超材料板材的製造方法、超材料天線罩及其製造方法與流程
2023-05-23 19:19:51 1
本發明涉及超材料，更具體地說，涉及一種超材料板材的製造方法、超材料天線罩及其製造方法。
背景技術：
超材料是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工複合結構材料。當前，人們是在介質基板上周期性地排列具有一定幾何形狀的金屬微結構來形成超材料，但是，加工過程複雜，而且在可加工的金屬微結構的尺寸方面也具有很大的局限性。然而，由於人們可以利用金屬微結構的幾何形狀和尺寸以及排布方式來改變空間各點的介電常數和/或磁導率，使其產生預期的電磁響應，因此人們還是期望，未來超材料在各個領域會有廣泛的應用前景，並積極投入研發。目前，人們已經開展了超材料作為透波材料的應用研究，特別是在用超材料來製作天線罩方面。我們知道，天線罩罩設於天線的外面以保護天線，使其免受外界惡劣環境的影響。這樣，電磁波需要穿過天線罩而被天線所接收或傳播出去，這就要求天線罩具有良好的透波性能，儘量減少對電磁波的損耗，而且反射小。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題在於，提供一種工藝簡單的超材料板材的製造方法和具有良好性能的超材料天線罩以及其製造方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種超材料板材的製造方法，該方法包括以下步驟：利用浸漬過熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布來製作一半固化片；在所述半固化片上附著多個金屬微結構；將所述附著金屬微結構的半固化片置於另兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布之間；對所述附著金屬微結構的半固化片和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布加熱和加壓，從而將所述附著金屬微結構的半固化片和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布壓合在一起，製得一體化的超材料板材。優選地，所述熱固性合成樹脂溶液包括玻璃微珠和選自不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂和酚醛樹脂、呋喃樹脂和乙烯基酯樹脂中的至少一種。優選地，所述玻璃微珠的重量佔比為1-7％。優選地，所述每個金屬微結構由金屬線構成。優選地，所述半固化片是通過對所述浸漬熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布加熱而使熱固性合成樹脂成為半固化狀態獲得的。優選地，製作所述半固化片所用的熱固性合成樹脂溶液與浸漬於另兩玻璃纖維布上的熱固性合成樹脂溶液是相同的。優選地，製作所述半固化片所用的熱固性合成樹脂溶液與浸漬於另兩玻璃纖維布上的熱固性合成樹脂溶液是不同的。優選地，在所述半固化片上覆蓋一金屬箔，並通過蝕刻的方法在所述半固化片上形成所述多個金屬微結構。優選地，對所述附著金屬微結構的半固化片和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布加熱的加熱溫度高於所述熱固性合成樹脂的固化溫度。一種超材料天線罩的製造方法，包括以下步驟：製造多塊超材料板材，所述超材料板材是利用以下方法製得的：利用浸漬過熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布來製作一半固化片；在所述半固化片上附著多個金屬微結構；將所述附著金屬微結構的半固化片置於另兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布之間；對所述附著金屬微結構的半固化片和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布加熱和加壓，從而將所述附著金屬微結構的半固化片和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布壓合在一起即得所述超材料板材；製造多個塑料連接件；用這些塑料連接件將這些超材料板材連接在一起而構成一超材料天線罩。優選地，所述塑料連接件由ABS製成。一種超材料天線罩，所述超材料天線罩是利用以下方法製得的：製造多塊超材料板材，所述超材料板材是利用以下方法製得的：利用浸漬過熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布來製作一半固化片；在所述半固化片上附著多個金屬微結構；將所述附著金屬微結構的半固化片置於另兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布之間；對所述附著金屬微結構的半固化片和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布加熱和加壓，從而將所述附著金屬微結構的半固化片和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布壓合在一起即得所述超材料板材；製造多個塑料連接件；用這些塑料連接件將這些超材料板材連接在一起即構成所述超材料天線罩。本發明的超材料板材的製造方法、超材料天線罩及其製造方法具有以下有益效果：工藝簡單，且金屬微結構由覆蓋於其兩側的具有熱固性合成樹脂的玻璃纖維布保護起來，不易磨損，使超材料板材及由其製成的超材料天線罩可保持穩定的電磁性能，另外，超材料板材及由其製成的超材料天線罩具有一體化的密緻結構，機械性能優越。附圖說明下面結合附圖及具體實施方式對本發明作進一步說明。圖1是本發明的超材料板材的製造方法的一實施例的流程圖；圖2是利用本發明的超材料板材的製造方法製得的超材料板材的一個立體示意圖；圖3是利用本發明的超材料板材的製造方法製得的半固化片的一個平面示意圖；圖4是本發明的超材料天線罩的製造方法的一實施例的流程圖；圖5是利用本發明的超材料天線罩的製造方法製得的超材料天線罩的一個立體示意圖。圖中各標號對應的名稱為：10半固化片、12、20玻璃纖維布、14金屬微結構、30、40超材料板材、42塑料連接件、44超材料天線罩具體實施方式如圖1至圖3所示，為本發明的超材料板材的製造方法的一實施例及由其製得的超材料板材的一個示例，所述實施例包括以下步驟：步驟102：利用浸漬過熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布12來製作一半固化片10。步驟104：在所述半固化片10上附著多個金屬微結構14。圖2和圖3中所示僅是所述金屬微結構14的一個示例，事實上，所述金屬微結構14的幾何尺寸和形狀可以根據所要達到的電磁響應任意改變，且所述多個金屬微結構14的排布方式也可任意變化。步驟106：將所述附著金屬微結構14的半固化片10置於另兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布20之間。步驟108：對所述附著金屬微結構14的半固化片10和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布20加熱和加壓，從而將所述附著金屬微結構14的半固化片10和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布20壓合在一起，製得一體化的超材料板材30。一般，所述多個金屬微結構14陣列排布於所述半固化片10上，如圖所示。假如將每個金屬微結構14及其所在的半固化片10部分人為定義為一個超材料單元，則每個超材料單元的幾何尺寸應小於所需響應的電磁波波長的五分之一，優選為十分之一，而每個金屬微結構14的幾何尺寸與其所在的超材料單元的幾何尺寸屬於同一數量級。具體地，在步驟102中，需要配製所述熱固性合成樹脂溶液。一般，所述熱固性合成樹脂溶液可包括不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂和酚醛樹脂中的任意一種或多種。且所述熱固性合成樹脂溶液視具體情況可添加引發劑、促進劑、阻燃劑、溶劑等其他輔助材料。本實施例中，所述熱固性合成樹脂溶液是以不飽和聚酯樹脂為原料配製的，其中並加入重量佔比為1-7％的玻璃微珠。玻璃微珠是一種尺寸微小(典型的粒徑範圍為10-180微米)且輕質(堆積密度為0.1-0.28克每立方釐米)的空心玻璃球體，主要由二氧化矽和三氧化二鋁等組成，具有低導熱、隔音、高分散、電絕緣性和熱穩定性好等優異性能。玻璃微珠加入所述熱固性合成樹脂溶液後呈蜂窩狀，從而提高了所述熱固性合成樹脂溶液的孔隙率，使其介電常數和損耗角正切降低。在將玻璃微珠和其他輔助材料加入所述熱固性合成樹脂溶液時，應使它們充分混合。一般，我們可採用機械攪拌的方式(如利用不產生漩渦的混合機)對其進行充分攪拌而使它們混合均勻。配製好所述熱固性合成樹脂溶液時，即可用其浸漬玻璃纖維布。本實施例中，我們採用手糊工藝，用如毛刷、刮板或浸漬輥子等手糊工具將所述熱固性合成樹脂溶液均勻地塗敷於一工作檯面上，而後將所述玻璃纖維布覆於所述熱固性合成樹脂溶液上，用壓制工具壓平所述玻璃纖維布，使所述熱固性合成樹脂溶液充分浸透所述玻璃纖維布。其實，將所述熱固性合成樹脂溶液浸漬於所述玻璃纖維布上的方法很多，可以採用現有的任何一種方法，並不限於以上所述。需要注意的是，在利用毛刷將所述熱固性合成樹脂溶液塗敷於所述玻璃纖維布上時應採用點刷法，否則會把所述玻璃纖維布的纖維弄亂而使纖維移位，以致所述熱固性合成樹脂溶液分布不均勻、厚薄不一。另外，為了保證所述玻璃纖維布的表面無油汙、無汙跡、無雜質，應對其進行相應處理；所述玻璃纖維布包括由玻璃纖維製成的各種形式的製品，不僅可以是布，也可以是帶、氈、紗等。在所述玻璃纖維布上浸漬熱固性合成樹脂溶液後，即可對其加熱預烘，使熱固性合成樹脂溶液處於半固化狀態(B-Stage)，從而製得所述半固化片10。我們可利用烘箱對所述浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布進行加熱，加熱溫度和時間根據所使用的樹脂原料的性質而定，如對於耐熱溫度高的樹脂原料，加熱溫度可以高一些，而對於耐熱溫度低的樹脂原料，加熱溫度可以低一些。以上的熱固性合成樹脂溶液處於半固化狀態是指熱固性合成樹脂溶液因凝結而失去流動性但還未發生化學交聯反應的階段。在步驟104中，所述半固化片10上的金屬微結構14是通過在其上黏貼一金屬箔如銅箔、並利用一定的加工工藝如蝕刻的方法對所述金屬箔進行加工而形成的。加工時，只需把不要的金屬箔部分去除掉，而留下的金屬箔部分便形成所述多個金屬微結構14。一般，每個金屬微結構14是由金屬線如銅絲等構成的具有一定幾何形狀的平面結構，而多個金屬微結構14則以一定方式排布。另外，所述金屬微結構14也可呈立體結構。為了增加金屬箔與所述半固化片10之間的黏結力，可在所述金屬箔上塗敷一層黏合劑。在步驟106中，浸漬於另兩玻璃纖維布20上的熱固性合成樹脂溶液與製作所述半固化片10所用的熱固性合成樹脂溶液既可以是相同的，也可以是不同的，優選為同種熱固性合成樹脂溶液。即使浸漬於另兩玻璃纖維布20上的熱固性合成樹脂溶液與製作所述半固化片10所用的熱固性合成樹脂溶液不同，也應在其中加入一定比例的玻璃微珠。而在用熱固性合成樹脂溶液來浸漬另兩玻璃纖維布20的方法可採用與製作所述半固化片10時用熱固性合成樹脂溶液來浸漬所述玻璃纖維布12相同的手糊工藝。當在另兩玻璃纖維布20上浸漬了熱固性合成樹脂溶液時，即可將所述附著金屬微結構14的半固化片10置於另兩玻璃纖維布20之間。另外，所述玻璃纖維布20的數量可根據實際要求的厚度而定，不限於兩層。步驟108中，可利用熱壓機來對所述附著金屬微結構14的半固化片10和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布20加熱和加壓。當所述附著金屬微結構14的半固化片10和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布20疊加在一起時，將它們放置於熱壓機的工作檯面上，根據需要調好其加熱溫度、加熱時間及所施加的壓力，即可對它們加熱和加壓，使所述半固化片10和兩玻璃纖維布20上的熱固性合成樹脂溶液發生化學反應而交聯固化，從而製得一體化的密緻超材料板材30。一般，熱壓機的加熱溫度應達到用於配製熱固性合成樹脂溶液的原料的固化溫度，對於本實施例中的不飽和聚脂樹脂來說，加熱溫度應不超過120℃，一般控制在50-80℃之間。加熱時間與加熱溫度有關，而所施加的壓力應合適，壓力過小，會在所述超材料板材30內留下間隙，造成電氣性能變差，壓力過大，會在所述超材料板材30內形成內應力，致使其尺寸及形狀不穩定，而且還要考慮玻璃微珠的承壓能力和對所述金屬微結構14的影響。此外，若想要形成具有多層金屬微結構的超材料板材時，可利用步驟104製得多片半固化片10，或者利用步驟104製得一大面積的半固化片10，而後將其裁剪分為多片小面積的半固化片10，並在每片半固化片10上附著金屬微結構14；將所述多片半固化片10置於若干浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布20之間，且無任意兩片半固化片10直接接觸，然後將它們一起熱壓成型即可。由上可知，相比現有的製造方法，本發明超材料板材的製造方法將金屬微結構14附著於半固化片10上，而將附著了金屬微結構14的半固化片10置於兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布20之間，並利用熱壓工藝而製得一體化的密緻超材料板材30，不僅工藝簡單，而且所述金屬微結構14由覆蓋於其兩側的具有熱固性合成樹脂的玻璃纖維布20保護起來，不易磨損，讓所述超材料板材30可保持穩定的電磁性能；所述超材料板材30的介電常數和損耗角正切較低，亦具有良好的透波性能。另外，所述超材料板材30的各層緊密地結合在一起，形成一體化的密緻結構，機械性能優越。請參考圖4和圖5，為本發明的超材料天線罩的製造方法的一實施例及由其製得的超材料天線罩的一個示例，該實施例包括以下步驟：步驟302：製造多塊超材料板材40。本實施例中，所述超材料板材40利用本發明的超材料板材的製造方法來製得。步驟304：製造多個塑料連接件42。本實施例中，所述塑料連接件由ABS製成。步驟306：用這些塑料連接件42將這些超材料板材40連接在一起而構成一超材料天線罩44。本實施例中，所述超材料天線罩44是用於基站天線的美化天線罩(如圖5所示)，其大致呈中空的方體狀。由此可見，所述超材料天線罩44包括多塊超材料板材40及將這些超材料板材40連接起來的多個塑料連接件42。由於所述超材料板材40的介電常數和損耗角正切較低，這樣，由其製得的超材料天線罩44的介電常數和損耗角正切也相應降低，電磁波透過時，反射和損耗減少，這樣，其透波率得以大幅提高，滿足了實際應用要求。此外，我們可根據對天線罩的厚度要求而利用本發明的製造方法來製得相應厚度的超材料板材40，進而利用其來製作天線罩，以滿足多樣化的需求。以上所述僅是本發明的若干具體實施例，不應當構成對本發明的限制。對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明基本思想的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，如欲將所述超材料板材30做成某種形狀時，在對所述附著金屬微結構14的半固化片10和兩浸漬有熱固性合成樹脂溶液的玻璃纖維布20加熱和加壓時置於一具有相應型腔的模具上，由熱壓機熱壓固化成型即可，由此可見，所述超材料板材30可以呈任何形狀；所述玻璃纖維布20也可由凱弗拉縴維、碳纖維和劍麻做成的製品替代，而這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。