激光成型LDS塑料怎么做？

日期：2022-11-07 10:49:34 編輯：科思德塑膠來源：科思德塑膠瀏覽：903

激光直接成型 (LDS) 功能塑料是實現 LDS 技術的關鍵材料，在手機天線，三維立體電路，智能感應與響應領域如可穿戴設備、智能醫療器件、無人駕駛汽車、智能家居、無人機等方面可獲得廣泛的應用,是實現智能終端部件輕、薄、小型化的基礎材料之一，也是 5G 通訊時代的關鍵基礎材料之一。
首先需要明確的是，手機中的天線并不單單是指一個單一部件，它可包括：同軸信號線、板載印刷天線、天線小板、機身中框、邊框天線條帶等。
LDS塑料 LDS天線的優勢在于：
(1) 其與柔性電路板天線和金屬片天線相比，LDS 部件可采用其實際需要的形狀，從而使其功能服從于結構形態，部件具備完全的三維功能。
(2) 由于采用激光成型，改變電路圖案無需改變模具就能實現，非常適合生產不同種類的天線、傳感器等智能響應部件。
(3) LDS天線直接鐳雕在器件塑料外殼或中框上,不僅避免器件的內部金屬干擾,更可以縮小器件的體積。此外，LDS 技術生產效率高，產品生產周期短，激光系統耐用、少維護，適用于連續不間斷生產，并且故障率低。
因5G無線通訊終端的發展趨勢又是輕薄化、小型化，給信號接收設備留下的空間有限，就要求MIMO系統天線之間的距離保持在半個波長以上，相應的信號接收設置例如天線長度也會降低到以前的幾十分之一，會變成毫米級的微型天線，就對其中應用的LDS功能塑料提出了更高的性能要求（除了電鍍指數和可靠粘接性之外）：
(1) 更好的介電性能，例如更低的介電常數、更高的擊穿電壓和更低的介電損耗。
(2) 更好的散熱性能，解決無線終端永久發熱發燙問題。
(3) 更好的耐環境性，如高低溫、酸堿性等。
(4) 適應更多的新技術新工藝。
(5) 更高的剛性和流動性。
LDS塑料的基材：
因為LDS塑料是一種內含有機金屬復合物的改性塑料，經激光照射后，使有機金屬復合物釋放出金屬粒子。故其基材及助劑的選擇與制造工藝都需謹慎考量。
LDS功能塑料的常用樹脂基材包括聚碳酸酯 (PC)，PC/丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)合金；熱塑性聚酯如聚對苯二甲酸丁二酯 (PBT)，PBT/聚對苯二甲酸乙二酯(PET) 合金，PBT/聚對苯二甲酸 1,4–環己烷二甲酯(PCT)合金；尼龍(PA)如 PA66，PA6，高溫尼龍(PPA)，長碳鏈PA合金等；液晶聚合物 (LCP)，也包括以上基材的玻纖 (GF) 增強材料。
LDS塑料目前有哪些企業生產LDS專用料呢？這里有個LDS專用料及生產廠家的金字塔圖：
聚酰胺類：
PA6/6T（BASF）、PA4T（DSM）、PA-MXD6（MEP，三菱工程塑料）、PA6T/X和PA10T（Evonik）、HTN(杜邦)、PPA(RTP，SABIC IP)、β射線交聯PA66（PTS集團）、增強PA1010(EMS)、PA(華力興)
聚碳酸酯類：
RTP、MEP、SABIC、Lucky Enpla(韓國樂喜)、中塑新材料、金發都有做
聚酯類：
PET、PBT(朗盛、中塑)、PET/PBT合金
PC/ABS類：
相應的廠家包括RTP、MEP、臺灣華宏、SABIC、韓國樂喜、中塑、金發、華力興、鼎啟鐘華
其他類：
LCP(Ticona、RTP)、PP、PPO、COP、PEEK等
PC或PC/ABS基材料：
目前市場應用最多的是PC和PC/ABS為基材的LDS功能塑料，產品特點是表面性能好、力學性能好、價格相對適中，成品天線的射頻 (RF) 信號好。
國外生產商包括Sabic，三菱工程塑料，RTP，Lucky Enpla等；國內生產商主要有華力興、中塑、華盈、麥艾迪等。PC和PC/ABS為基材的 LDS功能塑料占據了LDS材料市場一半以上的銷售份額。
Sabic的NX07345/NX07345P，NX10302 黑/11302 白和三菱工程塑料公司的Xantar LDS 3710/3720，Xantar LDS 3730/3732/3734的銷售量在LDS功能塑料市場份額中占前兩位，占據了PC和PC/ABS為基材的LDS功能塑料銷售總量的70%以上。
熱塑性聚酯類基材料：
熱塑性聚酯類基材的 LDS 功能塑料的主要生產商是德國Lanxess和BASF。其中，Lanxess開發的 Pocan系列聚酯基材LDS功能塑料設計用于多種用途，尤其用于汽車工程領域。
如Pocan DPT7140 的熱變形溫高達 250℃，據稱能夠通過回流焊和蒸汽焊工藝，是高溫應用的理想材料；Pocan DP7102材料良好的流動特性可實現高的生產效率，還具有優異的表面質感，可用于無失真模塑互連器件的經濟型注塑。Pocan TP710–003則經過特別設計，可用于制造擠出型材，然后通過LDS工藝制成電路載體。
PA類基材料：
PA類基材LDS功能塑料的生產商包括RTP (PPA)，BASF(PA6/6T)，DSM(PA4T，生物基PPA)，EMS(PA1010)，華力興 (PA6T/66) 等，多數采用GF及礦物增強PPA以提高材料的尺寸穩定性、降低材料的吸濕性。
BASF的Ultramid T 4381 LDS采用GF增強的 PA6/6T作為基材；DSM的Fortil LDS 51B，Fortil LDS 85B，Fortil LDS 62 采用GF增強的PA46、長碳鏈PPA作為基材。PA基材的LDS功能材料具有優良的剛性、良好的加工性能和耐化學溶劑性能，可以制備薄壁制品。
LCP基材料：
LCP是20世紀80年代初期發展起來的一種高性能特種工程塑料。液晶芳香族聚酯在液晶態下由于其大分子鏈取向形成規整的纖維狀結構，材料的拉伸彈性模量和彎曲彈性模量非常高。
LCP 基材LDS功能塑料的主要生產商是 Celanese 和 RTP。RTP的 113393 A 牌號的 LDS 的市場銷量曾經占據市場 LDS 功能塑料銷量的第三位。Celanese的Vetra E840i，Vetra E845i 也占有一定市場份額。
與PC、熱塑性聚酯、PA類基材相比，LCP基材的 LDS功能塑料的性能更加優越，在5G通訊時代擁有更加廣闊的應用前景。這是由LCP基材的特性決定的。LCP的主要特點包括：
①優異的尺寸穩定性，耐蠕變性高；
②達到熔融流動溫度后熔體黏度極低，熔體流動性極佳；
③LCP屬于本征難燃材料，更安全、環保；
④LCP的力學性能高,可以進一步降低材料的厚度；
⑤LCP的耐溶劑性優異；
⑥LCP耐高溫性能好,可以耐受回流焊等焊接工藝；
⑦吸濕率很低。
LCP基材的LDS功能塑料的一個顯著缺點是價格高，另外其各向異性和著色性能很差。
LDS塑料的助劑
鐳雕助劑是LDS塑料的特征組分，質量占LDS功能塑料的3%~10%，對LDS塑料的性能和外觀有關鍵影響。LDS功能塑料的鐳雕助劑為具備下面特性的金屬化合物：
①較高的絕緣性；②較低的催化高分子反應活性；③可見光光照不變色不變質性；④可以均勻分散在塑料基體中；⑤激光照射后能釋放金屬粒子；⑥耐高溫，耐化學藥品性好；⑦低毒性。市售 LDS 功能塑料用鐳雕助劑有黑色、灰色和淺綠色。
目前常用的 LDS 功能助劑為銅鹽如堿式磷酸銅；銅的復合金屬氧化物如銅鉻黑；銅及其化合物與錫的化合物的復配物如默克的Irodine 8841,Irodine 8851等。
值得注意的是，用于LDS功能塑料的鐳雕助劑的金屬化合物除了化學成分外，還常常有晶型限制，僅化學成分一致晶形結構不同不能使用。
LDS塑料的配方：
LDS功能塑料的配方設計原理與常規的改性工程塑料基本一致，配方結構中一般都包括抗氧體系、潤滑體系、增強體系和增韌體系，差異點是LDS功能塑料中添加了較高含量的LDS鐳雕助劑，由于該功能助劑是對高分子基材具有催化降解作用的金屬化合物，多數為無機物，其與樹脂基體的相容性也較差，LDS功能塑料的配方設計與產品開發中必需解決下面4個技術難點：
(1) 鐳雕助劑種類的選擇及其在基體樹脂中的分散是保證激光鐳雕和自催化化鍍均一性的基礎，需要解決鐳雕助劑在LDS功能塑料中的分散和分布問題。
(2) 抗光熱降解穩定體系的設計。鐳雕助劑是 LDS 功能塑料的特征組分，添加量又較高，其對高分子基材較強的催化降解作用會導致材料力學性能迅速劣化，抗光熱降解穩定體系是 LDS 功能塑料配方設計中的核心問題。
(3) 為了提高LDS功能塑料的剛性和強度，部分LDS功能塑料中添加了GF作為增強劑，但GF的直徑一般在10~13μm，在塑料中的分散分布長度一般為200~500μm，相對塑料中的其它組分來說形狀較大，GF取向或分散分布不均勻都會影響智能終端對RF信號的接收精度。GF取向還可能引起LDS功能塑料的各項異性以及翹曲變形。
(4) LDS功能助劑的添加使得該材料的配色困難，工程塑料常用的有機色粉往往不適用于該體系的配色。
LDS塑料的應用：
射頻及通信行業：
手機天線、筆記本天線、NFC、可穿戴設備、無線充電等；
汽車及運輸設備制造行業：
采用LDS功能塑料有利于汽車的小型化、輕量化和智能化：
①結構緊湊，相同體積內可以設計更多功能,相同功能需要的體積小。
②直接在塑膠支撐件表面形成電路，高集成度減少了汽車組裝工藝和配件。
③節約的空間用于其它用途，例如增加電動車的電池容量，增加智能響應器件。
電子電氣領域：
智能家居等。
醫療設備領域：
高密度醫療器械的集成式小螺距。
另有精密儀器&測量及軍事/航空工業/虛擬現實等多個領域期待著LDS塑料大展身手。