CN105859145A - 一种高介电常数的玻璃纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高介电常数的玻璃纤维，原料包括按重量份计的下列组分：SiO2 35～45份，B2O3 1～5份，BaO 15～25份，SrO 10～20份，TiO2 10～20份。本发明提供的高介电常数的玻璃纤维具有优异的工艺性能和介电性能，其拉丝温度低于1080℃，在室温下，频率为1MHz时介电常数为9‑13，介电损耗为3×10‑4‑9×10‑4，适合作为小型化印刷电路板的增强材料。
Description
技术领域
本发明属于印刷电路板材料技术领域，具体涉及一种高介电常数的玻璃纤维。
背景技术
近十几年来，由于电子信息产业的飞跃式发展，对电子设备和微波线路小型化、便携化的要求也越来越高，这就要求印刷电路板向高容量、小型化的方向发展。只有印刷电路板的材料具有高的介电常数才能满足这种需求，这是由于器件的尺寸和制造器件的材料的介电常数成反比，介电常数高才有可能把器件的尺寸做小。印刷电路板通常由树脂和玻璃纤维组成的，如果采用介电常数在10以上的树脂，则材料的介电损耗急剧增加，难以实用化。因此常规用于印刷电路板的树脂材料的介电常数一般在4以下。要提高印刷电路板的介电常数，关键在于提高玻璃纤维的介电常数。传统用于印刷电路板的E玻璃纤维的介电常数在7左右，也不能满足电路板小型化的要求。因此亟需开发比E玻璃具有更高的介电常数(介电常数大于9)的玻璃纤维。
针对这种情况，国内外做了很多研究，开发了一些低介电常数和低介电损耗的玻璃纤维。如美国专利5284807介绍了一种高介电常数玻璃纤维的组成：SiO2 40～65mol％，RO(RO＝MgO、CaO、SrO、BaO)20～45mol％，TiO2+ZrO25～25mol％，Nb2O5 0.5～15mol％，Al2O3 0.5～15mol％，所得玻璃纤维的介电常数ε大于9，拉丝温度在1150℃左右。中国专利201310121691.6介绍了一种高介电常数玻璃纤维的组成：SiO2 30～40wt％，MgO 0～2wt％，CaO 3～7wt％，SrO 6～10wt％，BaO 22～27wt％，CeO2 0～5wt％，TiO2 7～15wt％，ZrO2 2～5wt％，Nb2O5 4～22wt％，A12O3 0～6wt％；ZnO、R2O及其它化合物的总量小于1wt％；在1MHz频率条件下，玻璃纤维介电常数ε大于9.5、介电损耗tgδ小于0.03，拉丝温度在1100～1120℃之间。为了保证玻璃纤维有良好的成型性能和介电性能，上述玻璃纤维的组成中都含有Nb2O5和A12O3。贵金属氧化物Nb2O5大大增加了生产成本，A12O3的存在会导致玻璃熔融困难，相应地也会导致生产成本的增加。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种工艺性和介电性能优良、生产成本相对较低的高介电常数玻璃纤维。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高介电常数的玻璃纤维，原料包括按重量份计的下列组分：SiO2 35～45份，B2O31～5份，BaO 15～25份，SrO 10～20份，TiO2 10～20份。
本发明建立了基本不含贵金属氧化物Nb2O5和难融氧化物A12O3的新高介电常数玻璃纤维体系，通过对该玻璃体系的设计试验得到一种新的高介电常数的玻璃纤维组成。在该高介电常数的玻璃纤维中：
SiO2是形成玻璃及玻璃纤维的骨架氧化物之一，在本发明中当SiO2不足35份时，玻璃液的粘度小，难于拉成玻璃纤维，工艺性能差。当SiO2超过45份时，玻璃纤维的高温粘度大，拉丝温度高，介电常数低。
B2O3也是形成玻璃的骨架氧化物之一，在本发明中当B2O3不足1份时，玻璃纤维的高温粘度大，拉丝温度高，生产时容易失透。当B2O3超过5份时，玻璃纤维的介电常数低。
BaO在本发明中起到玻璃网络调整体的作用，当BaO不足15份时，玻璃纤维的高温粘度大，拉丝温度高，拉丝过程中容易失透，介电常数低。当BaO超过25份时，玻璃液的粘度小，难于拉成玻璃纤维，工艺性能差。
SrO在本发明中也起到玻璃网络调整体的作用，当SrO不足10份时，玻璃纤维的高温粘度大，液相温度高，拉丝过程中容易失透，介电常数低。当SrO超过20份时，玻璃液的粘度小，难于拉成玻璃纤维，工艺性能差。
TiO2在本发明中起到增加介电常数的作用，当TiO2含量不足10份时，玻璃纤维的介电常数低，当当TiO2含量超过20份时，玻璃在拉丝时容易失透，拉制的纤维容易断裂。
其中，所述BaO和SrO的重量份之和在35～45份之间。如果BaO和SrO的重量百分比之和低于35份，玻璃纤维的高温粘度大，拉丝温度高，拉丝过程中容易失透，介电常数低。如果BaO和SrO的重量百分比之和高于45份，玻璃液的粘度小，难于拉成玻璃纤维，工艺性能差。
从介电常数、介电损耗以及玻璃纤维成型性能等参数全面考虑，原料各组分可以优选为：SiO2 43～45份，B2O3 1.7～4.2份，BaO 19.5～25份，SrO 11～20份，TiO2 11～18.5份。
采用本发明组成和重量百分比例制备的玻璃纤维，室温下，频率为1MHz时介电常数为9～13，介电损耗为3～9×10-4。拉丝温度在1100～1180℃之间，拉丝温度和液相温度之差大于50℃，介电性能、工艺性能优良。
本发明的玻璃纤维制备方法简单，采用常规的玻璃纤维制备工艺即可生产。将上述原料混合均匀后装入铂金坩埚在1400℃-1500℃保温，得到均匀、澄清的玻璃液，然后通过铂金漏板流出，在拉丝机带动下，即得到高介电常数玻璃纤维。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用的玻璃体系不含贵金属氧化物Nb2O5和难融氧化物A12O3，组成成分简单，制备容易，生产成本相对较低。
2、本发明提供的玻璃纤维具有高的介电常数和低的介电损耗，室温下，频率为1MHz时介电常数为9～13，介电损耗为3～9×10-4。
3、本发明提供的玻璃纤维的拉丝温度在1080℃以下，低于其它发明的1100℃以上的拉丝温度。
4、本发明提供的玻璃纤维的拉丝温度与液相温度之差均大于50℃，一般认为这个数值以上有利于拉丝作业，易于生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的实施例1-8以及比较例1-12均采用以下方法制备：
将各种原料按照相应的质量份制成配合料，混合均匀后装入铂金坩埚在1400℃到1500℃保温4小时，得到均匀、澄清的玻璃液；将所述玻璃液倒在预热的不锈钢模具上，置于马弗炉内退火后制成玻璃片，将所述玻璃片经切割、研磨、抛光后制成厚约1.5mm、长约4mm、宽约3mm的矩形片。
在所述矩形片涂上银电极后进行介电常数及介电损耗的测量。
实施例1-8
采用上述方法，按表1的原料组分制备高介电常数的玻璃纤维，并检验性能参数，其中，拉丝温度是指玻璃液粘度为1000泊时的温度，本发明采用高温粘度仪测试玻璃液在不同温度下的粘度，从而确定拉丝温度。液相温度是指玻璃液长期保温而不发生析晶或分相而使玻璃失透的温度上限，本发明采用梯度炉法测试液相温度。
表1实施例1-8原料组分及制成的高介电常数的玻璃纤维的性能参数
比较例1-12
采用上述方法，按表2的原料组分制备高介电常数的玻璃纤维，并检验性能参数
表2比较例1-12原料组分及制成的高介电常数的玻璃纤维的性能参数
由上述实施例及比较例可知，本发明提供的玻璃纤维具有良好的工艺性、较高的介电常数和较低的介电损耗；本发明实施例提供的玻璃纤维的拉丝温度都低于1080℃，大大低于比较例2提供的高介电常数玻璃纤维的拉丝温度；本发明实施例提供的玻璃纤维的拉丝温度与失透上限温度之差均大于50℃，有利于拉丝作业；本发明实施例提供的玻璃纤维的介电性能和比较例2提供的高介电常数玻璃纤维相近，优于比较例1提供的E玻璃纤维；本发明实施例提供的玻璃纤维的组成和比较例2相比，没有贵金属氧化物Nb2O5和难融氧化物Al2O3，相比较而言生产成本较低。因此，本发明提供的玻璃纤维可以适用于印刷电路板小型化需要的玻璃纤维增强材料领域。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (3)
1.一种高介电常数的玻璃纤维，其特征在于，原料包括按重量份计的下列组分：SiO2 35～45份， B2O3 1～5份， BaO 15～25份，SrO 10～20份，TiO2 10～20份。
2.根据权利要求1所述的高介电常数的玻璃纤维，其特征在于，所述 BaO和SrO的重量份之和为35～45份。
3.根据权利要求2所述的高介电常数的玻璃纤维，其特征在于，原料包括按重量份计的下列组分：SiO2 43～45份， B2O3
1.7～4.2份， BaO
19.5～25份，SrO 11～20份，TiO2 11～18.5份。
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