CN111019348A - 一种高频用介电材料、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种高频用介电材料、其制备方法及其应用,属于塑料复合材料技术领域。高频用介电材料的原料按照重量份计,包括25‑35重量份的聚苯硫醚、25‑35重量份的聚醚酮、30‑50重量份的玻璃纤维、0.3‑0.5重量份的抗氧剂和0.2‑0.4重量份的润滑剂。聚苯硫醚的介电常数为2.7‑3.2,聚醚酮的介电常数为3.3‑3.8,玻璃纤维的介电常数为4.5‑5。介电材料的制备方法是将聚苯硫醚、聚醚酮、抗氧剂和润滑剂混合后得到预混料,在温度为340‑380℃的条件下加入玻璃纤维熔融挤出成型。此制备方法得到的介电材料能够在高频条件下使用,介电常数较低,且力学性能较佳。
Description
技术领域
本申请涉及塑料复合材料技术领域,具体而言,涉及一种高频用介电材料及其制备方法。
背景技术
在通讯方面,随着科技的进步,对材料性能的要求越来越高,各种高性能的高分子材料正在逐渐的被人们运用到通讯材料中:如聚酰亚胺由于其良好的抗高温,介电及良好的抗辐射性能,可作为电子产品的介电层进行层间绝缘等。
随着5G时代的来临,电子技术的迅速发展,信息处理和信息传播高速化,对材料的使用提出了更高的要求,所以一种能适合高频条件下使用的介电常数的材料显得尤为重要。
发明内容
本申请的目的在于提供一种高频用介电材料、其制备方法及其应用,能够在高频条件下进行使用,介电常数较低,且力学性能较佳。
第一方面,本申请实施例提供一种高频用介电材料,高频用介电材料的原料按照重量份计,包括25-35重量份的聚苯硫醚、25-35重量份的聚醚酮、30-50重量份的玻璃纤维、0.3-0.5重量份的抗氧剂和0.2-0.4重量份的润滑剂。聚苯硫醚的介电常数为2.7-3.2,聚醚酮的介电常数为3.3-3.8,玻璃纤维的介电常数为4.5-5。介电材料的拉伸强度为317-412MPa,弯曲强度为415-580MPa,洛氏硬度为358-398MPa,介电常数为3.45-3.77,冲击强度43.2-55J/m。
上述介电材料由五种组分混合而成,且原料的种类较少,原料简单,且限定聚苯硫醚、聚醚酮和玻璃纤维三种材料的介电常数,使获得的材料能够在高频条件下进行使用,介电常数较低,且力学性能较佳。
第二方面,本申请实施例提供一种上述介电材料的制备方法,将聚苯硫醚、聚醚酮、抗氧剂和润滑剂混合后得到预混料,在温度为340-380℃的条件下加入玻璃纤维熔融挤出成型。
将聚苯硫醚、聚醚酮、抗氧剂和润滑剂四种材料先混合,然后再加入玻璃纤维以后进行熔融挤出,并在挤出的过程中加入玻璃纤维,可以使获得的介电材料的拉伸强度为317-412MPa,弯曲强度为415-580MPa,洛氏硬度为358-398MPa,介电常数为3.45-3.77,冲击强度43.2-55J/m。能够在高频条件下进行使用,介电常数较低,且力学性能较佳。
第三方面,本申请实施例提供给一种上述介电材料的应用,可以用于制备5G基站发射台。5G基站发射台要在高频、高温、高强度的环境下使用,上述提供的介电材料能够在上述条件下正常使用,可以用来制备5G基站发射台的外壳、支架和电子基板等。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请提供一种高频用介电材料,高频用介电材料的原料按照重量份计,包括25-35重量份的聚苯硫醚、25-35重量份的聚醚酮、30-50重量份的玻璃纤维、0.3-0.5重量份的抗氧剂和0.2-0.4重量份的润滑剂。聚苯硫醚的介电常数为2.7-3.2,聚醚酮的介电常数为3.3-3.8,玻璃纤维的介电常数为4.5-5。
在一些实施方式中,本申请提供的高频用介电材料的原料包括25重量份、28重量份、30重量份、32重量份或35重量份的聚苯硫醚;25重量份、28重量份、30重量份、32重量份或35重量份的聚醚酮;30重量份、35重量份、40重量份、45重量份或50重量份的玻璃纤维;0.3重量份、0.35重量份、0.4重量份、0.45重量份或0.5重量份的抗氧剂和0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.35重量份或0.4重量份的润滑剂。
进一步地,聚苯硫醚为挤出级非增强聚苯硫醚,其介电常数为2.7、2.8、2.9、3.0、3.1或3.2;聚醚酮为挤出级非增强聚醚酮,其介电常数为3.3、3.4、3.5、3.6、3.7或3.8;玻璃纤维的介电常数为4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5。
其中,聚苯硫醚(PPS,Polyphenylene sulfide)是一种特种工程塑料,有优异的理化性能,主要表现为具有优良的耐热性、优异的耐化学腐蚀性、尺寸稳定性、阻燃性、抗辐射、硬度高、以及与其它无机填料的良好亲和性等性能。
可选地,本申请使用的聚苯硫醚的熔点为270-290℃,成型温度为300-340℃,密度为1.30-1.40g/cm3,可以在高频条件下长时间使用。
在一些实施方式中,聚苯硫醚的熔点为270℃、275℃、280℃、285℃或290℃;成型温度为300℃、310℃、320℃、330℃或340℃;密度为1.30g/cm3、1.32g/cm3、1.34g/cm3、1.36g/cm3、1.38g/cm3或1.40g/cm3。
例如:本申请选择的聚苯硫醚的密度为1.3g/cm,吸水率为0.03%,氧指数为44%,冲击强度为27J/m,拉伸强度为180Mpa,弯曲模量为3.8GPa,耐磨性:1000转磨损为0.04g,耐热性:在260℃的环境下可以短期使用,在200-240℃的环境下可以长期使用。电学性能:其介电常数和介电损耗角正切值都较低(介电常数为3),且在高频率、高温下变化较小。
进一步地,聚醚酮(PEK,Poly(etherketone))是由醚键和酮键交替形成的高分子聚合物。吸水后尺寸稳定性佳,热膨胀系数低,易流动,可用于注塑,挤塑,模压等方法制成管、棒、薄膜等形态。
可选地,本申请使用的聚醚酮熔点为330-340℃,成型温度为350-400℃,密度1.62-1.73g/cm3,可以在高频条件下长时间使用。
在一些实施方式中,聚醚酮熔点为330℃、332℃、334℃、336℃、338℃或340℃;成型温度为350℃、360℃、370℃、380℃、390℃或400℃;密度1.62g/cm3、1.64g/cm3、1.66g/cm3、1.68g/cm3、1.70g/cm3或1.73g/cm3。
例如:本申请选择的聚醚酮是含有醚键和酮键重复单元的芳环聚合物,其介电常数ε为3,比重为1.6g/cm,吸水率为0.021%,洛式硬度R为105,屈服点拉伸率为3%,拉伸强度为110MPa,拉伸模量为8GPa,弯曲模量为6.4GPa,冲击强度(缺口):110J/m,耐磨性:大于8000次(1.5kg),具有高韧性,耐电弧性为60-120SEC,对比电弧径迹指数为600V,熔点为220℃,在160℃的环境下可以长期使用,热变形温度:(1.8Mpa)200℃,(0.46Mpa)210℃,阻燃性为V0,氧指数为30%,防强酸、强碱、弱酸、弱碱及一切有腐蚀的气体液体,注塑温度为200-240℃,吸水后尺寸稳定性佳,热膨胀系数低,易流动,可用于注塑,挤塑,模压等方法制成管、棒、薄膜等形态。
本申请中,满足上述介电常数范围的玻璃纤维为D玻璃纤维,可以为D3玻璃纤维(介电常数为4.5)或/和Dk玻璃纤维(介电常数为5)。可选地,玻璃纤维的密度2.2-2.5g/cm3。例如:玻璃纤维的密度为2.2g/cm3、2.3g/cm3、2.4g/cm3或2.5g/cm3。进一步地,玻璃纤维的含水量小于0.05%。
可选地,抗氧剂为(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯或四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。润滑剂为乙撑双硬脂酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。
上述组分的原料按照如下方法进行制备,得到介电材料。在高频环境中,信号的传播速度公式如下:
V=K·C/√ε
其中,V-信号的传播速度,K-常数,C-光速,ε-材料的介电常数。
从公式可以看出,材料的介电常数直接影响了信号传播的速度,介电常数越低,信号的传播速度越快,因此,要使得材料对电场和信号传播速度越小,就需要使用低介电常数的材料。
本申请制备的高频用介电材料,其介电常数为以下公式计算:
ε=(V1·ε2(2/3+ε2/3ε1)V2·ε2)/(V1·(2/3+ε2/3ε1)+V2)
其中,ε-介电材料的介电常数,ε1-预混料的介电常数,ε2-玻璃纤维的介电常数,V1-预混料的体积百分比,V2-玻璃纤维的体积百分比
从上可以看出,要得到低介电常数的材料,必须选择低介电常数的预混料以及玻璃纤维和预混料以及玻璃纤维之间合理的体积比。
上述介电材料的制备方法包括:将上述重量份的聚苯硫醚、聚醚酮、抗氧剂和润滑剂混合后得到预混料,在温度为340-380℃的条件下加入上述重量份的玻璃纤维熔融挤出成型。
在一些实施方式中,可以在温度为340℃、350℃、360℃、370℃或380℃的条件下熔融挤出。
可选地,可以使用双螺旋挤出机进行熔融挤出成型得到介电材料。进一步地,将预混料置于双螺旋挤出机内,挤出时加入玻璃纤维。其中,双螺旋挤出机的挤出温度为340-380℃;螺杆转速为350-500r/min;下料速度为300-400R/min。
例如:双螺旋挤出机具有主喂料口和副喂料口,从双螺旋挤出机的一区进料口加入预混料,然后在双螺旋挤出机的三区或四区副喂料口加入玻璃纤维进行熔融共混挤出得到介电材料。
可选地,主喂料口和副喂料口均位于双螺杆挤出机的前段。例如:双螺杆挤出机为八区双螺杆挤出机时,主喂料口和副喂料口可以位于前三区,主喂料口位于一区,副喂料口位于三区;双螺杆挤出机为九区双螺杆挤出机时,主喂料口和副喂料口可以位于前三区或前四区,主喂料口位于一区,副喂料口位于三区或四区;双螺杆挤出机为十区双螺杆挤出机时,主喂料口和副喂料口可以位于前四区,主喂料口位于一区,副喂料口位于四区。
使用上述原料通过上述制备方法制备得到的介电材料的拉伸强度为317-412MPa,弯曲强度为415-580MPa,洛氏硬度为358-398MPa,介电常数为3.45-3.77,冲击强度43.2-55J/m。能够在高频条件下进行使用,介电常数较低,且力学性能较佳。
在一些实施方式中,介电材料的拉伸强度为317MPa、350MPa、405MPa或412MPa;弯曲强度为415MPa、473MPa、565MPa或580MPa;洛氏硬度为358MPa、372MPa或398MPa;介电常数为3.45、3.53或3.77。冲击强度为43.2J/m、48.9J/m或55J/m。
上述介电材料可以用于制备5G基站发射台。5G基站发射台要在高频、高温、高强度的环境下使用,上述提供的介电材料能够在上述条件下正常使用,可以用来制备5G基站发射台的外壳、支架和电子基板等。
实验例
S1、先将聚苯硫醚(PPS,BR-06C菲利普,其介电常数为3,熔点为280℃,成型温度为300-340℃,密度为1.36g/cm3)、聚醚酮(PEK,美国RTP PEK2200-100,其介电常数为3.5,熔点为334℃,成型温度为350-400℃,密度为1.65g/cm3)及玻璃纤维(其中,D3玻璃纤维的介电常数为4.5,泰山玻纤;Dk玻璃纤维的介电常数为5,泰山玻纤)在150℃下进行烘料2.5h,然后将烘干后的聚苯硫醚、聚醚酮、(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(AT-168,抗氧剂,圣莱科特)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(AT-10,抗氧剂,圣莱科特)、季戊四醇硬脂酸酯(PETS,润滑剂,圣莱科特)和乙撑双硬脂酰胺(EBS,润滑剂,联盛化学)加入低速混料器中,以400rpm的速率混合均匀,得到预混料。其中,介电材料的原料组分如表1:
表1高频用介电材料的原料组分/kg
PPS | PEK | 玻璃纤维 | AT-10 | AT-168 | PETS | EBS | 聚酰亚胺 | |
实施例1 | 35 | 35 | D3-30 | 0.2 | 0.2 | 0.15 | 0.15 | - |
实施例2 | 25 | 25 | D3-50 | 0.2 | 0.2 | 0.15 | 0.15 | - |
实施例3 | 35 | 30 | Dk-35 | 0.15 | 0.15 | 0.1 | 0.1 | - |
实施例4 | 30 | 25 | Dk-45 | 0.25 | 0.25 | 0.2 | 0.2 | - |
实施例5 | 35 | 35 | D3-30 | 0.4 | - | 0.15 | 0.15 | - |
实施例6 | 35 | 35 | D3-30 | - | 0.4 | 0.15 | 0.15 | - |
实施例7 | 35 | 35 | D3-30 | 0.2 | 0.2 | 0.3 | - | - |
实施例8 | 35 | 35 | D3-30 | 0.2 | 0.2 | - | 0.3 | - |
对比例1 | 50 | 50 | - | 0.2 | 0.2 | 0.15 | 0.15 | - |
对比例2 | 50 | - | D3-50 | 0.2 | 0.2 | 0.15 | 0.15 | - |
对比例3 | - | 50 | D3-50 | 0.2 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | - |
对比例4 | 35 | 35 | D3-30 | 0.2 | 0.2 | 0.15 | 0.15 | 1 |
对比例5 | 45 | 15 | D3-40 | 0.2 | 0.2 | 0.15 | 0.15 | - |
对比例6 | 15 | 45 | D3-40 | 0.2 | 0.2 | 0.15 | 0.15 | - |
对比例7 | 20 | 20 | D3-60 | 0.2 | 0.2 | 0.15 | 0.15 | - |
对比例8 | 40 | 40 | D3-20 | 0.2 | 0.2 | 0.15 | 0.15 | - |
实施例1-实施例8以及对比例1-对比例8的S2制备步骤为:从双螺杆挤出机(总共包括十区)的一区主喂料口加入预混料,同时从双螺杆挤出机的四区副喂料口卷入干燥后的玻璃纤维,双螺杆挤出机中各区段的温度控制在360℃,转速控制在400rpm,经挤出造粒后即得高频用介电材料。
对比例9的预混料与实施例1的预混料一致,对比例9的S2制备步骤为:从双螺杆挤出机(总共包括十区)的一区主喂料口加入预混料和D3玻璃纤维,双螺杆挤出机中各区段的温度控制在360℃,转速控制在400rpm,经挤出造粒后即得高频用介电材料。
对比例10的预混料与实施例3的预混料一致,对比例10的S2制备步骤为:从双螺杆挤出机(总共包括十区)的四区副喂料口加入预混料和Dk玻璃纤维,双螺杆挤出机中各区段的温度控制在360℃,转速控制在400rpm,经挤出造粒后即得高频用介电材料。
检测实施例1-实施例8以及对比例1-对比例10提供的高频用介电材料的拉伸强度、弯曲强度、洛氏硬度和介电常数得到结果如表2:
其中,拉伸强度按照GB/T 1040进行测试;弯曲强度按照GB/T 1040进行测试;洛氏硬度按照GB/T9342-1988进行测试;介电常数按照GB/T1409-2006进行测试。
表2高频用介电材料的性能
从表1和表2可以看,实施例1-实施例8提供的介电材料的性能满足拉伸强度为317-412MPa,弯曲强度为415-580MPa,洛氏硬度为358-398MPa,介电常数为3.45-3.77,冲击强度43.2-55J/m,得到的介电材料能够在高频环境下使用。
实施例5和实施例6与实施例1对比可知,使用一种抗氧剂,得到的介电材料的介电常数相差不大,但拉伸强度的值较佳。
实施例7与实施例1对比可知,仅使用PETS作为润滑剂,得到的介电材料的介电常数更低,且强度性能较佳。实施例8与实施例1对比可知,仅使用EBS作为润滑剂,得到的介电材料的弯曲强度相对较差,介电常数有少量增加。
从对比例1与实施例2对比可以看出,介电材料的原料中不添加玻璃纤维,得到的介电材料的力学性能较差。
从对比例2与实施例2对比可以看出,介电材料的原料中不添加PEK,得到的介电材料的介电常数较高,冲击性能较差。从对比例3与实施例2对比可以看出,介电材料的原料中不添加PPS,得到的介电材料的介电常数过高。
对比例4与实施例1对比可以看出,介电材料的原料中添加聚酰亚胺,得到的介电材料的力学性能较差,介电常数较高。对比例5与实施例1对比可以看出,PPS添加量过多,PEK添加量过少,得到的介电材料的介电常数较高,冲击性能较差。对比例6与实施例1对比可以看出,PPS添加量过少,PEK添加量过多,得到的介电材料的介电常数较高。
对比例7与实施例1对比可以看出,介电材料的原料中玻璃纤维的添加量过多,得到的介电材料的强度和介电常数均过高,冲击性能较差。
对比例8与实施例1对比可以看出,介电材料的原料中玻璃纤维的添加量过少,得到的介电材料的力学性能较差,介电常数较高。
对比例9和对比例10与实施例1对比可以看出,在制备介电材料的时候,玻璃纤维从主喂料口喂入,或混合原料从副喂料口喂入,则得到的介电材料的力学性能较差,介电常数有少量的增加。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
Claims (10)
1.一种高频用介电材料,其特征在于,所述高频用介电材料的原料按照重量份计,包括25-35重量份的聚苯硫醚、25-35重量份的聚醚酮、30-50重量份的玻璃纤维、0.3-0.5重量份的抗氧剂和0.2-0.4重量份的润滑剂;
所述聚苯硫醚的介电常数为2.7-3.2,所述聚醚酮的介电常数为3.3-3.8,所述玻璃纤维的介电常数为4.5-5;
所述介电材料的拉伸强度为317-412MPa,弯曲强度为415-580MPa,洛氏硬度为358-398MPa,介电常数为3.45-3.77,冲击强度43.2-55J/m。
2.根据权利要求1所述的介电材料,其特征在于,所述抗氧剂为(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯或四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
3.根据权利要求1所述的介电材料,其特征在于,润滑剂为乙撑双硬脂酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。
4.根据权利要求1所述的介电材料,其特征在于,所述聚苯硫醚的熔点为270-290℃,成型温度为300-340℃,密度为1.30-1.40g/cm3。
5.根据权利要求1所述的介电材料,其特征在于,所述聚醚酮的熔点为330-340℃,成型温度为350-400℃,密度1.62-1.73g/cm3。
6.根据权利要求1所述的介电材料,其特征在于,所述玻璃纤维的密度为2.2-2.5g/cm3。
7.一种权利要求1-6任一项所述的介电材料的制备方法,其特征在于,将所述聚苯硫醚、所述聚醚酮、所述抗氧剂和所述润滑剂混合后得到预混料,在温度为340-380℃的条件下加入所述玻璃纤维熔融挤出成型。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,从双螺旋挤出机的一区进料口加入所述预混料内,然后在所述双螺旋挤出机的三区或四区副喂料口加入所述玻璃纤维进行熔融挤出。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述双螺旋挤出机的挤出温度为340-380℃;螺杆转速为350-500r/min;下料速度为300-400R/min。
10.一种权利要求1-6任一项所述的高频用介电材料在制备5G基站发射台中的应用。
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