5G时代来临，复合材料将有什么机会？（二）

       两年前，针对5G市场的发展，写了篇5G时代来临，复合材料将有什么机会？ 当然当时写的匆匆，肯定有所不足和遗漏。

      那时5G还在构建中，现在5G已经正式商用，给人们展开了美好而宏大的前景。在2019年第六届世界互联网大会上，华为荣耀总裁介绍，5G时代将开启百万亿的大市场。

      5G时代，大数据处理能力进一步提高。对材料的要求也很高，例如以下的几类：       

1、低介电损耗集成线路板

      随着5G商用的到来，毫米波发展推进数百万数目级别的小基站建设，通讯基站的大批量建设和升级换代将对企业通讯板形成海量的需求，集成线路板（PCB）迎来升级替换需求，特别是低损耗及超低损耗高频PCB板。集成线路板（PCB），传统上将电子玻纤布或其它增强材料浸以树脂胶黏剂，通过烘干、裁剪、叠合成坯料，一面或双面覆以铜箔并经热压而制成的一种板状材料即覆铜板，然后再进行雕蚀，得到集成线路板（PCB）。5G通信设备对PCB的性能要求有以下三点：  1. 低传输损失; 2. 低传输延迟; 3. 高特性阻抗的精度控制。PCB板主要有介电常数(Dk)和介电损耗因子(Df)两个指标比较重要。Dk和Df越小越稳定，高频高速基材的性能越好。

      常见的覆铜板是环氧覆铜板，即用玻纤增强环氧树脂。为了得到低介电损耗集成线路板，就要开发新型的材料，如低介电损耗的PTFE、LCP、PPE\PPO等，以及芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、以及低介电损耗的玻纤等。

2、导热复合材料

      5G通信，由于传输速度的大幅提升，能量的损耗也急剧增加，发热也变得更多。而且随着设备的小型化、集成化，对设备的散热性能要求也更高。据悉5G基站功耗是4G基站功耗的2.5~4倍，这势必增加基站发热量，常见的散热器件是金属压铸散热件，但金属质重且不绝缘，工艺复杂，加工精度要求高，抗腐蚀性较差。出于减重降本的目的，对于散热材料的要求更高，需要密度更低、导热更好、抗腐蚀性强的材料。

      而树脂基导热复合材料具有好成型，加工方便，效率高，成为首选。即利用导热填料对高分子树脂基体材料进行均匀填充，以提高其导热性能，其主要基体材料有PPS、PA6/PA66、LCP、TPE、PC、PP、PPA、PEEK 等，是通过填充AlN、SiC、Al2O3、Mg(OH)2、石墨等填料来提高材料的导热性能。

3、屏蔽复合材料

       5G时代由于高频高速的通信需求，对智能手机内部的电磁屏蔽需求也产生了增量需求，电子线路和元器件的微型化、集成化、轻量化的发展，导致其容易受到外界电磁波干扰，而出现误动、图像障碍以及声音障碍等。为了解决电磁干扰问题，采用具有导电性的复合材料进行电磁屏蔽是一个行之有效的方法。

       传统电磁屏蔽材料大多为金属（如铜、铝和镍等）及其合金材料，具有非常优异的电磁屏蔽性能，但同时存在比重大、不耐腐蚀和柔韧性差等缺点。聚合物基导电复合材料凭借轻质、比强度/比模量高、耐腐蚀、化学稳定性优异、性能可调以及易加工成型等诸多优势，在电磁屏蔽领域日渐受到青睐。聚合物基导电复合材料一般以高分子树脂为基体，添加金属粉末、其他导电粉末制备而成。

      碳纤维由于具有密度小、强度高、化学稳定性好和导电性能良好等众多优点，已经成为电磁屏蔽材料和吸波材料研究的热点之一。碳纤维具有电磁屏蔽能力的主要原因是它具有较好的导电性能。碳纤维是电的良导体，并且碳纤维的电导率会随着热处理温度的升高而增大。因此，碳纤维在经过高温石墨化处理之后，其导电性能可以与导体媲美，是电磁波的优良反射材料，能够具有较好的电磁屏蔽性能。温变英老师实验发现添加碳纤维，抗屏蔽效果，是添加同等纳米石墨片的两倍以上。

4、PC/PMMA复合材料

    PC/PMMA复合材料是近些年发展起来的一种新型复合材料。将PC和PMMA两种原料通过共挤制得的复合材料，工艺感觉有些像高分子合金，但是又区别于高分子共混合金。5G手机的信号容易被金属干扰，而普通塑料盖板性能不佳。因此陶瓷盖板、PC/PMMA复合材料盖板成为首选。PC/PMMA复合材料板材经过表面加硬处理后，再经过3D高压成型和纹理处理，可以用于手机盖板，而且花色多样。

5、碳纤维复合材料

     在5G时代，笔记本电脑的对材料的要求及发展趋势一文中提到，5G具有信号高传输，低延迟，信号覆盖范围广等优点，所以5G首先在手机领域引起注意。但因为手机自身的特点，可能更注重其娱乐功能，办公功能略显不足。但正是5G的高传输特点，使移动办公成为可能。此外共享办公室的兴起，对笔记本电脑的轻量化，便携化要求也就越来越高。而笔记本电脑轻量化的一个关键材料就是碳纤维复合材料。

     在该文中，笔者比较了目前市售的主要轻量化的笔记本类型，从使用的材料对笔记本减重的贡献，以及性能指数的对比来看，碳纤维材料的贡献最大。在减重的同时，又不会牺牲性能，特别是待机时间。

6、5G天线罩

     天线罩的作用是保护天线系统免受外部环境的影响（如风雪、阳光、生物等），延长天线寿命，同时需要保证电磁波的透过性，因此天线罩材料应满足介电性能、力学性能、耐候性、工艺性和重量等要求。而5G对天线罩的要求是低介电、低损耗，轻量环保等。传统天线罩是热固性复合材料。而5G的发展，热塑性复合材料将成为重点方向，特别是连续玻纤增强的聚丙烯复合材料（CGF-PP）用于天线罩将会有很大的机会。

7、用于天线振子的树脂基复合材料

      所谓的天线振子，Antenna Raditation Units（radiators）简单解释就是发射和接收高频振荡信号的一段金属导体。振子有半波振子和全波振子。八木天线的振子是全波振子，一般单根拉杆天线是半波振子。振子的尺寸要和接收或发射的频率波长尺寸对应才能达到最大效果。一般用二分之一或四分之一波长设计天线。4G是厘米波，天线振子是厘米级的。而对于5G的毫米波，要求天线振子的尺寸更小，金属加工难度就大了。而利用树脂基复合材料进行注射生产，成型方便，效率高，将成为趋势。一种方案是注射成型后，进行金属镀；一种金属粉末填充的复合材料，直接进行注塑。

        5G技术的快速发展，对材料要求多样化，我们相信未来还会出现其他复合材料，或现有复合材料有了新用途...