CN102558863A

CN102558863A - 一种低介电性聚苯硫醚复合材料及其制备方法

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Publication number: CN102558863A
Application number: CN2012100011115A
Authority: CN
Inventors: 高勇; 李炎; 张志刚; 戴厚益; 陈新拓; 张海陶; 余大海; 徐伟
Original assignee: HUATONG SICHUAN RESEARCH CENTER FOR SPECIAL ENGINEERING PLASTICS
Current assignee: HUATONG SICHUAN RESEARCH CENTER FOR SPECIAL ENGINEERING PLASTICS
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开一种低介电性聚苯硫醚复合材料，包括以下原料组分：聚苯硫醚30％-60％，玻璃纤维10-50％，偶联化表面处理的低介电性无机填料0.5％-5％，聚四氟乙烯5-40％，相容剂0.5-5％，以上原料组分为按重量配比。另外，本发明还提供一种低介电性聚苯硫醚复合材料的制备方法。与现有技术相比，本发明提供的低介电性聚苯硫醚复合材料及其制备方法，具有力学性能和电气绝缘性能高且稳定、加工工艺简便、材料应用领域广泛等优点。

Description

一种低介电性聚苯硫醚复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，确切地说是指一种低介电性聚苯硫醚复合材料及其制备方法。

背景技术

随着超大规模集成电路(ULSI)器件集成度的提高，元件极小尺寸向深亚微米发展，甚至将达到70nm水平。当器件特征尺度逐渐减小时，由于多层布线和逻辑互连层数增加达8-9层，导线间电容和层间电容以及导线电阻增加，从而使得导线电阻R和电容C产生的RC延迟会有所上升，这就限制了器件的高速性能，而且增加能耗。为了降低RC延时及功率损耗，除了采用低电阻率金属(如铜)替代铝外，重要的是降低介质层带来的寄生电容C。由于C正比于介电常数k，所以就需要开发新型的低介电常数(k＜3)材料作为绝缘材料。这些低k材料需具备以下性质：在电性能方面，要有低损耗和低泄漏电流；在机械性能方面，要有高附着力和高硬度；在化学性能方面，要能耐腐蚀和有低吸水性；在热性能方面，要有高稳定性和低收缩性。由于普遍采用的介电材料SiO₂(k＝3.9～4.2)已经不能满足ULSI发展的需求，所以多年来人们一直都在努力寻找各种合适的低介电材料。

聚苯硫醚(简称PPS)是一种综合性能优异的特种工程塑料，具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃性和较高的机械性能，有极好的尺寸稳定性及优良的电性能，在电子信息产业应用比较广泛，适合开发低介电材料。

目前，制备PPS低介电复合材料的方法主要以机械复合为主。机械复合方法是指将低介电物质以机械共混的方式填充到塑料中去，主要应用的低介电物质有聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚芳基醚、纳米二氧化硅等。这种机械复合工艺是把用偶联剂简单处理的低介电物质添加到塑料中进行分散，然后在挤出机中熔融、挤出，最后得到改性的聚苯硫醚复合材料。在这种工艺中，低介电物质的分散性较差，也未和基体塑料充分相容，导致产品在实际应用中，介电性能并未达到要求。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种低介电性聚苯硫醚复合材料及其制备方法，具有力学性能和电气绝缘性能高且稳定、加工工艺简便、材料应用领域广泛等优点。

为了解决以上的技术问题，本发明提供的低介电性聚苯硫醚复合材料，包括以下原料组分：

聚苯硫醚30％-60％，玻璃纤维10-50％，偶联化表面处理的低介电性无机填料0.5％-5％，聚四氟乙烯5-40％，相容剂0.5-5％，以上原料组分为按重量配比。

优选地，所述聚苯硫醚的分子量在30000～40000，氯离子含量在1000ppm以下。

优选地，所述无机填料为二氧化硅或硅酸盐类中的一种或组合。

优选地，所述二氧化硅或硅酸盐类中二氧化硅的含量为40％-100％，粒径为0.01～1μm。

优选地，所述相容剂为聚烯烃均聚物或聚烯烃共聚物中的一种或组合。

另外，本发明还一种低介电性聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)低介电性无机填料的偶联化表面处理：将无机填料在偶联剂、无水乙醇的混合溶液中充分浸润10-20mi n，处理温度30-50℃，使偶联剂充分与无机填料表面反应，经热空气干燥得到所述偶联化表面处理的无机填料；其中三者的配比为：60％-70％的无机填料，2％-10％的偶联剂，20％-30％的无水乙醇；

2)按权利要求1所述的重量配比称取聚苯硫醚树脂以及步骤1)偶联化表面处理的低介电性无机填料、聚四氟乙烯、相容剂一起投入到高速混合机中干混5-10分钟，控制搅拌速度为1000-2000rpm，搅拌桶温度为30-50℃；

3)将步骤2)中混好的物料投入到双螺杆挤出机的加料斗中，玻璃纤维由侧喂料口加入，控制螺杆转速70-100rpm，加工各区温度从240-340℃，停留时间2-5min，机头压力为4-7Mpa，经熔融挤出、水冷却，牵引到切粒机造粒。

优选地，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硅氧烷偶联剂中的一种或组合。

与现有技术相比，本发明提供的低介电性聚苯硫醚复合材料及其制备方法，具有力学性能和电气绝缘性能高且稳定、加工工艺简便、材料应用领域广泛等优点，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明采用低介电性的无机填料和高分子材料添加到聚苯硫醚中进行改性，通过发明中所提偶联化处理工艺和制备工艺，使添加物均匀分散到聚苯硫醚中，并使添加物和聚苯硫醚具有良好的相容性，最后制得的复合材料电性能优异，介电常数低，并且材料还有易加工、易复合、应用领域广泛等特点；

2、本发明使复合材料具有低介电性的同时，也大大改善了聚苯硫醚的力学性能和加工性能；

3、本发明提出的低介电性聚苯硫醚复合材料的制备工艺简单，并且可以反复满足注塑、挤塑或模塑等成型加工的工艺要求，可以广泛应用于电子产品、通讯器材、安全防护等领域。

附图说明

图1为本发明中低介电性聚苯硫醚复合材料的制备方法的流程框图。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。

请参见图1，该图为本发明中低介电性聚苯硫醚复合材料的制备方法的流程框图。

本发明提供的低介电性聚苯硫醚复合材料的制备方法包括如下步骤：

1)无机填料的偶联化表面处理：将无机填料在偶联剂、无水乙醇的混合溶液中充分浸润10-20min，处理温度30-50℃，使得偶联剂充分与无机填料表面反应，经热空气干燥后得到所述偶联化表面处理的无机填料；其中三者的配比为：60～70％的无机填料，2-10％的偶联剂，20～30％的无水乙醇。无机填料为二氧化硅、高岭土中的一种或组合，其中，二氧化硅粒径为0.01～1μm，高岭土粒径为0.01～1μm。偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硅氧烷偶联剂中一种或组合，优先为硅氧烷偶联剂。

2)按照以下重量配比称取：聚苯硫醚40％-60％，，偶联化表面处理的低介电性无机填料1％-5％，聚四氟乙烯10-35％，相容剂1-2％，并将其一起投入到高速混合机中干混5-10min，控制搅拌速度为1000-2000rpm，搅拌桶温度为30-50℃。其中，聚苯硫醚树脂重均分子量在30000～40000，氯离子含量在1000ppm以下；聚四氟乙烯介电常数k＜3。

3)将步骤2)混好的的物料投入到双螺杆挤出机的加料斗中，玻璃纤维由挤出机侧喂料口加入，控制螺杆转速50-100rpm，加工各区温度从250-350℃，停留时间2-5min，模口压力为4-7MPa，经熔融挤出、水冷却，牵引到切粒机造粒。玻璃纤维采用无碱玻璃长纤维。

以下实施例中偶联剂均采用硅氧烷偶联剂KH-550，即γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

实施例1

本实施例1中，所述的低介电性PPS复合材料包括了40％的PPS树脂，28％的聚四氟乙烯，30％的玻璃纤维，1％的偶联化表面处理的无机填料，1％的相容剂。实施工艺如下：

无机填料的偶联化表面处理：将低介电性无机填料在硅氧烷偶联剂KH-550、无水乙醇的混合溶液中充分浸润15min，处理温度40℃，使得偶联剂KH-550充分与无机填料表面反应，经热空气干燥后得到所述偶联化表面处理的无机填料；其中三者的配比为：80％的无机填料，2％的偶联剂，18％的无水乙醇。

按上述重量配比称取聚苯硫醚树脂、聚四氟乙烯、相容剂以及以上偶联化表面处理的低介电性无机填料一起投入到高速混合机中干混5min，控制搅拌速度为1500rpm，搅拌桶温度为40℃。

最后将上述混好的的物料投入到双螺杆挤出机的加料斗中，玻璃纤维由挤出机侧喂料口加入，控制螺杆转速70rpm，加工各区温度是：一区为260℃，二区为3000℃，三区为330℃，四区为340℃，五区为3505℃，六区为330℃，机头为330℃，停留时间2min，模口压力为5MPa，经熔融挤出、水冷却，牵引到切粒机造粒。

实施例2：

本实施例2中，所述的低介电性PPS复合材料包括了51％的PPS树脂，15％的聚四氟乙烯，30％的玻璃纤维，2％的偶联化表面处理的无机填料，2％的相容剂。实施工艺同实施例1中所述。

实施例3：

本实施例3中，所述的低介电性PPS复合材料包括了48％的PPS树脂，35％的聚四氟乙烯，22％的玻璃纤维，3％的偶联化表面处理的无机填料，2％的相容剂。实施工艺同实施例1中所述。

性能测试：

所制备的高性能聚苯硫醚绝缘复合材料，其拉伸强度依照国标GB/T 1040进行检验；其弯曲强度和弯曲模量按国标GB 9341/T进行检验；其缺口冲击强度按GB/T 1043进行检验；其介电性能、表面电阻率和体积电阻率依照国标GB/T 1410-2006进行检验；电气强度依照国标GB/T 1408.1-2006进行检验。

1、本发明采用低介电性的无机填料和高分子材料添加到聚苯硫醚中进行改性，添加物能与聚苯硫醚混合均匀，制得的复合材料电性能优异，介电常数低，并且材料还有易加工、易复合、应用领域广泛等特点；

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种低介电性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，包括以下原料组分：

2.根据权利要求1所述的低介电性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述聚苯硫醚的分子量在30000～40000，氯离子含量在1000ppm以下。

3.根据权利要求1所述的低介电性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述无机填料为二氧化硅或硅酸盐类中的一种或组合。

4.根据权利要求3所述的低介电性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述二氧化硅或硅酸盐类中二氧化硅的含量为40％-100％，粒径为0.01～1μm。

5.根据权利要求1所述的低介电性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述相容剂为聚烯烃均聚物或聚烯烃共聚物中的一种或组合。

6.一种低介电性聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求5所述的低介电性聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于，所述无机填料为二氧化硅或硅酸盐类中的一种或组合。

8.根据权利要求7所述的低介电性聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅或硅酸盐类中二氧化硅的含量为40％-100％，粒径为0.01～1μm。

9.根据权利要求6所述的低介电性聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于，所述相容剂为聚烯烃均聚物或聚烯烃共聚物中的一种或组合。

10.根据权利要求6所述的低介电性聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硅氧烷偶联剂中的一种或组合。