一种高分子复合材料及滤波器腔体的制备方法与流程

本发明涉及移动通信领域，具体为一种高分子复合材料及滤波器腔体的制备方法。

背景技术：

随着4g网络的普及，5g网络的建设以及大数据的迅速发展，新制式下的通讯设备的使用频谱逐渐向高频发展。高频状态下波的穿透力差、衰减大，覆盖能力大大减弱，这就导致大量的小型基站在5g时代成为新的趋势。具体而言，一方面要求通信设备可靠性越来越高，另一方面要求重量、体积以及成本越来越小，这一发展趋势要求基站设备在制造的过程中采用新方法或者新材料。

目前，广泛应用于通信设备中的腔体都是由金属材料制成，而金属材料中应用广泛的铝合金密度也达到了2.7g/cm³，热膨胀系数主要集中在18～25ppm/℃，已经不能满足应用的需求。此外，有少量的金属材料具有更低的热膨胀系数同时密度更大，如因瓦合金和科瓦合金等，高昂的成本以及难以加工的特性限制了其在工业上的广泛应用。

与金属材料相比较，高分子复合材料材料具有低密度、低热膨胀系数和良好稳定性等优点，采用高分子复合材料制备腔体胚体，并将其表面金属化后用于通信设备中，能有效弥补金属材料的不足。通过调整基体材料的基本组成，可以实现腔体热膨胀系数的可控调节。此外，高分子复合材料可以通过注塑、模压、挤出等工艺成型，提高了加工效率，同时节约整体造价成本。综上所述，本发明所涉及的高分子复合材料腔体具有广阔的应用前景，可用于滤波器、双工器、合路器、功分器、天线及相关的移动通讯核心设备中。

但是，目前现有技术很难实现滤波器腔体的高分子材料化，主要原因是高分子材料的表面金属化工艺很难满足通信行业的要求。目前，高分子材料的表面金属化工艺包括化学镀或气相沉积法。由于金属层和高分子基体材料之间仅仅通过简单的物理结合作用，很难达到镀层附着力的要求。为了提高金属层和基体材料之间的附着力，需要将高分子材料表面进行物理和化学粗化处理增加基体材料的表面粗糙度。但是这种做法目前很难有效控制产品表面的粗糙度，同时，高分子基体与金属层之间的结合仍然为简单的物理结合，所得到的制品很难满足通信行业的要求。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种高分子复合材料及滤波器腔体的制备方法。具体而言，通过向高分子复合材料腔体坯体表面涂覆含有金属粒子的涂料，并通过合适的粗化处理工艺是的涂层中的金属粒子裸露在产品表面，在后续的金属化过程中起到催化和增强镀层附着力的作用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高分子复合材料，该复合材料按质量百分比计，包括高分子基体和增强材料，增强材料的质量含量为5～85wt％，增强材料均匀分散于高分子基体中。

本发明进一步的改进在于，高分子基体为聚四氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚碳酸酯与聚酯中的一种或者几种。

本发明进一步的改进在于，增强材料为有机纤维或者无机纤维、晶须、晶体与粉末中的一种或者多种。

一种滤波器腔体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高分子复合材料经过成型工艺加工成腔体坯体；其中，复合材料按质量百分比计，包括高分子基体和增强材料，增强材料的质量含量为5～85wt％，增强材料均匀分散于高分子基体中；

(2)将腔体胚体经过表面活化处理工艺使其具有表面粗糙度和表面活性；

(3)将经过粗化处理工艺的腔体进行表面金属化工艺使得表面具有金属层，得到高分子复合材料腔体。

本发明进一步的改进在于，步骤(1)中，高分子基体为聚四氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚碳酸酯与聚酯中的一种或者几种；

增强材料为有机纤维或者无机纤维、晶须、晶体与粉末中的一种或者多种；

成型工艺为注塑、挤出、粉末冶金、车削、模压与打磨工艺一种或者多种组合。

本发明进一步的改进在于，步骤(2)中，表面活化处理工艺为：首先向腔体坯体表面涂覆含有金属粒子的涂料，然后再经过粗化处理使得涂料中的金属粒子裸露。

本发明进一步的改进在于，含有金属粒子的涂料通过以下过程制得：将高分子基体溶解在溶剂中，然后加入金属粒子，分散均匀得到含有金属粒子的涂料；

粗化处理为：将包覆在金属粒子表面的树脂层破坏，使得金属粒子完全裸露在高分子基体表面，粗化处理为物理粗化处理或化学粗化处理。

本发明进一步的改进在于，金属粒子为银粒子、铜粒子或镍粒子；

金属粒子的尺寸小于20μm；

涂覆为喷涂或者浸涂，涂层的厚度小于金属粒子的尺寸1-2μm；

经过粗化处理的坯体表面粗糙度为1-2μm。

本发明进一步的改进在于，步骤(3)中，表面金属化工艺为：首先以涂层中的金属粒子为催化剂，通过化学镀的方法在腔体表面沉浸一层第一金属层，然后经过电镀的方法在腔体表面覆盖一层或多层第二金属层。

本发明进一步的改进在于，第一金属层与第二金属层为银、金、锌、铜、锡、镍或铬层。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

①对滤波器而言，采用容易成型的高分子材料代替金属材料作为腔体，降低了产品的密度，实现轻量化和低成本化。

②对于表面金属化过程而言，通过向高分子腔体坯体表面涂覆含有金属粒子的涂料，在粗化过程中使得金属粒子裸露于材料表面，增强了表面金属层的附着力。

③通过合理控制涂料层的厚度和金属粒子的直径，实现了高分子坯体表面粗糙的可控，在保证低的表面粗糙的同时增加镀层的附着力。

附图说明

图1为本发明制备的腔体的结构示意图。

图2为本发明中粗化前和粗化后的示意图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细说明。

本发明采用的高分子复合材料，该复合材料按质量百分比计，包括高分子基体和增强材料，增强材料的质量含量为5～85wt％，增强材料均匀分散于高分子基体中。

其中，高分子基体为聚四氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚碳酸酯与聚酯中的一种或者几种。

增强材料为有机纤维或者无机纤维、晶须、晶体与粉末中的一种或者多种。

一种基于上述高分子复合材料的高分子复合材料腔体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高分子复合材料经过成型工艺加工成腔体坯体；其中，腔体胚体中增强材料的质量含量为5～85wt％；

复合材料按质量百分比计，包括高分子基体和增强材料，增强材料的质量含量为5～85wt％，增强材料均匀分散于高分子基体中；

成型工艺为注塑、挤出、粉末冶金、车削、模压与打磨工艺一种或者多种组合。

(2)将腔体胚体经过表面活化处理工艺使其具有良好的表面粗糙度和表面活性；参见图2。

其中，表面活化工艺分为两部分，首先向腔体坯体表面涂覆含有金属粒子的涂料，然后再经过粗化处理使得涂料中的金属粒子裸露出来，具有化学活性。

含有金属粒子的涂料是将与高分子基体溶解在溶剂中制备而成，还有金属粒子，金属粒子包括银粒子、铜粒子和镍粒子，其粒子尺寸小于20μm，并且均匀分散于高分子基体树脂溶液中。

所述的涂料的涂覆工艺包括喷涂或者浸涂，涂层的厚度小于金属粒子的尺寸1-2μm。

所述的粗化工艺为将包覆在金属粒子表面的树脂层破坏，使得金属粒子完全裸露在基体表面，所述的粗化处理工艺包括物理粗化或化学粗化处理。由于金属粒子的尺寸大于涂层厚度1-2μm，因此经过粗化处理的坯料表面粗糙度约为1-2μm。

(3)将经过粗化处理工艺的腔体经过表面金属化工艺使得表面具有金属层，制得高分子复合材料腔体，参见图1。

表面金属化工艺包括两部分，首先以涂层中的金属粒子为催化剂，通过化学镀的方法在滤波器坯体表面沉浸一层金属层，然后经过电镀的方法在滤波器腔体坯体表面覆盖性能良好的金属层。通过化学镀和电镀所形成的金属层为金属银、金、锌、铜、锡、锌、镍或铬层。沉浸一层金属层的厚度以及覆盖性能良好的金属层的厚度均根据实际需要确定。

下面为具体实施例。

实施例1

以玻璃纤维增强聚醚酰亚胺(pei)为高分子复合材料制备滤波器腔体，其中，玻璃纤维增强聚醚酰亚胺(pei)为高分子复合材料包括高分子基体和增强材料；高分子基体为聚醚酰亚胺，其质量含量为55％；增强材料为玻璃纤维和矿物粉料的混合物，其质量含量为45％，复合材料的热膨胀系数为25×10^-6/℃。

将pei复合材料经过注塑成型为高分子复合材料腔体坯体，经过去毛刺处理后备用。

将pei在加热的条件下溶解于n-甲基吡咯烷酮中，并向其中加入粒径大小为15微米(d90)的金属银粉和表面活性剂(op乳化剂)，经过充分搅拌均匀后制成含金属银粒子的pei涂料。

将含金属银粒子的pei涂料均匀喷涂于高分子腔体表面，控制涂层的厚度为13微米。

将经过喷涂的高分子腔体复合材料胚体采用喷砂的方式进行物理粗化，使得涂层中的金属银粒子裸露在滤波器腔体胚体表面。粗化时所采用的砂为金刚砂，粒径为300目。

将经过物理粗化的滤波器腔体胚体用稀盐酸清洗后充分水洗，然后进行表面化学镀铜，进一步电镀铜和银后获得高分子复合材料滤波器腔体。

实施例2

以玻璃纤维增强聚苯硫醚(pps)为高分子复合材料制备滤波器腔体，其中高分子基体为聚苯硫醚，其含量为65％；增强材料为碳纤维纤维和矿物粉料，其质量含量为35％，复合材料的热膨胀系数为18×10^-6/℃。

将pps复合材料经过注塑成型为高分子复合材料腔体坯体，经过去毛刺处理后备用。

将pps粉体在加热的条件下溶解于四氢噻吩砜，并向其中加入粒径大小为18微米(d90)的金属铜粉和表面活性剂(op乳化剂)，经过充分搅拌均匀后制成涂料。

将含金属银粒子的pps涂料均匀喷涂于高分子腔体表面，控制涂层的厚度为15微米。

将经过喷涂的高分子腔体复合材料胚体采用稀硝酸进行化学粗化，使得涂层中的金属银粒子裸露在滤波器腔体胚体表面。

将经过物理粗化的滤波器腔体胚体用稀盐酸清洗后充分水洗，然后进行表面化学镀铜，进一步电镀铜和锡后获得高分子复合材料滤波器腔体。

实施例3

(1)将高分子复合材料经过成型工艺加工成腔体坯体；其中，复合材料按质量百分比计，包括高分子基体和增强材料，增强材料的质量含量为5％，高分子基体的质量含量为95％，增强材料均匀分散于高分子基体中；高分子基体为聚四氟乙烯；

增强材料为有机纤维；

成型工艺为注塑工艺。

(2)将高分子基体溶解在溶剂中，然后加入金属粒子，分散均匀得到含有金属粒子的涂料；首先向腔体坯体表面涂覆含有金属粒子的涂料，然后再将包覆在金属粒子表面的树脂层破坏，使得金属粒子完全裸露在高分子基体表面，粗化处理为物理粗化处理。

其中，金属粒子为银粒子；

金属粒子的尺寸小于20μm；

涂覆为喷涂，涂层的厚度小于金属粒子的尺寸1-2μm；

经过粗化处理的坯体表面粗糙度为1-2μm。

(3)首先以涂层中的金属粒子为催化剂，通过化学镀的方法在经过粗化处理工艺的腔体表面沉浸一层第一金属层，然后经过电镀的方法在腔体表面覆盖一层第二金属层，得到高分子复合材料腔体。

其中，第一金属层与第二金属层均为银。

实施例4

(1)将高分子复合材料经过成型工艺加工成腔体坯体；其中，复合材料按质量百分比计，包括高分子基体和增强材料，增强材料的质量含量为85％，高分子基体的质量含量为15％，增强材料均匀分散于高分子基体中；高分子基体为聚醚酰亚胺；

增强材料为无机纤维粉末；

成型工艺为挤出工艺。

(2)将高分子基体溶解在溶剂中，然后加入金属粒子，分散均匀得到含有金属粒子的涂料；首先向腔体坯体表面涂覆含有金属粒子的涂料，然后再将包覆在金属粒子表面的树脂层破坏，使得金属粒子完全裸露在高分子基体表面，粗化处理为化学粗化处理。

其中，金属粒子为铜粒子；

金属粒子的尺寸小于20μm；

涂覆为浸涂，涂层的厚度小于金属粒子的尺寸1-2μm；

经过粗化处理的坯体表面粗糙度为1-2μm。

(3)首先以涂层中的金属粒子为催化剂，通过化学镀的方法在经过粗化处理工艺的腔体表面沉浸一层第一金属层，然后经过电镀的方法在腔体表面覆盖一层第二金属层，得到高分子复合材料腔体。

其中，第一金属层与第二金属层均为金。

实施例5

(1)将高分子复合材料经过成型工艺加工成腔体坯体；其中，复合材料按质量百分比计，包括高分子基体和增强材料，增强材料的质量含量为25％，高分子基体的质量含量为75％，增强材料均匀分散于高分子基体中；高分子基体为聚酰亚胺；

增强材料为无机纤维；

成型工艺为粉末冶金工艺。

(2)将高分子基体溶解在溶剂中，然后加入金属粒子，分散均匀得到含有金属粒子的涂料；首先向腔体坯体表面涂覆含有金属粒子的涂料，然后再将包覆在金属粒子表面的树脂层破坏，使得金属粒子完全裸露在高分子基体表面，粗化处理为物理粗化处理。

其中，金属粒子为镍粒子；

金属粒子的尺寸小于20μm；

涂覆为喷涂，涂层的厚度小于金属粒子的尺寸1-2μm；

经过粗化处理的坯体表面粗糙度为1-2μm。

(3)首先以涂层中的金属粒子为催化剂，通过化学镀的方法在经过粗化处理工艺的腔体表面沉浸一层第一金属层，然后经过电镀的方法在腔体表面覆盖一层第二金属层，得到高分子复合材料腔体。

其中，第一金属层与第二金属层均为锌。

实施例6

(1)将高分子复合材料经过成型工艺加工成腔体坯体；其中，复合材料按质量百分比计，包括高分子基体和增强材料，增强材料的质量含量为50％，高分子基体的质量含量为50％，增强材料均匀分散于高分子基体中；高分子基体为聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚碳酸酯与聚酯的混合物；

增强材料为无机纤维、晶须与晶体的混合物；

成型工艺为车削、模压与打磨工艺的组合。

(2)将高分子基体溶解在溶剂中，然后加入金属粒子，分散均匀得到含有金属粒子的涂料；首先向腔体坯体表面涂覆含有金属粒子的涂料，然后再将包覆在金属粒子表面的树脂层破坏，使得金属粒子完全裸露在高分子基体表面，粗化处理为化学粗化处理。

其中，金属粒子为镍粒子；

金属粒子的尺寸小于20μm；

涂覆为浸涂，涂层的厚度小于金属粒子的尺寸1-2μm；

经过粗化处理的坯体表面粗糙度为1-2μm。

(3)首先以涂层中的金属粒子为催化剂，通过化学镀的方法在经过粗化处理工艺的腔体表面沉浸一层第一金属层，然后经过电镀的方法在腔体表面覆盖两层第二金属层，得到高分子复合材料腔体。

其中，第一金属层与第二金属层均为锡。

实施例7

(1)将高分子复合材料经过成型工艺加工成腔体坯体；其中，复合材料按质量百分比计，包括高分子基体和增强材料，增强材料的质量含量为70％，高分子基体的质量含量为30％，增强材料均匀分散于高分子基体中；高分子基体为聚酰胺与聚苯硫醚的混合物；

增强材料为无机纤维与晶须的混合物；

成型工艺为模压与打磨工艺的组合。

(2)将高分子基体溶解在溶剂中，然后加入金属粒子，分散均匀得到含有金属粒子的涂料；首先向腔体坯体表面涂覆含有金属粒子的涂料，然后再将包覆在金属粒子表面的树脂层破坏，使得金属粒子完全裸露在高分子基体表面，粗化处理为物理粗化处理。

其中，金属粒子为银粒子；

金属粒子的尺寸小于20μm；

涂覆为喷涂，涂层的厚度小于金属粒子的尺寸1-2μm；

经过粗化处理的坯体表面粗糙度为1-2μm。

(3)首先以涂层中的金属粒子为催化剂，通过化学镀的方法在经过粗化处理工艺的腔体表面沉浸一层第一金属层，然后经过电镀的方法在腔体表面覆盖三层第二金属层，得到高分子复合材料腔体。

其中，第一金属层与第二金属层均为铬层。