CN104194264A - Pcb用高耐热poss基环氧树脂纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其特征在于，其由如下重量份的组份制成：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能化POSS 0.1-10份。本发明还公开了制备所述PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料的方法。本发明提供的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其固化物的玻璃化温度提高5-60℃，耐热性显著改善，弯曲强度、冲击强度、介电性能，导热性能相比纯环氧树脂也有很大提高。本发明复合材料体系固化后具有较高的玻璃转化温度，低吸水率、较低的介电常数和介质损耗、低热膨胀系数，高的热可靠性、高的导热率和机械性能，并具有良好的加工性能。
Description
技术领域
本发明涉及PCB用高耐热材料，具体涉及一种PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
环氧树脂是重要的热固性材料之一。由于它具有优异的热稳定性、机械性和易加工性在胶黏剂、电子封装材料、涂层及航空航天等领域，特别是PCB板中得到广泛应用。然而，环氧树脂还有很多不足之处，例如由于高交联密度所引起的脆性较大，耐热性和强度还有待提高等等。合成一种新型的高性能环氧树脂，所需成本非常大，而在原有环氧树脂基体上通过接枝、共聚和共混等方式加入改性剂既节省成本又能提高环氧树脂的某些性能，因此是普遍采用的方法。
近年来，有机无机杂化材料越来越受到人们的关注。因为他们既有有机基团韧性好等优点，又有无机物刚性强耐热性好等优点。笼型聚倍半硅氧烷(POSS)是一类有机无机杂化纳米材料，它的内核是由Si-O-Si组成的中空笼型结构，周边是有机基团，尺寸在1nm-3nm之间。相关研究报道，利用POSS改性环氧树脂，可以提高环氧树脂的耐热性，力学强度，介电性能和阻燃性。与传统的改性材料相比，POSS与基体相容性好，不存在分散问题，质轻，热稳定性高等许多优点，POSS改性环氧树脂这一课题正受到越来越多人的关注。比较有代表性的是用八氨基苯基笼型倍半硅氧烷(OAPS)改性缩水甘油醚双酚A，发现OAPS的加入使体系的热学性能和介电性能均相应提高。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于，提供一种PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料及其制备方法制品，由于POSS表面含有大量官能团，能够很好的与基体树脂相容或发生化学反应，最终提高基体的耐热性，力学性能，介电性能和导热性。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其特征在于，其由如下重量份的组份制成：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能化POSS0.1-10份。
其中，所述环氧树脂和固化剂组份质量份数之和为90-100份，优选100份。所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛型环氧树脂中的一种或多种的混合物。所述固化剂是胺类、酚醛树脂或酸酐类固化剂中的一种或多种的混合物。所述功能化POSS为笼形八氨基苯基聚倍半硅氧烷。
一种制备所述PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料的方法，其特征在于，其包括下述步骤：
1)按重量份数称量各组分：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能化POSS 0.1-10份；所述环氧树脂和固化剂组份质量份数之和为90-100份；
2)将环氧树脂和功能化POSS搅拌混合均匀，搅拌时间为0.5-3h；
3)在搅拌条件下，将固化剂加入到步骤2)中获得均匀混合物，共混时间0.5-5h；
4)将步骤3)中的混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，脱泡，固化，得到PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料；具体为，将步骤3)中的混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，70-90℃真空脱泡，然后按110-130℃/2h，140-160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。
本发明的优点在于：本发明提供的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，配方独特，其固化物的玻璃化温度提高5-60℃，耐热性得到了显著改善；其弯曲强度、冲击强度、介电性能，导热性能相比纯环氧树脂也有很大提高。本发明复合材料体系固化后具有较高的玻璃转化温度，低吸水率、较低的介电常数和介质损耗、低热膨胀系数，高的热可靠性、高的导热率和机械性能，并具有良好的加工性能。
本发明提供的制备方法，步骤紧凑、容易控制、产品质量稳定，生产效率高，易产业化。
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其由如下重量份的组份制成：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能化POSS0.1-10份。其中，所述环氧树脂和固化剂组份质量份数之和为90-100份，优选100份。所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛型环氧树脂中的一种或多种的混合物。所述固化剂是胺类、酚醛树脂或酸酐类固化剂中的一种或多种的混合物。所述功能化POSS为笼形八氨基苯基聚倍半硅氧烷。
制备所述PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料的方法，其包括下述步骤：
1)按重量份数称量各组分：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能化POSS 0.1-10份；所述环氧树脂和固化剂组份质量份数之和为90-100份；
2)将环氧树脂和功能化POSS搅拌混合均匀，搅拌时间为0.5-3h；
3)在搅拌条件下，将固化剂加入到步骤2)中获得均匀混合物，共混时间0.5-5h；
4)将步骤3)中的混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，脱泡，固化，得到PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料；具体为，将步骤3)中的混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，70-90℃真空脱泡，然后按110-130℃/2h，140-160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。
实施例2：
本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1基本相同，其不同之处在于：取双酚A型环氧树脂60份，笼型八氨基苯基POSS 2份，置于250ml三口瓶中搅拌0.5h，加入甲基六氢苯酐35份，继续搅拌0.5h，得到均匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空脱泡，然后按120℃/2h，150℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得复合材料样品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。
实施例3：
本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1、2均基本相同，其不同之处在于：取双酚A型环氧树脂57份，笼型八氨基苯基POSS 1份，置于250ml三口瓶中搅拌0.5h，加入甲基六氢苯酐33份，继续搅拌0.5h，得到均匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空脱泡，然后按120℃/2h，150℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得复合材料样品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。
实施例4：
本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1-3之一均基本相同，其不同之处在于：取酚醛型环氧树脂62份，笼型八氨基苯基POSS 2份，置于250ml三口瓶中搅拌0.5h，加入甲基六氢苯酐36份，继续搅拌0.5h，得到均匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空脱泡，然后按120℃/2h，160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得复合材料样品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。
实施例5：
本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1-4之一均基本相同，其不同之处在于：取酚醛型环氧树脂60份，笼型八氨基苯基POSS 4份，置于250ml三口瓶中搅拌0.5h，加入甲基六氢苯酐35份，继续搅拌0.5h，得到均匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空脱泡，然后按120℃/2h，160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得复合材料样品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。
实施例6：
本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1-5之一均基本相同，其不同之处在于：所含组份及其重量份如下：环氧树脂50份，固化剂50份，功能化POSS 0.1份。其中，所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂。所述固化剂是胺类固化剂。所述功能化POSS为笼形八氨基苯基聚倍半硅氧烷。将环氧树脂和功能化POSS搅拌混合均匀，搅拌时间为2h；将固化剂加入到步骤2)中获得均匀混合物，共混时间为2h；将步混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，70℃真空脱泡，然后按110℃/2h，140℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。
实施例7：
本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1-6之一均基本相同，其不同之处在于：所含组份及其重量份如下：环氧树脂80份，固化剂20份，功能化POSS 10份。其中，所述环氧树脂为双酚S型环氧树脂。所述固化剂是酸酐类固化剂。所述功能化POSS为笼形八氨基苯基聚倍半硅氧烷。将环氧树脂和功能化POSS搅拌混合均匀，搅拌时间为3h；将固化剂加入到步骤2)中获得均匀混合物，共混时间为5h；将步混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，70℃真空脱泡，然后按130℃/2h，160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。
实施例8：
本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1-7之一均基本相同，其不同之处在于：所含组份及其重量份如下：环氧树脂70份，固化剂30份，功能化POSS 5份。其中，所述环氧树脂为双酚S型环氧树脂。所述固化剂是酸酐类固化剂。所述功能化POSS为笼形八氨基苯基聚倍半硅氧烷。将环氧树脂和功能化POSS搅拌混合均匀，搅拌时间为2h；将固化剂加入到步骤2)中获得均匀混合物，共混时间为3h；将步混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，80℃真空脱泡，然后按120℃/2h，150℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。
对比常规实施例1：
取双酚A型环氧树脂63份，甲基六氢苯酐37份，置于250ml三口瓶中搅拌0.5h，得到均匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空脱泡，然后按120℃/2h，150℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得复合材料样品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。
对比常规实施例2：
取酚醛型环氧树脂63份，甲基六氢苯酐37份，置于250ml三口瓶中搅拌0.5h，得到均匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空脱泡，然后按120℃/2h，160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得复合材料样品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。
实施例2-5的环氧树脂复合材料性能：
对比可得：本发明提供的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，配方独特，综合性能优异，其固化物的玻璃化温度提高5-60℃，耐热性得到了显著改善；复合材料的弯曲强度、冲击强度、介电性能，导热性能相比纯环氧树脂也有很大提高。本发明复合材料体系固化后具有较高的玻璃转化温度，低吸水率、较低的介电常数和介质损耗、低热膨胀系数，高的热可靠性、高的导热率和机械性能，并具有良好的加工性能。
本发明提供的制备方法，步骤紧凑、容易控制、产品质量稳定，生产效率高，易产业化。
本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似的步骤、组分，而得到的其他PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料及其制备方法，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其特征在于，其由如下重量份的组份制成：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能化POSS 0.1-10份；所述环氧树脂和固化剂组份质量份数之和为90-100份。
2.如权利要求1所述的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其特征在于，所述环氧树脂和固化剂组份质量份数之和为100份。
3.如权利要求1所述的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛型环氧树脂中的一种或多种的混合物。
4.如权利要求1所述的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其特征在于，所述固化剂是胺类、酚醛树脂或酸酐类固化剂中的一种或多种的混合物。
5.如权利要求1所述的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其特征在于，所述功能化POSS为笼形八氨基苯基聚倍半硅氧烷。
6.一种制备权利要求1-5之一所述PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料的方法，其特征在于，其包括下述步骤：
1)按重量份数称量各组分：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能化POSS 0.1-10份；
2)将环氧树脂和功能化POSS搅拌混合均匀；
3)在搅拌条件下，将固化剂加入到步骤2)中获得均匀混合物；
4)将步骤3)中的混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，脱泡，固化，得到PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。
7.如权利要求6所述的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂和固化剂组份质量份数之和为90-100份。
8.如权利要求6所述的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，搅拌时间为0.5-3h。
9.如权利要求6所述的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，共混时间0.5-5h。
10.如权利要求6所述的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)具体为，将步骤3)中的混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，70-90℃真空脱泡，然后按110-130℃/2h，140-160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。
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