一种激光直接成形热塑性复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种激光直接成形热塑性复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

传统的激光直接成形技术(laserdirectstructuring，简写lds)是指在模塑材料内或表面添加lds助剂(又名激光粉)，制件成型后，采用激光在制件表面刻蚀活化出设计图案，然后将制件化学镀铜，得到含金属图案的产品。激光直接成形技术能够解决复杂曲面的金属线路问题，不受产品形状复杂程度的限制，是各种电子产品制备电子线路的常用技术。但目前能用于lds技术的材料主要是塑料制品，应用范围较窄。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种激光直接成形热塑性复合材料及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种激光直接成形热塑性复合材料，原料包括热塑性树脂、激光粉、增强材料，激光粉为含有mg、al、zn、fe或sn的有机金属聚合物或有机金属络合物中的至少一种。

本发明用上述激光粉和热塑性树脂、增强材料制备得到一种能够应用lds技术的热塑性复合材料。上述的激光粉是一种特殊的lds技术助剂，如德国默克系列。

现有的激光成形技术，应用的材料主要是塑料制品，本发明的热塑性复合材料可以直接利用lds技术进行成形加工。

第二方面，上述热塑性复合材料的制备方法，所述方法为：将激光粉和热塑性树脂混合，然后将混合树脂与增强材料进行复合。

本发明中采用激光粉和热塑性树脂先混合，然后再与增强材料进行复合的处理步骤，得到的热塑性复合材料具有更好的lds成型效果。激光粉和热塑性树脂预先混合能够使基体材料成分分布更均匀，保证lds的成型效果，如果不先混合，由于增强纤维材料的存在，势必影响激光粉的分散均匀性。

第三方面，上述热塑性复合材料在电子领域中的应用。

本发明的有益效果：

本发明所述的适用于激光直接成形技术的热塑性复合材料同时采用了复合材料技术和lds技术，将两者技术优势结合，一方面使lds技术中使用的普通热塑性树脂材料范围扩展到性能优越的复合材料，提高制品性能；另一方面在使用热塑性复合材料的领域，特别是高端电子电气电路行业，甚至是航空航天领域可以借用常规电子产品使用的lds技术，使形状复杂的制品能够轻松的实现三维立体电路图案，从而实现lds技术的跨领域使用，为其他行业带来突破性进展，具有重要的科研价值和显著的市场经济效益。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1尼龙66/玻纤复材的lds图案效果图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

第一方面，一种适用于激光直接成形技术热塑性复合材料，原料包括热塑性树脂、激光粉、增强材料，激光粉为含有mg、al、zn、fe或sn的有机金属聚合物或有机金属络合物中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，激光粉为德国默克激光粉，如iriotec8815、iriotec8840、iirotec8850等。

在本发明的一些实施方式中，所述热塑性复合材料包括如下质量份的原料，热塑性树脂40-95份、激光粉0.5～20份、增强材料10-15份；优选的，包括如下质量份的原料，热塑性树脂40-60份、激光粉3～5份、增强材料10-15份；优选的，包括如下质量份的原料，热塑性树脂60-70份、激光粉2～3份、增强材料10-15份。一般情况下，激光粉的添加量越高，lds成型效果越好，但是会影响复合材料的成型工艺，添加过多的激光粉会造成树脂基体粘度增加，给复合工艺带来困难，另外也会对一些有特殊性能要求的制品有不利影响，如可能会降低产品的介电性能等。

在本发明的一些实施方式中，热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、abs树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、as树脂(苯乙烯-丙烯腈共聚物)、压克力树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺中的至少一种；优选为聚碳酸树脂、abs树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)。

在本发明的一些实施方式中，增强材料为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、晶须、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维的短切、连续纤维、编织物形态的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，热塑性复合材料包括偶联剂、相容剂、阻燃剂、润滑剂、抗氧化剂等助剂中的一种或多种。

第二方面，上述热塑性复合材料的制备方法，所述方法为：将激光粉和热塑性树脂混合，然后将混合树脂与增强材料进行复合。

在本发明的一些实施方式中，激光粉和热塑性树脂的复合方法为：将激光粉和热塑性树脂进行熔融混合或者激光粉和热塑性树脂在常温下混合。

优选的，激光粉和热塑性树脂进行熔融混合的方法为：将热塑性树脂进行熔融，然后将激光粉加入到熔融后的树脂内。将热塑性树脂进行熔融的目的是使热塑性树脂能够和激光粉混合更加均匀。

在本发明的一些实施方式中，混合树脂和增强材料复合的方法为热塑、挤出、注射、洒粉法或热压复合等方法。优选的，增强材料为短切纤维时，采用热塑、挤出、注射成型的方法；优选的，增强材料为连续纤维或编织物时，采用热压复合成型的方法。选用合适的成型工艺有助于提高成型效率。

在本发明的一些实施方式中，混合树脂和增强材料挤出成型复合的方法为：设定挤出机的温度，然后将混合树脂加入到挤出机中，使混合树脂熔融，然后将增强材料加入到挤出机中，挤出得到热塑性复合材料。

在本发明的一些实施方式中，混合树脂和增强材料洒粉法复合的方法为：将增强材料通过纱架牵引，经展纱器展开，然后洒粉机将混合树脂洒在增强材料的表面，使混合树脂熔融，再经过辊压，得到预浸料制品，即为热塑性复合材料。

第三方面，上述热塑性复合材料在电子领域中的应用。

下面结合实施例对本发明进一步说明

下述实施例中均为质量份。

实施例1

步骤1：首先将60份(质量份数)尼龙66加热烘干，烘干温度为100℃，时间为3hr。然后向尼龙66树脂添加2份的德国默克激光粉，0.2份二甲基硅油润滑剂，0.2份酚类抗氧化剂1010，0.2份硅烷偶联剂，0.5份无卤阻燃剂，在搅拌桶中搅拌5min，得混合物料。

步骤2：设定双螺杆挤出机的温度为280℃，加入混合物料，混合物料熔融后，加入40份的玻璃纤维，用双螺杆挤出机挤出。冷却，切粒，得到目标制品。

实施例2

步骤1：首先将70份(质量份数)聚碳酸酯树脂加热烘干，烘干温度为120℃，时间为3hr。然后向聚碳酸酯树脂添加3份的德国默克激光粉，0.5份二甲基硅油润滑剂，0.3份酚类抗氧化剂1010，0.3份硅烷偶联剂，1份无卤阻燃剂，在搅拌桶中搅拌8min，得混合物料。

步骤2：设定双螺杆挤出机的温度为280℃，加入混合物料，混合物料熔融后，加入15份的玻璃纤维，用双螺杆挤出机挤出。冷却，切粒，得到目标制品。

实施例3

步骤1：首先将40份聚碳酸酯树脂在-6℃进行低温搅拌粉碎，得粒径为20-30μm的聚碳酸酯树脂粉末。然后添加3份德国默克激光粉，高速搅拌均匀，旋转速率1100r/min，搅拌时间为15min。

步骤2：使用洒粉法热塑性预浸机进行复合，将连续玻璃纤维从纱架上牵引过来，经展纱器展开后，洒粉机将混合好的粉末洒在玻璃纤维表面，经红外加热(270～280℃)使粉末熔融并浸透到纤维间隙，经辊压、冷却后，得到热塑性树脂的预浸料制品，其中预浸料制品厚度为0.1～2mm，生产速率2～3m/min。产品必须保证上下面无贫胶缺陷，若存在，使用时可将缺陷处剪掉。

实施例4

步骤1：首先将60份聚碳酸酯树脂在-10℃进行低温搅拌粉碎，得粒径为20-30μm的聚碳酸酯树脂粉末。然后添加5份德国默克激光粉，高速搅拌均匀，旋转速率1200r/min，搅拌时间为25min。

步骤2：使用洒粉法热塑性预浸机进行复合，将连续玻璃纤维从纱架上牵引过来，经展纱器展开后，洒粉机将混合好的粉末洒在玻璃纤维表面，经红外加热(270～280℃)使粉末熔融并浸透到纤维间隙，经辊压、冷却后，得到热塑性树脂的预浸料制品，其中预浸料制品厚度为0.1～2mm，生产速率3～5m/min。产品必须保证上下面无贫胶缺陷，若存在，使用时可将缺陷处剪掉。

实施例5

与实施例1不同的是增强材料为碳纤维。

实验例

采用实施例1工艺制备尼龙66与玻璃纤维的复合材料，其中玻璃纤维长度为12～15mm，含量为40wt％，德国默克粉(lds助剂)含量为2wt％，经测试，添加与未添加lds助剂的复材性能对比如下表1。

表1尼龙66/玻纤复材力学性能

图1实施例1经过激光直写的图案效果。可以看到具有较好的成型效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。