本發明涉及復合材料領域，更具體地說，本發明涉及由高分子材料和金屬制備的導電復合材料，這種復合材料可用于制作電觸點，特別是橡膠按鍵中的電觸點。
背景技術：
金屬和聚合物的層狀復合導電材料綜合了金屬材料的導電性能和聚合物的易加工性能。申請號為201110027418.8的專利文獻“橡膠導電粒及其制備方法”公開了一種含有橡膠基材和其表面上的金屬鍍膜的橡膠導電粒，金屬鍍膜覆蓋于整個橡膠基材的表面。申請號為201110193369.5的專利文獻“麻面金屬與橡膠復合導電粒”公開了一種由具有凹坑、凸點的麻面金屬面層與橡膠基體粘合而成的復合導電粒，這種導電粒在相同的按壓力下產生較大的壓強，作為按鍵的導電部件具有較為穩定導電性和較為可靠電導通性能，但這種導電粒整體偏硬，整體機械強度不易在大范圍內調控。
申請號為201010592410.1的專利文獻“復合導電片材”公開了由高分子基體和復合在其中的金屬箔構成的復合導電片材。這里的金屬箔是指含有孔洞的鎳箔、銅箔、鋁箔、不銹鋼箔、金箔、銀箔或者編織網，高分子基體是指硅橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、天然橡膠、橡塑材料、熱塑性塑料、熱固性塑料或者纖維增強塑料等。值得指出的是，該發明中所述的復合導電片材中的金屬箔或編織網中的孔洞或縫隙，為高分子基體所填充。將由連續的金屬材料和聚合物制備的復合材料作為電觸點時，由于聚合物的熱膨脹系數通常比常見金屬材料大得多，有時甚至高達十倍以上(例如，硅橡膠的熱膨脹系數大約是純鎳的15倍)，在溫度升高的時候，這些復合材料中的高分子材料將因較大的熱膨脹系數而突出于復合材料表面，使得電觸點的表面接觸電阻變大，甚至可能使得電觸點變得不導通而完全失效。事實上，含有這樣的電觸點的按鍵如用到汽車上，可能會產生安全問題。
因此，如何獲得更為可靠的材料制備按鍵上用的電觸點，以及如何有效地解決由聚合物和連續的金屬材料的復合材料制備的電觸點在高溫下失效的問題的方法，是生產行業所急需的。
技術實現要素：
發明目的：本發明提供一種的整體硬度易于調節的金屬和聚合物的復合材料，用于制備具有可靠導通性能的按鍵電觸點，這種電觸點在升高溫度的條件下也不失效，同時也提供這種電觸點的制備方法。
電觸點是按鍵中的關鍵組成部分，它通常用來與印刷電路板(PCB)的觸點開關配對使用。它必須有低的接觸電阻。如果接觸電阻過大，就會造成按鍵開關功能失效、誤判。
以下是一個電觸點導通功能失效的例子：橡膠和金屬板網制備的復合材料，作為橡膠按鍵上的電觸點時，在溫度升高時，比如由25℃升高到80℃，將出現橡膠脹大而凸出于金屬面的現象，從而影響導通，如圖1所示。
技術方案：本發明公開一種復合材料和由這種復合材料制備的電觸點，以及它們的制備工藝：將0.01-10mm厚的聚合物基體和0.005-2.0mm厚的金屬層復合成層狀復合片材，然后通過蝕刻該層狀復合片材中的金屬層，使得金屬層具有一個或一個以上的外接圓直徑為0.05-5mm的孔洞，孔洞的形狀是圓形、橢圓形、三角形、正方形、長方形、多邊形或其它幾何形狀，從而得到一種可用于制備電觸點的復合材料。將此復合材料加以沖切或分割成外接圓直徑為1.0-10.0mm的圓形、橢圓形、正方形或其它幾何形狀的小片，每一個小片上有一個或多個完整的孔洞；孔洞垂直于金屬片材，或者孔洞軸心與金屬片材之間的夾角大于60°。這種小片可以作為聚合物基電觸點，用在由聚合物制備的按鍵上。由于復合材料的金屬層中有孔洞，使所制得的聚合物基電觸點有良好的抗塵性、抗顆粒性和抗油污性能。
聚合物基材和金屬層之間，可以有厚度小于1μm的粘合劑層，以增加聚合物基材和金屬層之間的粘合力。如果聚合物基材本身與金屬層之間有較好的粘合強度，則無需用粘合劑層來粘合聚合物基材和金屬層。
金屬層可以是表面光滑或粗糙的，也可以是壓花的。具體地說，金屬層是由兩面或單面的表面粗糙度Ra為0.025-100的金屬片材制成的，或者由有凸點、凸面、凹點、凹面、凸線條或凹線條的金屬片材制成的；凸點、凸面、凹點和凹面的外接圓直徑不大于2.0mm，凸線條、凹線條的寬度不大于2.0mm。
舉例來說，金屬層為表面粗糙度Ra為0.2-12.5的、025-0.25mm厚的、孔洞在金屬層均勻分布的、孔徑為50μm-1.0mm、孔間距為25μm-1.0mm的、孔型為圓形、正多邊形或其它幾何形狀的金屬片材。
目數在80目以上的金屬網或燒結金屬網，也可以用作上述復合材料和聚合物基電觸點中的金屬層。金屬網或燒結金屬網可以是單層的、兩層的或多層的。目數小于80目的金屬網或燒結金屬網，不適用于制備本發明中所述的聚合物基復合材料。這是因為它們太大的孔徑，可使聚合物基體填充和穿透金屬網或燒結金屬網。
金屬層的材質可以是多種多樣的，可以由鋁、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、錫、鈦、錳、鎢、銀、金或它們的合金構成；金屬層是由均質的或非均質的金屬材料構成的；進一步地說，所述的金屬層的表面及其中的孔洞的內表面可以是有金屬鍍層的，金屬鍍層可以全部地或部分的覆蓋著多孔金屬的表面和多孔金屬孔洞的內表面。優選鍍金或鍍銀。金和銀有比較良好的導電率，作為金屬材料外層的鍍層，可以提高電觸點的表面導電率，降低電觸點的接觸電阻，提高電觸點的電導通能力或使用壽命。
本發明中，不僅金屬層的選材可以是多種多樣的，而且聚合物基體的選材范圍也是很寬廣的。聚合物基體可以由熱固性橡膠、熱塑性橡膠、熱固性塑料、熱塑性塑料、輻射固化材料、粘合劑、油墨或涂料制備而成。
由于很多按鍵是由橡膠制備的，所以聚合物基復合材料中的聚合物基材，可以選由橡膠來制備，可以由二烯類液體橡膠、鏈烯烴類液體橡膠、聚氨酯類液體橡膠、丙烯酸酯液體橡膠、液體聚硫橡膠、硅系液體橡膠、氟系液體橡膠制備的，或者由這些類別的相應的固體生膠來制備。
在選定橡膠的種類時，應考慮這些復合材料的后續用途。如果用這些復合材料制備橡膠按鍵上的電觸點，就應了解橡膠按鍵是用哪一種橡膠制備的，以使得在熱硫化成型或輻射固化成型時，電觸點和按鍵基體之間有良好的粘合。同類橡膠易于熱硫化粘結。用鏈烯烴類的三元乙丙橡膠制備的聚合物基電觸點，可用來制備含有聚合物基電觸點的三元乙丙橡膠按鍵。用硅橡膠制備的聚合物基電觸點，可用來制備含有聚合物基電觸點的硅橡膠按鍵。
聚合物基體的配方中可含有各種助劑，如顏料、填料或導電填料等，也就是說，聚合物基材可以是導電的。聚合物基材可以是導電塑料、導電橡膠、導電粘合劑、導電油墨或導電涂料。導電的聚合物基材，為聚合物基電觸點的導電性能，提供進一步的保證。
本發明中聚合物基復合材料的制備工藝是：通過注入、疊合、移印、絲印、刷涂、輥刷涂、刮涂、噴涂、浸涂、淋涂、抽涂的方式，使聚合物和金屬片材在一起，或者通過熱塑性成型工藝、熱固性成型工藝或輻射固化工藝固化成型，制成由聚合物和金屬片材組成的兩層結構的復合材料，然后，再將復合材料中的金屬層通過蝕刻工藝制成具有一個或一個以上的外接圓直徑為0.05-5mm的孔洞；所制得的復合材料可進一步沖切或分割成外接圓直徑為1.0-10.0mm的圓形、橢圓形、正方形或其它幾何形狀的小片，每一個小片中含有一個以上的完整的孔洞。這種小片可用來作為按鍵的電觸點。機械沖切制備小片是快速高效的方法。特殊場合，比如在制備樣品或小批量生產的情況下，也可采用激光分割法。
蝕刻工藝是制備聚合物基復合材料的一個重要步驟。可以采用濕蝕刻工藝或干蝕刻工藝。濕蝕刻工藝是使用化學溶液，經由化學反應而移除部分金屬而形成孔洞，干蝕刻是利用等離子體、電子束或激光移除部分金屬而形成孔洞。
有益效果：本發明的有益效果如下：
(1)由本發明中制備的聚合物基復合材料所制得的電觸點，在溫度升高的時候，仍具有良好的導通性能。如圖1所示，聚合物填充的多孔材料，在穩定升高的時候，可能由于聚合物有較高的熱膨脹系數而凸出于電觸點的表面。圖2表明，本發明中的電觸點，在溫度升高的情況下，比如由25℃升到80℃，金屬層的厚度抵消了聚合物的熱膨脹，不會產生聚合物凸出于電觸點的表面這樣的問題。
(2)和表面平整的電觸點相比，由本發明中制備的聚合物基復合材料所制得的電觸點由于表面存在孔洞，在相同的按壓力下，可產生較大的壓強，從而可增強電觸點的導通穩定性。
(3)由本發明中制備的聚合物基復合材料所制得的電觸點，由于電觸點表面有孔洞，具有一定的抗塵性、抗顆粒性和抗油污性。
(4)由本發明中制備的聚合物基復合材料所制得的電觸點，整體硬度可在更大范圍內調控，可制得電觸點可以足夠軟而又有一定使用壽命。電觸點整體硬度軟，可以進一步增加電觸點的抗塵性。
總之，本發明中的聚合物基復合材料及由此制得的電觸點，具有良好的導通穩定性、良好的抗塵性和抗油污性，與此同時，它們可以抵消聚合物基材的較大的熱膨脹，因而適合于在各種氣象條件下和工作條件下使用。
附圖說明
圖1是本發明中溫度升高時，橡膠凸出于由橡膠和金屬板網制備的復合材料的表面示意圖；其中，1-硅橡膠，2-金屬板網；
圖2是本發明中熱膨脹不會使橡膠凸出于多孔金屬的表面示意圖；其中，3-橡膠，4-多孔金屬。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
實施例1
將0.2mm厚的表面粗糙度Ra不大于0.8的不銹鋼片材用底涂劑或粘合劑(本實施例中選用Lord Chemical公司生產的Chemlok 250粘合劑)處理，然后和三元乙丙橡膠的混煉膠熱硫化成型，制成總厚度為1.0mm的金屬-橡膠復合片材。用含有三氯化鐵的蝕刻液蝕刻，在該復合片材中不銹鋼上，蝕刻出遍布于復合片材中的不銹鋼層上的孔徑為0.4-0.6mm、任何相鄰兩孔的孔間距為0.2-0.3mm的孔洞，孔洞垂直穿透于不銹鋼片材，即得到一種聚合物基復合材料。然后，將有蝕刻孔洞的復合片材沖切成直徑1.5-5mm的小圓片，即得到可以于橡膠按鍵上的聚合物基電觸點。這種聚合物基電觸點，在溫度交變條件下，特別是在溫度升高的條件下，仍能提供低的接觸電阻。即使橡膠的熱膨脹系數比金屬大，在溫度升高時，比如由25℃升高到80℃，橡膠也不會從金屬的孔洞中凸出(如圖2所示)，不會產生如圖1所示的那種使電觸點接觸電阻上升的現象。此外，本實施例中制備的聚合物基電觸點，還具有良好的抗塵性能、抗顆粒性能和抗油污性能，電觸點的整體硬度易于調節。
實施例2
將一個表面鍍有5μm的鎳鍍層的厚度為0.1mm的鍍鎳不銹鋼片材。輥壓成正弦波波紋狀片材，輥壓后片材的總厚度為0.15mm，相鄰兩峰之間的距離為0.75mm。將沒有鎳鍍層的不銹鋼片材的表面和硅橡膠熱硫化粘結和熱硫化成型，制成總厚度為1.0mm的金屬-橡膠復合片材，然后選用只蝕刻金屬而不蝕刻硅橡膠的激光蝕刻機，蝕刻出孔徑為0.5mm、任何相鄰兩孔的孔間距為0.25mm的孔洞，即制得一種聚合物基復合材料。然后，將有蝕刻孔洞的復合材料沖切成直徑1.5-5mm的小圓片，即得到可以于橡膠按鍵上的聚合物基電觸點。在這種聚合物基電觸點中，其金屬層中的孔洞，以及表面的正弦波紋，都有利于電觸點的抗塵性和抗油污性。
實施例3
本實施例選用光固化材料以提高生產效率。在200目的鎳絲網上，分別絲網印刷上一層50μm厚的含有0.5-1％的附著力促進劑的可紫外光固化的液體硅橡膠(本實施例中選用Momentive公司生產的Silopren UV LSR 2060)和可紫外光固化的聚氨酯丙烯酸類膠粘劑(自制的)，用適當的UV光輻照，使可光固化的材料固化，制得鎳絲網的復合片材。然后，用等離子體蝕刻機，把復合片材中的鎳絲網，蝕刻出均勻排列的邊長為0.5mm正方形孔洞，正方形孔洞之間的距離為0.25mm，即得到一種聚合物基復合材料。將所得復合材料沖切成直徑2-5mm的小圓片，用做聚合物按鍵的電觸點。選用金屬絲網作為電觸點中的金屬層，有利于電觸點的抗塵性和抗油污性。
實施例4
將單組分室溫固化硅橡膠油墨，以刮涂的方式，涂覆于0.1mm厚的細晶銀AgNi0.15片材的表面。油墨層的干膜厚度是0.25mm。暴露于空氣中30分鐘完成固化后，用含有過氧化氫的銀蝕刻液蝕刻出實施例2中所示的孔型來，然后將此片材沖切成直徑為3mm或5mm的小圓片，這種小圓片是具有良好電導通功能的電觸點。
實施例5
將以上各實施例1、2和3中所制得的電觸點，用化學鍍的方法，在電觸點中的金屬表面和孔洞的內表面，鍍一層平均厚度約0.2μm厚的純度大于99.0％的金鍍層。鍍金使得電觸點有更高的導電率和更長的使用壽命。
本發明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本發明的保護范圍之內。