处理后,加入环氧树脂混合,然后进行第二次超声处理,得到混合溶液,所述混合溶液中,碳纳米管的质量分数为0.1-0.6%;
(2)将步骤(1)处理后的混合溶液涂布于玻璃纤维布上,得到玻璃纤维复合材料;
(3)将步骤(2)处理后的玻璃纤维复合材料放入压机中进行压合,所述压机的压力为10kN-30kN,压机的工作温度为150℃-300℃,压机的工作时间为80min-150min;
所述步骤(1)中,超声处理的超声功率为170W-180W,超声频率为30KHz-50KHz,
第一次超声处理的时间为20min-40min,第二次超声处理的时间为20min-40min。
2.如权利要求1所述的PCB板,其特征在于,所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料的电导率为10-5至-10-3(S·cm-1);所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在力电耦合场下,以20mm/min的条件拉伸时,拉力值为1%-6%范围内的电阻的变化率为-0.2至0.8;所述碳纳米管增强玻璃纤维复合材料在力电耦合场下,以20mm/min的条件弯曲时,材料位移1mm-7mm范围内的电阻的变化率为-1至7。
3.如权利要求1所述的PCB板,其特征在于,所述步骤(1)的混合溶液中,碳纳米管的质量分数为0.2%-0.5%。
4.如权利要求1所述的PCB板,其特征在于,所述步骤(1)中,将碳纳米管加入固化剂溶液中还包括搅拌的步骤,所述搅拌的速度为100-200r/min,搅拌时间为5min-10min;
所述第二次超声处理后,还包括抽真空的步骤,所述抽真空的时间为10-20min,所述抽真空温度为20℃-30℃;
所述混合溶液中,固化剂和环氧树脂的重量比为:(1-2):(1-2)。
5.如权利要求1所述的PCB板,其特征在于,所述碳纳米管在使用前还需要干燥处理,所述干燥温度为50℃-70℃,干燥时间为20-26小时。
6.如权利要求1所述的PCB板,其特征在于,所述步骤(2)中,混合溶液涂布于玻璃纤维布上,还包括采用5N-15N的压力排出玻璃纤维布的气泡的步骤。
7.如权利要求1所述的PCB板,其特征在于,所述步骤(3)中,将玻璃纤维复合材料放入压机中进行压合的具体步骤为:
将所述玻璃纤维复合材料置于两片钢板上,玻璃纤维复合材料四周放置钢质垫片保证复合材料的厚度,质垫片的最外层使用蛇胶固定。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210296798.3A CN114775295B (zh) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | 一种碳纳米管增强玻璃纤维复合材料及pcb板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210296798.3A CN114775295B (zh) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | 一种碳纳米管增强玻璃纤维复合材料及pcb板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114775295A CN114775295A (zh) | 2022-07-22 |
CN114775295B true CN114775295B (zh) | 2024-01-09 |
Family
ID=82424535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210296798.3A Active CN114775295B (zh) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | 一种碳纳米管增强玻璃纤维复合材料及pcb板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114775295B (zh) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0946010A (ja) * | 1995-07-28 | 1997-02-14 | Toshiba Corp | プリント配線板の寿命予測方法及びプリント配線板並びにプリント配線板の寿命予測装置 |
JPH10153499A (ja) * | 1996-08-19 | 1998-06-09 | Kamenzer Boris | コプレーナ歪ゲージを有する改良された力トランスデューサ |
JP2000136995A (ja) * | 1998-10-30 | 2000-05-16 | Fujitsu Ltd | 樹脂回路基板の信頼性評価方法 |
JP2011096836A (ja) * | 2009-10-29 | 2011-05-12 | Ishioka:Kk | プリント基板の検査方法及び検査装置 |
CN102276795A (zh) * | 2011-06-22 | 2011-12-14 | 同济大学 | 玻璃纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法 |
CN102617984A (zh) * | 2011-01-26 | 2012-08-01 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种改性环氧树脂基体材料及改性环氧树脂基复合材料 |
CN104777092A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-07-15 | 电子科技大学 | 一种基于盐雾环境试验的印制电路板使用寿命评估方法 |
CN105419237A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-03-23 | 广东生益科技股份有限公司 | 一种热固性树脂组合物以及含有它的预浸料、层压板和印制电路板 |
CN110871610A (zh) * | 2018-08-30 | 2020-03-10 | 深圳市昱谷科技有限公司 | 纳米碳纤维复合材料覆铜板 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070255002A1 (en) * | 2004-02-18 | 2007-11-01 | University Of Florida Research Foundation, Inc | Non-Covalent Bonding Agent for Carbon Nanotube Reinforced Polymer Composites |
CN105172270A (zh) * | 2014-05-27 | 2015-12-23 | 广东生益科技股份有限公司 | 一种热固性树脂夹心预浸体、制备方法及覆铜板 |
US10427382B2 (en) * | 2015-10-29 | 2019-10-01 | King Abdulaziz University | Composite epoxy material with embedded MWCNT fibers and process of manufacturing |
-
2022
- 2022-03-24 CN CN202210296798.3A patent/CN114775295B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0946010A (ja) * | 1995-07-28 | 1997-02-14 | Toshiba Corp | プリント配線板の寿命予測方法及びプリント配線板並びにプリント配線板の寿命予測装置 |
JPH10153499A (ja) * | 1996-08-19 | 1998-06-09 | Kamenzer Boris | コプレーナ歪ゲージを有する改良された力トランスデューサ |
JP2000136995A (ja) * | 1998-10-30 | 2000-05-16 | Fujitsu Ltd | 樹脂回路基板の信頼性評価方法 |
JP2011096836A (ja) * | 2009-10-29 | 2011-05-12 | Ishioka:Kk | プリント基板の検査方法及び検査装置 |
CN102617984A (zh) * | 2011-01-26 | 2012-08-01 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种改性环氧树脂基体材料及改性环氧树脂基复合材料 |
CN102276795A (zh) * | 2011-06-22 | 2011-12-14 | 同济大学 | 玻璃纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法 |
CN104777092A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-07-15 | 电子科技大学 | 一种基于盐雾环境试验的印制电路板使用寿命评估方法 |
CN105419237A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-03-23 | 广东生益科技股份有限公司 | 一种热固性树脂组合物以及含有它的预浸料、层压板和印制电路板 |
CN110871610A (zh) * | 2018-08-30 | 2020-03-10 | 深圳市昱谷科技有限公司 | 纳米碳纤维复合材料覆铜板 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114775295A (zh) | 2022-07-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Xia et al. | Natural fiber and aluminum sheet hybrid composites for high electromagnetic interference shielding performance | |
Tang et al. | Anisotropic flexible transparent films from remaining wood microstructures for screen protection and AgNW conductive substrate | |
Brown et al. | Methods of modifying through-thickness electrical conductivity of CFRP for use in structural health monitoring, and its effect on mechanical properties–A review | |
He et al. | Design of electrically conductive structural composites by modulating aligned CVD-grown carbon nanotube length on glass fibers | |
Sharma et al. | Enhanced thermomechanical and electrical properties of multiwalled carbon nanotube paper reinforced epoxy laminar composites | |
WO2016078432A1 (zh) | 改性氧化铝复合材料、覆铜基板及其制备方法 | |
Kim et al. | Multiwalled carbon nanotube buckypaper/polyacrylonitrile nanofiber composite membranes for electromagnetic interference shielding | |
Chen et al. | Facile fabrication of hierarchically structured PBO-Ni (OH) 2/NiOOH fibers for enhancing interfacial strength in PBO fiber/epoxy resin composites | |
NO166720B (no) | Sammensat, ledende materiale og formede gjenstander produsert av det. | |
CN105001641A (zh) | 一种炭黑填充压敏导电硅橡胶复合材料及其制备方法 | |
Yang et al. | Multi-functional interface sensor with targeted IFSS enhancing, interface monitoring and self-healing of GF/EVA thermoplastic composites | |
CN107877893B (zh) | 一种电磁屏蔽pp薄膜的制备方法 | |
Wable et al. | Engineering the electrospinning of MWCNTs/epoxy nanofiber scaffolds to enhance physical and mechanical properties of CFRPs | |
CN110172260B (zh) | 一种轻质电磁屏蔽密封材料及其制备方法和应用 | |
Chen et al. | Electromagnetic interference shielding properties of wood–plastic composites filled with graphene decorated carbon fiber | |
Li et al. | Robust superhydrophobic and porous melamine-formaldehyde based composites for high-performance electromagnetic interference shielding | |
CN114775295B (zh) | 一种碳纳米管增强玻璃纤维复合材料及pcb板 | |
Chen et al. | The hierarchical layer with dynamic imine bonds on carbon fiber surface to simultaneously improve interface and electromagnetic shielding properties of carbon fiber reinforced thermoplastic composites | |
Sun et al. | MXene-decorated carbonized jute composite for high-performance electromagnetic interference shielding | |
CN104744871B (zh) | 一种sbs接枝多壁碳纳米管复合材料的制备方法 | |
Zhu et al. | MXene functionalized wood composite films for efficient electromagnetic interference shielding and pressure sensing | |
Srimongkol et al. | Carbon‐based conductive rubber composite for 3D printed flexible strain sensors | |
Park et al. | Self-sensing and interfacial evaluation of Ni nanowire/polymer composites using electro-micromechanical technique | |
CN110713715A (zh) | 一种具有应力健康监测功能的碳纳米管-碳纤维/双马来酰亚胺复合材料制备方法及应用 | |
Kim | Processing and characterization of carbon nanotube mat/epoxy composites |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |