一种无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜的制备方法，属于无线充电技术领域。
背景技术
随着移动电子设备便携式的需求进一步提升，无线充电已经成为如今一些手机厂商发布新机的必备功能。手机里使用的无线充电技术都是一些小功率的电磁感应式原理，首选是无线联盟推出的Qi标准，传输端（即充电底座）通过流过的电流产生磁场，手机Qi模块（相当于接收端）通过电磁感应将磁场转化为电流。那么问题来了，磁场随着离场源越远，磁感应强度会逐渐降低，所以拉开些距离会导致磁场大打折扣，充电速率也会降低。因此为了缩短传输端与接收端的距离，无线充电线圈上用的覆盖膜一般厂家都是使用超薄黑色覆盖膜，目前主流厂家都是使用0305规格的覆盖膜。目前聚酰亚胺（PI）膜厂家在生产7.5mm（3mil）的黑色PI膜主要是在形成PAA后掺杂炭黑一起亚胺化成膜形成的。由于膜太薄，同时加入炭黑后机械性能变差，容易发生断膜现象，导致成品的良品率偏低，5mm（2mil）及其以下大多数都需要负载在一层厚的载体膜上，这样成本以及工艺步骤都会增加。
智能手机无线充电及近场通讯(NFC)功能的普及，无线充电FPC需求出现爆炸式增长。因对充电效率的要求，使无线充电用FPC铜线的厚度(通常60～90μm)和宽度(通常800～1200μm)相比于普通FPC铜线的厚度(通常15～25μm)和宽度(通常50～100μm)要求更厚更宽，在生产线路板压合覆盖膜时，会因铜线的线宽与线间距比太大，普通覆盖膜的胶黏剂流动性较差，致使铜线上的胶黏剂流至铜线间隙后不足以将间隙填满，而普通覆盖膜的厚度较厚、填充性不好、抗刺穿能力差，易使覆盖膜产生空隙A，加热工序中膨胀，使用过程中破裂等不良状况。因此，普通覆盖膜无法满足无线充电FPC的要求，而且，目前国内还没有厂家能生产无线充电用覆盖膜。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对聚酰亚胺膜太薄，加入炭黑后机械性能变差，容易发生断膜现象，普通覆盖膜的厚度较厚、填充性不好、抗刺穿能力差，易使覆盖膜产生空隙，加热工序中膨胀，使用过程中破裂等不良状况的问题，提供了一种无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）将聚偏氟乙烯、互穿网络聚合物置于剪切机中，常温下以160~180r/min转速剪切10~15min，得聚合物混合料；
（2）将聚合物混合料加入N,N-二甲基甲酰胺中，常温下以200~240r/min转速搅拌20~30min，得聚合物溶液；
（3）将改性纳米炭黑、聚乙烯醇加入聚合物溶液中，常温下以600~800r/min转速搅拌20~30min，得聚合物悬浮液；
（4）将聚合物悬浮液置于超声分散机中，常温下超声分散40~60min，得纺丝液；
（5）将纺丝液置于静电纺丝装置的注射器中，喷至铝箔收集板上，将铝箔收集板置于50~60℃的烘箱中干燥30~40min，常温冷却，取下薄膜，得无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜。
所述的聚偏氟乙烯、互穿网络聚合物、改性纳米炭黑、聚乙烯醇、N,N-二甲基甲酰胺的重量份为40~50份聚偏氟乙烯、24~30份互穿网络聚合物、8~10份改性纳米炭黑、12~15份聚乙烯醇、120~150份N,N-二甲基甲酰胺。
步骤（4）所述的超声分散的功率为400~500W。
步骤（5）所述的静电纺丝装置的纺丝针头直径为0.8~1.2mm，纺丝针头与铝箔收集板之间的距离为12~16cm，静电纺丝的条件为温度28-30℃、湿度40-50%、电压24~28KV，纺丝液的喷射速率为0.012~0.016mL/h。
步骤（5）所述的无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜的平均厚度为2~4mm。
步骤（3）所述的改性纳米炭黑的具体制备步骤为：
（1）将硬脂酸、甲基三乙基硅烷、无水乙醇加入去离子水中，在40~50℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌10~20min，保温，得混合改性液；
（2）将纳米炭黑加入混合改性液中，在40~50℃的水浴条件下以600~800r/min转速搅拌30~40min，得悬浮液；
（3）将悬浮液置于超声分散机中，常温下超声震荡20~30min，得纳米炭黑分散液；
（4）将纳米炭黑分散液置于离心机中，常温下以3500~4000r/min转速离心分离15~20min，取下层固体，用去离子水洗涤3~5次，置于60~80℃的烘箱中干燥1~2h，得改性纳米炭黑。
所述的纳米炭黑、硬脂酸、甲基三乙基硅烷、无水乙醇、去离子水的重量份为20~30份纳米炭黑、4~6份硬脂酸、8~12份甲基三乙基硅烷、40~60份无水乙醇、40~60份去离子水。
步骤（3）所述的超声震荡的功率为300~400W。
步骤（1）所述的互穿网络聚合物的具体制备步骤为：
（1）将不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸酐、苯乙烯、过硫酸铵加入丙烯酸树脂中，在30~40℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌30~40min，常温冷却，得混合物；
（2）将混合物置于烘箱中，在80~90℃的条件下固化2~4h，再升温至120~140℃固化4~6h，常温冷却，得互穿网络聚合物。
所述的丙烯酸树脂、不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸酐、苯乙烯、过硫酸铵的重量份为20~30份丙烯酸树脂、30~40份不饱和聚酯树脂、0.4~0.6份邻苯二甲酸酐、0.6~0.8份苯乙烯、0.2~0.3份过硫酸铵。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以聚偏氟乙烯为原料，制备无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜，聚偏氟乙烯的基本组成单元为CH2=CF2，是由两个氟原子取代了乙烯中的两个氢原子而构成的，两个氟原子都偏在同一侧，并且与一个碳原子相结合，由于C-F键键长短，键能高，所以聚偏氟乙烯具有很好的化学稳定性，室温下不受酸、碱等强氧化剂和卤素的腐蚀，并且聚偏氟乙烯的抗紫外线和耐老化性能优异，对波长200~400nm的紫外线辐照稳定，以聚偏氟乙烯膜为原料制备的覆盖膜具有优良的耐高温性、抗紫外线性、耐磨性和耐冲击强度；
（2）本发明通过添加互穿网络聚合物，制备无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜，互穿网络聚合物是用化学方法将两种以上的聚合物互相贯穿成交织网络状的一类复相聚合物材料，互穿网络聚合物是由两种或多种交联聚合物网络组成的紧密混合物，这些交联网络互相贯穿，机械缠结，两相之间能够良好的分散，相界面较大，相间有很好的“协同效应”，而且起着“强迫互容”的作用，因此与其他类型的高分子共混物相比，互穿网络聚合物具有更优异的性能，对于两组份互穿网络聚合物而言，它表示含有两种聚合物的材料，其中每一种聚合物都独立地形成立体网络，而两个网络之间并无任何化学键相结合，两者之间仅存在着相互贯穿的物理缠结，因此互穿网络聚合物的性能除保留原有两个网络的一些特性外，还会产生一些两个单纯的网络都不具有的新特性，这主要是来源于两个网络的这种物理缠结，互穿网络聚合物的力学性能的正协同效应是由两独立网络互穿引起的，由于两网络相互缠结、穿插、环套，所以使得在拉伸时，网络可以有一定滑移，由于两网络强迫互穿的增加，使网链更为卷曲，而对断裂伸长率的贡献更大，由于两网络的互穿，可使得应力分散传递到另一个网络中，从而可以有效提高覆盖膜的力学强度；
（3）本发明以改性纳米炭黑为黑色填料，制备无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜，通过硬脂酸和甲基三乙基硅烷对纳米炭黑进行改性，纳米炭黑表面会附着一层硬脂酸，可以有效提高纳米炭黑在聚合物内的分散性，防止其发生团聚，从而可以提高覆盖膜的机械性能，改性纳米炭黑可以有效分散至互穿网络聚合物的独立网络空间内，可以有效减少覆盖膜内部空隙，提高覆盖膜的填充性和抗刺穿能力。
具体实施方式
按重量份数计，分别称量20~30份丙烯酸树脂、30~40份不饱和聚酯树脂、0.4~0.6份邻苯二甲酸酐、0.6~0.8份苯乙烯、0.2~0.3份过硫酸铵，将不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸酐、苯乙烯、过硫酸铵加入丙烯酸树脂中，在30~40℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌30~40min，常温冷却，得混合物，将混合物置于烘箱中，在80~90℃的条件下固化2~4h，再升温至120~140℃固化4~6h，常温冷却，得互穿网络聚合物，再按重量份数计，分别称量20~30份纳米炭黑、4~6份硬脂酸、8~12份甲基三乙基硅烷、40~60份无水乙醇、40~60份去离子水，将硬脂酸、甲基三乙基硅烷、无水乙醇加入去离子水中，在40~50℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌10~20min，保温，得混合改性液，将纳米炭黑加入混合改性液中，在40~50℃的水浴条件下以600~800r/min转速搅拌30~40min，得悬浮液，将悬浮液置于超声分散机中，常温下以300~400W的功率超声震荡20~30min，得纳米炭黑分散液，将纳米炭黑分散液置于离心机中，常温下以3500~4000r/min转速离心分离15~20min，取下层固体，用去离子水洗涤3~5次，置于60~80℃的烘箱中干燥1~2h，得改性纳米炭黑，再按重量份数计，分别称量40~50份聚偏氟乙烯、24~30份互穿网络聚合物、8~10份改性纳米炭黑、12~15份聚乙烯醇、120~150份N,N-二甲基甲酰胺，将聚偏氟乙烯、互穿网络聚合物置于剪切机中，常温下以160~180r/min转速剪切10~15min，得聚合物混合料，将聚合物混合料加入N,N-二甲基甲酰胺中，常温下以200~240r/min转速搅拌20~30min，得聚合物溶液，将改性纳米炭黑、聚乙烯醇加入聚合物溶液中，常温下以600~800r/min转速搅拌20~30min，得聚合物悬浮液，将聚合物悬浮液置于超声分散机中，常温下以400~500W的功率超声分散40~60min，得纺丝液，将纺丝液置于静电纺丝装置的注射器中，注射器的纺丝针头直径为0.8~1.2mm，纺丝针头与铝箔收集板之间的距离为12~16cm，在温度28~30℃、湿度40~50%、电压24~28KV的条件下，将纺丝液以0.012~0.016mL/h的速率喷至铝箔收集板上，将铝箔收集板置于50~60℃的烘箱中干燥30~40min，常温冷却，取下薄膜，得平均厚度2~4mm的无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜。
实施例1
按重量份数计，分别称量20份丙烯酸树脂、30份不饱和聚酯树脂、0.4份邻苯二甲酸酐、0.6份苯乙烯、0.2份过硫酸铵，将不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸酐、苯乙烯、过硫酸铵加入丙烯酸树脂中，在30℃的水浴条件下以180r/min转速搅拌30min，常温冷却，得混合物，将混合物置于烘箱中，在80℃的条件下固化2h，再升温至120℃固化4h，常温冷却，得互穿网络聚合物，再按重量份数计，分别称量20份纳米炭黑、4份硬脂酸、8份甲基三乙基硅烷、40份无水乙醇、40份去离子水，将硬脂酸、甲基三乙基硅烷、无水乙醇加入去离子水中，在40℃的水浴条件下以180r/min转速搅拌10min，保温，得混合改性液，将纳米炭黑加入混合改性液中，在40℃的水浴条件下以600r/min转速搅拌30min，得悬浮液，将悬浮液置于超声分散机中，常温下以300W的功率超声震荡20min，得纳米炭黑分散液，将纳米炭黑分散液置于离心机中，常温下以3500r/min转速离心分离15min，取下层固体，用去离子水洗涤3次，置于60℃的烘箱中干燥1h，得改性纳米炭黑，再按重量份数计，分别称量40份聚偏氟乙烯、24份互穿网络聚合物、8份改性纳米炭黑、12份聚乙烯醇、120份N,N-二甲基甲酰胺，将聚偏氟乙烯、互穿网络聚合物置于剪切机中，常温下以160r/min转速剪切10min，得聚合物混合料，将聚合物混合料加入N,N-二甲基甲酰胺中，常温下以200r/min转速搅拌20min，得聚合物溶液，将改性纳米炭黑、聚乙烯醇加入聚合物溶液中，常温下以600r/min转速搅拌20min，得聚合物悬浮液，将聚合物悬浮液置于超声分散机中，常温下以400W的功率超声分散40min，得纺丝液，将纺丝液置于静电纺丝装置的注射器中，注射器的纺丝针头直径为0.8mm，纺丝针头与铝箔收集板之间的距离为12cm，在温度28℃、湿度40%、电压24KV的条件下，将纺丝液以0.012mL/h的速率喷至铝箔收集板上，将铝箔收集板置于50℃的烘箱中干燥30min，常温冷却，取下薄膜，得平均厚度2mm的无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜。
实施例2
按重量份数计，分别称量25份丙烯酸树脂、35份不饱和聚酯树脂、0.5份邻苯二甲酸酐、0.7份苯乙烯、0.25份过硫酸铵，将不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸酐、苯乙烯、过硫酸铵加入丙烯酸树脂中，在35℃的水浴条件下以190r/min转速搅拌35min，常温冷却，得混合物，将混合物置于烘箱中，在85℃的条件下固化3h，再升温至130℃固化5h，常温冷却，得互穿网络聚合物，再按重量份数计，分别称量25份纳米炭黑、5份硬脂酸、10份甲基三乙基硅烷、50份无水乙醇、50份去离子水，将硬脂酸、甲基三乙基硅烷、无水乙醇加入去离子水中，在45℃的水浴条件下以190r/min转速搅拌15min，保温，得混合改性液，将纳米炭黑加入混合改性液中，在45℃的水浴条件下以700r/min转速搅拌35min，得悬浮液，将悬浮液置于超声分散机中，常温下以350W的功率超声震荡25min，得纳米炭黑分散液，将纳米炭黑分散液置于离心机中，常温下以3750r/min转速离心分离17min，取下层固体，用去离子水洗涤4次，置于70℃的烘箱中干燥1.5h，得改性纳米炭黑，再按重量份数计，分别称量45份聚偏氟乙烯、27份互穿网络聚合物、9份改性纳米炭黑、14份聚乙烯醇、135份N,N-二甲基甲酰胺，将聚偏氟乙烯、互穿网络聚合物置于剪切机中，常温下以170r/min转速剪切13min，得聚合物混合料，将聚合物混合料加入N,N-二甲基甲酰胺中，常温下以220r/min转速搅拌25min，得聚合物溶液，将改性纳米炭黑、聚乙烯醇加入聚合物溶液中，常温下以700r/min转速搅拌25min，得聚合物悬浮液，将聚合物悬浮液置于超声分散机中，常温下以450W的功率超声分散50min，得纺丝液，将纺丝液置于静电纺丝装置的注射器中，注射器的纺丝针头直径为1.0mm，纺丝针头与铝箔收集板之间的距离为14cm，在温度29℃、湿度45%、电压26KV的条件下，将纺丝液以0.014mL/h的速率喷至铝箔收集板上，将铝箔收集板置于55℃的烘箱中干燥35min，常温冷却，取下薄膜，得平均厚度3mm的无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜。
实施例3
按重量份数计，分别称量30份丙烯酸树脂、40份不饱和聚酯树脂、0.6份邻苯二甲酸酐、0.8份苯乙烯、0.3份过硫酸铵，将不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸酐、苯乙烯、过硫酸铵加入丙烯酸树脂中，在40℃的水浴条件下以200r/min转速搅拌40min，常温冷却，得混合物，将混合物置于烘箱中，在90℃的条件下固化4h，再升温至140℃固化6h，常温冷却，得互穿网络聚合物，再按重量份数计，分别称量30份纳米炭黑、6份硬脂酸、12份甲基三乙基硅烷、60份无水乙醇、60份去离子水，将硬脂酸、甲基三乙基硅烷、无水乙醇加入去离子水中，在50℃的水浴条件下以200r/min转速搅拌20min，保温，得混合改性液，将纳米炭黑加入混合改性液中，在50℃的水浴条件下以800r/min转速搅拌40min，得悬浮液，将悬浮液置于超声分散机中，常温下以400W的功率超声震荡30min，得纳米炭黑分散液，将纳米炭黑分散液置于离心机中，常温下以4000r/min转速离心分离20min，取下层固体，用去离子水洗涤5次，置于80℃的烘箱中干燥2h，得改性纳米炭黑，再按重量份数计，分别称量50份聚偏氟乙烯、30份互穿网络聚合物、10份改性纳米炭黑、15份聚乙烯醇、150份N,N-二甲基甲酰胺，将聚偏氟乙烯、互穿网络聚合物置于剪切机中，常温下以180r/min转速剪切15min，得聚合物混合料，将聚合物混合料加入N,N-二甲基甲酰胺中，常温下以240r/min转速搅拌30min，得聚合物溶液，将改性纳米炭黑、聚乙烯醇加入聚合物溶液中，常温下以800r/min转速搅拌30min，得聚合物悬浮液，将聚合物悬浮液置于超声分散机中，常温下以500W的功率超声分散60min，得纺丝液，将纺丝液置于静电纺丝装置的注射器中，注射器的纺丝针头直径为1.2mm，纺丝针头与铝箔收集板之间的距离为16cm，在温度30℃、湿度50%、电压28KV的条件下，将纺丝液以0.016mL/h的速率喷至铝箔收集板上，将铝箔收集板置于60℃的烘箱中干燥40min，常温冷却，取下薄膜，得平均厚度4mm的无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜。
将本发明制备的无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜进行检测，具体检测结果如下表表1：
性能测试：
本发明无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜压合完后，在切片显微镜下观察其填充情况良好，并在后续电金、化金、镀金等工艺过程中，没有渗药水的现象，且在后续回流焊工艺及热冲击测试中没有起泡分层的现象。
穿刺强度测试：
无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜根据GB/T10004-2008《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》中穿刺强度的测试方法进行检测。
拉伸强度根据GB/T13022-1991进行测试。
断裂伸长率根据GB/T1040.3-2006进行测试。
表1无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜性能表征
由表1可知，本发明制备的无线充电用聚偏氟乙烯基超薄覆盖膜，抗刺穿能力好，机械性能优异。
