[发明专利]一种包含PCB的FRP预制体及其制造和固化方法

说明书

本发明提出了一种包含PCB和电子元器件的FRP预制体，并给出了这种FRP预制体的制作方法，还给出了这种FRP预制体的固化方法。所述PCB和电子元器件的功能包括实时定位、身份识别、音频采集和视频采集中的至少一种。所述PCB预封装后的形状为流线形，所述预制体的固化包括从不同的注胶口分别注入导热型树脂和普通树脂。

技术领域

本发明专利涉及一种包含PCB的FRP预制体及其制造和固化方法，属于纤维增强树脂基复合材料（即FRP）产品的制造范畴。

背景技术

复合材料在工业各领域的应用日益广泛，而且越来越多地应用在一些价值较高的重要结构部件，这些结构部件一般都有轻质高强的性能要求，轻质高强也是复合材料最重要的优点。比如集装箱、航空托盘、武器装备、警用器械、汽车结构、飞机部件、游艇、运动器材和医疗设施，等等，这些结构器件部件都大量使用了复合材料结构，在使用过程中，我们发现，这些结构部件如果能实现各种实时监控功能，会产生很多良好的效果。比如，航空托盘的即时定位，可以随时掌握相关物流的动态位置，可极大提高物流管理的效率。再比如，老人或者伤员使用的复合材料拐杖，如果能与监控设备固化在一起，对于随时掌握老人或者伤员的情况是意义重大的，同时这种固化在日常设施内部的监控设备还不易引起使用者的抵触。随着物联网和通信技术的发展，满足这种监控要求的独立电子设备已经可以生产。但是，对很多结构部件而言，受空间位置和物品管理等诸多限制，这种电子设备不宜在结构部件之外单独安放，如果能固化在结构部件内部，显然是最有利的。

从另一方面来说，很多独立的物联网设备，大多数也需要轻质高强的结构。比如，野生动物的监控项圈，如果比较重则会给野生动物带来困扰，如果强度比较低，则易于损坏。再比如各种智能卡，普通材料大都存在易损老化腐蚀等问题。对这些物联网设备而言，轻质高强不腐蚀的复合材料成为首选材料。

综上，两方面的需求都指向了一个共同的目标，即把电子设备固化在复合材料结构内部。

针对上述需求，目前的常规做法是，先做好复合材料产品的半成品（这些半成品是完成了复合材料固化工艺的），在相应位置给PCB和电子元器件预留足够的空间，然后再组装成最终的产品。这种做法显然有很多不足：（1）破坏了复合材料产品的完整结构，在重量和力学性能上都会有较大的损失；（2）增加了复合材料产品的制造难度，会显著增加成本，降低生产效率；（3）如果把PCB安置在预留空间的内部，则难以解决PCB的散热问题，因为在未预置PCB的情况下，难以局部加注导热树脂，有关局部加注导热树脂在后文中由详述；（4）如果把PCB安置在复合材料产品的表面，则容易在使用中带来PCB的意外损伤，也难以布置效果良好的天线，表面布置的电子设备也容易引起使用者的抵触。

那么，是否可以利用复合材料的成型特点，在复合材料未固化时就把PCB和电子元器件预先布置在复合材料产品的内部呢。实际上，这种想法固然颇有道理，但在实际运作中存在很多困难，目前在复合材料工业界尚未能实施。

在工业领域，各种结构部件使用的复合材料（Composite Material）以纤维增强树脂基复合材料（Fiber Reinforced Plastic，通用缩写是FRP）为主，也可称之为纤维增强塑料，当然这里的塑料包括热塑性和热固性两种。FRP产品的成型方法是先使用各种纤维制作一个接近产品最终形状的预制体，预制体是未固化的可变形的。制作预制体的纤维可以是未浸渍树脂的干纤维，也可以是浸渍了树脂的预浸料。把制作完成的预制体放入模具并实施固化工艺，然后得到最终的复合材料产品。