CN108384120B - 一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺，对高分子材料进行发泡处理，再进行热处理，使高分子材料中的闭孔打开、极性的含氧官能团还原为非极性官能团，得到多孔填料；对多孔填料进行表面处理，并在表面覆盖过渡薄膜，得到填料体；通过填料体与高分子基体复合成型。本发明通过在复合材料中引入了具有很大比表面积的填料体，很大程度地增加了复合材料的自由体积。通过热处理的方法除去多孔填料中的极性官能团，降低填料本身的极化程度。在多孔填料的表面引入了含氟或者含硅的结构分子，在增强填料的力学性能的同时进一步降低填充物的介电常数，同时为填料体和高分子基体的结合提供了过渡层，有利于降低材料的介电损耗。

Description

一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备工艺，尤其涉及一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺，属于材料制备工艺的技术领域。
背景技术
近年来，随着电子和通信技术的不断发展，产品高速、高密度、多功能的高性能化的发展要求材料具有更低的介电常数和介电损耗。材料低的介电常数可以降低介质层所带来的寄生电容，同时对电磁波传播方向的影响更小，因此低介电常数的材料具有广泛的应用前景。
相比于无机非金属材料，高分子材料具有更低的介电常数。目前，广泛应用的低介电常数的高分子材料有聚烯烃和含氟高分子两类，这两类高分子均具有较低的介电常数(2.1-3.0)，但仍然不能满足更新技术的发展，尤其是很难制备得到介电常数小于2.0的材料。降低高分子材料介电常数的主要途径是降低材料的极化程度，具体方法为增加高分子材料的自由体积、设计具有更低极化率的分子结构，以及引入微纳米结构。为了进一步降低高分子材料的介电常数，需要多种方法同时应用以制备具有更低介电常数的高分子复合材料。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术，现有的问题，提供一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺。
本发明提供一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺，
一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺，包括：
选取高分子材料和高分子复合材料基体；
对高分子材料进行发泡处理得到多孔泡沫高分子材料；
对多孔泡沫高分子材料进行热处理，将多孔泡沫高分子材料中的闭孔打开、极性的含氧官能团还原为非极性官能团，得到多孔填料；
对多孔填料进行表面处理，并在表面覆盖过渡薄膜，得到填料体；
通过填料体与高分子复合材料基体复合得到低介电常数高分子基复合材料。
优选地，所述高分子材料包括酚醛树脂、改性酚醛树脂、聚氨酯、改性聚氨酯树脂、聚烯烃、改性聚烯烃树脂中的一种或者多种混合。
优选地，所述多孔泡沫高分子材料的热处理包括，
热处理温度为200℃~1000℃，
热处理氛围包括氮气、氩气、氦气、氢气、一氧化碳、水蒸气、二氧化碳中的一种或几种混合。
优选地，所述多孔填料的表面处理包括，
将多孔填料浸入到含表面处理剂的溶液中至少5分钟后取出晾干及烘烤，烘烤温度范围为80℃~500℃。
优选地，所述表面处理剂为氟树脂、硅树脂、硅烷偶联剂、硅酸酯、钛酸酯中的一种或多种混合，所述溶液为能溶解所述表面处理剂的溶液。
优选地，高分子复合材料基体为热固性高分子材质基体或热塑性高分子材质基体。
优选地，所述填料体与高分子基体复合包括热熔复合或溶液复合，
将用于形成所述高分子基体的基材溶解或者熔融；
向基材溶液或者基材溶体中加入助剂混合均匀；
将填料体加入到混合物中得到高分子基复合材料。
优选地，所述高分子复合材料基体中还包含有用于增强力学性能和/或改善加工性能的功能填料体，
所述功能填料体为粉末、颗粒、纤维、晶须或片层填料，所述功能填料体的重量占高分子复合材料基体总体重量的0.5~50%。
优选地，所述助剂包括阻燃剂、抗老化剂、着色剂、光吸收剂、脱模剂、润滑剂中的一种或多种混合。
本发明的有益效果主要体现在：
1. 通过在复合材料中引入了具有很大比表面积的填料体，很大程度地增加了复合材料的自由体积。
2. 通过热处理的方法除去多孔填料中的极性官能团，降低填料本身的极化程度。。
3. 在多孔填料的表面引入了含氟或者含硅的结构分子，在增强填料的力学性能的同时进一步降低填充物的介电常数，同时为填料体和高分子基体的结合提供了过渡层，有利于降低材料的介电损耗。
具体实施方式
本发明提供一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺。以下对本发明技术方案进行详细描述，以使其更易于理解和掌握。
一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺，包括：
选取高分子材料和高分子复合材料基体；
对高分子材料进行发泡处理得到多孔泡沫高分子材料；
对多孔泡沫高分子材料进行热处理，将多孔泡沫高分子材料中的闭孔打开、极性的含氧官能团还原为非极性官能团，得到多孔填料；
对多孔填料进行表面处理，并在表面覆盖过渡薄膜，得到填料体；该过渡薄膜覆盖于填料表面，具备改善填料体界面连接的作用。
通过填料体与高分子复合材料基体复合得到低介电常数高分子基复合材料。
所谓的复合是指将填料体与高分子复合材料基体相有机结合，可以是热熔复合或者溶液复合。
其中，高分子材料包括酚醛树脂、改性酚醛树脂、聚氨酯、改性聚氨酯树脂、聚烯烃、改性聚烯烃树脂中的一种或者多种混合。
多孔泡沫高分子材料的热处理包括，
热处理温度为200℃~1000℃，
热处理氛围包括氮气、氩气、氦气、氢气、一氧化碳、水蒸气、二氧化碳中的一种或几种混合。
多孔填料的表面处理包括，
将多孔填料浸入到含表面处理剂的溶液中至少5分钟后取出晾干及烘烤，烘烤温度范围为80℃~500℃。先晾干外表面再进行烘烤。当然也可以直接烘烤。
另外，表面处理剂为氟树脂、硅树脂、硅烷偶联剂、硅酸酯、钛酸酯中的一种或多种混合，溶液为能溶解表面处理剂的溶液。
高分子基体为热固性高分子材质基体或热塑性高分子材质基体，满足填料体与高分子复合材料基体的热熔复合或溶液复合。
对填料体与高分子基体的复合进行详细描述，
首先，将高分子树脂溶解或者熔融；
然后，向高分子溶液或者溶体中加入各类助剂，混合均匀；助剂包括阻燃剂、抗老化剂、着色剂、光吸收剂、脱模剂、润滑剂中的一种或多种混合。
将改性的多孔填料加入到所得到的混合物中，得到高分子基复合材料。
需要说明的是，高分子复合材料基体中还可以添加其他填料体，包括用于增强力学性能和/或改善加工性能的功能填料体，
功能填料体为粉末、颗粒、纤维、晶须或片层填料，功能填料体的重量占高分子复合材料基体总体重量的0.5~50%。
更细化地说明，用于增强力学性能的功能填料体包括纤维、晶须、片层填料，纤维包括玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、有机纤维，晶须包括陶瓷晶须、碳晶须、金属晶须，片层填料包括蒙脱土、高岭土、石墨。改善加工性能的功能填料一般为粉末填料，包括碳酸钙、钛白粉、滑石粉、硅微粉。
具体实施例
选择交联型聚苯乙烯作为高分子泡沫的前驱体，选择聚丙烯为高分子复合材料的基体树脂。
以交联型聚苯乙烯为泡沫材料为前驱体，选择合适的发泡剂发泡成为高分子泡沫材料，所得到的泡沫材料密度为100-400kg/m3。
将聚苯乙烯泡沫粉碎后加入到高温炉中，在氮气氛围的保护下于180-200℃的条件下热处理2h，除去泡沫中的极性官能团以降低介电常数，同时将发泡的到的闭孔转化成为开孔结构，制备得到低介电常数多孔填料。
将氟树脂配置成浓度为5-20%的溶液，将低介电常数的多孔填料加入到上述的溶液中机械搅拌2h后取出，在室温条件下晾干24h后于80℃下烘干处理8h，得到改性的低介电常数多孔填料。
按照质量分将10份阻燃剂、0.1份的抗氧化剂与54.9份聚丙烯树脂粒子混合后由双螺杆混料机的主要进料口进入，将15份玻璃纤维和20份改性低介电常数多孔填料充分混合后由双螺杆混料机的测进料口进入，在混料机中经过熔融混合后挤出得到低介电常数的高分子复合材料。所得到的复合材料具有良好的介电性能和力学性能，其中介电常数为1.89，介电损耗为0.001，抗拉强度达到95MPa，拉伸模量达到4500MPa。
通过以上描述可以发现，本发明一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺，通过在复合材料中引入了具有很大比表面积的填料体，很大程度地增加了复合材料的自由体积。通过热处理的方法除去多孔填料中的极性官能团，降低填料本身的极化程度。在多孔填料的表面引入了含氟或者含硅的结构分子，在增强填料的力学性能的同时进一步降低填充物的介电常数，同时为填料体和高分子基体的结合提供了过渡层，有利于降低材料的介电损耗。
以上对本发明的技术方案进行了充分描述，需要说明的是，本发明的具体实施方式并不受上述描述的限制，本领域的普通技术人员依据本发明的精神实质在结构、方法或功能等方面采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺，其特征在于包括：
选取高分子材料和高分子复合材料基体；
对高分子材料进行发泡处理得到多孔泡沫高分子材料；
对多孔泡沫高分子材料进行热处理，在氮气氛围的保护下于180-200℃的条件下热处理2h得到多孔填料；
通过氟树脂对多孔填料进行表面处理，并在表面覆盖过渡薄膜，得到填料体；
通过填料体与高分子复合材料基体复合得到低介电常数高分子基复合材料；
所述高分子材料为交联型聚苯乙烯；高分子复合材料基体为聚丙烯。
2.根据权利要求1所述的一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺，其特征在于：
所述多孔填料的表面处理包括，
将多孔填料浸入到含氟树脂的溶液中至少5分钟后取出晾干及烘烤，烘烤温度范围为80℃~500℃。
3.根据权利要求1所述的一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺，其特征在于：
所述填料体与高分子复合材料基体复合包括热熔复合或溶液复合，
将用于形成所述高分子复合材料基体的基材溶解或者熔融；
向基材溶液或者基材熔 体中加入助剂混合均匀；
将填料体加入到混合物中得到高分子基复合材料。
4.根据权利要求3所述的一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺，其特征在于：
所述高分子复合材料基体中还包含有用于增强力学性能和/或改善加工性能的功能填料体，
所述功能填料体为粉末、颗粒、纤维、晶须或片层填料，所述功能填料体的重量占高分子复合材料基体总体重量的0.5~50%。
5.根据权利要求3所述的一种低介电常数高分子基复合材料的制备工艺，其特征在于：
所述助剂包括阻燃剂、抗老化剂、着色剂、光吸收剂、脱模剂、润滑剂中的一种或多种混合。
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