[發明專利]柔性電路導電組合物及基于3D打印構建柔性電路的方法

有效

• 申請號: 201610071643.4
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105623215B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 魏杰;張迪
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L55/02;C08L25/06;C08L1/12;C08L75/04;C08K3/04;C08K3/08;C08K7/06;C08K9/02;C08K7/24;B29C67/00;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 霍京華

技術領域：

本發明涉及一種柔性電路導電組合物及基于3D打印構建柔性電路的方法。屬于高分子材料領域。

背景技術：

隨著21世紀計算機產業的飛速發展，電子元器件的更新換代速度也隨之加快。電子設備、電子元器件成為交通、國防、通信、航天等領域運行的核心部分。電子設備及其元器件朝著更小、更快、便攜、低成本的方向發展。在此背景下，電路的制造工藝及方法也亟需不斷改進，以此來適應電子設備更新后所提出的新要求。柔性電路鑒于其便攜、低成本的特征，一直以來是新型電路發展的主導方向之一。

柔性電路的制造最常用的是通過印刷的方法實現：將銅層與柔性基底層貼合在一起，層間用膠黏劑粘合在一起。然后用傳統刻蝕的方法來獲得電路圖案。也可將柔性基底層置于兩銅層之間，刻蝕后形成雙面電路板，兩導電層之間通過穿孔連接。專利CN101460020，CN101203095公開了一種制造多層柔性電路版的方法，其主要工藝為單層電路版的層疊，圖案化的方法仍然為傳統刻蝕。在此階段，傳統刻蝕的方法大大增加了柔性電路板的制造成本，導電主體銅的使用，使得減少設備重量成為問題，因此成為便攜的主要障礙。另一方面，此種方法，只有基底材質為柔性材料，導電主體為硬質的金屬銅并沒有改變，因此沒有實現真正意義上的柔性電路。

近幾年，絲網印刷和納米壓印技術成為改進傳統柔性電路板制造方法的主流技術。此兩種方法具有工藝簡單、成本低、產品柔性好等優點。但是目前取代銅的導電材料導電率偏低，沒有達到導體或者高導體的導電范圍，因此其實際應用價值并不可觀。專利CN104527247A公開了一種改進后的絲網印刷方法，制造出了導電性能良好、穩定性高的燃料電池微電路，但是由于其導電主體是銀漿，其成本已超出了大部分印刷技術成本，因此不具備實際應用價值。

同時，噴墨打印也成為現有的柔性電路制造的主流方法之一。其主要原理為將導電主體溶于或均勻分散于噴墨墨水中，通過調控其溶劑含量及其他添加劑含量來調控其粘度，從而能順利的從商業打印機中打印到柔性基材上。專利CN103619128A公開了一種基于噴墨打印的柔性電路板的制備方法，制備出了質量較高的柔性電路圖案。但是，噴墨打印與實際工業化生產之間有三個主要障礙，第一，噴墨打印的導電主體通常為金屬粉末或金屬納米粒子，如金、銀、銅、鎳的粉末或者其納米粒子。此種金屬產物的造價太高，使得投入實際應用變得不現實。第二，噴墨打印所用的墨水因要適應商業的噴墨打印機，因此在制備過程中要通過各種調配來控制其粘度，其工藝過于復雜，給實際生產帶來成本的升高和效率的降低。第三，噴墨打印的導電主體為粉末，因此其打印的柔性電路待溶劑揮發以后，雖粉末之間粘連可形成導電通路，但是外力的輕微拉伸或彎曲都可能使其粘連中斷，從而使其斷路。力學性能上的缺陷使其難以實現真正意義上的柔性。

導電碳材料，如石墨烯、碳納米管等因其電導率高、質量小、力學性能優異逐漸被廣泛使用。專利CN102212304A公開了一種以改性碳納米管為導電主體、以絲網印刷為制備方法的柔性電路制備流程。所制備出的柔性電路板不僅導電率高，而且力學性能優異，朝著工業化應用邁出了一大步。但是其制造流程還有待進一步優化，以提高效率。另一方面，該方法只能局限于二維電路，不能實現三維電路或曲面電路的構建。

而最新的柔性電路制備方法為基于石墨烯的激光定向燒結法。專利CN102501701A公開了一種基于石墨烯激光燒刻的柔性電路制備方法，該方法將氧化石墨烯制成薄膜鋪在耐高溫的基材上或光盤上，用DVD的激光頭或者與計算機相連的激光頭進行定向燒刻。氧化石墨烯被細束激光掃描過的部分，由于高溫，氧化石墨烯被還原，形成高導電的石墨烯，從而形成高導電的圖案。此種方法制備的柔性電路雖然電導率高，但是與之前的方法類似，仍然存在一些力學性能上的問題。氧化石墨烯被激光定向還原以后，結構上形成海綿體狀態，較易碎。另外，氧化石墨烯薄膜本身力學性能不好，加之沒有柔性基材的托襯，變得不牢固。

發明內容：

本發明旨在提供一種柔性電路導電組合物和基于3D打印構建柔性電路的方法，將熱塑性基體與導電填料經過溶液預混合，再經過熔融共混，最后經熔融擠出制得柔性電路導電組合物，通過3D打印的方式將柔性電路導電組合物打印至柔性基體上，使得到的柔性電路既保證了整體的高電導率又具有優異的力學性能和較好的柔性。

本發明提供的一種柔性電路導電組合物，由熱塑性基體和導電填料組成，熱塑性基體與導電填料質量比為：9-200:1，優選為20-50:1。