同质复合基材 |
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| 申请号 | CN202311355125.1 | 申请日 | 2023-10-19 | 公开(公告)号 | CN117917322A | 公开(公告)日 | 2024-04-23 |
| 申请人 | 财团法人纺织产业综合研究所; | 发明人 | 周上智; 廖元培; 林永坦; | ||||
| 摘要 | 同质复合基材包括编织布及至少一 纤维 膜。编织布包括多条第一纤维。纤维膜配置于编织布的至少一表面，纤维膜包括多条第二纤维，其中第一纤维与第二纤维的材料相同，每一条第一纤维的纤维直径介于20微米至130微米之间，且每一条第二纤维的纤维直径介于3微米至10微米之间。同质复合基材具有高结构强度以适于应用于 电路 基板 领域中，并且可实现 循环经济 及高度环保性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种同质复合基材，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 同质复合基材技术领域[0001] 本公开内容是有关于复合基材，特别是有关于一种同质复合基材。 背景技术[0002] 在电路基板领域中，常使用异材质复合材料来作为基板的主体材料，然而异材质复合材料容易衍生回收的问题。举例而言，由碳纤维及热固性环氧树脂制备而成的基板需经高温高湿工艺方能将碳纤维回收，导致材料分离困难。此外，当使用传统湿式抄纸工艺来制备基板时，容易造成水资源的过度消耗及能源的浪费。另一方面，当使用同材质复合材料来作为基板的主体材料时，需挑选具有相异熔点的相同材料方能进行材料的复合(例如，将高熔点聚丙烯与低熔点聚丙烯彼此复合)，然而具有相异熔点的相同材料亦不容易彼此分离。因此，如何提供一种可应用于电路基板领域的同材质复合材料，实属本领域人员积极研究的课题。发明内容 [0003] 本公开提供一种同质复合基材，其具有高结构强度以适于应用于电路基板领域中，并且可实现循环经济及高度环保性。 [0004] 根据本公开一些实施方式，一种同质复合基材包括编织布及至少一个纤维膜。编织布包括多条第一纤维。纤维膜配置于编织布的至少一个表面，纤维膜包括多条第二纤维，其中第一纤维与第二纤维的材料相同，每一条第一纤维的纤维直径介于20微米至130微米之间，且每一条第二纤维的纤维直径介于3微米至10微米之间。 [0005] 在本公开一些实施方式中，第一纤维与第二纤维的材料为聚醚酰亚胺。 [0006] 在本公开一些实施方式中，第二纤维为熔喷纤维。 [0007] 在本公开一些实施方式中，至少一个纤维膜的数量为两个，且两个纤维膜配置于编织布的相对两表面。 [0008] 在本公开一些实施方式中，两个纤维膜在第一纤维之间彼此接触。 [0009] 在本公开一些实施方式中，同质复合基材的热加工温度介于200℃至240℃之间。 [0010] 在本公开一些实施方式中，编织布的经密介于70根/英寸至110根/英寸之间，且纬密介于53根/英寸至70根/英寸之间。 [0011] 在本公开一些实施方式中，第一纤维的纤维强度介于1.5cN/dtex至3.5cN/dtex之间。 [0012] 在本公开一些实施方式中，使用标准规范ASTM D150对同质复合基材进行测试，同质复合基材的介电常数介于1.5至2.1之间，且介电损失介于0.0030至0.0074之间。 [0013] 在本公开一些实施方式中，使用标准规范ASTM D 638对同质复合基材进行测试，同质复合基材的强度介于13MPa至45MPa之间。 [0014] 根据本公开上述实施方式，在本公开的同质复合基材中，通过编织布及纤维膜中各自的纤维直径设计，同质复合基材在工艺上具有优势，再搭配编织布及纤维膜的结构设计，同质复合基材可具有高结构强度。此外，由于同质复合基材具有全质性，因此不需分离即可经过再造粒工艺回收利用，实现循环经济及高度环保性。另外，同质复合基材可不需通过传统湿式抄纸工艺来制备，可避免大量耗水并节省能源。附图说明 [0015] 为让本公开的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下： [0016] 图1绘示根据本公开一些实施方式的同质复合基材的俯视示意图； [0017] 图2绘示根据本公开另一些实施方式的同质复合基材的俯视示意图；以及[0018] 图3绘示图2的同质复合基材的侧视示意图。 [0019] 附图标记：100,100a:同质复合基材；110:编织布；111:表面；113:表面；115:第一纤维；116:表面；120:纤维膜；125:第二纤维；S:接触面；G:空隙。 具体实施方式[0020] 以下将以图式公开本公开的多个实施方式，为明确地说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本公开。也就是说，在本公开部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的，因此不应用以限制本公开。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单示意的方式绘示之。另外，为了便于读者观看，图式中各组件的尺寸并非依实际比例绘示。 [0021] 本公开内容提供一种同质复合基材，其是由具有相同材质但不同结构的布料及膜材复合而成，亦即，本公开的同质复合基材具有单一材质，亦称全质复合基材。通过同质复合基材中布料及膜材中各自的纤维直径设计，同质复合基材在工艺上具有优势，如此再搭配布料及膜材的结构设计，同质复合基材可具有高结构强度。此外，由于同质复合基材具有全质性，因此不需分离即可经过再造粒工艺回收利用，实现循环经济及高度环保性。另外，同质复合基材可不需通过传统湿式抄纸工艺来制备，可避免大量耗水并节省能源。 [0022] 请参见图1，其绘示根据本公开一些实施方式的同质复合基材100的俯视示意图。同质复合基材100包括编织布110及至少一片纤维膜120，且纤维膜120配置于编织布110的至少一个表面111。编织布110包括多条彼此交织的第一纤维115，纤维膜120包括多条第二纤维125，且第一纤维115的材料与第二纤维125的材料相同，也就是说，编织布110与纤维膜 120具有相同的材料。如此一来，可不需额外使用黏胶、涂料来将编织布110与纤维膜120彼此结合，而可简单通过热压工艺形成本公开的同质复合基材100。另一方面，编织布110与纤维膜120在同质复合基材100中各自实现不同的功能。详细而言，编织布110配置以作为补强材，使同质复合基材100具备高结构强度，而纤维膜120配置以作为固定材，以协助固定并维持编织布110的尺寸及结构强度，使同质复合基材100可应用于电路绝缘基板等领域。 [0023] 在本公开的同质复合基材100中，编织布110中的每一条第一纤维115的纤维直径介于20微米至130微米之间，且纤维膜120中的每一条第二纤维125的纤维直径介于3微米至10微米之间。借由纤维直径的设计，可建构出编织布110与纤维膜120在热压工艺期间的热加工温度差，如此可确保编织布110不会在热加工期间熔融(熔化)，从而作为补强材，以提供高结构强度，并可确保纤维膜120会在热压工艺期间部分熔融而作为固定材，以将纤维膜 120与编织布110稳固地结合，并可协助维持编织布110的尺寸。详细而言，若第一纤维115的纤维直径小于20微米且第二纤维125的纤维直径大于10微米，容易导致编织布110与纤维膜 120的热加工温度过于接近，无法在维持编织布110的结构完整性的前提下将编织布110与纤维膜120稳固结合；若第一纤维115的纤维直径大于130微米，容易导致编织布110过厚，不利于同质复合基材100的轻薄性；而若第二纤维125的纤维直径小于3微米，容易导致纤维膜 120的热加工温度过低，从而造成纤维膜120在热压工艺期间整片膜材皆呈熔融状态而失去其原始的形貌。在较佳的实施方式中，每一条第二纤维125的纤维直径可介于8微米至10微米之间。整体而言，通过编织布110及纤维膜120中各自的纤维直径设计，同质复合基材100在工艺上具有优势。 [0024] 在一些实施方式中，编织布110的厚度可介于45微米至175微米之间。详细而言，在经由热压工艺制备而成的同质复合基材100中，编织布110的最小厚度极限为45微米；而若编织布110的厚度大于175微米，则容易影响同质复合基材100整体的薄型结构。在一些实施方式中，纤维膜120的厚度可介于50微米至60微米之间。详细而言，若纤维膜120的厚度小于50微米，可能影响纤维膜120对于编织布110的固定效果，从而影响编织布110的高结构强度表现；而若纤维膜120的厚度大于50微米，则容易影响同质复合基材100整体的薄型结构。在较佳的实施方式中，编织布110的厚度可介于50微米至100微米之间，且纤维膜120的厚度可介于50微米至60微米之间。 [0025] 在一些实施方式中，编织布110可为梭织布，相较于针织布，梭织布可具有较高的结构强度。在一些实施方式中，编织布110中的第一纤维115的纤维强度可介于1.5cN/dtex至3.5cN/dtex之间，从而使编织布110整体具有较高的结构强度。在一些实施方式中，编织布110的经密可介于70根/英寸至110根/英寸之间，且纬密可介于53根/英寸至70根/英寸之间，如此可避免编织布110的结构过于松散，从而可具备足够的结构强度。整体而言，通过编织布110中的第一纤维115的纤维强度的设计以及编织布110的经纬密设计，可使编织布110整体维持较高的结构强度。在一些实施方式中，多条第一纤维115可直接经编织而形成编织布110，或是多条第一纤维115可先彼此复合以形成复合纱(复丝)后，再经编织而形成编织布110，也就是说，图1所示的一条第一纤维115亦可为一条复合纱。举例而言，当编织布110是由复合纱编织而成时，一条复合纱的规格可介于84dTex/24f至88.1dTex/24f之间。在一些实施方式中，纤维膜120中的第二纤维125可为熔喷纤维，由于熔喷工艺可稳定地制备出纤维直径小的纤维，因此熔喷工艺对于形成纤维直径介于3微米至10微米之间的第二纤维125具有工艺上的优势及便利性。 [0026] 在一些实施方式中，编织布110中的第一纤维115与纤维膜120中的第二纤维125的材料皆为聚醚酰亚胺(polyetherimide，PEI)。使用聚醚酰亚胺作为第一纤维115及第二纤维125的材料有利于形成本公开具有高结构强度的同质复合基材100。详细而言，由于聚醚酰亚胺是一种非结晶材料，其可通过加热塑形但不具有实际上的熔点，因此聚醚酰亚胺的热加工温度可随着材料的尺寸而改变，也因此本公开可通过第一纤维115与第二纤维125的纤维直径(尺寸)设计来建构出编织布110与纤维膜120在热压工艺期间的热加工温度差。此外，由于聚醚酰亚胺兼具酰亚胺基的良好耐热性与高机械强度以及醚基的良好成型性，因此可具有高耐热性以及高安定性。另一方面，由于聚醚酰亚胺可符合阻燃(Flame Retardant)、低烟雾(Smoke)、低毒性性(Toxicity)要求(简称FST)，也就是具有优异的FST特性，并且可具有高的传输特性以及低的介电损失，从而使本公开的同质复合基材100适合应用于电子/电气绝缘纸、印刷电路绝缘基板等需电性绝缘的组件中。 [0027] 如前文所述，本公开可通过热压工艺来将编织布110与纤维膜120结合而形成同质复合基材100。热压工艺属于干式工艺，其不需使用水、有机溶剂等亦产生废液问题的液体，具备环保性。在一些实施方式中，同质复合基材100在热压工艺期间的加工温度(简称热加工温度)可介于200℃至240℃之间。由于上述热加工温度的范围已达到纤维膜120的热加工温度附近，但尚未达到编织布110的热加工温度，因此可确保纤维膜120呈现局部熔融状态(例如，与编织布110接触的表面呈现熔融状态)，并同时确保编织布110的结构不受到破坏而仍具有高结构强度。如此一来，编织布110与纤维膜120可紧密且稳固地结合，其中编织布110的完整性得以维持以作为补强材，从而提供同质复合基材100高结构强度，而纤维膜120可适度地熔融以作为固定材，并可维持其原本完整的形貌，从而协助维持(固定)编织布110的尺寸。在一些实施方式中，热压工艺的压力可介于40kgf至60kgf之间，且时间可介于20秒至40秒之间。 [0028] 请参阅图2，其绘示根据本公开另一些实施方式的同质复合基材100的俯视示意图。图2的同质复合基材100与图1的同质复合基材100与图2的同质复合基材100的至少一差异在于：在图2的同质复合基材100中，纤维膜120的数量为二，且两片纤维膜120配置于编织布110的相对两表面(表面111、113)。换句话说，在图2的实施方式中，两片纤维膜120将编织布110夹置于其间。如此一来，编织布110可受到纤维膜120的保护而免于接触外界环境，且编织布110的尺寸及形状可更佳地受到纤维膜120的配置而固定，以同时有利于编织布110实现其高结构强度性能(发挥补强材的功能)及纤维膜120实现其固定功能(发挥固定材的功能)。借此，同质复合基材100a在使用过程中可减缓对于编织布110的高结构强度的损耗，且具有更广的应用层面，并可具有延长的寿命。 [0029] 在一些实施方式中，同质复合基材100a中的两片纤维膜120可在编织布110的第一纤维115之间彼此接触。具体而言，请参阅图3，其绘示图2的同质复合基材100a的侧视示意图。如图3所示，两片纤维膜120可因热压工艺而在第一纤维115之间部分地熔融而彼此结合，也就是说，第一纤维115可由纤维膜120所围绕而固定住。借此，编织布110可较佳地维持其结构而提供较高的结构强度，且同质复合基材100a整体也较不容易产生非预期的形变。值得说明的是，由于两片纤维膜120的材料相同，因此在两片纤维膜120的接触面S可不具有实质上的界面，且由于热压工艺的热加工温度尚未达到编织布110的热加工温度，因此编织布110中第一纤维115的表面116仍可维持在初始状态而不因热压而产生变形。另一方面，第一纤维115朝向接触面S的表面116与纤维膜120之间可具有空隙G，也就是说，单一条第一纤维115的表面116可仅部分地接触纤维膜120。 [0030] 下文将参照比较例及各实施例，更具体地描述本公开的特征及功效。应了解到，在不逾越本公开的范畴的情况下，可适当地改变所用材料、其含量与比例、处理细节及处理流程等。因此，不应由下文所述的各实施例对本公开作出限制性的解释。 [0031] 首先，比较例1的基材的相关说明及用于制备各实施例的同质复合基材的热压工艺参数以及各实施例的同质复合基材的相关说明如表一所示。应了解到，各实施例的同质复合基材的结构与图2所示的结构相同。 [0032] 表一 [0033] [0034] [0035] <实验例1：基材的强度测试> [0036] 在本实验例中，使用标准规范ASTM D 638对比较例1的基材以及各实施例的同质复合基材进行强度测试，测试结果如表二所示。 [0037] 表二 [0038]实施例/比较例 强度(MPa) 伸率(％) 实施例1 16.4±1.5 58.9±4.3 实施例2 16.9±0.8 74.1±3.8 实施例3 15.5±1.3 4.7±0.3 实施例4 15.1±0.7 3.5±0.4 实施例5 14.7±0.4 4.7±0.5 实施例6 19.7±2.1 5.8±1.1 实施例7 18.8±0.6 5.0±0.6 实施例8 13.9±0.3 3.9±0.2 实施例9 14.4±0.9 8.0±1.8 实施例10 41.1±1.8 9.9±3.3 实施例11 40.0±4.8 10.2±2.7 实施例12 35.0±1.8 12.4±2.0 比较例1 6.4±0.1 12.8±2.5 [0039] 由表二可知，各实施例的同质复合基材的强度皆明显大于比较例1的基材的强度，且同质复合基材的强度介于13MPa至45MPa之间。应了解到，由其他实施例(未示)可知，本公开的同质复合基材的强度可介于表二中任意两强度数值之间，于此便不逐一列出。 [0040] <实验例2：基材的介电性质测试> [0041] 在本实验例中，使用标准规范ASTM D150对各实施例的同质复合基材进行介电性质测试，测试结果如表三所示。 [0042] 表三 [0043] [0044] 由表三可知，由于各实施例的同质复合基材的介电常数介于1.5至2.1之间，且介电损失介于0.0030至0.0074之间，又由于各实施例的同质复合基材具有薄型结构，因此可适合应用于电子/电气绝缘纸、印刷电路绝缘基板等需电性绝缘的组件中。应了解到，由其他实施例(未示)可知，本公开的同质复合基材的介电常数可介于表三中任意两介电常数数值之间，且介电损失可介于表三中任意两介电损失之间，于此便不逐一列出。 [0045] <实验例3：基材的烟雾密度测试及毒性指数测试> [0046] 在本实验例中，使用标准规范ASTM E 662对比较例2的基材及实施例10的同质复合基材进行烟雾密度测试，并使用标准规范ABD‑0031对比较例2的基材及各实施例的同质复合基材进行毒性指数测试，测试结果如表四所示。其中，比较例2的基材为市售诺美士(Nomex)纸。 [0047] 表四 [0048] [0049] 由表四可知，相较于比较例2的基材，实施例10的同质复合基材明显具有较低的烟雾密度，且从毒性指数来看，实施例10的同质复合基材具有较佳的表现，可见本公开的同质复合基材具有优异的FST特性。 [0050] 根据本公开上述实施方式，在本公开的同质复合基材中，通过编织布及纤维膜中各自的纤维直径设计，同质复合基材在工艺上具有优势，再搭配编织布及纤维膜的结构设计，同质复合基材可具有高结构强度。此外，由于同质复合基材具有全质性，因此不需分离即可经过再造粒工艺回收利用，实现循环经济及高度环保性。另外，同质复合基材可不需通过传统湿式抄纸工艺来制备，可避免大量耗水并节省能源。另一方面，当使用聚醚酰亚胺作为编织布及纤维膜的材料时，可进一步使同质复合基材具有高耐热性以及高安定性。 |
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