CN117222104A - 一种基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材及其制备方法，属于可拉伸电子制造技术领域。该方法创新性地采用多层涂覆工艺制备得到了铜箔‑硅橡胶‑织物纤维/硅橡胶复合介质层‑硅橡胶‑铜箔的5层结构的介质基材，并且该基材能够通过印制电路工艺实现电路的图形化；使得复合介质基材一方面可以与目前大多数织物进行编织集成，另一方面基材表面电路又能够与传统元器件进行可靠焊接。
Description
技术领域
本发明属于可拉伸介质基材技术领域，具体涉及一种基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材及其制备方法。
背景技术
近年来，可拉伸电子技术在可穿戴医疗领域越来越受重视，其在人体血压、温度以及心率等生理指标的监测上均有广泛的应用。目前，织物型可拉伸电子是可拉伸电子中的新兴领域，其能够与传统织物进行编织集成，能够更加便捷地与衣物集成；前述优势使得织物型可拉伸电子能够更为便捷地应用于人体生理指标的监测。
可拉伸电子器件的基础是可拉伸介质基材的制备。根据基材的不同主要分为可拉伸聚合物和织物。织物电子是将导电纤维与织物纤维编织在一起，直接在衣物表面实现构建电路；导电纤维通常由传统纤维和微纳米导电材料构成，其中，微纳米导电材料通常不具备可焊接性，导致导电纤维通常难以与现有刚性元器件连接。可拉伸聚合物常用的是基于硅橡胶的可拉伸电子，其可以在表面构建金属电路，金属电路通常是由铜金属箔构成，铜箔可采用锡焊与传统元器件进行焊接。然而，硅橡胶基底由于不是由纤维编织而成，因此无法与传统织物进行编织，不利于其与衣物进行集成。
因此，如何制备具备可编织性和焊接性的基于可拉伸介质基材的覆铜基材，就成为推动可拉伸电子进一步发展的关键。
发明内容
针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材及其制备方法。该方法创新性地采用多层涂覆工艺制备得到了铜箔-硅橡胶-织物纤维/硅橡胶复合介质层-硅橡胶-铜箔的5层结构的介质基材，并且该基材能够通过印制电路工艺实现电路的图形化；使得复合介质基材一方面可以与目前大多数织物进行编织集成，另一方面基材表面电路又能够与传统元器件进行可靠焊接。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材，从上至下依次为：第一图案化铜箔层、第一硅橡胶层、织物纤维/硅橡胶复合介质层、第二硅橡胶层和第二图案化铜箔层；
所述织物纤维/硅橡胶复合介质层为织物纤维表面涂覆液态硅橡胶，静置使得橡胶渗入织物纤维内部并自动流平后得到，流平后硅橡胶高度大于织物纤维层高度。
进一步的，第一图案化铜箔层和第二图案化铜箔层的材料为紫铜，厚度为3-50μm。
进一步的，织物纤维优选为棉织物、麻织物等，厚度为10-100μm。
一种基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对图案化铜箔表面进行化学粗化，形成粗糙表面，然后依次用去离子水、无水乙醇和去离子清洗并烘干，去除表面多余的化学溶液和杂质；
步骤2：将步骤1得到的图案化铜箔通过真空吸附在涂布机平台上，在其表面涂覆液态硅橡胶并加热，通过调控固化温度和时间使硅橡胶半固化；半固化状态下的硅橡胶表面具备高粘性；
步骤3：采用辊压方法将织物纤维贴附在步骤2得到的半固化硅橡胶表面；
步骤4：在步骤3的织物纤维表面涂覆液态硅橡胶，静置一段时间使得硅橡胶渗入织物纤维内部并自动流平，流平后硅橡胶高度大于织物纤维层高度；
步骤5：对步骤4流平后的硅橡胶进行加热固化；
步骤6：在步骤5基础上再次涂覆液态硅橡胶，然后将另外一片图案化铜箔贴覆于液态硅橡胶上；
步骤7：采用辊压机对步骤6的得到的基材进行辊压，挤出多余的液态硅橡胶和气泡，然后将双面覆铜基材进行加热固化处理，即可得到所需的基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材。
进一步地，步骤2中的硅橡胶优选为聚二甲基硅氧烷(PDMS)或Ecoflex。
进一步地，步骤3中的织物纤维所采用的纤维为棉、麻、化纤等任何一种。
进一步地，步骤2、步骤4和步骤6涂覆硅橡胶可采用刮刀涂布、线棒涂布或狭缝涂布。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明通过采用多层涂覆工艺制备了基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材，兼容了织物基底和可拉伸聚合物基底的优势，同时实现了既能与织物编织又能与刚性元器件焊接的目的。更具体地，基板可编织特性体现在硅橡胶介质基材中复合了织物层，织物层能够与衣物通过缝合的方式编织在一起；元器件可焊接性体现在铜箔通过印制电路工艺进行图形化后可采用SMT工艺进行锡焊。
附图说明
图1为本发明基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材的结构示意图；
其中，1为图案化铜箔层，2为硅橡胶层，3为织物纤维/硅橡胶复合介质层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。
一种基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材，其结构示意图如图1所是，从上至下依次为：第一图案化铜箔层1、第一硅橡胶层2、织物纤维/硅橡胶复合介质层3、第二硅橡胶层2和第二图案化铜箔层1；其中，第一图案化铜箔层和第二图案化铜箔层相同，第一硅橡胶层和第二硅橡胶层相同。
所述织物纤维/硅橡胶复合介质层为织物纤维表面涂覆液态硅橡胶，静置使得橡胶渗入织物纤维内部并自动流平后得到，流平后硅橡胶高度大于织物纤维层高度。
实施例1
一种基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对厚度为10μm的图案化铜箔表面喷涂硫酸/过氧化氢溶液进行化学粗化，并静置3分钟，然后依次用去离子水、无水乙醇和去离子清洗5分钟、烘干；
步骤2：将步骤1得到的图案化铜箔通过真空吸附固定在涂布机平台上，在表面涂覆厚度为50μm的液态聚二甲基硅氧烷并在60℃下加热，加热时间为20min，使硅橡胶半固化，即此时聚二甲基硅氧烷处于膏状并且无法流动；
步骤3：采用辊压方法将低密度的棉纤维布辊压贴附在步骤2的半固化的硅橡胶表面；密度过高会导致硅橡胶无法渗透进入，结果导致只在纤维层表面形成一层硅橡胶，硅橡胶和纤维粘合力很弱；而低密度下，硅橡胶会渗入纤维内，结果就是硅橡胶把纤维包裹，能大幅提升结合力；
步骤4：在步骤3的棉纤维布表面采用刮刀涂覆厚度为100μm的液态聚二甲基硅氧烷，静置20min，使聚二甲基硅氧烷渗入织物纤维内部并自动流平，流平后聚二甲基硅氧烷高度大于棉纤维布层高度；
步骤5，对步骤4流平后的聚二甲基硅氧烷进行加热固化，加热温度为60℃，加热时间为2小时；
步骤6：在步骤5得到的聚二甲基硅氧烷/棉纤维层表面再次涂覆厚度为20μm的液态聚二甲基硅氧烷，然后将另外一片图案化铜箔贴覆在液态聚二甲基硅氧烷表面；
步骤7：采用辊压机对步骤6的得到的基材进行辊压，挤出多余的液态聚二甲基硅氧烷和气泡，然后将获得的双面覆铜基材放入烘箱中，在60℃并加热固化2小时，即可得到所需的基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材。
实施例2
一种基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对厚度为50μm的图案化铜箔表面喷涂硫酸/过氧化氢溶液进行化学粗化，并静置3分钟，然后依次用去离子水、无水乙醇和去离子清洗5分钟、烘干；
步骤2：将步骤1得到的图案化铜箔通过真空吸附固定在涂布机平台上，在表面涂覆厚度为50μm的液态聚二甲基硅氧烷并在60℃下加热，加热时间为20min，使硅橡胶半固化，即此时聚二甲基硅氧烷处于膏状并且无法流动；
步骤3：采用辊压方法将厚度为50μm的麻纤维布辊压贴附在步骤2的半固化的硅橡胶表面；
步骤4：在步骤3的麻纤维布表面采用刮刀涂覆厚度为100μm的液态聚二甲基硅氧烷，静置20min，使聚二甲基硅氧烷渗入织物纤维内部并自动流平，流平后聚二甲基硅氧烷高度大于棉纤维布层高度；
步骤5，对步骤4流平后的聚二甲基硅氧烷进行加热固化，加热温度为60℃，加热时间为2小时；
步骤6：在步骤5得到的聚二甲基硅氧烷/棉纤维层表面再次涂覆厚度为20μm的液态聚二甲基硅氧烷，然后将另外一片图案化铜箔贴覆在液态聚二甲基硅氧烷表面；
步骤7：采用辊压机对步骤6的得到的基材进行辊压，挤出多余的液态聚二甲基硅氧烷和气泡，然后将获得的双面覆铜基材放入烘箱中，在60℃并加热固化2小时，即可得到所需的基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (7)
1.一种基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材，其特征在于，从上至下依次为：第一图案化铜箔层、第一硅橡胶层、织物纤维/硅橡胶复合介质层、第二硅橡胶层和第二图案化铜箔层；
所述织物纤维/硅橡胶复合介质层为织物纤维表面涂覆液态硅橡胶，静置使得橡胶渗入织物纤维内部并自动流平后得到，流平后硅橡胶高度大于织物纤维层高度。
2.如权利要求1所述的基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材，其特征在于，第一图案化铜箔层和第二图案化铜箔层的材料为紫铜，厚度为3-50μm。
3.如权利要求1所述的基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材，其特征在于，织物纤维为棉织物或麻织物，厚度为10-100μm。
4.一种如权利要求1-3任一权利要求所述的复合介质基材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对图案化铜箔表面进行化学粗化，形成粗糙表面，然后依次用去离子水、无水乙醇和去离子清洗，并烘干；
步骤2：将步骤1得到的图案化铜箔通过真空吸附在涂布机平台上，在其表面涂覆液态硅橡胶并加热，通过调控固化温度和时间使硅橡胶半固化；
步骤3：采用辊压方法将织物纤维贴附在步骤2得到的半固化硅橡胶表面；
步骤4：在步骤3的织物纤维表面涂覆液态硅橡胶，静置一段时间使得硅橡胶渗入织物纤维内部并自动流平，流平后硅橡胶高度大于织物纤维层高度；
步骤5：对步骤4流平后的硅橡胶进行加热固化；
步骤6：在步骤5基础上再次涂覆液态硅橡胶，然后将另外一片图案化铜箔贴覆于液态硅橡胶上；
步骤7：采用辊压机对步骤6的得到的基材进行辊压，挤出多余的液态硅橡胶和气泡，然后将双面覆铜基材进行加热固化处理，即可得到所需的基于硅橡胶/织物纤维的复合介质基材。
5.如权利要求4所述的复合介质基材的制备方法，其特征在于，步骤2中的硅橡胶为聚二甲基硅氧烷或Ecoflex。
6.如权利要求4所述的复合介质基材的制备方法，其特征在于，步骤3中的织物纤维所采用的纤维为棉、麻或化纤。
7.如权利要求4所述的复合介质基材的制备方法，其特征在于，步骤2、步骤4和步骤6涂覆硅橡胶采用刮刀涂布、线棒涂布或狭缝涂布。
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