一种超薄金属复合膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种超薄金属复合膜及其制备方法与应用，所述制备方法通过在转移层上真空镀膜而直接制得目标厚度的可剥离金属薄层，再使用胶黏剂将其剥离并与聚合物薄膜层复合形成超薄金属复合膜；或通过在聚合物薄膜层上制备金属敏化层，再通过化学镀和电解镀增大厚度，以获得目标厚度的金属薄层，从而形成超薄金属复合膜；所述制备方法可以避免金属薄层和聚合物薄膜层在真空镀膜制备过程中引发的击伤、击穿或断带问题，大幅度提升产品质量并能满足产线卷对卷连续量产需求，所得产品中的金属薄层均匀性好，且通过抗腐蚀处理能极大地提升产品的耐腐蚀性，适合在腐蚀环境中使用。适合在腐蚀环境中使用。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄金属复合膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于复合材料领域，涉及一种超薄金属复合膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]超薄金属复合膜，是指一类用超薄的聚合物薄膜与金属薄层复合的超薄多层复合薄膜，其作为传统纯金属膜的替代和竞品，被广泛应用于食品包装、电磁屏蔽、能源存储、消费电子等行业。
[0003]传统纯金属膜有只有单独的金属层，随着厚度降低，性能存在物理极限，拉力、拉伸断裂强度和抗剪切能力的显著下降都会影响相关制造或加工过程，如商业化的传统铝箔的厚度为4.5～12μm，只有8～12μm厚度的可以在电子行业中应用，以保证涂布及卷对接过程的稳定和防止金属膜断裂；当传统金属膜厚度在2μm以下时，其没有有拉伸断裂强度也没有有拉力，此时传统纯金属膜不能单独使用箔材，因此超薄金属复合膜具有重要的意义，其通过复合聚合物薄膜以提供足够的机械强度，同时有利于减轻重量。
[0004]为了满足需要，超薄金属复合膜也逐渐向更轻、更薄的方向发展，但与传统纯金属膜相似，随着厚度的降低，金属层与聚合物薄膜的拉伸强度和抗剪切强度都会急剧下降，难以适应目前工业化的卷对卷工艺等后续加工工艺，因而限制了这些超薄金属复合膜的大规模和高质量生产。
[0005]目前，现有的超薄金属复合膜的制备工艺是在2～6μm的聚合薄膜材料的两侧，用化学蒸镀或真空镀膜工艺，如物理蒸镀、磁控溅射等制备金属薄层，但是这种直接在超薄聚合材料上进行的金属镀膜工艺存在严重的量产工艺问题和使用问题，其主要问题如下：
[0006](1)金属镀膜是在高温高真空的条件下，将金属材料镀到2～8μm的聚合物薄膜材料上。在高温高真空的条件下，聚合物薄膜的拉伸断裂强度、抗剪切强度及耐热断裂性能都会严重下降。因此，在这种高温高真空环境中的普通聚合材料很难满足使用要求，虽然现有技术中常用的聚合物材料如PET、PEN、PI、芳纶、聚硫醚酮等均勉强可以满足实验室工艺要求。但要进行工业化生产时，真空镀膜条件下只能以热辐射的散热方式散热，该散热方式慢，效率低，长时间的镀膜导致大量累积的热量，聚合物薄膜会因无法承受高温高真空且受拉力的条件，而极易断带，严重影响生产效率及生产规模。
[0007](2)镀膜制备高达0.5～2μm金属镀层的厚度，在工业化生产时，该厚度的金属膜需要经过多次重复镀膜才能达到相应的厚度。如果聚合物薄膜较薄，需要降低镀膜速度更慢，这延长了镀膜时间，而长时间的镀膜会导致金属颗粒在高真空的腔室内互相接触和团聚形成大的金属颗粒，在镀膜的电场磁场作用下使这种大颗粒飞到正在镀膜的金属薄层上，很容易造成击伤聚合物薄膜、聚合物薄膜穿孔、击穿、点缺等问题，严重的还会导致聚合物薄膜的孔洞或断带，可以看出，直接在聚合物薄膜上进行高温镀金属薄膜从而制备超薄金属复合膜的现有技术在实现大规模和快速量产上的可行性较差。
[0008](3)随着应用领域的拓展以及应用环境更加的复杂和严苛，超薄金属复合膜在具体应用时，需要接触高温且具有腐蚀性的溶液环境。例如，当超薄金属复合膜在有机酯类溶
剂，当温度在85℃，溶液体系中含有微量HF酸和无机盐成分，并且整个过程会有循环往复的电子迁入迁出，从而导致金属薄层易被电化学氧化、易与HF酸形成配位而腐蚀溶解等问题。因此这种超薄金属复合膜需要进行有效的抗腐蚀处理，特别是在金属层与聚合物薄膜材料之间必须要有钝化处理，否则无法满足应用中对长期安全使用的需求。现有技术中，通常会在聚合物薄膜的两侧先溅射镍铬打底，然后再镀厚的金属层，但金属镍和金属铬不能在腐蚀性溶液中长期稳定和有效地保护金属薄层与聚合物薄膜之间的界面，导致脱落；特别是面对电化学过程中的电子在一定周期内循环地迁入迁出时，金属镍和金属铬保护的聚合物薄膜和金属薄层之间的界面极易被破坏，导致产品失去功能。
[0009]因此，要开发一种新的超薄金属复合膜的方法，使该方法能大规模地生产高质量的、能耐腐蚀的超薄金属复合膜。

技术实现思路

[0010]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术目的在于提供一种超薄金属复合膜及其制备方法与应用。本质从以下四个角度思考并解决上述问题：(1)如何工业化量产制备稳定可靠的金属薄层；(2)金属薄层与聚合物薄膜层如何复合成超薄金属复合膜；(3)金属薄层的抗腐蚀防护；(4)针对产品的苛刻使用场景，对超薄金属复合膜的表面进行防护处理。下文将围绕这四点进行详细论述。
[0011](1)金属薄层的制备
[0012]所述金属薄层，其金属成分包括铜、镍、钯、铝、锌、钛、银或铁中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例包括铜与镍的组合、铜与钯的组合、铜与铝的组合、铜与锌的组合、铜与银的组合、铜与钛的组合、镍与钯的组合、镍与铝的组合、镍与锌的组合、镍与钛的组合、镍与银的组合、镍与铁的组合、钯与铝的组合、钯与锌的组合、钯与钛的组合、钯与银的组合、钯与铁的组合、铝与锌的组合、铝与钛的组合、铝与银的组合、铝与铁的组合、锌与钛的组合、锌与银的组合或钛与银的组合。
[0013]优选地，所述金属薄层的厚度为0.5～2μm，例如0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm或2μm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]优选地，所述金属薄层的方阻为4～45mΩ/mm2，例如4mΩ/mm2、7mΩ/mm2、10mΩ/mm2、15mΩ/mm2、20mΩ/mm2、25mΩ/mm2、30mΩ/mm2、35mΩ/mm2、40mΩ/mm2、42mΩ/mm2或45mΩ/mm2等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]同种金属形成金属薄层时，金属层厚度和金属的方阻之间存在抛物线对应关系，不同金属形成金属薄层时，厚度和方阻之的抛物线曲线不完全重合，略有不同。但总地来看，当金属薄层厚度大于2μm时，方阻小于4mΩ/mm2，金属薄层的耐穿刺能力不佳，针刺不易断短路，安全性不高易引发短路火灾，因此，金属薄层厚度优选不大于2μm。当金属薄层厚度小于0.5μm时，方阻会大于45mΩ/mm2，易导致金属薄层的导电困难，影响电流的倍率性能，且过薄的金属薄层的内阻较大，电子产品运行时容易发热，增加能耗，当温度过高且易造成过热而引发火灾。因此，综合方阻、厚度、重量、电流倍率等多方面的综合分析后认为，金属薄层的厚度控制在0.5～2μm范围内是合理的，超越此范围不具有量产可行性和使用安全性。
[0016]制备上述金属薄层的方法包括：
[0017](Ⅰ)在转移层上利用真空镀膜法形成的可剥离的金属薄层；
[0018](Ⅱ)或者在利用真空镀膜法形成可剥离的金属敏化层的基础上，进一步经化学生长和/或化学镀和/或电镀法(电解镀)生长制得的金属薄层。
[0019]优选地，所述真空镀膜法包括真空蒸镀、真空溅射或离子镀中的任一种或至少两种的组合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄金属复合膜的制备方法，其特征在于，所述超薄金属复合膜的功能层包括聚合物薄膜层以及金属薄层；将所述功能层加工到一起的超薄金属复合膜的制备方法包括贴合法、化学生长法或物理化学生长法中的任一种或至少两种的组合。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物薄膜层的材质包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚苯并咪唑、聚芳纶、聚脲或聚苯并咪唑中的任一种或至少两种的组合；优选地，所述聚合物薄膜层的厚度为2～6μm；优选地，所述聚合物薄膜层中添加有粘接改性材料；优选地，所述粘接改性材料包括马来酸改性聚丙烯、偶联剂或氯醋树脂中的任一种或至少两种的组合；优选地，所述聚合物薄膜层为单层连续的薄膜或多孔薄膜；优选地，所述聚合物薄膜层中还添加有增强材料；优选地，所述增强材料包括碳纤维、玻璃纤维、纤维素纤维、聚脲纤维、聚芳纶纤维或PI纤维中的任一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属薄层的金属成分包括铜、镍、钯、铝、锌、钛、银或铁中的任一种或至少两种的组合；优选地，所述金属薄层的厚度为0.5～2μm；优选地，所述金属薄层的方阻为4～45mΩ/mm2；优选地，所述超薄金属复合膜中，所述金属薄层设置于所述聚合物薄膜层的两侧或单独一侧。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，制备所述金属薄层的方法包括，利用真空镀膜法在转移层上直接制备0.5～2μm厚的所述金属薄层，所述转移层为10～75μm厚的基底或与所述金属薄层不粘的金属基底；优选地，所述转移层与所述金属薄层相接触的表面设置有蜡层或离型剂涂层；优选地，所述转移层包括聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、钛箔或不锈钢箔中的任意一种或至少两种的组合；优选地，当制备镍、钯、铜或银中的任一种或至少两种的金属薄层时，先利用真空镀膜法在所述转移层上或所述聚合物薄膜层上，制备10～30nm的镍、钯、铜或银中的任一种或至少两种形成的合金，形成厚度为2～500mg/m2的金属敏化层，然后在所述金属敏化层上使用化学镀制备镍、铜、钯、锡、银或钴中的任一种或至少两种形成的合金，形成化学镀层，所述金属敏化层与所述化学镀层构成所述金属薄层，使所述金属薄层的厚度为0.03～2μm；优选地，在所述化学镀的过程中，当所述化学镀层的厚度增加而使电阻逐渐下降至100mΩ以下时，再使用电镀法在所述化学镀层上制备镍、铜、钯、锡、银或钴中的任一种或至少两种形成的合金，形成电镀层，所述金属敏化层与所述化学镀层及所述电镀层共同构成所述金属薄层，使所述金属薄层的厚度为0.5～2μm。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述贴合法包括，使用胶黏剂将所述金属薄层从所述转移层上剥离并使其与...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡仲义，
申请(专利权)人：胡仲义，
类型：发明
国别省市：