一种表面金属化高分子材料及其制备方法和应用技术

本申请属于高分子材料表面金属化技术领域。本申请提供了一种表面金属化高分子材料及其制备方法和应用。通过对金属箔依次进行抛光、预压印以及电镀镀层，得到表面具有微结构化镀层的金属箔，再与高分子材料贴合成型，将具有微结构化的镀层转移至高分子材料表面，得到一种具有微尺度图形结构的表面金属化高分子材料。本申请的制备方法实现了高分子材料表面金属的微尺度结构化和图案化，实现高分子材料表面的装饰以及导电的功能。本申请的制备方法的工艺流程简单快捷，金属箔可重复利用，适用于各种高分子材料表面的金属化，且无需对高分子材料进行复杂的物理或化学预处理。分子材料进行复杂的物理或化学预处理。分子材料进行复杂的物理或化学预处理。

【技术实现步骤摘要】
一种表面金属化高分子材料及其制备方法和应用


[0001]本申请属于高分子材料表面金属化
，尤其涉及一种表面金属化高分子材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]通过表面金属化处理的高分子材料制品在基材表面形成金属质感以提高装饰性能的同时，将制品的质量予以有效的减轻，并且可改善高分子基材的表面性能，如耐磨性、耐热性、耐候性和耐蚀性等，提高制品的力学性能，并使其获得金属的导电性能。目前实现高分子表面金属化的技术主要分为干法镀膜和湿法镀膜两种。
[0003]湿法镀膜是指将待镀件浸入到溶液中以实现金属材料在基材表面沉积的镀膜方法，其中化学镀和电镀是最为典型的，也是比较成熟的、应用较为广泛的两种金属化方法。由于高分子材料的结晶度大、极性小和表面能低等特点会影响镀层与基材之间的黏结力，且高分子材料大多数为不导电的绝缘体，因此化学镀和电镀的方法需要对镀层的沉积速率、镀液的稳定性以及电镀的导电体系等工艺参数进行严格控制，才能形成结构致密、均匀且与基材间结合力良好的金属镀层，而且难以适用于表面粗化困难的高分子材料，也很难实现电镀件的连续自动化生产。
[0004]干法镀膜主要分为两大类，即真空镀膜和金属转移镀。真空镀膜常用的方法有真空蒸发镀膜、磁控溅射镀膜和离子镀三种。真空蒸发镀膜技术的应用受镀膜金属材料的熔点限制，且能耗较大；磁控溅射镀膜易产生不稳定的等离子体，对制品的质量有影响；离子镀膜需要低温成膜的环境，且荷能离子轰击工件表面时，气体分子会吸附在薄膜表面，气体正离子会进入到薄膜内部，导致沉积薄膜中含气量较高。金属转移法目前还难以实现对复杂结构的表面贴合，应用的领域还比较局限。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供了一种表面金属化高分子材料及其制备方法和应用，得到具有表面微尺度结构化和图案化的表面金属化高分子材料。
[0006]本申请的具体技术方案如下：
[0007]本申请第一方面提供一种表面金属化高分子材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1：将金属箔依次进行抛光、预压印以及电镀镀层，得到处理后的金属箔；
[0009]S2：将处理后的金属箔的镀层面以及高分子材料贴合固定在模具中进行成型，撕下金属箔，得到所述表面金属化高分子材料。
[0010]本申请中，通过对金属箔依次进行抛光、预压印以及电镀镀层，得到表面具有微结构化镀层的金属箔，再与高分子材料贴合成型，将具有微结构化的镀层转移至高分子材料表面，得到一种具有微尺度图形结构的表面金属化高分子材料。本申请的制备方法解决了现有的高分子材料表面金属化方法中，表面无法构成复杂微形貌的问题，实现了高分子材料表面金属的微尺度结构化和图案化，实现高分子材料表面的装饰以及导电的功能。同时，
制备方法的工艺流程简单快捷，金属箔可重复利用，适用于各种高分子材料表面的金属化，且无需对高分子材料进行复杂的物理或化学预处理。
[0011]优选的，所述金属箔为铝箔；
[0012]所述高分子材料选自聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚丙烯(PP)或聚碳酸酯(PC)；
[0013]所述镀层选自铜镀层、镍镀层或银镀层。
[0014]本申请中，金属铝作为高分子材料表面金属化转移的基材，更有利于实现镀层的转移。由于铝有高度的电子亲和力，其表面极易形成氧化膜，而氧化膜的存在可降低镀层和金属箔之间的结合力，使得镀层更容易从金属箔的表面脱离，转移至高分子材料表面。另外，铝的强度低、塑性好，可以进行各种机械预加工，更易实现其表面的微结构化和图案化，从而将微结构化和图案化的镀层转移至高分子材料表面。
[0015]优选的，所述抛光之前，还进行：
[0016]将金属箔依次在蒸馏水、丙酮和无水乙醇中超声清洗5～15min。
[0017]优选的，所述抛光的抛光液为高氯酸和乙醇的混合溶液，所述高氯酸以及所述乙醇的体积比为1:(8～9)。
[0018]优选的，所述抛光的电压为20V，时间为5～10min。更优选的，所述抛光是将金属箔作为阳极置于抛光液中，石墨片作为阴极，在抛光结束后将金属箔经去离子水冲洗并在惰性气体的保护下烘干。
[0019]优选的，所述预压印的模板选自平纹筛网、斜纹筛网或冲孔网。更优选的，平纹筛网或斜纹筛网均为不锈钢筛网，筛网的目数为10～1000目。
[0020]优选的，所述预压印的条件为(25～35)MPa下冷压，或(150～200)℃以及(7～10)MPa下热压。
[0021]优选的，所述电镀的镀液配方为：
[0022]80～160g/L硫酸铜溶液、0.05～0.1g/L聚乙二醇以及0.02～0.08g/L稀盐酸。
[0023]优选的，所述电镀的温度为0℃～25℃，电流密度为0.03～0.1A/cm2，时间为10min～60min。更优选的，所述电镀是将金属箔作为阴极，铜板或石墨片作为阳极。电镀完成后利用去离子水对镀层在低功率下超声清洗2min，并在惰性气体的保护下烘干。
[0024]本申请中，电镀镀层的方法可以平衡镀层与金属箔基体之间的结合力以及镀层的形貌，从而方便镀层的转移，以及保持镀层的微结构和图案。
[0025]优选的，所述高分子材料预先与固化剂以(10～12)：1的质量比进行混合；
[0026]所述高分子材料为聚二甲基硅氧烷；
[0027]所述固化剂为SYLGARD184。
[0028]优选的，所述模具为圆孔板。更优选的，所述处理后的金属箔通过耐高温的聚酰亚胺胶带固定，所述模具的厚度为2mm，直径为20mm。
[0029]优选的，所述成型的温度为120℃，时间为1h。
[0030]优选的，在所述撕下金属箔之后，还进行：
[0031]超声清洗，重复S1中的电镀镀层。
[0032]本申请第二方面提供一种表面金属化高分子材料，经过所述制备方法制备得到，所述表面金属化具有微尺度的图形结构。
[0033]本申请第三方面提供所述表面金属化高分子材料在电子器件、生物医疗、光学元
件、仿生材料或能量储存材料中的应用。
[0034]本申请中，对高分子材料进行表面金属化处理，且实现其表面的微结构化和图案化，在表面形成了具有微尺度图形结构的金属层，实现高分子材料的表面装饰以及导电的功能，有望应用于仿生学、电学、磁学或能量储存材料等领域。本申请的表面金属化高分子材料也可以实现在电子器件、生物医疗以及光学等领域方面的应用。例如，在柔性传感器方面，具备微尺度结构的金属表面可以提高传感器的灵敏度，增大压力响应范围；在生物医疗方面，通过对微尺度结构的金属表面进行修饰可以实现疏水效果，增强表面的抗菌功能。
[0035]综上所述，本申请提供了一种表面金属化高分子材料及其制备方法和应用，通过对金属箔依次进行抛光、预压印以及电镀镀层，得到表面具有微结构化镀层的金属箔，再与高分子材料贴合成型，将具有微结构化的镀层转移至高分子材料表面，得到一种具有微尺度图形结构的表面金属化高分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面金属化高分子材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将金属箔依次进行抛光、预压印以及电镀镀层，得到处理后的金属箔；S2：将处理后的金属箔的镀层面以及高分子材料贴合固定在模具中进行成型，撕下金属箔，得到表面金属化高分子材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属箔为铝箔；所述高分子材料选自聚二甲基硅氧烷、聚丙烯或聚碳酸酯；所述镀层选自铜镀层、镍镀层或银镀层。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述抛光的抛光液为高氯酸和乙醇的混合溶液，所述高氯酸以及所述乙醇的体积比为1:(8～9)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预压印的模板选自平纹筛网、斜纹筛网或冲孔网。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预压印的条件为(25～30)MPa下冷压，或(150～200)℃以及(7～...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢清松，陈安伏，秦国锋，刘俊杰，古杭，张艳梅，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：