一種自修復柔性印刷電路板及其製備方法與流程
2023-10-05 14:53:04 4
本發明涉及功能高分子材料技術領域，尤其是涉及一種自修復柔性印刷電路板及其製備方法。
背景技術：
傳統的柔性電路板(FPC)是以聚醯亞胺或聚酯薄膜為基材製成，具有許多硬性印刷電路板不具備的優點，例如它可以自由彎曲、卷繞、摺疊。利用FPC可大大縮小電子產品的體積，適用電子產品向高密度、小型化、高可靠方向發展的需要。因此，FPC在航天、軍事、移動通訊、手提電腦、計算機外設、PDA、數字相機等領域或產品上得到了廣泛的應用。柔性印刷線路板有單面、雙面和多層板之分。所採用的基材以聚醯亞胺覆銅板為主，與兼有機械保護和良好電氣絕緣性能的覆蓋膜通過壓制而成最終產品。雙面、多層印製線路板的表層和內層導體通過金屬化實現內外層電路的電氣連接。
但是，現有的柔性電路板製造成本高，周期長，耐折性不足且破裂受損即意味著報廢；在印製電路和使用過程中會出現微觀裂紋或損傷，導致材料電路不良，降低材料的有效使用壽命。
技術實現要素：
針對現有技術存在的上述問題，本申請人提供了一種自修復柔性印刷電路板及其製備方法。本發明電路板使用具有自修復性能的彈性體作為基材，該彈性體基材所需原料均已商業化，價廉易得，可大大降低電路板的成本；同時本發明賦予電路板自修復性能，可解決傳統印刷電路板在使用過程中受損後性能下降和報廢的問題，延長材料的服務周期和使用壽命。
本發明的技術方案如下：
一種自修復柔性印刷電路板，所述電路板的基材由基於動態硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體構成。
所述基材所含原料及各原料的重量份數為：
所述含親水基團的烯類單體或聚合物為丙烯酸類、丙烯醯胺類、聚乙二醇丙烯酸酯類中的一種或多種。
所述含親水基團的烯類單體或聚合物為丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一種或多種。
所述含羥基的烯類單體或聚合物為丙烯酸-2-羥基乙酯、丙烯酸-β-羥丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯醇中的一種或多種。
所述自由基引發劑為2,2-二乙氧基苯乙酮、安息香雙甲醚、2-羥基-4-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一種。
所述含硼化合物為硼酸、硼砂、氧化硼中的一種或多種。
一種所述自修復柔性印刷電路板的製備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將含親水基團的烯類單體或聚合物30-70份、含羥基的烯類單體或聚合物5-35份、含硼化合物2-8份、水15-35份和自由基引發劑0.5-1份按比例投入容器內，使用混勻儀震蕩攪拌5-10min，再向溶液中通氮氣3-5min；
(2)將步驟(1)所得混合溶液置於自製模具中，使用254nm紫外燈進行輻照15-20min，即得到基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體；
(3)將步驟(2)所得基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體作為基材，通過印製電路技術，即可得到所述的自修復柔性印刷電路板。
所述步驟(2)中自製模具由兩塊玻璃板夾住矽膠圈製得，玻璃板尺寸為30mm×75mm×1mm，矽膠圈厚度為2mm。
本發明有益的技術效果在於：
(1)本發明採用商業化的單體作為基材原料，價廉易得，成本低；
(2)本發明採用「一鍋法」製備自修復水凝膠彈性體基材，製備方法簡單易行；
(3)本發明引入含親水基團的烯類單體或聚合物和含羥基的烯類單體或聚合物，從而使基材具有彈性體的特性，具有優良的耐折性；
(4)本發明引入含羥基的烯類單體或聚合物，與硼酸根形成動態硼酸酯鍵，兼具共價鍵的穩定性和物理交聯的可逆性，賦予基材優異的機械性能和本徵自修復性能，修復過程無需外界催化劑或光熱等刺激。
附圖說明
圖1為本發明自修復柔性印刷電路板自修復及機械性能示意圖。
圖2為實施例1所得自修復水凝膠彈性體修復前後的應力-應變曲線。
圖3為實施例1所得自修復水凝膠彈性體的修復照片。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明進行具體描述。
實施例1
一種自修復柔性印刷電路板的製備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將9g N,N-二甲基丙烯醯胺、1g 2-羥乙基丙烯酸酯、0.25g硼砂、4g水和0.05g 2,2-二乙氧基苯乙酮按比例投入容器內，使用混勻儀震蕩攪拌5min，再向溶液中通氮氣3min；
(2)將步驟(1)所得混合溶液置於自製模具中，使用254nm紫外燈進行輻照18min，即得到基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體；
(3)將步驟(2)所得基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體作為基材，通過印製電路技術，即可得到所述的自修復柔性印刷電路板。
所述自製模具由兩塊玻璃板夾住矽膠圈製得，玻璃板尺寸為30mm×75mm×1mm，矽膠圈厚度為2mm。
實施例2
一種自修復柔性印刷電路板的製備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將7g N,N-二甲基丙烯醯胺、3g甲基丙烯酸羥乙酯、0.75g硼砂、4g水和0.05g 2,2-二乙氧基苯乙酮按比例投入容器內，使用混勻儀震蕩攪拌10min，再向溶液中通氮氣5min；
(2)將步驟(1)所得混合溶液置於自製模具中，使用254nm紫外燈進行輻照15min，即得到基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體；
(3)將步驟(2)所得基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體作為基材，通過印製電路技術，即可得到所述的自修復柔性印刷電路板。
所述自製模具由兩塊玻璃板夾住矽膠圈製得，玻璃板尺寸為30mm×75mm×1mm，矽膠圈厚度為2mm。
實施例3
一種自修復柔性印刷電路板的製備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將5g丙烯醯胺、5g甲基丙烯酸羥丙酯、1.25g硼砂、6g水和0.05g 2,2-二乙氧基苯乙酮按比例投入容器內，使用混勻儀震蕩攪拌8min，再向溶液中通氮氣4min；
(2)將步驟(1)所得混合溶液置於自製模具中，使用254nm紫外燈進行輻照20min，即得到基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體；
(3)將步驟(2)所得基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體作為基材，通過印製電路技術，即可得到所述的自修復柔性印刷電路板。
所述自製模具由兩塊玻璃板夾住矽膠圈製得，玻璃板尺寸為30mm×75mm×1mm，矽膠圈厚度為2mm。
實施例4
一種自修復柔性印刷電路板的製備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將5g丙烯醯胺、5g甲基丙烯酸羥丙酯、1.25g硼酸、6g水和0.05g 2,2-二乙氧基苯乙酮按比例投入容器內，使用混勻儀震蕩攪拌8min，調節pH值為9，再向溶液中通氮氣4min；
(2)將步驟(1)所得混合溶液置於自製模具中，使用254nm紫外燈進行輻照20min，即得到基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體；
(3)將步驟(2)所得基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體作為基材，通過印製電路技術，即可得到所述的自修復柔性印刷電路板。
所述自製模具由兩塊玻璃板夾住矽膠圈製得，玻璃板尺寸為30mm×75mm×1mm，矽膠圈厚度為2mm。
實施例5
一種自修復柔性印刷電路板的製備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將5g聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯、5g甲基丙烯酸羥丙酯、1.25g硼酸、6g水和0.05g 2,2-二乙氧基苯乙酮按比例投入容器內，使用混勻儀震蕩攪拌8min，調節pH值為9，再向溶液中通氮氣4min；
(2)將步驟(1)所得混合溶液置於自製模具中，使用254nm紫外燈進行輻照20min，即得到基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體；
(3)將步驟(2)所得基於硼酸酯鍵的自修復水凝膠彈性體作為基材，通過印製電路技術，即可得到所述的自修復柔性印刷電路板。
所述自製模具由兩塊玻璃板夾住矽膠圈製得，玻璃板尺寸為30mm×75mm×1mm，矽膠圈厚度為2mm。
測試例：
將實施例1製備的自修復水凝膠彈性體從中間切開，並將斷面迅速接觸結合到一起，然後將水凝膠彈性體放置於密閉容器中，室溫下自修復48h，將修復前、後的水凝膠彈性體在室溫下進行拉伸測試。
圖2為實施例1所得水凝膠彈性體修復前後的應力-應變曲線，由圖2可以看出該自修復水凝膠彈性體具有優異的機械性能，斷裂強度為0.57MPa，斷裂伸長率為480％，在修復48h後修復效率接近100％。
圖3所示為水凝膠彈性體修復照片，從照片中可以發現，修復後的水凝膠在切口處的痕跡幾乎消失，且可以拉伸至原長的數倍。