CN106957528A - 一种低介电热塑性树脂基纤维复合材料及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料领域，涉及一种低介电热塑性树脂基纤维复合材料及其应用。具体讲，该低介电纤维产品增强树脂基复合材料的具有介电性能和力学性能优异的特征，所得复合材料适用于高频高速通讯领域的应用。

Description

一种低介电热塑性树脂基纤维复合材料及其用途
技术领域
本发明属于复合材料领域，涉及一种增强热塑性树脂基复合材料低介电纤维产品及其应用。具体讲，该低介电纤维产品增强树脂基复合材料的具有介电性能和力学性能优异的特征，所得复合材料适用于高频高速通讯领域的应用。
技术背景
近年随着电子信息技术的飞速发展，通讯电子产品正朝着通讯频率高频化、高速化方向发展。进而对用纤维增强的复合材料制品的介电性能提出了更高要求。目前，低介电纤维增强热固性树脂基复合材料在覆铜板领域已得到成熟应用，且相关专利已见广泛报道。
纤维增强热塑性树脂基复合材料具有加工成型周期短、易回收、可重复使用、力学性能优异等优点，在电子产品元器件中得到广泛使用。随着信息的传输速度和传输量不断增加以及智能终端的快速发展，对热塑性树脂基复合材料的介电性能也提出了更高要求。
影响树脂基复合材料力学性能与介电性能的因素较多，主要包括以下几方面：树脂种类和含量、填料类型和含量、填料与树脂间的结合性。纤维填料由于其长径比大，且具有优异的力学性能和加工性能，已成为树脂基复合材料制备中的一种重要增强填料，而纤维本身的介电性能以及纤维与树脂间的结合性，都会对复合材料的介电及力学性能产生重要影响，因此制备与树脂结合性优异且介电常数及损耗低的纤维产品对于满足低介电复合材料的发展具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种低介电热塑性树脂基纤维复合材料的解决方案。通过在树脂基体材料中添加低介电连续纤维、短切纤维或纤维织物的方法，获得介电性能和力学性能优异的热塑性复合材料。
所述增强型低介电复合材料具有如下特征：当电磁波频率在≤10GHz时，介电常数≤5.5和介电损耗≤1.5×10-3，优选地，介电常数≤5.0和介电损耗≤1.2×10-3，更优选地，具有介电常数≤4.8和介电损耗≤1.0×10-3。
技术方案
一种低介电热塑性树脂基纤维复合材料，其特征在于所述复合材料包括热塑性树脂，低介电纤维和助剂。其质量百分比为(40-80)∶(30-50)∶(0.1-1)。
优选地，热塑性树脂，低介电纤维和助剂的质量百分比为(50-70)∶(30-50)∶(0.3-0.5)。
上述热塑性树脂、低介电纤维和助剂的组成可以是：连续石英纤维、PA6，6和抗氧剂1010；短切高硅氧纤维、PA6，6树脂和抗氧剂1010；短切低介电玻璃纤维、PBT树脂和抗氧剂264；短切芳纶纤维、PPS树脂和抗氧剂1010等。
所述低介电纤维表面需经过上浆处理主要是将有包括高分子乳液，偶联剂、粘合剂、润滑剂等组合物的水性浆料涂覆到纤维表面，已达到改善纤维与树脂结合性的目的。
所述连续或短切低介电纤维产品其特征在于，所述纤维由无机低介电纤维或有机低介电纤维以及他们的混合物组成。
所述无机低介电纤维由石英纤维、高硅氧纤维、低介电玻璃纤维中的一种或几种组成。
所述有机低介电纤维由芳纶纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚醚酮纤维、聚四氟乙烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种组成。
对于本发明中的聚合物树脂材料主要为热塑性树脂材料，如聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)，聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PET)、聚甲醛(POM)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚丙烯睛-丁二烯-苯乙烯(ABS)等中的一种或多种共混物。
技术方案实施是利用双螺杆挤出或混炼的方法，将上述复合材料组合物进行熔融共混制备低介电复合材料，并测试性能。
具体实施例
为了使本发明的目的、技术方案和性能优点更加清楚明白，将结合下列实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释说明本发明，而不用于限定本发明。
实施例1
通过辊涂法，将含有1wt％聚氨酯乳液和0.5wt％硅烷偶联剂的水性上浆剂涂覆在连续石英纤维表面，在110℃下脱水干燥后备用。
将上述连续石英纤维、PA6，6和抗氧剂1010按质量百分比45∶54.5∶0.5通过双螺杆挤出机造粒。挤出机温度设定为285℃，螺杆转数为350rpm，处理量为25Kg/h。
实施例2
通过辊涂法，将含有1.5wt％聚氨酯乳液和0.3wt％硅烷偶联剂的水性上浆剂涂覆在连续高硅氧纤维表面，将涂覆后的纤维短切至长度为4mm的短纤维，在120℃下脱水干燥后备用。
将上述短切高硅氧纤维、PA6，6树脂和抗氧剂1010按质量百分比30∶69.5∶0.5通过双螺杆挤出机造粒。挤出机温度设定为285℃，螺杆转数为300rpm，处理量为15Kg/h
实施例3
通过辊涂法，将含有0.5wt％聚氨酯乳液、1.5wt％的环氧乳液和0.3wt％硅烷偶联剂的水性上浆剂涂覆在低介电玻璃纤维表面，并短切成长度4mm的短纤维，在110℃下脱水干燥后备用。
将上述短切低介电玻璃纤维、PBT树脂和抗氧剂264按质量百分比40∶59.5∶0.7通过双螺杆挤出机造粒。挤出机温度设定为255℃，螺杆转数为250rpm，处理量为10Kg/h。
实施例4
通过浸渍法，将1.5wt％的环氧乳液和1.0wt％硅烷偶联剂的水性上浆剂涂覆在芳纶纤维表面上，并短切成长度6mm的短纤维，在125℃下脱水干燥后备用。
取上述短切芳纶纤维、PPS树脂和抗氧剂1010按质量百分比35∶64.5∶0.5通过双螺杆挤出机造粒。挤出机温度设定为295℃，螺杆转数为300rpm，处理量为15Kg/h。
比较例1
将普通E玻璃短切玻璃纤维、PA6，6和抗氧剂1010按质量百分比45∶54.5∶0.5通过双螺杆挤出机造粒。挤出机温度设定为285℃，螺杆转数为300rpm，处理量为25Kg/h。
比较例2
将普通E玻璃短切玻璃纤维、PBT和抗氧剂264按质量百分比40∶59.7∶0.3通过双螺杆挤出机造粒。挤出机温度设定为255℃，螺杆转数为250rpm，处理量为10Kg/h。
比较例3
取普通E玻璃纤维、PPS树脂和抗氧剂1010按质量百分比35∶64.5∶0.5通过双螺杆挤出机造粒。挤出机温度设定为295℃，螺杆转数为300rpm，处理量为15Kg/h。
实施例5
取实施例1-4及比较例1-3的粒料样品，按ISO 527-2和ASTM D150标准测试材料的力学性能和介电性能，测试结果见表1
综上所述，由表1可知，添加增强型低介电纤维与普通玻璃纤维制备的复合材料相比较，两者力学性能相当，而前具有有更优的介电性能，本发明提供的低介电常数复合材料，在具有优异的力学性能同时，介电常数可减小10％以上，并且介电损耗可至少减小100％以上。

Claims (10)

1.一种低介电热塑性树脂基纤维复合材料，其特征在于：当电磁波频率≤10GHz时，所述热塑性树脂基纤维复合材料具有介电常数≤5.5和介电损耗≤1.5×10-3。
2.根据权利要求1所述的低介电热塑性树脂基纤维复合材料，其特征在于，所述纤维包括连续纤维、短切纤维和纤维织物中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的低介电热塑性树脂基纤维复合材料，其特征在于，所述纤维表面经过上浆处理。
4.根据权利要求3所述的低介电热塑性树脂基纤维复合材料，所述上浆剂包括高分子乳液、偶联剂、粘合剂、润滑剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的低介电热塑性树脂基纤维复合材料，其特征在于，所述纤维包括无机低介电纤维或有机低介电纤维或它们的混合物。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的低介电热塑性树脂基纤维复合材料，其特征在于，所述无机低介电纤维是石英纤维、高硅氧纤维、低介电玻璃纤维、空心玻璃纤维中的任意一种或任意几种。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的低介电热塑性树脂基纤维复合材料，其特征在于，所述有机低介电纤维是芳纶纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚醚酮纤维、聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯纤维中的任意一种或任意几种。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的低介电热塑性树脂基纤维复合材料，其特征在于：纤维材料占比10wt％-80wt％，树脂占比20wt％-89wt％，助剂占比为0.1wt％-1wt％。
9.权利要求1-8中任一项所述的低介电热塑性树脂基纤维复合材料在通讯领域中的应用。
10.权利要求9所述的应用，其中所述通讯领域是高频高速通讯领域。
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