复合材料及其制备方法、结构件及其制备方法、电子设备与流程

1.本技术涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种复合材料及其制备方法、结构件及其制备方法、电子设备。


背景技术：

2.陶瓷材料具有高强度、高光泽、高断裂韧性以及优异的隔热、耐高温、耐磨等属性，广泛应用在电子设备中，如作为电子设备结构件的基体材料，具体的，陶瓷材料可作为电池后盖、中框的基体材料。尤其陶瓷材料具有低介电常数，不屏蔽信号，是5g通信良好的结构材料。
3.然而，陶瓷材料的缺点也很明显：第一，陶瓷密度大，用其制备出的壳体较重，不利于应用在要求轻型化的电子设备上；第二，陶瓷材料易碎，cnc加工时间长、成本高、良率低，难以做成复杂的三维结构。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.在本技术的第一个方面，本技术提出了一种聚合物基复合材料，该聚合物基复合材料包括：陶瓷粉体、偶联剂、低分子量聚合物以及扩链剂；其中，偶联剂的添加量为陶瓷粉体重量的0.5～3％，低分子量聚合物的添加量为陶瓷粉体重量的5～20％，扩链剂的添加量为陶瓷粉体重量的为0.5～3％。
6.在本技术的第二个方面，本技术提出了一种聚合物基复合材料的制备方法，该方法包括：将陶瓷粉体与偶联剂混合，得到改性陶瓷粉体，其中，偶联剂用于对陶瓷粉体的表面进行修饰改性，偶联剂的添加量为陶瓷粉体重量的0.5～3％；将改性陶瓷粉体、低分子量聚合物以及扩链剂混合，扩链剂用于对低分子量聚合物进行扩链，得到混合物，其中，低分子量聚合物的添加量为陶瓷粉体重量的5～20％，扩链剂的添加量为陶瓷粉体重量的为0.5～3％；将混合物共挤造粒，得到聚合物基复合材料。
7.在本技术的第三个方面，本技术提出了一种结构件的制备方法，该方法包括：将聚合物基复合材料进行成型处理，得到生坯，其中，聚合物基复合材料为如前述的聚合物基复合材料或如前述的制备方法制备的粘结剂；及将生坯进行温等静压压制，其中，生坯内的低分子量聚合物发生致密化，得到致密化生坯；将致密化生坯进行升温处理，其中，生坯内的低分子量聚合物发生分子链扩链反应，得到结构件的坯体。
8.在本技术的第四个方面，本技术提出了一种结构件，结构件由如前述的制备方法制得。
9.在本技术的第五个方面，本技术提出了一种结构件，结构件包括：坯体，为聚合物基复合材料进行成型处理、温等静压压制、升温处理制得，其中，聚合物基复合材料为如前述的聚合物基复合材料或如前述的制备方法制备的粘结剂；耐指纹涂层，形成于坯体的外表面。
10.在本技术的第六个方面，本技术提出了一种电子设备，包括如前述的结构件。
11.本技术实施例提供的技术方案可以带来如下有益效果：
12.本技术的聚合物基复合材料包括：陶瓷粉体、偶联剂、低分子量聚合物以及扩链剂，低分子量聚合物具有低密度、低硬度、低熔点、流动性好等特性，因此，复合材料的密度较小，可应用在要求轻型化的电子设备上，且可降低后续加工难度，易于制备复杂多样的三维结构件。同时，由于加入有扩链剂，可在一定条件下促进低分子量聚合物发生扩链增长反应，进而形成三维网络的高分子量聚合物，实现结构件陶瓷质感的同时，可提高结构件整体的韧性，使结构件耐冲击强度高。与现有技术相比，克服了直接将高分子聚合物与填料共混注塑时因高分子聚合物的分子量太高、粘度过高而导致的流动性差、难以注塑等问题，与纯陶瓷壳体相比，由本技术的聚合物基复合材料制得的结构件具有轻质、成本低、可适应复杂三维结构、介电特性好等优点。
附图说明
13.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
14.图1为本技术聚合物基复合材料的制备方法一实施例的流程示意图；
15.图2为本技术结构件的制备方法第一实施例的流程示意图；
16.图3为本技术结构件的制备方法第二实施例的流程示意图；
17.图4为本技术结构件的制备方法第三实施例的流程示意图；
18.图5为本技术结构件的制备方法第四实施例的流程示意图；
19.图6为本技术电子设备的结构示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
21.在本技术的一个方面，本技术提出了一种聚合物基复合材料，聚合物基复合材料包括：陶瓷粉体、偶联剂、低分子量聚合物以及扩链剂。其中，偶联剂的添加量为陶瓷粉体重量的0.5～3％，低分子量聚合物的添加量为陶瓷粉体重量的5～20％，扩链剂的添加量为陶瓷粉体重量的为0.5～3％。
22.其中，扩链剂为能与线型低分子量聚合物链上的官能团反应而使分子链扩展、分子量增大的物质。偶联剂为能对陶瓷粉体进行表面改性而使陶瓷粉体更易连接低分子量聚合物的物质。
23.本技术发明人在长期研发过程中，发现偶联剂的添加量过低会导致陶瓷粉体表面改性不完全，偶联剂的添加量过高会造成多层偶联剂分子层在陶瓷粉体表面沉积，并易形成偶联剂团聚沉淀。因此，偶联剂的添加量控制在陶瓷粉体重量的0.5～3％最佳。
24.本技术发明人在长期研发过程中，发现可以通过控制低分子量聚合物具有足够低的熔融粘度，可使其与陶瓷粉体共混后仍具有较好的流动性，便于后续的注塑成形。因此，该低分子量聚合物的熔融指数大于1000g/min最佳。
25.具体而言，上述实施例中的陶瓷粉体可以选自al2o3、zro2、si3n4、sio2中的至少一种。
26.上述实施例中的偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
27.上述实施例中的低分子量聚合物选自聚亚苯基硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺中的至少一种。其中，前述的低分子量聚合物的聚合度为1～100。
28.上述实施例中的扩链剂选自异氰酸酯类化合物、噁唑啉类化合物、环氧化物、二酸酐类化合物、二酰卤类化合物中的至少一种。
29.上述实施例中，聚合物基复合材料还包括：可烧结颜料，可烧结颜料为彩色釉料、粉彩料或珐琅彩料。需要说明的是，所述可烧结颜料包括并不仅限于传统高温彩色釉料、低温彩色釉料、粉彩料以及珐琅彩料，凡可以入窑烧结的可烧结颜料均应当属于本技术的保护范围内。
30.本技术的聚合物基复合材料包括：陶瓷粉体、偶联剂、低分子量聚合物以及扩链剂，低分子量聚合物具有低密度、低硬度、低熔点、流动性好等特性，因此，复合材料的密度较小，可应用在要求轻型化的电子设备上，且可降低后续加工难度，易于制备复杂多样的三维结构件。同时，由于加入有扩链剂，可在一定条件下促进低分子量聚合物发生扩链增长反应，进而形成三维网络的高分子量聚合物，实现结构件陶瓷质感的同时，可提高结构件整体的韧性，使结构件耐冲击强度高。与现有技术相比，克服了直接将高分子聚合物与填料共混注塑时因高分子聚合物的分子量太高、粘度过高而导致的流动性差、难以注塑等问题，与纯陶瓷壳体相比，由本技术的聚合物基复合材料制得的结构件具有轻质、成本低、可适应复杂三维结构、介电特性好等优点。
31.在本技术的一个方面，本技术提出了一种聚合物基复合材料的制备方法，请参阅图1，该方法包括以下步骤：
32.s11：将陶瓷粉体与偶联剂混合，得到改性陶瓷粉体。
33.其中，偶联剂用于对陶瓷粉体的表面进行修饰改性，偶联剂的添加量为陶瓷粉体重量的0.5～3％。
34.具体而言，用偶联剂进行改性处理陶瓷粉体，具体改性方法是：偶联剂溶于溶剂(溶剂可以为醇、水、或醇
‑
水混合溶剂)，将配制好的偶联剂溶液加入陶瓷粉体中，偶联剂的添加量为陶瓷粉体重量的0.5～3％，经充分搅拌混合静置后，过滤掉上层清液，得到改性陶瓷粉体用溶剂清洗，再将改性陶瓷粉体、干燥、研磨、备用。
35.s12：将改性陶瓷粉体、低分子量聚合物以及扩链剂混合，扩链剂用于对低分子量聚合物进行扩链，得到混合物。
36.其中，低分子量聚合物的添加量为陶瓷粉体重量的5～20％，扩链剂的添加量为陶瓷粉体重量的为0.5～3％。
37.s13：将混合物共挤造粒，得到聚合物基复合材料。
38.具体而言，将共混后的改性陶瓷粉体、低分子量聚合物以及扩链剂装入高速搅拌机中搅拌，以混合均匀。再利用平行双螺杆挤出机对混合物进行熔融反应挤出得到聚合物
基复合材料。
39.其中，低分子量聚合物的熔融指数大于1000g/min。
40.其中，陶瓷粉体选自al2o3、zro2、si3n4、sio2中的至少一种，偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种，低分子量聚合物选自聚亚苯基硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺中的至少一种，扩链剂选自异氰酸酯类化合物、噁唑啉类化合物、环氧化物、二酸酐类化合物、二酰卤类化合物中的至少一种。
41.在本技术的一个方面，本技术提出了一种结构件的制备方法，请参阅图2，该方法包括：
42.s21：将聚合物基复合材料进行成型处理，得到生坯。
43.其中，聚合物基复合材料为上述实施例中的聚合物基复合材料或上述实施例中的制备方法制备的粘结剂。
44.s22：将生坯进行温等静压压制，其中，生坯内的低分子量聚合物发生致密化，得到致密化生坯。
45.s23：将致密化生坯进行升温处理，其中，生坯内的低分子量聚合物发生分子链扩链反应，得到结构件的粗坯。
46.其中，上述步骤s21中的成型处理包括注塑成型、流延成型或者干压成型。
47.具体而言，干压成型工艺是将造粒后的聚合物基复合材料装入模具中，在压力机上加压，使聚合物基复合材料在模具内相互靠近，并借内摩擦力牢固地结合，形成一定形状的生坯。干压成型工艺具有生产效率高，人工少、废品率低，生产周期短，生产的制品密度大、强度高，适合大批量工业化生产等优点。
48.流延成型是将聚合物基复合材料制成具有一定黏度的料浆，使料浆从容器流下，并被刮刀以一定厚度刮压涂敷在专用带上，经干燥、固化后剥下成为生坯带的薄膜，然后根据成品的尺寸和形状需要对生坯带作冲切、层合等加工处理，制成待烧结的生坯。
49.注塑成型是将聚合物基复合材料加热至熔融状态，注射于注塑模具中，形成待烧结的生坯。
50.经过以上任一种工艺成型生坯后，对成型的生坯进行烧结，即制成结构件的粗坯。
51.在一实施例中，请参阅图3，该结构件的制备方法包括以下步骤：
52.s21：将聚合物基复合材料进行成型处理，得到生坯。
53.其中，聚合物基复合材料为上述实施例中的聚合物基复合材料或上述实施例中的制备方法制备的粘结剂。
54.s22：将生坯进行温等静压压制，其中，生坯内的低分子量聚合物发生致密化，得到致密化生坯。
55.s23：将致密化生坯进行升温处理，其中，生坯内的低分子量聚合物发生分子链扩链反应，得到结构件的粗坯。
56.s24：对粗坯进行cnc加工，得到坯体。
57.s25：对坯体进行抛光处理。
58.在一实施例中，请参阅图4，该结构件的制备方法包括以下步骤：
59.s21：将聚合物基复合材料进行成型处理，得到生坯。
60.其中，聚合物基复合材料为上述实施例中的聚合物基复合材料或上述实施例中的
制备方法制备的粘结剂。
61.s22：将生坯进行温等静压压制，其中，生坯内的低分子量聚合物发生致密化，得到致密化生坯。
62.s23：将致密化生坯进行升温处理，其中，生坯内的低分子量聚合物发生分子链扩链反应，得到结构件的粗坯。
63.s24：对粗坯进行cnc加工，得到坯体。
64.s26：在坯体的外表面形成一耐指纹涂层。
65.在一实施例中，请参阅图5，该结构件的制备方法包括以下步骤：
66.s21：将聚合物基复合材料进行成型处理，得到生坯。
67.其中，聚合物基复合材料为上述实施例中的聚合物基复合材料或上述实施例中的制备方法制备的粘结剂。
68.s22：将生坯进行温等静压压制，其中，生坯内的低分子量聚合物发生致密化，得到致密化生坯。
69.s23：将致密化生坯进行升温处理，其中，生坯内的低分子量聚合物发生分子链扩链反应，得到结构件的粗坯。
70.s24：对粗坯进行cnc加工，得到坯体。
71.s25：对坯体进行抛光处理。
72.s26：在坯体的外表面形成一耐指纹涂层。
73.需要说明的是，本技术中“外表面”是指结构件的外观面，即在结构件组装到电子设备中后，能够被人眼所观察到的表面。
74.在一些实施例中，上述步骤s21中，将聚合物基复合材料加热至熔融状态，注射于注塑模具中，形成待烧结的生坯。注塑成型时的注塑温度为200～350℃，例如200℃、250℃、300℃或350℃，根据不同的低分子量聚合物，采用不同的注塑温度进行注塑成型。
75.在一些实施例中，上述步骤s22中，将生坯装入包套中，抽去吸附在生坯表面及内部空隙和包套内的气体，真空密封后置于有加热炉的压力容器中进行温等静压。其中，本技术发明人发现，静压压制的压制温度需高于低分子量聚合物的玻璃化转变温度，以使得生胚内的低分子量聚合物可以在该压制温度下发生软化并在压力下致密化，有助于消除聚合物基复合材料体系内的气孔，并增强改性陶瓷粉体和低分子量聚合物之间的作用力，因此，压制温度应控制在80～300℃之间，例如80℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃或350℃，根据具体的低分子量聚合物选择压制温度。此外，本技术发明人发现，当压制压力过低时难以充分压实生胚，压制压力过高对压实生胚的价值不大但对设备要求变高且操作危险系数增大，因此，压制压力应控制在50～500mpa之间，例如50mpa、100mpa、150mpa、200mpa、300mpa、400mpa或500mpa。
76.在一些实施例中，上述步骤s23中，将致密化生坯进行升温处理的步骤中，升温处理的温度为220～300℃。具体而言，对应于不同的扩链剂和低分子量聚合物，采用的升温处理温度各不相同。例如，当低分子量聚合物为聚酰胺11，扩链剂为双噁唑啉时，升温处理的温度为220～250℃；当低分子量聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯，扩链剂为1,3
‑
苯撑
‑
双(2
‑
噁唑啉)时，升温处理的温度为270～290℃；当低分子量聚合物为聚亚苯基硫醚，扩链剂为二苯基甲烷二异氰酸酯时，升温处理的温度为280～300℃。
77.在一些实施例中，上述步骤s24中，cnc加工的工序可以包括：(1)cnc铣掉粗坯底壁和侧壁上多余厚度尺寸的毛刺；(2)在侧壁与底壁之间具有的圆弧拐角的外壁处向内cnc铣出台阶结构，并在台阶结构靠近底壁和侧壁处分别形成有c角边；(3)对台阶结构cnc高光铣c角边。本技术通过结合成型处理和cnc加工两道工序完成结构件的成型，工艺稳定、加工精度高、生产效率高、加工耗时短、生产成本低。
78.在一些实施例中，上述步骤s25中，可以采用机械、化学、电化学或超声波等的方式对胚体外表面实现抛光。以使得胚体表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的胚体外表面。其中，化学抛光方式是对胚体外表面进行有规则溶解达到光滑平整。其中，电化学抛光方式是将胚体外表面作为阳极、不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽内，通直流而产生有选择性的阳极溶液，从而使得胚体外表面光亮度增加大。其中机械抛光的方式是靠切削胚体外表面，使得胚体外表面塑性变形去掉抛光后的凸部而得到平滑面。其中超声波抛光的方式是将胚体放入磨料悬浮液中并一起置于超声波场中，依靠超声波的振荡作用，使磨料在工件表面磨削抛光。
79.在一些实施例中，在对胚体的外表面进行抛光处理之前，可以先对胚体外表面进行打磨处理，然后再对打磨处理后的胚体外表面进行抛光处理，使抛光处理效果更佳，使得胚体外表面更加平整。在此，需要说明的是，该打磨处理可以理解为对抛光处理前的粗加工。即，可以先对胚体外表面进行一次粗打磨，再进行一次细打磨，完成抛光处理。
80.经过上述步骤s25抛光处理后，胚体外表面的粗糙度ra为0.02～0.08，可实现高光泽度的陶瓷质感，抛光后的胚体表面硬度>3h。
81.上述步骤s26中，耐指纹涂层可以采用疏油材料制备得到，形成的疏油型涂层使指纹难以在终端表面附着，以达到降低指纹可视程度的目的，其中，疏油材料可以为有机硅系、氟系化合物等，例如全氟聚醚、聚二甲基硅氧烷等。
82.结构件可以根据需要制备为2d结构、2.5d结构或3d结构，在此不做限定。
83.在本技术的一个方面，本技术提出了一种结构件，结构件由上述实施例中的制备方法制得。
84.在本技术的一个方面，本技术提出了一种结构件，结构件包括：坯体和形成于坯体外表面的耐指纹涂层。
85.坯体，为聚合物基复合材料进行成型处理、温等静压压制、升温处理制得，其中，聚合物基复合材料为上述实施例中的聚合物基复合材料或如上述实施例中的制备方法制备的粘结剂。
86.在一些实施例中，耐指纹涂层的厚度为5～20nm，耐指纹涂层的水接触角大于105
°
，耐指纹涂层的材料为全氟聚醚类化合物。
87.本技术的聚合物基复合材料包括：陶瓷粉体、偶联剂、低分子量聚合物以及扩链剂，低分子量聚合物具有低密度、低硬度、低熔点、流动性好等特性，因此，复合材料的密度较小，可应用在要求轻型化的电子设备上，且可降低后续加工难度，易于制备复杂多样的三维结构件。同时，由于加入有扩链剂，可在一定条件下促进低分子量聚合物发生扩链增长反应，进而形成三维网络的高分子量聚合物，实现结构件陶瓷质感的同时，可提高结构件整体的韧性，使结构件耐冲击强度高。与现有技术相比，克服了直接将高分子聚合物与填料共混注塑时因高分子聚合物的分子量太高、粘度过高而导致的流动性差、难以注塑等问题，与纯
陶瓷壳体相比，由本技术的聚合物基复合材料制得的结构件具有轻质、成本低、可适应复杂三维结构、介电特性好等优点。
88.以下实施例描述了本技术提供的各种特征和优点，并且决不旨在限制本技术和所附权利要求。
89.根据下表1中列出的条件制备结构件。
90.表1
[0091][0092]
取实施例1～2以及对照例1～2列出的条件制备得到的结构件，其中，高分子量聚亚苯基硫醚分子量高达104～106。根据gb/t 6739
‑
1996测试标准测量其铅笔硬度，并进行落球测试，其中，落球测试标准为：取体积为150mm
×
73mm
×
0.8mm的平片样品，将平片样品支撑于治具上(四边各有3mm支撑，中部悬空)，使用32g的不锈钢球从一定高度自由落下至待测样品表面，样品四角和中心共五个点，每个点测5次，直至破碎。实验结果如表2所示。
[0093]
表2
[0094][0095]
由表2可看出，与对照例1相比，实施例1降低陶瓷粉体al2o3的质量百分比含量至80％时，可在保持其铅笔硬度的同时提高其抗冲击能力；与对照例2相比，实施例2提高陶瓷粉体al2o3的质量百分比含量至90％时，可在提高其铅笔硬度的同时提高其抗冲击能力，同时，由于实施例2中低分子聚合物的分子量较小，仍可进行注塑过程，制备出正常、完整的样片。
[0096]
根据下表3中列出的条件制备结构件。取实施例3以及对照例3列出的条件制备得
到的结构件，根据gb/t 6739
‑
1996测试标准测量铅笔硬度，并进行落球测试，其中，落球测试标准为：取体积为150*73*0.8mm的平片样品，将平片样品支撑于治具上(四边各有3mm支撑，中部悬空)，使用32g的不锈钢球从一定高度自由落下至待测样品表面，样品四角和中心共五个点，每个点测5次，直至破碎。实验结果如表3所示。
[0097]
表3
[0098][0099]
由表3可看出，由于实施例3加入有扩链剂，可在一定条件下促进低分子量聚合物发生扩链增长反应，进而形成三维网络的高分子量聚合物，实现结构件陶瓷质感的同时，可提高结构件整体的韧性，使结构件耐冲击强度高。而对比例3不添加扩链剂时，耐冲击强度明显弱于实施例3的样品。
[0100]
在本技术的一个方面，请参阅图6，本技术提出了一种电子设备100，电子设备100可以是任何具备通信和存储功能的设备。例如：平板电脑、手机、电子阅读器、遥控器、个人计算机(personal computer，pc)、笔记本电脑、车载设备、网络电视、可穿戴设备等具有网络功能的智能设备。该电子设备100包括结构件10、20。进一步地，结构件10、20为电池后盖、中框、一体式壳体、音量键、电源键中的至少一种。结构件10、20为前面实施例所描述的结构件。
[0101]
由此，该电子设备具有前面所描述的结构件的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电子设备具有良好的陶瓷质感和手感，同时具有良好的外观效果。
[0102]
在本技术的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术而不是要求本技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0103]
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示例以及不同示例的特征进行结合和组合。另外，需要说明的是，本说明书中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，为了直观的区分第一区域和第二区域，以及第一涂层和第二涂层，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
[0104]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。