CN100391733C - 聚酰亚胺/无机纳米复合层压板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚酰亚胺/无机纳米复合层压板及其制备方法，该层压板由可熔性聚酰亚胺树脂、纳米和/或超细无机非金属粉体、无碱玻璃布组成。其制备方法为：采用无碱玻璃布上胶，将聚酰亚胺树脂的前驱体与无机非金属纳米粉体经过高剪应力高速分散或研磨制得的浸渍树脂浸涂在无碱玻璃布上，经烘干、亚胺化得到聚酰亚胺/无机纳米复合胚布，复合胚布再经分切、叠片、模压后制得本发明的产品。这种层压板的导热系数在0.50～0.80W/(m·K)之间，常态下的弯曲强度在250～400MPa之间，300℃时的弯曲强度在150～250MPa之间，350℃时的体积电阻率不低于1.0×108Ω·m，长期耐热性不低于300℃。

Description

聚酰亚胺/无机纳米复合层压板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚酰亚胺/无机纳米复合层压板及其制备方法。
背景技术
目前市面上的聚酰亚胺层压板的长期耐热性一般不高于250℃，对于一些特殊的应用领域，其耐热性仍不能满足某些高科技产品的要求；其导热系数大都比较低，一般在0.30～0.40W/(m·K)之间，不利于电机电器绕组、微电子组件的散热，导致运行温度进一步升高，可靠性下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高耐热性和导热系数的聚酰亚胺/无机纳米复合层压板及其制备方法。这种纳米复合层压板的长期耐热性不低于300℃，导热系数远高于目前普通市售的聚酰亚胺层压板的导热系数。
本发明涉及的聚酰亚胺/无机纳米复合层压板由以下三个成分组成：
组分1即可熔性聚酰亚胺树脂组分：重量百分比含量为40～60％，具有以下重复化学结构单元：
Figure C20051000712900041
其中：R1＝-O-、-CH2-和/或-SO2-
R2＝-O-、-CO-和/或-SO2-
组分2即纳米无机粉体组分：重量百分比含量为5～40％，平均粒径为10nm～1500nm的纳米和/或超细无机非金属粉体。
组分3即补强材料组分：重量百分比含量为10～40％，厚度为0.06～0.16mm的无碱玻璃布。
其制备方法包括以下五个步骤：
步骤一(组分1的前驱体的制备)：将溶剂二甲基乙酰胺称入反应釜中，溶剂二甲基乙酰胺用量为反应总量的75～90％，加入二元胺，室温下搅拌至完全溶解。分批缓缓加入二元酸酐，二元胺与二元酸酐的摩尔比为1.0mol∶1.01～1.03mol。通过给反应釜适当冷却并控制加料速度，使物料温度不超过45℃。二元酸酐加完后于室温下搅拌3～5小时。物料粘度达到极大后，升至50～85℃降解，降解至物料粘度下降至：采用4号杯法于23±2℃下测定，粘度为20～50秒为止。得到棕至棕红色粘稠状透明液体，即为组分1(可熔性聚酰亚胺树脂组分)的前驱体，该前驱体经后续工艺(步骤四)于280～320℃下亚胺化后即转化为组分1。
步骤二(浸渍树脂的制备)：于室温下，在上述组分1的前驱体中加入平均粒径为10nm～1500nm的无机非金属粉体(组分2)，采用高速分散机高剪应力下分散2～48小时，再用/或用研磨设备研磨24～96小时，得到含纳米和/或超细无机非金属粉体的浸渍树脂。
步骤三(胚布的制备)：采用立式上胶机，将上述浸渍树脂浸涂在厚度为0.06～0.16mm的无碱玻璃布上即制得胚布，立式上胶机烘道温度设定在：烘道下部50～60℃，烘道中部100～140℃，烘道上部160℃～180℃。反复浸涂至达到要求的厚度为止。
步骤四(亚胺化)：将胚布成卷放入鼓风烘箱中，于280～320℃下进行亚胺化处理2～3小时，降至50～80℃后从烘箱中取出备用，得到经亚胺化处理过的聚酰亚胺/无机纳米复合胚布。
步骤五(模压)：将经亚胺化处理过的聚酰亚胺/无机纳米复合胚布按板材要求的尺寸分切、叠片，放入模具后按以下程序模压：送入压机后加压100Kgf/cm2，升至300℃保持2小时，再升至350℃时施加300～400Kgf/cm2压力，然后升至365～400℃保持2小时后关闭加热，保持压力下降温，降至150～200℃后保持10～100Kgf/cm2压力继续降温，降至50℃以下脱模。脱模后经切边即得到成品。
这种层压板的导热系数在0.50～0.80W/(m·K)之间，常态下的弯曲强度在250～400MPa之间，300℃时的弯曲强度在150～250MPa之间，350℃时的体积电阻率不低于1.0×108Ω·m，长期耐热性不低于300℃。本发明涉及的纳米复合层压板主要用于制造航空、航天、特种电机电器、微电子的绝缘组件及绝缘结构件。
具体实施方式
实例一
在100L反应釜中，称入二甲基乙酰胺90Kg，开动搅拌后加入4，4′-二氨基二苯基醚21.22mol，室温下搅拌至完全溶解。打开反应釜冷却水，分批缓缓加入二苯醚四甲酸二酐21.75mol，给反应釜适当冷却并控制加料速度，控制物料温度不超过45℃。二苯醚四甲酸二酐加完后于室温下搅拌4小时。物料粘度达到极大后，升至85℃降解，降解至物料粘度下降至：采用4号杯法于23±2℃下测定，粘度为20～50秒为止。得到棕至棕红色粘稠状透明液体，即为组分1(可熔性聚酰亚胺树脂组分)的前驱体。
在上述组分1的前驱体中加入平均粒径为10nm～20nm的SiO2粉体4.5Kg，用高速分散机高速分散2小时后，再用球磨设备研磨96小时，得到含纳米SiO2粉体的浸渍树脂。
采用多辊立式上胶机(可装多个上胶槽)，将上述浸渍树脂浸涂在厚度为0.10mm的无碱玻璃布上即制得胚布，立式上胶机烘道温度设定在：烘道下部50～60℃，烘道中部100～140℃，烘道上部160℃～180℃。反复浸涂10遍，直至厚度达0.23±0.01mm为止。
将胚布成卷放入鼓风烘箱中，于300℃下进行亚胺化处理2小时，降至80℃以下从烘箱中取出备用，得到经亚胺化处理过的聚酰亚胺/纳米SiO2复合胚布。
分切经亚胺化的聚酰亚胺/纳米SiO2复合胚布，尺寸为20cm×20cm，每块板层压板叠11片胚布，装入模具后送入200吨压机，施加40～50吨压力后开始升温，升至300℃保持2小时，升至350℃时施加130～150吨压力，保持压力继续升温，升至385±5℃保持2小时。关闭加热自然降温，降至150℃后保持5～40吨压力继续降温，降至50℃以下脱模。脱模后经切边即得到成品：厚度为2.0±0.1mm的聚酰亚胺/纳米SiO2复合层压板，其导热系数为0.50～0.55W/(m·K)，常态下的弯曲强度350～380MPa，300℃时的弯曲强度200～230MPa，350℃时的体积电阻率不低于2.5～4.0×109Ω·m，长期耐热性不低于300℃。
实例二
在实例一中，用平均粒径为200nm～300nm的Al2O3粉体4.5Kg代替SiO2粉体，其余原料的配比、制备工艺不变，可得到另一种本发明涉及的高导热聚酰亚胺/纳米Al2O3复合层压板，其导热系数为0.65～0.70W/(m·K)，常态下的弯曲强度250～280MPa，300℃时的弯曲强度180～200MPa，350℃时的体积电阻率不低于2.0×108Ω·m，长期耐热性不低于300℃。

Claims (2)

1.一种聚酰亚胺/无机纳米复合层压板，其特征在于含有以下三个组分：
组分1即可熔性聚酰亚胺树脂组分：重量百分比含量为40～60％，具有以下重复化学结构单元：
Figure C2005100071290002C1
其中：R1＝-O-、-CH2-和/或-SO2-
R2＝-O-、-CO-和/或-SO2-
组分2即纳米无机粉体组分：重量百分比含量为5～40％，平均粒径为10nm～1500nm的无机非金属纳米粉体；
组分3即补强材料组分：重量百分比含量为10～40％，厚度为0.06～0.16mm的无碱玻璃布。
2.一种权利要求1所述聚酰亚胺/无机纳米复合层压板的制备方法，其特征在于采用以下步骤：
(1)可熔性聚酰亚胺树脂的前驱体的制备：将溶剂二甲基乙酰胺称入反应釜中，二甲基乙酰胺用量为反应总量的75～90％，加入二元胺，室温下搅拌至完全溶解；分批缓缓加入二元酸酐，二元胺与二元酸酐的摩尔比为1.0mol：1.01～1.03mol；通过给反应釜适当冷却并控制加料速度，使物料温度不超过45℃；二元酸酐加完后于室温下搅拌3～5小时；物料粘度达到极大后，升至50～85℃降解，降解至物料粘度下降至：采用4号杯法于23±2℃下测定，粘度为20～50秒为止；得到棕至棕红色粘稠状透明液体，即为可熔性聚酰亚胺树脂组分的前驱体；
(2)浸渍树脂的制备：于室温下，在上述可熔性聚酰亚胺树脂组分的前驱体中加入平均粒径为10nm～1500nm的无机非金属粉体，采用高速分散机高剪应力下分散2～48小时，再用/或用研磨设备研磨24～96小时，得到含纳米和/或超细无机非金属粉体的浸渍树脂；
(3)胚布的制备：采用立式上胶机，将上述浸渍树脂浸涂在厚度为0.06～0.16mm的无碱玻璃布上即制得胚布，立式上胶机烘道温度设定在：烘道下部50～60℃，烘道中部100～140℃，烘道上部160℃～180℃；反复浸涂至达到要求的厚度为止；
(4)亚胺化：将胚布成卷放入鼓风烘箱中，于280～320℃下进行亚胺化处理2～3小时，降至50～80℃后从烘箱中取出备用，得到经亚胺化处理过的聚酰亚胺/无机纳米复合胚布；
(5)模压：将经亚胺化处理过的聚酰亚胺/无机纳米复合胚布按板材要求的尺寸分切、叠片，放入模具后按以下程序模压：送入压机后加压100Kgf/cm2，然后升至300℃保持2小时，再升至350℃时施加300～400Kgf/cm2压力，然后升至365～400℃保持2小时后关闭加热，保持压力下降温，降至150～200℃后保持10～100Kgf/cm2压力继续降温，降至50℃以下脱模；脱模后经切边即得到成品。
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