CN103951939A - 基于环氧树脂基体纳米氧化铝纤维复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
基于环氧树脂基体纳米氧化铝纤维复合材料的制备方法。目前覆铜板的基材主要采用环氧树脂（EP），EP具有优异的粘结性能、电绝缘性能、化学稳定性能，以及收缩率低，易加工成型和成本低廉等优点，但随着电子信息产品向高速高频化发展,迫切需要应用于该领域的具有低介电常数、低介质损耗、低线形热性膨胀系数、良好加工性能的覆铜板基材。一种基于环氧树脂基体纳米氧化铝纤维复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）片状纳米Al2O3及纤维状Al2O3的制备；（2）片状纳米Al2O3及纤维状Al2O3表面处理；3）纳米Al2O3/EP复合材料的制备。本发明用于基于环氧树脂基体纳米氧化铝纤维复合材料的制备。
Description
技术领域：
本发明涉及一种基于环氧树脂基体纳米氧化铝纤维复合材料的制备方法。
背景技术：
目前覆铜板的基材主要采用环氧树脂（EP），EP具有优异的粘结性能、电绝缘性能、化学稳定性能，以及收缩率低，易加工成型和成本低廉等优点，但随着电子信息产品向高速高频化发展, 迫切需要应用于该领域的具有低介电常数、低介质损耗、低线性形热膨胀系数、良好加工性能的覆铜板基材。因此制备具有高耐热性、介电性能及良好综合性能的EP/Al
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纳米复合材料，对于满足印制电路板用基材-覆铜箔层压板在绝缘材料领域的发展具有非常重要的意义。环氧树脂是一种热固性树脂，自1930年问世，1947年终美国实现工业化生产以来，其因粘结性好、稳定性强、收缩性小和电绝缘性好等优良性能而广泛应用于机械化工、电子电气等领域。但EP的固化物脆性大、冲击强度低、易开裂、不耐疲劳等缺点限制了其进一步的应用。因此，研究人员着手于对EP进行改性研究，其中被证实比较有效的方法之一就是在EP中引入无机纳米粒子。无机纳米粒子比表面积大，表面所含的官能团较多，能与环氧树脂基体材料发生化学反应形成网络结构，这种网络结构有利于赋予环氧树脂更好的物理和化学性能。作为EP改性剂的无机纳米粒子，目前研究较多的有SiO
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、TiO
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、AlN和Al
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等纳米粒子。通过溶液共混法制备的纳米EP/SiO
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复合材料，使复合材料的力学性能得到增强；通过制备EP/ TiO
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纳米复合材料，使复合材料拉伸模量、弯曲模量、玻璃化转变稳定和热稳定性都提升了；用AlN填充自制的改性环氧胶，研究其导热性能。纳米Al
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粒子作为一种比较常用的无机纳米粒子，具有比表面积大、活性高、吸附能力强以及稳定性好等优点，大量研究表明将其掺入在EP中进行改性，可与聚合物基体产生强烈的界面粘结作用，提高了交联度和界面强度，从而能提高环氧树脂的热稳定性、力学强度的等性质。纳米粒子的形貌直接影响其与基体树脂的结合形态和作用机理，球状、纤维状、片层状等不同形貌的纳米粒子在基体中的分布状态也不相同。通常采用球形纳米氧化铝对环氧树脂进行改性，本发明制备了棒状纳米氧化铝对环氧树脂进行改性。其过程为：利用以沉淀-水热法合成γ-AlOOH前驱体，后经高温烧结，得到具有γ晶型、棒状形貌的纳米Al
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粉体，将其添加到环氧树脂基体中，制备具有良好热稳定性、优良介电性能的棒状氧化铝/环氧树脂复合材料。在棒状纳米Al
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的含量达到5wt%时，复合材料的介电强度为（27.50kV/mm），比纯的环氧棒状纳米树脂的介电强度(22.76kV/mm)提高了22%；当Al
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含量为5wt%时，复合材料的体积电阻率达到4.37×10
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Ω·m，比高于纯环氧树脂(3.12×10
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Ω·m)，进一步提高了环氧树脂的体积电阻率。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基于环氧树脂基体纳米氧化铝纤维复合材料的制备方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）棒状Al
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的制备；
（2）棒状Al
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表面处理；
（3）棒状纳米Al
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/EP复合材料的制备。
所述的基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，所述的棒状Al
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的制备的方法是，将1 mol/L NaOH溶液缓慢滴入到装有0.025 mol/L的氯化铝溶液的250 mL的三口瓶中，调节溶液至pH=5，此时向溶液中加入3 wt%十二烷基磺酸钠 SDBS，超声波和机械搅拌共同处理30 min，待反应完毕之后将悬浊物装入聚四氟乙烯衬套的反应釜中，调节反应温度为200 ℃，保温24 h，反应结束后，得到纳米Al
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溶胶，过滤、洗涤、干燥，最后放入马弗炉600 ℃煅烧3 h，获得白色的棒状纳米Al
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。
所述的基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，所述的棒状Al
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表面处理方法是，向丙酮溶液中加入环氧树脂基体质量5wt%上述制备好的棒状纳米Al
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和4 wt%的氨丙基三甲氧基硅烷APTMOS，置于超声清洗仪中低速搅拌8 h；然后对混合液进行离心和干燥处理，最终获得改性的纳米Al
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。
所述的基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，所述的棒状纳米Al
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/EP复合材料的制备方法是，称取环氧树脂基体质量5wt%的经氨丙基三甲氧基硅烷改性过的纳米Al
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，装入250 mL的三口瓶内，并注入适量丙酮，于超声搅拌条件下处理30 min，待粉体充分分散后，向瓶内加入预热的10 g环氧树脂，并在60 ℃超声水浴条件下搅拌2 h使其混合均匀，以脱去混合物中的溶剂，向上述制备好的纳米Al
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与环氧树脂混合液中注入甲基四氢苯酐MTHPA固化剂和二甲基咪唑DMI促进剂，并在60 ℃恒温水浴条件下搅拌1 h，待混合液搅拌均匀后，得到淡黄色粘稠状的聚合物，将制备好的上述淡黄色粘稠状的聚合物缓慢倾倒在模具中模具是提前预热并涂有脱模剂，梯度升温固化反应物，自然冷却后脱模，最终得到填充量为5wt%的棒状纳米Al
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/EP复合材料。
有益效果：
1. 发明氨丙基三甲氧基硅烷（APTMOS）与棒状纳米Al
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表面发生化学键合，提高了纳米Al
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的表面活性，将改性后的棒状纳米Al
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掺杂到了环氧树脂中，获得了分散性较好的复合材料。
2. 本发明复合材料的介电常数略有增加，对介电损耗的影响不大，保证了原基体的低介电常数和低频下低介电损耗的介电性能，满足绝缘材料的性能要求。
3.本发明片状纳米Al
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在环氧树脂中易搭接在一起，有利于Al
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在聚合物中建立良好的传热通道，提高材料的传热效率，从而提高材料的热稳定性，同时棒状纳米Al
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的加入明显提高了环氧树脂的体积电阻率和击穿场强。
说明书附图：
附图1是基于环氧树脂基体纳米氧化铝纤维复合材料的制备工艺流程图。
附图2是棒状氧化铝的形貌图。
具体实施方式：
实施例1：
一种基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）棒状Al
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的制备；
（2）棒状Al
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表面处理；
（3）棒状纳米Al
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/EP复合材料的制备。
实施例2：
根据实施例1所述的基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，所述的棒状Al
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的制备的方法是，将1 mol/L NaOH溶液缓慢滴入到装有0.025 mol/L的氯化铝溶液的250 mL的三口瓶中，调节溶液至pH=5，此时向溶液中加入3 wt%十二烷基磺酸钠 SDBS，超声波和机械搅拌共同处理30 min，待反应完毕之后将悬浊物装入聚四氟乙烯衬套的反应釜中，调节反应温度为200 ℃，保温24 h，反应结束后，得到纳米Al
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溶胶，过滤、洗涤、干燥，最后放入马弗炉600 ℃煅烧3 h，获得白色的棒状纳米Al
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。
实施例3：
根据实施例1或2所述的基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，所述的棒状Al
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表面处理方法是，向丙酮溶液中加入环氧树脂基体质量5wt%上述制备好的棒状纳米Al
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和4 wt%的氨丙基三甲氧基硅烷APTMOS，置于超声清洗仪中低速搅拌8 h；然后对混合液进行离心和干燥处理，最终获得改性的纳米Al
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。
实施例4：
根据实施例1或2或3所述的基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，所述的棒状纳米Al
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/EP复合材料的制备方法是，称取环氧树脂基体质量5wt%的经氨丙基三甲氧基硅烷改性过的纳米Al
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，装入250 mL的三口瓶内，并注入适量丙酮，于超声搅拌条件下处理30 min，待粉体充分分散后，向瓶内加入预热的10 g环氧树脂，并在60 ℃超声水浴条件下搅拌2 h使其混合均匀，以脱去混合物中的溶剂，向上述制备好的纳米Al
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与环氧树脂混合液中注入甲基四氢苯酐MTHPA固化剂和二甲基咪唑DMI促进剂，并在60 ℃恒温水浴条件下搅拌1 h，待混合液搅拌均匀后，得到淡黄色粘稠状的聚合物，将制备好的上述淡黄色粘稠状的聚合物缓慢倾倒在模具中模具是提前预热并涂有脱模剂，梯度升温固化反应物，自然冷却后脱模，最终得到填充量为5wt%的棒状纳米Al
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/EP复合材料。
Claims (4)
1.一种基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
（1）棒状Al2O3的制备；
（2）棒状Al2O3表面处理；
（3）棒状纳米Al2O3/EP复合材料的制备。
2.根据权利要求1所述的基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，其特征是：所述的棒状Al2O3的制备的方法是，将1 mol/L NaOH溶液缓慢滴入到装有0.025 mol/L的氯化铝溶液的250 mL的三口瓶中，调节溶液至pH=5，此时向溶液中加入3 wt%十二烷基磺酸钠 SDBS，超声波和机械搅拌共同处理30 min，待反应完毕之后将悬浊物装入聚四氟乙烯衬套的反应釜中，调节反应温度为200 ℃，保温24 h，反应结束后，得到纳米Al2O3溶胶，过滤、洗涤、干燥，最后放入马弗炉600 ℃煅烧3 h，获得白色的棒状纳米Al2O3。
3.根据权利要求1或2所述的基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，其特征是：所述的棒状Al2O3表面处理方法是，向丙酮溶液中加入环氧树脂基体质量5wt%上述制备好的棒状纳米Al2O3和4 wt%的氨丙基三甲氧基硅烷APTMOS，置于超声清洗仪中低速搅拌8 h；然后对混合液进行离心和干燥处理，最终获得改性的纳米Al2O3。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于环氧树脂棒状纳米氧化铝复合材料的制备方法，其特征是：所述的棒状纳米Al2O3/EP复合材料的制备方法是，称取环氧树脂基体质量5wt%的经氨丙基三甲氧基硅烷改性过的纳米Al2O3，装入250 mL的三口瓶内，并注入适量丙酮，于超声搅拌条件下处理30 min，待粉体充分分散后，向瓶内加入预热的10 g环氧树脂，并在60 ℃超声水浴条件下搅拌2 h使其混合均匀，以脱去混合物中的溶剂，向上述制备好的纳米Al2O3与环氧树脂混合液中注入甲基四氢苯酐MTHPA固化剂和二甲基咪唑DMI促进剂，并在60 ℃恒温水浴条件下搅拌1 h，待混合液搅拌均匀后，得到淡黄色粘稠状的聚合物，将制备好的上述淡黄色粘稠状的聚合物缓慢倾倒在模具中模具是提前预热并涂有脱模剂，梯度升温固化反应物，自然冷却后脱模，最终得到填充量为5wt%的棒状纳米Al2O3/EP复合材料。
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